CN1305670A - 用于光波长的转换与改发的方法与多波长选择转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及定向耦合器结构形式的多波长选择转换器。此定向耦合器结构包括两个波导,其中安排的波导呈现不同的有效衍射指数。一个部分中的波导安排为相互邻近,以使第一波导中的光场能覆盖第二波导,并且反之亦然,而且在所述部分中至少两个光栅安排用于同向耦合。所述光栅安排为相互隔离。本发明还包括用于利用所述多波长选择转换器转换波长信道的方法。

Description

用于光波长的转换与改发的方 法与多波长选择转换器
本发明涉及光多波长选择设备，更具体地涉及用于光网络中波长的改换路由与转换的多波长选择转换器，其中每个波长可以单独改换路由。本发明也包括用于光网络中波长的改换路由与转换或分/插多路复用的方法。
为了进一步增加现有光网络上的容量，许多方法是公知的。一种方法是使用所谓的波分多路复用(WDM)技术，以提高可利用带宽的利用率。为了增加网络灵活性，需要能为光网络中的业务改换路由的设备。用于业务改换路由的这样的设备对于尽可能有效地利用网络和在网络中断的情况中也是合适的。
在1996年1月IEEE Photonics Technology Letters第8卷第1期上Y.Hibino等人的“Wavelength Division Multiplexer withPhotoinduced Bragg Gratings Fabricated in a Planar LightwaveCircuit Type Asymmetric Mach Zehnder Interferometer on Si”中，描述一种光部件，其中在Mach Zehnder干涉仪中使用布拉格(Bragg)光栅与相位控制部件。所考虑的应用是波分多路复用与波分多路分用。
上述设备然而不能用作多波长选择转换器。如果所述设备将用于几个信道的分/插，需要与处理的分/插对的数量一样多的设备。这种类型的设备重构相当困难，即，它是非自适应设备。
在1990年Globecom’90第1541-1547页上K.W.Cheung、D.A.Smith、J.K.Baran、J.J.Johnson的“Wavelength-selectivecircuit and packet switching using acousto-optic tunablefilters”中，描述根据光声转换器解决相互隔开与独立的波长信道的多波长选择改换路由的一种方式。这种类型的改换路由一般使用数微秒，这在高速传输中可能是一个问题。
在1991年Techn,Dig.integrated PhotonicsResearch,post-deadline paper第33-36页上R.C.Alferness、L.L.Buhl、U.Koren、B.I.Miller、M.Young,T.L.Koch的“Broadlytunable InGaAsP/InP buried rib waveguide vertical couplerfilter”中，描述包括具有不同的有效折射率的两个波导与光栅的一种可调波长选择光栅辅助定向耦合器。此定向耦合器能将波长从第一波导耦合到第二波导。
公知技术中存在的有关多波长选择转换器与改发设备的问题是其要求非常大并且复杂的结构或更多的部件，这导致大的功率消耗与高成本或其不能结合高速传输一起进行使用。
为了增加光传输系统中的容量，可以使用几种公知方法。在波分复用中，在不同的载波波长上多路复用与多路分用传输信道以便分别形成信息流。所述多路复用与多路分用要求光多波长选择设备。也可能对于某些波长信道希望通过光网络改变传输路由。为此，需要具有多波长选择性能特征的诸如多波长选择转换器的部件。
涉及多波长选择转换器的一个公知问题可能是这些转换器造成大功率损耗。
我们所知道的另一问题是公知的多波长选择转换器呈现相当复杂的结构或大量的部件。
另一问题是公知的多波长选择转换器由于所述复杂结构或包括的部件数量而制造相当昂贵。
还一问题是某些公知的多波长选择转换器呈现相当慢的转换速度，一般为数微秒。
本发明利用包括安排为具有不同的有效折射率的两个波导的定向耦合器的结构形式的多波长选择转换器来解决所述问题。这些波导在一部分上安排为相互邻近，以使每个波导中的光场可以覆盖另一波导，其中至少一个光栅安排用于同向耦合。
在根据本发明的用于光网络中的光波长的转换与改发的方法中，激励包括光波长的定向耦合器结构中的一个分支，此后通过所述分支发送光波长给此定向耦合器结构。随后通过其中波导安排为相互邻近的一个部分发送这些光波长，从而没有或至少一个波长受用于同向耦合的此部分中至少一个安排光栅的影响并耦合到另一波导。
在根据本发明的第二实施例中，在此定向耦合器结构的至少一个分支中例如以分布Brag反射放大器的形式包括至少一个波长选择放大器。
本发明的目的是获得多波长选择转换器，其结构尽可能简单与小型，以便与可利用技术相比从而可以减少制造成本并且转换速度仍然相当高。
本发明的一个优点是功率损耗相对看来可以保持为低。
本发明的另一优点是与公知技术相比可以改善诸如串音等的它的其余性能特征。
本发明的还一优点是仅在绝对需要时才执行信号分路。
现在将使用优选实施例并结合附图进一步描述本发明。
图1表示根据本发明的多波长选择转换器的一个实施例。
图2表示根据本发明的多波长选择转换器的另一实施例。
在图1中表示包括两个波导1与2和用于同向耦合的四个光栅10、20、30与40的定向耦合器结构形式的多波长选择转换器。所述波导1与2均安排为具有不同的有效折射率，即，光的传播速度在这两个波导中是不同的。在一个部分中，这些波导1与2安排为相互邻近，以致来自每个波导的光场可以覆盖另一波导。在这一部分的每侧上具有波导的两个分支。在这些波导安排为相互邻近的部分中，四个光栅安排用于同向耦合，即10、20、30与40。所述部分称为光栅部分。这些光栅10、20、30与40根据其有关重复性与长度的特征可以使某一波长从第一波导耦合到第二波导。这些光栅可以看作某一类型的相位匹配设备，这允许某些波长从呈现第一有效折射率的一个波导耦合到呈现第二有效折射率的第二波导。在相位匹配时，一个波长从一个波导耦合到另一波导，并且这因而对应于此波长的交叉耦合状态。在相位失配时，没有波长耦合在这些波导之间并因此这对应于这些波长的禁止耦合状态。光栅10、20、30与40安排在所述部分中，以便对于每个部分可以独立影响相位匹配条件，即，某一类型的隔离出现在光栅10、20、30与40之间，以致它们尽可能远而不相互影响。由于一个光栅部分的控制信号应只影响一个光栅部分而不影响其他光栅部分。
建议利用包括四个不同波长λ1、λ2、λ3与λ4的光信号来激励波导1。这些波长将通过所述波导1进行发送并到达其中波导已经安排为相互邻近的部分，即，不同的光栅部分。
在波导1与2呈现同一有效折射率并且用于同向耦合的光栅10、20、30与40不存在的情况中，不同波长的功率可以在两个波导中细分为基本相同。在本发明中，不同的波导1与2呈现不同的有效折射率，这暗示此光信号中的不同波长在缺少任一类型的相位匹配设备时将不或只在非常小的程度上从一个波导耦合到另一波导。如此构成组成相位匹配设备的用于同向耦合的光栅10、20、30与40，以便每个光栅控制某一波长。
可以使用电信号来控制光栅10、20、30与40，这暗示处于未受控状态中的一个光栅将影响某一波长，将影响处于受控状态中的另一波长。利用用于同向耦合的光栅中的这一机制，可以相互独立地影响每一个激励波长λ1、λ2、λ3与λ4。使用此电信号可以控制相位匹配的度。在所谓的广播状态中，对于一个给定波长在这两个波导之间平均分布光信号。优选地，如此设计每个光栅部分，以使之在受此光栅部分控制信号控制的至少一个状态中对于此输入信号中的所有波长是相位失配的，即，没有输入波长从其输入波导中进行耦合。
在其中波导相互耦合并且也包括所述光栅的部分中出现四个波长λ1、λ2、λ3与λ4的上述情况中，某一波长对于每个光栅通过施加合适的电流可以改发至离开所述部分的任何一个分支。耦合在波导1中的每个波长可以耦合在波导1和/或2中。
在图2中，看到根据本发明的多波长选择转换器的另一实施例。此多波长选择转换器在此实施例中包括两个波导1与2和用于同向耦合的四个光栅10、20、30与40以及八个波长选择光放大器50、60、70、80形式的定向耦合器结构。所述两个波导1与2均安排为呈现不同的有效折射率，即，光的传播速度在这两个波导中是不同的。在一个部分中这些波导1与2安排为相互邻近，以致来自每一个波导的光场可以覆盖另一波导。在这一部分的每侧上，具有波导的两个分支。在此部分中，这些波导安排为相互邻近，四个光栅10、20、30与40安排用于同向耦合。所述部分称为光栅部分。这些光栅10、20、30与40根据其有关重复性与长度的特征使某一波长可以从一个波导耦合到第二波导。
在所述部分中安排光栅10、20、30与40，以便对于每个部分可以独立地影响相位匹配条件，即，某一类型的隔离出现在光栅10、20、30与40之间，以使它们尽可能远离而不相互影响。用于一个光栅部分的控制信号应只影响一个光栅部分而不影响其他光栅部分。
在此实施例中，波长选择光放大器50、60、70、80已安排在此部分的一侧上的分支中，其中这些波导相互接触，以便差分放大波分复用信号。在广播状态中，光信号分布在输入波导之间，这暗示每个波导中的光强可以减少到在两个波导之间平均分布此信号时光强的一半。
这可以通过在与其中波导相互邻近的部分相邻的分支中引入许多(最好数量与波导的数量相同)诸如电流控制分布Bragg反射(DBR)放大器或四分之一波长线性调频脉冲DBF放大器的波长选择光放大器来补偿。这些放大器对于不同波长可以用于补偿信号强度的差异。
此实施例中的每个分支在其中波导安排为相互邻近的部分中包括和用于同向耦合的光栅10、20、30与40的数量一样多的波长选择光放大器50、60、70、80。在每个分支中，可以差分放大波分复用信号。这在波长已在两个波导之间进行分配并因此已降低其强度的情况中可能是重要的。
波长选择光放大器和用于同向耦合的光栅可以根据本领域技术人员公知的方法进行制造并因此几乎不需要进一步进行描述。
本发明的多波长选择转换器可以利用任何介电材料(例如，InGeAsP/InP体系)制造为单片集成光部件。
本发明自然不限于上述的和附图上所示的实施例，而能在所附权利要求书的范畴内进行修改。

Claims (11)

1．一种多波长选择转换器，用于光波长的转换与改发，其特征在于，以包括两个波导的定向耦合器结构的形式安排此转换器，其中安排的波导呈现不同的有效衍射指数，一个部分中的波导安排为相互邻近，以使第一部分中的光场能覆盖第二波导并且反之亦然，而且在所述部分中至少两个光栅安排用于同向耦合，其中所述光栅安排为相互隔离。
2．根据权利要求1的多波长选择转换器，其特征在于，所有的光栅安排为具有相同的光栅重复性。
3．根据权利要求1的多波长选择转换器，其特征在于，至少一个光栅安排为具有与其他光栅的重复性不同的光栅重复性。
4．根据权利要求2或3的多波长选择转换器，其特征在于，至少在此定向耦合器结构的一个分支中安排至少一个波长选择光放大器。
5．根据权利要求4的多波长选择转换器，其特征在于，此波长选择光放大器是电流控制的分布布拉格(Bragg)反射(DBR)放大器。
6．根据权利要求5的多波长选择转换器，其特征在于，利用介电材料制造此转换器。
7．根据权利要求6的多波长选择转换器，其特征在于，利用包括周期表的组Ⅲ-V的元素的半导体系制造此转换器。
8．根据权利要求7的多波长选择转换器，其特征在于，用于同向耦合的光栅可以受电信号影响。
9．用于光网络中光波长的转换与改发的一种方法，其特征在于：
光波长耦合在定向耦合器结构的一个分支中，
通过所述分支发送光波长给此定向耦合器结构，
通过其中波导安排为相互邻近的一个部分发送光波长，从而没有或至少一个波长受所述部分中用于同向耦合的至少一个安排光栅的影响并耦合到另一波导。
10．根据权利要求9的方法，其特征在于，在此定向耦合器结构的至少一个分支中利用波长选择放大器放大至少一个波长。
11．根据权利要求9或10的方法，其特征在于，用于同向耦合的光栅和波长选择光放大器受电信号影响。
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