專利名稱：基于mach-zehnder干涉計和環(huán)形諧振器的光學(xué)交織器的制作方法
基于MACH-ZEHNDER干涉計和環(huán)形諧振器的光學(xué)交織器 周期光學(xué)濾波器
魏申i青,x， 不適用 好翻M]柳蹄艦體闊 不適用 g^H 開德i麵土m《 不適用艦#卜.白勺"糊表"、表格gKi十纖辦歹il表藍白勺弓瞧MI卜.白輸漏去律參并(見§ 1.52(E) (5))
不適用
背景技術(shù)：
平面光波電路——也稱平面光波芯片(PLC)——是光學(xué)器件，其中光學(xué)組件和網(wǎng)絡(luò)一體地設(shè)置在由例如半導(dǎo)體或玻璃晶片的同一機械襯底支承的一疊或多疊光學(xué)薄膜內(nèi)。PLC —般被設(shè)計成提供用于光纖通信網(wǎng)絡(luò)的專門傳輸或路由功能。這些網(wǎng)絡(luò)分布在眾多地理分散的終端上并通常包括通過單模光纖在這些終端之間的傳輸。 波分多路復(fù)用(W匿)是電信系統(tǒng)中的常用技術(shù)，它通過使用不同波長來承載不同信號而在一根光纖上提供多路光信號的傳輸。在W匿系統(tǒng)中，在以中央波長為中心的波長窄帶內(nèi)發(fā)送每個光載波信號。該窄帶一般稱為光學(xué)信道，其中每個信道的特征為單個中央波長(入x)。 W匿系統(tǒng)使用交織器來使光載波信號結(jié)合在一起以在單根光纖上傳輸，同時解交織器用來將光載波信號分開。交織器取得具有不同信道的光信號并組合它們以在單根光纖上傳輸。解交織器執(zhí)行逆操作并將信號分割成多路光信號。就此而言，由于可簡單地通過使交織器和解交織器升級而增加給定鏈路的容量，因此WDM系統(tǒng)允許網(wǎng)絡(luò)容量的擴充而不必布置更多的光纖。 光學(xué)濾波器在W匿系統(tǒng)中充當(dāng)組件，提供在交織/解交織、信號功率的平衡、信道的新增和/或撤除等中需要的信號處理功能。 W匿系統(tǒng)應(yīng)用的光學(xué)濾波器的設(shè)計目的是提供一種具有寬的、頂部幾乎平坦的通頻帶，它在頻帶邊緣具有最小插入損耗以及快速滾降并始終使跨過通頻帶的色散最小化。
業(yè)內(nèi)使色散量最小化的一種當(dāng)前實踐是通過使用級聯(lián)在一起的兩個或更多個FIR濾波器。通過設(shè)計具有類似振幅響應(yīng)和相反延遲響應(yīng)的互補(complimentary)FIR濾波器，使色散最小化，參見S. Cao等"交織器技術(shù)比較和應(yīng)用需求(InterleaverTechnology -Comparisons and ApplicationsRequirements) ，，， J. Lightwave Technol巻.22,281-289(2004);參見題為"光復(fù)用器和光解復(fù)用器(Optical Multiplexer andOpticalDemultiplexer)"的美國專利No. 6， 735， 358。然而，F(xiàn)IR濾波器的通頻帶不提供從使用IIR濾波器看來寬的、頂部近乎平坦的通頻帶的同樣要求的特征。
業(yè)內(nèi)目前也采用無限沖激響應(yīng)濾波器(IIR)以提供寬的、頂部近乎平坦的通頻帶，該通頻帶具有高消光比。參見Jinguji， K等的"光學(xué)半帶濾波器(optical Half-BandFilter) "J. Lightwave Technol.巻18， 252-259 (2000);參見Wang Qi等的"具有IIR構(gòu)架的100/300GHz光學(xué)交織器的設(shè)計(Design ofl00/300GHz optical interleaver with IIRarchitecture) "， OpticalExpress，巻13(2005年3月)。然而，在使通頻帶上的色散最小化方面存在困難。 因此，一種光學(xué)濾波器配置和使用該光學(xué)濾波器配置的方法提供所要求的通頻帶特征并同時使色散最小化，相比當(dāng)前可用的技術(shù)，這提供一種當(dāng)前業(yè)內(nèi)需要的在商業(yè)和工業(yè)上有市場的產(chǎn)品。
發(fā)明簡述 在一個實施例中，本發(fā)明涉及交織多個光信號以提供復(fù)用信號從而在光纖上傳輸?shù)闹芷诠鈱W(xué)濾波器。 一般來說，周期濾波器設(shè)有至少兩個光學(xué)濾波器。至少一個光學(xué)濾波器包括無限沖激響應(yīng)濾波器而其中一個光學(xué)濾波器包括有限沖激響應(yīng)濾波器。例如，無限沖激響應(yīng)濾波器可以是半帶濾波器而有限沖激響應(yīng)濾波器可以是Mach-Zehnder干涉計。這些濾波器以串聯(lián)或并聯(lián)方式級聯(lián)。 在另一實施例中，本發(fā)明涉及對復(fù)用信號解交織以提供在多根光纖上傳輸?shù)亩嗦饭庑盘柕闹芷诠鈱W(xué)濾波器?？偟膩碚f，該周期濾波器包括至少一個有限沖激響應(yīng)濾波器和至少一個無限沖激響應(yīng)濾波器。有限沖激響應(yīng)濾波器包括用于接收復(fù)用信號的輸入端口并將經(jīng)濾波的信號提供給無限沖激響應(yīng)濾波器。無限沖激響應(yīng)濾波器接收經(jīng)濾波的信號并將復(fù)用信號提供給光纖。
若干附圖的簡述 因此能夠詳細地理解本發(fā)明上述特征和優(yōu)點，可通過參照示出于附圖中的本發(fā)明
的實施例來獲得上文中簡單概括的本發(fā)明的更具體的說明。然而要注意，附圖僅示出本發(fā)
明的典型實施例并因此不認為是限制其范圍，因為本發(fā)明也允許其它等效實施例。
圖1A是根據(jù)本發(fā)明的用于交織光信號以提供波分復(fù)用信號的示例性周期光學(xué)濾
波器的解說框圖。 圖IB是根據(jù)本發(fā)明的用于對復(fù)用的光信號進行解交織的示例性周期光學(xué)濾波器的解說框圖。 圖2A-2D是用于圖1A和IB的周期光學(xué)濾波器中的示例性光學(xué)濾波器的解說框圖； 圖3A是典型50/100GHz IIR濾波器的圖和光響應(yīng)。
圖3B是典型50/100GHz FIR濾波器的圖和光響應(yīng)。 圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于交織光信號以提供復(fù)用信號的周期光學(xué)濾波器的一個實施例的解說圖。 圖5是根據(jù)本發(fā)明的用于交織光信號以提供復(fù)用信號的周期光學(xué)濾波器的另一實施例的解說圖。 圖6是根據(jù)本發(fā)明的用于交織光信號以提供復(fù)用信號的周期光學(xué)濾波器的另一實施例的解說圖。 圖7是根據(jù)本發(fā)明的用于對復(fù)用的光信號進行解交織的周期光學(xué)濾波器的一個實施例的解說圖。
圖8A是根據(jù)本發(fā)明包括交織周期光學(xué)濾波器、信號處理系統(tǒng)和解交織周期光學(xué) 濾波器的新增-撤除復(fù)用器的一個實施例的解說圖。 圖8B是用于圖8A的新增-撤除復(fù)用器中的一種形式的信號處理系統(tǒng)的解說圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明將光掩模上的周期光學(xué)濾波器的圖案轉(zhuǎn)移到襯底上的薄膜光 學(xué)材料的示例性照相平版印刷系統(tǒng)的示意圖。 圖10是利用圖9的照相平版印刷系統(tǒng)形成在薄膜光學(xué)材料上的周期光學(xué)濾波器 的示例性正掩模的示意圖。 圖11是使用圖10描述的掩模由薄膜光學(xué)材料形成的周期光學(xué)濾波器的示意圖。
發(fā)明詳述 本發(fā)明的實施例示出于上述附圖中并在下面予以詳細說明。在描述實施例時，相 同或相似的附圖標(biāo)記用來表示相同或相似的部件。附圖不一定按比例繪出并且為了清楚和 簡明可比例放大表示或以示意方式給出某些特征和某些附圖。 現(xiàn)在參照附圖，尤其參見圖1A，圖1A中示出以附圖標(biāo)記10表示的周期光學(xué)濾波 器的解說框圖，根據(jù)本發(fā)明，該周期光學(xué)濾波器IO用來交織多個光信號12a和12b以提供 波分復(fù)用信號14以在光纖上進行傳輸?？偟膩碚f，周期光學(xué)濾波器IO通過輸入端口 16接 收光信號12，使用至少兩個光學(xué)濾波器18a、18b對光信號12進行濾波，并通過輸出端口 20 提供作為結(jié)果的波分復(fù)用信號14。 如前所述，光信號12a和12b各自包含具有中央信道波長A x的多個信道。例如， 光信號12a包含具有中央信道波長A p A 3、 A 5、 A 7……的多個信道。光信號12b包含具有 中央信道波長入2、 A4、 A6、 A8……的多個信道。周期光學(xué)濾波器IO通過使光信號交織對 光信號12a、12b進行濾波以形成具有中央信道波長A2、 A3、 A4、 A5、 A6、 A7……的結(jié)
果復(fù)用信號14。 —般在周期濾波器10中，光學(xué)濾波器18a提供關(guān)于光信號12a、12b的第一濾波功 能，將至少一個經(jīng)濾波的光信號22通過中間端口 24發(fā)送給光學(xué)濾波器18。光學(xué)濾波器18b 提供關(guān)于經(jīng)濾波的光信號22的第二濾波功能，并在輸出端口 20提供作為結(jié)果的復(fù)用信號 14。光學(xué)濾波器18a和18b的設(shè)計和布置使復(fù)用信號14的色散減至最小。S卩，每個光學(xué)濾 波器18a、18b將色散引入光信號12。然而，由光學(xué)濾波器18a、18b引入的色散的符號是相 反的并且大致相等，因此，色散的和接近零。較佳地，經(jīng)補償?shù)姆秶?-2000psec/nm的量 級內(nèi)。也可倒轉(zhuǎn)地使用周期光學(xué)濾波器10，如圖1B所示。即，如果復(fù)用信號14是光學(xué)濾波 器18b的輸出端口 20的輸入，則周期光學(xué)濾波器10將輸出多個光信號12a、12b以在多根 光纖上傳輸。用于對復(fù)用信號14進行解交織的這種倒轉(zhuǎn)性適用于本發(fā)明的實施例。
現(xiàn)在參見圖2A-2D，選擇周期光學(xué)濾波器10中的光學(xué)濾波器18以使光學(xué)濾波器 18a和/或18b中的至少一個包括無限沖激響應(yīng)濾波器(IIR濾波器)26并且光學(xué)濾波器 18a和/或18b中的至少一個包括有限能夠響應(yīng)濾波器(FIR濾波器)28。例如，光學(xué)濾波 器18可包含(a) —個IIR濾波器26和/或FIR濾波器；(b)多個IIR濾波器26和/或 多個FIR濾波器28和/或(c)并聯(lián)的IIR濾波器或FIR濾波器。較佳地，每個光學(xué)濾波器 18a和/或18b包含圖2A-2D所示的IIR濾波器26或FIR濾波器28。然而， 一般只要周期 光學(xué)濾波器10包括至少一個IIR濾波器26和至少一個FIR濾波器28，就應(yīng)當(dāng)考慮IIR濾 波器和FIR濾波器的組合以使色散減至最小，如下文中更詳細說明的那樣。
圖2A示出適用于具有一個FIR濾波器28的周期光學(xué)濾波器10的光學(xué)濾波 器18b的一個版本。在業(yè)內(nèi)已討論適用于周期光學(xué)濾波器10的FIR濾波器28的各 個例子，參見"交織器技術(shù)比較禾口應(yīng)用需求(Interleaver Technology -Comparisons and Applications Reauirements) ，，Chen. S等人的奪織、器工廠回尼頁i侖文(Interleaver Workshop Review Paper) (0FC 2003)以及題為"光學(xué)交織器(解交織器)以及交織(解交 織)光信號的方法(Optical (De_) Interleaverand Method of (De_) interleaving Optical Signal)"的No. 6， 909， 531美國專利，其全部內(nèi)容通過引用明確地包含于此。FIR濾波器， 例如，可基于Mach-Zehnder干涉計、Fabry-Perot干涉計或其它類似干涉計。
總的來說，F(xiàn)IR濾波器28包括第一臂30和第二臂32以使第一臂30和第二臂32 的組合形成干涉測量單元34。較佳地，第一臂30和第二臂32是非對稱的并具有不同的路 徑長度。路徑長度是光通過系統(tǒng)所遵循的路徑的幾何長度。例如，在圖2A中，第一臂30的 路徑長度大于第二臂32的路徑長度。有區(qū)別的路徑長度在提供濾波功能的兩個臂之間給 予差分延時。如業(yè)內(nèi)已知的，關(guān)于第一臂30和第二臂32的路徑長度的設(shè)計考量提供一種 改變在作為結(jié)果的復(fù)用信號14中的信道的光譜范圍的機制。 FIR濾波器28包括第一端36和第二端38。 FIR濾波器28的第一端36被構(gòu)造成 形成兩個輸入端口 40a、40b。 FIR濾波器28的第二端38被構(gòu)造成形成兩個輸出端口 42a、 42b。信號被發(fā)送到輸入端口 40a和/或40b，在干涉測量單元34中被濾波，并提供給輸出 端口 42a和/或42b。信號適用于光信號12和經(jīng)濾波的光信號22兩者，由于這取決于光學(xué) 濾波器18在周期光學(xué)濾波器10中的布置，即輸入到光學(xué)濾波器18的信號是光信號12還 是經(jīng)濾波的光信號22。 如圖2B所示，F(xiàn)IR濾波器28(和/或IIR濾波器)可耦合在一起以形成兩個或更 多個FIR濾波器28a、28b的鏈。FIR濾波器28a的輸出端口 42a、42b通過定向耦合器44光 耦合于FIR濾波器28b的輸入端口 40a、40b。 圖2C適用于具有一個IIR濾波器26的周期光學(xué)濾波器10的光學(xué)濾波器18a或 18b的另一版本。已在業(yè)內(nèi)論及適用于周期光學(xué)濾波器10的1IR濾波器26的各個示例； Jinguji， K等的"光學(xué)半帶濾波器"。J Lightwave Technol巻18， 252-259 (2000);參見 Wang、 Qi等的"具有IIR構(gòu)架的100/300GHz光學(xué)交織器的設(shè)計(Design of 100/300GHz optical interleaver with IIRarchitecture) ，，， Optical Express,巻13 (2005年3月)； 其全部內(nèi)容通過引用合適IIR濾波器的結(jié)構(gòu)而明確地包含于此。例如，IIR濾波器26可基 于業(yè)內(nèi)已知的半帶干涉計。 —般來說，IIR濾波器26結(jié)構(gòu)上類似于上述的FIR濾波器28。類似于FIR濾波器， 1IR濾波器26包括形成兩個輸入端口 40a、40b的第一端36以及形成兩個輸出端口 42a、42b 的第二端38。信號被送入到IIR輸入端口 40a和/或40b，在干涉測量單元32中被濾波并 提供給IIR輸出端口 42a和/或42b。這些信號適用于光信號12和經(jīng)濾波的光信號22兩 者，由于這取決于光學(xué)濾波器18在周期光學(xué)濾波器10中的布置，即輸入到光學(xué)濾波器18 的信號是光信號12還是經(jīng)濾波的光信號22。 除了結(jié)構(gòu)類似于FIR濾波器28夕卜，IIR濾波器26還較佳地包括光耦合于第一臂 30和/或第二臂32的額外一個或多個諧振器46。例如圖2B所示，IIR濾波器26包括光 耦合于第二臂32的諧振器46。另外，多個諧振器46可附連于第一臂30和第二臂32兩者。每個諧振器46的尺寸和規(guī)格是變化的并基于周期光學(xué)濾波器10的要求和用途和/或設(shè)計 考量的簡化。 圖2D示出具有提供經(jīng)濾波的光信號的并聯(lián)的兩個IIR濾波器26的光學(xué)濾波器 18a或18b的另一版本。并聯(lián)的1IR濾波器26的結(jié)構(gòu)和功能類似于如上所述串聯(lián)的多個 FIR濾波器28。類似于FIR濾波器，每個IIR濾波器26a、26b各自包括形成輸入端口 40a、 40b和輸入端口 40c、40d的第一端36a和36b。每個IIR濾波器26a、26b還包括形成輸出端 口 42a、42b和輸出端口 42c、42d的第二端38a和38b。在光學(xué)濾波器18a或18b的這種版 本中，信號被送入到IIR輸入端口 40a、40b、40c和/或40d并在干涉測量單元32a、32b中 被濾波。通過由IIR輸出端口 42b和42c形成的復(fù)用支路48提供來自干涉測量單元32a、 32b的結(jié)果信號。信號適用于光信號12和經(jīng)濾波的光信號22兩者，由于這取決于光學(xué)濾波 器18在周期光學(xué)濾波器10中的布置，即輸入到光學(xué)濾波器18的信號是光信號12還是經(jīng) 濾波的光信號22。 可基于設(shè)計者的需要在IIR濾波器26和/或FIR濾波器28之間設(shè)置例如信號處 理系統(tǒng)、可變光學(xué)衰減器(VOA)、開關(guān)、其它濾波器、光學(xué)抽頭和/或類似物的中間設(shè)備而不 妨礙本發(fā)明的教義。另外，可在光學(xué)濾波器18a和18b之間設(shè)置例如信號處理系統(tǒng)、V0A、開 關(guān)、其它濾波器、光學(xué)抽頭和/或類似物的中間設(shè)備而不妨礙本發(fā)明的教義。
如前面討論的，在業(yè)內(nèi)單獨使用1IR濾波器26和FIR濾波器28以交織光信號12。 IIR濾波器26和FIR濾波器28兩者均具有針對提供復(fù)用信號14 (或相反地提供解復(fù)用的 信號)的要求特征。例如，通常利用1IR濾波器26的高消光比和寬帶寬的要求特征。然而， 如果只用于交織器或解交織器設(shè)計中，則IIR濾波器26通常造成色散的累積。
因此，本發(fā)明較佳地將IIR濾波器26的要求特征與FIR濾波器28結(jié)合以使作為 結(jié)果的復(fù)用信號14中的色散減至最小。例如，圖3A示出作為典型50/100GHz濾波器的IIR 濾波器26的響應(yīng)，而圖3B示出作為典型50/100GHz濾波器20的FIR濾波器28的響應(yīng)。 圖3A示出在IIR濾波器26中的光信號12輸入僅產(chǎn)生在設(shè)定頻率上具有負斜率ps/nm色 散的復(fù)用信號14。為了補償負斜率色散同時保持IIR濾波器26例如在響應(yīng)圖中明確得出 的高消光比和寬帶寬的使用優(yōu)點，圖3B中的FIR濾波器28被設(shè)計成產(chǎn)生與IIR濾波器26 相反符號的色散，其響應(yīng)示出于圖3B，以使FIR濾波器28的相反色散互相抵消或有效地消 除IIR濾波器26的至少一部分色散。因此，設(shè)置IIR濾波器26和對置FIR濾波器28使之 在周期光學(xué)濾波器10內(nèi)通信產(chǎn)生具有最小色散的復(fù)用信號14，同時基本保持作為結(jié)果的 復(fù)用信號14的要求特征。 參見圖4，其示出用于交織多個光信號12a、12b以提供在光纖上傳輸?shù)膹?fù)用信號 14的周期光學(xué)濾波器10的一個實施例的解說圖。圖4中的周期光學(xué)濾波器10是包含兩個 光學(xué)濾波器18a、18b的周期濾波器10。盡管本實施例示出兩個光學(xué)濾波器18a、18b的使用， 然而本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員很清楚，可基于設(shè)備的使用和設(shè)計特征的簡單化提供附加的光學(xué)濾 波器18而不妨礙本發(fā)明。光學(xué)濾波器18a通過輸入端口 16接收兩路光信號12a、 12b，執(zhí)行 第一濾波功能，并輸出經(jīng)濾波器的光信號22。圖4所示的光學(xué)濾波器18a包括IIR濾波器 26。 1IR濾波器26包括構(gòu)成周期光學(xué)濾波器的輸入端口 16的輸入端口 40a、40b，用來接收 光信號12a、12b。通過IIR濾波器26的干涉測量單元34對光信號12a、12b濾波以提供經(jīng) 濾波的光信號22。經(jīng)濾波的光信號22通過1IR濾波器26的輸出端口 42a、42b輸出并被發(fā)送至光學(xué)濾波器18b。盡管圖4示出使用只有一個IIR濾波器26的光學(xué)濾波器18a，然而 本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，光學(xué)濾波器18a可包括串聯(lián)或并聯(lián)的IIR濾波器26的鏈。
光學(xué)濾波器18b通過中間端口 24接收經(jīng)濾波的光信號22，在經(jīng)濾波的光信號22 上執(zhí)行第二濾波功能，并通過輸出端口 20提供復(fù)用的信號。光學(xué)濾波器18b包括兩個FIR 濾波器28a、28b。 FIR濾波器28a的輸入端口 40a、40b形成接收經(jīng)濾波光信號22的中間端 口 24。通過FIR濾波器28a的干涉測量單元34a和FIR濾波器28b的干涉測量單元34b發(fā) 送經(jīng)濾波的光信號22，從而產(chǎn)生結(jié)果的復(fù)用信號14。 FIR濾波器28b的輸出端口 42a和42b 形成輸出端口 20，用于在一根光纖上輸出復(fù)用的信號14。盡管圖4示出使用具有兩個FIR 濾波器28a、28b的光學(xué)濾波器18b，然而本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，光學(xué)濾波器18b可包 括單個FIR濾波器28或串聯(lián)或并聯(lián)的多個FIR濾波器28的鏈。 現(xiàn)在參見圖5，其中示出具有多級配置的周期光學(xué)濾波器10的另一實施例的解說 圖。周期光學(xué)濾波器10通過輸入端口 16接收光信號12，使用至少兩個光學(xué)濾波器18a、 18b 對光信號12進行濾波，并通過輸出端口 20提供作為結(jié)果的復(fù)用信號14。
光學(xué)濾波器18a通過輸入端口 16接收兩路光信號12a、 12b，執(zhí)行濾波功能，并將經(jīng) 濾波的光信號24輸出至復(fù)用支路48。圖4所示的光學(xué)濾波器18a包括并聯(lián)的IIR濾波器 26a和26b。 1IR濾波器26a、26b包括形成周期光學(xué)濾波器的輸入端口 16的輸入端口40a、 40b、40c和40d，用于接收光信號12。在圖5中，光信號12a和12b被輸入到輸入端口 40b 和40d中。要理解，可根據(jù)設(shè)備的需要提供附加的光信號12并將其輸入到輸入端口 40a、 40c 。 通過IIR濾波器26a、26b的干涉測量單元34a和34b對光信號12a、 12b進行濾波 以提供經(jīng)濾波的光信號22a、22b。經(jīng)濾波的光信號22a、22b通過IIR濾波器26a和26b的 輸出端口 42b和42c輸出并通過復(fù)用支路48發(fā)送。復(fù)用支路48將經(jīng)濾波的光信號22a、 22b發(fā)送給光學(xué)濾波器18b 。 光學(xué)濾波器18b通過中間端口 24接收經(jīng)濾波的光信號22a、22b，在經(jīng)濾波的光信 號22a、22b上執(zhí)行第二濾波功能，并通過輸出端口 20提供復(fù)用的信號。光學(xué)濾波器18b包 括兩個FIR濾波器28a、28b。 FIR濾波器28a的輸入端口 40a、40b形成用于接收經(jīng)濾波的 光信號22a、22b的中間端口 24。通過FIR濾波器28a的干涉測量單元34c和FIR濾波器 28b的干涉測量單元34d發(fā)送經(jīng)濾波的光信號22a、22b，由此產(chǎn)生作為結(jié)果的復(fù)用信號14。 FIR濾波器28b的輸出端口 42a、42b形成輸出端口 20以在單根光纖上輸出復(fù)用的信號14。 盡管圖5示出采用具有兩個FIR濾波器28a、 28b的光學(xué)濾波器18b，然而本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)理解，光學(xué)濾波器18b可包括單個FIR濾波器28或多個FIR濾波器28構(gòu)成的鏈。
現(xiàn)在參見圖6，其中示出具有多級配置的周期光學(xué)濾波器10的另一實施例的解說 圖，其中FIR濾波器28包括光學(xué)濾波器18a而IIR濾波器26包括光學(xué)濾波器18b。周期光 學(xué)濾波器10通過輸入端口 16接收光信號12，使用光學(xué)濾波器18a、 18b對光信號12進行濾 波，并通過輸出端口 20提供作為結(jié)果的復(fù)用信號14。 如前面討論的，周期光學(xué)濾波器10也可倒轉(zhuǎn)使用以在復(fù)用信號14上執(zhí)行解交織 功能。例如，圖7在結(jié)構(gòu)上類似于圖5并示出周期光學(xué)濾波器10用于解交織復(fù)用信號14 的一個這樣的實施例。在本實施例中，波分復(fù)用信號14被輸入到光學(xué)濾波器18b的輸出端 口 20以使周期光學(xué)濾波器IO輸出多個光信號12a、12b以供在多根光纖上傳輸。這種對復(fù)
9用信號14解交織的倒轉(zhuǎn)性適用于本發(fā)明的實施例。這種對復(fù)用信號14解交織的倒轉(zhuǎn)性適 用于本發(fā)明結(jié)構(gòu)上類似的實施例。 現(xiàn)在參見圖8a和圖8b，其中示出新增-撤除復(fù)用器100，它提供進入或離開單模 光纖的光信號12的路由和處理?？偟膩碚f，新增-撤除復(fù)用器100包括用于復(fù)用信號14進 行解交織的周期光學(xué)濾波器10a以及用于對光信號12進行交織的周期光學(xué)濾波器，如本文 所述那樣。另外，新增_撤除復(fù)用器100包括重構(gòu)解交織周期光學(xué)濾波器10a、交織周期光 學(xué)濾波器10b之間的路徑的信號處理系統(tǒng)102以及用于新增和撤除光信號的多個端口 104。
解交織周期光學(xué)濾波器10a將波分復(fù)用信號14分成光信號12并將該光信號12 輸出至信號處理系統(tǒng)102。信號處理系統(tǒng)102接收光信號12并將該光信號12轉(zhuǎn)換成處理 信號104。信號處理系統(tǒng)104通過撤除光信號12、新增光信號12和/或?qū)⒐庑盘?2引導(dǎo) 至交織周期光學(xué)濾波器10b而重構(gòu)光信號12的路徑。 參見圖8，其中示出代表信號處理系統(tǒng)102的一個實施例的解說框圖。光信號12 的重構(gòu)是通過使用第一轉(zhuǎn)換處理器108將光信號12轉(zhuǎn)換成處理信號104而達成的。轉(zhuǎn)換 機制包括機械手段、電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)和/或類似物。較佳地，信號處理系統(tǒng)102使用例 如通過光電探測器的使用的電光效應(yīng)將光信號轉(zhuǎn)換成處理信號104。 一旦光信號被轉(zhuǎn)換成 處理信號106，將處理信號發(fā)送至至少一個重構(gòu)處理器110。重構(gòu)處理器IIO可通過端口新 增處理信號106，撤除處理信號106。重構(gòu)處理器110的例子包括光纖接線板、光學(xué)開關(guān)等。 另外，其它類型的重構(gòu)處理器110可包含在信號處理系統(tǒng)102中以放大處理信號106、對處 理信號106進行進一步的濾波和/或?qū)崿F(xiàn)類似功能。 直接轉(zhuǎn)換回到光信號12并經(jīng)過周期光學(xué)濾波器10b的處理信號106是直通光路。 在信號處理系統(tǒng)102中新增或撤除的處理信號106被稱為新增/撤除光路。不管是直通光 路還是新增光路，處理信號106在第二轉(zhuǎn)換處理器112中被轉(zhuǎn)換回到光信號并被路由至交 織周期光學(xué)濾波器10b以在單根光纖上合并和傳輸復(fù)用信號14。另外，信號處理系統(tǒng)102 可允許光信號12從端口 104新增或撤除而不需要將全部端口 104上的光信號12轉(zhuǎn)換成處 理信號104并再次轉(zhuǎn)換成光信號12。 現(xiàn)在參見圖9，圖中示出根據(jù)本發(fā)明的用于將光掩模212上的周期光學(xué)濾波器10 的一個或多個圖案轉(zhuǎn)移至襯底216上的芯材214的示例性照相平版印刷系統(tǒng)210。在本 實施例中，芯材214是一層薄膜，它由選自包括硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、摻雜鍺的 二氧化硅、磷化銦、砷化鎵、高指標(biāo)聚合物以及適于形成光波導(dǎo)的包含前述內(nèi)容的組合的其 它材料的組的材料構(gòu)成。芯材214沉積在由折射率低于芯材214折射率的材料構(gòu)成的包 覆材料218上。包覆材料218可選自由二氧化硅、低指標(biāo)氮氧化硅、低指標(biāo)碳氧化硅、磷化 砷鎵銦、聚合物以及適于形成光波導(dǎo)的包含前述內(nèi)容的組合的其它材料的組。在美國專利 No. 6， 614， 977中討論了適于形成芯材214和包覆材料218的薄膜光學(xué)材料和包覆層的組合 (及其制造方法)的各示例，其全部內(nèi)容援引包含于此以供參考。 光刻膠層220位于芯材214上?？偟膩碚f，光刻膠層220是由一種材料構(gòu)成的，該 材料在去除芯材214的預(yù)定部分的后續(xù)工藝中，例如在蝕刻工藝中，防止光刻膠層220下面 的材料被去除或直接在光刻膠層220下面的材料被去除。因此，光刻膠層220或者是正性 光刻膠或者是負性光刻膠。本發(fā)明在這里將光刻膠層220例如描述為正性光刻膠并在側(cè)視 圖中不示出光掩模212或周期光學(xué)濾波器10的圖案的俯視圖?？衫美缧康娜我夂线m工藝將光刻膠層220設(shè)置在芯材214上。 照相平版印刷系統(tǒng)210還設(shè)有電磁能量源222，它使能量通過分階成像透鏡系統(tǒng) 224和光掩模212至光刻膠層220。例如高強度紫外光源等電磁能量源222提供能夠與光 刻膠層220反應(yīng)的電磁能，以將光掩模212上的圖案轉(zhuǎn)移至光刻膠層220上。
分階成像透鏡系統(tǒng)224從電磁能量源222接收電磁能并將該能量引導(dǎo)至光掩模 212，光掩模212使光刻膠層220部分暴露于電磁能。這種曝光可通過任何合適的方法實現(xiàn)， 例如接觸、接近(proximity)和投影。 —旦光刻膠層220已曝光，則該光刻膠層220被顯影以形成具有周期光學(xué)濾波器 10的幾何形狀的掩模230，如圖10所示。 一旦形成了掩模230，則由掩模30形成的圖案 被轉(zhuǎn)移至芯材214以形成周期光學(xué)濾波器10，如圖11所示?？赏ㄟ^任何合適的工藝完成 轉(zhuǎn)移，例如蝕刻工藝。應(yīng)當(dāng)理解，可使用標(biāo)準(zhǔn)或后顯影技術(shù)來形成構(gòu)成本文所稱PLC的元 件的周期光學(xué)濾波器，所述顯影技術(shù)用于半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)以沉積光波導(dǎo)材料和進行布圖，例如 干蝕、濕蝕、火焰水解沉積(FHD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、反應(yīng)離子蝕刻(RIE)、物理增強式 CVD (PECVD)等。 一旦形成周期光學(xué)濾波器10，就將掩模230去除，并隨后可將另一包覆材料 層(未示出)沉積到整個表面上并在必要時利用任何適宜工藝進行平整化處理。例如，在 題為"具有稠密的平整包覆層的集成光學(xué)電路(Integrated OpticalCircuit With Dense Planarized Cladding Layer)"的No. 6， 768， 828美國專利中討論施加另一層包覆材料的工 藝，其全部內(nèi)容明確地援引包含于此。 盡管就制造一個周期光學(xué)濾波器10說明了制造本發(fā)明的周期光學(xué)濾波器10的上 述方法，然而本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，該制造方法以及目前業(yè)內(nèi)已知或今后研發(fā)出的 任意其它適宜的制造技術(shù)能可用來制造一個或多個周期濾波器或其一部分。
計算機軟件代碼可用來允許用戶構(gòu)建周期光學(xué)濾波器10和/或新增-撤除復(fù)用 器100的虛擬表示。例如可利用從加拿大、安大略的Apollo Photonics公司售出的光波 導(dǎo)模組件(0麗S)和光束傳播求解軟件來實現(xiàn)這種工具。該軟件還允許使用完整矢量光束 傳播方法(FV-BPM)而實現(xiàn)數(shù)字模擬(另見W. P Huang和C. L. Xu的"通過完整矢量光束 光波方法的三維光波導(dǎo)的模擬(Simulation ofthree-dimensional optical waveguides by a full-vector beam propagationmethod) ，，， IEEE J.量子電子學(xué)的選擇主題、巻29、 2639-2649頁，1993，其全部內(nèi)容援引包含于此)。FV-BPM考慮到包括光場旋轉(zhuǎn)的極化效果。
例如，存儲在一個或多個計算機可讀介質(zhì)上并可由合適處理器執(zhí)行的軟件代碼可 用來向用戶提供一用戶界面(例如通過計算機系統(tǒng)的監(jiān)視器)，該界面接收來自用戶的輸 入(例如通過計算機系統(tǒng)的鍵盤和/或鼠標(biāo))。用戶可將信息輸入到用戶界面，該信息定義 與中間結(jié)構(gòu)或集成的光學(xué)器件相關(guān)的一個或多個參數(shù)。軟件代碼可隨后將輸入的參數(shù)存儲 在一個或多個計算機可讀介質(zhì)上并利用輸入的參數(shù)來產(chǎn)生和顯示與這些參數(shù)對應(yīng)的中間 或集成光學(xué)器件的虛擬表示。從用戶接收的這些參數(shù)可包括，例如，下面一個或多個周期 光學(xué)濾波器10和/或新增_撤除復(fù)用器100的形狀的寬、長，或周期光學(xué)濾波器10和/或 新增-撤除復(fù)用器100的任意其它幾何特征或特性。 如上所述，在一個實施例中，虛擬表示可用來模擬與結(jié)果得到的周期光學(xué)濾波器 10和/或新增_撤除復(fù)用器100結(jié)構(gòu)相關(guān)的幾何形狀和特性。此外，該虛擬表示可包含在 設(shè)計應(yīng)用(例如0麗S)中，這將虛擬表示應(yīng)用于設(shè)計中從而與其它元件組合一起而形成平面式光波電路，例如在芯片和/或具有多個芯片的晶片的設(shè)計中。這種能力允許由用戶設(shè)
計出(或具有預(yù)定參數(shù))的周期光學(xué)濾波器io和/或新增-撤除復(fù)用器ioo，結(jié)合光學(xué)電
路中的其它元件一起得到評價。 如前面提到的，WDM系統(tǒng)允許網(wǎng)絡(luò)容量的擴充而不必布置更多的光纖，這是因為能 簡單地通過使交織器和解交織器升級來擴充給定鏈路的容量。本文中給出一種用于減小光 學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的色散的方法。該方法總的包括分配交織和/或解交織周期光學(xué)濾波器10 以修復(fù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和/或使其升級的步驟。該方法包括通過斷開從周期光學(xué)濾波器10的輸 入端口 16發(fā)送光信號12的光纖并斷開從輸出端口 20發(fā)送復(fù)用信號14的光纖而去除第一 交織周期光學(xué)濾波器。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)建的交織周期光學(xué)濾波器10在輸入端口 16連接于發(fā) 送光信號12的光纖并在輸出端口 20連接于發(fā)送復(fù)用信號14的光纖。
在另一實施例中，該方法包括通過斷開從輸出端口 20發(fā)送光信號12的光纖并斷 開從輸入端口 16發(fā)送復(fù)用信號14的光纖而去除解交織周期光學(xué)濾波器。該解交織周期光 學(xué)濾波器10在輸出端口 20連接于發(fā)送光信號12的光纖并在輸入端口 16連接于發(fā)送復(fù)用 信號14的光纖。 從前面的說明可以理解，對本發(fā)明的優(yōu)選或替換性實施例可作出多種修改和變化 而不脫離其真實的精神。說明書中設(shè)計的簡化指向業(yè)內(nèi)已知的設(shè)計參數(shù)考量并可包括設(shè)備 使用的經(jīng)濟和實踐考量。本說明書的意圖僅在于說明并且不應(yīng)當(dāng)解釋成限定含義。本發(fā)明 的范圍應(yīng)當(dāng)僅由下面給出的權(quán)利要求書的語句來確定。權(quán)利要求書中的術(shù)語"包含"旨在 表示"至少包括"，以使權(quán)利要求書所述的元件列表為開放式的組。"一"、"一個"和其它單 數(shù)項旨在包括其復(fù)數(shù)形式，除非明確排除這種情況。
1權(quán)利要求
一種光學(xué)交織器，包括具有配置成接收第一和第二光信號的第一輸入端口的第一光學(xué)濾波器，所述第一光學(xué)濾波器具有提供經(jīng)濾波的光信號的第一輸出端口；以及具有配置成從所述第一光學(xué)濾波器接收經(jīng)濾波的光信號的第二輸入端口的第二光學(xué)濾波器，所述第二光學(xué)濾波器具有提供復(fù)用信號的第二輸出端口；其中所述第一和第二光學(xué)濾波器中的至少一個包括無限沖激響應(yīng)(IIR)濾波器而所述第一和第二光學(xué)濾波器中的另一個包括有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器，所述第一光學(xué)濾波器具有關(guān)聯(lián)的第一色散斜率，所述第一色散斜率具有符號和大小，所述第二光學(xué)濾波器具有關(guān)聯(lián)的第二色散斜率，所述第二色散斜率具有與所述第一色散斜率的符號相反的符號，并且所述第二色散斜率的大小與所述第一色散斜率的大小基本相等。
2. 如權(quán)利要求l所述的周期濾波器，其特征在于，所述第一光學(xué)濾波器包括所述FIR濾波器。
3. 如權(quán)利要求l所述的周期濾波器，其特征在于，所述第二光學(xué)濾波器包括所述FIR濾波器。
4. 如權(quán)利要求2所述的周期濾波器，其特征在于，所述FIR濾波器是第一 FIR濾波器，所述第一濾波器還包括與所述第一 FIR濾波器并行級聯(lián)的第二 FIR濾波器。
5. 如權(quán)利要求1所述的周期光學(xué)濾波器，其特征在于，所述第一光學(xué)濾波器包括所述IIR濾波器，所述IIR濾波器是第一 IIR濾波器，所述第一光學(xué)濾波器還包括與所述第一IIR濾波器并行級聯(lián)的第二 IIR濾波器。
6. 如權(quán)利要求5所述的周期光學(xué)濾波器，其特征在于，所述第一 IIR濾波器包括第一端和第二端且所述第二 IIR濾波器包括第一端和第二端，所述第一和第二 IIR濾波器的第一端構(gòu)成所述第一光學(xué)濾波器的所述第一輸入端口 。
7. 如權(quán)利要求6所述的周期光學(xué)濾波器，其特征在于，所述第一和第二 IIR濾波器中的每一個包括具有不同路徑長度的第一臂和第二臂。
8. 如權(quán)利要求7所述的周期光學(xué)濾波器，其特征在于，所述第一IIR濾波器包括光耦合于所述第一 IIR濾波器的所述第一和第二臂中的一個的諧振器。
9. 如權(quán)利要求1所述的周期光學(xué)濾波器，其特征在于，所述第一和第二光信號中的每一個包括多個復(fù)用信道。
10. 如權(quán)利要求1所述的周期光學(xué)濾波器，其特征在于，所述第一光學(xué)濾波器包括所述FIR濾波器，所述FIR濾波器是第一 FIR濾波器，所述第一光學(xué)濾波器還包括耦合于所述第一 FIR濾波器的第二 FIR濾波器。
11. 如權(quán)利要求1所述的周期光學(xué)濾波器，其特征在于，所述FIR濾波器是Mach-Zehnder干涉計。
12. 如權(quán)利要求1所述的周期光學(xué)濾波器，其特征在于，所述IIR濾波器是半帶濾波器。
13. —種周期光學(xué)濾波器，包括具有第一端和第二端的無限沖激響應(yīng)濾波器；其中所述第一端是接收光信號的輸入端口 ，而所述第二端是提供經(jīng)濾波的光信號的復(fù)用支路；以及具有第一端和第二端的有限沖激響應(yīng)濾波器，所述有限沖激響應(yīng)濾波器的第一端是接收來自所述無限沖激響應(yīng)濾波器的經(jīng)濾波光信號的中間端口 ，而所述第二端是提供復(fù)用信號的輸出端口 ，所述無限沖激響應(yīng)濾波器具有關(guān)聯(lián)的第一色散斜率，所述第一色散斜率具有符號和大小，所述有限沖激響應(yīng)濾波器具有關(guān)聯(lián)的第二色散斜率，所述第二色散斜率具有與所述第一色散斜率的符號相反的符號，并且所述第二色散斜率的大小基本等于所述第一色散斜率的大小。
14. 一種光學(xué)解交織器，包括具有第一端和第二端的有限沖激響應(yīng)濾波器，其中所述有限沖激響應(yīng)濾波器的第一端是接收復(fù)用信號的輸入端口 ，而所述第二端是提供經(jīng)濾波光信號的中間端口 ；以及具有第一端和第二端的無限沖激響應(yīng)濾波器，其中所述無限沖激響應(yīng)濾波器的所述第一端接收經(jīng)濾波的光信號而所述無限沖激響應(yīng)濾波器的所述第二端是輸出端口。
全文摘要
公開一種用于使多個光信號進行交織以在光纖上提供傳輸?shù)膹?fù)用信號的周期光學(xué)濾波器。該周期光學(xué)濾波器包括構(gòu)造成通過輸入端口接收至少兩路光信號以提供至少一個經(jīng)濾波的光信號的第一光學(xué)濾波器。周期光學(xué)濾波器還包括第二光學(xué)濾波器，它與第一光學(xué)濾波器通信，并被構(gòu)造成通過中間端口從第一光學(xué)濾波器接收經(jīng)濾波的光信號以通過輸出端口提供傳輸?shù)膹?fù)用信號。光學(xué)濾波器中的至少一個包括無限沖激響應(yīng)濾波器且至少一個光學(xué)濾波器包括有限沖激響應(yīng)濾波器。還公開了包括周期光學(xué)濾波器的制造方法和使用方法。
文檔編號G02B6/12GK101790696SQ200880025215
公開日2010年7月28日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
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