專利名稱：可動(dòng)態(tài)配置的濾光器的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及動(dòng)態(tài)控制光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中的光譜功率分配，尤其涉及控制波分復(fù)用系統(tǒng)中信道之間的光譜功率分配。
2.背景技術(shù)傳送多個(gè)不同波長(zhǎng)信道的波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)經(jīng)歷各種變化，這些變化對(duì)不同信道的傳輸有不同的影響。波長(zhǎng)依賴傳播損耗和中繼器增益、系統(tǒng)老化、環(huán)境影響、和新的波長(zhǎng)依賴部件的增加或替換都會(huì)影響信道功率分配。
沿WDM光學(xué)系統(tǒng)累積的這種波長(zhǎng)依賴變化，有時(shí)也稱為“波紋”，它導(dǎo)致了信道中不同的接收信號(hào)功率，和惡化的信噪比(SNR)。
由于最弱的信號(hào)(信道)必定伴隨合理的SNR被接收，所以系統(tǒng)波紋強(qiáng)制最大的系統(tǒng)到達(dá)。
永久的光譜功率調(diào)節(jié)通常結(jié)合入光傳輸系統(tǒng)中。例如，一些光學(xué)放大器與增益平坦化濾波器封裝在一起，以補(bǔ)償放大器中不均勻的增益分布。維修調(diào)節(jié)也稱為“修整”，有時(shí)在建立的系統(tǒng)中進(jìn)行，以補(bǔ)償系統(tǒng)分布的預(yù)期或突發(fā)變化。我們已經(jīng)理解優(yōu)化的系統(tǒng)性能可能需要連續(xù)或周期的調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償光譜響應(yīng)中不可預(yù)測(cè)的或臨時(shí)的波動(dòng)。
可調(diào)濾光器，特別是光纖布拉格光柵，可以獲得能沿光譜移動(dòng)的光譜響應(yīng)。通過(guò)在如壓力或應(yīng)力的外力控制下變化濾光器光柵的周期，以調(diào)節(jié)濾光器光柵。然而，隨時(shí)間變化的系統(tǒng)光譜透射特征不能簡(jiǎn)單地用較窄衰減頻帶的移動(dòng)抵消。尤其，相對(duì)于沿光譜密集的信號(hào)，移動(dòng)衰減頻帶將干擾鄰近的信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)或多個(gè)各種實(shí)施例中我們的發(fā)明動(dòng)態(tài)地控制波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)信道中的光譜功率分配。根據(jù)信道中的期望功率分配，各個(gè)波長(zhǎng)信道分別衰減。實(shí)時(shí)或其它規(guī)則的監(jiān)測(cè)可用于監(jiān)視進(jìn)行的衰減，控制系統(tǒng)可用于進(jìn)一步改變基于任何實(shí)際和期望光譜功率分配之差的各個(gè)衰減。
我們的可動(dòng)態(tài)配置濾光器的一個(gè)實(shí)施包括波長(zhǎng)色散系統(tǒng)，它接收包含多個(gè)不同波長(zhǎng)信道的輸入射束，并根據(jù)它們的波長(zhǎng)空間分離不同的信道。空間光調(diào)制器根據(jù)它們的空間位置對(duì)輸入射束的信道產(chǎn)生不同的影響。光譜監(jiān)測(cè)器鑒別信道中的光功率。波長(zhǎng)色散系統(tǒng)還將受不同影響的信道重新組合成公共的輸出射束。然而，在此之前，從光譜監(jiān)測(cè)器接收光功率信息的控制器調(diào)節(jié)空間光調(diào)制器，以獲得輸出射束中信道間的預(yù)定功率分配。
控制器最好將信道間監(jiān)測(cè)到的光功率分配和期望的功率分配比較，并調(diào)節(jié)空間光調(diào)制器使監(jiān)測(cè)到的和期望功率分配之差最小。最好將空間光調(diào)制器、光譜監(jiān)測(cè)器、和控制器配置成反饋回路，迭代地減小信道間監(jiān)測(cè)到的和期望功率分配之差。此外，還可以控制空間光調(diào)制器，以減弱信道間的波長(zhǎng)提高信噪比(SNR)。波長(zhǎng)色散系統(tǒng)最好包括衍射光柵，衍射光柵不但通過(guò)一個(gè)衍射級(jí)色散不同波長(zhǎng)，用于控制信道間的空間分離，而且通過(guò)另一衍射級(jí)色散受不同影響信道的部分，用于將該部分導(dǎo)向光譜監(jiān)測(cè)器。
偏振系統(tǒng)可用于避免穿過(guò)濾光器的偏振靈敏度的影響。輸入射束被分成兩個(gè)偏振。旋轉(zhuǎn)兩個(gè)偏振之一，使之對(duì)準(zhǔn)另一個(gè)，平行的偏振沿相同的光路傳播穿過(guò)空間光調(diào)制器，以減小偏振依賴損耗。較佳的是，平行偏振沿相同的光路穿過(guò)波長(zhǎng)色散系統(tǒng)，以進(jìn)一步減小偏振依賴損耗。
空間光調(diào)制器可以以多種方式起作用，例如通過(guò)直接衰減振幅，或通過(guò)與定向多路復(fù)用裝置結(jié)合變化相位或極性，定向多路復(fù)用裝置能將相位或極性變化轉(zhuǎn)換成振幅衰減。相位調(diào)制器也可與偏振色散單元結(jié)合用于衰減空間色散波長(zhǎng)的振幅。
我們的可動(dòng)態(tài)配置濾光器的另一實(shí)施包括空間光調(diào)制器，它接收多個(gè)空間分離的波長(zhǎng)信道，并根據(jù)它們的相對(duì)空間位置調(diào)制信道的偏振方向。偏振靈敏光學(xué)部件顯示出作為偏振方向函數(shù)的不同傳輸效率，偏振靈敏光學(xué)部件將分離信道組合成對(duì)應(yīng)于各個(gè)信道的偏振方向具有相對(duì)效率的公共輸出射束?？刂葡到y(tǒng)將監(jiān)測(cè)到的信道間的光功率分配轉(zhuǎn)換成空間光調(diào)制器的反饋調(diào)節(jié)，以達(dá)到輸出射束中信道間期望的功率分配。
偏振靈敏光學(xué)部件最好是衍射光學(xué)部件，它的衍射效率隨偏振方向變化。相同的衍射光學(xué)部件還可以執(zhí)行幾個(gè)其它功能。例如，衍射光學(xué)部件最好使分離信道的大部分通過(guò)一個(gè)衍射級(jí)以構(gòu)造公共的輸出射束，并使分離信道的剩余部分改變方向通過(guò)另一衍射級(jí)，以實(shí)現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)。在回復(fù)模式中工作，該模式折回朝向輸入端的通路，同一衍射光學(xué)部件可用于在空間光調(diào)制器之前空間分離信道，還可用于重新組合從空間光調(diào)制器返回的分離信道。
偏振管理器最好用于在第一次遇到偏振靈敏衍射光學(xué)部件之前線性偏振信道。信道的混合偏振被轉(zhuǎn)換成成對(duì)的純偏振狀態(tài)?？梢耘渲每臻g光調(diào)制器作為相位或偏振調(diào)制器，它將信道的線性偏振轉(zhuǎn)換成橢圓偏振。信道正交偏振軸之間光的分割會(huì)影響波長(zhǎng)進(jìn)一步衍射到重新組合的效率。
通過(guò)新的濾光器的光路最好在平面光導(dǎo)上形成。不同的波長(zhǎng)信道沿特定光路傳送，該光路(a)穿過(guò)空間分離不同信道的波長(zhǎng)色散器，(b)穿過(guò)至少間接調(diào)制空間分離信道各個(gè)振幅的空間光調(diào)制器，和(c)穿過(guò)公共輸出?？刂苹芈钒硪还饴罚鼜目臻g光調(diào)制器延伸到轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器根據(jù)信道的實(shí)際振幅和期望振幅之差調(diào)節(jié)信道的各個(gè)振幅。
偏振耦合器可以在波導(dǎo)中形成，用于沿到波長(zhǎng)色散器的光路線性偏振一系列不同波長(zhǎng)信道。波長(zhǎng)色散器的聚焦光學(xué)部件也可以在波導(dǎo)中形成，用于將信道間的角間距轉(zhuǎn)換成沿空間光調(diào)制器的線性間距。雖然可以將衍射光學(xué)部件和聚焦光學(xué)部件一同或作為完整的另一部分集成波導(dǎo)，但是當(dāng)前的制造技術(shù)傾向于將分離形成的衍射光學(xué)部件連接到波導(dǎo)。另一種方案是，相控陣可以更方便地集成到波導(dǎo)，以執(zhí)行波長(zhǎng)色散功能。
空間光調(diào)制器，如液晶調(diào)制器，也可以在波導(dǎo)中制成平面形。波導(dǎo)中其它可能的內(nèi)置裝置包括光譜監(jiān)測(cè)器(如二極管陣列)及其自己的聚焦光學(xué)部件，和沿波長(zhǎng)色散器和空間光調(diào)制器間光路形成的放大器(如半導(dǎo)體放大器陣列)。
為了空間和復(fù)雜性的經(jīng)濟(jì)性，以回復(fù)模式操作直通光路。橢圓偏振或受空間光調(diào)制器另外影響的信道返回穿過(guò)波長(zhǎng)色散器，用于重新組合不同信道到公共輸出射束。光循環(huán)器最好耦合到平面波導(dǎo)的公共輸入和輸出，用于將濾光器連接成更大的光學(xué)系統(tǒng)。
本發(fā)明的附加特色和優(yōu)點(diǎn)將在以下詳細(xì)描述中體現(xiàn)，對(duì)于本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員附加特色和優(yōu)點(diǎn)的一部分將在描述中顯現(xiàn)出來(lái)，或者通過(guò)實(shí)施這里所述的本發(fā)明而被了解到，包括以下的詳細(xì)描述、權(quán)利要求書(shū)和附圖。
應(yīng)該了解以上的一般描述和以下的詳細(xì)描述僅僅是本發(fā)明的實(shí)例，并試圖提供概況和框架用于理解權(quán)利要求所述本發(fā)明的本質(zhì)和特征。包括的附圖用于提供對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的了解，被結(jié)合入說(shuō)明書(shū)中，成為說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖顯示了本發(fā)明的各種實(shí)施例，與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理和操作。


圖1是用整塊光學(xué)部件裝配的我們的可動(dòng)態(tài)配置濾光器的實(shí)例圖。
圖2是圖1中濾光器所用偏振管理器的放大比例圖。
圖3是圖1中濾光器所用空間相位調(diào)制器的放大比例圖。
圖4是空間相位調(diào)制器中像素尺寸作為波長(zhǎng)函數(shù)的曲線圖。
圖5A和5B是均衡濾光器可能性的信道的示意圖。
圖6是我們的可動(dòng)態(tài)配置濾光器在馬赫-曾德耳配置中的示意圖。
圖7是相位變化作為波長(zhǎng)的函數(shù)，以達(dá)到目標(biāo)增益分布的曲線圖。
圖8是我們的可動(dòng)態(tài)配置濾光器的混合實(shí)施的示意圖。
圖9是混合實(shí)施中集成空間相位調(diào)制器的放大比例圖。
圖10是我們的可動(dòng)態(tài)配置濾光器的實(shí)質(zhì)平面實(shí)施的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明的較佳實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中顯示。圖1顯示了典型的動(dòng)態(tài)配置濾光器10，它通過(guò)循環(huán)器14直線連接到較大的光纖光學(xué)系統(tǒng)12。循環(huán)器14的第一端口16從光纖光學(xué)系統(tǒng)12接收一系列不同波長(zhǎng)信道，并通過(guò)第二端口18將不同的波長(zhǎng)信道導(dǎo)向動(dòng)態(tài)配置濾光器10。調(diào)節(jié)信道的振幅從濾光器10返回到第二端口18，并被進(jìn)一步導(dǎo)向通過(guò)第三端口20，以重新加入光纖光學(xué)系統(tǒng)20的傳播初始方向。
從循環(huán)器第二端口18延伸的光纖尾部22通過(guò)準(zhǔn)直儀24將波長(zhǎng)信道耦合到濾光器10中的自由空間。光纖尾部22的一端最好被劈成10度角，或覆蓋減反射涂層，以防止多余的背反射?；?未圖示)提供用于穩(wěn)定自由空間中濾光器10部件的平臺(tái)。
在遇到濾光器的任何偏振依賴部件之前，圖2中所示的偏振管理器30通過(guò)濾光器10在傳輸效率最大的方向上(如x偏振)線性地偏振波長(zhǎng)信道。偏振色散單元32，例如雙折射離散板、光楔、或棱鏡將混合(任意)偏振狀態(tài)“x-y”分成兩個(gè)正交線性偏振狀態(tài)“x”和“y”。色散單元32的典型材料包括方解石、金紅石、鈮酸鋰、釩酸釔、鉭酸鋰、和石英。半波片34(也稱為延遲板)旋轉(zhuǎn)兩個(gè)正交線性偏振中的一個(gè)(如“y”偏振)，使之平行于另一線性偏振(入“x”偏振)。兩個(gè)同樣的偏振平行(例如垂直于圖1的平面而間隔開(kāi))地穿過(guò)濾光器10。
反射器38或其它方向控制元件將線性偏振波長(zhǎng)信道導(dǎo)向波長(zhǎng)色散元件，如方式衍射光柵40所示。使線性偏振(如“x”偏振)垂直于光柵40的刻線，以有效地衍射通過(guò)一系列不同角度的波長(zhǎng)信道。大約每毫米1200刻線的分辨力較佳地用于波長(zhǎng)信道的角度辨別。通過(guò)其它衍射或折射光學(xué)部件，包括在反射或透射下工作的光柵、棱鏡、薄膜元件、或相控陣，也可以實(shí)現(xiàn)所需的波長(zhǎng)色散。
如透鏡42的聚焦光學(xué)部件將角度色散的波長(zhǎng)信道會(huì)聚到沿焦線46色散的唯一位置，焦線46與空間光調(diào)制器50重合。然而，在沖擊空間光調(diào)制器50之前，半波片44將線性偏振波長(zhǎng)信道旋轉(zhuǎn)45°，相對(duì)于空間光調(diào)制器50將波長(zhǎng)信道定向。
調(diào)制器50的主要目的是相對(duì)調(diào)節(jié)不同波長(zhǎng)信道的振幅。信道之間的波長(zhǎng)區(qū)域也可以衰減，以更好地從背景噪聲中辨別出信號(hào)(也就是，改進(jìn)信噪比)。以下情況可以發(fā)生振幅調(diào)制，(a)直接使用空間振幅調(diào)制器，如聲光調(diào)制器，或(b)間接使用空間相位或極性調(diào)制器，如結(jié)合相位或極性靈敏單元的像素向列或鐵電液晶調(diào)制器。
所述的空間光調(diào)制器50是電光空間相位調(diào)制器，它將線性偏振波長(zhǎng)信道轉(zhuǎn)換成響應(yīng)控制電壓的橢圓偏振的變化度。隨著半波片44提供的定向功能，空間光調(diào)制器50相對(duì)延遲線性偏振波長(zhǎng)信道的相位，以根據(jù)相位延遲量形成橢圓偏振。
位于相位調(diào)制器50背面的反射面52回射橢圓偏振波長(zhǎng)信道，使它通過(guò)波板44和聚焦透鏡42到達(dá)反射衍射光柵40。波板44將橢圓偏振的“x”分量旋轉(zhuǎn)回它的初始方向。已調(diào)波長(zhǎng)信道還包括相對(duì)于相位延遲量成變化比例的“y”分量。
反射衍射光柵40最好對(duì)偏振高度靈敏，它再次衍射返回的波長(zhǎng)信道，使它們彼此對(duì)準(zhǔn)回到循環(huán)器14。每個(gè)波長(zhǎng)信道進(jìn)一步衍射的效率與橢圓偏振“y”分量的值成反比關(guān)系。因此，反射衍射光柵40的偏振靈敏度將空間光調(diào)制器50施加的相位調(diào)制轉(zhuǎn)換為不同波長(zhǎng)信道的單獨(dú)振幅調(diào)制。該功能也可以由另一偏振靈敏部件或?qū)ｉT(mén)用于偏振色散的部件執(zhí)行或增強(qiáng)。
任何數(shù)量“n”信道的輸出傳輸“T(Vn)”由以下等式給出
T(Vn)＝Lcos2(φy(Vn)-φx)其中“L”是整個(gè)濾光器10的插入損耗，“Vn”是施加到空間光調(diào)制器50中像素“n”的電壓，“φy”是施加到“y”方向的相位延遲，“φx”是施加到“x”方向的相位延遲。施加到每個(gè)像素的電壓變化改變了不同波長(zhǎng)信道之間的功率分配。
圖3顯示了空間相位調(diào)制器50的放大圖，它包括一排電可尋址液晶像素，這些像素電耦合到相應(yīng)的一排電極540-54n。類(lèi)似于其它液晶調(diào)制器，在不施加電壓時(shí)，調(diào)制器50的液晶具有沿所示“y”軸排列的長(zhǎng)軸。然而，像素最好是沿所示的“x”軸不均勻地排列，以容納不同波長(zhǎng)信道聚焦點(diǎn)尺寸的變化。較長(zhǎng)波長(zhǎng)信道的衍射角和相應(yīng)的聚焦點(diǎn)尺寸比較短波長(zhǎng)信道的大。
獲得改進(jìn)信道控制的像素間隔可以從以下等式中確定Xn＝Fsin(θn-θ0)θn=arcsin(λnd-sinθ0)]]>其中“Xn”是第“n”個(gè)像素沿陣列540-54n的位置，“F”是透鏡42的焦距，“θn”是對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)信道“λn”的衍射角，“θ0”是中心信道衍射角，“d”是衍射光柵40的行密度。圖4中畫(huà)出了相應(yīng)像素尺寸作為波長(zhǎng)的函數(shù)的曲線圖。
除了對(duì)不同波長(zhǎng)信道進(jìn)行色散、重組和轉(zhuǎn)換偏振-振幅調(diào)制，衍射光柵40(見(jiàn)圖1)還衍射小部分返回的波長(zhǎng)信道，使之通過(guò)不同的衍射級(jí)。例如，如果通過(guò)第一衍射級(jí)發(fā)生色散和重組功能，那么附加的衍射可以在零衍射級(jí)處發(fā)生。通過(guò)另一衍射級(jí)(如零衍射級(jí))衍射的信道部分保持角度色散，聚焦光學(xué)部件58將角度色散信道部分再次聚焦到光譜監(jiān)測(cè)器60。
光譜監(jiān)測(cè)器60檢測(cè)信道部分中的振幅變化，光譜監(jiān)測(cè)器最好是二極管陣列；這個(gè)關(guān)于光譜功率分配的信息被傳送到控制器62。監(jiān)測(cè)信道的傳輸“T0(Vn)”與通過(guò)第一級(jí)衍射的傳輸“T(Vn)”是互補(bǔ)的，等式如下T0(Vn)＝Lsin2(φy(Vn)-φx)關(guān)于監(jiān)測(cè)信道傳輸“T0(Vn)”到它通過(guò)第一級(jí)的互補(bǔ)體的簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換如下T(Vn)＝L-T0(Vn)在控制器62中，比較信道中的監(jiān)測(cè)(可能是實(shí)際)光譜功率分配和信道中的期望功率分配，根據(jù)匹配測(cè)試和目標(biāo)值的傳統(tǒng)算法，控制信號(hào)(如驅(qū)動(dòng)電壓)被提供給空間相位調(diào)制器50的各個(gè)電極。期望的光譜功率分配通常是信道間的相等功率分配，但是其它分配也可能是為了預(yù)處理別處的不平衡，或處理不同信道或信道組的其它需要。
將光譜監(jiān)測(cè)器60、控制器62和空間相位調(diào)制器50配置在反饋回路中，其中在控制器62的方向下空間相位調(diào)制器50給出的調(diào)制可以被光譜監(jiān)測(cè)器60立即檢測(cè)，并作為進(jìn)行更細(xì)化地調(diào)制以更接近期望功率分配的基礎(chǔ)?？梢詫?duì)迭代定時(shí)以匹配部件的響應(yīng)速率。
雖然衍射光柵40位于改變小部分波長(zhǎng)信道用于監(jiān)測(cè)的方便位置，但是類(lèi)似的信息可以從過(guò)濾后的波長(zhǎng)信道中提取，該波長(zhǎng)信道實(shí)質(zhì)上沿到循環(huán)器14的回路，或者甚至在循環(huán)器14內(nèi)或外。包含關(guān)于空間相位調(diào)制器50之前波長(zhǎng)信道信息的前向饋送信號(hào)也被提供給控制器62，用于提供關(guān)于所需總調(diào)制和實(shí)際控制現(xiàn)行影響的附加信息。
通過(guò)返回穿過(guò)偏振管理器30，混合偏振被恢復(fù)成被有差別調(diào)制的波長(zhǎng)信道。循環(huán)器14將可重入第二端口18的返回信道導(dǎo)向第三端口20，其中信道再次加入較大的光纖光學(xué)系統(tǒng)12?？梢酝ㄟ^(guò)稍稍傾斜反射表面52或通過(guò)在空間光調(diào)制器50之后用透射模式而非反射模式操作濾光器，以提供去向和來(lái)自我們的動(dòng)態(tài)配置濾光器10的分離光路。需要附加部件將信道重新組合并重組成類(lèi)似的輸出。
圖5A和5B示范了七個(gè)不同波長(zhǎng)信道“C1”到“C7”的增益平坦化可能性。在激活濾光器10之前，圖5A中記錄了重大的增益波紋。在激活濾光器10之后，圖5B中記錄的增益波紋大大地降低了。信道“C1”和“C2”間的較大間隔示范了濾光器展平附加信道的能力，這些附加信道的分離類(lèi)似于信道“C2”到“C7”。
我們的動(dòng)態(tài)配置濾光器的布局可以變化，以適應(yīng)振幅調(diào)制的其它方法?？臻g光調(diào)制器(如聲光振幅調(diào)制器)處振幅調(diào)制的直接方法不需要波板44且不需要依賴任何其它元件(如衍射光柵40)以顯示偏振靈敏度。通過(guò)干涉機(jī)械還可以將相位調(diào)制轉(zhuǎn)換成振幅調(diào)制。
例如，圖6是動(dòng)態(tài)配置濾光器70的簡(jiǎn)化框圖，在馬赫-曾德耳干涉儀74的一個(gè)臂76中裝配了空間相位調(diào)制系統(tǒng)72。第一3dB耦合器80將來(lái)自較大光纖光學(xué)系統(tǒng)84的輸入光等分給臂76和參考臂78。輸入光包含一系列不同的波長(zhǎng)(如一連串不同的波長(zhǎng)信道)。空間相位調(diào)制系統(tǒng)空間分離不同的波長(zhǎng)，有差別地調(diào)制不同波長(zhǎng)的相位、并重組不同波長(zhǎng)，以進(jìn)一步傳播到第二3dB耦合器82，其中調(diào)制波長(zhǎng)再次加入來(lái)自參考臂78的未調(diào)制對(duì)應(yīng)部分。可以類(lèi)似于先前的實(shí)施例使用偏振管理，以克服這些部件的任何偏振靈敏度。
有差別波長(zhǎng)調(diào)制和未調(diào)制部分之間的干涉改變了遭遇相位調(diào)制的波長(zhǎng)的振幅。圖7提供了展平特定光譜響應(yīng)所需相位變化的實(shí)例。相對(duì)于波長(zhǎng)的公共區(qū)域，相位(弧度)和增益(dB)都沿縱坐標(biāo)。典型的增益分布90對(duì)照平坦目標(biāo)增益分布92。曲線94畫(huà)出了濾光器70將增益分布90轉(zhuǎn)換成目標(biāo)分布92所需的相位移動(dòng)。
光纖耦合器86(如百分之一抽頭)將過(guò)濾光的小部分導(dǎo)向控制系統(tǒng)88，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)空間相位調(diào)制系統(tǒng)72以接近目標(biāo)增益分布(如平坦增益分布92)。在控制系統(tǒng)88中，過(guò)濾光最好被分割成波長(zhǎng)分量，被光譜監(jiān)測(cè)，并與目標(biāo)增益分布比較，以產(chǎn)生空間相位調(diào)制系統(tǒng)的適當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？臻g相位調(diào)制器本身(未圖示)最好是電光調(diào)制器，特別是類(lèi)似于以上實(shí)施例在驅(qū)動(dòng)電壓控制下的液晶調(diào)制器。類(lèi)似算法可用于聯(lián)系產(chǎn)生相位調(diào)制的驅(qū)動(dòng)電壓和連續(xù)反饋回路中的實(shí)際振幅衰減。
圖8描述了另一動(dòng)態(tài)配置濾光器100的混合實(shí)施。濾光器100通過(guò)循環(huán)器104耦合到較大的光纖光學(xué)系統(tǒng)102。來(lái)自循環(huán)器104的光纖尾部106通過(guò)接頭耦合到平面波導(dǎo)裝置110?？梢杂冒ɑ咨鲜芸爻练e和光刻成像的傳統(tǒng)技術(shù)形成平面波導(dǎo)裝置110的特征。
公共入口和出口波導(dǎo)112被集成偏振耦合器114臨時(shí)分割，耦合器114將混合偏振光分離成它的正交分量。線性偏振之一在帶有匹配偏振的另一集成耦合器118處再次加入其它偏振之前橫穿半波片116。集成準(zhǔn)直儀120將線性偏振光投射到反射衍射光柵122，反射衍射光柵122連接到平面裝置110。
衍射光柵122通過(guò)一系列角度衍射偏振光的不同波長(zhǎng)，集成透鏡124沿液晶調(diào)制器130聚焦空間色散位置的不同波長(zhǎng)，液晶偏振器130也在平面裝置110上形成。圖9顯示了液晶調(diào)制器130的獨(dú)立視圖。
液晶調(diào)制器130可以在預(yù)定的寬度僅為幾微米的溝槽中形成。如向列液晶的液晶材料的長(zhǎng)軸沿溝槽的長(zhǎng)度對(duì)準(zhǔn)箭頭132的方向。上部電極1340-134n與公共接地電極136成對(duì)，以定義一排分離的可尋址像素。在溝槽的背面施加高反射多層或薄膜涂層138，用于以反射模式操作液晶調(diào)制器。
波板126確定液晶調(diào)制器130之前的線性偏振光的方向，并恢復(fù)液晶調(diào)制器130反射的未調(diào)制波長(zhǎng)的初始偏振取向。類(lèi)似于圖1中的微光學(xué)實(shí)施，具有液晶調(diào)制器130引起的多個(gè)明顯橢圓偏振的波長(zhǎng)被再次衍射以對(duì)準(zhǔn)公共入口和出口波導(dǎo)112，它的效率小于保留初始線性偏振的未調(diào)制波長(zhǎng)。不同波長(zhǎng)上液晶調(diào)制器130的選擇性影響改變了返回循環(huán)器104的光的光譜功率分配。
不可避免地，在平面裝置110中到處產(chǎn)生一些插入損耗，尤其是在整塊部件的接口處，如衍射光柵122或波板116和126。通過(guò)在透鏡124和液晶調(diào)制器130之間的波長(zhǎng)色散區(qū)域中加入半導(dǎo)體光學(xué)放大器(SOA)128集成陣列可減輕平面裝置110中的這些損耗。放大器128最好恢復(fù)每個(gè)波長(zhǎng)的至少一些功率。
反饋控制回路144，類(lèi)似于圖1中微光學(xué)實(shí)施的功能，至少部分集成到平面裝置110中。集成透鏡146將通過(guò)不同衍射級(jí)衍射的返回波長(zhǎng)聚焦到沿集成二極管陣列148的空間色散位置。關(guān)于不同波長(zhǎng)相對(duì)振幅的信息沿反饋控制回路144傳送到控制器150?？刂破?50中的算法將波長(zhǎng)間監(jiān)測(cè)到的功率分配和考慮控制器先前影響的期望功率分配比較，以產(chǎn)生控制信號(hào)(如驅(qū)動(dòng)電壓)操作液晶調(diào)制器130。
同樣類(lèi)似于上述微光學(xué)實(shí)施，可以改變混合實(shí)施以包括其它類(lèi)型的波長(zhǎng)色散器(如棱鏡、薄膜元件、或相控陣)和空間光調(diào)制器(如相位、偏振或振幅調(diào)制器)。通過(guò)裝置的路徑選擇可以是單向的(如不同的輸入和輸出)、雙向的(如相同或緊密的輸入和輸出)，或分開(kāi)的(如干涉儀的雙臂)。在混合和平面實(shí)施中分離的輸入和輸出端口在費(fèi)用和封裝上都特別有效。電子處理和控制是較佳的。但是包括空間光調(diào)制器光學(xué)尋址的其它控制方法也是可以的。
圖10中描述了我們的動(dòng)態(tài)配置濾光器的另一集成實(shí)施。所示的濾光器160主要是集成在平面波導(dǎo)裝置162中的平面形式。循環(huán)器164連接平面波導(dǎo)裝置162和較大的光纖光學(xué)系統(tǒng)166。循環(huán)器164的光纖尾部168連接到平面裝置162的公共輸入和輸出波導(dǎo)170。
集成聚焦光學(xué)部件172將不同波長(zhǎng)的整個(gè)區(qū)域耦合到用作波長(zhǎng)色散器的相控陣174。相控陣174的各個(gè)波導(dǎo)176最好被配置成逐漸變化的光路，它們使波長(zhǎng)也傾斜逐漸變化的量。另一集成聚焦光學(xué)部件178聚焦沿空間光調(diào)制器180的空間色散位置中的不同波長(zhǎng)。
使用分段溝槽設(shè)計(jì)或分段熱光加熱，可以將提供相位和振幅調(diào)制的調(diào)制器180集成到平面裝置162中。反射涂層182返回相對(duì)調(diào)制波長(zhǎng)，使之通過(guò)相控陣174到達(dá)公共輸入和輸出波導(dǎo)170。振幅調(diào)制直接減小了選中波長(zhǎng)的剩余功率。相位調(diào)制通過(guò)增加輸出端的耦合損耗具有類(lèi)似的效果。
相控陣174提供對(duì)偏振不靈敏的波長(zhǎng)色散。然而，如果空間光調(diào)制器180顯示出偏振靈敏度，那么仍然需要偏振管理。
反饋回路184提供類(lèi)似于上述實(shí)施的動(dòng)態(tài)重構(gòu)濾光器160。耦合器186提取小部分過(guò)濾光用于分析?？刂破?90處理該信息以產(chǎn)生空間光調(diào)制器180的控制信號(hào)?？梢赃M(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)以達(dá)到或保持目標(biāo)光譜增益分配。
我們的動(dòng)態(tài)配置濾光器作為均衡器時(shí)尤其有用，它調(diào)節(jié)多信道(WDM)傳輸系統(tǒng)中傳播信道之間的功率。每個(gè)信道可以被單獨(dú)尋址，并被動(dòng)態(tài)地控制以均衡或調(diào)節(jié)信道間的功率分配。期望保持信道間更均勻的功率分配以延伸系統(tǒng)區(qū)域。此外，信道間的波長(zhǎng)區(qū)域可以單獨(dú)衰減或結(jié)合信道間功率分配的調(diào)節(jié)值衰減，以延伸系統(tǒng)區(qū)域。
對(duì)于更局限性的事件的總的系統(tǒng)控制和控制補(bǔ)償是可能的。我們的濾光器的動(dòng)態(tài)配置還可用于補(bǔ)償由于激光器波長(zhǎng)移動(dòng)或系統(tǒng)老化引起的慢性波長(zhǎng)變化，以及更急劇的波長(zhǎng)變化，例如與增加或減少信道關(guān)聯(lián)的。
對(duì)本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是不脫離本發(fā)明的精神和范圍可以對(duì)本發(fā)明做出各種改變和變化。因此，本發(fā)明試圖覆蓋以下權(quán)利要求及其等效范圍中提供本發(fā)明的各種改變和變化。
權(quán)利要求
1.一種可動(dòng)態(tài)配置的光譜濾光器，其特征在于，它包括波長(zhǎng)色散系統(tǒng)，用于接收具有多個(gè)不同波長(zhǎng)信道的輸入射束，并空間分離輸入射束的不同波長(zhǎng)信道；空間光調(diào)制器，用于根據(jù)輸入射束中不同波長(zhǎng)信道的空間位置，對(duì)它們起不同的影響；其中波長(zhǎng)色散系統(tǒng)還將受不同影響的信道重新組合成公共的輸出射束；光譜監(jiān)測(cè)器，用于區(qū)別受不同影響信道中的光功率；和控制器，用于接收來(lái)自光譜監(jiān)測(cè)器的光功率信息，并調(diào)節(jié)空間光調(diào)制器，以在輸出射束中受不同影響的信道之間實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功率分配。
2.如權(quán)利要求1所述的濾光器，其特征在于，控制器將監(jiān)測(cè)到的信道間光功率分配和期望的信道間功率分配比較，并調(diào)節(jié)空間光調(diào)制器使信道間監(jiān)測(cè)到的和期望功率分配之差最小化。
3.如權(quán)利要求2所述的濾光器，其特征在于，空間光調(diào)制器、光譜監(jiān)測(cè)器和控制器被配置在反饋回路中，以迭代方式減小信道間監(jiān)測(cè)到的和期望功率分配之差。
4.如權(quán)利要求1所述的濾光器，其特征在于，空間光調(diào)制器根據(jù)輸入射束中波長(zhǎng)信道之間的波長(zhǎng)的空間位置，對(duì)它們起不同的影響。
5.一種用于波分復(fù)用系統(tǒng)的光學(xué)均衡器，其特征在于，它包括偏振管理器，用于將混合偏振信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有單純偏振狀態(tài)的信號(hào)；波長(zhǎng)色散器，用于空間分離信號(hào)的波長(zhǎng)信道；空間光調(diào)制器，用于至少間接調(diào)制空間分離波長(zhǎng)信道的各個(gè)振幅；光譜監(jiān)測(cè)器，用于檢測(cè)波長(zhǎng)信道之間的振幅之差；和控制器，用于控制空間光調(diào)制器，根據(jù)波長(zhǎng)信道中監(jiān)測(cè)到的振幅和期望振幅之差調(diào)節(jié)波長(zhǎng)信道的各個(gè)振幅。
6.一種動(dòng)態(tài)配置光譜濾光器的方法，其特征在于，包括以下步驟空間區(qū)別跨越一系列波長(zhǎng)的輸入射束的不同波長(zhǎng)信道；有差別地調(diào)制輸入射束中空間區(qū)別出的信道的振幅；將受有差別調(diào)制的信道重新組合成公共輸出射束；進(jìn)一步有差別地調(diào)制空間區(qū)別出的信道的振幅，以迭代方式減小信道間監(jiān)測(cè)到的功率分配和期望功率分配之差。
7.一種可動(dòng)態(tài)配置的光譜濾光器，其特征在于，它包括空間光調(diào)制器，用于接收多個(gè)空間分離的波長(zhǎng)，并根據(jù)它們的相對(duì)空間位置相關(guān)地調(diào)制分離波長(zhǎng)的偏振方向；偏振靈敏光學(xué)部件，用于顯示作為偏振方向函數(shù)的不同傳輸效率，并以對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)偏振方向的相對(duì)效率，將分離波長(zhǎng)組合成公共輸出射束；和控制系統(tǒng)，用于將波長(zhǎng)間監(jiān)測(cè)到的光功率分配轉(zhuǎn)換成空間光調(diào)制器的反饋調(diào)節(jié)，以達(dá)到輸出射束波長(zhǎng)間期望的功率分配。
8.一種用于動(dòng)態(tài)配置光譜濾光器中的集成裝置，其特征在于，它包括平面波導(dǎo)，用于沿光路傳導(dǎo)具有一系列不同波長(zhǎng)的光，該光路(a)穿過(guò)空間分離不同信道的波長(zhǎng)色散器，(b)穿過(guò)至少間接調(diào)制空間分離波長(zhǎng)各個(gè)振幅的空間光調(diào)制器，和(c)穿過(guò)公共輸出端；和控制回路，它包括平面波導(dǎo)中從空間光調(diào)制器到轉(zhuǎn)換器的另一光路，該轉(zhuǎn)換器根據(jù)波長(zhǎng)的實(shí)際振幅和期望振幅之差調(diào)節(jié)波長(zhǎng)的各個(gè)振幅。
9.在平面波導(dǎo)中形成的可動(dòng)態(tài)配置的集成光譜濾光器，其特征在于，它包括公共路徑，用于通過(guò)平面波導(dǎo)傳送一系列不同的波長(zhǎng)信號(hào)；專用平面路徑，用于通過(guò)平面波導(dǎo)傳送不同的波長(zhǎng)信號(hào)；中心平面路徑，用于通過(guò)平面波導(dǎo)在公共路徑和專用路徑之間耦合不同波長(zhǎng)信號(hào)；中心路徑包括空間分離不同波長(zhǎng)信號(hào)的波長(zhǎng)色散機(jī)構(gòu)；空間光調(diào)制器，連接到專用路徑，用于至少間接調(diào)制不同波長(zhǎng)信號(hào)的各個(gè)振幅；和控制器，用于控制空間光調(diào)制器，以調(diào)節(jié)波長(zhǎng)信號(hào)的各個(gè)振幅。
10.用于波分復(fù)用系統(tǒng)的光纖，其特征在于，它包括波長(zhǎng)色散系統(tǒng)，用于(a)接收具有一系列傳送到多個(gè)不同波長(zhǎng)信道的波長(zhǎng)的輸入射束，并(b)空間分離包括輸入射束不同波長(zhǎng)信道的這一系列波長(zhǎng)；和空間光調(diào)制器，根據(jù)波長(zhǎng)的空間位置對(duì)輸入射束的各波長(zhǎng)產(chǎn)生不同的影響，其中波長(zhǎng)色散系統(tǒng)將受不同影響的波長(zhǎng)重新組合成公共輸出射束；和空間光調(diào)制器衰減信道之間的波長(zhǎng)，以改進(jìn)輸出射束中的信噪比。
全文摘要
根據(jù)反饋控制系統(tǒng)中的偏振管理,結(jié)合波長(zhǎng)色散(46)和空間光調(diào)制(50),用于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)不同波長(zhǎng)信道(12)間的光譜功率分配。建議微光學(xué)、混合和平面實(shí)施同耦合到較大光纖光學(xué)系統(tǒng)的方案一起。通過(guò)多信道波分復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)它的作用。
文檔編號(hào)G02B5/30GK1360683SQ00810282
公開(kāi)日2002年7月24日 申請(qǐng)日期2000年5月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月12日
發(fā)明者C·P·布羅菲, 劉永謙, P·G·威格利 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司