DE10001388A1 - AWG-(Arrayed Waveguide Grating)-Modul und Vorrichtung zur Überwachung eines Lichtsignals, das dieses verwendet - Google Patents

Abstract

Es werden ein AWG-Modul (Arrayed Waveguide Grating) zur Überwachung der Qualität eines WDM-Vielkanal-Lichtsignals (Wavelength Division Multiplexed) ohne Verwendung eines speziellen Meßinstrumentes in einem WDM-System (Wavelength Division Multiplexing System) sowie eine Vorrichtung zur Überwachung eines WDM-Lichtsignals unter Verwendung des AWG-Moduls geschaffen. Das AWG-Modul umfaßt einen Eingangswellenleiter, einen ersten Sternkoppler, eine AWG-Einheit, einen zweiten Sternkoppler und ein Lichtleistungsmeßinstrument. Der Eingangswellenleiter empfängt ein WDM-Lichtsignal über ein Lichtsignal-Übertragungsmedium. Der erste Sternkoppler teilt die Leistung des von dem Eingangswellenleiter empfangenen WDM-Lichtsignals und überträgt die geteilten Lichtsignale zu den Wellenleitern einer AWG-Einheit. Die AWG-Einheit verarbeitet die durch den ersten Sternkoppler ausgegebenen geteilten Lichtsignale, so dass die geteilten Lichtsignale Phasendifferenzen aufweisen, welche proportional sind zu der Differenz zwischen den Längen der in der AWG-Einheit enthaltenen Wellenleitern. Der zweite Sternkoppler fokussiert die von der AWG-Einheit erhaltenen Lichtsignale auf unterschiedliche Positionen durch Bewirken wechselseitiger Interferenz zwischen den empfangenen Lichtsignalen. Das Lichtleistungsmeßinstrument ist direkt mit dem zweiten Sternkoppler verbunden und erzeugt elektrische Signale in Abhängigkeit von den Leistungswerten der von dem zweiten Sternkoppler ausgegebenen Lichtsignale. Die ...

Description

Die Erfindung betrifft ein AWG-Modul (Arrayed Waveguide Grating) zur Überwachung der Kennwerte eines WDM-Lichtsignals (Wavelength Division Multiplexed) für vielfache Ka­ näle, ohne ein spezielles Meßinstrument in einem WDM-System (Wavelength Division Multiplexing System) zu verwenden, und eine Lichtsignal-Überwachungsvorrichtung zur Überwachung eines WDM-Lichtsignals, welches das AWG-Modul verwendet.

In einem WDM-System, in welchem mehrere optische Kanäle multiplex genutzt und zu einem optischen Kabel übertragen werden, muß die Qualität der WDM-Lichtsignale über­ wacht werden, bevor das WDM-Lichtsignal optisch in Kanäle demultiplexiert wird.

Allgemein müssen die optische Leistung, die optische Wellenlänge und das optische Signal- Rausch-Verhältnis (OSNR) (optical signal-to-noise-ratio) eines Lichtsignals jedes Kanals gemessen werden, um ein WDM-Vielkanal-Lichtsignal zu überwachen. In einer WDM- Lichtübertragungsvorrichtung muß die Wellenlängenabweichung jedes Kanals genau kon­ trolliert werden, da sie Fehler verursacht nicht nur auf die Übertragung eines Signals für einen entsprechenden Kanal, sondern auch auf die Übertragung von Signalen von Kanälen benachbart dem entsprechenden Kanal. Ferner müssen Kontrollsituationen in Echtzeit überwacht werden. Außerdem können die optische Leistung und das OSNR von Lichtsi­ gnalen für jeden Kanal verschieden sein, wenn ein WDM-Lichtverstärker verwendet wird, so dass die Leistung und das OSNR jedes Kanals überwacht werden müssen.

In US-P Nr. 5,617,234, welches eine Konstruktion offenbart, die eine AWG und eine Foto­ diodenrasteranordnung verwendet, kann die Wellenlänge jedes Kanals überwacht werden, aber die Temperatur des AWG muß in Echtzeit kontrolliert werden, ein Lichtsignal zum Vorsehen einer Bezugswellenlänge wird getrennt benötigt, und die Lichtleistung und der Rauschabstand eines Lichtsignals können nicht genau gemessen werden. Ferner müssen in dem WDM-Lichtübertragungssystem die Lichtleistung, die Lichtwellenlänge und das OSNR jedes Kanalsignals sich gleichzeitig überwachen lassen. Jedoch kann in dem Stand der Tech­ nik, der ein AWG verwendet, wenn zwei beliebige Größen von den drei Meßgrößen gemes­ sen werden, die verbleibende Größe nicht gemessen werden.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines AWG-Moduls zur Überwachung eines WDM-Lichtsignals in einem WDM-Lichtübertragungssystems.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zu Messung nicht nur der Wellenlänge, der Lichtleistung und des optischen Signal-Rausch-Verhältnisses (OSNR) jedes Kanalsignals eines WDM-Vielkanalsignals, sondern auch das optische Spektrum be­ züglich eines gesamten Lichtsignal-Wellenlängenbandes.

Um das erste Ziel der Erfindung zu erreichen, wird ein AWG-Modul geschaffen, umfassend: einen Eingangswellenleiter zum Empfangen eines WDM-Lichtsignals über ein Lichtsignal- Übertragungsmedium, einen ersten Sternkoppler zum Teilen der Leistung des von dem Ein­ gangswellenleiter empfangenen WDM-Lichtsignals und Übertragen der geteilten Lichtsi­ gnale zu den Wellenleitern einer AWG-Einheit, die AWG-Einheit zum Verarbeiten der durch den ersten Sternkoppler ausgegebenen geteilten Lichtsignale, so dass die geteilten Lichtsignale Phasendifferenzen aufweisen, welche proportional sind zu der Differenz zwi­ schen den Längen der in der AWG-Einheit enthaltenen Wellenleitern, einen zweiten Stern­ koppler zum Fokussieren der von der AWG-Einheit erhaltenen Lichtsignale auf unter­ schiedliche Positionen durch Bewirken wechselseitiger Interferenz zwischen den empfange­ nen Lichtsignalen, und ein Lichtleistungsmeßinstrument, das direkt mit dem zweiten Stern­ koppler verbunden ist, zum Erzeugen elektrischer Signale in Abhängigkeit von den Lei­ stungswerten der von dem zweiten Sternkoppler ausgegebenen Lichtsignale.

Um das zweite Ziel der Erfindung zu erreichen, wird eine Vorrichtung zur Überwachung eines WDM-Lichtsignals geschaffen, welche gekennzeichnet ist durch ein AWG-Modul zum Empfangen des WDM-Lichtsignals, zum Teilen des WDM-Lichtsignals in Lichtsignale für unterschiedliche Kanäle und zur Umwandlung der geteilten Lichtsignale in elektrische Si­ gnale, einen Analog-Digital-Wandler zur Umwandlung der elektrische Signale in digitale Signale und einen Datenprozessor zur Verarbeitung der digitalen Signale, um die Kenn­ werte der empfangenen Lichtsignale zu analysieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbei­ spiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein AWG-Modul gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Lichtsignal-Überwachungseinrichtung, die ein AWG- Modul verwendet; und

Fig. 3 ein Spektrum an einer Lichtspektrumnachweisfläche.

In Fig. 1 umfaßt ein AWG-Modul (Arrayed Waveguide Grating) gemäß einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung einen Eingangswellenleiter 100, einen ersten Sternkoppler 110, eine AWG-Einheit 120, einen zweiten Sternkoppler 130 und ein Lichtleistungsmeßinstru­ ment 140.

Ein WDM-Lichtsignal (Wavelength Division Multiplexed), das überwacht werden soll, trifft über einen Lichtfilter auf den Eingangswellenleiter 100 auf. Das in den Eingangswellenleiter 100 eingeleitete WDM-Lichtsignal wird durch den ersten Sternkoppler 110 geteilt, welcher als ein Lichtleistungsteiler wirkt, und die geteilten Lichtsignale fallen ein auf die AWG- Einheit 120. In der AWG-Einheit 120 wird die Phase des WDM-Lichtsignals verschoben.

Geteilte WDM-Lichtsignale mit unterschiedlichen Wellenlängen, welche durch die AWG- Einheit 120 durchgegangen sind, weisen Phasendifferenzen auf, die proportional sind zu der Differenz zwischen den Längen von Wellenleitern in der AWG-Einheit 120. Das heißt, wäh­ rend diese phasenverschobenen Lichtsignale wechselseitig interferieren, wird das WDM- Lichtsignal geteilt in Lichtsignale mit unterschiedlichen Wellenlängen. Diese Lichtsignale, die durch die AWG-Einheit 120 durchgegangen sind, werden an den zweiten Sternkoppler 130 angelegt. Der zweite Sternkoppler 130 bewirkt wechselseitige Interferenz zwischen den empfangenen Lichtsignalen, so dass die Lichtsignale unterschiedlicher Wellenlängen auf verschiedene Positionen auf einer Lichtspektrumnachweisfläche 135 fokussiert werden, ent­ sprechend jeder Wellenlänge. Das Lichtleistungsmeßinstrument 140 ist auf der Lichtspek­ trumnachweisfläche 135 positioniert, über welche das Lichtleistungsmeßinstrument 140 direkt mit dem zweiten Sternkoppler 130 verbunden ist. Das Lichtleistungsmeßinstrument 140 wandelt die Leistung eines Lichtsignals für jede Wellenlänge, die durch den zweiten Sternkoppler 130 abgegeben wird, in ein Stromsignal um. Das Lichtleistungsmeßinstrument 140 kann eine Fotodiodenrasteranordnung oder eine ladungsgekoppelte Schaltung umfas­ sen.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Kanalüberwachungseinrichtung, die ein AWG-Modul gemäß der Erfindung verwendet. In Fig. 2 umfaßt die Kanalüberwachungseinrichtung ein AWG-Modul 210, einen Analog-Digital-Wandler (ADW) 220 und einen Datenprozessor 230.

Das AWG-Modul 210 weist die oben beschriebene Konfiguration von Fig. 1 auf. Das AWG-Modul 210 wandelt die Leistung eines Lichtsignals um in ein elektrisches Signal wie beispielsweise ein Stromsignal, und das elektrische Signal wird an den Analog-Digital- Wandler 220 angelegt und durch diesen in digitale Daten umgewandelt. Die digitalen Daten werden an den Datenprozessor 230 angelegt, und die Lichtleistung, die Lichtwellenlänge, das OSNR und das Spektrum des gesamten Lichtwellenlängenbandes werden überwacht, wie nachfolgend beschrieben. Der Datenprozessor 230 kann einen Mikroprozessor oder dergleichen umfassen.

Das Spektrum einer Lichtwellenlänge auf der Lichtspektrumnachweisfläche 135, welche eine Kontaktfläche des zweiten Sternkopplers 130 und des Lichtleistungsmeßinstrumentes 140 ist, ist in Fig. 3 gezeigt. Ein existierendes AWG-Modul sieht Lichtwellenleiter bei Po­ sitionen auf der Lichtspektrumnachweisfläche 135 vor, bei denen Lichtsignale für verschie­ dene Kanäle fokussiert werden, und jeder Kanal wird in optische Fasern eingeleitet. Das AWG-Modul gemäß der Erfindung sieht keine Lichtwellenleiter an der Lichtspektrumnach­ weisfläche 135 vor. Statt dessen wendet es eine Fotodiodenrasteranordnung oder eine ladungsgekoppelte Schaltung an. Folglich wird das Lichtspektrum eines Lichtsignals erhal­ ten bezüglich dem gesamten Wellenlängenband und wird dafür verwendet, die Kennwerte des WDM-Lichtsignals zu überwachen.

Lichtsignale unterschiedlicher Wellenlängen werden auf unterschiedliche Positionen auf der Lichtspektrumnachweisfläche 135 fokussiert entlang einer horizontalen Achse 320 aufgrund der Wellenlängen-Teilungsfunktüon der AWG-Einheit 120 von Fig. 1. Infolgedessen wird ein Lichtspektrum 310 entlang der horizontalen Achse 320 auf der Lichtspektrumnachweis­ fläche gebildet. Wenn eine Fotodiodenrasteranordnung oder eine ladungsgekoppelte Schal­ tung mit dem Ausgang des zweiten Sternkopplers 130 verbunden wird, treffen Lichtstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen auf die Fotodioden der Fotodiodenrasteranordnung oder auf die Pixel der ladungsgekoppelten Schaltung auf, entsprechend ihren Wellenlängen.

In einem Verfahren zum Nachweis von Lichtsignalen, die auf verschiedene Pixel auf der Fotodiodenrasteranordnung oder der ladungsgekoppelten Schaltung auftreffen, wird ein Bezugs-Lichtsignal mit einer bekannten Wellenlänge im voraus empfangen, und es wird ermittelt, auf welchem Pixel das Bezugs-Lichtsignal ausgegeben wird. Auf diese Weise ist zu erkennen, dass das nachgewiesene Pixel für die Wellenlänge des Bezugs-Lichtsignals (zuständig) ist. Ferner kann aus einem von dem Pixel abgegebenen Stromwert auf die Licht­ leistung einer Lichtwellenlänge geschlossen werden, die auf ein Pixel einfällt. Also kann die Lichtleistung für jede Wellenlänge nachgewiesen werden. Außerdem kann das OSNR des Lichtsignals erhalten werden durch Vergleichen eines Stromwertes, der erhalten wird von einem Pixel, auf dem das einfallende Lichtsignal nachgewiesen worden ist, mit von den an­ deren Pixel erhaltenen Stromwerten.

Hier kann eine genauere Auflösung erhalten werden mit einer Erhöhung der Anzahl von Fotodioden in der Fotodiodenrasteranordnung oder der Anzahl von Pixel auf der ladungs­ gekoppelten Schaltung.

Folglich können die Lichtleistung, die Lichtwellenlänge und das OSNR des Lichtsignals jedes Kanals erhalten werden. Ein optisches Spektrum eines WDM-Lichtsignals kann auch erhalten werden bezüglich des gesamten Wellenlängenbandes.

Claims (3)

1. AWG-(Arrayed Waveguide Grating)- Modul, gekennzeichnet durch
einen Eingangswellenleiter (100) zum Empfangen eines WDM-(Wavelength Division Multi­ plexed)- Lichtsignals über ein Lichtsignal-Übertragungsmedium,
einen ersten Sternkoppler (110) zum Teilen der Leistung des von dem Eingangs­ wellenleiter (100) empfangenen WDM-Lichtsignals und Übertragen der geteilten Licht­ signale zu den Wellenleitern einer AWG-Einheit (120),
die AWG-Einheit (120) zum Verarbeiten der durch den ersten Sternkoppler (110) ausgegebenen geteilten Lichtsignale, so dass die geteilten Lichtsignale Phasendifferenzen aufweisen, welche proportional sind zu der Differenz zwischen den Längen der in der AWG-Einheit (120) enthaltenen Wellenleitern,
einen zweiten Sternkoppler (130) zum Fokussieren der von der AWG-Einheit (120) erhaltenen Lichtsignale auf unterschiedliche Positionen durch Bewirken wechselseitiger In­ terferenz zwischen den empfangenen Lichtsignalen, und
ein Lichtleistungsmeßinstrument (140), das direkt mit dem zweiten Sternkoppler (130) verbunden ist, zum Erzeugen elektrischer Signale in Abhängigkeit von den Leistungs­ werten der von dem zweiten Sternkoppler (130) ausgegebenen Lichtsignale.

2. AWG-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fotodiodenra­ steranordnung oder eine ladungsgekoppelte Schaltung als das Lichtleistungsmeßinstrument (140) verwendet wird.

3. Vorrichtung zur Überwachung eines WDM-(Wavelength Division Multiplexed)- Lichtsignals, gekennzeichnet durch
ein AWG-Modul (210) zum Empfangen des WDM-Lichtsignals, zum Teilen des WDM-Lichtsignals in Lichtsignale für unterschiedliche Kanäle und zur Umwandlung der geteilten Lichtsignale in elektrische Signale,
einen Analog-Digital-Wandler (220) zur Umwandlung der elektrische Signale in digitale Signale und
einen Datenprozessor (230) zur Verarbeitung der digitalen Signale, um die Kenn­ werte der empfangenen Lichtsignale zu analysieren.