專利名稱：光學波長頻分復用傳輸系統中波長分量功率的獨立控制方法
技術領域：
本發明涉及控制光學波長頻分復用信號各個波長分量相對振幅的方法和裝置。
光通信系統中波長頻分復用的使用正在迅猛地發展，以便增加系統的信息承載容量。另外，該頻分復用還容許以有效而經濟的方式提供網絡開關和保護功能。沿光纖傳播的波長頻分復用光信號具有不同頻率的若干頻道。發射時，任一頻道波長分量的振幅與其它頻道的振幅相同，但當這些波長分量通過網絡進行傳輸時，頻道之間的相對振幅將變得不均衡。
網絡中關鍵點處各頻道的光功率隨到達給定關鍵點所經過的路徑而變化。并且，假如發生網絡結構變形或路徑變化，則光功率也將顯著改變。發射機端任何初始波長的不均衡將加劇隨后通過網絡處理該光信號過程中頻道光功率的變化。
另一個問題是，典型光學放大器具有非線性轉移函數，此時增益隨所放大的波長不同而變化。如果令波長頻分復用光信號通過這種非線性放大器，則會加重輸入信號的不均衡，從而降低網絡的性能。
本發明的目的在于提供一種方法和裝置，用以克服由波長頻分復用光信號波長分量通過網絡傳播而引起之信號頻道之間光功率變化所帶來的困難。
本發明的一個方面，提供了一種用于控制波長頻分復用光信號各個波長分量相對振幅的方法。在該方法中，令波長頻分復用光信號通過一個自適應光學波長濾波器傳輸，以確定該光信號各個波長分量的相對功率，并對該自適應光學波長濾波器施加某種復雜的控制信號，該控制信號包含頻分復用光信號各個波長分量的控制分量，并根據所確定之各個光信號波長分量的功率調節各個控制分量的大小。
本發明利用了已知自適應光學波長濾波器的轉移特性。這種濾波器的設計方案包括聲光和電光可控濾波器。無論是何種類型的濾波器，均具有傳輸光信號的光波導，而光信號的轉移函數借助應力感應雙折射加以定義。光信號與應力波導之間的相互作用導致該光信號的極化反轉。因此，如果在濾波器的相互作用部之前和/或之后加入極化選擇元件，則該濾波器輸出端(或各個輸出端)的通帶將可以通過是否產生極化反轉而進行控制。
對于聲光濾波器，應力感應雙折射通過將低頻波形(通常為數百MHz的電磁能)引入該濾波器而實現。對于電光濾波器，該雙折射通過沿波導排列的電極結構而實現。
上述自適應光學波長濾波器允許從光通信網絡中選擇波長頻分復用頻道的和或差。多頻道同時的和或差可以利用適當構造的此種濾波器而實現。
已知通常用于光學網絡的兩種自適應光學波長濾波器為聲光和電光可控濾波器。對于前者，在該濾波器上施加較低頻率的控制信號，而對于后者，是將直流控制信號加在該濾波器的電極結構上，其中各個頻道具有獨立的電極結構。本發明中可采用其中任何一種濾波器。兩種濾波器均可構造成具有一個以上的輸出端，且最好使用如下形式的濾波器頻道功率通過對一個端口的輸出進行處理而確定，而基本光信號通過另一輸出端進行傳輸。通常，為產生適當的控制信號，該一個端口的輸出與該另一端口的輸出反相。另外，該濾波器也可僅具有單輸出端口，頻道功率的確定則通過對由該端口輸出無源分流所得到的光信號進行處理而實現。
在本發明方法的實施過程中，必須考慮到根據絕對波長對執行自適應濾波的濾波器和確定不同頻道內功率電平以便定義該濾波器中所需匹配的元件進行鎖定。可以設置某種“窗口”，該窗口可以是各頻道間被頻道隔離的部份(可能是40％)。從而，所傳輸的光信號可以位于該各個頻道“窗口”內任何位置，因此光學濾波器和網絡均必須具備對這些“窗口”的相當寬的響應。這樣，濾波器和頻道功率確定元件(分析器)將只有在響應得到良好匹配時才需要牢固地鎖定。如果分析器的“窗口”略寬于濾波器的“窗口”，則可以給定更為寬松的鎖定要求。當分析器采用無源信號分離器形式時，上述方法可以通過改變該信號分離器中濾波器和其它元件的參數而實現。另一方面，在分析器包含第二有源濾波器的情況下，所需要做的只是略加改變設計以展寬濾波器響應而獲得寬松的鎖定狀態，因為在這種方案中，兩個濾波器將被鎖定于同一驅動電路。
光通信系統的傳輸標準限定了網絡的中心波長。因此，在整個網絡范圍內，不要求對各個自適應濾波器進行逐一鎖定。
本發明的第二個方面，提供了一種用以控制波長頻分復用光信號各個波長分量相對振幅的裝置。該裝置包括自適應光學波長濾波器，光信號通過該濾波器進行處理；用以確定處理后光信號波長分量相對功率的裝置；控制裝置，它對所確定之各個波長分量的功率產生響應并向自適應光學波長濾波器提供復合控制信號，該復合控制信號包含對頻分復用光信號各個波長分量的控制分量。上述控制裝置根據所確定之各個光信號波長分量的功率對各個控制分量的大小進行控制。
在本發明中，復合控制信號具有對各個光信號波長頻道的控制分量，該各個控制分量的能量或振幅由該光信號各個波長分量的檢測功率而決定。為實現閉環反饋系統，光信號各個波長分量的相對功率應當在該信號經自適應光學波長濾波器處理之后而確定。
當使用聲光可調濾波器時，控制信號將具備針對光信號各個頻道的頻率分量，對各個頻率分量的能量進行調整以便控制該光信號各個波長分量的功率。如果采用電光可調濾波器，控制信號將具有針對光信號各個頻道的直流分量，每個直流分量被施加在濾波器的相應電極結構上以便根據所施加之直流控制分量的電壓控制該光信號各個頻道的功率。
波長頻分復用光信號各個頻道功率的確定可通過本技術領域中已知的任意適當方式進行。例如，可采用在線光學濾波器中將光信號的一部份分解成各個波長分量，然后各個分量的振幅再通過諸如對各個頻道分別進行光檢測的方式加以確定。除了采用光學濾波器之外，還可采用波長分割信號分離器將光信號的一部份分解成各個波長分量。
光信號各個頻道功率的確定還可利用與用于控制光信號各個波長分量振幅之濾波器相似的另一個自適應光學波長濾波器而實現。該另一濾波器可以逐一對光信號的各個頻道進行采樣，并且該另一濾波器的輸出依次對應于光信號各個頻道的功率。通過將兩個濾波器與同一驅動電路相連，兩濾波器的操作將被緊密地相互鎖定且信號波長得到分解。利用此種設計，兩濾波器可以配置在一個集成電路上。
可以調節控制信號各個控制分量的大小使得光信號各個波長分量的相對功率經濾波器處理之后大致相等。換句話說，當經過處理的光信號通過諸如光學放大器等非線性器件依次進行處理時，控制信號的各個控制分量可以相對于后面非線性元件的轉移函數而進行調節。這樣，在經過該非線性元件處理之后，可以控制該光信號所有波長頻道的功率變得大致相同。
附圖簡要說明下面，僅以舉例的方式，將更為詳細地介紹本發明并給出其若干特殊實例。其中有關參考
如下。
圖1給出了處理波長頻分復用光信號的網絡示意圖。
圖2描述了本發明方法的第一個實例。
圖3描述了本發明方法(與圖2中類似)的第二個實例。
圖4描述了第三個實例，它利用濾波器分解頻道波長。
圖5描述了與圖4類似的另一個實例。
圖6給出了自適應濾波器的轉移函數，描述采用圖2方案時濾波器主、副輸出之間功率的轉變。
圖7A和7B分別比較了經過和沒經過根據本發明的自適應平衡時來自非線性光學放大器的輸出信號。
圖1所描述的網絡包括一組沿光纖11傳輸光信號的開關節點10。該信號可以是多頻道波長頻分復用信號，因此在一個或多個節點10處可能存在多個波長。例如，光纖12可傳輸波長為λ1振幅為α1的頻道，光纖13可傳輸波長為λ2振幅為α2的頻道。如果同時將上述兩個頻道作為波長頻分復用信號轉換至光纖14處，盡管兩信號在進入網絡時具有相同的振幅，但經過該節點的處理，兩個頻道的相對振幅將以α3傳輸。在隨后對該頻分復用信號的處理過程中，兩個頻道的振幅差將進一步加大，從而可能導致恢復較小振幅頻道的困難。
圖2描述了對具有失衡頻道振幅的波長頻分復用信號(例如圖1中光纖14上的信號)的處理。電光或聲光自適應濾波器20各自具有輸入端21和主、副輸出端22和23。該濾波器還具有控制端24。這種濾波器自身在本技術領域中是已知的，故此處將不作進一步的詳細說明。
載有波長頻分復用信號的光纖14接于輸入端21，而另一光纖接于主輸出端22。所有輸入頻道均出現在主、副輸出端，只不過來自副輸出端23的信號被送至波長信號分離器(圖中未畫出，但本技術中為已知)以便將各個頻道分量提供給一組光檢測器25，其中每個光檢測器輸入一個頻道分量。光檢測器各自確定所輸入其上頻道分量的功率，然后依次輸出到控制電路26上。該電路26控制一組振蕩器27進行工作，其中每個振蕩器負責輸入信號的一個波長頻道；振蕩器27的輸出在28處合成并被送至濾波器的控制端24。
圖3給出了類似于圖2的設計，但其中自適應濾波器20僅具有主輸出端22。此設計中頻道功率分解部的輸入取自該濾波器主輸出上的無源分流裝置29。此設計的其它所有方面均與圖2相同，在此將不做進一步詳細說明。
圖4所示的第三種方案采用了引入第二自適應波長濾波器30的頻道功率分解器，該功率分解器的輸入端31與主自適應濾波器20的副輸出端23相連。單一控制電路32控制兩組獨立振蕩器33和34的工作，該兩組振蕩器分別與兩自適應濾波器20和30相聯。各組振蕩器的輸出分別在35和36處合成，且所生成的控制信號被分別送到兩自適應濾波器20和30的控制端24和37。
自適應濾波器30的輸出被送至單一光檢測器38，且表示即時輸入該光檢測器38頻道分量功率的信號被饋入控制電路32，以便控制與濾波器20相聯的適當振蕩器組33。這樣，在控制電路32的控制下，通過利用另一自適應濾波器30依次采樣各個頻道而實現各頻道功率的分析，使得離開濾波器20主輸出端信號中的不同波長功率達到所需平衡。通過采用單一控制電路32，此方案的工作可以實現適當的同步，以便保證濾波器20對各個頻道的轉移函數與相應頻道的檢測功率相匹配。
圖5給出了類似于圖4的另一種方案，其中采用第二自適應濾波器30對經過濾波器20的多頻道信號進行分析。此時，取代兩組獨立振蕩器的是單獨一組振蕩器40，用以控制兩濾波器20和30。控制濾波器20時，來自振蕩器的輸出經過元件41，在該輸出進行合成并被送至濾波器20的控制端24之前，其有效電阻可通過控制電路32進行改變。同時，從各個振蕩器提取輸出提供給開關電路43，開關操作由控制電路32執行，以便以與振蕩器操作相同步的關系將適當振蕩器的輸出送至濾波器30的控制端。
在其它方面，圖5方案的工作原理與圖4中相同，此處將不做詳細說明。
圖6描述了圖2、4或5任一方案中主、副端口22和23各光功率之間的關系，此時信號的任一波長頻道饋至輸入端21，而適當的高頻控制信號饋至控制端24。通過調節控制信號的能量，可以改變用于與控制信號頻率相關之頻道的濾波器的轉移函數。副端口23處輸出信號的功率與主輸出端22處的信號功率相反。
通過適當改變控制信號的能量，可以控制主輸出端22處的光信號功率具備所需數值。這種控制依靠所確定之副輸出端23處的信號功率而實現。因此可以構造控制電路使之定義為閉合環路系統，以便保證無論輸入端21處光信號功率發生何種變化，主輸出端處的光學系統功率均能維持所需的恒定值。
圖7A描述了典型非線性光學放大器45關于波長頻分復用光信號的特性，其中各個頻道的相對功率于46處給出。從47處可以看出，經過放大器45的處理，頻道功率之間的相對失衡加重。然而，對放大器45的輸入信號通過本發明的上述方法和裝置進行自適應平衡，放大器45輸出信號頻道的相對功率可實現基本相同，如圖7B中48處所示。
權利要求
1.控制波長頻分復用光信號各個波長分量相對振幅的方法，其中令波長頻分復用光信號通過自適應光學波長濾波器傳輸，確定該光信號各個波長分量的相對功率，并對該自適應光學波長濾波器施加某種復雜的控制信號，該控制信號包含該頻分復用光信號各個波長分量的控制分量，并根據所確定之各個光信號波長分量的功率調節各個控制分量的大小。
2.根據權利要求1所述的方法，其中光信號各個波長分量的相對功率在該信號經自適應光學波長濾波器處理之后而確定。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中該光信號之一部份被分解成其獨立波長分量，且各個獨立分量的功率得到確定。
4.根據權利要求3所述的方法，其中采用線光學濾波器中將光信號之一部份分解成獨立波長分量。
5.根據權利要求3所述的方法，其中采用波長頻分復用信號分離器將光信號之一部份分解成獨立波長分量。
6.根據權利要求3所述的方法，其中采用自適應光學波長濾波器將光信號之一部份分解成其獨立波長分量，利用該濾波器的輸出確定各個波長分量的功率。
7.根據上述任意權利要求所述的方法，其中調節控制信號各個頻率分量的大小，使得該光信號各個波長分量的相對振幅經處理后基本相同。
8.根據權利要求1至4中任何一項所述的方法，其中調節控制信號各個頻率分量的大小，使得該光信號各個波長分量的相對振幅經處理后實現預置的非恒等關系。
9.根據權利要求8所述的方法，其中根據逐次處理光信號之非線性光學元件的轉移函數確定該預置關系。
10.根據上述任意權利要求所述的方法，其中自適應光學波長濾波器包括聲光可調濾波器和電光可調濾波器中的任一個。
11.根據權利要求10所述的方法，其中自適應光學波長濾波器具有主、副處理信號輸出，相對功率的確定根據該濾波器的副處理輸出進行。
12.根據權利要求11所述的方法，其中由副輸出獲得的信號與由主輸出獲得的信號相反。
13.控制波長頻分復用光信號各個波長分量相對振幅的裝置，其中包括自適應光學波長濾波器，光信號通過該濾波器進行處理；用以確定處理后光信號波長分量相對功率的裝置；控制裝置，它對所確定之各個波長分量的功率產生響應并向自適應光學波長濾波器提供復合控制信號，該復合控制信號包含對頻分復用光信號各個波長分量的控制分量。上述控制裝置根據所確定之各個光信號波長分量的功率對各個控制分量的大小進行控制。
14.根據權利要求13所述的裝置，其中該功率確定裝置包括分離波長頻分復用光信號各個波長分量的分離裝置。
15.根據權利要求14所述的裝置，其中該功率確定裝置包含一組在線光學濾波器、信號分離器和另一自適應光學波長濾波器中的任意一種。
全文摘要
用以控制波長頻分復用光信號各個波長分量相對振幅的方法和裝置采用了對光信號進行變換的自適應光學波長濾波器。該濾波器根據分析光信號各個波長分量的功率加以控制,以便使輸出功率可按照預先確定的關系實現平衡。可以采用一組在線光學濾波器、信號分離器和另一自適應光學波長濾波器中的任意一種對光信號波長分量的功率進行分解。
文檔編號H04B10/077GK1202285SQ9619826
公開日1998年12月16日 申請日期1996年9月13日 優先權日1995年9月15日
發明者阿德里安·查爾斯·奧唐奈 申請人:集成光學元件有限公司