专利名称：动态可配置光分/插复用器的制作方法
技术领域：
本发明是一种动态可配置光分/插复用器。适用于光纤通信领域内结点配置光信道的上下路分/插复用。
随着密集波分复用DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)光纤通信技术的发展，传输容量得到大幅度的提高，网络结点数目不断增多，波分复用网络从点到点(Point-to-Point)的线形结构，发展到多结点，带光分/插复用器OADM(Optical Add/Drop Multiplexer)，并实现多结点互联，向网格状环网结构(Mesh)发展。DWDM波长信道日益增多，采用OADM可以避免不必要的光电一电光转换，大大节约设备成本，加快运行速度；具有对码速、格式高度的透明性，能够适应不断提高传输速率和容量等新技术发展的需要可动态配置(Reconfigurable)的OADM(R-OADM)改善了组网的灵活性，更容易实现网络的恢复和保护。特别是在城域和局间DWDM网中将有非常重要的作用。
在先技术中可动态配置的光分插复用器R-OADM的实现有多种结构，其中由于光纤光栅具有插入损耗小、体积小、可靠性高和与光纤通信系统天然吻合性，利用光纤光栅已经成为了世界上近几年的研究热点之一。光纤光栅具有良好的带阻特性，是一个很好的发射镜，再与光纤环形器相配合，构成了一个滤波器。加上光纤光栅具有很好的调谐特性，是很好的可调谐滤波器，可以用来作为光分/插复用器的核心元件。基于光纤光栅和光纤环形器结构的分/插复用器现在主要有以下三类1．在两个环形器之间加入光纤光栅(组)来实现波长信道的分/插复用的结构([1]Wu Xiaoping，et.a1.，CLEO/Pacific Rim’99，ThN4，716-717，1999[2]Shien-kuei Liaw，et.a1.，Optical and Quantum Electronics，31，77-83，1999)。
虽然文献[1]提高了同端隔离度，但其只能对一个波长信道固定地进行分/插复用，不可配置。文献[2]采用光纤光栅组并联结构，实现了动态配置，但此结构只能配置为对其中某单一信道分/插复用，而且在多信道系统中，需要用两个1xN的光开关，成本较高，插入损耗也会随着配置信道数目的增加而增大。
2．在两个光纤环形器之间加入可调谐光纤光栅组来实现动态可配置分/插复用的结构([3]Se Yoon Kim，et.al.，Electronics Letters，34(1)，104-105，1998)。
此结构通过串联可调谐光纤光栅组来实现了多通道的动态可配置。由于多个光纤光栅的串联，使得不同信道经过的路径不尽相同，即对于不同信道的插入损耗有所差异，需要一定的均衡措施。如果光纤光栅的调谐范围不是很大，那么此结构不能用于信道间隔较小或信道数目较多的系统。另外，每一个光纤光栅都需要一个独立的电源控制，有源部分较为复杂。
3.在两个(或多个)光纤环形器之间加入光纤光栅组和光开关组来动态可配置分/插复用的夹心结构([4]H.Okayama，et.a1.，Electronics Letters，33(3)，403-404，1997)。
此结构利用光开关的旁路作用来实现了多通道的动态可配置。但此结构中引入了多个光开关，成本较高；而且不同配置情况下不同信道之间的均衡度变差，需要对下路信号和最后的通过端口的信号进行均衡。这增加了器件的复杂性。
本发明的目的是为了克服上述在先技术中的缺点，提供一种利用光纤光栅的良好光谱响应，通过调相器来控制，实现密集波分复用传输系统中结点多光信道的全光动态、可配置分/插复用的结构简单以及稳定性好的动态可配置光分/插复用器。
本发明的光分/插复用器包括带有输入端口101和直通端口102的第一光纤环行器1，带有下路端口601和上路端口602的第二光纤环行器6，由相等臂长的两个环臂302、303构成的环形环路301的光纤环行镜3。光纤环行镜3的环路301通过光纤耦合器2分别与第一光纤环行器1和第二光纤环行器6相连。在光纤环行镜3的环路301上置有光纤光栅4、8、13，在环臂302或303上置有调相器5、7、9、12、14。如图1、图2所示。
所说的光纤环行镜3的环路301是圆环形的，或者是半环形的。
所说的光纤环行镜3的环路301是圆环形时，如图1所示。环路301上只有一个光纤光栅4，是置于环路301的中间点O上，而且环路301是由光纤光栅4与光纤耦合器2分成相等臂长的两个环臂302和303。在光纤光栅4与光纤耦合器2之间的环臂302或303上置有调相器5。
所说的光纤环行镜3的环路301是半环形时，如图2所示。半环形环路301的两个端点上分别置有第一光纤全反镜10和第二光纤全反镜11。光纤耦合器2分别与第一光纤全反镜10和第二光纤全反镜11构成了环路301上相等臂长的第一环臂302和第二环臂303。在第一环臂302与第二环臂303上相互对称地分别置有第一光纤光栅8和第二光纤光栅13。在光纤耦合器2与第一光纤光栅8之间和第一光纤光栅8与第一光纤全反镜10之间的第一环臂302上置有第一调相器7和第二调相器9。在光纤耦合器2与第二光纤光栅13之间和第二光纤光栅13与第二光纤全反镜11之间的第二环臂303上置有第三调相器14和第四调相器12。
所说的调相器5、7、9、12、14是由压电陶瓷构成，或是由磁致伸缩材料构成，或是由热致伸缩效应材料构成。
所说的光纤光栅4、8、13是均匀光纤布拉格光栅，或是取样光纤光栅。
如图1所示的结构。当从第一光纤环行器1的输入端口101输入的信号光Gh，经过第一光纤环形器1后进入光纤环形镜3，对于光纤光栅4反射带宽之外的入射光波来说，由于没有反射，这一结构只是一个单纯的光纤环形镜，将全部无损耗地从原路径返回，通过第一光纤环形器1后从直通端口102输出，即实现对直通波长的无损耗传输。
对于被光纤光栅4反射波长的光信号来说，本发明的结构与一个迈克尔逊(Michelson)结构的干涉仪相似，被光纤光栅4反射的光波长将在光纤耦合器2处发生干涉，干涉的结果决定于光在两个环臂302与303中的臂长差。此原来臂长相等的两个环臂302和302之间有臂长差是由调相器5来控制。当选择调相器5的不同状态时，可以使被反射的光波经过第二光纤环形器6后从下路端口601下路光G1或经过第一光纤环行器1从直通端口102直通。这样就实现了对于相应波长的下路或直通配置。
在输入光波的被配置为下路的同时，上路信号Gs从上路端口602输入，经过第二光纤环形器6后由于光纤光栅4的反射，将经由第一光纤环行器1，从直通端口102输出，从而实现了上路配置。
如图2所示的结构。当从第一光纤环行器1的输入端口101输入的信号光Gh，经过第一光纤环形器1后进入光纤耦合器2均匀分光，对于第一光纤光栅8和第二光纤光栅13反射带宽之外的入射光波来说，由于第一光纤全反镜10和第二光纤全反镜11的反射，调整调相器7、9、12和14，使信号经由光纤耦合器2和第一光纤环行器1后，从直通端口102输出，即实现对直通波长的无损耗传输。
对于被光纤光栅8和13反射的波长的光信号来说，选择调相器7、9、12和14的不同状态，保证至光纤耦合器2时两环臂302和303的臂长差保持不变，同时调节调相器12和14的不同状态可以使被反射的光波经过光纤耦合器2后，经过第二光纤环形器6，从下路端口601下路或经过第一光纤环行器1从直通端口102直通。这样就实现了对于相应波长的下路或直通配置。
在输入光波的被配置为下路的同时，上路信号Gs从上路端口602输入，经过第二光纤环形器6和光纤耦合器2后由于光纤光栅8和13的反射，将经由光纤耦合器2和第一光纤环行器1，从直通端口102输出，从而实现了上路配置。
这样上述两种结构都可以实现对特定光信道的动态配置。
以上两种结构中，利用不同的特性的光纤光栅都可以得到如下三种不同特性的分/插复用器(1)单信道可配置分/插复用器当光纤光栅4和8、13为均匀光纤布拉格光栅(fiber Bragg Grating)时，可以实现对单一波长信道的上下路分/插复用。
(2)多信道可配置分/插复用器当光纤光栅4和8、13为取样光纤光栅(Sampled Fiber Grating)时，可以实现所有波长信道的同时上下路分/插复用。
(3)选择性多信道可配置分/插复用器当光纤光栅4和8、13为取样光纤光栅时，还可以配置为实现所有奇次波长信道或所有偶次波长信道的同时上下路分/插复用。
本发明的优点如上所述的结构，由于本发明的光分/插复用器含有由两个环臂302和303构成环形环路301的光纤环行镜3，在环臂302和303上置有控制环臂302和303臂长差的调相器5、7、9、12、14。所以本发明的光分/插复用器，用途广，既能用于单一波长光信道的上下路分/插复用，又可以用于多波长光信道的同时上下路分/插复用，还可以配置为实现所有奇次波长光信道或所有偶次波长光信道的同时上下路分/插复用。
本发明的光分/插复用器相对上述在先技术中的分/插复用器的结构简单，置在光纤环行镜3的环路302上的光纤光栅4、8、13均为单个光纤光栅，因此，复用器的稳定性更好。
图1为本发明光分/插复用器中光纤环行镜3的环路301为圆环形的结构示意图。
图2为本发明光分/插复用器中光纤环行镜3的环路301为半环形的结构示意图。
图3为本发明在实施例中获得配置为下路时下路端口601输出光G1的光谱特性曲线图。
图4为本发明在实施例中获得直通端口102输出光Gz的光谱特性曲线图。
图3、图4曲线图中横坐标为波长λ(以纳米为单位)，纵坐标为输出功率(以dBm为单位)。
实施例采用图1所示的结构。
具体元件为光纤光栅4为5cm长均匀光纤布拉格光栅，其中心波长为1549.15nm，反射率大于99％；光纤耦合器2是一个1550nm波段宽带3dB耦合器；调相器5用压电陶瓷构成的。实施例中应用宽带白光光源为信号光Gh从第一光纤环行器1的输入端口101输入，从下路端口601和直通端口102来监测作为调相器的压电陶瓷的不同驱动电压状态下的光谱特性。
图3为分/插复用器配置为下路时下路端口601输出光G1的光谱特性，邻道隔离度达到了20dB。图4是直通端口102输出光Gz的光谱特性。可以看出，位于光纤光栅4反射谱处的光信号可以动态地配置为下路或直通两种状态。配置为直通状态时插入损耗至少小于0.5dB。
此实施例证明了上述本发明的优点。
权利要求
1．一种动态可配置光分/插复用器，包括<1>带有输入端口(101)和直通端口(102)的第一光纤环行器(1)，带有下路端口(601)和上路端口(602)的第二光纤环行器(6)以及光纤光栅(4、8、13)；其特征在于<2>有含有由相等臂长的两个环臂(302、303)构成的环形环路(301)的光纤环行镜(3)，光纤环行镜(3)的环路(301)通过光纤耦合器(2)分别与第一光纤环行器(1)和第二光纤环行器(6)相连；<3>在光纤环行镜(3)中构成环路(301)的环臂(302、303)上置有调相器(5、7、9、12、14)；<4>所说的光纤光栅(4、8、13)是置于光纤环行镜(3)的环路(301)上。
2．根据权利要求1所述的动态可配置光分/插复用器，其特征在于所说的光纤环行镜(3)的环路(301)是园环形的，或者是半环形的。
3．根据权利要求1或2所述的动态可配置光分/插复用器，其特征在于所说的光纤环行镜(3)的环路(301)是圆环形时，环路(301)上只有一个光纤光栅(4)，是置于环路(301)的中间点(O)上，而且光纤光栅(4)与光纤耦合器(2)将环路(301)分成相等臂长的两个环臂(302、303)，在环臂(302或303)上置有调相器(5)。
4．根据权利要求1或2所述的动态可配置光分/插复用器，其特征在于所说的光纤环行镜(3)的环路(301)是半环形时，环路的两个端点上分别置有第一光纤全反镜(10)和第二光纤全反镜(11)，光纤耦合器(2)分别与第一光纤全反镜(10)和第二光纤全反镜(11)构成了环路(301)上相等臂长的第一环臂(302)和第二环臂(303)，在第一环臂(302)与第二环臂(303)上相互对称地分别置有第一光纤光栅(8)和第二光纤光栅(13)，在光纤耦合器(2)与第一光纤光栅(8)之间和第一光纤光栅(8)与第一光纤全反镜(10)之间的第一环臂(302)上置有第一调相器(7)和第二调相器(9)，在光纤耦合器(2)与第二光纤光栅(13)之间和第二光纤光栅(13)与第二光纤全反镜(11)之间的第二环臂(303)上置有第三调相器(14)和第四调相器(12)。
5．根据权利要求1所述的动态可配置光分/插复用器，其特征在于所说的调相器(5、7、9、12、14)是由压电陶瓷构成，或是由磁致伸缩材料构成，或是由热致伸缩效应材料构成。
6．根据权利要求1所述的动态可配置光分/插复用器，其特征在于所说的光纤光栅(4、8、13)是均匀光纤布拉格光栅，或是取样光纤光栅。
全文摘要
一种动态可配置光分/插复用器,包括两个光纤环行器,含有由相等臂长的两个环臂构成的环形环路的光纤环形镜,环路通过光纤耦合器分别与两个光纤环行器相连。环路上置有光纤光栅。环路的环臂上置有调相器。本发明的用途广,可以用于单一波长光信道、多波长光信道、所有奇次波长光信道以及所有偶次波长光信道的同时上下路分/插复用。结构简单,性能稳定。
文档编号H04B10/02GK1284801SQ0011669
公开日2001年2月21日 申请日期2000年6月22日 优先权日2000年6月22日
发明者瞿荣辉, 赵浩, 陈高庭, 方祖捷 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所