專利名稱：可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多通道光分插復(fù)用器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光通信器件，更確切地說(shuō)是涉及一種可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多通道光分插復(fù)用器結(jié)構(gòu)。
光分插復(fù)用器OADM(Optical Add/Drop Multiplexer)的功能是從傳輸設(shè)備中選擇地下路(Drop)通道中通往本地用戶的信號(hào)，同時(shí)上路(Add)由本地用戶發(fā)往另一節(jié)點(diǎn)用戶的信號(hào)，上、下路進(jìn)行的同時(shí)不能影響其它波長(zhǎng)通道的傳輸。光分插復(fù)用器OADM的基本原理是波分復(fù)用光信號(hào)(WDM)首先由解復(fù)用器把復(fù)用的各個(gè)波長(zhǎng)解開，然后經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)交換單元?jiǎng)討B(tài)選擇上、下路的波長(zhǎng)，最后再由復(fù)用器復(fù)用到同一鏈路輸出。用不同的方法實(shí)現(xiàn)解復(fù)用和復(fù)用，就可構(gòu)成不同的光分插復(fù)用器OADM結(jié)構(gòu)。
目前，已有多種光分插復(fù)用器OADM的實(shí)現(xiàn)方案，但總的說(shuō)來(lái)可以分為可重構(gòu)與非重構(gòu)兩種。其中可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的布拉格光纖光柵(FBG)加環(huán)形器結(jié)構(gòu)的OADM，在下路多路波長(zhǎng)時(shí)，因多個(gè)波長(zhǎng)通道下路在一根光纖中，還需用解復(fù)用器將它們分開；而陣列波導(dǎo)光柵(AWG)型的OADM，則存在通道間泄漏較大、串?dāng)_嚴(yán)重和不能下路干線上波長(zhǎng)通道的缺點(diǎn)。
一種基于馬赫-澤德干涉儀(MZI)和布拉格光纖光柵(FBG)的OADM模塊，其結(jié)構(gòu)如

圖1中所示，包括兩個(gè)2×2的光耦合器(3dB)11、12，一個(gè)馬赫-澤德干涉儀13和位于馬赫-澤德干涉儀13兩臂上的布拉格光纖光柵14。干線波分復(fù)用(WDM)信號(hào)從輸入端口經(jīng)2×2輸入光耦合器11輸入馬赫-澤德干涉儀13的兩臂，由于兩臂上都具有反射特定波長(zhǎng)的布拉格光纖光柵14，故輸入波分復(fù)用WDM信號(hào)的特定波長(zhǎng)將被布拉格光纖光柵14反射，從而使特定波長(zhǎng)的信號(hào)再次從馬赫-澤德干涉儀13的兩臂反射回輸入光耦合器11，在2×2的光耦合器11中發(fā)生干涉，在輸入端口1(in)發(fā)生相消干涉，在另一3(drop)端口發(fā)生相長(zhǎng)干涉，于是就實(shí)現(xiàn)了該波長(zhǎng)信號(hào)的下路。同理，在輸出光耦合器12實(shí)現(xiàn)上路(add)的目的。
上述過(guò)程可進(jìn)一步解釋為2×2的光耦合器11或12，具有4個(gè)端口，其耦合通道與直通通道相比有π/2的位相差。如果波分復(fù)用(WDM)信號(hào)從1(in)端口輸入，經(jīng)過(guò)光耦合器11后分為兩束，2端口與4端口的兩束信號(hào)強(qiáng)度相同，但4端口的信號(hào)較2端口有π/2的相位滯后，兩束有位相差的光信號(hào)在到達(dá)處于馬赫-澤德干涉儀13兩臂上的布拉格光纖光柵14時(shí)，與布拉格光纖光柵反射波長(zhǎng)不同的光信號(hào)將通過(guò)布拉格光纖光柵，而與布拉格光纖光柵反射波長(zhǎng)相同的光信號(hào)將受到布拉格光纖光柵的反射而從原路返回，并再次經(jīng)過(guò)光耦合器11，這樣在光耦合器11的1端口的兩束光中有一束是二次經(jīng)過(guò)光耦合器11的耦合通道，另一束卻是二次經(jīng)過(guò)光耦合器11的直通通道，因此兩束反射光就有了π的位相差，發(fā)生了相消干涉導(dǎo)致反射光不會(huì)從1(in)端口輸出，而在3(drop)端口輸出，由于兩束來(lái)源于1(in)端口的光束都有π/2的位相延遲，發(fā)生了相長(zhǎng)干涉而從3(drop)端口輸出，即，經(jīng)過(guò)布拉格光纖光柵14反射的光信號(hào)通過(guò)相長(zhǎng)干涉從3(drop)端口下路。同理，由于光耦合器12的π/2的相移使通過(guò)布拉格光纖光柵14的波長(zhǎng)通道從其3(out)端口輸出。至于發(fā)生在光耦合器12的上路信號(hào)具有與下路相同的過(guò)程，上路信號(hào)從1(add)端口輸入，經(jīng)光耦合器12分成等強(qiáng)度的兩束，經(jīng)布拉格光纖光柵14反射后再次通過(guò)光耦合器12并在3(out)端口干涉相長(zhǎng)而輸出。
上述基于馬赫-澤德干涉儀(MZI)和布拉格光纖光柵(FBG)的OADM模塊，與布拉格光纖光柵(FBG)加環(huán)形器結(jié)構(gòu)的OADM相比，由于僅僅由光纖組成，故損耗低、體積小，且允許有高的輸入功率，而與陣列波導(dǎo)光柵(AWG)型的OADM相比，其優(yōu)點(diǎn)是能下路所有波長(zhǎng)通道，且通道間串?dāng)_很小。
但，通過(guò)對(duì)上述基于馬赫-澤德干涉儀(MZI)和布拉格光纖光柵(FBG)的OADM模塊的分析，該基本結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題是只能上、下一路波長(zhǎng)λ，不能適應(yīng)目前高速發(fā)展的光網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越高的要求，因此迫切需要一種基于馬赫-澤德干涉儀(MZI)和布拉格光纖光柵(FBG)的、可實(shí)現(xiàn)上、下路任意波長(zhǎng)及上、下路任意1～N路光通道的OADM。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多通道光分插復(fù)用器，包括至少一個(gè)基于馬赫-澤德干涉儀(MZI)和布拉格光纖光柵(FBG)的光分插復(fù)用器(OADM)模塊，每個(gè)模塊包括一個(gè)馬赫-澤德干涉儀和位于馬赫-澤德干涉儀兩臂上的布拉格光纖光柵，具有輸入(in)、下路(drop)、上路(add)、輸出(out)端口，其特征在于所述的上一個(gè)模塊的輸出(out)端口與下一個(gè)模塊的輸入(in)端口連接；每個(gè)模塊的布拉格光纖光柵(FBG)上設(shè)置有可使光纖光柵的反射波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)的微調(diào)器。
所述的微調(diào)器是一鍍覆在所述布拉格光纖光柵(FBG)上的金屬膜加熱器，金屬膜加熱器與控制電壓相連接。
所述的布拉格光纖光柵(FBG)是聚合物材料的布拉格光纖光柵(FBG)。
所述的微調(diào)器是一套置在所述布拉格光纖光柵(FBG)上的壓電陶瓷(PZT)套管，壓電陶瓷(PZT)套管與控制電壓相連接。
所述的微調(diào)器由陶瓷套管、V型槽和步進(jìn)器組裝構(gòu)成；所述的陶瓷套管套置在所述的布拉格光纖光柵(FBG)上，所述的陶瓷套管固定在V型槽中，所述的步進(jìn)器壓觸在V型槽開口處的陶瓷套管管壁上。
所述的陶瓷套管與所述的布拉格光纖光柵(FBG)同心套置。
本實(shí)用新型的一種可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多通道光分插復(fù)用器，通過(guò)對(duì)其構(gòu)成中每個(gè)基于馬赫-澤德干涉儀(MZI)和布拉格光纖光柵(FBG)的光分插復(fù)用器(OADM)模塊內(nèi)光纖光柵進(jìn)行微調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)反射與不反射兩個(gè)狀態(tài)，對(duì)光纖光柵的微調(diào)使布拉格光纖光柵(FBG)的反射中心波長(zhǎng)發(fā)生與相鄰波長(zhǎng)通道間隔一半左右的偏移。即在布拉格光纖光柵(FBG)受到微調(diào)時(shí)，將不反射任何ITU-T序列(一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))的波長(zhǎng)，而是使所有波長(zhǎng)透明的通過(guò)；當(dāng)布拉格光纖光柵(FBG)不被微調(diào)時(shí)，將通過(guò)反射該光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)而使該通道上、下路。如此就可通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)模塊中的光纖光柵，實(shí)現(xiàn)任意波長(zhǎng)、任意數(shù)目光通道的上、下路。
本實(shí)用新型可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多通道光分插復(fù)用器的有益效果是大大降低了現(xiàn)有光分插復(fù)用器的串?dāng)_水平；由于都是波導(dǎo)器件，易于集成；體積小、成本低。
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)。
圖1是基于馬赫-澤德干涉儀(MZI)和布拉格光纖光柵(FBG)的光分插復(fù)用器(OADM)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多通道光分插復(fù)用器結(jié)構(gòu)圖。
圖3是采用步進(jìn)器調(diào)節(jié)光纖光柵的微調(diào)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1說(shuō)明前已述及，不再贅述。
參見圖2，圖中示出可動(dòng)態(tài)重構(gòu)、實(shí)現(xiàn)上、下路1～n種波長(zhǎng)和上、下1～n路光通道的光分插復(fù)用器結(jié)構(gòu)。包括n個(gè)基于馬赫-澤德干涉儀(MZI)和布拉格光纖光柵(FBG)的光分插復(fù)用器(OADM)模塊(圖中僅畫出布拉格光纖光柵)F1、F2…Fn，每個(gè)布拉格光纖光柵上均設(shè)置有微調(diào)器，如圖中布拉格光纖光柵上的箭頭所示。通過(guò)上一個(gè)模塊的輸出(out)端口與下一個(gè)模塊的輸入(in)端口連接，而構(gòu)成具有一個(gè)輸入(in)端口、一個(gè)輸出(out)端口、n個(gè)下路(Drop)波長(zhǎng)λ1、λ2…λn和n個(gè)上路(Add)波長(zhǎng)λ1、λ2…λn的可動(dòng)態(tài)重構(gòu)多通道光分插復(fù)用器。通過(guò)調(diào)節(jié)各布拉格光纖光柵F1、F2…Fn上的微調(diào)器，實(shí)現(xiàn)其反射與不反射兩個(gè)狀態(tài)，就可實(shí)現(xiàn)任意波長(zhǎng)任意數(shù)目的上、下路。
微調(diào)器的實(shí)現(xiàn)方案可以有多種。
第一種是采用金屬膜加熱器對(duì)布拉格光纖光柵進(jìn)行調(diào)節(jié)，即在布拉格光纖光柵的表面鍍覆金屬膜加熱器并與控制電壓相連接，調(diào)節(jié)金屬膜加熱器的加熱電壓，使布拉格光纖光柵的溫度升高，其折射率發(fā)生變化，從而使布拉格光纖光柵的反射波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)，當(dāng)它的移動(dòng)值為波分復(fù)用(WDM)信號(hào)光通道間隔的一半時(shí)，記下此時(shí)的電壓值V。在實(shí)際微調(diào)時(shí)，控制金屬膜加熱器的加熱電壓為零，布拉格光纖光柵將反射一個(gè)特定波長(zhǎng)的光通道；控制金屬膜加熱器的加熱電壓為V，該布拉格光纖光柵將不反射任何波長(zhǎng)的光通道。由于聚合物的導(dǎo)熱率更大，故采用金屬膜加熱器的微調(diào)器更適合于聚合物材料的布拉格光纖光柵使用。實(shí)驗(yàn)表明，聚合物材料的布拉格光纖光柵的反射高于45dB，沒(méi)有可探測(cè)到的帶外反射，其最小波長(zhǎng)通道間隔為75GHz，調(diào)諧范圍為20nm，熱光調(diào)諧率為-0.256nm/℃。
第二種是采用壓電陶瓷(PZT)套管對(duì)布拉格光纖光柵進(jìn)行調(diào)節(jié)，即在布拉格光纖光柵外套設(shè)壓電陶瓷套管并與控制電壓相連接，當(dāng)在壓電陶瓷套管上加上電壓時(shí)，壓電陶瓷套管本身會(huì)發(fā)生微小的形變。該形變將使壓電陶瓷套管緊縮從而壓縮布拉格光纖光柵，使布拉格光纖光柵的折射率發(fā)生變化而使它的反射波長(zhǎng)產(chǎn)生位移?？赏ㄟ^(guò)控制電源電壓來(lái)壓縮壓電陶瓷(PZT)套管，使布拉格光纖光柵產(chǎn)生波長(zhǎng)通道間隔一半的偏移，此時(shí)，該波長(zhǎng)通道即可完全通過(guò)布拉格光纖光柵并直接通過(guò)模塊；如果不加控制電壓，該波長(zhǎng)通道將受到布拉格光纖光柵的反射，在模塊內(nèi)馬赫-澤德干涉儀MZI中兩束反射光發(fā)生干涉，在下路端口干涉相長(zhǎng)而達(dá)到下路的目的。同理在模塊內(nèi)馬赫-澤德干涉儀MZI的上路端也通過(guò)反射和干涉達(dá)到上路的目的。
第三種是采用由步進(jìn)器、V型槽和陶瓷套管組裝成的微調(diào)器對(duì)布拉格光纖光柵進(jìn)行調(diào)節(jié)。
參見圖3，布拉格光纖光柵31被套在(限制在)圓度及同心度均非常高的陶瓷套管32中，并由V型槽33支撐，步進(jìn)器34(通過(guò)步進(jìn)式馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生平移動(dòng)作的一種部件)對(duì)V型槽33開口處的陶瓷套管32的管壁進(jìn)行壓縮，如圖中箭頭所示，從而產(chǎn)生對(duì)布拉格光纖光柵31的均勻壓縮，改變布拉格光纖光柵31的折射率，使布拉格光纖光柵31的反射波長(zhǎng)發(fā)生光通道間隔一半的移動(dòng)，此時(shí)該波長(zhǎng)通道即可直通布拉格光纖光柵31。通過(guò)壓縮或不壓縮陶瓷套管32，即可達(dá)到通過(guò)或反射與之對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)通道的目的。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，可產(chǎn)生±50nm的線性轉(zhuǎn)變，±2pm的波長(zhǎng)分辨率，±250MHz的頻率分辨率。
上述微調(diào)器的機(jī)械控制方案簡(jiǎn)單易現(xiàn)，可用于控制布拉格光纖光柵的波長(zhǎng)調(diào)諧。假設(shè)多通道光分插復(fù)用器所有的布拉格光纖光柵都滿足ITU-T(一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))規(guī)定的200GHz(1.6nm)的通道間隔，75GHz的3dB帶寬，那未，通過(guò)控制步進(jìn)器來(lái)壓縮布拉格光纖光柵，使其中心波長(zhǎng)產(chǎn)生100GHz的位移，通過(guò)聯(lián)合控制各個(gè)模塊內(nèi)馬赫-澤德干涉儀MZI，即可實(shí)現(xiàn)上、下路任意數(shù)目、任意波長(zhǎng)通道的目的。
綜上所述，本實(shí)用新型的可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多通道光分插復(fù)用器，與一般的多層介質(zhì)膜復(fù)用/解復(fù)用器和光開關(guān)組合構(gòu)成的光分插復(fù)用器相比，無(wú)論在原理上還是在性能上都好于后者。首先，在不上、下路某一路特定波長(zhǎng)時(shí)，本實(shí)用新型的光分插復(fù)用器就不必對(duì)該波長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)行處理，從理論上就大大減小了串?dāng)_的可能。而對(duì)于復(fù)用、解復(fù)用加光開關(guān)的光分插復(fù)用器結(jié)構(gòu)而言，無(wú)論是否上、下路，都要將所有信號(hào)全部解開，就增加了串?dāng)_，而且所有的信號(hào)都經(jīng)過(guò)光開關(guān)，在開關(guān)上又增加了同頻串?dāng)_。而解復(fù)用器中的異頻串?dāng)_，在經(jīng)過(guò)復(fù)用器后雖然經(jīng)過(guò)再次過(guò)濾，還是會(huì)在復(fù)用器輸出端造成同頻相干串?dāng)_，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，這種串?dāng)_會(huì)大大危害網(wǎng)絡(luò)性能。而本實(shí)用新型的光分插復(fù)用器則是完全不同的情況，對(duì)于不在本地上、下路的信號(hào)，因系統(tǒng)不對(duì)該波長(zhǎng)進(jìn)行處理，自然去掉了解復(fù)用時(shí)引入的通道串?dāng)_問(wèn)題。
權(quán)利要求1.一種可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多通道光分插復(fù)用器，包括至少一個(gè)基于馬赫-澤德干涉儀(MZI)和布拉格光纖光柵(FBG)的光分插復(fù)用器(OADM)模塊，每個(gè)模塊包括一個(gè)馬赫-澤德干涉儀和位于馬赫-澤德干涉儀兩臂上的布拉格光纖光柵，具有輸入(in)、下路(drop)、上路(add)、輸出(out)端口，其特征在于所述的上一個(gè)模塊的輸出(out)端口與下一個(gè)模塊的輸入(in)端口連接；每個(gè)模塊的布拉格光纖光柵(FBG)上設(shè)置有可使光纖光柵的反射波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)的微調(diào)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多通道光分插復(fù)用器，其特征在于所述的微調(diào)器是一鍍覆在所述布拉格光纖光柵(FBG)上的金屬膜加熱器，金屬膜加熱器與控制電壓相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多通道光分插復(fù)用器，其特征在于所述的布拉格光纖光柵(FBG)是聚合物材料的布拉格光纖光柵(FBG)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多通道光分插復(fù)用器，其特征在于所述的微調(diào)器是一套置在所述布拉格光纖光柵(FBG)上的壓電陶瓷(PZT)套管，壓電陶瓷(PZT)套管與控制電壓相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多通道光分插復(fù)用器，其特征在于所述的微調(diào)器由陶瓷套管、V型槽和步進(jìn)器組裝構(gòu)成；所述的陶瓷套管套置在所述的布拉格光纖光柵(FBG)上，所述的陶瓷套管固定在V型槽中，所述的步進(jìn)器壓觸在V型槽開口處的陶瓷套管管壁上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多通道光分插復(fù)用器，其特征在于所述的陶瓷套管與所述的布拉格光纖光柵(FBG)同心套置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種可動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多通道光分插復(fù)用器,包括任意個(gè)基于馬赫－澤德干涉儀(MZI)和布拉格光纖光柵(FBG)的光分插復(fù)用器(OADM)模塊,具有輸入、下路、上路、輸出端口。將上一模塊的輸出端口與下一模塊的輸入端口連接,且在每個(gè)模塊的FBG上設(shè)置可使FBG的反射波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)的微調(diào)器。微調(diào)器可有三種實(shí)現(xiàn)方案,通過(guò)加熱或壓縮與否,實(shí)現(xiàn)FBG的反射或不反射,從而實(shí)現(xiàn)任意波長(zhǎng)、任意數(shù)目的上、下路。
文檔編號(hào)H04B10/02GK2406420SQ9925563
公開日2000年11月15日 申請(qǐng)日期1999年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月9日
發(fā)明者顧畹儀, 張 杰, 方來(lái)付 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)