CN1266315A - 波分多路复用器 - Google Patents

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Abstract

一种可扩展多路复用器,用于向光通讯系统中的每个光纤增加附加信道,该多路复用器包括波长多路复用器,该波长多路复用器包括至少两个多路复用器输入端,用于把多个输入波长混合到至少一个多路复用器输出端上,和至少一个波长滤光器,该滤光器包括至少两个滤光器输入端,用于把至少两个选择波长混合到、耦合到多路复用器输入端之一的至少一个滤光器输出端上。

Description

波分多路复用器
本发明一般涉及用于光通讯系统的波分多路复用器，特别地，涉及用于存取网络的可扩展的波分多路复用器(WDM)。
光通讯系统利用光信号在光波导介质中传送信息，在通讯系统中是众所周知的，这样的光系统包括远程通讯系统、有线电视系统，局域网，但不仅局限于这些。
随着宽带通讯服务需求的增加，增加目前波导介质的容量成为必须。一种方法是波分多路复用，它采用多路光信道，每个信道被赋予特定的信道波长。信道通过单个波导产生、多路复用和传输，而后被多路分解以便路由编发每个信道波长到指定的接收器。
传统的宽带系统可以被设计成两种方式之一。一般的结构在图1中给出。如图所示，典型系统包括许多窄带可调的激光器，如DBR激光器，这些激光器位于中心站1中，在这里，数据、TV、声音信号等被调制到预定的波长。混合的波长被馈入反馈光纤2。在远端，每个波长被WDM多路分解器元件3分配给与特定波长相关联的分布光纤，并提供给相应的用户。传统密集WDM/多路分解器可支持多达20～30个波长。
按照一种配置，每个用户被预赋予特定的波长，而且所有关于此用户的数据都馈入那个波长。在这种情况下，设置与每个接收器相关的波长滤光器以便于每个用户只接收调制到它的波长的信息。依据另一种配置，不同的服务被赋予特定的波长。如果在远端节提供一个WDM元件，在光网络单元(ONU)就不需要滤波元件。在另一方面，如果在远端节提供一个无源分光器，在ONU端，传递到用户和特定服务或各种服务的所有波长能够被可调的或无源滤光器区分开。或者，依据它们的波长可提供不同的服务组。在这种情况下，在每一个组中的不同的服务可以被混合并调制到一个波长上去。
然而，已知的WDM系统通常包括多路复用器和多路分解器单元，它们只允许在光学系统中使用一定数目的光信道。为了扩展这样的系统以便包括附加光信道或波长，以便于增加更多的用户或服务，必须增加额外的多路复用器和相应的多路分解器到本系统，那是很昂贵的。
Alexander等人在美国专利第5,557,439号中提出了一个解决该问题的方法。该专利提出一种可扩展的波分多路复用光通讯系统，包括一个具有N+x个输入的光学多路复用器模块，这里N是有源激光器和相应的光信道的数目，x是无源激光器耦合的辅助输入端口的数目。如果需要附加的信道，可以具有相应于还未用的光信道的新有源激光器耦合到辅助的输入端口之一。然而当需要较少信道时，这样的系统在启动时包括的信道比需要的多，造成信道的浪费和高成本。
存取网络与其它的宽带系统的区别在于：将数据从用户传输到中心站(上游)所需要的带宽比下游传输(即从中心站到用户)所需要的带宽的不同或者更少。通过它们指定的波长可提供不同的服务。在这种情况下，用于下游传输所要求的波长信道数目比上游传输的要来得少，每个用户被赋予其特定的波长。这样对于存取系统，提供一种灵活的方式按照要求增加附加的波长是很重要的
目前，为了实现信道多路分解，在WDM系统中采用整体或集成的基于光栅的多路分解器。这些器件能够支持至少20～32个波长。然而，此器件是很昂贵的，每个波长信道的价格在USD700～USD1,500范围内。对基于WDM技术的传输网络来讲，这个因素不是重要的，因为WDM的主要优点是通过每个光纤提供更大的容量。另一方面，在存取系统中，WDM的优点是服务集中，服务提供者，在单一网络上的不同的协议，以及提供附加容量。显然只根据要求增加多个波长十分重要，以便减少投资和实现一个线性网络转出，其中当增加更多的服务(波长)、服务提供者等时，通过每次增加相同的单元网络逐渐变化。
为了增加信息或撤销信号，增加和撤销滤光器是公知的。在现代WDM系统中，增加和撤销滤光器是基于光的，而且在不同波长上的信号可以增加或撤销。作为一个光增加和撤销滤光器的例子包括沿它们的长度方向上在连接在两点的一对光纤，和一对具有相同谐振波长的相同的布拉格(Bragg)光栅，每个布拉格光栅放置在位于两个连接点之间的每个光纤上。现在这些系统用来允许多个远端节和中心站之间的通讯，而互不干扰。在这样的系统中，每个远端节使用它自身特定的波长进行接收和传送，接收和传送的波长可以相同或不同。所有远端节的数据通过光纤传播，每个都使用自己的波长。当特定位置的波长上的数据被接收到以后，它的第一个布拉格光栅反射这个波长(它被撤销)，远端节接收输出。当远端节要发送信息时，它的数据重载到相同的波长上，而且通过第二个布拉格光栅加到系统上去。
已知这样的系统，通过单个光纤在两个方向上传送数据。为了允许这样传送两个信号而互不干扰，在光纤内部形成一个回路，而且沿光纤在两点之间插入一个所谓的光纤回转器。在一个方向传播的信号直接地通过回转器，而沿相反方向传播的信号被沿着回路转向。
因此，很久以来需要一种相对低廉的可扩展的多路复用器，而且特别希望这样的多路复用器可以模块方式扩展几次，特别是用于存取网络中。
依据本发明，提供了一种用于在光通讯系统中增加每个光纤的附加信道的可扩的多路复用器，该多路复用器包括一个波长多路复用器，该波长多路复用器包括至少两个用于混合多个输入波长到至少一个多路复用器输出端的多路复用器输入端，以及至少一个波长滤光器，该滤光器包括至少两个用于混合至少两个选择波长到至少一个滤光器输出端的滤光器输入端，所述至少一个滤光器输出端耦合到多路复用器输入端口之一。
依据本发明的一个实施例，波长多路复用器包括一个具有预定的自由空间域的阵列波导光栅(AWG)多路复用器/多路分解器和至少一个波长滤光器，该波长滤光器包括一个位于AWG多路复用器第一输入端的窄带波分多路复用(WDM)滤光器，用于耦合被自由空间域分离的波长进入AWG多路复用器。
依据本发明的另一个实施例，波长多路复用器包括至少一个增加和撤销多路复用器，它包括耦合在两点的两个光纤，而且第一个波长光纤包括一对在同一波长谐振的相同的布拉格光栅谐振器，用于增加和撤销特定波长，每个布拉格光栅放置在位于两点之间的增加和撤销复用器的一个光纤上。
依据本发明，进一步提供了一种光通讯系统，包括第一可扩的多路复用器，它包括第一波长多路复用器，该第一波长多路复用器包括至少两个用于混合多个输入波长到至少一个多路复用器输出端的多路复用器输入端，以及至少一个波长滤光器，它包括至少两个用于混合至少两个选择波长到至少一个滤光器输出端的滤光器输入端，所述至少一个滤光器输出端被耦合到多路复用器输入端之一；和第二可扩的多路复用器，用于把光纤通讯耦合到第一可扩展的复用器，第二可扩的多路复用器包括第二波长复用器，它包括至少一个用于分离多个输出波长到至少两个多路复用器输出端的多路复用器输入端，以及至少一个波长滤光器，它包括一个用于分离至少两个来自多路复用器输出端之一的选择波长到至少两个滤光器输出端的滤光器输入端。
根据本发明还提供了一种扩展光通讯系统的方法，包括如下步骤：光学耦合如上所述第一和第二可扩展多路复用器，用于在至少一个光纤上在多个波长上光通讯，以及附加至少一个波长滤光器，用于把至少一个附加波长混合到第一可扩展多路复用器的输入端上，和至少一个波长滤光器上，用于把至少一个附加波长从第二可扩展多路复用器的输出端分离出来。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
图1是传统宽波段系统的典型WDM结构的示意图；
图2是传统阵列波导多路复用器的功能的示意图；
图3是根据本发明的一个实施例构造和工作的可扩展多路复用器的示意图；
图4是包括两个如图3所示的可扩展多路复用器的光纤网络的示意图；
图5是根据本发明的变换实施例构造和工作的可扩展多路复用器的示意图；
图6是包括如图5所示的可扩展多路复用器的通讯网络的一个实施例的示意图；以及
图7是根据本发明的通讯网络的另一实施例的示意图。
本发明涉及用于光通讯系统尤其是接入系统的可扩展多路复用器/多路分解器。可扩展多路复用器/多路分解器基于使用用于混合和分离输入波长的波长多路复用器和至少一个波长滤光器，用于把至少两个选择波长混合或分离到波长多路复用器的一个输入/输出端。当希望扩展多路复用器时，可以向波长多路复用器增加附加波长滤光器，一次一个，以便允许使用附加信道而不替换已有系统。将能够理解每个多路复用器也是多路分解器，而且根据信号的传输方向每个滤光器混合和分离波长。因此，为了描述方便，将描述本发明的关于带有耦合到多路复用器输入端的混合滤光器的多路复用器，虽然同一混合也作为带有按镜像方向耦合至多路分解器输出端的分光滤光器的多路分解器。
根据本发明的一个实施例，波长多路复用器包括传统的阵列波导光栅(AWG)多路复用/多路分解器。AWG多路复用器的性能之一是周期性，即由多路复用器的自由空间域从低波长分离出的高波长包围并叠加在低端，如图2所示，而不是如同在其它传统多路复用器中一样被撤销和丢失。
可以看到，在四信道AWG4中，前四个波长中的每一个被提供给四个信道5、6、7、8之一。当增加由多路复用器的自由空间域从第一波长分离出的第五个波长时，它被叠加在第一信道5上；当增加由多路复用器的自由空间域从第二波长分离出的第六个波长时，它被叠加在第二信道6上。可以叠加在传统AWG多路复用器的每个信道中的波长数目取决于自由空间域。当系统中包括放大器时，范围限制在40nm，所以每个信道上可以叠加5或6个信道。没有放大器，则没有这种限制。
目前，这种能力只是用于提高通过AWG多路复用器传输的原始信号的强度。换句话说，第五波长包括与第一波长相同的信号，使得每个信号的能量提高了。
现在参考图3，示出了根据本发明的一个实施例构造和工作并包括AWG WDM 10的可扩展多路复用器的示意图，这里描述为四信道AWG WDM。AWG WDM 10可以是任何传统的AWG WDM，诸如那些可以作为商品从NEL，Japan，和Photonic IntegrationResearch，Inc.，USA买到的AWG WDM。
利用窄波段WDM滤光器12混合到单个滤光器输出端13上，可选择数目的波长携带不同的信号，每个在它自身的滤光器输入端11上，用于引入AWG WDM的单个多路复用器输入端15，这里是第一I/O端口，用于多路复用到多路复用器输出端17。在这里描述的本发明最简单实施例中，利用用于混合或分离两个波长的窄波段滤光器。因此，四信道AWG能够携带多达八个波长。或者，可以使用用于四个波长或任何其它选择数目波长的窄波段滤光器。窄波段WDM滤光器12是传统的窄波段分光器，例如那些可以作为商品从PhotonicIntegration Research，Inc.，USA和DiCon Fiberoptics，Inc.，USA买到的窄波段分光器，波长间隔等于λ1和λ2之间的差，自由空间域等于λ1和λ5之间的差。
当希望通过另一波长向网络传输信号时，增加第二窄波段WDM滤光器14。在图3所示的实施例中，窄波段WDM滤光器14也具有两个波长分光器，而且负责把波长λ2和λ6混合到AWG WDM 10的第二输入端。
现在参考图4，示出了形成光通讯系统的一部分并包括两个如图3所示的可扩展多路复用器的光纤网络的示意图。中心站包括与图3所示的基本上相同的可扩展多路复用器20。在可扩展多路复用器20中，指定给不同用户的信号被调制到它们的分配波长上并通过AWGWDM 22多路复用到共享光纤上。当需要多个波长时，增加一个或多个窄波段WDM滤光器24，以便把附加波长混合到定义端口上。
在用户端，提供第二可扩展多路复用器30，这里作为多路分解器。多路分解器30包括AWG WDM 32和必要数目的窄波段WDM滤光器34，位于AWG WDM 32的各个输出端，每个对应于中心站的窄波段滤光器24。AWG WDM 32分离信号和窄波段WDM滤光器24分离那些混合到同一AWG WDM输出端上的信号。然后信号被分配给每个用户(或用户组)。每个用户只接收它的指定波长，从而保守秘密。只有当利用用户组方案时才在光学网络单元中需要波长滤光器。
当需要八个以上波长时，最好给系统增加第二AWG WDM。这样允许如已经建立的那样继续使用网络，而不需要拆卸任何元件。或者，可以去掉两个波长窄波段WDM滤光器之一，并用一个能够把更多数目波长混合到单个输出信号上的窄波段WDM滤光器替换。
现在参考图5，示出了根据本发明变换实施例构造和工作的可扩展多路复用器的示意图。该实施例的可扩展多路复用器包括至少一个增加和撤销多路复用器40。增加和撤销多路复用器40包括耦合在两点42的两个光纤44、46，以及波长滤光器，该波长滤光器包括一对在同一波长谐振的相同布拉格光栅48，每个位于一个光纤44或46中。本发明的该实施例的一个特征是基本单元是用于单个波长的增加或撤销多路复用器。任何数目的波长λ1、λ2、λ3、...λR可以输入到多路复用器42。一个波长λR将被布拉格光栅滤光器48反射并被撤销，以便第一用户接收。其余波长λ1、λ2、λ3、...将通过滤光器48和光纤44传输。当第一用户想要传输数据时，它可以把它加在光纤46上的波长λR，它将与其余波长一起被滤光器48反射到光纤44。
当要增加第二用户时，只需要增加另一个增加和撤销多路复用器50，如图6所示。增加和撤销多路复用器50也是包括一对相同布拉格光栅58的波长滤光器，所述两个布拉格光栅58在同一个与布拉格光栅48的不同的波长λ2谐振。一个光纤44，增加和撤销多路复用器40的输入端，例如通过熔融切片，耦合至光纤56，增加和撤销多路复用器50的输出端。增加和撤销多路复用器50的光纤56作为增加第二波长λ2的增加光纤。增加和撤销多路复用器50的光纤54作为第二波长λ2的撤销光纤。本发明该实施例的特征是即使当增加另一用户和波长时，位于多路复用器40上游端的增加多路复用器50允许连续使用多路复用器40，而不间断。
该实施例的操作与参考图5所述的基本相同。来自网络的数据被输入到系统第一波长λ1和第二波长λ2，这里作为多路复用器。波长λ2被从多路复用器50反射和撤销并被撤销光纤54上的第二用户接收。第二用户可以通过把数据增加在增加光纤56的同一波长λ2上来传输它的数据。该数据通过第一增加和撤销多路复用器40到达其目的地。
第一用户的数据通过第二增加和撤销多路复用器50，并被输入到第一增加和撤销多路复用器40。波长λ1被从多路复用器40反射和撤销到撤销光纤46上，并被第一用户接收。第一用户可以通过把它的数据增加在增加光纤44上的同一波长λ1上传输它的数据。
以相同方式，可以快速而且容易地向通讯网络增加用户数目，每个用户具有它自己的波长以便秘密和可靠传输。用户数目由插入损失限制。当包括光学放大器时，在单个这样的通讯系统中大约可以使用32个波长。
可以理解该实施例允许在系统与网络之间通过单个光纤在两个方向上通讯。沿着与指定方向相反的方向传播的信号只是使得多路复用器作为多路分解器，增加光纤变为撤销光纤，而撤销光纤变为相应的增加光纤。
然而，当该通讯系统设置成回路时，对于多余信息是合乎需要的，则只允许在一个围绕回路的方向上通讯。因此，在传统回路通讯系统中，需要利用两个回路，一个用于顺流，一个用于逆流。然而，根据本发明，能够允许通过单个回路在回路系统中在顺流和逆流两个方向上通讯。这可以通过如下方式实现，即如图7所示，在回路中的光纤之间耦合光纤回转器54，从而在一个方向上传输数据，并转换为在另一个方向上传输的数据。在这种情况下，如果沿着回路某处光纤出现问题，所有通讯可以沿着其它方向进行，而不间断服务。
应该理解本发明并不限于上面仅是举例所描述的。本发明仅由其保护范围所限定。

Claims (16)

1.一种可扩展多路复用器，用于在光通讯系统中增加单光纤增加信道，该多路复用器包括：
波长多路复用器，包括至少两个用于把多个输入波长混合至至少一个多路复用器输出端的至少两个多路复用器输入端；以及
至少一个波长分光器，包括至少两个分光器输入端，用于把至少两个选择波长混合到至少一个耦合至所述多路复用器输入端上的输出端上。
2.如权利要求1所述的可扩展多路复用器，其特征在于，
所述波长多路复用器包括具有预定义自由空间域的阵列波导光栅(AWG)多路复用器/多路分解器；以及
所述至少一个波长滤光器包括位于所述AWG多路复用器第一输入端的窄波段波分多路复用器(WDM)滤光器，用于耦合被所述自由空间域分离的波长进入所述AWG多路复用器。
3.如权利要求2所述的可扩展多路复用器，其特征在于，所述波长多路复用器是四信道多路复用器，并进一步包括一至三个附加窄波段波分多路复用滤光器，每个耦合至所述AWG多路复用器的不同多路复用器输入端，每个用于耦合由所述自由空间域分离的两个波长进入所述端口。
4.如权利要求1所述的可扩展多路复用器，其特征在于，
所述波长多路复用器包括至少一个含有在两点耦合的两个光纤的增加和撤销多路复用器；而且
所述第一波长滤光器包括一对在独特的同一波长谐振的相同布拉格光栅，每个所述布拉格光栅设置在位于所述两点之间的所述增加和撤销多路复用器的一个光纤上，用于增加和撤销所述独特的波长。
5.一种通讯系统，包括：
第一可扩展多路复用器，包括
第一波长多路复用器，包括至少两个用于把多个输入波长混合至至少一个多路复用器输出端的至少两个多路复用器输入端；以及
至少一个波长滤光器，包括至少两个滤光器输入端，用于把至少两个选择波长混合到至少一个滤光器输出端，耦合至所述一个多路复用器输入端口；以及
耦合的第二可扩展多路复用器，用于向所述第一可扩展多路复用器光纤通讯，包括
第二波长多路复用器，包括至少一个多路复用器输入端，用于把多个输出波长分离到至少两个多路复用器输出端上；以及
至少一个波长滤光器，包括滤光器输入端，用于从所述多路复用器输出端之一分离至少两个选择波长到至少两个滤光器输出端上。
6.如权利要求5所述的通讯系统，其特征在于，
所述第一波长多路复用器包括具有预定义自由空间域的阵列波导光栅(AWG)多路复用器/多路分解器；
所述第一可扩展多路分解器中的所述至少一个波长滤光器包括窄波段波分多路复用器(WDM)滤光器，位于所述第一AWG多路分解器的第一输入端，用于把由所述自由空间域分离的波长耦合进入所述第一AWG多路复用器；
所述第二波长多路复用器，包括具有所述预定义自由空间域的阵列波导光栅(AWG)多路复用器/多路分解器；以及
所述第二可扩展多路分解器中的所述至少一个波长滤光器，包括窄波段波分多路复用(WDM)滤光器，位于所述第二AWG多路复用器的第一输出端，用于分离波长离开所述第二AWG多路复用器。
7.如权利要求6所述的通讯系统，进一步包括：
总共三个耦合至所述第一AWG多路复用器的不同输入端的波长滤光器，每个用于把由所述自由空间域的两个波长混合至所述第一AWG多路复用器的不同输入端；和
总共三个位于所述第二AWG多路复用器的波长滤光器，每个用于分离两个对应于所述混合波长的波长，离开第二AWG多路复用器的所述不同输出端。
8.如权利要求5所述的通讯系统，其特征在于，
所述第一波长多路复用器包括第一增加和撤销多路复用器，包括两个在两点耦合的光纤，而且所述第一波长滤光器包括一对在第一独特的同一波长谐振的相同布拉格光栅，每个所述布拉格光栅设置在位于所述两点之间的所述增加和撤销多路复用器的一个光纤上，用于增加或撤销所述独特的波长；以及
所述第二波长多路复用器包括第二增加和撤销多路复用器，包括两个在两点耦合的光纤，而且所述第二波长滤光器包括一对在第二独特的同一波长谐振的相同布拉格光栅，每个所述布拉格光栅设置在位于所述两点之间的所述增加和撤销多路复用器的一个光纤上，用于增加和撤销所述第二独特的波长；
所述第一波长多路复用器耦合至所述第二波长多路复用器上。
9.如权利要求8所述的通讯系统，其中所述可扩展多路复用器包括多个彼此耦合的增加和撤销多路复用器，每个所述增加和撤销多路复用器包括耦合在两点的光纤，而且相关波长滤光器包括一对在独特的同一波长谐振的相同布拉格光栅，用于增加或撤销所述独特的波长，每个所述布拉格光栅设置在位于所述两点之间的所述增加和撤销多路复用器的一个光纤上。
10.如权利要求9所述的通讯系统，进一步包括用于耦合回路中的所述多路复用器输入端和所述多路复用器输出端上的光纤回转器。
11.一种用于扩展光通讯系统的方法，该方法包括如下步骤：
光学耦合第一和第二可扩展多路复用器，根据权利要求1～4任何一项所述，用于通过至少一个光纤上在多个波长光通讯；以及
增加至少一个波长滤光器，用于混合至少一个附加波长到所述第一可扩展多路复用器的一个输入端上，和至少一个波长滤光器，用于从所述第二可扩展多路复用器的输出端上分离出所述至少一个附加波长。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一和第二可扩展多路复用器每个包括具有预定义自由空间域的阵列波导光栅(AWG)多路复用器/多路分解器，而且其中所述增加步骤包括：
插入两个相应的窄波段波分多路复用器(WDM)滤光器，一个位于所述第一AWG多路复用器的第一输入端，用于混合由所述自由空间域分离的波长进入所述第一AWG多路复用器，一个位于所述第二AWG多路复用器的第一输出端上，用于分离所述混合波长离开所述第二AWG多路复用器。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括如下步骤：在所述第一AWG多路复用器的第二输入端插入第三窄波段波分多路复用器(WDM)滤光器，用于耦合由所述自由空间域分离的两个不同波长进入所述第一AWG多路复用器到单个信号上；和在所述第二AWG多路复用器的第二输出端插入第四窄波段波分多路复用器滤光器，用于分离所述混合的不同波长离开所述第二AWG多路复用器。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，可扩展多路复用器包括增加和撤销多路复用器，而且所述波长滤光器包括一对在独特的同一波长谐振的相同布拉格光栅，与增加和撤销多路复用器相连，其中增加步骤包括：
连接所述第一增加和撤销多路复用器至另一个增加和撤销多路复用器和相关的在不同的相同波长谐振的一对相同的布拉格光栅。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述增加步骤包括向所述可扩展多路复用器增加至少一个波长，而不干扰任何现有波长。
16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述增加步骤包括增加另一个与所述增加和撤销的多路复用器耦合的增加和撤销多路复用器。
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