專利名稱：一種光性能監(jiān)控裝置和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光性能監(jiān)控裝置，以及更進一步涉及一種用于掃描監(jiān)控光傳輸中多個光子波段性能的系統(tǒng)和裝置。
背景技術：
為了滿足光通信中增加通信容量的需求，經(jīng)常采用實用波分復用技術的通信方法，它能夠通過準確地利用現(xiàn)有的光纜來增加通信容量。具有近似IOOGHz的較小復用光頻間隔的波分復用稱為緊湊波分復用(DWDM)。光監(jiān)控裝置用于在復用光信號中掌握每個信道的狀態(tài)、且要增加大量光譜分支濾光鏡于該設備中，例如，利用他們控制光纖放大器。已有多個技術人員指出過，衍射光柵是 適用于該功能的光譜元件，并曾公開過一種將圖Ia所示的衍射光柵53和光探測器54的結合一體作為光譜分支模塊，如圖Ia所示通過準直器51將從光纖52發(fā)射并已經(jīng)經(jīng)過波分復用的光束轉化成平行光，并入射于衍射光柵53上，通過衍射光柵53對該光束進行分頻，并以根據(jù)波長而改變的出射角度發(fā)射。發(fā)射的光束再次經(jīng)過準直透鏡55，從而在光探測器陣列54上形成聚焦束光點群.光探測器陣列54中的每個光探測器541設置在具有各個波長(波段)的光的聚焦束光點組的位置上。這樣，假設反射的衍射光柵的衍射序數(shù)為m，光柵周期為d和使用的波長為X，用
0i表不由其上形成有衍射光柵的表面上的法線與入射光束形成的角度，用9m表不有發(fā)射光束形成的角度，則滿足下面的等式。SinQiisinQm = IiiAVd(I)當0 ,是常數(shù)并按A A改變波長時，由下面的等式給出光束到達在衍射光柵的距離為L處設置的光接收表面的位置變化AX。得出算術式(2)Ax= (Lm/ (d*cos 9 0)) * A 入其中，等式I中表示Si=Sm的情況。在0 i古0。的情況下通常也可建立上面的等式。因此，如果波長間隔是常數(shù)，按一定間隔排列多個光探測器，以便可是光探測器的位置和波長(每個信道)一對一地相互對應。如圖Ib所示常規(guī)的普通光探測器陣列roi、PD2, PD3. . . PDn在光探測器之間有恒定的間距。這樣光探測器陣列PD1、PD2、PD3. PDn僅僅探測子波段入i、入2、入3……入n的固定波長的光束，而不能對各個子波段的光譜進行掃描，從而造成光譜監(jiān)控分辨率低，而如果要滿足整個波段掃描，而需要連續(xù)光譜處設置有光探測陣列，從而增加其成本和體積。而現(xiàn)有技術的可調濾波器(TF)的結構如圖2所示該可調諧光濾波器70包括信號輸入端713,信號輸出端711,聚焦兀件73,光柵75以及一個反射鏡77,從信號輸入端713輸入的光信號經(jīng)過聚焦兀件73轉換為平行光信號,該平行光信號射入光柵75表面經(jīng)光柵75衍射后，射入反射鏡717，經(jīng)反射鏡77反射后按原路返回，并最終輸入至信號輸出端711。通過旋轉光柵75或者反射鏡77，使其該光信號從信號輸入端713輸入到最后進入信號輸出端711，中間兩次通過光柵75?，F(xiàn)有可調濾波器通過連續(xù)轉動光柵75或者反射鏡77，是信號輸出端711輸出可選擇的信道信號光。而可調濾波器通過光柵或反射鏡大幅度旋轉選擇不同波長的信道進行接收。而利用該濾波器原理制作成光性能監(jiān)控裝置將使該旋轉角度大，并且掃描周期較長，相應響應速度較慢。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一提高光譜檢測分辨率、低成本和掃描速度快的光監(jiān)控系統(tǒng)和裝置。為了實現(xiàn)所述目的，一種光性能監(jiān)控系統(tǒng)包括一載有多子波段的輸入端，利用一光耦合器耦合該光纖輸入的信號光分離至監(jiān)控系統(tǒng)，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括一合光裝置將光率禹合器分離的少量光束輸入至一監(jiān)控裝置，包括一輸入光束端接收合光裝置輸入的光束；一光接收單元用于檢測整個波段光束，準直單元將光束準直、聚焦于所述光接收單元上；一色散單元置于輸入光束端和準直單元之間分離出子波段光束；一數(shù)據(jù)處理單元和光接收單元通訊連接；以及一顯示單元和數(shù)據(jù)處理單元通訊連接，其特征在于本系統(tǒng)通過改變色 散單元入射角或移動光接收元件可使接收單元上的各接收元件分別連續(xù)掃描各個對應子波段內的光譜功率。其中，優(yōu)選方案為所述移動接收單元在準直匯聚元件的聚會面上移動。其中，優(yōu)選方案為所述色散單元為透射式光柵或反射式光柵。其中，優(yōu)選方案為所述透射式光柵為由高效率的DCG材料組成的體積相位光柵。其中，優(yōu)選方案為所述光接收元件為多個監(jiān)測二極管陣列組成。本發(fā)明還包括一種光性能監(jiān)控裝置包括輸入光束端輸入多波段光束；至少一準直單元將光束準直、聚焦于一光接收單元上；一色散單元置于準直單元與光接收單元之間，所述輸入多波段光束，所述準直單元將輸入光束準直至色散單元以便色散單元有效衍射光束，且將所述衍射光束匯聚于光接收單元上，其特征在于本裝置通過改變色散單元入射角或移動光接收元件可使接收單元上的各接收元件分別連續(xù)掃描各個對應子波段內的光譜功率。其中，優(yōu)選方案為該裝置還包括一可轉動反射鏡將色散單元的光束反射回色散單元，轉動可轉動反射鏡改變色散單元入射角使接收單元上的各接收元件分別連續(xù)掃描各個對應子波段內的光譜功率。所述可轉動反射鏡為MEMS反射鏡。本發(fā)明的優(yōu)點在于由于本發(fā)明采用改變光柵入射角或移動光探測單元實現(xiàn)光探測單元上的每個探測元件可掃描各個子波段的光譜，從而不僅提高光譜檢測的分辨率，減少探測單元上的探測單元的數(shù)量，降低成本且由于僅僅在子波段區(qū)間掃描而使掃描速度快。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的光路結構進一步說明。圖Ia為現(xiàn)有技術的光性能監(jiān)控器的結構原理圖。圖Ib為現(xiàn)有技術的光性能監(jiān)控器的監(jiān)控光譜原理圖。圖2為現(xiàn)有技術的光可調濾波器的結構原理圖。圖3為本發(fā)明一種光性能監(jiān)控裝置和系統(tǒng)的第一實施例的結構原理圖。
圖3a為本發(fā)明一種光性能監(jiān)控裝置和系統(tǒng)的第一實施例的局部放大圖。圖3b為本發(fā)明一種光性能監(jiān)控裝置的子波段監(jiān)控原理圖。圖4a為本發(fā)明一種光性能監(jiān)控裝置和系統(tǒng)的第二實施例的結構原理圖。圖4b為本發(fā)明一種光性能監(jiān)控裝置和系統(tǒng)的第二實施例的局部放大圖。圖5a為本發(fā)明一種光性能監(jiān)控裝置和系統(tǒng)的第三實施例的結構原理圖。圖5b為本發(fā)明一種光性能監(jiān)控裝置和系統(tǒng)的第三實施例的局部放大圖。圖6為本發(fā)明一種光性能監(jiān)控裝置和系統(tǒng)的第四實施例的結構原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明光性能監(jiān)控裝置和系統(tǒng)的工作原理做進一步說明。圖3為本發(fā)明一種光性能監(jiān)控裝置和系統(tǒng)的第一實施例的結構原理圖，如圖3所示所述光監(jiān)控系統(tǒng)10包括利用一光耦合器或分光器11將部分用于監(jiān)控的信號從主光纖的主要通信信號流分離至監(jiān)控系統(tǒng)12，所述分光器11包括一輸入端111接收主光纖上的主通信信號流，一第一輸出端112借由所述分光器11分配主信號光能的大部分光束繼續(xù)用于主要干道的通信，以及第二輸出端113借由所述分光器11分配少量載有多波段波長的光信號用于監(jiān)控。所述監(jiān)控系統(tǒng)10還包括一合光裝置13具有第一輸入端131接收所述第二輸出端113輸出的少部分光信號，以及第二輸入端132和輸出端133 ;其中,所述第二輸入端132接收校準信號產(chǎn)生模塊14產(chǎn)生的校準信號，以及一監(jiān)控裝置15具有一輸入光束端151，所述合光裝置13稱合第一輸入端131輸入的少部分多子波段監(jiān)控信號和第二輸入端132輸入的校準光束輸入至輸入光束端151。所述監(jiān)控裝置15包括輸入光束端151輸入如上所述光束；一光電探測單兀152可由多個監(jiān)測二極管陣列組成，第一透鏡153、第二透鏡154將光束準直、聚焦于所述光探測單元152上；一透射式光柵155尤其為由高效率的DCG材料組成的體積相位光柵(VPG)，所述衍射光柵155置于第一透鏡153與第二透鏡154之間；一數(shù)據(jù)處理單元156接收通過數(shù)據(jù)線157和光探測單元152通訊連接；以及一顯示單元158通過數(shù)據(jù)線159和數(shù)據(jù)處理單元157通訊連接。其中，所述第二透鏡154可以省略，可通過衍射光柵155匯聚于光探測單元152的每個光探測元件上。其中，所述體積相位光柵155的衍射光柵的表面上的法線與入射光束形成的角度，用e表示有發(fā)射光束形成的角度，所述體積相位光柵155將光束在空間分離成不同子波段光束后借由第二透鏡154匯聚于光探測單元152上，其中，所述第一透鏡153和第二透鏡154最好設計在波長范圍內，所述第二透鏡154具有匯聚面對應于光探測單元152上的每個探測元件組成的面。其中，所述透射式光柵155包括至少一基板以及一衍射面，所述光柵155包括第一基板155a、第二基板155b以及一衍射兀件155c沉積于第一、二基板之間。第一基板155a和第二基板155b可以由低散射玻璃材質組成，其表面鍍有增透膜而提高光束的通過率。在本實施例中，該衍射元件155c包括一體積相位光柵使不同角度的入射光束衍射成不同波長的光束輸出，所述衍射元件155c尤其包括一全息元件具有一感光材質，如光敏聚合物或DCG(重鉻酸明膠)等可提供體積全息圖的材質。所述光探測單元152將每個光探測元件的光能轉化成電信號，后由數(shù)據(jù)處理單元156接收和讀取，再由顯示單元158顯示，其中，光探測單元152上的每個探測元件都可用砷化鎵這種對光束波長敏感的材質制造。所述數(shù)據(jù)處理單元156可以使現(xiàn)有技術的數(shù)據(jù)處理模塊，如A/D轉化器。本實施例的工作原理為輸入光束端151發(fā)射載有多波段光束，第一透鏡153將輸入光束準直至光柵155以便光柵有效衍射光束。所述第二透鏡154接收光柵155出射的衍射光束，且將所述衍射光束匯聚于第二透鏡154的聚焦面上的光探測單元152的每個探測 元件上，這樣，通過第二透鏡154可將不同波段的光束匯聚在光探測單元152的每個對應探測元件上。其中，所述光探測單元152之前設有準直光纖陣列(圖中未示出)接收各個波段的光束后由光探測單元152的各個探測元件接收探測。圖3a為本發(fā)明小型化光監(jiān)控器的局部放大圖，如圖3a所示本實施例光柵155由順時針轉動d 0 i，則入射角增大d 0 i，其中對應衍射角變化量為d 0 m,由于光柵方程式為nd(Sin 0 j+Sin 0 m) = m A這樣,對光柵方程兩邊求導可得等式(3),
( 3 >
m根據(jù)幾何光學知識可得，其中，f表示第二透鏡154的焦距，這樣，所述子波段的光束在光探測單元152上探測到的位置偏移Ax，==/.(-#).辦
COS^m、 4 ;本實施例可以通過轉動光柵155來滿足減少光探測單元152上的探測元件的數(shù)量，如圖3b所示例如，現(xiàn)有技術需要探測元件包括檢測子波段(Sub-Band) A 入2、A3……個探測元件監(jiān)控光柵155分離出的子波段\X、W……、的n個子波段，光探測單元152上的探測元件roi、PD2, PD3. . . PDn分別對應接收子波段入I、入2、入3……Xn的光束，如所述公式(4)轉動很小的角度d0 i，偏移AX，從而使光探測單元152上的探測元件可掃描各個子波段(Sub-Band)的光束，如圖3b所示子波段會隨著轉動光柵155，光探測單元152上的探測元件roi、PD2, PD3. . . PDn分別對子波段入i、入2、入3……入 的光束進行掃描，如圖3b所示，探測元件PDl對中心波長為X1波段的光束從起始點入^到結束點X 12進行該子波段光譜掃描，同樣，探測元件PD2對中心波長為入2波段的光束從起始點入21到結束點X 22進行該子波段光譜掃描，以此類推，探測元件PDn對中心波長為Xn波段的光束從起始點Xnl到結束點X &進行該子波段光譜掃描。這樣可以設計有限數(shù)量的探測元件的數(shù)量，而通過偏轉光柵155很小的角度，實現(xiàn)全子波段監(jiān)控掃描，這樣不僅提高光譜檢測的分辨率，掃描速度快，且成本低。圖4a為本發(fā)明光性能監(jiān)控裝置的第二實施例，如圖4a所示所述監(jiān)控裝置40包括輸入光束端41輸入載有多波段信號光束；一光電探測單兀42可由多個監(jiān)測二極管陣列組成，第一透鏡43、第二透鏡44將光束準直、聚焦于所述光探測單元42上；所述反射式光柵45置于第一透鏡43與第二透鏡44之間的光路中；一數(shù)據(jù)處理單元46接收通過數(shù)據(jù)線47和光探測單元42通訊連接；以及一顯示單元48通過數(shù)據(jù)線49和數(shù)據(jù)處理單元46通訊連接。其中，所述反射式光柵45包括一基板以及一衍射面，所述反射式光柵45包括基板45a和一衍射元件45b，所述衍射元件45b沉積于基板45a上，所述基板45a背面鍍有高反膜而提高光束的反射率，所述光探測單元42將每個光探測元件的光能轉化成電信號，后由數(shù)據(jù)處理單元46接收和讀取，再由顯示單元48顯示，其中，光探測單元42上的每個探測元件都可用砷化鎵這種對光束波長敏感的材質制造。所述數(shù)據(jù)處理單元46可以使現(xiàn)有技術的數(shù)據(jù)處理模塊，如A/D轉化器。該實施例的光路原理為輸入光束端41發(fā)射載有多波長的多波段光束,第一透鏡43將輸入光束準直至光柵45以便光柵有效衍射光束后反射出來。所述第二透鏡44接收光柵45出射的衍射光束，且將所述衍射光束匯聚于第二透鏡44的聚焦面上的光探測單元42的每個探測元件上，這樣，通過第二透鏡44將不同波長的光束匯聚在光探測單元42的每個對應探測元件上。如圖4a所示本實施例光柵45由順時針轉動d 0 i;則入射角增大d 0 i,其中對應衍射角變化量為d 0 m，這樣，依據(jù)光柵方程式nd(Sin 0 i-Sin 0 J = mA。對光柵方程兩邊求導可得等式(5)，
權利要求
1.一種光性能監(jiān)控系統(tǒng)包括一載有多子波段的輸入端，利用一光耦合器耦合該光纖輸入的信號光分離至監(jiān)控系統(tǒng)，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括一合光裝置將光耦合器分離的少量光束輸入至一監(jiān)控裝置，包括一輸入光束端接收合光裝置輸入的光束；一光接收單兀用于檢測整個波段光束，準直單元將光束準直、聚焦于所述光接收單元上；一色散單元置于輸入光束端和準直單元之間分離出子波段光束；一數(shù)據(jù)處理單元和光接收單元通訊連接；以及一顯示單元和數(shù)據(jù)處理單元通訊連接，其特征在于本系統(tǒng)通過改變色散單元入射角或移動光接收元件可使接收單元上的各接收元件分別連續(xù)掃描各個對應子波段內的光譜功率。
2.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述移動接收單元在準直匯聚元件的聚會面上移動。
3.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述色散單元為透射式光柵或反射式光柵。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述透射式光柵為由高效率的DCG材料組成的體積相位光柵。
5.根據(jù)權利要求I或2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光接收元件為多個監(jiān)測二極管陣列組成。
6.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光接收單元前包括若干準直光纖陣列接收子波段光束。
7.一種光性能監(jiān)控裝置包括輸入光束端輸入多波段光束；至少一準直單元將光束準直、聚焦于一光接收單元上；一色散單元置于準直單元與光接收單元之間，所述輸入多波段光束，所述準直單元將輸入光束準直至色散單元以便色散單元有效衍射光束，且將所述衍射光束匯聚于光接收單元上，其特征在于本裝置通過改變色散單元入射角或移動光接收元件可使接收單元上的各接收元件分別連續(xù)掃描各個對應子波段內的光譜功率。
8.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于包括一可轉動反射鏡將色散單元的光束反射回色散單元，轉動可轉動反射鏡改變色散單元入射角使接收單元上的各接收元件分別連續(xù)掃描各個對應子波段內的光譜功率。
9.根據(jù)權利要求8所述的裝置，其特征在于所述可轉動反射鏡為MEMS反射鏡。
10.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于所述MEMS反射鏡連接一MEMS反射鏡驅動使MEMS反射鏡改變反射鏡角度。
11.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于所述光接收單元前包括若干準直光纖陣列接收子波段光束。
12.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于所述色散單元為透射式光柵或反射式光柵。
13.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其特征在于所述透射式光柵為由高效率的DCG材料組成的體積相位光柵。
14.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于所述光接收元件置于準直單元的聚焦面。
15.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于所述光接收元件為多個監(jiān)測二極管陣列組成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光性能監(jiān)控裝置和系統(tǒng)，該裝置包括輸入光束端輸入多波段光束；至少一準直單元將光束準直、聚焦于一光接收單元上；一色散單元置于準直單元與光接收單元之間，所述輸入多波段光束，所述準直單元將輸入光束準直至色散單元以便色散單元有效衍射光束，且將所述衍射光束匯聚于光接收單元上，該裝置包括一MEMS反射鏡將色散單元的光束反射回色散單元，轉動可轉動反射鏡改變色散單元入射角使接收單元上的各接收元件分別連續(xù)掃描各個對應子波段內的光譜功率。由于本發(fā)明采用改變光柵入射角或移動光探測單元實現(xiàn)光探測單元上的每個探測元件可掃描各個子波段的光譜，從而不僅提高光譜檢測的分辨率，減少探測單元上的探測單元的數(shù)量，且掃描速度快，成本低。
文檔編號H04B10/07GK102970073SQ201110259008
公開日2013年3月13日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權日2011年9月1日
發(fā)明者虞愛華 申請人:昂納信息技術(深圳)有限公司