CN101405974A - 可控光复用器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制具有2^N个波分复用信道的光纤光通信系统中复用信道的可控光复用器(60)，其中光学频率可以在恒定的相邻信道之间的波长间隔Δv来重调谐，其包括具有用于控制重调谐传输系数的多级滤光器[(61－1)－(61－4)；(62－1)，(62－2)；(63)]结构。所述滤光器以单级[(61－1)－(61－4)]、两级[(62－1)，(62－2)]和多级(63)非对称马赫－曾德干涉仪的形式实现。电光和热光相移设备被用于控制滤光器传输特性的重调谐。所述可调谐光复用器可以按照集成光学技术以整体的固态装置的形式制造。

Description

可控光复用器

技术领域

本发明涉及具有波分复用的光纤-光学通信系统，特别地涉及可控光复用器装置并且可以应用于密集波分复用和粗波分复用系统。

背景技术

应用现有技术方法的波分复用技术允许满足光学通信系统承载能力的适用要求。然而，随着通信系统的发展遇到了新的和不断地增加的要求，从而需要进一步改进和发展其应用技术。波分复用发展的方向之一涉及固定信道频率变成可动态重调谐的方法。

已知的和存在于宽光谱区的装置是宽域可调激光二极管以及可重构的和可调的光学增加/减少复用器。后者允许任何期望的信道随时减少/增加，在网络集线器中沿网络提供最佳路由。

具有波长可调特征的该光复用器现在和将来可能用于具有动态功能性的光网络结构。该可控光复用器可以通过其基本设计而用作信道集成装置而向光学线路输入多重信道信号。

其可以属于更复杂的装置和具有动态功能的波分复用系统，例如多信道可控增加/减少复用器。该可控光复用器可以应用于多信道传感系统，例如网络光纤传感器阵列，各种设计及的光可调谐滤光和模拟系统。

目前，已经设计和应用了许多不同的多路传输装置。这些是基于薄膜滤光器的装置(通过级联一系列薄膜滤光器来组合)、阵列波导光栅(AWG)、刻蚀中阶梯光栅光谱仪、最后是最接近本发明的基于多级树状结构的非对称马赫-曾德干涉仪(MZIs)。

已知马赫-曾德干涉仪的特点在于低信号插入损耗、低偏振相关、相对低的成本。本领域技术人员已知基于非对称马赫-曾德干涉仪的具有8或9级的多级结构的特点在于高选择性并且足以覆盖整个波分复用带。

已知的传统的基于马赫-曾德干涉仪的光复用器设计是每个n级中包含2^N-n个马赫-曾德干涉仪的N级树型结构，所述设计用于光纤光通信系统中，该系统具有波分复用2^N个信道和相邻信道之间频率间隔Δv。该光复用器在通过一个信道每个各个输入口上具有2^N个各个的输入端和一个用于多路传输光信号的输出端。

当在该装置的各个输入端接收2^N个信道时，第一级的马赫-曾德干涉仪将信道合并成2^N-1组。每组进入第二级，其中信道再一次合并，在这种情况下合并成2^N-2组。这样的组(和信道)的复用过程随着在该复用器的所有级顺序地发射光通过而进行。最后，在最后单级全部信道完全组合为流(光信号)。

基于马赫-曾德干涉仪的光复用器，和其它以上列出的复用器，绝大多数是静态的，即具有固定的光谱特征，这就是不能用于信道频率动态移动的波分复用的原因。

同样已知的是，以基本相移(elementary phase shift)供给的单级马赫-曾德干涉仪在可控增加/减少复用器中可以是关键要素(US6795654B2)。显然，在正确使用的情况下，他们也可以成为形成可控光复用器的基础。

光学技术的现有技术给出了可被用于复用器的马赫-曾德干涉仪的足够宽的范围，包括具有动态功能的复用器。基础和基本结构是非对称单级MZI(以下称作单级MZI)。

单级马赫-曾德干涉仪的缺点是非理想的光谱特征形状，在使用于DWDM系统中时可以导致串扰和不合适的信道隔离。两级非对称马赫-曾德干涉仪和多级非对称马赫-曾德干涉仪(以下称为两级和多级马赫-曾德干涉仪)具有优良的光谱特征。而且，多级马赫-曾德干涉仪的特点在于显著低的插入分散(insertion dispersion)。

显然，对于可以设计成多级结构的形式、包括足够多的马赫-曾德干涉仪的可控光复用器，应该尽可能地防止环境影响：温度不稳定性、振动、等等。因此为了保证必要的稳定性和可靠性，该装置应该具有所使用马赫-曾德干涉仪的高度集成化并且是紧凑的；所以固态状态集成光结构是非常适合于产生这样的装置的结构。

发明内容

本发明旨在形成用于具有动态功能的波分复用系统的可控光复用器。该复用器应该满足现有的信道隔离和插入分散的要求并且应该适于设计为集成光学装置。

本发明的目的是提供一种用于波分复用通道组的方法和装置的任务，其中通过对复用滤波器各级波长特征的控制形成多信道光信号。

该指定的任务已经通过设计一种在具有波分复用的2^N个信道的光网络中可控复用信道的方法而解决，所述信道的具有固定信道间距Δv的光频率可以动态移动，该方法包括：

(a)在N级结构树型的2^N个各个输入端上输入2^N个信道的每个单独的信道，其中每个级包含有2^N-n个滤光器，n＝1，2，......，N，特征在于，具有两个相邻的极值之间的光谱间隔Δv_n＝2^n-1Δv的周期函数形式的传输，所述传输可以是可控调谐传输；

(b)调谐所述N级结构每个级的滤光器，使得在输出端对来自2^N个所述各个输入端之一的2^N个信道中的每个的传输最大；和

(c)通过所述N级结构发射2^N个信道并在所述N级结构的末级滤光器的输出端接收该多信道光信号。

该任务已经也通过创造用于具有波分复用的2^N个信道的光网络的可控光复用器来解决，所述2^N个信道在固定信道间距Δv的光频率可以动态移动，所述光复用器配置有2^N个各个输入端口和一个输出端口，包括：

N级树型结构，每个包含n级2^N-n个滤光器，其中n＝1，2，......，N，特征在于，具有两个相邻的极值之间的光谱间隔Δv_n＝2^N-nΔv的周期函数形式的传输，所述传输可以是可控调谐传输；和

通过调谐所述滤光器的传输来控制的控制器。

由此，根据本发明，优选所述N级结构包含：

-连接到各个输入端口之一的第一级的每个滤光器的每个输入端；

-除了第一级之外每级的滤光器，还通过输入端与前级滤光器中一个的输出端连接；和

-连接到输出端口的末级滤光器的输出端。

接着，根据本发明，优选使用单级和/或两级和/或多级非对称马赫-曾德干涉仪作为所述N级结构的滤光器，其中每个滤光器包含电光或热光相移装置用于所述滤光器的传输的可控调谐。

另外，根据本发明，有利的是，可控光复用器被设计作为基于芯片的的集成光结构。

在这种情况下，根据本发明，优选可控光复用器的所有各个输入端与输出端口设计成光纤的形式。

因而，根据本发明，该可控光复用器实质上基于具有滤光器的多级树状结构，它们中间每个分开奇数和偶数信道并且具有用于可控调谐自身光谱特征的元件。

总的说来，根据本发明的复用器可以同时使用若干类型(单级、两级和多级)马赫-曾德干涉仪的的滤光器。在信道具有大的光谱间隔传递输入的多级的结构的第一级中，使用两级以及单级马赫-曾德干涉仪，以便信道之间的光谱间隔减少，该多级马赫-曾德干涉仪在以下的级上使用。

该电光或热光相移装置被应用于滤光器的光谱特征的可控调谐。通过用户外部控制的相移装置提供对滤光器光谱特征的改变以及作为结果的需要的动态改变复用器信道。该电光相移装置的使用确保可控改变可控光复用器的光谱特征的最大速率。

附图说明

以下，本发明通过借助于根据本发明及附图的可控光复用器可控光学增加信道的方法的简化的实施例的描述来阐明。这些附图示出了：

图1a是波导失衡单级马赫-曾德干涉仪的图解；

图1b示出在图1a中的失衡单级马赫-曾德干涉仪方框图；

图2示出图1a的失衡单级马赫-曾德干涉仪的传输；

图3a是波导失衡两级马赫-曾德干涉仪的图解；

图3b是图3a的失衡两级马赫-曾德干涉仪的方框图；

图4是图3a的失衡两级马赫-曾德干涉仪的传输；

图5a是包含三个两级马赫-曾德干涉仪的多级滤光器的图解；

图5b是图5a的多级滤光器的方框图；和

图6是本发明的可控光复用器的实施例的图解。

具体实施方式

根据本发明，可控光分差复用器的主要元件是已知的并且在很大范围上用于光学装置——非对称马赫-曾德干涉仪、或所谓的一级马赫-曾德干涉仪(M.Born，E.Wolf.″Prinsiples of optics″，Pergamon Press，Oxford，Fifth Edition，1975，pp.312-316)。一级马赫-曾德干涉仪是具有两个在一对耦合级之间运转的平行单模式臂的干涉仪。术语“非对称”意思是马赫-曾德干涉仪的臂长不相等。干涉仪臂的长度、温度及其他参数的差异，导致可以导致建设性或破坏性干扰的相移。

借助于光纤-光耦合器、分束器、反射镜-棱镜、偏振器及其他元件的马赫-曾德干涉仪的变体，在以上描述可控光增加/减少复用器(US，6795654，B2)时讨论。

图1a中示出波导马赫-曾德干涉仪20的典型布置，其原理图示于图1a。装置10在单基底11上形成，其中单级马赫-曾德干涉仪12由第一和第二波导耦合器13和14以及分别具有两个不相等长度l₁和l₂的波导12-1和12-2形成。耦合器13和14的耦合系数k₁和k₂是相等的，并且以50/50的比率分裂光功率。单级马赫-曾德干涉仪12在一侧具有减少(drops)a和b，并且在另一侧面具有c和d。一级马赫-曾德干涉仪12在臂12-2包含移相器15，其向当前波的相位给出附加的相移φ，并且是用于调节马赫-曾德干涉仪的光谱特征的可控元件。

相移φ的值通过改变电流或电压借助于热光或电光效应来调节。所以，移相器15可以借助于热光材料制造，例如硅氧烷，或借助于电光学材料，例如铌酸锂(LiNbO₃)或砷化镓。这样的移相器在球面波分复用技术中作为用于校准基于马赫-曾德干涉仪的滤光器的光谱特征的手段是已知的，并且同样用于其它装置——光学调制器和开关。

在通过单位功率的辐射的第一输入a的传输的期间，两个输出的c vt d的光强度可以借助于传输因子K_ac(v，φ)和K_ad(v，φ)表示为：

其中D＝2πnΔLv/c是相延迟，通过臂12-1И12-2之间的光程差导出，ΔL＝l₁-l₂，n是波导折射率，v是频率，而c是真空中的光速。

在通过相邻的端口b传输的期间，在两个输出的“c″和“d″的光强度可以借助于传输因子K_bc(λ，φ)和K_bd(λ，φ)写为：

在任何频率间隔v(或波长λ)，传输因子(1)-(4)得到一级马赫-曾德干涉仪的光谱特征(或传输)。如所见，指定的光谱特征(1)-(4)是光频v和波长λ、它们臂的物理长度差ΔL、波导折射率n和相位φ的周期函数。一级马赫-曾德干涉仪的效率依赖于以下性质：

-在频率域Δv和波长域Δλ中的光谱特征(1)-(4)的相邻极值之间的间隔是：

$\mathrm{\Δv}=\frac{c}{2\mathrm{\ΔLn}}$ 和 $\mathrm{\Δ\λ}=\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{2\mathrm{\ΔLn}}---\left(5\right)$

对应于从输入之一a或b，到第一c或第二d输出的光辐射的传输光谱特征(1)-(4)是相位差π；

光谱特征在两个指标置换的期间没有改变。i.g.

和

-相移φ的改变值，可能改变光谱特征(1)-(4)，沿着频率轴(或波长轴)移动它们；特别是，在改变相移

的期间，这将导致输出端信号的倒置；和

-在信号传送方向变化的期间，光谱特征没有改变，即，一级马赫-曾德干涉仪是双向器件。

从这些性质，很明显，在传输包含若干信道的光信号以输入一级马赫-曾德干涉仪的期间，其频率(或波长)符合光谱特征极值的位置，信号流被分成两个流，被送到不同的输出。一个这样的流包含偶数个信道，另一个流包含奇数信道；在两个流的信道之间的光谱间隔变为在一级马赫-曾德干涉仪的输入端的两倍大。在向其它输入端传输同样信号的期间，在输出端的偶数和奇数信道换位。

因为单级马赫-曾德干涉仪是双向器件，其可以将其中一个流包含奇数信道而另一个流包含偶数信道的两个光信号流合并成为单个的、间隔更密集的光信号流。执行将信道分隔为偶数和奇数信道功能、和将偶数和奇数信道联合成流的反向功能的装置被称作交叉器(interleaver)。

对于实际的一级马赫-曾德干涉仪，光谱特征中的相邻的极值之间的距离Δv(或Δλ)必须在其制造期间通过分别选择在臂长ΔL和折射率n的差异来形成。相对于设定频率{v_i}(或波长{λ_i})可控调谐传输因子的极值位置必须在使用一级马赫-曾德干涉仪在某个装置作为滤光器期间分别借助于相移φ的调整来执行。

图2示出了对于作为波长的函数的单级马赫-曾德干涉仪的光谱传输因子K_ac(v，φ)和K_ad(v，φ)，在相应的相延迟D和相移

可以用作50GHz交叉器。传输因子K_ac(v，φ)的光谱关系通过实线示出，据此，一个信道流(奇数信道)被传输到输出c；另一个传输因子K_ad(v，φ)的光谱关系曲线通过虚线示出，该关系曲线对应于另一个信道流(偶数信道)到输出d的传输。

图3所示的交叉器的一个缺点是，通带中的非平面性以及阻带中的狭窄性。其它已知的缺点是这样的事实，即在大臂长差异ΔL下，可能有显著的色散。这些缺点限制了单级马赫-曾德干涉仪在具有波分复用的系统中的装置中的应用。

两级马赫-曾德干涉仪(US 6782158B)为波分复用装置和系统的滤光器的光谱特征提供了实质的改善，其可以设计为借助于光纤-光耦合器、分束器、反射镜-棱镜、偏振器及其他元件，同样也可以以集成光元件形式，包括相移装置。

图3a示出了两级马赫-曾德干涉仪30的波导方案的原理图。其常规的模型展示于图3b。在装置30中使用了三个耦合器31，32和33，他们分别具有耦合系数k₁，k₂和k₃。装置30在单基底36上形成。第一单级马赫-曾德干涉仪34由两个耦合器31和32以及两个长度不相等的波导34-1和34-2形成，其长度分别为l_34-1和l_34-2。第二单级马赫-曾德干涉仪35由两个耦合器32和33并且通过两个长度不相等的波导35-1和35-2形成，其长度分别为l_35-1，l_35-2。相延迟D₁＝2πn(l_34-1-l_34-2)/λ，和D₂＝2πn(l_35-1-l_35-2)/λ之间的关系如下：D₂＝2D₁。

相移装置37和38分别产生相移和φ，并用于马赫-曾德干涉仪34和35。两级马赫-曾德干涉仪具有在一侧导引的a和b以及另一侧引导的e和c。

数学上，两级马赫-曾德干涉仪组件30的传输特性可以获得如下。对于三个耦合器31-1，31-2和31-3，必须采用与耦合器输出光振幅和输入光振幅相关的矩阵T(k_i)，其中(i＝1，2，3)：

$T\left(k_i\right)=\left[\begin{array}{cc}\cos \left(k_i\right)& -i\sin \left(k_i\right)\\ -i\sin \left(k_i\right)& \cos \left(k_i\right)\end{array}\right]---\left(6\right)$

并且对于两个单级MZI 43和44-建立矩阵T(D₁)和T(D₂)：

$T\left(D_2\right)=\left[\begin{array}{cc}{e}^{i(D_2+\mathrm{\φ})}& 0)\\ 0& 1\end{array}\right]---\left(7\right)$

然后，两级MZI的传输矩阵M(v，

φ)由五个矩阵的乘积确定：

因为二级马赫-曾德干涉仪的传输因子与输出光强和输入光强有关，对于它们的确定必须使用以下表达式：

二级马赫-曾德干涉仪的所有基本性质可以从表达式(6)-(9)得到。当通过端口a和b输入幅射连续分离和组合奇偶信道时，容易验证二级马赫-曾德干涉仪。所以，当对给定的二级马赫-曾德干涉仪的端口a输入光信号时，信道被分成两组，包括奇数信道(一组)和偶数信道(另一组)。恰当地注意到，两级马赫-曾德干涉仪具有的重要的性质：当输入相同的光信号到另一输入端——端口b时，(图3a)具有奇偶信道的组在输出端e和f处交换。

光谱特征中相邻的极值Δv和Δλ之间的距离同样由表达式(5)定义，其中ΔL--两级马赫-曾德干涉仪30的第一级中的臂长的差异，即，ΔL＝l_34-1-l_34-2。光谱特征的可控移动的可能，此时借助于两个相移

和φ来保持。为了通过δv的数值沿着频率轴移动光谱特征

和有必要借助于对应的相移装置改变相位φ和Ф：

和 $\mathrm{\δ\φ}=-\frac{2\mathrm{\π}\·\mathrm{\δv}}{\mathrm{\Δv}}---\left(10\right)$

借助于表达式(6)-(9)，我们可以知道，在信号通过输出端e和f传送期间，不可能将信号分到偶数和奇数信道中。这是因为矩阵(6)和(7)是不可互易的。因此，二级马赫-曾德干涉仪不是双向器件，即，一边的两个端口a和b仅可以作为输入端使用，而另一边的两个端口e和f仅可以作为输出端使用，这就是为什么二级马赫-曾德干涉仪不能用于可控光增加/减少复用器中，如图1所示。

图4示出了作为用于二级马赫-曾德干涉仪波长的函数的传输因子

和其通过表达式(6)-(9)计算。该二级马赫-曾德干涉仪具有耦合系数k₁＝0.7854，k₂＝2.0944，k₃＝0.3218，并且相应的相延迟D₁和D₂以及相位

和φ可以用作50GHz交叉器。传输因子

的光谱关系曲线通过实线展示，据此，一个信道流(奇数信道)被传输到输出e；另一个传输因子的光谱关系曲线通过虚线示出，该关系曲线对应于其它信道流(偶数信道)到输出f的传输。

可以看到，二级马赫-曾德干涉仪具有更好的光谱特征，其接近方形信道形状，显示出平顶和急剧的侧边。这就是为什么二级马赫-曾德干涉仪用作滤光器，提供较好的串扰抑制和信道隔离的原因。然而，二级马赫-曾德干涉仪的色散相当高以致限制了它作为具有高速数据传输的通信系统中的滤光器的应用。

已知这一情况可以利用通过级联二级马赫-曾德干涉仪获得的滤光器改善。这样的装置的变体之一是，将具有相同的传输和符号相反的色散的二级马赫-曾德干涉仪用于所谓的补偿性二级马赫-曾德干涉仪中。通过马赫-曾德干涉仪中一定量的耦合系数k_q、k₂、和k₃来提供补偿(US6782158B2)。

图5a介绍了多级马赫-曾德干涉仪50的方案，其可用于合并奇偶信道；多级马赫-曾德干涉仪的常规形式展示在图5b中。波导器件50被置于一个基底(芯片)51上并且包括三个二级马赫-曾德干涉仪：两个都是I型的二级马赫-曾德干涉仪52和53被使用在第一级上，而I′型的第二级——二级马赫-曾德干涉仪54，具有相反的色散符号。

当通过外部端口g和h应用奇偶信道时，马赫-曾德干涉仪52和53中的一个在该输出端上仅仅通过奇数信道，而另一个在该输出端上通过偶数信道。信道借助于马赫-曾德干涉仪54合并，结果是他们穿过到达外部端口k。因为二级马赫-曾德干涉仪52和53以及二级马赫-曾德干涉仪54的色散是相反的，从而装置50整体提供了零或近零色散。

图6示出了本发明规定的可控光复用器的实施例的图。其是《1×8》配置的可控光复用器60，即，用于以Δv＝1,600GHz的频率间隔来合并8个信道的装置。

该复用器实质上基于具有七个滤光器的三级树状结构。多级结构第一级的四个滤光器(61-1)-(61-4)通过输出端连接到两个接着第二级的滤光器62-1和62-2，其又通过输出端连接到马赫-曾德干涉仪63的第三级的滤光器。全部装置在基底64上形成。

外部光输入/输出端借助于辫状光纤。这里，光纤65用作公共的输出端，光纤66-1，......，66-8--作为8个各个输入端，每个用于输入各个信道。所有三级的滤光器的连接及其与外部光纤的端口的连接通过形成在基底64上的光波导67制造。光波导65，66-1，......，66-8与具有最佳耦合效率的波导67光学地对准。

当在包括在所有滤光器中的相移装置上输入对应的电压时，通过调谐七个滤光器的光谱特征而动态地控制复用器60。借助于通过总线69与滤光器连接的控制器68提供控制。

复用器60的结构是这样的；当光信号从一级通向随后的级时，信道之间的光谱间隔变小两倍。信道之间的光谱间隔对于第一级的滤光器(61-1)-(61-4)是最大的，而对于滤光器63是最小的，而对于用于第二级的滤光器62-1和62-2是中间值。这是要求用于对应级的滤光器的特征可以改变的原因。在该情况下，作为滤光器单级马赫-曾德干涉仪(图1b)可用于第一级；两级马赫-曾德干涉仪可用于第二级(图3b)；多级马赫-曾德干涉仪可用于第三级(图5b)。

在三级装置中的滤光器的光谱特征中的相邻的极值之间的频率间隔ΔF如下设定：对于单级马赫-曾德干涉仪(61-1)-(61-4)：Δv_61-1＝Δv_61-2＝Δv_61-3＝Δv_61-4＝1,600GHz；对于两级马赫-曾德干涉仪62-1和62-2：Δv_62-1＝Δv_62-2＝800GHz，对于多级马赫-曾德干涉仪63：Δv₆₃＝400GHz。

工作的多级和两级马赫-曾德干涉仪的第一级中的马赫-曾德干涉仪的光程差ΔL必须如下：

因此，单级马赫-曾德干涉仪61-1-61-4的光程差ΔL等于ΔL_61-1＝ΔL_61-2＝ΔL_61-3＝ΔL_61-4＝250微米，在第一级的两级马赫-曾德干涉仪62-1和62-2的光程差ΔL将等于ΔL_62-1＝ΔL_62-2＝125微米，在第一级的组成的多级马赫-曾德干涉仪63的两级马赫-曾德干涉仪中，光程差ΔL将等于ΔL₆₃＝62.5微米(假定，n＝1.5)。

对于进一步的考虑，优选引进复用器传输特性的构思，其与以上马赫-曾德干涉仪的含意相仿，但是在这种情况下与从复用器输入端(66-1)-(66-8)之一到公共的输出端65的传输有关。复用器传输由K_66-1-K_66-8表示，由滤光器的传输结果定义，通过滤光器，光信号在其出现在公共的输出65之前通过。作为举例，来自输入端66-3的传输因子在输出端65由如下给出：

其中右项的三个乘数是三个滤光器61-2，62-1，和63的传输，上标对应于滤光器的号，下标对应于滤光器的输入与输出端口。

显然，复用器传输是光频和相移

和{φ_n}的函数。在对所有七个滤光器正确的改变光复用器60的相移情况下，每个传输应该是对于一个信道的载频的最大值和对于另一个信道频率的最小值。

在使用的MZI的第一和第二级相位的一定的相移和{φ^＊ _n}下，来自输入端中的输入端66-3的传输系数应该是：K_66-3(v₃)≈1，而K_66-3(v)≈0，此时v≠v₃。在相移

和{φ^＊ _n}下，当然，复用器60的其它传输系数具有与另外信道频率对应的种类。

使输入信号通过到复用器60的各个输入端——八个波长——信道，各个输入端信道分配如表1所示。

表1--输入端信道分配

各个输入端	66-1	66-2	66-3	66-4	66-5	66-6	66-7	66-8
									信道频率	v1	v5	v3	v7	v2	v6	v4	v8

如果相移等于

和{φ^＊ _n}，该复用器60用作通常的固定频率复用器。第一级的单级马赫-曾德干涉仪(61-1)-(61-4)组合成对的信道并将其引导通过四个输出端到二级的两级马赫-曾德干涉仪4-62和1-62。两级马赫-曾德干涉仪62-1和62-2再一次组合信道并将其引导至多级结构随后的级。当波传输通过第三级马赫-曾德干涉仪63时，所有信道组合并通过共用的输出端63。

信道的新中心频率{v’_i}通过δv＜Δv偏移，即v`_i＝v_i+δv，现在让该信号通过光复用器60的各个的输入端。为了复合并组合该在输出端分别具有新光学载波的信道，有必要按照表达式(10)改变相位

和{φ^＊ _n}。例如，为了选择具有δv＝50GHz频率移动的复合信道的模式，必须按照表2改变相移。

表2在信道频率偏移δv＝50GHz的情况下相位

和{φ_n}的改变

根据本发明的可控光复用器的其他方案可以在滤光器的数量和类型上不同于前述的装置60。总的说来，对于《M×1》结构的可控光复用器，当N≥2，M值来自序列4，16，32，......，2^N，多级结构中的一些级是N，因而在每个n级中，当n＝1，2，......，N，应该使用2^N-n个滤光器，而总的滤光器数量等于2ⁿ-1。例如，为了复合32个信道，需要的级数增加到5，而滤光器数量增加到31。

每个级的滤光器应该调节以便对于从2^N个各个输入端中的一个对2^N个信道中的每个的传输在输出端是最大值。

一方面为了提供指定的技术参数，另一方面有利于减少设计用于DWDM系统的可控光复用器的成本，优选在第一级上使用单级马赫-曾德干涉仪，在随后的级上，在信道之间平均光谱间隔的情况下，使用两级马赫-曾德干涉仪，而在信道级间距小的情况下，使用多级马赫-曾德干涉仪。

对于设计用于CWDM系统的可控光复用器，使用两级甚至单级马赫-曾德干涉仪作为滤光器是可能的。强调的是，由于单级马赫-曾德干涉仪的双向特性，特定装置总体上将同样是可逆的，即，其能作为可控复用器/分离器来使用。

可控光复用器不仅可以应用在具有波分复用的通信系统中，而且可以应用在其它系统中，如传感器的多通路系统，用于滤光器，各种各样的名称的模拟系统。

例如，如上所述的可控光复用器60可用于具有可交换输入信道的固定频率信道的光学系统。其可能借助于相应的相移改变和

和φ_n提供需要的功能。例如，如果需要在输入端66-1和66-2交换具有载频V1和V5的信道并保持输入端所有其它信道的分布的话，有必要采用相移装置如下改变单级马赫-曾德干涉仪61-1中的相位φ_61-1，φ61：φ^＊ _61-1→φ^＊ _61-1+δφ_61-1，

根据本发明的可控光复用器可通过现有的集成光学技术获取。在制造中，集成光学技术的使用是决定性的，从而根据本发明的可控光复用器具有必要的抗外部影响的稳定性、大量的信道和快速响应。在单级和/或两级和/或多级马赫-曾德干涉仪结构中使用统一的单元内构造(build-in-unit)允许应用自动化处理程序，这将对复用器提供高性能和相对低的造价。

使用滤光器的选择——单级，两级或多级马赫-曾德干涉仪——应该考虑用于特定光通信系统的特点而作出。电光或热光装置能作为相移工具使用，该电光相移装置可以极快地改变时间。

根据本发明的通过可控光复用器的可控复用的方法可以用于具有波分复用的光纤通信系统，包括通信远程电信系统，其中使用了DWDM技术，以及城域(metro)接入网络，其中使用了CWDM技术。

以上讨论的例子阐明了本发明结构的工作原理，性能和可能方案。在不偏离本发明内容的情况下可获得变体和可选实施例，这对于本领域技术人员是显而易见的。

Claims (7)

1、一种在具有波分复用的2^N个信道的光网络中可控复用信道的方法，所述2^N个信道的在固定的信道间距Δv上的光频率可以动态移动，该方法包括：

(a)在N级结构树型的2^N个各个输入端上输入2^N个信道的每个单独的信道，其中每个级包含有2^N-n个滤光器，n＝1，2，......，N，其特征在于，具有两个相邻的极值之间的光谱间隔Δv_n＝2^n-1Δv的周期函数形式的传输，所述传输可以是可控调谐传输；

(b)调谐所述N级结构每个级的滤光器，使得在输出端对来自2^N个所述各个输入端之一的2^N个信道中的每个的传输最大；和

(c)通过所述N级结构发射2^N个信道并在所述N级结构的末级滤光器的输出端接收该多信道光信号。

2.一种用于具有波分复用的2^N个信道的光网络中的可控光复用器，所述2^N个信道在固定信道间距Δv的光频率可以动态移动，所述光复用器配置有2^N个各个输入端口[(66-1)，......，(66-8)]和一个输出端口(65)，包括：

N级树型结构(60)，每个包含n级2^N-n个滤光器[(61-1)-(61-4)；(62-1)，(62-2)；63]，其中n＝1，2，......，N，其特征在于，具有两个相邻的极值之间的光谱间隔Δv_n＝2^N-nΔv的周期函数形式的传输，所述传输可以是可控调谐传输；和

通过调谐所述滤光器[(61-1)-(61-4)；(62-1)，(62-2)；63]的传输来控制的控制器。

3.如权利要求2的可控光复用器，其中所述N级结构包括：

连接到各个输入端口[(66-1)-(66-8)]之一的第一级的每个滤光器的每个输入端[a，b或g，h]；

除了第一级之外每级的滤光器，还通过输入端[a，b；g，h]与前级滤光器中一个的输出端[c，e]连接；和

连接到输出端口(65)的末级滤光器(63)的输出端[k]。

4.如权利要求2的可控光复用器，其中所述N级结构的每个滤光器[(61-1)-(61-4)；(62-1)，(62-2)；63]是单级(10)和/或两级(30)和/或多级(50)非对称马赫-曾德干涉仪。

5.如权利要求1-4的可控光复用器，其中所述N级结构的每个滤光器[(61-1)-(61-4)；(62-1)，(62-2)；63]包括电光或热光相移装置[15；37，38]用于可控调谐所述滤光器的传输。

6.如权利要求2的可控光复用器，其中其是按照集成光学技术以整体的固态装置形式制造的。

7.如权利要求2的可控光复用器，其中所有各个输入端口[(66-1)......，(66-8)]和输出端口(65)以光纤的形式制造。

Images