專利名稱：確定光信號信噪比的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及按照權利要求1和9前序部分確定光信號信噪比(OSNR)的一種方法和一種裝置。
此外，通過在光放大器中要產(chǎn)生的放大自發(fā)輻射ASE，“amplifiedspontaneous emission”，作為噪聲功率來限制借助于波長復用(WDM)傳輸系統(tǒng)可跨接的具有多個信道WDM信號的傳輸有效距離，該噪聲功率在信道與光信號重疊。為了最佳調(diào)節(jié)傳輸特性，必須測量該噪聲功率。
通常，在一定的波長間距內(nèi)出現(xiàn)在一個信道上的噪聲功率ASE在較小和較大的波長處被測量，并通過插值法計算與信道重疊的噪聲功率ASE。由于波長信道數(shù)量的急劇增加和與之同時發(fā)生的信道間距下降，該方法不能再使用。在現(xiàn)代的傳輸系統(tǒng)中，在線段內(nèi)為了影響光譜和為了信號的輸入或輸出耦合所使用的部件，也禁止使用該方法。因此，在這種傳輸系統(tǒng)中應使用一種方法，它允許直接測量與信道重疊的噪聲功率ASE。
作為補救推薦一種稱作為偏振歸零(Polarization Nulliing)的方法，它利用了由噪聲分量ASE產(chǎn)生的信號部分不是偏振的特征。但是該方法所有至今已知的實現(xiàn)建議的根本缺點是，必須通過光譜濾波逐個選擇每個信道，必須借助于一個偏振控制器將規(guī)定的偏振狀態(tài)調(diào)整成偏振信號部分的最佳抑制。因此，該方法開銷很大并使測量時間很長。兩篇下面的出版物闡述該方法的基礎“OSNR MonitoringTechnique Based on Polarisation Nulling Method”，J.H.Lee，D.K.Jung，C.H.Kim，Y.C.Chung，IEEE Photonics technologyLetters，Vol.13，No.1，January 2001；“Improved OSNR MonitoringTechnique Based on Polarisation Nulling Method”，J.H.Lee，Y.C.Chung，Electronics Letters，19thJuly 2001，Vol.37，No.15。
在“Optical Signal-TO-noise Ratio Measurement In WDMNetworks Using Polarization Extinction”，M.Rasztovits-Wiechet al.，ECOC 98，20-24 Sept.，Madrid，p.549-550中，介紹了一種測量信噪比的裝置，在該裝置把一個WDM信號送入到一個偏振控制器，還送入到一個線性起偏振器，隨后送入到一個光譜分析器或送入到一個帶有預接可調(diào)光濾波器的功率測量模塊。調(diào)整可調(diào)光濾波器，使單個信道的功率完全發(fā)送并使WDM光譜的剩余部分受到抑制。對偏振控制器一直進行調(diào)整，直至功率測量裝置顯示一個最小的信號為止。然后，將起偏振器置于為此正交的位置，使功率測量模塊顯示一個最大值。從最大信號與提高3dB的最小信號之間的差，得出在可調(diào)濾波器帶寬基礎上的信噪比OSNR。這個方法的一個缺點是，在為很多WDM信道測量時很費時間，因為所有的信道都必須依次獨立如上所述地進行測量。
另一種方法是，用一個偏振頻帶擾頻裝置，“Polarisation-Scramblers“，將全部偏振狀態(tài)引離到Poincare-球上并借助于一個光譜分析器針對每個調(diào)整的偏振狀態(tài)記錄一個所屬的光譜。然后，將從分析所有記錄的光譜所求得的最小和最大功率用于計算信噪比OSNR。如果信號完全通過起偏振器受到抑制，則準出現(xiàn)最小功率，而在最大功率情況時測得附加噪聲功率ASE與信號功率之和。
在實踐中不可能去引離全部偏振狀態(tài)。視所選擇的狀態(tài)數(shù)量和一個信道的偏振狀態(tài)在傳輸系統(tǒng)中隨之改變的速度而定，就留有一個或多或少較大的測量誤差。
本發(fā)明的任務是給出一種方法和一種裝置，用它們在偏振歸零的基礎上以最小的花費和盡可能快地求得一個光信號的信噪比。在分析光波長復用(WDM)信號時，本發(fā)明應當具有有一些特殊的優(yōu)點。
任務的一個解決辦法，有關其方法方面通過用權利要求1特征所述的一種方法完成，有關其裝置方面通過用權利要求9特征所述的一種裝置完成。
以確定具有第一偏振狀態(tài)之光信號的光信噪比OSNR的一種方法為出發(fā)點，該偏振狀態(tài)借助于多次調(diào)整偏振控制器轉(zhuǎn)變成第二偏振狀態(tài)，在第二偏振狀態(tài)時將第二偏振狀態(tài)規(guī)定的改變通過偏振控制器調(diào)整到Poincare-球上，在這些改變時求得光信號的幅值，按照本發(fā)明將求得的光信號的幅值存儲起來。光信號或另一個光信號的信噪比OSNR由一個所存儲幅值計算出的值求得。
基于所存儲幅值的有限制的數(shù)量，按照本發(fā)明用插值法引出一個或多個信道的信噪比OSNR。這通過確定計算的數(shù)值作為乘方存儲的幅值的插值的升程(Hub)來實現(xiàn)。
本發(fā)明方法的根本優(yōu)點在于，代替謹慎地、信道獨特地、精細地和緩慢地調(diào)整或調(diào)節(jié)偏振控制器，只需要對在規(guī)定的偏振狀態(tài)時待存儲的幅值的確定進行幾個預調(diào)整。因此，方法在確定其它信噪比OSNR時就很快。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于，不要求有針對性地去調(diào)整某個偏振狀態(tài)，從而就不要求進行昂貴的調(diào)節(jié)。
因為是在任意偏振狀態(tài)時進行測量，能在一個給出的兩個板的調(diào)整時同時獲得針對所有信道的多個測量點，從而使測量時間就與信道數(shù)量無關。
本發(fā)明的有益的擴展在從屬權利要求中給出。
下面用圖詳細闡述本發(fā)明的實施例。
示出的有

圖1實施本發(fā)明方法的一種裝置為了簡化本發(fā)明方法的表示，按照圖1選擇一種裝置，使WDM信號S首先供給偏振控制器PS，偏振控制器由作為相位延遲板的一個λ/4-板E1和一個λ/2-板E2組成。給偏振控制器PS串接一個起偏振器POL。針對不同的對起偏振器或通過偏振控制器的偏振狀態(tài)的調(diào)整，借助于一個光譜分析器OSA各自將光譜的功率密度記錄在該裝置的輸出端。能給光譜分析器OSA可前置串接一個波長-多路分配器或一個波長-選擇的濾波器，以記錄WDM信號的一些選擇的信道或只記錄WDM信號的一個信道。然而在實踐中不需要進行多路分配。給光譜分析器OSA接入信噪比OSNR的一個測定單元EE，在該單元實施針對在光譜分析器OSA上記錄的幅值的插值和升程搜索(Hubsuche)以按本發(fā)明方法測定信噪比OSNR。測定單元EE控制板E1，E2的旋轉(zhuǎn)裝置DV。為了將在不同的調(diào)整相位延遲板E1，E2時將在光譜分析器OSA上測量的信號幅值列表，給光譜分析器OSA或測定單元EE連接一個存儲單元SE。
數(shù)學上頻率為ω和波數(shù)為k的一個平面波的電場向量E可用下面的表達式說明，平面波在有x軸，y軸和z軸的正交坐標系統(tǒng)中在z方向運動
其中Ex，x和Ey，y表示電的場向量E在x或y方向分量的幅值和相位。通過用E=Ex2+Ey2]]>標準化產(chǎn)生所謂的瓊斯向量 該向量描述波的偏振狀態(tài)。
只有差Δ＝Yx對于偏振狀態(tài)有意義，致使一個分量的相位應置為零。當x＝0得到 光分量對一個平面波偏振上的影響可以通過米勒矩陣來說明，這些矩陣以一個線性圖形的形式變換瓊斯向量。矩陣的表達始終與一個專門基數(shù)的選擇聯(lián)系起來。這意味著當矩陣給定后把坐標軸的位置也固定下來。在這個實施例中，要為線性起偏振器POL接受的波的x分量得到一個最大的傳輸，這個波的Y分量完全被抑制。
其快速軸與x軸形成角δ的λ/4-板的米勒矩陣，可如下表示
Mλ/4=121+i·cos2δi·sin2δsin2δ1-i·cos2δ.]]>λ/2-板的米勒矩陣是Mλ/2=icos2θsin2θsin2θ-cos2θ]]>其中θ表示該板快速軸與x軸之間的角。
在下面用這個理論來分析圖1中描繪的裝置。由λ/4-板和λ/2-板組成的裝置通過下面的矩陣來說明，其中有意沒有把第二行的元素表示出，因為它們只影響由起偏振器POL抑制的電場E的y分量M=Mλ/2:Mλ/4=12cos2θ+i·cos(2θ-2δ)sin2θ-i·sin(2θ-2δ)······]]>對于在光譜分析器OSA上測量的信號功率I＝|E|2和I=|M·J^|2:]]>I=12[Ex2·(cos22θ+cos2(2θ-2δ))+Ey2·(sin22θ+sin2(2θ-2δ))]]> 其中Δ＝y-x，如前面所定義那樣。
以標準化的形式得出IEx2+Ey2=12+]]> 其中q按照下面的公式表示針對測量裝置輸出端上兩個分量Ex，Ey的總功率的分布Ex=qEx2+Ey2]]>和 由這個表達式可以看出，強度I與角θ的關系能通過一個正弦函數(shù)sin(4θ-2δ+ρ)來說明(ρ表示一個相位，然而與本發(fā)明的關系無關)。
這個正弦曲線升程的平方A2(就是說雙重的振幅)如下計算 或 這個量又示出與角δ的正弦形關系。對于表示出的方法有意義的是，這個量的最大值-取決于q和Δ-始終為1并因此給出信號功率。
總之，本發(fā)明基于這樣的認識，即通過起偏振器POL傳輸?shù)暮蜏y量的功率I，可以作為與λ/2-板或λ/4-板的兩個調(diào)整角θ和δ有關的簡單三角函數(shù)來說明。
針對板E1和E2的一些規(guī)定的調(diào)整，將在光譜分析器OSA上測量的功率I存儲在例如與調(diào)整量δ和θ有關的一個二維表中。下面詳細闡述各個方法步驟。為了簡單表示起見，先論述用于唯一一個信道的方法。然后闡述如何能在例如一個WDM系統(tǒng)中同時確定全部信道的信噪比OSNR。除此之外，這個方法適用于任意的光多路信號。
1)固定調(diào)整λ/4-板E1到一確定位置時，例如在角δ1時，針對n次不同的調(diào)整，就是說針對λ/2-板E2的n個角θ1，θ2，…θn，將在在起偏振器POL之后的信道功率LS作為功率值組或功率值譜Sδ1來記錄(n＞1)。
2)對于在m＞2的其它角δ2，…，δm處λ/4-板每個任意確定選擇的位置和入射的光波時間上恒定的偏振，起偏振器POL之后測量的功率I與到起偏振器POL的λ/2-板E2的快速軸角θ之間的正弦形關系適用。該曲線的最大值或最小值與λ/4-板E1的位置有關并在下面稱作為Imax或Imin。
3)從λ/2-板E 2多個位置的測量中通過適當?shù)那€擬合(Kurvenfit)到正弦曲線上求得和存儲功率Imax和Imin。此時，將與功率Imax和Imin相應的升程A1也存儲起來。
4)下面將步驟(1)至(3)針對λ/4-板E1的不同位置進行重復(數(shù)量m，m＞1)。從而，求得和存儲m針對Imax和Imin的值。其它與功率Imax和Imin相應的升程A2，A3，…，Am也存儲起來。
5)如果針對λ/4-板的m個位置描繪關于δ的Imax-Imin差的平方，則能通過適當?shù)臄M合到正弦形曲線上求得(Imax-Imin)2的最大值。
6)此時出現(xiàn)的最大值與信號功率一致。因為信號功率與噪聲功率之和通過功率測量在裝置的輸入端是已知的，能通過減法確定噪聲功率，從而也能確定信噪比OSNR。
針對一個具有多個信道的WDM信號的過程現(xiàn)在是顯而易見的。代替只有一個信道的功率，針對兩個雙折射板E1，E2位置的每個組合記錄一個功率譜S1，S2，…，致使在起偏振器POL之后求得所有信道的各自的功率。通過正弦曲線插值法能像以前那樣針對每個信道單獨進行的分析處理。
權利要求
1.確定具有任意第一偏振狀態(tài)之光信號(S)的光信噪比(OSNR)的一種方法，該偏振狀態(tài)借助于多次調(diào)整偏振控制器轉(zhuǎn)變成第二偏振狀態(tài)，此時，將第二偏振狀態(tài)規(guī)定的改變通過偏振控制器調(diào)整到Poincare-球上，在這些改變時選擇一個偏振分量后求得光信號(S)的功率值，其特征在于將求得的光信號的功率值存儲，和從所存儲的功率值的一個計算值求得光信號的信噪比(OSNR)。
2.如權利要求1的方法，其特征在于從所存儲的功率值求得一個插值的升程。
3.如權利要求1或2的方法其特征在于從所存儲的功率值或插值的升程的平方求得信號功率。
4.如上述權利要求之一的方法，其特征在于偏振控制器的調(diào)整次數(shù)最低限度視信噪比(OSNR)測定精度與測量時間之間的確定關系來選擇。
5.如上述權利要求之一的方法，其特征在于a)將針對在偏振控制器中第一相位移的頭n個調(diào)整的光信號功率值(LS)記錄在偏振控制器中，b)將來自所記錄的功率譜(LS)的n個值進行插值，從中求得一個升程并存儲在一個表中。c)為了調(diào)整n×m個不同的偏振狀態(tài)，繼續(xù)將a)至b)的步驟針對偏振控制器中第二相位移的其它m-1個其它調(diào)整進行重復，從中求得m-1個其它的升程并作為其它的值存儲在表中，d)從存儲在表中的值推導出光信噪比(OSNR)。
6.如上述權利要求之一的方法，其特征在于-在偏振控制器中調(diào)整第一相位移時光信號(S)的電場向量的分量之間的相位移，和在偏振控制器中調(diào)整第二相位移時以可調(diào)的角(δ，θ)與串接的起偏振器相對的偏振面旋轉(zhuǎn)，要如下進行-調(diào)整第一相位移，此時角(θ1，θ2，…，θn)的多數(shù)n(n＞1)在第一角(δ1)時調(diào)整，從中為了產(chǎn)生一個光譜記錄一組功率值，-畫出所記錄光譜的第一正弦形插值曲線，將其升程(A1)存儲在表中，-為了記錄其它光譜，在其它的角(δ2，…，δm)，m＞2時針對其它相位移重復調(diào)整角(θ1，θ2，…，θn)，從中將其它升程(A2，…，Am)存儲在表中，將其數(shù)值乘方并用第二正弦形曲線進行插值，-在任意調(diào)整偏振控制器時從第二正弦形曲線的升程求得光信號的信噪比(OSNR)。
7.如上述權利要求之一的方法，其特征在于借助于一個相位延遲板的不同相位移從不同選出的角(θ1，θ2，…，θn)確定升程。
8.如上述權利要求之一的方法，其特征在于在一個有多個信道(K1，K2，...)的WDM信號的一個信道中傳輸光信號(S)和逐漸通過光譜濾波選擇要確定其信噪比(OSNR)的信道。
9.如上述權利要求1至6之一的方法，其特征在于在一個有多個信道(K1，K2，…)的WDM信號的信道中傳輸光信號(S)和在一個給出的在偏振控制器中兩個相位移調(diào)整的組合情況下，針對多個或所有信道各自存儲一個功率值，致使出現(xiàn)一組功率值(S1，S2，…)。
10.如權利要求9的方法，其特征在于針對各個信道存儲的功率值(S1，S2，…)用于按照權利要求1至6之一信噪比(OSNR)的確定。
11.如權利要求9或10的方法，其特征在于為了記錄功率值(S1，S2，…)，選擇一個具有等于或小于WDM信號的信道光譜寬度的帶寬的分辨率單元。
12.如上述權利要求之一的方法，其特征在于同時記錄功率值(S1，S2，…)。
13.實施按照上述權利要求的方法的裝置，其中在通過第一可調(diào)的相位延遲板(E1)和繼續(xù)通過第二可調(diào)的相位延遲板(E2)之后，將光信號(S)供給到一個帶有后置串接的光譜分析器(OSA)的線性起偏振器(POL)中去，其特征在于為了將在不同調(diào)整相位延遲板(E1，E2)時在光譜分析器(OSA)上測量的功率值制表，給光譜分析器(OSA)連接一個存儲單元(SE)，通過對在光譜分析器(OSA)上記錄的功率值進行插值和升程搜索來測定信噪比的單元(EE)。
14.如權利要求13的裝置，其特征在于第一相位延遲板(E1)是一個λ/4-板，第二相位延遲板是一個λ/2-板。
全文摘要
闡明了一種確定光信號信噪比或噪聲功率的方法，其第一偏振狀態(tài)借助于多次調(diào)整一個偏振控制器轉(zhuǎn)變成第二偏振狀態(tài)。第二偏振狀態(tài)規(guī)定的改變借助于偏振控制器在Poincare－球上進行調(diào)整，在偏振狀態(tài)改變時光信號的功率值在選擇電場的一個分量之后來確定。將一些求得的光信號功率值存儲起來，用于計算光信號信噪比(OSNR)。該方法快捷，涉及到裝置方面的花費要求少，特別適合于WDM傳輸系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中能傳輸具有微小信道距離的WDM信號的很多信道被傳輸。
文檔編號H04B10/00GK1729636SQ03820715
公開日2006年2月1日 申請日期2003年8月8日 優(yōu)先權日2002年8月27日
發(fā)明者J·馬丁, L·拉普 申請人:西門子公司