专利名称：基于tff的复用/解复用器roadm的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可重新配置光路上下的复用/解复用器(ROADM)。具体地说，涉及到一种基于薄膜干涉滤波(TFF)技术的ROADM。该可重新配置光路上下的复用/解复用器可被广泛应用于波分复用光通信系统、各种光网络系统、以及在全光通信网中光信号传输路径的选通与交换。
背景技术：
在光纤传输系统和光网络系统中，波分复用技术(WDM)的发展提供了充分利用光纤带宽的一个有效途径。这种技术采用在一根光纤中传输多个不同波长的光载波的方法，如图1(1)所示，由单波长激光器阵列输出的单一波长的光信号，经由光波复用器件复用后形成一束多波长的混和光信号在同一根光纤内传输，这样就使得一根光纤上所携带和传输的信息量成倍的增加，单位带宽传输成本大大降低。该技术所需的关键器件就是光波长复用器和解复用器，如图1(2)所示，光波长解复用器就是将每一路单波长的光信号从多路复用的光信号中分离出来，以供上下路使用，是个分波过程；光波长复用器是其逆过程，是个合波过程。而目前制作光波长复用/解复用器的主要器件是利用薄膜干涉滤波器(TFF)和阵列波导光栅(AWG)，其中前者是目前最为成熟，应用也最广的一种技术，有着方便灵活的优点；而后者是现在的一个主要发展方向，有着便于集成的优点。
作为下一代波分复用系统的一个关键器件就是ROADM，通过它系统才能够从多路复用的光信号中有选择的接收和发送某些波长信道的光信号，同时又不影响其他波长信道的传输。根据上面提到的光复用/解复用器的工作原理，我们可以根据其分波和合波过程设计出一种实用的可重构的光路上下复用/解复用器(ROADM)，以达到对多路复用光信号的任意波长实现上下路选择的过程。其中，由于薄膜干涉滤波技术(TFF)目前最为成熟，故使用其构成ROADM在生产和成本上有一定的优势。
过去基于薄膜干涉滤波技术的ROADM设计已有许多尝试。这些方案首先都是基于Bell实验室在上世纪70~80年代关于自聚焦透镜棒及其应用方法的发明(US4111524，US4474424)。它原理图如图2所示，其结构包括一个固定波长的薄膜滤波器，一对对称于薄膜滤波器放置的光准直器，其中连接到多路光信号输入端的是双芯光准直器，而另一端则是一个单芯光准直器。
其工作原理是多路波长的光信号经由光纤耦合到一个双芯光准直器，信号光经过光准直器后出来后为一束扩散后的准直平行光，照射到固定波长(如λ1)的薄膜滤波器上，薄膜滤波器透射λ1波长的光信号经过另一端的单芯光准直器后输出，并将剩余波长的光信号以及其微小的角度偏差反射回原双芯光准直器，再由其耦合到另一根光纤输出。Bell实验室的专利首先可以实现一个三端口OADM(光路上下的复用/解复用器)器件，它可以有选择的接收一个波长信道的光信号，并维持其他波长信道的光信号继续传输。如果将该光纤含有的剩余波长的光信号引入下一个固定的滤波单元，便可以滤出的λ2光信号，经过多组滤波单元(如8组)，就可以滤出9路波长的光信号。如此便能实现一个解复用器的功能，而复用器的功能是其逆过程。该方案的滤光单元的滤光波长是固定的，不具有可调性。
日本山泰克(SANTAK)公司在Bell实验室的专利的基础上改进的方案如图3所示。该方案使用非均匀厚度的薄膜滤波器来实现ROADM，该薄膜滤波器的薄膜厚度是渐变的而不是相同的，不同位置由于其薄膜厚度不同导致引起的干涉不同，可以透射滤出不同波长的光波信号。该方案优点在于只用一对光准直器，就可以滤出不同波长的光信号，然后使用电机对该薄膜滤波器进行推拉，使得经过光准直器的入射光照射在该非均匀薄膜滤波器的不同厚度的薄膜位置，从而滤出不同的光信号。滤出的光信号经由单芯光准直器输出，反射的光信号经由双芯光准直器传到另一根光纤输出。该方案的滤光单元的滤光波长不是固定的，在很大的范围内可调。
该方案的缺点在于采用电机推拉非均匀的薄膜滤波器实现不同波长的滤波，控制精度要求高，不能有方向上的角度偏差，对机械部件的工艺加工技术要求很高。同时对薄膜的膜系设计和非均匀的薄膜滤光片的制备的要求同样很高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种基于薄膜干涉滤波技术(TFF)的复用/解复用器，它的滤光单元的滤光波长是可调的，同时对机械部件的加工和控制简单，易于实现。
本发明的技术方案是基于TFF的复用/解复用器ROADM，包括一个薄膜滤波器A，一对置于薄膜滤波器A前后且在同一光路上的光准直器，其特征在于薄膜滤波器A的法线倾斜于光路放置，薄膜滤波器B与薄膜滤波器A平行放置，薄膜滤波器B与薄膜滤波器A是一对相同的均匀厚度的薄膜干涉滤波器，薄膜滤波器B后放置反射镜，反射镜垂直于光路。
如上所述的基于TFF的复用/解复用器ROADM，其特征在于连接到多路光信号输入端的是光环形器M；光环形器、薄膜滤波器A、一对置于薄膜滤波器A前后的单芯光准直器、薄膜滤波器B、反射镜和反射镜后放置的光环形器N构成一组滤光单元；有多组滤光单元，前一组滤光单元的光环形器M的输出接后一组滤光单元的光环形器M的输入。
如上所述的基于TFF的复用/解复用器ROADM，其特征在于薄膜滤波器A、一对置于薄膜滤波器A前后的光准直器、薄膜滤波器B和薄膜滤波器B后放置的反射镜构成一组滤光单元，有多组滤光单元，此时连接到多路光信号输入端的是双芯光准直器，而另一个则是一个单芯光准直器；前一组滤光单元的双芯光准直器的输出接后一组滤光单元的双芯光准直器的输入。
本发明的工作原理当外部多路复用的光信号(如40路)经由光环形器和单芯光准直器(或双芯光准直器)后到达倾斜放置的均匀厚度薄膜干涉滤波器A后，薄膜滤波器A滤出λi波长的光信号经由另一个对称放置的单芯光准直器输出。输出端由一个光环形器实现该波长光信号上下路的选择。同时该薄膜滤波器A反射剩余波长的光信号到另一个平行放置的薄膜光滤波器B，两块薄膜滤波器完全相同，并始终保持二者平行。这样两个薄膜滤波器在相同入射角度的光信号入射点有着相同的滤波特性，这样剩余波长的光信号经过再次反射后就能到达垂直于反射光路放置的全反射镜。光信号经过全反射镜反射后按同样的光路被两个薄膜滤波器依次反射后回到输入端的单芯光准直器和光环形器后经由另一根光纤输出，这样就完成了一路波长光信号的分离。需要滤出另一路波长的光信号时，改变两个平行放置的非均匀薄膜滤波器的倾斜角度，即改变薄膜滤波器的入射光角度，这样就可以滤出另一路光信号。通过转动两个平行的薄膜滤波器，不断改变入射光的角度就可以实现ROADM的分波过程。
而对光信号的合波是其逆过程。将单波长的光信号，经由右端光环形器到达单芯光准直器输入后，通过调整两个平行放置的薄膜滤波器的入射光角度就可实现对不同波长光信号的复用过程。
本发明具有以下优点
①结构简单，易于实现。由步进电机决定每一路波长光信号的上下路，可以动态的调节和选通上下的光路，使用很灵活。可根据实际需要选择光信道数，最大可实现40路光信号的上下路选择。在滤波输出端使用光环形器，使得单波长光信号上下路在同一组滤波器件中就能实现，简化了结构。系统采用的是均匀的薄膜滤波器，成本低。目前薄膜滤波器的技术成熟，性能稳定，插入损耗低，因此整个系统的损耗也较低。
②光路传输简单，由于使用了全反射镜使得滤波后的光信号能按照原路径返回到输入端，这样就使得两个光准直器都能够固定放置，不需要有移动和追踪光信号的过程，使得光路的稳定性较高，降低了光路调试的难度，也使得工艺上更加容易实现。
③由于每次滤波时用到了双级薄膜滤波器，所以两次滤波后对单波长的光信号滤除更为彻底，这样在同一波长光信号再次上载复用到多路光信号中时，在系统中所引起的同频串扰将大为降低，使得信道隔离度大大提高。
总之，本发明性能价格比高，使用灵活，可能有着广阔的应用前景。
图1-WDM系统的复用/解复用器的合波分波过程。
图2-Bell Lab基于双芯光准直器的OADM系统结构图。
图3-日本山泰克SANTAK公司基于TFF技术的ROADM方案结构设计图。
图4-本发明的一组滤光单元实施例1的结构示意图。
图5-本发明的三组滤光单元实施例2结构示意图。
图6-本发明的三组滤光单元实施例3结构示意图。
图7(1)-入射角度4.8度时透射率曲线。
图7(2)-入射角度12.2度时透射率曲线。
图7(3)-入射角度12.2度时透射率曲线。
图8(1)-入射角度4.8度时透射率曲线。
图8(2)-入射角度14.9度时透射率曲线。
图8(3)-入射角度14.9度时透射率曲线。
具体实施例方式
实施例1本发明一组滤光单元实施例的结构如图4所示，利用一对相同的均匀厚度的薄膜干涉滤波器以一定的倾斜角度平行放置于入射光路，再配以一对对称放置的单芯光准直器、一个全反射镜和两个光环形器构成一组滤光单元。
实施例2如图5所示的结构，每一组光滤波单元都采用与实施例1同样的结构，不同之处在于，将第一组滤波单元的反射输出端口，连接到第二组光滤波单元。整个系统利用两到三组这样的滤光单元就能实现对整个C波段(1528nm～1561nm)光信道的合波和分波过程。
实施例3采用如图6所示的结构，每一组滤光单元对称放置两个光准直器，多波长光信号输入端使用双芯光准直器，每组滤波单元滤波后的单波长光信号输出端使用一个单芯光准直器和一个光环形器，使得单波长光信号的上下路在同一组滤波器件中就能完成。两个相同的均匀薄膜滤波器以一定的角度倾斜平行放置，实现两次滤波，第二次滤波可以有效的减小系统的同频串扰。通过改变两个平行放置的薄膜滤波器的入射光角度就可以实现不同波长光信号的滤波以实现其上下路。全反射镜基本垂直于反射光路放置(由于双芯光准直器的特点使得全反射镜的放置有极其微小的角度倾斜，角度倾斜在0.1~3.0度)，使滤波后的信号光多次反射后经双芯光准直器耦合到另一根光纤中输出，并进入下一个滤光单元。采用多个滤光单元(两个或三个)就可以实现对整个C波段(1528nm～1561nm)中的光信道的任意上下路选择，也可以根据实际需要选择使用其中某个或某几个滤光单元，使得系统的灵活性和可选择性得到极大的提高。
1、本发明的工作原理是当外部多路复用的光信号(如40路)经由光环形器和单芯光准直器后到达倾斜放置的均匀厚度薄膜干涉滤波器后，薄膜滤波器滤出λi波长的光信号经由另一个对称放置的单芯光准直器输出。输出端由一个光环形器实现该波长光信号上下路的选择。同时该薄膜滤波器反射剩余波长的光信号到另一个平行放置的薄膜光滤波器，两块薄膜滤波器完全相同，并始终保持二者平行。这样两个薄膜滤波器在相同入射角度的光信号入射点有着相同的滤波特性，这样剩余波长的光信号经过再次反射后就能到达垂直于反射光路放置的全反射镜。光信号经过全反射镜反射后按同样的光路被两个薄膜滤波器依次反射后回到输入端的单芯光准直器和光环形器后经由另一根光纤输出，这样就完成了一路波长光信号的分离。需要滤出另一路波长的光信号时，改变两个平行放置的非均匀薄膜滤波器的倾斜角度，即改变薄膜滤波器的入射光角度，这样就可以滤出另一路光信号。通过转动两个平行的薄膜滤波器，不断改变入射光的角度就可以实现ROADM的分波过程。
而对光信号的合波是其逆过程。将单波长的光信号，经由右端光环形器到达单芯光准直器输入后，通过调整两个平行放置的薄膜滤波器的入射光角度就可实现对不同波长光信号的复用过程。
每一组滤光单元根据设计需要(即系统使用三组或者两组滤光单元)可以实现13个左右或20个信道的上下路选择，通过重复使用三组或两组上述的ROADM滤光单元，整个系统可以实现在整个C波段(1528nm～1561nm)的40路单波长光信号的任意上下路，实现可重构的光分叉复用器的功能，如图5所示。
2、滤光片设计和性能本设计使用的滤光片，是按照能具有一定的动态倾斜入射角度调谐范围要求设计的。通过设计可以使用三组或者两组滤光单元完成对整个C波段范围的可调谐滤波。
按照使用三组滤光单元的设计，其每组的可调谐波长范围应为11个nm，可以满足13到14个信道的调谐。每一组的动态可调谐角度范围为从4.8度～12.3度。在可调谐范围内，其透射曲线的通带带宽大于0.4nm，截止带宽小于1.2nm，纹波系数接近于0，偏振相关损耗最大值小于0.03dB。完全满足100G DWDM系统的需要。以第一组滤光单元为例，其可调谐波长范围是1561nm～1550nm。在起始入射角度为4.8度时，对应中心波长为1561nm；当入射角度调谐到12.2度时，其中心波长移到1550nm。仿真结果如图7所示。
由图7(3)可见其最大的PDL值是小于0.03dB的。
同样的，第二组滤光单元的可调谐波长范围是从1550nm～1539nm；第三组滤光单元的可调谐波长范围是从1539nm～1528nm。
按照使用两组滤光单元的设计，其每组的可调谐波长范围应为16或17nm，每组可以满足20个信道的调谐。每一组的动态可调谐角度范围为从4.8度～14.9度。在可调谐范围内，其透射曲线的通带带宽大于0.4nm，截止带宽小于1.2nm，偏振相关损耗最大值小于0.03dB。完全满足100G DWDM系统的需要。
以第二组滤光单元为例，其可调谐波长范围是1545nm～1528nm。在起始入射角度为4.8度时，对应中心波长为1545nm；当入射角度调谐到14.9度时，其中心波长移到1528nm。仿真结果如图8所示。
由图8(3)可见其最大的PDL值是小于0.03dB的。
同样的，第一组滤光单元的可调谐波长范围是从1561nm～1545nm。
权利要求
1.基于TFF的复用/解复用器ROADM，包括一个薄膜滤波器A，一对置于薄膜滤波器A前后且在同一光路上的光准直器，其特征在于薄膜滤波器A的法线倾斜于光路放置，薄膜滤波器B与薄膜滤波器A平行放置，薄膜滤波器B与薄膜滤波器A是一对相同的均匀厚度的薄膜干涉滤波器，薄膜滤波器B后放置反射镜，反射镜垂直于光路。
2.如权利要求1所述的基于TFF的复用/解复用器ROADM，其特征在于连接到多路光信号输入端的是光环形器M；光环形器、薄膜滤波器A、一对置于薄膜滤波器A前后的单芯光准直器、薄膜滤波器B、反射镜和反射镜后放置的光环形器N构成一组滤光单元；有多组滤光单元，前一组滤光单元的光环形器M的输出接后一组滤光单元的光环形器M的输入。
3.如权利要求1所述的基于TFF的复用/解复用器ROADM，其特征在于薄膜滤波器A、一对置于薄膜滤波器A前后的光准直器、薄膜滤波器B和薄膜滤波器B后放置的反射镜构成一组滤光单元，有多组滤光单元，此时连接到多路光信号输入端的是双芯光准直器，而另一个则是一个单芯光准直器；前一组滤光单元的双芯光准直器的输出接后一组滤光单元的双芯光准直器的输入。
全文摘要
基于TFF的复用/解复用器ROADM，包括一个薄膜滤波器A，一对置于薄膜滤波器A前后且在同一光路上的光准直器，其特征在于薄膜滤波器A的法线倾斜于光路放置，薄膜滤波器B与薄膜滤波器A平行放置，薄膜滤波器B与薄膜滤波器A是一对相同的均匀厚度的薄膜干涉滤波器，薄膜滤波器B后放置反射镜，反射镜垂直于光路。它的滤光单元的滤光波长是可调的，同时对机械部件的加工和控制简单，易于实现。
文档编号H04B10/20GK1874195SQ20061001948
公开日2006年12月6日 申请日期2006年6月29日 优先权日2006年6月29日
发明者刘 文, 俞侃, 施伟, 常进, 李蔚 申请人:武汉光迅科技股份有限公司, 武汉光电国家实验室(筹)