CN1976262A - 一种稳定多通道光波长的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多通道光波长的方法和装置，该方法包括：A.产生与多路驱动信号所属频带不同的第一检测信号，并将产生的第一检测信号依次叠加到所述多路驱动信号上，其中所述多路驱动信号驱动多通道发射器生成多路光信号并经一合波器合并成一路光总信号；B.接收所述至少一部分光总信号并输入到一波长检测器进行波长检测；C.从波长检测器接收到的波长检测结果依次提取与所述第一检测信号所属频带相同的第二检测信号；D.根据依次提取到所述第二检测信号控制所述多通道发射器对应通道的光波长。利用本方法所需的器件少、电路简单、集成度高，可以降低成本。

Description

一种稳定多通道光波长的方法和装置
技术领域
本发明涉及光通信领域，尤其涉及一种稳定多通道光波长的方法和装置。
发明背景
随着通信业务的不断发展，通信网络对传输带宽的要求越来越大；将多个波长的光信号合成一路信号(波分复用)在光纤中传输，是提高传输带宽的一种很有效的方法。但是，在波分系统特别是密集波分系统(例如波长间隔小于等于50GHz的波分系统)中，由于相邻信道波长间隔很窄，对波分复用的每个光信号的波长有很高的精度和稳定度要求。
按照传统的波长锁定方法，系统运行过程中使用波长检测器检测每一路光信号的波长或者精确的波长偏移量，并根据检测的结果进行反馈，控制激光器输出信号的波长。这样，要求每路信号波长检测器具有很高的精度，而且为了实现波长锁定的目的，每一路波长控制都使用一套控制环路，结构复杂，体积功耗大。
在现有技术方案一中，参见图1所示，每个激光器的输出光信号先经过一个分光器分成两路，一路输入给合波器合波输出，另一路输入给波长检测器对波长进行检测。每个激光器都需要一个分光器和波长检测器，需要的器件多，电路复杂，成本也高。对于集成度高的器件，有时甚至无法实现每路光信号的分光和检测。而且每一路光信号在合波前提取，对于高集成度的器件，如PIC(光集成电路)，n路激光器的输出信号在器件封装内经过合波后才输出，无法取到合波前的每一路信号，也就无检测波长实现波长控制。
在现有技术二中，参见图2所示，合波后的光信号，先经过一只分光器，一部分光信号直接输出，分光器另一部分输出信号分别给每只激光器进行波长检测和波长控制。每个激光器都需要波长检测器，需要的器件多，电路复杂，成本也高，每个激光器的波长检测器需要具有单通道滤波功能。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明实施例提供了一种稳定多通道光波长的方法和装置。
本发明实施例提供了一种稳定多通道光波长的装置，应用于多通道发射器生成相应多路光信号，并经合波器合并成一路光总信号的通信系统，所述装置包括：一信号发生器、一分光器、一波长检测器、一信号提取器和一控制单元，
所述信号发生器，用于产生与所述多路驱动信号所属频带不同的第一检测信号，所述第一检测信号依次叠加到所述多路驱动信号上；
所述分光器，用于从所述光总信号中分出至少一部分光；
所述波长检测器，用于检测所述分光器分出的至少一部分光的波长；
所述信号提取器，用于从所述波长检测器输出的检测中提取与所述第一检测信号所属频带相同的第二检测信号；
所述控制单元，控制所述信号发生器的叠加顺序和所述信号提取器提取信号的顺序，并根据接收到的所述第二检测信号控制多通道发射器的光波长。
本发明实施例还提供了一种稳定多通道光波长的方法，应用于多通道发射器生成多路光信号，并经合波器合并成一路光总信号的通信系统，所述方法包括：
A、产生与多路驱动信号所属频带不同的第一检测信号，并将产生的第一检测信号依次叠加到所述多路驱动信号上，其中多路驱动信号驱动多通道发射器生成多路光信号并经一合波器合并成一路光总信号；
B、接收所述至少一部分光总信号并输入到一波长检测器进行波长检测；
C、从波长检测器接收到的波长检测结果依次提取与所述第一检测信号所属频带相同的第二检测信号；
D、根据依次提取到所述第二检测信号控制所述多通道发射器对应通道的光波长。
由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，与现有技术方案相比，本发明实施例只需采用一套波长检测和控制系统就能对多通道波长进行检测和控制以实现多通道光通信系统中波长稳定，所需的器件少、电路简单、集成度高，降低成本。
附图说明
图1所示为现有技术一的系统结构示意图；
图2所示为现有技术二的系统结构示意图；
图3是本发明实施例的系统结构示意图。
具体实施方式
在多通道光通信系统中，多路数据经激光驱动器转变成多路驱动信号以驱动多通道发射器，为了稳定多通道光波长，本发明实施例包含如下思想：在多通道发射器的驱动信号中依次(多时)叠加一检测信号，因此在各通道波长信号中依次(分时)携带了该检测信号成分；从多通道发射器各通道波长信号经合波后的光总信号中依次提取该检测信号成分，并根据提取到的该检测信号控制相应通道波长。
为对本发明实施例有进一步理解，下面结合附图举例说明本发明实施例的思想。
如图3所示为本发明实施例的多通道光通信系统波长稳定系统示意图。该光通信系统中，多路传输数据(DATA)信号输入到一包含多个激光驱动模块的激光驱动器(也可为多个独立的激光驱动器)，为每一路数据信号生成一路驱动信号；该多路激光驱动信号经一多通道发射器(也可为多个独立的激光器)产生多路不同波长的光信号，并通过一合波器合并成一路包含多路波长的光总信号在光传输线路上传输。其中，对于外部调制方式(如电调制EA、马赫-增德尔MZ调制)的激光器同时还可具有相应的调制器，每路激光器正常工作时可配以激光控制器，控制器控制激光器的偏置电流、输出光功率以及电光转换的控制参数；在本发明实施例中，将激光驱动器和激光控制器集成在一起。传输数据(DATA)是需要被转换成光信号的电信号，该电信号先经过驱动器驱动放大，然后再输入到激光器或其调制器中进行电光转换。
如图3所示，所述波长稳定系统还包括：一信号发生器、一分光器、一波长检测器、一信号提取器和一控制单元。
信号发生器，连接到激光驱动器的多个驱动模块上，用于产生第一检测信号，依次叠加到所述多路驱动信号上。这样，该第一检测信号经激光器/调制器光电变换后输出的光信号的波长与相应传输数据的信道波长相同，其中，该第一检测信号所属频带与所述多路驱动信号所属频带不同：相对于传输数据信号或驱动信号而言，该第一检测信号可为微扰信号，即第一检测信号的频率通常低于传输数据(DATA)信号的频率，例如传输数据(DATA)信号为大于30Mbps的信号，则该第一检测信号可以为1～10KHz的信号，该第一检测信号的幅值低于传输数据的幅值，以保证经调制后第一检测信号成分约占整个信号功率的1％～5％，因此我们将该信号称为低频微扰信号。
分光器，用于从合波后的光总信号中分出至少一部分光；
波长检测器，用于检测分光器分出的至少一部分光的波长。波长检测器输入含有多个波长的光信号，输出为一个电压信号，输出的电压信号中包含第一检测信号成分(如低频微扰信号成分)。在本实施例中，波长检测器相当于一个梭状滤波器，并且满足在每一个波长单间隔内存在单调的响应特性；这样，对于每个波长的光信号，在对应波长间隔内，该输出电压是波长的单调函数。
信号提取器，与波长检测器相连，用于接收所述波长检测器输出的电信号并从波长检测器输出信号中提取与该第一检测信号频带相同的第二检测信号。其中，该信号提取器可以是一只带通滤波器，通带的中心频率正好是微扰信号的频率。该信号提取器可以实现微扰信号的提取、放大，其输出信号的大小随激光器波长的变化而变化，从而实现对波长变化的检测。
控制单元，控制信号发生器的叠加顺序和信号提取器提取信号的顺序，并根据接收到的第二检测信号控制多通道发射器的光波长。
在本实施例中，根据依次提取到的第二检测信号，按叠加第一检测信号相同的叠加顺序控制多通道发射器对应通道的光波长，例如按将该第一检测信号叠加到该多通道发射器对应通道相同的时间间隔，从波长检测器接收到的波长检测结果提取与该第一检测信号频带相同的第二检测信号。
在本实施例中，对发射器的光波长控制可以有两种方式。对于第一种方式，即根据第二检测信号确定波长变化方向，从而确定波长补偿的方向，激光控制器可按预先设定的参数进行补偿，这里可通过预先设定的温度补偿参数控制激光器的管芯温度(决定输出光信号的波长)以稳定波长。采用这种方式通常需要周期性产生第一检测信号，通过闭环方式循环反馈控制波长变化直到波长稳定。对于另一种方式，即根据第二检测信号确定波长变化的偏移绝对值和偏移方向，采用这种方式在控制时可以不需要循环反馈控制，根据波长变化的偏移方向确定波长补偿方向，根据波长变化的偏移绝对值确定波长补偿量，并按波长补偿量确定的温度补偿参数控制对应通道发射器的光波长，当然采用这种方式也可通过闭环方式循环反馈控制波长变化直到波长稳定。
另外，本实施例的激光控制器还具有处理DATA信号以适应激光调制器的幅度、偏置和交叉点的要求，同时还能提供激光调制器的直流工作点以确定输出光功率的大小。
在多通道光通信系统中，多路数据经激光驱动器转变成多路驱动信号，本发明的实施例主要通过如下方法实现波长稳定：
A、产生与多路驱动信号所属频带不同的第一检测信号，并将产生的第一检测信号依次叠加到多路驱动信号上以驱动多通道发射器生成多路光信号，该多路光信号经一合波器合并成一路光总信号；
B、接收该至少一部分光总信号并输入到一波长检测器进行波长检测；
C、从波长检测器接收到的波长检测结果依次提取与该第一检测信号所属频带相同的第二检测信号；
D、根据依次提取到的该第二检测信号控制所述多通道发射器对应通道的光波长。
图3所示为本发明实施例的多通道波长稳定系统示意图，在该系统中，n路数据(DATA)经n个调制驱动和控制电路(1)生成n路驱动信号，同时将信号发生器(8)产生的微扰信号分时叠加到n路驱动信号上；分时叠加了该微扰信号的n路驱动信号分别驱动n个激光器/调制器(2)输出n路不同波长的光信号，n路不同波长的光信号经合波器(3)合并成一路包含多个波长的光总信号，在输出端利用分光器(4)分出一部分光总信号并将该光总信号输入到波长检测器(5)进行将光信号转变成电信号，控制器(7)控制微扰提取电路(6)从波长检测器(5)输出的电信号中提取出微扰成分，并根据提取结果控制激光器调制驱动和控制电路n，控制电路控制激光器的补偿参数实现波长稳定。假设数据传输速率为30Mbps，实现波长稳定的具体流程包括如下步骤：
步骤S401：信号发生器产生与多路驱动信号所属频带不同的第一检测信号；
其中，所产生第一检测信号所属频带与多路驱动信号所属频带不同，是为了将第一检测信号与传输数据信号或驱动信号区别开来，便于后续步骤提取，例如本实施例中采用的微扰信号S8，其中微扰信号的频率为1～10KHz，微扰信号的功率占整个功率的1％～5％。
步骤S402：将微扰信号S8依次(或分时)叠加到n个激光调制驱动和控制电路上；
例如，将一个周期时间T分为等间隔时间间隙ΔT，其中，T＝n×ΔT；在i×ΔT时刻，控制单元(7)控制激光调制驱动和控制电路电路(1-i)将微扰信号叠加到第i路驱动信号上，则此时第i路驱动信号为S1i叠加了微扰信号S8。
步骤S403：n个驱动信号(S11，S12，...，S1i，...，S1n)分别驱动n个激光/调制器，输出n路光信号(S21，S22，...，S2i，...，S2n)；
在i×ΔT时刻，由于驱动信号S1i中叠加了微扰信号S8，因此在第i个激光器/调制器的输出波长信号S2i中包含了微扰成分。
步骤S404：多路光信号(S21，S22，...，S2i，...，S2n)经一合波器(3)合并成一路包含所述多路光信号的光总信号S3；
合波后的S3在每个时间间隔ΔT都包含S8的微扰成分，在第i个ΔT时间间隔内的微扰成分代表第i路光的微扰成分。
步骤S405：通过分光器(4)从输出光总信号S3中分出至少一部分光S4；
光信号S4包含光总信号S3所有波长成分，也包括微扰成分。
步骤S406：波长检测器(5)检测光信号S4的波长，输出波长检测电信号S5；
其中，波长检测器相当于一个梭状滤波器，并且满足在每一个波长单间隔内存在单调的响应特性；对于每个波长的光信号，在对应波长间隔内，该输出电压是波长的单调函数。这样，每个时间间隔ΔT，S8的微扰成分随着对应波长的变化而单调变化。
步骤S407：从波长检测电信号S5中依次提取并放大与微扰信号S8频带相同的微扰成分S8’；
微扰提取电路(6)在控制单元的控制下工作，采用和微扰信号相同的频率提取，即从提取到第一个微扰信号S8’开始，以时间间隔ΔT分别提取后续微扰信号；另外，在提取信号时采用微扰频率的带通滤波器，抑制带外噪声提高灵敏度。
步骤S408：根据依次提取到的微扰信号S8’控制多通道发射器对应通道的光波长；例如，
提取到第i个微扰信号S8’对应第i个通道激光器/调制器输出的波长，S8’幅度变化对于光信号的波长变化，因此可以根据波长变化控制第i个通道激光器/调制器的波长。
其中，控制的方式可以有两种：
1.状态控制方式
(1)根据光信号的波长变化方向确定激光器/调制器波长补偿方向；
如第i个微扰信号S8’幅度V变化指示波长增大，则控制单元(7)指示第i个激光器调制驱动和控制电路(1-i)下调波长；
(2)按预先设定的温度补偿参数进行补偿，其中，预先设定的温度补偿量可以根据精度和稳定速率的需要进行设置；
(3)重复步骤A，直到所有通道光波长稳定；在本实施例中采用以T为周期循环反馈实时控制稳定波长。
其中，对提取到的微扰信号S8’的幅度V处理包括，初始时通过调试使激光器输出额定的波长，对应信号提取器(6)的结果为一初始值V0，工作中控制单元(7)实时地用信号提取器(6)的结果S8’的幅度V和初始值V0比较，输出波长控制的方向，形成负反馈环路，使波长稳定。
2.精确控制方式
(1)根据光信号的波长变化绝对值和变化方向确定激光器/调制器波长补偿值和补偿方向；
如第i个微扰信号S8’幅度变化指示波长增大和增大幅度，则控制单元(7)指示第i个激光器调制驱动和控制电路(1-i)下调波长，并根据增大幅度确定波长补偿值。
(2)根据波长补偿值确定第i个激光器/调制器的温度补偿参数进行补偿。
采用这种方式，由于是精确补偿，可以不需要重复步骤A，但激光器输出光波长对温度很敏感，有必要周期性循环反馈控制以实时稳定波长。
其中，对提取到的微扰信号S8’的幅度V处理包括，初始时通过调试使激光器输出额定的波长，对应信号提取器(6)的结果为一初始值V0，工作中控制单元(7)实时地用信号提取器(6)的结果S8’的幅度V和初始值V0比较，输出波长控制的方向和波长补偿量，并根据波长补偿量控制温度补偿参数，使波长稳定。
状态控制方式和精确控制方式相比，前者控制方法和电路简单，能有效降低成本。
通过本发明实施例的技术方案，可带来的有益效果如下：
1、多路激光器只采用一个分光器和波长监测器及其电路，就可以实现每一路激光器输出信号波长的检测，进而进行波长稳定控制，器件少，电路简单，体积小，成本低。
2、对于高集成度的器件，如PIC(光集成电路)，n路激光器的输出信号在器件封装内经过合波后才输出，无法取到合波前的每一路信号，本发明实施例在这种情况下也能实现波长控制的很好的方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (11)

1、一种稳定多通道光波长的装置，其特征在于，所述装置包括：一信号发生器、一分光器、一波长检测器、一信号提取器和一控制单元，
所述信号发生器，用于产生与多路驱动信号所属频带不同的第一检测信号，所述第一检测信号依次叠加到所述多路驱动信号上，其中，所述多路驱动信号驱动多通道发射器生成多路光信号并经合波器合并成一路光总信号；
所述分光器，用于从所述光总信号中分出至少一部分光；
所述波长检测器，用于检测所述分光器分出的至少一部分光的波长；
所述信号提取器，用于从所述波长检测器输出的检测中提取与所述第一检测信号所属频带相同的第二检测信号；
所述控制单元，控制所述信号发生器的叠加顺序和所述信号提取器提取信号的顺序，并根据接收到的所述第二检测信号控制多通道发射器的光波长。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第一检测信号为低频微扰信号，所述低频微扰信号所属频带低于所述多路驱动信号的任何一路驱动信号所属频带，所述低频微扰信号的功率低于所述多路驱动信号任何一路驱动信号的功率。
3、如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述波长检测器在每一个波长间隔内输出电压随波长的变化单调变化。
4、如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述系统还包括用于提取滤波的带通滤波器。
5、一种稳定多通道波长的方法，其特征在于，所述方法包括：
A、产生与多路驱动信号所属频带不同的第一检测信号，并将产生的第一检测信号依次叠加到所述多路驱动信号上，其中多路驱动信号驱动多通道发射器生成多路光信号，并经一合波器合并成一路光总信号；
B、接收所述至少一部分光总信号并输入到一波长检测器进行波长检测；
C、从波长检测器接收到的波长检测结果依次提取与所述第一检测信号所属频带相同的第二检测信号；
D、根据依次提取到的所述第二检测信号控制所述多通道发射器对应通道的光波长。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一检测信号为低频微扰信号，所述低频微扰信号所属频带低于所述多路驱动信号的任何一路驱动信号所属频带，所述低频微扰信号的功率低于所述多路驱动信号任何一路驱动信号的功率。
7、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤C1具体包括：
按将所述第一检测信号叠加到所述多通道发射器对应通道相同的时间间隔，从波长检测器接收到的波长检测结果提取与所述第一检测信号频带相同的第二检测信号。
8、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤D1具体包括：
根据依次提取到的所述第二检测信号，按叠加所述第一检测信号相同的叠加顺序控制所述多通道发射器对应通道的光波长。
9、如权利要求5或8所述的方法，其特征在于，所述步骤D中控制多通道光波长的方法具体包括：
根据依次提取到的所述第二检测信号强度变化确定波长补偿方向，并按预先设定的温度补偿参数进行补偿；重复步骤A，直到所有通道光波长稳定。
10、如权利要求5或8所述的方法，其特征在于，
根据依次提取到的所述第二检测信号强度变化确定波长补偿量，并按所述波长补偿量确定的温度补偿参数控制对应通道发射器的光波长。
11、如权利要求5所述的方法，其特征在于，具体包括：
步骤A2：将产生的第一检测信号按相等时间间隔ΔT叠加到所述多路驱动信号；
步骤C2：从波长检测接收到的波长检测结果按所述相等时间间隔ΔT提取与所述第一检测信号所述频带相同的第二检测信号；步骤D2：根据所述第二检测信号按所述相等时间间隔ΔT依次控制所述多通道发射器对应通道的光波长。
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