专利名称：双向交叉连接的制作方法
技术领域：
本发明涉及包含交叉连接的光学装置，尤其是涉及包含双向交叉连接的光学装置。
背景技术：
利用光纤进行长距离通讯，需要使用放大器来沿光路放大信号。因为放大器是单向器件，故利用光纤进行双向通讯就需要使用连接有放大器的两根光纤。一种利用光纤进行通讯的普通形式是使用国际电信联盟(ITU)的信道，其规定了用于多路复用光信号的频率间隔。
图1表示利用两根光纤进行的多个光信道的双向传输的实施例。光信号被从多个发送设备100传输至多个接收设备140，从发送设备150(也可以是设备140)传输至接收设备180(也可以是设备100)。
当从设备100传输光信号时，光信号被多路复用器110多路转换，以生成一波分复用(WDM)或紧凑WDM(DWDM)光信号。WDM/DWDM光信号被传输至放大器120，信号被增强并被向前传输至放大器122。如果必要可以进行一系列放大直到信号被多路分用器130接收。对传输的光信号进行放大是公知的现有技术。多路分用器(demultiplexor)130对光信号进行多路分解，并将信号分配给设备140。
光信号波以同样的方式从设备150传输至设备180。光信号被多路复用器190进行多路转换以生成一WDM或DWDM光信号。该信号通过光纤被传输至放大器160和162直至多路分用器170。多路分用器170将WDM或DWDM光信号进行多路分解，并将光信号分配给设备180。图1所示的双向网络需要两套多路复用器、多路分用器、放大器、光纤和有关的互连，因而是低效率的网络结构。
图2表示利用循环器和交错滤波器(interleaving filter)进行的多个光信道的双向传输的实施例。在图2所示的结构中，一第一组光频率(比如，偶数ITU信道)被在一第一方向传输，一第二套光频率(比如，奇数ITU信道)被在相反方向传输。
一WDM或DWDM信号通过光纤200被传输至循环器210。循环器210将光信号传送至放大器220。放大器220放大光信号，滤波器230滤波被放大的信号。放大器225进一步放大光信号。滤波和放大是基于诸如光纤长度和/或信号条件根据需要而执行的。光信号最后被传送至循环器240。
循环器240将光信号从放大器225传送至光纤250，光纤250可将光信号传送至一个或多个接收设备(比如，一多路分用器)。为了使光信号在相反方向传输，光纤250将光信号从一传输设备(比如，一多路复用器)传送至循环器240，再将光信号从光纤250传送至放大器260。正如必要，放大器260、滤波器270和放大器265依次放大和滤波光信号，并直接将光信号传送至循环器210。
循环器210将光信号从放大器265传送至光纤200。光纤200将光信号传送至一接收设备(比如，一多路分用器)。图2所示的网络结构与图1所示的网络结构一样，需要两套放大器。图2所示的网络结构也需要两套滤波器和至少两套循环器。图2所示的网络能比图1所示的网络效率更高；然而，图2所示网络结构的建造和维护成本更昂贵。
附图简述下面将结合附图对本发明的实施例进行描述，但并不局限于此，其中相同的附图标记表示相同的部件。
图1表示利用两根光纤进行的多个光信道的双向传输的一个实施例。
图2表示利用循环器和交错滤波器进行的多个光信道的双向传输的一个实施例。
图3表示耦合到另一光学装置上的波长交错(wavelength interleaving)交叉连接的方框图的一个实施例。
图4表示耦合到一分出/插入设备上的波长交错交叉连接的方框图的一个实施例。
图5表示具有多个半波片和两个双折射元件的波长交错交叉连接的一个实施例。
图6表示具有反射元件的波长交错交叉连接的一个实施例，该反射元件通过多个半波片和一双折射元件来反射光信号。
图7a和7b表示在一共同端具有全部四个端口及具有一反射元件的波长交错交叉连接的一个实施例，其通过多个半波片和多个双折射元件来反射光信号。
图8表示具有一个偏振分束器和多个标准具的波长交错交叉连接的一个实施例。
图9表示具有一接触平板分束器的迈克逊(Michelson)移相器交叉连接的一个实施例的某一大小。
图10表示具有一多腔标准具(a multi-cavity etalon)的交叉连接的一个图11表示代表本发明的交叉连接的一方框图，其在第一和第二端口设有双向隔离器，用于通过一在相同方向的光学装置馈送沿相反方向传输的信号。
图12a和12b表示图11的交叉连接的一个实施例。
图13是图12a和12b的交叉连接的一偏振图表。
详细说明下面将对波长交错交叉连接进行描述。为了清楚地说明，提供了大量的具体细节，以便对本发明进行全面理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说，没有这些具体细节显然也可以实现发明。在其它实施例中，用方框图的形式表示其结构和设备，以避免使本发明模糊不清。
术语“一个实施例”是指，与该实施例相关的一个特别的部件、结构或特征被包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书的不同地方出现的词语“在一个实施例中”并不必要地都指同一实施例。
波长交错交叉连接，在一第一方向传送一包含一第一组光频率的第一光信号，在一第二方向传送一包含一第二套光频率的第二光信号。在一个实施例中，当向一第一输入/输出(I/O)端口输入第一光信号时，第一光信号被从第一I/O端口传送至一第二I/O端口。当向一第三I/O端口输入第一光信号时，第一光信号被从第三I/O端口传送至一第四I/O端口。当向第四I/O端口输入第二光信号时，第二光信号被从第四I/O端口传送至第二I/O端口。当向第三I/O端口输入第二光信号时，第二光信号被从第三I/O端口传送至第一I/O端口。这样，通过在第二端口和第三端口之间耦合一光学装置(比如放大器、滤波器)，该光学装置能被用于双向通讯，因而减少了双向光学网络结构所需的设备数量。
为了易于说明，这里描述的波长交错交叉连接是根据滤波和传送偶数和奇数ITU信道来进行描述的；然而，被滤波和传送的光频率可以是其它的ITU信道。
图3表示连接到另一光学装置上的波长交错交叉连接的方框图的一个实施例。一个或多个设备(图3未表示)传输一第一光信号305，光信号305具有第一组光频率(比如，奇数ITU信道)。一个或多个设备(图3未表示)接收一第二光信号315，光信号315具有第二套光频率(比如，偶数ITU信道)。在一实施例中，奇数信道305和偶数信道315被单根光纤传送。发送设备和接收设备可以是相同的设备或不同设备。
传送奇数信道305和偶数信道315的光纤被光耦合到I/O端口310。在一实施例中，端口310是一具有一梯度折射率(GRIN)透镜的准直仪装置，以准直光束。也可以使用其它类型的透镜，或者接收预准直光束。端口310被光耦合到波长交错交叉连接300上。
一个或多个设备(图3未示)接收奇数信道，并通过端口320传送偶数信道315，端口320被光耦合到波长交错交叉连接300上。发送设备和接收设备可以是相同的设备或不同设备。在一实施例中，端口320是一具有一GRIN透镜的准直仪装置，以准直光束。也可以使用其它类型的透镜，或者接收预准直光束。
端口330和340也被光耦合到波长交错交叉连接300上。在一实施例中，端口330和340包括具有GRIN透镜的准直仪装置，以准直光束。也可以使用其它类型的透镜，或者接收预准直光束。
光学装置350被光耦合在端口330和340之间。光学装置350可以是，比如一信道均衡器、一滤波器、一中继器、一掺铒光纤放大器(FDFA)、一半导体光学放大器(SOA)、一掺稀土光纤放大器(REDFA)或其它光学装置。
奇数信道305(虚线)通过端口310被输入到波长交错交叉连接300并传送到端口330。然后，奇数信道305被输入到光学装置350。被光学装置350输出的奇数信道305被一光纤或其它波导传送至端口340。波长交错交叉连接300将奇数信道305从端口340传送至端口320。
偶数信道315(实线)通过端口320被输入到波长交错交叉连接300并传送到端口330。然后，偶数信道315被输入到光学装置350。被光学装置350输出的偶数信道315被一适当的光学波导传送至端口340。波长交错交叉连接300将偶数信道315从端口340传送至端口310。
因为表示双向通讯的偶数信道315和奇数信道305两者都被从它们各自的输入端口传送至端口330，所以仅仅使用单一光学装置(比如，光学装置350)就能实现双向通讯。被从光学装置350通过端口340所接收到的偶数信道315和奇数信道305又被传送至各自的输出端口以提供双向通讯。因此，双向通讯所需的光学装置(比如，放大器)的数量就能减少一半。
图4表示连接到一分出/插入设备上的波长交错交叉连接的方框图的一个实施例。波长交错交叉连接300和端口310、320、330和340以与图3同样的方式运行。
一分出/插入设备400被连接在端口330和340之间。分出/插入设备400接收来自波长交错交叉连接300的端口330的奇数信道305和偶数信道315。分出/插入设备400包括一个或多个滤波器以滤波来自所接收到光信号的一个或多个信道。分出/插入设备400还接收来自一产生或传输信号的设备(图4未示)的奇数信道410和偶数信道420。一个或多个奇数信道410和偶数信道420能被增加到奇数信道305和偶数信道315上，以提供新的偶数信道325和奇数信道335，偶数信道325和奇数信道335被传送至波长交错交叉连接300的端口340。已经被分出/插入设备400滤波的分出信道(dropped channels)被表示为奇数信道430和偶数信道440。
图5表示具有多个半波片和两个双折射元件的波长交错交叉连接的一个实施例。图5中的元件，除了I/O端口310、320、330和340之外，表示波长交错交叉连接300的一个实施例。
通常，通过端口310接收到的奇数信道被直接传送至端口330，通过端口310接收到的偶数信道被直接传送至端口340。通过端口320接收到的奇数信道被直接传送至端口340，通过端口320接收到的偶数信道被直接传送至端口330。在一实施例中，如上述图3和图4所示运行，奇数信道被输出到端口310，而偶数信道被输出到端口320。在一可选的实施例中，偶数信道被输出到端口310，而奇数信道被输出到端口320。
所述半波片510、一第一双折射元件550、一半波片515、一第二双折射元件555以及一半波片520一起起到一滤波元件的作用，以滤波通过那里的光信号。在一实施例中，第一双折射元件550具有一长度为L的光程，而第二双折射元件555具有一长度为2L的光程。在一实施例中，半波片510的滤波效果(例如，@22.5°)、半波片515的滤波效果(例如，@52.5°)和半波片520的滤波效果(例如，@3.5°)以及双折射元件550和555的滤波效果提供了一个在双向上的梳齿函数(combfunction)；然而，也提供了其它的滤波函数。最好是，第一组光频率的偏振(例如，ITU偶数信道)被旋转90°，而第二套光频率的偏振(例如，ITU奇数信道)未受影响。这一差别典型地为奇数和偶数信道提供了通过相同的输入端口被直接传送至不同的端口的机会；然而，在本发明中，也可以使奇数和偶数信道通过不同的输入端口被直接传送至相同的输出端口。当然，所有这些依赖于奇数和偶数信道被输入设备时的相对偏振，以及它们的偏振在系统中是怎样以其它方式被处理的。
在一实施例中，第一和第二双折射元件550和555由多个双折射晶体组成，这些晶体被选择以提供改良的热稳定性，与单一双折射晶体相比高出一个操作温度的范围。在一实施例中，一个晶体是TiO2晶体，而第二晶体是YVO4晶体；然而，也可以使用其它类型的晶体。也能使用其它双折射装置，比如，假如温度稳定性不重要的话，则可以使用一单晶体。
为了举例，我们假设，偶数信道被输入端口320，而奇数信道被输入端口310。包含通过端口320传输的偶数信道的光信号分量，当它们进入半波片510时，是以正交的偏振状态从半波片520显现的，因而，通过一偏振分束器560至一半波片530及端口330。假设端口330被通过某种类型的一光学装置光耦合到端口340，则通过端口340接收到的偶数信道将以同样的方式通过交叉连接300传输；然而，可以利用一波片540，以确保开始于第二次传送的偶数信道分量的偏振是与它们在第一次传送之后的偏振正交的。因而，偶数信道将被棱镜560反射而直接传输到波片520。再一次通过第一和第二双折射元件550和555，结果，偏振旋转使得偶数信道分量通过棱镜540到达端口310。
此外，最好是，信号在第一方向(比如，从左到右)通过并离开波片520，所发生的偏振与相同频率组的信号正交，并再次进入波片520以在第二方向(比如，从右到左)第二次通过。在传输过程之间的正交关系减少，或者甚至消除了色散，使信号从端口310被传送到端口330，通过一光学装置传送到端口340，然后到端口320。
通过端口310接收到的奇数信道的分量之一(比如常规分量)被通过一半波片500直接传送至滤波元件，以确保奇数信道分量的偏振是与通过端口320传送的偶数信道分量的偏振正交，而且确保奇数信道分量被通过偏振分束器棱镜540直接传送至波片510。奇数信道的偏振未受到影响，结果通过了滤波元件550和555。因而，奇数信道在直接通过偏振分束器560之后被直接传送至端口330。半波片530使奇数信道分量之一的偏振旋转，因而，它们能被结合在一设置在端口330的离散晶体上。
通过端口340接收到的奇数信道被以与处理通过端口310传送的奇数信道信号相同的方式处理，除了波片540使它们的分量之一(比如，特别分量)的偏振旋转之外，而导致奇数信道分量被棱镜560反射并重新进入波片520，其偏振与在第一次传送之后离开波片520的奇数信道分量的偏振正交。第二次通过第一和第二滤波元件550和555的结果是，奇数信道分量的偏振再次未受到影响，使奇数信道分量被棱镜540反射到端口320。由于具有上述偶数信道，在第一方向通过的信号与在二方向通过的信号之间的正交关系能够减少、或者甚至消除色散。
图6表示具有反射元件的波长交错交叉连接的一个实施例，反射元件通过多个半波片和一个双折射元件来反射光信号。图6的交叉连接提供了与图5的交叉连接相同的功能；然而，图6的交叉连接是将信号多次传送通过一个单一双折射元件，而不是通过多个双折射元件。
通过端口310接收到的信号被一设置在端口310内的离散晶体在空间上分成水平和垂直分量。分量之一通过半波片505(比如，特别分量)，因而，当进入偏振分束器棱镜540时，两个分量具有相同的偏振。而且，波片605能够保证来自端口310的信号具有一种能确保它们直接通过偏振分束器540的偏振状态。
通过端口320接收到的信号被一设置在端口320内的离散晶体在空间上分成水平和垂直分量。分量之一(比如，常规分量)通过半波片600，因而，当进入偏振分束器棱镜540时，两个分量具有相同的偏振，它与前述来自端口310的分量的偏振正交。而且，波片600能够保证来自端口320的信号具有一种能确保它们能被偏振分束器540反射的偏振状态。随后，所有分量穿过一在一反射元件650内的孔。在一实施例中，反射元件650是一反射棱镜；然而，也可以使用其它的元件。
反射元件650和655通过半波片610、620、625和630、通过一偏振器615、多次通过一双折射元件660而反射信号。奇数信道信号的分量的偏振未受到通过单一双折射元件660的多次传送的影响，而偶数信道信号的偏振被旋转90°。因而，通过端口310传送的奇数信道分量和通过端口320传送的偶数信道分量直接通过偏振分束器棱镜560传送到端口330。在进入端口330之前，分量之一穿过半波片640，而将一分量重新定位成与另一分量正交。或者，通过端口320传送的奇数信道分量和通过端口310传送的偶数信道分量被棱镜560反射到端口340。如上所述，在进入端口340之前，分量之一穿过半波片635，而将一分量重新定位成与另一分量正交。半波片和双折射元件的方位角是可以选择的，以提供所需要的滤波功能性。这样的滤波器的设计是公知的。
在一实施例中，双折射元件660由多个双折射晶体组成的，双折射晶体是可以选择的，与单一双折射晶体相比能够在操作温度的范围之上提供改良的热稳定性。在一实施例中，一个晶体是TiO2晶体而第二晶体是YVO4晶体；然而，也可以使用其它类型的晶体。其它双折射装置也可以使用，比如，假如温度稳定性不是重要的，则可以使用一单一晶体。
假设，图6的设备详细说明了图3的交叉连接，通过端口31刚送的奇数信道通过端口330传出，随后，通过端口340被接收。最近处理的奇数信道被穿过半波片635，因此，确保两个分量的偏振与传出波片620的奇数信道的偏振相同但是正交。因此，偏振分束器560使奇数信道分量第二次直接穿过半波片、偏振器和双折射元件。在滤波奇数信道之后，其偏振保持相同，奇数信道被直接穿过偏振分束器540达到端口320。
偶数信道被以同样的方式从端口320传送到端口330，并从端口340传送到端口310，应考虑的是，偶数信道信号每次在波片610和620之间传输时，偶数信道信号的偏振被旋转90°。在一实施例中，在第一方向(如，从左到右)传输的信号具有一与相同频率组的、在第二方向(如，从右到左)传输的信号正交的偏振。多次传送之间的正交关系减少、或者甚至消除了色散现象，使信号从端口310传送到端口330，通过一光学装置传送到端口340，再到端口320。
图7a和7b表示在一共同端具有全部四个端口及具有一反射元件的波长交错交叉连接的一个实施例，其通过多个半波片和多个双折射元件来反射光信号。图7的交叉连接提供了与图5的交叉连接类似的功能性；然而，图7的交叉连接使信号传输通过多个双折射元件到达一反射镜，然后折回通过多个双折射元件。这样设置能确保在每一端口之间的传输免于色散。
传送奇数信道的一光信号被通过端口310接收到，被设置在端口310内的一离散晶体在空间上分成正交的子光束。子光束之一通过一半波片710传输，这样能够确保两子光束都具有相同的偏振，以穿过设备，比如水平的。两分量都进入一棱镜725，信号通过一半波片730、一第一双折射元件735、一半波片740、一第二双折射元件745和一半波片750而被旋转。在一最佳实施例中，第一双折射元件735具有长度为L的光程，而第二双折射元件745具有长度为2L的光程；然而，也可以采用其它光程长度。半波片730、740与750，以及第一和第二双折射元件735和745的组合运用，使得按照需要滤波光信号。最好是，该组合也能够将信道(比如，偶数ITU信道)的一个子集的偏振旋转，而对信道(比如，奇数ITU信道)的其它子集没有累积的影响。
在从半波片750传出之后，奇数信道分量仍然具有它们原始的偏振(水平)，穿过一离散晶体755到达一四分之一波片760和一反射镜770，两者结合起来使得具有第一偏振的子光束直接从一包含端口310的低电平传送到一包含端口330和340的中电平。在这点上，偶数ITU波长应具有所述第二偏振，且被离散晶体755溢出(spilled off)。四分之一波片760被设置成与子光束交叉，并提供一45°的偏振旋转，以使每一子光束穿过它。反射镜770将光信号反射回去并第二次穿过四分之一波片760，结果，子光束总共被旋转90°而形成第二偏振。因而，在光束的第二次传送期间，离散晶体755向着中间电平向上传输子光束。子光束穿过离散晶体755并到达半波片750、第二双折射元件745、半波片740、第一双折射元件735和半波片730，实现第二次传送，其偏振(比如，垂直的)与第一次传送期间的偏振正交。子光束穿过一偏振分束棱镜727，棱镜727将具有垂直偏振的光束传输到端口330。在端口330和340之间，子光束被传送穿过某一光学装置，诸如一放大器或一分插复用器。
通过端口340接收到的奇数信道子光束之一被传送穿过一半波片700，以保证两子光束都具有相同的原始偏振(水平的)。因而，两子光束被偏振分束棱镜720反射，并通过半波片730、第一双折射元件735、半波片740、第二双折射元件745和半波片750，到达离散晶体755。在这点上，因为奇数信道子光束仍然具有它们的原始偏振，故离散晶体755直接将子光束从中间电平向上传送到更高的包含端口320的电平。子光束再一次穿过四分之一波片760到达反射镜770，反射镜770再将子光束反射回去并穿过四分之一波片760。两次穿过四分之一波片760的结果是，子光束的偏振被从它们的原始偏振旋转到一与之相正交的偏振(垂直的)。然后，信号被反射回来，向上通过离散晶体755到达更高的电平，并到达波片750、第二双折射元件745、波片740、第一双折射元件735和波片730。在第三电平上，一棱镜720将子光束反射到端口320。子光束之一通过一半波片715，以确保包含奇数信道的子光束能被结合并被输出至端口320。
偶数信道被以类似的方式从端口320传送到端口330，从端口340传送到端口310。偶数信道子光束被通过在上电平上的端口320发送，半波片715确保两子光束具有相同的偏振(比如，水平的)。通过双折射元件及结合波片进行传送，导致子光束从其原始偏振旋转90°到一正交偏振(垂直的)。因而，偶数信道子光束向下传送通过离散晶体755，在与四分之一波片760和反射镜770交叉之前到达中间电平。四分之一波片760将偶数信道子光束旋转回到它们的原始偏振(水平的)，从而，在第二次传送期间，离散晶体直接将它们沿中间电平传送回去。再一次通过双折射元件及结合波片进行传送，将子光束从其原始偏振旋转另一90°到一正交偏振(垂直的)。结果，偶数信道子光束也通过偏振分束棱镜727直接传送到端口330。如上所述，当偶数信道子光束通过端口340重新进入设备时，半波片700确保两子光束具有原始的偏振(水平的)。然而，偶数信道子光束的再次偏振受到通过双折射元件及结合波片进行传送的影响，将它们的偏振从其原始偏振旋转到一正交偏振(垂直的)。因而，离散晶体755将偶数信道子光束向下传送并到达下电平及到达四分之一波片760和反射镜770。四分之一波片760将子光束的偏振旋转回到它们的原始偏振(水平的)，使得离散晶体755直接将它们沿下电平传送回去。在由双折射元件735和745实现另一偏振旋转之后，借助于波片710，偶数信道子光束被直接传送至端口310以便重新结合。
在一实施例中，沿第一方向(比如，从左到右)传送的信号具有一与沿第二方向(比如，从右到左)传送的相同频率组的信号的偏振正交的偏振。传送之间的正交关系减少、或者甚至于消除色散，使信号从端口310传送到端口330，通过一光学装置传送到端口340，然后到端口320，或者反之亦然。
图8表示具有一分束器和多个标准具的波长交错交叉连接的一个实施例。所述的交叉连接包括一用于对光信号进行相位移动的Fabry-Perot移相器(FPPS)，以及一在迈克逊配置中的Fabry-Perot标准具。FPPS和标准具的结合提供了足够的通带宽度和绝缘，以起到一交织器/去交织器(interleaver/deinterleaver)的作用。一类似的设备在2001年1月2日公开的Chen et al的美国专利No.6169626中被披露，可以作为参考。
在一实施例中，交叉连接300的各元件由原子力而不是环氧树脂保持光学接触；然而，也可以采用环氧树脂。为了由原子力保持光学接触，每一玻璃平板的厚度应该在一预定的公差范围内是一致的。在一实施例中，每一块平板的厚度公差是1.0μm；然而，也可以采用其它公差。
因为交叉连接300的各元件具有的平面性，通过元件的相互邻接，凭借原子力就能保持接触。在一实施例中，利用原子力保持光学接触允许材料的匹配范围在1.0μm内。如上所述，与利用环氧树脂组装光学元件相比，通过原子力实现的光学接触也提供了更好的热特性。
分束器立方体800将光信号分成一第一子光束和一第二子光束。在一实施例中，分束器立方体800将光束均匀地分束，以致每一标准具接收到50％强度的输入信号。换言之，分束器立方体800是一个50/50的分束器。其它类型的分束器也可以使用。因为一个精确的50/50的分束器是很难制造的，所以可以采用其它光束分割比率。在一实施例中，分束器800的两个晶体被利用原子力保持光学接触。
假设有一被分束器立方体800分束的50/50光束，第一子光束被直接传送至标准具830，而第二子光束被直接传送至FPPS850。在一实施例中，标准具830的前反射材料反射被分束器立方体800直接传输至标准具830的信号的0％～10％。在一实施例中，前反射材料与后反射材料之间的间隙是0.75mm；然而，也可以采用其它间隙大小。后反射材料反射被前反射材料传输的信号的90％～100％。
在一实施例中，标准具830被光耦合到分束器立方体800上。在此实施例中，标准具830与分束器立方体800之间的间隙可以小于1.0μm。在一可选择的实施例中，标准具830被用环氧树脂连接到分束器立方体800上；然而，标准具830与分束器立方体800之间的间隙比通过原子力连接时的间隙要大很多。在一实施例中，标准具830包括一调谐平板(在图8中未表示)。调谐平板为交叉连接300提供了优良的分辩率(比如，10nm或更小)。调谐平板通过改变通过标准具830的有效光程的长度而提供优良的调谐能力。
第二子光束穿过分束器立方体800到达FPPS850。在一实施例中，前反射材料将被分束器立方体800传输到FPPS540的第二子光束的15％～20％反射。在一实施例中，前反射材料与后反射材料之间的间隙是1.5mm；然而，也可以采用其它间隙大小。后反射材料反射被前反射材料传输的信号的90％～100％。被反射的第二子光束被直接传输到分束器立方体表面并被反射到适当的端口。在一实施例中，FPPS850通过原子力被连接到分束器立方体800上。在一可选择的实施例中，FPPS850被用环氧树脂连接到分束器立方体800上。
标准具830为第一子光束提供一线性的相位差和一正弦传递函数。FPPS850为第二子光束提供一具有微小衰减的非线性的相位响应。标准具830和FPPS850的相位和强度响应导致在分束器立方体介面上形成结构性的和破坏性的光干涉。发生结构性光干涉的频率在或接近全强度时被传递。发生破坏性光干涉的频率导致光信号的衰减。
该设备与上述的交叉连接同样有效，因而，输入端口310的奇数信道和输入端口320的偶数信道被输出到端口330，而输入端口340的奇数信道和偶数信道被分别输出到端口320和310。
图9表示迈克逊移相器交叉连接的一个实施例的某一尺寸大小，其中端口310、320、330和340被与一接触平板分束器900光耦合。在一实施例中，气隙大小、相位匹配参数和设计参数，对于具有接触平板的交织器和具有分束器的交织器是相同的，有下面的表达式L1≈L2±0.5μm对于平板式分束器的实施例。
通常，图9的交叉连接以与上述分束器立方体交叉连接相同的方式操作。在一实施例中，平板式分束器900是一50/50分束器；然而，也可以采用其它平板式分束器。在一实施例中，晶体902和904是二氧化硅；然而，也可以采用其它材料。
在一实施例中，FPPS910和标准具920通过原子力被连接到接触平板分束器上。用原子力连接允许在FPPS910与接触平板分束器之间的间隙以及在标准具920与接触平板分束器之间的间隙小于1.0μm。在一可选择的实施例中，FPPS910和标准具920被用环氧树脂连接到接触平板分束器上。如上所述，通过原子力连接改善了热和光学性能。
光信号通过晶体902传输到平板式分束器900。在一实施例中，平板式分束器900传输光信号强度的50％，并反射光信号强度的其它50％。这样，平板式分束器900是一50/50平板式分束器；然而，也可以采用其它平板式分束器。
被反射的光信号通过晶体902传输到FPPS910。光信号的被相移部分被反射回平板式分束器900。被传输的光信号通过晶体904传输到标准具920。具有线性相位差的光信号部分被反射回平板式分束器900。
被反射的信号会聚在平板式分束器900上，并通过结构性的和破坏性的光干涉被分成偶数和奇数信道。在一实施例中，调谐平板960被用来调整交叉连接的相位特征。在一实施例中，调谐平板960的调整量a±0.01°相应于a±10nm的相位距离。
图10表示具有一多腔标准具的交叉连接的一个实施例，光学梳状滤波器光耦合到端口310、320、330和340上。为了提供能给ITU信道间隔充分精确地提供梳状滤波功能的滤波作用，每一玻璃平板的厚度应该在一预定的公差范围内是一致的。在一实施例中，每一玻璃平板的厚度公差是1.0μm；然而，也可以采用其它公差。
通常，梳状滤波器交叉连接300包括玻璃平板1010、1020和1030。梳状滤波器交叉连接300还包括反射涂层/材料1040、1050、1060和1070。在一实施例中，梳状滤波器交叉连接300的各元件被通过原子力保持光耦合，而不是通过环氧树脂；然而，也可以采用环氧树脂。因为梳状滤波器交叉连接300的各元件具有的平面性通过元件的相互邻接，凭借原子力就能保持接触。
在一实施例中，对于100GHz间隔的输入信号，玻璃平板1010、1020和1030的厚度是0.5mm，对于50GHz间隔的输入信号，厚度是1.0mm，对于200GHz间隔的输入信号，厚度是0.25mm。比如，对于其它输入信号间隔，玻璃平板也可以采用其它厚度。
在一实施例中，反射涂层/材料1040和1070具有近似相同的反射率，反射涂层/材料1050和1060具有近似相同的反射率，后者与反射涂层/材料1040和1070的反射率不同。在一实施例中，反射涂层/材料1040和1070的反射率在20％～30％的范围内，反射涂层/材料1050和1060的反射率在60％～70％的范围内。也可以采用其它反射率，多腔标准具也可以具有多于3个平板。
该设备与上述的交叉连接同样有效，因而，输入端口310的奇数信道和输入端口320的偶数信道被输出到端口330，而输入端口340的奇数信道和偶数信道被分别输出到端口320和310。
图11示意性地表示本发明的双向交叉连接300，其设有一对双向隔离器1110和1120，再利用一光学器件1150，比如一放大器，以形成一具有两级谱隔离的单向交叉连接。双向隔离器1110和1120在2000年4月27日申请的悬而未决的美国专利申请No09/558,848中有更加详细的记载，在此作为参考。
参见图12a和12b，一交叉连接能够实现图11所示的技术方案，它包括端口1201、1202、1203和1204。每一端口包括一透镜1210，透镜固定到一联接器1215上，联接器周围环绕一光纤1220。为确保设备是偏振独立的，每一端口还包括一离散晶体1225，用于将输入光束分成正交的偏振子光束和/或用于使正交的偏振子光束结合以便输出。设置一半波片1230，用于将通过端口1201传送的子光束之一的偏振旋转，以使两子光束具有一第一偏振(比如，垂直的)。设置一半波片1235，用于将通过端口1202传送的子光束之一的偏振旋转，以使两子光束具有一第二偏振(比如，水平的)。在端口1203设置另一半波片1240，用于将输出子光束之一的偏振旋转，以便这对输出子光束能被离散晶体1225结合。端口1204还包括一半波片1245，用于将通过光学装置1150(图11)所接收到的光的子光束之一旋转，以使两子光束都具有所述第一偏振(比如，垂直的)。
下面将参照图13对图12所示装置的其它情况进行描述。一包含来自第一组波长(比如，偶数ITU信道)的波长以及来自第二组波长(比如，奇数ITU信道)的某些不需要的波长的信号，被输入端口1201，由于离散晶体1225和半波片1230的作用，所述信号变为一第一偏振(比如，垂直的)。该信号穿过一个由一半波片1251和一法拉第(Faraday)旋转器1252组成的非互易性旋转器1250。在前进方向上，比如，从左到右，由半波片1251和一法拉第旋转器1252引起的偏振旋转相互抵消，因而，对所述的子光束的偏振没有影响。随后，子光束穿过一双折射装置1255，最好是包括一长度为L的第一双折射元件和一长度为2L的第二双折射元件。该双折射装置选择性地旋转第二组波长(比如，奇数ITU信道)的偏振，而对第一组波长(比如，偶数ITU信道)的偏振没有累积的影响。结果，来自信号中的第二组波长的某些不需要的波长的偏振被旋转，而来自信号中的第一组波长的波长偏振保持不变。这种偏振上的差别使得不需要的波长被从一离散晶体1260中的剩余信号中偏离出去。包括来自第一组波长的波长的信号部分仍保持第一种偏振(比如，垂直的)，其被直接传输穿过离散晶体1260，而剩余的信号部分被以一角度溢出去。剩余信号穿过另一双折射装置1265，最好是包括一长度为L的第一双折射元件和一长度为2L的第二双折射元件，而且对第一组波长(比如，偶数ITU信道)的偏振没有影响。一离散晶体1270将具有第一偏振(比如，垂直的)的子光束直接传输至端口1203。
同样，一包含来自第二组波长(比如，奇数ITU信道)的波长以及来自第一组波长(比如，偶数ITU信道)的某些不需要的波长的信号，被输入端口1202，结果，两子光束都具有第二偏振(比如水平的)。这些子光束直接被棱镜1272传输穿过所述非互易性旋转器1250，对所述子光束的偏振没有影响，传输到双折射装置1255，将第二组波长中的波长的偏振旋转90°，从第二偏振旋转到第一偏振(比如，垂直的)。一半波片1280被设置在从端口1202出发的子光束的光路上，用于将所有波长的偏振旋转90°，因而，使得不需要的波长进行第一偏振(比如，垂直的)，而使剩余的信号进行第二偏振(比如，水平的)。因此，离散晶体1260将不需要的光直接溢流出去，并将来自第二组波长的具有第二偏振的波长传输穿过双折射装置1265，将其偏振从第二偏振旋转至第一偏振(比如，垂直的)。由于所述子光束具有第一偏振，离散晶体1270直接将它们传输至端口1203，而上述来自第一组波长的子光束被输入到端口1201。
假设从端口1203输出的两组子光束穿过一光学装置1150(图11)并输入到端口1204，下面将描述它们的传输路线，同时参见图13底部的倒数第二个流程图。信号穿过端口1204导致任一信号变成两个具有第二偏振(比如，水平的)的子光束。为了确保色散最小，重新进入双折射装置1265的子光束的偏振与传出双折射装置1265的子光束的偏振相互垂直。子光束被直接传输穿过离散晶体1270到达双折射装置1265。子光束穿过双折射装置1265导致来自第二组波长(比如，奇数信道)的波长的偏振被旋转到第一偏振(比如，垂直的)，而第一组波长的偏振未受到影响。因而，包含来自第二组波长的波长的子光束被直接穿过离散晶体1260到达双折射装置，而包含来自第一组波长的波长的子光束被直接穿过离散晶体1260沿一不同路径到达半波片1280。半波片1280将包含来自第一组波长(比如，偶数信道)的波长的子光束的偏振旋转，因而，两组子光束具有第一偏振进入双折射装置1255。双折射装置1255再一次将第二组波长的偏振旋转，而对第一组波长的偏振没有累积的影响。在此方向上，比如，从右到左，所述非互易性旋转器1250将所有子光束的偏振旋转90°。此最后的旋转确保子光束具有正确的偏振，以在合适的端口被结合并被输出。假如偏振不正确，则子光束将被溢流出去，正如在最后的流程图中所示的那样，它表示将子光束的偏振传输至端口1203。
在图12a和12b所示的优选实施例中，图11的双向隔离器1110和1120被结合形成一单一单元，该单元包括所述非互易性旋转器1250和双折射装置1255。
在上述的描述中，已经结合附图对本发明的优选实施例进行了说明。但是，应当知道，本领域的技术人员可以在不背离本发明的精神的条件下进行改变和变型。因而，本发明的说明书和附图应认为只是示意性的而不是限定性的说明。
权利要求
1.一种双向交叉连接装置，包括一第一端口；一第二端口；一第三端口；一第四端口；以及路由器(routing means)，用于将包括来自第一光频率子集的波长信道的信号在第一端口和第三端口之间以及在第二端口和第四端口之间传输，并且用于将包括来自第二光频率子集的波长信道的信号独立于第一光频率子集，在第一端口和第四端口之间以及在第二端口和第三端口之间传输。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述路由器包括一光信道交织器，其类型可以从以下组中选择双折射晶体交织器，多腔标准具交织器，及Michelson Gires Tournois交织器。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述路由器包括一双折射晶体交织器，所述双折射晶体交织器包括一长度为L的第一双折射元件和一长度为2L的第二双折射元件，其中所述第一和第二双折射元件的晶体轴的取向互不相同；从而，在第一光频率子集中的波长信道的偏振基本上被旋转90°，而在第二光频率子集中的波长信道的偏振基本上没有变化。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述路由器包括一双折射晶体交织器，所述双折射晶体交织器包括一长度为L的第一双折射元件和一长度为2L的第二双折射元件，以及在所述第一和第二双折射元件之间的偏振旋转器；从而，在第一光频率子集中的波长信道的偏振基本上被旋转90°，而在第二光频率子集中的波长信道的偏振基本上没有变化。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述路由器包括一双折射晶体交织器，所述双折射晶体交织器包括一长度为L的第一双折射元件；反射元件，用于引导信号使之穿过第一双折射元件，以形成多次传送；以及偏振旋转器，用于在至少一次传送之后使信号的偏振旋转；因而，在第一光频率子集中的波长信道的偏振基本上被旋转90°，而在第二光频率子集中的波长信道的偏振基本上没有变化。
6.根据权利要求3、4或5所述的装置，其特征在于所述路由器进一步包括第一偏振分束器，用于将通过第一端口发送的信号分成正交的偏振子光束，并用于将通过第三或第四端口发送的正交的偏振子光束组合以作为通过第一端口的输出；第一偏振旋转器，用于确保从第一偏振分束器输出的两子光束具有一第一偏振，并确保进入第一偏振分束器的两子光束具有正交的偏振；第二偏振分束器，用于将通过第二端口发送的信号分成正交的偏振子光束，并用于将通过第三或第四端口发送的正交的偏振子光束组合以作为通过第二端口的输出；第二偏振旋转器，用于确保从第二偏振分束器输出的两子光束具有一第二偏振，并确保进入第二偏振分束器的两子光束具有正交的偏振；第三偏振分束器，用于将通过第三端口发送的信号分成正交的偏振子光束，并用于将通过第一或第二端口发送的正交的偏振子光束组合以作为通过第三端口的输出；第三偏振旋转器，用于确保从第三偏振分束器输出的两子光束具有一第一偏振，并确保进入第三偏振分束器的两子光束具有正交的偏振；第四偏振分束器，用于将通过第四端口发送的信号分成正交的偏振子光束，并用于将通过第一或第二端口发送的正交的偏振子光束组合以作为通过第四端口的输出；第四偏振旋转器，用于确保从第四偏振分束器输出的两子光束具有一第二偏振，并确保进入第四偏振分束器的两子光束具有正交的偏振；与第一偏振有关的光束导引装置，用于在所述第一端口与所述双折射晶体交织器之间导引子光束，并用于在所述第二端口与所述双折射晶体交织器之间导引子光束；与第二偏振有关的光束导引装置，用于在所述双折射晶体交织器与所述第三端口之间导引子光束，并用于在所述双折射晶体交织器与所述第四端口之间导引子光束。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于还包括第一双向隔离器，其设置在所述第一端口与所述路由器之间，用于使包含来自第一光频率子集的波长信道的第一信号通过，而阻止来自第二光频率子集的波长信道通过它们之间；以及第二双向隔离器，其设置在所述第二端口与所述路由器之间，用于使包含来自第二光频率子集的波长信道的第二信号通过，而阻止来自第一光频率子集的波长信道通过它们之间；因而，所述第一和第二信号被分别从第一和第二端口路由到第三端口，并被从第四端口分别路由到第二和第一端口。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述第一和第二双向隔离器包括波长选择偏振旋转器，用于将第一光频率子集的偏振旋转，而对第二光频率子集的偏振基本上没有累积影响；非互易性偏振旋转器，用于将从第三或第四端口传送到第一或第二端口的信号的偏振旋转，而对在相反方向传送的信号的偏振基本上没有累积影响。
9.一种交叉连接装置，包括一第一端口；一第二端口；一第三端口；一第四端口；第一路由器，用于将包括来自第一光频率子集的波长信道的第一信号从第一端口导引到第三端口，从第四端口导引到第二端口；以及第二路由器，用于将包括来自第二光频率子集的波长信道的信号独立于第一光频率子集，从第二端口导引到第三端口，从第四端口导引到第一端口。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述第一和第二路由器包括第一偏振分束器，用于将通过第一端口发送的第一信号分成正交的偏振子光束，并用于将通过第四端口发送的正交偏振子光束组合以作为通过第一端口的输出；第一偏振旋转器，用于确保从第一偏振分束器输出的两子光束具有一第一偏振，并确保进入第一偏振分束器的两子光束具有正交的偏振；第二偏振分束器，用于将通过第二端口发送的第二信号分成正交的偏振子光束，并用于将通过第四端口发送的正交偏振子光束组合以作为通过第二端口的输出；第二偏振旋转器，用于确保从第二偏振分束器输出的两子光束具有第一偏振，并确保进入第二偏振分束器的两子光束具有正交的偏振；第三偏振分束器，用于将通过第一或第二端口发送的正交偏振子光束组合以作为通过第三端口的输出；第三偏振旋转器，用于确保进入第三偏振分束器的两子光束具有正交的偏振；第四偏振分束器，用于将通过第四端口发送的信号分成正交的偏振子光束；第四偏振旋转器，用于确保从第四偏振分束器输出的两子光束具有第一偏振；双折射晶体交织器，分别从第一和第二端口接收第一和第二信号，并将第一信号的偏振旋转90°，而对于第二信号的偏振没有累积影响；以及与偏振有关的光束导引装置，用于将子光束从第一和第二端口导引到第三端口，并将子光束从第四端口导引到第一和第二端口。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于所述与偏振有关的光束导引装置包括一离散晶体，所述离散晶体以第一电平从第一端口接收第一信号，以第二电平从第二端口接收第二信号，并以第三电平从第四端口接收第一和第二信号；旋转器，用于在第一次传送通过离散晶体之后，将第一和第二信号的偏振旋转90°；以及反射器，用于将第一和第二信号反射回去通过所述离散晶体，并反射回去通过双折射晶体交织器，以实现第二次传送；因而，来自第一端口的第一信号和来自第二端口的第二信号被以第三电平导引到第三端口；以及因而，来自第四端口的第一和第二信号被分别以第二电平导引到第二端口和以第一电平导引到第一端口。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于还包括一光学装置，其耦合在第三端口与第四端口之间，所述光学装置可从以下组中选择信道均衡器，光学放大器，掺铒光纤放大器，以及分插复用器。
全文摘要
波长交错交叉连接,将包括第一光频率子集的第一光信号在第一方向上传送,将包括第二光频率子集的第二光信号在第二方向上传送。在一实施例中,当第一光信号输入到第一输入/输出(I/O)端口时,它被从第一I/O端口路由到第三I/O端口。当第一光信号输入到第四I/O端口时,它被从第四I/O端口路由到第二I/O端口。当第二光信号输入到第二I/O端口时,它被从第二I/O端口路由到第三I/O端口。当第二光信号输入到第四I/O端口时,它被从第四I/O端口路由到第一I/O端口。因此,通过在第三端口和第四端口之间耦合一光学装置(比如放大器、滤波器),该光学装置就能被用来进行双向通讯,因而,可减少用于双向光学网络结构所需的器件数量。
文档编号H04Q11/00GK1342006SQ0114076
公开日2002年3月27日 申请日期2001年8月23日 优先权日2000年8月24日
发明者邰国筹, 张克伟, 陈纪宏 申请人:Jds尤尼费斯公司