CN102841406A - 一种光学交错滤波设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光通信领域,特别涉及一种用于混合速率光传输***的光学交错滤波器。光学交错滤波设备，包括光波导臂、光学波导微环、分光器，所述光波导臂与光波导微环之间存在三个耦合分光点，各耦合分光点分别对应一个分光器，三个分光器分别为第一分光器、第二分光器、第三分光器，所述第二分光器与第三分光器还通过光波导臂连接；所述第二分光器和第三分光器之间的光波导微环弧长为干涉臂L1,第二分光器和第三分光器之间的光波导臂的臂长为干涉臂L2，干涉臂L2大于干涉臂L1。本发明用于光信号传输，其有益效果在于，结构尺寸紧凑，有利于与其它光学电路集成，能有效提高了信道带宽利用率。

Description

一种光学交错滤波设备
技术领域
本发明涉及光通信领域,特别涉及一种用于混合速率光传输***的光学交错滤波器。
背景技术
随着信息技术的迅速发展，全球的通信网络正面临着更高通信容量的需求，密集波分复用（Densen Wavelength Division Multiplexing,DWDM）是光纤通信中提高通信容量的一种经济有效的技术。然而，随着信道间隔不断的减小，***的解复用滤波器面临着相当高的性能要求，十分不利于控制***成本和提高***性能。降低这一要求的有效方法是采用光学交错滤波器(Interleaver)，因为它能够把一组波长间隔密集的光信号分成波长间隔加倍的两组光信号。另外，提高单信道的数据传输速率也是一种提高通信容量的有效的方法，光载波40Gbit/s(OC-768)的数据传输速率已经投入使用，与此同时传统的10Gbit/s传输速率依然有着相当的运用空间，因此10Gbit/s和40Gbit/s的混合传输是一种理想的传输方案。对于混合传输***，由于数据传输速率和调制方式的不同，使得两个信道对带宽有不同的需求，而窄的带宽可能导致高速传输***的码间串扰从而降低***传输性能。因此，在混合传输***中传统的具有固定带宽的对称型交错滤波器不能使带宽得到充分的利用，而具有非对称输出谱的非对称型交错滤波器则可以通过分配不同的带宽来满足不同信道对带宽的不同需求。
当前，实现对称型交错滤波器主要有：偏振光干涉的晶体双折射(PolarizationBeam Interferometer,PBI)型，迈克尔逊G-T腔(Michelson Gires-TournoisInterferometer,MGTI)型，光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)组合型等。近些年研究的热点一方面集中在各种实现方法的改进上，另一方面，在目前的***中，最佳带宽Δf和传输速率v存在近似关系：Δf≥1.5v。对于不同传输速率的混合***，不等带宽的非对称交错滤波器存在更大的灵活性。当前实现非对称的交错滤波器主要包括马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)级联型,迈克尔逊G-T(MIGT)腔干涉仪型，双折射光纤环形镜型等。
目前已有的光学交错滤波器主要有两方面的缺点：一方面，目前所实现的光学交错滤波器的尺寸比较大很难与其它光学器件集成；部分交错滤波器需要一些昂贵的补偿器件才能够满足***要求，而补偿器件又进一步增加了设计的复杂度；大多数交错滤波器性能不够稳定很难运用到实际的***。另一方面，目前网络的升级出现了不同速率的混合传输***，使得信道的带宽不能够充分的利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构紧凑、性能稳定，有效提高信道带宽利用率的光学交错滤波设备。
本发明的光学交错滤波设备包括光波导臂、光学波导微环、分光器，所述光波导臂与光波导微环之间存在三个耦合分光点，各耦合分光点分别对应一个分光器，三个分光器分别为第一分光器、第二分光器、第三分光器，所述第二分光器与第三分光器还通过光波导臂连接；所述第二分光器和第三分光器之间的光波导微环弧长为干涉臂L1,第二分光器和第三分光器之间的光波导臂的臂长为干涉臂L2，干涉臂L2大于干涉臂L1。
进一步的，所述第三分光器为靠近光束输入端口的分光器；
进一步的，所述第一分光器与第三分光器之间的光波导微环弧长为L，设置干涉臂L2与干涉臂L1的臂长差ΔL2-1与光学波导微环的周长相等，且ΔL2-1=nL，n≥2。
本发明的有益效果是，结构尺寸紧凑，有利于与其它光学电路集成，而且基于选择不同分光比的分光器能够实现对称型交错滤波器，以及任意带宽比的非对称交错滤波器，有效提高了信道带宽利用率。
附图说明
图1为现有的非对称马赫曾德尔干涉仪结构示意图。
图2为本发明实施例的基本结构图。
图3为本发明实施例中双模干涉仪的横切面图。
图4为本发明实施例中对称型交错滤波器的输出谱。
图5为本发明中带宽比为1:2的非对称交错滤波器的输出谱。
图6为本发明中带宽比为1:4的非对称交错滤波器的输出谱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面参照附图并结合具体实施例，对本发明做进一步详细说明。
本发明是基于现有的波导微环与非对称马赫曾德尔干涉仪结构（参见图1，现有的马赫曾德尔干涉仪它由两个耦合器C1、C2串接而成。在1、2任意一个端口输入光源，通过耦合器C1在两个干涉臂L1、L2上形成干涉光，然后通过耦合器C2，再次形成干涉光从3、4端口输出，通过对耦合器的分光比、干涉臂长差等一些参数的调节，在输出端可以得到理想的波形。）的基础上，设计出了一种新型结构的光交错滤波设备，参见图2，本发明的光学交错滤波设备由光波导臂、光学波导微环、分光器构成：光波导臂，用于光束的传输，是光束的输入/输出及传输通道；光学波导微环，用于光的传输并与光波导臂中传输的光进行干涉；分光器，用于光信号的耦合实现光功率分配，以及光信号进行干涉的分光器件，可以是双模干涉仪（Two-mode Interferometer,TMI）、定向耦合器等。光波导臂与光波导微环之间存在三个耦合分光点，各耦合分光点对应一个分光器，三个分光器依次为第一分光器、第二分光器、第三分光器，所述第一分光器连接光输入端口，所述第二分光器与第三分光器除了光波导微环的连接，还通过光波导臂连接，优选的，第三分光器为靠近光束输入端口的分光器，如图2中所示的TMI1、TMI2、TMI3，取TMI2和TMI3之间的光波导微环弧长为干涉臂L1,TMI2和TMI3之间的光波导臂的臂长为干涉臂L2（L2＞L1），干涉臂L1、L2和TMI2、TMI3构成非对称马赫曾德尔干涉仪结构。在本发明中，通过设置微环各段弧长以及TMI2和TMI3之间的光波导臂的臂长L2，以及调整设计三个分光器的光功率分配比（其中，第二分光器和第三分光器的光功率分配比相当，设计时尽量设计为相同）就能实现该交错滤波器在整体结构和尺寸不变的情况下得到对称的输出谱，以及任意带宽比的非对称的输出谱，在实现结构紧凑、性能稳定的同时，能满足混合传输***的需求，有效提高了信道带宽利用率。
为了实现本发明目的，可设计波导微环的周长与干涉臂长差ΔL2-1相等，其中，ΔL2-1＝L2-L1，并且满足ΔL2-1=nL，其中L为TMI1和TMI3之间的光波导微环弧长，n为不小于2的整数。为了使本发明更易于制作且损耗较小。优选的取n=4，并设弧长L与TMI1和TMI2之间的光波导微环弧长为L′相等，所设计的结构如图2所示。本领域技术人员应该知道，上述给出的干涉臂长的限定，以及波微环弧长L、L′的限定仅仅为本发明的较佳实施例，其他干涉臂长及弧长的限定同样能实现本发明。
而对于双模干涉仪，在选定材料以及设定好双模波导尺寸后，其分光比值与其长度a（参见图3）对应，每个长度值对应一个分光比值，当根据具体使用本发明的光学交错滤波设备的实际需求确定各分光器的分光比值后，在制作时选定对应上述分光比值的长度即可获得本发明的光学交错滤波设备，双模干涉仪的长度的选定为现有技术，在此不详细阐述。
结合图2，光信号在本发明的光学交错滤波设备的传播过程为：光信号从Input端口耦合进入光学交错滤波设备，当光信号通过TMI1后，一部分光信号从端口Port1输出，另一部分光信号进入光学波导微环，传输到达TMI2并经其分光作用后一部分耦合进入长度为L2的光波导臂中，剩下的光信号继续在光学波导微环中传输；之后两束光在TMI3处相遇并发生干涉，其结果是一部分光信号从端口Port2输出，另一部分光信号经光学波导微环反馈回输入端并与输入光信号在TMI1处发生干涉。
实施例
本发明以C波段1550nm附近的一小段波长范围为例，根据本实施例的具体的应用对象，可设定ΔL2-1=4L，L＝L′,L1=ΔL/2，选择三个TMI双模区合适的长度a使得TMI1的光功率分配比为0.95，TMI2和TMI3光功率分配比均为0.81（在设计时，尽量使TMI2和TMI3光功率分配相同，但允许存在偏差，偏差仅影响输出谱的隔离度），从而得到本发明的对称型交错滤波器，由软件模拟仿真得到对称的输出谱如图4所示，用于相同速率的两束光信号的传输，使得波长间隔加倍。
另外，令ΔL2-1=4L，L＝L′,L1=ΔL/2，调整上述三个双模干涉仪的光功率分配比能实现任意带宽比的非对称输出谱，令TMI1的光功率分配比减小，TMI2和TMI3光功率分配比均增大，就得到本发明的非对称型交错滤波器，由软件模拟仿真得到非对称的输出谱如图5和图6所示，可用于不同速率的光信号传输，有效提高信道带宽的利用率。
综上,本发明通过波导微环与马赫曾德尔干涉仪结构的巧妙结合，构造了一种新型结构的光学交错滤波设备，本发明不仅在结构上更加紧凑，利于光学器件的集成，同时在选定微环各段弧长以及弯曲波导臂L2之后，基于选择的分光器的分光比不同能实现对称型交错滤波器和任意带宽比的非对称交错滤波器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学交错滤波设备，包括光波导臂、光学波导微环、分光器，所述光波导臂与光波导微环之间存在三个耦合分光点，各耦合分光点分别对应一个分光器，三个分光器分别为第一分光器、第二分光器、第三分光器，所述第二分光器与第三分光器还通过光波导臂连接；所述第二分光器和第三分光器之间的光波导微环弧长为干涉臂L1,第二分光器和第三分光器之间的光波导臂的臂长为干涉臂L2，干涉臂L2大于干涉臂L1。
2.如权利要求1所述的光学交错滤波设备，其特征在于，所述第三分光器为靠近光束输入端口的分光器。
3.如权利要求1所述的光学交错滤波设备，其特征在于，所述第二分光器和第三分光器的光功率分配比相当。
4.如权利要求1、2或3所述的光学交错滤波设备，其特征在于，所述第一分光器与第三分光器之间的光波导微环弧长为L，设置干涉臂L2与干涉臂L1的臂长差ΔL2-1与光学波导微环的周长相等，且ΔL2-1=nL，n≥2。
5.如权利要求4所述的光学交错滤波设备，其特征在于，所述n为4。
6.如权利要求5所述的光学交错滤波设备，其特征在于，所述第一分光器与第三分光器之间的光波导微环弧长为臂长L，所述第一分光器与第二分光器之间的光波导微环弧长为L′，设置弧长L与弧长L′相等。
7.如权利要求1所述的光学交错滤波设备，其特征在于，所述分光器为双模干涉仪。
8.如权利要求1所述的光学交错滤波设备，其特征在于，所述双模干涉仪为矩形双模波导，其包层和芯层的材料与光波导臂相同。
9.如权利要求1所述的光学交错滤波设备，其特征在于，所述分光器为定向耦合器。
10.如权利要求1所述的光学交错滤波设备，其特征在于，所述光波导臂为矩形单模光波导。
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