CN104243018B - 一种色散测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于测量技术领域，公开了一种色散测量方法，用于光纤链路的色散值测量；其特征在于，包括以下步骤：通过稳定连续光源生成光载波信号；采用射频信号将光载波信号调制成双边带光频谱；将双边带光频谱发送给待测光纤链路；将待测光纤链路输出端的光信号进行光电转换成电信号，并实时监测电信号功率值；调整射频信号的扫描频率，确定电信号的最小功率时的扫描频率f_null；计算扫描频率f_null时的色散值。本发明通过双边带光频谱检测光信号经过待测光纤链路后，转换成电信号的功率周期性变化，实现精确定位，优化数据采样，从而提升测量精度；进而减少测量次数，提升效率，扩大测量范围。

Description

一种色散测量系统

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种色散测量系统。

背景技术

目前针对光传输系统链路色散测量的研究较多，如基于时域的脉冲群速时延差探测法的在线色散测量，该方案需要采用高速的光电探测器，高灵敏的RF功率探测器以及其他高速辅助测量设备，并且要求发射端与接收端具备严格的时钟同步，系统成本高，精度存在较大波动，不适合长距离光纤链路色散的测量。基于时域异步采样法的在线色散监控，此类方法需要采用高速的光电器件，如光速光电探测器，高速模数转换器，高速信号分析仪等器件或设备，系统成本极高，且色散测量范围有限，精度不高，适合在一定范围内监测链路色散变化情况，不适合链路色散实际测量,链路数据速率越高，此类方案的实现难度越大，并且此类方法与数据调制格式相关，一种方案只能针对某一种特定调制格式。基于相位敏感探测的RF频谱分析法的色散监测，此类方法存在与上述方案类似的不足，需要采用高速的光电器件和昂贵的频谱分析仪器，测量范围偏小，测量系统体积偏大，不能实现光传输系统的色散实时测量；测量系统抗噪音性能较差，测量精度低，系统成本偏高，测量结果受器件性能影响较大，多次测量结果的一致性较差，从而导致效率极低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提升光纤链路色散测量精度，测量效率的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种色散测量方法，用于光纤链路的色散值测量；包括以下步骤：

通过稳定连续光源生成光载波信号；

采用射频信号将光载波信号调制成双边带光频谱；

将双边带光频谱发送给待测光纤链路；

将待测光纤链路输出端的光信号进行光电转换成电信号，并实时监测电信号功率值；

调整射频信号的扫描频率，确定电信号的最小功率时的扫描频率f_null；

计算扫描频率f_null时的色散值。

进一步地，通过公式：计算色散值CD。

进一步地，所述测量方法还包括：参数校正步骤；通过公式：和分别计算色散值；将色散值CD、CD₂和CD₃求平均数，作为最终色散值。

一种色散测量系统，用于光纤链路的色散值测量；包括：光源模块，信号发生源，调制单元，光电转换单元，功率检测单元以及信号处理单元；

所述光源模块产生光载波信号；所述信号发生源产生射频信号，通过所述调制单元调制所述光载波信号，产生双边带光频谱信号；所述双边带光频谱信号接入待测光纤链路，发送给所述光电转换单元，实现光信号向电信号的转换；所述功率检测单元接收测量所述电信号功率，并将测量值发送给信号处理单元分析和计算色散值；

所述信号处理单元分析比较实时检测的电信号功率值，获取最小功率时的频率f_null；通过公式：计算待测光纤链路的积累色散值CD。

进一步地，所述色散测量系统还包括：光纤放大器；所述光纤放大器连接在所述调制单元与所述待测光纤链路之间。

进一步地，所述色散测量系统还包括：带通光滤波器；所述带通光滤波器连接在所述待测光纤链路的输出端与所述光电转换单元之间。

进一步地，色散测量系统还包括：带通电滤波器；所述带通电滤波器连接在所述光电转换单元与所述功率检测单元之间。

进一步地，所述光源模块包括：光源阵列、光耦合器；所述光源阵列输出的多波长光信号通过所述光耦合器耦合后，接入所述待测光纤链路；所述色散测量系统还包括：波长解复用模块；所述波长解复用模块接收待测光纤链路输出的光信号，将多路光信号发送给所述光电转换单元。

进一步地，所述光电转换单元包括：多个光电转换器；所述功率检测单元包括：多个功率检测器；所述光电转换器的数量与所述光源阵列中单光源的数量相同；一个所述单光源对应通过一个所述光电转换器执行光信号向电信号的转换；一个所述功率检测器检测由一个光电转换器输出的电信号功率。

进一步地，所述波长解复用模块包括：阵列波导光栅；所述阵列波导光栅将有待测光栅链路输出的耦合的光信号进行波长分离，发送给所述光电转换模块。

本发明提供的色散测量系统革新传统的色散测量方法，采用定位精度更高，识别性更好的双边带光频谱作为测量信号，在传输过程中，上下边带信号在色散作用下，导致上下边带的相位差为(2K+1)π时，双边带经探测转化后的电信号功率最小，幅度正好反向，即功率理论值为零，以此作为特征信号，实现精确的定位，从而实现精确的测量，同时笔，避免了调试及反复校正过程，简化了测量流程，提升了测量效率。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的双带光频谱光纤色散效应示意图；

图2为本发明实施例一提供的射频信号在链路色散效应下的功率谱线图；

图3为本发明实施例一提供的链路色散值与射频信号零点功率的频率关系曲线；

图4为本发明实施例一提供的色散值为340ps/nm情况下的功率与射频频率关系曲线；

图5为本发明实施例一提供的色散值为870ps/nm情况下的功率与射频频率关系曲线；

图6为本发明实施例一提供的色散值为1700ps/nm情况下的功率与射频频率关系曲线；

图7为本发明实施例二提供的色散测量系统结构示意图；

图8为本发明实施例三提供的色散测量系统结构示意图；

图9为本发明实施例四提供的色散测量系统结构示意图。

具体实施方式

为了深入说明本发明，下面结合具体实施例和附图进行详细说明。

实施例一

本发明实施例提供的一种色散测量方法，用于光纤链路的色散值测量；其特征在于，包括以下步骤：

通过稳定连续光源生成光载波信号；

采用射频信号将光载波信号调制成双边带光频谱；

将双边带光频谱发送给待测光纤链路；

将待测光纤链路输出端的光信号进行光电转换成电信号，并实时监测电信号功率值；

调整射频信号的扫描频率，确定电信号的最小功率时的扫描频率f_null；

计算扫描频率f_null时的色散值。

本实施例以调制后的光载波信号为检测信号，通过稳定连续光源输出光信号，保证检测信号的稳定，从而避免由于信号本身波动造成检测精度受影响。

本实施例中，通过射频信号对光载波信号进行调制，形成双边带光频谱，以此信号作为检测信号在待测光纤连中传导；承受光纤色散效应的影响。

参见图1，双边带光频谱的上下边带的初始相位是一致的；当双边带光频谱受光纤色散影响时，将导致上下边带产生相位差，从而导致其检测到的功率产生周期性变化，本实施例基于这一特点，通过定位待测光纤链路的检测功率，在色散监测节点通过提取探测后的射频功率谱的这一特征来实现监测链路色散。

当上下边带信号产生的相位差为(2K+1)π时，信号的幅度正好反向，从而导致探测后的信号功率理论值为零；实际检测值为功率谱线的波谷，最小值。

一般情况下，待测光纤链路输出端探测后的电信号与链路色散的关系式：由于余弦函数以及功率谱均系周期性的，因此通过上述公式计算的色散值无法规避函数周期性的问题，即色散值的计算不能精确定位功率与频率的对应关系，从而导致色散值得计算存在余弦函数周期的问题，计算出多个值，且无法确定哪一个为精确值，需多次重复测量，校正，筛选。

将待测光纤链路输出端的光信号进行光电转换成电信号，并实时监测电信号功率值；调整射频信号的扫描频率，确定电信号的最小功率时的扫描频率f_null；计算扫描频率f_null时的色散值。

参见图2，待测光纤链路输出端，射频信号功率与链路色散存在周期性关系，即当链路色散引起信号上下边带相位差(2K+1)π时，接收端探测到的射频信号功率最小。从图中可以看出，三种RF信号的功率周期与射频频率大小有关，射频频率越大，由色散效应导致的功率变化周期越小，反之亦然。当射频频率分别为15GHz和21.21GHz时，当色散值为272ps/nm、136ps/nm时，均具有最小RF功率特征。此时f_null＝15GHz，f_null＝21.21GHz，RF₁与RF₂满足式关系

三种RF频率对应的周期性零功率色散点如表1所示，如果则f₁对应的一阶零功率色散值是f₂一阶零功率色散值的k倍。

表1不同RF频率对应的零功率色散点

RF频率(GHz)	一阶色散值(ps/nm)
		8	986
15	272
		21.21	136

为了简化色散值得计算，并提升测算精度和效率，优选的采用，公式：计算色散值。

为了降低误差，优选的，采用和分别计算色散值；将色散值CD、CD₂和CD₃求平均数，作为最终色散值。

参见图3～图6，链路色散值与零功率点的频率值之间对应曲线，可以指导对射频频率调节，提升最低功率的调谐效率，进而提升测量效率。

实施例二

参见图7，本实施例基于实施例一的测量方法提供一种色散测量系统，用于光纤链路的色散值测量；包括：光源模块，信号发生源，调制单元，光电转换单元，功率检测单元以及信号处理单元；

光源模块产生光载波信号；信号发生源产生射频信号，通过所述调制单元调制所述光载波信号，产生双边带光频谱信号；所述双边带光频谱信号接入待测光纤链路，发送给所述光电转换单元，实现光信号向电信号的转换；功率检测单元接收测量所述电信号功率，并将测量值发送给信号处理单元分析和计算色散值；

信号处理单元分析比较实时检测的电信号功率值，获取最小功率时的频率f_null；通过公式：计算待测光纤链路的积累色散值CD。

本实施例提供基于导频时钟信号强度的零界点提取方法来实现光纤链路色散测量的装置。

波长可调谐光源1采用具有波长可调谐功能的光源模块产生所需波长光信号，之后将该光信号送入调制器，此处调制器可以为强度型调制器，也可以为相位型调制器。

信号发生源采用射频发生器，产生所需的射频信号，该RF发生器可具备频率、功率可调谐功能，所产生的RF信号施加到调制器，用于调制光信号。调制器输出的光信号送入待测光纤链路。

从光纤链路输出的光信号送入光电转换单元。光电转换单元具体可以采用PIN型光探测器，也可以采用APD型光探测器。从光电转换模块输出的电信号送入功率检测单元，进行输出功率检测。

功率检测单元可以为具备射频信号分析功能的仪器，也可以采用ADC高速采样后的数字信号分析仪器及模块。功率探测器包括所有具备信号功率频谱分析能力的仪器设备及模块。由功率探测器输出的数据送入信号处理单元。

信号处理单元基于给定色散计算公式精确计算出待测链路色散值。信号处理单元可以是基于PC的信号处理系统，也可以是基于DSP或FPGA开发出的嵌入式信号处理系统。

本实施例提出的测量系统，相对于传统的测量系统结构更简，体积更小，从而使其更适于实时测量。采用基于导频时钟信号强度的零界点提取方法来实现光纤链路色散测量，是的测量精度和效率大幅提高。

实施例三

参见图8，相对于实施例二，本实施例在实施例二的基础上增加：光纤放大器、带通光滤波器以及带通电滤波器；光纤放大器连接在调制单元与待测光纤链路之间；提升检测信号的输入功率，从而保证测量信号的幅度，降低观测误差。带通光滤波器连接在待测光纤链路的输出端与光电转换单元之间，滤除光杂波，避免干扰测量；带通电滤波器连接在光电转换单元与功率检测单元之间，滤除电杂波，避免干扰测量。

实施例四

参见图9，在实施例二或者三的基础上，拓展测量范围，扩大测量范围，针对光源模块进行拓展，以期获得更高的测量精度。

光源模块包括：光源阵列、光耦合器；光源阵列输出的多波长光信号通过光耦合器耦合后，接入所述待测光纤链路；所述色散测量系统还包括：波长解复用模块；波长解复用模块接收待测光纤链路输出的光信号，将多路光信号发送给光电转换单元。

相适应的，光电转换单元包括：多个光电转换器；功率检测单元包括：多个功率检测器；光电转换器的数量与光源阵列中单光源的数量相同；一个单光源对应通过一个光电转换器执行光信号向电信号的转换；一个功率检测器检测由一个光电转换器输出的电信号功率。

从而实现多个光源，多个独立测量流程的多次测量模式；多次测量结果求均值的方式，优化测量数据，提升测量精度。

波长解复用模块包括：阵列波导光栅；阵列波导光栅将有待测光栅链路输出的耦合的光信号进行波长分离，发送给所述光电转换模块。实现各个光源测量流程相互独立。

本发明提供的色散测量系统革新传统的色散测量方法，采用定位精度更高，识别性更好的双边带光频谱作为测量信号，在传输过程中，上下边带信号在色散作用下，导致上下边带的相位差为(2K+1)π时，双边带经探测转化后的电信号功率最小，幅度正好反向，即功率理论值为零，以此作为特征信号，实现精确的定位，从而实现精确的测量，同时笔，避免了调试及反复校正过程，简化了测量流程，提升了测量效率。同时基于本方法，提出配套系统。以更小的成本，更小的体积，适于长距离实时测量。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种色散测量系统，用于光纤链路的色散值测量；其特征在于，包括：光源模块，信号发生源，调制单元，光电转换单元，功率检测单元以及信号处理单元；

所述光源模块产生光载波信号；所述信号发生源产生射频信号，通过所述调制单元调制所述光载波信号，产生双边带光频谱信号；所述双边带光频谱信号接入待测光纤链路，发送给所述光电转换单元，实现光信号向电信号的转换；所述功率检测单元接收测量所述电信号功率，并将测量值发送给信号处理单元分析和计算色散值；

所述信号处理单元分析比较实时检测的电信号功率值，获取最小功率时的频率f_null；通过公式：计算待测光纤链路的积累色散值CD；

所述光源模块包括：光源阵列、光耦合器；所述光源阵列输出的多波长光信号通过所述光耦合器耦合后，接入所述待测光纤链路；

所述色散测量系统还包括：波长解复用模块；所述波长解复用模块接收待测光纤链路输出的光信号，将多路光信号发送给所述光电转换单元。

2.如权利要求1所述的色散测量系统，其特征在于，还包括：光纤放大器；所述光纤放大器连接在所述调制单元与所述待测光纤链路之间。

3.如权利要求1所述的色散测量系统，其特征在于，还包括：带通光滤波器；所述带通光滤波器连接在所述待测光纤链路的输出端与所述光电转换单元之间。

4.如权利要求1所述的色散测量系统，其特征在于，还包括：带通电滤波器；所述带通电滤波器连接在所述光电转换单元与所述功率检测单元之间。

5.如权利要求1所述的色散测量系统，其特征在于，所述光电转换单元包括：多个光电转换器；所述功率检测单元包括：多个功率检测器；所述光电转换器的数量与所述光源阵列中单光源的数量相同；一个所述单光源对应通过一个所述光电转换器执行光信号向电信号的转换；一个所述功率检测器检测由一个光电转换器输出的电信号功率。

6.如权利要求1所述的色散测量系统，其特征在于，所述波长解复用模块包括：阵列波导光栅；所述阵列波导光栅将有待测光纤链路输出的耦合的光信号进行波长分离，发送给所述光电转换单元。