CN113572563B - 一种用于光传输信道调度的光分插复用器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于光传输信道调度的光分插复用器，解决了当前可重构光分插复用器件对于复杂多维光传输信道调度操控的灵活性差的问题，包括均采用硫系材料制备而成的主波导、微环腔、带隙聚焦光源、非带隙聚焦光源及热光开关，利用每个微环腔的正上方的带隙聚焦光源与非带隙聚焦隙光源分别定向照射，带隙聚焦光源引起微环腔输出光谱峰波长通道的蓝移，非带隙聚焦光源引起微环腔输出光谱峰波长通道的红移，实现光传输信道的调度，另外利用热光开关基于热光特性，实现了下行输入光信号与上行输入光信号的光路灵活切换。本发明利用了硫系材料的光敏漂白特性，结合热光开关，实现对复杂波分复用通道更为多维的操控，灵活性高，调配性能强。

Description

一种用于光传输信道调度的光分插复用器
技术领域
本发明涉及光子集成器件的技术领域，更具体地，涉及一种用于光传输信道调度的光分插复用器。
背景技术
在当前光纤通信领域，超长距密集波分技术(DWDM)的出现逐步解决了网络传输业务的瓶颈问题，使得运行商更多的需要适应光传输网络在动态化组网方面的新需求。
传统的密集波分复用技术作为最常用光物理层组网技术，存在只能点到点的传输，难以实现灵活的网络调度的缺陷。随之兴起的光分插复用技术(OADM)可以对光通信网络实现环状组网，但是OADM存在着固定的波长通道间隔以及固定的通道数目，不能实现真正的网络业务灵活调配，难以实现分组化的运营需求。
更进一步，国内外学者研究将可重构光分插复用(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，ROADM)设备应用于波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)光网络系统中，2020年12月1日，中国发明专利(公布号：CN112019262A)中公开了一种基于可重构光分插复用ROADM设备的通信站点、光通信系统及数据传输方法，该专利通过光保护设备分别与第一ROADM设备、第二ROADM设备相连，在通信站点间形成两条不同方向的传输链路，从而对通信站点间的业务通信进行保护。并且，由于通信站点内包括两个ROADM设备，在ROADM设备故障时，通过另一个ROADM设备继续进行业务通信，因此可以根据网络的需要，实现业务的灵活调度，其中，ROADM设备包括灵活栅格光波长选择开关WSS，实现波长通道间隔的动态调整，以收发不同波长的业务光信号，但是这种波长选择开关型的ROADM包含的进、出端口很机械直白，在用于复杂的波分复用通道时，很难实现更为多维的光传输信道调度的灵活操控。
发明内容
为解决当前可重构光分插复用器件对于复杂多维光传输信道调度操控的灵活性差的问题，本发明提出一种用于光传输信道调度的光分插复用器，灵活性高，调配性能强。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种用于光传输信道调度的光分插复用器，包括：主波导、K个微环腔、K个带隙聚焦光源、K个非带隙聚焦光源及K/2个热光开关，K为正整数；所述K个微环腔依次等间隔逐个设置于主波导上，与主波导耦合组成阵列微腔结构；每个微环腔的正上方依次悬挂设置有一个带隙聚焦光源与一个非带聚焦隙光源，所述主波导、K个微环腔及K/2个热光开关均采用硫系材料制备而成；下行输入光信号通过主波导传输，在主波导中与阵列微腔结构耦合，每个微环腔的同一侧均设有输出波导，微环腔的输出波导输出自由光谱；每个微环腔的正上方的带隙聚焦光源与非带隙聚焦隙光源分别定向照射，带隙聚焦光源引起微环腔输出光谱峰波长通道的蓝移，非带隙聚焦光源引起微环腔输出光谱峰波长通道的红移；相邻两个微环腔的输出波导的输出端通过一个热光开关耦合，热光开关基于热光特性，在需加载上行输入光信号时，实现下行输入光信号到上行输入光信号的光路切换。
优选地，所述用于光传输信道调度的光分插复用器还包括隔断面板，第i个非带隙聚焦光源与第i+1个带隙聚焦光源通过隔断面板隔开，其中，i＝1，…，K-1，避免非带隙聚焦光源与带隙聚焦光源之间的互相干扰。
优选地，微环腔的半径为1μm～500μm，当多个微环腔的半径不同时，微环腔输出的自由光谱范围不同，下行输入光信号通过主波导传输，经过主波导与阵列微腔结构耦合，实现多个微环腔的共振波长的选择性输出。
优选地，微环腔的半径为50μm时，阵列微腔结构输出等间隔的谐振光谱，得到等间隔光通道。
优选地，带隙聚焦光源输出短波长光，波长范围为206nm～805nm；非带隙聚焦光源输出长波长光，波长范围为2μm～10μm，短波长光和长波长光可分别实现对微环腔输出波提供控制。
优选地，设初始化状态时，下行输入光信号的输入波长由短至长的顺序分布为：λin1、λin2、λin3、…、λini、…、λink，下行输入光信号的输入波长依次经过的通道分别为：Nout1、Nout2、Nout3、…、Nouti、…、Noutk，Nout1、Nout2、Nout3、…、Nouti、…、Noutk等频率间隔排布，其中，k表示下行输入光信号输入波长的个数，下行输入光信号的输入波长与下行输入光信号的输入波长依次经过的通道是一一对应的。
优选地，下行输入光信号的输入波长λini与通道Nouti对应，当需要对输入波长λini进行阻断时，确定通道Nouti所对应的微环i，设置微环i正上方带隙聚焦光源的照射功率，利用带隙聚焦光源对微环i定向照射，通道Nouti的波长蓝移，偏离输入波长λini的波长范围，输入波长λini衰减直至阻断，从而实现输入波长λini在光传输信道的一个方向的阻断。
优选地，下行输入光信号的输入波长λini与通道Nouti对应，当需要对输入波长λini进行阻断时，确定通道Nouti所对应的微环i，设置微环i正上方非带隙聚焦光源的照射功率，利用非带隙聚焦光源对微环i定向照射，通道Nouti的波长红移，偏离输入波长λini的波长范围，输入波长λini衰减直至阻断，从而实现输入波长λini在光传输信道的另一个方向的阻断。
优选地，下行输入光信号的输入波长λini与通道Nouti对应，当输入波长λini需要更换通道进行输出时，设更换至通道Noutj，确定通道Nouti所对应的微环i，设置微环i正上方带隙聚焦光源的照射功率，利用带隙聚焦光源对微环i定向照射，通道Nouti偏移至带外区域；确定通道Noutj所对应的微环j，设置微环j上方带隙聚焦光源的照射功率，利用带隙聚焦光源对微环j定向照射，使通道Noutj的波长蓝移至λini所对应的波长处，输入波长λini更换至通道Noutj输出，从而实现输入波长λini在不同光传输信道的调度。
优选地，在需加载上行输入光信号时，热光开关实现下行输入光信号到上行输入光信号的光路切换的时间不超过100ms。
在此，随着下行输入光信号光能量的持续输入，非带隙聚焦光源吸收产生光热效应，热光开关采用硫系材料，在升温条件下，折射率升高，可引起光的相位发生改变，而光链路里面有直通的链路，输入光可直接传输通过，也有一些需要下行下来之后，经过一些数据处理再重新上行，这样就需要切换通道，因此，在需加载上行输入光信号时，热光开关可实现下行输入光信号到上行输入光信号的光路切换。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提出一种用于光传输信道调度的光分插复用器，包括均采用硫系材料制备而成的主波导、微环腔、带隙聚焦光源、非带隙聚焦光源及热光开关，微环腔依次等间隔逐个设置于主波导上，与主波导耦合组成阵列微腔结构；每个微环腔的正上方依次悬挂设置有一个带隙聚焦光源与一个非带聚焦隙光源，利用每个微环腔的正上方的带隙聚焦光源与非带隙聚焦隙光源分别定向照射，带隙聚焦光源引起微环腔输出光谱峰波长通道的蓝移，非带隙聚焦光源引起微环腔输出光谱峰波长通道的红移，实现光传输信道的调度，另外利用热光开关基于热光特性，实现了下行输入光信号与上行输入光信号的光路灵活切换。本发明利用了硫系材料的光敏漂白特性，结合热光开关，实现对复杂波分复用通道更为多维的操控，灵活性高，调配性能强，可应用于光传输网组建网络中，为运营商构建全智能、灵活可调的光传输网络提供全新的方向与思路。
附图说明
图1表示本发明实施例中提出的用于光传输信道调度的光分插复用器的结构示意图；
图2表示硫系材料折射率随带隙聚焦光源、非带隙聚焦光源照射时间变化的曲线变化示意图；
图3表示一种利用本发明所提光分插复用器组成光路器件板中的上下行光路图；
图4表示本发明实施例中提出的下行输入光信号的输入波长与通道在初始化状态下的示意图；
图5表示本发明实施例中提出的实现下行输入光信号的输入波长阻断时，下行输入光信号的输入波长与通道的状态示意图；
图6表示本发明实施例中提出的实现下行输入光信号的输入波长通道切换时，下行输入光信号的输入波长与通道的状态示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好地说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的。
附图中描述位置关系的仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例
如图1所示的用于光传输信道调度的光分插复用器的结构示意图，参见图1，所述光分插复用器包括：主波导1、K个微环腔2、K个带隙聚焦光源3、K个非带隙聚焦光源4及K/2个热光开关5，K为正整数；参见图1，K个微环腔2依次等间隔逐个设置于主波导1上，与主波导1耦合组成阵列微腔结构21；每个微环腔2的正上方依次悬挂设置有一个带隙聚焦光源3与一个非带聚焦隙光源4，主波导1、K个微环腔2及K/2个热光开关5均采用硫系材料制备而成，硫系材料是一种处于亚稳态的短中程有序而远程无序的材料，在近带隙光的照射下，会发生光致变化，材料的内部原子结构发生重组，其中包括光致漂白现象。对需要宽带调谐的硫系薄膜集成光子器件，使用带隙聚焦光源3定向照射，由于硫系薄膜的光致漂白作用，会使薄膜的折射率降低。此薄膜折射率改变速率及改变量与带隙光功率密度和照射时间相关，且无其他外界条件影响下此改变不可逆。而对于需要重构的情况，则使用非带隙的红外聚焦光源照射器件，由与照射光子能量源小于带隙，不会改变材料原子结构。而光能量的持续输入，则会由于非带隙吸收产生光热效应，硫系薄膜在升温条件下，会发生折射率升高。此折射率改变量同样与照射的非带隙光功率密度相关，但光源停止照射，光热效应消失，薄膜温度降回至室温，折射率则会回到非带隙光照射前的状态。
在本实施例中，硫系材料折射率随带隙聚焦光源、非带隙聚焦光源照射时间变化的曲线变化示意图如图2所示，其中，①表示带隙聚焦光源3照射时，硫系材料折射率逐渐降低的曲线变化图；②表示关闭带隙聚焦光源3照射时，硫系材料折射率维持不变。由于硫系材料的光致漂白作用，会使折射率降低，且无其他外界条件影响下此改变不可逆。③表示打开非带隙聚焦光源4照射时，折射率上升，④表示关闭非带隙聚焦光源照射时，材料折射率降回③前的状态。
在本实施例中，以下行输入光信号的传输为例，上行输入光信号的传输与之相同，参见图1，下行输入光信号通过主波导1传输，在主波导1中与阵列微腔结构21耦合，每个微环腔2的同一侧均设有输出波导22，实际实施时，在宽带光源的扫频下，根据微环腔2的相位匹配条件，会对主波导1中传播宽带光源的周期性波长具有光吸收的作用，同时在微环腔2的另外一侧由于相位匹配条件会实现对该周期性波长的输出，因此会出现洛伦兹线型的吸收光谱曲线以及透射光谱曲线，即微环腔2的输出波导22输出自由光谱；每个微环腔2的正上方的带隙聚焦光源3与非带隙聚焦隙光源4分别定向照射，带隙聚焦光源3引起微环腔2输出光谱峰波长通道的蓝移，非带隙聚焦光源4引起微环腔2输出光谱峰波长通道的红移；
参见图1，以图1中的框内的相邻两个微环腔为例，相邻两个微环腔的输出波导的输出端通过一个热光开关5耦合，随着下行输入光信号光能量的持续输入，非带隙聚焦光源4吸收产生光热效应，热光开关5采用硫系材料，在升温条件下，折射率升高，可引起光的相位发生改变，具体的光链路中，如图3所示，光链路里面有直通的链路，输入光可直接传输通过，也有一些需要下行输入光信号下来之后，经过一些数据处理再重新上行，这样就需要切换通道，因此，热光开关5基于热光特性，在需加载上行输入光信号时，实现下行输入光信号到上行输入光信号的光路切换，热光开关5实现下行输入光信号到上行输入光信号的光路切换的时间不超过100ms。
在本实施例中，用于光传输信道调度的光分插复用器还包括隔断面板6，第i个非带隙聚焦光源与第i+1个带隙聚焦光源通过隔断面板6隔开，其中，i＝1，…，K-1，从而避免非带隙聚焦光源4与带隙聚焦光源3之间的互相干扰，具体的参见图1，第一个非带隙光源4与第二个带隙聚焦光源3之间就是通过隔断面板6隔开的。
在本实施例中，微环腔2的半径为1μm～500μm，当多个微环腔2的半径不同时，微环腔2输出的自由光谱范围不同，下行输入光信号通过主波导1传输，经过主波导1与阵列微腔结构21耦合，实现多个微环腔2的共振波长的选择性输出。
在设计过程中，对多个微环腔2的半径进行合理的设计，可以取1μm，也可以取500μm，也可以取250μm，使得多个微环腔2的自由光谱范围(FSR)具有细微的偏差，因此在经过主波导1进行耦合的时候，可以实现多个不同微环腔2的共振波长的选择性输出。在本实施例中，每个微环腔2的半径设计为50μm，阵列微腔结构21输出等间隔的谐振光谱，得到等间隔光通道，类似于固定间隔的DWDM。
在本实施例中，带隙聚焦光源3输出短波长光，波长范围为206nm～805nm；非带隙聚焦光源4输出长波长光，波长范围为2μm～10μm，短波长光和长波长光可分别实现对微环腔2输出波提供控制。
在本实施例中，默认热光开关5切换为下行输入光信号通路，设初始化状态时，如图4所示，下行输入光信号的输入波长由短至长的顺序分布为：λin1、λin2、λin3、…、λini、…、λink，下行输入光信号的输入波长依次经过的通道分别为：Nout1、Nout2、Nout3、…、Nouti、…、Noutk，Nout1、Nout2、Nout3、…、Nouti、…、Noutk等频率间隔排布，其中，k表示下行输入光信号输入波长的个数，下行输入光信号的输入波长与下行输入光信号的输入波长依次经过的通道是一一对应的。
下行输入光信号的输入波长λini与通道Nouti对应，当需要对输入波长λini进行阻断时，确定通道Nouti所对应的微环i，设置微环i正上方带隙聚焦光源的照射功率，利用带隙聚焦光源对微环i定向照射(可以对Nouti所对应的微环腔进行带隙聚焦光源的脉冲/连续光的照射，入射光照射功率与频移的速度成正比)，通道Nouti的波长蓝移，偏离输入波长λini的波长范围，输入波长λini衰减直至阻断，从而实现输入波长λini在光传输信道的一个方向的阻断，在本实施例中，具体的需要对输入波长λin1实施光阻断时，通过控制通道Nout1对应的微环腔上方的带隙聚焦光源照射，使得通道Nout1偏离输入波长λin1的波长范围，实现从光衰减到光阻断的过程，图5是对输入波长λin1在光传输信道Nout1的一个方向(右侧)的阻断示意。利用非带隙聚焦光源对微环i定向照射，通道Nouti的波长红移，偏离输入波长λini的波长范围，输入波长λini衰减直至阻断，可实现输入波长λini在光传输信道的另一个方向的阻断。
在本实施例中，下行输入光信号的输入波长λini与通道Nouti对应，当输入波长λini需要更换通道进行输出时，设更换至通道Noutj，确定通道Nouti所对应的微环i，设置微环i正上方带隙聚焦光源的照射功率，利用带隙聚焦光源对微环i定向照射，通道Nouti偏移至带外区域；确定通道Noutj所对应的微环j，设置微环j上方带隙聚焦光源3的照射功率，利用带隙聚焦光源3对微环j定向照射，使通道Noutj的波长蓝移至λini所对应的波长处，输入波长λini更换至通道Noutj输出，从而实现输入波长λini在不同光传输信道的调度。
在本实施例中，具体的需要将输入波长λin2在通道Nout5输出时，首先对通道Nout2所对应的微环腔进行带隙聚焦光源照射，使得通道Nout2波长偏移到带外区域，然后将通道Nout5所对应的微环腔进行带隙聚焦光源3照射，使得通道Nout5的波长蓝移至输入波长λin2所对应的波长处，实现输入波长λin2在通道Nout5的输出。图6是对输入波长λin2切换至光传输信道Nout5输出的示意图。
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于光传输信道调度的光分插复用器，其特征在于，包括：主波导、K个微环腔、K个带隙聚焦光源、K个非带隙聚焦光源及K/2个热光开关；所述K个微环腔依次等间隔逐个设置于主波导上，与主波导耦合组成阵列微腔结构；每个微环腔的正上方依次悬挂设置有一个带隙聚焦光源与一个非带聚焦隙光源，所述主波导、K个微环腔及K/2个热光开关均采用硫系材料制备而成；下行输入光信号通过主波导传输，在主波导中与阵列微腔结构耦合，每个微环腔的同一侧均设有输出波导，微环腔的输出波导输出自由光谱；每个微环腔的正上方的带隙聚焦光源与非带隙聚焦隙光源分别定向照射，带隙聚焦光源引起微环腔输出光谱峰波长通道的蓝移，非带隙聚焦光源引起微环腔输出光谱峰波长通道的红移；按K个微环腔在主波导上依次设置的顺序，依次将K个微环腔中每两个微环腔划分为一组微环腔，每组微环腔的输出波导的输出端通过一个热光开关耦合，热光开关基于热光特性，在需加载上行输入光信号时，实现下行输入光信号到上行输入光信号的光路切换。
2.根据权利要求1所述的用于光传输信道调度的光分插复用器，其特征在于，所述用于光传输信道调度的光分插复用器还包括隔断面板，第i个非带隙聚焦光源与第i+1个带隙聚焦光源通过隔断面板隔开，其中，i＝1，...，K-1。
3.根据权利要求2所述的用于光传输信道调度的光分插复用器，其特征在于，微环腔的半径为1μm～500μm，当多个微环腔的半径不同时，微环腔输出的自由光谱范围不同，下行输入光信号通过主波导传输，经过主波导与阵列微腔结构耦合，实现多个微环腔的共振波长的选择性输出。
4.根据权利要求2所述的用于光传输信道调度的光分插复用器，其特征在于，微环腔的半径为50μm时，阵列微腔结构输出等间隔的谐振光谱，得到等间隔光通道。
5.根据权利要求4所述的用于光传输信道调度的光分插复用器，其特征在于，带隙聚焦光源输出短波长光，波长范围为206nm～805nm；非带隙聚焦光源输出长波长光，波长范围为2μm～10μm。
6.根据权利要求5所述的用于光传输信道调度的光分插复用器，其特征在于，设初始化状态时，下行输入光信号的输入波长由短至长的顺序分布为：λin1、λin2、λin3、...、λini、...、λink，下行输入光信号的输入波长依次经过的通道分别为：Nout1、Nout2、Nout3、...、Nouti、...、Noutk，Nout1、Nout2、Nout3、...、Nouti、...、Noutk等频率间隔排布，其中，k表示下行输入光信号输入波长的个数，下行输入光信号的输入波长与下行输入光信号的输入波长依次经过的通道是一一对应的。
7.根据权利要求6所述的用于光传输信道调度的光分插复用器，其特征在于，下行输入光信号的输入波长λini与通道Nouti对应，当需要对输入波长λini进行阻断时，确定通道Nouti所对应的微环i，设置微环i正上方带隙聚焦光源的照射功率，利用带隙聚焦光源对微环i定向照射，通道Nouti的波长蓝移，偏离输入波长λini的波长范围，输入波长λini衰减直至阻断。
8.根据权利要求6所述的用于光传输信道调度的光分插复用器，其特征在于，下行输入光信号的输入波长λini与通道Nouti对应，当需要对输入波长λini进行阻断时，确定通道Nouti所对应的微环i，设置微环i正上方非带隙聚焦光源的照射功率，利用非带隙聚焦光源对微环i定向照射，通道Nouti的波长红移，偏离输入波长λini的波长范围，输入波长λini衰减直至阻断。
9.根据权利要求6所述的用于光传输信道调度的光分插复用器，其特征在于，下行输入光信号的输入波长λini与通道Nouti对应，当输入波长λini需要更换通道进行输出时，设更换至通道Noutj，确定通道Nouti所对应的微环i，设置微环i正上方带隙聚焦光源的照射功率，利用带隙聚焦光源对微环i定向照射，通道Nouti偏移至带外区域；确定通道Noutj所对应的微环j，设置微环j上方带隙聚焦光源的照射功率，利用带隙聚焦光源对微环j定向照射，使通道Noutj的波长蓝移至λini所对应的波长处，输入波长λini更换至通道Noutj输出。
10.根据权利要求3所述的用于光传输信道调度的光分插复用器，其特征在于，在需加载上行输入光信号时，热光开关实现下行输入光信号到上行输入光信号的光路切换的时间不超过100ms。
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