一种频谱检测装置和检测方法

摘要

本发明公开了一种频谱检测装置，包括本振光激光器、相位调制器、第一分偏器、第二分偏器、第一光耦合器、第二光耦合器、接收机、功率检测器以及控制器，第一分偏器和第二分偏器分别将待检测光和本振调制光进行分光，然后将待检测光和本振调制光分光后的光分别输入至第一光耦合器和第二光耦合器中进行相干得到输出至接收机的输入光，接收机将输入的光信号转换为电信号以及将电信号输出至功率检测器，功率检测器对接收到的电信号进行功率检测，控制器根据功率检测器的检测结果计算待检测光的功率。采用本发明实施例的频谱检测装置只对相干的光进行一次分光，光功率分散少，进而对器件灵敏度要求低。

权利要求

1.一种频谱检测装置，其特征在于，包括：本振光激光器、相位调制器、第一分偏器、第二分偏器、第一光耦合器、第二光耦合器、接收机、功率检测器以及控制器；

其中，所述本振光激光器、所述相位调制器和所述第二分偏器依次连接，所述第二分偏器和所述第一分偏器均分别与所述第一光耦合器和所述第二光耦合器连接，所述第一光耦合器和所述第二光耦合器与所述接收机连接，所述接收机、所述功率检测器和所述控制器依次连接；

所述第一分偏器，用于将输入的待检测光分成第一待相干光和第二待相干光，以及将所述第一待相干光和所述第二待相干光分别输出至所述第一光耦合器和所述第二光耦合器；

所述相位调制器，用于对所述本振光激光器发出的光进行相位调制，得到本振调制光；

所述第二分偏器，用于将所述本振调制光分成第三待相干光和第四待相干光，以及将所述第三待相干光和所述第四待相干光分别输出至所述第一光耦合器和所述第二光耦合器；

所述第一光耦合器，用于对所述第一待相干光和所述第三待相干光进行相干得到输出至所述接收机的第一输入光和第二输入光；

所述第二光耦合器，用于对所述第二待相干光和所述第四待相干光进行相干得到输出至所述接收机的第三输入光和第四输入光；

所述接收机，用于将输入的光信号转换为输出至所述功率检测器的电信号；

所述功率检测器，用于对所述电信号进行功率检测；

所述控制器，用于根据所述功率检测器的检测结果计算所述待检测光的功率；

所述接收机的带宽小于所述待检测光的带宽。

2.根据权利要求1所述的频谱检测装置，其特征在于，所述接收机包括第一平衡接收机和第二平衡接收机，其中，所述第一光耦合器与所述第一平衡接收机连接，所述第二光耦合器与所述第二平衡接收机连接，所述第一输入光和所述第二输入光输出至所述第一平衡接收机，所述第三输入光和所述第四输入光输出至所述第二平衡接收机。

3.根据权利要求2所述的频谱检测装置，其特征在于，所述功率检测器包括第一功率检测器和第二功率检测器，其中，所述第一平衡接收机与所述第一功率检测器连接，所述第二平衡接收机与所述第二功率检测器连接，所述第一功率检测器和所述第二功率检测器与所述控制器连接，所述第一平衡接收机用于将输入的所述第一输入光和所述第二输入光转换为输出至所述第一功率检测器的第一电信号，所述第一功率检测器用于对所述第一电信号进行功率检测，所述第二平衡接收机用于将输入的所述第三输入光和所述第四输入光转换为输出至所述第二功率检测器的第二电信号，所述第二功率检测器用于对所述第二电信号进行功率检测。

4.根据权利要求1-3任一项所述的频谱检测装置，其特征在于，所述相位调制为相位差X的周期性相位调制，所述X的取值范围为80°～100°。

5.根据权利要求4所述的频谱检测装置，其特征在于，所述本振调制光的偏振态与所述第二分偏器的偏振方向对齐。

6.根据权利要求5所述的频谱检测装置，其特征在于，所述功率检测器的检测时间为所述相位调制的周期的整数倍。

7.根据权利要求5或6所述的频谱检测装置，其特征在于，所述相位调制器由所述控制器同步并驱动控制。

8.根据权利要求7所述的频谱检测装置，其特征在于，所述控制器根据公式和所述功率检测器的检测结果计算所述待检测光的功率；

所述公式为：

P(ω)＝A×Ps(ω)·PLO(ω)

其中，所述P(ω)为所述接收机的输出总功率，所述Ps是所述待检测光功率；所述PLO是所述本振激光器功率；所述ω为所述待检测光的光谱频率，所述A为功率系数。

9.一种检测方法，频谱检测装置包括本振光激光器、相位调制器、第一分偏器、第二分偏器、第一光耦合器、第二光耦合器、接收机、功率检测器以及控制器，其特征在于，包括：所述第一分偏器将输入的待检测光分成第一待相干光和第二待相干光，以及将所述第一待相干光和所述第二待相干光分别输出至所述第一光耦合器和所述第二光耦合器；

所述相位调制器对所述本振光激光器发出的光进行相位调制，得到本振调制光；

所述第二分偏器将所述本振调制光分成第三待相干光和第四待相干光，以及将所述第三待相干光和所述第四待相干光分别输出至所述第一光耦合器和所述第二光耦合器；

所述第一光耦合器对所述第一待相干光和所述第三待相干光进行相干得到输出至所述接收机的第一输入光和第二输入光，所述第二光耦合器对所述第二待相干光和所述第四待相干光进行相干得到输出至所述接收机的第三输入光和第四输入光；

所述接收机将输入的光信号转换为输出至所述功率检测器的电信号，所述功率检测器对所述电信号进行功率检测，所述控制器根据所述功率检测器的检测结果计算所述待检测光的功率；

所述接收机的带宽小于所述待检测光的带宽。

说明书

一种频谱检测装置和检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种频谱检测装置和检测方法。

背景技术

[0002] 在光波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)系统中，多个不同的波长可在同一个光纤里携带信息同时进行传播。随着传输系统容量的增加，波长之间的间距也进一步的压缩，因此相邻信道间的串扰也逐步增加，特别是在相邻波长功率不均衡的情况下，相邻信道之间的串扰会更显著。为了解决上述问题，可通过对信号光谱进行检测，以获得每个信道的功率，从而均衡信道的功率，进而降低信道间的串扰。

[0003] 对信号光谱进行检测方法通常有传统的光谱仪进行光谱检测方法和基于相干接收机原理的光谱检测方法。传统的光谱仪因体积庞大以及价格昂贵，而不适宜用在通信系统中。基于相干接收机原理的光谱检测方法，是基于相干接收的频谱搬移原理，通过相干原理，将光谱频谱信息搬移到射频频谱，然后通过对射频频谱进行检测，从而还原光谱信息。目前，基于相干接收原理的光谱检测装置对接收机及功率检测器件要求有较高的灵敏度。

发明内容

[0004] 本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种对接收机及功率检测器件要求有较低的灵敏度的频谱检测装置和检测方法。

[0005] 为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

[0006] 第一方面，本发明实施例提供一种频谱检测装置，包括：本振光激光器、相位调制器、第一分偏器、第二分偏器、第一光耦合器、第二光耦合器、接收机、功率检测器以及控制器；

[0007] 其中，本振光激光器、相位调制器和第二分偏器依次连接，第二分偏器和第一分偏器均分别与第一光耦合器和第二光耦合器连接，第一光耦合器和第二光耦合器与接收机连接，接收机、功率检测器和控制器依次连接；

[0008] 第一分偏器用于将输入的待检测光分成第一待相干光和第二待相干光，以及第一待相干光和第二待相干光分别输出至第一光耦合器和第二光耦合器，相位调制器用于对本振光激光器发出的光进行相位调制，得到本振调制光，第二分偏器用于将本振调制光分成第三待相干光和第四待相干光，以及将第三待相干光和第四待相干光分别输出至第一光耦合器和第二光耦合器，第一光耦合器对第一待相干光和第三待相干光进行相干得到输出至接收机的第一输入光和第二输入光，第二光耦合器对第二待相干光和第四待相干光进行相干得到输出至接收机的第三输入光和第四输入光，接收机用于将输入的光信号转换为输出至功率检测器的电信号，功率检测器用于对接收到的电信号进行功率检测，控制器用于根据功率检测器的检测结果计算待检测光的功率。可见，相较于现有的频谱检测装置对相干的光经过多次分光，本发明的频谱检测装置只对相干的光进行一次分光，光功率分散少，进而对器件灵敏度要求低。

[0009] 在一些可能的实现方式中，接收机包括第一平衡接收机和第二平衡接收机，其中，第一光耦合器与第一平衡接收机连接，第二光耦合器与第二平衡接收机连接，第一输入光和第二输入光输出至第一平衡接收机，第三输入光和第四输入光输出至所述第二平衡接收机。

[0010] 在一些可能的实现方式中，功率检测器包括第一功率检测器和第二功率检测器，其中，第一平衡接收机与第一功率检测器连接，第二平衡接收机与第二功率检测器连接，第一功率检测器和第二功率检测器与控制器连接，第一平衡接收机用于将输入的第一输入光和第二输入光转换为输出至第一功率检测器的第一电信号，第一功率检测器用于对第一电信号进行功率检测，第二平衡接收机用于将输入的第三输入光和第四输入光转换为输出至第二功率检测器的第二电信号，第二功率检测器用于对第二电信号进行功率检测。

[0011] 在一些可能的实现方式中，相位调制为相位差X的周期性相位调制，X的取值范围为80°～100°。

[0012] 在一些可能的实现方式中，本振调制光的偏振态与第二分偏器的偏振方向对齐，以确保等分分光。

[0013] 在一些可能的实现方式中，接收机的带宽小于所述待检测光的带宽，可实现低成本的光谱监测模块。

[0014] 在一些可能的实现方式中，功率检测器的检测时间为所述相位调制的周期的整数倍。可见，功率检测器的检测时间为相位调制的周期的整数倍，本振光的相位完成一次相位交换，消除了相位不确定性的影响。

[0015] 在一些可能的实现方式中，相位调制器由控制器同步并驱动控制。

[0016] 在一些可能的实现方式中，控制器根据公式和所述功率检测器的检测结果计算待检测光的功率；

[0017] 公式为：

[0018] P(ω)＝A×Ps(ω)·PLO(ω)

[0019] 其中，P(ω)为接收机的输出总功率，Ps是待检测光功率；PLO是本振激光器功率；ω为待检测光的光谱频率，A为功率系数。

[0020] 第二方面，本发明实施例提供一种检测方法，频谱检测装置包括本振光激光器、相位调制器、第一分偏器、第二分偏器、第一光耦合器、第二光耦合器、接收机、功率检测器以及控制器，包括：

[0021] 第一分偏器将输入的待检测光分成第一待相干光和第二待相干光，以及将第一待相干光和第二待相干光分别输出至第一光耦合器和第二光耦合器；

[0022] 相位调制器对本振光激光器发出的光进行相位调制，得到本振调制光；

[0023] 第二分偏器将本振调制光分成第三待相干光和第四待相干光，以及将第三待相干光和第四待相干光分别输出至第一光耦合器和第二光耦合器；

[0024] 第一光耦合器对第一待相干光和第三待相干光进行相干得到输出至接收机的第一输入光和第二输入光，第二光耦合器对第二待相干光和第四待相干光进行相干得到输出至接收机的第三输入光和第四输入光；

[0025] 接收机将输入的光信号转换为输出至功率检测器的电信号，功率检测器对电信号进行功率检测，控制器根据功率检测器的检测结果计算待检测光的功率。

[0026] 本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0028] 图1是本发明提供的频谱检测装置的结构示意图；

[0029] 图2是本发明提供的检测方法的流程示意图。

具体实施方式

[0030] 为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

[0031] 除非另作定义，此处使用的技术术语或科学术语应对作为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序、数量或者重要性。同样，“一个”、“一”或“该”等类似词语也不表示数量限制，而只是用来表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词语前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或物件。“连接”或者相连等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包含电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

[0032] 本发明实施例中的“上”、“下”以制备膜层时的先后顺序为准，例如，在上的薄膜或图案是指相对在后形成的薄膜或图案，而在下的薄膜或图案是指相对应在先形成的薄膜或图案。为了清晰起见，在附图中层或区域的厚度被放大，而非根据实际的比例绘制。当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作作位于另一元件“上”时，该元件可以“直接”位于另一个元件“上”，或者可以存在中间元件。

[0033] 在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

[0034] 以下，对本申请中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解。

[0035] 1)、分偏器(polarization beam splitter，PBS)，是一种将线性光等分为两束光的器件。入射光的偏振角度需要对到PBS的等分角度，才可以等分分光。

[0036] 2)、光耦合器(Coupler)又称分歧器(Splitter)、是利用不同光纤面紧邻光纤芯区中导波能量的相互交换作用构成，实现光信号功率在不同光纤间的分配或组合的光器件。

[0037] 3)接收机的是一种将光纤送过来的微弱光信号转换成电信号，然后经过对电信号的放大等处理以后，使其恢复为原来的脉码调制信号的器件。

[0038] 4)、相位(phase)是对于一个波，特定的时刻在它循环中的位置：一种它是否在波峰、波谷或它们之间的某点的标度。

[0039] 5)、相干光是频率相同，振动方向相同，相位差恒定的两束光进行相干后的光也就是相干光。

[0040] 6)、“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0041] 下面结合附图对本申请的实施例进行描述。

[0042] 请参见图1，其中，图1为本发明实施例提供的一种频谱检测装置，包括：波长可调谐的本振光激光器10、相位调制器20、第一分偏器32、第二分偏器31、第一光耦合器41、第二光耦合器42、接收机50、功率检测器60以及控制器70，其中，本振光激光器10、相位调制器20和第二分偏器31依次连接，第二分偏器31和第一分偏器32均分别与第一光耦合器42和第二光耦合器41连接，第一光耦合器42和第二光耦合器41与接收机50连接，接收机50、功率检测器60和控制器70依次连接；第一分偏器32用于将输入的待检测光分成第一待相干光和第二待相干光，以及将第一待相干光和第二待相干光分别输出至第一光耦合42器和第二光耦合器41，相位调制器20对本振光激光器10发出的本振光进行相位调制，得到本振调制光，第二分偏器31用于将本振调制光分成第三待相干光和第四待相干光，以及将第三待相干光和第四待相干光分别输出至第一光耦合器42和第二光耦合器41，第一光耦合器42对第一待相干光和第三待相干光进行相干得到输出至接收机50的第一相干光和第二相干光，第二光耦合器41对第二待相干光和第四待相干光进行相干得到输出至接收机50的第三相干光和第四相干光，接收机50用于将输入的光信号转换为输出至功率检测器60的电信号，功率检测器60用于对接收到的电信号进行功率检测，控制器70用于根据功率检测器60的检测结果计算待检测光的功率。可见，相较于现有的频谱检测装置对相干的光经过多次分光，本发明的频谱检测装置只对相干的光进行一次分光，光功率分散少，进而对器件灵敏度要求低，且该频谱检测装置结构简单，集成性高。

[0043] 另外，当次检测完成之后，控制器70发出指令控制本振激光器发出的本振光波长改变到下一个待测频率，然后进行在下一个待测频率的接收端功率检测。

[0044] 可选的，接收机50包括第一平衡接收机52和第二平衡接收机51，其中，第一光耦合器42与第一平衡接收机52连接，第二光耦合器41与第二平衡接收机51连接，第一输入光和第二输入光输出至第一平衡接收机52，第三输入光和第四输入光输出至第二平衡接收机51。

[0045] 可选的，功率检测器60包括第一功率检测器62和第二功率检测器61，其中，第一平衡接收机52与第一功率检测器62连接，第二平衡接收机51与第二功率检测器61连接，第一平衡接收机52用于将输入的第一输入光和第二输入光转换为输出至第一功率检测器62的第一电信号，第一功率检测器62用于对第一电信号进行功率检测，第二平衡接收机51用于将输入的第三输入光和第四输入光转换为输出至第二功率检测器61的第二电信号，第二功率检测器61用于对第二电信号进行功率检测。

[0046] 可选的，相位调制为相位差X的周期性相位调制，X的取值范围为80°～100°，相位差X为90°时为最优方案。

[0047] 可选的，第一光耦合器42和第二光耦合器41为3db的光耦合器。3dB表示信号强度损耗，3dB为50％，这里的意思是光信号通过3dB的光耦合器之后被平均分为两束强度相等的光。

[0048] 可选的，为了确保等分分光，需要本振调制光的偏振态与第二分偏器的偏振方向对齐。

[0049] 可选的，接收机50的带宽小于所述待检测光的带宽。由于本发明使用低带宽器件，可实现低成本的光谱监测模块。

[0050] 可选的，功率检测器60的检测时间为相位调制的周期的整数倍。可见，功率检测器60的检测时间为相位调制的周期的整数倍，本振光的相位完成一次相位交换，消除了相位不确定性的影响。另外，功率检测器60的检测时间也可以不是相位调制的周期的整数倍，该种情况时，功率检测器60的检测时间足够长，即可减小相位不确定性带来的误差。

[0051] 可选的，相位调制器20由控制器70同步并驱动控制。

[0052] 可选的，控制器70根据公式和功率检测器60的检测结果计算待检测光的功率；

[0053] 该公式为：

[0054] P(ω)＝A×Ps(ω)·PLO(ω)

[0055] 其中，P(ω)为接收机50的输出总功率，Ps是待检测光功率；PLO是本振激光器功率；ω为待检测光的光谱频率，A为功率系数，A与接收机50带宽、光电探测器的光电转换效率，以及功率检测器件的性能有关。单次检测的功率为该次检测时间内的平均功率。

[0056] 其中，PLO是本振激光器功率是已知量，因此通过功率检测器60测得接收机50的输出总功率P(ω)(即图1中第一平衡接收机52和第二平衡接收机51的输出总功率)之后，可通过上述公式计算得到待检测光在本振光频率的功率。此外，通过本振光频率对待测光信号频率范围经行连续扫描，本振光波长每扫到一个频率的时候，检测得出两个平衡接收机的输出总功率，从而根据上述公式换算成待测光在该频率的功率。由此还原待测光信号的光谱。

[0057] 请参见图2，图2为本发明提供的检测方法，该检测方法应用于上述频谱检测装置中，该频谱检测装置包括本振光激光器、相位调制器、第一分偏器、第二分偏器、第一光耦合器、第二光耦合器、接收机、功率检测器以及控制器，其具体包括以下步骤：

[0058] S201、所述第一分偏器将输入的待检测光分成第一待相干光和第二待相干光，以及将所述第一待相干光和所述第二待相干光分别输出至所述第一光耦合器和所述第二光耦合器。

[0059] S202、所述相位调制器对所述本振光激光器发出的光进行相位调制，得到本振调制光。

[0060] S203、所述第二分偏器将所述本振调制光分成第三待相干光和第四待相干光，以及将所述第三待相干光和所述第四待相干光分别输出至所述第一光耦合器和所述第二光耦合器。

[0061] S204、所述第一光耦合器对所述第一待相干光和所述第三待相干光进行相干得到输出至所述接收机的第一输入光和第二输入光。

[0062] S205、所述第二光耦合器对所述第二待相干光和所述第四待相干光进行相干得到输出至所述接收机的第三输入光和第四输入光。

[0063] S206、所述接收机将输入的光信号转换为输出至所述功率检测器的电信号，所述功率检测器对所述电信号进行功率检测。

[0064] S207、所述控制器根据所述功率检测器的检测结果计算所述待检测光的功率。

[0065] 可选的，所述接收机包括第一平衡接收机和第二平衡接收机，所述功率检测器包括第一功率检测器和第二功率检测器，以上步骤S206的具体实施方式为：所述第一平衡接收机将输入的所述第一输入光和所述第二输入光转换为输出至所述第一功率检测器的第一电信号；所述第一功率检测器对所述第一电信号进行功率检测；所述第二平衡接收机将输入的所述第三输入光和所述第四输入光转换为输出至所述第二功率检测器的第二电信号；所述第二功率检测器对所述第二电信号进行功率检测。

[0066] 可选的，以上步骤S207的具体实施方式为：所述控制器根据公式和所述功率检测器的检测结果计算所述待检测光的功率；

[0067] 所述公式为：

[0068] P(ω)＝A×Ps(ω)·PLO(ω)

[0069] 其中，所述P(ω)为所述接收机的输出总功率(即第一功率检测器和第二功率检测器检测到的功率的和)，所述Ps是所述待检测光功率；所述PLO是所述本振激光器功率；所述ω为所述待检测光的光谱频率，所述A为功率系数。

[0070] 进一步的，在每次检测完成之后，频谱检测装置的控制器发出指令控制本振激光器发出的本振光波长改变到下一个待测频率，然后频谱检测装置再重复上述步骤S201-S207的过程，以此类推可还原待测光信号的光谱。

[0071] 需要说明的是，由于上述频谱检测装置为本发明实施例公开的频谱检测装置，上述频谱检测装置包括的模块之间的连接关系以及各模块的限定可以参照上述实施例的相关描述，此处不再赘述。可以理解的是，本发明实施例提供的检测方法也可不限于图1公开的频谱检测装置的结构，其他类似或能实现上述检测方法的频谱检测装置的结构均适用于本发明实施例。

[0072] 以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。