专利名称：光学波长频分复用传输系统中波长分量功率的独立控制方法
技术领域：
本发明涉及控制光学波长频分复用信号各个波长分量相对振幅的方法和装置。
光通信系统中波长频分复用的使用正在迅猛地发展，以便增加系统的信息承载容量。另外，该频分复用还容许以有效而经济的方式提供网络开关和保护功能。沿光纤传播的波长频分复用光信号具有不同频率的若干频道。发射时，任一频道波长分量的振幅与其它频道的振幅相同，但当这些波长分量通过网络进行传输时，频道之间的相对振幅将变得不均衡。
网络中关键点处各频道的光功率随到达给定关键点所经过的路径而变化。并且，假如发生网络结构变形或路径变化，则光功率也将显著改变。发射机端任何初始波长的不均衡将加剧随后通过网络处理该光信号过程中频道光功率的变化。
另一个问题是，典型光学放大器具有非线性转移函数，此时增益随所放大的波长不同而变化。如果令波长频分复用光信号通过这种非线性放大器，则会加重输入信号的不均衡，从而降低网络的性能。
本发明的目的在于提供一种方法和装置，用以克服由波长频分复用光信号波长分量通过网络传播而引起之信号频道之间光功率变化所带来的困难。
本发明的一个方面，提供了一种用于控制波长频分复用光信号各个波长分量相对振幅的方法。在该方法中，令波长频分复用光信号通过一个自适应光学波长滤波器传输，以确定该光信号各个波长分量的相对功率，并对该自适应光学波长滤波器施加某种复杂的控制信号，该控制信号包含频分复用光信号各个波长分量的控制分量，并根据所确定之各个光信号波长分量的功率调节各个控制分量的大小。
本发明利用了已知自适应光学波长滤波器的转移特性。这种滤波器的设计方案包括声光和电光可控滤波器。无论是何种类型的滤波器，均具有传输光信号的光波导，而光信号的转移函数借助应力感应双折射加以定义。光信号与应力波导之间的相互作用导致该光信号的极化反转。因此，如果在滤波器的相互作用部之前和/或之后加入极化选择元件，则该滤波器输出端(或各个输出端)的通带将可以通过是否产生极化反转而进行控制。
对于声光滤波器，应力感应双折射通过将低频波形(通常为数百MHz的电磁能)引入该滤波器而实现。对于电光滤波器，该双折射通过沿波导排列的电极结构而实现。
上述自适应光学波长滤波器允许从光通信网络中选择波长频分复用频道的和或差。多频道同时的和或差可以利用适当构造的此种滤波器而实现。
已知通常用于光学网络的两种自适应光学波长滤波器为声光和电光可控滤波器。对于前者，在该滤波器上施加较低频率的控制信号，而对于后者，是将直流控制信号加在该滤波器的电极结构上，其中各个频道具有独立的电极结构。本发明中可采用其中任何一种滤波器。两种滤波器均可构造成具有一个以上的输出端，且最好使用如下形式的滤波器频道功率通过对一个端口的输出进行处理而确定，而基本光信号通过另一输出端进行传输。通常，为产生适当的控制信号，该一个端口的输出与该另一端口的输出反相。另外，该滤波器也可仅具有单输出端口，频道功率的确定则通过对由该端口输出无源分流所得到的光信号进行处理而实现。
在本发明方法的实施过程中，必须考虑到根据绝对波长对执行自适应滤波的滤波器和确定不同频道内功率电平以便定义该滤波器中所需匹配的元件进行锁定。可以设置某种“窗口”，该窗口可以是各频道间被频道隔离的部份(可能是40％)。从而，所传输的光信号可以位于该各个频道“窗口”内任何位置，因此光学滤波器和网络均必须具备对这些“窗口”的相当宽的响应。这样，滤波器和频道功率确定元件(分析器)将只有在响应得到良好匹配时才需要牢固地锁定。如果分析器的“窗口”略宽于滤波器的“窗口”，则可以给定更为宽松的锁定要求。当分析器采用无源信号分离器形式时，上述方法可以通过改变该信号分离器中滤波器和其它元件的参数而实现。另一方面，在分析器包含第二有源滤波器的情况下，所需要做的只是略加改变设计以展宽滤波器响应而获得宽松的锁定状态，因为在这种方案中，两个滤波器将被锁定于同一驱动电路。
光通信系统的传输标准限定了网络的中心波长。因此，在整个网络范围内，不要求对各个自适应滤波器进行逐一锁定。
本发明的第二个方面，提供了一种用以控制波长频分复用光信号各个波长分量相对振幅的装置。该装置包括自适应光学波长滤波器，光信号通过该滤波器进行处理；用以确定处理后光信号波长分量相对功率的装置；控制装置，它对所确定之各个波长分量的功率产生响应并向自适应光学波长滤波器提供复合控制信号，该复合控制信号包含对频分复用光信号各个波长分量的控制分量。上述控制装置根据所确定之各个光信号波长分量的功率对各个控制分量的大小进行控制。
在本发明中，复合控制信号具有对各个光信号波长频道的控制分量，该各个控制分量的能量或振幅由该光信号各个波长分量的检测功率而决定。为实现闭环反馈系统，光信号各个波长分量的相对功率应当在该信号经自适应光学波长滤波器处理之后而确定。
当使用声光可调滤波器时，控制信号将具备针对光信号各个频道的频率分量，对各个频率分量的能量进行调整以便控制该光信号各个波长分量的功率。如果采用电光可调滤波器，控制信号将具有针对光信号各个频道的直流分量，每个直流分量被施加在滤波器的相应电极结构上以便根据所施加之直流控制分量的电压控制该光信号各个频道的功率。
波长频分复用光信号各个频道功率的确定可通过本技术领域中已知的任意适当方式进行。例如，可采用在线光学滤波器中将光信号的一部份分解成各个波长分量，然后各个分量的振幅再通过诸如对各个频道分别进行光检测的方式加以确定。除了采用光学滤波器之外，还可采用波长分割信号分离器将光信号的一部份分解成各个波长分量。
光信号各个频道功率的确定还可利用与用于控制光信号各个波长分量振幅之滤波器相似的另一个自适应光学波长滤波器而实现。该另一滤波器可以逐一对光信号的各个频道进行采样，并且该另一滤波器的输出依次对应于光信号各个频道的功率。通过将两个滤波器与同一驱动电路相连，两滤波器的操作将被紧密地相互锁定且信号波长得到分解。利用此种设计，两滤波器可以配置在一个集成电路上。
可以调节控制信号各个控制分量的大小使得光信号各个波长分量的相对功率经滤波器处理之后大致相等。换句话说，当经过处理的光信号通过诸如光学放大器等非线性器件依次进行处理时，控制信号的各个控制分量可以相对于后面非线性元件的转移函数而进行调节。这样，在经过该非线性元件处理之后，可以控制该光信号所有波长频道的功率变得大致相同。
附图简要说明下面，仅以举例的方式，将更为详细地介绍本发明并给出其若干特殊实例。其中有关参考
如下。
图1给出了处理波长频分复用光信号的网络示意图。
图2描述了本发明方法的第一个实例。
图3描述了本发明方法(与图2中类似)的第二个实例。
图4描述了第三个实例，它利用滤波器分解频道波长。
图5描述了与图4类似的另一个实例。
图6给出了自适应滤波器的转移函数，描述采用图2方案时滤波器主、副输出之间功率的转变。
图7A和7B分别比较了经过和没经过根据本发明的自适应平衡时来自非线性光学放大器的输出信号。
图1所描述的网络包括一组沿光纤11传输光信号的开关节点10。该信号可以是多频道波长频分复用信号，因此在一个或多个节点10处可能存在多个波长。例如，光纤12可传输波长为λ1振幅为α1的频道，光纤13可传输波长为λ2振幅为α2的频道。如果同时将上述两个频道作为波长频分复用信号转换至光纤14处，尽管两信号在进入网络时具有相同的振幅，但经过该节点的处理，两个频道的相对振幅将以α3传输。在随后对该频分复用信号的处理过程中，两个频道的振幅差将进一步加大，从而可能导致恢复较小振幅频道的困难。
图2描述了对具有失衡频道振幅的波长频分复用信号(例如图1中光纤14上的信号)的处理。电光或声光自适应滤波器20各自具有输入端21和主、副输出端22和23。该滤波器还具有控制端24。这种滤波器自身在本技术领域中是已知的，故此处将不作进一步的详细说明。
载有波长频分复用信号的光纤14接于输入端21，而另一光纤接于主输出端22。所有输入频道均出现在主、副输出端，只不过来自副输出端23的信号被送至波长信号分离器(图中未画出，但本技术中为已知)以便将各个频道分量提供给一组光检测器25，其中每个光检测器输入一个频道分量。光检测器各自确定所输入其上频道分量的功率，然后依次输出到控制电路26上。该电路26控制一组振荡器27进行工作，其中每个振荡器负责输入信号的一个波长频道；振荡器27的输出在28处合成并被送至滤波器的控制端24。
图3给出了类似于图2的设计，但其中自适应滤波器20仅具有主输出端22。此设计中频道功率分解部的输入取自该滤波器主输出上的无源分流装置29。此设计的其它所有方面均与图2相同，在此将不做进一步详细说明。
图4所示的第三种方案采用了引入第二自适应波长滤波器30的频道功率分解器，该功率分解器的输入端31与主自适应滤波器20的副输出端23相连。单一控制电路32控制两组独立振荡器33和34的工作，该两组振荡器分别与两自适应滤波器20和30相联。各组振荡器的输出分别在35和36处合成，且所生成的控制信号被分别送到两自适应滤波器20和30的控制端24和37。
自适应滤波器30的输出被送至单一光检测器38，且表示即时输入该光检测器38频道分量功率的信号被馈入控制电路32，以便控制与滤波器20相联的适当振荡器组33。这样，在控制电路32的控制下，通过利用另一自适应滤波器30依次采样各个频道而实现各频道功率的分析，使得离开滤波器20主输出端信号中的不同波长功率达到所需平衡。通过采用单一控制电路32，此方案的工作可以实现适当的同步，以便保证滤波器20对各个频道的转移函数与相应频道的检测功率相匹配。
图5给出了类似于图4的另一种方案，其中采用第二自适应滤波器30对经过滤波器20的多频道信号进行分析。此时，取代两组独立振荡器的是单独一组振荡器40，用以控制两滤波器20和30。控制滤波器20时，来自振荡器的输出经过元件41，在该输出进行合成并被送至滤波器20的控制端24之前，其有效电阻可通过控制电路32进行改变。同时，从各个振荡器提取输出提供给开关电路43，开关操作由控制电路32执行，以便以与振荡器操作相同步的关系将适当振荡器的输出送至滤波器30的控制端。
在其它方面，图5方案的工作原理与图4中相同，此处将不做详细说明。
图6描述了图2、4或5任一方案中主、副端口22和23各光功率之间的关系，此时信号的任一波长频道馈至输入端21，而适当的高频控制信号馈至控制端24。通过调节控制信号的能量，可以改变用于与控制信号频率相关之频道的滤波器的转移函数。副端口23处输出信号的功率与主输出端22处的信号功率相反。
通过适当改变控制信号的能量，可以控制主输出端22处的光信号功率具备所需数值。这种控制依靠所确定之副输出端23处的信号功率而实现。因此可以构造控制电路使之定义为闭合环路系统，以便保证无论输入端21处光信号功率发生何种变化，主输出端处的光学系统功率均能维持所需的恒定值。
图7A描述了典型非线性光学放大器45关于波长频分复用光信号的特性，其中各个频道的相对功率于46处给出。从47处可以看出，经过放大器45的处理，频道功率之间的相对失衡加重。然而，对放大器45的输入信号通过本发明的上述方法和装置进行自适应平衡，放大器45输出信号频道的相对功率可实现基本相同，如图7B中48处所示。
权利要求
1.控制波长频分复用光信号各个波长分量相对振幅的方法，其中令波长频分复用光信号通过自适应光学波长滤波器传输，确定该光信号各个波长分量的相对功率，并对该自适应光学波长滤波器施加某种复杂的控制信号，该控制信号包含该频分复用光信号各个波长分量的控制分量，并根据所确定之各个光信号波长分量的功率调节各个控制分量的大小。
2.根据权利要求1所述的方法，其中光信号各个波长分量的相对功率在该信号经自适应光学波长滤波器处理之后而确定。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中该光信号之一部份被分解成其独立波长分量，且各个独立分量的功率得到确定。
4.根据权利要求3所述的方法，其中采用线光学滤波器中将光信号之一部份分解成独立波长分量。
5.根据权利要求3所述的方法，其中采用波长频分复用信号分离器将光信号之一部份分解成独立波长分量。
6.根据权利要求3所述的方法，其中采用自适应光学波长滤波器将光信号之一部份分解成其独立波长分量，利用该滤波器的输出确定各个波长分量的功率。
7.根据上述任意权利要求所述的方法，其中调节控制信号各个频率分量的大小，使得该光信号各个波长分量的相对振幅经处理后基本相同。
8.根据权利要求1至4中任何一项所述的方法，其中调节控制信号各个频率分量的大小，使得该光信号各个波长分量的相对振幅经处理后实现预置的非恒等关系。
9.根据权利要求8所述的方法，其中根据逐次处理光信号之非线性光学元件的转移函数确定该预置关系。
10.根据上述任意权利要求所述的方法，其中自适应光学波长滤波器包括声光可调滤波器和电光可调滤波器中的任一个。
11.根据权利要求10所述的方法，其中自适应光学波长滤波器具有主、副处理信号输出，相对功率的确定根据该滤波器的副处理输出进行。
12.根据权利要求11所述的方法，其中由副输出获得的信号与由主输出获得的信号相反。
13.控制波长频分复用光信号各个波长分量相对振幅的装置，其中包括自适应光学波长滤波器，光信号通过该滤波器进行处理；用以确定处理后光信号波长分量相对功率的装置；控制装置，它对所确定之各个波长分量的功率产生响应并向自适应光学波长滤波器提供复合控制信号，该复合控制信号包含对频分复用光信号各个波长分量的控制分量。上述控制装置根据所确定之各个光信号波长分量的功率对各个控制分量的大小进行控制。
14.根据权利要求13所述的装置，其中该功率确定装置包括分离波长频分复用光信号各个波长分量的分离装置。
15.根据权利要求14所述的装置，其中该功率确定装置包含一组在线光学滤波器、信号分离器和另一自适应光学波长滤波器中的任意一种。
全文摘要
用以控制波长频分复用光信号各个波长分量相对振幅的方法和装置采用了对光信号进行变换的自适应光学波长滤波器。该滤波器根据分析光信号各个波长分量的功率加以控制,以便使输出功率可按照预先确定的关系实现平衡。可以采用一组在线光学滤波器、信号分离器和另一自适应光学波长滤波器中的任意一种对光信号波长分量的功率进行分解。
文档编号H04B10/077GK1202285SQ9619826
公开日1998年12月16日 申请日期1996年9月13日 优先权日1995年9月15日
发明者阿德里安·查尔斯·奥唐奈 申请人:集成光学元件有限公司