CN1422469A - 在光通信系统中防止死区的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了在光通信系统中用于组合、添加、和/或丢弃信道的方法和设备，利用薄膜滤光器而不产生死区，使用光纤布拉格光栅和另外的薄膜滤光器。根据本发明的一个方面，使用滤光器从光信号中丢弃波长范围。在光信号输入滤光器之前，使用一个或多个光纤布拉格光栅和光环形器反射一般位于滤光器的死区范围中的一部分通信光谱。根据本发明的另一个方面，使用滤光器来组合第一光信号和第二光信号，以形成组合的光信号。第一光信号和第二光信号都不包括滤光器死区范围内的信道。使用一个或多个光纤布拉格光栅和光环形器或耦合器把第三光信号添加到组合的光信号中。第三光信号包括滤光器死区范围内的信号波长。
Description
发明领域
本发明一般涉及光通信系统中死区的防止。尤其，本发明涉及使用光学装置而不产生死区的方法和设备。
技术背景
虽然发现在数据发送和其它电信应用中广泛地使用光纤电缆，但是新安装光纤电缆的成本呈现出对于增加负荷量的障碍。波分复用(WDM)允许光纤线或其它波导传送不同波长的多个信号。当前，光纤发送媒体的较佳波长波段包括中心在约1300nm(纳米)、约1550nm(C波段)、以及约1590(L波段)处的那些波段。在许多应用中C波段是较佳的(所述C波段根据应用具有约10到40nm的有用带宽)，因为它的吸收最小并且可购得工作在C波段的掺铒放大器。理想地，为了实质上增加光纤的信号负荷量，通过称为紧凑波分复用的技术把C波段或L波段分割成多个分立的信道。紧凑波分复用可以把这个带宽分割成多个波长，允许多达80个或更多个的波长。例如，国际电话联盟(ITU)系统网络对于1550nm波长波段中的信道，按100GHz的间隔(约0.8nm)提供标准中心波长。
除了在单个光纤上多路复用多个信号波长的要求之外，还存在把多路复用信道中的一个或多个信道传送到不同位置的要求。通过从光纤中丢弃(去复用)“老”信道和添加(多路复用)“新”信道来实现这种路由能力(已知为添加/丢弃功能)。对光波长进行多路复用和去复用的一种较佳方法是利用薄膜滤光器来添加和丢弃部分的通信光谱。为了添加或丢弃紧密组合波长的部分连续光谱，必须为薄膜滤光器的死区，或过渡区留余量。系统设计师必须不激励这些区域中的信号波长，因为它们受滤光器上升沿区域和下降沿区域的影响。其它光学装置或部件可以具有其它原因的死区(不可有效使用的光谱区域或不服从装置所要求作用的光谱区域)。
当系统设计师为带宽增加的更大信道计数而努力时，增强了在整个信号带中对较少和较小死区的要求。系统设计师一般在较少死区的要求和系统中结合的各种波长带宽度之间折衷。虽然添加/丢弃特征和功能变得更重要，但添加/丢弃能力会通过产生死区而降低可用的信号带宽。
此外，光放大器一般利用薄膜滤光器，因此还遭遇到由于薄膜滤光器的死区而引起的带宽损失。组合掺铒放大器的C和L波段的放大器系统在这两个波段之间产生约10nm的死区。
因此，提供添加、丢弃和放大部分通信光谱而基本上不降低信号带宽的能力是极有利的。
发明概要
本发明提供有利的方法和设备，用于在光通信系统中添加/丢弃信道而基本上不降低整个系统的带宽。根据本发明的一个方面，使用滤光器丢弃光信号中的波长范围。在光信号输入滤光器之前，使用一个或多个光纤布拉格光栅和光学环形器来反射一般位于滤光器死区中的一部分通信光谱。
根据本发明的另一个方面，使用滤光器组合第一光信号和第二光信号以形成组合光信号。第一光信号或第二光信号都不包括滤光器死区中的信道。使用一个或多个光纤布拉格光栅和光学环形器把第三光信号添加到组合光信号中。第三光信号包括滤光器死区中的信道。
在以下详细描述中将给出本发明的附加特征和优点，通过该描述部分对于本领域熟练的技术人员是显而易见的，或者通过实施这里包括以下的详细描述、权利要求和附图中所述的发明，而理解本发明的部分。
要知道以上一般描述和以下详细描述都仅仅是本发明的实例，它们试图提供概述或框架用于理解如权利要求所述本发明的特性和特征。所包括的附图用于提供对本发明进一步的理解，并结合成说明书的一部分。附图说明了本发明的各种实施例，它和描述一起用于解释本发明的操作和原理。
附图简述
图1A是用于丢弃信道的现有技术滤光器的方框图；
图1B是图1A的现有技术滤光器的反射曲线的曲线图；
图1C示出使用图1A的现有技术滤光器的示例信道分配计划；
图1D是用于添加信道的现有技术滤光器的方框图；
图1E是图1D的现有技术滤光器的反射曲线的曲线图；
图1F示出使用图1D的现有技术滤光器的示例信道分配计划；
图2A是根据本发明的光学去复用系统的示意图；
图2B是根据本发明的光学多路复用系统的示意图；
图2C是根据本发明的滤光器的反射曲线的曲线图；
图3A是根据本发明的光学多路复用系统的另一个实施例的示意图；
图3B是根据本发明的光学去复用系统的另一个实施例的示意图；
图4和5是根据本发明的光学添加/丢弃系统的示意图；
图6是放大器系统的示意图；
图6a是另一个放大器系统的示意图；
图7是本发明的另一个实施例的示意图；
图8、9和10是根据本发明的光学添加/丢弃系统的各种另外的实施例的示意图。
详细说明
将更全面地参考附图描述本发明，在附图中，示出本发明的数种另外的实施例。然而，可以以各种形式实施本发明，并且不应该认为限于这里描述的示例实施例。而是，详细描述这些有代表性的实施例，以致本揭示是彻底的和完整的，并且把本发明的范围、结构、操作、功能和潜在可应用性充分地传授给熟悉本技术领域的人员。在下面的说明中，“光连接”是指部件之间的光耦合，例如通过单模光纤，但是熟悉本技术领域的人员会理解可以使用其它光连接机构。例如，这些光连接机构可以包括其它类型的光纤或自由空间光耦合。此外，“光连接”可以包括装置，诸如，例如成对的单模光纤、平行光管、光缓冲器、光放大器、光连接器以及其它如此的装置。
虽然在下面的例子中光纤布拉格光栅是指反射固定的波长范围，但熟悉本技术领域的人员会理解还可以利用可调谐的光纤布拉格光栅。在1999年9月17日提出的，题为“具有包层模式抑制的光纤布拉格光栅”的美国专利申请序号09/398,657中描述了适合与本发明一起使用的光纤布拉格光栅的示例类型，在此引用作为参考，好比引用了其全文。
参考附图，图1A是用于丢弃信号波长的典型现有技术薄膜滤光器10的方框图。滤光器10接收输入光信号12，透射输出光信号14，并反射经反射的输出光信号16。如可以从图1B和1C看到，由于滤光器10的非理想特性，反射曲线18包括上升沿20和下降沿22。把反射曲线18的上升沿20和下降沿22两者的波长范围称为“死区”区域21、23，因为在实际情况中这些区域中的光信号波长是不使用的，因为滤光器既不完全透射也不完全反射它们。滤光器10具有通带区域24，其中基本上反射通带区域24中的光信号波长。基本上透射通带区域54和死区21、23外面的那些光信号。
例如，假定把滤光器10设计成从包括相应信道1，…，a，…，n的波长λ1，…，λa，…，λn构成的经波分复用的光信号中反射(或丢弃)包括相应信道1，…，a的波长λ1，…，λa。此外，假定把滤光器10设计成透射(或传送)波长λa+2，…，λn。如在图1C的信道分配计划所示，波长λa+1在相应于滤光器10下降沿22的死区区域中，并且不像反射波长λ1，…，λa和透射波长λa+2，…，λn那样分别被基本上透射或反射。信号波长λa+1是经过衰减的，并且取决于反射曲线18的确切形状，只是部分透射和反射。因此，信号波长λa+1传送的信道a+1不具有所要求的信号强度，实际上是不使用的。
如熟悉本技术领域的人员充分理解，滤光器的另一个实施例可以是与反射曲线18相似的透射曲线，其中，反射而不是透射波长λa+2，…，λn，以及透射而不是反射波长λ1，…，λa。
图1D是用于组合或添加波长的典型现有技术薄膜滤光器的方框图。滤光器50接收第一输入光信号52，和第二输入光信号54，以及透射输出光信号56。象滤光器10的反射曲线18一样，滤光器50的反射曲线58包括两个死区区域59、61，它们相应于上升沿60和下降沿62的波长范围。滤光器50基本上不透射，基本上也不反射这些死区区域59、61中波长处的光信号。滤光器50还具有通带区域64。基本上把第二输入光信号54中出现的通带区域64的光信号波长反射到输出光信号56，基本上把第一输入光信号52中出现的通带区域64外面和死区区域59、61外面的那些波长透射到输出光信号56。
例如，如在图1F中所示，假定滤光器50被设计成把第二输入光信号54中出现的波长λ1，…，λa反射(或添加)到输出光信号56。此外，假定滤光器50还被设计成把第一输入光信号52中出现的波长λa+2，…，λn透射(或传送)到输出光信号56。如在图1F的信道分配计划所示，其中波长λ1，…，λa和λa+2，…，λn包括信道1，…，a以及信道a+2…，n，波长λa+1在滤光器50的下降沿62中。如果第一输入光信号52或第二输入光信号54包括波长λa+1，则基本上不用与反射波长λ1，…，λa和透射波长λa+2，…，λn相同的量值来透射或反射波长λa+1。波长λa+1将衰减，并只透射或反射一部分，防止波长λa+1被用于传送信道a+1。因此，输出信号56包括波长λ1，…，λa和λa+2，…，λn。
如熟悉本技术领域的人员充分理解，滤光器50的另一个实施例可以具有与反射曲线58相似的透射曲线，其中反射而不是透射波长λa+2，…，λn，透射而不是反射λ1，…，λa。
为了便于说明下述本发明的实施例，将按照信号波长λ7和λ8基本上包括在滤光器的死区波长范围中的32波长系统(λ1，…，λ32)来描述实施例。熟悉本技术领域的人员会理解，本发明可以包括不同数目的输入信号波长、输出信号波长、添加信号波长、丢弃信号波长以及在死区区域中的信号波长而不偏离本发明的学说和精神。
图2A示出根据本发明的一个方面的光去复用通信系统100的示意图。光去复用系统100包括具有端口110a、110b和110c的光环形器110。配置光环形器110，致使输入端口110a的光信号传送到端口110b，而输入端口110b的光信号传送到端口110c。把第一输入112光学连接到端口110a。把端口110c光学连接到输出114，通过一个或多个光纤布拉格光栅116把端口110b光学连接到滤光器118的一个端口118a。除了端口118a之外，滤光器118还包括连接到输出120的端口118b，以及连接到输出122的端口118c。
将按照具有图2C中所示反射曲线130的滤光器118来描述系统100的操作。反射曲线130包括：基本上包括信号波长λ1，…，λ6的反射波长范围131、基本上包括信号波长λ7和λ8的死区波长范围133、以及基本上包括信号波长λ9，…，λ32的透射波长范围135。通过输入112把具有光信号波长λ1，…，λ32的多路复用输入信号传送到光环形器110的端口110a。光环形器110把输入信号透射到端口110b，在那里一个或多个光纤布拉格光栅116反射包括信号波长λ7和λ8的波长范围，该范围基本上相应于滤光器118的下降沿死区波长范围。在端口110b上光环形器110接收包括信号波长λ7和λ8的反射波长范围，并透射到端口110c，然后传送到输出114。
把一个或多个光纤布拉格光栅116没有反射的、包括信号波长λ1，…，λ6和λ9，…，λ32的波长范围传送到滤光器118的端口118a。滤光器118通过端口118b把信号波长λ9，…，λ32透射到输出120，并通过端口118c把信号波长λ1，…，λ6反射到输出122。
图2B示出根据本发明另一方面的光去复用通信系统140的示意图。光去复用通信系统140包括具有端口150a、150b以及150c的光环形器150。把第一输入152光学连接到端口150a，把端口150c光学连接到输出154，通过一个或多个光纤布拉格光栅156把端口150b光学连接到滤光器158的一个端口158a。除了端口158a之外，滤光器158还包括连接到输出160的端口158b，以及连接到输入162的端口158c。
配置光环形器150，致使输入端口150a的光信号传送到端口150b，并且把输入端口150b的光信号传送到端口150c。
将按照具有图2C所示反射曲线130的滤光器158来描述系统140的操作。通过输入152把具有光信号波长λ7，…，λ32的多路复用输入信号传送到光环形器150的端口150a。光环形器150把输入信号透射到端口150b，在那里一个或多个光纤布拉格光栅156反射包括信号波长λ7和λ8的波长范围，所述信号波长λ7和λ8在滤光器158的下降沿死区波长范围内。在端口150b上光环形器150接收包括信号波长λ7和λ8的反射波长范围，并透射到端口150c，然后传送到输出154。
把一个或多个光纤布拉格光栅156没有反射的、包括信号波长λ9，…，λ32的波长范围传送到滤光器158的端口158a。通过输入162把具有光信号波长λ1，…，λ6的第二多路复用输入信号传送到端口158c。滤光器158通过端口158b把信号波长λ9，…，λ32透射到输出160，并通过端口158c把信号波长λ1，…，λ6反射到输出160。因此，输出160包括信号波长λ1，…，λ6和λ9，…，λ32。
图3示出根据本发明的另一个方面的光多路复用系统200的示意图。光多路复用系统200包括具有端口210a、210b和210c的滤光器210。把第一输入212光学连接到端口210a，并把第二输入214光学连接到端口210c。通过一个或多个光纤布拉格光栅216把端口210b光学连接到光环形器218的一个端口218b。配置光环形器218，致使通过端口218a的光信号传送到端口218b，而通过端口218b的光信号传送到端口218c。把端口218a连接到输入222，以及把端口218c连接到输出220。
将按照具有图2C所示的和上述的反射曲线130的滤光器210来描述系统200的操作。通过输入212把第一组多个输入信号波长λ9，…，λ32传送到滤光器210的端口210a，其中通过端口210b透射信号波长λ9，…，λ32。通过输入214把第二组多个输入信号波长λ1，…，λ6传送到滤光器210的端口210c，其中通过端口210b反射信号波长λ1，…，λ6。通过一个或多个光纤布拉格光栅216把信号波长λ1，…，λ6和λ9，…，λ32传送到光环形器的端口218b。通过输入222把第三组多个输入信号波长λ7和λ8传送到光环形器的端口218a。光环形器通过端口218b透射信号波长λ7和λ8，其中一个或多个光纤布拉格光栅216把信号波长λ7和λ8反射回端口218b。因此，信号波长λ1，…，λ32输入端口218b，并通过端口218c从环形器出射到输出220。
图3B示出根据本发明另一方面的光去复用系统240的示意图。光多路复用系统240包括具有端口250a、250b以及250c的滤光器250。把输入252光学连接到端口250a，把输出254光学连接到端口250c。通过一个或多个光纤布拉格光栅256把端口250b光学连接到光环形器258的一个端口258b。配置光环形器258，致使通过端口258a的光信号传送到端口258b，并且把通过端口258b的光信号传送到端口258c。把端口258a连接到输入262，并把端口258c连接到输出260。
将按照具有图2C所示反射曲线130的滤光器250来描述系统240的操作。通过输入252把第一组多个输入信号波长λ1，…，λ6和λ9，…，λ32传送到滤光器250的端口250a，其中通过端口250b透射信号波长λ9，…，λ32，并通过端口250c反射信号波长λ1，…，λ6。通过一个或多个光纤布拉格光栅256把信号波长λ9，…，λ32传送到光环形器的端口258b。通过输入262把第二组多个输入信号波长λ7和λ8传送到光环形器的端口258a。光环形器通过端口258b透射信号波长λ7和λ8，其中一个或多个光纤布拉格光栅256把信号波长λ7和λ8反射回端口258b。因此，信号波长λ7，…，λ32输入端口258b，并通过端口258c从环形器出射到输出260。
图4示出根据本发明另一方面的光添加/丢弃通信系统300的示意图。光添加/丢弃系统300包括具有端口310a、310b以及310c的第一光环形器310。把第一输入312光学连接到端口310a，通过一个或多个光纤布拉格光栅316把端口310b光学连接到第一滤光器318的一个端口318a，并把环形器的端口310c光学连接到第二光环形器324的端口324a。滤光器318还包括输出端口318b和318c。把输出端口318b光学连接到输出328，并把端口318c光学连接到第二滤光器320的输入端口320a，第二滤光器还包括端口320b和320c。把端口320b光学连接到输入330，并把端口320c通过一个或多个光纤布拉格光栅322光学连接到第二光环形器324的端口324b。第二光环形器还包括连接到输出326的端口324c。
配置第一光环形器310的端口310a、310b和310c，致使输入端口310a的光信号传送到端口310b，并把输入端口310b的光信号传送到端口310c。配置第二光环形器324的端口324a、324b和324c，致使输入端口324a的光信号传送到端口324b，并把输入端口324b的光信号传送到端口324c。
熟悉本技术领域的人员会理解，可以用分立装置实施滤光器318和320，或可以把它们包括在诸如添加-丢弃站之类的其它光学装置中。在美国专利序号5,786,915中更详细地描述了示例添加-丢弃装置，在此引用作为参考，好比引用了其全文。
将按照每个具有图2C中和上述所示反射曲线130的滤光器318和320来描述系统300的操作。通过输入312把具有信号波长λ1，…，λ32的输入信号传送到第一光环形器310的端口310a。光环形器310通过端口310b透射输入信号，在那里一个或多个光纤布拉格光栅316反射包括信号波长λ7和λ8的波长范围，所述信号波长λ7和λ8在相应于滤光器318和320的反射曲线130的下降沿的死区范围内。第一光环形器310在它的第二端口310b上接收包括信号波长λ7和λ8的反射波长范围，传送到它的第三端口310c，并传送到第二光环形器324的端口324a。第二光环形器324通过端口324b把波长λ7和λ8传送到一个或多个光纤布拉格光栅，后者把波长λ7和λ8反射回端口。
把输入信号中没有反射的部分，信号波长λ1，…，λ6和λ9，…，λ32，传送到第一滤光器318的端口318a。滤光器318通过端口318b把信号波长λ1，…，λ6反射到输出328，并把信号波长λ9，…，λ32透射到滤光器320的端口320a，滤光器320把信号波长λ9，…，λ32透射到端口320c。通过输入330把具有信号波长λ1’，…，λ6’的第二输入信号传送到第二滤光器320的端口320b，第二滤光器320把波长λ1’，…，λ6’反射到端口320c，并通过一个或多个光纤布拉格光栅322。信号波长λ1’，…，λ6’和λ9，…，λ32与通过光栅322反射的信号波长λ7和λ8一起输入第二光环形器的端口324b，第二光环形器把信号波长λ1’，…，λ6’和λ7，…，λ32传送到端口324c，再传送到输出326。因此，已经丢弃信号波长λ1，…，λ6和已经添加信号波长λ1’，…，λ6’而系统带宽没有损失。
图5示出根据本发明另一方面的光添加/丢弃通信系统400的示意图。光添加/丢弃系统400包括具有端口410a、410b以及410c的光环形器410。把第一输入412光学连接到端口410a，通过一个或多个光纤布拉格光栅416把端口410b光学连接到第一滤光器418的一个端口418a，并把端口410c光学连接到光耦合器426的一个端口426b。滤光器418还包括端口418b和418c。把端口418b光学连接到输出422，并把端口418c光学连接到第二滤光器420的端口420a，第二滤光器还包括端口420b和420c。把端口420b光学连接到输入424，并把端口420c光学连接到光耦合器426的端口426a。除了端口426a和426b之外，光耦合器426还包括连接到输出428的端口426c。
配置第一光环形器410的端口410a、410b和410c，致使输入端口410a的光信号传送到端口410b，并把输入端口410b的光信号传送到端口410c。如熟悉本技术领域的人员所理解，可以用分立装置实施滤光器418和420，或可以把它们包括在诸如上述添加-丢弃站之类的其它光学装置中。
将按照每个具有图2C中和上述所示反射曲线130的滤光器418和420来描述系统400的操作。通过输入412把具有信号波长λ1，…，λ32的输入信号传送到第一光环形器410的端口410a。光环形器410通过端口410b透射输入信号，在那里一个或多个光纤布拉格光栅416反射包括信号波长λ7和λ8的波长范围，所述信号波长λ7和λ8在相应于滤光器418和420的下降沿死区波长范围的波长范围内。光环形器410在端口410b上接收包括信号波长λ7和λ8的反射波长范围，传送到端口410c，并传送到光耦合器426的端口426b。
把输入信号的没有反射的部分，信号波长λ1，…，λ6和λ9，…，λ32，传送到第一滤光器418的端口418a。滤光器418通过端口418b把信号波长λ1，…，λ6反射到输出422，并把信号波长λ9，…，λ32透射到滤光器420的端口420a，滤光器420通过端口420c把信号波长λ9，…，λ32透射到光耦合器426的端口426a。通过输入424把具有信号波长λ1’，…，λ6’的第二输入信号传送到第二滤光器420的端口420b，第二滤光器420通过端口420c把波长λ1’，…，λ6’反射到光耦合器426的端口426a。光耦合器426组合通过端口426a接收到的信号波长λ1’，…，λ6’和λ9，…，λ32和通过端口426b接收到的信号波长，并通过端口426c把组合信号波长λ1’，…，λ6’和λ7，…，λ32透射到输出428。因此，已经丢弃信号波长λ1，…，λ6并且已经添加信号波长λ1’，…，λ6’而系统带宽没有任何损失。
可以使用图4和5的实施例中使用的基本概念来增加实际上具有不使用的波长范围的光学系统中的带宽利用。此后把这些范围称为死区。把本身具有死区的薄膜滤光器结合到模块或系统中，就可能产生死区。例如，参考图6，在C波段中具有红色和蓝色操作的双向放大器401一般使用薄膜滤光器403、404来分裂红色和蓝色波段(约1526nm到1534nm，以及1542nm到1562nm)，然后引导它们通过不同的光路405、407。在这种放大器模块中，由于使用了薄膜滤光器，一般从约1535nm到1541nm存在死区。参考图6a，具有死区的装置或系统的另一个例子是掺铒光纤放大器(EDFA)装置409，它组合C波段放大器411和L波段放大器413。EDFA的C波段近似地运行于从约1526nm到约1562nm，而EDFA的L波段运行于从约1570nm到约1620nm。这留下了不被放大的约1562nm和1570nm之间的波段，因此实际上是不使用的。在这种装置中使用薄膜滤光器415将导致进一步的死区波长(它可以或可以不邻接于，接近于或重叠于放大器模块409的死区)。
如在图7中所示，本发明的概念的一个实施例可以提供一种机构，用于使这些死区可使用。通过输入419把具有信号波长λ1，…，λN的输入信号传送到第一三端口光环形器421的第一端口421a。光环形器421通过它的第二端口421b透射输入信号，其中，一个或多个光纤布拉格光栅423反射包含装置425死区范围中信号波长λi、λn的波长范围。有利地选择光纤布拉格光栅423，以致选择地反射被认为是“死区”波长的波长或一些波长。例如，装置425可以是上述任何放大器系统，或具有一个或多个死区(即，装置不利用或操作的波长或波长范围)的任何其它光学装置。把其余的波长光耦合到装置425，并在退出装置425之后，把它们光耦合到输出波导427。第一光环形器C2在它的第二端口421上接收包括信号波长λi，…，λn的反射波长范围，传送到它的第三端口421b，在传到光路429上。光路429可以直接把信号波长λi，…，λn引导到诸如耦合器、三端口光环形器或其它部件或装置之类的单元431，用于把它与通过装置425传送的信号进行组合，随即用于传播到输出波导433。或者，可以把希望对信号波长λi，…，λn进行操作的第二装置435放置在环形器421和部件431之间的光路上。例如，第二装置可以是配置成放大信号波长λi，…，λn的放大器。
在图86中示出根据本发明的添加/丢弃装置的一个实施例，它是可再配置的，并且在两个方向上可操作。用适当选择的元件，可以把这个实施例与任何带宽区域中的信号一起使用。为了示意的目的，将按照起初从左传到右的“红色波段”中的信号，以及起初从右传到左的“蓝色波段”中的信号来描述。
在根据本发明实施例的添加/丢弃装置500的这个实施例中，从宽带电信系统的第一端口501通过四端口环形器502的第一端口502a把透射信号的整个红色波段λR1，λR2，…，λRN传送出第二端口502b，传到第一光纤布拉格光栅503。从第一光纤布拉格光栅503反射“红色丢弃”波长λRd处的一部分信号，同时通过第一光隔离器504和第二光纤布拉格光栅506透射其余信号，通过第二环形器508，并从第二网络端口510输出。
λRd处的红色丢弃信号从第一光纤布拉格光栅503通过环形器502传播回来。将它透射出环形器502的第三端口502c，通过3dB耦合器512，到达接收机514。
以相同的方式，如上所述，透射信号的整个蓝色波段λB1，λB2，…，λBN将从右到左传播，在第二网络端口510处开始，到第二端口508b，并通过第二光环形器508的第三端口508c输出，然后通过第三光纤布拉格光栅516、第二光隔离器518、第四光纤布拉格光栅520，到达光环形器502的第四端口502d。然后整个蓝色波段从环形器端口502a出射，并传出第一网络端口501。
在第三光纤布拉格光栅516处把蓝色丢弃波长λBD全反射到第二环形器508的第三端口508c，并通过第二3dB耦合器522到接收机524。
波长λRA处的红色添加信道在红色发射机526处开始，并通过光隔离器530、3dB耦合器522传送到第二环形器508的第四端口508d。它在端口508a处从环形器508出射，并通过第二光纤布拉格光栅506反射回该端口。然后红色添加波长在环形器508的第二端口508b处退出环形器508，并传播到第二网络端口510。
以回顾图6可以明了的相似方式，在发射机528处产生λBA的蓝色添加信道，并传送到网络的第一端口501处。
在本实施例中，所使用的光纤可以是从1300-1700的极低包层模式宽带光纤，以支持电信系统的带宽而没有信号丢失或零点几dB以上的过度平坦度恶化。
虽然已经分别对接收机514和524标出“红色接收机”和“蓝色接收机”，但是为了帮助读者理解说明，一般这些接收机是宽带的和相同的。第一和第二光隔离器504、518防止期望信道以外的波长进入接收机。
3dB耦合器512、522使传播到接收机的蓝色丢弃波长和红色丢弃波长和从发射机传播来的蓝色添加波长和红色添加波长分离。光隔离器530防止蓝色丢弃波长输入红色发射机526。同样，隔离器532使红色丢弃波长不输入蓝色发射机528。在某些实例中，包括内置光隔离器的某些发射机(例如，高速的红色发射机)中可能不需要这些隔离器。然而，如果发射机所提供的隔离不能满足，或如果功率电平将导致干扰或跳动，则可以使用隔离器530、532，如上所述。
可以使用比值不是3dB的耦合器。例如，可以把耦合比改变成任何其它值(例如，20/80)，所述任何其它值能适当地平衡发射机和丢弃信号支路上的光功率。如果在这些支路之一中功率不合适，则可以把放大器添加到该支路，以正确地匹配所需要的系统功率要求。
对于3dB耦合器512、522，宽带光谱耦合器的使用允许在所需要的操作波段中丢弃和添加任何波长信道而信号带宽没有损失。这种耦合器的使用是有利的，它允许在诸如1300nm铒C波段、铒L波段、C+L波段以及更长或更短波长之类的广泛使用的波段中添加或丢弃波长。
图9示出与图8的装置500相似的添加/丢弃装置600，除了它使用薄膜分离器602、604来代替图8中带有隔离器532、530的3dB耦合器512、522。薄膜装置602、604被设计成拒收期望添加或丢弃波长以外的任何波长的类型。它们还可以防止发射机处不正确波长的干扰对接收机信号的破坏。
在这些实施例中光纤布拉格光栅最好设置在总电信系统发射速度指定的最小可能带宽处。例如，对于10GHz系统操作，约50GHz可能是合适的，以及对于2.5兆位/系统操作，25GHz或更小可能是合适的。这导致在整个信号波段中发射最大信道数目而没有信号的丢失。
使用与光纤布拉格光栅组合的四端口光环形器允许在带有单个或多个信道添加和丢弃的宽波长范围上实现双向操作。
在本发明的可再配置实施例中，使用可装在板上的连接器，可将第二光纤布拉格光栅506(在λRA处)和红色发射机536(也在λRA处)组合在同一块插入板上，例如，如1999年11月30日提出的美国专利申请09/451,751，或1999年9月提出的美国专利申请09/387,961中所述，在此引用这两个专利作为参考。这允许期望波段的任何波长处的灵活的、可升级的添加/丢弃系统。此外，将按照系统速度而升级。例如，要是系统起初以2.5兆位开始，则通过提供稍大的带宽光栅(通过使用插入卡而提供)，以后可能移动到10兆位。在任何波长处和对于当前提议的任何发射波段，这个实施例可以适应发射速度的改变。通过组合在同一插入卡上的第一光纤布拉格光栅503(在λRD处)和红色接收机514(在λRD处)还可以得到波长升级和操作波段的灵活性。同样，波长λBA的光纤布拉格光栅520和蓝色发射机528以及光纤布拉格光栅516和蓝色接收机524(在λRD处)可以在分立的卡上。
使用可调谐的光纤布拉格光栅，还可以把该提议的添加/丢弃系统做成可配置的。这种方法的优点之一是光纤布拉格光栅的调谐只需要对单个信道调入或调出，即，在50GHz系统操作处，只调入调出50GHz，以获得特定波长的合适添加或丢弃。该特征和插入卡组合将为插入和拔出卡(光纤布拉格光栅和发射机和接收机)提供最大的操作灵活性，电信系统可以转向旁路，或在端口1和2处配置2×2开关，以实现在个别节点基础上的这种旁路。
图10示出与图8的装置500相似的添加/丢弃装置，但是它具有添加和丢弃多信道波长的能力。在这个实施例中，用对称操作的具有N/2添加和丢弃信道的1XN耦合器来代替图8的3dB耦合器。通过在同一插入卡上放置特定波长λ1的光纤布拉格光栅和该波长λ1的发射机，可以重新配置这个实施例。
熟悉本技术领域的人员会明了，在本发明中可以进行各种修改和变化而不偏离本发明的精神和范围。因此，如果本发明的修改和变化是在所附的权利要求书和它们的等效物的范围内，则打算使本发明包括本发明的修改和变化。
Claims (21)
1.一种光通信系统，其特征在于，它包括：
光环形器，它具有第一端口、第二端口和第三端口，配置所述光环形器，致使所述光环形器的所述第一端口接收的光信号被传送到所述光环形器的所述第二端口，并把所述光环形器的所述第二端口接收的光信号传送到所述光环形器的所述第三端口；
光学装置，它包括第一端口并具有死区波长范围；
第一光通信光路，它把所述光环形器的所述第二端口连接到所述光学装置的所述第一端口，配置所述第一光通信光路中的至少一个光栅，致使基本上相应于所述死区波长范围的光信号被反射到所述光环形器的所述第二端口，并把不反射的光信号透射到所述光学装置的所述第一端口。
1a.如权利要求1所述的设备，其特征在于，光学装置包括滤光器。
1b.如权利要求1所述的设备，其特征在于，光学装置包括光放大器。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，至少一个光栅包括至少一个光纤布拉格光栅。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，至少一个光栅包括至少一个可调谐的光纤布拉格光栅。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，滤光器进一步包括所配置的第二端口和第三端口，致使基本上不把第一端口接收到的相应于死区波长范围的光信号透射到所述第二端口或所述第三端口。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，进一步配置滤光器，致使基本上把第一端口接收到的第一波长范围的光信号传送到第二端口。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，进一步配置滤光器，致使基本上把第一端口接收到的第二波长范围的光信号传送到第三端口。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，进一步包括：
第二光环形器，它具有第一端口、第二端口和第三端口，配置所述第二光环形器，致使所述第二光环形器的所述第一端口接收的光信号被传送到所述第二光环形器的所述第二端口，并把所述第二光环形器的所述第二端口接收的光信号传送到所述第二光环形器的所述第三端口；
第二滤光器，它包括第一端口、第二端口和第三端口，并具有第二死区波长范围，配置所述第二滤光器，致使基本上不把第一端口接收的相应于所述第二死区波长范围的光信号透射到所述第二端口或所述第三端口；
第二光通信光路，它把所述第二光环形器的所述第二端口连接到所述第二滤光器的所述第一端口，配置包括至少一个光栅的所述第二光通信光路，致使基本上相应于所述第二死区波长范围的光信号被反射到所述第二光环形器的所述第二端口，并把不反射的光信号透射到所述第二滤光器的所述第一端口；以及
第三光通信光路，它连接滤光器的第二端口和所述第二光环形器的所述第一端口。
8.如权利要求5所述的设备，其特征在于，进一步配置滤光器，致使基本上把第三端口接收的第二波长范围的光信号传送到第二端口。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，进一步包括：
光耦合器，它包括第一端口、第二端口和第三端口，配置所述光耦合器，致使所述第一端口接收的光信号与所述第二端口接收的光信号组合，并透射到所述第三端口；
第二光通信光路，它连接所述滤光器的所述第二端口和所述光耦合器的所述第一端口；以及
第三光通信光路，它连接所述光环形器的所述第三端口和所述光耦合器的所述第二端口。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，第一波长范围包括铒C波段的一部分；以及第二波长范围包括铒L波段的一部分。
11.一种用于波分复用光通信系统的设备，其特征在于，它包括：
光环形器，它具有第一端口、第二端口和第三端口，配置所述光环形器，致使所述光环形器的所述第一端口接收的光信号被传送到所述光环形器的所述第二端口，并把所述光环形器的所述第二端口接收的光信号传送到所述光环形器的所述第三端口；
滤光器，它包括第一端口、第二端口、第三端口，并通过下降沿死区波长范围给出它的特征，配置所述滤光器，致使基本上不把所述第一端口接收的相应于所述死区波长范围的光信号透射到所述第二端口或所述第三端口；以及
光通信光路，它把所述光环形器的所述第二端口连接到所述滤光器的所述第二端口，配置包括至少一个光栅的所述光通信光路，致使所述下降沿死区波长范围的光信号被反射到所述光环形器的所述第三端口。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，
进一步配置滤光器，致使基本上把第一端口接收的第一波长范围的光信号传送到第二端口。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，
进一步配置滤光器，致使基本上把第一端口接收的第二波长范围的光信号传送到第三端口。
14.如权利要求12所述的设备，其特征在于，进一步配置滤光器，致使基本上把第三端口接收的第二波长范围的光信号传送到第二端口。
15.如权利要求11所述的设备，其特征在于，至少一个光栅包括至少一个光纤布拉格光栅。
16.如权利要求11所述的设备，其特征在于，至少一个光栅包括至少一个可调谐的光纤布拉格光栅。
17.一种用于波分复用光通信系统的多路复用/去复用设备，其特征在于，它包括：
第一光环形器，它包括第一端口、第二端口和第三端口，配置所述第一光环形器，致使通过所述第一光环形器的所述第二端口输出所述第一光环形器的所述第一端口接收的光信号，并通过所述第一光环形器的所述第三端口输出所述第一光环形器的所述第二端口接收的光信号；
第一滤光器，它包括第一端口、第二端口和第三端口，配置所述第一滤光器，致使基本上不把所述第一端口接收的相应于死区波长范围的光信号传送到所述第二端口或所述第三端口，基本上把所述第一端口接收的相应于第一波长范围的光信号传送到所述第二端口，以及基本上把第二波长范围的光信号传送到所述第三端口；
第一光通信光路，它把所述第一光环形器的所述第二端口连接到所述第一滤光器的所述第一端口，包括至少一个第一光栅的所述第一光通信光路适于反射从所述第一光环形器的所述第二端口接收到的基本上相应于所述死区波长范围的光信号；
第二滤光器，它包括第一端口、第二端口和第三端口，配置所述第二滤光器，致使基本上不把所述第一端口接收的相应于所述死区波长范围的光信号传送到所述第二端口，把所述第一端口接收的相应于所述第一波长范围的光信号传送到所述第二端口，以及把所述第三端口接收的相应于所述第二波长范围的光信号传送到所述第二端口；
第二光通信光路，它连接所述第一滤光器的所述第二端口和所述第二滤光器的所述第一端口；
第二光环形器，它包括第一端口、第二端口和第三端口，配置所述第二光环形器，致使把所述第二光环形器的所述第一端口接收的光信号透射到所述第二光环形器的所述第二端口，并把所述第二光环形器的所述第二端口接收的光信号透射到所述第二光环形器的所述第三端口；
第三光通信光路，它把所述第二滤光器的所述第二端口连接到所述第二光环形器的所述第二端口，包括至少一个第二光栅的所述第三光通信光路适于反射从所述第二光环形器的所述第二端口接收的所述死区波长范围；以及
第四光通信光路，它连接所述第一光环形器的所述第三端口和所述第二光环形器的所述第一端口。
18.如权利要求17所述的多路复用/去复用设备，其特征在于，至少一个第一光栅包括至少一个第一光纤布拉格光栅；以及至少一个第二光栅包括至少一个第二光纤布拉格光栅。
19.一种用于波分复用光通信系统的多路复用/去复用设备，其特征在于，它包括：
第一光环形器，它包括第一端口、第二端口和第三端口，配置所述第一光环形器，致使通过所述第一光环形器的所述第二端口输出所述第一光环形器的所述第一端口接收的光信号，并通过所述第一光环形器的所述第三端口输出所述第一光环形器的所述第二端口接收的光信号；
第一滤光器，它包括第一端口、第二端口和第三端口，配置所述第一滤光器，致使基本上不把所述第一端口接收的相应于死区波长范围的光信号传送到所述第二端口或所述第三端口，基本上把所述第一端口接收的相应于第一波长范围的光信号传送到所述第二端口，以及基本上把第二波长范围的光信号传送到所述第三端口；
第一光通信光路，它把所述第一光环形器的所述第二端口连接到所述第一滤光器的所述第一端口，包括至少一个第一光栅的所述第一光通信光路适于反射从所述第一光环形器的所述第二端口接收的基本上相应于所述死区波长范围的光信号；
第二滤光器，它包括第一端口、第二端口和第三端口，配置所述第二滤光器，致使基本上不把所述第一端口接收的相应于所述死区波长范围的光信号传送到所述第二端口，把所述第一端口接收的相应于所述第一波长范围的光信号传送到所述第二端口，以及把所述第三端口接收的相应于所述第二波长范围的光信号传送到所述第二端口；
第二光通信光路，它连接所述第一滤光器的所述第二端口和所述第二滤光器的所述第一端口；
光耦合器，它包括第一端口、第二端口和第三端口，配置所述光耦合器，致使把所述光耦合器的所述第一端口接收的光信号与所述第二端口接收的光信号组合，并发射到所述第三端口；
第三光通信光路，它把所述第二滤光器的所述第二端口连接到所述光耦合器的所述第一端口；以及
第三光通信光路，它连接所述第一光环形器的所述第三端口和所述第二光环形器的所述第一端口。
20.一种用于从光通信系统中丢弃在丢弃波长范围内包括的光信号的方法，所述光通信系统包括相应于输入波长范围的输入光信号以及输出光信号，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
从所述输入光信号中除去死区波长范围，以形成第一光信号和第二光信号，所述第一光信号包括除去死区波长范围的所述输入波长范围，所述第二光信号包括所述死区波长范围；以及
从所述第一光信号中除去所述丢弃波长范围，以形成输出光信号。
21.一种用于将添加波长范围和死区波长范围内包括的光信号添加到光通信系统中的方法，所述光通信系统包括第一输入光信号和第二输入光信号，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
通过组合所述第一输入光信号和所述第二光信号而形成第一光信号，所述第一光信号和所述第二光信号都不包括所述死区波长范围内的光信号；以及
通过组合所述第一光信号和包括在死区波长范围内的至少一个光信号而形成输出信号。
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