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专利名称：提高光性能监测仪波长分辨率的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高光性能监控仪波长分辨率的方法，特别是提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪(OPM)波长分辨率的方法。
背景技术：
高速大容量密集波分复用系统及全光网络已经开始广泛的应用，为保证信息稳定、可靠的传输，需要使用光性能监控仪在光传输层实时监控光信号的性能(光信号的性能包括三个指标功率、波长、光信噪比)。这种应用对光性能监控仪提出了很高的要求既要具有与实验室使用的光谱分析仪相比拟的光谱分析能力，又要具有高速检测及报告故障的能力(典型的测量及报告时间在毫秒量级，而且要小于光网络自动保护的50ms时间)，同时光性能监控仪也要适用于现场的安装使用，又要求其尽可能小的校准及再校准需求。为满足对光性能监控仪的各项要求，大部分的光性能监控仪采用光栅加高分辨率阵列探测器的结构。这种结构的光性能监控仪具有体积小、结构紧凑、高速测量的优点而且由于没有需要移动的部件，校准后几乎不需要再校准。经过算法处理后的这种光性能监控仪在测量光功率和光信噪比的能力方面能够与实验室使用的光谱分析仪相比拟。但是这种结构的光性能监控仪依靠阵列探测器像素的尺寸和总象素的个数来提供波长的测量和分辨能力。受单个象素尺寸和总象素数目的限制，波长分辨率不能满足高性能的光性能监控仪的要求。例如，用象素线宽25um、总数512象素的阵列探测器监控C波段32nm的光谱范围内光信号的光性能监控仪，其波长分辨率为每象素0.0625nm，经过处理后，波长分辨率刚刚满足50GHz的光性能监控的要求，而对于较宽的光谱范围甚至更宽的C+L段的光谱范围，则无法提供要求的波长分辨率。为了提高波长分辨率，目前采用的方法是减小单个象素的尺寸，同时增加象素总数。目前单个象素尺寸最小在25um，通常是采用增加象素总数的办法来增加波长分辨率，这会导致整个器件的尺寸增大和成本的巨大耗费。

发明内容
本发明的目的是提供一种提高波长分辨率的简单易行的方法。这种方法在保持象素的尺寸及总象素的数目不变的同时，能成倍的提高光性能监控仪(OPM)的波长分辨率。
本发明的技术方案是通过光输入端口输入光信号，通过色散部分的分光元件组将光信号的光谱空间分布在阵列探测平面上，通过数据处理部分对测量数据进行分析和处理，其特征是将光信号空间分布的光谱在探测平面上依次平移一段距离，使同一像素能测量不同的波长值。
所述的提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪波长分辨率的方法之一是光输入端口采用具有路选功能的光开关，光开关的N个输出端口与色散部分的N个输入端口相连，光开关依次选通N个输入端口，把光信号依次输入到色散部分的N个输入端口中，通过控制相邻光信号输入端口的夹角，来控制输入光信号的整个光谱在探测平面上平移一段距离，使同一像素能测量不同的波长值。
所述的提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪波长分辨率的方法之二是通过等间隔的转动分光元件组中的光栅的角度，控制整个光谱在探测平面上平移相应的一段距离，使同一像素能测量不同的波长值。
所述的提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪波长分辨率的方法之三是等间隔的移动阵列探测器，使同一像素能测量不同的波长值。
所述的提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪波长分辨率的方法之四是等间隔的改变入射角的方向，控制整个光谱在探测平面上平移相应的一段距离，使同一像素能测量不同的波长值。
所述的提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪波长分辨率的方法，其特征是将光信号空间分布的光谱在探测平面上依次平移2-7次，使同一像素能测量2-7个不同的波长值。
当选用光开关时，选用2-7个输出端口的光开关与色散部分的2-7个输入端口相连，光开关依次选通2-7个输入端口。
所述的提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪波长分辨率的方法，其中将光信号空间分布的光谱在探测平面上依次平移的距离是象素线宽的N分之一。


附图1是采用具有路选功能的光开关实施方案原理图、附图2是通过等间隔的转动光栅实施方案原理图、图3是间隔的移动阵列探测平面实施方案原理图、图4是间隔的移动阵列探测平面实施方案局部放大图、图5是等间隔的改变入射角的方向实施方案原理图。图中10是光开关，11是输入波导，11-1、11-2是两夹角固定的输入波导，12是准直透镜，13是衍射光栅，14是汇聚透镜，15是探测平面，16是阵列探测器，17是数据采集器，18是数据存储器，19是数据处理器，20是光束角度偏转器，1、2、3、4分别是各个像元之间的交接点。
具体实施例方式
首先以采用光开关为例来说明
具体实施例方式它由一个1×N的光开关，其N个输出端与色散部分的N个输入端口相连；一个具有N个输入端口的色散部分，不同的输入端口对应不同的入射角即对应不同输出光谱在空间上的平移量；通过光开关依次选通N个输入端口，依次从不同的输入端口输入光信号，通过色散部分的分光元件组后，光信号的空间分布的光谱在探测平面上依次平移一段距离，平移距离的大小与相邻输入端口对应的夹角有关。这样，同一个象素能够测量不同波长的值，通过数据处理部分对测量数据的分析、处理，从而使波长分辨率比原始波长测量值提高N倍。
为了便于更好的对本发明的理解，我们以一组波长数据变为两组，并以采用具有路选功能的光开关实施方案为例详细描述本发明的具体实施方式
。如附图1所示，光开关(OS)10选择N＝2，以象素线宽25um，像素总数512，测量光谱范围32nm的特殊情况来讲述本发明的原理。光信号通过光开关(OS)10的选择，信号光先通过输入波导11-2进入由12至15组成的分光元件组中，分光元件组色散部分用于实现不同波长光信号的空间分离，并把不同波长的光信号聚焦在探测平面的不同位置，即分光元件组使不同波长的信号聚焦在探测平面15的不同位置处。32nm的光谱范围用512个像素测量，每个像素的波长分辨率是0.0625nm，既探测平面上的分辨率是0.0625nm/25um。图1中16是阵列探测器的几个像元，1、2、3、4分别是各个像元之间的交接点，假设以两端点的波长值的平均表示该像素代表的波长值，则点2和点3之间的像素代表的波长值是λc＝(λ2+λ3)/2。设从输入波导11-2输入时，点2处的波长值是λ，点3处的波长值是λ+0.0625nm。点2和点3之间的像素代表的波长值是λ+0.0313nm，点3和点4之间的像素代表的波长值是λ+0.0938nm，点1和点2之间的像元代表的波长值是λ-0.0313。依次测量像素的值可得到分辨率是0.0625nm的一组波长数据。
切换光开光10使光信号从波导11-1进入分光元件组，同样，信号光的光谱按照不同的波长聚焦在探测平面的不同位置处，由于输入波导11-1和11-2有一夹角，从波导11-1输入时和从波导11-2输入时的光谱位置并不重合，而是平移一定的距离，平移距离的大小与两个输入波导之间的夹角有关。在图1中，调整两个输入波导的夹角使整个光谱向右平移12.5um，而在此过程中，所有其它的元件保持位置不动。这样通过11-1输入时，原先波长值为λ的点2波长值变为λ-0.0313nm，点3处的波长值变为λ+0.0313nm，其它各点代表的波长值依次减小0.0313nm，这样在通过波导11-1输入时，点2和点3之间的像素代表的波长值变为λ，点1和点2之间的像素代表的波长值为λ-0.0625nm，点3和点4之间的像素代表的波长值为λ+0.0625nm。依次测量象素的值可以得到另外一组波长分辨率为0.0625nm的波长测量数据，两组波长数据中，波长采样值相差0.0313nm。
每次测量的波长数据通过数据采集器采集后存储在数据存储器中，两组波长数据测量完成后，数据处理器按照波长值的大小把波长组合起来。这样通过两次分辨率为0.0625nm的波长测量，就得到了一组波长分辨率为0.0313nm的波长测量数据，分辨率提高了一倍。
如果有N个输入波导，相互之间的夹角是使整个光谱在探测平面上平移0.0625/N nm，这样通过N次的测量就可以得到波长分辨率提高N倍的原始波长测量数据。
本发明的核心精神是用同一个象素分别测量不同的波长值。类似的，通过等间隔的转动光栅如附图2，或等间隔的移动阵列探测器如附图3，等间隔的改变入射角的方向如图5等方式同样可以实现波长分辨率的提高，其具体实施方式
和原理与第一种实施例基本相同，不再详述，但均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪波长分辨率的方法，它通过光输入端口输入光信号，通过色散部分的分光元件组将光信号的光谱空间分布在阵列探测平面上，通过数据处理部分对测量数据进行分析和处理，其特征是将光信号空间分布的光谱在探测平面上依次平移一段距离，使同一像素能测量不同的波长值。
2.根据权利要求1所述的提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪波长分辨率的方法，其特征是光输入端口采用具有路选功能的光开关，光开关的N个输出端口与色散部分的N个输入端口相连，光开关依次选通N个输入端口，把光信号依次输入到色散部分的N个输入端口中，通过控制相邻光信号输入端口的夹角，来控制输入光信号的整个光谱在探测平面上平移一段距离，使同一像素能测量不同的波长值。
3.根据权利要求1所述的提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪波长分辨率的方法，其特征是通过等间隔的转动分光元件组中的光栅的角度，控制整个光谱在探测平面上平移相应的一段距离，使同一像素能测量不同的波长值。
4.根据权利要求1所述的提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪波长分辨率的方法，其特征是等间隔的移动阵列探测器，使同一像素能测量不同的波长值。
5.根据权利要求1所述的提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪波长分辨率的方法，其特征是等间隔的改变入射角的方向，控制整个光谱在探测平面上平移相应的一段距离，使同一像素能测量不同的波长值。
6.根据权利要求1所述的提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪波长分辨率的方法，其特征是将光信号空间分布的光谱在探测平面上依次平移2-7次，使同一像素能测量2-7个不同的波长值。
7.根据权利要求2所述的提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪波长分辨率的方法，其特征是光开关选用2-7个输出端口与色散部分的2-7个输入端口相连，光开关依次选通2-7个输入端口。
8.根据权利要求1所述的提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪波长分辨率的方法，其特征是将光信号空间分布的光谱在探测平面上依次平移的距离是象素线宽的N分之一。
全文摘要
本发明提供一种提高基于光栅和阵列探测器的光性能监控仪波长分辨率的方法,通过输入端口输入光信号,通过分光元件组将光信号的光谱空间分布在阵列探测平面上,通过数据处理部分对测量数据进行分析和处理,其特征是将光信号空间分布的光谱在探测平面上依次平移一段距离,使同一像素能测量不同的波长值。具体可以是光输入端口采用具有路选功能的光开关,通过控制相邻光信号输入端口的夹角,来控制输入光信号的整个光谱在探测平面上平移一段距离,还可通过等间隔的转动分光元件组中的光栅的角度、等间隔的移动阵列探测器、等间隔的改变入射角的方向等方式实现。平移的距离是象素线宽的N分之一。
文档编号G01J3/18GK1373350SQ0211566
公开日2002年10月9日 申请日期2002年3月29日 优先权日2002年3月29日
发明者胡强高, 陈晓虎, 马琨, 肖清明 申请人:武汉光迅科技有限责任公司