专利名称：通过可变波长度量色散的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于度量光纤中的色散(CD)的设备，以及涉及相关的方法。
色散是光纤的一种特别重要的特征，这是由于它在用于电信的光纤中传播的信号上引起的失真效应。
众所周知，这种现象与不同的群速相联系，光信号的各种不同谱分量以这些群速在例如光发射机和光接收机之间或光纤的第一和第二端之间的光纤中传播。
由于群速不同，光信号的各谱分量在不同的时刻到达接收机，并且确定接收信号在模拟传输系统和数字传输系统中的失真。
众所周知，光纤的色散主要由两个因素确定制作光纤的材料的色散特性(材料的折射率对频率的依赖性)；以及光信号在波导中传播的本性(所谓的“波导色散”)。
可以通过对光纤的折射率分布的仔细设计，而适当控制光纤的色散实际上，当今，制造光纤使之具有特定研究的色散特性，以满足最复杂的光传输系统的要求。
特别对于比特率为10Gbit/s或更高的传输系统，随着所述的要求变得更加苛刻，不仅在工厂的产品质量鉴定阶段中，而且在对于新的或非新近安装的系统的领域中，精确“表征”光纤CD的需要也会增加。
为了在近来的光纤上设计和安装新一代传输系统(比特率为10Gbit/s或更高)，或者在非新近系统的情况下，为了验证支持更高传输容量的可能性，所述“表征”是必不可少的。
背景技术：
如今，通过至少三种不同的、被统一的技术度量光纤的色散，如例如ITU-T建议G.650中所述。在这些技术中，最常用的技术之一是所谓的相移(PS)技术。它包含度量由光纤段引入的相移，该光纤段通过调制光载波的正弦信号被度量，使该光载波在光纤本身中传播。在前述的光载波的不同的波长处重复该度量，并且对于所述波长中的每一个，计算调制正弦信号的群时延，它与前述的相移成正比。
例如，美国专利第6,313,934号中描述了用于度量色散的设备或仪器的一个实施例。
除了其它内容之外，该文件描述了一种用于度量色散的方法，其中度量由光纤段引入的调制光载波的正弦信号的相移，该度量是通过利用从GPS(全球定位系统)获得的绝对定时系统使位于光纤本身的终端的用于产生和度量该正弦信号的适当设备同步来实现的。
现有技术方法使得必须同时接入要被表征的光纤的两端，将适当的仪器应用于光纤的两端，且必须利用绝对参考系统来同步在光纤两端处的仪器。

发明内容
本发明的目标是提供一种度量设备和相关方法，它不必要求接入光纤两端以执行色散度量，也不需要利用绝对参考系统以同步仪器。
该目标是通过要求保护的用于度量光纤的色散的设备和相应的方法来实现的。
具体地，该目标是通过允许仅接入光纤本身的一端来表征或度量光纤段的色散的设备来实现的。
根据本发明的另一个特征，该设备不需要绝对外部参考信号，其中具有确定被度量的光纤的色散所必需的全部要件。
附图简述通过以下对优选实施例的描述，本发明的该特征和其它特征将变得显而易见，该优选实施例完全通过非限制性的例子与附图辅助来描述，其中


图1示出了根据本发明的用于度量色散的设备的方框图；以及图2示出了在图1的设备中使用的度量色散的脉冲信号的一个例子。
具体实施例方式
参照图1，根据本发明的设备或仪器10包含一个可调谐光信号源(光源)11；一个用于产生调制脉冲的设备(信号发生器)12，它能够通过调制器或乘法器设备19，调制由光源11产生的光信号；以及可以在要表征或分析的光纤50上传送已调制光信号的耦合设备15。
设备10还包含一个连接于光接收机16的输出处的相位比较器14，和一个通过各自的控制线(在图中以虚线示出)连接至光源11、信号发生器12、相位比较器14和光接收机16的控制处理器(处理器)18。设备10通过耦合设备15连接至与该设备10邻接的末端相应的光纤(光纤段)50的第一个终端。
根据本实施例，要被表征或度量的光纤段50具有与第二端相应、通常远离设备10的反射终端51，它是一种已知的类型，例如由特定连接至光纤的末端以执行表征的反射光学元件构成，或者优选地，由不成角的终端连接器构成。
本身已知的设备10的光信号源11能够基于由处理器18通过各自的控制线传送的命令产生可变波长的光信号，并将它们发送至调制器设备(调制器)19，用调制脉冲进行调制。
信号发生器12包含本身已知的正弦信号的发生器(正弦发生器)23、脉冲信号的发生器(脉冲发生器)24和相关联的乘法器设备29，并且能够产生前述正弦信号和脉冲信号的乘积，并且将它们发送至调制器19，作为通过图2举例所示的种类的调制信号。
具体地，调制信号(调制)由具有确定的持续时间和周期性的脉冲成形，其中各脉冲本身的幅度以正弦的方式相对一个参考电平可变。
正弦发生器23和脉冲发生器24均通过各自的控制线由处理器18进行控制，以使得正弦信号和脉冲的特征均可以变化。
此外，正弦发生器23和脉冲发生器24通过各自的连接，均连接至相位比较器14，并且能够将各自的信号发送至比较器14本身。
本身已知的耦合设备15例如由定向耦合器或由光环行器构成，它能够收集来自乘法器19的已调制光信号，并且通过第一个终端将其发送至光纤50。
耦合设备15还能够收集由反射终端51发射回来的信号，并且通过相应的光连接，将它们发送至光接收机16。
已知类型的光接收机16的输入连接至耦合设备15，且输出连接至相位比较器14，并且它能够检测反射回来的信号并将它们转换成能够被相位比较器14度量的电信号。
已知类型的相位比较器14能够度量来自正弦发生器23的信号与由光接收机16通过光纤段50接收的信号之间的相位差。
具体地，相位比较器14能够度量由正弦发生器23产生的连续正弦信号与由光接收机16接收的反射回来的脉冲正弦信号之间的相位差，并且将这种信息通过相应的连接发送至处理器18。
已知类型的处理器18能够基于在设备10的设计期间开发的程序来控制仪器10的不同设备，特别是光源11、脉冲发生器24、正弦发生器23、相位比较器14和光接收机16，并且基于来自相位比较器14的信息，将相位差和群时延的度量结果计算并显示为波长的函数。
具体地，处理器18能够基于被测量的光纤段50的特性，诸如长度、第一个终端和反射终端51之间存在任何中间连接器等等，调整由脉冲发生器24产生的脉冲的持续时间和重复频率。
脉冲的持续时间(图2)例如由处理器18通过这样一种方式确定(图1、图2)，使得它不大于所述脉冲本身在被度量的光纤段50中的传播时间的两倍。以相同的方式，脉冲的周期性或重复周期例如由处理器18以这样一种方式确定，使得它不小于被度量的光纤段50中的两端之间的传播时间的四倍。
本技术领域中的技术人员将很容易理解，对于脉冲的持续时间和脉冲本身的重复周期，以上指出的条件诸如允许相位比较器14选择性地度量由正弦发生器23产生的正弦信号与由反射终端51反射的正弦信号之间的相位差。
在来自出现在被测量的光纤段50中的所有光连接器(包括在第一个终端处的连接器)的反射期间，处理器18还能够通过各自的控制连接禁止相位比较器14的操作。具体地，通过脉冲发生器24自身和相位比较器14之间的连接，该禁止与脉冲发生器24产生的脉冲同步地实现。
处理器18还能够通过各自的控制连接控制光接收机16，根据光接收机16本身接收的信号的特性，调整例如增益、带宽等一些操作参数。
根据本发明的设备10的操作如下。
已调制光信号通过来自光源11的信号和信号发生器12的信号(图2)的组合产生，通过耦合设备15被发送至光纤50的第一端，并且传播至光纤的另一端，在此它由反射终端51反射并返回至耦合设备15。
耦合设备15将由反射终端51反射的光信号发送至光接收机16，在此它被转换为电信号并被发送至相位比较器14，用于度量由正弦发生器23在本地产生的正弦信号与由反射终端51反射的信号之间的相位差。
众所周知，两个正弦信号之间的相移与光纤50在光源11的工作波长处的群时延成正比，因此通过以一个确定数目的各种波长的光信号重复所述操作，可以由处理器18以一种已知的方式计算光纤段50的色散CD。
由于本发明的第一个特征，设备或仪器10允许接入光纤50本身的单端而验证或度量光纤段50的色散CD。
这大大简化和缩短了度量程序。
此外，至少在光纤50在第二端处端接一个不成角的连接器的情况下，该度量可以通过单个操作员而不是如利用已知仪器情况下的两个操作员执行。
根据本发明的另一个特征，用于度量相位差的参考信号可以从仪器内部获得，而不需要像已知情况下一样从作为参考的GPS接收机获得。
采取幅度以正弦形式可变的脉冲调制信号作为参考描述了本发明，但是在本技术领域中精通的技术人员将很容易理解，只要脉冲信号的幅度变化例如允许所产生的信号和反射的信号之间的相移度量，则它们可以具有任何形状，例如三角形或方形。
对上面的描述，可以在尺寸、形状、材料、组件、电路元件、连接和接触、以及电路的细节和所图示结构和操作方法的细节上进行明显的修改或变化，而不偏离以下的权利要求书确定的本发明的本质。
权利要求
1.用于度量光纤(50)的色散(CD)的设备(10)，包含-能够产生可变波长的光信号的光源(11)；-能够产生调制信号的信号发生器(12)；-能够基于所述光信号和所述调制信号产生已调制光信号的调制器(19)；-能够将所述已调制光信号发送至所述光纤(50)的第一端的耦合器(15)，其特征在于-所述信号发生器(12)包含能够产生幅度可变、持续时间和周期性根据所述光纤(50)的特性确定的脉冲电信号；-所述光纤(50)包含反射单元(51)，它与第二端相应，能够反射所述已调制光信号，并能够产生具有反射调制分量的反射光信号；以及-比较装置(14、16、18)，它与所述光纤(50)的所述第一端相关联，并且能够度量所述调制信号与所述反射调制分量之间的相位差。
2.如权利要求1中所述的设备(10)，其特征在于-所述耦合器(15)包含能够接收所述反射光信号的装置；以及-所述比较装置(14、16)包含-光接收机(16)，它连接至所述耦合器(15)，并且能够将所述反射光信号转换为表示所述反射调制分量的电信号；以及-相位比较器(14)，它连接至所述信号发生器(12)和所述光接收机(16)，并且能够产生表示所述相位差的电信号。
3.如权利要求1或2中所述的设备，其特征在于-控制装置(18)，它分别关联于所述光源(11)和所述信号发生器(12)，并且能够选择性地控制所述光信号的波长和所述调制信号的特性。
4.如权利要求3中所述的设备，其特征在于所述控制装置(18)包含-计算装置(18)，它能够基于所述光信号的波长变化时所度量的相位差来计算所述光纤(50)的色散(CD)。
5.用于度量光纤(50)的色散(CD)的方法，其特征在于包含如下步骤-产生可变波长的光信号(11)；-产生由脉冲电信号成形的调制信号(12)，所述脉冲电信号具有预定相位、可变幅度以及根据所述光纤的特性确定的持续时间和周期性。-用所述调制信号调制所述光信号(19)；-将已用所述调制信号调制的光信号发送至所述光纤(50)的第一端；-在所述光纤的第二端(51)以这样的方式反射所述已调制光信号，以获得具有反射调制分量的反射光信号；-度量与所述第一端相应的所述调制信号与所述反射调制分量之间的相位差。
6.如权利要求5中所述的方法，其特征在于以下附加步骤-基于所述光信号的波长变化时所度量的相位差，计算(18)所述光纤(50)的色散(CD)。
全文摘要
本发明涉及一种设备(10)，它允许通过接入光纤本身(50)的单端，并且度量由信号发生器(12)产生的脉冲类的调制信号与由光纤的远端(51)反射的同样的调制信号之间的相移，表征或度量光纤段(50)中的色散。本发明还涉及用于度量光纤(50)的色散的方法。通过本发明，设备(10)不需要绝对外部参考信号，且允许确定当光信号的波长变化时所度量的光纤(50)的色散。
文档编号G01M11/00GK1625683SQ02828717
公开日2005年6月8日 申请日期2002年4月9日 优先权日2002年4月9日
发明者马科·夏诺 申请人:意大利电信股份公司