具有多個光電探測器的掃描光譜儀的製作方法

2024-03-01 00:42:15 1

專利名稱：具有多個光電探測器的掃描光譜儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及光譜儀，更特別地，涉及光纖網絡中的光學性能監測器。
背景技術：
光譜儀是測量諸如光的電磁輻射的光譜的儀器。光譜儀作為有效的分析和測量工具被廣泛地應用於科學和工業領域。例如，它們可以被用來遙感溫度，確定化學成分和化合物濃度，以及識別物質。用於測量作為波長函數的光功率的光譜儀稱為光譜分析儀(OSA)。大多數現有的 OSA利用諸如法布裡-珀羅幹涉儀或衍射光柵的波長可調濾光器來分辨各個光譜成分。在後一種情況中，光線以與波長相關的角度反射離開衍射光柵。然後基於光線被衍射的角度利用探測器陣列分析該光線的光譜。可替換地，使衍射光線移動到狹縫上然後利用光電探測器探測。傳統的OSA被作為在實驗室環境條件下運行的實驗室裝置製造。時常需要複雜的波長和光功率校準以確保裝置的波長和功率精度。此外，它們通常體積巨大且價格昂貴。使用波分復用(WDM)技術的光通信系統通過儘可能的間隔光信道(通常小於納米 (nm)間隔)以實現大的傳輸容量。隨著信道間隔的減少，監測信道的光譜特性在檢驗系統功能性，識別特性漂移，以及隔離系統故障方面將變得更關鍵。例如，這種監測在探測波長漂移方面是關鍵，該波長漂移能夠容易地使一個光學信道中的信號越過一個信道而進入另一個信道。同樣，網絡元件的實時反饋對於確保通常應用於網絡中的光放大器的穩定運行是關鍵的。光通信系統需要功能類似於傳統的OSA並且同時滿足嚴格的工業要求的工業級光性能監測器(OPM)。它們必須相對較便宜，尺寸緊湊，具有與實驗室級OSA接近的報告功率和波長精度，但是在裝置的使用期限中不需要額外的校準，並且能夠在密集間隔的頻率點以高光譜解析度和高動態範圍監測光。OPM通常輸出作為光頻率而不是波長的函數的光譜，因為光學信道的標準光譜柵格，所謂的ITU柵格，是在頻率上而不是在波長單元上是等距的。具有能夠監測光通信鏈路的一光波段中的所有信道的OPM是有利的。具有監測每個信道的光信噪比(OSNR)的額外功能也是有利的，這不僅需要監測各個信道，也需要監測信道間的光以估計光噪聲級，從而進一步增加OPM的光譜分辨要求。現在的WDM網絡在一個大約5000GHz的光通信波段中可以使用信道間隔為25GHz的信道多至200個；這些網絡將受益於能夠監測至少200個具有25GHz間隔的頻率信道的0ΡΜ。通過提供OSNR監測能力，這種OPM同樣可以有利地用在具有200GHz、IOOGHz和50GHz間隔的信道的通信系統中。一種類型的工業級OPM通過角度調諧諸如衍射光柵的色散元件獲取光譜。例如，Bouevitch等人的轉讓給JDSU公司的美國專利6，118，530教授了一種具有磁性致動的彎曲支承的衍射光柵和在每個掃描中用於精確波長參考的專用分離信道的掃描無摩擦光譜儀， 該文獻通過參考結合於此。Bouevitch等人的掃描方法的優點是基於橫跨整個光譜區連續掃描波長的能力，其極大地提高了所獲得光譜的保真度以及OSNR和峰值波長確定的精確度。不利地，掃描光譜儀經常慢於其基於對應物的探測器陣列。較慢的測量速度是由下面的事實導致的在傳統的掃描光譜儀中，大部分入射光被放棄，並且在任意給定的時間只有有限的光頻率成分被允許照射到光電探測器上。此外，必須旋轉諸如衍射光柵的相對大的光學元件減小了現有掃描OPM的整體可靠性和預期壽命。另一種工業級的OPM通過在空間分散輸入光並且利用例如光電二極體陣列(PDA) 的多個光電探測器獲得平行輸入信號的光譜的所有監測光譜點，以同時在多個監測的頻率處同時獲取光譜信息；體(bulk)光柵、閃耀光纖布拉格光柵、波導階梯(echelle)光柵或陣列波導光柵(AWG)可被用作色散元件。不利地，PDA中的光電二極體的數量按適合的比例對應于波長解析度，因而增加了裝置的尺寸和成本，並降低了其可靠性。如果測量每個信道的0SNR，就必須在單個信道的色散光線內提供幾個光電探測器。因此，四信道光監測器通常需要至少12個光電二極體。由於現有的光電二極體陣列通常被提供在多至1 個光電二極體的條帶中，所以這允許稍微超過30個信道的監測。於1997年4月1日授權給Koga等人的美國專利5，617，234公開了能夠精確辨別 WDM信號的波長並適於光集成電路的多波長同時監測電路，該文獻通過參考結合於此。Koga 提出的裝置是具有單個輸入埠和多個輸出埠並具有耦合到AWG的輸出埠的光電探測器的陣列波導光柵(AWG)。Koga的裝置需要等於具有比信道間的間隔更好的頻率解析度的監測信道的數量的大量輸出埠以及等於將被監測的信道的數量的大量昂貴的光電探測器，而不提供OSNR測量能力的AWG。近來，已經進行了一些嘗試來通過結合上述的順序的和平行的獲取方法來提供定標問題的解決方案，其中監測器的尺寸，設計複雜性，例如，光敏元件的數量，以及控制的複雜性亞線性地依比例決定於監測的波長範圍內的多個監測波長。例如，以Berolo等人名義的美國專利6，753，958公開了一種利用相對小數量的光電二極體監測大量的波長而不動態調諧可能需要複雜的實時監測和控制的波長選擇元件的方法，該文獻通過參考結合於此。Berolo等人教授了一種具有通過開關耦合到多個輸入波導的光輸入埠的0ΡΜ，該多個輸入波導被順序地開關以通過該多個輸入波導中的一個提供從輸入埠接收的光到將光色散向多個光電探測器的波導階梯光柵。階梯光柵根據輸入波導的位置色散從輸入波導接收的光，因此光電探測器獲得的光具有取決於經過輸入波導進入光柵的光的不同的中心波長。通過布置輸入波導以使得當光被在鄰近輸入波導之間開關時由光電二極體取樣的中心波長偏移WDM信號的信道間隔的一小部分，光攜帶的WDM 信號被以等於信道的該小部分的頻率周期取樣。不利地，當光信道密度增加時，輸入波導之間的串擾有效地限制了可獲得的數據點的數量。進一步，Shen等人的轉讓給JDSU公司的美國專利7，035, 505和US7, 130，505公開了一種基於具有設置在光開關和耦合到AWG的輸出波導的光電二極體陣列之間的多個遊標輸入波導的多路分配陣列波導光柵(AWG)的光性能監測器，上述文獻通過參考結合於此。在某種意義上類似於熟知的遊標刻度，例如，遊標卡尺中的刻度的具有不同於N個輸出波導的頻率間隔的頻率間隔的M個輸入波導的特定位置圖案足以提供在多至MXN個頻率點測量光譜的能力。不利地，Shen等人的方法由於遊標幾何結構產生了一組摺疊的光譜並因此需要密集光譜的展開處理計算。進一步，對於Berolo等人和Sien等人的兩種方法，需要耦合到光開關的外部波導，這使得設計變得複雜並且增加了光損耗。本發明的目的是提供一種結合了基於掃描和探測器陣列兩種方法的優點的光譜儀。本發明的光譜儀利用不受限於儀器的幾何結構的多個測量點提供高保真度的掃描光譜。進一步，有利地，本發明的光譜儀利用平行探測，為了光譜選擇性而放棄的光遠少於上述現有技術的掃描方法中所放棄的。更進一步，有利地，本發明的光譜儀實現了多個可選擇的輸入埠而不增加相應的複雜性，例如，不需要在輸入端結合附加的開關，這將顯著地節約了需要多埠光譜測量的系統的成本。

發明內容
根據本發明，提供一種用於測量具有頻率範圍Af的光的光譜的光譜儀，該光譜儀包括用於接收光並將該光中繼到M個源點^11的M個輸入埠 Pm，其中M彡1 ；並且m是滿足條件1< m彡M的整數；耦合到M個輸入埠 Pm的輸入掃描裝置，用於將來自M個源點^11中的任一個的光中繼到中間點，其中在操作中，中間點的位置X被掃描裝置在X= X2-X1的掃描範圍內從值X1連續掃描到值& ；耦合到輸入掃描裝置的色散裝置，用於根據光的中間點位置X在空間上分開光的頻率成分；耦合到色散裝置的N個探測器Dn，用於根據光的光頻率探測光，其中2 ;n是滿足條件2 < η < N的整數；並且每個探測器Dn被設置來接收中心頻率fn(x)處的光頻率成分，使得當χ被在值&和X1間掃描時，中心頻率fn(X)被在f= fn(x2)"fn(X1)的範圍內掃描；其中，對於光頻率範圍Af內的任何中心頻率&，至少有一個η = 和至少一個χ =Xo 滿足 fno (xO) = fo°根據本發明的另一方面，還提供一種用於測量光纖網絡中的光信號的光功率，或中心波長，或光信噪比的光性能監視器，該光性能監視器包括用於發射包含光信號的光的輸入波導；用於將光分成光頻率成分的陣列波導(AWG)多路分配器，該AWG多路分配器具有 輸入平板波導，耦合到該輸入平板波導的光柵波導陣列，耦合到該光柵波導陣列的輸出平板波導，以及耦合到該輸出平板波導的星形耦合器；其中，星形耦合器具有多個輸出波導， 其中每個輸出波導被耦合到用於響應照射到其上的光以產生電信號的光電二極體；耦合器，其用於將輸入波導發射的光耦合到具有傾角的可傾斜微機電(MEMS)鏡並在由所述傾角限定的位置處從將該MEMS鏡反射的光自由空間耦合到AWG多路分配器的輸入平板波導；以及控制器，其用於在掃描周期期間連續掃描MEMS鏡的傾角，並且用於在掃描周期期間從光電二極體採集電信號，以及用於結合所述信號以便獲得光纖網絡中的光信號的光功率，或中心波長，或光信噪比。根據本發明的再一個方面，還提供一種測量具有頻率範圍Af的光的光譜的方法，該方法包括在M個源點的任一個接收光，其中M彡1 ；並且m是滿足條件1 SmSM的整數；中繼來自M個源點^11中的任一個的光到在位置χ處的中間點；在χ= X2-X1的掃描範圍內從位置X1到位置&連續掃描中間點的位置χ;根據光的中間點的位置χ空間分開光的頻率成分；利用N個探測器Dn探測光的頻率成分，其中N彡2 ;n是滿足條件2 < η < N的整數；其中每個探測器Dn被設置來接收中心頻率fn(x)處的光頻率成分，使得當χ被在值& 和X1間掃描時，中心頻率fn(χ)被在f= fn(x2)-fn(X1)的範圍內掃描；其中，對於光頻率範圍Af內的任何中心頻率&，至少有一個η = Iitl和至少一個χ =X0 滿足 fno (X0) = f0 ；以及在掃描裝置在χ = X2-X1的掃描範圍內掃描的過程中，從N個探測器化採集信號，以及在各自頻率範圍f= fn(x2)"fn(X1)內結合所述信號，以便獲得頻率範圍Δ ·內的光的光譜。


下面將結合附圖描述本發明的示範性實施例圖IA和IB分別是現有掃描光譜儀和探測器陣列光譜儀的圖；圖2是本發明的光譜儀的圖；圖3AJB和3C表示的是與圖2的光譜儀的探測器陣列的平面圖相關的光譜；圖4是本發明的光性能監測器(OPM)的優選實施例的平面圖，其中OPM是基於可傾斜的微機電(MEMS)微鏡和陣列波導光柵(AWG)多路分配器；圖5Α和5Β是AWG多路分配器的輸入平板波導的平面圖；圖6是示出施加到AWG的輸入平板波導的掩模的放大圖；以及圖7描述的是掩模和輸入平板波導以及單個測量信道的傳輸函數組的正視圖，其中傳輸函數與最終測量的光譜相關。
具體實施例方式雖然本發明的教導結合不同的實施例和例子描述，但是並不表示本發明的教導僅限於這些實施例。相反，本發明的教導包含本領域技術人員能夠意識到的不同替代實施例， 修改實施例以及等效實施例。參考圖1Α，所示的現有掃描光譜儀100Α的圖包含輸入埠 102，準直透鏡104，衍射光柵106，聚焦透鏡108，狹縫110和探測器112。表示輸入狹縫或輸入波導的輸入埠 102限定色散光束103的起始點，該色散光束103被準直透鏡104準直以產生準直光束105。 光束105投射到衍射光柵106，該衍射光柵106將光束色散成各個單色光束的扇形。例如， 光頻率為的光束107-1直著傳播到透鏡108，並且光頻率為f2的光束107-2以圖IA所示的角度傳播到相同的透鏡108。透鏡108聚焦光束107-1和107-2到與狹縫110的平面重合的焦平面。光頻率為的光束穿過狹縫110並在探測器112中產生光電流，同時光頻率為f2的光束被狹縫110阻擋。在衍射光柵106被按箭頭114所示被旋轉之後，光頻率為 f2的光束將穿過狹縫110。現在轉到圖1B，所示的是現有探測器陣列光譜儀100B的圖。圖IB的光譜儀100B 由與圖IA的光譜儀100A相同的部分組成除了用圖IB中的探測器陣列116代替圖IA中的狹縫110和單個探測器112。圖IB的光譜儀100B和圖IA的光譜儀100A的另一個重要的不同是在圖IB的光譜儀100B中，衍射光柵106不被旋轉；代替地，光頻率為和f2的兩束光被探測器陣列106的不同探測器同時探測，不同探測器分別為探測器106-1和探測器 106-2。由於不同頻率的光被探測器陣列106的不同探測器同時探測，數據採集速度遠高於圖IA的掃描光譜儀100A的數據採集速度。不利地，圖IB的光譜儀100B的光譜點的數量限於探測器陣列116中的單個探測器的數量。現在轉到圖2，所示的本發明的光譜儀200包括輸入埠 202、第一準直裝置220、 掃描鏡222、第一聚焦裝置224、第二準直裝置204、色散裝置206、第二聚焦裝置208和探測器陣列216。優選地，輸入埠 202是輸入光纖，掃描鏡222是微機電(MEMQ鏡，並且色散裝置206是衍射光柵。在操作中，輸入埠 202發射發散光束223，該發散光束223被第一準直裝置220準直以產生入射到掃描鏡222上的準直光束225。反射光束被第一聚焦裝置 2 聚焦到中間焦平面226，使得當掃描鏡222被按箭頭2 轉動時，在圖2中的中間焦平面2 中的中間焦點230向上移動。在通過中間焦平面2 之後，發散光束203被第二準直裝置204準直以產生照射到色散裝置206的準直光束205。色散裝置206根據其光頻率再次引導光束205。為了簡單，圖2中只示出了頻率成分為&的光束207-1。光束207-1被聚焦到探測器陣列216上。當掃描鏡222被連續傾斜時，或按箭頭2 掃描時，光束203，205 和207-1如圖2所示的虛線移動，以便移動光頻率為的光束的焦斑橫跨探測器陣列216 的探測器216-1。其它光頻率的光束，未示出，被掃描橫向通過探測器陣列216的各自的探測器。當掃描鏡222被掃描時，探測器陣列216的每個探測器將發現一亞組(sub-set)入射光信號的光頻率譜。當被結合時，這些光頻率譜亞組將產生光譜儀200測量的信號的整個光譜。優選地，亞組的光譜範圍等於所覆蓋的整個光譜範圍除以探測器陣列216中的探測器數。圖2中所示的準直和/或聚焦裝置220，224，204和208是透鏡，這是為了光譜儀 200的操作原理解釋方便的原因。具有光功率的其它元件，例如凹面鏡可以用作聚焦裝置 220，224，204和208 ；此外，裝置220和2M可被結合成單個雙通光學元件；類似地，裝置204 和208可被結合以增加緊密性並減少裝置的成本。進一步，可以理解裝置204，206和208 可由單個元件取代，例如凹衍射光柵。現在參考圖3A-3C，更進一步地說明圖2的光譜儀200的數據採集原理。在圖 3A-3C中，探測器陣列316對應於圖2中的探測器陣列216。光譜302是在探測器陣列316 的平面中以光頻率f色散的光的光功率密度P的分布。當掃描圖2中的鏡222時，光譜302 將橫跨探測器陣列316的探測器316-1-316-9移動，如箭頭318A-318C所示。例如，在圖
中，光譜302的峰值與探測器陣列316的各個探測器重疊。在圖3C中，這些峰值從各個相應的探測器向右偏移。所有的掃描亞範圍Sf與光譜302的整個光譜範圍Af滿足下述關係δ f = Af/N, (1)其中N是探測器陣列316中探測器的總量。在圖3A-3C中，N = 9。可替換地，所有的掃描亞範圍δ ·可被做的稍大於Af/N以允許過掃描 (overscan)，以便使從探測器陣列316的各個探測器獲得的光譜的「縫合」工作變得容易。 過掃描的條件可以表示為δ f > Δ f/N, (2)。圖2的光譜儀200繼承了圖IA和圖IB中的兩種光譜儀100A和100B的優點，而沒有它們大部分的共同缺點。實際上，光譜儀200產生具有高保真度和改進的峰值頻率測定精度的掃描光譜，而不必丟棄大部分頻率色散的光。事實上，圖2中的光譜儀200的信號利用率大約比圖IA中的光譜儀100A的信號利用率大N倍。有利地，在光譜儀200被用作光性能監測器(OPM)的情況下，亞範圍δ f被選取等於光通信網絡中的信道頻率間隔，例如 100GHz，掃描亞範圍δ f的中心對應於ITU柵格的光頻率。進一步，有利地，由於下述事實光譜儀200對掃描機構的要求非常寬鬆，第一圖2中的掃描鏡222可以做得比色散裝置206 小得多且輕得多，第二掃描角可被做得足夠小以致於可以利用適合的技術，例如MEMS傾斜微鏡技術，這極大地提高了掃描光譜儀200的整體可靠性。更進一步，有利地，可以利用平面陣列波導光柵(AWG)多路分配器以取代第二準直裝置204，色散裝置206和第二聚焦裝置 208，這將在下面示出。現在參考圖4說明本發明的光譜儀的另一個優選實施例。光譜儀400包括提供多個輸入埠的輸入光纖陣列402，光耦合到光纖陣列402的耦合來自各個光纖的光進入平面光波電路(PLC) 406的微透鏡陣列404，耦合來自PLC406的光到MEMS鏡410並返回 PLC406的透鏡408，耦合到PLC406的兩個光電二極體陣列412-1和412-2，其中所述光電二極體陣列412-1和412-2分別通過帶狀電纜416-1和416-2提供電輸入到控制器414。 控制器414通過線418連接到MEMS致動器409。MEMS致動器409響應於由控制器414通過線418到MEMS致動器409施加的電壓而傾斜MEMS鏡410。PLC406包括通過微透鏡陣列 404 一對一光耦合到輸入光纖陣列402的多個光纖的輸入波導陣列422和具有輸入平板波導426，波導陣列428，輸出平板波導430，和光耦合到探測器陣列412-1和412-2的多個輸出波導432的AWG多路分配器424。操作中，將被測量光譜的光通過輸入光纖陣列402中的一根光纖被輸送並且被耦合進入輸入波導陣列422的各自輸入波導。透鏡408準直輸入波導陣列422發射的輸出光束407並將其引向以取決於施加到MEMS致動器409上的電壓的角度反射該光束的MEMS鏡410。在所有可能的光束路徑，圖4示出了反射光束的兩個路徑411A和411B。路徑411A和411B分別以實線和虛線示出。沿著這些路徑傳播的光束被耦合進入AWG多路分配器似4的平板波導426，並且所述多路分配器將光束分成各個頻率成分，每個頻率成分在輸出波導陣列432的相應波導中傳輸。在陣列432的輸出端，照射到相應光電二極體上的光束產生取決於所述光電二極體上的光功率級的光電流。光電流由控制器414記錄。控制器414掃描通過線418施加到MEMS致動器409的電壓以使如箭頭420 所示傾斜MEMS鏡410並使反射光束從路徑411A向411B掃描。隨著光束掃描，光進入平板波導426的發射點419在圖4中向上移動，這有效地掃描耦合進入輸出波導432並照射到光電二極體陣列412-1和412-2的光電二極體上的光的中心光頻率。熱敏傳感器(thermalsensor)，未示出，可以被用來測量PLC406的溫度並補償AWG多路分配器的波長漂移。現在參考圖5A和5B，通過兩個輸入平板波導，即圖5A中的板502A和圖5B中的板502B的平面圖更進一步說明圖4中的輸入平板波導426的幾何結構。在圖5A中，基板 506A支承平板波導502A和耦合到平板波導502A的多個輸入波導504，以及從相反側耦合到所述平板波導的多個輸出波導508A。在圖5B中，基板506B支承平板波導502B和多個輸出波導508B。代替輸入側的波導，平板波導是打開的以從基板的外部耦合光。例如並用於說明的目的，通過沿著虛線510切割基板506A，可以從圖5A中的平板波導502A獲得圖5B 中的平板波導502B。圖5B中的平板波導502B的優點是光可以沿著基板506B的一側511 在連接圖5B中的點^c1和&的直線的任意點χ被耦合進入平板波導502B，然而在圖5A的平板波導502A中，光耦合進入平板波導502A的點的位置是根據圖5A中的輸入波導504的右端的位置預先確定的。附加地和有利地，光沿著連接點X1和&的線進入平板波導502B的耦合公差被極大地降低，這將導致沿著所述線耦合進入平板波導502B的光的更好的重複性的和更均勻的插入損耗。進一步，有利地，圖5B的輸入平板波導的幾何結構實現了位置為χ的光的中間點的掃描，這將有效地掃描圖4中的AWG多路分配器424的輸出波導的中心波長。利用諸如圖4中的MEMS鏡410的可傾斜MEMS鏡對光進入平板波導的入口的圖5B 的中間點χ的掃描具有另外重要的優點，特別地，其允許在本發明的光譜儀中結合多個輸出埠而不需要引入額外的光開關。現在參考圖6，提供的是圖4中的光譜儀400的放大圖。圖6中的三個輸入波導 601，602和603同時分別發射如箭頭641，642和643所示的光束。透鏡608準直光束並將它們引向MEMS鏡610。選取透鏡608的位置，波導601、602和603的角度，以及MEMS鏡610 的位置，以便由箭頭641、642和643分別表示的三束光束在MEMS鏡610上重疊。例如，當波導601、602和603彼此平行時，透鏡608應該被放置在距平板波導626的輸入小面646 的一個焦距處，而MEMS鏡610應該被放置在距透鏡608的一個焦距處。反射離開MEMS鏡 610之後，光束652被聚焦在輸入平板波導626的輸入小面646處。在光譜儀的正常操作期間，MEMS鏡610的傾角被如箭頭620所示掃描。為了在掃描期間阻止波導601和603發射的光進入平板波導626，施加掩模644到輸入小面646。掩模646的寬度δ x被選擇成小于波導601和602之間的距離以及波導602和603之間的距離。通過比較波導601、602和 603的位置和圖6中的虛線的位置，可以發現，只要光束652耦合進入平板波導626，則波導 601和603的光束不能進入所述平板波導626。但是，通過在不同的角度傾斜MEMS鏡610， 能夠將箭頭641表示的光束耦合進入平板波導626。由於掩模644的存在，只有來自輸入波導601、602或603中的一個的光束可以進入平板波導626。因此，當以比對應於掃描的角更大的角傾斜時，用於掃描光譜的相同的鏡610可被用來在多個輸入波導601、602和603之間開關。為了減少開關輸入波導601，602和603所需的MEMS鏡610的傾角幅度，並且還為了降低透鏡608引起的光學像差，輸入波導601、602和603從在光纖陣列側例如250微米的間距扇入(fan in)到圖6中所示的MEMS側的20和40微米之間的值。現在參考圖7，示出掩模744和輸入平板波導7 的正視圖，其中在由基板706支承的輸入平板波導726的前小面746上的聚焦光斑719的位置是與四個未示出的單獨測量信道的四個傳輸函數T1. . T4的光學頻移相關的。在整個圖7中，術語「測量信道」指的是AffG多路分配器的輸出波導，例如圖4中的AWG多路分配器4M的耦合到相應的用於該信道中的光功率的測量的光電二極體的輸出波導。當具有由輪廓760表示的頻率譜的光的光斑 719被在如箭頭750所示的方向在輸入平板波導726的輸入小面746上從位置751到位置 758掃描時，對應於傳輸函數T1. . T4中的峰值傳輸的光頻率，在本例子中被以IOOGHz分開， 在圖7中被連續地向右偏移。光斑719的位置和相應的偏移傳輸函數之間的關係被象徵性地用水平虛線761說明。當光斑719偏移值δ χ時，傳輸函數T1.. T4中的峰值光頻率偏移值Sf。在對應於傳輸函數T1.. T4的測量信道中探測的星762表示的光功率的值被加在一起以形成測量的光譜766，如利用垂直虛線764象徵性地示出。來源於不同的輸入波導的兩個其它聚焦光斑718和720在光斑719的掃描期間被掩模744阻擋。
權利要求
1.一種用於測量光纖網絡中的光信號的光功率，或中心波長，或光信噪比的光性能監測器，所述監測器包括第一輸入波導，其用於發射包含第一光信號的光；陣列波導光柵多路分配器，其用於將由所述第一輸入波導發射的所述光分成光頻率成分，所述陣列波導光柵多路分配器具有輸入平板波導，耦合到所述輸入平板波導的光柵波導陣列，耦合到所述光柵波導陣列的輸出平板波導，以及耦合到所述輸出平板波導的星形耦合器；其中，所述星形耦合器具有多個輸出波導，其中，每個所述輸出波導被耦合到用於響應照射到其上的光以產生電信號的光電二極體；耦合器，其用於將所述第一輸入波導發射的光耦合到具有第一傾角的可傾斜微機電鏡，並用於在由所述第一傾角限定的位置處將從所述微機電鏡反射的所述光自由空間耦合到所述陣列波導光柵多路分配器的所述輸入平板波導；以及控制器，其用於在第一掃描周期期間連續掃描所述微機電鏡的所述第一傾角，並且用於在所述第一掃描周期期間從所述光電二極體採集所述第一電信號，以及用於結合所述第一信號以便獲得所述光纖網絡中的所述第一光信號的光功率，或中心波長，或光信噪比。
2.如權利要求1所述的光性能監測器，還包括第一輸入波導，其用於發射包含第二光信號的光；其中所述耦合器用於將所述第二輸入波導發射的光耦合到具有第二傾角的可傾斜微機電鏡，並用於在由所述第二傾角限定的位置處將從所述微機電鏡反射的所述光自由空間耦合到所述陣列波導光柵多路分配器的所述輸入平板波導；以及其中所述控制器用於在第二掃描周期期間連續掃描所述微機電鏡的所述第二傾角，並且用於在所述第二掃描周期期間從所述光電二極體採集所述第二電信號，以及用於結合所述第二信號以便獲得所述光纖網絡中的所述第二光信號的所述光功率，或所述中心波長， 或所述光信噪比。
3.如權利要求2所述的光性能監測器，還包括設置在所述耦合器和所述陣列波導光柵多路分配器之間的掩模，用於在所述第二掃描周期期間阻擋由所述第一輸入波導發射的光，並在所述第一掃描周期期間阻擋由所述第二輸入波導發射的光。
4.如權利要求2所述的光性能監測器，其中所述第一輸入波導和所述第二輸入波導和所述陣列波導光柵多路分配器是平面光波電路的一部分。
5.如權利要求4所述的光性能監測器，還包括輸入光纖陣列，所述輸入光纖陣列具有分別光耦合到所述第一輸入波導的第一光纖和光耦合到所述第二輸入波導的第二光纖。
6.如權利要求5所述的光性能監測器，還包括微透鏡陣列，所述微鏡陣列具有第一微鏡和第二微鏡，用於分別將所述第一光纖光耦合到所述第一輸入波導和將所述第二光纖光耦合到所述第二輸入波導。
7.如權利要求1所述的光性能監測器，其中所述第一輸入波導和所述陣列波導光柵多路分配器是平面光波電路的一部分。
8.如權利要求1所述的光性能監測器，還包括熱敏傳感器，用於測量所述陣列波導光柵多路分配器的溫度，以補償所述陣列波導光柵多路分配器的波長漂移。
9.如權利要求1所述的光性能監測器，其中所述陣列波導光柵多路分配器的所述輸入平板波導具有輸入小面，用於自由空間耦合光進入所述輸入平板波導。
10.如權利要求9所述的光性能監測器，其中所述耦合器具有焦距，並且其中所述耦合器被放置在距離所述輸入平板波導的所述輸入小面基本一個焦距處。
11.如權利要求10所述的光性能監測器，其中所述耦合器是透鏡。
12.如權利要求3所述的光性能監測器，所述陣列波導光柵多路分配器的所述輸入平板波導具有輸入小面，用於自由空間耦合光進入所述輸入平板波導；其中所述耦合器具有焦距，並且其中所述耦合器被放置在距離所述輸入平板波導的所述輸入小面基本一個焦距處；以及其中所述掩模具有小於所述第一輸入波導和所述第二輸入波導之間的距離的寬度，由此，在操作中，在所述第二掃描周期期間，由所述第一輸入波導發射的光被阻擋，並且，在所述第一掃描周期期間，由所述第二輸入波導發射的光被阻擋。
全文摘要
本發明涉及一種具有探測器陣列的掃描光學光譜儀，其中利用微機電(MEMS)可傾斜微鏡掃描在諸如具有平板波導輸入的陣列波導光柵(AWG)的色散元件的輸入端的光的聚焦光斑的位置，以便在耦合到AWG的探測器陣列上掃描光的色散光譜。用處理器單元連接單個探測器記錄的亞光譜以獲得輸入光的光譜。
文檔編號G01J3/28GK102322955SQ20111024733
公開日2012年1月18日 申請日期2008年8月13日 優先權日2007年8月13日
發明者埃裡塞歐·蘭奈利, 巴特勒米·方達, 沈錦熙, 詹姆士·F.·法雷爾, 道格拉斯·E.·克拉夫茨, 飛利浦·達根 申請人:Jds尤尼弗思公司