CN110945807B - 光分插复用器及光信号传输方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种光分插复用器及光信号传输方法，涉及光纤通信领域，该光分插复用器包括：N个级联的滤波单元，N为大于1的整数；每个滤波单元包括：一级微环组、二级微环组和相位偏置器；一级微环组包括：至少一个第一微环、第一TC；二级微环组包括：至少一个第二微环，第二微环的半径与第一微环的半径不同；一级微环组的下载端口与二级微环组的输入端口连接，一级微环组的直通端口与相位偏置器连接。当需要通道下载的光信号进行波长切换时，本申请通过第一TC的控制，在切换完毕后，再控制通道处于光信号下载状态，有效地降低了光分插复用器中光信号传输的损耗。
Description
技术领域
本申请涉及光纤通信领域，特别涉及一种光分插复用器及光信号传输方法。
背景技术
目前在光纤通信的波分系统中可以采用光分插复用器(Optical Add DropMultiplexer，OADM)下载/上载光纤通信的波分系统中的波分复用(Wavelength DivisionMultiplexing，WDM)信号中的任意波长的光信号，从而实现不同波长的光信号的分离/聚合。微环的谐振波长和微环波导的有效折射系数具有线性关系，可以通过热光效应或电光效应改变微环波导的有效折射系数，从而改变微环的谐振波长。因此通过改变微环的谐振波长可以实现可调谐的光分插复用器(Tunable Optical Add Drop Multiplexer，TOADM)。
图1是相关技术中的TOADM的结构示意图。该TOADM可以包括：输入端口、直通端口、上载端口和下载端口，以及两组半径不同的微环R01与微环R02。该TOADM用于将输入端口输入的光信号中既满足微环R01的谐振条件，又满足微环R02的某一波长为光信号从下载端口输出，从而实现对该波长的光信号的下载。通过热光效应或电光效应改变微环R01的谐振波长与微环R02的谐振波长，可以改变下载的光信号波长。
通过热光效应或电光效应改变微环的谐振波长是一个渐变过程，若TOADM的下载端口输出的光信号需要从波长为λ1的光信号切换为波长为λ11的光信号，在波长切换过程中，TOADM的下载端口还会输出位于波长为λ1的光信号与波长为λ11的光信号之间的中间波长的光信号，而该中间波长的光信号不需要从TOADM的下载端口输出，因此TOADM传输的光信号中存在一部分光信号(从下载端口输出的中间波长的光信号)丢失，导致在TOADM中光信号传输的损耗较大。
发明内容
本申请提供了一种光分插复用器及光信号传输方法，能够解决目前的TOADM在波长切换过程中，TOADM传输的光信号中存在一部分光信号丢失，导致在TOADM中光信号传输的损耗较大的问题。
第一方面，提供了一种光分插复用器，包括：N个级联的滤波单元，所述N为大于1的整数。其中，每个所述滤波单元包括：一级微环组、二级微环组和相位偏置器，所述一级微环组和所述二级微环组均具有输入端口、直通端口、上载端口和下载端口，在任意两个相邻的滤波单元中，前一个滤波单元的相位偏置器与后一个滤波单元的一级微环组的输入端口连接，前一个滤波单元的二级微环组的直通端口与后一个滤波单元的一级微环组的上载端口连接；
所述一级微环组包括：至少一个第一微环、第一可调谐耦合器TC，第一TC用于控制从所述一级微环组的输入端口输入的光信号传输至所述一级微环组的直通端口的能量与传输至所述第一微环中的能量的比例；
所述二级微环组包括：至少一个第二微环，所述第二微环的半径与所述第一微环的半径不同；
所述一级微环组的下载端口与所述二级微环组的输入端口连接，所述一级微环组的直通端口与所述相位偏置器连接。
可选地，在每个所述滤波单元中，所述一级微环组还包括第二TC，所述第二TC用于调整所述一级微环组的微环耦合系数。这么做的好处是，通过改变微环的耦合系数，趋近理想值，从而可以提高微环的工作性能。此外，还可以用作冗余备份。
可选地，所述N个级联的滤波单元用于实现M个通道的光信号上载和下载，其中，所述M≤N/2，至少两个相邻的滤波单元用于实现一个通道的光信号上载和下载；在每个所述通道中：
在所述通道处于光信号下载状态时，第一微环组中的第一TC用于控制从所述第一微环组的输入端口输入的第一光信号中的满足第一微环谐振条件的光信号耦合至所述第一微环中；第二微环组用于将所述第一光信号中指定波长的第二光信号传输至所述第二微环组的下载端口；第三微环组用于将所述第一光信号中除所述第二信号之外的第三光信号传输至所述第三微环组的直通端口。
在所述通道处于光信号上载状态时，所述第二微环组用于将所述第二微环组的上载端口输入的第四光信号传输至所述第三微环组的直通端口；
在所述通道处于波长切换状态时，所述第一微环组中的第一TC用于控制从所述第一微环组的输入端口输入的第一光信号全部传输至所述第一微环组的直通端口；
其中，所述第一微环组和所述第三微环组为所述至少两个相邻的滤波单元中的两个一级微环组，所述第一微环组和所述第三微环组的谐振条件相同，所述第二微环组为所述至少两个相邻的滤波单元中的二级微环组。
当需要通道下载的光信号由当前波长的光信号切换为目标波长的光信号时，通过第一微环组中的第一TC控制从第一微环组的输入端口输入的第一光信号全部传输至第一微环组的直通端口，在切换完毕后，再控制通道处于光信号下载状态，使得该通道能够下载目标波长的光信号，有效地避免了下载端口在切换过程中输出位于目标波长与当前波长之间的波长的光信号，降低了光分插复用器中光信号传输的损耗。此外，该方法使得该光分插复用器具有无阻塞的波长切换的功能。
可选地，所述M个通道与所述N个级联的滤波的个数关系满足：N＝2M+a，所述a为正整数。此时，该光分插复用器可以存在冗余的滤波单元，从而避免了光分插复用器中某个滤波单元出现故障所导致的整个光分插复用器无法使用的现象，从而提高了光分插复用器的可用性。在每个所述滤波单元中，所述第二TC还用于控制从所述一级微环组的上载端口输入的光信号传输至所述一级微环组的下载端口的能量与传输至所述第一微环中的能量的比例。在所述一级微环组中的第一微环故障时，该一级微环组的第一TC控制从所述一级微环组的输入端口输入的光信号全部传输至所述一级微环组的直通端口；该一级微环组中的第二TC控制从所述一级微环组的上载端口输入的光信号全部传输至所述一级微环组的下载端口。这样通过第一TC与第二TC的控制避免了光信号耦合至故障的第一微环中。
可选地，在每个所述滤波单元中，所述相位偏置器用于控制从所述一级微环组的直通端口输出的光信号的相位变化π，或者，用于控制从所述一级微环组的直通端口输出的光信号的相位不发生变化。这样能够消除从第三微环组的直通端口输入的两种光信号的相位差，从而使得两种光信号能够在第三微环组的直通端口处更好的汇合。
可选地，所述光分插复用器还包括：输入输出预处理单元和N个汇合分离单元，所述N个汇合分离单元与N个二级微环组一一对应；
所述输入输出预处理单元的第一光波传输端口与第1个滤波单元中的一级微环组的输入端口连接，所述输入输出预处理单元的第二光波传输端口与第N个滤波单元中的相位偏置器连接；
每个所述汇合分离单元中的光波传输端口分别与对应的二级微环组的上载端口与下载端口连接。
可选地，每个汇合分离单元包括：第一偏振分束旋转器PSR、第二PSR、第一输入输出分离器和第二输入输出分离器。所述第一输入输出分离器和所述第二输入输出分离器均具有输入端、输出端和光波传输端口，第一PSR和所述第二PSR均具有光波传输端口、光波分束端口和光波分束旋转端口。所述第一输入输出分离器的输入端口与对应的二级微环组的上载端口连接，所述第一输入输出分离器的输出端口与所述第一PSR的光波分束旋转端口连接，所述第一输入输出分离器的光波传输端口与所述第二PSR的光波分束端口连接；所述第二输入输出分离器的输入端口与对应的二级微环组的下载端口连接，所述第二输入输出分离器的输出端口与所述第二PSR的光波分束旋转端口连接，所述第二输入输出分离器的光波传输端口与所述第一PSR的光波分束端口连接。
可选地，所述输入输出预处理单元包括：第三输入输出分离器、第四输入输出分离器、第三PSR和第四PSR。所述第三输入输出分离器和所述第四输入输出分离器均具有输入端、输出端和光波传输端口，所述第三PSR和所述第四PSR均具有光波传输端口、光波分束端口和光波分束旋转端口。所述第三输入输出分离器的输入端口与所述第1个滤波单元中的一级微环组的输入端口连接，所述第三输入输出分离器的输出端口与所述第三PSR的光波分束旋转端口连接，所述第三输入输出分离器的光波传输端口与所述第四PSR的光波分束端口连接。所述第四输入输出分离器的输入端口与所述第N个滤波单元中的相位偏置器连接，所述第四输入输出分离器的输出端口与所述第四PSR的光波分束旋转端口连接，所述第四输入输出分离器的光波传输端口与所述第三PSR的光波分束端口连接。
可选地，所述N个级联的滤波单元和所述N个汇合分离单元用于实现M个通道的光信号上载和下载，其中，所述M≤N/2，至少两个相邻的滤波单元和一个汇合分离单元用于实现一个通道的光信号上载和下载，在每个所述通道中：
在所述通道处于光信号下载状态时，所述输入输出预处理单元用于将输入的光信号中处理为QTE和PTE，并将处理后得到的QTE和PTE传输至所述N个级联的滤波单元，QTE表示横向电场TE模式的光信号，PTE表示横向磁场TM模式的光信号被旋转为TE模式的光信号；
第二微环组用于将所述QTE中指定波长第一QTE，以及将所述PTE中指定波长第一PTE传输至对应的汇合分离单元，所述第二微环组为所述至少两个相邻的滤波单元中的二级微环组；
所述汇合分离单元用于将接收到的所述第一QTE和所述第一PTE进行处理后输出；
在所述通道处于光信号上载状态时，所述汇合分离单元用于将输入的光信号处理为第二QTE和第二PTE，并将所述第二QTE和所述第二PTE通过对应的通道传输至所述输入输出预处理单元。
可选地，所述输入输出预处理单元还用于将接收从所述N个级联的滤波单元输出的QTE和PTE，并将接收到QTE和PTM进行处理后输出。
通过输入输出预处理单元与分离汇合单元可以在光插分滤波器中的波导中只传输一种偏振模式的光信号，从而避免了出现两种偏振模式的光信号在相同的波导中传输时差异较大的问题。
可选地，所述光分插复用器还包括：另一组N个级联的滤波单元、输入输出预处理单元、N个分离单元和N个汇合单元，所述N个分离单元、所述N个汇合单元与一组N个级联的滤波单元中的N个二级微环组一一对应，所述N个分离单元、所述N个汇合单元还与另一组N个级联的滤波单元中的N个二级微环组一一对应；
所述输入输出预处理单元的第一光波传输端口分别与一组N个级联的滤波单元中的第1个滤波单元的输入端口，以及另一组N个级联的滤波单元中的第1个滤波单元的输入端口连接。所述输入输出预处理单元的第二光波传输端口分别与一组N个级联的滤波单元中的第N个滤波单元中的相位偏置器，以及另一组N个级联的滤波单元中的第N个滤波单元中的相位偏置器连接。每个所述汇合单元的光波传输端口分别与一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的下载端口，以及另一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的下载端口连接。每个所述分离单元的光波传输端口分别与一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的上载端口，以及另一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的上载端口连接。
可选地，所述输入输出预处理单元包括：第一光波分束器PBS和第二PBS；
第一PBS与所述第二PBS均具有光波传输端口、第一光波分束端口和第二光波分束端口；
所述第一PBS的第一光波分束端口与所述一组N个级联的滤波单元中的第1个滤波单元的输入端口连接，所述第一PBS的第二光波分束端口与所述另一组N个级联的滤波单元中的第1个滤波单元的输入端口连接，
所述第二PBS的第一光波分束端口与所述一组N个级联的滤波单元中的第N个滤波单元中的相位偏置器连接，所述第二PBS的第二光波分束端口与所述另一组N个级联的滤波单元中的第N个滤波单元中的相位偏置器连接。
可选地，每个所述汇合单元包括第三PBS，每个所述分离单元包括第四PBS；
所述第三PBS与所述第四PBS均具有光波传输端口、第一光波分束端口和第二光波分束端口。所述第三PBS的第一光波分束端口与一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的下载端口连接，所述第三PBS的第二光波分束端口与另一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的下载端口连接。所述第四PBS的第一光波分束端口与一组N个级联的滤波单元中对应的二级所述第一目标微环组的上载端口连接，所述第四PBS的第二光波分束端口与一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的上载端口连接。
可选地，两组N个级联的滤波单元、所述N个分离单元和所述N个汇合单元用于实现M个通道的光信号上载和下载，其中，所述M≤N/2，一组N个级联的滤波单元中至少两个相邻的滤波单元、另一组N个级联的滤波单元中至少两个相邻的滤波单元、一个分离单元和一汇合单元用于实现一个通道的光信号上载和下载，在每个所述通道中：
在所述通道处于光信号下载状态时，所述输入输出预处理单元用于将输入的光信号中处理为QTE和PTM，并将处理后得到的QTE和PTM分别传输至所述两组N个级联的滤波单元，其中，QTE表示TE模式的光信号，PTM表示TM模式的光信号；
第一目标微环组用于将所述QTE中指定波长的第三QTE传输至对应的汇合单元。第二目标微环组用于将所述PTM中指定波长的第三PTM传输至对应的汇合单元。所述汇合单元用于将接收到所述第三QTE和所述第三PTM进行处理后输出。
在所述通道处于光信号上载状态时，所述分离单元用于将输入的光信号中处理为第四QTE和第四PTM，并将所述第四QTE和所述第四PTM通过对应的通道传输至所述输入输出预处理单元；
其中，所述一组N个级联的滤波单元中的第二微环组与所述另一组N个级联的滤波单元中的第二微环组一一对应，所述第二微环组为所述至少两个相邻的滤波单元中的二级微环组，所述第一目标微环组为所述一组N个级联的滤波单元中的一个第二微环组，所述第二目标微环组为所述另一组N个级联的滤波单元中与所述第一目标微环组对应的第二微环组。
可选地，所述输入输出预处理单元还用于接收从两组所述N个级联的滤波单元分别输出的QTE和PTM，并将接收到QTE和PTM进行处理后输出。
通过输入输出预处理单元、分离单元和汇合单元可以在光插分滤波器中的波导中只传输一种偏振模式的光信号，从而避免了出现两种偏振模式的光信号在相同的波导中传输时差异较大的问题。
第二方面，提供了一种光信号传输方法，所述方法应用于第一方面所述的光分插复用器，所述N个级联的滤波单元用于实现M个通道的光信号上载和下载，其中，所述M小于或等于2N，至少两个相邻的滤波单元用于实现一个通道的光信号上载和下载，所述方法包括：
在所述通道处于光信号下载状态时，第一微环组中的第一TC控制从所述第一微环组的输入端口输入的第一光信号中满足第一微环谐振条件的光信号耦合至所述第一微环中；
第二微环组将所述第一光信号中既满足所述第一微环组中的第一微环的谐振条件，又满足所述第二微环组中的第二微环的谐振条件的第二光信号传输至所述第二微环组的下载端口；
第三微环组将所述第一光信号中除所述第二信号之外的第三光信号传输至所述第三微环组的直通端口；
在所述通道处于光信号上载状态时，所述第二微环组将所述第二微环组输入的第四光信号传输至所述第三微环组的直通端口；
在所述通道处于波长切换状态时，所述第一微环组中的第一TC控制从所述第一微环组的输入端口输入的第一光信号全部传输至所述第一微环组的直通端口；
其中，所述第一微环组和所述第三微环组为所述至少两个相邻的滤波单元中的两个一级微环组，所述第一微环组和所述第三微环组的谐振条件相同，所述第二微环组为所述至少两个相邻的滤波单元中的至少一个二级微环组。需要说明的是，第二方面中光信号传输方法的原理，可以参考第一方面光分插复用器结构的对应部分，本申请在此不再赘述。
本申请提供的技术方案的有益效果是：当需要通道下载的光信号由当前波长的光信号切换为目标波长的光信号时，通过第一微环组中的第一TC控制从第一微环组的输入端口输入的第一光信号全部传输至第一微环组的直通端口，在切换完毕后，再控制通道处于光信号下载状态，使得该通道能够下载目标波长的光信号，有效地避免了下载端口在切换过程中输出位于目标波长与当前波长之间的波长的光信号，降低了光分插复用器中光信号传输的损耗。此外，该方法使得该光分插复用器具有无阻塞的波长切换的功能。同时，该光分插复用器可以存在冗余的滤波单元，从而避免了光分插复用器中某个滤波单元出现故障所导致的整个光分插复用器无法使用的现象，从而提高了光分插复用器的可用性。
附图说明
图1是相关技术中的TOADM的结构示意图；
图2A是一种微环插分滤波器的结构示意图；
图2B是本申请实施例提供的一种带有TC的微环插分滤波器的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种光分插复用器的结构示意图；
图4A是本申请实施例提供的一种配置方式下的光分插复用器的结构示意图；
图4B给出了图4A示出的光插分滤波器中的通道处于光信号下载和上载的光路图；
图4C给出了图4A示出的光插分滤波器中的通道处于波长切换状态时的光路图；
图4D是光信号在图4A示出的光分插滤波器中传输时产生的损耗的仿真模拟图；
图4E是光信号在图1示出的TOADM中传输时产生的损耗的仿真模拟图；
图5A给出了另一种配置方式下的光分插复用器的结构示意图；
图5B给出了又一种配置方式下的光分插复用器的结构示意图；
图5C给出了再一种配置方式下的光分插复用器的结构示意图；
图6A是本申请实施例提供的另一种光分插复用器的结构示意图；
图6B给出了图6A示出的光分插复用器中的通道处于光信号下载状态时的光路图；
图6C给出了图6A示出的光分插复用器中的通道处于光信号上载状态时的光路图；
图7A是本申请实施例提供的又一种光分插复用器的结构示意图；
图7B给出了图7A示出的光分插复用器中的通道处于光信号下载状态时的光路图；
图7C给出了图7A示出的光分插复用器中的通道处于光信号上载状态时的光路图。
通过上述附图，已示出本申请明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
具体实施方式
在对本申请实施例进行详细的解释说明之前，先对本申请实施例涉及的光器件的结构和功能进行简单介绍。
(1)微环插分滤波器
如图2A所示，微环插分滤波器包括两条平行的直波导和以及位于该两条直波导之间的微环R，该微环R由一个或多个环形波导构成。该微环插分滤波器包括四个端口，即输入端口、直通端口、下载端口和上载端口。为了便于说明，在图2A以及以下实施例中，将这四个端口分别依次标记为：i，t，d和a。
如图2A所示，当i端口输入光信号时，该光信号中满足微环谐振条件的部分波长的光信号会耦合至微环R中，并从d端口输出，而其他不满足微环谐振条件的光信号会从t端口输出，该过程称为光信号的下载。当a端口输入的光信号时，该光信号中满足微环谐振条件的部分波长的光信号耦合至微环R中，并从t端口输出，而其他不满足微环谐振条件的光信号会从d端口输出，该过程称为光信号的上载。
(2)可调谐耦合器(Tunable coupler，TC)
图2B是本申请实施例提供的一种带有TC的微环插分滤波器的结构示意图。其中，TC具有调节输入至微环插分滤波器中环形波导的光信号的能量的功能。将图2A中的微环插分滤波器中的一根直波导替换为带有弯折的波导，使得该弯折的波导与微环插分滤波器中的环形波导具有一定的长度差ΔL＝2πR0，其中，R0为环形波导的半径，该弯折的波导上设置有相位控制器(Phase Shifter，PS)，即构成了带TC的微环插分滤波器。当光信号从输入端口i输入时，通过控制PS以调节光信号耦合至微环R的光信号的能量占比。当从输入端口i输入的光信号全部从直通端口t输出时，微环插分滤波器不会对光信号产生滤波效应；当从输入端口i输入的光信号中的满足微环谐振条件的光信号耦合至微环R中时，微环插分滤波器可以对光信号产生滤波效应。需要说明的是，微环插分滤波器还可以带有两个TC。具体见图4A的示例，在此不予赘述。
(3)输入输出分离器
输入输出分离器是指将光信号的输入端口和输出端口分开的一种光器件。其中，输入输出分离器可以为多端口环形器，也可以为多端口耦合器。当该输入输出分离器为三端口环形器时，该三端口环形器包括三个端口，分别为输入端口、光波传输端口和输出端口。该三端口环形器的功能为：将输入该三个端口中的任一端口的光信号，按照一定的方向顺序从下一个端口输出。需要说明的是，该一定方向顺序可以为顺时针顺序或者逆时针顺序。
(4)偏振分束旋转器(Polarization splitter and rotator，PSR)
PSR是指可以同时将光信号进行偏振分束处理和偏振旋转处理的一种光器件。该PSR包括三个端口，分别为光波传输端口、光波分束旋转端口和光波分束端口。
当从PSR的光波传输端口输入光信号时，PSR将该输入的光信号进行偏振分束处理，得到QTE和PTM，QTE表示横向电场(Transverse Electric，TE)模式的光信号，PTM表示横向磁场(Transverse Magnetic，TM)模式的光信号。PSR从光波分束端口输出QTE，同时将光信号的PTM旋转为偏振方式为TE模式的光信号，也即将PTM旋转为PTE，PTE表示TM模式的光信号被旋转为TE模式的光信号，并将PTE从PSR的光波分束旋转端口输出。
当PSR从光波分束旋转端口接收到PTE，从光波分束端口接收到QTE时，PSR将PTE旋转为偏振方式为TM模式的光信号，也即将QTE旋转为QTM，并将PTE和QTM进行汇合，然后从PSR的光波传输端口输出汇合后的PTE和QTM。
(5)偏振分束器(Polarization beam splitter，PBS)
PBS是指可以将光信号进行偏振分束处理的一种光器件。该PBS包括三个端口，分别为光波传输端口、第一光波分束端口和第二光波分束端口。
当从PBS的波传输端口输入光信号时，PSR将该输入的光信号进行偏振分束处理，得到QTE和PTM，并将它们分别从第一光波分束端口和第二光波分束端口输出。当从PBS的第一光波分束端口与第二光波分束端口分别输入PTE和PTM时，PBS能够将PTE和QTM进行汇合通过光波传输端口输出。
图3是本申请实施例提供的一种光分插复用器的结构示意图。该光分插复用器可以包括：N个级联的滤波单元10，N为大于1的整数。
每个滤波单元10包括：一级微环组11、二级微环组12和相位偏置器13。该一级微环组11和二级微环组12均具有输入端口i、直通端口t、上载端口a和下载端口d。在任意两个相邻的滤波单元10中，前一个滤波单元的相位偏置器13与后一个滤波单元的一级微环组11的输入端口i连接，前一个滤波单元的二级微环组12的直通端口t与后一个滤波单元的一级微环组11的上载端口a连接。
该一级微环组11可以包括：至少一个第一微环R1、第一TC，该第一TC用于控制从一级微环组11的输入端口i输入的光信号传输至一级微环组的直通端口t的能量与传输至第一微环R1中的能量的比例。
可选地，一级微环组11还可以包括第二TC。环滤波器的滤波性能由耦合系数和光信号在微环中的损耗的相对关系决定。由于工艺偏差，实际所得的微环损耗和耦合系数都会与设计值偏差。此时，通过配置第二TC改变能量耦合比例(即耦合系数)，可以调整耦合系数与微环损耗的相对关系，使得滤波器性能趋近设计值，从而提高微环的性能。需要说明的是，为简化说明，后续所有第一微环组都包括第二TC。本领域技术人员可知，在实际应用中，根据具体需要，该组件(第二TC)是可选的。
该二级微环组12可以包括：至少一个第二微环R2，该第二微环R2的半径与第一微环R1的半径不同。在本申请实施例中，当第二微环R2的半径与第一微环R1的半径不同时，该光分插复用器的有效自由光谱区(Free Spectral Range，FSR)较大，在光分插复用器的有效FSR能够覆盖从光分插复用器输入的光信号包括的所有波长的情况下，可以适当地增大第一微环R1的半径与第二微环R2的半径。而半径较大的微环对制造工艺的难度较低，并且在调节半径较大的微环的谐振波长时，调节难度较低。因此，该光分插复用器制造工艺的难度较低，并且，在通道处于波长切换状态时，对光信号的波长调节难度较低。
每个滤波单元10中，一级微环组11的下载端口d与二级微环组12的输入端口i连接，一级微环组11的直通端口t与相位偏置器13连接。
需要说明的是，图3以及以下实施例以两个微环组均包括两个微环为例来进行说明。在实际应用中，根据需要下载的光信号的曲线谱型，可以设置一个或更多的第一微环R1与一个或更多的第二微环R2。本申请实施例对微环组包括的微环个数不作限定。
在本申请实施例中，N个级联的滤波单元用于实现M个通道的光信号上载和下载，其中，M≤N/2，至少两个相邻的滤波单元用于实现一个通道的光信号上载和下载。图4A是本申请实施例提供的一种配置方式下的光分插复用器的结构示意图。在该示意图中，两个相邻的滤波单元用于实现一个通道的光信号上载和下载。具体地，滤波单元101与滤波单元102用于实现一个通道的光信号上载和下载，滤波单元103与滤波单元104用于实现另一个通道的光信号上载和下载。在该光分插复用器中，每个通道具有光信号下载状态、光信号上载状态和波长切换状态。在通道处于光信号下载状态时，该通道能够下载指定波长的光信号；在通道处于光信号上载状态时，该通道能够上载指定波长的光信号；在通道处于波长切换状态时，该通道能够将指定波长的光信号切换为波长与该指定波长不同的目标波长的光信号，使得该通道能够下载目标波长的光信号以及上载目标波长的光信号。需要说明的是，每个通道中光信号的下载过程与上载过程可以同时进行。
下面结合图4A和图4B对实现光信号的上载和下载的过程进行描述。图4B给出了图4A示出的光插分滤波器中的通道处于光信号下载和上载的光路图。
在通道处于光信号下载状态时，第一微环组11a中的第一TC控制从第一微环组11a的输入端口i输入的第一光信号中的满足第一微环谐振条件的光信号耦合至第一微环R1中t。其中，该第一微环组11a为两个相邻的滤波单元中的一个一级微环组。需要说明的是，该第一光信号中不满足第一微环R1的谐振条件的第一子光信号会传输至相位偏置器13。
第二微环组12a用于将第一光信号中指定波长的第二光信号传输至第二微环组12a的下载端口d。其中，该第二微环组12a为两个相邻的滤波单元中的二级微环组。在本申请实施例中，第一微环组11a的第一微环R1能够耦合第一光信号中满足第一微环R1的谐振条件的光信号，该满足第一微环R1的谐振条件的光信号通过第一微环R1传输至第二微环组12a的输入端口i，该第二微环组12a的第二微环R2能够耦合满足第二微环R2的谐振条件的光信号，该满足第二微环R2的谐振条件的光信号即为指定波长的第二光信号。也即是，该第二光信号为既满足第一微环R1的谐振条件，又满足第二微环R2的谐振条件的光信号。该第二光信号能够从第二微环组12a的下载端口d输出，从而可以实现对光信号的下载。而其他不满足第二微环R2的谐振条件第二子光信号会从第二微环组12a的直通端口t输出。
第三微环组11b用于将第一光信号中除第二信号之外的第三光信号传输至第三微环组11b的直通端口t。该第三微环组11b为两个相邻的滤波单元中的另一个一级微环组。在本申请实施例中，该第三微环组11b中的第一微环R1的谐振条件与第一微环组11a中的第一微环R1的谐振条件相同，该第三微环组11b的输入端口i能够接收从相位偏置器13输出的第一子光信号。该第一子光信号并不满足第一微环R1的谐振条件，该第一子光信号会全部传输至第三微环组11b的直通端口t输出。该第三微环组11b的上载端口a能够接收从第二微环组12a的直通端口t输出的第二子光信号，该第二子光信号满足第一微环R1的谐振条件，该第二子光信号会全部耦合至第三微环组11b中的第一微环R1中，并从第三微环组11b的直通端口t输出。此时，在第三微环组11b中的直通端口t处能够将第一子光信号与二子光信号进行合并，合并后的光信号即为第三光信号。需要说明的是，第三微环组11b的下载端口d并没有光信号通过，该两个相邻的滤波单元中另一个二级微环组12b在对应的通道不发挥作用，即二级微环组12b所属的通道不使用该微环组。还需要说明的是，从第三微环组11b的直通端口t输出的第三光信号，会传输至下一个通道中的第一微环组的输入端口i，以实现下一个通道对光信号的下载。
在通道处于光信号上载状态时，第二微环组12a用于将从其上载端口a输入的第四光信号传输至其直通端口t。在本申请实施例中，该第四光信号既满足第二微环组12a的第二微环R2的谐振条件，又满足第三微环组11b的第一微环R1的谐振条件。因此，第四光信号能够传输至第三微环组11b的直通端口t，从而实现对光信号的上载。
下面结合图4A和图4C对实现光信号波长切换的过程进行描述。图4C给出了图4A示出的光插分滤波器中的通道处于波长切换状态时的光路图。
在通道处于波长切换状态时，第一微环组11a中的第一TC用于控制从第一微环组11a的输入端口i输入的第一光信号全部传输至第一微环组11a的直通端口t。在本申请实施例中，每个通道能够下载一种波长的光信号，当需要通道下载的光信号由当前波长的光信号切换为目标波长的光信号时，通过第一微环组11a中的第一TC控制从其输入端口i输入的第一光信号全部传输至其直通端口t，再通过热光效应或电光效应调整第一微环R1的谐振波长，以及调整第二微环R2的谐振波长。调整完毕后，再控制通道处于光信号下载状态，使得该通道能够下载目标波长的光信号，有效地避免了在切换过程中，下载端口d输出位于目标波长与当前波长之间的波长的光信号，降低了光分插复用器中光信号传输的损耗。此外，该切换方法使得该光分插复用器具有无阻塞的波长切换的功能，也即是，该光分插复用器在切换光信号的波长过程中，不会影响其他波长的光信号传输。
可选地，M个通道与N个级联的滤波的个数关系满足：N＝2M+a，其中a为正整数。根据图4A可知，两个相邻的滤波单元能够实现一个通道的光信号上载和下载，当M个通道与N个级联的滤波的个数关系满足：N＝2M+a时，通道会存在至少一个冗余的滤波单元。例如，图4A中的滤波单元105为冗余的滤波单元。冗余的滤波单元能够替换通道中出现故障的滤波单元，从而避免了光分插复用器中某个滤波单元出现故障所导致的整个光分插复用器无法使用的现象。在本申请实施例中，为了能够实现采用冗余的滤波单元替代出现故障的滤波单元，如图4A所示，在每个滤波单元10中，一级微环组11还包括第二TC，该第二TC用于控制从一级微环组11的上载端口a输入的光信号传输至一级微环组11的下载端口d的能量与传输至第一微环R1中的能量的比例。通过第一TC与第二TC的控制可以实现采用冗余的滤波单元替代出现故障的滤波单元。此时，若通道处于光信号上载和下载状态，当滤波单元中的一级微环组为第三微环组时，例如该滤波单元为图4A中的滤波单元102，第二TC可以控制从该一级微环组的上载端口a输入的光信号耦合至第一微环R1中。
示例地，在一级微环组中的第一微环故障时，一级微环组中的第一TC控制从一级微环组的输入端口i输入的光信号全部传输至一级微环组的直通端口t，避免了从一级微环组的输入端口i输入的光信号耦合至故障的第一微环中；一级微环组中的第二TC控制从一级微环组的上载端口a输入的光信号全部传输至一级微环组的下载端口d，避免了从一级微环组的上载端口a输入光信号后耦合至故障的第一微环中。在本申请实施例中，可以采用其他冗余的滤波单元替代包含故障的第一微环的滤波单元。需要说明的是，当二级微环组的第二微环出现故障时，同样可以通过第一TC与第二TC控制光信号不会耦合至第二微环中，并采用其他冗余的滤波单元替代包含故障的第二微环的滤波单元。实际应用中，在不同的滤波单元中的出现故障(也即滤波单元中的第一微环和/或第二微环出现故障)后，采用其他冗余的滤波单元提单出现故障的滤波单元内的方式也有所不同，本申请实施例以下三种可实现方式为例进行示意性说明：
在第一种可实现方式中，当图4A中的滤波单元101中的第一微环R1和/或第二微环R2出现故障时，该滤波单元101中的第一TC控制从一级微环组11的输入端口i输入的光信号全部传输至一级微环组11的直通端口t。具体地，图5A给出了另一种配置方式下的光分插复用器的结构示意图。该滤波单元101中的第一微环R1与第二微环R2中均不会耦合进光信号，光分插复用器需要重新配置通道，使得滤波单元102与滤波单元103用于实现一个通道的光信号上载和下载，滤波单元104与滤波单元105用于实现一个通道的光信号上载和下载。需要说明的是，对于每个通道中光信号的传输原理可以参考上述实施例，在此不再赘述。本申请中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
在第二种可实现方式中，当图4A中的滤波单元102中的第一微环R1出现故障时，该滤波单元102中的第一TC控制从一级微环组11的输入端口i输入的光信号全部传输至一级微环组11的直通端口t，滤波单元102中的第二TC控制从一级微环组11的上载端口a输入的光信号全部传输至一级微环组11的上载端口a。具体地，图5B给出了又一种配置方式下的光分插复用器的结构示意图。该滤波单元102中的第一微环R1不会耦合进光信号，光分插复用器需要重新配置通道，使得滤波单元101与滤波单元103用于实现一个通道的光信号上载和下载，滤波单元104与滤波单元105用于实现一个通道的光信号上载和下载。此时，滤波单元101中的第二微环R2的谐振条件与滤波单元102中第二微环R2的谐振条件需要相同，滤波单元101中二级微环组12的下载端口d与滤波单元102中二级微环组12中的下载端口d均可以输出光信号，可以进一步的提高对指定波长的光信号的下载能力，提高了光插分滤波器的性能。需要说明的是，对于每个通道中光信号的传输原理可以参考上述实施例，在此不再赘述。
在第三种可实现方式中，当图4A中的滤波单元103中的第二微环R2出现故障时，该滤波单元103中的第一TC控制从一级微环组11的输入端口i输入的光信号全部传输至一级微环组11的直通端口t。具体地，图5C给出了再一种配置方式下的光分插复用器的结构示意图。该滤波单元103中的第一微环R1与第二微环R2中均不耦合进光信号，光分插复用器需要重新配置通道，使得滤波单元104与滤波单元105用于实现一个通道的光信号上载和下载。需要说明的是，对于每个通道中光信号的传输原理可以参考上述实施例，在此不再赘述。
通常情况下，如图4A所示，滤波单元101中一级微环组直通端口t输出的光信号，与滤波单元102中的一级微环组的直通端口t输出的光信号存在-π的相位差，为了使得两种光信号能够汇合，滤波单元101中的相位偏置器需要控制从一级微环组的直通端口t输出的光信号的相位变化π，进而消除相位差。实际应用中，对于图5B中，滤波单元101中一级微环组直通端口t输出的光信号，与滤波单元103中的一级微环组的直通端口t输出的光信号也存在-π的相位差，为了使得两种光信号能够汇合，滤波单元101和滤波单元102中一个滤波单元中的相位偏置器控制从一级微环组的直通端口t输出的光信号的相位变化π，另一个滤波单元中的相位偏置器控制从一级微环组的直通端口t输出的光信号的相位不发生变化，进而消除相位差。本申请对具体实现相位偏移的相位偏置器选择不做限定。
在本申请实施例中，如图4A所示，第一微环组11a、相位偏置器13和第三微环组11b能够构成普遍平衡干涉仪(Universally balanced Interferometer，UBI)结构。该UBI结构中第三微环组的直通端口t输出的光信号受到的损耗为：光信号在第一微环组11a中传输时产生的损耗与光信号在第三微环组11b中传输时产生的损耗的平均值，光信号在UBI结构中传输时产生的损耗较小。而在相关技术中，如图1所示，两个微环R01无法构成UBI结构，导致光信号在该TOADM中传输时光信号产生的损耗比较大。示例地，图4D是光信号在图4A示出的光分插滤波器中传输时产生的损耗的仿真模拟图，图4E是光信号在图1示出的TOADM中传输时产生的损耗的仿真模拟图。在这两个图中，曲线越靠近0代表光信号在波导中传输的损耗越小。由两个图可知，光信号在本申请实施例提供的光分叉复用器进行传输时的产生的损耗，相对于光信号在相关技术中的TOADM进行传输时的产生的损耗较小。
综上所述，本申请实施例提供的光分插复用器，当需要通道下载的光信号由当前波长的光信号切换为目标波长的光信号时，通过第一微环组中的第一TC控制从第一微环组的输入端口输入的第一光信号全部传输至第一微环组的直通端口，在切换完毕后，再控制通道处于光信号下载状态，使得该通道能够下载目标波长的光信号，有效地避免了下载端口在切换过程中输出位于目标波长与当前波长之间的波长的光信号，降低了光分插复用器中光信号传输的损耗。此外，该方法使得该光分插复用器具有无阻塞的波长切换的功能。同时，该光分插复用器可以存在冗余的滤波单元，从而避免了光分插复用器中某个滤波单元出现故障所导致的整个光分插复用器无法使用的现象，从而提高了光分插复用器的可用性。
实际应用中，光信号具有两种模式的偏振分量，即TE模式的偏振分量和TM模式的偏振分量。由于TE模式的偏振分量与TM模式的偏振分量在有效折射率差以及群折射率等方面存在较大的差异，因此通常一种波导中传输一种偏振模式的光信号。为了使上述实施例中的光分插复用器中的波导传输一种偏振模式的光信号，本申请实施例中的光分插复用器还可以包括一些其他的结构，本申请实施例以下两种实现方式为例进行示意性说明：
在第一种实现方式中，光分插复用器的结构示意图如图6A所示。该光分插复用器还可以包括：输入输出预处理单元20和N个汇合分离单元30。该N个汇合分离单元30与N个二级微环组12一一对应，每个汇合分离单元30中的光波传输端口分别与对应的二级微环组12的上载端口a与下载端口d连接。该输入输出预处理单元20的第一光波传输端口与第1个滤波单元中的一级微环组11的输入端口i连接，该输入输出预处理单元的第二光波传输端口与第N个滤波单元中的相位偏置器13连接。
在本申请实施例中，N个级联的滤波单元10和N个汇合分离单元30用于实现M个通道的光信号上载和下载，其中，M≤N/2。至少两个相邻的滤波单元10和一个汇合分离单元30用于实现一个通道的光信号上载和下载，在每个通道中：
在通道处于光信号下载状态时，图6B给出了图6A示出的光分插复用器中的通道处于光信号下载状态时的光路图。输入输出预处理单元20用于将输入的光信号中处理为QTE和PTE，并将处理后得到的QTE和PTE分别传输至N个级联的滤波单元。QTE表示TE模式的光信号，PTE表示TM模式的光信号被旋转为TE模式的光信号。示例地，QTE传输至第1个滤波单元中的一级微环组11的输入端口i，PTE传输至第N个滤波单元相位偏置器13。
第二微环组12a用于将QTE中指定波长的第一QTE，以及将PTE中指定波长的第一PTE传输至对应的汇合分离单元。在本申请实施例中，第二微环组12a的下载端口d能够输出QTE中既满足第一微环R1的谐振条件，又满足第二微环R2的谐振条件的光信号。也即是，能够输出指定波长的第一QTE；第二微环组12a的上载端口a能够输出PTE中既满足第一微环R1的谐振条件，又满足第二微环R2的谐振条件的光信号，也即是，能够输出指定波长的第一PTE。并且，第二微环组12a的下载端口d输出的第一QTE与第二微环组12a的上载端口a输出的第一PTE能够传输至与第二微环组12a对应的汇合分离单元30。
汇合分离单元30用于将接收到的第一QTE和第一PTE进行处理后输出。在本申请实施例中，在汇合分离单元30接收到第一QTE和第一PTE后，将第一QTE和第一PTE进行汇合后输出。需要说明的是，在每个通道中，除第二微环组12a之外的二级微环组12b在对应的通道中不发挥作用，与该二级微环组12b对应的汇合分离单元也不发挥作用。
在通道处于光信号上载状态时，图6C给出了图6A示出的光分插复用器中的通道处于光信号上载状态时的光路图。汇合分离单元30用于将输入的光信号处理为第二QTE和第二PTE，并将第二QTE和第二PTE通过对应的通道传输至输入输出预处理单元20。示例地，该汇合分离单元30能够将第二QTE通过第二微环组12a的下载端口d传输至输入输出预处理单元20，该汇合分离单元30能够将第二PTE通过第二微环组12a的上载端口a传输至输入输出预处理单元20。
在本申请实施例中，该输入输出预处理单元20还用于将接收从N个级联的滤波单元输出的QTE和PTE，并将接收到QTE和PTE进行处理后输出。示例地，该输入输出预处理单元20能够接收从第1个滤波单元的输入端口i输出的PTE，并接收从第N个滤波单元的相位偏置器13输出的PTE，将接收到QTE和PTE进行汇合后输出。
具体地，如图6A所示，每个汇合分离单元30包括：第一PSR31、第二PSR32、第一输入输出分离器33和第二输入输出分离34。
该第一输入输出分离器33的输入端口i与对应的二级微环组12的上载端口a连接，第一输入输出分离器33的输出端口与第一PSR31的光波分束旋转端口连接，第一输入输出分离器33的光波传输端口与第二PSR32的光波分束端口连接。
第二输入输出分离器的34输入端口i与对应的二级微环组的12的下载端口d连接，第二输入输出分离器34的输出端口与第二PSR32的光波分束旋转端口连接，第二输入输出分离器34的光波传输端口与第一PSR31的光波分束端口连接。
在本申请实施例中，该第一输入输出分离器33用于接收第一QTE，并将第一QTE传输至第二PSR32的光波分束端口。第二输入输出分离器34用于接收第一PTE，并将第一PTE传输至第二PSR32的光波分束旋转端口，第二PSR32用于将第一PTE转换为第一PTM，将第一PTM与第一QTE汇合，并将汇合后的第一PTM与第一QTE通过第二PSR32的光波传输端口输出，从而可以实现对光信号的下载。
第一PSR31用于将输入的光信号处理为第二QTE和第二PTE，并将第二QTE通过第一PSR31的光波分束端口传输至第二输入输出分离器34的光波传输端口，将第二PTE通过第一PSR31中的光波分束旋转端口传输至第一输入输出分离器33的输出端口，第二QTE和第二PTE通过对应的通道传输至输入输出预处理单元20，从而可以实现对光信号的上载。
具体地，如图6A所示，输入输出预处理单元20包括：第三输入输出分离器21、第四输入输出分离器22、第三PSR23和第四PSR24。
第三输入输出分离器21的输入端口i与第1个滤波单元中的一级微环组11的输入端口i连接，第三输入输出分离器21的输出端口与第三PSR23的光波分束旋转端口连接，第三输入输出分离器21的光波传输端口与第四PSR24的光波分束端口连接。
第四输入输出分离器22的输入端口i与第N个滤波单元中的相位偏置器13连接，第四输入输出分离器22的输出端口与第四PSR24的光波分束旋转端口连接，第四输入输出分离器22的光波传输端口与第三PSR23的光波分束端口连接。
在本申请实施例中，第四PSR24用于将从其光波传输端口输入的光信号处理为QTE和PTE，并将QTE通过第三输入输出分离器21传输至第1个滤波单元中的一级微环组11的输入端口i，将PTE通过第四输入输出分离器22传输至第N个滤波单元中的相位偏置器13，使得输入到N个级联的滤波单元中的光信号为仅有一种TE模式的偏振分量的光信号。
第三PSR23用于接收从第三输入输出分离器21的输出口PTE，并接收从第四输入输出分离器的光波传输端口输出的QTE，将PTE转换为PTM，将PTM与QTE汇合，并将汇合后的PTM与QTE通过第三PSR23的光波传输端口输出，使得从N个级联的滤波单元中输出的仅有一种TE模式的偏振分量的光信号转换为具有两种偏振模式的光信号。
在第二种实现方式中，图7A给出了本申请实施例提供的又一种光分插复用器的结构示意图。该光分插复用器除了括图3中的一组N个级联的滤波单元外，还包括：另一组N个级联的滤波单元、输入输出预处理单元20、N个分离单元40和N个汇合单元50。此时，该光分插复用器中包括两组N个级联的滤波单元。N个分离单元40、N个汇合单元50与一组N个级联的滤波单元中的N个二级微环组一一对应，N个分离单元40、N个汇合单元50还与另一组N个级联的滤波单元中的N个二级微环组一一对应。
输入输出预处理单元20的第一光波传输端口分别与一组N个级联的滤波单元中的第1个滤波单元101的输入端口i，以及另一组N个级联的滤波单元10中的第1个滤波单元1011中输入端口i连接；输入输出预处理单元20的第二光波传输端口分别与一组N个级联的滤波单元中的第N个滤波单元10n中的相位偏置器13，以及另一组N个级联的滤波单元中的第N个滤波单元10nn中的相位偏置器13连接。示例地，输入输出预处理单元20可以包括：第一PBS25和第二PBS26，该第一PBS25分别与两组N个级联的滤波单元10中的第1个滤波单元的输入端口i连接，该第二PBS26分别与两组N个级联的滤波单元10中的第N个滤波单元中的相位偏置器13连接。
每个汇合单元50的光波传输端口分别与一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的下载端口d，以及另一组N个级联的滤波单元中的对应的二级微环组的下载端口d连接。示例地，每个汇合单元50包括第三PBS51，该第三PBS51分别与对应的两个二级微环组的下载端口d连接。
每个分离单元40的光波传输端口分别与一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的上载端口a，以及另一组N个级联的滤波单元中的对应的二级微环组的上载端口a连接。每个分离单元40包括第四PBS41，该第四PBS52分别与对应的两个二级微环组的上载端口d连接。
在本申请实施例中，两组N个级联的滤波单元、N个分离单元40和N个汇合单元50用于实现M个通道的光信号上载和下载，其中，M≤N/2，一组N个级联的滤波单元10中至少两个相邻的滤波单元、另一组N个级联的滤波单元10中至少两个相邻的滤波单元、一个分离单元40和一汇合单元50用于实现一个通道的光信号上载和下载，在每个通道中：
在通道处于光信号下载状态时，图7B给出了图7A示出的光分插复用器中的通道处于光信号下载状态时的光路图。输入输出预处理单元20用于将输入的光信号中处理为QTE和PTM，并将处理后得到的QTE和PTM分别传输至两组N个级联的滤波单元。QTE表示TE模式的光信号，PTE表示TM模式的光信号。示例地，可以通过第一PBS25将输入的光信号中处理为QTE和PTM，并分别传输至两组N个级联的滤波单元。
第一目标微环组12a1用于将QTE中指定波长的第三QTE传输至对应的汇合单元50。其中，一组N个级联的滤波单元中的第二微环组与另一组N个级联的滤波单元中的第二微环组一一对应，第一目标微环组12a1为一组N个级联的滤波单元中的一个第二微环组。第二目标微环组12a2用于将PTM中指定波长的第三PTM传输至对应的汇合单元50。该第二目标微环组12a2为另一组N个级联的滤波单元中与第一目标微环组12a1对应的第二微环组。
汇合单元50用于将接收到第三QTE和第三PTM进行处理后输出。需要说明的是，在每个通道中，除第二微环组12a之外的二级微环组12b在对应的通道中不发挥作用，与该二级微环组12b对应的分离单元40与汇合单元50也不发挥作用。示例地，可以通过第四PBS51将接收到第三QTE和第三PTM进行汇合后输出。
在通道处于光信号上载状态时，图7C给出了图7A示出的光分插复用器中的通道处于光信号上载状态时的光路图。分离单元40用于将输入的光信号中处理为第四QTE和第四PTM，并将第四QTE和第四PTM通过对应的通道传输至输入输出预处理单元20。示例地，可以通过第四PBS41将输入的光信号中处理为第四QTE和第四PTM。
在本申请实施例中，输入输出预处理单元20还用于接收从两组N个级联的滤波单元分别输出的QTE和PTM，并将接收到QTE和PTM进行处理后输出。示例地，可以通过第二PBS26接收从两组N个级联的滤波单元分别输出的QTE和PTM，并将接收到QTE和PTM汇合后输出。
本申请实施例提供了一种光信号传输方法，应用于图3、图4A、图5A、图5B图5C、图6A或图7A所示的光分插复用器。
在通道处于光信号下载状态时，该光信号传输方可以包括：
步骤A1：第一微环组中的第一TC控制从第一微环组的输入端口输入的第一光信号中满足第一微环谐振条件的光信号耦合至第一微环中。
步骤B1：第二微环组将第一光信号中既满足第一微环组中的第一微环的谐振条件，又满足第二微环组中的第二微环的谐振条件的第二光信号传输至第二微环组的下载端口。
步骤C1：第三微环组将第一光信号中除第二信号之外的第三光信号传输至第三微环组的直通端口。
在通道处于光信号上载状态时，该光信号传输方可以包括：第二微环组将第二微环组输入的第四光信号传输至第三微环组的直通端口。
在通道处于波长切换状态时，该光信号传输方可以包括：
第一微环组中的第一TC控制从第一微环组的输入端口输入的第一光信号全部传输至第一微环组的直通端口。
需要说明的是，上述光信号的传输方法的原理可以参考前述对光分插复用器的结构描述的实施例中，在此不再赘述。
本申请实施例提供了另一种光信号传输方法，应用于图6A所示的光分插复用器。
在通道处于光信号下载状态时，该光信号传输方可以包括：
步骤A2：第四PSR将输入的光信号处理为QTE和PTE。
步骤B2：第四PSR将QTE通过第三输入输出分离器传输至第一个滤波单元中的一级微环组的输入端口，将PTE通过第四输入输出分离器传输至第N个滤波单元中的相位偏置器。
步骤C2：第一输入输出分离器接收第一QTE，并将第一QTE传输至第二PSR。
步骤D2：第二输入输出分离器接收第一PTE，并将第一PTE传输至第二PSR。
步骤E2：第二PSR将第一PTE转换为第一PTM，将第一PTM与第一QTE汇合，并将汇合后的第一PTM与第一QTE输出。
在通道处于光信号上载状态时，该光信号传输方可以包括：
步骤A3：第一PSR将输入的光信号处理为第二QTE和第二PTE。
步骤B3：第一PSR将第二QTE通过至第二输入输出分离器传输至输入输出预处理单元。
步骤C3：第一PSR将第二PTE传输至第一输入输出分离器传输至输入输出预处理单元。
实际应用中，该光信号传输方还可以包括：
步骤A4：第三PSR接收从第三输入输出分离器的输出口PTE，并接收从第四输入输出分离器的光波传输端口输出的QTE。
步骤B4：第三PSR将PTE转换为PTM，将PTM与QTE汇合，并将汇合后的PTM与QTE输出。
需要说明的是，上述光信号的传输方法的原理可以参考前述对图6A示出的光分插复用器的结构描述的实施例中，在此不再赘述。
本申请实施例提供了又一种光信号传输方法，应用于图7A所示的光分插复用器。
在通道处于光信号下载状态时，该光信号传输方可以包括：
步骤A5：第一PBS将输入的光信号处理为QTE和PTE。
步骤B5：第一PBS将QTE传输至一组N个级联的滤波单元中的第1个滤波单元的输入端口。
步骤C5：第一PBS将PTE传输至另一组N个级联的滤波单元中的第1个滤波单元的输入端口。
步骤D5：第三PBS接收第三QTE以及第三PTM，将第三PTM与第三QTE汇合，并将汇合后的第三PTM与第三QTE输出。
在通道处于光信号上载状态时，该光信号传输方可以包括：
步骤A6：第四PBS将输入的光信号处理为第四QTE和第四PTM；
步骤B6：第四PBS将第四QTE通过第一目标微环组的上载端口传输至输入输出预处理单元。
步骤C6：第四PBS将第四PTM通过第二目标微环组的上载端口传输至输入输出预处理单元。
实际应用中，该光信号传输方法还可以包括：
步骤A7：第二PBS分别接收从两组N个级联的滤波单元输出的QTE和PTM。
步骤B7：第二PBS将接收到的PTM与QTE汇合，并将汇合后的PTM与QTE输出。
需要说明的是，上述光信号的传输方法的原理可以参考前述对图7A示出的光分插复用器的结构描述的实施例中，在此不再赘述。
本申请实施例还提供了一种芯片，该芯片包括上述实施例中的光分插复用器。例如，该芯片包括：图3、图6A或图7A示出的光分插复用器。该芯片还可以包括：控制电路，该控制电路用于实现本申请实施例中的光信号传输方法。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (17)
1.一种光分插复用器，其特征在于，包括：N个级联的滤波单元，所述N为大于1的整数；
每个所述滤波单元包括：一级微环组、二级微环组和相位偏置器，所述一级微环组和所述二级微环组均具有输入端口、直通端口、上载端口和下载端口，在任意两个相邻的滤波单元中，前一个滤波单元的相位偏置器与后一个滤波单元的一级微环组的输入端口连接，前一个滤波单元的二级微环组的直通端口与后一个滤波单元的一级微环组的上载端口连接；
所述一级微环组包括：至少一个第一微环、第一可调谐耦合器TC，第一TC用于控制从所述一级微环组的输入端口输入的光信号传输至所述一级微环组的直通端口的能量与传输至所述第一微环中的能量的比例；
所述二级微环组包括：至少一个第二微环，所述第二微环的半径与所述第一微环的半径不同；
所述一级微环组的下载端口与所述二级微环组的输入端口连接，所述一级微环组的直通端口与所述相位偏置器连接。
2.根据权利要求1所述的光分插复用器，其特征在于，在每个所述滤波单元中，所述一级微环组还包括第二TC，所述第二TC用于改变所述一级微环组的微环耦合系数。
3.根据权利要求2所述的光分插复用器，其特征在于，所述N个级联的滤波单元用于实现M个通道的光信号上载和下载，其中，所述M≤N/2，至少两个相邻的滤波单元用于实现一个通道的光信号上载和下载；在每个所述通道中：
在所述通道处于光信号下载状态时，第一微环组中的第一TC用于控制从所述第一微环组的输入端口输入的第一光信号中的满足第一微环谐振条件的光信号耦合至所述第一微环中，
第二微环组用于将所述第一光信号中指定波长的第二光信号传输至所述第二微环组的下载端口，
第三微环组用于将所述第一光信号中除所述第二光信号之外的第三光信号传输至所述第三微环组的直通端口，
在所述通道处于光信号上载状态时，所述第二微环组用于将所述第二微环组的上载端口输入的第四光信号传输至所述第三微环组的直通端口；
在所述通道处于波长切换状态时，所述第一微环组中的第一TC用于控制从所述第一微环组的输入端口输入的第一光信号全部传输至所述第一微环组的直通端口；
其中，所述第一微环组和所述第三微环组为所述至少两个相邻的滤波单元中的两个一级微环组，所述第一微环组和所述第三微环组的谐振条件相同，所述第二微环组为所述至少两个相邻的滤波单元中的二级微环组。
4.根据权利要求3所述的光分插复用器，其特征在于，所述M个通道与所述N个级联的滤波的个数关系满足：N=2M+a，所述a为正整数。
5.根据权利要求4所述的光分插复用器，其特征在于，在每个所述滤波单元中，所述第二TC还用于控制从所述一级微环组的上载端口输入的光信号传输至所述一级微环组的下载端口的能量与传输至所述第一微环中的能量的比例；
在所述一级微环组中的第一微环故障时，所述一级微环组中的第一TC控制从所述一级微环组的输入端口输入的光信号全部传输至所述一级微环组的直通端口；所述一级微环组中的第二TC控制从所述一级微环组的上载端口输入的光信号全部传输至所述一级微环组的下载端口。
6.根据权利要求1所述的光分插复用器，其特征在于，在每个所述滤波单元中，所述相位偏置器用于控制从所述一级微环组的直通端口输出的光信号的相位变化π，或者，用于控制从所述一级微环组的直通端口输出的光信号的相位不发生变化。
7.根据权利要求1或2所述的光分插复用器，其特征在于，所述光分插复用器还包括：输入输出预处理单元和N个汇合分离单元，所述N个汇合分离单元与N个二级微环组一一对应；
所述输入输出预处理单元的第一光波传输端口与第1个滤波单元中的一级微环组的输入端口连接，所述输入输出预处理单元的第二光波传输端口与第N个滤波单元中的相位偏置器连接；
每个所述汇合分离单元中的光波传输端口分别与对应的二级微环组的上载端口与下载端口连接。
8.根据权利要求7所述的光分插复用器，其特征在于，每个汇合分离单元包括：第一偏振分束旋转器PSR、第二PSR、第一输入输出分离器和第二输入输出分离器；
所述第一输入输出分离器和所述第二输入输出分离器均具有输入端、输出端和光波传输端口，第一PSR和所述第二PSR均具有光波传输端口、光波分束端口和光波分束旋转端口；
所述第一输入输出分离器的输入端口与对应的二级微环组的上载端口连接，所述第一输入输出分离器的输出端口与所述第一PSR的光波分束旋转端口连接，所述第一输入输出分离器的光波传输端口与所述第二PSR的光波分束端口连接，
所述第二输入输出分离器的输入端口与对应的二级微环组的下载端口连接，所述第二输入输出分离器的输出端口与所述第二PSR的光波分束旋转端口连接，所述第二输入输出分离器的光波传输端口与所述第一PSR的光波分束端口连接。
9.根据权利要求7所述的光分插复用器，其特征在于，所述输入输出预处理单元包括：第三输入输出分离器、第四输入输出分离器、第三PSR和第四PSR；
所述第三输入输出分离器和所述第四输入输出分离器均具有输入端、输出端和光波传输端，所述第三PSR和所述第四PSR均具有光波传输端口、光波分束端口和光波分束旋转端；
所述第三输入输出分离器的输入端口与所述第1个滤波单元中的一级微环组的输入端口连接，所述第三输入输出分离器的输出端口与所述第三PSR的光波分束旋转端口连接，所述第三输入输出分离器的光波传输端口与所述第四PSR的光波分束端口连接，
所述第四输入输出分离器的输入端口与所述第N个滤波单元中的相位偏置器连接，所述第四输入输出分离器的输出端口与所述第四PSR的光波分束旋转端口连接，所述第四输入输出分离器的光波传输端口与所述第三PSR的光波分束端口连接。
10.根据权利要求7所述的光分插复用器，其特征在于，所述N个级联的滤波单元和所述N个汇合分离单元用于实现M个通道的光信号上载和下载，其中，所述M≤N/2，至少两个相邻的滤波单元和一个汇合分离单元用于实现一个通道的光信号上载和下载，在每个所述通道中：
在所述通道处于光信号下载状态时，所述输入输出预处理单元用于将输入的光信号中处理为QTE和PTE，并将处理后得到的QTE和PTE传输至所述N个级联的滤波单元，Q TE表示横向电场TE模式的光信号，PTE表示横向磁场TM模式的光信号被旋转为TE模式的光信号；
第二微环组用于将所述QTE中指定波长第一QTE，以及将所述PTE中指定波长第一PTE传输至对应的汇合分离单元，所述第二微环组为所述至少两个相邻的滤波单元中的二级微环组；
所述汇合分离单元用于将接收到的所述第一QTE和所述第一PTE进行处理后输出；
在所述通道处于光信号上载状态时，所述汇合分离单元用于将输入的光信号处理为第二QTE和第二PTE，并将所述第二QTE和所述第二PTE通过对应的通道传输至所述输入输出预处理单元。
11.根据权利要求10所述的光分插复用器，其特征在于，
所述输入输出预处理单元还用于将接收从所述N个级联的滤波单元输出的QTE和PTE，并将接收到QTE和PTM进行处理后输出。
12.根据权利要求1或2所述的光分插复用器，其特征在于，所述光分插复用器还包括：另一组N个级联的滤波单元、输入输出预处理单元、N个分离单元和N个汇合单元，所述N个分离单元、所述N个汇合单元与一组N个级联的滤波单元中的N个二级微环组一一对应，所述N个分离单元、所述N个汇合单元还与另一组N个级联的滤波单元中的N个二级微环组一一对应；
所述输入输出预处理单元的第一光波传输端口分别与一组N个级联的滤波单元中的第1个滤波单元的输入端，以及另一组N个级联的滤波单元中的第1个滤波单元的输入端口连接，
所述输入输出预处理单元的第二光波传输端口分别与一组N个级联的滤波单元中的第N个滤波单元中的相位偏置器，以及另一组N个级联的滤波单元中的第N个滤波单元中的相位偏置器连接；
每个所述汇合单元的光波传输端口分别与一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的下载端口，以及另一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的下载端口连接；
每个所述分离单元的光波传输端口分别与一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的上载端口，以及另一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的上载端口连接。
13.根据权利要求12所述的分插复用器，其特征在于，所述输入输出预处理单元包括：第一光波分束器PBS和第二PBS；
第一PBS与所述第二PBS均具有光波传输端口、第一光波分束端口和第二光波分束端口；
所述第一PBS的第一光波分束端口与所述一组N个级联的滤波单元中的第1个滤波单元的输入端口连接，所述第一PBS的第二光波分束端口与所述另一组N个级联的滤波单元中的第1个滤波单元的输入端口连接，
所述第二PBS的第一光波分束端口与所述一组N个级联的滤波单元中的第N个滤波单元中的相位偏置器连接，所述第二PBS的第二光波分束端口与所述另一组N个级联的滤波单元中的第N个滤波单元中的相位偏置器连接。
14.根据权利要求12所述的分插复用器，其特征在于，每个所述汇合单元包括第三PBS，每个所述分离单元包括第四PBS；
所述第三PBS与所述第四PBS均具有光波传输端口、第一光波分束端口和第二光波分束端口；
所述第三PBS的第一光波分束端口与一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的下载端口连接，所述第三PBS的第二光波分束端口与另一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的下载端口连接，
所述第四PBS的第一光波分束端口与一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的上载端口连接，所述第四PBS的第二光波分束端口与另一组N个级联的滤波单元中对应的二级微环组的上载端口连接。
15.根据权利要求12所述的光分插复用器，其特征在于，两组N个级联的滤波单元、所述N个分离单元和所述N个汇合单元用于实现M个通道的光信号上载和下载，其中，所述M≤N/2，一组N个级联的滤波单元中至少两个相邻的滤波单元、另一组N个级联的滤波单元中至少两个相邻的滤波单元、一个分离单元和一汇合单元用于实现一个通道的光信号上载和下载，在每个所述通道中：
在所述通道处于光信号下载状态时，所述输入输出预处理单元用于将输入的光信号中处理为QTE和PTM，并将处理后得到的QTE和PTM分别传输至所述两组N个级联的滤波单元，其中，Q TE表示TE模式的光信号，PTM表示TM模式的光信号；
第一目标微环组用于将所述QTE中指定波长的第三QTE传输至对应的汇合单元；
第二目标微环组用于将所述PTM中指定波长的第三PTM传输至对应的汇合单元；
所述汇合单元用于将接收到所述第三QTE和所述第三PTM进行处理后输出；
在所述通道处于光信号上载状态时，所述分离单元用于将输入的光信号中处理为第四QTE和第四PTM，并将所述第四QTE和所述第四PTM通过对应的通道传输至所述输入输出预处理单元；
其中，所述一组N个级联的滤波单元中的第二微环组与所述另一组N个级联的滤波单元中的第二微环组一一对应，所述第二微环组为所述至少两个相邻的滤波单元中的二级微环组，所述第一目标微环组为所述一组N个级联的滤波单元中的一个第二微环组，所述第二目标微环组为所述另一组N个级联的滤波单元中与所述第一目标微环组对应的第二微环组。
16.根据权利要求15所述的光分插复用器，其特征在于，
所述输入输出预处理单元还用于接收从两组所述N个级联的滤波单元分别输出的QTE和PTM，并将接收到QTE和PTM进行处理后输出。
17.一种光信号传输方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1至15任一所述的光分插复用器，所述N个级联的滤波单元用于实现M个通道的光信号上载和下载，其中，所述M小于或等于2N，至少两个相邻的滤波单元用于实现一个通道的光信号上载和下载，所述方法包括：
在所述通道处于光信号下载状态时，第一微环组中的第一TC控制从所述第一微环组的输入端口输入的第一光信号中满足第一微环谐振条件的光信号耦合至所述第一微环中；
第二微环组将所述第一光信号中既满足所述第一微环组中的第一微环的谐振条件，又满足所述第二微环组中的第二微环的谐振条件的第二光信号传输至所述第二微环组的下载端口；
第三微环组将所述第一光信号中除所述第二光信号之外的第三光信号传输至所述第三微环组的直通端口；
在所述通道处于光信号上载状态时，所述第二微环组将所述第二微环组输入的第四光信号传输至所述第三微环组的直通端口；
在所述通道处于波长切换状态时，所述第一微环组中的第一TC控制从所述第一微环组的输入端口输入的第一光信号全部传输至所述第一微环组的直通端口；
其中，所述第一微环组和所述第三微环组为所述至少两个相邻的滤波单元中的两个一级微环组，所述第一微环组和所述第三微环组的谐振条件相同，所述第二微环组为所述至少两个相邻的滤波单元中的至少一个二级微环组。
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