專利名稱：：可控光復(fù)用器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及具有波分復(fù)用的光纖-光學(xué)通信系統(tǒng)，特別地涉及可控光復(fù)用器裝置并且可以應(yīng)用于密集波分復(fù)用和粗波分復(fù)用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)方法的波分復(fù)用技術(shù)允許滿足光學(xué)通信系統(tǒng)承載能力的適用要求。然而，隨著通信系統(tǒng)的;Ol遇到了新的和不斷地增加的要求，從而需要進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展其應(yīng)用技術(shù)。波分復(fù)用iU艮的方向之一涉及固定信道頻率變成可動(dòng)態(tài)重調(diào)諧的方法。已知的和存在于寬光譜區(qū)的裝置是寬域可調(diào)激光二極管以及可重構(gòu)的和可調(diào)的光學(xué)增加/減少復(fù)用器。后者允許任何期望的信道隨時(shí)減少/增加，在網(wǎng)絡(luò)集線器中沿網(wǎng)絡(luò)提供最佳路由。具有波長可調(diào)特征的該光復(fù)用器現(xiàn)在和將來可能用于具有動(dòng)態(tài)功能性的光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該可控光復(fù)用器可以通過其基本設(shè)計(jì)而用作信道集成裝置而向光學(xué)線路輸入多重信道信號(hào)。其可以屬于更復(fù)雜的裝置和具有動(dòng)態(tài)功能的波分復(fù)用系統(tǒng)，例如多信道可控增加/減少復(fù)用器。該可控光復(fù)用器可以應(yīng)用于多信道傳感系統(tǒng)，例如網(wǎng)絡(luò)光纖傳感器陣列，各種設(shè)計(jì)及的光可調(diào)諧濾光和模擬系統(tǒng)。目前，已經(jīng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用了許多不同的多路傳輸裝置。這些是基于薄膜濾光器的裝置(通過級(jí)聯(lián)一系列薄膜濾光器來組合)、陣列波導(dǎo)光柵(AWG)、刻蝕中階梯光柵光鐠儀、最后是最接近本發(fā)明的基于多級(jí)樹狀結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱馬赫-曾德干涉儀(MZIs)。已知馬赫-曾德干涉儀的特點(diǎn)在于低信號(hào)插入損耗、低偏糾目關(guān)、相對(duì)4低的成本。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知基于非對(duì)稱馬赫-曾德干涉儀的具有8或9級(jí)的多級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于高選擇性并且足以覆蓋整個(gè)波分復(fù)用帶。已知的傳統(tǒng)的基于馬赫-曾德干涉儀的光復(fù)用器設(shè)計(jì)是每個(gè)n級(jí)中包含2^個(gè)馬赫-曾德干涉儀的N級(jí)樹型結(jié)構(gòu)，所述設(shè)計(jì)用于光纖光通信系統(tǒng)中，該系統(tǒng)具有波分復(fù)用2~個(gè)信道和相鄰信道之間頻率間隔Av。該光復(fù)用器在通過一個(gè)信道每個(gè)各個(gè)輸入口上具有2N個(gè)各個(gè)的輸入端和一個(gè)用于多路傳輸光信號(hào)的輸出端。當(dāng)在該裝置的各個(gè)輸入端接收2N個(gè)信道時(shí)，第一級(jí)的馬赫-曾德干涉儀將信道合并成2N"組。每組進(jìn)入第二級(jí)，其中信道再一次合并，在這種情況下合并成2^2組。這樣的組(和信道)的復(fù)用過程隨著在該復(fù)用器的所有級(jí)順序地發(fā)射光通過而進(jìn)行。最后，在最后單級(jí)全部信道完全組合為流(光信號(hào))。基于馬赫-曾德干涉儀的光復(fù)用器，和其它以上列出的復(fù)用器，絕大多數(shù)是靜態(tài)的，即具有固定的光譜特征，這就是不能用于信道頻率動(dòng)態(tài)移動(dòng)的波分復(fù)用的原因。同樣已知的是，以基^M目移(elementaryphaseshift)供給的單級(jí)馬赫-曾德干涉儀在可控增加/減少復(fù)用器中可以是關(guān)鍵要素(US6795654B2)。顯然，在正確^f吏用的情況下，他們也可以成為形成可控光復(fù)用器的基礎(chǔ)。光學(xué)技術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)給出了可被用于復(fù)用器的馬赫-曾德干涉儀的足夠?qū)挼姆秶?，包括具有?dòng)態(tài)功能的復(fù)用器?；A(chǔ)和基本結(jié)構(gòu)是非對(duì)稱單級(jí)MZI(以下稱作單級(jí)MZI)。單級(jí)馬赫-曾德干涉儀的缺點(diǎn)是非理想的光譜特征形狀，在使用于DWDM系統(tǒng)中時(shí)可以導(dǎo)致串?dāng)_和不合適的信道隔離。兩級(jí)非對(duì)稱馬赫-曾德干涉儀和多級(jí)非對(duì)稱馬赫-曽德干涉儀(以下稱為兩級(jí)和多級(jí)馬赫-曾德干涉儀)具有優(yōu)良的光譜特征。而且，多級(jí)馬赫-曾德干涉儀的特點(diǎn)在于顯著4氐的插入分散(insertiondispersion)。顯然，對(duì)于可以設(shè)計(jì)成多級(jí)結(jié)構(gòu)的形式、包括足夠多的馬赫-曾德干涉儀的可控光復(fù)用器，應(yīng)該盡可能地防止環(huán)境影響溫度不穩(wěn)定性、振動(dòng)、等等。因此為了保證必要的穩(wěn)定性和可靠性，該裝置應(yīng)該具有所使用馬赫-曾德干涉儀的高度集成化并且是緊湊的；所以固態(tài)狀態(tài)集成光結(jié)構(gòu)是非常適合于產(chǎn)生這樣的裝置的結(jié)構(gòu)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在形成用于具有動(dòng)態(tài)功能的波分復(fù)用系統(tǒng)的可控光復(fù)用器。該復(fù)用器應(yīng)該滿足現(xiàn)有的信道隔離和插入分散的要求并且應(yīng)該適于設(shè)計(jì)為集成光學(xué)裝置。本發(fā)明的目的是提供一種用于波分復(fù)用通道組的方法和裝置的任務(wù)，其中通過對(duì)復(fù)用濾波器各級(jí)波長特征的控制形成多信道光信號(hào)。該指定的任務(wù)已經(jīng)通過^:計(jì)一種在具有波分復(fù)用的2N個(gè)信道的光網(wǎng)絡(luò)中可控復(fù)用信道的方法而解決，所述信道的具有固定信道間距Av的光頻率可以動(dòng)態(tài)移動(dòng)，該方法包括(a)在N級(jí)結(jié)構(gòu)樹型的2N個(gè)各個(gè)輸入端上輸入2N個(gè)信道的每個(gè)單獨(dú)的信道，其中每個(gè)級(jí)包含有2N-n個(gè)濾光器，n=l，2，……，N，特征在于，具有兩個(gè)相鄰的極值之間的光譜間隔Avn=2n"Av的周期函數(shù)形式的傳輸，所述傳輸可以是可控調(diào)諧傳輸；(b)調(diào)諧所述N級(jí)結(jié)構(gòu)每個(gè)級(jí)的濾光器，使得在輸出端對(duì)來自2~個(gè)所述各個(gè)輸入端之一的2"個(gè)信道中的每個(gè)的傳輸最大；和(c)通過所述N級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)射2N個(gè)信道并在所述N級(jí)結(jié)構(gòu)的末級(jí)濾光器的輸出端接收該多信道光信號(hào)。該任務(wù)已經(jīng)也通過創(chuàng)造用于具有波分復(fù)用的2N個(gè)信道的光網(wǎng)絡(luò)的可控光復(fù)用器來解決，所述2N個(gè)信道在固定信道間距Av的光頻率可以動(dòng)態(tài)移動(dòng)，所述光復(fù)用器配置有2W個(gè)各個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口，包括N級(jí)樹型結(jié)構(gòu)，每個(gè)包含n級(jí)2N—n個(gè)濾光器，其中n-l，2，......，N，特征在于，具有兩個(gè)相鄰的極值之間的光鐠間隔Avn=2N-nAv的周期函數(shù)形式的傳輸，所述傳輸可以是可控調(diào)諧傳輸；和通過調(diào)諧所述濾光器的傳輸來控制的控制器。由此，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選所述N級(jí)結(jié)構(gòu)包含-連接到各個(gè)輸入端口之一的第一級(jí)的每個(gè)濾光器的每個(gè)輸入端；-除了第一級(jí)之外每級(jí)的濾光器，還通過輸入端與前級(jí)濾光器中一個(gè)的輸出端連接；和-連接到輸出端口的末級(jí)濾光器的輸出端。接著，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選使用單級(jí)和/或兩級(jí)和/或多級(jí)非對(duì)稱馬赫-曾德干涉儀作為所述N級(jí)結(jié)構(gòu)的濾光器，其中每個(gè)濾光器包含電光或熱光相移裝置用于所述濾光器的傳輸?shù)目煽卣{(diào)諧。另外，根據(jù)本發(fā)明，有利的是，可控光復(fù)用器被設(shè)計(jì)作為基于芯片的的集成光結(jié)構(gòu)。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選可控光復(fù)用器的所有各個(gè)輸入端與輸出端口設(shè)計(jì)成光纖的形式。因而，根據(jù)本發(fā)明，該可控光復(fù)用器實(shí)質(zhì)上基于具有濾光器的多級(jí)樹狀結(jié)構(gòu)，它們中間每個(gè)分開奇數(shù)和偶數(shù)信道并且具有用于可控調(diào)諧自身光語特征的元件?？偟恼f來，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)用器可以同時(shí)使用若干類型(單級(jí)、兩級(jí)和多級(jí))馬赫-曾德千涉儀的的濾光器。在信道具有大的光鐠間隔傳遞輸入的多級(jí)的結(jié)構(gòu)的第一級(jí)中，使用兩級(jí)以及單級(jí)馬赫-曾德干涉儀，以便信道之間的光鐠間隔減少，該多級(jí)馬赫-曾德干涉儀在以下的級(jí)上使用。該電光或熱光相移裝置被應(yīng)用于濾光器的光i普特征的可控調(diào)諧。通過用戶外部控制的相移裝置提供對(duì)濾光器光鐠特征的改變以及作為結(jié)果的需要的動(dòng)態(tài)改變復(fù)用器信道。該電光相移裝置的使用確?？煽馗淖兛煽毓鈴?fù)用器的光語特征的最大速率。以下，本發(fā)明通過借助于根據(jù)本發(fā)明及附圖的可控光復(fù)用器可控光學(xué)增加信道的方法的簡化的實(shí)施例的描述來闡明。這些附圖示出了圖la是波導(dǎo)失衡單級(jí)馬赫-曾德干涉儀的圖解；圖lb示出在圖la中的失衡單級(jí)馬赫-曾德干涉儀方框圖2示出圖la的失衡單級(jí)馬赫-曾德干涉儀的傳輸；圖3a是波導(dǎo)失衡兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀的圖解；圖3b是圖3a的失衡兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀的方框圖4是圖3a的失衡兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀的傳輸；圖5a是包含三個(gè)兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀的多級(jí)濾光器的圖解;圖5b是圖5a的多級(jí)濾光器的方框圖；和圖6是本發(fā)明的可控光復(fù)用器的實(shí)施例的圖解。具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明，可控光分差復(fù)用器的主要元件是已知的并且在^f艮大范圍上用于光學(xué)裝置——非對(duì)稱馬赫-曾德干涉儀、或所謂的一級(jí)馬赫-曾德干涉儀(M.Born,E.Wolf."Prinsiplesofoptics",PergamonPress,Oxford,FifthEdition,1975，pp.312-316)。一級(jí)馬赫-曾德干涉儀是具有兩個(gè)在一對(duì)耦合級(jí)之間運(yùn)轉(zhuǎn)的平行單模式臂的干涉儀。術(shù)語"非對(duì)稱"意思是馬赫-曾德干涉儀的臂長不相等。干涉儀臂的長度、溫度及其他參數(shù)的差異，導(dǎo)致可以導(dǎo)致建設(shè)性或破壞性干擾的相移。借助于光纖-光耦合器、分束器、反射鏡-棱鏡、偏振器及其他元件的馬赫-曾德干涉儀的變體，在以上描述可控光增加/減少復(fù)用器(US，6795654，B2)時(shí)討論。圖la中示出波導(dǎo)馬赫-曾德干涉儀20的典型布置，其原理圖示于圖la。裝置10在單基底11上形成，其中單級(jí)馬赫-曾德干涉儀12由第一和第二波導(dǎo)耦合器13和14以及分別具有兩個(gè)不相等長度h和12的波導(dǎo)12-1和12-2形成。耦合器13和14的耦合系數(shù)ki和k2是相等的，并且以50/50的比率分裂光功率。單級(jí)馬赫-曾德干涉儀12在一側(cè)具有減少(drops)a和b,并且在另一側(cè)面具有c和d。一級(jí)馬赫-曾德干涉儀12在臂12-2包含移相器15，其向當(dāng)前波的相位給出附加的相移0,并且是用于調(diào)節(jié)馬赫-曾德干涉儀的光譜特征的可控元件。相移0的值通過改變電流或電壓借助于熱光或電光效應(yīng)來調(diào)節(jié)。所以，移相器15可以借助于熱光材料制造，例如硅氧烷，或借助于電光學(xué)材料，例如鈮酸鋰(LiNbO"或砷化鎵。這樣的移相器在球面波分復(fù)用技術(shù)中作為用于校準(zhǔn)基于馬赫-曾德干涉儀的濾光器的光譜特征的手段是已知的，并且同樣用于其它裝置——光學(xué)調(diào)制器和開關(guān)。在通過單位功率的輻射的第一輸入a的傳輸?shù)钠陂g，兩個(gè)輸出的cMd的光強(qiáng)度可以借助于傳輸因子Kae(JV/))和Kad(〃，0)表示為=0.5'[l+cos(27mALv+cp)(1)Kad(P,(p)=0.5.[1+COS(2加ALv+(p+7t)(2)其中D=27rnALv/c是相延遲，通過臂12-1邁12-2之間的光程差導(dǎo)出，AL=h-l2，n是波導(dǎo)折射率，p是頻率，而c是真空中的光速。在通過相鄰的端口b傳輸?shù)钠陂g，在兩個(gè)輸出的"c"和"d"的光強(qiáng)度可以借助于傳輸因子Kbc(X^)和KUX^)寫為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>在任何頻率間隔p(或波長入)，傳輸因子(l)-(4)得到一級(jí)馬赫-曾德千涉儀的光譜特征(或傳輸)。如所見，指定的光鐠特征(1)-(4)是光頻p和波長入、它們臂的物理長度差A(yù)L、波導(dǎo)折射率n和相位(/的周期函數(shù)。一級(jí)馬赫-曾德干涉儀的效率依賴于以下性質(zhì)-在頻率域Av和波長域中的光譜特征(1)-(4)的相鄰極值之間的間隔是2<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>對(duì)應(yīng)于從輸入之一a或b,到第一c或第二d輸出的光輻射的傳輸光譜特征(l)-(4)是相位差7T;光譜特征在兩個(gè)指標(biāo)置換的期間沒有改變。i.g.KadO,(p)=KbcO，cp)，和Kac(p，cp)=KbdO，(p);-相移0的改變值，可能改變光譜特征(1)-(4)，沿著頻率軸(或波長軸)移動(dòng)它們；特別是，在改變相移^=±71"的期間，這將導(dǎo)致輸出端信號(hào)的倒置；和-在信號(hào)傳送方向變化的期間，光i普特征沒有改變，即，一級(jí)馬赫-曾德千涉儀是雙向器件。從這些性質(zhì)，很明顯，在傳輸包含若干信道的光信號(hào)以輸入一級(jí)馬赫-曾德干涉儀的期間，其頻率(或波長)符合光i普特征極值的位置，信號(hào)流被分成兩個(gè)流，被送到不同的輸出。一個(gè)這樣的流包含偶數(shù)個(gè)信道，另一個(gè)流包含奇數(shù)信道；在兩個(gè)流的信道之間的光譜間隔變?yōu)樵谝患?jí)馬赫-曾德干涉儀的輸入端的兩倍大。在向其它輸入端傳輸同樣信號(hào)的期間，在輸出端的偶數(shù)和奇數(shù)信道換位。因?yàn)閱渭?jí)馬赫-曾德干涉儀是雙向器件，其可以將其中一個(gè)流包含奇數(shù)信道而另一個(gè)流包含偶數(shù)信道的兩個(gè)光信號(hào)流合并成為單個(gè)的、間隔更密集的光信號(hào)流。執(zhí)行將信道分隔為偶數(shù)和奇數(shù)信道功能、和將偶數(shù)和奇數(shù)信道聯(lián)合成流的反向功能的裝置被稱作交叉器(hiterleaver)。對(duì)于實(shí)際的一級(jí)馬赫-曾德干涉儀，光譜特征中的相鄰的極值之間的距離Av(或AX)必須在其制造期間通過分別選擇在臂長AL和折射率n的差異來形成。相對(duì)于設(shè)定頻率化}(或波長{\})可控調(diào)諧傳輸因子的極值位置必須在使用一級(jí)馬赫-曾德干涉儀在某個(gè)裝置作為濾光器期間分別借助于相移0的調(diào)整來執(zhí)行。圖2示出了對(duì)于作為波長的函數(shù)的單級(jí)馬赫-曾德干涉儀的光i普傳輸因子Kac(p，0)和KadOv^),在相應(yīng)的相延遲D和相移(p可以用作50GHz交叉器。傳輸因子Kac(P，0)的光譜關(guān)系通過實(shí)線示出，據(jù)此，一個(gè)信道流(奇數(shù)信道)被傳輸?shù)捷敵鯿;另一個(gè)傳輸因子KadOv/0的光譜關(guān)系曲線通過虛線示出，該關(guān)系曲線對(duì)應(yīng)于另一個(gè)信道流(偶數(shù)信道)到輸出d的傳輸。圖3所示的交叉器的一個(gè)缺點(diǎn)是，通帶中的非平面性以及阻帶中的狹窄性。其它已知的缺點(diǎn)是這樣的事實(shí)，即在大臂長差異AL下，可能有顯著的色散。這些缺點(diǎn)限制了單級(jí)馬赫-曾德干涉儀在具有波分復(fù)用的系統(tǒng)中的裝置中的應(yīng)用。兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀(US6782158B)為波分復(fù)用裝置和系統(tǒng)的濾光器的光鐠特征提供了實(shí)質(zhì)的改善，其可以設(shè)計(jì)為借助于光纖-光耦合器、分束器、反射鏡-棱鏡、偏振器及其他元件，同樣也可以以集成光元件形式，包括相移裝置。圖3a示出了兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀30的波導(dǎo)方案的原理圖。其常規(guī)的模型展示于圖3b。在裝置30中使用了三個(gè)耦合器31，32和33，他們分別具有耦合系數(shù)k,，k2和k3。裝置30在單基底36上形成。第一單級(jí)馬赫-曾德干涉儀34由兩個(gè)耦合器31和32以及兩個(gè)長度不相等的波導(dǎo)34-1和34-2形成，其長度分別為1^和l34-2。第二單級(jí)馬赫-曽德干涉儀35由兩個(gè)耦合器32和33并且通過兩個(gè)長度不相等的波導(dǎo)35-1和35-2形成，其長度分別為135—1，135-2。相延遲D,-ZTrnOM-rb^W和D2-27rn(l35-廣l35-2)/入之間的關(guān)系如下Df2D^相移裝置37和38分別產(chǎn)生相移cp和f并用于馬赫-曾德干涉儀34和35。兩級(jí)馬赫-曾德千涉儀具有在一側(cè)導(dǎo)引的a和b以及另一側(cè)引導(dǎo)的e和c。數(shù)學(xué)上，兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀組件30的傳輸特性可以獲得如下。對(duì)于三個(gè)耦合器31-1，31-2和31-3,必須采用與耦合器輸出光振幅和輸入光振幅相關(guān)的矩陣T(ki)，其中(i=l,2，3):T(ki)=cos(、)—z'sin(&,)-z'sin(A:,)cos(A:,)(6)并且對(duì)于兩個(gè)單級(jí)MZI43和44-建立矩陣T(Dt)和T(D2)T(Dj=o)T(D2)=o)然后，兩級(jí)MZI的傳輸矩陣M(hcp，(j))由五個(gè)矩陣的乘積確定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage0</formula>因?yàn)槎?jí)馬赫-曾德干涉儀的傳輸因子與輸出光強(qiáng)和輸入光強(qiáng)有關(guān)，對(duì)于它們的確定必須使用以下表達(dá)式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage0</formula>二級(jí)馬赫-曾德干涉儀的所有基本性質(zhì)可以從表達(dá)式(6)-(9)得到。當(dāng)通過端口a和b輸入幅射連續(xù)分離和組合奇偶信道時(shí)，容易驗(yàn)證二級(jí)馬赫-曾德干涉儀。所以，當(dāng)對(duì)給定的二級(jí)馬赫-曾德干涉儀的端口a輸入光信號(hào)時(shí)，信道被分成兩組，包括奇數(shù)信道(一組)和偶數(shù)信道(另一組)。恰當(dāng)?shù)刈⒁獾?，兩?jí)馬赫-曾德干涉儀具有的重要的性質(zhì)當(dāng)輸入相同的光信號(hào)到另一輸入端——端口b時(shí)，(圖3a)具有奇偶信道的組在輸出端e和f處交換。光語特征中相鄰的極值A(chǔ)v和AX之間的距離同樣由表達(dá)式(5)定義，其中AL-兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀30的第一級(jí)中的臂長的差異，即，AL=l34.rl34-2。光語特征的可控移動(dòng)的可能，此時(shí)借助于兩個(gè)相移cp和(l)來保持。為了通過"的數(shù)值沿著頻率軸移動(dòng)光鐠特征Kac(vp，(|))和Kal(p，cp，()))，有必要借助于對(duì)應(yīng)的相移裝置改變相位0和*:59=—和S(])=-(10)借助于表達(dá)式(6)-(9)，我們可以知道，在信號(hào)通過輸出端e和f傳送期間，不可能將信號(hào)分到偶數(shù)和奇數(shù)信道中。這是因?yàn)榫仃?6)和(7)是不可互易的。因此，二級(jí)馬赫-曾德干涉儀不是雙向器件，即，一邊的兩個(gè)端口a和b僅可以作為輸入端使用，而另一邊的兩個(gè)端口e和f僅可以作為輸出端使用，這就是為什么二級(jí)馬赫-曾德干涉儀不能用于可控光增加/減12少復(fù)用器中，如圖l所示。圖4示出了作為用于二級(jí)馬赫-曾德干涉儀波長的函數(shù)的傳輸因子KaeU,(p，(J))和KafU,(p,()))，其通過表達(dá)式(6)-(9)計(jì)算。該二級(jí)馬赫-曾德干涉儀具有耦合系數(shù)k產(chǎn)0.7854，k2=2.0944，k3=0.3218，并且相應(yīng)的相延遲Dj和D2以及相位cp和(J)可以用作50GHz交叉器。傳輸因子Ka々,cp，(l))的光譜關(guān)系曲線通過實(shí)線展示，據(jù)此，一個(gè)信道流(奇數(shù)信道)被傳輸?shù)捷敵鰁;另一個(gè)傳輸因子Kaf^，(p，(j))的光語關(guān)系曲線通過虛線示出，該關(guān)系曲線對(duì)應(yīng)于其它信道流(偶數(shù)信道)到輸出f的傳輸?？梢钥吹剑?jí)馬赫-曾德干涉儀具有更好的光語特征，其接近方形信道形狀，顯示出平頂和急劇的側(cè)邊。這就是為什么二級(jí)馬赫-曾德干涉儀用作濾光器，提供較好的串?dāng)_抑制和信道隔離的原因。然而，二級(jí)馬赫-曾德干涉儀的色散相當(dāng)高以致限制了它作為具有高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)中的濾光器的應(yīng)用。已知這一情況可以利用通過級(jí)聯(lián)二級(jí)馬赫-曾德干涉儀獲得的濾光器改善。這樣的裝置的變體之一是，將具有相同的傳輸和符號(hào)相反的色散的二級(jí)馬赫-曾德干涉儀用于所謂的補(bǔ)償性二級(jí)馬赫-曾德干涉儀中。通過馬赫-曾德干涉儀中一定量的耦合系數(shù)kq、k2、和k3來提供補(bǔ)償(US6782158B2)。圖5a介紹了多級(jí)馬赫-曾德干涉儀50的方案，其可用于合并奇偶信道；多級(jí)馬赫-曾德干涉儀的常規(guī)形式展示在圖5b中。波導(dǎo)器件50被置于一個(gè)基底(芯片)51上并且包括三個(gè)二級(jí)馬赫-曾德干涉儀兩個(gè)都是I型的二級(jí)馬赫-曾德干涉儀52和53被使用在第一級(jí)上，而I，型的第二級(jí)——二級(jí)馬赫-曾德干涉儀54，具有相反的色散符號(hào)。當(dāng)通過外部端口g和h應(yīng)用奇偶信道時(shí)，馬赫-曾德干涉儀52和53中的一個(gè)在該輸出端上僅僅通過奇數(shù)信道，而另一個(gè)在該輸出端上通過偶數(shù)信道。信道借助于馬赫-曾德干涉儀54合并，結(jié)果是他們穿過到達(dá)外部端口k。因?yàn)槎?jí)馬赫-曾德干涉儀52和53以及二級(jí)馬赫-曾德干涉儀54的色散是相反的，從而裝置50整體提供了零或近零色散。圖6示出了本發(fā)明規(guī)定的可控光復(fù)用器的實(shí)施例的圖。其是《lx8》配置的可控光復(fù)用器60，即，用于以Av=l，600GHz的頻率間隔來合并8個(gè)信道的裝置。該復(fù)用器實(shí)質(zhì)上基于具有七個(gè)濾光器的三級(jí)樹狀結(jié)構(gòu)。多級(jí)結(jié)構(gòu)第一級(jí)的四個(gè)濾光器(61-1)-(61-4)通過輸出端連接到兩個(gè)接著第二級(jí)的濾光器62-1和62-2,其又通過輸出端連接到馬赫-曾德干涉儀63的第三級(jí)的濾光器。全部裝置在基底64上形成。外部光輸入/輸出端借助于辮狀光纖。這里，光纖65用作公共的輸出端，光纖66-l.......，66-8—作為8個(gè)各個(gè)輸入端，每個(gè)用于輸入各個(gè)信道。所有三級(jí)的濾光器的連接及其與外部光纖的端口的連接通過形成在基底64上的光波導(dǎo)67制造。光波導(dǎo)65，66-1，......，66-8與具有最佳耦合效率的波導(dǎo)67光學(xué)地對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)在包括在所有濾光器中的相移裝置上輸入對(duì)應(yīng)的電壓時(shí)，通過調(diào)諧七個(gè)濾光器的光i昝特征而動(dòng)態(tài)地控制復(fù)用器60。借助于通過總線69與濾光器連接的控制器68提供控制。復(fù)用器60的結(jié)構(gòu)是這樣的；當(dāng)光信號(hào)從一級(jí)通向隨后的級(jí)時(shí)，信道之間的光語間隔變小兩倍。信道之間的光i普間隔對(duì)于第一級(jí)的濾光器(61-1)-(61-4)是最大的，而對(duì)于濾光器63是最小的，而對(duì)于用于第二級(jí)的濾光器62-1和62-2是中間值。這是要求用于對(duì)應(yīng)級(jí)的濾光器的特征可以改變的原因。在該情況下，作為濾光器單級(jí)馬赫-曾德干涉儀(圖lb)可用于第一級(jí)；兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀可用于第二級(jí)(圖3b);多級(jí)馬赫-曾德干涉儀可用于第三級(jí)(圖5b)。在三級(jí)裝置中的濾光器的光譜特征中的相鄰的極值之間的頻率間隔AF如下設(shè)定對(duì)于單級(jí)馬赫-曾德干涉儀(61-1)-(61-4):Av6i尸Av化2-Av6w-Av化4-l，600GHz;對(duì)于兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀62-1和62-2:A^2—尸Av62-產(chǎn)800GHz,對(duì)于多級(jí)馬赫-曾德干涉儀63:Av63=400GHz。工作的多級(jí)和兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀的第一級(jí)中的馬赫-曾德干涉儀的光程差A(yù)L必須如下因此，單級(jí)馬赫-曾德干涉儀61-1-61-4的光程差A(yù)L等于AL6ju尸AL化fAL6rfALM-4-250微米，在第一級(jí)的兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀62-1和62-2的光程差A(yù)L將等于AL62.尸AL62—2-125微米，在第一級(jí)的組成的多級(jí)馬赫-曾德干涉儀63的兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀中，光程差A(yù)L將等于AL6f62.5微米(假定，n=1.5)。對(duì)于進(jìn)一步的考慮，優(yōu)選引進(jìn)復(fù)用器傳輸特性的構(gòu)思，其與以上馬赫-曾德干涉儀的含意相仿，但是在這種情況下與從復(fù)用器輸入端(66-1)-(66-8)之一到公共的輸出端65的傳輸有關(guān)。復(fù)用器傳輸由K^w-K66-8表示，由濾光器的傳輸結(jié)果定義，通過濾光器，光信號(hào)在其出現(xiàn)在公共的輸出65之前通過。作為舉例，來自輸入端66-3的傳輸因子在輸出端65由如下給出d)=c，61—2,ua::rv"62—,，l從6>'化么)(11)其中右項(xiàng)的三個(gè)乘數(shù)是三個(gè)濾光器61-2，62-1，和63的傳輸，上標(biāo)對(duì)應(yīng)于濾光器的號(hào)，下標(biāo)對(duì)應(yīng)于濾光器的輸入與輸出端口。顯然，復(fù)用器傳輸是光頻和相移(qU和(^M的函數(shù)。在對(duì)所有七個(gè)濾光器正確的改變光復(fù)用器60的相移情況下，每個(gè)傳輸應(yīng)該是對(duì)于一個(gè)信道的載頻的最大值和對(duì)于另一個(gè)信道頻率的最小值。在使用的MZI的第一和第二^目位的一定的相移{9\}和{(|)\}下，來自輸入端中的輸入端66-3的傳輸系數(shù)應(yīng)該是K66-3"3)4，而K66—3("=0，此時(shí)P并3。在相移((lAj和(fn)下，當(dāng)然，復(fù)用器60的其它傳輸系數(shù)具有與另外信道頻率對(duì)應(yīng)的種類。使輸入信號(hào)通過到復(fù)用器60的各個(gè)輸入端——八個(gè)波長——信道，各個(gè)輸入端信道分配如表1所示。表1-輸入端信道分配各個(gè)輸入端<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>信道頻率"7"2p4如果相移等于{9、}和{^n}，該復(fù)用器60用作通常的固定頻率復(fù)用器。第一級(jí)的單級(jí)馬赫-曽德干涉儀(61-1)-(61-4)組合成對(duì)的信道并將其引導(dǎo)通過四個(gè)輸出端到二級(jí)的兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀4-62和1-62。兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀62-1和62-2再一次組合信道并將其引導(dǎo)至多級(jí)結(jié)構(gòu)隨后的級(jí)。當(dāng)波傳輸通過笫三級(jí)馬赫-曾德干涉儀63時(shí)，所有信道組合并通過共用的輸出端63。信道的新中心頻率{^}通過3v<Av偏移，即f產(chǎn)A+",現(xiàn)在讓該信號(hào)通過光復(fù)用器60的各個(gè)的輸入端。為了復(fù)合并組合該在輸出端分別具有新光學(xué)載波的信道，有必要按照表達(dá)式(10)改變相位{9\}和{(|)\}。例如，為了選擇具有5f50GHz頻率移動(dòng)的復(fù)^f言道的才莫式，必須按照表2改變相移。表2在信道頻率偏移"-50GHz的情況下相位(cpn)和((W的改變<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>第一級(jí)5(p63=-7T/8第二級(jí)—6小62-l=8(|)62-1=-71"/8根據(jù)本發(fā)明的可控光復(fù)用器的其他方案可以在濾光器的數(shù)量和類型上不同于前述的裝置60。總的說來，對(duì)于《1\^1結(jié)構(gòu)的可控光復(fù)用器，當(dāng)N2，M值來自序列4，16，32,......,2N，多級(jí)結(jié)構(gòu)中的一些級(jí)是N，因而在每個(gè)n級(jí)中，當(dāng)n=l，2，......，N，應(yīng)該使用2^"個(gè)濾光器，而總的濾光器數(shù)量等于2Vl。例如，為了復(fù)合32個(gè)信道，需要的級(jí)數(shù)增加到5，而濾光器數(shù)量增加到31。每個(gè)級(jí)的濾光器應(yīng)該調(diào)節(jié)以便對(duì)于從2N個(gè)各個(gè)輸入端中的一個(gè)對(duì)2N個(gè)信道中的每個(gè)的傳輸在輸出端是最大值。一方面為了提供指定的技術(shù)參數(shù)，另一方面有利于減少設(shè)計(jì)用于DWDM系統(tǒng)的可控光復(fù)用器的成本，優(yōu)選在第一級(jí)上使用單級(jí)馬赫-曾德干涉儀，在隨后的級(jí)上，在信道之間平均光語間隔的情況下，使用兩級(jí)馬赫-曾德干涉儀，而在信道級(jí)間距小的情況下，使用多級(jí)馬赫-曾德干涉儀。對(duì)于設(shè)計(jì)用于CWDM系統(tǒng)的可控光復(fù)用器，使用兩級(jí)甚至單級(jí)馬赫-曾德干涉儀作為濾光器是可能的。強(qiáng)調(diào)的是，由于單級(jí)馬赫-曾德干涉儀的雙向特性，特定裝置總體上將同樣是可逆的，即，其能作為可控復(fù)用器/分離器來使用。可控光復(fù)用器不僅可以應(yīng)用在具有波分復(fù)用的通信系統(tǒng)中，而且可以應(yīng)用在其它系統(tǒng)中，如傳感器的多通路系統(tǒng)，用于濾光器，各種各樣的名稱的模擬系統(tǒng)。例如，如上所述的可控光復(fù)用器60可用于具有可交換輸入信道的固定頻率信道的光學(xué)系統(tǒng)。其可能借助于相應(yīng)的相移改變和(Pn和(j)n提供需要的功能。例如，如果需要在輸入端66-1和66-2交換具有載頻VI和V5的信道并保持輸入端所有其它信道的分布的話，有必要采用相移裝置如下改變單級(jí)馬赫-曾德干涉儀61-1中的相位06w，061:<6i-i—0i-i+606W，根據(jù)本發(fā)明的可控光復(fù)用器可通過現(xiàn)有的集成光學(xué)技術(shù)獲取。在制造中，集成光學(xué)技術(shù)的使用是決定性的，從而根據(jù)本發(fā)明的可控光復(fù)用器具有必要的抗外部影響的穩(wěn)定性、大量的信道和快速響應(yīng)。在單級(jí)和/或兩級(jí)和/或多級(jí)馬赫-曾德干涉儀結(jié)構(gòu)中使用統(tǒng)一的單元內(nèi)構(gòu)造(build-in-unit)允許應(yīng)用自動(dòng)化處理程序，這將對(duì)復(fù)用器提供高性能和相對(duì)低的造價(jià)。使用濾光器的選擇——單級(jí)，兩級(jí)或多級(jí)馬赫-曾德干涉儀——應(yīng)該考慮用于特定光通信系統(tǒng)的特點(diǎn)而作出。電光或熱光裝置能作為相移工具使用，該電光相移裝置可以極快地改變時(shí)間。根據(jù)本發(fā)明的通過可控光復(fù)用器的可控復(fù)用的方法可以用于具有波分復(fù)用的光纖通信系統(tǒng)，包括通信遠(yuǎn)程電信系統(tǒng)，其中使用了DWDM技術(shù)，以及城域(metro)接入網(wǎng)絡(luò)，其中使用了CWDM技術(shù)。以上討論的例子闡明了本發(fā)明結(jié)構(gòu)的工作原理，性能和可能方案。在不偏離本
發(fā)明內(nèi)容的情況下可獲得變體和可選實(shí)施例，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。權(quán)利要求1、一種在具有波分復(fù)用的2N個(gè)信道的光網(wǎng)絡(luò)中可控復(fù)用信道的方法，所述2N個(gè)信道的在固定的信道間距Δv上的光頻率可以動(dòng)態(tài)移動(dòng)，該方法包括(a)在N級(jí)結(jié)構(gòu)樹型的2N個(gè)各個(gè)輸入端上輸入2N個(gè)信道的每個(gè)單獨(dú)的信道，其中每個(gè)級(jí)包含有2N-n個(gè)濾光器，n＝1，2，......，N，其特征在于，具有兩個(gè)相鄰的極值之間的光譜間隔Δvn＝2n-1Δv的周期函數(shù)形式的傳輸，所述傳輸可以是可控調(diào)諧傳輸；(b)調(diào)諧所述N級(jí)結(jié)構(gòu)每個(gè)級(jí)的濾光器，使得在輸出端對(duì)來自2N個(gè)所述各個(gè)輸入端之一的2N個(gè)信道中的每個(gè)的傳輸最大；和(c)通過所述N級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)射2N個(gè)信道并在所述N級(jí)結(jié)構(gòu)的末級(jí)濾光器的輸出端接收該多信道光信號(hào)。2.—種用于具有波分復(fù)用的2N個(gè)信道的光網(wǎng)絡(luò)中的可控光復(fù)用器，所述2N個(gè)信道在固定信道間距Av的光頻率可以動(dòng)態(tài)移動(dòng)，所迷光復(fù)用器配置有2N個(gè)各個(gè)輸入端口[(66-1).......，(66-8)]和一個(gè)輸出端口(65)，包括N級(jí)樹型結(jié)構(gòu)(60),每個(gè)包含n級(jí)2N-n個(gè)濾光器[(61-1)-(61-4);(62-1)，(62-2);63]，其中n=l，2,......，N，其特征在于，具有兩個(gè)相鄰的極值之間的光譜間隔Avn=2N—nAv的周期函數(shù)形式的傳輸，所述傳輸可以是可控調(diào)諧傳輸；和通過調(diào)諧所述濾光器[(61-1)-(61-4);(62-1)，(62-2);63]的傳輸來控制的控制器。3.如權(quán)利要求2的可控光復(fù)用器，其中所述N級(jí)結(jié)構(gòu)包括連接到各個(gè)輸入端口[(66-1)-(66-8)]之一的第一級(jí)的每個(gè)濾光器的每個(gè)輸入端[a,b或g，h];除了第一級(jí)之外每級(jí)的濾光器，還通過輸入端[a，b;g,h]與前級(jí)濾光器中一個(gè)的輸出端[c,e]連接；和連接到輸出端口(65)的末級(jí)濾光器(63)的輸出端[k]。4.如權(quán)利要求2的可控光復(fù)用器，其中所述N級(jí)結(jié)構(gòu)的每個(gè)濾光器[(61-1)畫(61-4);(62-1)，(62-2);63]是單級(jí)(10)和/或兩級(jí)(30)和/或多級(jí)(50)非對(duì)稱馬赫-曾德干涉儀。5.如權(quán)利要求l-4的可控光復(fù)用器，其中所述N級(jí)結(jié)構(gòu)的每個(gè)濾光器[(61-1)-(61-4);(62-1)，(62-2);63]包括電光或熱光相移裝置[15;37，38]用于可控調(diào)諧所述濾光器的傳輸。6.如權(quán)利要求2的可控光復(fù)用器，其中其是按照集成光學(xué)技術(shù)以整體的固態(tài)裝置形式制造的。7.如權(quán)利要求2的可控光復(fù)用器，其中所有各個(gè)輸入端口[(66-1)……，(66-8)]和輸出端口(65)以光纖的形式制造。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于控制具有2^N個(gè)波分復(fù)用信道的光纖光通信系統(tǒng)中復(fù)用信道的可控光復(fù)用器(60)，其中光學(xué)頻率可以在恒定的相鄰信道之間的波長間隔Δv來重調(diào)諧，其包括具有用于控制重調(diào)諧傳輸系數(shù)的多級(jí)濾光器[(61-1)-(61-4)；(62-1)，(62-2)；(63)]結(jié)構(gòu)。所述濾光器以單級(jí)[(61-1)-(61-4)]、兩級(jí)[(62-1)，(62-2)]和多級(jí)(63)非對(duì)稱馬赫-曾德干涉儀的形式實(shí)現(xiàn)。電光和熱光相移設(shè)備被用于控制濾光器傳輸特性的重調(diào)諧。所述可調(diào)諧光復(fù)用器可以按照集成光學(xué)技術(shù)以整體的固態(tài)裝置的形式制造。文檔編號(hào)H04J14/02GK101405974SQ200580052527公開日2009年4月8日申請(qǐng)日期2005年11月29日優(yōu)先權(quán)日2005年11月29日發(fā)明者維亞切斯拉夫·康斯坦丁諾維奇·薩哈洛夫申請(qǐng)人:俄羅斯司法部所轄之俄羅斯聯(lián)邦軍事特殊兩用知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)法律保護(hù)委員會(huì);“Vospi”中心封閉式股份公司;維亞切斯拉夫·康斯坦丁諾維奇·薩哈洛夫