專利名稱：光信號的光子監(jiān)測的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光信號的光子監(jiān)測，尤其用于實時多重障礙信號性能的監(jiān)測。
背景技術：
于發(fā)射器和接收器的簡化，傳統的光傳輸系統基本采用常規(guī)的強度調制格式，即:開關鍵控(OOK)。最近，先進的相干調制格式，例如:微分相移鍵控(DPSK)，微分求積相移鍵控和m數組相移鍵控[1-4]受到越來越多的關注。在相干通信網絡中，數據編碼到相位，而不是光信號的強度，提供了相對于傳統OOK格式的眾多優(yōu)點，包括穩(wěn)健性，更好的對非線性和串話干擾的耐性，增加了接收器的靈敏度和頻譜效率[1]，由于這些優(yōu)點，許多實驗室都開發(fā)了用于超高碼率和長距離傳輸系統[5-8]的先進調制格式。由于相干光學系統的穩(wěn)健性，可靠的光學性能監(jiān)測(OPM) [9，10]仍然是網絡基礎設施的主要部分。特別對于服務質量的保證和優(yōu)化網絡性能來說更是如此。通常，分別用Mach-Zehnder(MZ)延遲干涉儀和高速平衡接收器來解調DPSK信號和檢測該信號以用于性能監(jiān)測[I],這大大增加了成本和網絡的復雜性。有報道指出幾種相對簡單的OPM技術來監(jiān)測相位調制光信號的障礙。這些包括使用射頻(RF)功率譜來進行群速度色散(GVD) [11]和光信噪比(OSNR)監(jiān)測[12]的單障礙監(jiān)測法，和用異步振幅和相位直方圖[13]進行振幅和相位品質因數測量。此外，多重障礙監(jiān)測方案，包括使用異步振幅直方圖評價[14]的GVD和OSNR監(jiān)測，使用異步振幅直方圖評價[15]或異步延遲絲錐取樣[16]的GVD和一階偏振模色散(PMD)監(jiān)測。然而，這些常規(guī)的電-光基監(jiān)測方案依賴于高速檢測器，因此他們典型的操作寬帶限制在約100GHz，且價格相對昂貴。除了上述的方法，還出現了各種高速相位編碼光信號的全光學OPM方案。這些包括在半導體微腔[17]和光學延遲干涉儀[18]中使用雙光子吸收的OSNR監(jiān)測?？商娲鼗诜蔷€性光學的全光信號處理被認為是克服了電子寬帶產生的限制的方法。幾種監(jiān)測的方法，包括出現在高度非線性光纖(HNLF) [20]上使用交叉相位調制(XPM)的GVD監(jiān)測。盡管獲得了令人印象深刻的結果，這些技術并沒有提供多重障礙監(jiān)測的功能，而該功能在下一代光學通信網絡中十分必要。

發(fā)明內容
本發(fā)明為一種光學裝置，例如:一種單片集成光學芯片，該單片集成光學芯片包括具有以下特點的波導:輸入區(qū)域，該輸入區(qū)域用于接收用于鑒定的信號，和窄帶連續(xù)波(CW)激光信號。非線性波導區(qū)域，以混合該兩種接收信號。一個以上的輸出區(qū)域，每個輸出區(qū)域具有帶通濾波器，該帶通濾波器提取該混合信號RF頻譜的各離散頻段。還包括(慢速)功率檢測器，來輸出該提取的離散頻段信號。
這種結構給予了實時障礙監(jiān)測的功能，并可通過集成裝置的輸入，非線性波導和輸出區(qū)域的緊湊和低成本芯片來實現。特別地，還清楚地提供了微波和光子學應用的高靈敏度和多重障礙監(jiān)測。在該芯片上還可集成半導體激光，以提供窄帶CW激光信號。這兩種接收信號的混合產生了它們之間的交叉相位調制。集成式帶通濾波器可使用平板印刷技術蝕刻到波導上。該濾波器可為布拉格光柵，或陣列波導光柵(AWG)。使用多于一個的輸出區(qū)域使得同時監(jiān)測多個不同的信號障礙。例如，兩個輸出區(qū)域可監(jiān)測GVD和ONSR。波導可為分散設計，高度非線性硫族化物(ChG)脊形波導，該波導在_范圍內通過開發(fā)其克爾非線性(Kerr nonlinearity)的飛秒響應時間來提供THz帶寬。該單片集成光學芯片可由硅制造。該波導可同樣使用改善用于高速使用的硅來制造。在RF頻譜所觀察到的特征峰可直接用于同時進行群速度色散和帶內光信噪比的監(jiān)測?；谛盘栒?礙和RF頻譜或自相關痕跡之間的關系，該芯片可用于同時監(jiān)測具有高測量動態(tài)范圍的GVD，OSNR和時間抖動。該芯片可用于監(jiān)測開關監(jiān)測以及如下的高級調制格式:微分相移鍵控(DPSK)；微分求積相移鍵控(QPSK)；光時分復用(OTDM)。


以下通過說明書附圖和具體實施方式
來闡明本發(fā)明圖1為基于RF頻譜分析儀芯片的簡要圖，該芯片同時監(jiān)測多重障礙。該OPM方法適用于在線摻鉺光纖放大器后進行操作。圖2為傳輸系統圖。圖3(a)為40Gbit/s非歸零微分相移鍵控(NRZ-DPSK)的實驗設置圖。圖3(b)為640Gbit/s歸零微分相移鍵控(RZ-DPSK)光信號產生的實驗設置圖。圖3(c)為同時監(jiān)測GVD和DPSK信號的帶內OSNR的實驗設置圖。圖4 (a)為光譜圖。圖4(b)為40Gbit/s NRZ-DPSK信號的RF頻譜圖，該信號在以下不同條件下通過基于RF頻譜的芯片來捕捉:⑴沒有障礙，(ii) ASE 噪音和(iii)GVD.
圖5 為 40Gbit/s NRZ-DPSK 數據的 GVD and 帶內 OSNR 測量圖。圖6 (a)為光譜圖，以及圖6 (b)為以下情況的RF頻譜圖(i)沒有障礙的 MOGbit/s RZ-DPSK 信號，
(ii)ASE 噪音，和(iii)GVD。圖7為640Gbit/s RZ-DPSK數據的GVD和帶內OSNR測量圖。圖8(a)展示了用我們的方法檢測出的OSNR值，該值為從(a)40Gbit/s DPSK信號的OSA (沒有GVD情況)獲得的實際OSNR的函數。圖8(b)展示了從我們的方法檢測出的OSNR值，該值為從640Gbit/s DPSK信號的OSA (沒有GVD情況)獲得的實際OSNR的函數。圖9為具有蝕刻 在波導上的濾波器的單片集成電路波導和檢測器的簡要圖。
具體實施例方式1、操作原則A.RF頻譜監(jiān)測圖1展示了基于光子芯片2的RF分析儀4，該分析儀接收來自在線摻鉺光纖放大器(EDFA)S的輸入信號6，該輸入信號從發(fā)射器10傳輸至接收器12。中心頻率fs的測試信號(SUT) 14通過非線性波導2與頻率fp的窄帶連續(xù)波(CW)束16 —起傳播，由光學克爾(Kerr)效應引起交叉相位調制(XPM) [24]致使相位調制，該相位調制與共同傳播的CW探頭場上信號的瞬時強度成比例。該XPM因此繪制了 CW探頭上信號強度的快速波動，因為在探頭頻率20周圍產生新的頻率，擴展了其光譜。值得注意的是fs和fp之間的頻率分離必須要足夠大以避免光譜干擾。在非線性波導的輸出的探頭場Ep' (t)因此變成:
權利要求
1.種用于實時多重障礙信號性能監(jiān)測的光學裝置，其特征在于，所述裝置包括波導，該波導具有: 輸入區(qū)域，用于接收待檢測信號，和窄帶CW激光信號，非線性波導區(qū)域，用于將接收到的兩種信號混合， 一個以上的輸出區(qū)域，每個輸出區(qū)域均裝配有帶通濾波器，所述帶通濾波器提取混合信號的RF頻譜的各離散頻段， 其中，所述裝置還包括功率檢測器，用于輸出所提取的離散頻段信號。
2.據權利要求1所述的光學裝置，其特征在于，所述光學裝置還包括集成到裝置中的激光，用于提供窄帶CW激光信號。
3.據權利要求1或2所述的光學裝置，其特征在于，所述混合導致交叉相位調制。
4.據權利要求1，2或3所述的光學裝置，其特征在于，所述帶通濾波器是用平板印刷技術在波導上蝕刻而成的集成式帶通濾波器。
5.據前述任一項權利要求所述的光學裝置，其特征在于，該濾波器為布拉格光柵。
6.據權利要求1-4中任一項所述的光學裝置，其特征在于，所述濾波器為陣列波導光柵。
7.據前面任一項權利要求所述的光學裝置，其特征在于，只有兩個光學帶通濾波器和慢速功率檢測器。
8.據前面任一項權利要求所述的光學裝置，其特征在于，所述光學裝置還包括處理器，以進行離散頻段信號的RF頻譜分析。
9.據前面任一項權利要求所述的光學裝置，其特征在于，所述裝置由硅制造。
10.據前面任一項權利要求所述的光學裝置，其特征在于，所述波導由硅制造。
11.據權利要求1-9中任一項所述的光學裝置，其特征在于，所述波導為分散設計的、高度非線性硫族化合物(ChG)脊形波導。
12.據前面任一項權利要求所述的光學裝置，其特征在于，所述波導為非線性光纖。
13.據權利要求8所述的光學裝置，其特征在于，在RF頻譜上觀察到的特征直接用于同時進行群速度色散和帶內光信噪比的監(jiān)測。
14.據權利要求8所述的光學裝置，其特征在于，基于信號障礙和RF頻譜或自相關跡之間的關系，處理器同時檢測具有高測量動態(tài)范圍的GVD、OSNR和時間抖動。
15.據前面任一項權利要求所述的光學裝置，其特征在于，所述光學檢測器為慢速功率檢測器。
16.據前面任一項權利要求所述的光學裝置，其特征在于，所述光學裝置接收根據以下任一種調制方式調制過的待檢測信號: 開-關鍵控； 微分相移鍵控(DPSK)； 微分求積相移鍵控 (QPSK)；以及 光時分復用(OTDM)。
17.據前面任一項權利要求所述的光學裝置，其特征在于，所述裝置為單片集成光學芯片，該單片集成光學芯片集成了輸入、非線性波導和輸出區(qū)域。
18.據權利要求8和17所述的光學裝置，其特征在于，處理器區(qū)域也與裝置的其它區(qū)域集成在 一起。
全文摘要
本發(fā)明涉及實時多重障礙信號性能監(jiān)測，特別涉及一種光學裝置，例如為單片集成光學芯片，該芯片包括波導，所述波導具有接收待表征信號的輸入區(qū)域，和窄帶CW激光信號。非線性波導區(qū)域，以混合所接收的兩種信號，一個以上的輸出區(qū)域，每個輸出區(qū)域具有帶通濾波器，所述帶通濾波器提取混合信號的RF頻譜的各離散頻段，且還包括(慢速)功率檢測器，以輸出所提取的離散頻段信號。
文檔編號H04B10/079GK103098387SQ201180033943
公開日2013年5月8日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權日2010年6月21日
發(fā)明者喬·杜克·沃, 威廉·彼得·科克蘭, 馬克·大衛(wèi)·佩露西, 大衛(wèi)·詹姆斯·摩斯, 本杰明·約翰·埃格爾頓, 瓊恩·伯恩哈德·施羅德 申請人:悉尼大學