CN1623082A - 采用时分复用检测方案的光谱功率监视器 - Google Patents

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Abstract

一种使用时分复用检测方案来进行光谱功率监视的方法和设备。该设备使用诸如衍射光栅的波长分散器(120)以将光学信号分成多个光谱波道，并且束操纵元件的阵列(140)被放置成与所述光谱波道对应。所述束操纵元件是单独可控制的以将所述光谱波道以时分复用序列导入光学检测器(150)中。所述设备进一步采用了用于偏振不敏感的操作的偏振分集方案。这增强了该设备的谱分辨率，同时提供了谱功率检测中的提高的精度。依照本公开内容构建的谱功率监视器很适合于WDM光学网络连接应用。

Description

采用时分复用检测方案的光谱功率监视器
发明人
Pavel Polykin，Mark H.Garrett和Jeffrey P.Wilde
技术领域
本发明总体上涉及光谱监视器和分析器。更具体而言，涉及采用时分复用检测方案的新型光谱监视器，其适合WDM光学连网应用。
背景技术
随着采用波长分割复用(WDM)的光学通信网络变得日益普及，需要一种新的光学性能监视器，包括谱功率监视器。
本领域中的常规谱功率监视器典型地使用波长分散装置，如衍射光栅或分散棱镜，以将多波长光学信号分成具有明显中心波长的光谱波道的空间阵列。光电检测器(例如光电二极管)阵列被放置成单独检测光谱波道，由此提供多波长光学信号的光功率谱。可替换的是，旋转衍射光栅和静止光电检测器，或者可移动光电检测器和静止衍射光栅，被用于依次扫描光谱波道。这些现有谱功率监视器典型地成本上是高的，尺寸和操作上是麻烦的，并且在一些实例中需要相当的维护，从而使得它们不适合于光学网络连接应用。
而且，衍射光栅的衍射效率已知在特性上是偏振敏感的。这种偏振敏感性对于提供谱功率监视器中的增强的谱分辨率所需的高分散衍射光栅(例如，全息光栅)可能是特别剧烈的。
根据以上所述，在本领域中需要以简单、有效且经济的构造来克服现有设备缺点的光谱功率监视器。
发明内容
本发明提供了一种采用新颖的时分复用检测方案用于光谱功率监视的方法和设备。本发明的光谱功率监视设备包括：输入端口，用于多波长光学信号；波长分散器，用于根据波长将所述多波长光学信号分成具有预定相对安排的多个光谱波道；以及多个束操纵元件，其被放置成与所述光谱波道对应。束操纵元件是单独可控制的以将光谱波道以时分复用序列导入光学检测器中。
在本发明中，术语“时分复用序列”指的是光谱波道被操纵，例如被导入光学检测器中的特定时间顺序。例如，可以以连续或其它预定序列将光谱波道依次(即一个接一个)导入光学检测器中，由此可得到光功率谱(作为波长的函数的光功率水平)。光谱波道亦可依照预定方案而被分组成谱集，每个都包含一个或多个光谱波道。对应于每个谱集的束操纵元件然后可被协调以将成分光谱波道同时导入光学检测器中，由此提供这些光谱波道的综合信号。谱集被引导到光学检测器上的序列可依照任何所需的时分复用方案。而且，如果在应用中需要，光谱波道的子集(例如，“偶数编号的”或“奇数编号的”光谱波道)可在预定或动态的基础上被选择，并且以时分复用序列被监视。另外，被分配用于每个光谱波道(或谱集)的检测时间可被固定，或者在逐通道(例如，逐波长)的基础上被动态地控制。
在本发明中，“光谱波道”的特征在于明显的中心波长和关联的带宽，并且可如在WDM光学网络连接应用中而载运唯一的信息信号。束操纵元件应被理解成实施能通过偏转、开关或调制来操纵至少一个光谱波道的任何元件。举例来说，束操纵元件可以是可移动，例如可转动于至少一个轴的微镜。束操纵元件亦可以是液晶快门元件，MEMS(微机电系统)快门元件，或者借助适当的激励/控制装置来开启或保持关闭于入射光束的本领域已知的任何其它光学快门。
本发明的光谱功率监视设备可进一步采用偏振分集方案来克服成分光学元件可能有的偏振敏感效应。在此情况下，偏振分离元件和偏振旋转元件可沿输入端口和波长分散器之间的光学路径而被放置，用来将输入多波长光学信号分解成第一和第二偏振分量，随后将第二偏振分量的偏振旋转90度。波长分散器根据波长将入射光学信号分别分成第一和第二集合的光束。束聚焦器(例如聚焦透镜)可将第一和第二集合的光束聚焦到对应的焦斑中，从而照射到束操纵元件上。与相同波长关联的第一和第二光束可照射到相同的束操纵元件上(并可由相同的束操纵元件来操纵)。通过依照所需时分复用方案采操作束操纵元件，与每个波长关联的第一和第二光束可被相继导入光学检测器中，由此可得到输入多波长光学信号的光功率谱。可替换的是，第一和第二集合的光束可借助以下方式被分别导入第一和第二光学检测器中：使每个集合中的光束以时分复用序列到达对应的光学检测器。这使得与输入多波长光学信号中的每个偏振分量关联的光功率谱能被单独得到，这在WDM光学网络连接应用中将是理想的。
本发明的光谱功率监视设备可进一步包括一个或多个基准信号和对应的基准位置感测元件，还有一个或多个适当的对准调节元件，用于监视光谱波道和相应束操纵元件之间的对准并校正可在操作期间产生的未对准。
在本发明中，波长分散器通常可以是受支配的衍射光栅、全息光栅、阶梯光栅、弯曲衍射光栅、透射光栅、分散棱镜或本领域已知的其它类型的波长分离装置。输入端口可以是被耦合于透射多波长光学信号的输入光纤的光纤准直器。偏振分离元件可以是偏振束分裂器、双折射束置换器或本领域已知的其它类型的偏振分离装置。偏振旋转元件可以是半波片、Faraday旋转器、液晶旋转器、或本领域已知的任何其它偏振旋转装置，其能将光束的偏振旋转规定的角度(例如90度)。光学检测器可以是PN光电检测器、PIN光电检测器、雪崩光电检测器(APD)、或本领域已知的其它类型的光功率感测装置。
通过有利地利用在逐个的基础上与多个光谱波道对应的束操纵元件的阵列，可依照本发明以各种时分复用方案来进行光谱功率感测。与现有谱功率监视器形成明显对比，这使得有了对由此所构建的光谱功率监视设备的较大的通用性。此外，上述偏振分集方案使得偏振敏感效应在本发明的光谱功率监视设备中没有意义。这使本发明能以简单且成本有效的构造(例如通过利用本领域中常用的高分散衍射光栅)来增强谱分辨率，同时提供了光谱功率检测中的提高的精度。因此，一种新线的光谱功率监视器可依照本发明来构建以适合于各种应用。
本发明的新特征以及发明本身从以下附图和详述将被最好地理解。
附图说明
图1描述本发明光谱功率监视设备的第一实施例，其采用作为束操纵元件的微镜阵列和单个输入端口；
图2示出本发明光谱功率监视设备的第二实施例，其采用作为束操纵元件的微镜阵列和多个输入端口；
图3描述本发明光谱功率监视设备的第三实施例，其采用偏振分集方案中作为束操纵元件的微镜阵列；
图4A-4B示出本发明光谱功率监视设备的第四实施例，其采用偏振分集方案中作为束操纵元件的液晶快门元件阵列；
图4C示出本发明光谱功率监视设备的第五实施例，每个都采用偏振分集方案中作为束操纵元件的液晶快门元件阵列；并且
图5示出本发明光谱功率监视设备的第六实施例，其说明在本发明中如何确定最优对准。
具体实施方式
图1示出依照本发明的光谱监视设备的第一实施例的透视图。举例说明本发明的一般原理，光谱功率监视设备100包括：输入端口110，其可以是光纤准直器；波长分散器120，其一种形式可以是衍射光栅；束聚焦器130，其可以是聚焦透镜；以及束操纵元件阵列140，其一种形式可以是微镜140-1到140-N。光谱功率监视设备100可进一步包括光学检测器150，其可以是结合关联检测电路的光电二极管。
为了说明和清楚的目的，仅所选的几个(例如三个)光谱波道与输入多波长光学信号被图示于图1和随后的图中。然而，应指出，在本发明的光谱功率监视设备中可以有任何数量的光谱波道(只要光谱波道的数量与在系统中采用的束操纵元件的数量相当)。亦应指出，图1和随后的图中的备种元件和光束被示出是为了说明性的目的，因此可以不按比例画出。
在操作中，输入端口110发送多波长光学信号(其可例如包含波长λ1到λN)。衍射光栅120根据波长在角度上将多波长光学信号分成具有预定相对安排的多个光谱波道(例如，分别由波长λ1到λN来表征)。聚焦透镜130可将光谱波道聚焦到例如具有预定相对安排的空间阵列中的对应焦斑中。微镜140-1到140-N可被放置成使每个微镜接收光谱波道的唯一一个。微镜140-1到140-N可以是单独可控制和可移动的(例如可转动或可旋转)从而以时分复用序列将相应的光谱波道导入光学检测器150中。这使能得到输入多波长光学信号的光功率谱(即作为波长的函数的光功率水平)。
在本发明中，“光谱波道”的特征在于明显的中心波长和关联的带宽，并且可如在WDM光学网络连接应用中而载运唯一的信息信号。“时分复用序列”指的是光谱波道被操纵，例如被导入光学检测器中的特定时间顺序。例如，可以以连续或其它预定序列将光谱波道依次(即一个接一个)导入光学检测器中。光谱波道亦可依照预定或动态方案而被分组成谱集，每个都包含一个或多个光谱波道。对应于每个谱集的束操纵元件然后可被协调以将成分光谱波道同时导入光学检测器中，由此提供这些光谱波道的综合信号。谱集被引导到光学传感器上的序列可依照任何所需的时分复用方案。而且，如果在应用中需要，光谱波道的子集(例如，“偶数编号的”或“奇数编号的”光谱波道)可在预定或动态的基础上被选择，并且以时分复用序列被监视。另外，被分配用于每个光谱波道(或谱集)的检测时间可被固定，或者在逐通道(例如，逐波长)的基础上被动态地控制。
在图1的实施例中，微镜140-1到140-N可以是硅微机械加工镜、反射带(或膜)或本领域中已知的其它类型的束偏转元件。每个微镜都可关于一个或多个轴转动。用于微机械加工镜的基础制造技术是本领域中已知的。用于激励和控制微镜140-1到140-N的关联控制系统对本领域的技术人员亦是已知的，因此未在图1中被明确示出。
将理解，如果在实际应用中需要，则一个或多个附加的光学检测器可被用在图1的实施例中，并且依照预定或动态方案与微镜对应。例如，在需要同时监视所选组的光谱波道(例如，“偶数编号的”或“奇数编号的”光谱波道)的情况下，多个光学检测器可因此与正在引导所选光谱波道的微镜一一对应地被实施。
图1的实施例可被进一步扩展成提供对多个输入多波长光学信号的光谱功率监视。图2中所述为属于该情况的本发明的光谱功率监视设备的第二实施例的示意性侧视图。(图2中的示意性侧视图和顶视图以及随后的图是相对于图1的透视图而被呈现的)。举例来说，图2的光谱功率监视设备可利用图1中所使用的体系结构和许多元件，如以相同数字被标记的那些元件所示。该实施例实施了多个输入端口210-1到210-K(K≥2)，其可处于光纤准直器的形式。每个输入端口都可发送光学信号。举例来说，第一输入端口210-1可发送包含波长λ1 (1)到λN (1)的第一多波长光学信号，而第二输入端口210-2可发送包含波长λ1 (2)到λM (2)(例如M≤N)的第二多波长光学信号，其中λi (1)到λi (2)(i＝1到M)可基本上相同(即，与每个波长关联的上标仅用于识别对应光束所出自的输入端口)。衍射光栅120随后根据波长将每个多波长光学信号分成成分光谱波道。聚焦透镜130可将光谱波道聚焦到对应的焦斑中，从而照射到微镜阵列140上。由相同波长表征的光谱波道(例如λi (1)到λi (2))可照射到相同的微镜(例如微镜140-i)上。为了说明和清楚起见，微镜140-i被明确标识于图2中，而微镜阵列作为整体由数字140来标识。
举例来说，考虑上述光谱波道λi (1)、λi (2)以说明图2实施例的一般工作原理。光谱波道λi (1)、λi (2)可以以不同入射角入射到微镜140-i上，假定它们分别源自两个不同的输入端口，例如第一和第二输入端口210-1、210-2。因此，光谱波道λi (1)、λi (2)以不同反射角从微镜140-i被反射，由此分别照射到两个分离的光学检测器上，例如第一和第二光学检测器250-1、250-2。将理解，在该实施例中所实施的光学检测器(例如光学检测器250-1到250-K)的数量可与所采用的输入端口(例如输入端口210-1和210-K)的数量相当，从而使每个微镜所反射的光谱波道由相应的光学检测器单独接收。而且，微镜140可被操作从而以时分复用序列，例如以基本上与针对图1所述而类似的方式，将对应的光谱波道导入相应的光学检测器中。同样，与每个输入多波长信号关联的光功率谱可被单独获得于光谱功率监视设备200中。
已知衍射光栅的衍射效率可以是偏振相关的。例如，在标准安装配置中光栅的偏振效率对于与光栅上的槽线垂直的p(或TM)偏振比对于与p偏振正交的s(或TE)偏振高，或反之亦然。这样的偏振敏感效应对于具有大量槽线(每单位长度)的光栅可变得明显。因此，在偏振敏感效应被视为不理想的应用中，偏振分集方案可被实施于本发明中。图3描述了本发明光谱功率监视设备第三实施例的示意性侧视图，其采用微镜阵列作为偏振分集方案中的束操纵元件。
举例来说，图3的光谱功率监视设备300可利用图1中所使用的一般体系结构以及许多元件，如以相同数字被标记的那些元件所示。在此情况下，输入端口110发送多波长光学信号(例如，其可包含波长λ1到λN)。偏振分离元件360可将输入多波长光学信号分解成p偏振分量和s偏振分量(或第一和第二偏振分量)。举例来说，假定p偏振是衍射光栅120的优选方向(即衍射效率对于p偏振分量比对于s偏振分量高)，则可借助偏振旋转元件370将s偏振分量旋转90度，从而使入射到衍射光栅120上的光学信号全部拥有p偏振。衍射光栅120随后根据波长将入射光学信号分别分成第一和第二集合的光束(其中例如每组都可包含具有波长λ1到λN的光束)。注意第一和第二集合的光束被分散于基本上与纸平面垂直的方向上，因此未在图3的侧视图中被明确示出。聚焦透镜130可将光束聚焦到对应的焦斑中，从而照射到微镜阵列140上。例如，与相同波长(例如波长λi)关联的第一和第二光束可以以不同入射角照射到相同的微镜(例如微镜140-i)上。(为了说明和清楚起见，微镜140-i被明确标识于图3中，而微镜阵列作为整体由数字140来标识)。因此，与每个波长关联的第一和第二光束以不同反射角从对应的微镜被反射，由此分别照射到第一和第二光学检测器350-1、350-2上。这样，通过依照所需时分复用方案(例如，以基本上与针对图1所述类似的方式)来操作微镜140，与每个波长关联的第一和第二光束可被相继导入相应的第一和第二光学检测器350-1、350-2中。同样，与输入多波长光学信号中的每个偏振分量关联的光功率谱可被单独获得于光谱功率监视设备300中。这使设备300能增强谱分辨率，同时提供光谱功率检测中的提高的精度。
可替换的是，在图3的实施例中，与相同波长关联的第一和第二光束可被导入单个光学检测器中。这提供了输入多波长光学信号的“组合”光功率谱。
应理解，在本说明书和所附的权利要求中，由偏振旋转元件(例如偏振旋转元件370)产生的偏振的旋转可被理解成具有由于可存在于实际系统中的不完美而造成的有关规定角度(例如90度)的微小变化。然而，这样的变化将不显著影响本发明的总体性能。
本领域的技术人员将认识到，在本发明中，可替换的是，束操纵元件可由本领域中已知的其它束操纵装置来提供，如用作光学快门的快门类元件。图4A示出依照本发明的光谱功率监视设备第四实施例的示意性侧视图，其采用液晶(LC)快门元件的阵列440作为偏振分集方案中的束操纵元件。举例来说，光谱功率监视设备400A可利用图3的实施例中所使用的一般体系结构以及许多元件，如以相同数字被标记的那些元件所示。如在图3情况下，输入端口110发送多波长光学信号(例如，其可包含波长λ1到λN)。偏振分离元件360可将输入多波长光学信号分解成p偏振分量和s偏振分量(或第一和单独偏振分量)。偏振旋转元件370可将s偏振分量(或第二偏振分量)旋转90度。衍射光栅120随后根据波长将入射光学信号分别分成第一和第二集合的光束(其中例如每组都可包含具有波长λ1到λN的光束)，从而照射到可包括LC快门元件的束操纵元件的阵列440(进一步的细节见以下的图4B)上。注意第一和第二集合的光束被分散于基本上与纸平面垂直的方向上，因此未在图4A的侧视图中被明确示出。聚焦透镜130可将与相同波长(例如λi)关联的第一和第二光束聚焦到相同的LC快门元件(例如图4B中所示的LC快门元件440-i)上。光谱功率监视设备400A可进一步包括光学检测器450，其与LC快门元件阵列440进行光通信。
图4B描述了包括LC快门元件440-1到440-N的LC快门元件阵列440以及光学检测器450的示意性顶视图。注意，在该示意性顶视图中，仅一个集合的光束(例如第二集合的光束)被明确示出。LC快门元件440-1到440-N可被配置成起到光学快门的作用。例如，每个LC快门元件可包括液晶旋转器，其在没有任何控制信号的情况下将入射光束的偏振旋转90度，并且结合偏振器在适当的电控制信号下保持偏振不变，所述偏振器的偏振轴垂直于由液晶旋转器产生的由此被旋转的偏振。结果，当经历适当的控制信号时，每个LC快门元件都允许对应的光束经过；并且在没有任何控制信号的情况下保持对入射光束“关闭”。举图4B中的实例，LC快门元件440-i允许具有波长λ1的第一和第二束进入光学检测器450中，同时其余LC快门元件对其相应的光束“关闭”，如图中所说明的。这样，通过依照所需时分复用方案来控制LC快门元件440-1到440-N，与每个波长关联的第一和第二光束可例如以基本上类似于针对图1所述的方式相继进入光学检测器450中。并且被分配给与每个波长关联的光束的检测时间可被固定，或者可通过控制对应LC快门元件保持开启的时间量在逐波长的基础上动态地控制。同样，输入多波长光学信号的光功率谱可被获得于图4A的实施例中。(将理解，用于提供控制信号给LC快门元件440-1到440-N的关联激励/控制系统对本领域的技术人员是已知的，并因此未在图4A中被明确示出)。
如果在给定应用中需要，图4A的实施例可被进一步修改成提供与输入多波长光学信号中的每个偏振分量关联的光功率谱。图4C描述了属于该情况的本发明光谱功率监视设备第五实施例的示意性侧视图。举例来说，光谱功率监视设备400B可利用图4A的实施例中所使用的一般体系结构以及许多元件，如以相同数字被标记的那些元件所示。在此情况下，经过每个LC快门元件(例如，400-i)的第一和第二光束可分别照射到两个分离的光学检测器上，例如第一和第二光学检测器450-1、450-2。以这种方式，通过依照所需时分复用方案来控制LC快门元件440，与输入多波长光学信号中的每个偏振分量关联的光谱功率可由相应的第一和第二光学检测器450-1、450-2来提供。
本领域的技术人员将理解，可替换的是，图4A(或4C)的实施例中的束操纵元件440可由以下来提供：基于MEMS(微机电系统)的快门元件、以偏振独立的方式起到光学快门的作用的LC快门元件、或者可在逐个的基础上被动态地控制的本领域中已知的其它类型的光学快门。将进一步理解，取代微镜，MEMS快门元件或LC快门元件(例如偏振独立型)亦可被用作图1的实施例中的束操纵元件。
在本发明中，偏振分离元件360可以是偏振束分裂器(结合适合的束偏转器或棱镜，从而使入射和出来的光束保持平行)、双折射束置换器或本领域已知的其它类型的偏振分离装置。偏振旋转元件370可以是半波片、Faraday旋转器、液晶旋转器、或本领域已知的任何其它偏振旋转装置，其能将光束的偏振旋转规定的角度(例如90度)。波长分散器120通常可以是受支配的衍射光栅、全息衍射光栅或阶梯光栅、透射光栅、分散棱镜或本领域已知的其它类型的波长分离装置。束聚焦器130通常可以是一个或多个聚焦透镜的组件，或者本领域中已知的其它类型的束聚焦装置。聚焦功能亦可通过使用执行波长分离和束聚焦的双功能的弯曲衍射光栅来实现。输入端口(例如图1的输入端口110)可以是被耦合于透射光学信号的输入光纤(例如，单模光纤)的光纤准直器。为便于对准，提供多重输入端口(例如图2的实施例中的输入端口210-1到210-K)的光纤准直器可被方便地安装于在基片上制造的V形槽中，如在本领域中所一般实践的，所述基片由硅、塑料或陶瓷制成。此外，任何以上实施例中的光学检测器可以是PN光电检测器、PIN光电检测器、雪崩光电检测器(APD)、或本领域已知的其它类型的光功率感测装置。从本说明书的教导来看，本领域的技术人员将知道对于给定应用如何根据本发明来设计适合的光谱功率监视设备。
为确保光谱波道和相应的束操纵元件(即图1中的微镜140-1到140-N)之间的必要对准，本发明的光谱功率监视设备可利用一个或多个基准信号和对应的基准位置感测元件以及适当的对准调节元件以监视光谱波道和相应的束操纵元件之间的对准并校正可在操作过程中发生的未对准。图5描述了本发明光谱功率监视设备第六实施例的示意性顶视图。举例来说，光谱功率监视设备500可利用图1的实施例中所使用的一般体系结构以及许多元件，如以相同数字被标记的那些元件所示。以下描述将使用该系统作为实例来说明如何确定并进一步维持光谱波道和相应的束操纵元件之间的必要对准。作为光谱功率监视设备的图5的实施例的操作可基本上与以上所述(例如图1的实施例)相同。(因此，一些元件，如光学检测器，未在图5中被明确示出)。
在光谱功率监视设备500中，输入端口110发送包含波长λ1到λN的多波长光学信号以及包含波长λc的基准信号。衍射光栅120根据波长在角度上将入射多波长光学信号以及基准信号分成具有预定相对安排的多个光谱波道λ1到λN和基准谱分量λc。聚焦透镜130可将基准谱分量和光谱波道聚焦到例如具有预定相对安排的预定空间阵列中的对应焦斑中。光学元件阵列540，包括基准位置感测元件540-C和多个束操纵元件540-1到540-N(例如图1中的微镜140-1到140-N)，可被定位成当基准谱分量λc在预定方位xo处照射到基准位置感测元件540-C上时，光谱波道λ1到λN根据必要对准而分别照射到束操纵元件540-1到540-N上。这提供了简单而有效的方式来对准光谱波道与相应的束操纵元件。应理解，照射到光学元件阵列540上的衍射光束可被不均匀地隔开。此外，例如通过将成分元件安装和/或制造在基片上，光学元件阵列540可被集成到单一结构中。
图5的光谱功率监视设备500可进一步包括对准调节元件560-1，其一种形式可以是被耦合于光学元件阵列540的激励设备，用于使光学元件阵列540作为整体——因此使基准位置感测元件540-C和束操纵元件540-1到540-N一前一后地——移动(例如平移和/或旋转)，由此调节由衍射光束形成的谱阵列和下面的光学元件阵列之间的相对对准。光谱功率监视设备500可另外包括处理元件560-2，用于监视基准位置感测元件540-C上的基准谱分量λc的实时照射位置，并因此用于控制激励设备560-1。这确保了基准谱分量λc在预定方位xo处保持对准，由此维持了光谱波道λ1到λN和束操纵元件540-1到540-N之间的必要对准。这样描述的对准监视调节过程可被周期性地进行或者通过伺服控制连续进行。(在后者的情况下，激励设备560-1和处理元件560-2可起到伺服控制单元560的作用)。光谱功率监视设备500由此能主动校正可在操作过程中发生(例如，由于诸如热和/或机械干扰的环境效应而造成)的未对准，并因此提供较鲁棒的性能。
在图5的实施例中，基准位置感测元件540-C可以是位置敏感检测器、象限检测器、分裂检测器、或者本领域中已知的任何其它位置敏感装置，其借助由感测元件产生的电(例如电流或电压)信号来监视光束的(一维或二维)实时照射位置。激励设备560-1可以是音圈激励器、步进马达、螺线管激励器、压电激励器或本领域中已知的其它类型的激励装置。处理元件560-2可包括电电路、控制器和信号处理算法，用于处理从基准位置感测元件560-1接收的输出信号并从所检测的信号得到基准谱分量λc的实时照射位置。处理元件560-2因此产生待施加给激励设备560-1的适当控制信号。
熟练技工将理解，不是(或结合)如以上所述相对于谱阵列而移动光学元件阵列540，图5中的聚焦透镜130可被可替换地(或另外)移动(例如平移或旋转)以执行类似的对准功能。从本发明的教导来看，本领域的技术人员将进一步理解，一个或多个辅助基准信号和对应的基准位置感测元件以及适合的对准调节元件可被另外用在本发明的光谱功率监视设备中以补充基准谱分量λc的上述功能。
在本发明中，一个或多个基准信号通常可以是具有基本上不与所考虑的光谱波道的任何波长重合的界限分明且稳定的中心波长的任何光学信号。举例来说，图5中的基准信号被示出具有比光谱波道的波长短(或长)的波长λc。一般而言，光谱波道不需要在波长(或频率)上被均匀地隔开。
在图5的实施例中，包含波长λ1到λN的多波长光学信号可由被耦合于用作输入端口110的光纤准直器的输入光纤501来提供。基准信号λc可由基准光源502来提供，其可以是分布反馈(DFB)激光器、适合的Fabry-Perot(FP)激光器，或者可提供具有界限分明且稳定的中心波长的适当基准信号的本领域中已知的任何其它光源。光学组合器503(例如光纤熔融耦合器)可被用于将基准光源502耦合于输入光纤501，从而有效地将多波长光学信号和基准信号两者导入输入端口110中。光谱功率监视设备500由此具有独立的内部基准光源。(在一个或多个辅助基准信号被用在本发明中的情况下，可以以类似方式借助一个或多个辅助光学组合器将一个或多个辅助基准光源耦合于输入光纤501；或者代替基准光源502，能提供多个截然不同的基准信号的单个基准光源可被实施)。可替换的是，多波长光学信号本身可包括可用作一个或多个基准信号的一个或多个谱分量(例如光学网络中的一个或多个服务通道)，如在WDM光学网络连接应用中。在此情况下，内部基准光源502以及光纤耦合器503不需要被实施。
从有关图5的本发明的教导来看，熟练技工将知道如何在采用偏振分集方案的光谱功率监视设备(例如图3、4A或4C的实施例)中实施适当的对准监视调节方案。例如，通过将源自基准信号λc的p偏振和s偏振分量的第一和第二光束照射到基准位置感测元件540-C上基本上相同的方位(例如图5中的xo)上，可借助与以针对图5所述基本上相同的方式来进行随后的对准监视和调节。此外，在多个输入端口被实施于光谱功率监视设备(例如图2的实施例)中的情况下，与相应的输入光学信号一起，多个基准信号可被利用并从输入端口(例如以一对一的对应关系)被发送。多个基准位置感测元件可因此被实施，例如每个都对应于唯一的一个基准信号。同样，以基本上类似于图5中所述的方式，每个基准信号，结合对应的基准位置感测元件，可被指定用于监视由对应的输入光学信号形成的谱阵列(基准信号借助它从输入端口出来)和下面的束操纵元件。
本领域的技术人员将认识到，以上所述的示例实施例仅提供了可依照本发明来构建的许多光谱功率监视系统中的几个。可设计各种装置和方法从而以等效方式来执行指定功能。而且，在此可在本发明的原理和范围内做出各种改变、替换和变更。因此，本发明的范围应由以下权利要求及其合法等效形式来确定。

Claims (38)

1.一种光学设备，包括：
a)输入端口，其提供多波长光学信号；
b)波长分散器，其根据波长将所述多波长光学信号分成具有预定相对排列的多个光谱波道；
c)束操纵元件的阵列，其被放置成与所述光谱波道对应；以及
d)光学检测器；
其中所述束操纵元件是单独可控制的以将所述光谱波道以时分复用序列导入所述光学检测器中。
2.权利要求1的光学设备，其中所述束操纵元件包括微镜。
3.权利要求2的光学设备，其中所述微镜包括硅微机械加工镜。
4.权利要求2的光学设备，其中每个微镜都可关于至少一个轴转动。
5.权利要求1的光学设备，其中所述束操纵元件包括MEMS快门元件。
6.权利要求1的光学设备，其中所述束操纵元件包括液晶快门元件。
7.权利要求1的光学设备，其中所述波长分散器包括从一个组中选择的元件，该组由受支配的衍射光栅、弯曲衍射光栅、全息衍射光栅、阶梯光栅、透射光栅和分散棱镜组成。
8.权利要求1的光学设备，其中所述光学检测器包括从一个组中选择的元件，该组由PN光电检测器、PIN光电检测器和雪崩光电检测器组成。
9.权利要求1的光学设备，其中所述输入端口包括光纤准直器，其被耦合于透射所述多波长光学信号的输入光纤。
10.权利要求9的光学设备，其中所述输入光纤是单模光纤。
11.权利要求1的光学设备，进一步包括束聚焦器，用于将所述光谱波道聚焦成对应的焦斑以照射到所述束操纵元件上。
12.权利要求1的光学设备，进一步包括：基准信号，其与所述多波长光学信号一起从所述输入端口出来；以及基准位置感测元件，其中所述波长分散器将所述基准信号的基准谱分量引导到所述基准位置感测元件上的预定方位处。
13.权利要求12的光学设备，其中所述基准位置感测元件包括从一组中选择的元件，该组由位置敏感检测器、象限检测器和分裂检测器组成。
14.权利要求12的光学设备，其中所述输入端口包括被耦合于输入光纤的光纤准直器，其中所述光学设备进一步包括用于将基准光源耦合于所述输入光纤的光学组合器，并且其中所述输入光纤发送所述多波长光学信号并且所述基准光源提供所述基准信号。
15.权利要求12的光学设备，进一步包括对准调节元件，用于调节所述光谱波道和所述束操纵元件之间的对准。
16.权利要求15的光学设备，其中所述束操纵元件和所述基准位置感测元件形成光学元件阵列，并且其中所述对准调节元件包括被耦合于所述光学元件阵列的激励设备，用于使所述光学元件阵列移动。
17.权利要求15的光学设备，进一步包括与所述对准调节元件和所述基准位置感测元件通信的处理元件，其中所述处理元件监视所述基准谱分量到所述基准位置感测元件上的照射位置并因此提供对所述对准调节元件的控制，从而将所述基准谱分量维持于所述预定方位，由此确保所述光谱波道和所述束操纵元件之间的必要对准。
18.一种光学设备，包括：
a)输入端口，其提供多波长光学信号；
b)偏振分离元件，其将所述多波长光学信号分解成第一和第二偏振分量；
c)偏振旋转元件，其将所述第二偏振分量的偏振旋转近似90度；
d)波长分散器，其根据波长将所述第一和第二偏振分量分别分成第一和第二集合的光束；
e)束聚焦器，其将所述第一和第二集合的光束聚焦为对应的焦斑；
f)束操纵元件的阵列，其被布置成与所述第一和第二集合的光束对应；以及
g)至少一个光学检测器；
其中所述束操纵元件是单独可控制的，从而将与每个波长关联的第一和第二光束以时分复用序列导入所述至少一个光学检测器中。
19.权利要求18的光学设备，其中所述束操纵元件包括微镜。
20.权利要求19的光学设备，其中所述微镜包括硅微机械加工镜。
21.权利要求19的光学设备，其中每个微镜都可关于至少一个轴转动。
22.权利要求18的光学设备，其中所述束操纵元件包括液晶快门元件。
23.权利要求18的光学设备，其中所述束操纵元件包括MEMS快门元件。
24.权利要求18的光学设备，其中所述偏振分离元件包括从由偏振束分裂器和双折射束置换器组成的组中选择的元件。
25.权利要求18的光学设备，其中所述偏振旋转元件包括从由半波片、液晶旋转器和Faraday旋转器组成的组中选择的元件。
26.权利要求18的光学设备，其中所述波长分散器包括从一组中选择的元件，该组由受支配的衍射光栅、全息衍射光栅、阶梯光栅、弯曲衍射光栅、透射光栅和分散棱镜组成。
27.权利要求18的光学设备，其中所述束聚焦器包括至少一个聚焦透镜。
28.权利要求18的光学设备，其中所述输入端口包括光纤准直器。
29.权利要求18的光学设备，其中所述至少一个光学检测器包括单个光学检测器。
30.权利区域18的光学设备，其中所述至少一个光学检测器包括第一和第二光学检测器，其被配置成分别接收所述第一和第二集合的光束。
31.权利要求18的光学设备，其中所述至少一个光学检测器包括从一组中选择的至少一个元件，该组由PN光电检测器、PIN光电检测器和雪崩光电检测器组成。
32.一种使用时分复用方案进行谱功率监视的方法，包括：
a)提供多波长光学信号；
b)根据波长将所述多波长光学信号分成多个光谱波道；以及
c)将所述光谱波道以时分复用序列导入光学检测器中。
33.权利要求32的方法，其中所述光谱波道被依次导入所述光学检测器中。
34.权利要求32的方法，进一步包括以下步骤：将所述光谱波道分组成多个谱集，每个都包含一个或多个光谱波道，从而使所述谱集以所述时分复用序列被导入所述光学检测器中。
35.权利要求32的方法，其中所述步骤c)是借助单独可移动的微镜的阵列来进行的。
36.一种光谱功率监视方法，包括：
a)提供多波长光学信号；
b)将所述多波长光学信号分解成第一和第二偏振分量；
c)将所述第二偏振分量的偏振旋转近似90度；
d)根据波长将所述第一和第二偏振分量分别分成第一和第二集合的光束；
e)将所述第一和第二集合的光束聚焦到对应的焦斑中；
f)将所述第一和第二集合的光束照射到束操纵元件的阵列上；以及
g)单独控制所述束操纵元件以将与每个波长关联的第一和第二光束以时分复用序列导入至少一个光学检测器中。
37.权利要求36的方法，其中所述至少一个光学检测器包括单个光学检测器，并且其中所述步骤g)包括将与每个波长关联的所述第一和第二光束同时导入所述光学检测器中。
38.权利要求36的方法，其中所述至少一个光学检测器包括第一和第二光学检测器，并且其中所述步骤g)包括将所述第一和第二集合的光束分别导入所述第一和第二光学检测器中。
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