CN107346989A - 一种多通道激光波长相关性监测器及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光波长监测领域，公开了一种多通道激光波长相关性监测器及监测方法，由多光纤准直器、可调腔长的F‑P标准具及光电探测器构成波长监控装置，通过扫描的方式监控和测算各激光光源的频率差异。通过多光纤头对F‑P标准具的复用及标准具的可调谐性，实现多激光器的频差监测及反馈，结构简单、可同时对多通道激光进行监控，且无需对DFB激光器进行调制，减少了信道干扰，对系统信噪比的提升起到了显著作用。

Description

一种多通道激光波长相关性监测器及监测方法

技术领域

本发明涉及一种监测器，尤其是指一种多通道激光波长相关性监测器。

背景技术

随着信息化、数字化社会进程的逐渐深入，需要进行交换、传输的数据量持续性激增，密集波分复用技术(简称DWDM)在光纤通信系统中显得愈发重要，这种能够在同一根光纤中同时传输数个甚至是数十个不同光波，成倍提升通信系统容量的技术满足了当前社会对大容量信息、数据传输交换的需求。随着单光纤承载光波数量的提升，对应信号载波的间隔也逐渐减小。通常情况下，光纤通信系统中的光源都采用具有小型化、高稳定性、窄线宽、长寿命特点的分布反馈半导体激光器(简称DFB激光器)。但这类型激光器的输出波长会随着器件工作温度的变化而发生较大漂移(0.2nm/℃)，因此需要采用高精度的锁定技术来稳定其输出波长来保证DWDM系统的正常运行。常规的波长锁定装置采用高温度稳定性的固定式的F-P标准具来实现输入光波长跟目标波长(即F-P标准具的特征波长)偏移量的探测。该方案单次只能探测一个波长信号且无法通过算法进一步校正系统探测结果的正确性，系统监测能力的长期稳定性只能通过波长锁定装置的可靠性来保证。现有基于F-P标准具的多通道波长锁定技术必须对DFB激光器进行调制，这些调制信号将会进入光纤干路通信中，占用一定的带宽资源。分时调制探测法又将带来波长锁定耗时的增加，对于数十个波长的锁定速度将无法满足系统需求。级联的探测方式又带来信号光的急剧衰减，进一步增加了系统的光电监测难度。这使得密集波分复用光纤通信系统的实际应用受到明显限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、可同时对多通道激光进行监控的多通道激光波长相关性监测器。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种多通道激光波长相关性监测器，包括输入端、F-P标准具以及接收端；所述输入端包含多光纤头准直器，用于输入光信号和接收F-P标准具滤波的反射光；所述F-P标准具的腔长可调节；所述接收端包括多对光电探测器对，所述光电探测器对包括两个光电探测器，其中一个设于F-P标准具后面，用于接收透射光，另一个连接于多光纤头准直器上，用于接收相对应的反射光；所述准直器出射的光经过所述F-P标准具进行滤波，反射光进入所述多光纤头准直器后由相应的光电探测器接收，透射光则被设于F-P标准具后面的光电探测器接收，通过调谐F-P标准具的透过峰来监测各激光光源的波长差异。

进一步的，所述多光纤准直器为四光纤准直器，且各光纤成对使用。

进一步的，所述多光纤准直器的各根光纤分别连接1×2耦合器，构成多光纤准直器与耦合器级联的扩展结构；所述耦合器一端用于输入光信号，一端与多光纤准直器连接，另一端与所述光电探测器连接。

进一步的，所述多光纤准直器的各根光纤分别连接环行器，构成多光纤准直器与环行器级联的扩展结构；所述环行器一端用于输入光信号，一端与多光纤准直器连接，另一端与所述光电探测器连接。

进一步的，所述F-P标准具为Si标准具。

进一步的，所述Si标准具设于一加热基座上，通过加热基座加热调谐Si标准具透过峰。

进一步的，所述Si标准具上镀有加热膜，通过加热膜加热调谐Si标准具透过峰。

进一步的，在F-P标准具与其后面的光电探测器之间设有一耦合透镜，F-P标准具滤波的透射光经过耦合透镜耦合到相应的光电探测器内。

进一步的，设于F-P标准具后面的光电探测器分别连接于另一多光纤准直器上，F-P标准具滤波的透射光经过该多光纤准直器耦合到相应的光电探测器内。

本发明还提供一种利用上述的多通道激光波长相关性监测器监测激光波长偏移量的方法，包括如下步骤：

（1）将所述F-P标准具调到λ1处于其滤波特性的峰值，此时与其存在频差的λ2将处于F-P标准具滤波特性曲线非峰值，

（2）通过所述PD探测两束激光的功率值，并推出两束激光的频差，

（3）根据两束激光的频差来推出波长偏差的相对量，

（4）调谐所述F-P标准具使得λ2处于其滤波特性的峰值，而λ1处于非峰值来进一步验证结果。

本发明的有益效果，不再需要对DFB激光器进行调制，减少了信道干扰，对系统信噪比的提升也起到显著作用。而且，我们可以通过算法的优化实现系统的自校正功能，进一步提升监测器的长时间工作精度及测试可靠性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为双通道激光波长相关监视器实施例一结构示意图；

图2为四光纤准直器各光纤成对使用示意图；

图3为双通道激光波长相关监视器实施例二结构示意图；

图4为双通道激光波长相关监视器实施例三结构示意图；

图5为双通道激光波长相关监视器实施例四结构示意图；

图6为 F-P标准具监测激光频率差异的原理图。

标记说明：10、四光纤准直器；11、第一双光纤准直器；20、Si标准具；30、加热基座；40、耦合透镜；51、PD阵列；52、第一PD；53、第二PD；60、双光纤准直器；70、耦合器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

本发明的多通道激光波长相关性监测器采用多光纤准直器、可调腔长的F-P标准具及光电探测器构成波长监控装置，通过扫描的方式监控和测算各激光光源的频率差异。通过多光纤头对F-P标准具的复用及标准具的可调谐性，实现多激光器的频差监测及反馈，结构简单、可同时对多通道激光进行监控，且无需对DFB激光器进行调制，减少了信道干扰，对系统信噪比的提升起到了显著作用。

具体的，如图1和2所示的实施例一，以双通道激光波长相关性监测器为例，包括依光路连接的一个四光纤准直器10、Si标准具20、耦合透镜40和PD阵列51，以及连接于四光纤准直器10上的两个第一PD 52。其中，四光纤准直器10的四根光纤1、2、3、4成对使用，如图2所示，光纤1和2一对，光纤3和4一对。其中，光纤1和3分别用于输入两个通道的信号光，2和4分别连接第一PD 52。光纤1输入的信号光经四光纤准直器10准直后入射到Si标准具20上，经Si标准具20滤波之后，反射光部分返回四光纤准直器10，并经光纤2传输至第一PD 52上，由第一PD 52接收；透射光则经过耦合透镜40耦合到PD阵列51对应的PD上。同样，光纤3输入的信号光经Si标准具20滤波之后的反射光，经光纤4传输到与其连接的第一PD 52上，透射光也经耦合透镜40耦合到PD阵列51对应的PD上。通过加热基座30加热调谐Si标准具20的透过峰来监测两个通道激光光源的波长差异。

如图3所示为多通道激光波长相关性监测器的实施例二，与实施例一不同的是，Si标准具10滤波的透射光是经过一双光纤准直器60耦合到相应的光电探测器（第二PD 53）内，替代了耦合透镜。该实施例中的第二PD 53采用的是带尾纤的PD。

如图4所示为多通道激光波长相关监测器的实施例三，与实施例一不同的是，该双通道激光波长相关监测器的四光纤准直器由第一双光纤准直器11与两个1×2耦合器70的级联构成。其中，耦合器70一端用于输入光信号，一端与第一双光纤准直器11连接，另一端与光电探测器（第一PD 52）连接。以此类推，可以利用多光纤准直器与耦合器的级联来扩展提升监测器的通道容量，如利用四光纤准直器与4个耦合器的级联来实现四通道的激光波长相关监测器。

如图5所示的实施例四，在实施例三的基础上，与实施例三不同的是，Si标准具20滤波的透射光是经过一双光纤准直器60耦合到相应的光电探测器（第二PD 53）内，替代了耦合透镜。该实施例中的第二PD 53采用的是带尾纤的PD。

上述各实施例中，Si标准具20可以通过加热基座30加热来调谐其透过峰，也可以直接在其上镀加热膜，通过加热膜加热调谐Si标准具透过峰。当然，还可以采用其它类型的可调腔长的F-P标准具。实施例三和四中的耦合器也可以由一光环行器替代。

如图6所示为F-P标准具监测激光频率差异的原理图，当标准具调谐到λ1处于F-P标准具滤波特性曲线峰值的时候(例如：最大反射，最小透射)，与其存在频差的λ2将处于F-P标准具滤波特性曲线非峰值(例如:30%反射，70%透射)，这时候通过对PD探测功率值的分析即可反推出两者的频差。与此同时，由于标准具的调谐方向是已知的、明确的，我们可以通过调谐标准具准确的反推出波长偏差的相对量。此外，我们还可以调谐标准具使得λ2处于峰值，而λ1处于非峰值来进一步验证结果。若通过调谐标准具改变处于峰值的波长，我们可以根据已经标定的标准具调谐曲线直接获得波长的差异量。由于多种途径可以计算、分析频差，他们之间可以相互校正，因此通过算法的优化可以实现系统的自校正功能，进一步提升检测器的长时间工作精度及测试可靠性。

本发明的一种多通道激光波长相关性监测器监测激光波长偏移量的方法，包括如下步骤：

（1）将所述F-P标准具调到λ1处于其滤波特性的峰值，此时与其存在频差的λ2将处于F-P标准具滤波特性曲线非峰值，

（2）通过所述PD探测两束激光的功率值，并推出两束激光的频差，

（3）根据两束激光的频差来推出波长偏差的相对量，

（4）调谐所述F-P标准具使得λ2处于其滤波特性的峰值，而λ1处于非峰值来进一步验证结果。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多通道激光波长相关性监测器，包括输入端、F-P标准具以及接收端，其特征在于：所述输入端包含多光纤头准直器，用于输入光信号和接收F-P标准具滤波的反射光；所述F-P标准具的腔长可调节；所述接收端包括多对光电探测器对，所述光电探测器对包括两个光电探测器，其中一个设于F-P标准具后面，用于接收透射光，另一个连接于多光纤头准直器上，用于接收相对应的反射光；所述准直器出射的光经过所述F-P标准具进行滤波，反射光进入所述多光纤头准直器后由相应的光电探测器接收，透射光则被设于F-P标准具后面的光电探测器接收，通过调谐F-P标准具的透过峰来监测各激光光源的波长差异。

2.如权利要求1所述多通道激光波长相关性监测器，其特征在于：所述多光纤准直器为四光纤准直器，且各光纤成对使用。

3.如权利要求1所述多通道激光波长相关性监测器，其特征在于：所述多光纤准直器的各根光纤分别连接1×2耦合器，构成多光纤准直器与耦合器级联的扩展结构；所述耦合器一端用于输入光信号，一端与多光纤准直器连接，另一端与所述光电探测器连接。

4.如权利要求1所述多通道激光波长相关性监测器，其特征在于：所述多光纤准直器的各根光纤分别连接环行器，构成多光纤准直器与环行器级联的扩展结构；所述环行器一端用于输入光信号，一端与多光纤准直器连接，另一端与所述光电探测器连接。

5.如权利要求1至4任意一项所述多通道激光波长相关性监测器，其特征在于：所述F-P标准具为Si标准具。

6.如权利要求5所述多通道激光波长相关性监测器，其特征在于：所述Si标准具设于一加热基座上，通过加热基座加热调谐Si标准具透过峰。

7.如权利要求5所述多通道激光波长相关性监测器，其特征在于：所述Si标准具上镀有加热膜，通过加热膜加热调谐Si标准具透过峰。

8.如权利要求1至4任意一项所述多通道激光波长相关性监测器，其特征在于：在F-P标准具与其后面的光电探测器之间设有一耦合透镜，F-P标准具滤波的透射光经过耦合透镜耦合到相应的光电探测器内。

9.如权利要求1至4任意一项所述多通道激光波长相关性监测器，其特征在于：设于F-P标准具后面的光电探测器分别连接于另一多光纤准直器上，F-P标准具滤波的透射光经过该多光纤准直器耦合到相应的光电探测器内。

10.一种监测激光波长偏移量的方法，其特征在于：采用如权利要求1-9所述多通道激光波长相关性监测器监测，包括如下步骤：

（1）将所述F-P标准具调到λ1处于其滤波特性的峰值，此时与其存在频差的λ2将处于F-P标准具滤波特性曲线非峰值，

（2）通过所述PD探测两束激光的功率值，并推出两束激光的频差，

（3）根据两束激光的频差来推出波长偏差的相对量，

（4）调谐所述F-P标准具使得λ2处于其滤波特性的峰值，而λ1处于非峰值来进一步验证结果。