CN100477562C - 光传输***中光信号监测的方法 - Google Patents

Abstract

一种光传输***中光信号监测的方法，属于光纤通信技术领域。本发明用光耦合器将通信光信号分为两路，调整偏振状态后进入耦合器，本地振荡激光器产生的本地振荡光经偏振控制单元，调整偏振状态后进入耦合器与待测光信号混频，混频后由射频功率检测器检测功率，由主控制单元改变本地振荡激光器的振荡频率，重复上述步骤直至本地振荡激光器的振荡频率扫过整个信号频谱，由光滤波器中心波长和信号的中心波长监测信号的频率漂移。本发明能够同时进行信号和带内噪声的中心波长的监测，以及可由此导出的累积光滤波器形状和信号中心波长与滤波器中心波长的频率漂移。

Description

光传输***中光信号监测的方法

技术领域

本发明涉及的是一种光纤通信技术领域的方法，具体地说，是一种光传输***中光信号监测的方法。

背景技术

在可重构光网络中，每个信道在被接收前都要经过复用、解复用和路由，而信号每经过一次复用器/解复用器，都要经受一定的滤波效应。在这一过程中，信道通带内的自发辐射(ASE)噪声不断积累，而信道外的ASE噪声被滤波器限制到了较低的水平，因此带内和带外ASE噪声的功率水平是不一样的，显然带内ASE噪声的功率水平决定了最终的光信噪比(OSNR)，也即信号质量。而传统的基于旋转衍射光栅结构的光谱分析仪(OSA)无法正确区分出带内噪声。但人们更希望得到更多的关于信号的信息，如信号中心波长，累积滤波器形状等，通过滤波器形状可以监测信号中心波长的频率漂移，而这些都可以通过带内ASE光谱得到。然而，传统的OSA由于分辨率(典型值0.1nm)的限制，很难检测出10Gb/s及以下的数据速率信号的精细结构。由于受到实现原理上的限制，不能从光信号中正确区分出噪声，因此不能监测带内ASE光谱。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号为200410082685.5，专利名称为“监视光信号的装置与方法”，在这种方法中，使用了一个偏振分束器将信号分为两束，其中一束用于功率测量，另一束用于反馈控制偏振加扰器来改变输入信号的偏振态。然而，这种监测技术仅能测到OSNR，无法检测到带内光谱。以上表明，目前现有技术中多不能监测带内OSNR，同时，还不具备带内ASE光谱的监测办法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种光传输***中光信号监测的方法。使其可用于动态可重构波分复用(WDM)光传输***中的信号光谱和带内(In-band)ASE光谱，及带内OSNR的监测，解决了现有技术存在的各种缺陷，还能够同时进行信号和带内噪声的中心波长的监测，以及可由此导出的累积光滤波器形状和信号中心波长与滤波器中心波长的频率漂移。

本发明的光传输***中光信号监测的方法，包括下列步骤：

①用光耦合器将通信光信号分为两路，其中较小功率部分的光信号用作监测信号；

②待测光信号被送入第一偏振控制单元，调整偏振状态后进入耦合器；

③本地振荡激光器产生的本地振荡光经第二偏振控制单元，调整偏振状态后进入耦合器与待测光信号混频：

④混频后的光信号经光电检测并放大后由射频功率检测器检测功率；

⑤主控制单元控制第一偏振控制单元，使其偏振状态发生周期性变化，在一个周期内，射频功率检测器输出的功率最大值对应于光信号在某一频率下的功率，最小值对应于带内ASE噪声在某一频率下的功率，记录相应频率下的最大值和最小值；

⑥由主控制单元改变本地振荡激光器的振荡频率；

⑦重复步骤②-⑥，直至本地振荡激光器的振荡频率扫过整个信号频谱；

⑧通过步骤⑦，获得带内ASE光谱和光滤波器形状，以及信号光谱和信号的中心频率，信号带宽；

⑨由光滤波器中心波长和信号的中心波长监测信号的频率漂移。

所述的带内ASE光谱，由相应的功率最小值点得到带内ASE光谱。

所述的带内ASE光谱，由带内ASE光谱获得光滤波器形状，包括光滤波器中心波长，边带起伏。

所述的信号光谱，由功率最大值点得到信号光谱。

所述的信号光谱，由信号光谱获得信号的中心频率，信号带宽。

所述的信号光谱，由信号光谱和带内ASE光谱积分并运算得到带内OSNR；

计算公式为： $\mathrm{OSNR}=10\log \left(\frac{2{\∫}_f(P_{\max }^E-P_{\min }^E)}{{\∫}_f{P}_{\min }^E}\right),$ 其中P_max ^E为射频功率检测单元测量到的最大值，P_min ^E为射频功率检测单元测量到的最小值，∫_f(·)表示在频率域上积分。

该方法用于光纤传输***信号监测时，其中第一、第二偏振控制单元要求支持反馈控制，可以采用GP MPC-4X。本地振荡激光器要求波长连续可调，且须为窄带激光器(典型值300kHz-20MHz)，可以采用Anritsu MG9638A。步骤④中信号光和本振光通过耦合器混频，耦合器为四端口器件。步骤④中的光电检测须采用低带宽(典型值DC-155MHz)平衡检测器，包括两个对称的PIN管。射频功率检测单元须为窄带器件(典型值DC-155MHz)，并且支持编程测量，可以采用HP 8594E。

本发明测量OSNR的原理：

在某一光频率下，当调整第一和第二偏振控制单元，使它们输出的待测光信号和本地振荡光的偏振状态相互垂直时，由射频功率检测器检测到的电功率为：

$P_{\min }^E=K\·\frac{1}{2}{P}_{\mathrm{ASE}}---\left(1\right)$

其中P_ASE为全部ASE功率，K为比例系数。此时对应最小值点

当它们输出的待测光信号和本地振荡光的偏振状态相互垂直时，由射频功率检测器检测到的电功率为：

$P_{\max }^E=K\·(P_S+\frac{1}{2}{P}_{\mathrm{ASE}})---\left(2\right)$

其中P_S为信号功率。此时对应最大值点。

由主控制单元控制本地振荡器使之扫频，重复以上过程。如图2所示。

OSNR由以下公式得到：

$\mathrm{OSNR}=10\log \left(\frac{2{\∫}_f(P_{\max }^E-P_{\min }^E)}{{\∫}_f{P}_{\min }^E}\right)---\left(3\right)$

其中∫_f(·)表示在频率域上积分。

本发明适用于光纤传输***的光信噪比(OSNR)、带内ASE光谱和频率漂移的测量，通过控制待测信号的偏振状态和外差式检测，获得带内ASE噪声的功率分布。同时，由于测量过程的窄线宽特性，本方法对于偏振模式色散(PMD)不敏感。本方法适用于单波长、多波长和多通道的不同光纤通信***。

具体实施方式

实施例

①用光耦合器将通信光信号分为两路，其中较小功率部分的光信号用作监测信号。

②待测光信号被送入第一偏振控制单元，偏振控制单元用于调整信号光的偏振状态，在应用中可以采用GP MPC-4X，须支持动态反馈控制。信号光经调整偏振状态后进入耦合器。

③本地振荡激光器产生的本地振荡光送入第二偏振控制单元，第二偏振控制单元的功能描述及技术要求同第一偏振控制单元。本振激光器为窄带光源，典型值为300kHz-20MHz，可以采用Anritsu MG9638A。

④本振光经调整偏振状态后进入耦合器，与待测光信号混频；此处耦合器为四端口器件，包括两个输入端口和两个输出端口，分路比为50∶50。

⑤混频后的光信号送入光电检测器，本方法中要求使用平衡光电检测器，它包括两个对称的PIN管。对平衡光电检测器的带宽要求为DC-155MHz。

⑥光电检测器输出的电信号经放大后送入射频功率检测器检测器，以检测差拍信号功率。射频功率检测器须支持编程测量，可以采用HP 8594E。射频功率检测器的测量带宽为DC-155MHz。

⑦主控制单元控制第一偏振控制单元，使其偏振状态发生周期性变化。在一个周期内，射频功率检测器输出的功率最大值对应于光信号在某一频率下的功率，最小值对应于带内ASE噪声在某一频率下的功率，记录相应频率下的最大值和最小值。

⑧在某一频率下的测量完成后，由主控制单元改变本地振荡激光器的振荡频率，重复步骤②-⑦，直至本地振荡激光器的振荡频率扫过整个信号频谱；

⑨通过步骤⑧，获得带内ASE光谱和光滤波器形状，以及信号光谱和信号的中心频率，信号带宽；由公式3计算得到带内OSNR。

⑩由光滤波器中心波长和信号的中心波长监测信号的频率漂移。

通过本方法，可以直接在信号接收端测出带内OSNR、带内ASE光谱和光滤波器形状，以及信号光谱和信号的中心频率，信号带宽。此外，采用本方法还能获得极高的分辨率和准确性。在应用本发明测量OSNR的一个实例中，可以在16～30dB范围内测得准确的带内OSNR。在应用本发明测量光滤波器中心波长和信号的中心波长监测信号的频率漂移的一个实例中，本发明测得的频率漂移为0.073nm，而用OSA测得的频率漂移为0.070nm，本发明显示了极高的分辨率。需要强调的是，使用OSA的测量结果是在关掉数据信号时得到的，实际传输***中不允许这样做；而使用本发明可以直接测得频率漂移。

Claims (10)

1、一种光传输***中光信号监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

①用光耦合器将通信光信号分为两路，其中较小功率部分的光信号用作待测光信号；

②待测光信号被送入第一偏振控制单元，调整偏振状态后进入耦合器；

③本地振荡激光器产生的本地振荡光经第二偏振控制单元，调整偏振状态后进入耦合器与待测光信号混频；

④混频后的光信号经光电检测器放大后由射频功率检测器检测功率；

⑤主控制单元控制第一偏振控制单元，使其偏振状态发生周期性变化，在一个周期内，射频功率检测器输出的功率最大值对应于待测光信号在某一频率下的功率，最小值对应于带内ASE噪声在某一频率下的功率，记录相应频率下的最大值和最小值；

⑥由主控制单元改变本地振荡激光器的振荡频率；

⑦重复步骤②-⑥，直至本地振荡激光器的振荡频率扫过整个信号频谱；

⑧通过步骤⑦，获得带内ASE光谱和光滤波器形状，以及待测光信号光谱及其中心频率、信号带宽；

⑨由光滤波器中心波长和待测光信号的中心波长监测待测光信号的频率漂移；

所述的本地振荡激光器为窄带激光器，所述的射频功率检测器为窄带器件。

2、根据权利要求1所述的光传输***中光信号监测的方法，其特征是，由相应的功率最小值点得到所述的ASE光谱。

3、根据权利要求1或2所述的光传输***中光信号监测的方法，其特征是，由所述的ASE光谱获得光滤波器形状，包括光滤波器中心波长，边带起伏。

4、根据权利要求1所述的光传输***中光信号监测的方法，其特征是，由待测光信号光谱和所述的ASE光谱积分并运算得到带内OSNR；计算公式为： $\mathrm{OSNR}=10\log \left(\frac{2{\∫}_f(P_{\max }^E-P_{\min }^E)}{{\∫}_f{P}_{\min }^E}\right),$ 其中P_max ^E为射频功率检测单元测量到的最大值，P_min ^E为射频功率检测单元测量到的最小值，∫_f(·)表示在频率域上积分。

5、根据权利要求1或者4所述的光传输***中光信号监测的方法，其特征是，由功率最大值点得到所述的待测光信号光谱。

6、根据权利要求1或者4所述的光传输***中光信号监测的方法，其特征是，由所述的待测光信号光谱获得信号的中心频率，信号带宽。

7、根据权利要求1所述的光传输***中光信号监测的方法，其特征是，所述的第一偏振控制单元，支持反馈控制。

8、根据权利要求1所述的光传输***中光信号监测的方法，其特征是，所述的本地振荡激光器，波长连续可调。

9、根据权利要求1所述的光传输***中光信号监测的方法，其特征是，所述的光电检测器为低带宽平衡检测器，包括两个对称的PIN管。

10、根据权利要求4所述的光传输***中光信号监测的方法，其特征是，所述的射频功率检测器支持编程测量。