CN1894879A - 同时产生并处理光代码的光学器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学器件，用于在至少一个波长处产生并处理光代码，所述器件包括：P个输入s，其中1≤s≤P且P≥1；以及N个输出k，其中1≤k≤N且N≥1，其特征在于，它用于同时在一个或多个波长处产生和处理Nc个相位和/或幅度的光代码，N_C≥2，光代码由具有时间间隔τ的C个码元组成，其特征在于从输入s到输出k的传递函数T_sk(f)满足下式：对于s＝1，2..P k＝1，2，…N其中：－F_v(f)是光滤波器的传递函数，对于v＝0，1，…，V－1，－a_v是恒定值，对于v＝0，1，…，V－1，－S_sk是整数(S_sk∈Z)，－N_k是恒定值，对于k＝1，2，…N，以及－V是正整数，满足1≤V≤log₂N。本发明还涉及一种光代码组，并且涉及包括这种光学器件的网络和器件，具体地，由这种光学器件产生所述光代码组。

Description

同时产生并处理光代码的光学器件

技术领域

本发明涉及一种优选地在平面光波导或PLC技术中实现的光学器件，用于同时产生和处理光代码，它允许在光域中直接执行标记的产生和处理，并且精确、可靠、简单且廉价。具体地，可以在多协议标记交换或MPLS通信网络中以及在码分多址或CDMA网络中使用该器件。

本发明还涉及一种光代码组，具体地，该代码组由所述光学器件产生，并且高度正交，以便以高精确度关于彼此可识别。具体地，这种代码的使用能够进行在MPLS网络上传输的数据分组的准确和可靠的路由以及在CDMA网络上传输的信号的精确接收。

本发明还涉及包括这种光学器件的网络和器件。

背景技术

采用IP(因特网协议)协议的当前最广布的通信网络使用其中数据根据IP协议而传播的SONET/SDH(同步光网络/同步数字体系)传输层，在该层上有ATM(异步传输模式)交换层。具体地，语音业务通常在SONET/SDH层上传播。根据WDM(波分复用)，这种网络允许采用多于一个波长来传输。这种四层结构对于以合理成本管理高业务量非常慢。但是最重要的是整个网络的可缩放性和灵活性不够。

为此，已经提出MPLS系统，并且由IETF(因特网工程任务组)组织使之标准化，通过将SONET/SDH和ATM层并入一个单独的IP/MPLS层，该系统基于用于缩放和管理光网络的协议组以便减少协议栈。事实上，如K.H.Liu在“IP Over WDM”，John Wileym & Sons，Ltd WestSussex，England 2003中、M.Murata和K.I.Kitayama在“Aperspective on photonic multiprotocol label switching”，IEEENetwork，July/August，pp.56-63，2001中、R.Xu、Q.Gong和P.Ye在“A novel IP with MPLS over WDM-based broad-band wavelengthswitched IP network”，IEEE J.Lightwave Technol.，vol.19，n.5，pp.596-602，2001中、M.Koga在“Photonic MPLS router”，Proc.Lasers and Electro-Optics，(CLEO)，Long Beach，CaliforniaUSA，vol.1，pp.581-582，vol.1，2002中以及D.J.Blumenthal在“Photonic packet and all-optical label switchingtechnologies and techniques”，Opt.Fiber Comm.Conf.(OFC)，Anaheim，California USA，paper W03，pp.282-284，2002中所述，MPLS协议与IP协议重叠，用于简化业务工程并且允许有效地使用网络资源。

参考图1a，在MPLS网络的输入节点1处，将具有恒定格式的标记2插入每一个数据分组3的报头(或在尾部)。具体地，这种标记是通常具有多达32比特的代码，每一个标记比特更正确的叫法是码元(chip)。在每一个接下来的节点4处，根据标记2本身的值来路由分组3，直到到达目的节点5为止，节点5最终接收分组3。

换句话说，MPLS网络产生与光网络的外部节点1和5相连的虚拟链路或隧道。如果数据分组3进入隧道的输入，暂停正常的IP过程，并且根据所谓的标记交换，仅根据标记2的值来将分组向目的节点5路由。

因此，MPLS协议并不代替IP分组的正常路由，而是与该协议重叠，以增加数据传输速率，对于具有不同QoS(服务质量)需求的业务流分配足够的带宽。

然而，MPLS网络呈现出一些缺点。

当前的MPLS网络的主要限制在于标记产生和处理发生在电学层次而不是光学层次，这使最大传输速率在很大程度上受限，其减少到10Gbit/sec的量级。

事实上，当前技术使用标记，即插入在数据分组的前面(或在后面)的具有长达32个码元的代码；这样获得的电信号被转换为光信号并且发送到MPLS网络中。在每一个单个节点处，必须将包括数据分组3和标记2的光信号重新转换为电信号，从其中提取标记2。通过执行标记2本身和插入在存储代码表中的所有其它标记之间的相关，读取标记2。

所有标记彼此正交，并且仅当输入标记与表中相应的一个相匹配时，才存在自相关函数的峰值。在这种情况下，将具有同一个标记2的数据分组3再次从电转换为光信号，并且路由到随后的节点。在需要改变标记的情况下，通过标记交换程序，数据分组具有新的标记，然后被路由。所有以上内容涉及在每一个节点处需要使用光电探测器和激光源进行电-光-电两次转换。已知这些器件占用光网络的成本多于75％，并因此最大程度地减少它们的使用在经济上是有利的。

由K.-I.Kitayama、N.Wada和H.Sotobayashi在“Architecturalconsiderations for photonic IP router based upon optical codecorrelation”，IEEE J.Lightwave Technol.，vol.18，n.12，pp.1834-1844，2000中、由K.-I.Kitayama和N.Wada在“Photonic IProuting”，IEEE J.Lightwave Technol.，vol.11，n.12，pp.1689-1691，1999中、由N.Wada和K.-I.Kitayama在“Photonic IProuting using optical codes：10 Gbit/s optical packet transferexperiment”，Proc.Optical Fiber Communication Conference(OFC)，Baltimore，Maryland USA，vol.2，paper WM51-1，pp.362-364，2000中以及由K.-I.Kitayama和M.Murata在“Photonicaccess node using optical-code based label processing and itsapplications to optical data networking”，IEEE J.LightwaveTechnol.，vol.19，n.10，pp.1401-1415，2001中提出了对于这些缺点的一些解决方案。具体地，在这些结构中，建议直接在光域中产生并处理标记。

因为为了读取标记必须执行输入标记和表中所有N个标记之间的N个相关，这些解决方案通过使用N个不同的器件，一个器件针对每一个标记，而在光域中执行所述N个相关。

因为需要每一个分组的N个拷贝和N个相关器，由于复杂性和相关器件的成本，这因此会引起其它缺点。

直接在光域中管理MPLS网络的其它解决方案是使用多协议波长交换或MPλS(多协议lambda交换)系统(还被称为广义MPLS系统)，其中使用不同的波长作为标记。

然而，这些系统也呈现出一些缺点。

这些系统的主要限制在于由于标记和相应波长λ之间的严格一一对应而具有较小的代码基数，即较少数目的标记。

此外，广义MPLS系统需要用于产生不同波长的可调谐激光源，而这种激光源比一般的激光源更昂贵。

此外，这些系统在每一个节点处需要解复用器，用于读取不同的标记。

至此以及描述的内容对于CDMA网络同样是有效的，在CDMA中，多址技术使得大量用户可以同时接入传输信道。

具体地，CDMA技术给每一个用户分配特定代码，代码与要发送的信息信号无关。所谓扩频的编码操作包括将分配给每一个单独用户的代码乘以信息信号。然而，在解码操作中，接收者执行接收信号和意欲被接收(解扩)的用户代码之间的相关。为了避免同时接入网络的各个用户之间的干扰，代码必须关于彼此正交。

如D.D.Sampson、G.J.Pendock和R.A.Griffin在“PhotonicCode-division multiple access communications”Fibre and Int.Opt.，vol.16，pp.129-157，1997中、M.Azizoglu、J.A.Salehi和Y.Li在“Optical CDMA via temporal codes”IEEE Trans.Commun.，vol 40，n.7，pp.1162-1170(1992)中、J.A.Salehi在“Code division multiple-access techniques in optical fibernetworks-part I：fundamental principles，”IEEE Trans.Commun.，vol 37，n.8，pp.824-833(1989)中、M.E.Marhic在“Coherentoptical CDMA networks”，J.Lightwave Technol.，vol.11，n.5/6，pp.854-864(1993)中以及K.-I.Kitayama 在“Code divisionmultiplexing lightwave networks based upon optical codeconversion”IEEE J.Select.Areas Commun.，vol.16，n.7，pp.1309-1319，1998中所述，在多址光网络(如图1b所示意示出的一个)中，利用星形耦合器52，将所有用户50发送的信号分配给每一个接收者51。如果在光域执行数据编码和解码，集中传输的速率比具有电编码器和解码器的系统所达到的速率要快很多。在文献中提出的所有结构中，使用N个不同的编码器53，一个编码器针对每一个用户50。在接收端，当知道希望的用户代码时，通过使用自适应滤波器来执行解码。显而易见的是，必须具有N个不同的解码器54，一个解码器针对每一个代码。

MPLS和CDMA网络还呈现其它缺点。

事实上，为了精确地区分不同的光代码，自相关函数的峰值必须尽可能地高，而互相关函数必须在任何位置接近零。由S.W.Lee和D.H.Green在“Coding for coherent optical CDMA networks”，IEEEProc.Commun.，vol.145，n.3，pp.117-125，1998中、由S.W.Lee和D.H.Green在“Performance analysis method for opticalcodes in coherent optical CDMA networks”，IEEE Proc.Commun.，vol.147，n.1，pp.41-46，2000中、由S.W.Lee和D.H.Green在“Performance analysis of optical orthogonal codes in CDMALANs”，IEEE Proc.Commun.，vol.147，n.4，pp.256-271，1998中、由F.R.K.Chung、J.A.Salehi和V.K.Wei在“Opticalorthogonal codes：design，analysis，and applications”IEEETrans.Inform.Theory，vol.35，n.3，pp.595-604，1989中以及由G.-C.Yang和T.E.Puja在“Optical orthogonal codes withunequal auto-and cross-correlation constraints”，IEEE Trans.Inform.Theory，vol.41，n.1，pp.96-106，1995中做出了在文献中提出的光代码的特性和性质的评论。由K.-I.Kitayama、N.Wada和H.Sotobayashi在“Architectural considerations forphotonic IP router based upon optical code correlation”，IEEEJ.Lightwave Technol.，vol.18，n.12，pp.1834-1844，2000中以及由K.-I.Kitayama在“Code division multiplexing lightwavenetworks based upon optical code conversion”IEEE J.Select.Areas Commun.，vol.16，n.7，pp.1309-1319，1998中建议的代码是Hadamard代码，表示自相关峰值或ACP等于ACP＝N²，而互相关函数的最大值或CCP(互相关峰值)是CCP＝(N-1)²。作为示例，在当N＝8的情况下，自相关峰值等于ACP＝64，而互相关函数的最大值是CCP＝4。因此，代码正交性的参数非常高，等于r＝CCP/ACP＝49/64＝0.77，因此对于MPLS网络的路由器和CDMA系统中的检测，不能够具有特别精确的性能。

发明内容

因此，本发明的目的是能够以精确、可靠、简单且廉价的方式在光域直接进行标记产生和处理。

本发明的另一个目的是提供光代码组，所述光代码组高度正交，以便以高精确度彼此可识别，尤其能够准确和可靠地路由在MPLS网络上传输的数据分组，以及准确和可靠地识别在CDMA网络中与这些数据分组相关联的单个用户。

本发明的特定主题是一种光学器件，用于在至少一个波长处产生和处理光代码，所述光学器件包括：P个输入s，其中1≤s≤P，并且P≥1；以及N个输出k，其中1≤k≤N并且N≥1，其特征在于，所述光学器件用于同时在一个或多个波长产生和处理Nc个相位和/或幅度的光代码，N_C≥2，光代码由具有时间间隔τ的C个码元组成，其特征在于从输入s到输出k的传递函数T_sk(f)满足下式：

$\left|T_{\mathrm{sk}}\left(f\right)\right|=\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\Π}}}\left|F_v({\mathrm{\α}}_{v}f+\frac{S_{\mathrm{sk}}}{N_k\mathrm{\τ}})\right|,$ 对于s＝1，2..P    k＝1，2，...N

其中：F_v(f)是光滤波器的传递函数，对于v＝0，1，...，V-1；a_v是恒定值，对于v＝0，1，...，V-1；S_sk是整数(S_sk∈Z)；N_k是恒定值，对于k＝1，2，...N；以及V是正整数，满足1≤V≤log₂ N。

根据本发明，优选地，从输入s到输出k的传递函数T_sk(f)等于：

$T_{\mathrm{sk}}\left(f\right)=\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\Π}}}{F}_v({\mathrm{\α}}_{v}f+\frac{S_{\mathrm{sk}}}{N_k\mathrm{\τ}}),$ 对于s＝1，2..P    k＝1，2，...N

此外，根据本发明，码元的数目C可以大于或等于输出k的数目N(C≥N)。

此外，根据本发明，同时产生和处理的光代码的数目Nc可以大于或等于输出k的数目N(N_C≥N)。

此外，根据本发明，输出k的数目N可以是2的幂(N＝2^z，z等于正整数或零)。

此外，根据本发明，N_k可以是整数恒定值，其中k＝1，2，...N。

此外，根据本发明，输入s的数目P可以等于1(P＝1)。

此外，根据本发明，器件可以包括至少一个光滤波器的树，每一个滤波器包括输入和两个输出，每一个树包括输入、L级且N_t个的输出，其中L≥1并且1≤N_t≤2^L，每一个滤波器具有各自的直接(direct)传递函数H(f)以及各自的互相(cross)传递函数G(f)，根据从根到叶或从叶到根的递增次序来定位树的L级。

根据本发明，优选地，所述至少一个树的每一个光滤波器的直接和互相传递函数H(f)和G(f)与长度M(M≥2)的两个有限冲击响应或FIR、正交镜像滤波器或QMF的传递函数相对应，满足下式：

$G\left(f\right)=e^{-j2\mathrm{\πf\τ}}{H}^{*}(f+\frac{1}{2\mathrm{\τ}})$

其中，星号表示复共轭。

此外，根据本发明，从树输入到位于级V上的输出k的传递函数T_sk(f)＝T_k(f)可以满足下式：

$\left|T_k\left(f\right)\right|=\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\Π}}}\left|F_v({\mathrm{\α}}_{v}f+\frac{S_{\mathrm{sk}}}{N_k\mathrm{\τ}})\right|=,\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\Π}}}\left|F_v\left(2^{v}f\right)\right|,$ 对于k＝1，2，...N_t

其中：乘积的每一个因子F_v(f)等于G(f)或H(f)，对于v＝0，1，...，V-1；a_v＝2^v，对于v＝0，1，...，V-1；S_sk＝0；以及V≤L。

此外，根据本发明，每一个光滤波器的直接和相互传递函数H(f)和G(f)的系数h[k]和g[k]可以满足下式：

                       g[k]＝(-1)^kh[1-k]

$\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left[k\right]h[k+2n]=\mathrm{\δ}\left[n\right],n\∈Z$

$\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left[k\right]=\sqrt{2}$

$\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^{k}h\left[k\right]=0$

其中，δ[n]是Kronecker delta函数。

此外，根据本发明，每一个光滤波器可以是具有单位延迟2^lτ的平面滤波器，其中l是滤波器所在的级，有0≤l≤L-1，树的L级根据从根到叶或从叶到根的递增次序由指数l识别。

此外，根据本发明，从输入到输出k的传递函数T_sk(f)＝T_k(f)可以满足下式：

$\left|T_k\left(f\right)\right|=\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\Π}}}\left|F_v({\mathrm{\α}}_{v}f+\frac{S_{\mathrm{sk}}}{N_k\mathrm{\τ}})\right|=\left|F_0(f+\frac{S_k}{N_t\mathrm{\τ}})\right|,$ 对于k＝1，2，...N_t

其中：F₀(f)是基准传递函数；a_v＝1；S_sk＝S_k；N_k＝N_t以及V＝1。

此外，根据本发明，从输入到输出k的传递函数T_sk(f)＝T_k(f)可以满足下式：

$\left|T_k\left(f\right)\right|=\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\Π}}}\left|F_v({\mathrm{\α}}_{v}f+\frac{S_{\mathrm{sk}}}{N_k\mathrm{\τ}})\right|=\left|F_0(f+\frac{S_k}{2^l\mathrm{\τ}})\right|,$ 对于k＝1，2，...N_t

其中：F₀(f)是基准传递函数；a_v＝1；S_sk＝S_k；N_k＝2^l；l是输出k所在的级，有0≤l≤L-1，L个树级根据从根到叶或从叶到根的递增次序由指数l识别；以及V＝1。

此外，根据本发明，每一个光滤波器可以包括至少一个Mach-Zehnder干涉仪或MZI。

此外，根据本发明，每一个光滤波器可以具有输入和输出3dB对称定向耦合器。

此外，根据本发明，每一个光滤波器可以只包括一个MZI，长度M＝2并且臂之间的延迟是2^lτ，其中，l是滤波器所在的级，有0≤l≤L-1，L个树级根据从根到叶或从叶到根的递增次序由指数l识别。

此外，根据本发明，每一个光滤波器可以包括两个MZI的串，所述串具有长度M＝4并且臂之间的延迟是2^lτ和2^l+1τ，l是滤波器所在的级，有0≤l≤L-1，根据从根到叶或从叶到根的递增次序，由指数l识别L个树级。

此外，根据本发明，可以沿至少一个MZI的至少一个臂，插入ΔΦ恒定相位的光移相器。

根据本发明，优选地，所述器件包括至少一个树，所述树具有包括第一耦合器的至少一个节点，所述耦合器包括N_IN个输入波导和N_a个输出波导，有N_IN≥1和N_a≥1，其输出与包括N_a个波导的光栅相连，光栅依次与包括N_OUT个输出波导的第二耦合器的N_a个输入波导相连，其中N_OUT≥1。具体地，所述耦合器可以无差别地是定向耦合器和/或聚焦耦合器或“slab”和/或多模干扰耦合器。

此外，根据本发明，所述器件可以使N_IN＝N_a＝N_OUT＝N_GRA。

此外，根据本发明，可以沿光栅的至少一个波导j，插入值θ_j的恒定的光移相器，其中j＝1，2，…N_a。

此外，根据本发明，光栅的波导的长度L_j(其中j＝1，2…N_a)可以等于

               L_j＝L_m′+d_jΔL    j＝1，2，...N_a

有如果k≠k′，整数d_j∈[0，1，2，...N_a-1]满足条件d_k≠d_k′，其中，L_m′是基准波导的长度，等于最短波导，而d_m’＝0，并且ΔL是光栅的两个波导长度的最小差。

此外，根据本发明，所述器件可以使

$d_j=\left\{\frac{1}{2}\right[{(-)}^{j+m^{\′}}(j-\frac{1}{2})-(m^{\′}-\frac{1}{2})\left]\right\}{\mathrm{mod}N}_a{m}^{\′},j=\mathrm{1,2},...N_a$

其中，“mod”表示运算模数运算符。

此外，根据本发明，所述器件可以使d_j＝2j，有j＝1，2…，N_a，其中仅使用偶数输入i(i＝2r，对于r＝1，2，...，int[N_IN/2]，其中“int”表示给出除法的整数商的算子)和偶数输出k(k＝2r’，对于r’＝1，2，...，int[N_OUT/2])。

此外，根据本发明，第一耦合器可以是均匀多模干扰或MMI耦合器或非均匀功率分配MMI耦合器。

此外，根据本发明，第一MMI耦合器可以具有长度

                      L_c＝M_c3L_π/N_a

其中，M_c是正整数，以及

$L_{\mathrm{\π}}=\frac{\mathrm{\π}}{{\mathrm{\β}}_0-{\mathrm{\β}}_1}=\frac{{4n}_g{W_e}^2}{3\mathrm{\λ}}$

其中：β₀和β₁分别是零阶和一阶模的传播常数；n_g是有效折射率；λ是输入波的自由空间波长；以及W_e是横向基本振荡模的有效宽度。

假设第一MMI耦合器的输入波导由根据横向而增长的指数i识别，并且输出波导由根据所述相同的横向而增长的指数j’识别，则器件可以使得输入波导i和输出波导j’分别定位在位置x₁和x_j’，等于：

$x_i=(2i-1)\frac{W_e}{{2N}_{\mathrm{IN}}}i=\mathrm{1,2},...N_{\mathrm{IN}}$

$x_{j^{\′}}=({2j}^{\′}-1)\frac{W_e}{{2N}_a}{j}^{\′}=\mathrm{1,2}...N_a$

此外，根据本发明，器件可以使得M_c和N_a是没有大于1的公约数的两个正整数。

根据本发明，优选地，所述器件使M_c＝1。

此外，根据本发明，第二耦合器可以是均匀MMI耦合器或非均匀功率分配MMI耦合器。

此外，根据本发明，第二MMI耦合器可以具有长度

                  L’_c＝M’_c3L’_π/N_OUT

其中，M’_c是正整数，以及

${L^{\′}}_{\mathrm{\π}}=\frac{\mathrm{\π}}{{{\mathrm{\β}}^{\′}}_0-{{\mathrm{\β}}^{\′}}_1}=\frac{{{4n}^{\′}}_g{W}_e^{\′2}}{3\mathrm{\λ}}$

其中：β₀’和β₁’分别是零阶和一阶模的传播常数；n’_g是有效折射率；λ是输入波的自由空间波长；以及W’_e是横向基本振荡模的有效宽度。

假设第二MMI耦合器的输入波导由根据横向而增长的指数j”识别，并且输出波导由根据所述相同的横向而增长的指数k识别，器件可以使得输入波导j”和输出波导k分别定位在位置x’_j”和x’_k，等于：

${x^{\′}}_{j^{\′\′}}=(2j^{\′\′}-1)\frac{{W_e}^{\′}}{{2N}_a},{\mathrm{perj}}^{\′\′}=\mathrm{1,2},...,N_a$

${x^{\′}}_k=(2k-1)\frac{{W_e}^{\′}}{{2N}_{\mathrm{OUT}}},\mathrm{per\; k}=\mathrm{1,2},...,N_{\mathrm{OUT}}$

此外，根据本发明，所述器件可以使M’_c和N_OUT是没有大于1的公约数的两个正整数。

根据本发明，优选地，所述器件使M’_c＝1。

此外，根据本发明，沿光栅波导的移相器的值θ_j可以等于

                 _ij+′_jm+θ_j＝2πA_ikm

对于i＝1，2，...，N_IN  j＝1，2，...，N_a  m＝1，2，...，N_OUT  k＝1，2，...，N_OUT其中，

有 ${\mathrm{\φ}}_1={-\mathrm{\β}}_0\frac{{3M}_C{L}_{\mathrm{\π}}}{N_{\mathrm{GRA}}}-\frac{9\mathrm{\π}}{{8N}_{\mathrm{GRA}}}+\frac{3\mathrm{\π}}{4},$

以及

其中 ${{\mathrm{\φ}}^{\′}}_1={-{\mathrm{\β}}^{\′}}_0\frac{{3M^{\′}}_C{L^{\′}}_{\mathrm{\π}}}{N_{\mathrm{GRA}}}-\frac{9\mathrm{\π}}{{8N}_{\mathrm{GRA}}}+\frac{3\mathrm{\π}}{4},$

其中，A_ikm是整数常数。

此外，根据本发明，从第一耦合器的输入i到第二耦合器的输出k的传递函数T_ik(f)的绝对值可以是从第一耦合器(21)的输入i到第二耦合器的输出m的基准传递函数T_im(f)的绝对值的频率平移拷贝，因此：

$\left|T_{\mathrm{Lk}}\left(f\right)\right|=\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\Π}}}\left|F_v({\mathrm{\α}}_{v}f+\frac{S_{\mathrm{lk}}}{N_k\mathrm{\τ}})\right|=\left|T_m(f-n\frac{c}{\mathrm{\τ}{n}_e{N}_k\mathrm{\ΔL}})\right|$

对于i＝1，2，....，N_IN  k，m＝1，2，...，N_OUT其中：F₀(f)＝T_im(f)；c是光速；a_v＝1；n_e是光栅波导的折射率；V＝1；以及S_sk＝-n，其中n是满足与两个不同输入k和k’相对应的值不同的条件的整数(k≠k′→n≠n′  k，k′＝1，2，...，N_OUT)，而时间常数τ等于

$\mathrm{\τ}=\frac{\mathrm{\ΔL}\·n_e}{c}$

此外，根据本发明，器件可以使得N_k＝N_OUT，对于k＝1，2，…，N_OUT。

此外，根据本发明，第一耦合器可以是聚焦耦合器或“slab”。

此外，根据本发明，第二耦合器可以是聚焦耦合器或“slab”。

根据本发明，优选地，第一耦合器和第二耦合器上的输入和输出波导的位置可以基于Rowland圆结构。

此外，根据本发明，光栅中相邻波导的长度变化ΔL。

此外，根据本发明，所述器件可以使

$N_a=\frac{\mathrm{\λR}}{n_s{\mathrm{dd}}_o}$

其中：λ是输入光信号的波长；R是第一和第二聚焦耦合器的焦距；n_s是第一和第二聚焦耦合器的有效折射率；d是波导光栅的间距；以及d_o是N_IN个输入波导和N_OUT个输出波导的间距。

此外，根据本发明，假设分别由根据相同的横向而增长的指数i和指数k识别N_IN个输入波导和N_OUT个输出波导，从第一耦合器的输入i到第二耦合器的输出k的传递函数T_ik(f)的绝对值t可以是从相同的输入i到相应的基准输出n_{REF_i}(1≤m_{REF_i}≤N_OUT)的基准传递函数T_{imREF_i}(f)的绝对值的频率平移拷贝，因此：

$\left|T_{\mathrm{ik}}\left(f\right)\right|=\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\Π}}}\left|F_v({\mathrm{\α}}_{v}f+\frac{S_{\mathrm{ik}}}{N_k\mathrm{\τ}})\right|=\left|T_{i{m}_{\mathrm{REF}\_i}}(f-\frac{i+k}{N_k\mathrm{\τ}})\right|i=\mathrm{1,2},...,N_{\mathrm{iN}}k=\mathrm{1,2},...N_{\mathrm{OUT}}$

其中： $F_0\left(f\right)=T_{{\mathrm{im}}_{\mathrm{REF}\_i}}\left(f\right);$ c是光速；a_v＝1；n_e是光栅波导的折射率；V＝1；S_sk＝(i+k)；以及时间常数τ等于 $\mathrm{\τ}=\frac{\mathrm{\ΔL}\·n_e}{c}.$

根据本发明，优选地，与输入i相对应的基准输出波导的指数m_{REF_i}等于：

$m_{\mathrm{REF}\_i}=\left\{\begin{array}{cc}{N}_{\mathrm{GRA}}-i& \mathrm{for\; i}\≠N_{\mathrm{GRA}}\\ N_{\mathrm{GRA}}& \mathrm{for\; i}=N_{\mathrm{GRA}}\end{array}\right.i=\mathrm{1,2},...,N_{\mathrm{GRA}}$

此外，根据本发明，所述器件可以使N_k＝N_OUT，对于k＝1，2，…，N_OUT。

本发明的另一个特定主题是一种光信号，包括至少一个相位和/或幅度的光代码，所述光代码在至少一个波长处包括间隔τ的C个码元，其特征在于，通过将至少一个光信号发送到光学器件的P输入s的至少一个，在上述光学器件的N个输出k的至少一个处产生所述光代码。

此外，根据本发明，所述至少一个代码的码元相位可以是2π/C的整数倍，即，它们可以等于2k₂π/C，其中k₂是正或负整数或零(k₂∈Z)。

根据本发明，优选地，所述至少一个光代码是PSK码。

此外，根据本发明，可以通过将U个脉冲光信号(2≤U≤P)发送到光学器件的U个相应输入s，由上述光学器件产生所述至少一个光代码，其中优选地U＝int(P/2)。

此外，根据本发明，所述U个脉冲光信号可以具有相同的波长。

本发明的另一个特定主题是一种光信号，包括至少一个相位和/或幅度的光代码，所述光代码在至少一个波长处包括间隔τ的C个码元，有C≥2，其特征在于，所述至少一个代码的码元相位是2π/C的整数倍，即，它们等于2k₂π/C，其中k₂是正或负整数或零(k₂∈Z)。

此外，根据本发明，所述至少一个代码在至少两个波长处包括所述C个码元。

此外，本发明的特定主题是一种通信网络，包括一个或多个代码产生器件和一个或多个代码处理和识别器件，其特征在于，所述一个或多个代码产生器件的至少一个和/或所述至少一个或多个代码处理和识别器件的至少一个包括至少一个上述光学器件。

根据本发明，优选地，所述通信网络是多协议标记交换或MPLS通信网络或码分多址或CDMA通信网络。

本发明的另一个特定主题是一种代码产生器件，其特征在于，它包括上述光学器件，并且在如上所述的通信网络中使用。

本发明的另一个特定主题是一种代码处理和识别器件，尤其是一种路由设备，其特征在于，它包括上述光学器件，用于根据至少一个识别的光代码来控制至少一个光交换机，并且在如上所述的通信网络中使用。

附图说明

现在根据本发明的优选实施例，尤其是参考附图，作为演示而不是限制，来描述本发明，其中：

图1a和1b分别示意地示出了MPLS网络和CDMA网络；

图2示意地示出了根据本发明的光学器件的第一实施例；

图3示出了根据图2的方案的本发明的光学器件的优选实施例；

图4a和4b分别示出了图3的器件在MPLS网络中作为标记产生器和在CDMA网络中作为编码器的应用；

图5示出了图3的器件作为光代码处理器的应用；

图6a、6b和6c分别示出了在图3的器件的输入处的光信号、以及在输出获得的自相关和最大互相关信号；

图7示出了根据本发明的光学器件的第二实施例；

图8a、8b和8c分别示出了在图7的器件的输入处的光信号、以及在输出获得的自相关和最大互相关信号；

图9示出了根据本发明的光学器件的第三实施例；

图10a和10b分别示出了图7的器件在MPLS网络和CDMA网络中的应用；

图11示出了根据本发明的光学器件的第四实施例；

图12示意地示出了根据本发明的光学器件的第五实施例；

图13示意地示出了图12的器件的N×N MMI耦合器；以及

图14示意地示出了根据本发明的光学器件的第六实施例。

在附图中，由相同的参考符号表示类似元件。

具体实施方式

本发明开发出一种器件，可以直接在光域中同时产生和处理N代码，避免所有的光-电以及相反的转换。同一个器件能够同时产生所有的代码并同时处理它们，因此，可以在MPLS网络的输入节点和通过节点中、或在CDMA网络的发送和接收中使用它。

根据本发明的光学器件的第一实施例使用小波包(或WP分解)和多分辨率分析(或MRA)，采用一对有限冲击响应或FIR、共轭正交镜像滤波器(或QMF，H(f)和G(f))。这种滤波器(长度等于M)的系数满足下式：

$g\left[k\right]={(-1)}^{k}h[1-k]$

$\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left[k\right]h[k+2n]=\mathrm{\δ}\left[n\right],n\∈Z$

$\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left[k\right]=\sqrt{2}$

$\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{(-1)}^{k}h\left[k\right]=0---\left[1\right]$

其中，δ[n]是Kronecker delta函数。小波原是函数序列，以下面的递归方式定义：

$w_{l+1.2m}\left(t\right)=\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left[k\right]w_{l.m}(t-2^l\mathrm{k\τ})$

$w_{l+\mathrm{1,2}m+1}\left(t\right)=\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}g\left[k\right]w_{l,m}(t-2^l\mathrm{k\τ})$

$l=\mathrm{0,0}\≤m\≤2^l-1---\left[2\right]$

其中，l等于正整数(l∈Z⁺)，是分解级数，m也等于正整数(m∈Z⁺)，是树中小波原的位置，τ是恒定的单位延迟，与代码序列的码元之间的间隔一致。函数w_0，0(t)是MRA的缩放函数，满足缩放方程

$w_{\mathrm{0,0}}\left(t\right)=\sqrt{2}\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}h\left[k\right]w_{\mathrm{0,0}}(2t-\mathrm{k\τ})---\left[3\right]$

WP原在二进(dyadic)间隔的整数倍处自成正交和互成正交：

<w_l，m(t-2^lnτ)w_λ，μ(t-2^λkτ)>＝δ[l-λ]δ[m-μ]δ[n-k]

l，λ≥0，0≤m≤2^l-1，0≤μ≤2^λ-1，n，k∈Z⁺[4]

其中，角括号“<>”表示内积。从式[2]开始，小波原可以表达为

$w_{l,m}\left(t\right)=\underset{k=0}{\overset{(2^l-1)(M-1)}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_{l,m}\left[k\right]w_{\mathrm{0,0}}(t-\mathrm{k\&tau;})---\left[5\right]$

其中，

      f_l，m[k]＝<w_l，m(t)w_0，0(t-kτ)>          [6]

是从(l，m)端到根节点的等效滤波器，可以通过使用式[2]递归地计算出。因此，式[4]的正交条件是：

<f_l，m[k-2^ln]f_λ，μ[k-2^λi]>＝δ[l-λ]δ[m-μ]δ[n-i]

l，λ≥0，0≤m≤2^l-1，0≤μ≤2^λ-1，n，i∈Z⁺[7]

并且滤波器f_l，m[k](l≥0，0≤m≤2^l-1)的系数是自成(auto)正交和互成正交的代码组，长度等于

                       (2^l-1)(M-1)+1

在图2中示出了完整WP分解树的方案，其中每一个阶段是具有以对数级数增长的单位延迟的滤波器。持续时间短于图2的光学器件6的输入处的τ的单个脉冲给出了长度为(2^l-1)(M-1)+1的树的端子处的光代码(OC)组的原点。所有树节点具有不同的OC，尽管仅在相同的分解级数处(即具有相同的l)的端子产生具有相同长度的标记；此外，可以通过仅添加或删除树端子，来添加或丢掉用户，而不需要对现有标记进行任何修改，这导致OC组理论上具有无限代码基数(cardinality)。换句话说，每一个标记与其自身时间移位版本正交，并且在任何分解级数处产生的所有标记关于彼此正交。

可以将图2的器件作为多波段滤波器组，其中傅立叶变换是：

$F_{l,m}\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\underset{k=0}{\overset{(2^l-1)(M-1)}{\mathrm{\&Sigma;}}}{f}_{l,m}\left[k\right]e^{-\mathrm{j\&omega;k\&tau;}}l\&GreaterEqual;\mathrm{1,0}\&le;m\&le;2^l-1---\left[8\right]$

并且具有下面的表示：

$F_{l,m}\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\underset{k=0}{\overset{l-1}{\mathrm{\&Pi;}}}F\left(2^k\mathrm{\&omega;}\right)---\left[9\right]$

(有F＝H或G)。此外，它是

$F_{l.0}\left(\mathrm{\&omega;}\right)=H\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}h\left[k\right]e^{-\mathrm{j\&omega;k\&tau;}}$

$F_{l,1}\left(\mathrm{\&omega;}\right)=G\left(\mathrm{\&omega;}\right)=\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}g\left[k\right]e^{-\mathrm{j\&omega;k\&tau;}}---\left[10\right]$

可以通过单个衬底上的PLC技术来在光域实现完整的WP分解树。图3示出了根据本发明的器件的优选实施例，与具有分解级数1＝3的Harr小波包相关联。该器件是具有输入和输出3dB对称定向耦合器和以对数级数增长的单位延迟的Mach-Zehnder干涉仪或MZI的树。Harr小波分解的QMF具有长度M＝2：

$h\left[k\right]=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& 1\end{array}\right]$

$g\left[k\right]=\frac{1}{\sqrt{2}}\left[\begin{array}{cc}1& -1\end{array}\right]$

图3所示的器件产生光代码，所述光代码与Hadamard码一致，并且是长度N的二进制相移键控或PSK码，由间隔τ的N个码元脉冲组成。

参考图4a，可以观察到使用图3的光学器件作为标记产生器(在MPLS网络中)，由参考符号6表示，具有一个输入和N个输出，其中，N是产生的标记的数目。将光脉冲序列(随后产生光代码的单个码元脉冲)发送到器件6的输入，光脉冲是通过第一调制器11调制光源7的输出而获得的，并且N标记同时出现在每一个输出端口处。为了选择标记，仅需要通过电-光交换机8来选择器件6的相应输出，因此可以以非常简单的方式在需要的任意时刻重新配置光网络。通过使用定向耦合器9和延迟线10，将选定的标记2插入在通过第二调制器2调制光源7的输出而获得的数据分组3的前面(或在后面)。

该器件可以用作CDMA网络中的发送节点中的编码器，如图4b所示。在这种情况下，将通过调制器12调制光源7的输出而获得的要发送的数据直接发送到器件的输入。在输出处，获得编码的信号40，将其发送到多址网络。

图3所示的相同器件可以用于在MPLS网络中的路由节点处或在CDMA网络的接收系统中同时处理所有光代码。

事实上，如图5所示，在MPLS网络的情况下，器件允许同时执行所有相关。如果将由附于有效载荷数据信号的头部(或尾部)的光标记组成的IP分组发送到图3的器件的输入，则在相应标记的端子处的输出信号与表示自相关峰值ACP的自相关信号一致，而在其它输出处的信号是设定为较低值的互相关函数。因此，可以将来自器件的输出信号用作控制要路由的IP分组所施加到输入的光交换机的信号。

按照相同的方式，如果将CDMA网络的编码信号发送到器件的输入，在与采用的代码相对应的输出端可以获得发送的信号，而在其它输出处检测到与其它代码一起发送的信号。

为了正确地区分输入的标记，互相关信号CCP的最大值必须远小于ACP。实际上，由图3的器件所产生的Hadamard代码具有不胜任(unequal)的互相关函数：所有标记具有

                    ACP＝N²＝8²＝64

而它们中的一些表示最大CCP等于

                    CCP＝(N-1)²＝7²＝49

如图6所示，其中，图6a示出了包括100Gbit/sec的数据分组以及码元脉冲持续时间等于5ps且间隔τ等于12.5ps的前标记的光信号，而图6b和6c分别示出了自和互相关信号。

描述相关性能的参数是最大CCP和ACP之间的比r，并且在这种情况下等于

                        r＝0.77。

因此，代码组表示不满足性能。

最佳代码组由表示相同的自和互相关函数的光代码组成。为此，回忆式[9]和[10]，必须所有滤波器F_l，m具有相同的长度(即相同的分解级数l)，并且是原型滤波器F_l，0根据下式的移位拷贝

$\left|F_{l,m}\left(\mathrm{\&omega;}\right)\right|=|F_{l,0}(\mathrm{\&omega;}+\frac{2\mathrm{\&pi;m}}{2^l\mathrm{\&tau;}})---[11]$

因为H和G是满足以下关系的一对QMF滤波器

$G\left(\mathrm{\&omega;}\right)=e^{-\mathrm{j\&omega;\&tau;}}{H}^{*}(\mathrm{\&omega;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&tau;}})---\left[12\right]$

其中，星号表示复共轭，对于l＝1自动满足条件[11]。对于l＞1，可以通过使延迟从根到树的端子降低，并且添加恒定移相器以便满足条件[11]，来逆转图3的分解方案。

图7示出了根据本发明用于产生最佳代码组的器件的第二实施例。它产生八个相位PSK标记，所有都满足ACP＝64，最大CCP＝6.83，并且r＝0.107，如图8所示，其中，图8a示出了包括100Gbit/sec的数据分组和码元脉冲持续时间等于5ps且间隔τ等于12.5ps的前面光代码的光信号，而图8b和8c分别示出了自和互相关信号。具体地，为了实现具有N个输出的类似最佳编码器/解码器，需要N-1个MZI干涉仪和一些移相器。

此外，在这种情况下，如果使用中的用户数目小于N，则可以修剪树。此外，所有产生的代码具有相同的长度。例如，图9示出了通过修剪最后两对QMF滤波器而从图7的器件中获得的根据本发明器件的第三实施例。图9的器件产生具有等于8的相同长度的N＝6个标记。在端子(3，0)(3，1)(3，2)和(3，3)处产生的标记具有ACP＝64，而在端子(2，2)和(2，3)处产生的标记具有ACP＝16；所有标记具有最大CCP＝2。

图10a示意地示出了图1a的MPLS网络的一部分，其中，在输入节点和路由节点4中采用图7的器件6，其控制光交换机13。

相反，图10b示出了图1b的CDMA网络，其中，对于多个发送节点53，采用如图7器件的单独器件6，用于利用不同代码编码N个用户的数据，并且对于多个接收节点54，采用类似的单独器件6’，用于解码N个接收到的信号。

通过增加N，可以进一步增强代码正交性能。然而，可以通过增加每一个QMF滤波器的长度M，产生具有非常好的相关性质的代码序列，而不需要修改用户的数目N。作为示例且不作为限制，在图11中示出了根据本发明的器件的第四实施例，实现了长度M＝4的Daubechies小波滤波器的完整树。该器件产生长度等于22的N＝8个光代码，并且光标记由不相等的幅度和相位的码元脉冲组成。每一个代码具有ACP＝13.5，最大CCP＝1.55并且r＝0.114。

在图12中示出了根据本发明的器件的第五实施例，用于产生图7的器件的相同的光代码。它包括两个多模干扰(或MMI)耦合器21和23、N个波导和N个光移相器的光栅22。具体地，图12的器件具有N个输入和N个输出。在下面，由从1到N的数字渐增地表示输入端口i、输出端口k和光栅臂j。

第一MMI耦合器21是N×N均匀功率分配器(splitter)，即，它是在横向上支持多个模式的波导，并且沿垂直轴为单模，与N个输入的单模波导和N个输出的单模波导相连。由于多模波导的自成象性质，在具有相等幅度和不同相位的N个图像的输出平面处，再现在任意一个输入处的帧分布。

为了产生N个图像，MMI耦合器21必须具有长度L_c＝M3L_π/N，其中M和N是没有大于1的公约数的任意两个正整数，并且

$L_{\mathrm{\&pi;}}=\frac{\mathrm{\&pi;}}{{\mathrm{\&beta;}}_0-{\mathrm{\&beta;}}_1}=\frac{{4n}_g{W}_e^2}{3\mathrm{\&lambda;}}---\left[13\right]$

其中：β₀和β₁分别是零阶和一阶模的传播常数，n_g是(有效)折射率，λ是自由空间波长。W_e是横向基本振荡模的有效宽度，稍大于实际波导(或slab)宽度W，以便考虑每一个单模场的侧向穿透深度；对于高对比度波导，可以设定W_e≈W。在多数实际应用中，集成光学器件应该尽可能地短，并且对于MMI耦合器21，可以设定M＝1。图13示意地示出了N×N MMI耦合器作为图12的耦合器。在等间距位置处放置输入和输出波导：

$x_i=(2i-1)\frac{W_e}{2N}i=\mathrm{1,2},...N$

$x_j=(2j-1)\frac{W_e}{2N}j=\mathrm{1,2}...N$ [14]

与从输入i到输出j的成像相关联的相位_ij是

对于              i，j＝1，2，...N    [15]和

${\mathrm{\&phi;}}_1=-{\mathrm{\&beta;}}_0\frac{{3L}_{\mathrm{\&pi;}}}{N}-\frac{9\mathrm{\&pi;}}{8N}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4}---\left[16\right]$

式[15]示出了因为由于器件的对称性，可以互换地使用输入端口和输出端口，所以_ij＝_ji。因此，当i’＝k且k’＝i时，从输入i到输出k的冲击响应h_ik(t)与从输入i’到输出k’的冲击响应h_i’k’(t)一致。

在MMI耦合器21的输入端口处的光脉冲在耦合器的所有输出处再现，并且被分配给具有不同长度的光栅22的波导。因此，脉冲在光栅22的臂中经过不同路径，然后由接下来的MMI耦合器23将脉冲的延迟拷贝组合在一起。因此，从输入i到输出k的器件的冲击响应等于(除了恒定相位因子和可能的恒定幅度因子之外)

其中，j＝√-1，δ是Dirac delta函数，θ_j是由第j个移相器引入的恒定相位移位。此外，L_j是光栅22的第j个臂的长度，并且n_e是相应(有效)折射率。

为了产生由等间距码元组成的光代码，光栅22的臂的长度L_j(j＝1，2…N)必须满足条件

L_j＝L_m+djΔL    j＝1，2，...N                 [18]

其中，整数d_j∈[0，1，2，...N-1]满足条件d_j≠d_j′if j≠j′。

L_m是光栅22的基准波导的长度，假设它最短(d_m＝0)，并且ΔL是光栅22的两个波导长度之间的最小差。尽管在最一般的配置中，光栅的长度并不随j线性地增长，光栅22的臂的因子必须都不同，并且完全覆盖区间[0÷N-1]。

从输入i到基准输出m的冲击响应等于

在输出m处的光代码是具有相等幅度和不同相位的N个PSK码元序列。必须选择移相器的值θ_j使得基准代码由所有都具有相等相位的码元组成，即

_ij+_jm+θ_j＝2πA_ijm  i，j＝1，2，...N        [20]

其中，A_ijm是整数常数。

对于任意固定的输入i和基准输出m，可以从式[20]开始计算相移的值θ_j。

如果输出k和k’处的光代码正交，相应冲击响应的互相关函数大约为零：

$h_{\mathrm{ik}}\left(t\right){\&CircleTimes;h}_{{\mathrm{ik}}^{\&prime;}}\left(t\right)\&cong;0i,k,k^{\&prime;}=\mathrm{1,2},...\mathrm{N\; and\; k}\&NotEqual;k^{\&prime;}---\left[21\right]$

可以通过执行冲击响应[17]的傅立叶变换，计算从输入i到输出k的传递函数H_ik(f)：

在频域关系[21]变为

$h_{\mathrm{ik}}^{*}\left(f\right){\&CircleTimes;h}_{{\mathrm{ik}}^{\&prime;}}\left(f\right)\&cong;0i,k,k^{\&prime;}=\mathrm{1,2},...\mathrm{N\; and\; k}\&NotEqual;k^{\&prime;}---\left[23\right]$

如果传递函数是基准传递函数H_im(f)的平移拷贝，则总是满足该条件，即传递函数等于：

$H_{\mathrm{ik}}\left(f\right)=H_{\mathrm{im}}(f-n\frac{c}{n_e\mathrm{N\&Delta;L}})k=\mathrm{1,2},...N---\left[24\right]$

其中，n是满足与两个不同输出相对应的值不同的条件的整数：

k≠k′→n≠n′    k，k′＝1，2，...N           [25]

可以通过在频域中平移基准代码的傅立叶变换，产生所有光代码具有相等自和互相关函数的光代码组。通过利用式[20]，输入i和基准输出m之间的传递函数等于

$H_{\mathrm{im}}\left(f\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fn}}_e{L}_j}{c}}i=\mathrm{1,2},...N---\left[26\right]$

通过将其代入式[24]中，获得结果

$H_{\mathrm{ik}}\left(f\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fn}}_e{L}_j}{c}}{e}^{j\frac{2\mathrm{\&pi;n}{L}_j}{\mathrm{N\&Delta;L}}}I,K=\mathrm{1,2},...N---\left[27\right]$

从式[22]和[27]的比较中，可以看出如果满足下面的条件，则OC是正交的：

通过使用式[18]和[20]，有

并且通过使j＝m，获得

将其代入式[29]，给出

具体地，有Δ_jm＝0。

可以从式[15]计算相位差，获得

其中

$A_q=\frac{1}{2}[{(-1)}^{q+m}(q-\frac{1}{2})-(m-\frac{1}{2})]\mathrm{per\; q}=k,j---[32$

$A_{\mathrm{jk}}=[1-{(-1)}^{j+m}-{(-1)}^{k+m}+{(-1)}^{j+k}]$

其中，A_q是整数，而A_jk是4的整数倍。因此，条件[31]可以表达为：

$n={(-1)}^N{A}_k=\left\{\frac{{(-1)}^N}{2}\right[{(-1)}^{k+m}(k-\frac{1}{2})-(m-\frac{1}{2})\left]\right\}k=\mathrm{1,2},...N$

$d_j=A_j=\left\{\frac{1}{2}\right[{(-1)}^{j+m}(j-\frac{1}{2})-(m-\frac{1}{2})\left]\right\}\mathrm{mod}N,J=\mathrm{1,2},...N$

$A_{\mathrm{jmk}}=-\frac{{(-1)}^N}{4}{A}_{\mathrm{jk}}=-\frac{{(-1)}^N}{4}[1-{(-1)}^{j+m}-{(-1)}^{k+m}+{(-1)}^{j+k}]k,j=\mathrm{1,2},...N---\left[33\right]$

其中，“mod”表示模数算子，因此d_j∈[0，1，2，...N-1]。

式[33]给出实现入12所示的器件的第五实施例的规则。具体地，第一式[33]给出在基准输出m处的光代码和在输出k处的光代码之间的相对相移；第二式[33]给出因子d_j和波段光栅22的臂L_j的长度。从输入i到输出k的传递函数是：

$H_{\mathrm{ik}}\left(f\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fn}}_e{L}_j}{c}}{e}^{j\frac{2\mathrm{\&pi;n}{L}_j}{\mathrm{N\&Delta;L}}}=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fn}}_e{L}_j}{c}}{e}^{j\frac{2\mathrm{\&pi;n}{L}_m}{\mathrm{N\&Delta;L}}}{e}^{j\frac{2\mathrm{\&pi;n}{d}_j}{N}}i,j=\mathrm{1,2},...N---\left[34\right]$

为了简化，可以选择基准长度L_m＝NΔL，因此传递函数[34]变为

$H_{\mathrm{ik}}\left(f\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fn}}_e{L}_j}{c}}{e}^{j\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{nd}}_j}{N}}i,k=\mathrm{1,2},...N---\left[35\right]$

并且在输出k处的OC的相位是2π/N的倍数。在这种情况下，从式[30]中有

_mk＝_mm        k＝1，2，...N                       [36]

并且由图12的器件所产生的OC与由图7的器件所产生的OC一致。

作为示例而不是作为限制，在图12的器件具有N＝8个输入和N＝8个输出的情况下，设定基准输出是m＝2并且输入端口是i＝4，从式[33]中，推出光栅22的臂的因子是d_j＝(7 0 6 1 5 2 4 3)，而移相器的值根据式[20]是：

θ_j＝-2φ₁-(13π/32 29π/32 -19π/32 29π/32 -3π/32 13π/32 -3π/32 -19π/32).

在输出m＝2处的基准代码的所有相位等于零，而在其它输出处产生的代码是在图12中所报告的代码，与由图7的器件所产生的代码相同。

根据式[33]，光栅22的臂的因子不随j单调增长，为了避免平面波导的相交，必须将多个U形弯头插入布局中，或使用S形配置。可选地，可以建立条件d_j＝αj，其中α是整数。在这种情况下，光栅22的因子d_j等于：

$\frac{2\mathrm{\&alpha;j}-\frac{1}{2}}{j-\frac{1}{2}}={(-1)}^{j+m}j=\mathrm{1,2},...N---\left[37\right]$

对于j为偶数和α＝2，总是满足式[37]。因此，如果只考虑偶数输入、偶数输出和具有偶数指数的波导光栅22的臂，则可以实现光栅22的臂的长度随j单调增长的图12的器件。

对于本领域的技术人员，可以立即将图12的器件应用于第一MMI耦合器是具有单个输入和N个输出的1×N非均匀分配器的情况。

根据本发明的器件的其它实施例可以包括树结构，在树的节点中，有与图12的器件类似的器件；在这种情况下，可以产生具有非常大的基数的代码组。

图14示出了根据本发明的器件的第六实施例，使用波导光栅和两个聚焦耦合器或“slab”。具体地，图15的器件包括N个输入波导、N个输出波导、两个耦合波导和波导光栅。根据Rowland圆结构放置在每一个耦合器的输入和输出处的波导，而光栅中两个相邻波导的长度变化常数ΔL。

输入i和输出k之间的传递函数等于(除了恒定相位因子和可能的恒定幅度因子之外)：

$H_{\mathrm{ik}}\left(f\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fjn}}_e\mathrm{\&Delta;L}}{c}}{e}^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fn}}_s\mathrm{dj}}{c}({\sin \mathrm{\&theta;}}_i+{\sin \mathrm{\&theta;}}_o)}i,k=\mathrm{1,2},...N---\left[38\right]$

其中，n_s和n_e分别是slab和光栅波导的有效折射率；d是波导光栅的间距，θ_i和θ_o分别是输入和输出波导面对的角，即

$\begin{array}{cc}{\sin \mathrm{\&theta;}}_i\&cong;i\frac{d_i}{R}& {\sin \mathrm{\&theta;}}_o\&cong;k\frac{d_o}{R}\end{array}---\left[39\right]$

输入和输出波导光栅的间距分别由d_i和d_o表示，而R是slab焦距。设定d_i＝d_o，并选择布局参数以便

$N=\frac{\mathrm{\&lambda;R}}{n_s{\mathrm{dd}}_o}---\left[40\right]$

从式[38]和[39]中，可以获得

$H_{\mathrm{ik}}\left(f\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fjn}}_e\mathrm{\&Delta;L}}{c}}{e}^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;j}}{N}(i+k)}i,k=\mathrm{1,2},...N---\left[41\right]$

对于每一个输入i，可以定义基准输出波导，如果i≠N则m＝N-i，并且如果i＝N则m＝N。基准传递函数等于

$H_{\mathrm{im}}\left(f\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{fjn}}_e\mathrm{\&Delta;L}}{c}}i=\mathrm{1,2},...N---\left[42\right]$

并且相关的冲击响应等于

$h_{\mathrm{im}}\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&delta;}(t-\mathrm{j\&tau;})i=\mathrm{1,2},...N---\left[43\right]$

其中，τ＝ΔLn_e/c是光代码的码元周期。

按照这种方式，图14的器件25产生与图7和12的器件所产生的代码相同的代码。事实上，从输入i到输出k的传递函数是基准函数的平移版本

$H_{\mathrm{ik}}\left(f\right)=H_{\mathrm{im}}(f-\frac{i+k}{\mathrm{N\&tau;}})i,k=\mathrm{1,2},...N---\left[44\right]$

根据本发明的器件的其它实施例允许通过使用可变波长或可调谐激光源作为单个输入码元的源，在不同波长上编码标记，从而增加代码基数，而不增加代码长度。

增加代码基数而不增加代码长度的另一种方式是产生多维代码。事实上，通过将相同波长的两个或多个脉冲发送到图12或14的器件的输入，获得N个正交光代码。因为可能的输入配置的数目较大，可以构造较大的正交光代码组。

将脉冲发送到的输入的数目视为n，有n＜N，产生的代码组的基数增加到

$\left(\begin{array}{c}N\\ n\end{array}\right),$

而代码长度保持等于N。可以通过使用多维配置而产生的长度N的OC的最大数目等于

$\left(\begin{array}{c}N\\ N/2\end{array}\right),$

它是通过考虑n＝N/2输入而获得的。

作为示例，有N＝8，4维OC的代码基数是70。

作为另一个示例，通过考虑将同一波长的两个相同脉冲发送到图14的器件的输入i₁和i₂，在输出k处的传递函数等于：

$H_k\left(f\right)=H_{i_{1}k}\left(f\right)+H_{i_{2}k}\left(f\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}^{-j2\mathrm{\&pi;jf\&tau;}}{e}^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;j}}{N}(i_1+k)}+\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}^{-j2\mathrm{\&pi;jf\&tau;}}{e}^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;j}}{N}(i_2+k)}$

$=H_{i_1{m}_1}(f-\frac{i_1+k}{\mathrm{N\&tau;}})+H_{i_1,m_1}(f-\frac{i_2+k}{\mathrm{N\&tau;}})k=\mathrm{1,2},...N$ [45]

其中，m₁是与i₁相对应的基准输出，即如果i₁≠N则m₁＝N-i₁并且如果i₁＝N则m₁＝N。响应的冲击响应等于：

$h_k\left(t\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}(e^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;j}}{N}(i_1+k)}+e^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;j}}{N}(i_2+k)})\mathrm{\&delta;}(t-\mathrm{j\&tau;})=2\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{e}^{-j\frac{2\mathrm{\&pi;j}}{N}[k+\frac{(i_1+i_2)}{2}}\cos \left[\frac{\mathrm{\&pi;j}(i_1-i_2)}{N}\right]\mathrm{\&delta;}(t-\mathrm{j\&tau;})---\left[46\right]$

因此，OC通常具有不等的幅度和相位。具体地，如果i₁-i₂＝N/2，则产生仅由相同幅度的偶数码元脉冲组成的长度N的OC。

当将该器件用作路由节点中的标记处理器时，如果将标记发送到输入端口i＝k，由于器件的互易性(reciprocity)，在输出k＝i₁和k’＝i₂处是两个自相关信号。因此，对于多维OC组，通过测量两个或多个自相关峰值的同时存在，来检测两个代码之间的精确匹配。对于N＝8的二维代码组，有ACP＝16，并且最大CCP＝3，因此r＝0.187，稍差于一维OC的情况。

由根据本发明的光学器件和光代码组给出的优点是显而易见的，例如在于MPLS网络和CDMA网络相关的应用中。

具体地，可以将同一个器件用作编码器和解码器：通过适当地选择器件输出，选择不同的光代码。

关于在多址网络中使用根据本发明的光代码，应用关于MPLS网络的相同考虑。具体地，因为所提出的光代码高度正交，接收到N个用户的信号，其中多址干扰或MAI实质上为零。

已经描述了优选实施例，并且建议了本发明的一些修改，然而，应该理解到，本领域的技术人员可以做出其它改变和变化，而不脱离由所附权利要求所限定的相关保护范围。

Claims (63)

1.一种光学器件，用于在至少一个波长处产生并处理光代码，所述光学器件包括：P个输入s，其中1≤s≤P且P≥1；以及N个输出k，其中1≤k≤N且N≥1，其特征在于，所述光学器件用于同时在一个或多个波长处产生和处理N_C个相位和/或幅度的光代码，N_C≥2，所述光代码由具有时间间隔τ的C个码元组成，其特征在于从输入s到输出k的传递函数T_sk(f)满足下式：

$\left|T_{\mathrm{sk}}\left(f\right)\right|=\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\&Pi;}}}\left|F_v(a_{v}f+\frac{S_{\mathrm{sk}}}{N_k\mathrm{\&tau;}})\right|,$ 对于s＝1，2..P  k＝1，2，...N

其中：

-F_v(f)是光滤波器的传递函数，对于v＝0，1，...，V-1，

-a_v是恒定值，对于v＝0，1，...，V-1，

-S_sk是整数(S_sk∈Z)，

-N_k是恒定值，对于k＝1，2，...N，以及

-V是正整数，满足1≤V≤log2N。

2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，从输入s到输出k的传递函数T_sk(f)等于：

$T_{\mathrm{sk}}\left(f\right)=\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\&Pi;}}}{F}_v(a_{v}f+\frac{S_{\mathrm{sk}}}{N_k\mathrm{\&tau;}}),$ 对于s＝1，2..P  k＝1，2，...N

3.根据权利要求1或2所述的器件，其特征在于，所述光代码的码元的数目C大于或等于输出k的数目N：

                     C≥N。

4.根据前述权利要求之一所述的器件，其特征在于，同时产生和处理的光代码的数目N_C大于或等于输出k的数目N：

                     N_C≥N。

5.根据前述权利要求之一所述的器件，其特征在于，输出k的数目N是2的幂：

                     N＝2^z，

z等于正整数或0(零)。

6.根据前述权利要求之一所述的器件，其特征在于，N_k是整数恒定值，其中k＝1，2，...N。

7.根据前述权利要求之一所述的器件，其特征在于，输入s的数目P等于1：

                      P＝1。

8.根据前述权利要求之一所述的器件，其特征在于，所述器件包括至少一个光滤波器的树，每一个滤波器包括输入和两个输出，每一个树包括输入、L级和N_t个的输出，其中L≥1并且1≤N_t≤2^L，每一个滤波器具有各自的直接传递函数H(f)以及各自的互相传递函数G(f)，根据从根到叶或从叶到根的递增次序来定位树的L级。

9.根据权利要求8所述的器件，其特征在于，所述至少一个树的每一个光滤波器的直接和互相传递函数H(f)和G(f)与长度M(M≥2)的两个有限冲击响应或FIR、正交镜像滤波器或QMF的传递函数相对应，满足下式：

$G\left(f\right)=e^{-j2\mathrm{\&pi;f\&tau;}}{H}^{*}(f+\frac{1}{2\mathrm{\&tau;}})$

其中，星号表示复共轭。

10.根据权利要求9所述的器件，其特征在于，从树输入到位于级V上的输出k的传递函数T_sk(f)＝T_k(f)等于([9])：

$\left|T_k\left(f\right)\right|=\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\&Pi;}}}\left|F_v(a_{v}f+\frac{S_{\mathrm{sk}}}{N_k\mathrm{\&tau;}})\right|=\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\&Pi;}}}\left|F_v\left(2^{v}f\right)\right|,$ 对于k＝1，2，...N_t

其中：

-乘积的每一个因子F_v(f)等于G(f)或H(f)，对于v＝0，1，...，V-1，

-a_v＝2^v，对于v＝0，1，...，V-1，

-S_sk＝0，以及

-V≤L。

11.根据权利要求8至10之一所述的器件，其特征在于，每一个光滤波器的直接和相互传递函数H(f)和G(f)的系数h[k]和g[k]满足下式[1]：

                g[k]＝(-1)^kh[1-k]

$\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}h\left[k\right]h[k+2n]=\mathrm{\&delta;}\left[n\right],n\&Element;Z$

$\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}h\left[k\right]=\sqrt{2}$

$\underset{k=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(-1)}^{k}h\left[k\right]=0$

其中，δ[n]是Kronecker delta函数。

12.根据权利要求8至11之一所述的器件，其特征在于，每一个光滤波器是具有单位延迟2^lτ的平面滤波器，其中l是滤波器所在的级，有0≤l≤L-1，根据从根到叶或从叶到根的递增次序，由指数l识别树的L级。

13.根据权利要求8或9所述的器件，其特征在于，从输入到输出k的传递函数T_sk(f)＝T_k(f)满足下式：

$\left|T_k\left(f\right)\right|=\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\&Pi;}}}\left|F_v(a_{v}f+\frac{S_{\mathrm{sk}}}{N_k\mathrm{\&tau;}})\right|=\left|F_0(f+\frac{S_k}{N_t\mathrm{\&tau;}})\right|,$ 对于k＝1，2，...N_t

其中：

-F₀(f)是基准传递函数，

-a_v＝1，

-S_sk＝S_k，

-N_k＝N_t，以及

-V＝1。

14.根据权利要求8或9所述的器件，其特征在于，从输入到输出k的传递函数T_sk(f)＝T_k(f)满足下式([11])：

$\left|T_k\left(f\right)\right|=\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\&Pi;}}}\left|F_v(a_{v}f+\frac{S_{\mathrm{sk}}}{N_k\mathrm{\&tau;}})\right|=\left|F_0(f+\frac{S_k}{2^l\mathrm{\&tau;}})\right|,$ 对于k＝1，2，...N_t

其中：

-F₀(f)是基准传递函数，

-a_v＝1，

-S_sk＝S_k，

-N_k＝2^l，

-l是输出k所在的级，有0≤l≤L-1，根据从根到叶或从叶到根的递增次序，由指数l识别L个树级，以及

-V＝1。

15.根据权利要求8至14之一所述的器件，其特征在于，每一个光滤波器包括至少一个Mach-Zehnder干涉仪或MZI。

16.根据权利要求15所述的器件，其特征在于，每一个光滤波器具有输入和输出3dB对称定向耦合器。

17.根据权利要求15或16所述的器件，其特征在于，每一个光滤波器只包括一个MZI，长度M＝2并且臂之间的延迟是2^lτ，其中，l是滤波器所在的级，有0≤l≤L-1，根据从根到叶或从叶到根的递增次序，由指数l识别L个树级。

18.根据权利要求15或16所述的器件，其特征在于，每一个光滤波器包括两个MZI的串，所述串具有长度M＝4并且臂之间的延迟是2^lτ和2^l+1τ，l是滤波器所在的级，有0≤l≤L-1，根据从根到叶或从叶到根的递增次序，由指数l识别L个树级。

19.根据权利要求15至18之一所述的器件，其特征在于，沿至少一个MZI的至少一个臂，插入ΔΦ恒定相位的光移相器。

20.根据权利要求1至7之一所述的器件，其特征在于，所述器件包括至少一个树，所述树具有包括第一耦合器(21)的至少一个节点，所述耦合器包括N_IN个输入波导和N_a个输出波导，其中N_IN≥1和N_a≥1，其输出与包括N_a个波导的光栅(22)相连，光栅依次与包括N_OUT个输出波导的第二耦合器(23)的N_a个输入波导相连，其中N_OUT≥1。

21.根据权利要求20所述的器件，其特征在于，N_IN＝N_a＝N_OUT＝N_GRA。

22.根据权利要求20或21所述的器件，其特征在于，沿光栅(22)的至少一个波导j，插入值θ_j的恒定的光移相器，其中j＝1，2，…N_a。

23.根据权利要求20至22之一所述的器件，其特征在于，光栅(22)的波导的长度L_j，其中j＝1，2…N_a，等于([18])

          L_j＝L_m′+d_jΔL  j＝1，2，...N_a

其中如果k≠k′，整数dj∈[0，1，2，...N_a-1]满足条件d_k≠d_k′，其中，L_M’是基准波导的长度，等于最短波导，而d_m’＝0，并且ΔL是光栅(22)的两个波导长度的最小差。

24.根据权利要求23所述的器件，其特征在于([33])

$d_j=\left\{\frac{1}{2}\right[{(-1)}^{j+m^{\&prime;}}(j-\frac{1}{2})-(m^{\&prime;}-\frac{1}{2})\left]\right\}{\mathrm{mod}N}_a,m^{\&prime;},j=\mathrm{1,2}...N_a$

其中，“mod”表示运算模数运算符。

25.根据权利要求23所述的器件，其特征在于，d_j＝2j，有j＝1，2…，N_a，其中仅使用偶数输入i(i＝2r，对于r＝1，2，...，int[N_IN/2]，其中“int”表示给出除法的整数商的算子)和偶数输出k(k＝2r’，对于r’＝1，2，...，int[N_OUT/2])。

26.根据权利要求20至25之一所述的器件，其特征在于，第一耦合器是均匀多模干扰或MMI耦合器(21)。

27.根据权利要求20至25之一所述的器件，其特征在于，第一耦合器是非均匀功率分配MMI耦合器(21)。

28.根据权利要求26或27所述的器件，其特征在于，第一MMI耦合器(21)具有长度

                L_c＝M_c3L_π/N_a，

其中，M_c是正整数，以及([13])

$L_{\mathrm{\&pi;}}=\frac{\mathrm{\&pi;}}{{\mathrm{\&beta;}}_0-{\mathrm{\&beta;}}_1}=\frac{{4n}_g{W}_e^2}{3\mathrm{\&lambda;}}$

其中：

-β₀和β₁分别是零阶和一阶模的传播常数，

-n_g是有效折射率，

-λ是输入辐射的自由空间波长，以及

-W_e是横向基本振荡模的有效宽度，

所述器件的特征还在于，假设第一MMI耦合器的输入波导由根据横向而增长的指数i识别，并且输出波导由根据所述相同的横向而增长的指数j’识别，则器件使得输入波导i和输出波导j’分别定位在位置x_i和x_j’，位置x_i和x_j’等于([14])：

$x_i=(2i-1)\frac{W_e}{{2N}_{\mathrm{IN}}},i=\mathrm{1,2},...N_{\mathrm{IN}}$

$x_{j^{\&prime;}}({2j}^{\&prime;}-1)\frac{W_e}{{2N}_a}{,j}^{\&prime;}=\mathrm{1,2}...N_a$

29.根据权利要求28所述的器件，其特征在于，M_c和N_a是没有大于1的公约数的两个正整数。

30.根据权利要求28或29所述的器件，其特征在于，M_c＝1。

31.根据权利要求20至30之一所述的器件，其特征在于，第二耦合器是均匀MMI耦合器(23)。

32.根据权利要求20至30之一所述的器件，其特征在于，第二耦合器是非均匀功率分配MMI耦合器(23)。

33.根据权利要求31或32所述的器件，其特征在于，第二MMI耦合器(23)具有长度

               L’_c＝M’_c3L’_π/N_OUT

其中，M’_c是正整数，以及([13])

${L^{\&prime;}}_{\mathrm{\&pi;}}=\frac{\mathrm{\&pi;}}{{{\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}}_0-{{\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}}_1}=\frac{{{4n}^{\&prime;}}_g{W^{\&prime;}}_e^2}{3\mathrm{\&lambda;}}$

其中：

-β′₀和β′₁分别是零阶和一阶模的传播常数，

-n’_g是有效折射率，

-λ是输入波的自由空间波长，以及

-W’_e是横向基本振荡模的有效宽度，

器件的特征还在于，设定第二MMI耦合器的输入波导由根据横向而增长的指数j”识别，并且输出波导由根据所述相同的横向而增长的指数k识别，器件使得输入波导j”和输出波导k分别定位在位置x’_j”和x’_k，位置x’_j”和x’_k等于([14])：

${x^{\&prime;}}_{j^{\&prime;\&prime;}}=({2j}^{\&prime;\&prime;}-1)\frac{{W_e}^{\&prime;}}{{2N}_a}$ 对于j″＝1，2，...，N_a

${x^{\&prime;}}_k=(2k-1)\frac{{W_e}^{\&prime;}}{{2N}_{\mathrm{OUT}}}$ 对于k＝1，2，...，N_OUT

34.根据权利要求33所述的器件，其特征在于，M’_c和N_OUT是没有大于1的公约数的两个正整数。

35.根据权利要求33或34所述的器件，其特征在于，M’_c＝1。

36.根据权利要求33至35之一所述的器件，当基于权利要求21、22和28的每一个时，其特征在于，沿光栅(22)波导的移相器的值θ_等于([20])

              _ij+′_jm+θ_j＝2πA_ikm

对于i＝1，2，...，N_IN  j＝1，2，...，N_a  m＝1，2，...，N_OUT  k＝1，2，...，N_OUT

其中([15])

有([16])

${\mathrm{\&phi;}}_1={-\mathrm{\&beta;}}_0\frac{{3M}_C{L}_{\mathrm{\&pi;}}}{N_{\mathrm{GRA}}}-\frac{9\mathrm{\&pi;}}{{8N}_{\mathrm{GRA}}}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4}$

以及([20])

有([16])

${{\mathrm{\&phi;}}^{\&prime;}}_1=-{{\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}}_0\frac{{{3M}^{\&prime;}}_C{L^{\&prime;}}_{\mathrm{\&pi;}}}{N_{\mathrm{GRA}}}-\frac{9\mathrm{\&pi;}}{{8N}_{\mathrm{GRA}}}+\frac{3\mathrm{\&pi;}}{4}$

其中，

A_ikm是整数常数。

37.根据权利要求20至36之一所述的器件，其特征在于，从第一耦合器的输入i到第二耦合器的输出k的传递函数T_ik(f)的绝对值是从第一耦合器(21)的输入i到第二耦合器(23)的输出m的基准传递函数T_im(f)的绝对值的频率平移拷贝，因此([24])：

$\left|T_{\mathrm{ik}}\left(f\right)\right|=\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\&Pi;}}}\left|F_v(a_{v}f+\frac{S_{\mathrm{ik}}}{N_k\mathrm{\&tau;}})\right|=\left|T_m(f-n\frac{c}{n_e{N}_k\mathrm{\&Delta;L}})\right|$

对于i＝1，2，....，N_IN    k，m＝1，2，...，N_OUT

其中：

-F₀(f)＝T_im(f)，

-c是光速，

-a_v＝1，

-n_e是光栅(22)波导的折射率，

-V＝1，以及

-S_sk＝-n，其中n是满足与两个不同输入k和k’相对应的值不同的条件([25])的整数：

k≠k′→n≠n′    k，k′＝1，2，...，N_OUT

而时间常数τ等于：

$\mathrm{\&tau;}=\frac{\mathrm{\&Delta;L}\&CenterDot;n_e}{c}$

38.根据权利要求37所述的器件，其特征在于，N_k＝N_OUT，对于k＝1，2，…，N_OUT。

39.根据权利要求20至25之一所述的器件，其特征在于，第一耦合器是聚焦耦合器或“slab”。

40.根据权利要求20至25之一所述的器件，其特征在于，第二耦合器是聚焦耦合器或“slab”。

41.根据权利要求39或40所述的器件，其特征在于，第一耦合器和第二耦合器上的输入和输出波导的位置基于Rowland圆结构。

42.根据权利要求39或41所述的器件，其特征在于，光栅中相邻波导的长度变化常数ΔL。

43.根据权利要求39至42之一所述的器件，其特征在于([40])：

$N_a=\frac{\mathrm{\&lambda;R}}{n_s{\mathrm{dd}}_o}$

其中：

-λ是输入光信号的波长，

-R是第一和第二聚焦耦合器的焦距，

-n_s是第一和第二聚焦耦合器的有效折射率，

-d是波导光栅的间距，以及

-d_o是N_IN输入波导和N_OUT输出波导的间距。

44.根据权利要求39至43之一所述的器件，其特征在于，假设分别由根据相同的横向而增长的指数i和指数k识别N_IN个输入波导和N_OUT个输出波导，从第一耦合器的输入i到第二耦合器的输出k的传递函数T_ik(f)的绝对值t是从相同的输入i到相应的基准输出m_{REF_i}(1≤m_{REF_i}≤N_OUT)的基准传递函数T_{imREF_i}(f)的绝对值的频率平移拷贝，因此([44])：

$\left|T_{\mathrm{ik}}\left(f\right)\right|=\underset{v=0}{\overset{V-1}{\mathrm{\&Pi;}}}\left|F_v(a_{v}f+\frac{S_{\mathrm{ik}}}{N_k\mathrm{\&tau;}})\right|=\left|T_{{\mathrm{im}}_{\mathrm{REF}\_i}}(f-\frac{i+k}{N_k\mathrm{\&tau;}})\right|,i=\mathrm{1,2},...,N_{\mathrm{IN}},k=\mathrm{1,2},...,N_{\mathrm{OUT}}$

其中：

${-F}_0\left(f\right)=T_{{\mathrm{im}}_{\mathrm{REF}\_i}}\left(f\right)$

-c是光速，

-a_v＝1，

-n_e是光栅(22)波导的折射率，

-V＝1，

-S_sk＝(i+k)，以及

-时间常数τ等于：

$\mathrm{\&tau;}=\frac{\mathrm{\&Delta;L}\&CenterDot;n_e}{c}.$

45.根据权利要求44所述的器件，当基于权利要求21时，其特征在于，与输入i相对应的基准输出波导的指数m_{REF_i}等于：

$m_{\mathrm{REF}\_i}=\left\{\begin{array}{ccc}{N}_{\mathrm{GRA}}-i& \mathrm{for}& i{\&NotEqual;N}_{\mathrm{GRA}}\\ N_{\mathrm{GRA}}& \mathrm{for}& i=N_{\mathrm{GRA}}\end{array}\right.i=\mathrm{1,2},...,N_{\mathrm{GRA}}$

46.根据权利要求44或45所述的器件，其特征在于，N_k＝N_OUT，对于k＝1，2，…，N_OUT。

47.一种光信号，包括至少一个相位和/或幅度的光代码，所述光代码在至少一个波长处包括间隔τ的C个码元，其特征在于，通过将至少一个光信号发送到光学器件的P个输入s的至少一个，在根据以上权利要求1至46之一所述的光学器件的N个输出k的至少一个处产生所述光代码。

48.根据权利要求47所述的光信号，其特征在于，所述至少一个代码的码元相位是2π/C的整数倍，即，它们等于2κ₂π/C，其中k₂是正或负整数或零(k₂∈Z)。

49.根据权利要求47或48所述的光信号，其特征在于，所述至少一个光代码是PSK码。

50.根据权利要求47至49之一所述的光信号，其特征在于，通过将U个脉冲光信号(2≤U≤P)发送到光学器件的U个相应输入s，由根据以上权利要求20至46之一所述的光学器件产生所述至少一个光代码。

51.根据权利要求50所述的光信号，其特征在于，U＝int(P/2)。

52.根据权利要求50或51所述的光信号，其特征在于，所述U个脉冲光信号具有相同的波长。

53.一种光信号，包括至少一个相位和/或幅度的光代码，所述光代码在至少一个波长处包括间隔τ的C个码元，有C≥2，其特征在于，所述至少一个代码的码元相位是2π/C的整数倍，即，它们等于2k₂π/C，其中k₂是正或负整数或零(k₂∈Z)。

54.根据权利要求53所述的光信号，其特征在于，所述至少一个代码在至少两个波长处包括所述C个码元。

55.一种通信网络，包括一个或多个代码产生器件(1)以及一个或多个代码处理和识别器件(4，5)，其特征在于，所述一个或多个代码产生器件(1)的至少一个和/或所述至少一个或多个代码处理和识别器件(4，5)的至少一个包括至少一个根据以上权利要求1至46之一所述的光学器件(6)。

56.根据权利要求55所述的通信网络，其特征在于，在用于使至少一个光学代码(2)与一个或多个信息光信号(3)相关联的所述一个或多个代码产生器件(1)的至少一个中，包含了所述至少一个光学器件(6)。

57.根据权利要求55或56所述的通信网络，其特征在于，在用于根据至少一个所识别的光学代码(2)来控制至少一个光交换机(13)的所述一个或多个代码处理和识别器件(4，5)的至少一个中，包含了所述至少一个光学器件(6)。

58.根据权利要求57所述的通信网络，其特征在于，其中包含所述至少一个光学器件(6)的所述一个或多个代码处理和识别器件(4，5)的至少一个是路由设备。

59.根据权利要求55至58之一所述的通信网络，其特征在于，所述通信网络是多协议标记交换或MPLS通信网络。

60.根据权利要求55至58之一所述的通信网络，其特征在于，所述通信网络是码分多址或CDMA通信网络。

61.一种代码产生器件(1)，其特征在于，它包括根据以上权利要求1至46之一所述的光学器件(6)，并且在根据权利要求55至60之一所述的通信网络中使用。

62.一种代码处理和识别器件(4，5)，其特征在于，它包括根据以上权利要求1至46之一所述的光学器件(6)，用于根据至少一个识别的光代码(2)来控制至少一个光交换机(13)，并且在根据权利要求55至60之一所述的通信网络中使用。

63.根据权利要求62所述的代码处理和识别器件(4，5)，其特征在于，它是路由设备。

Images