CN1153394C - 波分复用发射机和接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置和一种方法，用于波长选择发射，这一装置包括两个N×N MMI波导(10和20)，其中N≥2，2(N-1)个激光器(1和2)和N个Mach-Zehnder波导(31、32、33、34和35)。第一个N×N MMI波导(10)在第一端跟N-1个激光器(1)和一个自由接入波导(15)连接，在第二端跟长度互不相同的N个Mach-Zehnder波导(31、32、33、34和35)连接。所述自由接入波导(15)跟第一个MMI波导(10)第一端的最后一个端口(a15)连接。第二个N×N MMI波导(20)第二端跟所述N个Mach-Zehnder波导(31、32、33、34和35)，在第一端跟N-1个激光器(2)和一个自由接入波导(21)连接，其中N-1个Mach-Zehnder波导(31、32、33和34)包括一个调整部分(41、42、43和44)。所述自由接入波导(21)跟第二个MMI波导(20)第一端上的第一个端口(a21)连接。第一个到最后一个Mach-Zehnder波导(31、32、33、34和35)安排在第一个MMI波导第二端上的第一个到最后一个端口(b11、b12、b13、b14和b15)跟第二个MMI波导(20)第二端上最后一个到第一个端口(b25、b24、b23、b22和b21)之间。

Description

波分复用发射机和接收机
发明领域
总的来说，本发明涉及光网络里的一种方法和一种光装置，具体而言，涉及在光波长通道里进行可调谐光发送和接收的一种方法和一种装置。
发明背景
在现有技术领域里，人们都知道进一步提高已有光网络容量的许多不同方法。一种方法是用所谓的波分复用(波分复用)技术在光网络中的光纤上拓广可用带宽的使用范围。波长也可以在光网络中用作地址信息，即将其复用到许多通道上，然后在网络中独立地进行处理。
这要求有这样的部件，它们能够在多路复用/多路分用传输通道中工作，而这些通道落在不同的载波波长上。可能还需要改变给定发射机(激光器)的发射机波长。这样就可以使用波长选择发射机这样的部件。
能够进行波长选择发射或者波分复用接收的已知技术的缺点是它们常常非常复杂、相当昂贵以及很难使用。主要困难在于只用一个激光器在很宽的频率范围内进行调谐。
发明简述
所有不同的已知方法都可以用于提高光传输系统的容量。例如，在采用波长复用的情况下，在跟信息源连接的传输通道上，将不同载波波长进行多路复用和多路分离。这些多路复用和多路分离过程需要有光波长选择装置。为了改变给定发射机的发射波长，波长选择发射机这样的装置是必不可少的。
本发明的一个目的是减少波长选择发射机或者WDM(波分复用)接收机的复杂性和降低成本。
这是通过按照本发明用一个波长选择发射机来做到的，这个波长选择发射机包括两个N×N MMI(MMI为多模干扰的英文缩写)波导，其中N≥2；2(N-1)个激光器和N个Mach-Zehnder(马赫-策黑德尔)波导。第一个N×N MMI波导的第一端有N-1个激光器和一个自由接入波导，第二端有不同长度的N个Mach-Zehnder波导。这个自由接入波导跟第一个MMI波导第一端的最后一个端口连接。第二个N×N MMI波导在其第二端跟N个Mach-Zehnder波导连接，在其第一端跟N-1个激光器和一个接入波导连接，其中至少一个Mach-Zehnder波导可以包括至少一个调整部分。自由接入波导跟第二个MMI波导的第一个端口连接。第一个到最后一个Mach-Zehnder波导置于第一个MMI波导第二端的第一个到最后一个端口与第二个MMI波导第二端的最后一个到第一个端口之间。
在本发明中波长选择发射机的一个最佳实施方案里，跟第一个N×N MMI波导连接的所有N-1个激光器以不同的光波长发射信号，这些波长跟连接在第二个N×N MMI波导上的N-1个不同激光器发射的信号的波长相同。
在本发明中波长选择发射机的另一个最佳实施方案里，一个外部调制器与放在第一个和第二个MMI波导上的自由接入波导相连接。
在本发明的WDM接收机的第一个实施方案里，接收机包括两个N×N MMI波导，其中N≥2；两个接入波导作为输入波长通道；2(N-1)个接入波导用作输出波长通道；还包括长度互不相同的N个Mach-Zehnder波导。第一个N×N MMI波导的第一接入波导跟输入波长通道第一端的最后一个端口连接，这些波长通道拥有至少在一个波长通道上进行发射的装置，在第一个N×N MMI的第一端还有用作输出波导通道的N-1个接入波导，而在其第二端有N个Mach-Zehnder波导。第二个N×N MMI波导的第二端有所述N个Mach-Zehnder波导，在第一端有第二个接入波导被用作输入波长通道，跟第一端第一个端口连接，它跟传输至少一个波长通道的装置连接，还有N-1个接入波导，在第一端其余端口上用作输出波长通道。至少一个Mach-Zehnder波导可以包括至少一个调整部分。第一个到最后一个Mach-Zehnder波导放在第一个MMI波导第二端的第一个到最后一个端口与第二个MMI波导第二端的最后一个到第一个端口之间。
在本发明中WDM接收机的一个优选实施方案里，所述接收机包括发射机装置，它包括连接了至少一个激光器的一个多路复用器。
根据本发明中WDM接收机的另一个实施方案，通过第一个MMI波导传输的光的波长跟通过第二个MMI波导传输的光的波长不同。
根据本发明中WDM接收机的另一个优选实施方案，从第一个MMI波导发射至少一个波长的光，它跟从第二个MMI波导发射的光的至少一个波长相同。
在一种波长选择或者WDM发射方法里，将N-1个波长通道中的q个传输到N-1个接入波导中的q个，用作第一个N×N MMI波导第一端上的输入波导，其中N≥2，而且1≤q≤N-1，N-1个波长通道传输到N-1个接入波导，用作第二个N×N MMI波导第一端上的输入波长通道，其中N≥2。然后这些波长通道通过第一个和第二个N×N MMI波导。这些波长通道被激励进入到第一个和第二个N×NMMI波导第二端上长度互不相同的N个Mach-Zehnder波导。通过Mach-Zehnder波导上的至少一个调整部分，可以改变至少一个Mach-Zehnder波导的光波相位。然后所述波长通道被激励进入第一个和第二个N×N MMI波导的第二端，然后通过第一个和第二个N×NMMI波导传输，并在第一个接入波导上被激励出来，作为在第一个N×N MMI波导第一端上的输出波长通道，和在第二个接入波导被激励出来，作为在第二个N×N MMI波导第二端上的输出波长通道。
根据一个WDM接收方法，N-1个波长通道被传送到一个接入波导，用作置于第一个N×N MMI波导第一端上的输入波长通道，其中N≥2。N-1个波长通道传送到一个接入波导，用作置于第二个N×N MMI波导第一端上的波长通道，其中N≥2。这些波长通道通过第一个和第二个N×N MMI波导传输。这些波长通道通过第一个和第二个N×N MMI波导第二端上长度互不相同的N个Mach-Zehnder波导。这些波长通道的相位可以通过至少一个Mach-Zehnder波导中至少一个调整部分来改变。这些波长通道被激励到第一个和第二个N×N MMI波导的第二端。这些波长通道通过第一个和第二个N×N MMI波导，然后在第一接入波导上激励出来，作为第一个N×N MMI波导第二端上的输出波长通道和在N-1个接入波导上被激励出来，作为在第二个N×N MMI波导第二端上的波长通道。
本发明的目的是获得一种波长选择发射机模块或者接收机模块，它们成对工作，因而只需要调整其中的一个。
本发明的一个优点是这一方案只需要调整一个，能够在同样的波长上或者不同的波长上同时发射和接收载波信号。
下面将参考优选实施方案并引用附图，更加详细地介绍本发明。
附图简述
图1说明本发明中波长选择/WDM发射机或者WDM接收机的一个
实施方案。
图2说明本发明中一个波长选择发射机的另一个实施方案。
优选实施方案
图1说明本发明中一个波长选择发射机的一个实施方案。这个波长选择发射机包括第一个5×5 MMI波导10和第二个5×5 MMI波导20，每一个都包括四个不同载波频率的激光器的两个阵列激光器1和2，5个Mach-Zehnder波导31、32、33、34和35，以及4个调整部分41、42、43和44。激光阵列1分别通过四个接入波导11、12、13和14跟第一个MMI波导10第一端的第一个、第二个、第三个和第四个端口a11、a12、a13和a14连接。自由接入波导15跟端口a15连接，用于第一个MMI波导第一端的输出波长通道。在第一个MMI波导10的第二端，第一个长度的第一个Mach-Zehnder波导31跟端口b11连接，第二个长度的第二个Mach-Zehnder波导32跟端口b12连接，第三个长度的第三个Mach-Zehnder波导33跟端口b13连接，第四个长度的第四个Mach-Zehnder波导34跟端口b14连接，第五个长度的Mach-Zehnder波导35跟端口b15连接。四个Mach-Zehnder波导31、32、33和34包括相应的调整部分41、42、43和44。
有四个激光器的激光阵列2通过相应的接入波导22、23、24和25在MMI波导20的第一端跟第二个、第三个、第四个和第五个端口a22、a23、a24和a25连接。在第二个MMI波导20的第二端上，第一个Mach-Zehnder波导31跟端口b25连接，第二个Mach-Zehnder波导32跟端口b24连接，第三个Mach-Zehnder波导33跟端口b23连接，第四个Mach-Zehnder波导34跟端口b22连接，第五个Mach-Zehnder波导35跟端口b21连接。
可以看出，图1这种布局也可以用作一个WDM接收机。至少让一个波长通道被激励进入到第一个MMI波导10第一端的最后一个端口a15，和第二个MMI波导20第一端的第一个端口a21。在第一个和第二个MMI波导10和20第一端上的其余端口激励出波长通道，不同的端口有不同的波长通道。
在一个光波长选择发射机里，从激光器阵列1将光波长通道激励到第一个MMI波导10第一端端口a11、a12、a13和a14中的至少一个。从激光器阵列2让光波长通道激励进入到第二个MMI波导20第一端端口a22、a23、a24和a25中的至少一个。这些波长通道通过MMI波导，然后从跟第一个MMI波导10第二端对应的端口b11、b12、b13、b14和b15连接的5个Mach-Zehnder波导31、32、33、34和35被激励出来，进入第二个MMI波导20第二端的相应端口b21、b22、b23、b24和b25。每个Mach-Zehnder波导的长度都不相同。相对长度差决定了这一系统的通道间隔。在这一系统里，所谓的调整部分在5个Mach-Zehnder波导中的四个上，用于精确地调整中心频率。这一调整部分可以修正或者处理缺陷。有不同类型的调整元件。这些元件的基本特征是通过改变波导中的折射指数来影响光波长。折射指数可以用热-光元件改变，也就是说，折射指数可以用热来影响。一些波导也能用类似的方式影响，通过在波导上施加电场，也就是说，折射指数可以用电-光方式改变。例如，SiO2波导可以通过用紫外光照射调整部分来调整，永久性地改变折射指数。
这些波长通道通过Mach-Zehnder波导31、32、33、34和35，在图示情形中，通过调整5个所述Mach-Zehnder波导中的4个的调整部分会影响它们。然后这些波长通道分别在第二个和第一个MMI波导20和10第二端上被激励，然后通过这些MMI波导传输。然后这些波长通道从第一个MMI波导10第一端的第五个端口a15和第二个MMI波导20第一端的第一个端口a21被激励出来。
也可以使不是在第一个MMI波导端口a11、a12、a13或者a14中的至少一个，以及在第二个MMI波导的端口a22、a23、a24或者a25中的至少一个激励波长通道，而是可以让至少一个波长通道被激励进入两个端口a15和a21。这些波长通道通过第一个和第二个MMI波导10和20。然后让这些波长通道分别通过第一个和第二个MMI波导10和20第二端之间的Mach-Zehnder波导31、32、33、34和35激励出来。这些波长通道通过所述Mach-Zehnder波导31、32、33、34和35，并受到5个Mach-Zehnder波导中4个的调整部分41、42、43和44的影响。然后这些波长通道分别在第一个和第二个MMI波导10和20的第二端上被激励。这些波长通道通过所述MMI波导10和20，然后在第一个MMI波导10第一端的端口a11、a12、a13或者a14中的至少一个，以及第二个MMI波导20第一端的端口a22、a23、a24或者a25中的至少一个被激励出来。这样就可以说这一装置的功能相当于一个WDM接收机。
图2说明本发明中波长选择发射机的另一个实施方案。该波长选择发射机包括第一个55MMI波导10和第二个55MMI波导20，两个激光阵列1和2，5个Mach-Zehnder波导31、32、33、34和35，以及4个调整部分41、42、43和44。第一个MMI波导10第一端上的激光阵列1通过四个接入波导11、12、13和14跟第一、第二、第三和第四个端口a11、a12、a13和a14连接。一个外部调制器50通过一个接入波导15跟第一个MMI波导10第一端上的端口a15连接。在第一个MMI波导10的第二端，第一个长度的第一个Mach-Zehnder波导31跟端口b11连接，第二个长度的第二个Mach-Zehnder波导32跟端口b12连接，第三个长度的第三个Mach-Zehnder波导33跟端口b13连接，第四个长度的第四个Mach-Zehnder波导34跟端口b14连接，第五个长度的第五个Mach-Zehnder波导35跟端口b15连接。四个Mach-Zehnder波导31、32、33和34分别包括一个调整部分41、42、43和44。
第二个MMI波导20第一端上的一个激光阵列2通过四个接入波导22、23、24和25跟第二个、第三个、第四个和第五个端口a22、a23、a24和a25连接。第二个MMI波导20第一端上的一个外部调制器通过一个接入波导21跟端口a21连接。在第二个MMI波导20第二端上，第一个Mach-Zehnder波导31跟端口b25连接，第二个Mach-Zehnder波导32跟端口b24连接，第三个Mach-Zehnder波导33跟端口b23连接，第四个Mach-Zehnder波导34跟端口b22连接，第五个Mach-Zehnder波导35跟端口b21连接。
应当明白，本发明并不限于上述实施方案，可以对它们进行修改而不会偏离下面的权利要求给定的范围。

Claims (16)

1.一种波长选择发射机，包括两个N×N MMI波导(10和20)，其中N≥2，2(N-1)个激光器(1和2)和N个Mach-Zehnder波导(31、32、33、34和35)，其中，第一个N×N多模干扰波导(10)在第一端跟N-1个激光器(1)和一个自由接入波导(15)连接，在第二端跟长度互不相同的N个Mach-Zehnder波导(31、32、33、34和35)连接，其中的自由接入波导(15)在第一个多模干扰波导的第一端跟最后一个端口(a15)连接，其中第二个N×N多模干扰波导(20)在第二端跟所述N个Mach-Zehnder波导(31、32、33、34和35)连接，在第一端跟N-1个激光器(2)和一个自由接入波导(21)连接，其中的自由接入波导(21)在第二个多模干扰波导(20)第一端上的第一个端口(a21)连接，其中第一个到最后一个Mach-Zehnder波导(31、32、33、34和35)安排在第一个多模干扰波导(10)第二端的第一个到最后一个端口(b11、b12、b13、b14和b15)跟第二个多模干扰波导(20)第二端最后一个到第一个端口(b25、b24、b23、b22和b21)之间。
2.权利要求1的波长选择发射机，其特征在于至少一个Mach-Zehnder波导(31、32、33、34和35)有至少一个调整部分(41、42、43和44)。
3.权利要求2的波长选择发射机，其特征在于跟第一个N×N多模干扰波导(10)连接的所有N-1个激光器(1)都用互不相同的光波长发射，这些波长跟连接在第二个N×N多模干扰波导(20)上的N-1个不同激光器(2)发射的一样。
4.权利要求3的波长选择发射机，其特征在于一个外部调制器(50和60)跟第一个和第二个多模干扰波导之间的自由接入波导(15和21)连接。
5.权利要求4的波长选择发射机，其特征在于所述外部调制器(50和60)有一个光放大器。
6.一种波分复用接收机，包括两个N×N多模干扰波导(10和20)，其中N≥2，两个接入波导或者输入波长通道(15和21)，2(N-1)个接入波导用于通过波长通道(11、12、13和14)和N个长度互不相同的Mach-Zehnder波导(31、32、33、34和35)，其中第一个N×N多模干扰波导(10)有一个接入波导(15)，跟第一端上的最后一个端口(a15)连接，用于通过输入波长通道，包括在至少一个波长通道上发射信号的装置，N-1个接入波导(11、12、13和14)用于第二端上的输出波导和第二端上的所述N个Mach-Zehnder波导(31、32、33、34和35)，第二个N×N多模干扰波导(20)在第二端上有所述N个Mach-Zehnder波导(31、32、33、34和35)和一个接入波导(21)用作输入波长通道，在第一端上跟第一个端口(a21)连接，包括在至少一个波长通道上发射信号的装置，和至少N-1个接入波导(22、23、24和25)在第一端其余端口(a22、a23、a24和a25)上用作输出波长通道，其中第一个到最后一个Mach-Zehnder波导(31、32、33、34和35)安排在第一个多模干扰波导(10)第二端上第一个到最后一个端口(b11、b12、b13、b14和b15)，跟第二个多模干扰波导(20)第二端上最后一个到第一个端口(b25、b24、b23、b22和b21)之间。
7.权利要求6的波分复用接收机，其特征在于最后一个Mach-Zehnder波导(31、32、33、34和35)包括至少一个调整部分(41、42、43和44)。
8.权利要求7的波分复用接收机，其特征在于发射装置包括至少连接了一个激光器的一个多路复用器。
9.权利要求8的波分复用接收机，其特征在于第一个多模干扰波导(10)接收不是第二个多模干扰波导(20)接收的那些波长通道。
10.权利要求9的波分复用接收机，其特征在于第一个多模干扰接收机(10)接收至少一个波长通道，它跟第二个多模干扰波导(20)接收的至少一个波长通道相同。
11.权利要求9或者10的波分复用接收机，其特征在于一个外部调制器(50或者60)跟N-1个接入波导中的每一个连接，用于输出波长通道(11、12、13、14、22、23、24和35)。
12.权利要求11的波分复用接收机，其特征在于所述外部调制器(50和60)包括一个光放大器。
13.波长选择或者波分复用发射的一种方法，其特征在于
-将N-1个波长通道中的q个传输到N-1个接入波导中的q个，作为在第一个N×N多模干扰波导第一端上的输入波长通道，其中N≥2而且1≤q≤N-1；
-将N-1个波长通道中的q个传输到N-1个接入波导中的q个，用作在第二个N×N多模干扰波导第一端上的输入波长通道，其中N≥2而且1≤q≤N-1；
-所述波长通道通过第一个和第二个N×N多模干扰波导传输；
-将所述波长通道激励到第一个和第二个N×N多模干扰波导第二端上，长度互不相同的N个Mach-Zehnder波导上；
-将所述波长通道激励到第一个和第二个N×N多模干扰波导的第二端上；和
-将所述波长通道传输到第一个和第二个N×N多模干扰波导，然后在第一个接入波导上激励出所述波长通道，作为在第一个N×N多模干扰波导第二端上的输出波长通道，以及从第二个接入波导激励出所述波长通道，作为在第二个N×N多模干扰波导第二端上的输出波长通道。
14.权利要求13的方法，其特征在于通过安排在至少一个Mach-Zehnder波导上的至少一个调整部分改变波长通道的相位。
15.一种波分复用接收方法，其特征在于
-将N-1个波长通道传输到一个接入波导，作为第一个N×N多模干扰波导第一端上的输入波长通道，其中N≥2；
-将N-1个波长通道传输到一个接入波导，作为第二个N×N多模干扰波导第一端上的输入波长通道，其中N≥2；
-所述波长通道通过第一个和第二个N×N多模干扰波导传输；
-将所述波长通道激励到第一个和第二个N×N多模干扰波导第二端上长度不同的N个Mach-Zehnder波导上；
-将所述波长通道激励到第一个和第二个N×N多模干扰波导的第二端上；和
-将所述波长通道通过第一个和第二个N×N多模干扰波导传输，然后让所述波长通道在N-1个接入波导激励出来，作为第一个N×N多模干扰波导第二端上的输出波长通道，和在N-1个接入波导激励出来，作为第二个N×N多模干扰波导第二端上的输出波长通道。
16.权利要求15的方法，其特征在于在至少一个Mach-Zehnder波导上至少一个调整部分的帮助下，改变所述波长通道的相位。
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