CN1160893C - 交叉波长波分复用器（Interleaver) - Google Patents

Abstract

本发明的交叉波长波分复用器(Interleaver)，由光纤准直耦合器和固体腔法布里—白洛Fabry-Perot梳状光滤波器组成，利用梳状光滤波器固定间隔的分立波长选择透射和反射功能分离交叉波长，使奇数信道(λ₁、λ₃、λ₅….)和偶数信道(λ₂、λ₄、λ₆….)光信号分离，实现交叉波长波分复用功能；在此基础上，将多个Interleaver单元级联，构成多级Interleaver器件。高密度的DWDM波长间隔经过一级或多级Interleaver，可以使信道波长间隔扩展。

Description

交叉波长波分复用器(Interleaver)

技术领域

本发明涉及一种密集波分复用(DWDM)光纤通信***中应用的无源器件，用于将DWDM的多波长光信号按照交叉波长分离的方式复用或解复用，以扩展DWDM波长信道间隔，降低波长复用难度。

背景技术

基于DWDM的全光通信网络将成为现代信息社会的重要基石，是满足Internet网络容量每六个月翻一番的发展速度的唯一技术途径。DWDM器件是实现全光通信的关键之一。随着波长复用密度的增加，相临波长间隔不断减小，给器件制造工艺带来相当的难度。人们为此提出不同的解决方案。利用法布里-白洛Fabry-Perot滤光片构成波分复用器的在先技术见于Jayaraman等人于1998和2000年提出的专利“法布里-白洛Fabry-Perot滤光片阵列波分复用器(美国专利：6,122,417；美国专利：5,835,517)”以及Halbout，等人提出的专利“用于无源选择复合光波波长的光解复用器(美国专利：5,408,319)”。前者利用阵列自聚焦透镜与阵列法布里-白洛Fabry-Perot滤光片组合进行波分复用，通过调节法布里-白洛Fabry-Perot谐振腔的腔长来选择滤光波长；后者是在法布里-白洛Fabry-Perot谐振腔的两个腔面之间放置一块硅片，并通过电加热的方法调节滤波波长。这些专利的一个共同特征是采用传统的分立法布里-白洛Fabry-Perot腔镜结构，因此器件稳定性难以保证，需要对滤波中心波长实施动态调节，这限制了在实际器件中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定性好的波分复用器件，采用固体腔法布里。白洛Fabry-Perot梳状滤波技术，通过分离交叉波长，使高密度的波长间隔分离成为低密度的波长间隔；同时，该器件便于级联，使DWDM最终信道间隔和通道宽度的要求能够降低。

实现本发明目的的交叉波分复用器(Interleave)由光纤准直耦合器和梳状光滤波器组成，包含两个通道，第一通道的输入双光纤插针包括入射光纤和反射光纤，光纤端面置于准直耦合透镜的焦平面上，然后依次光路联接梳状光滤波器、聚焦耦合透镜以及输出光纤插针；第一通道输入双光纤插针的反射光纤接入第二通道的输入光纤插针，然后依次光路联结第二通道的准直耦合透镜、梳状光滤波器、聚焦耦合透镜以及输出光纤插针，第一通道双光纤插针的入射光纤与两个通道的输出光纤构成一个三端口器件。

所述两个通道的梳状光滤波器由固体腔法布里-白洛Fabry-Perot标准具构成，第二通道梳状光滤波器的各中心透射波长相对于第一通道梳状光滤波器有一个信道波长间隔的位移。法布里-白洛Fabry-Perot标准具是通过在一块光学材料平板的两个表面镀制介质反射膜并形成法布里-白洛Fabry-Perot腔所构成。为实现DWDM所需要的近似矩形光滤波通带，所述两个通道的梳状光滤波器由2～5个同样中心波长的法布里-白洛Fabry-Perot标准具进行光学胶合。

以所述三端口器件作为单级交叉波长波分复用单元，可以级联构成多级交叉波长波分复用器件，即：第一级三端口器件的两个输出通道分别与两个第二级三端口器件光路联接，构成五端口器件；依次类推，可以构成更多级别的交叉波长波分复用器件。

本发明的主要特色在于：(一)采用固体腔结构的法布里-白洛Fabry-Perot梳状滤波器，中心波长由固体腔光学材料的固定腔长来保证，无须调节，因此性能稳定、能够实现无源工作；(二)提出的固体腔法布里-白洛Fabry-Perot梳状滤波结构便于多个滤波器的级联，实现DWDM器件所需要的近似矩形的滤波通带；(三)采用中心透射波长交错的两个通道实现DWDM光信号的交叉波长分离，使两个通道的隔离比同时得到保障；(四)通过发明器件的级联，使DWDM最终信道间隔和通带宽度的要求得以降低。

附图说明

图1表示本发明三端口器件的结构，

图2表示由单级三端口器件级联构成的五端口器件，

图3表示固定腔法布里-白洛Fabry-Perot标准具结构，

图4为多个法布里-白洛Fabry-Perot标准具胶合构成的多腔滤光片，

图5表示本发明器件两个通道输出信号光谱。

具体实施方式

图1所示的单级Interleaver单元结构，含两个通道，第一通道双光纤插针13的光纤11与耦合透镜14光路相联接，然后依次联接梳状光滤波器15、耦合透镜16以及光纤插针17；光纤插针13的反射光纤12接入第二通道的光纤插针23，再与耦合透镜24相联接，然后依次联接梳状光滤波器25、耦合透镜26以及光纤插针27，构成一个三端口器件。由光纤插针13的光纤11输入的DWDM多波长光信号(λ₁-λ_m)，经耦合透镜14准直并入射梳状光滤波器15，奇数波长信道(λ₁、λ₃、λ₅…)的光信号透过梳状光滤波器15，经耦合透镜16聚焦进入光纤插针17，由光纤18输出(通道1)；偶数波长信道(λ₂、λ₄、λ₆…)的光信号经梳状光滤波器15反射，经耦合透镜14、光纤插针13的反射光纤12以及耦合透镜24入射梳状光滤波器25，梳状滤波器25的各中心透射波长相对于梳状滤波器15移动一个信道波长间隔，因此偶数波长信道(λ₂、λ₄、λ₆…)的光信号将透过梳状光滤波器25，经耦合透镜26聚焦进入光纤插针27，由光纤28输出(通道2)。这样就实现了奇数波长信道(通道1)和偶数波长信道(通道2)的分离。两通道的输出波长信道间隔与输入DWDM波长间隔相比，增加一倍。

图2示出一个多级Interleaver器件结构，它由多个如图1所示的Interleaver单元级联而成，即第一级Interleaver(1)的两个输出通道(2、3)分别联结第二级Interleaver(4、5)，则第二级Interleaver的四个输出通道(6、7、8、9)的输出波长信道间隔与输入DWDM波长间隔相比，将增大四倍。例如将50GHz分离成为100GHz，再将100GHz分离成为200GHz。由于目前200GHz波长间隔的光滤波器已经商用化，这样就可以应用目前成熟的DWDM器件实现高密度的波长复用。依次类推，可以构成更多级别的Interleaver器件。

上述Interleaver中所述梳状光滤波器由一种固体腔法布里-白珞(法布里-白洛Fabry-Perot)滤波器构成。如图3所示，在一块精密加工的光学材料平板(31)的两个表面上镀制反射膜(32、33)，形成一个法布里-白洛Fabry-Perot腔，通过精密光学加工使光学平板的厚度(即法布里-白洛Fabry-Perot腔的腔长)满足使滤光片的自由光谱区等于DWDM信道波长间隔的2倍的条件，即可实现所需要的梳状光滤波。光学平板的厚度d由下述公式决定：

$d=\frac{m{\mathrm{\λ}}_0}{2n\cos \mathrm{\θ}};$ $m=\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{2\mathrm{\δ\λ}}-1$

式中，n为材料折射率，θ为光入射角，m为法布里-白洛Fabry-Perot腔干涉级次，λ₀为中心波长，δλ为DWDM信道间隔。设计举例：δλ＝0.8nm，n＝1.47，λ₀＝1550nm，θ＝0，计算得出：d＝510.21μm

为了实现DWDM器件所需要的近似矩形光滤波通带，可按照图4所示的结构以多个法布里-白洛Fabry-Perot滤光片(A、B、C、D….)进行光学胶合，构成多腔滤光片。

图5示出一个利用本发明设计的Interleaver的两个通道输出信号光谱，该器件采用了四腔结构的法布里-白洛Fabry-Perot梳状滤波器作为分波元件。图中实线代表通道1的输出通带光谱，DWDM的复合波长信道中心波长分别处于与曲线的峰值与谷值，处于峰值波长的光信号被透射(λ₁、λ₃、λ₅…)，处于谷值波长的光信号被反射(λ₂、λ₄、λ₆…)。虚线代表通道2的输出通带光谱，其通带中心波长相对于通带1有一个信道波长间隔的位移，则通带1反射的光信号(λ₂、λ₄、λ₆…)被透射，同时，通道1串入通道2光信号(λ₁、λ₃、λ₅…)被反射，这样就保证了较高的光信号隔离度。

Claims (4)

1.一种交叉波长波分复用器，由光纤准直耦合器和梳状光滤波器组成，其特征在于：

(1)所述的交叉波长波分复用器由两个通道构成，第一通道的输入双光纤插针包括入射光纤和反射光纤，光纤端面置于准直耦合透镜的焦平面上，然后依次光路联接梳状光滤波器、聚焦耦合透镜以及输出光纤插针；第一通道输入双光纤插针的反射光纤接入第二通道的输入光纤插针，然后依次光路联结第二通道的准直耦合透镜、梳状光滤波器、聚焦耦合透镜以及输出光纤插针，第一通道双光纤插针的入射光纤与两个通道的输出光纤构成一个三端口器件，

(2)所述两个通道的梳状光滤波器由固体腔法布里-白洛Fabry-Perot标准具构成，第二通道梳状光滤波器的各中心透射波长相对于第一通道梳状光滤波器有一个信道波长间隔的位移。

2.如权利要求1所述的交叉波长波分复用器，其特征在于所述两个通道的梳状光滤波器的法布里-白洛Fabry-Perot标准具是通过在一块光学材料平板的两个表面镀制介质反射膜并形成法布里-白洛Fabry-Perot腔所构成，光学平板的厚度d由下述公式决定：

$d=\frac{m{\mathrm{\λ}}_0}{2n\cos \mathrm{\θ}};$ $m=\frac{{\mathrm{\λ}}_0}{2\mathrm{\δ\λ}}-1$

式中，n为光学材料折射率，θ为光入射角，m为法布里-白洛Fabry-Perot腔干涉级次，λ₀为中心波长，δλ为DWDM信道间隔。

3.如权利要求2所述的交叉波长波分复用器，其特征在于所述两个通道的梳状光滤波器由2～5个同样中心波长的法布里-白洛Fabry-Perot标准具进行光学胶合，实现DWDM所需要的矩形光滤波通带。

4.如权利要求1、2或3所述的交叉波长波分复用器，其特征在于：以所述三端口器件作为单级交叉波长波分复用单元，可以级联构成多级交叉波长波分复用器件，即第一级三端口器件的两个输出通道分别与两个第二级三端口器件光路联接，构成五端口器件；依此类推，可以构成更多级别的交叉波长波分复用器件。

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