专利名称：光交织器、光去交织器、交织光信号和去交织光信号的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于交织、去交织光信号的交织器电路和去交织器电路。本发明还涉及一种交织第一和第二光信号的方法，其中每个光信号具有多个多路复用光信道，和一种去交织具有多个交织的多路复用光信道的光信号的方法。
在这个系统中，主要因为调制，每个信号不能仅以一个波长发送，而是在集中在所谓的中心波长周围的窄波长带中发送。这样的波段还涉及光信道。因此，每个信道的特征是中心波长。实际上，在WDM和DWD系统中，由单个光纤传送的信道数量受到串扰，光放大器狭窄的操作带宽和/或者光纤的非线性的限制。
目前，国际上协商的用于高速光传输系统的信道间隔是100GHz，相当于在邻近信道的中心波长之间间隔0.8nm。然而，近来的研究活动一直关注着有40个信道却仅有50GHz信道间隔的系统。
这样的在高速WDM和DWD系统中的信道间隔能够利用普通的光交织器这样的元件实现。交织器是多路复用器，它从两个或者更多不同的输入端口接收不同信道的光信号，并且把这些信号合并，使得这些信号可以传送到输出端口用于在光纤上传输。去交织器是去多路复用器，它依据信号的波长带宽将包含两个或者多个不同信道的信号分离，并且将每个信道指向不同的专用的光纤。去交织器还能够作为路由器使用，根据控制信号，能够选择性地将每个信道指定给在输入信道和输出信道之间期望的连接。
在(去)交织器之后通常原理上是交迭多个光束的干涉仪。由于不同整数倍的波长经过该设备，该设备采用干涉产生周期性的重复输出(干扰带)的物理效应。因为光路径通常是可逆的，所以根据光波连接的端口，同样的设备可以作为交织器或者去交织器使用。
目前，(去)交织器可以基于熔接式光纤干涉仪、液晶和双折射晶体进行使用。并且因为法布里-珀罗(Fabry-Perot)和马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪令人感兴趣的周期性滤波器的频响特性，已经给予了它们以特别的关注。例如后一种的干涉仪，已经在US-B1-6268951中进行了描述。
这些设备通常的特点在于它们的光谱传输和反射率响应。例如，法布里-珀罗校准器的光谱响应，表示了周期性地交互传输和反射率的峰值。在传输和随后的反射率峰值之间的间隔相当于两个相邻的传输峰值或者反射率峰值之间间隔的一半。这使得能够去多路复用规则地隔开的信道，使得两个相邻的信道能够在空间上分开。反之亦然，如果法布里-珀罗校准器当作交织器使用，同样的适用。马赫-曾德尔干涉仪的光谱响应包含规则地隔开的光谱传输峰值，但是没有反射率峰值。
为了简单，(去)交织器的光谱传输和反射率峰值将在下文作为“滤波函数”提及，尽管从功能的观点来看，光(去)交织器不是滤光器而是光(去)多路复用器。理想地，(去)交织器的滤波函数应当具有周期地交织通频带，其中传输/反射率是常数。那些具有近似于上述理想的滤波函数的设备通常被认为是“平坦型”的交织器。这样理想的滤波函数确保邻近的信道之间有最小程度的串扰，并且降低了信号的恶化。为了改善交织器的滤波函数已经进行了很多的尝试。然而，众所周知的“平坦型”交织器具有一个传输频带周期，其与传输频带的宽度有内在的联系。这一方面大大降低了这种交织器在商用光传输系统中的应用范围。
这个目的由一种交织器电路实现，该交织器包含第一输入端口，第二输入端口，输出端口，第一滤光器，其具有带有周期的传输频带的第一滤波函数并且连接到第一输入端口，第二滤光器，其具有带有周期的传输频带的第二滤波函数并且连接到第二输入端口，光交织器包含连接到输出端口的多路复用端口，通过第一滤光器连接到第一输入端口的第一去多路复用端口，通过第二滤光器连接到第二输入端口的第二去多路复用端口，其中至少一个滤光器是可调的，使得传输频带可以在不改变滤波函数的周期的情况下集体地进行移位。
本发明的目的还可以被一种方法实现，具体包括以下的步骤用第一滤光器过滤第一光信号，该滤光器具有带有周期传输频带的第一滤波函数；用第二滤光器过滤第二光信号，该滤光器具有带有周期传输频带的第二滤波函数；调谐至少一个滤光器，使得它的传输频带频率对准各个光信号的多个多路复用信道，因此可以在不改变滤波函数的周期的情况下集体地对传输频带的频率进行移位。
在光交织器中合并过滤的光信号，以便获得具有多个交织的多路复用光信道的光信号。
本发明的目的还可以由一种去交织器电路和一种去交织光信号的方法实现，其中去交织器电路和去交织方法本质上包括上述的特征，但是输入端口和输出端口必须相互交换位置。
通过在交织器级联两个滤光器，可以获得等同的光交织器，该交织器具有非常小的传输频带的滤波函数。
因为至少一个滤光器可调，上述的结果还可以在这种情况中实现，即待交织的光信号具有周期的但是不规则的信道间隔。通过调节一个或者两个滤光器，可以获得具有不规则信道间隔的交织光信号。因此可能在光传输系统中使用新型交织器电路，其中在这种系统中很难建立或者维持预先确定的待交织的光信号信道之间的关系。此外，与传统的法布里-珀罗交织器比较，新型设备显示改良的信号拒绝比。
在本文，因此优选的是至少一个滤光器是可调的，使得第一滤波函数与第二滤波函数之间有一定数值的偏移，该偏移不等同于传输频带间隔的一半，通过该数值第一和第二滤波函数的传输频带被隔开。
当然，还应该注意，如果没有任何的滤波器可调，这种偏移还能够实现。仅仅需要以达到所述的偏移条件的方式来构造滤波器。在这些情况中，将要被交织的光信号的频率是事先已知的，采样这些现有的滤波器的交织器电路比采用可调的滤波器的电路更便宜。
因为光通道是可逆的，还应该理解同样考虑也适用于已做必要修改的去交织器。因此，为了简便，本发明在下文仅仅根据新的交织器电路进行解释。
对于新的交织器电路，任何已知的交织器可以作为合并过滤的光信号的光交织器使用。优选地，这个光交织器是“平坦型”交织器，就是其具有带有周期地重复的传输频带的滤波函数，其中传输/反射率是常数。这个光交织器的多路复用端口将被理解成一种端口，通过该端口具有交织信道的光信号可以从交织器传送到滤光器，或者从滤光器传送到交织器。去多路复用器端口是这样的端口，通过该端口具有去交织信道的光信号可以从交织器传送到滤光器，或者从滤光器传送到交织器。
新型交织器电路不局限于仅仅有两个输入端口的实施例。相反地，具备两个以上端口的交织器电路在本发明的范围内是可能的并且可以想象到的。
新型交织器的滤光器是可调的，使得传输频带的频率在不(较大地)改变滤波函数的周期性的情况下可以集体地进行移位。这种适合的滤光器包括例如，传统的法布里-珀罗标准器。这方面，传输频带频率的移位可以通过改变设备中两个光束之间的光通道长度差而实现。
然而，优选的是至少一个滤光器是可调的光交织器，并且仅有一个去多路复用端口被使用。
因为光交织器具有一种特性，即传输频带的频率能够在不改变滤波函数的周期性的情况下被总体上变动，商业应用的交织器，尤其是这种基于法布里-珀罗干涉仪的交织器能够被有利地作为可调的滤光器使用。“平坦型”交织器对于当作滤波器使用的交织器同样是优选的。
在这个实施例中优选的是，交织器电路还包括用于控制可调光交织器温度的温度控制装置。
通过温度控制调谐光交织器是非常有利的，因为这样允许对传输频带频率的移位进行一种精细的并且非常有效的调谐。
另一个有利的实施例中，被连接到第一和第二滤光器的光交织器也是可调的，使得传输频带的频率能够在不改变其滤波函数的周期性的情况下在集体地进行移位。
如果滤光器作相应地调谐，这样将允许实现整个交织器电路的滤波函数相对于非调谐条件下的滤波函数有了整体的偏移。
无疑的，在不离开本发明内容的基础上，这些在上文已经描述的和将要在下文描述的特征不仅能够用于已显示的各个组合中，还可以用于其它组合或者单独的使用。
本发明其它的特征和优势将由随后参考附图对优选实施例的描述中得到。
图1表示根据本发明的交织器电路的一个实施例；图2表示根据本发明的交织器电路的另一个实施例，其中交织器作为滤光器使用；图3a表示待交织的第一输入信号的光谱强度分布和第一滤光器的滤波函数的合并曲线图；图3b表示待交织的第二输入信号的光谱强度分布和第二滤光器的滤波函数的合并曲线图；图4a表示在图3a中过滤的输入信号的光谱强度分布和交织器的滤波函数的合并曲线图，该交织器仅是交织器电路的一部分；图4b表示在图3b中过滤的输入信号的光谱强度分布和该交织器交织器的滤波函数的合并曲线图；图5表示在图1或2所示的交织器电路的输出端口处图4a和4b中所示的交织的光信号的光谱强度分布的曲线图；图6a表示如同图3a中表示的曲线图，但是其中输入信道移位Δλ1波长；图6b表示如同图3b中表示的曲线图，但是其中输入信道移位-Δλ2波长；图7a表示在图6a中过滤的输入信号的光谱强度分布和交织器的滤波函数的合并曲线图；图7b表示在图6b中过滤的输入信号的光谱强度分布和交织器的滤波函数的合并曲线图；图8表示在图1或2所示的交织器电路的输出端口处图7a和7b所示的交织的光信号的光谱强度分布的曲线图；图9表示根据本发明的去交织器电路的实施例。
交织器电路10具有第一输入端口12，第一光信号能够进入其中，该光信号包括多个具有中心信道波长λ1，λ3，λ5……的不同的信道。交织器电路10还具有第二输入端口14，第二光信号能够进入其中，光信号包括多个具有中心信道波长λ2，λ4，λ6……的不同的信道。
从交织器电路10的输出端口16，多路复用的光信号能够进入光纤或者光波导中。在这个多路复用的光信号中，第一和第二输入光信号的信道从两个输入信号被交替地插入。因此交织的光信号包括具有中心波长λ1，λ2，λ3，λ4……的信道。
第一输入端口12连接到具有第一滤波函数12的第一滤光器18中，该滤波函数将在以后参照图3a进行解释。这个第一滤光器18是可调的，所以它的传输频带的频率能够在不改变其滤波函数的周期性的情况下在总体上进行变动。
第二输入端口14连接到具有第二滤波函数的第二滤光器20中，以这种方式该滤光器同样是可调的。
例如，第一和第二滤光器18和20可能是法布里-珀罗校准器，其中交织光束的光程长度差是可以变化的。这些滤光器还能够作为包括现有技术中已知的多个干涉仪或者偏振敏感设备的复杂的电路来实现。
第一滤光器18和第二滤光器20连接到光交织器22的去多路复用端口24和26。交织器22的多路复用端口23连接到输出端口16。在这个实施例中，光交织器22是“平坦型”交织器，例如基于法布里-珀罗或者马赫-曾德尔干涉仪。
图2表示交织器电路10′的第二个实施例，其中第一和第二滤光器18，20由仅使用一个去多路复用端口的光交织器18′，20′实现。这种交织器18′，20′具有希望的性能，即它们的传输频带的频率能够在不改变其传输/反射率特征的周期性的情况下在总体上进行变动。因为仅使用一个去多路复用端口，光交织器18′，20′本质作用是图1表示的实施例中的滤光器。
除此之外，在这个实施例中的交织器22′还是可调的，所以它的传输频带的频率能够在不改变滤波函数的周期性的情况下在总体上进行变动。
通过在图2中示意地表示的温度控制装置可以实现光交织器18′，20′和22′的调谐，标号28用于第一交织器18′，标号30用于第二交织器20′，标号31用于交织器22′。例如，这些温度控制装置28，30和31可以具有珀儿贴(Peltier)元件，可以独立地进行控制使得交织器18′，20′和22′能够相互独立地进行调谐。
现在参照图3a至8介绍交织器电路10和10′的功能。
图3用实线表示进入输入端口12的第一输入信号的光谱强度分布(相对于波长λ的光功率)曲线图。第一光信号包含三个光信道CH1，CH3和CH5，分别地集中在中心波长λ1，λ3和λ5的周围，第一滤光器18的滤波函数(相对于波长λ的传输T)在图3中用虚线表示。第一滤光器18具有三个传输频带32，34和36，分别集中在第一光信号的中心波长λ1，λ3和λ5周围。
图3b表示第二输入信号的相似的曲线图，该信号具有集中在波长λ2和λ4周围的信道CH2和CH4。第二滤光器20的滤波函数同样用虚线表示，定义传输频带38和40分别集中在波长λ2和λ4周围。
图4a表示在图3a中经过第一滤光器18过滤的第一输入信号的光谱强度分布的曲线图。这个信号可在交织器22的去多路复用端口24处测量。因为滤光器18的过滤，每个光信道的宽度已经降低。进一步因为受到滤光器18的插入损失，信号已经有稍微的削弱。图4a还使用虚线和点虚线，用传输(T)和反射率响应(R)(相对于波长λ的T/R)的结合表示交织器22的滤光器的滤波函数。如果传输和反射率响应近似为矩形，那么这个函数是理想的。实际的传输和反射率响应的形状根据用作交织器22的干涉仪设备的类型。本文还考虑了反射率和传输响应在某种意义上是可互换的，即由反射或者传输的过滤仅仅影响去多路复用端口24和26的选择。
图4b表示与图4a中用于第一光信号曲线图相似的第二光信号的曲线图。
图5表示在交织器电路10或者10′的输出端口16处图4a和4b中表示的交织的光信号的光谱强度分布。因为交织器22的传输和反射率响应分别地对准中心波长λ1，λ3，λ5和λ2，λ4，在图4a和4b中表示的过滤的光信号再一次被交织器22过滤。信道的宽度因此更降低到信道串扰几乎被完全地消除的程度。在交织的光信号中，信道被等同的间隔。一方面，这样的情况仅仅当邻近信道CHi和CHi+1之间的间隔等于连续的信道Chi和CHi+2之间第一和第二光信号的信道间隔的一半时被实现。另一方面，需要交织器22的传输和反射率响应恰好地调整到中心波长λ1，λ2，λ3……当然，即使在上述的要求不能满足的情况中光交织器10或者10′允许交织光信道。
图6a和6b表示同图3a和3b相似的曲线图，但是其中心波长λ1，λ3，λ5和λ2，λ4没有与交织器22的传输和反射率响应对准。如图6a中箭头41所示，与交织器22的传输/反射率响应的中心波长λ1相比，第一光信号的中心波长λ1，λ3和λ5向较大波长移位Δλ1。在光谱的范围内，第二光信号已经向较小的波长移位-Δλ2，使得中心波长λ2不对准光交织器22的传输/反射率响应的中心波长λ2。如果两个光信号在交织器22中不通过可调的滤光器18，20被交织，因为相邻信道的交迭，将不可避免出现相当大的串扰。
因为滤光器18和20是可调的，可以集体地使传输频带频率32，34，36移位Δλ1，以与信道CH1，CH3和CH5对准。如图6b所示，对第二滤光器20的传输频带频率38和40进行同样的应用。在图6a和6b中，用细的虚线表示没有经过移位的传输频带32和38用于比较。
图7a表示在图6a中经过第一滤光器18过滤的第一输入信号的光谱强度分布。这个分布被移位Δλ1，其中过滤信号的带宽没有受到移位滤光器18传输频带频率的影响。
图7b表示在图6b中经过第一滤光器20过滤的第二输入信号的光谱强度分布。这个分布被移位-Δλ2，其中过滤信号的带宽没有受到影响。
图8表示在交织器电路10或者10′的输出端口16处图7a和7b中交织的光信号的光谱强度的分布。由于信道CH1，CH2……CH5不再等同的间隔，所得的强度分布是不规则的。替代地，信道被安排为成对的两个，每对与下一对相隔输入信号的周期。比较图5，在每个这样的成对的信道之间的串扰稍有增加，但是信道的交迭非常小。
因此，即使在光信道的中心波长不完全匹配交织器中预分配的滤波函数的情况下，交织器电路10或者10′允许交织第一和第二光信号，上述光信号每个都包含多个相等间隔的光信道。
无疑地，如果第一和第二滤波器18，20和交织器22都是可调的，那么这些附加的灵活性是可以达到的。如图7a，7b表示的交织器22的滤波函数能够被移动。这样改变了交织器电路10或者10′的全局滤波函数，因此得到图5或者8中表示的强度分布。
在图9中，去交织器电路在整体上用标号42表示。去交织器42包括与图2中表示的交织器10′相同的部件。仅仅输入和输出端口是互换的。因此去交织器42仅有一个连接到交织器22的输入端口44，分别连接到第一和第二交织器18′和20′的两个输出端口46和48。去交织器10′适用于去交织如图8表示的没有相等间隔的光信道的光信号。
权利要求
1.一种交织光信号的交织器电路，包括第一输入端口(12)；第二输入端口(14)；输出端口(16)；第一滤光器(18；18′)，其具有带有周期的传输频带(32，34，36)的第一滤波函数，并且连接到第一输入端口(12)；第二滤光器(20；20′)，其具有带有周期的传输频带(38，40)的第二滤波函数，并且连接到第二输入端口(14)；光交织器(22)，包括连接到输出端口(16)的多路复用端口(23)，通过第一滤光器(18；18′)连接到第一输入端口(12)的第一去多路复用端口(24)，通过第二滤光器(20；20′)连接到第二输入端口(14)的第二去多路复用端口(26)，其中至少一个滤光器(18，20；18′，20′)是可调的，使得传输频带(32，34，36，38，40)可以在不改变滤波函数的周期的情况下集体地进行移位。
2.如权利要求1所述的交织器电路，其中，至少一个滤光器(18，20；18′，20′)是可调的，使得第一滤波函数与第二滤波函数之间有一个一定数值的偏移，该偏移不同于传输频带间隔的一半，通过该间隔第一和第二滤波函数的传输频带被隔开。
3.如权利要求1或2所述的交织器电路，其中，至少一个滤光器是可调的光交织器(18′，20′)，该光交织器仅有一个去多路复用端口(12，14)被使用。
4.如权利要求3所述的交织器电路，其中，提供有温度控制装置(28，30)，用于控制可调光交织器(18′，20′)的温度。
5.如在前权利要求之一所述的交织器电路，其中，连接到第一和第二滤光器(18′，20′)的光交织器(22′)是可调的，使得传输频带可以在不改变它的滤波函数的周期的情况下集体地进行移位。
6.一种去交织光信号的去交织器电路，包括输入端口(44)；第一输出端口(46)；第二输出端口(48)；第一滤光器(18；18′)，其具有带有周期的传输频带(32，34，36)的第一滤波函数，并且连接到第一输出端口(46)；第二滤光器(20；20′)，其具有带有周期的传输频带(38，40)的第二滤波函数，并且连接到第二输出端口(48)；光交织器(22)，包括连接到输入端口(44)的多路复用端口(23)，通过第一滤光器(18；18′)连接到第一输出端口(46)的第一去多路复用端口(24)，通过第二滤光器(20；20′)连接到第二输出端口(48)的第二去多路复用端口(24)，其中至少一个滤光器(18，20；18′，20′)是可调的，使得传输频带的频率可以在不改变滤波函数的周期的情况下集体地进行移位。
7.一种交织第一和第二光信号的方法，上述光信号都具有多个多路复用的光信道(CH1，CH2，CH3，CH4，CH5)，该方法包括如下步骤用第一滤光器(18；18′)过滤第一光信号，该滤光器具有带有周期传输频带(32，34，36)的第一滤波函数；用第二滤光器(20；20′)过滤第二光信号，该滤光器具有带有周期传输频带(38，40)的第二滤波函数；调谐至少一个滤光器(18，20；18′，20′)，使得它的传输频带频率对准各个光信号的多个多路复用信道(CH1，CH3，CH5；CH2，CH4)，因此可以在不改变滤波函数的周期的情况下集体地对传输频带的频率进行移位，在光交织器(22)中合并过滤的光信号，以便获得具有多个交织的多路复用光信道(CH1，CH2，CH3，CH4，CH5)的光信号。
8.如权利要求7所述的方法，其中，至少一个滤光器是可调的光交织器(18′，20′)，该光交织器仅有一个去多路复用端口被使用。
9.如权利要求8所述的方法，其中，光交织器(22)可以通过控制它的温度进行调谐。
10.一种去交织光信号的方法，上述光信号都具有多个交织的多路复用的光信道(CH1，CH2，CH3，CH4，CH5)，该方法包括如下步骤在光去交织器(22)中分离光信号，以便获得第一和第二具有多个多路复用的光信道(CH1，CH3，CH5，CH2，CH4)去交织的光信号；用第一滤光器(18；18′)过滤第一光信号，该滤光器具有带有周期传输频带的第一滤波函数；用第二滤光器(20；20′)过滤第二光信号，该滤光器具有带有周期传输频带(38，40)的第二滤波函数；调谐至少一个滤光器(18，20；18′，20′)，使得它的传输频带频率对准各个光信号的多个多路复用信道(CH1，CH3，CH5；CH2，CH4)，因此可以在不改变滤波函数的周期的情况下集体地对传输频带的频率进行移位。
全文摘要
本发明涉及一种用于交织光信号的交织器电路(10，10’)，其包括第一和第二输入端口(12，14)，输出端口(16)，第一滤光器(18；18’)，其具有带有周期传输频带(32，34，36)的第一滤波函数，并且连接到第一输入端口(12)，第二滤光器(20；20’)，其具有带有周期的传输频带(38，40)的第二滤波函数，并且连接到第二输入端口(14)，和光交织器(22)。后者包括连接到输出端口(16)的多路复用端口(23)，和分别通过第一滤光器(18；18’)以及第二滤光器(20；20’)连接到第一输入端口(12)的两个去多路复用端口(24，26)。至少一个滤光器(18，20；18’，20’)是可调的，使得传输频带的频率可以在不改变滤波函数的周期的情况下集体地进行移位。
文档编号H04J14/02GK1455277SQ0312248
公开日2003年11月12日 申请日期2003年4月28日 优先权日2002年4月30日
发明者雅恩·弗里克纳克, 盖布里埃尔·查莱特 申请人:阿尔卡特公司