CN1246627A

CN1246627A - 用于宽带密集波分复用系统的可扩缩的光学解复用装置

Info

Publication number: CN1246627A
Application number: CN99118073.9A
Authority: CN
Inventors: 林文华; 沈德明
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1999-08-25
Publication date: 2000-03-08
Also published as: JP2000115134A; EP0984580A2; CA2278817A1; US6782203B2; US20020012144A1

Abstract

一个光学解复用器装置实现了串扰的大大减小以及改进的可扩缩性,用于支持密集波分复用(DWDM)系统中的高信道数。该光学解复用器装置将所有的输入光信道分到单个的解复用器模块,在该单个的解复用器模块中解复用较小组的光信道,并且在该单个的解复用器模块处过滤单个的光信道。将所有的信道分为较小的解复用组并且后置过滤一个减少的数量的解复用光信道,从而减少了能够对总串扰水平有贡献的非相邻信道数。

Description

用于宽带密集波分复用系统的可扩缩的光学解复用装置

本发明通常涉及光波通讯网络并且尤其涉及用于宽带密集波分复用(DWDM)系统的光学解复用装置。

波分复用(WDM)通过复用很多不同波长的光信道作为一个复合信号在光纤中传送从而增加光波通讯系统的容量。目前，配置在通讯网络中的大多数WDM系统通常被认为是低容量系统，如4、8和16信道系统。最近，随着光学网络技术的进步，系统制造者现在正在考虑具有多达例如80信道的密集波分复用(DWDM)系统。在DWDM系统中用于增加信道数的一个技术是减小相邻信道间的信道间隔。例如，与常规的100Ghz的信道间隔相比，在DWDM系统中使用50Ghz的信道间隔可以容纳更多的信道。

光学解复用器通常用于WDM系统，以将一个多波长复合信号解复用到不同波长的单个光信道中。光学解复用器的一个例子是1991年3月26日发布到Dragone的美国专利No.5,002,350中所述的波导光栅路由器。通常，用于现有的WDM系统中的波导光栅路由器以及其它类型的光学解复用器不能很好地满足具有大量近间隔光信道的DWDM系统的技术要求。

在DWDM系统中，关于解复用信道的一些问题包括增加的串扰，较大的设备尺寸要求，较大的自由光谱区(FSR)，以及光信道中的随机功率发散。更确切地，在DWDM系统中总系统串扰作为信道数的函数增加。串扰的增加主要归因于来自非相邻信道的增加的串扰贡献。例如，在8信道系统的一个信道中的串扰是来自两个相邻信道和5个非相邻信道的串扰的函数。对照来说，在80信道系统的一个信道中的串扰是来自两个相邻信道和77个非相邻信道的串扰的函数。因此，增加的非相邻信道数将决定DWDM系统中的总串扰。

光学解复用器中的串扰对光信道间的功率发散也很敏感。通常，在较低容量的系统如8信道系统中的功率发散，比使用了增益平整设计的较高容量DWDM系统如80信道系统中的随机功率发散更容易补偿。DWDM系统中的光学解复用器要克服的另一个问题是需要较大的设备尺寸以提供额外的信道。目前，设备尺寸被当前的技术如滤波器等技术所限制。为了支持DWDM系统中的大量信道，光学解复用器也要求具有比现有的设备更大的自由光谱区(FSR)。

根据本发明的原理，在一个光学解复用器装置中实现了串扰的大大减小以及改进的可扩缩性，以支持密集波分复用(DWDM)系统中的高信道数。该光学解复用器装置将所有的输入光信道分到单独的解复用器模块，在该单独的解复用器模块中解复用较小组的光信道，并且在该单独的解复用器模块处过滤单个的光信道。将所有的信道分为较小的解复用组并且后置过滤一个减少的数量的解复用光信道，从而减少了能够对总串扰水平有贡献的非相邻信道数。因此，串扰比以前的装置有大大的减小。此外，光学解复用器装置的模块化导致与该解复用器模块相关的较小的设备脚印和较小的自由光谱区。这种模块化还允许将来的系统在不重新设计和不破坏现有服务的条件下升级。

在一个说明性的实施例中，该光学解复用器装置包括一个分路器或滤波器，用于将多波长输入光学信号导入至少两个解复用器模块中。每个解复用器模块可以是波导光栅路由器或其它合适的光学解复用器，将接收的多波长光学信号分到单个波长的信道。该单个波长的信道则提供给耦合到该解复用器模块的每个输出端的带通后置滤波器。在一个实施例中，一个单独的滤波器对应每个输出端。在另一个实施例中，一个滤波器可以耦合到多个输出端，以接收和过滤多于一个波长的信道。

结合附图考虑以下详细描述，可以对本发明的原理获得更完整的理解。附图用相同的参考数字表示相同的元件，其中：

图1显示一个典型的n信道光学解复用器装置；

图2是一个曲线图，说明在一个WDM系统中总串扰和信道数之间关系的一个例子；

图3A和3B显示根据本发明的原理的解复用器和滤波器模块的说明性实施例；

图4显示根据本发明的原理的可扩缩的光学解复用器装置的一个说明性实施例；

图5是一个曲线图，说明根据本发明的原理，在DWDM系统中串扰作为信道数的函数而减小；

图6是一个曲线图，说明根据本发明的原理，在光信道中串扰水平作为功率发散的函数的一个例子；

图7是根据本发明的原理处理的光信道的光谱的一个简单描述；

图8显示根据本发明的原理的可扩缩的光学解复用器装置的一个说明性实施例，显示来自其它自由光谱区的相应波长的滤波。

图1显示一个典型的n信道光学解复用器装置100，它接收一个复合多波长光学信号并且将该复合信号分到不同波长，例如，λ₁，λ₂，…λ_n-1，λ_n的单个的光信道。如前所述，现有技术的光学解复用器如波导光栅路由器不适合具有大量近间隔信道的宽带DWDM系统。

在图2中，在一个WDM系统中总串扰显示为信道数的函数。特别是，图2说明串扰如何典型地对具有高信道数的DWDM系统如80信道系统产生较大影响。应当注意到图2表示以下将详述的无光谱功率发散的理想情况。更确切地，图2显示总系统串扰作为信道数的函数的三条范例曲线，其中每条曲线都与一个具有不同信道串扰水平设计，如-30dB、-32dB和-34dB的解复用器相关。如图所示，总系统串扰随信道数的增加而增加。此外，总系统串扰随解复用器信道串扰水平的下降而迅速下降，这已由三条曲线间的分离随信道数的增加而增大这一事实所证明。这一结果归因于来自非相邻信道的串扰的增加的贡献。

图3A显示根据本发明的原理的解复用器模块和有关的带通后置滤波器模块的一个说明性实施例。更确切地，解复用器和滤波器部分300包括一个解复用器模块310和多个带通后置滤波器320，其中一个带通后置滤波器耦合到解复用器模块310的每个输出端。

如图所示，解复用器模块310接收一个复合多波长光学信号作为输入，并且将该复合信号解复用到它的组成光信道中，其中每个光信道都与一个特定的波长，如λ₁，λ₂，…λ_n-1，λ_n相关。各种类型的光学解复用器及其作用对于那些熟练的技术人员来说很熟悉，并且考虑将其用于本发明。例如，在这里作为参考的1991年3月26日发布到Dragone的美国专利No.5,002,350中所述的波导光栅路由器，可以用在本发明的一个示范性实施例中。解复用器模块310将单个的光信道提供给相应的带通后置滤波器320。对那些熟练的技术人员来说，选择合适的带通后置滤波器将是很显然的。例如，带通后置滤波器320可以是薄膜滤波器、透射光栅滤波器等等。如将详述，带通后置滤波器320耦合到解复用器模块310的每个输出端以减小来自相邻和非相邻信道的总串扰贡献，并且消除由与解复用器模块310有关的自由光谱区周期引起的干涉。

图3B显示根据本发明的原理的解复用器和滤波器模块的另一个说明性实施例。更确切地，解复用器和滤波器部分350包括解复用器模块310和多个带通后置滤波器330，其中每个带通后置滤波器330耦合到解复用器模块310的三个输出端，用于接收和过滤三个相应的光信道。解复用器和滤波器部分350的所有其它方面与前述的解复用器和滤波器部分300(图3A)类似。

应当注意到图3B所示的实施例仅仅是说明，而不是限制。例如，带通后置滤波器330可以设计为过滤少于三个或多于三个的光信道。通过使用过滤特定波长的多于一个的光信道的带通后置滤波器330，根据本发明的原理的光学解复用器装置可以考虑成本或其它性能而被适当地设计。例如，因为当每个带通后置滤波器仅占解复用器模块的一个输出端时，可以获得最佳串扰抑制，所以本实施例需要大量的带通后置滤波器。

图4显示根据本发明的原理的可扩缩的光学解复用器装置的一个说明性实施例。更确切地，光学解复用器装置400包括一个光学路由器375，用于在多个输出端之间分配波分复用光学信号。特别是，光学路由器设备375接收具有特定波长，这里表示为波长λ₁，λ₂，…λ_{n- 1}，λ_n、波长λ₁′，λ₂′，…λ_n-1′，λ_n′以及波长λ₁″，λ₂″，…λ_n-1″，λ_n″的光信道的多波长信号。光学路由器375包括耦合到相应解复用器和滤波器部分350-352的M个输出端。更确切地，光学路由器375的输出端耦合到解复用器模块310-312。解复用器模块310-312包括耦合到相应带通后置滤波器330-332的多个输出端。

在工作中，解复用器模块310-312将复合信号分到具有特定波长的组成的光信道。例如，解复用器310分割对应波长λ₁，λ₂，…λ_n-1，λ_n的光信道，解复用器311分割对应波长λ₁′，λ₂′，…λ_n-1′，λ_n′的光信道，解复用器312分割对应波长λ₁″，λ₂″，…λ_n-1″，λ_n″的光信道。带通后置滤波器330-332如前述图3B中的配置，由此每个后置滤波器330-332耦合到解复用器310-312的多个输出端。如图所示，与解复用器310相联的后置滤波器330耦合到解复用器310的三个输出端，用于接收和过滤由解复用器310提供的三个解复用的光信道。后置滤波器331-332以类似的模式工作。具有波长λ₁，λ₂，…λ_n-1，λ_n的单个光信道作为来自滤波器330的输出，具有波长λ₁′，λ₂′，…λ_n-1′，λ_n′的光信道作为来自滤波器331的输出，并且具有波长λ₁″，λ₂″，…λ_n-1″，λ_n″的光信道作为来自滤波器332的输出。

选择用于分配光学信号的合适的光学路由器设备375，对那些熟练的技术人员来说将是很显然的。例如，光学路由器设备375可以是一个M端功率分路器或M端WDM带滤波器，其中M对应输出端的总数，输出端用于耦合到解复用器模块350-352以及以后可以增加作为系统升级的一部分的解复用器模块(图中没有显示)。如果使用一个M端分路器或等效设备，带通后置滤波器能提供必要的“波长清理”，即，滤除多余的波长，以下将更详细地描述。此外，当使用一个M端分路器时，就不需要保护频带，而且结果可以获得一个连续的宽波段。或者，如果使用M端WDM带滤波器或等效设备，保护频带是否需要将基于带通滤波器技术。因此，宽波段是不连续的。

图4说明本发明的一个重要方面，即光学解复用器装置400的模块化和可扩缩性。特别是，光学解复用器装置400提供将来的系统升级，例如，增加解复用器模块和后置滤波器以提供额外的光信道，而不用重新设计和破坏现有的服务。因为DWDM系统的所有信道被分到几个解复用器模块中然后后置滤波，所以根据本发明的原理在光学解复用器装置中获得的低串扰水平与系统的增长无关。特别是，将所有信道分为较小的组以解复用和减少位于后置滤波器的带通内的信道数，减小了对串扰水平有贡献的非相邻信道数。例如，仅后置滤波器带宽内的信道决定串扰。并且，如将详述，如果解复用功能未分割，与大的自由光谱区相比，每个解复用器模块将有一个较小的自由光谱区以覆盖所有信道的一个子集。

光学解复用器装置的可扩缩性也是很重要的，因为单个的组件如单个的解复用器模块、后置滤波器组件等比在单个光学解复用器设备中的情况下能够更小且成本更低。例如，在单个光学解复用器中解复用80个信道所需的设备尺寸很大，目前的制造技术如硅光学台(即硅上二氧化硅)无法实现。

图5显示根据本发明的原理的总系统串扰与信道数的函数关系的三条范例曲线。两条曲线表明利用一个并入带通后置滤波器的光学解复用器装置可以减小总系统串扰。另一条曲线显示为了比较对于无带通后置滤波器的一个实施例给出了总系统串扰。N_ch表示耦合到带通后置滤波器的解复用器端口数以及因此被每个带通后置滤波器滤波的波长信道数。同样地，对应N_ch＝4的曲线表示，利用包括耦合到图3B和图4所示的多个解复用器端口的带通后置滤波器的一个光学解复用器装置，可以减小串扰水平，而对应N_ch＝1的曲线表示图3A所示的一比一滤波器实施。在图5所示的所有情况下，假定解复用器模块具有一个-30dB的信道串扰水平设计。

通常，带通后置滤波器的带宽BW_f的选择，不仅基于带通后置滤波器滤波的光信道数，而且基于实施所选定的带通滤波器技术。通常，滤波器带宽BW_f应满足Δf＜BW_f＜N_ch.Δf，其中，Δf表示DWDM系统中光信道之间的信道间隔，N_ch表示提供给带通后置滤波器的光信道数。

图5还说明根据本发明的原理的光学解复用器装置的另一个重要方面。特别是，图5说明总系统串扰与信道数增长，即增加DWDM系统中的信道数基本无关。如图所示，对于表示无滤波的曲线，总系统串扰类似于图2所示。但是，根据本发明的原理利用后置滤波获得的总系统串扰维持在一个相对恒定的水平。这个特点归因于由于根据本发明的原理进行分割以及的随后后置滤波，总系统串扰由较小的信道数，例如，仅后置滤波器通带内的信道数决定。因此，该特点允许系统增长而不用重新设计光学解复用器装置并且不用抛弃现有的设备或破坏现有的服务。

图6说明光信道之间功率发散对总系统串扰水平的影响。特别是，前面的讨论假定无功率发散或一个相对固定的功率发散曲线可以通过那些熟练的技术人员所熟知的技术补偿，例如采用增益平整滤波器和内嵌光学可变衰减器。实际上，串扰水平对于信道之间的功率发散很敏感。特别是，信道功率发散可以由几种因素引起，例如放大器增益平整度、散射损失、光纤损失等等，这些因素都不能完全补偿。功率发散对串扰水平的影响与信道功率发散的幅值和形状有关。此外，对于具有高信道数的DWDM系统，功率发散的影响更成问题。同样地，现有的光学解复用器并没有考虑这一点而作优化设计。

为了讨论，假定信道间的功率变化可以利用增益平整和衰减技术至少是部分补偿，并且假定任何未补偿的功率变化服从均匀或高斯随机分布。如果光学监控技术和光学可变衰减器技术可以用来将大规模DWDM系统中的功率发散校正到第一级，则未补偿的功率变化具有均匀的随机分布这一假设是合理的。

图6显示在根据本发明的原理的一个80信道DWDM系统中总系统串扰作为均匀随机分布的功率发散的函数。特别是，对应无滤波的曲线显示串扰水平随功率发散的增加而增加。相反，根据本发明的原理的后置滤波获得对信道间增加的功率发散较不敏感的较低的串扰水平，尤其是随机功率发散曲线存在的地方。此外，本发明的这个特点归因于，根据本发明的原理，一个较小的信道数，例如仅那些后置滤波器通带内的信道的分割以及随后的后置滤波。

根据本发明的另一方面，光学解复用器装置可以大大消除由与解复用器模块如波导光栅路由器有关的自由光谱区引起的干涉。特别是，因为所有信道被单个的解复用器模块分割和解复用，所以需要考虑与每个单个的解复用器模块有关的自由光谱区周期。例如，周期可以在解复用器模块的输出端产生干涉，例如，输出端可能既包括所需的波长信道，也包括一个整数的自由光谱区从所需的波长信道分割的波长信道。

更确切地，如图7所示，将所有信道分为较小组的信道使得解复用器310-311可以用较小的设备尺寸和较小的自由光谱区实现。但是，解复用器的较小的自由光谱区使得自由光谱区外的波长(例如，λ_i±mFSR，其中m为一整数且m≠0)路由到解复用器310和311的相同的输出端。换句话说，其它光栅级的波长将从每个解复用器的相同的输出端输出。例如，解复用器310的第一输出端将具有λ₁、λ₁±FSR、λ₁±2FSR等等。但是，后置滤波器320和321通过滤除多余的波长从而有效地消除了这种类型的干涉。如图所示，与解复用器310的第一输出端相联的后置滤波器320滤除了λ₁±FSR、λ₁±2FSR等等，使得仅剩下λ₁。

图8简要表示根据本发明的原理的后置滤波如何能够过滤解复用器的自由光谱区以外的波长。简要地说，“DEMUX#1以后的光谱”显示DEMUX#1的自由光谱区以外的波长如何能与DEMUX#1的自由光谱区以内的信道干涉。自由光谱区FSR1被显示延伸到DEMUX#1输入波段以外，因为仅有一部分自由光谱区表示可用带宽。如“后置滤波器的光谱”所示，对应DEMUX#1的后置滤波器被设计为过滤DEMUX#1的可用带宽以外的波长。因此，“DEMUX#1的输出光谱”仅包括那些来自DEMUX#1的输入光谱的所需的波长。同样的原理应用于DEMUX#2和DEMUX#3。FSR2A和FSR2B仅说明对于DEMUX#2的自由光谱区的两种可能的设计选择。

根据本发明的原理的后置滤波还提供了关于其它多余的波长，例如上述波长以外的波长的“光谱净化”。例如，与其它光信道一起提供给一个个别的解复用器的监督的波长信道(例如ITU中的1510nm)可以被后置滤波器滤除，只要该波长不在后置滤波器的通带之内。根据本发明的后置滤波方面的另一个好处，可以容易地实现波长校正并且承受温度变化而不需要温度控制。

总而言之，根据本发明的原理的光学解复用器装置为DWDM系统提供了一种模块化的并且可高度升级的解决方案，减小了总系统串扰，大大消除了由与波导光栅路由器解复用器有关的自由光谱区周期引起的干涉，并且采用了可用当前技术实现的较小的设备脚印。

可以理解上述的特殊的实施例仅为说明本发明的原理，熟练的技术人员可以在不偏离本发明的精神和范围的前提下进行各种改型。例如，根据本发明的原理的光学解复用器装置可以采用各种类型的光学解复用器作为解复用器模块以及采用各种类型的滤波器技术用于带通后置滤波器来实现。此外，在其它应用中，光学解复用器装置既可用于双向点到点DWDM系统，也可用于增加/删除应用。因此，本发明的范围仅由以下的权利要求书限定。

Claims

1.一种装置，用于解复用在至少一个第一波段具有多个光信道的一个波分复用的光学信号，该装置包括：

一个光学路由器，用于在多个输出端之间分配该波分复用的光学信号；

耦合到该多个输出端的对应一个端口的至少一个光学解复用器，该至少一个光学解复用器在该第一波段内分割该多个光信道；以及

耦合到该至少一个光学解复用器的选定输出端的多根光纤，每根光纤在该第一波段内可关于至少一个选定波长透射并且可关于其它波长反射，

由此，在基本不增加串扰的条件下，可以为在其它波段解复用额外的光信道而增加额外的光学解复用器和相联的光纤。

2.权利要求1所述的装置，其中该波分复用的光学信号在至少一个第二波段进一步包括多个光信道，该装置进一步包括：

耦合到该光学路由器的该多个端口的另一个端口的一个第二光学解复用器，其中该第二光学解复用器在该第二波段内分割该多个光信道；以及

耦合到该第二光学解复用器的选定输出端的多根光纤，与该第二光学解复用器相联的每根光纤可关于该第二波段内的至少一个选定波长透射并且可关于其它波长反射，

3.权利要求1所述的装置，其中该光学路由器包括一个M端光学分路器，这里M为对应输出端数的一个整数，其中该光学分路器的该M个输出端的每一个均能将该波分复用光学信号提供给一个对应的光学解复用器。

4.权利要求1所述的装置，其中该光学路由器包括一个M端滤波器，这里M为对应输出端数的一个整数，其中该M端滤波器的该M个输出端的每一个可关于一个选定波段的波长透射并且可关于其它波段内的其它波长反射，使得该M端滤波器的该M个输出端的每一个能将一个特定波段内的光信道提供给一个对应的光学解复用器。

5.权利要求1所述的装置，其中该至少一个光学解复用器包括一个波导光栅路由器。

6.权利要求1所述的装置，其中该多根光纤以一种一对一的对应关系耦合到该至少一个光学解复用器的该选定输出端，使得每根光纤关于一个波长可透射并且关于所有其它波长可反射。

7.权利要求1所述的装置，其中该多根光纤耦合到该至少一个光学解复用器的一个预定数量的该选定输出端，并且其中每根光纤关于一个预定数量的波长可透射并且关于其它波长可反射。

8.权利要求7所述的装置，其中该预定的选定输出端数以及该预定的波长数为三。

9.权利要求7所述的装置，其中该预定的选定输出端数以及该预定的波长数为四。

10.权利要求1所述的装置，其中该多个光学滤波器包括选自薄膜滤波器和透射光栅滤波器的滤波器。

11.权利要求1所述的装置，其中该装置在不破坏现有服务的条件下可扩缩以在该其它波段提供该额外的光信道。

12.权利要求1所述的装置，其中一个特定波段内对于一个给定光信道的串扰是该特定波段内来自相邻信道和非相邻信道的串扰贡献的函数，其中该装置通过过滤该特定波段内的该多个光信道的仅一个子集大大减小了来自该非相邻信道的串扰贡献。

13.权利要求1所述的装置，其中该至少一个光学解复用器具有一个对应的自由光谱区，由此具有该至少一个光学解复用器的该自由光谱区以外的波长的光信道能够由于自由光谱区周期而与具有该至少一个光学解复用器的该自由光谱区内的波长的光信道干涉，与该至少一个光学解复用器相联的该多根光纤通过滤除该至少一个光学解复用器的该自由光谱区以外的波长能够减小干涉。

14.权利要求1所述的装置，其中对于每个光学滤波器的滤波器带宽的选择是要过滤的光信道数和光信道间信道间隔的函数。

15.一种解复用具有不同波长的多个光信道的一个复合多波长光学信号的方法，该方法包括以下步骤：

将多个光信道分成多个波段：

在该多个波段的每个内独立地解复用该多个光信道；以及

过滤该解复用的光信道的每一个。