CN1153393C - 用于波分多路复用光通信网络的信号监控装置 - Google Patents

用于波分多路复用光通信网络的信号监控装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于波分多路复用(WDM)光通信网络的信号监控装置，该装置能够通过保持工作波长使光信号通信网络高效工作，其中以确定方式分配每个WDM信道，并且在不限定WDM信道数目的情况下使光功率处于恒定误差范围。该装置通过使用具有较宽波长可调范围的基准信号和波长的重复性可以监控和修正每个WDM信道和光输出的工作波长误差。

Description

用于波分多路复用光通信网络的信号监控装置
技术领域
本发明一般涉及用于波分多路复用(在下文，称为WDM)光通信网络的信号监控装置，特别涉及能够通过保持分配给每个确定WDM信道的波长，和恒定误差范围内的光功率以及通过扩展WDM信道的数量使光通信网络高效工作的光信道差错监控和检测装置。通过使用具有较宽波长可调范围的基准信号和波长重复性进行上述过程以便监控系统可以监控和修正每个WDM信道的波长和光输出误差。
背景技术
近来，通过使用光纤来提高光通信能力已引起广泛注意。因此，在能够处理光纤中的多信道光信号的方法中引入WDM。在减少和解决由于信道波长和光功率的误差而影响相邻信道的问题方面也进行了大量的研究。
为控制每个WDM信道波长进行了大量的研究。近来，已开始研究通过保持测量每个WDM信道的光输出使全部信道具有相同的光功率来防止串扰。
图1表示一般的WDM光传输终端的示意图，该光传输终端包括WDM发射机模块300，光信道差错监控和检测装置100，和光发射机控制器400。WDM发射机310是一个由多个具有互不相同的光波长的光发射机320组成的发射模块。这里，每个光发射机320是一个将电信号转换为具有特定的光波长的光信号的激光发生器。光组合器330是一个用于在波长复用每个光发射机320的光输出后将波长复用光信号发送到单个光纤的定向耦合器。分光器(optical divider)340以恒定比率划分光组合器330的光输出。将一个划分的光输出用于WDM光通信。其他的光输出连接到光信道差错监控和检测装置100并用于光信道差错监控和检测。光信道差错监控和检测装置100将光信道的监控信息发送到光发射机控制器400。光发射机控制器400控制每个光发射机320并使用监控信息修正误差。
图2是用于解释常规的WDM系统的光信道差错监控和检测的示意图。图3是用于理解根据已有技术的光波长检测的说明，其中图3涉及使用波长可调激光器(下文称为WTL)110和光谐振器(滤波器)的光波长检测。
现在，参考图2和图3解释已有技术。
波长可调激光器(WTL)110是一个将电信号转换为具有确定光波长的光信号的激光发生器。由电信号控制光波长。分光器120划分由WTL 110产生的光信号并以相同比率(1∶1)将所划分的光信号输出到一对输出端。光组合器125耦合每个WDM信道的光信号和来自WTL110的所划分的光信号。光纤130表示复用的WDM光信号的发送状态。标准谐振器140是谐振器类型的光滤波器。WTL 110的光波长无论何时与谐振频率一致标准谐振器140使WTL 110的光信号通过。
光电二极管151检测WTL 110的的光信号和每个WDM信道之间的拍频信号。当WTL 110的的光波长与谐振频率匹配时，另一光接收机152检测WTL 110的的光信号。定时比较器160检测和比较来自每个光接收机151，152的检测光信号之间的到达时间。两个光接收机151，152的信号检测时间相同比较理想。
现在，解释已有技术的关于使用WTL 110和标准谐振器140同时控制上述的WDM信道波长的操作。
标准谐振器140的谐振频率是每个WDM信道信号的标准频率，其中每个WDM信道的光发射机应该工作在稳定状态。
从WTL 110产生的光信号在分光器120被分为具有相同功率的一对信号。该对信号之一与光纤130的每个WDM信道信号耦合。而另一个信号通过标准谐振器140并产生该WDM信道的标准频率，其中每个WDM信道的光发射机工作在稳定状态。
这里，通过分光器120并输入光纤130的WTL 110的光信号与每个WDM信道的光信号耦合。因此，光接收机151在每个WDM信道信号的光波长与WTL 110的光波长相同时检测拍频信号。并且光接收机151使用该检测的拍频信号测量每个WDM信道的波长。
另外，通过仅使其波长与标准谐振器140(标准谐振器140的谐振波长是每个WDM信道的标准频率)的谐振波长相同的光信号通过，已通过分光器120并作用于标准谐振器140的WTL 110的光信号可检测光接收机152的标准频率。这里，标准谐振器140的谐振波长精确地与每个WDM信道的标准频率同步。
将光接收机151的检测时间与光接收机152的检测时间进行比较。从而，有可能检测每个WDM信道信号的光波长误差。
WTL 110在恒定的周期扫描WDM信道的波长区，从而检测误差。
从相应的光接收机151，152检测的光信道的信号检测时间在定时比较器160的比较为相同比较理想。
例如，当光信道的光波长与标准谐振器140谐振的标准频率相比较长或较短时，从光接收机151检测的WDM信道中的某一光信道的检测时间与对应于光接收机152的基准光信号的检测时间相比较慢或较快。
因此，有可能通过控制每个WDM信道的光发射机驱动单元来修正/补偿从定时比较器160测量的时间差值信号。
常规的使用WTL 110的光通信系统的差错监控和检测技术存在着根据WTL 110的波长可调范围限定WDM光通信系统的信道数目的问题。
例如，在信道间隔为200GHz，信道数目为16的情况下，尽管波长可调激光器(WTL)110应将光波长改变为3200 GHz，却大大限定了当前的波长可调范围。
另外，由于在未被共同使用的WTL 110中可能产生波型跳变，所以无法保证稳定性。因此，在监控和控制WDM光通信系统的光波长的情况下影响系统的效率。
发明内容
因此，为解决已有技术中的问题，本发明提供一种用于波分多路复用(WDM)光通信网络的信号监控装置，该装置通过保持工作波长使光信号通信网络高效工作，其中以确定方式分配每个WDM信道，和在不限定WDM信道数目的情况下使光功率处于恒定误差范围内。可以通过使用具有较宽波长可调范围的基准信号和波长的重复性监控和修正每个WDM信道和光输出的工作波长误差。
实现本发明目的的一个实施例提供一种用于波分多路复用(WDM)光通信网络的信号监控装置，该装置包括：稳定基准波长产生装置，用于产生一个稳定在固定波长的稳定基准波长，其中该稳定基准波长小于在光通信系统中使用的WDM信道的最小波长，基准波长光谱产生装置，用于从宽带光信号产生具有恒定频率间隔的基准波长组，可调滤波装置，用于接收稳定基准波长、基准波长光谱和用于光通信网络的WDM信道信号并对这些信号进行滤波，其中可调滤波装置的通频带是可调的；控制装置，用于接收经过可调滤波装置的稳定基准波长、基准波长光谱和WDM信道信号，计数稳定基准波长和WDM信道信号之间的脉冲数，测量WDM信道的光功率并控制WDM信道的波长和光功率；和至少一个光定向耦合器装置，用于分别连接稳定基准波长产生装置、基准波长光谱产生装置、可调滤波装置以及控制装置。
附图说明
结合附图通过下面的详细描述，本发明的其他目的，特征和优点将变得更加显而易见，其中：
图1是WDM光通信终端的示意方框图，
图2是常规的WDM系统的光信道差错监控和检测装置的示意图，
图3是解释图2的每部分频率检测操作的光特性图，
图4是表示关于根据本发明一实施例的WDM光通信网络的信号监控系统结构的方框图，
图5是关于根据本发明的宽带光源的波长的光输出特性图，
图6是关于标准谐振器和光波长可调滤波器的波长的光输出特性图，和
图7是关于WDM信道波长的光输出特性图。
具体实施方式
参考图4到7，将详细解释根据本发明每一实施例的WDM光通信网络的信号监控系统。
图4是表示关于根据本发明一实施例的WDM光通信网络的信号监控系统结构的方框图。
该信号监控系统包括绝对波长基准产生装置，用于通过稳定绝对基准波长产生激光器的光输出；波长基准产生装置，用于从宽带光信号产生具有恒定频率间隔的波长基准设定；可调滤波装置，用于接收绝对基准波长或具有恒定频率间隔的波长基准组，或者用于光通信网络的波分多路复用(WDM)信道信号；控制装置，用于计数波长基准和具有确定频率值的WDM信道信号之间间隙，并控制该WDM信道的波长和光功率，其中波长基准通过可调滤波装置；至少一个用于将通过可调滤波装置的光信号转换为电信号的光接收装置；和至少一个光定向耦合器装置，用于分别连接绝对波长基准产生装置和产生具有恒定频率间隔的波长基准组的波长基准产生装置以及可调滤波装置。
参考图5，本发明包括用于从宽带波长范围提供均匀的光功率的宽带LED源210；波长稳定激光器220，该激光器通过稳定诸如氪或乙炔和其他的原子或分子的吸收线而输出具有绝对基准波长的光信号；具有通过光信号(宽带LED的光信号)的传输特性的标准谐振器(滤波器)280，其中光信号的波长与具有恒定的频率间隔的谐振频率相同；根据由电控制信号不断改变的传输特性仅通过确定光波长范围内的光信号的光波长可调滤波器230；检测通过光波长可调滤波器230的光信号并将该信号转换为电信号的一对光接收机241，242；将通过一个或两个光纤输入的光信号划分为2或3个光信号，然后将该光信号发送给每个光纤或者相反进行耦合的多个光定向耦合器251，252，其中一个或两个光纤分别连接标准谐振器280和光波长可调滤波器230，或者波长稳定激光器220和光波长可调滤波器230，或者WDM信道信号和光波长可调滤波器230；分析和监控从一对光接收机241，242检测的信号产生一信号作为每个WDM信道的每个光波长和光功率的控制器260；和防止外部光信号输入到宽带LED源210的光隔离器270。并且波长稳定激光器220的光波长具有比WDM信道的最低波长低的波长，其中该WDM信道用于光通信网络。因此，有可能从WDM信道的最低波长的信道开始扫描。换句话说，参考图7，基准点一直处于信道1(CH1)的左边，并且当波长稳定激光器220的光波长具有比WDM CH1的波长低时，有可能扫描全部的WDM信道。未解释的标号300是用于WDM系统的WDM发射机模块以及400是光发射机控制器。
标准谐振器的谐振频率fk是：
fk＝K*FSR............公式1
FSR：自由光谱范围，K：自然数
图6是标准谐振器和光波长可调滤波器的特性图。图7表示WDM信道的波长和光输出的图。现在将详细解释根据本发明的操作和效果。
本发明使用标准谐振器280的谐振频率特性和光波长可调滤波器230。因此有可能产生具有相同的WDM信道的标准频率波长的光谱(波长基准)并通过扫描光通信网络的WDM信号检测每个WDM信道。通过使用标准谐振器280的谐振频率，克服光波长可调滤波器230不重复性来检测每个WDM信道的准确波长和光输出。
如图5所示，当从宽带LED源210产生在宽带波长范围内具有均匀和稳定特性的光输出时，光输出与外部光信号分离并消除在光输出与外部光信号之间产生的串扰。通过隔离器270将该光输出用于标准谐振器280。标准谐振器280发射其频率与具有恒定频率间隔的谐振频率相同的光信号(宽带LED的光信号)。因此，将通过标准谐振器280的光信号(参考图4)的光谱510表示为图6中的实线。光谱510的峰值为谐振频率并根据由公式1解释的标准谐振器280的内部设计结构确定谐振频率的间隔。
图6表示光波长可调滤波器230的通带521。将通带521设计为根据外部电信号被稳定地控制。然而，由于长时间使用或环境变化，要保持稳定的特性比较困难。因此，甚至在一直使用外部电控制信号的情况下也会出现光波长可调滤波器230的特性不重复的问题。
因此，为解决使用标准谐振器280的谐振模式造成的光波长可调滤波器230的不重复性，将来自标准谐振器280的光信号510输入光波长可调滤波器230。从而，从光波长可调滤波器230的输出中可得到遵循标准谐振器280的谐振频率的具有相同的标准谐振输出类型510的光输出530(参考图6)。换句话说，光波长可调滤波器230(参考图4)的光输出530具有一种谐振频率光信号。
通过光定向耦合器252检测通过(在图中方向从左到右)光波长可调滤波器230的光信号(参考图4)作为光接收机242内的电信号。这里，在光波长可调滤波器230向图6中较长波长方向扫描的情况下，光波长可调滤波器230的通过波长无论何时与标准谐振器280的谐振频率一致，光接收机242都将一个脉冲用于控制器260。
此外，将通过光定向耦合器252的波长稳定激光器220的输出用于光波长可调滤波器230。已通过(在图4中方向从右到左)光波长可调滤波器230的标准谐振器280的光信号在通过光定向耦合器251之后在光接收机241被检测。光接收机241都将检测信号用于控制器260。这里，由于定向的光定向耦合器251，标准谐振器280的光信号不发送到光接收机241。并且当光波长可调滤波器230的通带到达图6中的第二位置522时，波长稳定激光器220的输出540通过光波长可调滤波器230并由光接收机241检测。输出540用于计数光接收机242的脉冲的基准信号。在光波长可调滤波器230的通过波长带不处于第二位置522的情况下，光接收机241不检测作为计数的基准信号的波长稳定激光器220的输出540。
因此，控制器260计数从光接收机242检测的脉冲并尽可能多地使用计数脉冲的数目和波长稳定激光器220的输出540计算频率。这里光输出540是确认光波长可调滤波器230的位置变化的基准脉冲。从而，可以有助于确认光波长可调滤波器230离开初始位置的距离。
例如，假定光波长可调滤波器230的通带从第一位置521移动到第三位置523，如图6所示。控制器260根据波长稳定激光器220产生的输出540计数9个脉冲信号。光波长可调滤波器230的通带是来自波长稳定激光器220的中央波长FSR的9倍。因此，使用公式1建立光波长可调滤波器230的移动位置“波长稳定激光器的中央波长+(9*FSR)”。
因此，基于波长稳定激光器220的光输出的脉冲用作标准谐振器280的谐振频率计数的基准脉冲和用作确定光波长可调滤波器230通带位置变化的基准信号。通过使用标准谐振器280解决光波长可调滤波器230的不重复性，有可能得到能够补偿负载量的效果。
另外，参考图7，将解释使用具有4个WDM信道的系统检测每个WDM信道的波长和光输出的过程。当从WDM发射机模块300输入用于WDM系统的WDM信号时，通过光定向耦合器252，光波长可调滤波器230，和另一个光定向耦合器251根据光接收机241检测WDM信号。光波长可调滤波器230通过移动到第一位置611检测波长稳定激光器220的输出620，然后向较长波长方向扫描输出620。这里，由光接收机242检测3个脉冲并且当检测到第4个脉冲时光接收机241检测WDM信道1的光信号并测量光信号功率。从而，由于光接收机242接收4个脉冲，WDM信道1的波长为“波长稳定激光器的波长+(4*FSR)”。另外，可以通过上面关于其它WDM信道的处理过程测量每个信道的光输出和光波长。
在检测上述的全部WDM信道特性之后，通过向作为波长稳定激光器220的输出620的位置的较短波长方向扫描重新确认波长稳定激光器220的输出620的位置。然后，重复执行上述过程。这里，在使标准谐振器280的FSR和光波长可调滤波器230的通带足够窄的情况下，能够提高每个WDM信道波长的准确性。
根据本发明，具有通过宽带源，波长可调滤波器，和标准谐振器监控和检测WDM光通信系统的信道差错从而能够监控用于光通信系统的全部信道的优点。由于根据光波长可调滤波器的双向保持WDM信道信号的入射方向或相反保持宽带LED源，有可能消除信道之间的串话并提高光波长及光输出测量的准确性。另外，通过使用光波长可调滤波器和一对光接收机有可能同时测量光波长和光功率。本发明不限于特定公开的实施例，在不脱离本发明范围的情况下可以做出变化和修改。

Claims (15)

1.一种用于波分多路复用(WDM)光通信网络的信号监控装置，包括：
稳定基准波长产生装置，用于产生一个稳定在固定波长的稳定基准波长，其中该稳定基准波长小于在光通信系统中使用的WDM信道的最小波长，
基准波长光谱产生装置，用于从宽带光信号产生具有恒定频率间隔的基准波长组，
可调滤波装置，用于接收稳定基准波长、基准波长光谱和用于光通信网络的WDM信道信号并对这些信号进行滤波，其中可调滤波装置的通频带是可调的；
控制装置，用于接收经过可调滤波装置的稳定基准波长、基准波长光谱和WDM信道信号，计数稳定基准波长和WDM信道信号之间的脉冲数，测量WDM信道的光功率并控制WDM信道的波长和光功率；和
至少一个光定向耦合器装置，用于分别连接稳定基准波长产生装置、基准波长光谱产生装置、可调滤波装置以及控制装置。
2.根据权利要求1所述的用于WDM光通信网络的信号监控装置，其中稳定基准波长产生装置的稳定基准波长稳定在诸如氪或乙炔等其他的原子或分子的吸收线。
3.根据权利要求1所述的用于WDM光通信网络的信号监控装置，其中稳定基准波长在通过可调滤波装置之后施加于控制装置，其中可调滤波装置通过确定波长的光谱，该确定波长与WDM信道的标准频率相同。
4.根据权利要求1所述的用于WDM光通信网络的信号监控装置，其中基准波长光谱产生装置包括：
宽带信号产生装置，其光输出在宽带波长范围内具有均匀特性，和
滤波装置，用于发射仅与来自宽带波长的具有恒定谐振频率间隔的同一谐振频率对应的光信号。
5.根据权利要求4所述的用于WDM光通信网络的信号监控装置，其中宽带信号产生装置是用于在宽带波长范围内提供均匀光功率的宽带发光二极管。
6.根据权利要求4所述的用于WDM光通信网络的信号监控装置，其中滤波装置是标准谐振器。
7.根据权利要求4所述的用于WDM光通信网络的信号监控装置，其中恒定频率间隔总是根据滤波装置的内部设计而确定。
8.根据权利要求4所述的用于WDM光通信网络的信号监控装置，其中基准波长光谱产生装置还包括防止外部光信号输入到宽带信号产生装置的隔离器。
9.根据权利要求1所述的用于WDM光通信网络的信号监控装置，其中可调滤波装置是光波长可调滤波器。
10.根据权利要求1所述的用于WDM光通信网络的信号监控装置，其中可调滤波装置是用于消除传输信号之间的串扰的双向滤波器，其中第一入射信号是WDM信道信号或稳定基准波长信号，以及第二入射信号是具有恒定频率间隔的光基准波长光谱信号。
11.根据权利要求1所述的用于WDM光通信网络的信号监控装置，其中控制装置把稳定基准波长产生装置的光输出信号作为记数基准信号，以便确认WDM信道信号的位置。
12.根据权利要求1所述的用于WDM光通信网络的信号监控装置，其中控制装置把稳定基准波长产生装置的光输出信号作为基准脉冲，以便确定可调滤波装置的通频带位置变化。
13.根据权利要求1所述的用于WDM光通信网络的信号监控装置，其中控制装置还包括：
光接收装置，用于检测通过可调滤波装置的光信号并将检测到的光信号转换为电信号：和
控制器，通过使用上述电信号来控制WDM信道的波长和光功率。
14.根据权利要求13所述的用于WDM光通信网络的信号监控装置，其中光接收装置包括：
第一光接收装置，用于将通过可调滤波装置的稳定基准波长产生装置的光输出信号或WDM信道信号转换为电信号，和
第二光接收装置，用于将通过可调滤波装置的基准波长光谱产生装置的光输出信号转换为电信号。
15.根据权利要求1所述的用于WDM光通信网络的信号监控装置，其中光定向耦合器装置包括：
第一光定向耦合器，用于将基准波长光谱产生装置的光输出信号施加于可调滤波装置，并将经过可调滤波装置的稳定基准波长产生装置的光输出信号和WDM信道信号施加到第一光接收装置，和
第二光定向耦合器，用于将稳定基准波长产生装置的光输出信号或WDM信道信号施加到可调滤波装置，并将通过可调滤波装置的基准波长光谱产生装置的光输出信号施加到第二光接收装置。
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