用于监测数据中心温度的微环外腔激光器及监测方法与流程

1.本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种用于监测数据中心温度的微环外腔激光器及监测方法。


背景技术：

2.数据中心的主机房内放置大量网络交换机、服务器群等，是综合布线和信息化网络设备的核心，也是信息网络系统的数据汇聚中心，其特点是设备24h不间断运行，电源和空调不允许中断，对机房的洁净度、温湿度要求较高。目前，大多数互联网服务和云计算等业务都在数据中心运行，数据中心已经成为我们社会中至关重要的信息基础设施。
3.数据中心业务量的不断增长，导致机房的热密度越来越高。然而数据中心室内温度变化会导致硬件故障等，据悉，数据中心40％的总功耗用于冷却。已经有很多研究致力于分析温度对数据中心的各项指标的影响、数据中心的热管理、以及节能分析。相关研究结果显示机箱内驱动器位置、机架中服务器位置和数据中心内机架位置之间的温度和故障之间有显著相关性。数据中心中目前主流使用的高速光收发器的功耗更大，高温可能超过70℃。
4.在热管理与控温技术中，温度监测是基础，已经提出的温度监测技术有：基于电子温度传感器、光纤布拉格光栅(fbg)准分布式传感装置、热敏摄像机等等。但是上述方式都需要额外增加传感设备，而这些用于温度监测的设备往往成本较高。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的缺陷，本发明第一方面提供了一种用于监测数据中心温度的微环外腔激光器，其可在不使用其他传感设备的情况下测量数据中心的温度信息。
6.为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
7.一种用于监测数据中心温度的微环外腔激光器，包括依次连接形成激光腔回路的微环谐振器、带通滤波器、光耦合器和偏振控制器；
8.所述微环谐振器上设有第一端口、第二端口和第三端口，所述微环谐振器通过第一端口输出信号至所述带通滤波器；
9.所述带通滤波器用于过滤接收的信号，以选择所需的起振波长进入所述激光腔回路；
10.所述光耦合器用于分配输出光功率和所述激光腔回路的光功率；
11.所述偏振控制器与所述第二端口相连，用于调整激光腔回路中的偏振状态；
12.且所述微环谐振器的第三端口上还连接有波长监测单元，所述波长监测单元用于监测波长漂移。
13.一些实施例中，所述波长监测单元为波长计或光谱仪。
14.一些实施例中，所述微环谐振器的微环半径为2～5μm。
15.一些实施例中，所述微环谐振器的耦合间隙为100～250nm。
16.一些实施例中，所述微环谐振器的自由光谱范围大于20nm。
17.一些实施例中，还包括设置在所述带通滤波器和光耦合器之间的光纤放大器，所述光纤放大器用于提供所述激光腔回路内的光增益。
18.一些实施例中，所述光纤放大器为掺铒光纤放大器。
19.一些实施例中，所述光耦合器包括用于激光器输出的第一输出端口，以及与所述光纤放大器相连的第二输出端口，且所述光耦合器将输出光功率和所述激光腔回路的光功率的配比设置为5％和95％。
20.本发明第二方面提供了一种监测数据中心温度的方法，其可在不使用其他传感设备的情况下测量数据中心的温度信息。。
21.为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
22.利用上述一种微环外腔激光器监测数据中心温度的方法，该方法包括以下步骤；
23.在微环外腔激光器进行数据传输时，利用波长监测单元监测微环谐振器的波长变化；
24.根据波长变化情况确定数据中心机房的温度。
25.一些实施例中，利用波长计或光谱仪监测微环谐振器的波长变化。
26.与现有技术相比，本发明的优点在于：
27.本发明中的用于监测数据中心温度的微环外腔激光器，包括依次连接形成激光腔回路的微环谐振器、带通滤波器、光耦合器和偏振控制器。其中微环谐振器的第一端口和第二端口用于连接形成激光腔回路，微环谐振器的第三端口上还连接有波长监测单元，波长监测单元用于监测波长漂移。因为微环谐振器的自由光谱范围大于20nm，大于机房温度变化导致微环中心波长的变化范围，从而使得本发明的微环外腔激光器在作为通信激光器的同时，又可以作为温度敏感激光器的元件，进行数据中心机房温度监测。有鉴于此，本发明对于数据中心机房温度的监测可以通过现有光互连网络实现，减少建设成本。此外，由于微环外腔激光器为小型化微环激光器，不仅制造成本较低，而且易于集成，工艺容差较小，对于现有数据中心光互连网络的适配性强，适于推广。
附图说明
28.图1是本发明实施例中微环外腔激光器的结构框图；
29.图2是本发明实施例中监测方法的流程图。
具体实施方式
30.下面通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连
接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
32.进一步的，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
33.针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种激光光源方案，以监测数据中心温度。在本发明中，利用激光器的波长对温度敏感的特性，该激光器不仅作为通信的光源，同时可以对数据中心的温度进行传感。当温度变化时，激光器的波长漂移。不同的温度变化，波长漂移的量不同。值得说明的是，在强度调制和直接检测结构下，激光光源的波长偏移对通信质量的影响可以忽略不计。因此，可以通过波长偏移获得数据中心的温度，实现温度监控功能。
34.具体而言，参见图1所示，本发明实施例公开了一种用于监测数据中心温度的微环外腔激光器，其包括依次连接形成激光腔回路的微环谐振器101、带通滤波器104、光耦合器105和偏振控制器103。
35.其中，微环谐振器101上设有四个端口：第一端口d、第二端口a和第三端口b(第四端口c未涉及)。
36.一些实施例中，微环谐振器101可以采用add-drop型微环谐振器，微环谐振器101的微环半径范围可以选择2～5μm，耦合间隙可以为100～250nm。
37.作为通信激光器时，微环谐振器101通过第一端口d输出信号至带通滤波器104。带通滤波器104用于过滤接收的信号，以选择所需的起振波长进入激光腔回路。
38.光耦合器105用于分配输出光功率和激光腔回路的光功率。一些实施例中，光耦合器105包括用于激光器输出的第一输出端口，以及与光纤放大器相连的第二输出端口，且光耦合器将输出光功率和所述激光腔回路的光功率的配比设置为5％和95％。
39.在带通滤波器104和光耦合器105之间还设有光纤放大器，光纤放大器用于提供所述激光腔回路内的光增益，一些实施例中，光纤放大器可以选择掺铒光纤放大器。偏振控制器103与第二端口a相连，用于调整激光腔回路中的偏振状态。
40.也就是说，微环谐振器101的第一端口d发出的信号经过带通滤波器104的过滤，选出需要进行起振的波长，过滤后的波长进入光耦合器105，将光路分为95％和5％，其中95％重新进入回路，5％为激光器的输出，光耦合器95％的输出进入掺铒光纤放大器，提供光增益。可以理解的是，本实施例中光耦合器105选用的95:5耦合器，针对不同的微环外腔激光器，可以选择其最优的耦合比例。掺铒光纤激光器的输出进入偏振控制器103，用于控制偏振状态，以提高微环芯片的耦合效率。
41.同时，在微环谐振器101的第三端口b上还连接有波长监测单元106，波长监测单元106用于监测波长漂移，从而使得微环外腔激光器还可以作为温度敏感激光器的元件，进行数据中心机房温度监测。优选地，波长监测单元可以为波长计或光谱仪。
42.值得说明的是，微环谐振器101输出的谐振峰是周期性出现的，相邻谐振峰之间的波长差(即微环谐振器101的自由光谱范围fsr
微环
)的计算公式可以表示为：
[0043][0044]
公式(1)中
△
λ为微环谐振器101的相邻谐振峰的波长间隔，λ为微环谐振器101的中心波长，ng为微环谐振器101的波导群折射率，π为圆周率，r为微环谐振器101的微环半径。
[0045]
可以理解的是，微环谐振器101的谐振峰波长随温度的升高而红移，通过波长漂移的量来监测温度的变化。微环谐振器101的自由光谱范围大于由温度变化引起的谐振峰中心波长移动的范围，因此当激光波长选定之后，不会发生跳模，从而可稳定监测数据中心的温度变化。本发明实施例中使用的微环谐振器101的自由光谱范围＞20nm，大于机房温度变化导致微环中心波长的变化范围(通常机房温度在5℃～85℃范围内，导致微环中心波长的漂移小于10nm)。
[0046]
因此，本发明的微环外腔激光器在作为通信激光器的同时，又可以作为温度敏感激光器的元件，进行数据中心机房温度监测。
[0047]
综上所述，本发明中的微环外腔激光器，包括依次连接形成激光腔回路的微环谐振器101、带通滤波器104、光耦合器105和偏振控制器103。其中微环谐振器101的第一端口d和第二端口a用于连接形成激光腔回路，微环谐振器101的第三端口上还连接有波长监测单元，波长监测单元用于监测波长漂移。因为微环谐振器101的自由光谱范围大于20nm，大于机房温度变化导致微环中心波长的变化范围，从而使得本发明的微环外腔激光器在作为通信激光器的同时，又可以作为温度敏感激光器的元件，进行数据中心机房温度监测。有鉴于此，本发明对于数据中心机房温度的监测可以通过现有光互连网络实现，减少建设成本。此外，由于微环外腔激光器为小型化微环激光器，不仅制造成本较低，而且易于集成，工艺容差较小，对于现有数据中心光互连网络的适配性强，适于推广。
[0048]
与此同时，参见图2所示，本发明实施例还公开了一种利用上述微环外腔激光器监测数据中心温度的方法，该方法包括以下步骤；
[0049]
s1.在微环外腔激光器进行数据传输时，利用波长监测单元监测微环谐振器的波长变化。
[0050]
在具体实现中，可以利用波长计或光谱仪监测微环谐振器的波长变化。
[0051]
s2.根据波长变化情况确定数据中心机房的温度。
[0052]
可以理解的是，微环谐振器101的谐振峰波长随温度的升高而红移，通过波长漂移的量来监测温度的变化。微环谐振器101的自由光谱范围大于由温度变化引起的谐振峰中心波长移动的范围，因此当激光波长选定之后，不会发生调模，从而可稳定监测数据中心的温度变化。本发明实施例中使用的微环谐振器101的自由光谱范围＞20nm，大于机房温度变化导致微环中心波长的变化范围(通常机房温度在5℃～85℃范围内，导致微环中心波长的漂移小于10nm)。
[0053]
因此，采用本方法之后，使得微环外腔激光器在作为通信激光器的同时，又可以作为温度敏感激光器的元件，进行数据中心机房温度监测。从而可在不使用其他传感设备的情况下测量数据中心的温度信息。
[0054]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。