本申请实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种可重构光分插复用器。
背景技术
可重构光分插复用器(reconfigurableopticaladd/dropmultiplexer，roadm)是波分复用(wavelengthdevisionmultiplexing，wdm)传输系统和光传送网中的关键节点。roadm通常支持两个或两个以上方向的波长重构，能够从来自任意方向的多波长信号中下载某特定波长的信号到本节点，也能够从本节点上载任意波长的信号到另一节点，能够在本地或远端灵活配置本节点上下载的信号的波长，使得roadm所归属的网络具有动态重构的能力。
现有技术中，存在基于微环上下载滤波器的roadm。如图1所示，一维(本申请实施例中的维度是指光信号的传输的方向，维度的数值与光信号的传输方向的数量相同)roadm包括一个输入端口10、一个输出端口11、十二个上载端口(用add1、add2、……、add12表示)12、十二个下载端口(用drop1、drop2、……、drop12表示)13、一个与输入端口10连接的四十八通道的解复用器(demultiplexer，dmux)14、一个48×1的微环阵列15、一个与微环阵列15连接的48×12的微环阵列16以及一个与输出端口11和十二个上载端口12均连接的12×1的微环阵列17，微环阵列包括多个微环上下载滤波器，图1中的每个圆圈表示一个微环上下载滤波器。四十八个不同波长的wdm信号，用λ1～λ48表示，从输入端10输入，经过dmux14后分成四十八个波长通道，直通信号经由48×1的微环阵列15合波，并输入到12×1的微环阵列17，最后从输出端口11输出；非直通信号输入到48×12微环阵列16，选择性地从某一下载端口输出；每个上载端口输入的信号经由12×1的微环阵列17与直通信号合波，从输出端11输出。
上述结构的roadm可扩展至高维度roadm，但是，高维度roadm所需的可调微环上下载滤波器的数量随着维度、波长数和上下载端口的数量的增加而急剧增加，这样，增加了光路的复杂度，器件的插损和串扰性能也急剧恶化。此外，输入到roadm的光信号的偏振状态是随机的，上述结构的roadm对输入光信号的偏振敏感度较高。
技术实现要素：
本申请提供一种可重构光分插复用器roadm，既能解决现有的roadm对输入光信号的偏振敏感度较高的问题，也能解决随着维度的增加而导致的光路复杂度增加、器件的插损和串扰性能急剧恶化的问题。
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
第一方面，提供一种可重构光分插复用器roadm，该roadm包括n(n≥1)个输入端口、n个输出端口、m(m≥1)个上载端口以及m个下载端口，n个输入端口中的每个输入端口和m个上载端口中的每个上载端口均连接一个第一偏振器，n个输出端口中的每个输出端口和m个下载端口中的每个下载端口均连接一个第二偏振器；第一偏振器的第一端与第一偏振器的第二端连接，形成包括第一偏振器的回环；第二偏振器的第一端与第二偏振器的第二端连接，形成包括第二偏振器的回环；回环lii与回环loj之间存在环形波导阵列，该环形波导阵列包括l个第一环形波导组，l≥1，回环lii包括的第一偏振器与n个输入端口中的第i(n≥i≥1)个输入端口ii连接，回环loj包括的第二偏振器与n个输出端口中的第j(n≥j≥1)个输出端口oj连接，回环lii与回环ldk之间存在第二环形波导组，回环ldk包括的第二偏振器与m个下载端口中的第k(m≥k≥1)个下载端口dk连接。具体的，输入端口ii，用于接收第一光信号集合；与输入端口ii连接的第一偏振器，用于将第一光信号集合包括的光信号偏振分束为第二光信号集合和第三光信号集合，并输出第二光信号集合和第三光信号集合；上述第二环形波导组，用于接收第二光信号集合中的第一光信号和第三光信号集合中的第二光信号，并将第一光信号和第二光信号向下载端口dk传输，第一光信号的波长和第二光信号的波长均与第二环形波导组的谐振波长相同；与下载端口dk连接的第二偏振器，用于将第一光信号和第二光信号偏振合束，并输出偏振合束后的光信号；上述环形波导阵列，用于接收第二光信号集合中的第一光信号子集合和第三光信号集合中的第二光信号子集合，并将第一光信号子集合和第二光信号子集合向输出端口oj传输，第一光信号子集合包括的光信号的波长与第二光信号子集合包括的光信号的波长一一对应；与输出端口oj连接的第二偏振器，用于将第一光信号子集合和第二光信号子集合偏振合束，并输出偏振合束后的光信号。
本申请实施例提供的roadm中的环形波导阵列位于回环lii与回环loj之间，因此，回环lii、环形波导阵列与回环loj可组成微环上下载滤波器阵列。回环lii与回环ldk之间存在第二环形波导组，因此，回环lii、第二环形波导组与回环ldk可组成微环上下载滤波器。相应的，本申请实施例提供的roadm是以微环上下载滤波器为基本组成单元的器件，该roadm基于微环上下载滤波器的特性，可将某一特定波长的光信号在不同端口之间切换，从而实现对某一特定波长的光信号的上下载。与现有的基于微环上下载滤波器的roadm相比，本申请实施例提供的roadm无需dmux，且微环上下载滤波器的数量与输入信号所包括的波长的数量无关，因此本申请实施例提供的roadm具备更高的集成度。此外，本申请实施例提供的roadm，在结合微环上下载滤波器的特性的基础上，还在每一端口均连接一个偏振器(第一偏振器或第二偏振器)，用以实现对光信号的偏振分束或偏振合束，从而解决了对输入光信号的偏振敏感度较高的问题。
可选的，在本申请的一种可能的实现方式中，回环loj与回环lak之间存在第三环形波导组，回环lak包括的第一偏振器与m个上载端口中的第k个上载端口ak连接。具体的，上载端口ak，用于接收第三光信号；与上载端口ak连接的第一偏振器，用于将第三光信号偏振分束为第四光信号和第五光信号，并输出第四光信号和第五光信号；上述第三环形波导组，用于接收第四光信号和第五光信号，并将第四光信号和第五光信号向输出端口oj传输，第四光信号的波长与第五光信号的波长相同，且与第一光信号子集合包括的光信号的波长不同；与输出端口oj连接的第二偏振器具体用于将第一光信号子集合、第二光信号子集合、第四光信号和第五光信号偏振合束，并输出偏振合束后的光信号。
本申请实施例提供的roadm的结构是对称的。从上载端口ak输入的第三光信号的流向与从输入端口ii输入的第一光信号集合的流向类似。
可选的，在本申请的另一种可能的实现方式中，上述l个第一环形波导组中的每个第一环形波导组均与回环lii以及回环loj相互耦合，第一环形波导组包括x个环形波导，x≥1。在x>1的情况下，x个环形波导之间的任意两个相邻环形波导相互耦合。上述第二环形波导组包括y个环形波导，y≥1。在y>1的情况下，y个环形波导之间的任意两个相邻环形波导相互耦合。上述第三环形波导组包括z个环形波导，z≥1。在z>1的情况下，z个环形波导之间的任意两个相邻环形波导相互耦合。
本申请实施例中的任一环形波导组均包括至少一个环形波导。本申请实施例对该至少一个环形波导的组成结构不作具体限定。
可选的，在本申请的另一种可能的实现方式中，第一偏振器的第一端与第一偏振器的第二端之间通过波导连接，第二偏振器的第一端与第二偏振器的第二端之间通过波导连接。
可选的，在本申请的另一种可能的实现方式中，第一偏振器为偏振分束旋转器，第二偏振器为偏振旋转合束器。
除此之外，本申请实施例中的第一偏振器还可以为其他任一具备偏振分束功能的设备。同理，本申请实施例中的第二偏振器还可以为其他任一具备偏振合束功能的设备。例如，第一偏振器和第二偏振器均为二维光栅耦合器。
可选的，在本申请的另一种可能的实现方式中，上述第一光信号子集合与上述第二光信号子集合中任意两个具有相同波长的光信号的光程相等。上述第一光信号与上述第二光信号的光程相等。上述第四光信号与上述第五光信号的光程相等。
在本申请中，上述可重构光分插复用器的名字对设备或功能模块本身不构成限定，在实际实现中，这些设备或功能模块可以以其他名称出现。只要各个设备或功能模块的功能和本申请类似，属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内。
本申请的这些方面或其他方面在以下的描述中会更加简明易懂。
附图说明
图1为现有的一维roadm的结构示意图；
图2为现有的标准结构的微环上下载滤波器的结构示意图；
图3为现有的标准结构的微环上下载滤波器的工作示意图；
图4(a)为现有的包括多个环形波导的微环上下载滤波器的结构示意图一；
图4(b)为现有的包括多个环形波导的微环上下载滤波器的结构示意图二；
图5为本申请实施例提供的二维roadm的结构示意图；
图6为本申请实施例中第一偏振器的结构示意图；
图7为本申请实施例中第二偏振器的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的三维roadm的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的四维roadm的结构示意图。
具体实施方式
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
为了方便理解本申请实施例，首先在此介绍本申请实施例所涉及到的相关要素。
微环上下载滤波器是用于光学滤波的微环结构，其标准结构包括两条平行的直波导和与这两条直波导均耦合的环形波导。这两条直波导又称为引导波导或端口波导，可以通过定向耦合器(利用倏逝波原理)或多模干涉耦合器(multimodeinterference，mmi)与环形波导耦合。
示例性的，图2示出了标准结构的微环上下载滤波器。如图2所示，该微环上下载滤波器包括直波导1、直波导2以及与直波导1和直波导2均耦合的环形波导3。直波导1的两端分别为该微环上下载滤波器的输入端口10和输出端口11，直波导2的两端分别为该微环上下载滤波器的上载端口21以及下载端口20。对于直波导1而言，输入端口10为该直波导1的输入端，输出端口11为该直波导1的输出端。对于直波导2而言，上载端口21为该直波导2的输入端，下载端口21为该直波导2的输出端。
微环上下载滤波器的谐振条件为2πrneff＝mλ，其中，m为整数，r为环形波导的半径，neff为环形波导的有效折射率，λ为输入信号的波长。满足谐振条件的光信号在微环上下载滤波器内相干相涨，即满足谐振条件的光信号从某一直波导的输入端输入，从另一直波导的输出端输出。不满足谐振条件的光信号在微环上下载滤波器内相干相消，即不满足谐振条件的光信号将从某一直波导的输入端输入，从同一直波导的输出端输出。
结合图2，假设输入端口10输入波长为λ1的光信号、波长为λ2的光信号以及波长为λ3的光信号，上载端口21输入波长为λa的光信号。如图3所示，若λ2和λa满足微环上下载滤波器的谐振条件，则波长为λ2的光信号从下载端口20输出，波长为λa的光信号从输出端口11输出。由于波长为λ1的光信号和波长为λ3的光信号均不满足微环上下载滤波器的谐振条件，因此，波长为λ1的光信号和波长为λ3的光信号均直接从直波导1输出，即从输出端口11输出。
当然，微环上下载滤波器包括的直波导除了上述平行排列以外，也可交叉排列。微环上下载滤波器包括的环形波导可以为一个或多个。在两条直波导交叉排列的情况下，环形波导可以位于交叉点的任一方向，只需保证该环形波导与两条直波导均耦合即可。在微环上下载滤波器包括多个环形波导的情况下，多个环形波导中的任意两个相邻的环形波导相互耦合。
示例性的，图4(a)示出的微环上下载滤波器包括的直波导交叉排列，环形波导的数量为2n(n≥1)，且2n个环形波导中的任意两个相邻的环形波导相互耦合，2n个环形波导位于直波导交叉点的右下方。该微环上下载滤波器的图4(b)示出的微环上下载滤波器包括的直波导交叉排列，环形波导的数量为2n-1(n≥1)，且2n-1个环形波导中的任意两个相邻的环形波导相互耦合，2n-1个环形波导位于直波导交叉点的右下方。
图4(a)和图4(b)所示的微环上下载滤波器的工作原理与图2示出的微环上下载滤波器的工作原理相同，此处不再进行详细赘述。
现有的基于微环上下载滤波器的roadm可扩展至高维度roadm，但是，高维度roadm所需的可调微环上下载滤波器的数量随着维度、波长数和上下载端口的数量的增加而急剧增加，这样，增加了光路的复杂度，器件的插损和串扰性能也急剧恶化。此外，输入到roadm的光信号的偏振状态是随机的，现有的roadm对输入光信号的偏振敏感度较高。
针对上述问题，本申请实施例提供的roadm包括n(n≥1)个输入端口、n个输出端口、m(m≥1)个上载端口以及m个下载端口。结合前述描述可知，roadm的维度的数值与光信号的传输方向的数量相同。一个输入端口与一个输出端口表示光信号的一个传输方向，因此，本申请实施例用输入端口的数量或输出端口的数量表示roadm的维度。
为了便于理解，现以n＝2为例进行说明，即以二维roadm进行说明。
如图5所示，二维roadm包括两个输入端口(i1和i2)，两个输出端口(o1和o2)，m个上载端口(add1、add2、……、addm)、m个下载端口(drop1、drop2、……、dropm)。
每个输入端口和每个上载端口均连接一个第一偏振器5，第一偏振器5用于对其接收到的光信号进行偏振分束处理。
每个输出端口和每个下载端口均连接一个第二偏振器6，第二偏振器6用于对其接收到的光信号进行偏振合束处理。
在第一偏振器5以及第二偏振器6的作用下，二维roadm对输入光信号的偏振不敏感。
可选的，第一偏振器5为偏振分束旋转器，第二偏振器6为偏振旋转合束器。当然，第一偏振器5还可以为其他任一具备偏振分束功能的设备，第二偏振器6还可以为其他任一具备偏振合束功能的设备。
示例性的，第一偏振器5和第二偏振器6均为二维光栅耦合器。
上述第一偏振器5的第一端与第一偏振器5的第二端连接，形成包括第一偏振器5的回环。例如，图5中与输入端口i1连接的第一偏振器5的第一端与第二端连接，形成包括该第一偏振器5的回环li1，与输入端口i2连接的第一偏振器5的第一端与第二端连接，形成包括该第一偏振器5的回环li2，与第k(m≥k≥1)个上载端口ak连接的第一偏振器5的第一端与第二端连接，形成包括该第一偏振器5的回环lak。
可选的，本申请实施例中第一偏振器5的第一端与第一偏振器5的第二端之间通过波导连接。
若第一偏振器5为二维光栅耦合器，则第一偏振器5的第一端为该二维光栅耦合器的其中一个输出端，第一偏振器5的第二端为该二维光栅耦合器的另一输出端。示例性的，结合图5，图5中用a表示的第一偏振器5为二维光栅耦合器，则图6示出了该第一偏振器5的结构。
上述第二偏振器6的第一端与第二偏振器6的第二端连接，形成包括第二偏振器6的回环。例如，图5中与输出端口o1连接的第二偏振器6的第一端与第二端连接，形成包括该第二偏振器6的回环lo1，与输出端口o2连接的第二偏振器6的第一端与第二端连接，形成包括该第二偏振器6的回环lo2，与第k个下载端口dropk连接的第二偏振器6的第一端与第二端连接，形成包括该第二偏振器6的回环ldk。
可选的，本申请实施例中第二偏振器6的第一端与第二偏振器6的第二端之间通过波导连接。
若第二偏振器6为二维光栅耦合器，则第二偏振器6的第一端为该二维光栅耦合器的其中一个输入端，第二偏振器6的第二端为该二维光栅耦合器的另一输入端。示例性的，结合图5，图5中用b表示的第二偏振器6为二维光栅耦合器，则图7示出了该第二偏振器6的结构。
回环li1与回环lo2之间存在包括l(l≥1)个第一环形波导组的环形波导阵列7，同理，回环li2与回环lo1之间也存在环形波导阵列7。环形波导阵列7中的l个第一环形波导组相互独立，每个第一环形波导组均包括x(x≥1)个环形波导。当x>1时，x个环形波导之间的任意两个相邻环形波导相互耦合。这里的x个环形波导可以参考图4所示的微环上下载滤波器中的环形波导。图5中所示的环形波导阵列7中每个第一环形波导组包括2个环形波导，即x＝2。
回环lii与回环ldk之间存在第二环形波导组8，该第二环形波导组8包括y个环形波导。当y>1时，y个环形波导之间的任意两个相邻环形波导相互耦合。图5中所示的第二环形波导组8包括2个环形波导，即y＝2。如图5中回环li1与回环ldk之间存在第二环形波导组8，回环li2与回环ldk之间存在第二环形波导组8。
回环loj与回环lak之间存在第三环形波导组9，该第三环形波导组9包括z个环形波导。当z>1时，z个环形波导之间的任意两个相邻环形波导相互耦合。图5中所示的第三环形波导组9包括2个环形波导，即z＝2。如图5中回环lo1与回环lak之间存在第三环形波导组9，回环lo2与回环lak之间存在第三环形波导组9。
结合前述对微环上下载滤波器的描述可知，若图5中任一第一偏振器5的第一端与第二端通过波导连接，任一第二偏振器6的第一端与第二端通过波导连接，则图5中任一环形波导组与其相邻的两条波导均可组成微环上下载滤波器。
示例性的，回环li1与回环ldk之间的第二环形波导组8，该第二环形波导组8、回环li1中的波导以及回环ldk中的波导组成微环上下载滤波器。该微环上下载滤波器的结构与图4(a)示出的微环滤波器上下载滤波器的结构相同。
本申请实施例提供的roadm，当输入端口ii输入第一光信号集合时，与输入端口ii连接的第一偏振器5将第一光信号集合包括的光信号偏振分束为第二光信号集合和第三光信号集合，并输出第二光信号集合和第三光信号集合。这里，第二光信号集合和第三光信号集合的偏振态相同。
若第二光信号集合中的第一光信号的波长等于位于回环lii与回环ldk之间的第二环形波导组8的谐振波长，且第三光信号集合中的第二光信号的波长也等于位于回环lii与回环ldk之间的第二环形波导组8的谐振波长，则第一光信号和第二光信号通过该第二环形波导组8向下载端口dk传输。进而，与下载端口dk连接的第二偏振器6将第一光信号和第二光信号偏振合束，并输出偏振合束后的光信号。
此外，第二光信号集合中的第一光信号子集合通过位于回环lii与回环loj之间的环形波导阵列7向输出端口oj传输，第三光信号集合中的第二光信号子集合也通过该环形波导阵列向输出端口oj传输，这里，第一光信号子集合包括的光信号的波长与第二光信号子集合包括的光信号的波长一一对应。进而，与输出端口oj连接的第二偏振器6将第一光信号子集合和第二光信号子集合偏振合束，并输出偏振合束后的光信号。
进一步地，当上载端口ak输入第三光信号时，与上载端口ak连接的第一偏振器5将第三光信号偏振分束为第四光信号和第五光信号，并输出第四光信号和第五光信号。第四光信号和第五光信号通过位于回环lak与回环loj之间的第三环形波导组9向输出端口oj传输，这里，第四光信号的波长与第五光信号的波长相同，且与第一光信号子集合包括的光信号的波长不同。这样，与输出端口oj连接的第二偏振器，具体用于将第一光信号子集合、第二光信号子集合、第四光信号和第五光信号偏振合束，并输出偏振合束后的光信号。
其中，第一光信号子集合与第二光信号子集合中任意两个具有相同波长的光信号的光程相等。第一光信号与第二光信号的光程相等。第四光信号与第五光信号的光程相等。
示例性的，图5中，当输入端口i1输入第一光信号集合时，与输入端口i1连接的第一偏振器5将第一光信号集合包括的光信号偏振分束为第二光信号集合和第三光信号集合，并输出第二光信号集合和第三光信号集合。若第二光信号集合中的第一光信号和第三光信号集合中的第二光信号通过位于回环li1与回环ldk之间的第二环形波导组8向下载端口dk传输。与下载端口dk连接的第二偏振器6将第一光信号和第二光信号偏振合束，并输出偏振合束后的光信号。同时，第二光信号集合中的第一光信号子集合通过位于回环li1与回环lo2之间的环形波导阵列7向输出端口o2传输，第三光信号集合中的第二光信号子集合也通过该环形波导阵列7向输出端口o2传输。进而，与输出端口o2连接的第二偏振器6将第一光信号子集合和第二光信号子集合偏振合束，并输出偏振合束后的光信号。
需要说明的是，图5中，第一光信号和第二光信号通过位于回环li1与回环ldk之间的第二环形波导组8时发生谐振，则第一光信号与第二光信号通过位于回环li2与回环ldk之间的第二环形波导组8时不发生谐振。
本申请实施例提供的roadm的维度还可以为其他数值，如三维roadm、四维roadm等。示例性的，图8示出了在每一环形波导组均包括2个环形波导的情况下的三维roadm，图9示出了在每一环形波导组均包括2个环形波导的情况下的四维roadm。不论是多少维度的roadm，其结构均与图5、图8以及图9中任一附图示出的roadm的结构类似。
需要说明的是，对于上述任一环形波导组而言，若该环形波导组包括至少两个环形波导，本申请实施例对该至少两个环形波导的位置关系不做限定，只需保证至少两个环形波导与其相邻的直波导耦合即可。
综上所述，本申请实施例提供的roadm是以微环上下载滤波器为基本组成单元的器件，该roadm基于微环上下载滤波器的特性，可将某一特定波长的光信号在不同端口之间切换，从而实现对某一特定波长的光信号的上下载。与现有的基于微环上下载滤波器的roadm相比，本申请实施例提供的roadm无需dmux，且微环上下载滤波器的数量与输入信号所包括的波长的数量无关，因此本申请实施例提供的roadm具备更高的集成度。此外，本申请实施例提供的roadm，在结合微环上下载滤波器的特性的基础上，还在每一端口均连接一个偏振器(第一偏振器或第二偏振器)，用以实现对光信号的偏振分束或偏振合束，从而解决了对输入光信号的偏振敏感度较高的问题。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。