CN1916675B - 可调谐滤光器 - Google Patents

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Abstract

一种可调谐滤光器，包括例如阵列波导光栅或中阶梯光栅的解复用器件，用于将复用光学信号分成多个解复用光学信号。成像透镜将多个解复用光学信号会聚到可倾斜反射器上的共同点，例如该反射器是微机电系统(MEMS)反射镜。使可倾斜反射器通过绕第一轴旋转来选择对可调谐滤光器中的多个解复用光学信号中的任一个进行调谐。更具体而言，使可倾斜反射器通过绕第一轴旋转来选择任一个解复用光学信号将以这样的角度反射：允许它再次通过解复用器件并从可调谐光学滤光器的输出端口输出。

Description

可调谐滤光器
相关申请的交叉参考
本申请要求2005年8月16日提交的美国临时申请号60/708382的优先权，在此引证作为参考。
技术领域
本发明通常涉及可调谐滤光器，并且特别涉及用于光学通讯系统的可调谐滤光器以及包括该滤光器的光学器件。
背景技术
光学通讯系统越来越多地使用波分复用(WDM)来提高带宽。在WDM和/或密集型(dense)WDM系统的多个光学数据信号中，每一个光学数据信号处于不同的波长范围或信道(channel)，组合成为单个的复用光学信号并通过单个光学波导传输。
使用于WDM系统中的滤光器用来从复用光学信号中提取特定的波长信道。因为可调谐滤光器缓解了每个单独的波长信道对单独的滤光器的需求，所以它们特别受欢迎。用在WDM系统中的可调谐滤光器的一些例子包括基于法布里-珀罗(Fabry-Perot)的可调谐滤光器、环形谐振器(micro-ring resonator)可调谐滤光器、光纤布拉格光栅(FBG)可调谐滤光器、线性变化薄膜可调谐滤光器、倾斜可调谐光栅滤光器、全息光栅可调谐滤光器和声光可调谐滤光器。
目前，现有技术的可调谐滤光器通常受到调谐速度慢、功率消耗大、调谐范围窄、插入损耗大、相邻信道隔离差、尺寸大和/或复杂以及高成本的制造工艺的限制。因此就一直有兴趣寻找摒弃一些或所有这些限制的可调谐滤光器。
而且，对使用平面光波电路(PLC)和/或微电子机械系统(MEMS)的可调谐滤光器一直感兴趣，因为它们都易于在同一个芯片上集成和大规模制造光学元件。
发明内容
本发明涉及一种包括反射式运行的解复用器件的可调谐滤光器。在第一次通过解复用(demultiplexing)器件中，将复用光学信号分成单个的波长信道，它们从这里输出为空间上或角度上分离的子信号。成像元件，例如成像透镜，用于将所有的子信号会聚到同一反射表面上，然后该反射表面将所有的子信号重新导向回到解复用器件。在第二次通过解复用器件中，由于反射时角度反向和解复用器件的波长选择性，除了一个子信号以外的所有子信号都被阻塞。在一个实施例中，未被阻塞的子信号为以最小入射角入射到反射表面上的子信号，一般不经历实质上的角度反向并完成两次通过解复用器件。通过倾斜所述反射表面对未被阻塞的子信号进行调谐，从而改变每个子信号的入射角。
本发明进一步涉及结合PLC和MEMS两种技术的混合集成可调谐滤光器。在该混合光学器件中，反射表面是MEMS反射镜，并且解复用器件是基于波导的器件，例如它是使用平面光波电路(PLC)技术在二氧化硅或半导体芯片上集成的中阶梯光栅或阵列波导光栅(AWG)。作为选择，使用如无源分光器的其它器件在PLC上集成混合滤光器以提供各种广播和选择结构。
根据本发明的一个方面，提供一种可调谐滤光器，包括：解复用器件，用于将复用光学信号分成多个解复用光学信号，每个解复用光学信号包括不同的波长信道；成像元件，用于将多个解复用光学信号会聚到共同点；和反射器，其设置在此共同点，反射器绕第一轴可调谐到第一位置，在此位置多个解复用光学信号中的一个解复用信号以这样的角度反射：使得它可再次通过解复用器件并可从可调谐滤光器的输出端口输出，多个光学信号中其余的光学信号以这样的角度反射：防止它们再次通过解复用器件且防止它们从可调谐滤光器的输出端口输出。
根据本发明的另一个方面，提供一种可调谐滤光器，包括：输入端口，其用于接收复用光学信号；解复用器件，其用于将复用光学信号分成多个解复用光学信号，每个解复用光学信号包括不同的波长信道；成像元件，其用于将多个解复用光学信号导向到共同点；以及可倾斜反射器，其设置在此共同点，其中将成像元件放置成以使每个解复用光学信号以不同的角度入射到反射器上并且只有多个中的一个解复用光学信号以这样的方向反射：允许它通过解复用器件并从滤光器的输出端口输出。
根据本发明的另一个方面，提供一种可调谐滤光器，包括：解复用器件，其用于将复用光学信号分成多个解复用光学信号，每个解复用光学信号包括不同的波长信道；可倾斜反射器，其用于将多个解复用光学信号以相反的方向反射回到解复用器件的；成像元件，其设置在解复用器件和反射器之间，将映射元件放置成使解复用光学信号会聚在可倾斜反射器上的共同点并沿空间上反向的光路反射回到解复用器件，该空间上反向的光路允许解复用器件从多个解复用光学信号中过滤出一个解复用光学信号。
这里所用的术语“波长信道”指的是用于传输唯一的信息信号的波长或一段波长。例如每个波长信道可以包括ITU波长附近的一段波长，可以与相邻信道均匀间隔或非均匀间隔。
附图说明
结合附图，本发明进一步的特征和优点将从下面具体的描述中变得显而易见，其中：
图1是示出本发明一般原理的可调谐滤光器的示意图；
图2a是根据本发明实施例的可调谐滤光器的示意图，其中解复用器件的解复用输出在空间上被分离；
图2b示出图2a所示的可调谐滤光器的运行，其中λ1被阻塞；
图2c示出图2a所示的可调谐滤光器的运行，其中λ2被通过；
图2d示出图2a所示的可调谐滤光器的运行，其中λ3被阻塞；
图3a是根据本发明另一实施例的可调谐滤光器的示意图，其中解复用器件的解复用输出在角度上被分开；
图3b示出图3a所示的可调谐滤光器的运行，其中λ1被阻塞；
图3c示出图3a所示的可调谐滤光器的运行，其中λ2被通过；
图3d示出图3a所示的可调谐滤光器的运行，其中λ3被阻塞；
图4为类似于图2a所示的可调谐滤光器的示意图，其中解复用器件为具有空间上分离输出的AWG；
图5为类似于图3a所示的可调谐滤光器的示意图，其中解复用器件为具有角度上分开输出的AWG；
图6为类似于图2a所示的可调谐滤光器的示意图，其中MEMS反射镜提供角度补偿；
图7是根据本发明的可调谐滤光器阵列的示意图；
图8是根据本发明的包括可调谐滤光器阵列的解复用器的示意图；
图9是在同一基板上形成的两个解复用器的示意图，根据本发明每个解复用器包括可调谐滤光器阵列。
图10是耦合到波长选择开关(WSS)的图9所示的解复用器的示意图；
图11是耦合到波长选择开关(WSS)的图8所示的解复用器的示意图；以及
图12为根据本发明另一实施例的可调谐滤光器的示意图，其中解复用器件的解复用输出在角度上被分开。
注意在整个附图中以相同的数字示出相同的结构。
具体实施方式
参考图1，其示出了根据本发明的一个实施例的可调谐滤光器的示意图。可调谐滤光器100包括解复用器件110、包括光源的元件120和可倾斜反射器130。
解复用/复用器件110在前进方向提供波长解复用并在相反方向提供波长复用。具体而言，解复用器件用于将具有n个不同波长信道的复用光学信号分成n个不同的子信号，每个子信号对应于不同的波长信道。复用光学信号在其第一输入/输出端111进入解复用器件110，解复用光学子信号从其第二输入/输出端113输出。解复用输出一般在空间或角度上分开。
包括光源的元件120，例如它是如透镜或反射镜的成像(imaging)元件，用于将解复用光学子信号成像到可倾斜反射器上，由此每个子信号汇聚到共同点并以唯一的入射角度入射到可倾斜反射器130上。
可倾斜反射器130，例如它是可倾斜的反射镜、棱镜、或LC(激光通信)相位阵列，用于通过包括光源的元件120将每个子信号重新导回解复用器件110。由于每个子信号以唯一的入射角度入射到反射器130上，每个子信号将以不同的角度反射回到包括光源的元件120。具有大约零入射角的子信号将向后反射回到解复用器件110，由此前进和返回光路一致。该子信号以允许再次通过解复用器件110的位置和/或入射角度回到解复用器件110。其余的子信号，其入射角度大于零度，将再被导回到解复用器件110，由此返回光路与入射光路不同(例如反转)。结果，其余的子信号将以不允许第二次通过解复用器件110的位置和/或入射角返回到解复用器件110(即将被散射)。换句话说，其余的子信号将由于解复用器件110的波长选择性而被阻塞。
有利的是，成像元件的使用提供了简单、紧凑的器件，并允许将解复用器件用在双通装置中，因此减少了零件的数量。
参考图2a，其示出了根据本发明的一个实施例的可调谐滤光器。可调谐滤光器200包括解复用器件210、透镜220和可倾斜反射镜230。
解复用器件210是基于波导的解复用/复用器件，例如阵列波导光栅或中阶梯光栅，用于在前进方向的波长解复用和在反方向的波长复用。解复用器件210，在第一输入/输出端211具有输入口，用于接收具有n个不同波长信道的复用光学信号，以及第二输入/输出端213，用于输出n个解复用光学子信号，每一个解复用子信号对应于不同的波长信道，并且从n个不同的在空间上分离的、波长特定的输出端口中的一个输出。作为选择，输入/输出端211的输入端口被耦合到单面双纤尾纤(pigtail)。进一步的选择，设置光学循环器(未示出)以将入射光与出射光分开。
为了说明目的，透镜220是具有焦距f的校准/聚焦透镜，被光学耦合到解复用器件210，并被用于将所有的从解复用器件210输出的光学子信号重新导向到共同点P。更具体而言，在距离解复用器件210的f处设置透镜220，并将解复用光学子信号的自由空间成像提供到共同点P。
可倾斜反射镜230，例如它是MEMS反射镜，被设置在距透镜220距离为f的点P处。反射镜230，通过透镜220将在点P由透镜220汇聚的所有子信号反射回到解复用器件210。因为每个子信号在反射镜230上具有唯一的入射角，每个子信号以不同的角度反射回到透镜220。大约为零的入射角的子信号再次通过解复用器件210并从输入端口输出，而所有其它的子信号由于解复用器件210的波长选择性而被阻塞。
参考图2b-d进一步描述了图2a中示出的可调谐滤光器的运行。为了说明的目的，在输入端/输出端211的输入端口输入的解复用光学信号是具有波长信道λ1、λ2和λ3的通信信号，将它们分成三个子信号，每个子信号对应于波长信道λ1、λ2和λ3中的一个。参考图2b，包括波长信道λ1的子信号沿顶部光学波导传递、从空间分开的特定波长输出端口P1输出、并以一反向角反射回端口P3。因为该子信号处于不正确的波长范围内而通过进入端口P3成功的经过解复用器件210，所以该波长信道实质上被阻塞了。参考图2c，包括波长信道λ2的子信号沿中心光学波导传递、从空间分开的特定波长输出端口P2输出、并反射回端口P2。因为该子信号处于正确的波长范围和位置而再次成功的通过解复用器件210，所以该波长信道从原来的输入端口从滤光器200输出。参考图2d，包括波长信道λ3的子信号沿底部光学波导传递、从空间分开的特定波长输出端口P3输出、并以一反向角反射回端口P1。因为该子信号处于不正确的波长范围而通过进入口P1成功经过解复用器件210，所以该波长信道实质上被阻塞了。
参考图3a，其示出了根据本发明的另一个实施例的可调谐滤光器。可调谐滤光器300包括解复用器件310、透镜320和可倾斜反射镜330。
解复用器件310是基于波导的解复用器件/复用器件，例如阵列波导光栅或中阶梯光栅，用于在前进方向的波长解复用和在反方向的波长复用。解复用器件310，在第一输入端/输出端311具有输入端口，用于接收具有n个不同波长信道的复用光学信号，以及第二输入端/输出端313，用于输出n个解复用光学子信号，每一个解复用子信号对应于不同的波长信道，并且彼此在角度上分开。作为选择，位于输入端/输出端311的输入端口被耦合到单面双纤维尾纤。进一步的选择，设置光学循环器(未示出)以将入射光与出射光分开。
为了说明目的，透镜320为具有焦距f的校准/聚焦透镜，被光学耦合到解复用器件310，并被用于将所有从解复用器件310输出的解复用光学子信号重新导向到共同点P。更具体而言，在距解复用器件310距离为2f处设置透镜320，并将1:1的解复用光学子信号的自由空间成像提供给共同点P。
可倾斜反射镜330，例如它是MEMS反射镜，被设置在距透镜320的距离为2f的点P。反射镜330，将使用透镜320汇聚在点P的所有子信号经由透镜320反射回到解复用器件310。因为每个子信号以唯一的入射角入射到反射镜330上，所以每个子信号以不同的角度反射回到透镜320。入射角大约为零的子信号再次通过解复用器件310，而所有其它子信号由于解复用器件310的波长选择性而被阻塞。
参考图3b-d进一步描述了图3a中示出的可调谐滤光器的运行。为了说明的目的，在输入端/输出端311输入的解复用光学信号示为具有波长信道λ1、λ2和λ3的通信信号，将它们分成三个子信号，每个子信号对应于波长信道λ1、λ2和λ3中的一个。参考图3b，包括波长信道λ1的子信号以向上的方向朝着透镜320的顶部传输并以一反向角反射回到输入/输出端313的输出端口。因为该子信号处于不正确的波长范围借由以该角度进入而成功的通过解复用器件310，所以该波长信道实质上被阻塞了。参考图3c，包括波长信道λ2的子信号以前进方向传输通过透镜320并向后返回到输入端/输出端313的输出端口。因为该子信号处于正确的波长范围并具有再次成功通过解复用器件310的入射角，所以该波长信道从滤光器300原来的输入端口输出。参考图3d，包括波长信道λ3的子信号以向下的方向朝着透镜320的底部传输并以一反向角反射回到输入端/输出端313的输出端口。因为该子信号处于不正确的波长范围借由以该角度进入而成功的通过解复用器件310，所以该波长信道实质上被阻塞了。
参考图4，其示出了根据本发明的一个实施例的可调谐滤光器。可调谐滤光器400包括解复用器件410、透镜420和可倾斜反射镜430。
解复用器件410包括具有阵列波导光栅(AWG)的PLC，例如它是基于标准的高斯(Gaussian)AWG或平顶AWG。AWG包括由长度不同的波导的阵列417(即相控阵列)与之耦合的第一平板波导416和第二平板波导418。输入波导415，其被光学耦合到位于PLC的第一输入端/输出端411的输入端口，被用于接收包括n个不同波长信道的复用光学信号。多个输出波导419，其被光学耦合到n个空间上分离的、设置在PLC的第二输入端/输出端413的特定波长输出端口，被用于输出n个解复用光学子信号，每个解复用子信号对应于不同的波长信道。波导415和419一般形成为嵌入在PLC基板上的单一模式的光学波导。作为选择，位于PLC的输入端/输出端411的输入端口被耦合到单面双纤尾纤。进而可以选择，提供光学循环器(未示出)以将入射光和出射光分开。
为了说明的目的，透镜420为具有焦距f的校准/聚焦透镜，其被光学耦合到PLC基板412，并被用于将所有的从空间上分离的特定波长输出端口输出的解复用光学子信号重新导向共同点。更具体而言，在距n个空间上分离的特定波长输出端口f处设置透镜420，并将解复用光学子信号的自由空间成像提供给此共同点。
可倾斜反射镜430，例如它是静电致动的MEMS反射镜，被设置在距透镜420为f的共同点处。反射镜430，将由透镜420汇聚于共同点的所有子信号再通过透镜420反射回到解复用器件410。因为每个子信号在反射镜430上具有唯一的入射角，所以每个子信号以不同的角度以相反的方向反射。这样实现调谐的目的：通过绕第一轴旋转倾斜反射镜(在散射(dispersion)的方向倾斜)来选择预定的子信号，该选择的子信号接近垂直入射(又称法线入射)(即表示为对应于波长信道λ1的子信号)，并从而通过滤光器。作为选择，倾斜反射镜可以通过绕第二轴旋转(垂直于散射方向倾斜)来改变光耦合回到AWG波导的效率，由此提供可变的预定子信号的光学衰减和/或可调谐滤光器的无中断(hitless)运行。对于后者，这样获得无中断运行：通过绕第二轴旋转反射镜来获得提供零耦合效率的方向，同时反射镜通过绕第一轴旋转来选择预定的子信号，从而在目标波长信道之间没有显示信号传输。
有利的是，该混合集成器件受益于由MEMS技术提供的高调谐速度和低功耗，以及与PLC技术相关的紧凑性、可靠性和降低的制造和封装成本。而且，因为AWG可以展现大于40dB的不相邻信道隔离，并且因为由反射镜提供的角度反转导致所有信道(除了未被阻塞的子信号)由两个端口的最小量补偿，因此根据本发明该实施例的可调谐滤光器提供了良好的邻近信道隔离。
参考图5，其示出了根据本发明的一个实施例的可调谐滤光器。可调谐滤光器500包括解复用器件510、透镜520和可倾斜反射镜530。
解复用器件510包括具有阵列波导光栅(AWG)的PLC，例如它是基于标准的高斯(Gaussian)AWG或平顶AWG。AWG包括由长度不同的波导的阵列517(即相控阵列)与之耦合的第一平板波导516和第二平板波导518。输入波导515，其被光学耦合到在PLC的第一输入端/输出端511的输入端口，用于接收具有n个不同波长信道的复用光学信号。PLC的端面513，其便于与第二平板波导518共享一个端面，包括用于发射n个角度分开的解复用光学子信号的输出口，每个角度上解复用的子信号对应于不同的波长信道。注意，解复用输出是以角度连续分散的，不通过分离的输出波导传输。波导515一般形成为嵌入在PLC基板上的单一模式的光学波导。作为选择，位于PLC的输入端/输出端511的输入端口被耦合到单面双纤尾纤。进而可以选择，提供光学循环器(未示出)以将入射光和出射光分开。
为了说明目的，透镜520为具有焦距f的校准/聚焦透镜，其被光学耦合到PLC基板512，并被用于将所有的从AWG输出的解复用光学子信号重新导向到共同点。更具体而言，在距n个空间上分离的特定波长输出端口2f处设置透镜520，并在共同点提供成角度的解复用光学子信号的自由空间1:1成像。
可倾斜反射镜530，例如它是静电致动的MEMS反射镜，被设置在距透镜5202f处的共同点。反射镜530，将由透镜520汇聚于共同点的所有子信号再通过透镜520反射回到解复用器件510。因为每个子信号在反射镜530上具有唯一的入射角，所以每个子信号以不同的角度以相反的方向反射。这样实现调谐：通过绕第一轴旋转倾斜镜(在散射的方向倾斜)来选择预定的子信号，该选择的子信号接近垂直入射(即在子信号对应于波长信道λ1的情况下)，并由此通过滤光器。作为选择，倾斜反射镜可以绕第二轴旋转(垂至于散射方向倾斜)以改变光耦合回到AWG波导的效率，由此提供可变的预定子信号的光学衰减和/或可调谐滤光器的无中断(hitless)运行。对于后者，这样获得无中断运行：通过绕第二轴旋转反射镜来获得提供零耦合效率的方向，同时反射镜通过绕第一轴旋转来选择预定的子信号，由此显示在目标波长信道之间没有信号传输。
有利的是，该混合集成器件受益于由MEMS技术提供的高调谐速度和低功耗，以及与PLC技术相关的紧凑性、可靠性和降低的制造和封装成本。而且，因为AWG可以具有大于40dB的不相邻信道隔离，并且因为由反射镜提供的角度反转导致所有信道(除了未被阻塞的子信号)由两个口的最小量补偿，因此根据本发明该实施例的可调谐滤光器具有良好的邻近信道隔离。而且，因为AWG提供角度波长散射，不使用分开的输出波导，就有可能提供无热的可调谐滤光器。例如根据一个实施例，使用MEMS角可校准出温度相关性。
参考图6，其示出了根据本发明的另一个实施例的可调谐滤光器。可调谐滤光器600包括解复用器件610、透镜620和可倾斜反射镜630。
解复用器件610包括具有阵列波导光栅(AWG)的PLC，例如它是标准的高斯(Gaussian)AWG或平顶AWG。AWG包括由长度不同的波导的阵列617(即相控阵列)与之耦合的第一平板波导616和第二平板波导618。AWG还包括第一波导615a，其被光学耦合到位于PLC的第一输入端/输出端611的输入端口；第二波导615b，其被光学耦合到位于PLC的第一输入端/输出端611的输出端口；以及多个输出波导619，其被光学耦合到多个空间上分离的设置于PLC的第二输入端/输出端613的输出端口的特定波长输出端口。波导615a、615b和619一般形成为嵌入在PLC基板上的单一模式的光学波导。作为选择，输入615a和输出615b光学波导分别被耦合到输入光学纤维和输出光学纤维(未示出)。
为了说明目的，透镜620为具有焦距f的校准/聚焦透镜，其被光学耦合到PLC基板612，并被用于将所有的从AWG输出的空间上的解复用光学子信号重新导向到共同点。具体而言，在距多个空间上分离的特定波长输出端口f处设置透镜620，并将解复用光学子信号的自由空间成像提供到共同点。
可倾斜反射镜630，例如它是静电致动的MEMS反射镜，被设置在距透镜620f处的共同点。反射镜630，将由透镜620汇聚至共同点的所有子信号再通过透镜620反射回到解复用器件610。这样实现调谐：通过绕第一轴旋转倾斜反射镜(在散射的方向倾斜)来便选择预定的子信号，选择该子信号以完成二次通过解复用器件610。作为选择，倾斜镜可以绕第二轴旋转(垂至于散射方向倾斜)以改变光耦合回到AWG波导的效率，由此提供可变的预定子信号的光学衰减和/或可调谐滤光器的无中断(hitless)运行。对于后者，这样获得无中断运行：通过绕第二轴旋转镜来获得提供零耦合效率的方向，同时反射镜通过绕第一轴旋转来选择预定的子信号，由此显示在目标波长信道之间没有信号传输。
在运行中，将具有波长信道λ1、λ2和λ3的复用光学信号发射到第一波导615a。随着复用光学信号传输通过波导阵列617，它受到干扰并作为对应于λ1、λ2和λ3的解复用光学子信号分别从空间上分离的输出端口P1、P2、和P3输出。这些空间上的解复用子信号由透镜630成像至反射镜的共同点上。将反射镜630定向，以使一个子信号(即对应于λ1)被多个端口中(即从P1到P2)的一个偏移，并被传输经由解复用器件，而从光学波导615b输出。其余的子信号(即对应于λ2和λ3)被AWG阻塞。
值得注意的是，在该实施例中未被阻塞的子信号没有向后反射。然而，将反射镜角刻意偏移，这样未被阻塞的子信号被一个或多个口偏移(例如在图6中示为从P1偏移到P2)。根据在输入615a和输入615b波导之间的偏移来选择施加到反射镜角的刻意偏移，由此未被阻塞的波长输出第二波导615b而不是第一波导615a。被阻塞的波长在相反的方向被方便地反射，使得它们没有被传输通过输出波导615b。
有利的是，该混合集成器件受益于由MEMS技术提供的高调谐速度和低能耗，以及与PLC技术相关的紧凑性、可靠性和降低的制造和封装成本。因为典型的AWG可以具有大于40dB的不相邻信道隔离，因此根据本发明该实施例的可调谐滤光器也具有高邻近信道隔离。而且，施加到反射镜的刻意偏移角允许解复用光学子信号从在输入端/输出端611的偏移输出端口输出，因此不需要光学循环器。
进而有利的是，易于将图6所示的可调谐滤光器集成形成可调谐滤光器阵列。例如参考图7，根据本发明的可调谐滤光器表示为可调谐滤光器700的阵列，其包括多个整体形成在PLC基板705上的AWG 710、与PLC基板705的边缘对齐的单片集成的微透镜阵列720和与微透镜对齐的单片集成的MEMS倾斜镜阵列730。作为选择，由多个单独的透镜替代整体微透镜阵列720和/或由分立的MEMS元件替代整体MEMS倾斜阵列730。在两者中任一情况下，阵列700中的每个可调谐滤光器类似于图6中所示的可调谐滤光器并以与其类似的方式运行。当然，基于图4和5所示的光学滤光器的可调谐滤光器阵列也是可以的。
有利的是，在单个PLC基板上制造大量可调谐滤光器允许集成的AWG被嵌套(nest)，由此提供具有减少的制造成本的相对紧凑的器件。进而有利的是，可调谐滤光器很容易与其它具有不同功能的无源或有源器件集成。
现在参考图8，其示出包括类似于图7所示的可调谐滤光器阵列的多口可调谐解复用器。解复用器800包括多个嵌套的形成在单片集成的PLC基板805上的AWG 810、边缘安装到PLC 805的单片集成的微透镜阵列820和与微透镜对齐的单片集成的MEMS倾斜镜阵列830。解复用器800还包括在PLC上集成的并被光学耦合到每个AWG的1×N波导分光器808。作为选择，由多个单独的透镜替代单片集成的微透镜阵列820和/或由分立的MEMS元件替代单片集成的MEMS倾斜阵列830。在两者中任一情况下，每个可调谐滤光器800a-d类似于图6中所示的可调谐滤光器并以与其类似的方式运行。当然，基于图4和5所示的光学滤光器的多口可调谐滤解复用器也是可以的。
在运行中，包括波长信道λ1-λn的复用光学信号被发射到解复用器800的输入/输出端口801中。复用光学信号通过1×N分光器808传输，此分光器将光学信号分成N个子信号，每个子信号包括波长信道λ1-λn。第一子信号沿第一波导815a被传输到第一滤光器800a。第一滤光器800a被调谐到阻塞λ1之外的所有波长，λ1被输出端口λi输出。第二子信号沿第二波导815b被传输到第二滤光器800b。第二滤光器800b被调谐到阻塞λ2之外的所有波长，λ2被输出端口λj输出。第三子信号沿第三波导815c被传输到第三滤光器800c。第三滤光器800c被调谐到阻塞λ3之外的所有波长，λ3被输出端口λk输出。最后，第n个子信号沿第n个波导815d被传输到第n滤光器800d。第n滤光器被调谐到阻塞λn之外的所有波长，λn被输出端口λ1输出。
有利的是，在单个PLC基板上制造大量可调谐滤光器允许集成的AWG被嵌套(nest)，由此提供具有减少的制造成本的相对紧凑的器件。而且将其它器件与大量AWG集成，例如1×N分光器808，提供适合于各种广播和选择应用的结构。
现在参考图9，其示出集成在单个PLC芯片上的、图8所示的类型的两个多口可调谐解复用器。第一解复用器900a具有包括多个嵌套的形成在单片集成PLC基板905上的AWG 910a的可调谐滤光器阵列、边缘安装到PLC 905的单片集成微透镜阵列920a和与微透镜对齐的单片集成MEMS倾斜镜阵列930a。第一解复用器900a还包括集成在同一PLC基板905上的并被光学耦合到阵列910a中的每个AWG的1×N波导分光器908a。作为选择，由多个单独的透镜替代单片集成微透镜阵列920a和/或由分立的MEMS元件替代单片集成MEMS倾斜阵列930a。在两者之中任一情况下，在解复用器900a中的每个可调谐滤光器类似于图6中所描述的可调谐滤光器并以与其类似的方式运行。当然，基于图4和5所示的光学滤光器的多口可调谐滤解复用器也是可以的。
第二解复用器900b具有包括多个嵌套的形成在单片集成PLC 905上的AWG 910b的可调谐滤光器阵列、边缘安装到PLC 905的单片集成微透镜阵列920b和与微透镜对齐的单片集成MEMS倾斜镜阵列930b。第二解复用器900b还包括在PLC上集成的并被光学耦合到解复用器910b中的每个AWG的1×N波导分光器908b。作为选择，由多个单独的透镜替代单片集成微透镜阵列920b和/或由分立的MEMS元件替代单片集成MEMS倾斜阵列930b。在任一情况下，在解复用器900b中的每个可调谐滤光器类似于图6中所描述的可调谐滤光器并以与其类似的方式运行。当然，基于图4和5所示的光学滤光器的多口可调谐解复用器也是可以的。
为了说明的目的，将光学器件900这样设置：对位于器件第一输入端口901a的多个100GHz间隔的偶数DWDM信道输入和位于器件第二输入端口901b的多个100GHz间隔的奇数DWDM信道输入进行解复用。更具体而言，将光学器件这样设置使得光学器件中的每个AWG为100GHz AWG，同时第二解复用器900b中的多个AWG相对于第一解复用器900a中的多个AWG偏移了50GHz，以对来自所述第一解复用器900a中100GHz的AWG的光学信号与来自所述第二解复用器900b中100GHz的AWG的光学信号进行交叉存取。
在运行中，偶数信道100GHz间隔的光学信号被发射到器件的第一输入端口901a。复用光学信号通过1×4分光器908a传输，其将光学信号分成4个子信号，每个子信号包括波长信道λ2、λ4、λ6和λ8。第一子信号由调谐到λ2的第一滤光器过滤并在端口P1输出。第二子信号由调谐到λ4的第二滤光器过滤并在端口P2输出。第三子信号由调谐到λ6的第三滤光器过滤并在端口P3输出。第四子信号由调谐到λ8的第四滤光器过滤并在端口P4输出。
同样，奇数信道100GHz间隔的DWDM光学信号被发射到器件的第二输入端口901b。复用光学信号通过1×4分光器908b传输，其将光学信号分成4个子信号，每个子信号包括波长信道λ1、λ3、λ5和λ7。第一子信号由调谐到λ1的第五滤光器过滤并在端口P5输出。第二子信号由调谐到λ3的第六滤光器过滤并在端口P6输出。第三子信号由调谐到λ5的第七滤光器过滤并在端口P7输出。第四子信号由调谐到λ7的第八滤光器过滤并在端口P8输出。
有利的是，该光学器件适合于在现有的可重新配置的光分插复用器(ROADM)节点中扩展端口计数(count)。特别地，该光学器件具有用于在增强的ROADM系统中扩展无色端口计数的潜力。例如，器件可以被耦合到现有的多波长开关(MWS)，其分别具有用于分接隔开的偶数和奇数波长的第一分接口和第二分接口，以提供进一步的解复用，并因此提供额外可调谐的分接口。
现在参考图10，所示的光学器件900被耦合到MWS 10，其用于将50GHz间隔的通信信号分选(deinterleave)成在100GHz间隔的偶数和奇数信道的两个信号流(stream)。MWS 10包括分接任意的100GHz间隔的奇数信道的第一分接口12和分接100GHz间隔的偶数信道的第二分接口14。第一分接口12和第二分接口14分别被耦合到第一输入端口901a和第二输入端口901b。
有利的是，当光学器件用于如图10所示的端口扩展时，由一般是平顶的50GHzMWS的信道形状决定扩展端口P1-8的光谱形状。结果，可调谐滤光器的规格被明显放松了，并且损耗更低，一般100GHz高斯(Gaussian)AWG是合适的。当然，当滤光器阵列和MWS的被设置成相同的间隔时，也可以观察到这些优点。
现在参考图11，图8所示的解复用器800被耦合到MWS 20，其用于引导100GHz的通信信号。MWS 20包括用于分接任意的100GHz间隔的信道的分接口22，其被耦合到解复用器800的输入端口801。解复用器800的增加提高了可用分接口的数量。
本领域的技术人员将认识到，通过例子给出了上述的实施方式，来示出本发明的一般原理，而且在不脱离本发明总的范围的情况下可以进行各种变化、替换和选择。例如，根据其他的实施方式，用一个或多个成像透镜或反射镜代替单个成像元件。
参考图12，其示出了根据本发明的另一个实施例的可调谐滤光器。可调谐滤光器1200包括解复用器件1210、第一透镜1220a、第二透镜1220b和可倾斜反射镜1230。
解复用器件1210是基于波导的解复用/复用器件，例如阵列波导光栅或中阶梯光栅，用于在前进方向的波长解复用和在反方向的波长复用。解复用器件1210，具有位于第一输入端/输出端1211的输入端口，用于接收包括波长信道λ1、λ2、λ3的复用光学信号，以及第二输入端/输出端1213，用于输出解复用光学子信号，每一个解复用子信号对应于λ1、λ2和λ3中不同的一个，并且彼此在角度上分开。作为选择，位于解复用器件的输入端/输出端1211的输入端口被耦合到单面双纤纤尾。进一步的选择，设置光循环器(未示出)以将入射光与出射光分开。
为了说明的目的，第一透镜1220a和第二透镜1220b为具有焦距f的校准/聚焦透镜，其被光学耦合到解复用器件1210，并被用于将所有的从解复用器件1210输出的解复用光学子信号重新引导到共同点P。更具体而言，将第一透镜1220a设置在距解复用器件310的距离为f并且距第二透镜1220b的距离为2f处，同时将第二透镜1220b设置在距可倾斜反射镜1230距离f处。第一透镜1220a和第二透镜1220b形成4f中继系统，其将解复用光学子信号的1:1自由空间成像提供给共同点P。作为选择，由提供4f中继系统的单个GRIN透镜代替第一和第二透镜。
可倾斜反射镜1230，例如它是MEMS反射镜，被设置在距透镜1220b的距离为f的点P。反射镜1230，将由透镜1220b汇聚在点P的所有子信号通过透镜1220a/透镜1220b反射回到解复用器件1210。因为每个子信号在反射镜1230上具有唯一的入射角，所以每个子信号以不同的角度反射回到透镜1220b。具有大约为零的入射角的子信号再次通过解复用器件1210，而所有其它的子信号由于解复用器件1210的波长选择性而被阻塞。
在运行中，具有波长信道λ1、λ2和λ3的复用光学信号被发射到解复用器件1210中。当复用光学信号通过解复用器件被传输时，它受到干扰并以对应于λ1、λ2和λ3的成角度的解复用光学子信号形式输出。这些成角度的解复用子信号由透镜1220a/透镜1220b成像在反射镜1230的共同点上。将反射镜1230这样定向：使对应于λ1和λ3的子信号被反射并沿空间上反向的光路(λ1被示出)返回，并被解复用器件阻塞。对应于λ2的子信号被反射并直接沿入射光路返回，再次通过AWG。
上述本发明的实施方式仅出于说明的目的。因此本发明的范围仅由附加的权利要求书的范围来限定。

Claims (20)

1.一种可调谐滤光器，包括：
解复用器件，用于将复用光学信号分成多个解复用光学信号，每个解复用光学信号包括不同的波长信道；
成像元件，用于将所述多个解复用光学信号会聚到一个共同点；以及
设置在所述共同点的反射器，所述反射器绕第一轴可倾斜到第一位置，其中所述多个解复用光学信号中的一个以这样的角度反射：允许其再次通过解复用器件并从所述可调谐滤光器的输出端口输出，而且所述多个解复用光学信号中的其余光学信号以这样的角度反射：防止它们再次通过解复用器件且防止它们从可调谐滤光器的输出端口输出；
其中，每个解复用光学信号以唯一的入射角度入射到所述反射器上。
2.根据权利要求1所述的可调谐滤光器，其中所述解复用器件包括多个空间上分离的输出端口，每个输出端口用于传输所述解复用光学信号中的一个。
3.根据权利要求2所述的可调谐滤光器，其中所述成像元件包括具有焦距f的透镜，并且其中将所述多个空间上分离的输出端口设置在与所述透镜的距离为f的所述透镜的一侧，并将所述反射器设置在与所述透镜的距离为f的所述透镜的相对侧。
4.根据权利要求3所述的可调谐滤光器，其中所述解复用器件包括阵列波导光栅AWG波导，该波导包括设置在长度不同的波导的阵列的相对端的第一平板波导和第二平板波导，所述第二平板波导被耦合到多个横向分隔的输出波导，将每个输出波导耦合到所述多个空间上分离的输出端口的不同输出端口。
5.根据权利要求1所述的可调谐滤光器，其中所述解复用器件包括输出端，所述输出端用于沿多个角度分开的光路发射所述多个解复用光学信号，每个光路对应于不同的解复用光学信号。
6.根据权利要求5所述的可调谐滤光器，其中所述成像元件包括具有焦距f的透镜，并且其中将所述输出端设置在距所述透镜的距离为2f的所述透镜一侧，而将所述反射器设置在距所述透镜的距离为2f的所述透镜的相对侧。
7.根据权利要求6所述的可调谐滤光器，其中所述解复用器件包括阵列波导光栅AWG波导，该波导包括设置在长度不同的波导的阵列的相对端的第一平板波导和第二平板波导，所述第二平板波导设置在位于所述输出端的AWG基板的边缘处，所述第二平板波导用于沿所述多个角度分开的光路发射所述多个解复用光学信号。
8.根据权利要求5所述的可调谐滤光器，其中所述成像元件包括具有焦距f的第一透镜，并且所述第一透镜被设置在距具有焦距f的第二透镜的距离为2f处，所述第一透镜和第二透镜被设置在所述解复用器件和所述反射器之间，所述第一透镜被设置成与所述反射器的距离为f，所述第二透镜被设置成与所述解复用器件的距离为f。
9.根据权利要求8所述的可调谐滤光器，其中所述解复用器件包括阵列波导光栅AWG波导，该波导包括设置在长度不同的波导的阵列的相对端的第一平板波导和第二平板波导，所述第二平板波导设置在位于所述输出端的AWG基板的边缘处，所述第二平板波导用于沿所述多个角度分开的光路发射所述多个解复用光学信号。
10.根据权利要求4、7或9中的任一项所述的可调谐滤光器，其中所述第一平板波导被耦合到输入波导，用于传输所述复用光学信号和所述一个解复用光学信号。
11.根据权利要求10所述的可调谐滤光器，其中所述多个解复用光学信号中的一个以基本上是零的角度反射，从而允许其再次通过解复用器件。
12.根据权利要求4、7或9中的任一项所述的可调谐滤光器，其中所述第一平板波导被耦合到用于接收所述复用光学信号的输入波导和用于输出所述一个解复用光学信号的输出波导。
13.根据权利要求12所述的可调谐滤光器，其中所述多个解复用光学信号中的一个以这样的角度反射：允许其再次通过所述解复用器件并从所述输出波导输出。
14.根据权利要求1到9的任何一项所述的可调谐滤光器，其中所述反射器包括MEMS反射镜。
15.根据权利要求14所述的可调谐滤光器，其中所述MEMS反射镜绕垂直于所述第一轴的第二轴可倾斜，其中通过绕所述第一轴的旋转来选择需要从所述可调谐滤光器输出的所述一个解复用光学信号，并且其中通过绕所述第二轴的旋转来选择所述一个解复用光学信号的衰减值。
16.一种光学器件，包括多个根据权利要求1到9中的任一项所述的滤光器。
17.根据权利要求16所述的光学器件，其中所述多个滤光器形成在同一平面光波电路PLC上。
18.根据权利要求17所述的光学器件，包括形成在所述PLC上的第一1×N分光器，其用于将第一复用光学信号传输到所述多个滤光器的第一子集，以及形成在所述PLC上的第二1×N分光器，其用于将第二复用光学信号传输到所述多个滤光器的第二子集。
19.根据权利要求18所述的光学器件，其中所述第一和第二子集包括100GHz的AWG阵列，所述第一和第二子集中的100GHz的AWG在子集间被相对偏移50GHz。
20.根据权利要求19所述的光学器件，其中将所述滤光器的第一和第二子集耦合到50GHz多口波长选择开关的不同分接口。
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