專利名稱：可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波/分波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種1×N可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波/分波器，由其構(gòu)成的快速光交換矩陣可應(yīng)用于光突發(fā)交換和光分組交換。屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
面向互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的下一代光網(wǎng)絡(luò)，開始由IP over SONET/SDH(因特網(wǎng)協(xié)議接入光同步數(shù)字網(wǎng)絡(luò))向IP over WDM(因特網(wǎng)協(xié)議接入波分復用系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。IP over WDM又被稱為光因特網(wǎng)(optical Internet)，指IP直接接入到WDM網(wǎng)絡(luò)上或直接接入到光纖上。IP網(wǎng)絡(luò)對光傳輸和光交換帶寬提出了越來越高的要求。
在過去幾年里，建設(shè)全光網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備是光向下路復用設(shè)備(OADM)和光交叉連接設(shè)備(OXC)。傳統(tǒng)OADM和OXC的設(shè)計與實現(xiàn)均以“密集波分復用合波/分波器”和“光開關(guān)”兩類關(guān)鍵器件為核心。根據(jù)現(xiàn)有的報道，密集波分復用合波/分波器有三類，分別為介質(zhì)濾光膜片型(TF-thin film)、波導陣列光柵(AWG-array waveguide grating)、空間體光柵型(Grating)。如1996年美國光學有限公司的邁克爾·A·司考比；玻爾·斯圖彼克申請的公開號為1187884的中國專利“光復用器及其制造方法”，采用介質(zhì)濾光膜片實現(xiàn)的密集波分復用合波/分波器。美國2002年Xerox Corporation的Kubby，Joel A等人申請公開的歐洲專利EP 1310808A2，Monolithic reconfigurable optical multiplexer systems andmethods.采用硅集成陣列波導光柵結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的密集波分復用合波/分波器，以及美國ZOLO technologies，INC的Sappey，Andrew D.等2001年申請公開的國際專利WO 01/18577 A1，Dense wavelength division multiplexer/demultiplexerbased on Echelle Grating，采用Echelle體光柵實現(xiàn)的密集波分復用合波/分波器。
然而，上述各種類型的1×N密集波分復用合波/分波器，都存在一個局限性，其輸出端口的各通道波長一般為固定波長，而且有些器件，如集成波導型AWG還需要溫度控制等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波/分波器，可實現(xiàn)在每個輸出通道的波長不為固定波長，可以在所有同時傳輸?shù)拿芗ǚ謴陀猛ǖ啦ㄩL中選擇一個波長，同時使選擇波長的速度也非常快，適合于高速光分組或光突發(fā)交換用的光交換矩陣。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明設(shè)計的可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波/分波器包括主光路結(jié)構(gòu)和波長鎖定控制結(jié)構(gòu)。主光路結(jié)構(gòu)包括一個輸入光纖準直器、八個分波輸出光纖準直器、一個波長鎖定監(jiān)測輸出光纖準直器、兩個波長調(diào)諧選擇組合元件。波長鎖定控制結(jié)構(gòu)包括平分光輸入光纖耦合器、光學FP(法珀羅)標準具、監(jiān)控用快速波長調(diào)諧濾波器、兩個快速光電轉(zhuǎn)換探頭、差分放大與跟蹤信號處理器、電路控制接口。主光路結(jié)構(gòu)和波長鎖定控制結(jié)構(gòu)之間包括信號采集聯(lián)線和信號反饋控制連線，分別采用光纖和電線連接實現(xiàn)。本發(fā)明在一個光學共享面上并行封裝多個光學諧振腔，采用電光聚合物薄膜的電光效應(yīng)與光學諧振腔多次反射相干原理形成調(diào)諧濾波特性，并在兩個波長調(diào)諧選擇組合元件之間形成“之”字多次折反濾波的分波/合波，使復用器的每個分波端口的輸出波長具有波長選擇與寬帶調(diào)諧的設(shè)計要求，并對每個通道的中心波長予以鎖定控制。
本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)分為兩部分主光路結(jié)構(gòu)和波長鎖定控制結(jié)構(gòu)。主光路結(jié)構(gòu)部分包括一個輸入光纖準直器、八個分波輸出光纖準直器、一個波長鎖定監(jiān)測輸出光纖準直器、兩個波長調(diào)諧選擇組合元件、以及一個小耦合比光纖耦合器。每個波長調(diào)諧選擇組合元件包括一個共享光學平面基片(尺寸為20mm×6mm×2mm)和4個獨立光學平面分立基片(尺寸為4mm×4mm×2mm)，每個分立基片上表面鍍有增透膜(中心波長1550nm，帶寬+/-50nm)，下表面依次鍍有氧化銦錫(ITO，indium-tin oxide)透明電極膜、高反膜(中心波長1550nm，帶寬+/-50nm，反射率96％～98％)和電光聚合物薄膜(膜厚在4～20微米，電光系數(shù)50pm/V)，共享光學平面基片下表面鍍有增透膜(中心波長1550nm，帶寬+/-50nm)，上表面依次鍍有ITO(氧化銦錫)透明電極膜、高反膜(中心波長1550nm，帶寬+/-50nm，反射率96％～98％)。4個光學平面分立基片分別與共享光學平面基片在一維縱向排列，并且鍍有增透膜的表面相背放置，每個光學平面分立基片與共享光學平面基片嚴格光學平行，通過紫外光學膠封裝成4個光學諧振腔，形成一體化結(jié)構(gòu)的波長調(diào)諧選擇組合元件。兩個波長調(diào)諧選擇組合元件的放置，根據(jù)各自共享光學平面基片上鍍有增透膜的表面相背放置，并采用激光焊接平行封裝在主光路結(jié)構(gòu)的封裝基板上，兩者要求基本平行，允許有0～3度的夾角，間隔在15到20毫米。波長調(diào)諧選擇組合元件的兩側(cè)各布置四個輸出光纖準直器。輸入光纖準直器將單模光纖中傳輸?shù)募す庾儞Q為平行光束，該平行光束的光軸與波長調(diào)諧選擇組合元件的法線成10～12度夾角，使平行光束在兩個基本平行的共享光學平面基片之間成“之”字形折反射行進，在每個“之”字形反射點折射過去的光束將依次被8個輸出光纖準直器所接受，最后，波長鎖定控制輸出光纖準直器則將剩余光功率予以采集。所有10個光纖準直器被激光焊接平行封裝在一個基板上。
除了主光路結(jié)構(gòu)部分，波長鎖定控制結(jié)構(gòu)部分包括一個平分光輸入光纖耦合器、一個光學FP標準具、一個監(jiān)控用快速波長調(diào)諧濾波器、兩個快速光電轉(zhuǎn)換探頭、一個差分放大與跟蹤信號處理器，一個電路控制接口。平分光輸入光纖耦合器的兩個輸出端分別與光學FP標準具和監(jiān)控用快速波長調(diào)諧濾波器相連，光學FP標準具和監(jiān)控用快速波長調(diào)諧濾波器分別通過快速光電轉(zhuǎn)換探頭與差分放大與跟蹤信號處理器相連。平分光輸入光纖耦合器的兩個輸入端分別與主光路結(jié)構(gòu)的波長鎖定監(jiān)測輸出光纖準直器及小耦合比光纖耦合器相連，差分放大與跟蹤信號處理器通過電路控制接口和控制引線與主光路結(jié)構(gòu)的兩個波長調(diào)諧選擇組合元件相連。
主光路結(jié)構(gòu)中攜帶多個波長信息的光波經(jīng)輸入光纖準直器變?yōu)槠叫泄馐?，并在兩個波長調(diào)諧選擇組合元件之間作“之”字形折反射行進，在每個“之”字形反射點折射過去的光束將依次被八個輸出光纖準直器所接受，平行光束的反射剩余光功率耦合到波長鎖定控制輸出光纖準直器。波長鎖定控制輸出光纖準直器的輸出及小耦合比輸入光纖耦合器分出的主光路的部分信號經(jīng)過傳輸光纖送到波長鎖定控制結(jié)構(gòu)中的平分光輸入光纖耦合器的兩個輸入端口，并被分為兩部分分別經(jīng)過光學FP標準具和監(jiān)控用快速波長調(diào)諧濾波器，并由快速光電轉(zhuǎn)換探頭轉(zhuǎn)換為電信號送入差分放大與跟蹤信號處理器，通過電路控制接口和兩組電路反饋控制引線控制兩個波長調(diào)諧選擇組合元件的工作中心波長，實行波長跟蹤鎖定。
本發(fā)明采用波長調(diào)諧選擇組合元件實現(xiàn)在每個輸出波長通道的波長可調(diào)，并且增加一個波長監(jiān)測控制通道，對每個輸出波長通道的輸出波長予以鎖定。采用在一個共享光學平面基片上同時將多個獨立光學平面分立基片構(gòu)成多個光學諧振腔的一體化結(jié)構(gòu)模式，實現(xiàn)了在1500納米到1600納米工作的寬帶調(diào)諧和單個波長選擇性。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的新型1×N(N＝8，16)可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波/分波器，采用了電光效應(yīng)與光學多次反射相干原理相結(jié)合的設(shè)計，使器件具有了快速的電壓調(diào)諧性能，滿足單波長快速選擇的設(shè)計要求，同時，借助介質(zhì)薄膜和sol-gel高速甩轉(zhuǎn)成膜的成熟工藝，以及紫外封裝與激光對光激光焊接封裝工藝的有效結(jié)合，可使器件的穩(wěn)定性好。因此，本發(fā)明突破了傳統(tǒng)密集波分復用合波/分波波長固定的局限性，可以實現(xiàn)快速波長調(diào)諧，并予以波長鎖定，在功能和性能上有較大改變，具有明顯效果，適合于高速光分組或光突發(fā)交換。
采用本發(fā)明的可調(diào)諧型波長選擇/鎖定光密集波分復用合波/分波器可以構(gòu)成等效交換矩陣，適合于線路交換、光突發(fā)交換和光分組交換，如由八個輸入1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用分波器和八個輸出1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波器交叉連接組成64×64的等效矩陣，由16個輸入1×16可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用分波器和16個輸出1×16可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波器交叉連接擴展到256×256的等效矩陣。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與原理圖。
圖1中，1為輸入光纖準直器，2為右側(cè)四個輸出光纖準直器，3為左側(cè)四個輸出光纖準直器，4為波長鎖定監(jiān)測輸出光纖準直器，5和6為兩個波長調(diào)諧選擇組合元件，7為平行光束，8為小耦合比光纖耦合器，9為主光路結(jié)構(gòu)，10為連接光纖，11為控制引線，12為平分光輸入光纖耦合器，13、14為兩個鎖定用輸入光纖耦合器，15為光學FP標準具，16為快速波長調(diào)諧濾波器，17、18為兩個快速光電轉(zhuǎn)換探頭，19為差分放大與跟蹤信號處理器，20為電路控制接口，21為波長鎖定控制結(jié)構(gòu)。
圖2為本發(fā)明中波長調(diào)諧選擇組合元件的結(jié)構(gòu)與工作原理示意圖。
圖2中，22為共享光學平面基片，23為第一分立基片，24為共享基片增透膜，25為共享基片ITO透明電極膜，26為共享基片高反膜，27為分立基片增透膜，28為分立基片ITO透明電極膜，29為分立基片高反膜，30為分立基片電光聚合物薄膜，31為封裝膠，32為第二分立基片，33為第三分立基片，34為第四分立基片，43為分立基片側(cè)面電極，44為共享光學平面基片電極，45為分立引線，46為控制信號公共電極引線。
圖3為本發(fā)明的波長鎖定結(jié)構(gòu)中的波長跟蹤控制反饋工作原理圖。
圖3中，橫坐標為波長，縱坐標為歸一化強度，35為第一波長標準具傳輸特性譜線，36為第一波長監(jiān)控調(diào)諧單元信號曲線，37為第二波長標準具傳輸特性譜線，38為第二波長監(jiān)控調(diào)諧單元信號曲線。
圖4為本發(fā)明構(gòu)成的快速可調(diào)諧型波長選擇光交換矩陣結(jié)構(gòu)圖。
圖4中，39為八個輸入1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用分波器，40為八個輸出1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波器，41為第一輸入1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用分波器八個輸出分波通道，42為第一輸出1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波器八個輸入合波通道。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述。
本發(fā)明的可調(diào)諧型波長選擇/鎖定光密集波分復用合波/分波器結(jié)構(gòu)與原理如圖1所示，本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)分為兩部分主光路結(jié)構(gòu)9和波長鎖定控制結(jié)構(gòu)21。主光路結(jié)構(gòu)9包括一個輸入光纖準直器1、左側(cè)四個輸出光纖準直器3、右側(cè)四個輸出光纖準直器2、波長鎖定控制輸出光纖準直器4、兩個波長調(diào)諧選擇組合元件5和6、以及小耦合比(95∶5)光纖耦合器8。輸入光纖準直器1的輸出的平行光束7與右側(cè)四個輸出光纖準直器2和波長鎖定控制輸出光纖準直器4的光軸嚴格平行。平行光束7經(jīng)過波長調(diào)諧選擇組合元件5后的反射光束與左側(cè)四個輸出光纖準直器3的光軸嚴格平行。兩個波長調(diào)諧選擇組合元件5和6采用激光焊接平行封裝在主光路結(jié)構(gòu)9的封裝基板上，兩者要求基本平行，允許有0～3度的夾角，間隔在15到20毫米。左側(cè)波長調(diào)諧選擇組合元件6上四個分立基片與右側(cè)波長調(diào)諧選擇組合元件5上四個分立基片的位置上下互相交錯。波長調(diào)諧選擇組合元件6左側(cè)的四個輸出光纖準直器3互相平行傾斜布置，分別與波長調(diào)諧選擇組合元件6上的四個分立基片對應(yīng)并與其法線成10～12度夾角。波長調(diào)諧選擇組合元件5右側(cè)的四個輸出光纖準直器2互相平行傾斜布置，分別與波長調(diào)諧選擇組合元件5上的四個分立基片對應(yīng)并與其法線成負的10～12度夾角。輸入光纖準直器1、左側(cè)四個輸出光纖準直器3、右側(cè)四個輸出光纖準直器2以及波長鎖定控制輸出光纖準直器4等所有10個光纖準直器均被激光焊接平行封裝在主光路結(jié)構(gòu)9的封裝基板上。
波長鎖定控制結(jié)構(gòu)21包括平分光輸入光纖耦合器12(50∶50耦合比)、光學FP標準具15、監(jiān)控用快速波長調(diào)諧濾波器16、兩個快速光電轉(zhuǎn)換探頭17和18、差分放大與跟蹤信號處理器19、電路控制接口20。
平分光輸入光纖耦合器12的兩個輸入端分別與主光路結(jié)構(gòu)9中的波長鎖定監(jiān)測輸出光纖準直器4和小耦合比光纖耦合器8相連，平分光輸入光纖耦合器12的兩個輸出端分別經(jīng)兩個鎖定用輸入光纖耦合器13、14與光學FP標準具15和監(jiān)控用快速波長調(diào)諧濾波器16相連，光學FP標準具15和監(jiān)控用快速波長調(diào)諧濾波器16分別通過兩個快速光電轉(zhuǎn)換探頭17和18與差分放大與跟蹤信號處理器19相連。
主光路結(jié)構(gòu)9中的小耦合比光纖耦合器8(通過光纖10)和波長鎖定控制輸出光纖準直器4分別與波長鎖定控制結(jié)構(gòu)21中的耦合器12的兩個輸入端口相連(光纖連接)。同時波長鎖定控制結(jié)構(gòu)21中的差分放大與跟蹤信號處理器19通過電路控制接口20和控制引線11與主光路結(jié)構(gòu)9中兩個波長調(diào)諧選擇組合元件5和6相連(電路連接)
輸入光纖準直器1將單模光纖中傳輸?shù)募す庾儞Q為平行光束7，該平行光束7的光軸與波長調(diào)諧選擇組合元件5的法線成10～12度夾角，使平行光束7在兩個基本平行的波長調(diào)諧選擇組合元件5和6中的共享光學平面基片之間成“之”字形折反射行進，在每個“之”字形反射點折射過去的光束將依次被右側(cè)四個輸出光纖準直器2和左側(cè)四個輸出光纖準直器3所接受，最后平行光束7的反射剩余光功率耦合到波長鎖定控制輸出光纖準直器4。
波長鎖定控制輸出光纖準直器4的輸出及小耦合比光纖耦合器8分出的部分主光路信號經(jīng)過傳輸光纖10送到波長鎖定控制結(jié)構(gòu)21中的平分光輸入光纖耦合器12的兩個輸入端口，并被分為兩部分分別經(jīng)過光學FP標準具15和監(jiān)控用快速波長調(diào)諧濾波器16，并由快速光電轉(zhuǎn)換探頭17與18轉(zhuǎn)換為電信號送入差分放大與跟蹤信號處理器19，通過電路控制接口20和兩組電路反饋控制引線11控制兩個波長調(diào)諧選擇組合元件5與6的工作中心波長，實行差分跟蹤鎖定。
輸入光纖準直器1中N(如N＝8)個光波長(波長λ1，λ2，...，λN)為平行光束7，第一次以斜入射角為10度到波長調(diào)諧選擇組合元件5，任意一個波長λi被選擇進入右側(cè)上方第一輸出光纖準直器2，其他N-1個波長，λ1，λ2，...λi-1，λi+1，λN反射進入波長調(diào)諧選擇組合元件6，同樣，在上述剩余的波長中λ1，λ2，...λi-1，λi+1，λN任意一個波長λj(j不等于i)被選擇進入左側(cè)上方第一輸出光纖準直器3，其他N-2個波長反射進入波長調(diào)諧選擇組合元件5，剩余N-2個波長中的任意一個波長λk(k不等于i，j)被選擇進入右側(cè)上方第二輸出光纖準直器2，其他N-3個波長反射進入波長調(diào)諧選擇組合元件6，剩余N-3個波長中的任意一個波長λm(m不等于i，j，k)被選擇進入左側(cè)上方第二輸出光纖準直器3，其他N-4個波長反射進入波長調(diào)諧選擇組合元件5， 剩余N-4個波長中的任意一個波長λn(n不等于i，j，k，m)被選擇進入右側(cè)上方第三輸出光纖準直器2，其他N-5個波長反射進入波長調(diào)諧選擇組合元件6，剩余N-5個波長中的任意一個波長λp(p不等于i，j，k，m，n)被選擇進入左側(cè)上方第三輸出光纖準直器3，其他N-6個波長反射進入波長調(diào)諧選擇組合元件5， 剩余N-6個波長中的任意一個波長λq(q不等于i，j，k，m，n，p)被選擇進入右側(cè)上方第四輸出光纖準直器2，其他N-7個波長反射進入波長調(diào)諧選擇組合單元6，剩余N-7個波長中的任意一個波長λr(r不等于i，j，k，m，n，p，q)被選擇進入左側(cè)上方第四輸出光纖準直器3，最后剩余通道信號進入監(jiān)控輸出光纖準直器4。
圖2為本發(fā)明中波長調(diào)諧選擇組合元件的結(jié)構(gòu)與工作原理圖。
如圖2所示，波長調(diào)諧選擇組合元件的總體結(jié)構(gòu)分為兩個部分，包括紅外石英共享光學平面基片22和四塊紅外石英光學平面基片第一分立基片23、第二分立基片32，第三分立基片33，第四分立基片34。在每塊平面基片上分別鍍有不同膜系，如圖2所示，在紅外石英共享光學平面基片22上，下表面鍍有共享基片增透膜24，上表面自下而上鍍有共享基片ITO透明電極膜25，共享基片高反膜26。在第一分立基片23上表面鍍有分立基片增透膜27，下表面由上而下，分別鍍有分立基片ITO透明電極膜28，分立基片高反膜29，分立基片電光聚合物薄膜30。第二分立基片32、第三分立基片33、第四分立基片34的膜系結(jié)構(gòu)與第一分立基片23一致。在共享光學平面基片22和第一分立基片23之間經(jīng)過嚴格對光，使之平行，并形成諧振腔，采用封裝膠31予以紫外光預固定。第二分立基片32、第三分立基片33、第四分立基片34的膜系結(jié)構(gòu)和封裝方法與第一分立基片23一致。為了提高效應(yīng)，控制封裝膠31的厚薄對諧振腔的自由光譜寬度有較大影響，一般以20～80微米之間。除了上述結(jié)構(gòu)外，在紅外石英共享光學平面基片22和四塊紅外石英分立基片之間還有電路饋電結(jié)構(gòu)，分別為分立基片側(cè)面電極43、共享光學平面基片側(cè)面電極44，以及分立引線45。每個分立基片都有相同的分立基片側(cè)面電極43和分立引線45。共享光學平面基片側(cè)面電極44上連接有控制信號公共電極引線46。各分立基片的分立引線45分別與控制信號公共電極引線46形成一對反饋電壓引線。
當在第一分立基片的引線45與控制信號公共電極引線46上外加某一電壓值時，在第一分立基片23、共享光學平面基片22之間將形成一個法線方向的直流電場，導致第一分立基片上的電光聚合物薄膜30的折射率的改變，從而使所有斜入射(光軸與法線夾角10度)光波的相位發(fā)生改變，導致只有那些相位匹配發(fā)生干涉的波長通道會穿過諧振腔，其他波長通道均以等于入射角大小的反射角斜反射，并繼續(xù)按圖1所示的“之”字光路7行進。調(diào)節(jié)第一分立基片的引線45與控制信號公共電極引線46上電壓的大小，施加在電光聚合物薄膜30上的電場也改變，相位隨之改變，透過并進入圖1右側(cè)四個輸出光纖準直器2的上方第一輸出光纖準直器的波長被調(diào)諧，從而完成圖1右側(cè)上方第一輸出光纖準直器選擇波長的調(diào)諧輸出。
波長調(diào)諧選擇組合元件的膜系共享基片增透膜24、共享基片高反膜26、分立基片增透膜27，分立基片高反膜29工作在1500納米到1600納米工作的寬帶范圍，電光聚合物薄膜30的作用可以實現(xiàn)1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用分波器，1×16可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用分波器，具有寬帶調(diào)諧和單個波長選擇性。
圖3為本發(fā)明的波長鎖定結(jié)構(gòu)中的波長跟蹤控制反饋工作原理圖。
圖3將闡述圖1中波長鎖定跟蹤控制反饋工作原理。如圖3所示，橫坐標為波長，縱坐標為歸一化光強度，第一波長標準具傳輸特性譜線35為圖1中光學FP標準具15的傳輸特性譜線，第一波長監(jiān)控調(diào)諧單元信號曲線36為監(jiān)控用快速波長調(diào)諧濾波器16的傳輸特性譜線，第一波長標準具傳輸特性譜線35與第一波長監(jiān)控調(diào)諧單元信號曲線36的峰差值為Δ1，當改變圖1中的兩個波長調(diào)諧選擇組合元件5或6的波長調(diào)諧選擇單元電壓，如圖2中第一分立引線45與公共電極引線46之間電壓的大小時，將可以調(diào)節(jié)Δ1的大小，將波長調(diào)諧選擇組合元件5和6中的對應(yīng)單元器件工作到ITU-T(國際電信聯(lián)盟——電信)規(guī)定的工作波長通道，即移動第一波長監(jiān)控調(diào)諧單元信號曲線36的峰值到第一波長標準具傳輸特性譜線35峰值。當調(diào)節(jié)圖1中快速波長調(diào)諧濾波器16的窗口至第二波長通道時，可以得到圖3中的第二對曲線，即第二波長標準具傳輸特性譜線37和第二波長監(jiān)控調(diào)諧單元信號曲線38。同樣道理，通過判斷第二波長標準具傳輸特性譜線37和第二波長監(jiān)控調(diào)諧單元信號曲線38的峰差值Δ2的大小，將對應(yīng)波長調(diào)諧選擇組合元件5和6中的對應(yīng)單元器件工作到ITU-T規(guī)定的對應(yīng)工作波長通道，以此類推，調(diào)節(jié)圖1中快速波長調(diào)諧濾波器16的窗口，可以對所有波長通道進行快速掃描鎖定。
圖4為由本發(fā)明構(gòu)成的快速可調(diào)諧型波長選擇光交換矩陣結(jié)構(gòu)圖。
如圖4所示，快速可調(diào)諧型波長選擇光交換矩陣主要由八個輸入1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用分波器39和八個輸出1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波器40組成，每個輸入1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用分波器有八個輸出分波通道41，每個輸出1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波器有八個輸入合波通道42。輸出分波通道41和輸入合波通道42用普通單模光纖相連，具體連接規(guī)律如下，將每個輸入1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用分波器39的八個輸出分波通道41分別連到八個輸出1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波器40的一個輸入端口42上。如圖4連接舉例，將左側(cè)八個輸入1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用分波器39上方的第一復用分波器的輸出端口41的從上而下第一端口與右側(cè)八個輸出1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波器40上方的第一復用合波器的輸入端口42的從上而下第一端口相連，其次，將左側(cè)八個輸入1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用分波器39上方的第一復用分波器的輸出端口41的從上而下第二端口與右側(cè)八個輸入1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波器40上方的第二復用合波器的輸入端口42的從上而下第二端口相連，依次類推，將左側(cè)八個輸入1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用分波器39上方的第一復用分波器的輸出端口41的從上而下第八端口與右側(cè)八個輸入1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波器40上方的第八復用合波器的輸入端口42的從上而下第二端口相連。同樣，可以將其他端口之間建立相互交叉連接。這樣可以構(gòu)成一個八纖輸入八纖輸出，每纖八波長，等效64×64的快速光交換矩陣設(shè)備。其工作原理如下當輸入端口的任意一個光纖中的某個波長通道(如λi，i＝1，2....8)需要交換到任意一個輸出光纖中時，這時，只要將與輸入光纖相聯(lián)的1×8可調(diào)諧型波長選擇/鎖定光密集波分復用分波器39的輸出端口41和與輸出光纖相聯(lián)的1×8可調(diào)諧型波長選擇/鎖定光密集波分復用合波器40的輸入端口42相互連接的對應(yīng)一對波長調(diào)諧選擇單元設(shè)置在λi通道上，這樣就完成了一個連接。由于所有的連接是相互獨立的，可以在同一時刻將所有連接建立好，并且建立時間非?？?，在納秒量級，因此，可以用于線路或分組交換。當采用1×16可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用分波/合波器及上述結(jié)構(gòu)時，64×64的等效矩陣，可以擴展到256×256的等效矩陣。
實施例11×8可調(diào)諧型波長選擇/鎖定光密集波分復用合波/分波器采用設(shè)計參數(shù)如下波長調(diào)諧選擇組合元件5和6的實際測試指標為高反膜反射率98.3％，帶寬30納米，中心波長1558納米，電光聚合物膜厚5微米，電光系數(shù)38pm/V，ITO的膜厚為20nm，阻抗為300歐姆/平方英寸。腔間隔50微米，測試結(jié)果如下響應(yīng)時間小于10納秒；通道間隔100GHz。

實施例264×64快速可調(diào)諧型波長選擇光交換矩陣設(shè)計參數(shù)同上波長調(diào)諧選擇組合元件5和6的實際測試指標為高反膜反射率98.3％，帶寬30納米，中心波長1558納米，電光聚合物膜厚5微米，電光系數(shù)38pm/V，腔間隔50微米，ITO的膜厚為20nm，阻抗為300歐姆/平方英寸。測試結(jié)果如下響應(yīng)時間小于50納秒；同步響應(yīng)小于20納秒；通道間隔100GHz；波長通道數(shù)8；輸入光纖通道數(shù)8；輸出光纖通道數(shù)8；等效矩陣規(guī)模64×64；最小插入損耗11.2dB；最大插入損耗13.3dB。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波/分波器，其特征在于包括主光路結(jié)構(gòu)(9)和波長鎖定控制結(jié)構(gòu)(21)，主光路結(jié)構(gòu)(9)包括一個輸入光纖準直器(1)、左側(cè)四個輸出光纖準直器(3)、右側(cè)四個輸出光纖準直器(2)、波長鎖定控制輸出光纖準直器(4)、兩個波長調(diào)諧選擇組合元件(5、6)、以及95∶5小耦合比光纖耦合器(8)，兩個波長調(diào)諧選擇組合元件(5、6)平行，間隔為15～20毫米，左側(cè)四個輸出光纖準直器(3)分別與左側(cè)波長調(diào)諧選擇組合元件(6)上的四個分立基片對應(yīng)并與其法線成10～12度夾角，右側(cè)四個輸出光纖準直器(2)分別與右側(cè)波長調(diào)諧選擇組合元件(5)上的四個分立基片對應(yīng)并與其法線成負的10～12度夾角；波長鎖定控制結(jié)構(gòu)(21)包括平分光輸入光纖耦合器(12)、兩個鎖定用輸入光纖準直器(13、14)、光學法珀羅FP標準具(15)、監(jiān)控用快速波長調(diào)諧濾波器(16)、兩個快速光電轉(zhuǎn)換探頭(17、18)、差分放大與跟蹤信號處理器(19)、電路控制接口(20)，平分光輸入光纖耦合器(12)的兩個輸出端分別經(jīng)兩個鎖定用輸入光纖準直器(13、14)與光學FP標準具(15)和監(jiān)控用快速波長調(diào)諧濾波器(16)相連，光學FP標準具(15)和監(jiān)控用快速波長調(diào)諧濾波器(16)分別通過快速光電轉(zhuǎn)換探頭(17、18)與差分放大與跟蹤信號處理器(19)相連；平分光輸入光纖耦合器(12)的兩個輸入端分別與波長鎖定監(jiān)測輸出光纖準直器(4)及小耦合比光纖耦合器(8)相連，差分放大與跟蹤信號處理器(19)通過電路控制接口(20)和控制引線(11)與兩個波長調(diào)諧選擇組合元件(5、6)相連；輸入光纖準直器(1)輸出的平行光束(7)在兩個波長調(diào)諧選擇組合元件(5、6)中的共享光學平面基片之間成“之”字形折反射行進，在每個“之”字形反射點折射過去的光束將依次被右側(cè)四個輸出光纖準直器(2)和左側(cè)四個輸出光纖準直器(3)所接受，平行光束(7)的反射剩余光功率耦合到波長鎖定控制輸出光纖準直器(4)，波長鎖定控制輸出光纖準直器(4)的輸出及小耦合比光纖耦合器(8)分出的部分主光路信號經(jīng)過傳輸光纖(10)送到波長鎖定控制結(jié)構(gòu)(21)中的平分光輸入光纖耦合器(12)的兩個輸入端口，并被分為兩部分分別經(jīng)過光學FP標準具(15)和監(jiān)控用快速波長調(diào)諧濾波器(16)，并由快速光電轉(zhuǎn)換探頭(17、18)轉(zhuǎn)換為電信號送入差分放大與跟蹤信號處理器(19)，通過電路控制接口(20)和兩組控制引線(11)控制兩個波長調(diào)諧選擇組合元件(5、6)的工作中心波長，實行差分跟蹤鎖定。
2.權(quán)利要求1的可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波/分波器，其特征在于所述波長調(diào)諧選擇組合元件(5、6)包括紅外石英共享光學平面基片(22)和四個膜系結(jié)構(gòu)相同的紅外石英光學平面分立基片，紅外石英共享光學平面基片(22)上，下表面鍍有共享基片增透膜(24)，上表面自下而上鍍有共享基片ITO透明電極膜(25)、共享基片高反膜(26)，在各分立基片(23、32、33、34)的上表面鍍有增透膜(27)，下表面由上而下分別鍍有ITO透明電極膜(28)、高反膜(29)、電光聚合物薄膜(30)，在共享光學平面基片(22)和各分立基片之間經(jīng)過嚴格對光，使之平行，并形成諧振腔，采用封裝膠(31)予以紫外光預固定，每個分立基片都有相同的分立基片側(cè)面電極(43)和分立引線(45)，共享光學平面基片電極(44)上連接有控制信號公共電極引線(46)，各分立基片的分立引線(45)分別與控制信號公共電極引線(46)形成一對反饋電壓引線；調(diào)節(jié)分立引線(45)與控制信號公共電極引線(46)上電壓的大小，施加在電光聚合物薄膜(30)上的電場也改變，相位隨之改變，透過并進入右側(cè)四個輸出光纖準直器(2)的上方第一輸出光纖準直器的波長被調(diào)諧，從而完成選擇波長的調(diào)諧輸出。
3.權(quán)利要求2的可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波/分波器，其特征在于所述封裝膠(31)的厚度為20～80微米。
4.權(quán)利要求2的可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波/分波器，其特征在于所述波長調(diào)諧選擇組合元件(5、6)中的共享基片增透膜(24)、共享基片高反膜(26)、分立基片增透膜(27)及分立基片高反膜(29)工作在1500～1600納米工作的寬帶范圍。
5.權(quán)利要求1或2的可調(diào)諧型波長選擇/鎖定光密集波分復用合波/分波器的應(yīng)用，其特征在于由八個輸入1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用分波器(39)和八個輸出1×8可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波器(40)交叉連接組成64×64的等效矩陣，或由16個輸入1×16可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用分波器和16個輸出1×16可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波器交叉連接擴展到256×256的等效矩陣，應(yīng)用于光突發(fā)交換和光分組交換。
全文摘要
一種可調(diào)諧波長選擇/鎖定光密集波分復用合波/分波器，主光路結(jié)構(gòu)包括一個輸入和八個分波輸出、兩個波長調(diào)諧選擇組合元件，波長鎖定控制結(jié)構(gòu)包括光纖耦合器、光學FP標準具、快速波長調(diào)諧濾波器、兩個快速光電轉(zhuǎn)換探頭、差分放大跟蹤信號處理器。波長鎖定控制結(jié)構(gòu)通過采集主光路結(jié)構(gòu)的兩路光信號予以處理并通過電路反饋控制主光路結(jié)構(gòu)中的波長調(diào)諧選擇組合元件。本發(fā)明的波長調(diào)諧選擇組合元件在一個光學共享面上并行封裝多個光學諧振腔，采用電光聚合物薄膜的電光效應(yīng)與光學諧振腔多次反射相干原理形成調(diào)諧濾波特性，使復用器的每個分波端口的輸出具有波長選擇與寬帶調(diào)諧的設(shè)計要求，并對每個通道的中心波長予以鎖定控制，性能穩(wěn)定，可靠。
文檔編號G02B6/24GK1588148SQ200410054400
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月9日
發(fā)明者李新碗, 陳建平, 葉愛倫 申請人:上海交通大學