专利名称：可调谐光学滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及对可调谐滤波器结构的改善并且尤其是涉及一种具有改善的可调谐光学滤波器的光学系统监测。
背景技术：
存在下述众所周知类别的光学设备，它们执行光学滤波并且可对其进行调谐以从较宽的波长光谱中选择窄带波长。这些设备用于各种光学系统。感兴趣的是典型地在数十纳米的波长带上进行操作的波分复用系统。这些系统需要光学性能监测(OPM)以确保信号功率、信号波长、以及信噪比(OSNR)在指定限制内。可调谐光学滤波器的其它应用尤其用于光学噪声过滤、噪声抑制、以及波分复用。为了对该发明进行描述，这里将着重于在OPM系统中所使用的可调谐光学滤波器以及波长复用(WDM)系统的OPM系统。应理解的是本发明并不局限于此。在WDM系统中，基本系统设计假定波长的稳定性。然而，由于温度变化、部件老化、 电功率变化等等而出现各种动态变化。为了使系统性能最佳化，必须对这些变化进行监测并且对系统参数进行调节以对它们作出响应。为了实现这个，可以使用也称为光学性能监测器(OPMs)的光通道监测器(OCMs)用于对WDM系统中的各个通道的关键信息进行测量。 OPM可以对信号动态进行监测，确定系统功能，识别性能变化等等。在每个情况下它们典型地提供用于对网络元件进行控制的反馈以使操作性能最佳化。更具体地说，这些可调谐光学滤波器对C-、L-、和/或C+L频带波长范围进行扫描，并且精确地测量通道波长、功率、以及光信噪比(0SNI )。可调谐光学滤波器的性能参数对OPM的效能同样重要。这些包括相邻通道隔离度和非相邻通道隔离度。相邻通道隔离度是在所有相关极化态并且在规范的温度范围上的通过的最小点与相邻通道的最大点之间的差。非相邻通道隔离度是通过通道的最小点与非相邻通道的最大点之间的差。此外，在这些监测器中所使用的可调谐光学滤波器具有非常窄带宽的话，也是很有用的。当可调谐光学滤波器对信号频带进行扫描时，这生成了更多信息。另一方面，为了对较宽带宽上的所选通道中的光功率进行测量，具有相应较宽带宽的可调谐滤波器可使该测量更简单。这是在OPM设计中所遇到的若干权衡之一。还有普遍存在的成本权衡。通常利用法布里一珀罗标准具形成高性能可调谐光学滤波器。这些可提供非常好的波长选择性以及窄带宽，但是它们很昂贵。此外，它们势必具有不良的相邻通道隔离度。OPM结构的另一实施是使用具有衍射光栅和倾斜镜的可调谐光学滤波器。这可以通过好的非相邻通道隔离度实现，但是它们典型地具有宽的带宽。可以令这些设计中的带宽很窄，但是只能通过使设备非常大。利用可调谐光学滤波器中的薄膜元件例可同时实现宽带宽和很好的相邻通道隔离度。然而，薄膜元件很难制造并且因此具有高成本。用于OPM的可调谐光学滤波器的设计的更经济合算的方式，是期望的目标。
发明内容
根据本发明，通过设计出提供通过使所分析的信号双程通过可调谐光学滤波器的光学系统结构来改善现有技术中的可调谐光学滤波器。双程通过可调谐光学滤波器的益处是更窄的线宽以及更好的相邻和非相邻通道隔离度。本发明是由互易的任何可调谐光学滤波器来实现的。这被定义为输入和输出是可互换的可调谐光学滤波器，并且包括大多数类型的已知可调谐光学滤波器。
在结合附图考虑时更容易理解下面对本发明的描述，在附图中图1是具有使用可调谐光学滤波器的OPM的WDM系统的示意图；图2是传统OPM所使用的典型可调谐光学滤波器子组件的一般化示意图；图3是本发明第一实施例的示意图；图4-6示出了本发明的替代实施例；以及图7是示出了本发明的一些效果的滤波器特征的图表。
具体实施例方式参考图1，对WDM系统中的OPM的传统方法进行说明。如前所述，对本发明的描述着重于WDM系统但作为可调谐光学滤波器用于OPM的应用的一个示例，并且着重于在OPM 的可调谐光学滤波器中使用本发明以对波长漂移等等进行分析和校正。为简单起见，图1 示出了三个通道11、12、以及13。然而，应理解的是典型的WDM系统具有很多通道。图1示出了位于发送地点的复用器16与位于接收器的解复用器17之间的传输线15。在OPM的一个实施例中，通过分接头18对复用信号进行分流，并且使分流信号光学上地与用于对WDM 信号进行分析以检测劣化的可调谐光学滤波器19相耦合。可调谐光学滤波器扫描复用信号中的所有通道，并且展示例如信号的各个通道中的功率变化。由光电二极管20对功率谱进行测量。通过反馈回路21将结果反馈回用于对信号参数进行调节以对误差进行校正的输入级。图2示出了可调谐光学滤波器/检测器子组件的一般化示意图，其中通过光纤链路26将分流信号25引导至可调谐光学滤波器27。通过光纤链路观将滤波信号引导至检测器。在实施例中所示的检测器是光电二极管29。检测器包括用于对滤波的光信号的特性进行测量的其他已知装置。图3示出了本发明的实施例，其中通过光纤链路36将从所分析的信号所分流的光 35经由光学分路器37引导至可调谐光学滤波器38。光学分路器可以任何适当比率分路， 但是典型地是50-50分路器。利用镜41将可调谐光学滤波器的输出信号重新引导回通过可调谐光学滤波器以便光35双程通过可调谐光学滤波器。在39所示意性示出的可调谐光学滤波器38与镜子41之间的双向耦合是通过空闲空间的光耦合或者波导耦合器。通过光学分路器37将在原始输入端口退出可调谐光学滤波器的可调谐光学滤波器的输出引导回光电二极管42。典型的可调谐光学滤波器是两端口互易设备。由此通常为输入端口的图3中的端口" a"变为修改的可调谐光学滤波器的I/O端口。通常为输出端口的图3中的端口" b" 是中间I/O端口。应该认识到光学分路器包括2比1分路器，即具有〃两〃侧和〃 一〃侧并且〃 两"侧上的波导中的一个与输入信号相耦合的分路器。来自双程可调谐光学滤波器的返回信号与分路器的"一"侧上的波导相耦合并且通过"两"侧上的第二波导将其引导到光检测器。分路器是熔融光纤分路器或者执行该功能的其它适当元件。虽然在这里示出了用于该功能的2 1光学分路器，但是可使用替代耦合和/或路由元件。例如，可使用第二输出例如用于对总功率进行测量的2 2光学分路器。此外，环行器可替代图3所示的2 1 分路器。在这种情况下，输入光进入环行器的第一端口，离开第二端口，在双程通过可调谐滤波器之后返回到第二端口，并且离开第三端口，由此利用光检测器对它进行测量。图4示出了本发明的另一实施例，其中在图3中的41所示的镜子被光学环行器51 替代。并且如图4中所示利用双向链路52使光学环行器与可调谐光学滤波器相耦合。光学环行器是传统的且众所周知的起光学反射器作用的设备。图5对本发明的另一实施例进行说明。该实施例用于对图2所示的传统子组件的操作与图4的修改子组件进行比较。光束分路器55并入光学环行器51的支路53中。支路53包含至光学环行器的输入。因此该支路中的光通过一次可调谐光学滤波器。光电二极管57对光束分路器55的单程输出进行测量，并且该测量与图2中的光电二极管四相当。 该输出可与光电二极管42的输出进行比较，以示出经历单程通过可调谐光学滤波器39的光与经历双程通过可调谐光学滤波器的光之间的差。该比较示出了来自双程的光的带宽比经历单程的光的带宽要窄。还示出了改善的相邻和非相邻通道抑制以及改善的动态范围， 尤其是改善的差分动态范围。差分动态范围是可区分不同功率级的通道的程度。图7示出了对单程过滤结果与双程过滤结果的一个比较的结果。利用DiCon 50 MEMS滤波器取得了交叉弧所示的数据点，并且信号光单程通过滤波器。在1E-04的滤波带宽是大约200GHz。为了比较，菱形示出了双程通过DiCon 50滤波器的信号的数据点，并且该数据点表示在大约IOOGHz的1E-04更窄的线宽。图7示出了就DiCon 100MEMS滤波器而言的相似比较数据。星号所示的点给出了单程的数据，而矩形所示的数据给出了双程的数据。在双程的情况下，再次出现了窄的大量线。在图5的实施例中，当单程以及双程信号可用时，在信号的带宽比双程要宽，但是比单程要窄时的时候，可使对信号功率的测量更简单。在这种情况下，利用单程通过滤波器可有利地执行对诸如信号功率这样的一些参数的测量，而利用双程通过滤波器可有利地执行对诸如OSNR这样的其它参数的测量。与图5相似，图6示出了替代实施例，其中由具有下述光电二极管72的部分反射镜71来替代环行器51，所述光电二极管72位于适当位置以对通过镜子的单程滤波信号的部分进行检测。应认识到与信号35相比在检测器42和72的任何一个所检测的信号的功率衰减了，但是所检测的功率之和表示信号35的功率。必要时，可以使用简单软件用于对该衰减进行补偿。如上所述，可调谐光学滤波器是作为互易设备操作的已知的或者将要开发的各种设计中的一个。在1999年6月四日批予的U. S.专利No. 5，917，6 中描述了该设备形式的示例。该可调谐光学滤波器基于对输入光路与GRIN透镜的轴之间的距离进行控制，并且利用透镜以使光束透射到干涉滤波器。该滤波器使特征波长带之内的谱分量通过，并且反射特征波长带之外的谱分量。可容易对该滤波器的通带和阻带进行调谐，以形成可在WDM 复用器和解复用器中使用的可调谐光学滤波器。波长带随着就滤波器的法线方向而言的光的入射角而变。滤波器具有下述装置，该装置用于沿着基本上与GRIN透镜的轴相平行的与该轴相距一定距离的输入光路来引导光信号并且对该距离进行调节以便透射过透镜的第一输入光信号中的谱分量通过滤波器或者被滤波器反射。在这里通过参考所引入的被引专利中可找到与该设备有关的更多详情。另一适当类别的可调谐光学滤波器是MEMS滤波器。在2002年4月16日批予的 U.S.专利No. 6，373，632中描述了这类可调谐光学滤波器的示例，通过参考也将其引入到这里。通过 http://www. axsun. com/html/products—omx—telecom· htm 可得到与这类设备有关的更多信息。若干巳知可调谐光学滤波器设计包括与可调谐光学滤波器相集成的光电检测器元件。如上所述，按照阻止用于提供双程通过可调谐光学滤波器的方便装置这样的方式，在物理上限制对可调谐光学滤波器的使用。在大多数这种情况下为了实现本发明，必需的是使可调谐光学滤波器和光电检测器分开，并且将反射元件插入在它们之间。通常，可调谐光学滤波器是可被调谐在至少IOnm的波长范围上的光学滤波器。典型的可调谐光学滤波器将例如1550nm至1580nm的输入光带过滤为该光带上的Inm或数nm 的通道。调谐受到改变可调谐光学滤波器的电操作参数(例如电压或电流)、机械地改变设备的物理结构、使设备加热或冷却等等的影响。在这里所使用的术语"反射元件"意指通过其功能来指定元件。因此，虽然镜是非常普通的已知反射元件，但是在其功能的上下文中光学环行器是反射元件。将可调谐光学滤波器的输出反射回到可调谐光学滤波器以使其第二次通过可调谐光学滤波器的步骤通常没有介于其间的信号处理，即再次对曾经过滤的光信号进行过滤而无需改变曾经过滤的光信号的特征或特性。在设备的上下文中，该设备在反射元件与可调谐光学滤波器之间不具有信号处理元件。在优选实施例中，送到可调谐光学滤波器的输入端口的光带是从所监测的WDM系统分流的信号。所分流的信号是整个WDM频带，或者一个通道或一组通道。对分流的WDM 信号进行调制，即在调制器之后分流，或者不对分流的WDM信号进行调制，即在调制器之前分流。在本发明的优选实施例中，利用光纤组件和部件实现0ΡΜ。然而，一个或多个元件以及OPM系统和方法的步骤涉及其它形式的波导。例如，光学集成电路用于对通过可调谐光学滤波器的光信号进行路由。在对反射元件与可调谐光学滤波器的输出端口之间的关系进行描述中，该关系是物理耦合或者空闲空间关系。在反射元件包括一个或多个镜子的情况下，可使反射元件简单地与可调谐光学滤波器的中间I/O端口光学上地成一直线。为了更精确的性能和通用性，通过光纤链路使可调谐光学滤波器的中间I/O端口与一个或多个镜子相耦合。如果反射元件是光学环行器，那么通常通过一个或多个光纤链路使该元件与可调光耦合器的输出端口相耦合以及去耦合。本发明的上下文中的术语"耦合"是指以任何适当方式光学地耦合
本领域普通技术人员可想得到对该发明的各种其他修改。基本上依赖该原理的与该说明书的特定教导的所有偏离以及通过其提高了技术的它们的等效体被适当认为在所描述的且所要求的本发明的范围之内。
权利要求
1.一种方法包括a)使光带与可调谐光学滤波器的输入端口相耦合以第一次通过所述可调谐光学滤波器，所述可调谐光学滤波器包括输入端口和输出端口 ；b)对所述可调谐光学滤波器进行调节以使所述光带的一部分通过并且在所述可调谐光学滤波的输出端口生成单程过滤的光信号；c)使所述可调谐光学滤波器的输出端口上的所述单程过滤的光信号与反射元件相耦合；d)将所述单程过滤的光信号反射回所述可调谐光学滤波器的输出端口；e)使所述单程过滤的光信号通过所述可调谐光学滤波器以第二次通过所述可调谐光学滤波器以生成所述双程过滤的光信号；f)对所述双程过滤的光信号的一个或多个特征进行测量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述反射元件包括一个或多个镜。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述反射元件包括光学环行器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述单程过滤的光信号的特性在第一程与第二程之间没有改变。
5.根据权利要求1所述的方法，另外包括对所述单程过滤的光信号的一个或多个特性或特征进行测量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中该方法包括对光学系统的性能进行监测。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述光学系统是WDM系统并且所述方法另外包括通过从所述WDM系统分流光信号来生成所述光带的步骤。
8.一种设备包括a)可调谐光学滤波器，该可调谐光学滤波器包括输入端口和输出端口；b)光波导，用于使光带与所述可调谐光学滤波器的输入端口相耦合；c)调节装置，对所述可调谐光学滤波器进行调节以使所述光带的一部分通过并且在所述可调谐光学滤波的输出端口生成单程过滤的光信号；d)反射元件，该反射元件与所述光学滤波器的输出端口相耦合以用于通过所述可调谐光学滤波器将所述单程过滤的光信号反射回所述可调谐光学滤波器的输入端口 ；e)第一光电检测器，该第一光电检测器与所述可调谐光学滤波器的输入端口相耦合以用于对退出所述输入端口的光的一个或多个特性或特征进行测量。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述反射元件包括一个或多个镜子。
10.根据权利要求8所述的设备，其中所述反射元件包括光学环行器。
11.根据权利要求8所述的设备，其中所述反射元件直接与所述可调谐光学滤波器相耦合而之间没有添加信号处理单元。
12.根据权利要求8所述的设备，另外包括第二光电检测器，该第二光电检测器与所述反射元件相耦合以用于对所述单程过滤的光信号的一个或多个特性或特征进行测量。
13.根据权利要求12所述的设备，包括在所述光波导中的光学分路器以及与所述反射元件相耦合的光学分路器。
14.根据权利要求8所述的设备，其中光电检测器是光电二极管。
15.一种具有光学性能监测器(OPM)的波分复用(WDM)系统，其中OPM包括a)可调谐光学滤波器，该可调谐光学滤波器包括输入端口和输出端口；b)光波导，用于使WDM光带与所述可调谐光学滤波器的输入端口相耦合；c)调节装置，对所述可调谐光学滤波器进行调节以使所述光带的一部分通过并且在所述可调谐光学滤波的输出端口生成单程过滤的光信号；d)反射元件，该反射元件与所述光学滤波器的输出端口相耦合以通过所述可调谐光学滤波器将所述单程过滤的光信号反射回所述可调谐光学滤波器的输入端口 ；e)第一光电检测器，该第一光电检测器与所述可调谐光学滤波器的输入端口相耦合以用于对退出所述输入端口的光的一个或多个特性或特征进行测量。
全文摘要
说明书描述了通过设计出提供通过使所分析的信号双程通过可调谐光学滤波器的光学系统结构所改善的根据本发明的可调谐光学滤波器。双程通过可调谐光学滤波器的益处是更窄的线宽以及更好的相邻和非相邻通道隔离度。本发明是由互易的任何可调谐光学滤波器来实现的。
文档编号H04J14/02GK102217219SQ200980145964
公开日2011年10月12日 申请日期2009年9月1日 优先权日2008年9月17日
发明者克里斯托弗·林 申请人:奥兰若(北美)公司