專利名稱：多路復用/多路分路光線路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多路復用和多路分路光信號的多路復用器/多路分路器。特別地，本發(fā)明涉及用于濾波或者分開緊密間隔的信號信道的方法和系統，這些信號信道不能由常規(guī)的光濾波器適當地濾波。
使用光信號作為攜帶信道信息的手段以高速度通過光路徑，諸如光波導，即光纖傳送，優(yōu)于其他方案，諸如使用微波鏈路，同軸電纜和雙絞銅線，因為在前者傳播損耗是較低的。光系統不受電磁干擾(EMI)的影響和具有更高信道容量。高速光系統具有每秒幾兆比特到每秒幾十千兆比特的信令速率。
光通信系統在通信網絡中幾乎是到處存在的。在此處“光通信系統”的表達涉及在兩個點之間通過任何光路徑使用任何波長的光信號傳遞信息的任何系統。光通信系統例如在1993年Gower,Ed.OpticalCommunication Systems(Prentice Hall,NY)中和1993年P.E.Green,Jr.在“Fiberoptic networks”(Prentice Hall New Jersey)中描述，引用在此處供參考。
隨著通信容量進一步增加以便在光纖上發(fā)送不斷增加的信息量，數據傳輸速率增加了且可用帶寬變?yōu)橄『钡馁Y源。
高速數據信號是多個信號，它們是由幾個數據流的集合(或者多路復用)形成的，以便共享傳輸介質發(fā)送數據到遠的位置。波分多路復用(WDM)通常在光通信系統中使用作為更有效地使用可用資源的手段。
在WDM中每個高速數據信道在單個光波導上以預分配的波長發(fā)送它的信息。在接收機端，不同波長的信道通常利用窄帶濾波器分開，然后檢測或者用于進一步處理。實際上，在WDM系統中單個光波導可以傳送的信道的數量是由串音、光放大器的窄的工作帶寬和/或光纖非線性限制的。此外這樣的系統要求準確的頻帶選擇，穩(wěn)定的可調激光器或者濾波器，和光譜純度，這增加了WDM系統的費用和增加了它們的復雜性。
當前，國際上商定的高速光傳輸系統的信道間隔是100GHz，相當于0.8nm，例如超過相當于相鄰信道之間的1.6毫微米的200GHz信道間隔。當然，由于相鄰信道之間的波長間隔減少，增加了對超窄頻帶濾波器、沒有串音的更精確的多路分路線路的要求。使用常規(guī)的分色濾光器分開以0.4nm或者更小的間隔而沒有串音的信道是不可行的；如果不是不可能制造，這樣的濾波器也是困難的。
在由美國光學協會1998年出版的Benjamin B.Dingle和MasayukiIzutsu的標題為Multifunction optical filter with a Michelson-Gires-Turnois Interferometer for wave length-division-multiplexed networksystem applications的論文中，此后稱為GT設備的一個設備提供了由本發(fā)明提供的一些功能。例如，正如在

圖1中舉例的GT設備用作窄帶波長多路分路器；這個設備依賴于干涉由平面鏡16反射的具有E場的反射E場。使用的校準器10具有一個99.9％反射的后反射器12r和具有大約10％的反射率的一個前反射器12f；因此使用僅僅來自前反射器12f的輸出信號。設置光束分離棱柱(BSP)18接收入射光束和將入射光束導向校準器10。BSP 18進一步接收從該校準器返回的光并且提供一部分該光給平面鏡16以及提供剩余部分給輸出端口。雖然這個已知的GT設備看上去執(zhí)行它的預定的作用，但是它顯然具有某些限制正如與本發(fā)明的設備相反，本發(fā)明的設備具有0和π弧度的透射(傳送)和反射的E場之間的相位差，正如在圖1b的圖線中可以看到的GT設備，在0和π弧度之間有一些相位變化。此外，在GT設備中，在干涉儀中要求有限的光程差以便產生輸出響應，它模仿由本發(fā)明的設備提供的輸出響應。典型地對于50GHz自由頻譜范圍(FSR)，這個光程差是幾個毫米；相反在本發(fā)明中，光相位差僅僅需要大約λ/4，結果導致溫度更穩(wěn)定和溫度不敏感的系統。GT設備的另外的限制是它對校準器和干涉儀的穩(wěn)定的明顯的要求。然而GT設備的進一步缺點是要求光環(huán)行器提取加給信號衰耗的輸出信號，并且該設備的增加了費用；以及已知的BSP要求有重大的極化相關的損耗。圖1a表示來自具有光程差的GT和反射鏡的兩個反射E場之間的相位差的具有線性曲線的曲線圖。另外，該曲線圖顯示來自該GT的反射光的相位變化的線性曲線。還以對數曲線表示反射分布圖，而直線斜率的虛線是具有有限的光程差的GT的線性曲線。
本發(fā)明的一個目的是提供用于分開具有緊密間隔的信道的光信號為至少兩個光信號的方法和線路，其中相鄰信道之間的信道間隔在至少兩個光信號的每一個中是較大的，從而要求較小精度的濾波器以便多路分路由至少兩個信號的每一個傳送的信道。
本發(fā)明的一個目的是提供相對地便宜的光線路，用于交錯或者解交錯光信道。
本發(fā)明的一個目的是提供基于校準器的設備，其中從兩個相對地放置的端口的輸出信號可以可控制地干涉地組合以便得到期望的輸出響應。
本發(fā)明的一個目的是提供一個去交錯器/交錯器線路，使用多個具有基本上類似的自由頻譜范圍(FSR)的周期設備。
根據本發(fā)明的一個方面，提供一個交錯器/去交錯器光線路，用于交錯或者去交錯具有預定的信道間頻率間隔的多個信道的輸入光信號，包括多個子交錯器/去交錯器，每個子交錯器/去交錯器光學地耦合到至少一個另外的子交錯器/去交錯器，用于給它提供輸出信號，或者用于從那里接收輸出信號，每一個子交錯器/去交錯器具有基本上相同的自由頻譜范圍和相對于其他的子交錯器/去交錯器的偏移頻譜響應，用于交錯或者去交錯基本上不同的周期信道的組的每一個子交錯器/去交錯器，具有不同的中心波長。
根據本發(fā)明，另外提供去交錯多信道光信號的方法，包括步驟具有預定的間隔的多個信道的輸入信號通過多個順序地耦合的周期去交錯濾波器，每個去交錯濾波器具有基本上相同的周期，以及其中，濾波器的峰值中心通帶彼此偏移，安排這些濾波器使得濾波器中的一個被光學地耦合以便接收或者提供信號給另一個濾波器，以及其中，濾波器的周期大于所述輸入信號的兩個相鄰的信道間頻率間隔。
根據本發(fā)明的另一個方面，提供去交錯光信號的方法，包括步驟提供具有基本上相同的FSR和不同的中心峰值波長的三個周期濾波器。
將光信號傳至具有一個輸入端口和兩個輸出端口的三個濾波器中的第一濾波器；將來自兩個輸出端口的部分地去交錯的信號提供給三個濾波器的另外的兩個濾波器的輸入端口；以及允許信號從兩個另外的濾波器的輸出端口傳播。
本發(fā)明的一個方面為提供一個系統，用于去交錯多個信道光信號，包括具有周期的輸出響應的多個濾波器，每個濾波器具有周期T，其中，這些濾波器的峰值中心通帶彼此偏移一個預定的量，安排這些濾波器使得濾波器中的每一個被光學地耦合以便接收或者提供信號給另一個濾波器，這些濾波器具有基本上對稱的輸出響應。
有利地，具有n△T(n＞2)輸出信道間隔的交錯器可用于交錯由△T間隔分開的信道。這個設備比使用串聯饋送第一個去交錯級的輸出到兩個順序級和饋送第二個兩級的輸出給四個另外的去交錯級等等的方法的體積更小。在現有技術方法中，每個下一級比前面的級具有兩倍的自由頻譜范圍(FSR)(即當以50GHz的輸入信號信道間隔開始時，第一交錯器間隔是100Ghz，下一間隔是200GHz，然后400GHz等)。
另一個優(yōu)點是多個類似的設備可用于所有的交錯級。
另一個優(yōu)點是去交錯信道的通帶可以非常寬。
另一個優(yōu)點是根據本發(fā)明的實施例的系統可用于去交錯不規(guī)則間隔的信道，當相鄰信道間隔小于100GHz時，可以使用它們抑制在WDM傳輸系統中的四個波長混合。
當通過研究和開發(fā)光濾波器是理想的時，較好地可以使用該濾波器用于很多的應用，而不必針對每個不同的應用設計新的濾波器“積木框”。本發(fā)明允許通過互連基于相同的校準器的設備而重復地使用它們，角度調諧它們以便從每個基于校準器的交錯器提供不同的輸出響應。這具有重大的費用和可靠性優(yōu)點。此外不必要備有具有顯著不同的自由頻譜范圍的不同的校準器。
現在結合附圖描述本發(fā)明的示例的實施例，其中圖1是現有技術Michelson-Gires-Toumois干涉儀的線路方框圖；圖1a繪制了用于雙輸出Michelson-Gires-Tournois干涉儀的相位對波長的對數曲線圖；圖1b是Michelson-Gires-Tournois干涉儀的模擬輸出響應的曲線圖；圖2是單個校準器干涉測量結構的線路方框圖；圖2a繪制了雙輸出校準器的相位對波長的曲線圖；圖3是圖2所示的校準器的更詳細的圖；圖4a表示圖2所示結構的可選擇的實施例的線路方框圖，其中使用兩個光傳送塊作為組合區(qū)域；圖4b是類似于圖4a所示的線路方框圖，其中該線路是工作于反向工作模式；圖4c是類似圖4a和4b的線路方框圖，其中加上第四端口；圖5是描述類似于表示在圖4a到4c的優(yōu)選實施例的詳細的方框圖；圖6a是用于圖6c所示的多空腔校準器的相位對波長的輸出響應的曲線圖；圖6b是描述單個空腔校準器和多個空腔校準器的輸出響應的曲線圖；圖6c是可選擇的實施例的線路圖，其中使用多空腔校準器；圖7是描述可選擇的實施例的線性化強度輸出響應的曲線圖；圖8是描述可選擇的實施例的輸出響應的曲線圖，其中選擇反射率和相位以便提供帶通濾波器；圖9是另一個實施例的線路圖，其中使用平面型波導技術；圖10是在圖9的線路中使用的MMI耦合器的更詳細的示意圖，其中根據這個圖描述該耦合器的操作；
圖11是圖9所示的另一個實施例的線路圖，其中通過在與相鄰區(qū)域相比具有不同的折射率的平面型波導內提供區(qū)域而產生兩個校準器；圖12是使用的環(huán)形諧振器的方框線路圖并且功能等效于前面實施例所示的Fabry-Perot諧振器；圖13是另一個可選擇的實施例的線路圖，其中使用環(huán)形諧振器；圖14是傳輸對相對波長的曲線圖，表示環(huán)形諧振器的兩個輸出ar和at的頻譜幅度響應，以及圖15分別是該環(huán)形諧振器的兩個輸出的頻譜相位響應的曲線圖；圖16是環(huán)形諧振器的兩個輸出ar和at之間的相位差對相對波長的曲線圖，顯示在等于該環(huán)形諧振器的FSR的連續(xù)的波長信道上在-π/2和+π/2之間交替的相位差；圖17是描述在耦合器干涉儀的各自的輸出端的兩個交錯信號aout1和aout2的頻譜傳輸的傳輸對相對波長的曲線圖；圖18是圖11中所示的基本線路的線路圖，其中第一耦合器和第三耦合器之間的波導區(qū)域被摻雜而變得對光更敏感，使得通過光源照射而產生受控的折射率變化；圖19是表示提供一個去交錯器/交錯器功能的線路的線路圖；圖20a是圖19所示的線路的一部分的線路圖；圖20b和20c是圖19所示的線路的一部分的線路圖；圖21是示意通帶和阻帶之間差異的本發(fā)明交錯器的頻譜響應(傳送/反射)的簡略表示；圖22是具有四個去交錯器的本發(fā)明的線路的簡略表示；圖23是具有調諧裝置的基于Fabry-Perot校準器的交錯器的簡略視圖；圖24是現有技術的交錯/去交錯線路的簡略視圖；圖25是一個200GHz交錯/去交錯線路的簡略視圖；圖26是根據本發(fā)明的一個實施例的交錯器的簡略視圖，其中三個對稱的交錯器光學地耦合提供去交錯50GHz間隔的信道的輸入數據流為四個200GHz間隔的信道的數據流；圖27是根據本發(fā)明的可選擇的實施例的交錯器的簡略視圖，其中該輸出可以是對稱的或者不對稱的，并且其中帶寬是可以調整的；以及圖28是圖27所示的交錯器的實施例的簡略視圖，其中提供不對稱的輸出。
以下所示和描述的基本交錯器線路，描述于1999年3月25日提交的、普通轉讓的待審查的美國專利申請序號09/275,962,1999年6月23日提交的、專利申請序號09/338,925,1999年7月22日提交的、序號09/358,445和1998年12月23日提交的加拿大專利申請序號2,256,963中。
一般地講，校準器濾波器的頻譜特性是由該鏡面或者反射表面的反射率和間隙間隔確定的。Fabry-Perot原理允許濾波寬頻帶光束，從而僅僅周期的頻譜通帶基本上傳送出該濾波器。相反地，如果適當地選擇該鏡面或者反射地面的反射率，偏移d毫微米的周期頻譜通帶基本上從輸入鏡面往回反射。在可調節(jié)的Fabry-Perot設備中，諸如在以Ip的名字轉讓給JDS Fitel有限公司的在美國專利號5,283,845中公開的設備，典型地通過改變有效的空腔長度(間隔)獲得頻譜通帶的中心波長的調諧。
現在參見圖2，表示一個光線路，用于將一個信道光信號，即一個包括多路復用的緊密間隔信道的信號多路分路為多個較不密集的信道信號，每個信道信號包括多個多路復用的較不密集地間隔的信道。以第一方向操作該線路，其中該線路在進入該線路一端的多個信道上執(zhí)行多路復用功能，它是一個交錯器線路，而在相反方向中，其中該線路在相反端進入的復合信號上執(zhí)行多路分路功能，以便提供多個多路分路信道，它用作去交錯器線路。但是，術語交錯器線路此后用于表示這個交錯器/去交錯器線路。在以Cohen名義的美國專利No.5,680,490中一個這樣的交錯器線路公開為梳狀分離濾波器。
現在參見圖2，表示一個光交錯器線路，包括以Fabry-Perot校準器濾波器110形式的一個3端口光腔(在圖3中更詳細地表示)，具有第一部分反射端面110a和第二部分反射端面110b。Fabry-Perot校準器在端面110b有一個輸入端口101，在Fabry-Perot校準器濾波器反射端面110有第二端口102，和耦合到傳送端面110a作為輸出端口的第三端口103。Fabry-Perot校準器濾波器110具有兩個部分反射鏡面或者表面，彼此相對并且由一定的固定的間隙分開，形式一個空腔。
用于可控制地延遲通過的光信號的移相器是與在Fabry-Perot校準器110的一端的第三端口103光學地耦合。在移相器117輸出端和Fabry-Perot校準器110的第二端口102之間放置一個50/50分離器119，并且與其光學地耦合。雖然圖解表示為具有波導，例如用于引導信號從該校準器到移相器117和分離器119的光纖，但是，使用鏡面或者反射器的較不優(yōu)選的自由空間實施方法是本專業(yè)技術人員能作的。當然耦合透鏡(未表示)，諸如GRIN透鏡最好用于耦合來自和/或到出自特定部件的光纖的光。
現在注意到，在一定的情況下來自校準器，例如校準器110的反射與透射(傳送)的E場相位之間的相位差保持恒定。此外，當輸入光進入校準器的輸入端口101時，出自端表面103的結果信號和出自端表面102的結果信號之間的相位差或者是0或者是π弧度，并且按每個頻譜的傳輸諧振變化。這在圖2a中示出，其中畫出相位對波長的曲線。由于在校準器內多重干涉效果，出現透射和反射E場之間的相位差的鎖定。
本發(fā)明的一個實施例以舉例的方式通過干涉兩個結果信號而使用這個特性，以便可以實現平坦的頻譜通帶濾波器。通過調節(jié)出自Fabry-Perot校準器110的相反的端面的兩個信號之間的相位關系，和隨后干涉這些信號，可以實現各種期望的輸出響應。當然，選擇地，可以加上附加的控制以便衰減或者放大兩個信號的一個信號或者兩個信號。由于校準器110的端口2和50/50分離器119之間與校準器110的端口3和50/50分離器之間的路徑長度差可能不是零，或者是校準器的自由頻譜范圍的準確倍數，移相器117確保調節(jié)由于路徑長度差引起的不希望的或者期望的相位差。
如果在干涉儀的兩個臂之間即在校準器110和分離器119之間的路徑之間沒有產生固有的相位差，將獲得下面的輸出。
從端口3輸出ERejθR+ETej(θT-π/2)從端口2輸出ETejθT+ERej(θR-π/2)其中θR與θT是由校準器產生的反射和透射相位。干涉測量的輸出由一般的表示式給出IRes=1/2(ER2+ET2+2ERETCOS(△θ))其中△θ表示兩個E場之間的相位差。如果θR=θT，則兩個輸出的相位差將是π/2。而且如果θR-θT=π，則兩個輸出的相位差還是π/2。因此，不存在期望的干涉測量反應。
但是，如果在干涉測量的臂中提供π/2相位差，則兩個輸出由下式給出從端口3輸出ERejθR+ETej(θT)從端口2輸出ETej(θT+π/2)+ERej(θR-π/2)正如從上面可以看到的，這時干涉儀的輸出具有π相移，它表示可能存在兩個信號之間的有用的或者期望的干涉測量反應。在端口3輸出和在端口2輸出的相位差分別是θR-θT和θR-θT-π。如果θR=θT，則在端口3和2的輸出的相位差分別是0和π。對于θR-θT=π，則在端口3和2的輸出分別具有π和0的相位差。因此可以實現信道選擇。
該線路可以作為去交錯器濾波器操作，提供在分離器的一個輸出的奇數信道和在該分離器的第二個輸出的偶數信道的分離。
通過改變饋送給分離器的該線路的兩臂中的信號之間的相位關系和通過改變該校準器的端面的反射率，例如具有60％和1％反射率，則交錯功能消失，并且該線路操作提供線性化輸出。在諸如波長鎖定這樣的應用中，這樣的線性化輸出信號是有用的，其中期望線性斜坡信號。此外，如果兩個輸出信號彼此相減，由于沒有引入信號損耗，效果進一步增強了。
現在翻到圖4a至4c，表示根據本發(fā)明實現自由空間設備的一個光學器件，其中未引導的平行光在該設備中傳播。所示的交錯器/去交錯器具有兩個玻璃干涉測量端板42，在端板42之間放置隔離物。兩個干涉測量的端板42之間的隔離物區(qū)域具有一個50/50涂層(如圖所示)，除了虛線所示的以外。這個虛線表示板極42之間的區(qū)域，其中兩個至少部分地反射面形成該校準器(未詳細表示)，在之間具有一個空氣隙，有＞5λ的預定的尺寸，定義該校準器的自由頻譜范圍。圖4A和4B中的漸變折射率(GEIN)透鏡40a至40e用于提供通過和在端板極42之間的平行光，并且在輸出端口用作聚焦透鏡。鏡面41a和41b放置在板極42的兩端以便引導光束到特定的端口。例如，進入透鏡40a的輸入端口的光引導到板極之間的校準器。大約50％的光透射(傳送)通過校準器的前端并且遵循光入射于鏡面41a的路徑，并且隨后引導到透鏡41b；剩余光透射(傳送)通過校準器的背側并且照射鏡面41b，隨后引導到透鏡40c的端口。如圖所示的，當具有中心波長λ1,λ2,λ3,λ4,…,λn的信道進入透鏡40a的端口時，該信道在透鏡40b和40e的端口分別去交錯為信道組λ1,λ3,λ5和λ2,λ4,λ6..；從而提供兩個去交錯組。圖4b說明圖4a的相同的線路如何逆向使用以交錯被去交錯的信道。此外，圖4c說明在GRIN透鏡40d可以加上附加的輸入端口而且通過適當地調節(jié)和控制相位，該線路可用于轉換輸入信道到任一輸出端口。
現在參見圖5，表示實現自由空間的設備的一個光學器件，其中未引導的平行光在該設備中傳播。所示的交錯器/去交錯器具有兩個玻璃干涉測量的端板42，在端板42之間放置隔離物。端板極和該隔離物是通過光學接觸連接的。這些接觸面同時地和在相同的方向拋光，以便在裝配時保持它們的表面在10弧度秒內平行。干涉測量組合器的通孔的軸和在每一個干涉測量端極板上的涂層B的軸在0.1毫米內是同心的。通過50/50涂層便利地實現干涉測量組合器。校準器沒有該涂層。為了清楚起見，圖5中未表示圖4所示的對準/聚焦GRIN透鏡。溫度傳感器52顯示在板極52的端部以便確定兩個干涉測量端板42之間的相對溫度差。加熱器42a和42b與溫度傳感器52一起使用以便控制通過校準器的相反兩端的透射和反射光信號之間的相位關系，加熱器42a和42b便利地回繞端板極42。
在另一個實施例中，以迄今描述的單個校準器相同的方式使用奇數整數個多空腔校準器。因此從多空腔校準器結構的最外的相反端口捕獲和組合光。使用多個空腔，即三個校準器，獲得圖6a所示的分布圖，其中在該曲線圖的某些部分62的相位增加了，導致較陡峭的輸出響應。此外，通過提供更多的校準器表面，即在三空腔校準器的例子中至少四個反射表面，能夠變化每個表面的反射率以提供更多的控制。圖6b示意兩條曲線，一條曲線用虛線，它表示單個空腔校準器的輸出頻譜的一部分，和一條實線，它表示根據本發(fā)明的三空腔校準器設備的輸出頻譜的相同的部分。圖6c示出根據本發(fā)明的線路，具有耦合到一個組合器的多空腔校準器。
在前面幾個實施例中，移相器保證一個有效的相位差π/2，以使通過50/50分離器引入的相移已經被補償。然后允許在干涉儀輸出出現完全的建設性的和破壞性干涉。但是，如果使用不同的相位差，然后通過該校準器的兩個平面的反射率的一定的組合，可以實現如圖7的曲線所示的線性化強度隨波長的變化。在這個例子中，反射系數是0.01和0.6，而相位差是0。
圖8說明一個可選擇的實施例，使用正確的相位差和反射率提供一個平坦的濾波器通帶。
現在翻到圖9，提供一個替換實施例，它在功能上類似于圖2所示的實施例。交錯器線路900顯示出使用平面型波導技術可以便利地制作。在這里例如波導可以放置在玻璃中。波導區(qū)域可以摻雜，離子注入或者移植。例如核心光波導區(qū)域可以是一個光透射的聚合物。在第一端具有輸入端口1和輸出端口2的第一MMI 50/50耦合器910利用放置在之間的波導912和914光學地耦合到第二個相同的MMI 50/50耦合器920。兩個薄的部分反射板E和E′放置在切波導912和914的槽中。板極E，放置在之間的波導912和板極E′形成第一Fabry-Perot校準器。類似地，板極E，放置在之間的波導914和板極E′形成第二Fabry-Perot校準器。第一MMI耦合器910的輸出端口2和第二MMI耦合器920的輸出端口2耦合到第三MMI 50/50耦合器930的輸入端口1和2，第三MMI 50/50耦合器930具有用于分別傳遞信號aout1和aout2的輸出端口3和4。
在描述交錯器/去交錯器線路900的操作之前，圖10用作描述四端口3dB耦合器的功能，該耦合器類似于表示在圖9中的耦合器。提供給耦合器940的端口1的輸入信號a1在端口2和3之間相等地劃分。在由所示的鏡面反向反射該信號之后，它們組合到耦合器的端口4而不是端口1。以這種方式，該反射信號從該輸入信號分開，而不要求光環(huán)行器。當然圖9所示的MMI耦合器可以以3dB耦合器替換。
圖9線路的操作類似于圖2所示的去交錯器/交錯器的操作。在圖9中輸入信號ain進入端口1而且分別在耦合器910的端口3和4相等地劃分為在波導912和914上的兩個去交錯信號。從耦合器910與920之間的校準器傳送和反射的傳送信號at和反射信號ar輸入到MMI耦合器930的端口1和2并且提供作為兩個去交錯輸出信號。當然，可以提供每個去交錯輸出數據流給另一個類似的去交錯線路，用于進一步去交錯該信道化的信號。例如，在第一級，諸如參考圖9描述的第一級，信道1,3,5,7,…為在aout1輸出，而信道2,4,6,8,…為在aout1輸出。信道1,3,5,7,9可以饋送給一個類似線路900的線路，其中該校準器具有一個更大的FSR，因此兩個另外的數據流1,5,9和3,7,11可以進一步多路分路。
圖11表示圖9的實施例的另一個類似的實施例，其中校準器111形成在兩個MMI耦合器910和920之間，在每個波導912和914中提供一個區(qū)域，其中折射率不同于耦合到和相鄰這個區(qū)域的波導的折射率。該校準器區(qū)域可以是具有適當的折射率的一個聚合物。當然該校準器的長度和校準器區(qū)域與相鄰區(qū)域之間的折射率的差必須是足夠的，以便在不同的折射率區(qū)域之間的接口處提供期望的反射率。
圖12描述與Fabry-Perot校準器在功能上類似的實施例。圖12所示的線路使用一個環(huán)形諧振器。通過組合波導環(huán)形諧振器和所示的兩個定向耦合器可以獲得Fabry-Perot諧振器的等效的轉換功能。這是具有一個輸入端口和兩個輸出端口的一個3端口設備。在該設備的輸出端口的信號ar和at等效于Fabry-Perot諧振器的反射和傳送信號。該定向耦合器的耦合系數控制空腔的精巧性。周期頻譜響應是通過下面等式由該環(huán)的總長度確定的。
FSR=c/△L其中c是光速而△L是通過該環(huán)的光程。
根據本發(fā)明的一個實施例表示在圖13中。環(huán)形諧振器的兩個輸出發(fā)送給3dB耦合器以便獲得兩個交錯信號aout1和aout2。如果光程AC等于光程BC，可以實現交錯功能，其中光程是物理長度X折射率。當然物理長度多少受可以容許的彎曲量限制。在一個優(yōu)選的實施例中，為了交錯，該耦合器是一個50/50耦合器。在C的耦合器可以是一個定向耦合器或者一個MMI耦合器。最好在A和B的耦合器是17.1％/82.9％耦合器，使得82.9％的光耦合到該環(huán)，和17.1％的光通過相鄰該環(huán)的波導。
圖14和15顯示環(huán)形諧振器的兩個輸出ar和at的頻譜幅度和相位響應。圖16顯示環(huán)形諧振器的兩個輸出ar和at之間的相位差。該相位差在等于環(huán)形諧振器的FSR的連續(xù)的波長信道上在-π/2和+π/2之間交替。最后，圖17顯示在波導耦合器干涉儀的輸出上的兩個去交錯信號aout1和aout2的頻譜傳輸。
根據本發(fā)明，特別是圖9,11和13所示的實施例描述的單片波導器件可以以這樣的方式制作，通過永久性調諧該設備使得它們相對地溫度穩(wěn)定。在任何一個實施例中，ar或者at的一個臂例如可以以鍺摻雜和隨后以UV光暴光，以便變化該摻雜臂的特定部分的折射率。做為選擇，使一個臂以適當強度和持續(xù)時間的光曝光可以在某些情況下得到要求的折射率變化以便永久性調諧該設備。這是表示在圖8中的永久地調節(jié)兩個臂ar和at之間的相位關系的一個方便的方法，從而得到非常寬大的溫度允許范圍的設備。
一個可替代的實施例表示在圖19中，其中顯示一個去交錯器/交錯器。在此情況下，表示位置A和B是90度分開的。位置A,B和C之間的關系如下AB+BC-AC=Lring/2，式中Lring是該環(huán)形諧振器的長度。
圖20a,20b和20c說明耦合器A,B和C中的近似功率耦合比。
迄今提供的詳細的描述提供了交錯器線路的不同的實施例的說明，它可以去交錯輸入信道的數據流為兩個去交錯數據流，或者相反地，它可以交錯信道的兩個輸入數據流為單個多路復用交錯數據流。
但是，為了重復地去交錯信道數據流，可以使用具有一個較大的信道間間隔的連續(xù)的下行去交錯器線路。例如，如果均等(50 Ghz)間隔的信道1,2,3,4,5,6,7,8的輸入數據流被去交錯為四個數據流，可以首先如下去交錯第一和第二組組1-信道1,3,5,7，和組2-信道2,4,6,8。于是組1和組2能單獨地饋送到具有較大(200Ghz)間隔的去交錯器，得到組1a由信道1和5組成，而組1b由信道3和7組成；同時地在另一個去交錯器中，組2可以被分成組2a由信道2和6組成，和組2b由信道4和8組成。明顯地，交錯器/去交錯器線路去交錯組1(2)必須具有比去交錯組1a(2a)基本上不同的FSR。更具體地說，第一交錯器必須具有100Ghz的FSR而第二交錯器必須具有200GHz，而如果要求第三(和第四)級，將要求該交錯器分別具有大約400和800Ghz的FSR。當制造高公差精確的部件時，通常最好具有一個設備，提供多功能，而不是建立一個生產線或者許多生產線制造幾個部件。
當單個設備能滿足時，提供不同的設備執(zhí)行不同的功能不是最佳的。除制造幾個部件費用更大以外，每個需要單獨固定，因此相信如果單個部件足夠的話，將發(fā)生較小誤差。
本發(fā)明提供一個解決方案，其中可使用單一的周期濾波器可避免使用具有100GHz,200GHz和400GHz信道間隔的濾波器。
現在翻到圖21，顯示根據本發(fā)明的校準器的傳送/反射頻譜的幅度-波長(A/λ)曲線。以T表示傳送頻譜；而以R表示反射頻譜。設計該校準器使得反射頻帶(寬度)L2是三倍的傳送通帶L1；該中心波長可以以FSR結果的微細變化進行調諧。
現在參見圖22，顯示一個去交錯器/交錯器系統，其中四個去交錯器/交錯器201a,201b,201c和201d具有基本上相同的FSR的校準器。最好四個交錯器是相同的和任何用以改變該校準器的相對響應的所需調諧通過主動調諧提供。主動調諧的形式可以是如圖23中所示溫度調諧的形式，利用提供在校準器210上的加熱器208，或者通過變化輸入信號的角度α以一個小量來變化由傳入信號穿過的光程長度。當然可以設想變化光程長度的其它裝置。例如，所有的校準器可以是可調諧的、具有壓電傳感器(未示出)，用于稍微變化該空腔內的間隙。因此，校準器201c的輸出響應偏移交錯器201a的輸出響應以便提供50GHz的偏移；交錯器201b的輸出響應偏移交錯器201的輸出響應100Ghz；而且，交錯器201d的輸出響應偏移交錯器201a的輸出響應150Ghz。因此，通過使用具有基本上相同的FSR的校準器的四個交錯器可以獲得將八個信道去交錯為兩個信道的四個數據流。
在工作中，如在圖22中所示的八個50GHz間隔的輸入信道ch1,ch2,ch3,ch4,ch5,ch6,ch7,ch8饋送到具有反射和傳送輸出端口202t和202r的第一200 GHz周期去交錯器/交錯器201a。劃分來自該去交錯器的兩個輸出數據流，反射數據流和傳送數據流，使得如果需要的話，傳送傳送數據流204(ch1,ch5..)用于進一步處理，同時傳送反射數據流206到第二交錯器201b，進行進一步的去交錯。第二去交錯器201b以相對于第一去交錯器210a偏移100Ghz的頻譜響應產生具有信道ch3和ch7的傳送數據流。由于同樣的原因，第三交錯器產生具有信道ch2和ch6的傳送數據流以及具有信道ch4和ch8的反射數據流。應當注意，如果在輸出數據流中這樣產生的200Ghz間隔是足夠的，則第四交錯器是不需要的。但是如果要求的話，可以用之“清除”由其他的濾波器產生的數據流。
將會懂得，在該例子中應用的系數四(200GHz相比50GHz)不是必定的。如果該系數是三，五或者更大，該原理是適用的。但是很明顯，去交錯每第四信道即在輸出信號中提供了便利的和充分大的信道間隔以用于進一步處理。
圖23顯示校準器的溫度或者它們的輸入信號的角度如何可以變化以便提供校準器的輸出響應中的小的偏移。圖23說明基于Fabry-Perot校準器的交錯器，具有用于調諧目的的加熱元件208的校準器210。輸入信號209顯示以一個角度α通過校準器210。在混合區(qū)域215組合反射波束211和發(fā)射波束213，產生去交錯的信號的兩個“臂”或者組217,219。
上面的描述假定光信號的信道間頻率間隔都是50GHz。在這種情況下，該交錯器線路是一個所謂的對稱線路。如果該信道間隔是不同的(但不是隨機的)，該線路可以容易地適用。例如，如果信道1和2,2和3,3和4,5和6,6和7…之間的信道間隔是50GHz，而信道4和5,8和9…之間的信道間隔是60GHz，則根據本發(fā)明的交錯器將設計成用于210GHz(3×50+60)?？梢钥闯?，本發(fā)明的線路可以適合于具有不規(guī)則地間隔的信道的不同信號。
為了比較，圖24圖解地表示用于處理之間具有50GHz間隔的八個信道ch1,…ch8的輸入信號225的現有技術的線路。在一個布局中耦合三個交錯器221,222和223，其中第一交錯器221是一個100GHz周期交錯器，但是另外兩個交錯器222,223是200GHz交錯器/去交錯器。明顯的，如果需要另一個交錯步驟，則其次四個交錯器是必要的，每個交錯器是400GHz交錯器/去交錯器。在現有技術線路中需要多個不同的去交錯器的缺點通過本發(fā)明消除了，本發(fā)明中全部交錯器/去交錯器是基本上相同的。
可以設想使用基于其它類型的諧振腔而不是校準器的交錯器。該交錯功能例如可以由一個環(huán)形諧振器提供。
現在翻到圖25，顯示一個可替代的實施例，其中對稱的交錯器/去交錯器具有一個輸入端口和兩個輸出端口。在此情況下，通帶帶寬等于阻帶帶寬。
根據顯示在圖26的本發(fā)明的可選擇的實施例，三個這樣的交錯器300a,300b和300c耦合在一起，使得交錯器300b將其輸出端口耦合到交錯器300a和300c的輸入端口。每一個交錯器由基本上相同的校準器組成，固有地具有基本上相同的FSR，但是被角度調諧以便提供具有偏移50GHz的中心波長的周期輸出響應。應該懂得，該偏移便利地選擇為50GHz，但是可以是不同的任意的值。對于交錯器300b的兩個輸出的每一個端口以虛線的輪廓表示該交錯器300b的輸出響應。這與圖25所示的交錯器的輸出響應對應。為了理解該線路的操作，交錯器300b的一個輸出端口饋送給交錯器300c。由于交錯器300c的輸出響應偏移50GHz，在端口3的輸入信號以這樣的方式濾波，使得僅僅傳遞被輸出的一半。類似地，輸入到交錯器300c的輸入端口的僅僅另外一半的該信號在端口4輸出。因此交錯器300c的對稱交錯有效地切割該輸入信號為兩個子信號，在端口3的第一子信號包括信道3,7和11，而在端口4的第二子信號包括信道4,8和12。
在圖26所示的示例性實施例中，顯示信道具有50GHz的帶寬，但是這是任意的。信道帶寬可以被調節(jié)為較小或者較大。
本發(fā)明的一個重要的優(yōu)點是相同的校準器可用于交錯器300a,300b和300c，其中在制造期間，使用角度調諧以便提供要求的信道偏移。由于提供通過該校準器的不同的光程長度引起的FSR的很小的變化是可忽略的；雖然這個變化提供了一個要求的信道偏移。使用如圖所示的互連的基本上相同的校準器增加了可靠性和大大減少制造該設備的費用。這個實施例的另一個優(yōu)點是可以提供寬的信道間隔。
在圖26所示的示例性實施例中，緊密間隔50GHz輸入信道的數據流多路分路為四個200GHz間隔的信道數據流，其中信道1,5和9在端口1輸出；信道2,6和10在端口2輸出；信道3,7和11在端口3輸出，而信道4,8和12在端口4輸出。
現在翻到圖27，表示一個交錯器具有50∶50波長獨立的功率分配器402，它具有連接到去交錯器400a和400b的輸入端口的輸出端口。輸出端口400a和400b饋送給基本上相同的交錯器400c,400d,400e和400g，具有彼此偏移的輸出響應。在工作中，該功率分配器提供具有相等的功率輸出的兩個相同的數據流，并且包括提供給它的輸入端口的所有信道。通過調節(jié)第一級耦合器和第二級耦合器的相對中心安置，可以調整帶寬并且可以調整輸出為對稱的或者不對稱的?？梢哉{整輸出信道寬度為小于最窄的單個耦合器帶寬的任何寬度。這個設計有利地提供輸出信號帶寬的靈活性，而且不同的輸出端口之間的信道形狀不需要是相同的。通過采用不對稱的方案，不同的端口可用于具有不同的調制率的信號。
圖28示出根據圖27中描述的實施例的一個不對稱的交錯器，其中提供兩個100Ghz間隔的輸出信號數據流具有不同的帶寬。
當然可使用其它的結構諸如基于波板(waveplate)的交錯器代替校準器。也可以調諧這些設備以便變化它們的中心波長。
權利要求
1．用于交錯或者去交錯具有預定的信道間頻率間隔的多個信道的輸入光信號的一個交錯器/去交錯器光線路，包括多個子交錯器/去交錯器，每個子交錯器/去交錯器光學地耦合到至少一個另外的子交錯器/去交錯器，用于向其提供輸出信號，或者用于從其接收輸出信號，每一個子交錯器/去交錯器具有基本上相同的自由頻譜范圍和相對于另外的子交錯器/去交錯器的偏移頻譜響應，用于交錯或者去交錯基本上不同的周期信道的組的每一個子交錯器/去交錯器具有不同的中心波長。
2．根據權利要求1的交錯器/去交錯器光線路，其中，多個子交錯器/去交錯器包括多個濾波器，具有周期輸出響應，順序地耦合用于連續(xù)地去交錯信號以便產生多個去交錯的信道組，多個去交錯的信道組與所述輸入信號比較具有增加了的信道間的頻率間隔，所述周期濾波器具有大于所述輸入光信號的兩個相鄰的信道間頻率間隔的自由頻譜范圍。
3．根據權利要求2的光線路，其中，配置該周期濾波器使得周期濾波器的每一個光學地耦合以接收或者提供信號給另一個周期濾波器，周期濾波器具有基本上對稱的輸出響應。
4．根據權利要求3的交錯器/去交錯器光線路，其中，多個周期濾波器中的至少一個周期濾波器具有雙輸出端口或者雙輸入端口，以及其中，所述雙端口的每一個光學地耦合以向或自不同的子交錯器分別提供或接收信號。
5．根據權利要求2的線路，其中，所述周期濾波器是基于校準器的交錯器/去交錯器，它具有基本上相同的或者類似的自由頻譜范圍的校準器。
6．根據權利要求書5的線路，其中，所述周期濾波器的自由頻譜范圍至少是所述輸入信號的信道間隔的三倍。
7．根據權利要求1的線路，其中，每個子交錯器/去交錯器包括至少一個校準器。
8．根據權利要求1的線路，其中，每個子交錯器/去交錯器包括多個校準器。
9．根據權利要求7的線路，其中，每個校準器具有一個通帶和一個阻帶，該通帶的寬度至少比該阻帶寬度窄兩倍。
10．根據權利要求7的線路，還包括用于調諧所述交錯器/去交錯器中的至少一些交錯器/去交錯器的中心波長的調諧裝置。
11．根據權利要求10的線路，其中，所述調諧裝置是一個加熱裝置。
12．一種去交錯多信道光信號的方法，包括步驟傳遞具有一個預定的間隔的多個信道的輸入信號通過多個順序地耦合的周期去交錯濾波器，每個去交錯濾波器具有基本上相同的周期，以及其中，濾波器的峰值中心通帶彼此偏移，配置濾波器使得濾波器中的一個被光學地耦合以便接收或者提供信號給另一個濾波器，以及其中，濾波器的周期大于所述輸入信號的兩個相鄰的信道間頻率間隔。
13．根據權利要求12的方法，還包括調諧第二交錯器和在該序列中隨后的交錯器/去交錯器的中心波長的步驟。
14．根據權利要求13的方法，其中，通過控制所述至少一個校準器的光程長度來完成所述調諧。
15．根據權利要求13的方法，其中，通過控制輸入信號的入射角度來完成所述調諧。
全文摘要
用于去交錯或者交錯具有預定的信道間頻率間隔的多個信道光信號的線路使用多個順序地耦合的類似的自由頻譜范圍的周期濾波器,例如基于Fabry－Perot校準器的交錯器/去交錯器。偏移連續(xù)的濾波器的頻譜響應以便容納不同的信道分組。每一個交錯器的自由頻譜范圍是類似的并且該信道周期大于輸入光信號的兩個相鄰的信道間的頻率間隔。
文檔編號G02B6/34GK1308432SQ0013446
公開日2001年8月15日 申請日期2000年12月1日 優(yōu)先權日1999年12月2日
發(fā)明者傅曉理, 謝紀閩 申請人:Jds尤尼費斯公司