專利名稱：一種基于偏振復用信號的光信噪比監控器的制作方法
技術領域：
本發明涉及光學器件技術領域，尤其是一種基于偏振復用信號的光信噪比監控器。適用于監控偏振復用系統中相互正交的偏振信道的光信噪比監控，同時可以實現光參量放大、波長轉換等網絡功能。
背景技術：
在過去十年中，骨干網中的光傳輸速率得到快速增漲，通過密集波分復用DWDM使得傳輸容量也大幅度提高，PSK、PDM等先進的調制形式在光網絡中也得到越來越多的應用，因此為了管理這樣一個高容量光傳輸系統和交換系統，準備把握當前信號質量問題，光性能監控是必不可少的。具體來說，光性能監控技術可以實時反映系統的參數情況，保障網絡安全高速運行，增強網絡靈活性，為實現對惡化效應的動態補償提供信息依據，從而對提高用戶傳輸信號的質量提供保證。尤其在動態透明的光網絡，數據格式和比特率的透明意味 著一個光路可以用來傳輸不同格式和不同比特率的數據，而且光信號可以穿過不同的路徑和不同的光學元件。但是每路光信號有它自己的來源和信號質量，為了測定光網絡中光信號的質量必須監測許多物理層的參數，例如光強度、色散、光信噪比、Q因子和非線性等。其中，光信噪比能夠更為直觀的反映出信號質量好壞，因此，光信噪比的測量與監控一直都是全光信息處理研究的重點之一。目前，大部分光信噪比監控的方案只適用于單偏振系統中，例如基于窄帶濾波的光譜分析法，基于偏振分束加數字信號處理結構，基于光半導體放大器(SOA)結構中的非線性效應等方案。然而隨著大容量光網絡的需要以及偏振復用技術的發展，偏振復用系統中光信噪比的監控顯得越來越重要。目前只有少量的文章研究了偏振復用信號的光信噪比監控，其方法主要有(I)基于馬赫-增德爾干涉結構，這種方案不受色度色散、偏振模色散以及噪聲部分偏振化的影響。但是利用這種方式實現多個通道的OSNR監控就需要多個測量裝置，因此不適用于DWDM系統中；(2)基于高非線性光纖加功率探測器結構，這種方案利用光纖中的受激布里淵散射效應，這種方案可適用于WDM系統的PDM信號的OSNR監控，但是測量的OSNR會受偏振模色散或色度色散的影響；(3)基于窄帶光濾波和射頻頻譜分析儀結構，這種方式可以實現PMD、⑶不敏感的OSNR監控。但是，由于很多參數都可能影響到信號的射頻譜，該方法需要知道原信號的很多先驗信息才能夠進行精確的監控。另外，以上所有方法都是簡單的把PDM信號作為一個整體來監測0SNR，而實際上，傳輸中的信號由PDL等因素會引起兩個偏振態的OSNR不相等，因此(4)基于數字信號處理DSP)結構，通過優化算法，對偏振復用信號中正交偏振態單獨處理，可實現偏振模色散、色度色散不敏感的光信噪比監控，但是其處理速率受到“電域瓶頸”的限制而不適用于高速交換網絡中。
發明內容
鑒于現有技術的以上缺點，本發明的目的是提供一種基于偏振復用信號的光信噪比的全光監控設備，采用一個非線性偏振復用光纖環鏡結構，實現了對兩路相互垂直的偏振信號的全光處理，速率透明，穩定性好，并且成功消除了非線性偏振旋轉效應。通過調節偏振控制器和濾波器可以實現對任意一個偏振復用信號中不同偏振態的光信噪比的同時監控。本發明的目的是通過如下的手段實現的一種基于偏振復用信號的光信噪比監控器，用以實現偏振復用信號中多路偏振信道的光信噪比的同時監控，包括泵浦光單元102，耦合器101，偏振控制器103，環型器104、偏振分束器105、法拉第旋轉單元106、高非線性光纖107以及可調濾波器108 ;所述泵浦光單元102輸出光信號與偏振復用光信號之間滿足級聯四波混頻效應產生條件；所述法拉第旋轉單元106產生90度的偏振旋轉。米用本發明的設備，利用一個偏振控制器、一個偏振分束器、一個高非線性光纖以及一個濾波器就同時實現了偏振復用信號中多路偏振態的全光監控，克服了傳統電域方案的速率限制，并且能夠實現包括光參量放大、波長轉換等不同的網絡功能，操作簡單，可應用于高速光交換網絡中的信號質量監控以及網絡性能檢測。本發明物理上采用單環路雙向通道、對等結構；邏輯上實現了兩個偏正態正交光信號的同時處理；對速率透明且可同時實現光參量放大、全光波長轉換等其他網絡功能。通過調節偏振控制器和濾波器可實現任意波長的偏振復用信號的光信噪比的監控。偏振復用信號的光信噪比監控，通過調節偏振控制器使入射信號和泵浦光通過偏振分束器解復用成沿相反方向傳輸的兩路光，其中泵浦光與偏振分束器件的主軸成45°以保證分束后兩個偏振態的泵浦光功率相同。當通過高非線性光纖時，正向信號與泵浦或者反向信號與泵浦之間發生非線性四波混頻以及光參量放大效應，并且由于反向傳輸，從而使兩路信號之間的串擾達到最小。在法拉第旋轉單元的作用下，四波混頻后的兩路信號在偏振分束器的入口處重新復用為偏振復用信號，最后通過一個可調濾波器濾出四波混頻產生的一個級聯分量，結合解復用裝置以及功率探測裝置，就可實現多個偏振信道的OSNR的同時測量。若入射光不是偏振復用信號，則不存在偏振解復用過程，在本發明結構中偏振分束單元將同一信號分為兩部分信號，并在高非線性光纖中同時發生非線性效應，又在偏振分束器的作用下再合二為一得到轉換后的信號。調節偏振控制器則可以進一步控制轉換后信號的偏振態。采用本發明是針對復用信號提出的，同時也兼容了單偏振態方案的情況。
圖I為本發明的基于偏振復用信號的光信噪比監控器結構示意圖；圖2為本發明的偏振控制器103控制原理以及法拉第旋轉單元104的功能；圖3為本發明的基于偏振復用信號的光信噪比監控器的邏輯分析，其中(a)為邏輯結構圖；(b)為偏振復用信號的邏輯分析；(c)為單偏振系統的邏輯分析；圖4為本發明中的2X 10. 7Gbit/s偏振復用信號的光信噪比監控功能原理；圖5為本發明的信號輸出功率與光信噪比的函數關系，以及四波混頻的原理示意圖；圖6為本發明的附加功能原理圖；(a)為2X10. 7Gbit/s偏振復用信號的光放大器功能原理；(b)為本發明中的2X 10. 7Gbit/s偏振復用信號的波長轉換功能原理；圖7為本發明的基于偏振復用信號的光信噪比監控的部分實驗結果圖；(a)和(b)表示輸入為RZ-PDM-OOK信號；(c)和(d)表示輸入為RZ-PDM-DPSK信號；
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步的描述。如圖I所示，本發明方案由耦合器101、泵浦光單元102、偏振控制器103、環型器104、偏振分束器105、法拉第旋轉單元106、高非線性光纖107和可調濾波器108構成。其中高非線性光纖的零色散波長、色散系數、非線性系數以及光纖長度分別為1556-nm，O. 02-ps/nm2/km,30-(ff · km)-I 和 l_km。圖2(a)為本發明的偏振控制器103的控制原理。偏振分束器件105有兩個軸x軸和y軸，入射光Esni以與105的X軸成^的角度入射到高非線性環鏡中，在理想狀態下，當調節偏振控制器103使^為45°時，偏振復用信號的兩個偏振態就可以完全分開，并且在環鏡中反向傳輸。同時，泵浦光的偏振態要一直保持與105的X軸成45°夾角，這樣可以保證信號在高非線性光纖中無串擾地發生四波混頻和光參量放大效應。圖(b)表示法拉第旋轉單兀106的功能不意圖。偏振分束器105將輸入的光信號分為兩路偏振態正交的反向傳輸信號，其中偏振分束器105的105-1 口輸出為平行偏振態(//)，順時針方向的信號；105-2 口輸出為垂直偏振態(丄)，逆時針方向的信號。如圖(b)所示，兩路信號經過法拉第旋轉單元106后，偏振態均被旋轉了 90°，可反射回偏振分束器105的輸入端由環型器端口 104-1輸出。圖3為本發明方案的邏輯分析，其中圖(a)為本發明方案的邏輯結構圖。通過物理上的單環路、雙通道，實現了邏輯上的兩偏振態正交信號的并行全光信息處理。當輸入信號為偏振復用信號時，通過調節偏振控制器103使得輸入信號經偏振分束器105偏振解復用為兩路偏振態正交信號反向并行傳輸。在法拉第旋轉單元106的輔助下，兩路信號經過高非線性光纖發生四波混頻和光參量放大效應，從而產生多個諧波分量，這兩路光又通過偏振分束器105的輸入口復用為偏振復用信號,最后由環型器104-1 口輸出，如圖3-(b)。當輸入信號為單偏振態時，由于輸入信號為偏振無關的信號，偏振分束器105則僅僅起功分(合)器和起偏器的作用。將輸入信號分為獨立對等的兩部分進行單獨處理，再合為一路輸出，如圖(C)所示。圖4為本發明中光信噪比監控器原理。正反兩路光在高非線性光纖中發生四波混頻效應，由于Cl頻率分量的光的轉移函數是二次的，所以信號經過高非線性偏振復用環鏡后，功率較大的信號光被放大，而功率較小的噪聲光被壓縮，這樣輸入信號光的信噪比不同，得到的Cl光的功率也不相同，因此結合解偏振復用技術，通過兩個功率檢測器測出兩路Cl光的功率，則通過如下計算公式可得到偏振復用信號中兩個偏振態各自的光信噪比。
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權利要求
1.一種基于偏振復用信號的光信噪比監控器，用以實現偏振復用信號中多路偏振信道的光信噪比的同時監控，包括泵浦光單元(102)，耦合器(101)，偏振控制器(103)，環型器(104)、偏振分束器(105)、法拉第旋轉單元(106)、高非線性光纖(107)以及可調濾波器(108);所述泵浦光單元(102)輸出光信號與偏振復用光信號之間滿足級聯四波混頻效應產生條件；所述法拉第旋轉單元(106)產生90度的偏振旋轉。
2.根據權利要求I所述之基于偏振復用信號的光信噪比監控器，其特征在于，所述法拉第旋轉單元可以用偏振控制器代替。
3.根據權利要求I所述之基于偏振復用信號的光信噪比監控器，其特征在于，所述光隔離器可以由已包含光隔離器的光纖放大器代替。
4.根據權利要求I所述之基于偏振復用信號的光信噪比監控器，其特征在于，所述非線性光纖的零色散波長、色散系數、非線性系數以及光纖長度分別為1556-nm，0. 02-ps/nm2/km,30-(W · km)-I 和 l_km。
全文摘要
一種基于偏振復用信號的光信噪比監控器，包括泵浦光單元(102)，耦合器(101)，偏振控制器(103)，環型器(104)、偏振分束器(105)、法拉第旋轉單元(106)、高非線性光纖(107)以及可調濾波器(108)；所述泵浦光單元(102)輸出光信號與偏振復用光信號之間滿足級聯四波混頻效應產生條件；所述法拉第旋轉單元(106)產生90度的偏振旋轉。本發明利用高非線性環鏡結構成功消除了偏振復用系統中存在的偏振旋轉效應，實現了用一個監控裝置分別精確監控兩個正交偏振信道的光信噪比。本發明可應用于高速光交換網絡中，實時監控和評估信號質量，以便發現網絡潛在的故障，從而保證光網絡的正常運行。
文檔編號G02B6/27GK102624448SQ20121005885
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月8日 優先權日2012年3月8日
發明者姜恒云, 張志勇, 易安林, 潘煒, 羅斌, 鄒喜華, 閆連山, 陳智宇 申請人:西南交通大學