CN101552648B - 分两阶实现16信道的可重构光插分复用器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分多阶实现16信道的可重构光插分复用器(ROADM结构)，该ROADM结构由输入部分、第一阶滤波区、第二阶滤波区、本地下载区、本地上载区、合束器和输出部分构成，各组成部分之间通过纳米线波导连接。本发明利用微环形谐振器的自由频谱宽度具有一定的宽度，对多路入射波长进行分阶滤波，使各下载波导中所传播的波长数逐级减少，最终实现在各个输出端口中的单波长下载，降低了温度控制难度，提高了器件的响应速率。

Description

分两阶实现16信道的可重构光插分复用器

技术领域

本发明涉及可重构光插分复用器(ROADM)技术领域，尤其涉及一种采用两阶滤波方式实现基于硅基纳米线波导微环形谐振器的可实现16路波长上下载的可重构光插分复用器，使用该器件结构能够保证ROADM的完全可重构性能，同时使得整个器件的温度稳定性更好，响应速率更快。

背景技术

光插分复用器(OADM)是光纤通信网络的节点设备，它的基本功能是从光信道中下载通往本地的信号，同时上载本地用户发往其他节点用户的信号进入光纤信道，而不影响其他波长信道的传输，并且保持光域的透明性，可以处理任何格式和速率的信号。

如果选择某个或某些固定的波长信道进行分插复用，则称为非重构OADM，也称为固定OADM(Fixed OADM)；如果可以选择性地分插复用某些需要的波长信道，则称为可重构OADM，即ROADM(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer)。

图1为常见的ROADM的工作原理示意图。作为光传送网的核心设备，ROADM的使用，相对于非重构OADM，给网络的运营带来了更多业务开展的便利和运营成本的降低。

首先，ROADM的使用支持波长级业务开展的需要。面对大客户提供波长级业务(如支持SAN，即Storage Area Network存储局域网)等，使用ROADM节点设备，只需通过网管系统进行远端配置即可，极大地方便了这种新类型业务的开展，提高了对客户新需求的反应速度。

其次，ROADM的使用便于进行网络规划，降低运营费用。对于突发和难以预测的业务，ROADM通过提供节点的重构能力，使得DWDM网络也可以方便地重构，因此对网络规划的要求就可以大大降低，而且应对突发情况的能力也大大增强，使整个网络的效率有很大的提升。

另外，ROADM的使用便于维护和降低维护成本。采用ROADM，绝大多数日常维护操作(包括增开业务及进行线路调整等)可通过网管进行，不需要人工操作，极大提高工作效率，降低维护成本。

硅基电子的发展和工艺的成熟为制作硅基波导提供了较好的工艺和设备基础，在硅片上实现大规模的光子、电子集成器件具有非常大的吸引力，硅基光子学始终是集成光学中的研究热点。绝缘体上硅(Silicon-on-insulator，即SOI)具有材料制备工艺成熟、与CMOS工艺兼容、折射率差大等优点而成为硅基光子学集成与光电子集成的主要材料。

随着硅基波导研究的深入，特别是在SOI材料上制作硅基纳米线波导成为现实，使得大规模硅基单片集成光波回路和大规模光电子集成回路成为可能。硅基纳米线波导的芯层为硅，折射率为3.5，包层为空气或二氧化硅，折射率为1或1.44，由于芯层和包层的折射率差很高，使得条形波导的单模条件为波导的特征尺寸小于500纳米。

高的折射率差和小的波导尺寸使得弯曲波导的弯曲损耗降低，弯曲半径为5微米时的弯曲损耗仍然很小，这使得在一个芯片上通过不同的耦合连接方式实现多个光学功能器件的集成成为可能；而传统的波导器件的弯曲波导的弯曲半径普遍在毫米甚至厘米量级，极大的占用了芯片面积，一个芯片上通常只有一个光学器件。硅基纳米线波导是未来实现大规模集成光波回路的理想平台。如此小的弯曲半径使得基于纳米线波导的微环形谐振器结构的优势凸现出来。利用微环形谐振器结构可以实现光开关、光调制器、光学滤波器、光插分复用器等很多光学功能器件。由于微环的半径可以达到5微米，其器件结构非常紧凑，可以实现密度为10⁵/cm²以上的高集成度，因此在一个芯片上能够实现同时集成多个功能器件，提高器件的性能，减少分立器件耦合时的耦合损耗，同时降低器件的封装成本。

硅基纳米线波导的工作原理与传统的波导原理相同，是利用全内反射实现波导对光信号的传输。微环形谐振器的工作原理是当输入信号波长与环的半径满足以下关系时：

mλ＝n×2πr    (1)

公式(1)中m为整数，λ为波长，n为微环形谐振器波导的折射率，r为微环的半径。该谐振波长的信号就会由输入的直波导耦合至微环内，在微环内发生谐振，谐振波长信号在环内传输并耦合至下路直波导内下载至本地，理想情况下输入的谐振波长信号完全被耦合至微环内并被完全下载至本地；本地以与下载波长相同的波长在上载端口上载本地信号，上载的本地信号经过微环上载至输出端，与其他不满足谐振条件的波长信号由输出端输出，完成固定OADM的功能。

硅材料具有热光效应，即硅材料的折射率随温度变化而变化的效应。利用金属有机化学气相淀积(MOCVD)技术在微环上生长金属电极，加电后金属电极发热，热场传导至波导，使波导的温度发生变化，改变微环波导的折射率n，调制微环的谐振波长λ，从而实现动态选择下载/上载波长，即ROADM。

图2为基于硅基纳米线波导微环结构的ROADM工作原理示意图。由公式(1)中可以看出微环形谐振器的谐振波长不是连续的，相邻谐振波长的间隔称为自由光谱范围(Free spctral range，FSR)，其值可以表示为：

FSR＝[m×(m+1)]/(n×2πr)    (2)

FSR与环的半径成反比。受到弯曲损耗的限制，微环的半径通常不小于5微米，FSR的最大值通常在十几个纳米量级。

利用多个微环结构组成的网络可以实现多个信道的ROADM器件。利用多个微环可以同时下载/上载多个不同波长的信号，并且通过热光效应调谐微环的谐振波长，可以实现任意波长从任意端口下载/上载，满足不同端口的实际需要。图3为由4个微环形谐振器组成的4路单阶ROADM器件工作示意图。

硅材料的热光效应可以用下式表示：

dn/dT＝9.48×10^-5+3.47×10^-7×T-1.49×10^-10T²+...    (3)

其中dn为折射率变化量，dT为温度变化量，T为环境温度。在常温下，dn/dT＝1.86×10^-4/K。折射率随温度的升高而增大。Si的大热光系数和Si的高热导率(σ_Si＝1.49W/cm·K)可以保证SOI的热光调制有较快的响应速度。埋层SiO₂的热导率很小，只有Si的1/100，可以有效的起到绝热的作用，减少热量散失，降低开关功耗。SOI是很好的热光开关材料。

光通信中常用的工作波段在1.55μm附近，信道间隔为100GHz，对应的波长间隔约为0.8nm。折射率变化与谐振波长变化的关系为

Δn＝n×Δλ/λ    (4)

调节谐振波长至相邻的一个信道波长，即波长变化0.8nm，对应的折射率变化大约为0.0023，对应的温度变化约为12K。对四信道ROADM器件，其波长的最大调谐范围为2.4nm，其最大的温度变化约为36K，根据(5)与(6)式可以分别对器件的功耗和响应时间进行计算，P为器件功耗，τ为响应时间。对四通道的ROADM器件其最大功耗约为12mW，响应时间为0.1us。

$P=\mathrm{\ΔT}\·{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{SiO}}_2}\·S_{\mathrm{eff}}/d_{{\mathrm{SiO}}_2}---\left(5\right)$

$\mathrm{\τ}=H\·d_{{\mathrm{SiO}}_2}\·{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Si}}\·c_{\mathrm{Si}}/{\mathrm{\σ}}_{{\mathrm{SiO}}_2}---\left(6\right)$

(5)中ΔT为温度变化量，

为SiO₂的热导率，为上包层SiO₂厚度，有效加热面积S_eff＝w×l，w为波导宽度，l为整个热极的长度，(6)中H为波导高度，p_Si与c_Si分别为Si的密度和比热容。

图4是热调制结构截面示意图，硅基波导外包裹着一层SiO₂，一方面是对光场起到限制作用，防止光场向衬底泄漏以及杜绝上面加热电极金属对光场的吸收，减小损耗；另一方面，由于SiO₂的热导率低，可以隔绝芯层向衬底传导的热量，保证功耗较小。

在WDM系统中使用的波长数量通常可以达到16个以上，以16个波长为例，其最大的波长调谐范围为12.8nm，对应的温度变化大约为154K。微环形谐振器的FSR最大值通常为十几个纳米，12.8nm的波长范围已经达到了微环FSR的极限值，单个谐振波长可调的微环的工作带宽已经不能覆盖整个系统的波长范围，将使得基于微环形谐振器的ROADM无法正常工作。

由于微环形谐振器本身就是温度敏感元件，需要温度监测和温度控制单元来保证其稳定工作，如此高的温度变化加大了温度控制的难度，有可能在调谐过程中出现器件失效的情况；如此高的温度变化范围将使得器件的响应速率变慢，造成网络延时。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种分两阶实现16信道的可重构光插分复用器，以降低温度控制难度，提高器件的响应速率。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种分两阶实现16信道的可重构光插分复用器，该结构由输入部分、第一阶滤波区、第二阶滤波区、本地下载区、本地上载区、合束器和输出部分构成，各组成部分之间通过纳米线波导连接，其中：

所述输入部分用于将在光纤内传输的16路复用光信号耦合至纳米线波导内，并经该纳米线波导输入至所述第一阶滤波区；

所述第一阶滤波区由四个微环构成，用于对16路复用光信号进行初级解复用和初级选择端口，将纳米线波导输入的16路复用光信号分成四组，每一个微环下载一个波长信号组，每一组包括4个波长信号，四个波长信号组分别被下载至一条纳米线波导内，并传输至第二阶滤波区；

所述16路复用光信号经过第一阶滤波区被解复用成4组4路复用信号，并且通过调制第一滤波区的微环谐振波长初级选择从第二阶滤波区的哪个子区域被下载，具体的下载端口由第二阶滤波区确定；

所述第二阶滤波区由四个微环组组成，每组包括四个微环，每个环负责下载一个波长信号，用于将复用光信号完全解复用并最终确定信号的输出端口，实现16路信号的完全解复用，并通过调制第二阶滤波区微环的谐振波长实现子区域内波长信号的切换；

所述完全解复用的光信号分别经由一根纳米线波导输出至本地下载区的16个端口；

所述本地上载区共有16个端口，每个端口上载一个波长信号，该波长信号经过微环耦合至纳米线波导内，并经纳米线波导传输至合束器；

所述第一阶分波结构由4个自由光谱区为4Δλ的微环谐振器组成，Δλ为信道间隔，每个微环谐振器的起始谐振波长分别对应不同的波长组合，通过热光调制对微环谐振器的谐振波长进行调节，以实现不同的波长组合在4个微环谐振器的下路端之间进行切换；第二阶分波结构由16个自由光谱区为5Δλ的微环谐振器组成，每个微环谐振器的起始谐振波长不同，通过第二阶分波实现各波长光信号下载，通过热光调制实现不同的波长在4个微环谐振器的下路端之间进行切换。

优选地，所述合束器用于将本地上载区输入的波长信号复用至一根纳米线波导内，输出给输出部分。

优选地，所述合束器为一五合一的合束器，由一个五端口输入一端口输出的多模干涉耦合器实现。

优选地，所述输出部分用于将合束器输入的波长复用信号耦合至光纤。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下效果：

1、本发明提供的这种分两阶实现16信道的可重构光插分复用器，利用微环形谐振器的自由频谱宽度具有一定的宽度，对多路入射波长进行分阶滤波，使各下载波导中所传播的波长数逐级减少，最终实现在各个输出端口中的单波长下载，降低了温度控制难度，提高了器件的响应速率。

2、本发明提供的这种分两阶实现16信道的可重构光插分复用器，利用热光效应对硅基纳米线波导环形谐振器的谐振波长进行调节，对各级下载波导中的传输的波长逐级调节，通过设计合适的逻辑控制电路，可以在任意端口输出主信道中传输的任意波长。

3、本发明提供的这种分两阶实现16信道的可重构光插分复用器，分级滤波克服了单个可调SOI纳米线波导环形滤波器有限的调制带宽，使传输带宽超过调制宽度的信号也可以在各个输出端口中输出，超过了单阶滤波器所能调制的波长范围。

4、本发明提供的这种分两阶实现16信道的可重构光插分复用器，波长的下载回路通过反馈波导同时还能完成相同波长信号的上载，实现可重构的光波长分插复用。

附图说明

图1是常见的ROADM工作原理示意图。

图2是基于硅基纳米线波导微环的OADM工作原理示意图；(1)为平行结构，(2)为交叉结构；A为优化后的交叉波导结构。

图3是由4个微环形谐振器组成的4路单阶ROADM器件工作示意图。

图4是热调制结构截面示意图。

图5是基于硅基纳米线波导微环谐振器的可上下16路波长的ROADM的结构示意图。

图6是可上下16路波长的ROADM的静态工作示意图。

图7是可上下16路波长的ROADM的动态工作示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明利用两阶可调微环形谐振器较窄的自由频谱宽度将入射信号中满足同一微环谐振条件的波长进行分阶滤波，逐阶降低下载波导中的波长数，通过两阶级联，最终实现不同的单一波长信号在不同输出端口的下载，信号上载则是通过与下载信道相对应的反馈回路逐级上载，最后实现信号向干路的上载，设计调制电路，调制各个微环形谐振器的谐振波长，可以实现不同波长在不同下载端口的转换，即干路上任意波长的信号可以在任意端口下载，上载信号可由对应的端口上载至干路，实现了ROADM的功能。

通过分阶滤波降低波导中的波长数，本发明利用了微环谐振器的谐振波长具有周期性这一性质，即每隔一定宽度，即一个自由频谱宽度，就对应一个谐振波长，当自由频谱宽度小于干路上的频带宽度时，一个微环谐振器就可以同时下载若干个波长信号。在第一阶分波区域通过几个微环谐振器将干路上的信号分成若干组，每一组包含若干波长信号，将这几组信号分别输入第二阶分波区域，该区域内有若干组微环谐振器，每一组微环谐振器处理由第一阶区域输入的一组波长信号，通过微环组将输入的信号组分成一个个单一波长的信号并输出至下载端口。

光通信中相邻信道具有确定的频谱间隔，在分级滤波结构中，处于同一级中的各个微环具有相同的FSR，其FSR值为信道间隔的整数倍；同时为了实现各下载波导中具有不同的波长分组，要求各微环对应的静态滤波波长不同，一般为通信波长间隔的整数倍，这样才能保证对波导中的传输信道进行有效的筛选。

根据具体情况设计微环的半径以及耦合强度得到特定的自由频谱宽度以及滤波波长，每一级滤波利用微环的自由频谱宽度对入射波长进行一次筛选，满足微环谐振频率的所有波长信号都被下载到下一级滤波器的入射波导中，通过不断的级联，下级波导中传输的信道数目不断减少，最后将在出射端口实现单一波长的输出。而通过调制可以改变各微环的谐振波长，逐级调节可以逐级改变各下载波导中传输的波长分组，通过合适的逻辑控制电路，控制各个微环调制的范围可以实现波长在各个下载端口间的转换。

基于纳米线波导微环谐振器的可上下16路波长的ROADM的结构如图5所示，它由两阶分波结构组成。第一阶分波结构由4个自由光谱区为4Δλ(Δλ为信道间隔)的微环谐振器组成，每个微环谐振器的起始谐振波长分别对应不同的波长组合，即通过第一阶分波，λ₁、λ₅、λ₉和λ₁₃在第一个微环谐振器的下路端下载，λ₂、λ₆、λ₁₀和λ₁₄在第二个微环谐振器的下路端下载，λ₃、λ₇、λ₁₁和λ₁₅在第三个微环谐振器的下路端下载，λ₄、λ₈、λ₁₂和λ₁₆在第四个微环谐振器的下路端下载。

通过热光调制，最多只需将微环谐振器的谐振波长调节3Δλ，就可以实现不同的波长组合在4个微环谐振器的下路端之间进行切换，如将第一个微环谐振器的谐振波长向长波长调节Δλ，则λ₂、λ₆、λ₁₀和λ₁₄将从第一个微环谐振器的下路端下载；如将第一个微环谐振器的谐振波长向长波长调节2Δλ，则λ₃、λ₇、λ₁₁和λ₁₅将从第一个微环谐振器的下路端下载；如将第一个微环谐振器的谐振波长向长波长调节3Δλ，则λ₄、λ₈、λ₁₂和λ₁₆将从第一个微环谐振器的下路端下载；对其它的微环谐振器道理也是如此。

第二阶分波结构由16个自由光谱区为5Δλ的微环谐振器组成，每个微环谐振器的起始谐振波长不同，通过第二阶分波，第一个下路端的4个微环谐振器分别下载λ₁、λ₅、λ₉和λ₁₃的光信号。通过热光调制，最多只需要调节4Δλ，就可以实现不同的波长在4个微环谐振器的下路端之间进行切换。对于其他下路端道理也是如此。通过这样的方式，就可以实现不同的波长在不同下路端下载。

由于波导互相交叉的情况无法避免，为了减小由于波导的交叉引起的串扰、损耗等，发明人对波导的交叉结构进行了优化，如图2中A结构所示。

在波导交叉部分，波导的宽度发生了突然的变化，使波导内传输的光模场发生畸变，模场向外扩散，造成对相交波导的串扰和对信号本身的损耗。在波导交叉前设计缓慢变宽的波导结构，将光的模场扩大，使交叉波导对光模场的影响降至最低，经过交叉波导后，波导再逐渐缓变回原来的宽度，光场又恢复回原来的模场分布继续传输。优化后，每个交叉处的串扰可以忽略，每个交叉带来的损耗可以控制在0.02dB。

如图5所示，本发明提供了一种分两阶实现16信道的可重构光插分复用器，该结构由输入部分、第一阶滤波区、第二阶滤波区、本地下载区、本地上载区、合束器和输出部分构成，各组成部分之间通过纳米线波导连接。

输入部分的作用是用于将在光纤内传输的16路复用光信号耦合至纳米线波导内，并经该纳米线波导输入至所述第一阶滤波区。

第一阶滤波区由四个微环构成，其作用是对16路复用光信号进行初级解复用和初级选择端口，将纳米线波导输入的16路复用光信号分成四组，每一个微环下载一个波长信号组，每一组包括4个波长信号，四个波长信号组分别被下载至一条纳米线波导内，并传输至第二阶滤波区。所述16路复用光信号经过第一阶滤波区被解复用成4组4路复用信号，并且通过调制第一滤波区的微环谐振波长初级选择从第二阶滤波区的哪个子区域被下载，具体的下载端口由第二阶滤波区确定。

第二阶滤波区由四个微环组组成，每组包括四个微环，每个环负责下载一个波长信号，其作用是将复用光信号完全解复用并最终确定信号的输出端口，实现16路信号的完全解复用，并通过调制第二阶滤波区微环的谐振波长实现子区域内波长信号的切换。完全解复用的光信号分别经由一根纳米线波导输出至本地下载区的16个端口。

本地上载区共有16个端口，每个端口上载一个波长信号，该波长信号经过微环耦合至纳米线波导内，并经纳米线波导传输至合束器。

合束器用于将本地上载区输入的波长信号复用至一根纳米线波导内，输出给输出部分。该合束器为一五合一的合束器，由一个五端口输入一端口输出的多模干涉耦合器实现。

输出部分用于将合束器输入的波长复用信号耦合至光纤。

下面结合图5对整个器件结构进行描述。光纤1输出的光纤经纳米线波导输入端2耦合至纳米线波导3中，经波导3输入至第一阶滤波区。

第一阶滤波区由四个微环R1、R2、R3、R4组成，它们将纳米线波导3输入的16路信号分成四组，每一个环下载一个波长信号组，每一组包括4个波长信号。四个波长信号组分别被下载至4、5、6、7纳米线波导内，并传输至第二阶滤波区。

第二阶滤波区由四个微环组构成，每一组包括四个微环，四个波长信号组被分别输入至四个微环组，每一组内的四个微环分别对应一个波长信号组内的一个波长信号，并将对应的波长信号下载至下载端。

上载的信号根据不同的波长由对应的第二阶分波区域的微环一一上载至纳米线波导内，即从A1、A5、A9、A13口分别输入与R11、R12、R13、R14下载波长相同的波长信号，这些信号分别被R11、R12、R13、R14上载至纳米线波导4内，即完成了对这四个波长信号的第一次复用；同理，从A2、A6、A10、A14上载的信号分别被R21、R22、R23、R24上载至波导5内，从A3、A7、A11、A15上载的信号分别被R31、R32、R33、R34上载至波导6内，从A4、A8、A12、A16上载的信号分别被R41、R42、R43、R44上载至波导7内。

这些上载的信号经波导4、5、6、7输入至五合一合束器8，经过合束器后，16路上载的波长信号被复用到纳米线波导9内，经过输出端10耦合至光纤11内。

为了更为清楚的介绍本发明的上述目的和优点，本说明将结合两个特定的实施例和该两个实施例的2份附图来做进一步的说明，这些附图是：图6是可上下16路波长的ROADM的静态工作示意图；图7是可上下16路波长的ROADM的动态工作示意图。

如图6所示，波分复用的16路波长信号由光纤1经倒锥形耦合器2输入至纳米线波导3，信号由3输入第一阶分波区域。器件工作于静态状态下，每个环均工作在初始的谐振波长上。

在第一阶分波区域内的微环FSR为4Δλ，设计R1谐振于λ₁、λ₅、λ₉和λ₁₃，设计R2谐振于λ₂、λ₆、λ₁₀和λ₁₄，设计R3谐振于λ₃、λ₇、λ₁₁和λ₁₅，设计R4谐振于λ₄、λ₈、λ₁₂和λ₁₆，则经过第一阶分波后，R1下载λ₁、λ₅、λ₉和λ₁₃，R2下载λ₂、λ₆、λ₁₀和λ₁₄，R3下载λ₃、λ₇、λ₁₁和λ₁₅，R4下载λ₄、λ₈、λ₁₂和λ₁₆；λ₁、λ₅、λ₉和λ₁₃经过波导4，λ₂、λ₆、λ₁₀和λ₁₄经过波导5，λ₃、λ₇、λ₁₁和λ₁₅经过波导6，λ₄、λ₈、λ₁₂和λ₁₆经过波导7，进入第二阶分波区域。

在第二阶分波区域，λ₁、λ₅、λ₉和λ₁₃由波导4输入，经过R11、R12、R13和R14，设计R11谐振于λ₁、λ₆、λ₁₁和λ₁₆，则λ₁被R11下载并由D1下载至本地，设计R12谐振于λ₅、λ₁₀和λ₁₅，则λ₅被R12下载并由D5下载至本地，设计R13谐振于λ₄、λ₉和λ₁₄，则λ₉被R13下载并由D9下载至本地，设计R14谐振于λ₃、λ₈和λ₁₃，则λ₁₃被R14下载并由D13下载至本地；λ₂、λ₆、λ₁₀和λ₁₄由波导5输入，经过R21、R22、R23和R24，设计R21谐振于λ₂、λ₇和λ₁₂，则λ₂被R21下载并由D2下载至本地，设计R22谐振于λ₁、λ₆、λ₁₁和λ₁₆，则λ₆被R22下载并由D6下载至本地，设计R23谐振于λ₅、λ₁₀和λ₁₅，则λ₁₀被R23下载并由D10下载至本地，设计R24谐振于λ₄、λ₉和λ₁₄，则λ₁₄被R24下载并由D14下载至本地；λ₃、λ₇、λ₁₁和λ₁₅由波导6输入，经过R31、R32、R33和R34，设计R31皆振于λ₃、λ₈和λ₁₃，则λ₃被R31下载并由D3下载至本地，设计R32谐振于λ₂、λ₇和λ₁₂，则λ₇被R32下载并由D7下载至本地，设计R33谐振于λ₁、λ₆、λ₁₁和λ₁₆，则λ₁₁被R33下载并由D11下载至本地，设计R34谐振于λ₅、λ₁₀和λ₁₅，则λ₁₅被R34下载并由D15下载至本地；λ₄、λ₈、λ₁₂和λ₁₆由波导7输入，经过R41、R42、R43和R44，设计R41谐振于λ₄、λ₉和λ₁₄，则λ₄被R41下载并由D4下载至本地，设计R42谐振于λ₃、λ₈和λ₁₃，则λ₈被R42下载并由D8下载至本地，设计R43谐振于λ₂、λ₇和λ₁₂，则λ₁₂被R43下载并由D12下载至本地，设计R44谐振于λ₁、λ₆、λ₁₁和λ₁₆，则λ₁₆被R44下载并由D16下载至本地。

本地用可调激光器上载信号，上载的16个波长信号分别对应不同的端口进行上载，λ₁、λ₅、λ₉和λ₁₃分别由A1、A5、A9、A13端口上载，分别经R11、R12、R13和R14耦合至波导4内；λ₂、λ₆、λ₁₀和λ₁₄分别由A2、A6、A10、A14端口上载，分别经R21、R22、R23和R24耦合至波导5内；λ₃、λ₇、λ₁₁和λ₁₅分别由A3、A7、A11、A15端口上载，分别经R31、R32、R33和R34耦合至波导6内；λ₄、λ₈、λ₁₂和λ₁₆分别由A4、A8、A12、A16端口上载，分别经R41、R42、R43和R44耦合至波导7内；耦合至波导4、5、6和7内的上载信号传输合束器8，经过8合束复用后经纳米线波导9传输至输出端口10，经输出端口10耦合输出至光纤11。

如图7所示，16路波长信号由光纤1经倒锥形耦合器2输入至纳米线波导3，信号由3输入第一阶分波区域。器件工作于动态状态下，R1的谐振波长调谐3Δλ，R1皆振于λ₄、λ₈、λ₁₂和λ₁₆，R2的谐振波长调谐Δλ，R2谐振与λ₃、λ₇、λ₁₁和λ₁₅，R3的谐振波长调谐2Δλ，R3谐振于λ₁、λ₅、λ₉和λ₁₃，R4的谐振波长调谐2Δλ，R4谐振于λ₂、λ₆、λ₁₀和λ₁₄，经过第一阶分波后，R1下载λ₄、λ₈、λ₁₂和λ₁₆，R2下载λ₃、λ₇、λ₁₁和λ₁₅，R3下载λ₁、λ₅、λ₉和λ₁₃，R4下载λ₂、λ₆、λ₁₀和λ₁₄；λ₄、λ₈、λ₁₂和λ₁₆经过波导4，λ₃、λ₇、λ₁₁和λ₁₅经过波导5，λ₁、λ₅、λ₉和λ₁₃经过波导6，λ₂、λ₆、λ₁₀和λ₁₄经过波导7，进入第二阶分波区域。

在第二阶分波区域，λ₄、λ₈、λ₁₂和λ₁₆由波导4输入，经过R11、R12、R13和R14，R11不调谐，R11谐振于λ₁、λ₆、λ₁₁和λ₁₆，则λ₁₆经R11下载并经过D1下载至本地，R12调谐2Δλ，R12谐振于λ₂、_λ7和λ₁₂，则λ₁₂经R12下载并经过D5下载至本地，R13调谐4Δλ，R13谐振于λ₃、λ₈和λ13，则λ₈经R13下载并经过D9下载至本地，R14调谐Δλ，R14谐振于λ₄、λ₉和λ₁₄，则λ₄经R14下载并经过D13下载至本地；λ₃、λ₇、λ₁₁和λ₁₅由波导5输入，经过R21、R22、R23和R24，R21调谐Δλ，R21谐振于λ₃、λ₈和λ₁₃，则λ₃被R21下载并由D2下载至本地，R22不调谐，R22谐振于λ₁、λ₆、λ₁₁和λ₁₆，则λ₁₁经R22下载并经过D6下载至本地，R23不调谐，R23谐振于λ₅、λ₁₀和λ₁₅，则λ₁₅被R23下载并由D10下载至本地，R24调谐3Δλ，R24谐振于谐振于λ₂、λ₇和λ₁₂，则λ₇被R24下载并由D14下载至本地；λ₁、λ₅、λ₉和λ₁₃由波导6输入，经过R31、R32、R33和R34，R31调谐2Δλ，R13谐振于λ₅、λ₁₀和λ₁₅，则λ₅被R31下载并由D3下载至本地，R32调谐Δλ，R32谐振于λ₃、λ₈和λ₁₃，则λ₁₃被R32下载并由D7下载至本地，R33调谐3Δλ，谐振于λ₄、λ₉和λ₁₄则λ₉被R33下载并由D11下载至本地，R34调谐Δλ，R34谐振于λ₁、λ₆、λ₁₁和λ₁₆，则λ₁被R34下载并由D15下载至本地；λ₂、λ₆、λ₁₀和λ₁₄由波导7输入，经过R41、R42、R43和R44，R41不调谐，R41皆振于λ₄、λ₉和λ₁₄，则λ₁₄被R41下载并由D4下载至本地，R42调谐2Δλ，R42谐振于λ₅、λ₁₀和λ₁₅，则λ₁₀被R42下载并由D8下载至本地，R43不调谐，R43谐振于λ₂、λ₇和λ₁₂，则λ₂被R43下载并由D12下载至本地，R44不调谐，R44谐振于λ₁、λ₆、λ₁₁和λ₁₆，则λ₆被R44下载并由D16下载至本地。

本地用可调激光器上载信号，上载的16个波长信号分别对应不同的端口进行上载，λ₁₆、λ₁₂、λ₈和λ₄分别由A1、A5、A9、A13端口上载，分别经R11、R12、R13和R14耦合至波导4内；λ₃、λ₁₁、λ₁₅和λ₇分别由A2、A6、A10、A14端口上载，分别经R21、R22、R23和R24耦合至波导5内；λ₅、λ₁₃、λ₉和λ₁分别由A3、A7、A11、A15端口上载，分别经R31、R32、R33和R34耦合至波导6内；λ₁₄、λ₁₀、λ₂和λ₆分别由A4、A8、A12、A16端口上载，分别经R41、R42、R43和R44耦合至波导7内；耦合至波导4、5、6和7内的上载信号传输合束器8，经过8合束复用后经过纳米线波导9传输至输出端口10，由输出端口10耦合输出至光纤11。

由上所述，根据不同的网络要求对微环进行热调谐，可以实现任意波长到任意端口的ROADM性能。

虽然参照上述实施例详细地描述了本发明，但是应该理解本发明并不限于所公开的实施例，对于本专业领域的技术人员来说，可对其形式和细节进行各种改变。本发明意欲涵盖所附权利要求书的精神和范围内的各种变形。

Claims (4)

1.一种分两阶实现16信道的可重构光插分复用器，其特征在于，该可重构光插分复用器由输入部分、第一阶滤波区、第二阶滤波区、本地下载区、本地上载区、合束器和输出部分构成，各组成部分之间通过纳米线波导连接，其中：

所述输入部分用于将在光纤内传输的16路复用光信号耦合至纳米线波导内，并经该纳米线波导输入至所述第一阶滤波区；

所述第一阶滤波区由四个微环构成，用于对16路复用光信号进行初级解复用和初级选择端口，将纳米线波导输入的16路复用光信号分成四组，每一个微环下载一个波长信号组，每一组包括4个波长信号，四个波长信号组分别被下载至一条纳米线波导内，并传输至第二阶滤波区；所述16路复用光信号经过第一阶滤波区被解复用成4组4路复用信号，并且通过调制第一滤波区的微环谐振波长初级选择从第二阶滤波区的哪个子区域被下载，具体的下载端口由第二阶滤波区确定；

所述第二阶滤波区由四个微环组组成，每组包括四个微环，每个环负责下载一个波长信号，用于将复用光信号完全解复用并最终确定信号的输出端口，实现16路信号的完全解复用，并通过调制第二阶滤波区微环的谐振波长实现子区域内波长信号的切换；所述完全解复用的光信号分别经由一根纳米线波导输出至本地下载区的16个端口；

所述本地上载区共有16个端口，每个端口上载一个波长信号，该波长信号经过微环耦合至纳米线波导内，并经纳米线波导传输至合束器；

所述第一阶分波结构由4个自由光谱区为4Δλ的微环谐振器组成，Δλ为信道间隔，每个微环谐振器的起始谐振波长分别对应不同的波长组合，通过热光调制对微环谐振器的谐振波长进行调节，以实现不同的波长组合在4个微环谐振器的下路端之间进行切换；第二阶分波结构由16个自由光谱区为5Δλ的微环谐振器组成，每个微环谐振器的起始谐振波长不同，通过第二阶分波实现各波长光信号下载，通过热光调制实现不同的波长在4个微环谐振器的下路端之间进行切换。

2.根据权利要求1所述的分两阶实现16信道的可重构光插分复用器，其特征在于，所述合束器用于将本地上载区输入的波长信号复用至一根纳米线波导内，输出给输出部分。

3.根据权利要求2所述的分两阶实现16信道的可重构光插分复用器，其特征在于，所述合束器为一五合一的合束器，由一个五端口输入一端口输出的多模干涉耦合器实现。

4.根据权利要求1所述的分两阶实现16信道的可重构光插分复用器，其特征在于，所述输出部分用于将合束器输入的波长复用信号耦合至光纤。

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