CN1332370A - 探测光学传输系统中拉曼增益的装置 - Google Patents

Abstract

一种独特的传感器用于探测可能影响输入光学信道信号的传输损耗。具体地说,传感器选择一组输入的信道信号并在选择的信号组上产生第一功率信号P₀,在选择的信道信号组的加权形式上产生第二功率信号P₁。然后,传感器产生作为第一和第二功率信号P₀和P₁函数的信号,该信号表示具体的传输损耗是否已经影响了接收到的多个光学信号的各自水平。如果受到了影响,则控制装置补偿该损耗。

Description

探测光学传输系统中拉曼增益的装置

本发明涉及一种在光学传输系统中响应于传输信号的稠密频带的传感器。

众所周知，当在光纤中传播多个光学信道时，所谓的受激拉曼散射(增益)会导致光学信道与较长波长的信道发生干涉。这种干涉导致短波长信道的功率减小以及长波长信道的功率增大。结果，短波长信道的功率被泵浦到长波长信道中。当信道被按15THz划分时会发生非常显著的效果。当在光纤上传递适当数量的信道，而每个信道有较高而功率水平时，这种效果搅起较长波长的信道之间很显著地功率发散。

当在一根光纤上传输光学信道的不止一个频带、即C和L带时，拉曼散射效应增强。在这种情况下，该效应与信道分离大致成线性关系，并且可以通过相加每个信道所起的作用来决定。如果信道的不同频带由不同的光源产生，则信道的整个频带根据是否有对应的光源而可能突然丧失或存在的可能性提高。这个问题通过其它频带的频谱的突然改变而得以证实，其它频带的频谱的突然改变会显著地提高频带的误差率。因此，需要立即调节受影响的频带以改变平均信号水平和倾斜，如在微秒的时间内。

现有技术利用光谱分析仪产生做上述调节所需的信息。

但是，需要的是一种这样的传感器，它在无论信道的另一频带中的信道数如何，都能迅速地分析信道的频带以便迅速地探测功率水平由于栏目散射/泵浦所致的改变。

我们已经认识到，拉曼散射效应可以通过确定总功率和实时加权总功率之比而非常迅速地确定。

具体地说，传感器处理一组入射的信道信号以产生第一信号P₀和第二信号P₁，其中第一信号P₀表示信道信号组的总功率，第二信号P₁表示信道信号组经过预定的加权函数后信道组的总功率。作为第一和第二信号的函数，系统将补偿任何可能影响信道信号的拉曼散射。

在附图中：

图1表示不同频带中的信号并用于定义后述的不同项；

图2表示可以实施本发明原理的光学系统框图；

图3是图2所示传感器的简略框图；

图4是根据本发明一个方面的产生加权信号的另一方式。

根据本发明的各个方面，我们已经认识到，信道的任意频带可能由于拉曼散射而处于另一信道的效果可以通过一个有效功率为P_E且有效波长为λ_E的信号模拟。

如果所有的信号频带都处于一个特定的频带内，如处于13THz～16THz中，则任何两个信道之间的拉曼干涉都可以由下列关系式表示：

P_R＝γ·I_LI_S(λ_L-λ_S)                                (1)

这里γ是栏目干涉系数，I_L和I_S(所有偏振方向的平均)是最长和最短波长信道的强度，□_L和□_S是波长。在具有□_L波长的单信道上单频带中的j信道的效果可以通过相加每个效应而确定： $P_R=\mathrm{\γ}\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{I}_L{I}_j({\mathrm{\λ}}_L-{\mathrm{\λ}}_j)-----\left(2\right)$

此处任务方程(2)可以分成两个和，则： $P_R=\mathrm{\γ}\·I_L{\mathrm{\λ}}_L\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{I}_j-\mathrm{\γ}\·I_L\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{I}_j{\mathrm{\λ}}_j-----\left(3\right)$

此处第一项和是频带P₀中的总功率。

参见图1，它表示不同频带内的信号，我们定义□□□_j＝□_j-□_min，并且□□_B＝□_max－□_min，因此方程(3)可以写成： $P_R=\mathrm{\γ}\·I_L({\mathrm{\λ}}_L-{\mathrm{\λ}}_{\min })P_0-\mathrm{\γ}\·\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_B\underset{j}{\mathrm{\Σ}}\frac{I_j\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_j}{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\λ}}_B}----\left(4\right)$

注意，上述的求和是在从频带开始的距离处线性加权的频带中功率之和。其它非P₀的项是常数。因此，方程(4)可以重新写成：

    P_R＝C₀P₀＋C₁P₁               (5)

这里P₁是加权和。拉曼泵浦的总效应可以通过在实时直接提供P₀和P₁的装置获得。

实时本发明原理的光学传递系统以简化的形式示于图2。更具体地说，光学系统包括头端节点100，节点尤其具有多个激光发射器(XMTR)110-1～110-n，多路复用器115和光学放大器120。每个发射器产生一个载带信息的光学信号并把此信号提供到多路复用器115的各个入口。如此产生的光学信号λ₁和λ_n可以构成光学信号/信道的两个不同频带，以致于λ₁和λ_n将分别具有两个不同频带中信号的最长和最短波长。多路复用器115把信号多道传递到延伸到光学放大器(OA)的输出端，把多路传递的信号放大并输出到延伸到下一个下游节点的光路区段。下游/中间节点的数量可以沿光学传递路径130设置，由区段130的虚线部分表示。节点200表示每个这样的中间节点。所以，对节点200的下列讨论同样适于其它类似分布的节点。

节点200尤其包括光学放大器210、信号变换单元、加/减装置等，由节点200中的虚线230表示，其中光学放大器210放大经路径130接收的光学信号并经分离器215把放大的信号输出到其它的处理设备如多路分解器。光学信号分离器215把小部分的放大信号提供给传感器220，并把剩余的放大信号提供给其它设备以进一步处理。传感器220处理放大信号部分以判断作为沿传递路径130发生的拉曼散射的结果，信号是否倾斜。传感器220把其判断结果提供给控制电路225，如果需要，控制电路再指使光学放大器235倾斜在相反方向的输入端接收的信号以补偿拉曼散射效应。

从图3中可以更详细地看，传感器220尤其包括带通滤波器10，带通滤波器调节到经路径221接收的信号的一个频带。假设滤波器10调谐到信号的L频带，则那些信号通过滤波器10，而不同频带/波长的信号就被滤去。分离器15把从滤波器10出射的信号分成两个信号，分布把分离信号的大致相等部分经路径17提供给总功率探测器40-1和经路径16提供给常规的信号循环器20。众所周知，在循环器部分接收到的信号在特定的方向循环，如逆时针方向，并在下一个出口输出。例如，在出口20-1接收到的信号循环到下一个出口如出口20-2并在该出口输出；在出口20-2接收的信号类似地循环到下一个出口如出口20-3并在该出口输出，等等。所以，在出口20-1接收的L带信号循环到出口20-1并输出，经常规Dragone路由器30的路径31至区段32-1呈现。Dragone路由器30的区段32-1以常规的方式把经路径31接收的信号多路分解，并把形成信号频带的信号组份输出到延伸到Dragone路由器30的区段32-2的各个输出口。Dragone路由器30的区段32-2把信号的滤波频带的多路分解后的信号λ₁～λ_n输出到可变反射滤波器(VRF)35的各个入口。VRF35以与信号的波长成比例地反射在其入口接收到的光信号。所以，由滤波器35提供的反射水平在频带内线性提高，从最长波长λ₁到最短波长λ_n，以致于前面的信号被反射的最多，后面的信号被反射的最少。例如，反射率可以是R(λ)＝(λ-λ_min)/(λ_max-λ_min)，其范围是从0(对于最短波长)到1(对于最长波长)。在这种方式中，形成频带的信号与他们各自的波长成比例地线性加权。反射的、加权的信号返回到Dragone区段32-2，该区段把加权信号沿路径送到Dragone区段32-1。然后，后一区段把加权的信号多路传输到延伸到循环器20的出口20-2的路径31上。如上所指，在出口20-2接收到的信号并循环到循环器20的出口20-3并输出，在那儿多路传输的加权信号呈现到加权的功率探测器40-2。加权功率探测器40-2以常规的方式探测信号的功率水平，它接收信号P₁并输出到放大器45-2。(探测器40-2可以利用常规的光探测器这样做，常规的探测器输一个其功率水平与在其输入端接收到的(未加权)信号的水平成正比的信号)。类似地，总功率探测器40-1探测其接收的信号中的功率水平并将信号P₀输出到放大器45-1。放大器45-1将信号P₀放大常数C₀(由电阻R₁值表示)以形成目标(sought after)信号C₀P₀。类似地，放大器45-2将信号P₁放大C₁(由电阻R₂值表示)以形成目标信号C₁P₁。求和放大器50相加放大器45-1和45-2的输出以合并信号C₀P₀和C₁P₁作为线性加权和，形成以上定义的信号P_R。然后把后一信号提供给控制器225，控制器调节被放大器235放大的信号的倾斜以校正拉曼散射效应。

根据本发明的一个方面，利用一个包括频带如L频带中所有预定信号的信号并再利用这些信号的一半对在工厂的给定安装校验电阻R1和R2的值。更具体地说，可以利用波长λ_min和λ_max进行校正。对于λ_max，P₀设置为等于P₁，对于λ_min，P₁设置为等于0。要确定效应功率P_E和λ_E，P_E＝P₀并且λ_E＝λ_min＋Δλ_BP₁/P₀。

在本发明的另一实施例中，可以用一种可变损耗装置与一个反射器的组合代替可变反射滤波器(VRF)35，如图4所示。特别是，插入在多路分解信号的每个光路中的损耗量与信号的波长成正比。即把最大的损耗插入到具有最短波长的信号的路径中，把最小的损耗插入到具有最长波长的信号的路径中。然后通过光学反射器把信号反射/返回到Dragone区段32-2。在这种方式中，信号根据它们在到达反射器以及在返回Dragone区段32-2的路途中遇到的损耗量加权。

(注意，对于具有足够大自由频谱范围(FSR)的Dragone路由器，区段32-2中的强度在整个信道上均匀。另外，注意到对于较小的FSR，强度可以通过高斯函数近似。因而，具有较大FSR的Dragone路由器优于具有较小FSR的Dragone路由器。但是，如果使用后一类型的路由器，需要R(λ)包括高斯整形因子。

另外，注意到可以利用反射器中其它的R(λ)函数处理其它的波长相关效应。例如，可以通过把偏振分离器防止到滤波器10和滤波器15(图3)之间并复制分离器15后的电路来实现一个与偏振有关的传感器，使得可以获得每个偏振的传感器值。)

应该立即，虽然在此举例说明的本发明以具体实施例的角度进行了描述，但本领域的技术人员将能够在不脱离本发明实质和范围的前提下做多种改型。例如，本发明的传感器可用于处理拉曼散射以外的传输损耗。

Claims (14)

1.一种传输节点，包括：

经传输路径在输入端接收由多种波长的光信号构成的一个光信号的装置，其中每个光信号的水平受沿传输路径发生的拉曼散射影响；

传感器装置，用于产生第一信号P₀和第二信号P₁，其中第一信号P₀表示接收的光学信号组的总功率，第二信号P₁表示信号组经过预定的加权函数后光学信号组的总功率；和

控制装置，用于补偿作为第一和第二信号的水平之和的函数的拉曼散射的影响。

2.如权利要求1所述的光学节点，其特征在于传感器装置包括

放大器装置，用于对信号P₀放大第一常数C₀倍，对信号P₁放大第二常数C₁倍，和

加法器装置，用于将乘积P₀C₀与P₁C₁合并以形成信号P_R，表示信号组受拉曼散射影响的程度。

3.如权利要求1所述的光学节点，其特征在于多个光学信号包括光学信号的不同频带，并且节点还包括带通滤波器，对光学信号的频带之一滤波以形成组信号。

4.如权利要求3所述的光学节点，其特征在于传感器包括一个总功率探测器和一种这样的装置，该装置用于把信号组功率的第一部分提供给总功率探测器，并把信号组功率的第二部分提供给预定的加权函数，产生信号组的加权形式。

5.如权利要求4所述的光学节点，其特征在于预定的加权函数包括一个多路分解信号组的路由器，该路由器把多路分解的信号提供给加权装置，以与它们各自的波长成比例地减小多路分解的信号的每个功率水平，并把加权的信号沿路径送到多路复用的输出端，输送给用于探测加权信号的功率并产生信号P₁的探测器。

6.如权利要求5所述的光学节点，其特征在于加权装置是一种可变反射装置。

7.如权利要求5所述的光学节点，其特征在于加权装置是一种可变损耗装置。

8.一种传感器，包括：

用于接收多个光学信号并对多个光学信号滤波以形成信号组的装置；

第一装置，用于处理信号组的功率水平的第一部分以产生第一功率信号P₀；

第二装置，用于处理信号组的功率水平的第二部分以形成加权的信号组，并处理加权的信号组以产生第二加权功率信号P₁；和

第三装置，用于产生作为第一和第二功率信号P₀和P₁函数的信号，该信号表示具体的传输损耗是否已经影响了接收到的多个光学信号的各自水平。

9.如权利要求8所述的传感器，其特征在于传输损耗是拉曼散射。

10.如权利要求8所述的传感器，其特征在于传感器装置还包括

放大器装置，用于对信号P₀放大第一常数C₀倍，对信号P₁放大第二常数C₁倍，和

加法器装置，用于将乘积P₀C₀与P₁C₁合并以形成信号P_R，表示该多个光学信号受拉曼散射影响的程度。

11.如权利要求8所述的传感器，其特征在于多个光学信号包括光学信号的不同频带，并且其特征在于用于滤波的装置是带通滤波器。

12.如权利要求11所述的传感器，其特征在于第二装置包括一个多路分解信号组的路由器，该路由器把多路分解的信号提供给加权装置，以与它们各自的波长成比例地减小多路分解的信号的每个功率水平，并把加权的信号沿路径送到多路复用的输出端，输送给用于探测加权信号的功率并产生信号P₁的探测器。

13.如权利要求12所述的光学节点，其特征在于加权装置是一种可变反射装置。

14.如权利要求12所述的光学节点，其特征在于加权装置是一种可变损耗装置。

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