[发明专利]在光谱分析仪中同时检测校准信号和测试信号的光学系统

说明书

本申请要求以2000年2月21日申请的60/184,163号美国临时申请的申请日为优先权日。

本发明总的说来涉及光学系统，更具体说，涉及一种在分析光通信传输线路的光谱分析仪中同时检测校准信号和测试信号的光学系统。

电信工业的光网络中越来越多地采用密集波长多路复用(DWDM)的光系统。一般的DWDM光系统将具有各种波长的多重光信号射入单模光纤中。光信号包括抽运激光器来的1480纳米光信号。抽运激光信号供系统中的光纤放大器使用，其波长也可以是980纳米。1625纳米服务信道光信号是为各总局等之间的通信而设的。通过光纤的电信服务采用多重紧密配置的1525纳米至1585纳米范围的光信号信道进行。现行的DWDM传输系统各毗邻的光信号信道之间的一般间距为200吉赫、100吉赫和50吉赫，这相当于1550纳米下各信道之间1.6纳米、0.8纳米和0.4纳米左右的间距。未来的DWDM电信系统设计成有25吉赫间距，这相当于各光信号信道之间有0.2纳米左右的间距。要考核这些光信号是否合格和确定这些光信号的特性需要有一个光谱分析仪。

光谱分析仪(OSA)是根据波长或频率的变化测定光功率的仪器。光谱分析仪的好处在于其动态范围和对许多离散谱线的测定。现行光谱分析仪的显著缺陷是其波长测定的可靠性较差，误差在40至50皮米的范围。因为这个缺陷，因而研制出了能精确测定波长和校准光谱分析仪的波长仪。波长仪是以迈克尔逊干涉仪为基础的。成千数字化的干涉条纹从谱域转换成频域。频率和条纹的调制通过付里叫变换转换成关于波长和功率的信息。波长仪虽然在波长校准的精确度方面要好得多，但其动态范围一般比以光栅为基础的OSA差得多。

通常，所测定的光信号和校准的光信号都通过光谱分析仪的同一条光路并占据光谱的同一个通用区。OSA的校准通常按以下程序进行。首先，将已知光谱的光信号从校准源加到OSA上。校准源可以在OSA外面，也可以是内部校准源，通过内部光开关注入OSA的光路中。接着，用OSA扫描光谱，测定并记录已知光谱中出现光峰信号时的波长。确定所测定尖峰信号下的波长误差，并通过在已知各谱线之间和之外进行内插，根据波长变化估计波长测定的误差。从相应测出的波长尖峰信号减去测定误差，校准OSA。

由于校准光信号和所测定的光信号都通过OSA的同一光路，因而OSA不能在以校准光谱测定未知光信号的同时测定校准光谱。因此，校准过程是先后进行OSA的校准和测定测试信号。这里假设OSA经过一段时间仍然处于校准状态，而在进行其它测定之前必须再经过校准。

现行校准程序的一个缺点是不能肯定OSA何时不处于校准状态。这就是说，再校准一般是在需要校准之前或之后进行的。在第一种情况下，操作人员在不需要校准的情况下会浪费时间，而在第二种情况下，由于没有进行校准，因而OSA的测定结果误差过大。

这里就需要有一种能在光谱分析仪中对光测试信号和光校准信号同时进行光学检测的光学系统。这种光学系统应能在光谱分析仪中极精确地校准波长，而且光谱分析仪应能够用波长校准特性相同的两个光路同时检测受测试的校准信号和光信号。此外，光谱分析仪应能将校准信号和光测试信号分离开来。

因此，本发明的目的是提供一种能在规定的第一级光谱范围内同时检测光校准信号和受测试的光信号的光学系统。光学系统的准直光学元件(例如抛物面镜或球面镜等)有一个光轴和一个接收光校准信号和受测试光信号的焦平面。准直光学元件的焦平面上配有一个光纤阵列，光纤阵列的中心轴与准直光学元件的光轴处在同一条直线上。第一和第二对光纤配置在准直光学元件的焦平面上，各对光纤有一个输入光纤和一个输出光纤。各对的输入和输出光纤对称配置在中心轴的任一边上，第一对光纤的输入光纤连接成使其接收受测试的光信号。一个光源与第二对光纤的输入光纤连接，产生其第二级或以上谱线处在光学系统第一级光谱范围的光校准信号。一个光调谐元件接收从准直光学元件来的光校准信号和受测试的光信号，并在第一级光谱范围内调谐光学系统，将光校准信号和受测试光信号的各光谱分量分开。第一光检测器与第一对光纤的输出光纤连接，对受测试光信号的光谱分量敏感，对光校准信号的第二级或以上的谱线不太敏感。第二光检测器与第二对光纤的输出光纤连接，对光校准信号的第二级或以上的谱线敏感，对受测试光信号的光谱分量不太敏感。