专利名称：确定光信号信噪比的方法
技术领域：
本发明涉及按照权利要求1和9前序部分确定光信号信噪比(OSNR)的一种方法和一种装置。
此外，通过在光放大器中要产生的放大自发辐射ASE，“amplifiedspontaneous emission”，作为噪声功率来限制借助于波长复用(WDM)传输系统可跨接的具有多个信道WDM信号的传输有效距离，该噪声功率在信道与光信号重叠。为了最佳调节传输特性，必须测量该噪声功率。
通常，在一定的波长间距内出现在一个信道上的噪声功率ASE在较小和较大的波长处被测量，并通过插值法计算与信道重叠的噪声功率ASE。由于波长信道数量的急剧增加和与之同时发生的信道间距下降，该方法不能再使用。在现代的传输系统中，在线段内为了影响光谱和为了信号的输入或输出耦合所使用的部件，也禁止使用该方法。因此，在这种传输系统中应使用一种方法，它允许直接测量与信道重叠的噪声功率ASE。
作为补救推荐一种称作为偏振归零(Polarization Nulliing)的方法，它利用了由噪声分量ASE产生的信号部分不是偏振的特征。但是该方法所有至今已知的实现建议的根本缺点是，必须通过光谱滤波逐个选择每个信道，必须借助于一个偏振控制器将规定的偏振状态调整成偏振信号部分的最佳抑制。因此，该方法开销很大并使测量时间很长。两篇下面的出版物阐述该方法的基础“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，介绍了一种测量信噪比的装置，在该装置把一个WDM信号送入到一个偏振控制器，还送入到一个线性起偏振器，随后送入到一个光谱分析器或送入到一个带有预接可调光滤波器的功率测量模块。调整可调光滤波器，使单个信道的功率完全发送并使WDM光谱的剩余部分受到抑制。对偏振控制器一直进行调整，直至功率测量装置显示一个最小的信号为止。然后，将起偏振器置于为此正交的位置，使功率测量模块显示一个最大值。从最大信号与提高3dB的最小信号之间的差，得出在可调滤波器带宽基础上的信噪比OSNR。这个方法的一个缺点是，在为很多WDM信道测量时很费时间，因为所有的信道都必须依次独立如上所述地进行测量。
另一种方法是，用一个偏振频带扰频装置，“Polarisation-Scramblers“，将全部偏振状态引离到Poincare-球上并借助于一个光谱分析器针对每个调整的偏振状态记录一个所属的光谱。然后，将从分析所有记录的光谱所求得的最小和最大功率用于计算信噪比OSNR。如果信号完全通过起偏振器受到抑制，则准出现最小功率，而在最大功率情况时测得附加噪声功率ASE与信号功率之和。
在实践中不可能去引离全部偏振状态。视所选择的状态数量和一个信道的偏振状态在传输系统中随之改变的速度而定，就留有一个或多或少较大的测量误差。
本发明的任务是给出一种方法和一种装置，用它们在偏振归零的基础上以最小的花费和尽可能快地求得一个光信号的信噪比。在分析光波长复用(WDM)信号时，本发明应当具有有一些特殊的优点。
任务的一个解决办法，有关其方法方面通过用权利要求1特征所述的一种方法完成，有关其装置方面通过用权利要求9特征所述的一种装置完成。
以确定具有第一偏振状态之光信号的光信噪比OSNR的一种方法为出发点，该偏振状态借助于多次调整偏振控制器转变成第二偏振状态，在第二偏振状态时将第二偏振状态规定的改变通过偏振控制器调整到Poincare-球上，在这些改变时求得光信号的幅值，按照本发明将求得的光信号的幅值存储起来。光信号或另一个光信号的信噪比OSNR由一个所存储幅值计算出的值求得。
基于所存储幅值的有限制的数量，按照本发明用插值法引出一个或多个信道的信噪比OSNR。这通过确定计算的数值作为乘方存储的幅值的插值的升程(Hub)来实现。
本发明方法的根本优点在于，代替谨慎地、信道独特地、精细地和缓慢地调整或调节偏振控制器，只需要对在规定的偏振状态时待存储的幅值的确定进行几个预调整。因此，方法在确定其它信噪比OSNR时就很快。
本发明的另一个优点在于，不要求有针对性地去调整某个偏振状态，从而就不要求进行昂贵的调节。
因为是在任意偏振状态时进行测量，能在一个给出的两个板的调整时同时获得针对所有信道的多个测量点，从而使测量时间就与信道数量无关。
本发明的有益的扩展在从属权利要求中给出。
下面用图详细阐述本发明的实施例。
示出的有
图1实施本发明方法的一种装置为了简化本发明方法的表示，按照图1选择一种装置，使WDM信号S首先供给偏振控制器PS，偏振控制器由作为相位延迟板的一个λ/4-板E1和一个λ/2-板E2组成。给偏振控制器PS串接一个起偏振器POL。针对不同的对起偏振器或通过偏振控制器的偏振状态的调整，借助于一个光谱分析器OSA各自将光谱的功率密度记录在该装置的输出端。能给光谱分析器OSA可前置串接一个波长-多路分配器或一个波长-选择的滤波器，以记录WDM信号的一些选择的信道或只记录WDM信号的一个信道。然而在实践中不需要进行多路分配。给光谱分析器OSA接入信噪比OSNR的一个测定单元EE，在该单元实施针对在光谱分析器OSA上记录的幅值的插值和升程搜索(Hubsuche)以按本发明方法测定信噪比OSNR。测定单元EE控制板E1，E2的旋转装置DV。为了将在不同的调整相位延迟板E1，E2时将在光谱分析器OSA上测量的信号幅值列表，给光谱分析器OSA或测定单元EE连接一个存储单元SE。
数学上频率为ω和波数为k的一个平面波的电场向量E可用下面的表达式说明，平面波在有x轴，y轴和z轴的正交坐标系统中在z方向运动
其中Ex，x和Ey，y表示电的场向量E在x或y方向分量的幅值和相位。通过用E=Ex2+Ey2]]>标准化产生所谓的琼斯向量 该向量描述波的偏振状态。
只有差Δ＝Yx对于偏振状态有意义，致使一个分量的相位应置为零。当x＝0得到 光分量对一个平面波偏振上的影响可以通过米勒矩阵来说明，这些矩阵以一个线性图形的形式变换琼斯向量。矩阵的表达始终与一个专门基数的选择联系起来。这意味着当矩阵给定后把坐标轴的位置也固定下来。在这个实施例中，要为线性起偏振器POL接受的波的x分量得到一个最大的传输，这个波的Y分量完全被抑制。
其快速轴与x轴形成角δ的λ/4-板的米勒矩阵，可如下表示
Mλ/4=121+i·cos2δi·sin2δsin2δ1-i·cos2δ.]]>λ/2-板的米勒矩阵是Mλ/2=icos2θsin2θsin2θ-cos2θ]]>其中θ表示该板快速轴与x轴之间的角。
在下面用这个理论来分析图1中描绘的装置。由λ/4-板和λ/2-板组成的装置通过下面的矩阵来说明，其中有意没有把第二行的元素表示出，因为它们只影响由起偏振器POL抑制的电场E的y分量M=Mλ/2:Mλ/4=12cos2θ+i·cos(2θ-2δ)sin2θ-i·sin(2θ-2δ)······]]>对于在光谱分析器OSA上测量的信号功率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，如前面所定义那样。
以标准化的形式得出IEx2+Ey2=12+]]> 其中q按照下面的公式表示针对测量装置输出端上两个分量Ex，Ey的总功率的分布Ex=qEx2+Ey2]]>和 由这个表达式可以看出，强度I与角θ的关系能通过一个正弦函数sin(4θ-2δ+ρ)来说明(ρ表示一个相位，然而与本发明的关系无关)。
这个正弦曲线升程的平方A2(就是说双重的振幅)如下计算 或 这个量又示出与角δ的正弦形关系。对于表示出的方法有意义的是，这个量的最大值-取决于q和Δ-始终为1并因此给出信号功率。
总之，本发明基于这样的认识，即通过起偏振器POL传输的和测量的功率I，可以作为与λ/2-板或λ/4-板的两个调整角θ和δ有关的简单三角函数来说明。
针对板E1和E2的一些规定的调整，将在光谱分析器OSA上测量的功率I存储在例如与调整量δ和θ有关的一个二维表中。下面详细阐述各个方法步骤。为了简单表示起见，先论述用于唯一一个信道的方法。然后阐述如何能在例如一个WDM系统中同时确定全部信道的信噪比OSNR。除此之外，这个方法适用于任意的光多路信号。
1)固定调整λ/4-板E1到一确定位置时，例如在角δ1时，针对n次不同的调整，就是说针对λ/2-板E2的n个角θ1，θ2，…θn，将在在起偏振器POL之后的信道功率LS作为功率值组或功率值谱Sδ1来记录(n＞1)。
2)对于在m＞2的其它角δ2，…，δm处λ/4-板每个任意确定选择的位置和入射的光波时间上恒定的偏振，起偏振器POL之后测量的功率I与到起偏振器POL的λ/2-板E2的快速轴角θ之间的正弦形关系适用。该曲线的最大值或最小值与λ/4-板E1的位置有关并在下面称作为Imax或Imin。
3)从λ/2-板E 2多个位置的测量中通过适当的曲线拟合(Kurvenfit)到正弦曲线上求得和存储功率Imax和Imin。此时，将与功率Imax和Imin相应的升程A1也存储起来。
4)下面将步骤(1)至(3)针对λ/4-板E1的不同位置进行重复(数量m，m＞1)。从而，求得和存储m针对Imax和Imin的值。其它与功率Imax和Imin相应的升程A2，A3，…，Am也存储起来。
5)如果针对λ/4-板的m个位置描绘关于δ的Imax-Imin差的平方，则能通过适当的拟合到正弦形曲线上求得(Imax-Imin)2的最大值。
6)此时出现的最大值与信号功率一致。因为信号功率与噪声功率之和通过功率测量在装置的输入端是已知的，能通过减法确定噪声功率，从而也能确定信噪比OSNR。
针对一个具有多个信道的WDM信号的过程现在是显而易见的。代替只有一个信道的功率，针对两个双折射板E1，E2位置的每个组合记录一个功率谱S1，S2，…，致使在起偏振器POL之后求得所有信道的各自的功率。通过正弦曲线插值法能像以前那样针对每个信道单独进行的分析处理。
权利要求
1.确定具有任意第一偏振状态之光信号(S)的光信噪比(OSNR)的一种方法，该偏振状态借助于多次调整偏振控制器转变成第二偏振状态，此时，将第二偏振状态规定的改变通过偏振控制器调整到Poincare-球上，在这些改变时选择一个偏振分量后求得光信号(S)的功率值，其特征在于将求得的光信号的功率值存储，和从所存储的功率值的一个计算值求得光信号的信噪比(OSNR)。
2.如权利要求1的方法，其特征在于从所存储的功率值求得一个插值的升程。
3.如权利要求1或2的方法其特征在于从所存储的功率值或插值的升程的平方求得信号功率。
4.如上述权利要求之一的方法，其特征在于偏振控制器的调整次数最低限度视信噪比(OSNR)测定精度与测量时间之间的确定关系来选择。
5.如上述权利要求之一的方法，其特征在于a)将针对在偏振控制器中第一相位移的头n个调整的光信号功率值(LS)记录在偏振控制器中，b)将来自所记录的功率谱(LS)的n个值进行插值，从中求得一个升程并存储在一个表中。c)为了调整n×m个不同的偏振状态，继续将a)至b)的步骤针对偏振控制器中第二相位移的其它m-1个其它调整进行重复，从中求得m-1个其它的升程并作为其它的值存储在表中，d)从存储在表中的值推导出光信噪比(OSNR)。
6.如上述权利要求之一的方法，其特征在于-在偏振控制器中调整第一相位移时光信号(S)的电场向量的分量之间的相位移，和在偏振控制器中调整第二相位移时以可调的角(δ，θ)与串接的起偏振器相对的偏振面旋转，要如下进行-调整第一相位移，此时角(θ1，θ2，…，θn)的多数n(n＞1)在第一角(δ1)时调整，从中为了产生一个光谱记录一组功率值，-画出所记录光谱的第一正弦形插值曲线，将其升程(A1)存储在表中，-为了记录其它光谱，在其它的角(δ2，…，δm)，m＞2时针对其它相位移重复调整角(θ1，θ2，…，θn)，从中将其它升程(A2，…，Am)存储在表中，将其数值乘方并用第二正弦形曲线进行插值，-在任意调整偏振控制器时从第二正弦形曲线的升程求得光信号的信噪比(OSNR)。
7.如上述权利要求之一的方法，其特征在于借助于一个相位延迟板的不同相位移从不同选出的角(θ1，θ2，…，θn)确定升程。
8.如上述权利要求之一的方法，其特征在于在一个有多个信道(K1，K2，...)的WDM信号的一个信道中传输光信号(S)和逐渐通过光谱滤波选择要确定其信噪比(OSNR)的信道。
9.如上述权利要求1至6之一的方法，其特征在于在一个有多个信道(K1，K2，…)的WDM信号的信道中传输光信号(S)和在一个给出的在偏振控制器中两个相位移调整的组合情况下，针对多个或所有信道各自存储一个功率值，致使出现一组功率值(S1，S2，…)。
10.如权利要求9的方法，其特征在于针对各个信道存储的功率值(S1，S2，…)用于按照权利要求1至6之一信噪比(OSNR)的确定。
11.如权利要求9或10的方法，其特征在于为了记录功率值(S1，S2，…)，选择一个具有等于或小于WDM信号的信道光谱宽度的带宽的分辨率单元。
12.如上述权利要求之一的方法，其特征在于同时记录功率值(S1，S2，…)。
13.实施按照上述权利要求的方法的装置，其中在通过第一可调的相位延迟板(E1)和继续通过第二可调的相位延迟板(E2)之后，将光信号(S)供给到一个带有后置串接的光谱分析器(OSA)的线性起偏振器(POL)中去，其特征在于为了将在不同调整相位延迟板(E1，E2)时在光谱分析器(OSA)上测量的功率值制表，给光谱分析器(OSA)连接一个存储单元(SE)，通过对在光谱分析器(OSA)上记录的功率值进行插值和升程搜索来测定信噪比的单元(EE)。
14.如权利要求13的装置，其特征在于第一相位延迟板(E1)是一个λ/4-板，第二相位延迟板是一个λ/2-板。
全文摘要
阐明了一种确定光信号信噪比或噪声功率的方法，其第一偏振状态借助于多次调整一个偏振控制器转变成第二偏振状态。第二偏振状态规定的改变借助于偏振控制器在Poincare－球上进行调整，在偏振状态改变时光信号的功率值在选择电场的一个分量之后来确定。将一些求得的光信号功率值存储起来，用于计算光信号信噪比(OSNR)。该方法快捷，涉及到装置方面的花费要求少，特别适合于WDM传输系统，在该系统中能传输具有微小信道距离的WDM信号的很多信道被传输。
文档编号H04B10/00GK1729636SQ03820715
公开日2006年2月1日 申请日期2003年8月8日 优先权日2002年8月27日
发明者J·马丁, L·拉普 申请人:西门子公司