CN101405975A - 上路和下路波长信道 - Google Patents

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Abstract

在第一方面中，一种设备包括：具有平坦表面的衬底，沿该表面设置的光解复用器、沿该表面设置的光交叉连接矩阵。所述光解复用器具有N个光输出。所述光交叉连接矩阵具有N个光输入端口的第一阵列和N个光输出端口的第二阵列。光交叉连接矩阵的每个光输入端口被光连接到光解复用器的光输出中对应的一个。输出端口具有第二阵列中的次序排列，所述第二阵列中的次序排列是第一阵列中的对应输入端口的次序排列的非平凡置换。

Description

上路和下路波长信道
背景
发明领域
本发明大体上涉及光通信，更特别地涉及通过多波长信道的光通信。
相关技术的讨论
本节介绍有助于更好地理解本发明方面的各方面。因此，本节的陈述要从这个角度来阅读。本节的陈述并非是对现有技术范围的认可。
在密集波分复用(DWDM)系统中，通常希望能够在DWDM系统的接入点(access point)上路(add)或下路(drop)任意期望的波长信道。用于在其光端口处上路或下路任意波长信道的光学部件被称作无色(colorless)光上/下路模块。
图1示出示例性光上/下路模块10。当用来下路一个或多个波长信道时，光上/下路模块10在外部光端口12处接收光信号并且将所接收的光信号路由至八个外部光端口141、142、143、144、145、146、147、148。当用来上路一个或多个波长信道时，光上/下路模块10在八个外部光端口141、142、143、144、145、146、147、148处接收光信号并且将所接收的光信号路由至外部光端口12。
光上/下路模块10包括七个1×2光强分离器(splitter)161、162、163、164、165、166、167的阵列18和八个可调光带通滤波器201、202、203、204、205、206、207、208。阵列18具有树形结构，该树形结构有三层。在第一层中，光强分离器161的光输入(OI)连接到光上/下路模块10的外部光端口12。在第二和第三层中，各层的OI经由光波导(OW)连接到前一层的光输出(OO)。在第三层中，光振幅分离器164-167的OO经由OW连接到对应可调光带通滤波器201-208的OI。可调光带通滤波器201-208具有用作光上/下路模块10的外部光端口141-148的OO。
在阵列18中，每个1×2光强分离器161-167把在其OI处接收到的光强的大约一半引导至其每个OO。特别地，以非波长选择方式来执行对所接收光强的这种分离，以使得每个波长信道的光都被引导至1×2光强分离器161-167的两个OO。因此，阵列18仅把在任意波长信道上接收到的光的大约八分之一重定向至可调光带通滤波器201-208。
每个可调光带通滤波器201-208都具有可调中心带通波长。特别地，单独光带通滤波器201-208的带通可以被分别调谐以选择性地使八个预选的相邻波长信道中的任何一个通过并且选择性地阻止预选的相邻波长信道的其余七个。因此，光上/下路模块10能够用作将波长信道下路到外部光端口141-148的无色光模块。
当外部光端口141-148用作光输入端口并且外部端口12用作光输出端口时，光上/下路模块10还能够是无色上路模块。
不幸的是，对于在外部光端口12处接收的光而言，1×8光上/下路模块10是浪费的。特别地，光上/下路模块10仅将任意波长信道的这样接收到的光的大约八分之一递送到外部光端口141-148。此外，在从外部光端口12到外部光端口141-148中任意一个的过程中，光是通过很长的光学部件链来传送的。在每个这样的链中，光损耗会进一步降低所递送光的强度。
简要概述
将在下文中阐述与所公开的实施例相匹配的各个方面。应当理解的是，这些方面仅仅作为例子给出并且这些方面不意在限制本发明的范围。
各实施例提供了光上/下路模块。一些这样的模块与基于树形结构的1×2光强分离器的光上/下路模块相比更为功率高效和/或更为简单。特别地，光上/下路模块的一些实施例可以使在正被下路的波长信道上接收的光强的较大部分通过。而且，光上/下路模块的一些实施例具有较为简单的光滤波器。最后，光上/下路模块的一些实施例可以很容易被制造为集成的平面光学部件。
在第一方面中，一种设备包括：具有平坦表面(planar surface)的衬底(substrate)，沿该表面设置的光解复用器(opticaldemultiplexer)、沿该表面设置的光交叉连接矩阵。所述光解复用器具有N个光输出。所述光交叉连接矩阵具有N个光输入端口的第一阵列和N个光输出端口的第二阵列。光交叉连接矩阵的每个光输入端口被光连接(optically connected)到光解复用器的光输出中对应的一个。光输出端口具有第二阵列中的次序排列(sequential ordering)，所述第二阵列中的次序排列是第一阵列中的对应光输入端口的次序排列的非平凡置换(nontrivial permutation)。
在另一方面中，一种设备包括：光解复用器、光交叉连接矩阵和光滤波器阵列。所述光解复用器具有光输出阵列。光交叉连接矩阵具有N个光输入端口的第一阵列和N个光输出端口的第二阵列。光交叉连接矩阵的每个光输入端口被光连接到光解复用器的光输出中对应的一个。每个光滤波器具有与光交叉连接矩阵的光输出端口中对应的一个端口相连接的光输入。
在另一方面中，一种方法包括用于对在多个波长信道上接收的光信号进行路由的步骤。所述方法包括：将所接收的光信号从光输入端口路由到N个光输出的第一空间阵列的光输出以使得第一空间阵列的光输出中的每一个接收波长信道组群(group)中的那些光信号。该波长信道组群与光输出中的一个相对应。所述方法包括：将光信号从第一空间阵列的每个光输出路由到光输出的第二空间阵列的对应的光输出以使得所述组群与第二空间阵列中的光输出之间的对应是所述组群与第一空间阵列中的光输出之间的对应的非平凡置换。所述方法包括：对在第二空间阵列的光输出中的至少一个处接收的光信号进行滤波以使得仅仅与光输出中的至少一个相对应的波长信道的适当子集上的光信号通过。
附图简述
通过附图以及说明性实施例的详细描述来更加充分地描述各个实施例。然而，本发明可以用各种方式实现并且不限于在附图和/或说明性实施例的详细描述中所描述的实施例。
图1是图示出无色1×8光上/下路模块的框图；
图2是光上/下路模块的一个实施例的框图；
图3是光上/下路模块的另一个实施例的框图；
图4A-4C是可用作图3的光上/下路模块的光滤波器的Mach-Zehnder干涉仪的框图；
图4D是可用在图3的光上/下路模块的光滤波器中的光环谐振器设备的框图；
图4E是包括光环谐振器且可用在图3的光上/下路模块的光滤波器中的Mach-Zehnder干涉仪的框图；
图5是图示出操作光上/下路模块(例如图2和图3的光上/下路模块)的方法的流程图；
图6是可以包括图2和3的光上/下路模块之一的多信道光波长转换器的框图；
图7是图示出包括图6的多信道光波长转换器的光通信系统的一部分的框图；
图8是在多信道光通信系统(例如图7的光通信系统)中连接一个光传输光纤和另一个光传输光纤的全光学方法的流程图。
在附图以及文字中，同样的附图标记指示具有类似功能的元素。
说明性实施例的详细描述
图2示出具有外部光端口12和N个外部光端口141、142、...14N的阵列的示例性光上/下路模块22，其中N是三个或更多并且更多可以为八。光上/下路模块22和外部光端口12、141、141-14N被沿平面衬底25的表面设置。
光上/下路模块22可以作为光上路模块或光下路模块来操作。在作为光下路模块操作期间，外部光端口12接收光信号并且光上/下路模块22以波长选择的方式将所接收的光信号路由到外部光端口141-14N。在作为光上路模块操作期间，外部光端口141-14N接收光信号并且光上/下路模块22将所接收的光信号路由到外部光端口12。光上/下路模块22能够在每个光端口141-14N处上路或下路多个波长信道并且因此可以用作准无色(quasi-colorless)上/下路模块。
光上/下路模块22包括光解复用器(DEMUX)24、N×N光交叉连接(OXC)矩阵26和一组N个光波导281、282、...、28N。光DEMUX 24、N×NOXC矩阵26和光波导281-28N被沿着相同衬底25的表面设置。最后，光上/下路模块22可以包括电子控制器30，所述电子控制器30被设置在相同衬底25的表面上或者被设置离开所述表面。
光DEMUX 24以波长选择且循环的方式将外部光端口12之间的光信号路由到其N个光输出(OO)。也就是，光DEMUX 24将波长信道1、N+1、2N+1、3N+1等上的光信号路由到其第一OO，将波长信道2、N+2、2N+2、3N+2等上的光信号路由到其第二OO，并且更一般地，将波长信道k、N+k、2N+k、3N+k等上的光信号路由到其第k个OO。预选组的相邻波长信道(即1、2、3等)具有大约相等的带宽。
光DEMUX 24的示例性平面结构可以包括第一和第二星形耦合器和阵列波导光栅(AWG)。第一星形耦合器将外部光端口12光连接到AWG的光波导的一端。第二星形耦合器将AWG的光波导的第二端光连接到光DEMUX 24的OO。光复用器(MUX)和光DEMUX的这样的AWG结构对于本领域技术人员是公知的。例如，美国专利5,002,350和5,136,671描述了可适用于在此描述的设备的光MUX和光DEMUX。在此将这些美国专利全部并入作为参考。
光波导281-28N将光DEMUX 24的OO连接到N×N OXC矩阵26的对应光输入(OI)。
N×N OXC矩阵26包括N个光波导的阵列，所述N个光波导的阵列将其每个OI光连接到其OO中对应的一个。光波导产生基本上独立于波长的光连接。这些光连接有效地产生由衬底25上的OI所形成的空间序列到由衬底25上的OO所形成的空间序列的非平凡置换。该置换使得第k外部光端口14k输出波长信道P(k)、P(k)+N、P(k)+2N...。这里P(k)是第k个对象上的N对象置换的值。
N×N OXC矩阵26可以产生其OI的空间序列到其OO的空间序列的固定的或可调节的置换。在产生固定置换的实施例中，OXC矩阵26包括交叉光波导的模式，该模式将其OI连接到对应的OO，从而产生置换。对于产生可调节置换的实施例，OXC矩阵26包括光开关和光波导的阵列，所述光开关端到端连接光波导以形成两端点(two-ended)光路径。两端点光路径将OXC矩阵26的OI连接到OXC矩阵26的对应OO，从而产生置换。在这些实施例中，光开关的状态决定了N×N OXC矩阵26的OI的空间序列到N×N OXC矩阵26的OO的空间序列的置换。光开关的状态被改变以改变OI到OO的置换。
在N×N OXC矩阵26中，光开关例如可以是热光开关或电光开关。电子控制器30施加用于操作N×N OXC矩阵26的光开关的控制信号。电子控制器30经由基于热光开关的实施例中的加热器施加热控制信号并且经由基于电光开关的实施例中的电极对施加电压控制信号。
光上/下路模块可以被用于下路多个(M个)相邻波长信道，其中M小于、等于或者大于光DEMUX 24的OO的数目N。如果M≤N，则每个外部端口141-14N从一个波长信道接收光信号或者不从波长信道接收光信号。如果M≥N，则外部光端口141-14N中的一些或全部从多个波长信道接收光信号。在后者的情况下，可能希望修改光上/下路模块22以使得在每个外部光端口141-14N处仅下路一个波长信道。图3提供了这样的经修改的光上/下路模块32的例子。
参照图3，经修改的光上/下路模块32包括如已经在图2中描述的光DEMUX 24、N×N OXC矩阵26和光波导281-28N。
经修改的光上/下路模块32还包括光滤波器341、342、...、34N以及用于将光滤波器341-34N连接到N×N OXC矩阵26的对应OO的光波导361、362、...、36N。光滤波器341-34N中的每一个被配置成阻塞通过N×N OXC矩阵26的对应OO而输出到其处的选定波长信道中的一个或多个。在一些实施例中，每个光滤波器341-34N可以仅使经由N×N OXC矩阵26的对应OO输出到其处的波长信道中的一个通过。例如，如果N×NOXC矩阵26的对应OO输出波长信道p、p+N、p+2N和p+3N，则光滤波器36p可以仅使波长信道“p”通过。光滤波器341-34N能够被调谐以使得可以根据需要改变对通过的和阻塞的波长信道的选择。
在一些其他实施例(未示出)中，OXC矩阵26的OO中的仅仅一些连接到光滤波器34k，如图3所示。在那些实施例中，OXC矩阵26的其余OO把所有接收到的波长信道上的光信号传送到对应的外部光端口14q。
图2和3的光上/下路模块22、32的一些实施例相对于图1的上/下路模块10具有优势。首先，因为这些光上/下路模块22、32不具有光强分离器，所以它们能够在外部光端口12和外部光端口141-14N之间在期望波长信道上路由较大百分比的光。其次，光上/下路模块32与光上/下路模块10相比可以具有更为简单的光滤波器341-34N。特别地，光滤波器341-34N相比光带通滤波器201-208能够具有更宽的信道通过区域(pass region)，这是因为光滤波器341-34N通常必须阻塞间隔离开期望波长信道较远的波长信道。出于相同理由，与具有相同的外部光端口配置的光上/下路模块10的实施例相比，光上/下路模块32构造起来可以更为简单、便宜，和/或更易于集成在单个平面衬底上。
对于图3的光滤波器341-34N，多种平面设计都是可用的。平面设计适于阻塞通过N×N OXC矩阵26输出到单独光滤波器341-34N的波长信道中的一个或多个。在各种实施例中，光滤波器341-34N可以具有陷波(notch)传输特性、带通传输特性或者合并了这二者的行为的传输特性。在图4A-4E中示出了光滤波器341-34N或其分量光滤波器的若干种平面设计。在例如美国专利号5,596,661和6,580,534中描述了一些这样的光滤波器的有用的平面设计。在此将这两个美国专利并入作为参考。
图4A-4C图示了可用作具有带通和/或陷波谱传输特性的光滤波器的Mach-Zehnder干涉仪34A、34B、34C。Mach-Zehnder干涉仪34A、34B和34C分别具有一级、三级和四级。每一级包括一对光波导，即相对较长的光波导OWL和相对较短的光波导OWS。相邻级中的光波导对OWL、OWS经由2×2光耦合器(OC)串行耦合。2×2光耦合器使得成对的光波导OWL、OWS在位于相邻级之间的耦合区域中彼此靠近。该配置产生相邻级的成对的光波导OWL、OWS之间的直接耦合以及相邻级的成对的光波导OWL、OWS之间的交叉耦合。直接和交叉耦合的相对强度是由耦合区域的长度、耦合区域中的折射率和耦合区域中成对光波导的间隔(separation)来确定的。第一级的成对光波导OWL、OWS连接到光强分离器或2×2光耦合器OC的光输出，其确定它们到光滤波器的OO的耦合强度。末级的成对光波导OWL、OWS连接到光强组合器或2×2光耦合器OC的OI，其确定它们到光滤波器的OO的耦合强度。
在Mach-Zehnder干涉仪34A-34C中，每一级的成对光波导OWL、OWS在通过其传播的光之间产生的相对相差以及2×2光耦合器、光分离器和/或光组合器(即OC)中的直接和交叉耦合的强度基本上限定了光滤波器的谱传输特性。
参照图4A，如果光耦合器产生等强度的直接和交叉耦合，并且光波导OWL、OWS在通过其传播的光信号之间产生相对相差π，则单级Mach-Zehnder干涉仪34A可以被配置为光陷波滤波器。单级Mach-Zehnder干涉仪34A能够被配置成基本上阻塞Mach-Zehnder干涉仪34A从图3的N×N OXC矩阵26的对应OO接收的波长信道上的光信号。
参照图4B和4C，三级和四级Mach-Zehnder干涉仪34B、34C具有利用有限傅立叶级数(例如有限奇次谐波级数)所描述的谱传输特性。为了获得这样的谱传输特性，每一级的光波导OWL、OWS通常应该被约束为在通过其传播的光之间产生特殊的相对相差。特别地，单独级所产生的相对相差与产生最小这样的相对相差的级所产生的相对相差之比应该形成特殊值序列。例如，特殊值序列在三级Mach-Zehnder干涉仪34B中可以是1、大约2以及大约4。并且，特殊值序列在四级Mach-Zehnder干涉仪34C中可以是1、大约2、大约-2以及大约-2。其各级满足以上约束并且其2×2光耦合器、光分离器和/或光组合器产生适当的直接和交叉光耦合的三级和四级Mach-Zehnder干涉仪34B、34C比一级Mach-Zehnder干涉仪34A具有更宽的谱陷波区域。鉴于此处的描述，Mach-Zehnder干涉仪34B、34C的2×2光耦合器、光分离器和/或光组合器的之间的直接和交叉光耦合的适当值将很容易由本领域技术人员来确定并且在美国专利5,596,661中被描述。
在一些实施例中，图3的光滤波器光341-34N是波长可调的。
在这样的实施例中，电子控制器30还可以产生电信号，所述电信号控制对光滤波器341-34N可通过的波长信道的选择。电控制信号或者操作加热器或者操作成对电极，所述加热器对光波导OWL、OWS的热活动段(active segment)(S)进行加热，所述成对电极跨过光波导OWL、OWS的电光活动段(S)施加电压，如图4A-4C所示。所述活动段S具有响应于其中的温度或者电场值的折射率。所产生的折射率变化改变了成对光波导OWL、OWS对通过其传播的光产生的相对相差。
在这样的实施例中，电极控制器30可以产生其他电信号以控制加热器或成对电极，所述加热器或成对电极调节图4B-4C的Mach-Zehnder干涉仪34B、34C的2×2光耦合器、光分离器和/或光组合器(即OC)中的温度或电场。特别地，折射率和折射率差异(contrast)固定了在2×2光耦合器、光分离器和/或光组合器(即OC)的耦合区域中密置(closely spaced)的光波导对之间的耦合。通过控制向那些耦合区域的热光活动部分施加热或者跨过那些耦合区域的电光活动区域施加电压，电子控制器30可以改变Mach-Zehnder干涉仪34B、34C的相邻级之间的直接和交叉光耦合的相对强度。
一些实施例可以配置Mach-Zehnder干涉仪34A、34B、34C的耦合器和光波导以对来自电子控制器30的上述类型的电控制信号进行响应。这样的控制信号能够控制图4A-4C的Mach-Zehnder干涉仪34A、34B、34C中的带通和/或带陷波的波长范围。鉴于以上描述，本领域技术人员将能够在不进行过度实验的情况下实现Mach-Zehnder干涉仪34A、34B、34C中的波长可调谐性。
图3的光滤波器341-34N可以包括如在图4D和4E中示出的光滤波器34D、34E中所示的光环谐振器(ORR)。
参照图4D，光滤波器34D包括输入光波导(IOW)、输出光波导(OOW)以及耦合的光环谐振器序列。耦合的光环谐振器序列在输入和输出光波导IOW、OOW之间形成光耦合器。在该序列中，各种光环谐振器具有接近但不同的谐振波长，即它们的谐振波长是微动的(verniered)。这样的谐振波长的配置能够引起的序列的谐振波长比单独光环谐振器的谐振波长间隔更宽。由于那些谐振波长的更宽的间隔，光环谐振器的序列可以被配置成与其中通过单个光环谐振器耦合输入和输出光波导的光学设备(未示出)相比具有更宽的带陷波。更宽的带陷波能够阻塞更多的通过N×N OXC矩阵26输出到图3的单独光滤波器341-34N的波长信道，从而改进了波长选择性。
尽管所图示的光带通滤波器34D包括三个光环谐振器的序列，但是这样的滤波器的其他实施例可以在用于耦合输入和输出光波导IOW、OOW的序列中具有一个、两个、三个或更多的光环谐振器。
参照图4E，光滤波器34E包括具有多级的混合Mach-Zehnder干涉仪。每一级都包括一对光波导OWL、OWS以及耦合到光波导OWL、OWS的一个或多个光环谐振器。在每一级中，成对的光波导OWL、OWS在通过其传播的光信号之间产生相对相差。在不同的级之间，光环谐振器可以具有接近的谐振波长，即，各级的光环谐振器的谐振波长可以具有类似微动的关系。因此，级序列可以提供具有比在图34D的光滤波器34D中的光陷波区域更宽的陷波区域的谱传输特性。这样的混合多级Mach-Zehnder干涉仪的实施例进一步在美国专利6,580,534中被描述。
图3的光滤波器光341-34N的一些实施例包括图4D或4E的光滤波器34D、34E的波长可调版本。在这样的实施例中，电子控制器30被配置成操作一个或多个加热器或配置成操作一个或多个电极对，所述加热器能够向光谐振环的热活动部分施加热，所述电极对能够跨过光环谐振器的电光活动部分施加电压。在任一配置中，电子控制器30能够改变光环谐振器的活动部分中的折射率，从而改变光环谐振器它们自己的谐振波长。在包括混合Mach-Zehnder干涉仪34E的实施例中，电子控制30还可以向加热器或电极对施加控制信号，所述加热器能够施加热，所述电极对能够跨过光波导对OWL、OWS的活动段S施加电压。在每个这样的光波导对OWL、OWS中，活动段S具有响应于这样的控制信号从而改变在通过该对传播的光之间产生的相对相差的折射率。在这样的实施例中，电子控制30还可以被配置成向加热器施加控制信号，或者可以被配置成向电极对施加控制信号，所述加热器能够跨过光耦合器OC的活动区域施加热，所述电极对能够跨过光耦合器OC的活动区域施加电压。这样的控制信号能够改变邻近这样的光耦合器OC的各级的光波导OWL、OWS之间的直接和交叉耦合的相对强度。鉴于以上描述，本领域技术人员将能够实施这样的控制结构以实现具有波长可调带通和/或带陷波的光滤波器13D、13E的实施例。
在一些实施例中，图3的单独光滤波器341-34N可以包括分量光滤波器的串行级联。分量光滤波器可以具有图4A-4E中所示的设计或者可以具有如已经描述的所述设计的波长可调版本。在这样的级联中，不同的分量光滤波器能够被配置成阻塞通过N×N OXC矩阵26的对应OO输出到级联的单独波长信道中的不同的波长信道。也就是，这样的级联能够被配置成串行滤除不需要的波长信道。例如，光滤波器34k可以是具有波长信道k的传输陷波的第一分量光滤波器、具有波长信道k+2N的传输陷波的第二分量光滤波器以及具有波长信道k+3N的传输陷波的第三分量光滤波器的级联。在这样的实施例中，光滤波器34k将响应于接收来自N×N OXC矩阵26的波长信道k、k+N、k+2N上的光信号而仅使波长信道k+N上的光信号通过。
图5图示了用于操作全光学(all-optical)上/下路模块的方法40，该模块将第一外部光端口连接到N个第二外部光端口，例如图2的光上/下路模块22或图3的光上/下路模块32。
方法40包括将所接收的光信号从第一外部端口路由到N个OO的第一线性阵列，从而根据其关联的波长信道组群在空间上重新划分不同OO之间的光信号(步骤44)。特别地，路由步骤将每个波长信道组群的光信号传送到设置于衬底表面上或者沿衬底表面设置的OO的空间序列的对应OO。每个波长信道组群可以包含一个、两个或更多个波长信道。当每个波长信道组群包括间隔开单个波长信道宽度N倍的波长信道时，光DEMUX 24可以执行路由步骤。
方法40还包括将光信号从OO的第一线性阵列重新路由到N个OO的第二线性阵列，该第二线性阵列也被设置于衬底表面上或者沿衬底表面设置(步骤44)。重新路由步骤非平凡地置换波长组群与线性阵列的单独OO之间的对应。特别地，置换在空间上重新安排(reorder)了向沿相同衬底表面线性排列的OO阵列分配波长信道组群。例如N×N OXC矩阵26可以通过以两端点光路径的交叉空间模式将其N个OI连接到其N个OO来执行这样的置换动作。
可选地，方法40包括对那些在第二线性阵列的单独OO中的一个或多个处接收的光信号进行滤波以除去不属于与单独OO相对应的波长信道组群的适当子集的光信号(步骤46)。在一个或多个OO处，滤波步骤降低了通过的波长信道的数目。在每个这样的OO处，滤波步骤可以包括：即使多个波长信道上的光信号被递送到OO，也阻塞所有的光信号，除了那些与OO相对应的单个选定波长信道上的光信号。光滤波器341-34N可以执行例如滤波步骤以使得每个外部端口141-14N接收波长信道的较小集合(例如一个这样的信道)上的光信号。
图6示出包括具有N+1个外部光端口的可调光上/下路模块(OADM)52的多信道光波长转换器50，例如图2和3中所示的光上/下路模块22、32之一。多信道光波长转换器50还包括N个单信道光波长转换器541、542、...、54N和具有N个OI的光复用器(MUX)56。每个单信道光波长转换器541-54N具有经由光波导(OW)与光上/下路模块52的N个外部光端口141-14N的对应的一个光端口相连接的OI。每个单信道光波长转换器541-54N具有经由另一光波导与光MUX 56的对应OI相连接的OO。每个单信道光波长转换器541-54N通过波长可调泵激光器581-58N来泵送(pump)。
在多信道光波长转换器50中，光上/下路模块52仅将一个波长信道的光信号路由到每个外部光端口141-14N。因此，单信道光波长转换器541-54N中的每一个仅仅对单个波长信道上的光信号进行波长转换。波长转换例如对最初在外部光端口12处接收的一些独立数据流的信道分配进行置换。
在多信道光波长转换器50中，电子控制器30对光上/下路模块52进行配置以预补偿将会由单信道光波长转换器541-54N中的波长转换引起的波长信道的空间置换。特别地，预补偿确保波长转换的光信号将被传送到光MUX 56的适当OI以使得光MUX 56把波长转换的光信号路由到外部光端口14。事实上，光MUX 56还用作通过单信道光波长转换器541-54N的非波长转换的光的光带通滤波器。这样的非波长转换的光通常不会被光MUX 56路由到外部光端口14。
在多信道光波长转换器50中，单信道光波长转换器541-54N通过可调激光器581-58N来泵送。特别地，可调激光器581-58N以转换的波长产生泵浦光(pump light)，并且光信号的输入流调制泵浦光以产生波长转换的光信号。泵激光器581-58N是波长可调的，并且第二电子控制器30′在操作期间设置泵激光器581-58N的输出波长，并且还控制可调OADM52的电子控制器30。
在多信道光波长转换器50中，单信道光波长转换器541-54N可以是例如半导体光放大器(SOA)。在SOA中，输入光信号以转换的波长对泵浦光进行调幅以产生波长转换的光信号。这样的调制是由SOA的半导体中的非线性光学效应引起的。所述半导体可以是包含镓(Ga)、铟(In)、砷(As)和/或磷(P)的复合结晶材料。例如，SOA可以是制造于InP衬底上的分层的InGaAsP结构。制造用作波长转换器的SOA是本领域技术人员公知的。
单信道光波长转换器541-54N还可以是本领域技术人员已知的其他类型的单信道光波长转换器，例如铌酸锂光波长转换器。
在多信道光波长转换器50中，光MUX 56可以是例如平面AWG设备。利用AWG构造光MUX基本上类似于如已经描述的利用平面AWG和光星形耦合器构造光DEMUX。美国专利5,002,350和5,136,671描述了可适于光MUX 56的基于AWG的光MUX。
合并了介电(dielectric)和半导体平面衬底的混合集成技术能够产生集成的平面半导体模块，该模块包括多信道光波长转换器50的光DEMUX、切换、滤波、波长转换和MUX部件。这样的混合集成技术可以产生具有更好的整体性能的模块且同时消除了对昂贵的光连接器和光纤接续的需求。制造多信道光波长转换器50最终可以在单个平面InP衬底上实现。
图7图示了DWDM光通信系统的部分60，该部分60包括节点62、输入光传输光纤64、输出光传输光纤66和图6的多信道光波长转换器50。在节点62中，多信道光波长转换器50将输入光传输光纤64终接(endconnect)于输出光传输光纤66。该全光连接能够在其中所使用的波长信道的子集上向输出光传输光纤66传送输入光传输光纤64的光信号。在输出光传输光纤66中，所传送的光信号能够在与输入光传输光纤64中所使用的相同或不同的波长信道上或者在相同和不同波长信道的组合上传送。在节点62处，波长转换能够动态地改变以使得上述新的波长信道分配对输出光传输光纤66中的信道故障、信道拥塞和/或信道无效性敏感。最后，多信道光波长转换器50的光上/下路模块52的循环操作可以实现在输入光传输光纤64中的波长信道集合的许多子集上使用波长转换而进行的光信号传送。
最后，在图7的DWDM光传输系统中，节点62还能够使用多信道光波长转换器50中的多于一个的并联组合来将更多波长信道上的光信号从输入光传输光纤64传送到输出光传输光纤66。
图8图示了用于在多信道光通信系统的第一和第二光传输线之间(例如图7的DWDM光通信系统的传输光纤64和64之间)传送光信号的全光学方法70。该方法70包括把从第一光传输线的输出端接收的光信号路由到N个OO的第一线性阵列以根据所接收光信号的相关联的波长信道组群重新划分所接收的光信号(步骤72)。每个波长信道组群可以包括在第一光传输光纤上传输光信号的波长信道中的一个或多个。方法70包括将光信号从OO的第一线性阵列重新路由到N个OO的第二线性阵列，以非平凡地置换波长信道组群与次序排列的单独OO之间的对应(步骤74)。对于第二线性阵列的OO中的一些或全部，方法70包括对从每个这样的OO传送的光信号进行滤波以阻塞除一个波长信道之外的所有波长信道(步骤76)。对于每个这样的OO而言，所述滤波使不同波长信道上的光信号通过。方法70包括对来自第二线性阵列的一些OO的光信号进行波长转换以便对那些光信号的波长信道进行置换(步骤78)。方法70还包括将波长转换的光信号光复用到外部光端口，该外部光端口连接到第二光传输光纤的一端(80)。
根据公开、附图和权利要求，本发明的其他实施例对于本领域技术人员将会是很明显的。

Claims (10)

1.一种设备，包括：
具有平坦表面的衬底；
光解复用器，具有N个光输出并且被沿所述表面设置；
光交叉连接矩阵，具有N个光输入端口的第一阵列以及N个光输出端口的第二阵列，并且被沿所述表面设置，光交叉连接矩阵的每个光输入端口被光连接到光解复用器的光输出中对应的一个；并且
其中光输出端口具有第二阵列中的次序排列，所述第二阵列中的次。序排列是第一阵列中的对应光输入端口的次序排列的非平凡置换。
2.如权利要求1所述的设备，其中光交叉连接矩阵能被调谐以便将来自光输入端口之一的光路由到其中光输出端口中的不同端口。
3.如权利要求1所述的设备，还包括控制器，所述控制器被配置成向光交叉连接矩阵传送多个控制信号，所述光交叉连接矩阵能够响应于每个控制信号而改变置换。
4.如权利要求1所述的设备，还包括光滤波器的阵列，所述光滤波器中的每一个被连接以接收来自光交叉连接矩阵的光输出端口中对应的一个光输出端口的光。
5.一种设备，包括：
光解复用器，具有光输出的阵列；
光交叉连接矩阵，具有N个光输入端口的第一阵列以及N个光输出端口的第二阵列，光交叉连接矩阵的每个光输入端口被光连接到光解复用器的光输出中对应的一个；以及
光滤波器的阵列，每个光滤波器具有与光交叉连接矩阵的光输出端口中对应的一个相连接的光输入。
6.如权利要求5所述的设备，其中光滤波器中的一些能够被重新配置以改变其谱通过区域。
7.如权利要求5所述的设备，其中光交叉连接矩阵能够改变其光输入端口与其光输出端口之间的光路由。
8.一种对在多个波长信道上接收的光信号进行路由的方法，包括：
将所接收的光信号从光输入端口路由到N个光输出的第一空间阵列的光输出端口以使得第一空间阵列的光输出中的每一个接收波长信道组群上的那些光信号，所述波长信道组群与光输出之一相对应；
将光信号从第一空间阵列的每个光输出路由到光输出的第二空间阵列的对应的光输出以使得所述组群与第二空间阵列中的光输出之间的对应是所述组群与第一空间阵列中的光输出之间的对应的非平凡置换；以及
对在第二空间阵列的光输出中的至少一个处接收的光信号进行滤波以使仅仅与光输出中的至少一个相对应的波长信道的适当子集上的光信号通过。
9.如权利要求8所述的方法，进一步包括：
对来自第二空间阵列的一些光输出的光信号进行波长转换以改变用于承载从一些光输出接收的光信号的波长信道。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括：
对来自第二空间阵列的一些光输出的波长转换的光信号进行光复用以将所述复用的光信号路由到单个光输出端口。
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