CN1257417C - 波长色散补偿器和光传输装置 - Google Patents

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Abstract

从双芯准直器将从单模光纤输出的光输出为平行光，并输入到偏转棱镜。将从偏转棱镜输出的平行光垂直输入到线聚焦透镜的平面侧的大约一半的区域上，穿过该线聚焦透镜、VIPA元件和聚光透镜的大约一半区域，并照射在自由型表面反射镜上，以使其波长色散得到补偿。然后，该光穿过该聚光透镜、该VIPA元件、该线聚焦透镜和该偏转棱镜的剩余区域，并作为平行光输入到该双芯准直器，其中，来自单模光纤的光没有穿过该剩余区域。通过准直透镜会聚输入到该双芯准直器的该平行光，并将其输入到另一个单模光纤。

Description

波长色散补偿器和光传输装置
技术领域
本发明涉及一种光通信技术，更具体地说，涉及一种波长色散补偿技术，用于校正在光信号通过光纤传输时发生的波长色散，并用于将信号还原为原始光信号。
背景技术
对于上述技术，例如，有VIPA(虚成像相控阵(Virtually ImagedPhased Array))元件和波长色散补偿器，其中，该VIPA元件由美国专利NO.6028706的说明书公开，并通过在具有透光率的平行板的两侧涂覆反射膜来实现，该波长色散补偿器由日本专利公报NO.2001-305338公开，并使用通过组合具有不同折射率的多个层而形成的光色散补偿元件。
这里，参考图1A和1B来描述使用VIPA元件的传统波长色散补偿器的构造。图1A是显示传统波长色散补偿器的构造的透视图，而图1B是显示当从上方观察时，去掉了光学循环器11的图1A所示构造的俯视图。
在图1A和1B中，光学循环器11包括三个端口。输入到端口A的光从端口B输出，从端口B输入的光从端口C输出。
单模光纤12的一端连接到光学循环器11的端口B，而另一端设置在准直透镜13的焦点上。也就是说，从光学循环器11的端口B输出的光通过单模光纤12发射到准直透镜13，并且由准直透镜13会聚的光通过单模光纤12输入到光学循环器11的端口B。
准直透镜13将从单模光纤12输入的发散光转换为平行光，并将该平行光输入到线聚焦透镜14。或者，准直透镜13会聚从线聚焦透镜14输入的平行光，并将会聚光输入到单模光纤12。
线聚焦透镜14是平凸柱面透镜，并将从准直透镜13输入的平行光在VIPA元件15的平面上会聚为线性状态。或者，线聚焦透镜14将从VIPA元件15的平面上的线性线路发出的发散光转换为平行光，并将该平行光输入到准直透镜13。
将由线聚焦透镜14会聚为线性状态的光输入到第一平面之后，VIPA元件15使该光在VIPA元件15本身的内部多次反射，并从作为VIPA元件15的背面的第二平面输出一光束(为平行光)。然而，在VIPA元件15内部发生的多次反射的作用根据光的波长改变该光束的输出角(角度色散)。或者，如果根据波长以一定角度从VIPA元件15的第二平面侧输入具有不同波长的平行光束，则不论波长如何，都从VIPA元件15的第一平面上的线性线路发出均匀的发散光。
聚光透镜16会聚从VIPA元件15的第二平面输出的该光束，将该光束照射在自由型表面反射镜(free-form surface mirror)17上，并根据光的波长将由自由型表面反射镜17反射的光作为光束输入到VIPA元件15的第二平面上。可以通过输入角(即，从VIPA元件15输入到聚光透镜16的光束的波长)改变由聚光透镜16将该光束会聚到自由型表面反射镜17的表面上时的焦点的位置。
自由型表面反射镜17是将由聚光透镜16会聚的光反射到聚光透镜16上的反射镜。自由型表面反射镜17在其中心部分具有这样的形状：不论光的波长如何，都可以给出大致恒定的波长色散，该自由型表面反射镜还具有这样的形状：根据与VIPA元件15的角度色散的方向基本上垂直的方向(分别由图1A和1B中的箭头表示的方向)上的位置而逐渐给出不同的波长色散。因此，对自由型表面反射镜17进行定位，以获得波长色散的反向特性，以使其波长色散经过补偿的光从光学循环器11的端口C输出，其中，通过沿图1A和1B中的箭头所表示的方向移动自由型表面反射镜17而在输入到光学循环器11的端口A的光中产生该波长色散的反向特性。
如上所述构造使用VIPA元件的传统波长色散补偿器，并且将该传统波长色散补偿器实现为可变类型的波长色散补偿器，该可变类型的波长色散补偿器可以通过沿基本上垂直于VIPA元件15的角度色散方向的方向(分别由图1A和1B中的箭头表示的方向)移动自由型表面反射镜17的位置来提供不同的补偿特性。
例如，日本专利公报No.2002-258207公开了使用VIPA元件的这种波长色散补偿器的细节。
对于上述传统波长色散补偿器的构造，需要用于分离输入光和输出光的光学循环器11。因此，产生了光学循环器11的插入损失，并且光学循环器11的插入成为增加整个波长色散补偿器的成本的多个因素之一。另外，由于使用光学循环器11而将光的输入/输出方向限制在一个方向上。因此，例如，如果使用单个光纤进行双向通信，则必须为上游信号和下游信号分别提供一个电路作为波长色散补偿器，这导致很多麻烦。
日本专利公报No.2001-3053383也公开了一种波长色散补偿器，该色散补偿器使用通过组合具有不同折射率的多个层形成的光色散补偿元件，并需要光学循环器。因此，这种补偿器面临与上述相同的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波长色散补偿器，该波长色散补偿器不需要光学循环器。
作为本发明的一个优选实施例的一种波长色散补偿器，其包括：波长色散补偿单元，用于对作为输入平行光的信号光的波长色散特性进行补偿，并从不同于该信号光的输入路径的输出路径将该补偿后的信号光输出为平行光；准直单元，其包括至少两个光输入/输出路径，用于将从各光输入/输出路径输入的信号光转换为平行光，并输出该平行光；和光偏转单元，用于偏转被输入到所述准直单元所包含的第一光输入/输出路径并由所述准直单元转换为平行光的信号光的行进方向，并将该信号光输入到所述波长色散补偿单元，通过把该输入信号光被输入所述波长色散补偿单元的输入路径在与波长色散补偿过程中该输入信号光的色散方向垂直的方向偏移，使得该输入信号光被输入所述波长色散补偿单元的输入路径不同于该输入信号光被从所述波长色散补偿单元输出的输出路径，而波长色散补偿量不受该路径差异的影响，并且该光偏转单元还用于偏转作为从所述波长色散补偿单元输出的平行光并经过补偿的信号光的行进方向，将该经过补偿的信号光输入到所述准直单元，并使该经过补偿的信号光从所述准直单元所包含的第二光输入/输出路径输出。
这里，该光偏转单元可以是整体形成的偏转棱镜。
通过上述构造，在该波长色散补偿器内，进行波长色散特性补偿之前的信号光的路径和进行波长色散特性补偿之后的信号光的路径不同。因此，可以分离输入光和输出光，而不需要使用昂贵的光学循环器，这消除了由光学循环器引起的损失。
在根据本发明的上述波长色散补偿器中，该波长色散补偿单元可以包括：线聚焦透镜，用于将平行光会聚为线性状态；光学元件，如果输入光(通过将该光输入第一和第二反射膜并与来自该线聚焦透镜的光一起在该第一和第二反射膜之间多次反射而使其会聚为线性状态)，则该光学元件根据光的波长以不同输出角输出光；聚光透镜，用于会聚从该光学元件输出的光；和自由型表面反射镜，在该自由型表面反射镜上形成光反射表面，以在反射由该聚光透镜会聚的光时，根据该光的输入角对该光给出不同的波长色散。
该构造使用采用VIPA元件的上述波长色散补偿器作为波长色散补偿单元。
该构造还包括反射镜位置移动单元，用于移动上述自由型表面反射镜的位置，并且可以形成该自由型表面反射镜的反射表面，以使在通过该反射镜位置移动单元移动该自由型表面反射镜的位置时，改变波长色散，该波长色散在反射由上述聚光透镜会聚的光时给出。
通过该构造，可以提供一种波长色散补偿器，该波长色散补偿器可以改变输入信号光的波长色散的补偿特性。
此外，可以将根据本发明的上述波长色散补偿器构造为使得：如果从输出路径输入信号光(为平行光)，则上述波长色散补偿单元从输入路径将经上述补偿之后的该信号光输出为平行光；并且上述光偏转单元偏转该信号光的前进方向，该信号光为输入到由该准直单元包含的第二光输入/输出路径并由该准直单元转换为平行光的信号光，并将该信号光输入到该波长色散补偿单元的输出路径，并且上述光偏转单元还偏转补偿后的信号光(该补偿后的信号光为从该波长色散补偿单元的输入路径输出的平行光)的前进方向，将该补偿后的信号光输入到该准直单元，并使该补偿后的信号光从由该准直单元包含的第一光输入/输出路径输出。
通过这种构造，在通过单个光纤进行双向通信的情况下，可以仅采用一个电路作为波长色散补偿器对光的波长色散特性的进行双向补偿。
本发明还提供了一种光传输装置，该光传输装置具有波长色散补偿器，并通过光传输线路传输光信号，其中，该波长色散补偿器包括：波长色散补偿单元，用于对作为输入平行光的信号光的波长色散特性进行补偿，并从不同于该信号光的输入路径的输出路径将该补偿后的信号光输出为平行光；准直单元，其包括至少两个光输入/输出路径，用于将从各光输入/输出路径输入的信号光转换为平行光，并输出该平行光；和光偏转单元，用于偏转被输入到所述准直单元所包含的第一光输入/输出路径并由所述准直单元转换为平行光的信号光的行进方向，并将该信号光输入到所述波长色散补偿单元，通过把该输入信号光被输入所述波长色散补偿单元的输入路径在与波长色散补偿过程中该输入信号光的色散方向垂直的方向偏移，使得该输入信号光被输入所述波长色散补偿单元的输入路径不同于该输入信号光被从所述波长色散补偿单元输出的输出路径，而波长色散补偿量不受该路径差异的影响，并且该光偏转单元还用于偏转作为从所述波长色散补偿单元输出的平行光并经过补偿的信号光的行进方向，将经过补偿的该信号光输入到所述准直单元，并使经过补偿的该信号光从所述准直单元所包含的第二光输入/输出路径输出。
该光传输装置可以实现与根据本发明的波长色散补偿器相同的操作/效果。
附图说明
当参考附图时，通过以下的详细说明，本发明将会变得更加明了。
图1A是显示传统波长色散补偿器的构造的透视图；
图1B是显示当从上方观察时，去掉了光学循环器的图1所示波长色散补偿器的构造的俯视图；
图2A是显示实现本发明的波长色散补偿器的构造的透视图；
图2B是显示从上方观察时的图2A所示波长色散补偿器的构造的俯视图。
具体实施方式
下文中，将参考附图对根据本发明的优选实施例进行描述。
图2A和2B示出了实现本发明的波长色散补偿器的构造，并且是一种可变类型的波长色散补偿器，其通过使用VIPA元件对波长色散进行补偿。例如，将该波长色散补偿器用于一种光传输装置中，该光传输装置在光传输网络中通过诸如光纤等的光传输线路传输光信号。
图2A是显示该波长色散补偿器的构造的透视图，而图2B是显示从上方观察时的图2A所示构造的俯视图。
正如与图1A和1B进行比较而验证的，对于图2A和2B所示且实现本发明的波长色散补偿器来说，一个很大的不同之处在于从图1A和1B所示的传统构造中去掉了光学循环器11，取而代之以双芯准直器21和偏转棱镜22。
在图2A和2B中，将两个单模光纤12a和12b连接到双芯准直器21，并在双芯准直器21内例如分开1000μm平行设置。双芯准直器21使用包括在双芯准直器21内的准直透镜13将通过单模光纤12a或12b传输的光输出为平行光。这里，单模光纤12a的端部设置在从准直透镜13的焦点的位置沿垂直于光的前进方向的方向稍微移动的位置(图2B中从焦点的位置稍微上移的位置)上。因此，从准直透镜13输出的平行光沿稍微倾斜于准直透镜13的垂直方向的方向前进。
将偏转棱镜22设置在例如距离准直透镜13 700mm的位置上，偏转来自单模光纤12a的从双芯准直器21输出的光的前进方向，并将所偏转的平行光垂直输入到线聚焦透镜14的平坦平面侧大约一半的区域(图2B中的线聚焦透镜14的区域的下半部分)，该线聚焦透镜是平凸柱面透镜。
所有的线聚焦透镜14、VIPA元件15、聚光透镜16和自由型表面反射镜17都与图1A和1B中所示的传统波长色散补偿器中所使用的相同。
接下来将描述其中由图2A和2B中所示的构造来补偿光的波长色散的情形。
这里，通过单模光纤12a传输的光从双芯准直器21输出为平行光。如果将该平行光输入到偏转棱镜22，则从偏转棱镜22输出的平行光垂直输入到线聚焦透镜14的平坦表面侧的大约一半的区域。线聚焦透镜14将该平行光在约为VIPA元件15的第一平面的一半的区域(图2B中的VIPA元件15的第一平面上的区域的下半部分)中会聚为线性状态。
如上所述，输入到VIPA元件15的第一平面的光在VIPA元件15的内部多次反射，根据光的波长以不同的输出角从约为第二平面(为背面)的一半的区域(图2B中VIPA元件15的第二平面的区域的下半部分)输出，并输入到大约为聚光透镜16的一半的区域(图2B中聚光透镜16的区域的下半部分)。
聚光透镜16会聚输入光，并将该光照射在自由型表面反射镜17上。然后，在自由型表面反射镜17上反射该光，以使在该光中发生的波长色散得到补偿。然后，该光返回该区域的剩余部分(聚光透镜16的区域的上半部分)，来自单模光纤12a的光没有通过该剩余部分穿过聚光透镜16。
此后，穿过聚光透镜16的区域的剩余部分的光穿过VIPA元件15、线聚焦透镜14和偏转棱镜22的区域的剩余部分(图2B中VIPA元件15、线聚焦透镜14和偏转棱镜22的区域的上半部分)(其中，来自单模光纤12a的光没有穿过这些剩余部分)，并作为平行光输入到双芯准直器21。应当注意，此时将该平行光输入到双芯准直器21的角度为从准直透镜13的垂直方向稍微倾斜的方向。
此后，由准直透镜13会聚输入到双芯准直器21的该平行光，并将其输入到单模光纤12b，其中，单模光纤12b的端部设置在从准直透镜13的焦点位置沿垂直于光的前进方向的方向稍微移动的位置(图2B中从焦点位置稍微向下移动的位置)上。
如上所述，将通过单模光纤12a传输的光在对其波长色散特性进行补偿之后输入到单模光纤12b。结果，去掉了图1A和1B中所示的传统波长色散补偿器所必需的光学循环器11，由此，改善了由经过并返回光学循环器11总共两次的光所引起的大约1.0dB(大约0.5dB×2)的插入损失。
在该优选实施例中，通过整体形成的偏转棱镜22来进行来自单模光纤12a的光的前进方向的偏转以及用于将光从线聚焦透镜14输入到单模光纤12b的偏转。然而，也可以由形成为独立主体的偏转棱镜来进行这些偏转。或者，可以整体地形成偏转棱镜22和线聚焦透镜14。
同时，考虑到图2A和2B所示构造的输入和输出的对称性，明显可以得知，根据本发明的波长色散补偿器还可以补偿通过单模光纤12b传输的光的波长色散特性，并且可以将该光输出到单模光纤12a。即，该波长色散补偿器可以在通过单个光纤进行双向通信时仅采用一个电路对光的波长色散特性进行双向补偿。
如上详细描述的，根据本发明的波长色散补偿器被构造为包括：波长色散补偿单元，用于对信号光(为输入平行光)的波长色散特性进行补偿，并从不同于该信号光的输入路径的输出路径将该补偿后的信号光输出为平行光；准直单元，其包括至少两个光输入/输出路径，用于将从各光输入/输出路径输入的信号光转换为平行光，并输出该平行光；和光偏转单元，用于偏转信号光(该信号光被输入到该准直单元所包含的第一光输入/输出路径并由该准直单元转换为平行光)的前进方向，并将该信号光输入到波长色散补偿单元，并且该光偏转单元还用于偏转补偿后的信号光(该补偿后的信号光是从该波长色散补偿单元输出的平行光)的前进方向，将该补偿后的信号光输入到该准直单元，并使该补偿后的信号光从该准直单元所包含的第二光输入/输出路径输出，从而实现这样的效果：可以提供不需要昂贵的光学循环器的波长色散补偿器。

Claims (6)

1、一种波长色散补偿器，其包括：
波长色散补偿单元，用于对作为输入平行光的信号光的波长色散特性进行补偿，并从不同于该信号光的输入路径的输出路径将该补偿后的信号光输出为平行光；
准直单元，其包括至少两个光输入/输出路径，用于将从各光输入/输出路径输入的信号光转换为平行光，并输出该平行光；和
光偏转单元，用于偏转被输入到所述准直单元所包含的第一光输入/输出路径并由所述准直单元转换为平行光的信号光的行进方向，并将该信号光输入到所述波长色散补偿单元，通过把该输入信号光被输入所述波长色散补偿单元的输入路径在与波长色散补偿过程中该输入信号光的色散方向垂直的方向偏移，使得该输入信号光被输入所述波长色散补偿单元的输入路径不同于该输入信号光被从所述波长色散补偿单元输出的输出路径，而波长色散补偿量不受该路径差异的影响，并且该光偏转单元还用于偏转作为从所述波长色散补偿单元输出的平行光并经过补偿的信号光的行进方向，将该经过补偿的信号光输入到所述准直单元，并使该经过补偿的信号光从所述准直单元所包含的第二光输入/输出路径输出。
2、根据权利要求1所述的波长色散补偿器，其中，所述光偏转单元是整体形成的偏转棱镜。
3、根据权利要求1所述的波长色散补偿器，其中，
所述波长色散补偿单元包括：
线聚焦透镜，用于将平行光会聚为线性状态，
光学元件，如果输入光，则该光学元件根据光的波长以不同的输出角输出光，其中，所述输入的光已经通过输入到第一和第二反射膜并在该第一和第二反射膜之间与来自所述线聚焦透镜的光一起被多次反射而被会聚为线性状态，
聚光透镜，用于会聚从所述光学元件输出的光，和
自由型表面反射镜，其光反射表面被形成为在反射由所述聚光透镜会聚的光时，根据该光的输入角对该光给出不同的波长色散。
4、根据权利要求3所述的波长色散补偿器，还包括：
反射镜位置移动单元，用于移动所述自由型表面反射镜的位置，其中，
所述自由型表面反射镜的反射表面被形成为在通过所述反射镜位置移动单元移动所述自由型表面反射镜的位置时，在反射由所述聚光透镜会聚的光时给出的波长色散改变。
5、根据权利要求1所述的波长色散补偿器，其中：
当从输出路径输入作为平行光的信号光时，所述波长色散补偿单元从输入路径将该补偿后的信号光输出为平行光；并且
所述光偏转单元偏转被输入到所述准直单元所包含的第二光输入/输出路径并由所述准直单元转换为平行光的信号光的前进方向，并将该信号光输入到所述波长色散补偿单元的输出路径，并且所述光偏转单元还偏转作为从所述波长色散补偿单元的输入路径输出的平行光并经过补偿的信号光的前进方向，将经过补偿的该信号光输入到所述准直单元，并使经过补偿的该信号光从所述准直单元所包含的第一光输入/输出路径输出。
6、一种光传输装置，该光传输装置具有波长色散补偿器，并通过光传输线路传输光信号，其中，
该波长色散补偿器包括：
波长色散补偿单元，用于对作为输入平行光的信号光的波长色散特性进行补偿，并从不同于该信号光的输入路径的输出路径将该补偿后的信号光输出为平行光；
准直单元，其包括至少两个光输入/输出路径，用于将从各光输入/输出路径输入的信号光转换为平行光，并输出该平行光；和
光偏转单元，用于偏转被输入到所述准直单元所包含的第一光输入/输出路径并由所述准直单元转换为平行光的信号光的行进方向，并将该信号光输入到所述波长色散补偿单元，通过把该输入信号光被输入所述波长色散补偿单元的输入路径在与波长色散补偿过程中该输入信号光的色散方向垂直的方向偏移，使得该输入信号光被输入所述波长色散补偿单元的输入路径不同于该输入信号光被从所述波长色散补偿单元输出的输出路径，而波长色散补偿量不受该路径差异的影响，并且该光偏转单元还用于偏转作为从所述波长色散补偿单元输出的平行光并经过补偿的信号光的行进方向，将经过补偿的该信号光输入到所述准直单元，并使经过补偿的该信号光从所述准直单元所包含的第二光输入/输出路径输出。
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