專利名稱：：可控光分插復(fù)用器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及使用波分復(fù)用技術(shù)的光纖通信系統(tǒng)，特別地，涉及可控地增加和/或減少的通信信道的方法，涉及可控和可重構(gòu)的光分插復(fù)用器(分別是t-OADM和ROADM)并且可用在密集的波分復(fù)用系統(tǒng)中，因此可用在粗波分復(fù)用系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
：當(dāng)前，使用波分復(fù)用技術(shù)來增加光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量。WDM有兩個主要應(yīng)用領(lǐng)域-密集波分復(fù)用(DWDM)和粗波分復(fù)用(CWDM)。DWDM技術(shù)通常用在遠(yuǎn)程電信系統(tǒng)中，而CWDM技術(shù)通常用在城域網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)中。DWDM是高容量光傳輸技術(shù)，然而其價格較高。國際電信聯(lián)盟(ITU)建i^的國際標(biāo)準(zhǔn)的波長柵格具有以下頻率間隔200,100，50或25GHz(分別是1.6，0.8，0.4和0.2nm的波長間距)；具有較高波長分隔(12.5GHz)的系統(tǒng)已經(jīng)被使用。CWDM系統(tǒng)中的單根光纖上傳輸?shù)牟ㄩL數(shù)目小于DWDM系統(tǒng)，ITU推薦的信道間距是20nm。CWDM技術(shù)使用簡單并且價格便宜。在用于增加/減少的通信信道的光纖通信系統(tǒng)的節(jié)點中，通常^f吏用光分插復(fù)用器(OADM)。它們使得能夠從線上減少一個或幾個信道并且同時以具有新信息的相同波長增加信號。這提供了通信系統(tǒng)的有效利用的顯著增加。具有固定信道頻率的OADM受限于它們的取決于配置的固定波長傳輸器的固有性質(zhì)的減少波長或增加一波長到網(wǎng)絡(luò)中的能力。系統(tǒng)性地增長需要通信系統(tǒng)的容量并且新方法的使用需要比固定的(靜態(tài)的)分插裝置提供的適應(yīng)性更大的適應(yīng)性，使得網(wǎng)絡(luò)的操作和設(shè)計變得復(fù)雜。動態(tài)重構(gòu)和調(diào)諧的光分插復(fù)用器(分別是t-OADM或ROADM)的使用通過允許任何時間減少/增加任何信道，沿著網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)集線器提供最佳選定路線消除了這一限制。除此之外，t-OADM也可以用在波分系統(tǒng)中，其中波長可以改變。光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域的專家熟知的ROADM結(jié)構(gòu)是由包括多路分離器，開關(guān)和復(fù)用器的分離的部件組裝而成。典型的復(fù)用器和多路分離器包括薄濾光器上的多級結(jié)構(gòu)、自由空間光學(xué)中的衍射光柵或用于導(dǎo)波光學(xué)的陣列波導(dǎo)光柵(AWG)。用于減少，、加和通過信道的光學(xué)開關(guān)通常是微機電系統(tǒng)(MEMS)。傳統(tǒng)方法的困難在于其不必要地昂貴，特別是在系統(tǒng)中的信道數(shù)較高時。其特征在于較大的輸入損耗和光信號質(zhì)量的惡化。除此之外，光開關(guān)對諸如溫度變化和振動的環(huán)境效應(yīng)是敏感的。t-OADM的主要功能元件是可調(diào)諧濾光器一波長選擇光學(xué)部件，其中所選擇的帶通的中心波長是可被動態(tài)調(diào)諧的。有許多可調(diào)諧的濾光器，但是由于不同的原因，它們中的大部分不能成功地用在t-OADM中。例如，基于聲光效應(yīng)的可調(diào)諧濾光器是偏振依賴的，其導(dǎo)致許多實際問題。布拉格濾光器被通過電阻加熱器機械地移動或改變，并因此調(diào)諧速度相對較慢一通常是毫米級的。可調(diào)諧的法布里-珀羅濾光器不能實現(xiàn)在這些濾光器中所必需的精細(xì)度，因此也是不能接受的；如果它們能夠調(diào)諧WDM范圍，那么它們不具有足夠窄的信道，而如果它們具有足夠窄的信道，那么它們只能調(diào)諧所需波帶的一部分?；诜菍ΨQ或非平衡/不對稱的馬赫-曾德干涉儀(進(jìn)一步，單級MZI)的可調(diào)諧濾光器以低信號插入損耗、低偏振依賴、相對便宜為特征。裝備有電光移相器，其能夠提供相當(dāng)快的調(diào)諧。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，基于非對稱單級MZI的具有8或9級的多級結(jié)構(gòu)是以高選擇性為特征的并且其足夠覆蓋整個WDM波帶。這是為什么在所有可調(diào)諧濾光器中，特別是在上述調(diào)諧濾光器中，這種可調(diào)諧濾光器4皮優(yōu)選用在t-OADM或ROADM中的原因。有一種可調(diào)諧分插光復(fù)用器(US6795654B2)，包括輸入端口，減少端口，輸出端口和增加端口并包括用于提供包括由信道組成的輸入信號到輸入端口的裝置，多個連接到輸入端口的濾光器級，每個濾光器級操作來分別選擇發(fā)送偶數(shù)或奇數(shù)信道并反射奇數(shù)或偶數(shù)信道，用于在輸出端口提供反射的信道作為通過信號的裝置，以及用于在減少端口提供傳輸?shù)男诺赖难b置。每個濾光器級可包括具有用于傳輸所選擇的信道的選擇延遲的光纖非平衡MZI和用于反射沒有通過光纖非平衡MZI傳輸?shù)男诺赖姆瓷溏R。用于在輸出端口提供反射的信道作為通過信號的裝置和用于在增加端口提供增加信號以使增加信號沿著減少信號相反的路徑的裝置應(yīng)包括循環(huán)器。這種可調(diào)諧復(fù)用器的使用提供了從輸入信號選擇性地通過和減少信道的方法的實現(xiàn)(US6795654B2)，該方法包括步驟選擇性地傳輸偶數(shù)或奇數(shù)信道并分別反射奇數(shù)或偶數(shù)信道；如果需要反射除所希望的信道之外的所有信道，這種操作被多次重復(fù)；在減少端口提供傳輸?shù)男诺雷鳛闇p少信號并在減少端口結(jié)合反射的信道，在增加端口提供增加信號并結(jié)合增加信號和通過信號。圖1中示出了這種復(fù)用器的一個實施例裝置10的示意圖。復(fù)用器10具有輸入端口11，輸出通過+增加端口12，輸出減少端口13，和增加端口14，并且包括借助于三個耦合器對{16-1，16-2}，{16-3，16-4}和{16-5,16-6}和作為干涉儀臂的連接光纖{17-1，17-2},{17-3，17-4}和{17-5，17-6}形成的三個一級MZI:15-1，15-2和15-3。三個干涉儀中的臂的光路徑差在傳輸?shù)搅硪粋€干涉儀期間增加兩倍。三個特定的單級MZI15-1，15-2和15-3的每一個傳輸所選擇的信道并且借助于光纖光學(xué)反射鏡15-1-1，15-2-1和15-3-1分別反射和返回偶數(shù)或奇數(shù)信道。兩個信號選定路線部件祐使用循環(huán)器18-1，其與增加端口ll和通過端口12連接，用于提供構(gòu)成信道的輸入信號到用于在輸出通過十增加端口12提供反射的信道作為通過信號的輸入端口ll的裝置，和循環(huán)器18-2，用于在輸出減少端口13傳輸信道并用于在增加端口14提供增加信號以使增加信號沿著減少信號的相反路徑。三級結(jié)構(gòu)拔^供在8個信道的增加期間在增加端口減少一個信道并且不管減少一個信道的新信道的增加。分別安裝在三個干涉儀15-1，15-2和15-3的每一個的臂中的一個中的可調(diào)諧移相器15-1-2，15-2-2和15-3-2被用于特定的一級MZI15-1，15-2和15-3的光i普特征的可控調(diào)諧并因此用于八個信道中的任何一個的增加/減少。根據(jù)專利(US6795654B2)，其它提出的不同目的是借助于分離元件分離器、反射鏡-棱鏡、偏振器和現(xiàn)代布置的濾光器制造單級MZI。作為反射鏡15-1-1，15-2-1和15-3-1以及循環(huán)器18-1和18-2的替換，能夠利用用于信道到輸出增加/通過端口12的傳輸?shù)膯渭塎ZI上的光纖的附加結(jié)構(gòu)。裝置，特別是上述的，提供光網(wǎng)絡(luò)的八個信道中任一個的增加和減少。然而，該裝置具有幾個實際存在的缺點。光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的專家知道上述結(jié)構(gòu)包含許多光學(xué)元件一光纖中的或分離形式的一級MZI、反射鏡和循環(huán)器，并且具有相當(dāng)大的尺寸以及不能是實時可靠和穩(wěn)定的，因為一級MZI對諸如溫度變化、振動和其他因素等的環(huán)境效應(yīng)非常敏感。這就是為什么這種裝置的實現(xiàn)需要提供集成光學(xué)技術(shù)應(yīng)用的另外的方法。同樣知道一級MZI傳輸以通帶中的不平坦和可能導(dǎo)致相鄰信道間的串?dāng)_和低隔離的阻帶狹窄為特征。除此之外，一級MZI在濾波的信道中導(dǎo)致不希望的大的色散，其在快速傳輸期間導(dǎo)致脈沖展寬數(shù)據(jù)信號，從而導(dǎo)致光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的傳輸性的下降。熟知的是兩級非平衡MZI或多級非平衡MZI(進(jìn)一步的兩級和多級MZI)具有較好的光語特征和低色散，但是這些裝置不是雙向的，并且這就是它們不能用于上述分插復(fù)用器IO中的原因。為了提供可控光分插復(fù)用器的集成光學(xué)結(jié)構(gòu)的可能性，必須減少所4吏用的光學(xué)元件的數(shù)量并除去循環(huán)器和反射鏡，因為它們與集成光學(xué)技術(shù)是不兼容的。所使用的光學(xué)元件數(shù)量的減少從費用的角度來講也是合理的(裝置的價格將減少)。所以，設(shè)計量少并滿足當(dāng)前對信道隔離和M的需要以及可以以集成光學(xué)形式實施的可控分插方法和可控光分插復(fù)用器的創(chuàng)造是實際問題。希望這種裝置具有附加的功能機會，具有最大的動態(tài)性和足夠的彈性，即提供用于各種應(yīng)用的最好的技術(shù)特征與價格比。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及用于借助于通過光分插復(fù)用器的濾波級的光譜特征的控制的信道的選擇從多個信道光學(xué)信號中減少和增加用戶選擇的波長信道的供應(yīng)方法和裝置；并且涉及提供所希望的信道的進(jìn)一步減少、不希望的信道的傳輸、新信號的增加。然后，在本發(fā)明中提供一種在具有2"個波分復(fù)用信道的光纖通信系統(tǒng)中可控選擇分插信道的方法，該波分復(fù)用信道的光學(xué)頻率在相鄰的兩個信道間的恒定頻率間隔Av上可再調(diào)諧，該方法包括(a)在N-級結(jié)構(gòu)中輸入多信道光信號，其中每一級在11=1，2，......，N包含濾光器，該濾光器具有一個或兩個輸入和兩個輸出并且其特征在于具有兩個相鄰的極值間的光鐠間隔Av^2"Av的周期函數(shù)形式的傳輸，并且所述傳輸可以是可控的調(diào)諧傳輸，并且，除了第一級的每一級中的濾光器，通過輸入或兩個輸入中的一個連接到前一級的濾光器的輸出中的一個，其中第一級濾光器的一個輸入作為N-級結(jié)構(gòu)的輸入端口；(b)選擇作為分插的主體的信道；(c)調(diào)諧每級中的所述濾光器以使從輸入到輸出的傳輸在所述選擇的信道的頻率上具有最大值，該輸入和輸出用于(a)中描述的所述濾光器的連接；(d)通過N-級結(jié)構(gòu)傳輸多信道光信號并且減少在最后一級的所述濾光器的輸出上的所選擇的信道，所述輸出為N級結(jié)構(gòu)中的減少端口；以及(e)在減少的信道的頻率上增加新信道，復(fù)用新信道和除了該減少的信道的所有信道，并且返回復(fù)用的信道到光網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)本發(fā)明，在濾光器具有兩個輸入的情況下將是合理的通過與不用于在(a)中描述的濾光器的連接的最后一級的濾光器的輸入連接的N-級結(jié)構(gòu)的增加端口增加新信道；通過除不用于在(a)中描述的濾光器的連接的第一級之外每一級的濾光器的輸出和沒有用于在(a)中描述的濾光器的連接的前一級的濾光器的輸入的連接結(jié)合新信道和除了所減少的信道之外的所有信道；通過不用于在(a)中描述的濾光器的連接的第一級的濾光器的輸出將所結(jié)合的信道返回到光網(wǎng)絡(luò)。除此之外，根據(jù)本發(fā)明，在濾光器具有一個輸入期間將是合理的通過具有N+l個輸入和一個輸出的光合計單元的一個輸入增加新信道；通過不用于在(a)中描述的濾光器的連接的每一級的濾光器的輸出和特定合計單元的一個輸入的連接結(jié)合新信道和除所減少的信道之外的所有信道，在此期間，結(jié)合信道通過該合計單元的輸出被返回到光網(wǎng)絡(luò)。通過開發(fā)具有2W個波分復(fù)用信道的可控光分插復(fù)用器實現(xiàn)任務(wù)，該波分復(fù)用信道的光頻率在相鄰的兩個信道間的恒定頻率間隔Av上可再調(diào)諧，該可控光分插復(fù)用器具有一輸入端口，一輸出端口，一減少端口和一增加端口，包括N-級結(jié)構(gòu)，其中每一級在11=1，2，......，N包含濾光器，該濾光器具有兩個輸入(a,b)和兩個輸出(c，d)，并且其特征在于具有兩個相鄰的極值間的光鐠間隔Avf2"Av的周期函數(shù)形式的傳輸，并且所述傳輸可以是可控地調(diào)諧傳輸；以及用于調(diào)諧所述濾光器的傳輸?shù)目刂破?78)。根據(jù)本發(fā)明，下述內(nèi)容用于特定N-級結(jié)構(gòu)中的分插復(fù)用器將是合理的除了第一級的每一級的濾光器通過輸入中的一個和輸出中的一個相應(yīng)地連接到前一級的濾光器的輸出中的一個和輸入中的一個；第一級的濾光器通過另一個輸入連接到輸入端口；第一級的濾光器通過另一個輸出連接到輸出端口；最后一級的濾光器通過另一個輸出連接到減少端口；以及最后一級的濾光器通過另一個輸入連接到增加端口。根據(jù)本發(fā)明，將下述內(nèi)容用于分插復(fù)用器是合理的N-級結(jié)構(gòu)的級中的濾光器是一級或兩級非對稱馬赫-曾德干涉儀。通過開發(fā)用于具有2N個波分復(fù)用信道的光纖通信系統(tǒng)的可控光分插復(fù)用器實現(xiàn)任務(wù)，該波分復(fù)用信道的光頻率在相鄰的兩個信道間的恒定頻率間隔Av上可再調(diào)諧，該光纖通信系統(tǒng)具有一輸入端口(81),—輸出端口(82),—減少端口(83)和一增加端口(84),包括N-級結(jié)構(gòu)，其中每一級在n-l，2，......，N包含濾光器，該濾光器具A-2^Av的周期函數(shù)形式的傳輸，所述傳輸可以是可控地調(diào)諧傳輸；連接到輸出端口具有N+l個輸入和一個輸出的光合計單元(光組合器)；以及用于調(diào)諧所述濾光器的傳輸?shù)目刂破鳌８鶕?jù)本發(fā)明，下述內(nèi)容用于特定N-級結(jié)構(gòu)中的分插復(fù)用器將是合理的除了最后一級的每一級的濾光器通過輸出中的一個和下一級的濾光器的輸入連接，并且通過另一個輸出和光組合器的輸入中的一個連接；第一級的濾光器通過輸入連接到輸入端口；下一級的濾光器通過一個輸出連接到光組合器的另一個輸入，并且通過另一個輸出連接到減少端口；以及光組合器通過另一個輸入連接到增加端口。根據(jù)本發(fā)明，下述內(nèi)容用于分插復(fù)用器將是合理的N-級結(jié)構(gòu)的級中的濾光器是多級非對稱馬赫-曾德干涉儀。通過開發(fā)用于具有2N個波分復(fù)用信道的光纖通信系統(tǒng)的可控光分插復(fù)用器實現(xiàn)任務(wù)，該波分復(fù)用信道在相鄰的兩個可再調(diào)諧信道間具有恒定頻率間隔Av，該光纖通信系統(tǒng)具有一輸入端口(91)，一輸出端口(92)，一減少端口(93)和一增加端口(94)，包括彼此連接的第一和第二多級結(jié)構(gòu)，第一結(jié)構(gòu)具有r^級，第二結(jié)構(gòu)具有N2級，NrHVfN,并且其特征在于周期函數(shù)形式的傳輸，所述傳輸可以是可控的調(diào)諧傳輸；具有Ni+1個輸入和一個輸出的光組合器；以及用于調(diào)諧第一和第二多級結(jié)構(gòu)的所述濾光器的傳輸?shù)目刂破?。才艮?jù)本發(fā)明，下述內(nèi)容用于分插復(fù)用器將是合理的第一多級結(jié)構(gòu)中的濾光器具有一個輸入和兩個輸出，并且其特征在于在nl=l，2，......，Nl的nl級中在兩個相鄰的極值間的光語間隔Avnl=2n"Av;以及第二多級結(jié)構(gòu)中的濾光器具有兩個輸入和兩個輸出，并且其特征在于在n2=l，2，......，N2的n2級中在兩個相鄰的極值間的光鐠間隔A，n2+Nl-lAAvn2=2Av。根據(jù)本發(fā)明，下述內(nèi)容用于分插復(fù)用器將是合理的在第一多級結(jié)構(gòu)中，除了最后一級的每一級的濾光器通過一個輸出連接到下一級濾光器的輸入，并且通過另一個輸出連接到光組合器的輸入中的一個；在第一多級結(jié)構(gòu)中，最后一級的濾光器通過一個輸出連接到光合計單元的輸入，并且通過另一個輸出連接到第二多級結(jié)構(gòu)的第一級的濾光器的輸入的一個；在第二多級結(jié)構(gòu)中，除了第一級的每一級的濾光器通過輸入中的一個和輸出中的一個連接到前一級濾光器的輸出的一個和輸入的一個；在第二多級結(jié)構(gòu)中，第一級的濾光器通過另一個輸出連接到光組合器的另一個輸入；在第一多級結(jié)構(gòu)中，第一級的濾光器通過另一個輸入連接到輸入端口；在第二多級結(jié)構(gòu)中，最后一級的濾光器通過輸出的一個連接到輸出端;在第二多級結(jié)構(gòu)中，最后一級的濾光器通過另一個輸入連接到輸入端口；以及光合計單元通過輸出連接到輸出端口。根據(jù)本發(fā)明，下述內(nèi)容用于分插復(fù)用器將是合理的第一多級結(jié)構(gòu)的濾光器是多級非對稱馬赫-曾德干涉儀；第二多級結(jié)構(gòu)的濾光器是一級和/或兩級的非對稱馬赫-曾德干涉儀。根據(jù)本發(fā)明，下述內(nèi)容用于可控地調(diào)諧所述濾光器的傳輸將是合理的濾光器必須包含電光或熱光移相器。根據(jù)本發(fā)明，下述內(nèi)容用于分插復(fù)用器將是合理的它們必須根據(jù)集成光學(xué)技術(shù)在一芯片上制造。根據(jù)本發(fā)明，下述內(nèi)容用于分插復(fù)用器將是合理的輸入端口，輸出端口，減少端口和增加端口必須借助于光纖制造。所以，通過本發(fā)明解決了可控光分插復(fù)用器(t-OADM)的設(shè)計問題，其中使用了濾光器的多級結(jié)構(gòu)。因為，濾光器可以4吏用包含移相器和一個或兩個輸入端口以及不少于兩個輸出端口的一級，兩級和多級MZI。在根據(jù)本發(fā)明從多信道光信號中可控地選擇一個信道的分插方法中，以及在各種形式的可控光分插復(fù)用器中，除了笫一級的濾光器的每一級的濾光器都通過輸入中的一個和輸出中的一個連接到前一級濾光器的輸出中的一個和輸入中的一個。在通過所有多級結(jié)構(gòu)傳輸多信道光信號期間，在每一濾光器中，信道被分成兩組一組包含偶數(shù)信道，另一組包含奇數(shù)4言道，在這些組中的一組中，有一個信道將受到分插。調(diào)整濾光器的光i普特征以使在組中，傳輸?shù)较乱患墸偸谴嬖谒x擇的信道；結(jié)果，只有一個信道變成最后一級的濾光器的輸出-所選擇的分插信道。其它信道，和新增加的信道一起，被結(jié)合并傳輸?shù)捷敵龆丝?。根?jù)本發(fā)明，其中可以使用具有兩個輸入和兩個輸出的濾光器，在t-OADM形式的一個中，通過除第一級之外的每一級的濾光器的另一個輸出和在以前的系統(tǒng)的濾光器之前沒有使用的另一個輸入的連接執(zhí)行新信道和除所減少的信道之外的所有信道的結(jié)合；通過在第一級的濾光器之前沒有使用的另一個輸出實現(xiàn)結(jié)合的信道到光網(wǎng)絡(luò)的返回。根據(jù)本發(fā)明，其中可以使用具有一個輸入和兩個輸出的濾光器，在t-OADM形式的一個中，借助于光合計單元執(zhí)行增加信道和傳輸信道的結(jié)合，光合計單元的輸入連接到所有濾光器的第二輸出和增加端口。根據(jù)本發(fā)明，在可控光分插復(fù)用器的第三變形中，可以使用具有一個輸入和兩個輸出的濾光器以及具有兩個輸入和兩個輸出的濾光器；該復(fù)用器由兩個多級結(jié)構(gòu)制成，其中一個對應(yīng)于t-OADM的第一變形而另一個對應(yīng)于t-OADM的第二變形。兩個結(jié)構(gòu)的每一個中的傳輸信道的結(jié)合的執(zhí)行類似于用于第一的兩個變形的裝置中的結(jié)合；以與第一變形中相同的方式執(zhí)行新信道的增加。根據(jù)本發(fā)明，使用具有兩個輸入和兩個輸出的一級或兩級非對稱的馬赫-曾德干涉儀作為濾光器；使用具有一個輸入和兩個輸出的多級非對稱的馬赫-曾德干涉儀作為濾光器；為了傳輸因素的調(diào)整，使用電光或熱光移相器。除此之外，才艮據(jù)集成光學(xué)技術(shù)在單個芯片上制造特定的復(fù)用器是非常重要的。說明附圖下面，通過借助于可控光分插復(fù)用器和附圖對可控地選擇具有2"個波分復(fù)用信道的光纖通信系統(tǒng)中的信道的方法的例子的描述來說明本發(fā)明，該波分復(fù)用信道的光頻率可以調(diào)諧，但是相鄰信道間光譜間隔Av保持恒定，其中圖1-現(xiàn)有4支術(shù)的可調(diào)諧光分插復(fù)用器的示意圖；圖2a-波導(dǎo)非平衡的單級馬赫-曾德干涉儀的示意圖；圖2b-圖2a所示的非平衡單級MZI的框圖；圖3-圖2a所示的非平衡單級MZI的傳輸；圖4a-波導(dǎo)非平衡的兩級MZI的示意圖；圖4b-圖4a所示的非平衡兩級MZI的框圖；圖5-圖4a所示的非平衡兩級MZI的傳輸；圖6a-包含三個兩級MZI的多級濾光器的示意圖；圖6b-圖6a所示的多級濾光器的框圖；圖7-根據(jù)本發(fā)明的包含一級MZI的可控光分插復(fù)用器的示意圖，示出了在提供具有8個CWDM信道的光信號到輸入端口期間的操作；圖8-才艮據(jù)本發(fā)明的包含多級MZI的可控光分插復(fù)用器的示意圖，示出了在提供具有64個DWDM信道的光信號到輸入端口期間的操作；以及圖9-才艮據(jù)本發(fā)明的包含一級，兩級和多級MZI的可控光分插復(fù)用器的示意圖，示出了在提供具有64個DWDM信道的光信號到輸入端口期間的操作。具體實施方式根據(jù)本發(fā)明，可控光分插復(fù)用器的主要元件是已知的并廣泛用于光學(xué)裝置中_非對稱的馬赫-曾德干涉儀，或者是所謂的一級MZI(M.Born,E.Wolf."PrinsiplesofOptics",PergamonPress,Oxford,FifthEdition,1975,pp.312-316)。一級MZI是具有在一對耦合級間運轉(zhuǎn)的兩個平行的單模臂的干涉儀。術(shù)語"非對稱"指的是MZI的臂長不相等。千涉儀的臂的長度，溫度或其它參數(shù)的不同導(dǎo)致能夠造成相長或相消干涉的相移。上面在可控光分插復(fù)用器的描述期間已經(jīng)論述了借助于光纖耦合器、分束器、反射鏡-棱鏡，偏振器和其它元件造成的MZI的變形(US6795654B2)。圖2a中示出的是波導(dǎo)MZI20的典型布置，圖2a示出的是其示意圖。裝置20在單一基底21上制造，其中單級MZI22由第一和第二波導(dǎo)耦合器23和24以及兩個分別為h和h的不同長度的波導(dǎo)22-1和22-2形成。耦合器23和24的耦合系數(shù)&和k2相等，并且以比例50/50分割光功率。一級MZI22在一側(cè)具有減少端口a和b，而在另一側(cè)具有e和d。一級MZI22包含在臂22-2中的移相器25，其施加附加相移cp到當(dāng)前波的相位，并且是用于MZI的光譜特征的調(diào)整的可控元件。通過改變電流或電壓借助于熱光或電光效應(yīng)調(diào)整附加相移cp的值。所以，移相器25可以借助于熱光材料，例如，硅氧烷，或借助于電光材料，例如，鈮酸鋰(LiNb03)或砷化鎵制造。這種移相器在波分復(fù)用
技術(shù)領(lǐng)域：
作為基于MZI的用于光纖光譜特征的調(diào)整的儀器是熟知的，它們同樣也用于其它裝置_光調(diào)制器和開關(guān)。在單位功率的輻射通過第一輸入的傳輸期間，在兩個輸出C和d處的光強度可以借助于傳輸因子Ka々，cp)和Kad(^p)表示為Ka細(xì))=0.5.[l+COS(2加"v+(p)(1)Kad(一=0.5'[1+COS(2加△Lv+(p+7t)(2)其中，D=2;mALv/c是由臂22-1和22-2之間的光路徑差A(yù)L=lrl2引入的相位延遲，n是波導(dǎo)折射率，^是頻率，c是真空中的光速。在通過相鄰端口b的傳輸期間，在端口"c，，和"d"處的光強度可借助于傳輸因子KUVp)和Kbd(入cp)表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>在任意頻率p(或波長入)間隔，傳輸因子(1)-(4)變成一級MZI的光i普特征(或傳輸)。我們可以看出，特定的光譜特征(1)-(4)是光頻率p和波長X、它們的臂的物理長度差A(yù)L、波導(dǎo)折射率n和相位cp的周期性函數(shù)。一級MZI的效率取決于下述特性-頻域Av和波長域A入中的光鐠特征(1)-(4)中的相鄰極值之間的間隔是Av=_^_和^=_^_(5)2AZLn2AZ^n-對應(yīng)于光輻射從輸入中的一個a或b到第一輸出c或第二輸出d的傳播的光鐠特征(1)-(4)是vi異相的；-在兩個折射率的替代期間，光譜特征不改變，即Ka々,(p)-Kb々,cp),和Kac(p，cp)=Kbd(p，cp);-改變相移cp的值，能夠改變光譜特征(1)-(4)，沿著頻率軸(或波長軸)移動它們；特別地，在相移改變5cp-士7t期間，將導(dǎo)致輸出端口處的信號反相；以及-光鐠特征在信號傳輸?shù)姆较蚋淖兤陂g不改變，即一級MZI是雙向裝置。根據(jù)這些特性，可以清楚地發(fā)現(xiàn)在包含幾個信道的光信號到一級MZI的輸入的傳輸期間，信號流被劃分成兩股，并被傳輸?shù)讲煌妮敵觯撘患塎ZI的頻率(或波長)與光鐠特征中的極值的位置相一致。這種信號流中的一股包含偶數(shù)信道，另一股包含奇數(shù)信道；在兩股信號流中，信道間的光鐠間隔變得是一級MZI的輸入處的兩倍。在相同的信號到另外的輸入的傳輸期間，在輸出的偶數(shù)和奇數(shù)信道改變它們的位置。由于單級MZI是雙向裝置，其能夠?qū)⑵渲幸还砂鏀?shù)信道而另一股包含偶數(shù)信道的兩股光信號結(jié)合成一股更密集隔開的光信號流。執(zhí)行將信道分成偶數(shù)和奇數(shù)信道功能和將偶數(shù)和奇數(shù)信道結(jié)合成一股的反向功能的裝置稱為交叉器(interleaver)。用于實際的一級MZI的光譜特征中的相鄰極值之間的距離Av(或A入)必須在其制造期間通過選擇各自的臂長度差A(yù)L和折射率n形成。相對于設(shè)定頻率化}(或波長{、})的傳輸因子的極值位置的可控調(diào)諧必須在作為特定裝置中作為濾光器的一級MZI的使用期間借助于相移cp的各自調(diào)整來執(zhí)行。圖3示出的是用于單級MZI的作為波長函數(shù)的光語傳輸因子Kae(p，cp)和Kad(hcp)，它們具有相應(yīng)的相位延遲D并且相移cp可用作50GHz交叉器。根據(jù)哪一個信道流-奇數(shù)信道-被傳輸?shù)捷敵鯿，通過實線示出傳輸因子IQc"，(p)的光鐠關(guān)系；通過點線示出了另一個傳輸因子Kad(p，cp)的光i脊關(guān)系-該關(guān)系對應(yīng)于其它信道流-偶數(shù)信道-到輸出d的傳輸。圖3所示的交叉器的一個缺點是通帶中的非平坦性以及阻帶的狹窄。其它重大的缺點是在臂長度差A(yù)L較大時，可能會存在顯著的色散。這些缺點限制單級MZI在用于波分復(fù)用系統(tǒng)的裝置中的應(yīng)用。通過(US6782158B)兩級MZI提供用于波分復(fù)用的裝置和系統(tǒng)的濾光器的光鐠特征的顯著進(jìn)步，兩級MZI可以借助于光纖耦合器、分束器、反射鏡-棱鏡、偏振器和其它元件制造，所以可以以集成光學(xué)形式制造并且可以包含移相器。圖4a示出兩級MZI40的波導(dǎo)變形的示意圖，其方框圖在圖4b中示出。在裝置40中，使用三個耦合器41，42和43，它們分別具有耦合系數(shù)k15k2和k3。裝置40在單一基底46上制造。第一單級MZI44由兩個耦合器41和42以及兩個不同長度的波導(dǎo)44-1和44-2形成，波導(dǎo)44-1和44-2的長度分別為Ij44和l44-2。第二單級MZI45由兩個耦合器42和43以及兩個不同長度的波導(dǎo)45-1和45-2形成，波導(dǎo)45-1和45-2的長度分別為和145_2。相位延遲D尸27in(I44-1-I44-2)/入和D2=27m(145-1國l45-2)/、波此之間有下述關(guān)系D尸2'Dt。在MZI44和45中，使用移相器47和48;這些裝置引入的相移分別以(p和())標(biāo)識。兩級MZI在一側(cè)具有輸出a和b，并在另一側(cè)具有輸出e和f。數(shù)學(xué)上，兩級MZI組件40的傳輸特性可以通過下述獲得。對于三個耦合器41-1，41-2和41-3,必須建立矩陣T(ki)(i=l，2,3)，其與耦合器的輸出光幅度和輸入光幅度有關(guān)T(ki)=cos(A:,.)—/sin(、)—zsin(A:,.)cos(&)(6)并且對于兩個一級MZI43和44-建立矩陣T(Dj和T(D2)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>然后，兩級MZI的傳輸矩陣M(p，(p,小)由五個矩陣的乘積確定:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>由于兩級MZI的傳輸因子與輸出光強度和輸入光強度相關(guān)，對于它們的確定，需要使用下述表達(dá)式Kaf"，q>，(j))=|Maf(v，&*)|2(9)根據(jù)式子(6)-(9)，可以獲得兩級MZI的不同特性。不難于檢查兩級MZI在輻射通過輸入a和b的傳輸期間保持交叉器裝置。在光信號到輸入的傳輸期間，兩級MZI的信道流將被分成兩股；一股將包含奇數(shù)信道，另一股包含偶數(shù)信道。下面是兩級MZI的重要特性在相同信號到另一個輸入，圖4a的輸入b，的傳輸期間，在輸出e和f處的偶數(shù)和奇數(shù)信道改變它們的位置。光鐠特征中的相鄰極值間的距離Av和A入同樣可以由表達(dá)式(5)確定，其中AL是兩級MZI40的第一級的臂長差，即AL=L^-l44-2。仍然有光譜特征調(diào)整的可能性，現(xiàn)在借助于相移cp和(J)。為了在頻率軸上將光譜特征Kac(h(p，小)和Kaf"，(p，小)移動值&，必須借助于特別的裝置改變5(p=—和5(|)=—2"v(10)借助于^1!達(dá)式(6)-(9)，我們A可v以發(fā)現(xiàn)在信號通過輸出e和f的傳輸期間，沒有將信號劃分為偶數(shù)和奇數(shù)信道的可能性。這是因為矩陣(6)和(7)是不可互易的。所以，兩級MZI不是雙向裝置-在一側(cè)的兩個端口a和b只能用作輸入端口，而在另一側(cè)的其它端口e和f只能用作輸出端口，這是兩級MZI不能用于可控光分插復(fù)用器的原因，如圖1所示。圖5示出用于兩級MZI的隨波長變化的傳輸Kae(p，cp，(J))和Kaf(p，(p，小)，它們借助于表達(dá)式(6)-(9)計算得出。這兩級MZI具有耦合系數(shù)k尸0.7854,k2=2.0944，k3=0.3218，并且相應(yīng)的相位延遲Di和D2以及相位cp和(l)可以用作50GHz交叉器。根據(jù)哪一個信道流-奇數(shù)信道-,皮傳輸?shù)捷敵鰁，通過實線示出傳輸因子Kae"，cp，小)的光鐠關(guān)系；通過點線示出了其它的傳輸因子Kaf"，cp，(j))的光譜關(guān)系-該關(guān)系對應(yīng)于其它信道流-偶數(shù)信道-到輸出f的傳輸。如同我們所看到的，兩級MZI具有較好的光譜特征形式-其接近于表現(xiàn)出平坦頂部和陡峭側(cè)部的方形信道形狀。這是為什么用作濾光器的兩級MZI提供較好的串?dāng)_抑制和信道隔離的原因。然而，兩級MZI的色散相當(dāng)高，這限制了其作為具有高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)中的濾光器的應(yīng)用。熟知的是通過使用級聯(lián)兩級MZI獲得的濾光器可以改進(jìn)這種情況。這種裝置的一種變形提供具有相同的傳輸以及在符號相反的色散的兩級MZI的使用，即所謂互補的兩級MZI的使用。通過MZI中確定大小的耦合系數(shù)k!、k2和k3提供互補(US6782158B2)。圖6a示出了多級MZI60的一個變形，其可以用于隔離奇數(shù)和偶數(shù)信道；圖6b示出出了多級MZI(MZI-3)的方框圖。裝置60以平面形式4皮制造在單一基底(晶體)61上，其具有輸入端口g，第一輸出端口p和第二輸出端口k并包括三個具有第一輸入a、第二輸入b、第一輸出e和第二輸出f的兩級MZI。在第一級中，使用I型兩級MZI62，在第二級中，使用兩個I，型兩級MZI63和64(色散在符號上相反)。在信號通過輸入端口g的傳輸期間，兩級MZI62照常分開偶數(shù)和奇數(shù)信道；在第二級，MZI63傳輸奇數(shù)信道到其第一輸出e并進(jìn)一步到外部的第一輸出端口p，而MZI64傳輸偶數(shù)信道到其輸出f并進(jìn)一步到外部的第二輸出端口k。由于兩級MZI62與兩級MZI63和64的色散在符號上相反，所以多級MZI60的色散被補償-零或接近零。不幸地，多級MZI具有缺點在光信號通過兩級MZI62的第二輸入b的傳輸期間，具有偶數(shù)和奇數(shù)信道的流不是正好在兩級MZI63和64的輸出處改變它們的位置的，而是^皮傳輸?shù)焦庑盘柾ㄟ^輸入a傳輸期間的另一個輸出(分別是兩級MZI63和64的輸出f和e)。這一缺點限制了多級MZI在第一變形中的應(yīng)用，下面將論述(根據(jù)本發(fā)明的可控光分插復(fù)用器的實現(xiàn))。圖7中示出的是根據(jù)本發(fā)明的用于CWDM技術(shù)(城域網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)中)的可調(diào)諧光分插復(fù)用裝置70的第一實施例。復(fù)用器70包括一個輸入端口71，一個輸出通過+增加端口72，一個減少端口73，一個增加端口74和形成多級結(jié)構(gòu)的三個濾光器75-1，75-2和75-3。平面形式的裝置被集成在公共的硅氧烷基底76上。四個端口71-74以光導(dǎo)的形式制成。三級的濾光器通過波導(dǎo)77彼此相連并形成在珪氧烷基底上。通過在各自的電壓到存在于所有的三個濾光器中的移相器的傳輸期間的三個濾光器75-1，75-2和75-3的光鐠特征的調(diào)諧執(zhí)行復(fù)用器的動態(tài)控制。借助于通過電路總線79連接到濾光器75-1，75-2和75-3的控制器78執(zhí)行控制。作為濾光器，可以使用圖2a中所示的單級MZI或圖4a中所示的兩級MZI。除第一級之外的每一級的濾光器通過一個輸入(a)和一個輸出(c)和相應(yīng)的前一級的濾光器的一個輸出(d)和一個輸入(b)相連接；第一濾光器75-1通過另一個輸入和輸入端口71連接，并通過另一個輸出和輸出端口72連接；最后的濾光器75-3通過另一個輸入和增加端口74連接并通過另一個輸出和減少端口73連接。應(yīng)該注意，裝置70中的濾光器的連接不是唯一可能的變化，并且我們可以描述濾光器連接的另一種變化。這種連接的優(yōu)點是在平面形式的裝置70中，波導(dǎo)77不是彼此交叉的。現(xiàn)在討論當(dāng)信道之間具有Av=2400GHz的頻率間隔(信道間的平均間隔/U《0nm)的8信道光信號被傳輸?shù)綇?fù)用器70的輸入的情況。因為在本例子中信道間的光譜間隔較大，一級MZI可以用作交叉器(或濾光器)。為了提供信道間所選擇的間隔Av=2400GHz,對于三個一級MZI，選擇光譜特征(傳輸)中相鄰極值間的距離以使在傳輸?shù)较乱粋€一級MZI期間，它們增加到兩倍Av75-產(chǎn)2400GHz，Av75-2=4800GHz和Av75—3=9600GHz。所以，根據(jù)表達(dá)式(5),三個單級MZI的光程差A(yù)L:ft口下AL75-產(chǎn)41.6inkin，AL75_2=20.8mkm和AL75.3=10.4mkm(假i殳n=1.5)。在所選信道間的光鐠間隔Av下8個信道的中心波長定位如下入產(chǎn)1608.5nm，X2=1588.3nm，X3=1568.4nm，X4=1549.0nm，X5=15300nm，X6=1511.5nm，X7=1493.5nm和人8-1475.8nm。假定對于一個波，例如，波在某些特定的設(shè)定為(cp^的相位值9*75-19*75-2和9*75-3，可以提供從輸入端口71到減少端口73的傳輸。清楚的是，在波長A^，在三個濾光器的傳輸因子的最大值的重合期間可以觀察到這些情況<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>(11)為了更好地理解裝置的操作，必須詳細(xì)地描述三個濾光器75-1，75-2和75-3的光i普特征。在相鄰極值的特定距離AFm-pAF"-2和AF5-3以及條件(11)下，濾光器75-l的傳輸因子K75入d(P，(p*l)對于奇數(shù)波h，"，^和^具有最大值而對于偶數(shù)波&，p4，"和^具有最小值；濾光器75-2的傳輸因子K75-2ad(jscp*2)對于波^和^具有最大值而對于波^和^具有最小值；濾光器75-3的傳輸因子K75-3ad(p，q>*3)對于波^具有最大值而對于波^具有最小值。在低折射率的交換期間必須考慮一級MZI的傳輸因子不變。所以，包含8個光譜信道的復(fù)用的信號被從光網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)捷斎攵丝?1。根據(jù)其傳輸因子K75—、cp、)，濾光器75-l將波&，&，^和^引導(dǎo)到濾光器75-2，并且將波&，^和^傳輸?shù)捷敵龆丝?2。才艮據(jù)其傳輸因子K75-2ad"，(p*2)，濾光器75-2將波^和^傳輸?shù)綖V光器75-3，并將波^和^返回濾光器75-l，這些波以K75-1^((p*i)=K75;"s，cp、)=1傳輸濾光器并到達(dá)輸出端口72。根據(jù)傳輸因子K75-3ad"3，q>*3)，濾光器75-3引導(dǎo)&到減少端口73，并首先以K75-3ad(&，<p*3)=1返回波^到濾光器75-2，然后該波^以K75-2be"7，q>*2)傳到濾光器75-l，借助于濾光器75-l，波^以K75_1bc"7，cp*i)=1到達(dá)輸出端口72。不難于固定通過增加端口74傳輸?shù)牟╲;(v;=&)的移動路徑。對于該波在連續(xù)通過三個濾光器7S-1，75-2和75-3到輸出端口的傳輸期間，相應(yīng)的傳輸因子值等于一個K75;(v;，cp*3)=K75-2bc(v;,cp*2)=K75-;(v;,cp、)-i，這就是為什么波v;傳輸?shù)捷敵龆丝?2的原因。所以，濾光器75-2和75-3的第二輸出和前一級濾光器的一個輸入的連接提供新增加信道v;和不包含所選擇的信道&的信道的結(jié)合，以及它們從它們返回光網(wǎng)絡(luò)的地方返回第一濾光器75-1的傳輸?，F(xiàn)在討論裝置70的動態(tài)操作，其中任何信道都可能受到分插。為此，需要利用表達(dá)式(10)改變用于三個濾光器的相移值(cp^。例如，為了相鄰波p4的分插模式，必須以下述形式改變相移5cp7s-尸7c,5(p75-2=7c/2和5(p75—3=兀/4。表l中設(shè)定了8個信道中的任意一個的分插所需的相移0cpJ的改變。表l分插信道頻率以及各自的相移0qU改變<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>注意，表l中相移(5qU的改變可以被以相等的一個(Sq^n〉的改變，以致于5cp-5cp土27m，其中n=l,2，......。在本發(fā)明之后，可控光分插復(fù)用器的第二變形#1用于DWDM系統(tǒng)。圖8中示出了在該變形之后的復(fù)用器80的示意圖。假定輸入上的信號包含64個信道，信道的頻率對應(yīng)于ITU標(biāo)準(zhǔn)并且在信道間具有Av=50GHz的光i普范圍。復(fù)用器具有一個輸入端口81、一個輸出端口82、一個減少端口83、一個增加端口84，并包括六個濾光器85-l、85-2、85-3、85-4、85-5、85-6，它們同樣形成多級結(jié)構(gòu)。另外，復(fù)用器包含組合器86，其具有七個輸入和輸出。所有的六個濾光器集成在基底87上。四個端口81、82、83和84以波導(dǎo)的形式制成。濾光器和波導(dǎo)的連接以及其他連接通過波導(dǎo)88完成。通過在對應(yīng)施加到裝置的電壓的所有六個濾光器的相移的傳輸期間，對六個濾光器85-1-85-6的光鐠特征的再調(diào)整完成復(fù)用器的操作的動態(tài)控制。借助于通過電路母線89-1連接到濾光器的控制器89執(zhí)行控制。事實上，在輸入信號中，光鐠信道彼此間非常近地連接需要使用具有較高特性元件，特別是使用具有較好信道隔離的元件，以及使用具有較高傳輸速度和較小的色散的復(fù)用器。而且，必須考慮相鄰信道的串?dāng)_，以及同樣首先在第一級的濾光器中發(fā)生引入色散，在第一級的濾光器中輸入上的信道間的光i普范圍小，但是MZI中的臂長差小以及相應(yīng)地大的引入色散。在下一級中，信道間的間隔變得較大，而引入色散變得較小。因此，這些級中的濾光器的要求較低。這就是為什么在根據(jù)本發(fā)明的可控光分插復(fù)用器的所述第二變形中，在第一個三級中使用圖6a中所示的多級MZI，在隨后的級中使用圖4a中所示的兩級MZI的原因。可以發(fā)現(xiàn)與只基于多級MZI的復(fù)用器相比，在該變形復(fù)用器80中，調(diào)諧變得容易并且產(chǎn)品比較^J:。濾光器彼此之間以這種方式順序連接，即一個濾光器的第一輸出連接到其他的輸入，每個濾光器的第二輸出連接到光加法器的一個輸入，第一濾光器85-1的輸入連接到輸入端口81，最后的濾光器85-6的輸出連接到減少端口83，并且光加法器86通過一個輸入連接到輸入端口84而通過輸出連接到輸出端口82。六個濾光器的光譜特征中的最接近的極值之間的距離被如此固定以致于在傳輸?shù)较乱粋€濾光器期間它們增加兩倍Av85—產(chǎn)50GHz，Av852=100GHz，Av8S3=200GHz，Av85.4=400GHz，Av85.5=800GHz和Av85_6=1600GHz。相應(yīng)地，在操作的多級和兩級MZI的第一級中MZI的光程差A(yù)L必須是下述情況AL85-尸2000mkm,AL85—2=1000mkm,AL85_3=500mkm，AL85_4=250mkm,AL85-5=125mkin和AL85-6=62.5mkm。假定對于在某些相位固定值(cp、)和M)^的一波，例如，對于波&。相應(yīng)地，在用于所有的六個濾光器中的兩級MZI的第一和第二級中，執(zhí)行相似的條件(11)以確保波從輸入端口81到減少端口83的軌跡的傳輸時間。在這種相位((p^J和W、}的裝置80的操作被如此執(zhí)行以致于輸入信號到輸入端口81，濾光器85-1將信道分為兩組-一組是奇數(shù)波^，&，......，p63，其傳輸?shù)綖V光器85-2，而另一組是偶數(shù)波^，......，p64，其傳輸?shù)焦饨M合器86。這種處理重復(fù)多次濾光器85-2再次劃分波并且傳輸波^，p7，......，P59，P63到濾光器85-3，傳輸波^，......，"7，"61到加法器86，并且這種處理繼續(xù)直到當(dāng)在最后的最后濾光器85-6劃分到達(dá)其的兩個波^和&5。結(jié)果，到達(dá)減少端口83的波〃3被分開，并且所有其它的63個波在穿過加法器86之后出現(xiàn)在輸出端口82。通過端口84輸入的波A同樣到達(dá)輸出端口82。在需要任何其它波的輸"輸出的供應(yīng)的動態(tài)模式的復(fù)用器80的操作期間，需要根據(jù)表達(dá)式(10)改變用于所使用的所有濾光器的相位((p4和WJ的值。以及對于上面已經(jīng)描述的復(fù)用器70(圖7)，當(dāng)兩個波都不凈皮輸出時這種條件是可能的；所有通過BOCC。復(fù)用器的第三個變形中的相移的裝置數(shù)量遠(yuǎn)多于第一變形中的，但是相位(qU和{<M的相應(yīng)重構(gòu)目的不增加主要困難。用于通過信道的可能的光損耗和信道的不同等級可以借助于用于M大器和/或光譜均衡器的DWDM技術(shù)中的常用裝置補償?？煽毓夥植鍙?fù)用器的第三變形同樣可以用于才艮據(jù)本發(fā)明的波長分割復(fù)用的DWDM系統(tǒng)。圖9中給出的是對應(yīng)于下述變形的復(fù)用器卯的回路。設(shè)定輸入上的信號包含64個信道，信道的頻率對應(yīng)于ITU-標(biāo)準(zhǔn)并且信道間具有Av=50GHz的光i瞽范圍。同樣假定信道的頻率在這種情況下被更嚴(yán)格地保持在它們標(biāo)稱的限定之中，并且數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣鹊?。這是對于用于操作的濾光器的信道隔離和引入色散的要求可以比在可控光分插復(fù)用器的實現(xiàn)的第二變形中低的原因。復(fù)用器90具有一個輸入端口91、一個輸出端口92、一個減少端口93、一個增加端口94，并包括六個濾光器95-l，95-2，95-3，95-4，95-5和95-6，它們形成兩個多級結(jié)構(gòu)，其包含在第一結(jié)構(gòu)中具有兩個濾光器95-1和95-2,而在第二結(jié)構(gòu)中具有四個濾光器95-3，95-4，95-5和95-6。濾光器95-1和95-2是圖6a中所示的多級MZI，濾光器95-3和95-4是圖4a中所示的兩級MZI，而濾光器95-5和95-6是圖2a中所示的一級MZI。六個濾光器的光鐠特征中的最接近的極值之間的距離被如此設(shè)定以致于在傳輸?shù)较乱粋€濾光器期間它們擴展兩倍Av95—產(chǎn)50GHz,Av9S.2=100GHz，Av953=200GHz,Av954=400GHz，Av955=800GHz和Av956=1600GHz。另外，復(fù)用器卯包含具有三個輸入和一個輸出的光組合器96。所有六個濾光器和加法器#_集成在單一基底97上。四個端口91-94由光導(dǎo)制成。濾光器和光導(dǎo)的連接以及所有的其它連接由波導(dǎo)98完成。復(fù)用器卯是根據(jù)本發(fā)明的復(fù)用器的第一和第二變形的結(jié)合。第一的兩個濾光器95-1和95-2如同在復(fù)用器80中一樣被順序連接，具有第二輸出到光加法器的連接并形成第一多級結(jié)構(gòu)。圖9中以濾光器位于一條線的形式示出了具有四個濾光器的第二多級結(jié)構(gòu)；在該第二結(jié)構(gòu)中，濾光器以這樣一種方式彼此連接，如同在復(fù)用器70中，即除第一的之外的每個濾光器通過一個輸入和一個輸出相應(yīng)地連接到前面的濾光器的一個輸出和一個輸入。第一濾光器95-l的一個輸入連接到輸入端口101，最后的濾光器95-6的一個輸出連接到輸出端口103，并且最后的濾光器95-6的一個輸入連接到輸入端口94。光加法器的第三輸入連接到濾光器95-3的一個輸出，加法器的輸出連接到輸出端口92。通過在將相應(yīng)的電壓施加到所有六個濾光器95-1-95-6的相移的裝置期間調(diào)制六個濾光器的光諳特征而執(zhí)行對復(fù)用器的操作的動態(tài)控制。借助于控制器99完成控制，其通過電路母線99-1連接到所有濾光器的濾光器。對于由濾光器的兩個多級結(jié)構(gòu)組成的復(fù)用器的功能，在每個結(jié)構(gòu)中，以類似上述復(fù)用器的第一和第二變形實現(xiàn)中的功能來執(zhí)行。在可控光分插復(fù)用器的第三變形的實現(xiàn)中，在更一般的從一組信道2N中分插一個信道的情況下，復(fù)用器必須包括濾光器的兩個多級結(jié)構(gòu)多級MZI(圖6a)上的第一結(jié)構(gòu)具有級數(shù)Np—級MZI(圖2a)上或/和兩級MZI(圖4a)上的濾光器的第二結(jié)構(gòu)在第二結(jié)構(gòu)中的級總數(shù)為N2。濾光器的總數(shù)必須滿足N2=N，六個濾光器的光i昝特征中的最接近的極值之間的距離被如此設(shè)置以致于在傳輸?shù)较乱粋€濾光器期間它們增加兩倍。需要基于對信道間的光語范圍Av和數(shù)據(jù)傳輸速度的要求選擇一級，兩級和多級MZI各自的數(shù)量。用于兩種結(jié)構(gòu)中的濾光器的選擇的重要因素可以是復(fù)用器的制造成本。根據(jù)本發(fā)明的復(fù)用器的三個變形的附加功能包括這些裝置在下述模式下的操作可能性，所述模式在一次對一個或幾個分開的信道提供減少和通過而沒有光攜帶減少信道上的新信號的增加；而且，在所述模式下，所有其它信道如通常的被傳輸?shù)捷敵龆丝凇Ｍㄟ^復(fù)用器的第二變形80(圖8)的例子說明附加功能的可能性。讓32個信道到達(dá)輸入端口81，例如，波jv&2,并且需要減少和通過具有光頻率&的信道。為了實現(xiàn)這種模式(稱其為"分插"模式)，需要對于除最后一個的所有濾光器，保持對應(yīng)于波^的分插的上述情況的相移(q^^和{(|)*n}，并且對于最后濾光器85-6，相位96和(|)6必須如此固定以致于提供對波^的光功率50:50的劃分。以相似的方式，在所有六個濾光器的相位fqU和M)n}的相應(yīng)調(diào)整，能夠為任一其它的波提供下述才莫式。為了為兩個信道，例如，具有頻率&和p19，制造"減少/通過"模式，必須再調(diào)整濾光器85-6相移，以便使波&和"9具有50:50的劃分。對于提供其它的信道對，同樣是4個或更多信道的"減少/通過，，模式，容易地繼續(xù)濾光器中相移的相應(yīng)的改變的描述。在根據(jù)本發(fā)明的復(fù)用器的變形的描述中，使用一個工作策略。其存在于基于非對稱MZI的濾光器的多級結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中。除最后一級的濾光器之外的每一級的濾光器連接到下一級中的濾光器的輸入。對于每一個濾光器，到達(dá)信道的輸入的載波頻率上的傳輸?shù)南禂?shù)具有極值對于奇數(shù)信道是最小值，對于偶數(shù)信道是最大值，反之亦然。在多信道光信號通過多級結(jié)構(gòu)期間，在每一個濾光器中，執(zhí)行將信道分成兩組，其中一組包含奇數(shù)信道，另一組包含偶數(shù)信道，而且在一組中具有將被分插的信道。濾光器的光語特征被如此調(diào)制以致于向前傳到下一級的濾光器的該組總是包含所選擇的信道；結(jié)果，只有一個信道到達(dá)減少端口-所選擇的分插信道。所有剩余的信道和增加的信道一起被結(jié)合并引導(dǎo)到輸出端口。借助于使用它們的傳輸系數(shù)特性的濾波器之間的附加連接器或借助于光加法器完成信道的復(fù)用。因此，執(zhí)行一個信道的選擇分插，而且確保信道所需要的光語特征以及最小色散。上面已經(jīng)通過光學(xué)系統(tǒng)中的相應(yīng)裝置的操作的例子描述了本發(fā)明的工作原理，特性和實現(xiàn)的可能變形，光學(xué)系統(tǒng)中的波長對應(yīng)于ITU標(biāo)準(zhǔn)。這就是為什么在上述例子中，復(fù)用器起可重構(gòu)分插光復(fù)用器ROADM作用的原因。但是，才艮據(jù)本發(fā)明的可控分插光復(fù)用器與通常的ROADM相比更靈活并且用途更多，因為它們可以用作信道的光波長可4皮再調(diào)整的系統(tǒng)中的可控光分插復(fù)用器，并且這就是它們需要復(fù)用器的光i普特征的相應(yīng)再調(diào)整的原因。光鐠特征的所需再調(diào)整可以借助于移相裝置容易地實現(xiàn)，移相裝置位于濾光器中，類似于已經(jīng)在上述例子中示出的。電光裝置以及熱光裝置可以用作所有變形中的移相裝置，而且電光移相裝置可以復(fù)用器的光譜特征的極高速重構(gòu)。用于生產(chǎn)的集成光學(xué)技術(shù)的應(yīng)用看上去是本發(fā)明的復(fù)用器對應(yīng)于對相似目的裝置的要求的決定因素，所勤目似目的為大數(shù)量信道、環(huán)境阻抗、高操作速度等等。在裝置的結(jié)構(gòu)中，統(tǒng)一類型元件-一級，兩級和/或多級MZI-的使用將使得能夠使用自動技術(shù)操作，反過來將確保復(fù)用器的技術(shù)特性以及相對低的制造成本。一個信道的可控選擇分插的執(zhí)行和根據(jù)本發(fā)明的可控光分插復(fù)用器的這個或那個變形，以及用在它們中的光濾光器-一級，兩級和多級MZI-的選擇可以通過考慮用于其中的確定的光連接系統(tǒng)的特殊性質(zhì)來實施。上述例子闡明了本發(fā)明結(jié)構(gòu)的工作原理，特性和可能的變形。光纖通信系統(tǒng)的專家必須理解，在本發(fā)明的框架中，可控光分插復(fù)用器設(shè)計的其它改進(jìn)和可替換的變形是可能的，它們沒有超過本發(fā)明準(zhǔn)則的框架。用器可以用作具有波分復(fù)用的包括使用DWDM技術(shù)的長距離傳輸電信系統(tǒng)和使用CWDM技術(shù)的城域網(wǎng)絡(luò)及接入網(wǎng)絡(luò)的光纖通信系統(tǒng)中。根據(jù)本發(fā)明的可控光復(fù)用器可以通過現(xiàn)有的集成光學(xué)技術(shù)實現(xiàn)。制造中集成光學(xué)技術(shù)的使用是決定性的以便根據(jù)本發(fā)明的可控光復(fù)用器具有對外部作用所必須的穩(wěn)定性、大量的信道和快速的響應(yīng)。統(tǒng)一單元制造的結(jié)構(gòu)_單級和/或兩級和/或多級MZI的使用允許施加自動的處理程序，這將提供復(fù)用器的高特性和相對低的制造成本。上述例子解釋了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的操作原理，特性和可能的形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到在基本上不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)下可以作成改進(jìn)和可替換的實施例。權(quán)利要求1、一種在具有2N個波分復(fù)用信道的光纖通信系統(tǒng)中可控選擇分插信道的方法，所述波分復(fù)用信道的光學(xué)頻率在相鄰的兩個信道間的恒定頻率間隔Δv上可再調(diào)諧，所述方法包括(a)在N-級結(jié)構(gòu)中輸入多信道光信號，其中每一級在n＝1，2，......，N包含濾光器，該濾光器具有一個或兩個輸入和兩個輸出，并且其特征在于具有兩個相鄰的極值間的光譜間隔Δvn＝2n-1Δv的周期函數(shù)形式的傳輸，所述傳輸可以是可控的調(diào)諧傳輸，并且，除了第一級的每一級中的濾光器，通過輸入或兩個輸入中的一個連接到前一級的濾光器的輸出中的一個，其中第一級濾光器的一個輸入作為N-級結(jié)構(gòu)的輸入端口；(b)選擇作為分插的主體的信道；(c)調(diào)諧每級中的所述濾光器以使從輸入到輸出的傳輸在所述選擇的信道的頻率上具有最大值，該輸入和輸出用于(a)中描述的所述濾光器的連接；(d)通過N-級結(jié)構(gòu)傳輸多信道光信號并且減少在最后一級的所述濾光器的輸出上的所選擇的信道，所述輸出為N級結(jié)構(gòu)中的減少端口；以及(e)在減少的信道的頻率上增加新信道，復(fù)用新信道和除了該減少的信道的所有信道，并且將復(fù)用的信道返回到光網(wǎng)絡(luò)。2、根據(jù)權(quán)利要求l的方法，在所述濾光器具有兩個輸入的情況下，通過與不用于在(a)中描述的濾光器的連接的最后一級的濾光器的輸入連接的N-級結(jié)構(gòu)的增加端口增加新信道；通過除不用于在(a)中描述的濾光器的連接的第一級之外每一級的濾光器的輸出與沒有用于在(a)中描述的濾光器的連接的前一級的濾光器的輸入的連接復(fù)用新信道和除了所減少的信道之外的所有信道；通過不用于在(a)中描述的濾光器的連接的第一級的濾光器的輸出將所復(fù)用的信道返回到光網(wǎng)絡(luò)。3、根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中在濾光器具有一個輸入的情況下通過具有N+l個輸入和一個輸出的光組合器的一個輸入增加新信道；通過不用于在(a)中描述的濾光器的連接的每一級的濾光器的輸出與所述光組合器的一個輸入的連接復(fù)用新信道和除所減少的信道之外的所有信道，在此期間，復(fù)用信道通過該光組合器的輸出被返回到光網(wǎng)絡(luò)。4、一種具有2W個波分復(fù)用信道的可控光分插復(fù)用器，所述波分復(fù)用信道的光學(xué)頻率在相鄰的兩個信道間的恒定頻率間隔Av上可再調(diào)諧，所述可控光分插復(fù)用器具有一輸入端口(71)，一輸出端口(72)，一減少端口(73)和一增加端口(74)，包括N-級結(jié)構(gòu)，其中每一級在n-l，2，......，N包含濾光器，該濾光器具有兩個輸入(a，b)和兩個輸出(c，d)，并且其特征在于具有兩個相鄰的極值間的光i普間隔Avn=2n"AV的周期函數(shù)形式的傳輸，并且所述傳輸可以是可控地調(diào)諧傳輸；以及用于調(diào)諧所述濾光器(75-1，75-2，75-3)的傳輸?shù)目刂破?78)。5、根據(jù)權(quán)利要求4的可控光分插復(fù)用器，其中在所述N-級結(jié)構(gòu)中除第一個之外的每一級的所述濾光器(75-2，75-3)通過所述輸入中的一個(a)和所述輸出中的一個(c)相應(yīng)地連接到前一級的濾光器的所述輸出中的一個(d)和所述輸入中的一個(b);所述第一級的所述濾光器(75-1)通過另一個輸入(a)連接到所述輸入端口(71);所述第一級的所述濾光器(75-1)通過另一個輸出(c)連接到所述輸出端口(72);所述最后一級的所述濾光器(75-3)通過另一個輸出(d)連接到所述減少端口(73);以及所述最后一級的所述濾光器(75-3)通過另一個輸入(b)連接到所述增加端口(74)。6、根據(jù)權(quán)利要求4的可控光分插復(fù)用器，其中所述N-級結(jié)構(gòu)的每一級中的所述濾光器(75-l，75-2,75-3)是單級非對稱馬赫-曾德干涉儀U0)和/或兩級非對稱馬赫-曾德干涉儀(40)。7、一種用于具有2N個波分復(fù)用信道的光纖通信系統(tǒng)的可控光分插復(fù)用器，所述波分復(fù)用信道的光學(xué)頻率在相鄰的兩個信道間的恒定頻率間隔Av上可再調(diào)諧，所述光纖通信系統(tǒng)具有一輸入端口(81)，一輸出端口(82)，一減少端口(83)和一增加端口(84)，包括N-級結(jié)構(gòu)，其中每一級在11=1，2，......，N包含濾光器，該濾光器具有一個輸入(g或a)和兩個輸出(p，k或e，f)，并且其特征為具有兩個相鄰的極值間的光i普間隔Avn=2n"Av的周期函數(shù)形式的傳輸，所述傳輸可以是可控地調(diào)諧傳輸；連接到所述輸出端口(82)的具有N+l個輸入和一個輸出的光組合器(86);以及用于調(diào)諧所述濾光器[85-1,......,85-6的傳輸?shù)目刂破?89)。8、根據(jù)權(quán)利要求7的可控光分插復(fù)用器，其中在所述N級結(jié)構(gòu)中除最后一個之外的每一級的所述濾光器85-l，......，85-5通過輸出中的一個(p或e)連接到下一級的所述濾光器的輸入，并通過另一個輸出(k或f)連接到所述光組合器的輸入中的一個；所迷第一級的所述濾光器(85-1)通過一個輸入(g)連接到所述輸入端口(81);所述最后一級的所述濾光器(85-6)通過一個輸出(f)連接到所述光組合器的另一個輸入，并且通過另一個輸出(e)連接到所述減少端口(83);以及所述光組合器(86)通過未用于上述連接中的一個輸入連接到所述增加端口(84)。9、根據(jù)權(quán)利要求7的可控光分插復(fù)用器，其中所述N-級結(jié)構(gòu)的所述濾光器[85-l，......，85-6是多級非對稱馬赫-曾德千涉儀(60)。10、一種用于具有2~個波分復(fù)用信道的光纖通信系統(tǒng)的可控光分插復(fù)用器，所述波分復(fù)用信道的光學(xué)頻率在相鄰的兩個信道間的恒定頻率間隔Av上可再調(diào)諧，所述光纖通信系統(tǒng)具有一輸入端口(91)，一輸出端口(92)，一減少端口(93)和一增加端口(94)，包括彼此連接的第一和第二多級結(jié)構(gòu)(卯a(chǎn)，卯b)，所述第一結(jié)構(gòu)具有N！級，所述第二結(jié)構(gòu)具有N2級，N一N產(chǎn)N，其特征在于周期函數(shù)形式的傳輸，所述傳輸可是可控地調(diào)諧傳輸；具有Ni+1個輸入和一個輸出的光組合器(96);以及用于調(diào)諧所述第一和第二多級結(jié)構(gòu)(90a，90b)的所述濾光器[95-1，……，95-6的傳輸?shù)目刂破?99)。11、根據(jù)權(quán)利要求10的可控光分插復(fù)用器，其中所述第一多級結(jié)構(gòu)(卯a(chǎn))中的濾光器(95-1，95-2)具有一個輸入(g)和兩個輸出(p，k)，并且其特征在于在nl-l，2，......，Nl的nl級中的兩個相鄰的極值間的光鐠間隔Avnl=2n"Av;以及所述第二多級結(jié)構(gòu)中的濾光器(95-3，......，95-6)具有兩個輸入和兩個輸出，并且其特征在于在112=1，2，......，N2的！12級中的兩個相鄰的極值間的光語間隔/Wn2-211，1—1^。12、根據(jù)權(quán)利要求10的可控光分插復(fù)用器，其中在所述第一多級結(jié)構(gòu)(90a)中，除最后一個之外的每一級的濾光器(95-1)通過一個輸出(p)連接到下一級濾光器的輸入(a)，并且通過另一個輸出(k)連接到所述光組合器的輸入中的一個；在所述第一多級結(jié)構(gòu)(90a)中，最后一級的濾光器(95-2)通過一個輸出(k)連接到所述光組合器的另一個輸入，并且通過另一個輸出(p)連接到第二多級結(jié)構(gòu)(90b)的第一級的濾光器的輸入的一個；在所述第二多級結(jié)構(gòu)(卯b)中，除第一個之外的每一級的濾光器(95-4,95-5，95-6)通過輸入中的一個(a)和輸出中的一個(f)相應(yīng)地連接到前一級濾光器的輸出的一個(e)和輸入的一個(b);在所述第二多級結(jié)構(gòu)(卯b)中，第一級的濾光器(95-3)通過另一個輸出(f)連接到光增加器的另一個輸入；在所述第一多級結(jié)構(gòu)(90a)中，第一級的濾光器(95-1)通過輸入(g)連接到所述輸入端口(91);在所述第二多級結(jié)構(gòu)(卯b)中，最后一級的濾光器(95-6)通過輸出的一個(c)連接到所述增加端口(93);在所述第二多級結(jié)構(gòu)(90b)中，最后一級的濾光器(95-6)通過另一個輸入連接到所述增加端口(94);以及所述光組合器(96)通過輸出連接到所述輸出端口(92)。13、根據(jù)權(quán)利要求10的可控光分插復(fù)用器，其中所述第一多級結(jié)構(gòu)(卯a(chǎn))的濾光器(95-1，95-2)是多級非對稱馬赫-曾德干涉儀(60);所述第二多級結(jié)構(gòu)(卯b)的濾光器(95-3，......，95-6)是單級非對稱馬赫-曾德干涉儀(20)和/或兩級的非對稱馬赫-曾德干涉儀(40)。14、根據(jù)權(quán)利要求4、7、10的可控分插復(fù)用器，其中所述濾光器({75-i},{85-i}，{95-i})包含用于所述濾光器的傳輸?shù)目煽卣{(diào)諧的電光或熱光移相裝置(25;47，48)。15、根據(jù)權(quán)利要求4、7、IO的可控分插復(fù)用器，其中所述可控光分插復(fù)用器是根據(jù)集成光學(xué)技術(shù)以整體固態(tài)裝置形式制造。16、根據(jù)權(quán)利要求4、7、10的可控分插復(fù)用器，其中所述輸入端口(91)、輸出端口(92)、減少端口(93)和增加端口(94)是以光纖的形式制造的。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于操作用于具有2^N個波分復(fù)用信道的光纖通信系統(tǒng)的可控選擇光分插信道的方法，利用本發(fā)明的可控光分插復(fù)用器，2^N個波分復(fù)用信道的光頻率在相鄰信道間的恒定的頻率間隔Δv上可重調(diào)諧，該可控光分插復(fù)用器(70，80，90)包括多級濾光器結(jié)構(gòu)({75-i}、{85-i}、{95-i})，它們以不同的方式連接并具有例如電光和熱光移相裝置的裝置，用于可控地調(diào)諧其傳輸系數(shù)。濾光器是以單級(20)、兩級(40)和/或多級(60)非對稱的馬赫-曾德干涉儀的形式嵌入的?？煽毓夥植鍙?fù)用器能夠根據(jù)集成光學(xué)技術(shù)以整體固態(tài)裝置的形式制造。文檔編號H04J14/02GK101401340SQ200580052528公開日2009年4月1日申請日期2005年11月29日優(yōu)先權(quán)日2005年11月29日發(fā)明者維亞切斯拉夫·康斯坦丁諾維奇·薩哈洛夫申請人:俄羅斯司法部所轄之俄羅斯聯(lián)邦軍事特殊兩用知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)法律保護委員會;“Vospi”中心封閉式股份公司;維亞切斯拉夫·康斯坦丁諾維奇·薩哈洛夫