光功率监测器、光功率控制系统和光功率监测方法

摘要

光功率监测器、光功率控制系统和光功率监测方法。一种检测波长复用系统中的信号光的各个波长的光功率的光功率监测器，该光功率监测器包括：光发射器，其被构造为将频率调制成分叠加在信号光上；波长可调滤波器，其被构造为在信号光的整个波长带上扫描所述信号光的通带；以及检测器，其被构造为检测通过所述波长可调滤波器的光功率的与所述光功率的频率调制相伴随的强度变化，并检测所述光功率的两个强度变化点的中点处的光功率测量值作为待测量波长的光功率。

说明书

技术领域

本文讨论的实施方式涉及光功率监测器。

背景技术

提高频率利用效率的技术包括正交频分复用(OFDM)技术、波分复用(奈奎斯特-WDM)技术等。在OFDM技术和奈奎斯特-WDM技术中，以较窄的波长间隔复用波长以用于传输。在称为“超级信道(Superchannel)”的系统中，多个子信道信号利用OFDM技术或奈奎斯特-WDM技术复用，并在100Gbps或更高的传输系统中被当作单个信号。在超级信道中，当子信道信号在光域中复用时，由于复用器部分的光滤波器或光耦合器中的损失的变化等引起超级信道内的子信道信号之间的功率水平的差异。由于传输路径中的光放大器的波长相关性、相邻信道的分/插(Add/Drop)中的滤波等引起超级信道内的子信道信号之间的光功率水平的差异。

图1示出子信道信号之间的示例性功率变化。图1中示出超级信道系统的子信道信号之间的功率变化。从各个波长的发送器TX发射光信号，各个波长的光信号通过波长复用器10和11复用。在没有适当调节各个发送器TX的发射功率水平的情况下，在一个信号中包括的超级信道内会发生信号功率的变化，如光谱“a”中所示。所述功率变化可能基于波长复用器部分10和11中的损失的变化等而发生。

在设置在传输路径中的分插节点12中，例如，以超级信道为单位添加信号。然而，超级信道的两端中的光功率可能基于波长选择开关(WSS)的滤波特性而衰减，如光谱“b”中所示。

如光谱“c”中所示，由于接收器侧的光信号光谱中的光功率在超级信道内不同，所以可能发生信号质量差异，从而导致接收质量劣化。

因此，监测各个子信道信号的光功率水平。然而，超级信道内的子信道信号之间的波长间隔比WDM频率信号间隔(波长间隔)(例如，50GHz)窄。因此，难以用简单的结构来进行精确监测。

日本特开专利公报No.2011-082749中公开了一种现有技术。

图2示出示例性信道监测器。图2所示的信道监测器监测WDM信号光。从发送器TX1-TX88输出的各个波长的光信号通过波长复用器MUX 10a复用，并作为主信号发射。所述主信号通过光耦合器15分支，并由光信道监测器(OCM)16进行监测。

当OCM中使用波长可调滤波器和光电二极管(PD)时，通过由波长可调滤波器在整个测量波长带上扫描通过波长（pass-through wavelength）来检测WDM信号的各个信道的功率。例如，在逐渐改变波长可调滤波器的通过波长的同时，光电二极管检测通过的光功率。光功率中的峰值中心波长处检测到的光功率被作为各个信道的光功率。基于波长可调滤波器的滤波宽度确定OCM的分辨率。投入实际使用的OCM对于间隔为50GHz的WDM信号具有足够的分辨率，并再现各个信道的光谱波形以及功率水平。由于OCM执行光信噪比(OSNR)测量，所以精确地测量了光功率水平。

OCM输出波形“b”对于图2所示的OCM输入光谱“a”具有足够的分辨率，以便检测各个子信道信号的峰值，使得能够精确地检测光功率。

图3示出示例性信道监测器。图3中采用超级信道。当监测超级信道的子信道信号的光功率时，如图3所示，OCM的分辨率可能由于子信道信号之间的较窄波长间隔而不足。例如，当与相邻信道的功率水平差异较大时，子信道信号的光谱波形可能没有再现。因此，可能无法精确地测量光功率水平。

例如，由于在图3所示的输入光谱“a”中子信道信号之间的波长间隔较窄，所以在OCM中相邻子信道信号的光功率可能交叠，如图3中的输出光谱“b”所示。例如，由于OCM的分辨率没有高到足以精确检测各个子信道信号的光功率，所以光功率监测器的检测值中包括的误差可能变大。

发明内容

根据实施方式的一个方面，一种检测波长复用系统中的信号光的各个波长的光功率的光功率监测器包括：光发射器，其被构造为将频率调制成分叠加在信号光上；波长可调滤波器，其被构造为在信号光的整个波长带上扫描所述信号光的通带；以及检测器，其被构造为检测通过所述波长可调滤波器的光功率的与所述光功率的频率调制相伴随的强度变化，并检测所述光功率的两个强度变化点的中点处的光功率测量值作为待测量波长的光功率。

根据所述实施方式，提供了一种即使光信号的波长间隔较窄也能够监测所述光信号的光功率的光功率监测器。

本发明的目的和优点将通过权利要求书中具体指出的元件和组合来实现和获得。

应该理解，以上总体描述和以下详细描述均为示例性和说明性的，而非对要求保护的本发明的限制。

附图说明

图1示出子信道信号之间的示例性功率变化；

图2示出示例性信道监测器；

图3示出示例性信道监测器；

图4A和图4B示出示例性频率调制叠加；

图5A和图5B示出示例性监测接收器部分；

图6示出示例性光功率监测器；

图7示出示例性光功率调节；

图8示出示例性峰值检测处理；

图9示出示例性检测处理部分；

图10示出示例性发送器；

图11示出示例性发送器；

图12示出示例性发送器；以及

图13示出示例性分插节点。

具体实施方式

图4A和图4B示出示例性频率调制叠加。如图4A所示，低速正弦信号叠加到高速主信号数据序列上以用于光信号的频率调制。与主信号数据序列对应的高速电信号被施加至光发送器20，并产生高速光信号。通过将低速正弦电信号施加至能够叠加频率调制成分的光发送器20上来将低速正弦信号叠加在光信号上。如图4B所示，频率调制成分的叠加导致光输出光谱在频率轴方向上的时间变化。低速频率调制信号可以是正弦信号、方波或三角波。

图5A和图5B示出示例性监测器接收器部分。从主信号分支出来的信号光在通过窄带波长可调滤波器25之后输入至PD 26。窄带波长可调滤波器25的滤波宽度可以基本上等于或类似于OCM中使用的滤波宽度。

以比叠加在主信号上的低速频率调制的速度小的速度在所使用的整个波长带上扫描窄带波长可调滤波器25的通过波长。OCM检测通过窄带波长可调滤波器25的光功率。

在窄带波长可调滤波器25的频率特性的通带的两个肩部处，光通过率随波长急剧变化。因此，当窄带波长可调滤波器25扫描通过波长时，在窄带波长可调滤波器25的频率特性的通带的肩部处，叠加有低速频率调制的光信号移入和移出通带。叠加有低速频率调制并通过通带的光信号的光功率在两个肩部处变化，使得频率调制成分可作为光强度变化来进行检测。当低速频率调制仅施加于待测量光信号时，仅在待测量光信号中在窄带波长可调滤波器25的频率特性的两个肩部处检测光强度变化。因此，当光功率检测/频率调制成分分离-振幅检测电路27提取作为光强度变化出现的低速频率调制的频率成分时，沿着窄带波长可调滤波器25的扫描方向出现两个峰(例如，图5B所示的“a”和“b”)。沿着扫描方向的两个峰(例如，图5B所示的“a”和“b”)的中点(例如，图5B中的“c”)被识别为待测量光信号的峰值。当使用在中点附近测量的光功率数据时，精确地检测了功率水平。

在图5A中，窄带波长可调滤波器25使用的波长带在波长方向扫描。在图5B中，窄带波长可调滤波器25的扫描方向由进行扫描的时间来指示。因此，图5B中指示的时间方向可以是光谱的频率方向或图5A所示的波长方向。

提供了具有简单结构的高精度光谱分析仪，获得了波长域中的各个点处的功率水平。

频率调制的频率可在不影响高速主信号的下限频率成分的范围内。所述范围可以基于主信号的调制格式或调制速度而变化。然而，可毫无困难地使用高达几百kHz的任何频率。

即使波长间隔像超级信道的子信道信号那样窄，也能够识别WDM信号的各个波长处的光信号的峰值位置。由于在峰值位置附近检测功率，所以精确地监测了光功率。

可执行精确监测的原因在于，即使子信道信号的中心波长相对于规定的波长偏移，也能够识别子信道信号所在的位置。可通过将频率调制施加于两个或更多个子信道信号来同时检测WDM信号的频率间隔通过频率调制的振幅分离的信号。

当对各个信号施加不同频率的频率调制，并且检测器中准备了多个检测器(各个检测器对应于各个频率)，或者准备了能够检测多个频率的单个检测器时，可同时检测所有信号。

图6示出示例性光功率监测器。在图6中，WDM系统中的各个信号的光功率水平利用信号功率水平检测功能来控制。随着光功率的获得，检测到频率调制成分，并且检测到待测量信号的功率水平。进行与目标功率水平的比较。将差异反馈回包括发送器控制器31和光功率水平控制值计算器电路30的电路，并重置发送器TX1-TXN的光输出功率值。可通过重复上述处理来设置目标光功率水平。

发送器TX1-TXN输出各个波长的光信号。例如，发送器TX1-TXN各自在超级信道的子信道中输出光信号。光波长复用器10对从发送器TX1-TXN输出的光信号进行复用，并产生超级信道。尽管图6中未示出，但是准备了产生超级信道的多组发送器和波长复用器。这些超级信道通过波长复用器11进行复用，以产生WDM信号。

从波长复用器11输出的信号光通过光耦合器15分支，并被输入至窄带波长可调滤波器25。窄带波长可调滤波器25改变通带的中心波长，并在所使用的主信号的整个波长带上进行扫描。通过窄带波长可调滤波器25的光被PD26转换为电信号。PD 26的输出被输入至光功率检测/频率调制成分分离-振幅检测电路27。在光功率检测/频率调制成分分离-振幅检测电路27中，检测叠加在主信号的子信道上的频率调制成分，并检测子信道的光功率。

在光功率水平控制值计算器电路30中，将所检测到的子信道的光功率与光功率目标值进行比较，将二者间的差异输入发送器控制器31。发送器控制器31将发送器TX1-TXN当中的与检测了光功率的子信道对应的一个发送器中的发送功率改变基于来自光功率水平控制值计算器电路30的信号的所述差异的量。发送器控制器31将低速频率调制(FM调制)施加于发送器TX1-TXN的发送信号当中的与要检测光功率的子信道对应的一个发送信号。

要检测光功率的子信道的数量可以是一个，或者可以同时检测多个子信道的光功率。例如，当频率调制的振幅小于子信道的频率间隔时，发送器控制器31可将低速频率调制信号施加于两个或更多个发送器，或者将不同频率的两个或更多个低速频率调制信号施加于两个或更多个发送器。在光功率检测/频率调制成分分离-振幅检测电路27中，检测在窄带波长可调滤波器25扫描通带时出现的光功率的强度变化，并通过上述方法检测子信道的光功率。

图7示出示例性光功率调节。在图7中，利用光功率监测器来调节光功率。将频率调制信号施加于发送待测量子信道的发送器(操作S10)。在操作S11中，执行输出光功率的调节。通过波长可调滤波器的扫描来检测光功率和频率调制成分(操作S12)。基于频率调制成分的检测识别待测量信号光的峰值波长，并且根据峰值波长附近的光功率测量值计算功率水平(操作S13)。将计算出的功率水平与目标光功率水平进行比较(操作S14)。当存在差异时，重新调节发送器的光输出功率(操作S11)，并测量光功率水平(操作S12、S13)。重复上述操作，直到光功率水平达到期望值为止。随后，在操作S15中，确定是否存在光功率水平待调节的另一发送器。当存在另一发送器时，处理进行至不同信道中的发送器的调节。当针对所有发送器完成了调节时，光功率水平的控制结束。

图8示出示例性峰值检测处理。在操作S20中，窄带波长可调滤波器在所使用的整个波长范围上扫描，并且通过光电二极管接收通过的光。在操作21中，光功率检测/频率调制成分分离-振幅检测电路获得在波长可调滤波器的扫描期间以固定间隔检测到通过的光功率和频率调制成分的振幅值。在操作S22中，将通过利用频率调制的振幅值检测获得的两个峰值点之间的中点识别为待测量波长的中心波长，并且利用其附近的通过光功率检测值来计算待测量波长的光功率水平。

图9示出示例性检测处理部分。图9所示的检测处理部分可包括在光功率检测/频率调制成分分离-振幅检测电路中。从窄带波长可调滤波器输入的光被输入至PD 26并被转换为电信号。将PD 26的输出输入至强度检测器40，并检测由PD 26接收到的信号光的光功率强度。由强度检测器40检测到的光功率强度成为信号光的光谱中的各个波长的强度测量值。还将PD 26的输出输入至带通滤波器41。在带通滤波器41中，可以设置通带，使得仅提取频率调制的频率成分。在频率调制成分叠加在不同频率的两个或更多个子载波上的情况下，带通滤波器41中可设置可变通带，或者可以设置通带，使得允许两个或更多个频率成分能够通过。将来自带通滤波器41的通过信号输入至振幅检测器42，并检测该信号的强度变化。在频率调制叠加在单个子载波或波长上的情况下，在通过窄带波长可调滤波器(图中未示出)扫描通带期间在两点处检测强度变化。这两点之间的中点可以是子载波所在的波长位置，该中点处的光功率被设置为待测量子载波的光功率。

图10和图11示出示例性发送器。将低速频率调制施加至图10和图11所示的各个发送器。在图10中，使用具有FM调制功能的激光源。发送器TX设置有光调制器46和具有FM调制功能的激光源45。将代表主信号数据序列的高速电信号施加至光调制器46，并控制对来自激光源45的光的数据调制。低速频率信号将低速正弦信号施加至具有FM调制功能的激光源45，并改变激光源45的光的振荡频率。

在图11中，通过光调制器驱动信号的数字信号处理叠加FM调制。例如，可使用日本专利申请No.2010-269020中所述的技术。在图11所示的发送器中，执行光调制。在符号映射电路50中将主信号数据序列的高速电信号映射到I和Q信号上。中心频率调节电路51设置子信道的中心频率。算术单元52利用如此设置的中心频率计算2πfΔT，其中f为中心频率，ΔT为数字时间变量的时间间隔。在乘法器53中将算术单元52的输出与低速正弦信号相乘，并通过正弦余弦生成器部分54-1和54-2生成叠加有I或Q信号的载波。通过乘法器55、56、58、59和加法器57、60将I和Q信号与所生成的复数形式的正弦波和余弦波相乘。通过数模转换器(DAC)61将如上所述获得的两个信号转换为模拟信号，并施加至IQ调制器62以用于对来自激光二极管LD 63的光进行调制。

图12示出示例性发送器。在图12所示的发送器中，使用衰减器来控制光功率。在图12中，相同的标号指代基本上与图6的元件相同或相似的元件，其描述可省略或减少。从波长复用器72发射的主信号的信号光通过光耦合器15分支，并通过窄带波长可调滤波器25进行滤波。由PD 26将来自窄带波长可调滤波器25的输出光转换为电信号，并通过光功率检测/频率调制成分分离-振幅检测电路27检测子信道的波长的光功率。来自光功率检测/频率调制成分分离-振幅检测电路27的输出信号被输入至光功率水平控制值计算器电路30，并将所检测到的光功率与光功率目标值进行比较。将差值输入至可变光衰减器(VOA)控制器70。VOA控制器70通过基于来自光功率水平控制值计算器电路30的目标值与光功率之差设置来自子信道(控制目标)的发送器的信号光的光功率的衰减量，并通过控制子信道(控制目标)的可变光衰减器(VOA)，来调节光功率。

来自光功率检测/频率调制成分分离-振幅检测电路27的有关测量目标子信道的信息被输入至FM调制控制器71，并确定哪个子信道成为光功率的测量目标。例如，可按照波长的升序选择测量目标。FM调制控制器71选择发送器TX1-TXN当中的与光功率的测量目标的子信道对应的一个发送器，并将低速频率调制信号施加于所选择的发送器。

图13示出示例性分插节点。在图13中，耦合器80、波长可调滤波器81、PD 82、光功率检测/频率调制成分分离-振幅检测电路83、光功率水平控制值计算器电路84和发送器控制器85可以分别对应于图6所示的耦合器15、窄带波长可调滤波器25、PD 26、光功率检测/频率调制成分分离-振幅检测电路27、光功率水平控制值计算器电路30和发送器控制器31。

输入至分插节点75的信号光通过预放大器76放大，并输入至耦合器77。耦合器77将预放大器76的输出分支。分支的信号光被输入至波长解复用器78并被解复用为各个波长的光信号。解复用的光信号由多个接收器RX中的一个接收。

从耦合器77分支出来的信号光的一部分被输入至波长选择开关(WSS)86。WSS86选择待添加的光信号的波长，与从耦合器77直接输入的光信号复用，并将输出信号光输出。WSS 86的输出信号光通过后放大器87放大并被发射。

WSS 86中待添加的光信号从发送器TX发射，并通过波长复用器79复用。来自波长复用器79的输出信号光通过光耦合器80分支，输出信号光的一部分被输入至波长可调滤波器81。波长可调滤波器81改变其通带并在所使用的整个波长带上扫描。PD 82将通过波长可调滤波器81的光信号转换为电信号。光功率检测/频率调制成分分离-振幅检测电路83从来自PD 82的电信号中检测测量目标子信道中的波长的信号光的光功率。在光功率水平控制值计算器电路84中，将所检测到的光功率与目标值进行比较，并计算二者之差。在光功率水平控制值计算器电路84中计算出的差异被输入至发送器控制器85，并可用于控制从发送器TX发射的光信号的光功率。发送器控制器85将低速频率调制信号施加于发送器TX，以执行控制以用于将低速FM调制施加于测量目标子信道的发送器TX。

本文详述的所有示例和条件语言旨在用于教导目的以帮助读者理解本发明以及发明人为技术进步贡献的构思，应被解释为不限于这样具体详述的示例和条件，说明书中的这些示例的组织也不涉及展示本发明的优势和劣势。尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种改变、替换和更改。