專利名稱：通過可變波長度量色散的設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于度量光纖中的色散(CD)的設備，以及涉及相關的方法。
色散是光纖的一種特別重要的特征，這是由于它在用于電信的光纖中傳播的信號上引起的失真效應。
眾所周知，這種現(xiàn)象與不同的群速相聯(lián)系，光信號的各種不同譜分量以這些群速在例如光發(fā)射機和光接收機之間或光纖的第一和第二端之間的光纖中傳播。
由于群速不同，光信號的各譜分量在不同的時刻到達接收機，并且確定接收信號在模擬傳輸系統(tǒng)和數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的失真。
眾所周知，光纖的色散主要由兩個因素確定制作光纖的材料的色散特性(材料的折射率對頻率的依賴性)；以及光信號在波導中傳播的本性(所謂的“波導色散”)。
可以通過對光纖的折射率分布的仔細設計，而適當控制光纖的色散實際上，當今，制造光纖使之具有特定研究的色散特性，以滿足最復雜的光傳輸系統(tǒng)的要求。
特別對于比特率為10Gbit/s或更高的傳輸系統(tǒng)，隨著所述的要求變得更加苛刻，不僅在工廠的產品質量鑒定階段中，而且在對于新的或非新近安裝的系統(tǒng)的領域中，精確“表征”光纖CD的需要也會增加。
為了在近來的光纖上設計和安裝新一代傳輸系統(tǒng)(比特率為10Gbit/s或更高)，或者在非新近系統(tǒng)的情況下，為了驗證支持更高傳輸容量的可能性，所述“表征”是必不可少的。
背景技術：
如今，通過至少三種不同的、被統(tǒng)一的技術度量光纖的色散，如例如ITU-T建議G.650中所述。在這些技術中，最常用的技術之一是所謂的相移(PS)技術。它包含度量由光纖段引入的相移，該光纖段通過調制光載波的正弦信號被度量，使該光載波在光纖本身中傳播。在前述的光載波的不同的波長處重復該度量，并且對于所述波長中的每一個，計算調制正弦信號的群時延，它與前述的相移成正比。
例如，美國專利第6,313,934號中描述了用于度量色散的設備或儀器的一個實施例。
除了其它內容之外，該文件描述了一種用于度量色散的方法，其中度量由光纖段引入的調制光載波的正弦信號的相移，該度量是通過利用從GPS(全球定位系統(tǒng))獲得的絕對定時系統(tǒng)使位于光纖本身的終端的用于產生和度量該正弦信號的適當設備同步來實現(xiàn)的。
現(xiàn)有技術方法使得必須同時接入要被表征的光纖的兩端，將適當?shù)膬x器應用于光纖的兩端，且必須利用絕對參考系統(tǒng)來同步在光纖兩端處的儀器。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目標是提供一種度量設備和相關方法，它不必要求接入光纖兩端以執(zhí)行色散度量，也不需要利用絕對參考系統(tǒng)以同步儀器。
該目標是通過要求保護的用于度量光纖的色散的設備和相應的方法來實現(xiàn)的。
具體地，該目標是通過允許僅接入光纖本身的一端來表征或度量光纖段的色散的設備來實現(xiàn)的。
根據本發(fā)明的另一個特征，該設備不需要絕對外部參考信號，其中具有確定被度量的光纖的色散所必需的全部要件。
附圖簡述通過以下對優(yōu)選實施例的描述，本發(fā)明的該特征和其它特征將變得顯而易見，該優(yōu)選實施例完全通過非限制性的例子與附圖輔助來描述，其中


圖1示出了根據本發(fā)明的用于度量色散的設備的方框圖；以及圖2示出了在圖1的設備中使用的度量色散的脈沖信號的一個例子。
具體實施例方式
參照圖1，根據本發(fā)明的設備或儀器10包含一個可調諧光信號源(光源)11；一個用于產生調制脈沖的設備(信號發(fā)生器)12，它能夠通過調制器或乘法器設備19，調制由光源11產生的光信號；以及可以在要表征或分析的光纖50上傳送已調制光信號的耦合設備15。
設備10還包含一個連接于光接收機16的輸出處的相位比較器14，和一個通過各自的控制線(在圖中以虛線示出)連接至光源11、信號發(fā)生器12、相位比較器14和光接收機16的控制處理器(處理器)18。設備10通過耦合設備15連接至與該設備10鄰接的末端相應的光纖(光纖段)50的第一個終端。
根據本實施例，要被表征或度量的光纖段50具有與第二端相應、通常遠離設備10的反射終端51，它是一種已知的類型，例如由特定連接至光纖的末端以執(zhí)行表征的反射光學元件構成，或者優(yōu)選地，由不成角的終端連接器構成。
本身已知的設備10的光信號源11能夠基于由處理器18通過各自的控制線傳送的命令產生可變波長的光信號，并將它們發(fā)送至調制器設備(調制器)19，用調制脈沖進行調制。
信號發(fā)生器12包含本身已知的正弦信號的發(fā)生器(正弦發(fā)生器)23、脈沖信號的發(fā)生器(脈沖發(fā)生器)24和相關聯(lián)的乘法器設備29，并且能夠產生前述正弦信號和脈沖信號的乘積，并且將它們發(fā)送至調制器19，作為通過圖2舉例所示的種類的調制信號。
具體地，調制信號(調制)由具有確定的持續(xù)時間和周期性的脈沖成形，其中各脈沖本身的幅度以正弦的方式相對一個參考電平可變。
正弦發(fā)生器23和脈沖發(fā)生器24均通過各自的控制線由處理器18進行控制，以使得正弦信號和脈沖的特征均可以變化。
此外，正弦發(fā)生器23和脈沖發(fā)生器24通過各自的連接，均連接至相位比較器14，并且能夠將各自的信號發(fā)送至比較器14本身。
本身已知的耦合設備15例如由定向耦合器或由光環(huán)行器構成，它能夠收集來自乘法器19的已調制光信號，并且通過第一個終端將其發(fā)送至光纖50。
耦合設備15還能夠收集由反射終端51發(fā)射回來的信號，并且通過相應的光連接，將它們發(fā)送至光接收機16。
已知類型的光接收機16的輸入連接至耦合設備15，且輸出連接至相位比較器14，并且它能夠檢測反射回來的信號并將它們轉換成能夠被相位比較器14度量的電信號。
已知類型的相位比較器14能夠度量來自正弦發(fā)生器23的信號與由光接收機16通過光纖段50接收的信號之間的相位差。
具體地，相位比較器14能夠度量由正弦發(fā)生器23產生的連續(xù)正弦信號與由光接收機16接收的反射回來的脈沖正弦信號之間的相位差，并且將這種信息通過相應的連接發(fā)送至處理器18。
已知類型的處理器18能夠基于在設備10的設計期間開發(fā)的程序來控制儀器10的不同設備，特別是光源11、脈沖發(fā)生器24、正弦發(fā)生器23、相位比較器14和光接收機16，并且基于來自相位比較器14的信息，將相位差和群時延的度量結果計算并顯示為波長的函數(shù)。
具體地，處理器18能夠基于被測量的光纖段50的特性，諸如長度、第一個終端和反射終端51之間存在任何中間連接器等等，調整由脈沖發(fā)生器24產生的脈沖的持續(xù)時間和重復頻率。
脈沖的持續(xù)時間(圖2)例如由處理器18通過這樣一種方式確定(圖1、圖2)，使得它不大于所述脈沖本身在被度量的光纖段50中的傳播時間的兩倍。以相同的方式，脈沖的周期性或重復周期例如由處理器18以這樣一種方式確定，使得它不小于被度量的光纖段50中的兩端之間的傳播時間的四倍。
本技術領域中的技術人員將很容易理解，對于脈沖的持續(xù)時間和脈沖本身的重復周期，以上指出的條件諸如允許相位比較器14選擇性地度量由正弦發(fā)生器23產生的正弦信號與由反射終端51反射的正弦信號之間的相位差。
在來自出現(xiàn)在被測量的光纖段50中的所有光連接器(包括在第一個終端處的連接器)的反射期間，處理器18還能夠通過各自的控制連接禁止相位比較器14的操作。具體地，通過脈沖發(fā)生器24自身和相位比較器14之間的連接，該禁止與脈沖發(fā)生器24產生的脈沖同步地實現(xiàn)。
處理器18還能夠通過各自的控制連接控制光接收機16，根據光接收機16本身接收的信號的特性，調整例如增益、帶寬等一些操作參數(shù)。
根據本發(fā)明的設備10的操作如下。
已調制光信號通過來自光源11的信號和信號發(fā)生器12的信號(圖2)的組合產生，通過耦合設備15被發(fā)送至光纖50的第一端，并且傳播至光纖的另一端，在此它由反射終端51反射并返回至耦合設備15。
耦合設備15將由反射終端51反射的光信號發(fā)送至光接收機16，在此它被轉換為電信號并被發(fā)送至相位比較器14，用于度量由正弦發(fā)生器23在本地產生的正弦信號與由反射終端51反射的信號之間的相位差。
眾所周知，兩個正弦信號之間的相移與光纖50在光源11的工作波長處的群時延成正比，因此通過以一個確定數(shù)目的各種波長的光信號重復所述操作，可以由處理器18以一種已知的方式計算光纖段50的色散CD。
由于本發(fā)明的第一個特征，設備或儀器10允許接入光纖50本身的單端而驗證或度量光纖段50的色散CD。
這大大簡化和縮短了度量程序。
此外，至少在光纖50在第二端處端接一個不成角的連接器的情況下，該度量可以通過單個操作員而不是如利用已知儀器情況下的兩個操作員執(zhí)行。
根據本發(fā)明的另一個特征，用于度量相位差的參考信號可以從儀器內部獲得，而不需要像已知情況下一樣從作為參考的GPS接收機獲得。
采取幅度以正弦形式可變的脈沖調制信號作為參考描述了本發(fā)明，但是在本技術領域中精通的技術人員將很容易理解，只要脈沖信號的幅度變化例如允許所產生的信號和反射的信號之間的相移度量，則它們可以具有任何形狀，例如三角形或方形。
對上面的描述，可以在尺寸、形狀、材料、組件、電路元件、連接和接觸、以及電路的細節(jié)和所圖示結構和操作方法的細節(jié)上進行明顯的修改或變化，而不偏離以下的權利要求書確定的本發(fā)明的本質。
權利要求
1.用于度量光纖(50)的色散(CD)的設備(10)，包含-能夠產生可變波長的光信號的光源(11)；-能夠產生調制信號的信號發(fā)生器(12)；-能夠基于所述光信號和所述調制信號產生已調制光信號的調制器(19)；-能夠將所述已調制光信號發(fā)送至所述光纖(50)的第一端的耦合器(15)，其特征在于-所述信號發(fā)生器(12)包含能夠產生幅度可變、持續(xù)時間和周期性根據所述光纖(50)的特性確定的脈沖電信號；-所述光纖(50)包含反射單元(51)，它與第二端相應，能夠反射所述已調制光信號，并能夠產生具有反射調制分量的反射光信號；以及-比較裝置(14、16、18)，它與所述光纖(50)的所述第一端相關聯(lián)，并且能夠度量所述調制信號與所述反射調制分量之間的相位差。
2.如權利要求1中所述的設備(10)，其特征在于-所述耦合器(15)包含能夠接收所述反射光信號的裝置；以及-所述比較裝置(14、16)包含-光接收機(16)，它連接至所述耦合器(15)，并且能夠將所述反射光信號轉換為表示所述反射調制分量的電信號；以及-相位比較器(14)，它連接至所述信號發(fā)生器(12)和所述光接收機(16)，并且能夠產生表示所述相位差的電信號。
3.如權利要求1或2中所述的設備，其特征在于-控制裝置(18)，它分別關聯(lián)于所述光源(11)和所述信號發(fā)生器(12)，并且能夠選擇性地控制所述光信號的波長和所述調制信號的特性。
4.如權利要求3中所述的設備，其特征在于所述控制裝置(18)包含-計算裝置(18)，它能夠基于所述光信號的波長變化時所度量的相位差來計算所述光纖(50)的色散(CD)。
5.用于度量光纖(50)的色散(CD)的方法，其特征在于包含如下步驟-產生可變波長的光信號(11)；-產生由脈沖電信號成形的調制信號(12)，所述脈沖電信號具有預定相位、可變幅度以及根據所述光纖的特性確定的持續(xù)時間和周期性。-用所述調制信號調制所述光信號(19)；-將已用所述調制信號調制的光信號發(fā)送至所述光纖(50)的第一端；-在所述光纖的第二端(51)以這樣的方式反射所述已調制光信號，以獲得具有反射調制分量的反射光信號；-度量與所述第一端相應的所述調制信號與所述反射調制分量之間的相位差。
6.如權利要求5中所述的方法，其特征在于以下附加步驟-基于所述光信號的波長變化時所度量的相位差，計算(18)所述光纖(50)的色散(CD)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設備(10)，它允許通過接入光纖本身(50)的單端，并且度量由信號發(fā)生器(12)產生的脈沖類的調制信號與由光纖的遠端(51)反射的同樣的調制信號之間的相移，表征或度量光纖段(50)中的色散。本發(fā)明還涉及用于度量光纖(50)的色散的方法。通過本發(fā)明，設備(10)不需要絕對外部參考信號，且允許確定當光信號的波長變化時所度量的光纖(50)的色散。
文檔編號G01M11/00GK1625683SQ02828717
公開日2005年6月8日 申請日期2002年4月9日 優(yōu)先權日2002年4月9日
發(fā)明者馬科·夏諾 申請人:意大利電信股份公司