專利名稱：可配置的光學分插設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學設備。尤其，本發(fā)明涉及用于光學通信網絡的分插設備。
光纖網絡能夠在單根光纖上傳輸多信道信息。與限制于單個信道的通信信道相比，用單根光纖傳輸多信道的能力增加了網絡及包括光纖網絡的其它設備的帶寬。因為每根光纖能夠傳輸多信道，因此與每根光纖傳輸單個信道相比，信道的路由更復雜。
一個路由方案是將每個信道路由到每個設備，并且允許這些設備訪問合適的信息。

圖1是每個設備能夠訪問每個信道信息的一個簡單網絡的方框圖。網絡100包括由光纖傳輸路徑連接的設備110、130和160。路徑120和125在設備110和設備130之間傳輸信息。類似地，路徑140和145在設備130和設備160之間傳輸信息，路徑150和155在設備110和設備160之間傳輸信息。
但是，對于具有許多設備的網絡，每個設備之間的互連可能極其昂貴，或者甚至在物理上是不可能的。為了提供許多設備到一個光纖網絡的互連，開發(fā)了分插設備。
圖2說明了一種分插設備。通信路徑200是一個多信道光纖路徑，光學耦合到分出濾波器210。分出濾波器210過濾一個信道，使該信道通過分出濾波器進入通信路徑220，并使剩余的信道反射到通信路徑230。通過分出濾波器進入通信路徑220的信道被交付給設備240，設備240對所接收的信道進行操作。
設備240產生信息，通過路徑250傳輸到插入濾波器260。插入濾波器260反射路徑230的信道并且插入路徑250的信道，以提供一個信道組合到路徑270。在這種方式中，設備240被允許訪問一個信道上的數據而不必請求訪問所有可用的信道。
但是，圖2的配置是固定的，并且必須在網絡配置時就確定。插入和分出附加的信道需要物理地增加附加的插入和分出濾波器，并接入多信道路徑200和270。因此需要一種改進的分插設備。
這里描述了一種光學分插設備。該分插設備具有一個輸入端口以接收多個信道信息。一個分出濾波器光學地耦合到該輸入端口。該分出濾波器通過一個信道或一組信道并且反射剩余的信道到第一中間端口。一個插入濾波器光學地耦合到第二中間端口。該插入濾波器組合插入的信道或信道組并且反射剩余的信道到一個輸出端口。一個交換器光學地耦合到該分出濾波器、插入濾波器、一個插入端口和一個分出端口。當第一狀態(tài)時，該交換器有選擇地光學耦合分出濾波器到分出端口以及插入濾波器到插入端口。當第二狀態(tài)時，該交換器有選擇地光學耦合分出濾波器到插入濾波器以及插入端口到分出端口。通過光學地鏈接第一和第二中間端口可以實現簡單的分插功能。在一個實施例中，交換器包括一個衍射棱鏡，以有選擇地光學耦合這些端口。在另一個實施例中，交換器包括一個反射鏡，以有選擇地光學耦合分插設備的端口。
在一個實施例中，多個分插設備被互連，以允許分出和插入多個信道或信道組。多個分插設備的輸入端口、輸出端口、第一中間端口和第二中間端口被互連，以允許分出和插入多個信道。
本發(fā)明通過附圖的例子說明而不是限制，圖中相同的參考數字表示類似的元件。
圖1是一個簡單網絡的方框圖，每個設備能夠訪問每個信道的信息。
圖2說明一種分插設備。
圖3是根據本發(fā)明的一個實施例的一種分插設備。
圖4說明根據本發(fā)明的一個實施例的多個互連的分插設備。
圖5是根據本發(fā)明的一個實施例的由分立的光學元件構成的具有一個棱鏡交換器的一種可配置的分插設備。
圖6是根據本發(fā)明的一個實施例的具有一個棱鏡交換器的一種集成的可配置的分插設備的一個實施例。
圖7是根據本發(fā)明的一個實施例的由分立的光學元件構成的具有一個反射鏡交換器的一種可配置的分插設備。
圖8是根據本發(fā)明的一個實施例的具有一個反射鏡交換器的一種集成的可配置的分插設備。
圖9說明圖8的集成的分插設備的基本光學原理。
圖10a是根據本發(fā)明的一個實施例的一種輸入三光纖準直器。
圖10b是根據本發(fā)明的一個實施例的一種輸出三光纖準直器。
這里描述了一種光學分插設備。在以下描述中，為了解釋，給出了大量特定細節(jié)，以提供本發(fā)明的全面理解。但是，很顯然，對于熟練的技術人員，不用這些特定細節(jié)也可以實踐本發(fā)明。在其它例子中，結構及設備以方框圖的形式示出，以避免掩蓋本發(fā)明。
說明書中所說的“一個實施例”或“某個實施例”是指與該實施例一起描述的特定特性、結構或特征包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。說明書中在不同位置出現的短語“在一個實施例中”不是必須都指相同的實施例。
本發(fā)明允許來自一個多信道光學路徑的信道被分出到一個設備以及一個新的或修改的信道被插入該多信道路徑。該設備由此可以訪問來自該多信道光學路徑的一個信道，而不用訪問所有信道。在一個實施例中，本發(fā)明的分插設備包括一個或多個中間端口以及一個交換器。中間端口傳輸未被分插設備分出的信道，并且交換器有選擇地光學耦合被分出的信道到設備或被插回該多信道路徑。交換器也有選擇地光學耦合將被插入多信道路徑的新的或修改的信道。
一個或多個中間端口允許多個分插設備被光學地耦合在一起，以提供一個可配置的分插機構。該可配置的分插機構允許來自多信道光學路徑的信道被提供給設備，而不需要在該多信道光學路徑上物理地增加或刪除分插設備。
圖3是根據本發(fā)明的一個實施例的一種分插設備的一個實施例。輸入端口300用于接收一個多信道光學通信設備，例如，光學地耦合到一個光纖的準直器，該光纖傳輸對應多信道的多路復用信息。
輸入端口300被光學地耦合到分出濾波器310。分出濾波器310用于通過由輸入端口300接收的一個信道。剩余的信道被反射到同樣被光學地耦合到分出濾波器310的中間端口330。由分出濾波器310通過(或分出)的信道被輸入到交換器360的第一輸入端口。在一個實施例中，交換器360是一個2×2的光學交換器。以下詳述了交換器360的各種實施例。也可以使用其它的交換器配置。
插入端口320提供一個輸入信號到交換器360的第二端口。插入端口320被光學地耦合到一個能夠從交換器360接收數據并向其提供數據的設備(圖3中未示出)。分出端口370是交換器360的第一輸出端口，并被光學地耦合到該設備。交換器360的第二輸出端口被光學地耦合到插入濾波器380。
在一個實施例中，插入濾波器380提供與分出濾波器310相同的濾波功能。因此，插入濾波器380通過由交換器360提供的信道并且反射由中間端口340提供的信道。以這種方式，插入濾波器380將對應被分出信道的一個信道插入由中間端口340接收的多個信道。輸出端口390接收來自中間端口340的被插入濾波器380反射的信道，以及被插入端口320通過的信道，插入端口320使該信道插入來自中間端口340的多個信道。
以下例子假定5個輸入信道；但是，可以支持任意數量的信道。輸入端口300接收5個信道(信道1、2、3、4和5)，其中一個(信道3)被傳輸到一個設備，該設備被光學地耦合到插入端口320和分出端口370。分出濾波器310使信道3通過分出濾波器到交換器360并且使信道1、2、4和5反射到中間端口330。分出濾波器310可以以已知技術的任意方式配置。如下詳述，中間端口330和中間端口340可以用于將多個分插設備互連到一起。如果使用單個分插設備，則中間端口330被光學地耦合到中間端口340(圖3中未示出)。
交換器360使信道3轉向分出端口370或插入濾波器380。在一個實施例中，如果交換器360為交叉狀態(tài)(cross state)，則信道3被回路到插入濾波器380，并被插入來自中間端口340的信道。如果交換器360為橫條狀態(tài)(bar state)，則信道3被傳輸到分出端口370。一個設備，例如，一個計算機系統，被光學地耦合到分出端口370以接收信道3。該設備提供一個新信道3到插入端口320。
當交換器360為橫條狀態(tài)時，插入端口320被光學地耦合到插入濾波器380。插入濾波器380使新信道3通過插入濾波器到輸出端口390。由中間端口340提供的信道被插入濾波器380反射到輸出端口390。當交換器360為交叉狀態(tài)時，來自插入端口320的新信道3被光學地耦合到分出端口370。交換器360也可配置為在交叉狀態(tài)時傳輸信道3到設備以及在橫條狀態(tài)時插回信道3。
因此，圖3的分插設備在輸入端口300處接收信道1、2、3、4和5。如果配置在第一狀態(tài)，則分插設備接收信道1、2、3、4和5并輸出信道1、2、3′、4和5，其中3′是由光學地耦合到圖3的分插設備的一個設備產生的新信道。如果配置在第二狀態(tài)，則分插設備接收信道1、2、3、4和5并輸出信道1、2、3、4和5。
圖4是根據本發(fā)明的一個實施例的多個互連的分插設備的一個實施例。因為圖4的每個分插設備包括兩個中間端口，所以多個分插設備可以被連接到一根光纖線，以允許通過配置交換器而不是物理地插入或刪除一個分插設備來配置各個信道的訪問。
例如，如果一個光學線傳輸N個信道，則N個分插設備可以建入一個光纖網絡中，并且可以依據是否需要訪問相應信道將各個分插設備的交換器設置為交叉或橫條。因此，與插入或刪除一個分插設備以改變對一個信道的訪問相比，準許或否決對信道的訪問更簡單。當然，多于或少于N個的分插設備可以用于提供對光學線傳輸的信道的訪問。
在一個實施例中，每個分插設備(420、421和422)以關于圖3的分插設備所述的方式工作。如圖4所示的多個分插設備的互連提供了一種可配置的分插機構，允許修改一個多信道光學線中對一個或多個信道的訪問，而不用物理地插進或刪除硬件。以下詳述了分插設備的其它實施例，也可用于提供一種可配置的分插設備。
分插設備420的輸入端口400被光學地耦合以接收一個多信道光學通信設備，例如一根光纖。分出濾波器410使一個信道通過并將剩余的信道反射到中間端口430。如下詳述，分出濾波器410可以包括多個濾波器。交換器460使該信道通過到設備1或通過到插入濾波器480。插入濾波器480接收由分出濾波器410分出的信道或由設備1產生的一個信道。由插入濾波器480接收的信道被插入由中間端口440接收的信道。
分插設備420的輸出端口490被光學地耦合到分插設備421的中間端口441。分插設備420的中間端口430被光學地耦合到分插設備421的輸入端口401。分出濾波器411工作使一個信道被分出到交換器461并使剩余的信道反射到中間端口431。交換器461以類似交換器460的方式工作。插入濾波器481插入接收的信道以產生一個輸出到輸出端口491。
多個分插設備以類似的方式互連，直到光學地耦合到設備N的分插設備422。任意數量的分插設備都可以被光學地耦合到一起。輸入端口402和中間端口442分別被光學地耦合到另一個分插設備(圖4中未示出)的一個中間端口和輸出端口。分出濾波器412工作使一個信道被分出到交換器462，交換器462使分出濾波器412的輸出光學地耦合到設備N或插入濾波器482。插入濾波器482將接收的信道插入通過中間端口442接收的信道，以在輸出端口492處產生一個輸出。
在一個實施例中，分插設備422的中間端口432被光學地耦合到分插設備420的中間端口440。耦合可以是直接的或者通過其它設備，例如，分散管理、清除濾波器或其它設備。
圖5是根據本發(fā)明的一個實施例由分立的光學元件構成的具有一個棱鏡交換器的分插設備。輸入端口500和中間端口530被光學地耦合到分出濾波器510。如上詳述，分出濾波器510從通過輸入端口500接收的多個信道中分出一個信道。
濾波器515提供被分出濾波器510通過的信號的進一步濾波。在一個實施例中，濾波器515具有與分出濾波器510相同的濾波特性。例如，如果分出濾波器510用于分出5個輸入信道中的信道3，通常，信道3被通過且剩余的信道被反射。但是，因為物理濾波器不是理想的，代表剩余信道的一些光也可能通過分出濾波器510。為了減少多余的光(或增加與其它信道的隔離)，濾波器515被提供以使隔離加倍。例如，如果2％的多余光通過了分出濾波器510，則僅有0.04％通過了分出濾波器510和濾波器515。雖然濾波器515對于實踐本發(fā)明不是必要的，但是增加濾波器515能夠比用單個分出濾波器的實施例具有更好的性能。
在一個實施例中，準直器550使分出濾波器510、插入端口520、分出端口570和插入濾波器580光學地耦合到衍射棱鏡560。在另一些實施例中，衍射棱鏡被其它元件，例如，一個反射鏡替代。插入濾波器580工作使一個信道插入中間端口540的信道。合成的信道被輸出到輸出端口590。
圖5的實施例說明由分立的光學元件構成的一種分插設備；但是，使用6個準直器互連圖5的元件。通過集成分插設備的元件及刪除準直器550，一個光學信號通過的元件數量可以被減少，且分插設備的性能由此得到改進。
圖6是根據本發(fā)明的一個實施例的具有一個棱鏡交換器的一種集成分插設備的一個實施例。圖6所示的分插設備比圖5的分插設備具有更少的準直器。在一個實施例中，準直器652和656為雙端口準直器。此外，準直器650、652和656包括濾波器。具有三端口和四端口準直器的另一些實施例在以下詳述。
準直器652提供輸入端口600、中間端口630和一個濾波器。圖6所示的實施例包括兩個濾波器以提供分出濾波器610；但是，準直器652或準直器650中的單個濾波器也可以使用。準直器650提供分出端口670及用于分出濾波器610的第二濾波器。準直器654提供插入端口620。準直器656提供中間端口640、輸出端口654和插入濾波器680。
準直器652和654提供衍射棱鏡560的輸入路徑。準直器650和656提供衍射棱鏡560的輸出路徑。當衍射棱鏡560物理地位于準直器650、652、654和656之間時，輸入端口600被光學地耦合到輸出端口690且插入端口620被光學地耦合到分出端口670。當衍射棱鏡560不是物理地位于準直器650、652、654和656之間時，輸入端口600被光學地耦合到分出端口670且插入端口620被光學地耦合到輸出端口690。
在一個實施例中，衍射棱鏡560被一個螺線管或一個電機物理驅動。在另一個實施例中，準直器650、652、654和656的配置可以使得衍射棱鏡560物理地位于準直器650、652、654和656之間時，輸入端口600被光學地耦合到分出端口670且插入端口620被光學地耦合到輸出端口690。類似地，當衍射棱鏡不是位于準直器650、652、654和656之間時，輸入端口600被光學地耦合到輸出端口690且插入端口620被光學地耦合到分出端口670。
圖7是根據本發(fā)明的一個實施例的由分立的光學元件構成的具有一個反射鏡交換器的一種分插設備。圖7的分插設備是用四個雙端口準直器說明的；但是，也可以使用其它類型的準直器。
輸入端口700被光學地耦合到分出濾波器710。分出濾波器使通過輸入端口700接收的一個信道分出并且將剩余的信道反射到中間端口730。如上詳述，分出濾波器710可以包括多個濾波器。被分出濾波器710分出的信道被提供給交換器760。
在一個實施例中，交換器760包括反射鏡763和螺線管765，螺線管765移動反射鏡763以有選擇地光學耦合分出濾波器710和插入端口720到分出端口770和插入濾波器780。當反射鏡763物理地位于交換器760的準直器之間時，被分出濾波器710分出的信道被反射鏡763反射到分出端口770。提供給插入端口720的信道被反射鏡763反射到插入濾波器780。插入濾波器780將接收的信道插入被中間端口740接收的信道，以提供一個輸出信道到輸出端口790。
當反射鏡763不是物理地位于交換器760的準直器之間時，分出濾波器710被光學地耦合到插入濾波器780。類似地，插入端口720被光學地耦合到分出端口770。因此，當反射鏡763不是位于交換器760的準直器之間時，被分出濾波器710分出的信道被插入濾波器780插回，且光學地耦合到插入端口720和分出端口770的設備不能訪問在輸入端口700處接收的任何信道。
圖8是根據本發(fā)明的一個實施例的具有一個反射鏡交換器的一種集成的分插設備。圖8的集成的分插設備比圖7的分插設備包括較少的準直器。在一個實施例中，圖8的三光纖準直器的配置如以下關于圖10a和10b的詳述所示。
在一個實施例中，三光纖準直器850提供輸入端口800、中間端口830和分出端口870。三光纖準直器850還包括分出濾波器810。也可以使用其它的配置。在一個實施例中，三光纖準直器855提供插入端口820、中間端口840和輸出端口890。三光纖準直器855還包括插入濾波器880。
在一個實施例中，螺線管865移動反射鏡863，使得反射鏡863在三光纖準直器850與855之間反射信號或允許信號通過。分出濾波器810分出一個由輸入端口800接收的信道且反射剩余的信道到中間端口830。如果反射鏡863在準直器850與855之間，則被分出濾波器810通過的信道被反射到分出端口870。
如果反射鏡863在準直器850與855之間，則由插入端口820提供的信道被反射鏡863反射到插入濾波器880，并被插入由中間端口840提供的信道且輸出到輸出端口890。如果反射鏡不在準直器850與855之間，則由分出濾波器810分出的信道被通過到輸出端口890并被插入由插入濾波器880通過中間端口840接收的信道且輸出到輸出端口890。
圖9說明圖8的集成分插設備的基本光學原理。對于圖9的例子，輸入準直器包括輸入端口900、中間端口930和分出端口970，其配置如以下關于圖10a的描述所述。類似地，輸出準直器包括插入端口920、中間端口940和輸出端口990，其配置如以下關于圖10b的描述所述。也可以使用其它的準直器配置；但是，圖9的光學作用發(fā)生相應修改。
透鏡950使在輸入端口900、中間端口930和分出端口970與分出濾波器910之間通過的光聚焦。類似地，透鏡955使在插入端口920、中間端口940和輸出端口990與插入濾波器980之間通過的光聚焦。反射鏡963是一個雙面鏡并且可以移動以允許光通過或反射。
在一個實施例中，輸入端口之間的距離以及輸出端口之間的距離、透鏡與端口之間的距離及透鏡與濾波器之間的距離，以及濾波器的角度的配置如下所述。也可以使用其它的配置。
在圖10a和10b的實施例中，r為光纖半徑，f為透鏡焦距，α為輸入角，β為濾波器反射角，θ為反射鏡在濾波器處的反射角。圖10a是根據本發(fā)明的一個實施例的一種輸入三光纖準直器。圖10b是根據本發(fā)明的一個實施例的一種輸出三光纖準直器。在一個實施例中，α=β=θ≌1.4r/f。因為濾波器頻譜隨光的入射角移位，所以當光兩次通過一個濾波器時，入射角應當彼此相等。
在前述說明書中，本發(fā)明參考其特定實施例被描述。但是，顯然，可以對其進行各種變型或修改，而不偏離本發(fā)明的更廣泛的精神和范圍。因此，說明書及附圖應被認為是示例性的而非限制性的。
權利要求
1．一種設備包括一個輸入端口，接收多個信道信息。一個分出濾波器，光學地耦合到該輸入端口，該分出濾波器通過一個信道并且反射剩余的信道到第一中間端口；一個插入濾波器，光學地耦合到第二中間端口，該插入濾波器插入該信道并且反射剩余的信道到一個輸出端口；一個交換器，光學地耦合到該分出濾波器、插入濾波器、一個插入端口以及一個分出端口，該交換器有選擇地光學耦合該分出濾波器和插入端口到該插入濾波器和分出端口。
2．權利要求1的設備，其中當第一狀態(tài)時，該交換器光學地耦合該分出濾波器到該分出端口以及該插入端口到該插入濾波器。
3．權利要求1的設備，其中當第二狀態(tài)時，該交換器光學地耦合該分出濾波器到該插入濾波器以及該插入端口到該分出端口。
4．權利要求1的設備，其中該交換器包括一個光束移位裝置。
5．權利要求1的設備，其中該交換器包括一個光束轉向裝置。
6．一種設備，包括分出裝置，用于從一個輸入多信道光學路徑分出第一信道；插入裝置，用于插入第二信道到一個輸出多信道光學路徑；選擇性光學耦合裝置，用于有選擇地光學耦合分出裝置和插入裝置到一個設備，并且用于有選擇地光學耦合分出裝置和插入裝置。
7．權利要求6的設備，進一步包括用于傳輸不包括第一信道的輸入多信道光學路徑的信道到一個中間端口的裝置。
8．權利要求6的設備其中選擇性光學耦合裝置包括一個2×2的光學交換器。
9．一種可配置分插機構，包括一個第一分插設備，具有一個輸入端口、一個輸出端口、一個插入端口、一個分出端口、一個第一中間端口以及一個第二中間端口，該第一分插設備包括一個分出濾波器，光學地耦合到該輸入端口，以通過一個第一預定信道并反射剩余的信道到該第一中間端口，一個插入濾波器，光學地耦合到該第二中間端口，以通過該第一預定信道并反射剩余的信道到該輸出端口，以及一個交換器，光學地耦合到該分出濾波器，以接收該第一預定信道，該交換器光學地耦合以從該插入端口接收一個第一信號并有選擇地光學耦合該插入端口和分出濾波器到該分出端口和插入濾波器；以及一個第二分插設備，具有一個輸入端口、一個輸出端口、一個插入端口、一個分出端口、一個第一中間端口以及一個第二中間端口，該第二分插設備包括一個分出濾波器，光學地耦合到該輸入端口，以通過一個第二預定信道并反射剩余的信道到該第一中間端口，一個插入濾波器，光學地耦合到該第二中間端口，以通過該第二預定信道并反射剩余的信道到該輸出端口，以及一個交換器，光學地耦合到該分出濾波器，以接收該第二預定信道，該交換器光學地耦合以從該插入端口接收一個第一信號并有選擇地光學耦合該插入端口和分出濾波器到該分出端口和插入濾波器；其中該第一分插設備的該第一中間端口光學地耦合到該第二分插設備的輸入端口，并且該第一分插設備的該輸出端口光學地耦合到該第二分插設備的該第二中間端口。
10．權利要求9的可配置分插機構，其中該第一分插設備的交換器包括一個直線移位棱鏡。
11．權利要求9的可配置分插機構，其中該第一分插設備的交換器包括一個可移動的反射鏡。
12．權利要求9的可配置的分插機構，其中該第二分插設備的交換器包括一個直線移位棱鏡。
13．權利要求9的可配置的分插機構，其中該第二分插設備的交換器包括一個可移動的反射鏡。
全文摘要
描述了一種分插設備,允許來自一個多信道光學路徑的信道分出到一個設備,以及一個新的或修改的信道插入該多信道光學路徑。該設備由此能夠訪問來自該多信道光學路徑的一個信道,而不用訪問所有的信道。在一個實施例中,本發(fā)明的分插設備包括一個或多個中間端口和一個交換器。該中間端口傳輸未被該分插設備分出的信道,并且該交換器有選擇地光學耦合被分出的信道到該設備或插回該多信道路徑。該交換器還有選擇地耦合將被插入該多信道路徑的新的或修改的信道。該一個或多個中間端口允許多個分插設備光學地耦合到一起,以提供一個可配置的分插機構。該可配置的分插機構允許來自該多信道光學路徑的信道被提供給設備,而不需要在該多信道光學路徑上物理地增加或刪除任何分插設備。
文檔編號G02B27/10GK1300377SQ00800580
公開日2001年6月20日 申請日期2000年3月21日 優(yōu)先權日1999年3月24日
發(fā)明者蔡波, 馬星, 李剛, 陳葉紅 申請人:E－Tek動力學公司