专利名称：光学交错器、滤波器单元和色散小的部件设计的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学交错器、滤波器和部件，特别涉及光学交错器、滤波器和用于光纤通讯网络的部件。
背景技术：
同步光学网络(SONET)标准限定了多路复用水平和标准协议的体系，允许宽带宽的光缆的有效使用，同时提供将低水平DS0和DS1信号并入公共媒体中的装置。目前，利用被称为“波长分割多路复用”(WDM)的技术实现光学通讯，其中利用光谱的不同部分(也被称为信道)上的那些用户数据流的每一个的调制使得单独的用户/数据通话可在一个光纤上被同时处理。
当多路复用器和分用器的分离度和信号分离能力提高时，信道之间的间隔被恒定地减小。目前国际电信联盟(ITU)标准要求大约0.4纳米(即，50GHz)的信道分离。对于该信道分离，多达128个信道可单独在C带中被支撑。每一个信道在1525-1575纳米的范围内在特定的中心频率上被调制，并且每一个信道的中心频率是由128个半导体激光器中的相应一个提供的。来自于每一个半导体激光器的调制信息被合并(多路复用)到一个用于传输的光纤中。当光纤的长度增大时，信号强度减小。为了补偿信号衰减，在沿着通信路径的所选择的位置处使用铒掺杂光纤放大器(EDFAs)以提高所有信道的信号强度。在接收时，过程颠倒，在一个光纤上的所有信道分离(分用)并且被光学和/或电学解调。
光纤在通信领域中对于处理这些光学通信起重要作用。它们执行128或者更多的光学信道的波长多路复用和分用。它们还可用于通过使EDFAs的增益曲线变平来增大EDFAs的放大程度。
用于这些应用的光纤的要求是非常需要。在WDM中的信道之间的近的间隔需要设计具有平的通带的WDM以增大错误容许。这主要是由于发射器的中心波长随着温度的增大而减小。另外，WDM级的串联使得通带在链下的每一个WDM处变窄。因此，通带越大，信道的偏移容许越大。在数据率较大的情况下，在处理光信号的同时减小或者消除色散源也变得越来越重要。
诸如多级频带和梳状分裂器的各种装置已经被提出以满足这些的新的要求，但没有一种装置能够达到令人满意的效果。在一种多级频带分裂器中，第一级对两个波长范围进行粗分裂，后面的级对在每一个波长范围内的子频带进行更细微的分裂。在一种梳状分裂器中，第一分用级滤出两组交错的周期性的较窄的带通，并且后面的级使用较宽的带通周期性过滤直至各个信道被分用。在任何一种情况下，噪声和信道间干扰是在处理日益增大的窄的带通要求的处理中的限制因素。多层薄膜滤波器可在光学上用于构造光滤波器，但它们是不合需要的，这是因为用于窄信道间隔的层的数量、与日益增大的窄的带通要求相关的制造精度和费用的增大。另外，当信道间隔减小时，色散将成为一个主要问题。特别是对于50GHz的信道间隔，薄膜滤波器的色散如此大以致于它不能用于0C-192信号(10Gbit/sec).Mach-Zehnder干涉计已经被广泛使用，但它们具有导致强的波长依赖传输和窄的拒斥频带的正弦响应。其他设计遇到多个实际问题。
因此，需要一种新的光学滤波器和用于光学多路复用和/或分用和其他光学应用的部件。
发明内容
总体而言，本发明提供了一种用于宽范围的通信、网络和其他应用的光学交错器、滤波器单元和部件设计，通常包括光学多路复用器/分用器和光学路由器。在一个实施例中，光学交错器分裂和合并相互之间频率平均间隔的频率划分多路复用光学通信信道的光信号。光学交错器包括能够利用单一物理滤波级实现多级性能特性的光学处理回路。通过在回路的第一段和第二段上进行补偿色散使得在第一段和第二段上的光学处理提高光信号的完整性。单一物理滤波级包括基本的滤波器单元并且可包括一个或者多个谐波滤波器。波片可用于使得偏振转动以调节分束比和对准用于更常规的封装的交错器部件。
在另一个实施例中，用于处理光信号的光学交错器包括基本滤波器单元、反馈反射器和光偏振束转移器。基本滤波器单元过滤在与基本滤波器单元交叉的光学回路的两段中的每一个上传播的光信号。基本滤波器单元在两段中的选择一段上对于一个或者多个光信号的一组以全波片的形式操作并且对于一个或者多个光信号的一组以半波片的形式操作，并且在两段中的剩余一段上对于一个或者多个光信号的一组以半波片的形式操作并且对于一个或者多个光信号的一组以全波片的形式操作。反馈反射器光学地与基本滤波器单元接合以将光信号从两段中的一个反射到两段中的另一个以形成光学回路。光偏振束转移器在基本滤波器单元和反馈反射器之间光学接合以根据光信号沿着光学回路的偏振和传播方向分裂或者合并光信号。在一些实施例中，单一偏振束分裂器，与双折射晶体相反，可用作光偏振束转移器。基于该特定的实施例，一个或者多个光信号的组可对应于奇数组信道和偶数组信道，或者可对应于与或者将与一个或者多个其他光信号交错的一个或者多个任意的光信号等。
在本发明的一个可选择的实施例中，披露了一种用于在连通一个或者多个光信号的一组以及一个或者多个光信号的另一组的第一端口和单独连通光信号组的第二和第三端口之间处理光信号的光交错器。该光交错器包括基本滤波器单元、反馈反射器和光偏振束转移器。基本滤波器单元光学地接合在所有端口的一侧。
基本滤波器单元对于在一个光学回路上传播的光信号表现第一和第二自由光谱范围(FSR)，并且所述光学回路具有与第一端口接合的第一段以及与第二和第三端口接合的第二段。第一和第二FSR相互之间是偏离的以对于每一个光信号进行色散补偿。反馈反射器光学地与基本滤波器单元接合以将光信号从两段中的一个反射到两段中的另一个以形成光学回路。光偏振束转移器在基本滤波器单元和反馈反射器之间光学接合以根据光信号沿着光学回路的偏振和传播方向分裂或者合并光信号。
在一些实施例中，在滤波器单元内可使用偏振束分裂单元和/或其他光学部件相对于光信号的传播方向倾斜以减小如果偏振束分裂单元或者其他光学部件垂直于传播方向那么可能会导致的色散波纹。在一个更概括的实施例中，具有两个可能平行表面并且位于两个准直器之间的一个或者多个光学部件相对于与光信号垂直的方向以一个角度倾斜以减小色散。倾斜角度取决于光学处理装置的特定应用，但对于一个示例性的偏振束分裂单元实施例，落入0至5度之间。在其他实施例中，倾斜角度可更大些。可使用零级波片转动偏振以调节分束比和对准用于更常规的封装的交错器部件。
本发明的其他特征和优点将在下面的描述中提及，并且一部分是显而易见的或者从下面的详细描述和附图中明显看出，或者可通过实施本发明来认识。本发明的特征和优点可利用在附属的权利要求中提及的仪器和组合来实现和获得。本发明的这些和其他特征将从下面的描述和附属的权利要求中明显看出，或者可如下面所述的通过实施本发明来认识。
为了描述可获得本发明的上述和其他优点和特征的方式，下面将参照在附图中示出的特定实施例对前面简述的本发明进行更详细的描述。应该理解的是，这些附图仅表示本发明的典型实施例，因此不能被认为是其范围的限定，将参照附图结合特定实施例对本发明进行更信息的描述和说明，在附图中图1是具有由与光偏振束转移器和反馈反射器接合的单一物理级形成的光学处理回路的光交错器的一个实施例的硬件框图。
图2A-B是具有形成单一物理滤波级的双折射晶体的图1中所示的光交错器的另一个可选择的实施例的等距视图。
图3A-B是具有形成单一物理滤波级的光滤波器单元的图2中所示的光交错器的另一个可选择的实施例的等距视图。
图4A和图4C是图3A中所示的光交错器的实施例的顶部和侧面硬件框图。
图4B是表示沿着形成在图3A中所示的光交错器的实施例内的光学处理回路的两段的偏振向量的偏振图。
图5A是用于图3A-B中所示的光交错器的实施例中的偏振束分裂单元的等距视图，其中偏振依赖束分裂器由一对延迟路径链接。
图5B示出了图5A中所示的单元内的快和慢延迟路径。
图5C是相对于图5A中所示的偏振束分裂单元的偏振轴线的线性偏振的光信号的等距视图。
图5D-E示出了图5A中所示的偏振束分裂单元的相对两侧的偏振图。
图5F是用于表征光学部件内的一个色散源的Fabry-Perot Cavity模型的框图。
图5G是通过一个或者多个光学部件在两个准直器之间经过的光信号的概括框图。
图5H示出了具有相对于与光信号垂直的方向以一定角度倾斜的一个光学部件和两个准直器的图5G的概括框图。
图5I表示一个用于与垂直方向以一定角度倾斜的光信号的示例性路径，并且当在到达准直器之前通过一个光学部件时还与垂直方向以一定角度倾斜的光信号的反射。
图5J表示一个光信号的示例性路径，以及当在到达准直器之前通过一个与垂直方向以一定角度倾斜的光学部件时来自于相应的准直器的光信号的各种反射。
图5K示出了一个示例性的与偏振束分裂器倾斜的偏振束分裂单元的等距视图。
图5L示出了对于图5K的示例性的偏振束分裂单元的倾斜角与色散条纹之间的依赖关系的曲线图。
图5M示出了用作光偏振束转移器的双折射晶体。
图5N示出了用作光偏振束转移器的偏振束分裂器。
图6A是用于图3A中所示的光交错器的实施例中的图5A中所示的偏振束分裂单元的多单元实施的等距视图。
图6B-C示出了图6A中所示的偏振束分裂单元的相对两端的偏振图。
图6D是图6A中所示的多单元实施的延迟路径的侧视图。
图6E是图6A中所示的多单元实施之间的可变接合的侧视图。
图6F示出了与通过图6A中所示的两个单元顺序的两个光学处理段的一个上的四个延迟路径中的每一个相关的单独转变。
图7A-B是表示关于其中一个信道的相应的中心频率的补偿色散的图表。
图8A-E是沿着图1中所示的交错器的光学路径的各个位置的滤波作用的信号图。
具体实施例方式
本发明提供一种用于电信和其他应用的各种光学交错器、滤波器单元和光学部件，通常包括光学多路复用器/分用器和光学路由器。一个示例性光交错器的实施例包括能够利用单一物理滤波级实现多级性能特性的光学处理回路。在所述回路的单元段和第二段上的光学处理利用在第一段和第二段上进行色散补偿来提高光信号的完整性。
图1是光学交错器100的一个实施例的硬件框图，光学交错器100具有由单级104形成的光学处理回路130、162、132，单级104与分裂器/合成器150和反馈反射器160光学接合。如在本申请中所用的，光学接合应该被广义地解释为包含光信号在两个光学部件之间直接通过并且没有任何插入的光学部件，以及利用或者通过一个或者多个插入的光学部件使得光信号在两个光学部件之间通过。该交错器被设计成在电信栅的窄间隔频率划分多路复用信道上操作的形式。这些信道在频率上可以50GHz或者更小的间隔被分隔。该交错器可根据光信号的传播方向将50GHz信道间隔的光流分裂或者合并成两个分离的分别具有奇和偶的100GHz的信号间隔的光流，反之亦然。交错器分离/合并光信号，诸如奇和偶信道组，与现有技术的设计相比，具有更高的隔离度和低的色散。它可单独使用或者与类似或者不同设计的其他级组合以分离出和/或发送光信号，诸如电信或者其他通信栅的每一个独立的信道。尽管为了清楚起见，下面结合奇和偶信道组描述本发明的实施例，但应该理解的是，一般地，本发明的实施例可处理在(或者交错的)一个或者多个其他光信号的流内的一个或者多个光信号的任意组。
在例如作为光学分用器的操作中，具有奇信道和偶信道的数字信号被注入到端口102并且在级104中经受光学处理回路的段130中的第一级光学处理。来自于段130的被处理的光信号在分裂器150中被分裂成具有奇数组信道和偶数组信道中的相应一个的离散光信号并且被反馈反射器160反射回到级104以经受在光学处理回路的段132中的第二级光学处理。所得到的光信号，一个具有奇信道，另一个具有偶信道，在端口188、198的相应一个处被输出。在操作颠倒的情况下，光学交错器100作为光学多路复用器，用于将在端口188、198处被输入的一个具有奇信道而另一个具有偶信道的离散光信号组合为在端口102处输出的具有奇信道和偶信道两者的一个光信号。
级104包括基本滤波器单元120并且还可包括辅助谐波滤波器140、144。在本发明的一个实施例中，滤波器为偏振滤波器，所述偏振滤波器接受偏振的光信号并且沿快和慢延迟路径将所述输入分裂成垂直成分向量。快和慢延迟路径之间的光学路径长度差确定基本滤波器单元所显示出的周期性梳状滤波器功能。所述滤波器可由一定范围的双冷冻材料(见图2A-B)或由偏振束分裂单元(见图3A-B)的元件制成。级104的滤波器可具有傅里叶级数的特征，其中基本滤波器单元提供了基本梳状滤波器功能并且其中任何辅助谐波滤波器在其上施加更高级的谐波。
基本滤波器单元被设计成具有用于传播在光学处理回路的第一段130上的光信号的第一自由光谱范围(FSR)和用于传播在光学处理回路的第二段132上的光信号的第二FSR。第一和第二FSR基本都等于相邻奇或偶信道之间的信道间隔。第一和第二FSR也相对于彼此偏移了这样的量，所述量影响与奇或偶信道中任意一个相关的每个中心波长的基本一半波长的奇整数倍数的相移。这种不对称通过影响第一和第二段上的补偿色散提高了光信号的完整性。
在图1中所示的实施例中，通过基本滤波器122进行基本滤波器单元120中光学处理的第一和第二段之间在FSR中的偏移，所述基本滤波器122通过零级半波片124光学接合在光学处理段126、128的一个上。在本发明的该实施例中，在每个段上基本滤波器都用作具有FSR的窄带波片，所述FSR基本与相邻奇或偶信道之间的间隔相一致。在该实施例中，基本滤波器用作用于奇数组信道和偶数组信道的窄带全/半波片或半/全波片。零级半波片可为离散构件或与基本滤波器整体形成。作为离散构件零级半波片可与其任意一侧上的基本滤波器光学接合。零级半波片光学接合于光学回路的两个段中之一上的基本滤波器。零级半波片表示第二FSR，所述第二FSR影响与奇或偶信道相关的每个中心波长的基本一半波长的奇整数倍数的相位延迟。
基本滤波器单元的每个第一和第二FSR基本都与相邻的奇或偶信道(例如，奇信道与相邻奇信道)之间的周期频率间隔相一致。在第一或第二段任意一个上的基本滤波器单元中两个延迟路径之间的光学路径长度差相逆。这种关系如以下等式1a所表示的等式1aFSR=(c|LS-LF|)]]>其中LS和LF是基本滤波器中任何一个光学处理段上的每一个延迟路径的总光学路径长度，c是光在真空中的速度。附加的滤波器，例如140、144可提供用于为交错器建立平顶合成梳状滤波器功能所需的谐波，诸如在图8E中所示。由于在基本滤波器单元120内的第一和第二光学处理段上的光学路径长度改变以及相应的FSR相反偏移而使得该交错器相对于现有技术设计表现出在色散方面的改进。
在图1中所示的本发明的实施例中，基本滤波器单元包括在光学处理段130、132中的一个上的零级半波片滤波部分124。该零级半波片滤波器在奇数和偶数信道上施加半波长度相位延迟。零级半波片滤波部分相对于基本滤波器单元内的另一个光学处理段在其中一个光学处理段中产生光学路径长度差。光学路径长度差对应于如在下列等式2中所示的所关注的波长的一半的偶整数倍等式2OPDL1+(2N+1)(λ2)=OPDL2]]>其中OPDL1是沿着光学处理段130、132中的一个的基本单元的光学路径长度差，其中OPDL2是沿着光学处理段130、132中的另一个的基本单元的光学路径长度差。在两个光学处理段130、132上的光学路径长度差的改变以及相应的FSR相反偏移导致沿着每一个光学处理段的基本上补偿的色散型面，其净效应是色散的大大减小和在如图7A-B中所示的每一个电信信道内的信号完整性的相应提高。该改变是由在基本单元110的第一和第二FSR之间可以忽略的偏差实现的，例如小于0.3％。
零级半波片的FSR由下列等式1b表示等式1bFSR=(cLS-LF)=vc12+m]]>其中LS和LF是零级半波片的快和慢延迟路径上的总光学路径长度，vc是奇数或者偶数信道的所选择的一个的中心频率并且m是波长的整数级。级m的可接受的值的范围取决于信道的数量、总带宽和中心信道的中心频率。级m的较小的数值对应于更均匀的零级半波片在所有信道上的性能和较小的光学路径长度。对于一种典型的电信应用，级m将小于100并且可在1-10的范围内。对于50GHz的信道间隔，零级半波片的FSR在1550纳米的中心频率并且“0”级可为2*c[nm]/1550[nm]或者接近386THz，这至少比基本滤波器122的FSR大两个数量级。
图2A-B是具有形成单一滤波器级的基本和谐波滤波器的双折射晶体的图1中所示的光交错器的另一个可选择的实施例的等距视图。交错器200具有分别通过相应的端口连接器210、282、292与基本滤波器单元220接合的3个端口102、188、198。用于端口102的端口连接器210包括具有透镜的准直器212、束分裂器214和波片216。在作为光学分用器的操作中，具有在其上调制的奇数和偶数信道的光信号通过可能是光纤的端口102进入准直器212。用于准直器212的透镜可是GradedIndex of Refraction(GRIN)或者其他透镜系统。透镜根据送至/来自束分裂器214的传播方向聚焦/准直光。束分裂器可由具有取向为能够在波片216上产生光信号离开的光学轴线的双折射晶体制成。波片是零级波片并且具有取向为产生由束分裂器形成的两个射线的偏振向量的线性化的光学轴线。
线性偏振的射线接着被导入到包括基本滤波器222和零级半波片124的基本滤波器单元220中。基本滤波器对于奇数和偶数信道分别用作窄带全和半或者半和全波片。线性偏振的射线相对于基本滤波器单元的光学轴线226的偏振向量的角度决定光信号在快和慢路径上的接合，例如，在基本滤波器中的“e”和“o”射线。谐波滤波器单元240光学地与基本滤波器单元接合并且在基本滤波器中处理的光信号上施加较高级的谐波。来自于基本单元的线性偏振射线相对于谐波滤波器单元的光学轴线242的偏振向量的角度决定光信号在快和慢路径上的接合，例如在谐波滤波器单元中的特别“e”和普通“o”射线。
光学偏振束分裂器/合并器/转移器250分裂来自于基本滤波器单元和谐波滤波器单元的在第一光学处理段上的奇数和偶数信号输出。反馈反射器160接着接合回到第一级(即谐波滤波器单元240和基本滤波器单元)中的这些分裂光信号，在第一级中它们将被进一步隔离。零级半波片124被光学接合于光学处理段的一个上的基本滤波器222以便于进行已被光学分用的奇数和偶数信道的色散的基本减小。基本滤波器射束弯曲器272、280、290通过端口连接器282、292中的相关一个将具有奇数信道的光信号和具有偶数信道的光信号指向光学分用器的两个输出端口188、198的相应一个处。在用作多路复用器的操作中，端口198、188和端口102之间的传播路径是相反的。
在图2A中所示的上述实施例中，基本单元的光学轴线226和谐波单元的光学轴线242取向成垂直于每个相应的单元顶表面。为了在入射光线的偏振方向与光学轴线之间形成角度以便于减小偏振光束分裂，可使得基本单元或谐波单元相对于图2A中所示的信号传播方向物理地转动，尤其是在入射光线的偏振方向为竖直或水平偏振的情况下。在某些情况下，为了便于封装和制造，最好使得基本单元或谐波单元平放在封装平台上。在这种情况下，可以这种方式切割基本单元或谐波单元中的双折射晶体，即，使得它们相应的光学轴线226和242被取向在相对于其相应顶表面的方向的预定角度下，从而进行有效的偏振束分裂。因此，不需要基本单元或谐波单元的物理转动。或者，如果光学轴线226和242保持取向成垂直于其相应的单元顶表面的话，零级波片可被插入到基本单元和谐波单元的前面，从而进行下面结合图2B所描述的有效的偏振束分裂。
图2B示出了图2A中所示的光交错器的另一个可选择的实施例。在图2B中，光交错器202包括零级波片270、232，零级波片270、232允许基本滤波器222、零级半波片124和谐波滤波器单元240的外部零件的对准。零级波片270在不受光信号接合于基本滤波器中的快和慢路径上的接合比率的影响的情况下通过进入和退出基本滤波器的光信号的转动允许基本滤波器222和零级半波片124的外部零件(例如其表面)与端口连接器210、282、292对准。零级波片232在不受光信号接合于基本滤波器和谐波滤波器中的快和慢路径上的接合比率的影响的情况下允许谐波滤波器单元240的外部零件(例如其表面)与基本滤波器222和零级半波片124对准。
图3A-B是具有形成单一滤波级的偏振束分裂单元322和340以及零级半波片124的图2A-B中所示的光交错器的可选择的实施例300和302的等距视图。下面将参照图4-6更详细地描述这些单元。在图3B中所示的实施例中，偏振束分裂单元322和340以及零级半波片124的外部零件可与以上结合图2B所述的零级波片232、270的入口对准。
图4A和图4C是图3A中所示的光交错器的实施例的顶部和侧面硬件框图。图5-6中所示的偏振束分裂单元形成了单一滤波级的基本滤波器和谐波滤波器。所述光交错器具有通过相应的端口连接器与基本滤波器单元322接合的3个端口102、188、198。用于端口102的端口连接器包括具有透镜的准直器212、束分裂器/组合器214和波片216。用于端口188的端口连接器包括具有透镜的准直器482、束分裂器/组合器484和波片486。用于端口198的端口连接器包括具有透镜的准直器492、束分裂器/组合器494和波片496。在作为光学分用器的操作中，具有在其上调制的奇数和偶数信道的光信号通过可能是光纤的端口102进入准直器212。用于准直器212的透镜可是Graded Index ofRefraction(GRIN)或者其他透镜系统。透镜根据送至/来自束分裂器/组合器214的传播方向聚焦/准直光。束分裂器/组合器可由具有取向为能够在波片216上产生光信号离开的光学轴线的双折射晶体制成。波片是零级波片并且具有取向为产生由束分裂器/组合器形成的两个射线的偏振向量的线性化的光学轴线。
线性偏振的射线接着被导入到包括用作基本滤波器的偏振束分裂单元322和零级半波片124的基本滤波器单元中。在所示的实施例中，基本滤波器对于奇数组和偶数组信道分别用作窄带全/半波片或者半/全波。线性偏振的射线相对于基本滤波器单元的偏振轴线(见图5)的偏振向量的角度决定光信号在基本滤波器单元中的快和慢路径上的接合。谐波滤波器单元340光学地与基本滤波器单元接合并且在基本滤波器中处理的光信号上施加较高级的谐波。来自于基本单元的线性偏振射线相对于谐波滤波器单元的偏振轴线的偏振向量的角度决定光信号在谐波滤波器单元中的快和慢路径上的接合。光学偏振束转移器、偏振束转移器251分裂来自于基本滤波器单元和谐波滤波器单元的奇数和偶数信号在第一光学处理段420上的输出。下面将参照图5M和5N更详细地描述偏振束转移器251。
反馈反射器160接着将回到第一级(即谐波滤波器单元240和基本滤波器单元)中的这些分裂光信号接合到第二光学处理段422上，在此它们将被进一步隔离。偏振束分裂器/合并器250可与光学处理段420、422中的任意一个或两者相交。零级半波片124被光学接合于光学处理段的一个(例如，光学处理段422)上的基本滤波器322以便于进行已被光学分用的奇数和偶数信道的色散的基本减小。在本发明的一个可选择实施例中，零级半波片可与任意一个光学处理段420、422上的基本滤波器整体形成。基本滤波器射束弯曲器272将通过相应的端口连接器部件482-486和492-496输出到用于改变方向的射束弯曲器280和290中的相应一个的奇数和偶数信道的光信号分别指向相应的输出端口188、198。在用作多路复用器的操作中，端口198、188和端口102之间的传播路径是相反的。图4A和图4C还以虚线示出了图3B中所示的允许端口连接器、基本滤波器单元和谐波滤波器单元的外部零件对准的零级波片232、270。
图4B是表示分别沿着形成在图3A中所示的光交错器的实施例内的光学处理回路的第一和第二段420、422的偏振向量的偏振图。该偏振图是沿反z方向看的z轴的各个位置下示出的。偏振图400对应于分别用于进入/退出端口102、188和198的光信号的偏振向量的准直器212、482和492的透镜中的偏振状态。偏振图402对应于分别用于进入/退出端口102、188和198的光信号的偏振向量的束分裂器/组合器214、484和494中的偏振状态。偏振图404对应于波片216、486和496中的偏振状态。偏振图406对应于第一和第二光学处理段420、422上的基本滤波器320中的偏振状态。偏振图408对应于第一和第二光学处理段420、422上的基本滤波器340中的偏振状态。偏振图410对应于第一和第二光学处理段420、422上的束分裂器/组合器250中的偏振状态。
图5A是用于图3A-B中所示的光交错器的实施例中的偏振束分裂单元的等距视图。光学滤波器单元使用具有偏振依赖束分裂的连接器以便于将光线接合在一对延迟路径上。该偏振束分裂单元被用在图3A-B和4A-B中所示的本发明实施例中以便于形成基本滤波器322和谐波滤波器340。光学滤波器单元包括在一对延迟路径之间使用偏振依赖束分裂的连接器。每个连接器根据光线的输入特性传输和反射光线。在图5A中所示的本发明实施例中，每个连接器都是偏振敏感的并且包括相互垂直的“P”和“S”偏振轴线。第一连接器被布置在进入的偏振光的传播路径中并且传输和反射分别与连接器的“P”和“S”偏振轴线对准的进入的偏振光分量。由连接器传输和反射的光线遵循两条截然不同的延迟路径，一条用于传输光线而另一条用于反射光线。在进入的光线被垂直偏振的情况下，第一连接器提供通过这对延迟路径的任意一个进入的光线的每个垂直偏振向量的接合和交叉接合的可配置量。布置在这两个截然不同的延迟路径交叉的位置处的第二连接器与该处理相反并且将具有垂直偏振向量的光线重新对准在共用传播轴线上。
偏振束分裂单元322被示出在“x，y，z”或笛卡尔座标系统中。所述单元包括沿z轴相互分开的相对的光学偏振束分裂器510、530，其中光学元件520A-B覆盖分裂器之间的跨距。其中示出了偏振束分裂器510具有沿y轴所限定的方向相互分开的反射器512和偏振依赖束分裂器514。其中示出了偏振束分裂器530具有沿y轴所限定的方向相互分开的反射器532和偏振依赖束分裂器534。偏振依赖束分裂器具有沿所示的单元的取向被对准成与x轴平行的“S”偏振轴线。每个偏振依赖束分裂器的“P”偏振轴线与“S”轴线垂直，即，被对准成与y轴平行。应该注意的是，反射器512、532和偏振依赖束分裂器514、534无需相对于入射光信号成45度角，并且在许多执行过程中通常都是大于45度的其他角度。在一些示例型实施例中，反射器512、532和偏振依赖束分裂器514、534相对于入射光信号成大约55度角，但是取决于具体的执行过程也可具有更广的范围。
每个偏振束分裂器510、530都可用两对棱镜(未示出)制成。在这种情况下，可用相对于彼此成直角或成其他互补角的第一对棱镜制成偏振束分裂器510和偏振依赖束分裂器514。可将它们相互固定，例如胶接，以使得波前畸变最小化。一个棱镜的斜边被涂覆以多层介电偏振束分裂涂层。之后将所述棱镜固定在一起，以便于形成第一个矩形，其外表面可被抗反射(AR)涂覆以使得表面反射损失最小化。第二对棱镜可用于制成反射器512。该第二对棱镜中的一个的斜边被涂覆以反射介电涂层，并且与第二对棱镜中的另一个的斜边胶接在一起，以便于形成第二个矩形，其外表面也可被AR涂覆。之后可将这两对棱镜形成的两个矩形固定在一起以便于形成偏振束分裂器510。可使用相似的技术制造第二偏振束分裂器530。
或者，偏振束分裂器510、530可用相对于彼此成直角或成其他互补角的两个棱镜511、515或531、535和平行板513、533制成。制成偏振依赖束分裂器514的平行板的表面可被涂覆以多层介电偏振束分裂涂层。制成反射器512的平行板的表面也可被涂覆以多层介电偏振束分裂涂层或可简单地涂覆以反射介电涂层。在其他实施例中，固定于平行板的棱镜的表面可被涂覆以适当的涂层。应该理解的是，如果与棱镜相对的平行板被涂覆有多层介电偏振束分裂涂层或反射涂层的话，附于反射器512的棱镜可被省略。平行板和棱镜可通过光学粘接(即，光学接触，无环氧的)相互固定，并且偏振束分裂器510的外表面被AR涂覆以使得表面反射损失最小化。可使用相似的技术制造第二偏振束分裂器530。
在2001年8月31日所提交的名称为“METHOD AND APPARATUS FOR ANOPTICAL FILTER”的美国专利申请No.09/944 037以及2001年6月11日所提交的名称为“METHOD AND APPARATUS FOR AN OPTICAL FILTER”的美国专利申请No.09/879 026描述了单元上的其他变化。
在图5A中示出了与光学回路的第一和第二段相关的光信号。示出了射束542、544沿光学回路的第一段通过滤波器单元传播并且通过滤波器单元分别作为射束546、548退出。在图5D-5E中分别示出了进入基本单元和从中退出时它们的偏振状态。其中示出了射束550、552、554、556沿光学回路的第二段的相反方向通过滤波器单元传播并且分别作为射束558、560、562、564退出。在图5D-5E中分别示出了进入基本单元和从中退出时它们的偏振状态。单元滤波器双向发光。出于解释性的目的，示出了偏振光在光学处理回路的第一段上沿z轴的负方向进入单元并且在光学处理回路的第二段上沿z轴的正方向进入单元。也支持沿相反方向的传播。所述单元还被高度地定向以使得沿一个方向的光线传播与沿相反方向的光线传播无关。
图5B示出了图5A中所示的偏振束分裂单元内的快和慢延迟路径θP1和θS1。射束542被束分裂器514分裂为一对慢/快延迟路径548、550。反射器512、532将延迟路径548上的光信号反射回分裂器534，在那里它们与延迟路径550上的光信号重新组合。对于射束544进行相似的光学处理。P和S延迟路径上的延迟量分别为θP1和θS1。每个路径的延迟通过其相应的光学路径长度被确定。每个路径的光学路径长度都是分别位于两个截然不同S和P延迟路径548、550上的所有光学元件的外形尺寸与折射系数的乘积的合计。光学元件520A-B覆盖P延迟路径上的分裂器11之间的跨距。这些光学元件具有与构成S路径的光学元件、固体、液体、气体等离子体不同的光学路径长度。单元的延迟差与P和S延迟路径之间的光学路径长度中的差异成比例。延迟差在输出射束546的光学特性中显示为其本身。输出射束将第二个偏振束分裂单元534的P和S延迟路径的再接合产生的干涉图显示为单个输出射束。
输出射束包括用正方形和圆形所示的垂直偏振向量。每个都包含具有中心波长的互补周期的阻带和通带，它们之间的间隔与P和S延迟路径之间的延迟差反相关。换句话说，延迟差越大，光学滤波器单元可分辨的波长间隔越小。
图5C是相对于图5A中所示的偏振束分裂单元的偏振轴线的线性偏振的光信号的等距视图。例如，来自于射束542的偏振光将与连接器514、偏振束分裂器的P和S轴两者接合，在量上和偏振输入的偏振向量与束分裂器的垂直P和S偏振轴线之间的相对角旋转相对应。投射到束分裂器的S偏振轴线上的偏振输入的分量将由来分裂器反射。投射到束分裂器的P偏振轴线上的偏振输入的分量将由束分裂器传输。
偏振光束542可被任意地、环形地或线性地偏振。在所示的示例中，射束542在相对于单元的“S1”偏振轴线516成角度1下被线性偏振了偏振向量570。当射束542进入单元时被分别接收在两个截然不同S和P延迟路径548、550的任意一个上。这些延迟路径链接偏振依赖束分裂器514、534。接合在任意一个延迟路径上的光量由进入的射束向量相对于单元的S偏振轴线的角度1确定。
在所示的示例中，来自于在量上与sin2(1)和cos2(1)成比例的偏振向量570的光线将分别接合于P和S延迟路径。单元关于射束542的传播路径即，z轴的旋转可用于改变进入光线与P和S延迟路径之间以百分比计的耦合系数或比率。对于光学处理回路的第二段上的射束550-556进行相似的考虑。在进入的光线包括垂直偏振向量的情况下，任意一个向量的接合将通过将所述向量也投射到偏振束分裂器的P和S偏振轴线上而确定。因此偏振束分裂器514、534用作用于提供通过这对延迟路径的任意一个进入的射束的的接合和交叉接合的可配置量的连接器。
图5D-E示出了图5A中所示的偏振束分裂单元的相对两侧的偏振图。偏振图502示出了对于进入到光学回路的第一段上的滤波器的射束542、544和对于从光学回路的第二段的滤波器退出的射束558、562的可能偏振状态的一个实施例。偏振图504示出了表示对于从光学回路的第一段上的滤波器退出的射束546、548和对于进入到光学回路的第二段上的滤波器的射束552、556的偏振状态。光信号第一和第二段之间的光学回路的光学偏振束分裂器/转移器和反馈反射器未示出(见图3A-B)。在端部处具有正方形的向量包含在滤波器的延迟路径之间的延迟差所形成的周期性间隔的奇数整数倍下具有中心波长的通带。在端部处具有圆形的向量包含在滤波器的延迟路径之间的延迟差所形成的周期性间隔的偶数整数倍下具有中心波长的通带。
射束542通过多路复用的奇和偶信道进入第一段，并且通过多路分用的奇和偶信道从滤波器中退出到构成射束546的两个垂直输出向量的相应一个上。光学偏振束分裂器/合并器/转移器250、251(见图3A-B)将这些垂直分量向量分裂为由反馈反射器160(见图3A-B)反射并且沿包含与滤波器单元322交叉的第二段的部分的光学处理段的第二段经过的射束550、554。在第二次穿过第二段所提供的基本单元的情况下，偶数信道中任何残留的奇数分量和奇数信道的偶数分量都被去除。
在没有与基本滤波器单元交叉的光学回路的第一和第二段的部分的FSR中偏斜的情况下，将添加而不是补充色散。在第一和第二段上补充色散是优选的，这是由于它们提高了信号完整性。信号完整性方面的提高量是由在任何相等和相对信号的频率下(见图7A-B)色散所达到的程度确定的。FSR中的偏斜可通过将单元322与图3A-B中所示的或偏振束分裂单元322本身中的零级波片相接合而实现。在前一种情况中偏振束分裂单元和零级半波片构成了基本滤波器单元。偏振束分裂单元是基本滤波器单元的基本滤波器部分并且分别作为用于奇和偶信道的窄带全/半波片或半/全波片。零级波片通过与光学回路的两段中的一段上的基本滤波器相接合并且为奇数组信道和偶数组信道两者中相应信道的每个中心波长进行基本一半波长的奇数整数倍的相位推延而完成了基本滤波器单元。在后一种情况中基本滤波器与零级半波片整体形成在一个偏振束分裂单元中。在本发明的该实施例中，覆盖偏振束分裂器之间的跨距的光学元件520A-B显示出光学路径长度，其在第一和第二段上的差异导致奇数组信道和偶数组信道两者中相应信道的每个中心波长的基本一半波长的奇数整数倍的相位推延。
与许多宽带光学部件相似，图5A的偏振束分裂单元在穿过其的光信号中引入了一些色散。色散与光信号中的脉冲展宽有关，通常导致光线速率上的波长依赖性。因此，色散量通常取决于光信号行进的距离。然而，在偏振束分裂单元322中给予其较小尺寸，色散的起源是来自于类似于Fabry-Perot(F-P)Cavity的某种光学分量行为，如图5F中的F-P Cavity572所示的。
F-P Cavity572由具有折射系数n的长度材料L所分离的两个平行的反射表面R限定。通常，用于F-P Cavity的每个反射表面的反射率是这样的，即，使得大约95％的入射光线，I。被反射以及使得大约5％的入射光线，It被传输，与波长无关。对于大多数波长来说，F-P Cavity本身也具有高反射性。然而，对于某些波长来说，F-P Cavity变得具有高传输性(大约100％的入射光线)。对于垂直于F-P Cavity行进的光线来说，当反射表面之间的间距等于半波长的整数倍时发生该高传输，并且F-P Cavity因此而共振(即，波进入、离开以及在Cavity中前后跳动都是同相的)。应该注意的是，出于示出的目的，在图5F中示出了反射的光信号仅从传输的信号处偏斜以使得反射是可视的。在实际中，对于垂直于镜面的光信号，传输和反射的光信号基本上占据相同的区域，即，它们相互重叠并相互影响。
由等式3a给出相邻传输频率之间的间距(也称作F-P Cavity)等式3aFSR=Δσ=c2nL]]>其中c是光在真空中的速度、n是反射器之间的材料的折射系数，而L是反射器之间的间距。
由于光信号相互影响导致F-P Cavity中的反射产生色散，如图5F中所示的，传输的相互包括入射信号的传输部分、入射信号的反射的传输部分、等。尽管每个反射信号的强度趋向于远小于传输信号的强度，但是反射信号所引入的影响无疑导致色散。由等式3b给出F-PCavity572所引入的色散等式3bCD=∂τ∂λ=2πc(2nLλ)2Rsin(2πλ2nL)]]>其中τ为1/e点下的射束半宽度。应该注意的是，色散与Cavity长度的平方成比例。
当然，与F-P Cavity572不同，偏振束分裂单元322被设计成用于传输(而不是反射)光信号。因此，偏振束分裂单元322中的邻接表面通常被涂覆以抗反射(AR)涂层。然而，在实际中，不可能和/或很少能获得100％有效的抗反射涂层，尤其是对于宽带信号的所有波长来说。因此，虽然可采取用于减小相邻偏振束分裂单元表面之间的反射的步骤，但是还是会有一些量的反射发生。
例如，参照图5A，偏振束分裂器510、530、光学元件520A-B、以及分裂器510、530之间的跨距每个都表现出在一定程度上与F-PCavity572相似，因此引入一些量的色散。一般将结合图5G更详细地描述偏振束分裂单元322引入的色散。图5G示出了在两个准直器574、578之间传输的光信号573。当信号在准直器之间行进时，对于某种类型的光学处理来说，它穿过一个或多个光学部件576。与图5A的偏振束分裂单元322中的偏振束分裂器510、530、光学元件520A-B、以及分裂器510、530之间的跨距相似，光学部件576也可表现出在一定程度上与F-PCavities相似，因此向光信号573中引入一些量的色散。
如上面等式3b所示的，F-P Cavity所引入的色散取决于穿过Cavity的光信号的波长。因此，对于宽带信号来说，偏振束分裂单元322所引入的色散量由于波长而改变。色散中的总变化-光信号的频带上的最大色散与最小色散之间的差异-也被称作色散纹波(CD)纹波。色散的核算是较为复杂的任务-色散或CD纹波中的变化使得核算任务或色散的校正更为复杂。而且，CD纹波中的减小通常与下面的其自身的色散的减小相关。因此，CD纹波是在评价光信号和光学部件的质量时所要考虑的一个因素，并且减小CD纹波是提高光信号质量的一个途径。
如图5H中所示的，相对于光信号573的角度α可被引入到准直器574和准直器578之间的一个或多个光学部件576中。在图5I-J中更详细地示出了从有效引入角度α中在光信号573上的影响。在退出光学部件576的情况下，光信号573的传输部分到达准直器578的中心。然而，入射信号573的反射的传输部分从准直器578的中心处偏斜因此不有助于(更少程度影响)准直的光信号离开准直器578。应该注意的是，有效角度α可取决于与光学部件576和其他外部光学部件相关的多个因素，包括入射光信号的角度(α1)、面575的角度(α2)、以及面577的角度(α3)。
图5J示出了角度α在每个连续束传递(连续反射的传输部分)上的影响增加了。第一传递束撞击准直器578的中心、第二传递束略微偏心、第三传递束部分错过了准直器578、而第四传递束完全错过了准直器578。每个传递中引入的偏斜量取决于有效角度α和光学部件576的长度。
回顾一下光学基本原理，入射角等于反射角。应该注意的是，在图5I中，由于折射系数改变，光信号573的角度在光学部件576的边界处改变。更应该注意的是，在图5H、5I和5K中，角度已被放大以使得角度的存在更加明显。在图5L中所描绘的图表示出了诸如与图5K所示的偏振束分裂单元322K相关的有效角度α的代表值。所述图表还包括示出了模拟的插入损失纹波(IL纹波)-在光信号的频带上最大插入损失与最小插入损失之间的dB中测量的差异-对于偏振束分裂单元322K。
由于CD纹波与角度α的平方成比例，因此，较小角度趋向于产生较小作用(即，不明显减小CD纹波)。另一方面，较大角度导致制造问题，尤其是关于抗反射涂层的，并且可导致通光孔径的明显减小。因此，在一个实施例中，角度α落在从2.5度到3.0度的范围内。当然，角度α的最适当值通常取决于光学装置的具体应用，诸如准直器574、578、光学部件576或偏振束分裂单元322K以及光信号的波长。因此，大到5度或以上的角度α也是适当的或可取的。
图5K示出了具有相对于光学元件520K形成角度α并且具有一个或多个入射光信号(诸如图5A中所示的那些)的偏振束分裂器510K、530K的偏振束分裂单元322K-或者垂直于偏振束分裂单元322K。可通过抛光偏振束分裂器510K、530K的一个或多个表面和/或通过抛光偏振束分裂器510K、530K被安装于其上的基底引入角度α。在一个实施例中，偏振束分裂器510K被抛光为角度α。在另一个实施例中，可调节偏振束分裂单元322K外部的其他光学部件的对准以便于以超过通过抛光部件表面引入的任何角度的方式有效地增加角度α。在另一个实施例中，偏振束分裂器510K、530K的平行面575、577和585、587中的一个或两者可被抛光以引入角度α。引入角度α可在偏振束分裂器510K、530K和光学元件520K之间留下微小间隙。应该注意的是，通常要耗费大量的努力将偏振束分裂单元322K的大部分光学部件与接收的光信号对准以确保它们或者几乎平行或者相互垂直。
由于光学交错器(诸如图3B中所示的交错器302)的许多部件都具有在某种程度上表现为F-P Cavity或者类似于F-P Cavity的平行表面，如以上参照图5K中的偏振束分裂单元322K所描述的，其他光学部件可倾斜。具体地，偏振束分裂单元322和340可从所述倾斜中引入较少的色散，但是波片124、216、232、270、分裂器/合并器214、偏振束转移器251和束弯曲器272、280、290也可这样。通常，波片足够薄以便于成为色散的辅助源，因此在许多实施例中，在用于减小色散的努力中可不倾斜。尽管可能不易明白，但是反馈反射器160也是同样的。反馈反射器160用作具有一个平坦表面的折叠式腔，由于反馈反射器中的内部反射，所述平坦表面基本等效于两个平行表面。因此，在优选实施例中，光学交错器中的大部分(如果不是全部的话)部件可在角度α下倾斜。
图5M示出了用作光偏振束转移器(分裂器/合并器)的双折射晶体250，如对于以上结合图2A-B的示例所述的。在图5M中，双折射晶体250可用于(i)将未偏振束255分裂为两个垂直的偏振束257、259；或(ii)分离来自于包括这两组信道的光信号255的两组(偶/奇)信道257、259。对于相反方向行进的射束，双折射晶体250可用于(i)将两个垂直的偏振束257、259合并为一个射束255；或(ii)将两个分离组信道257、259(偶/奇)合并为包括这两组的光信号255。
然而，需要充分移动(或需要充分合并移动射束)的双折射晶体250的较长长度存在许多问题。例如，使用双折射晶体作为光偏振束转移器既增加了装置尺寸又导致增加的色散纹波。(如以上结合等式3b所述的，色散与晶体长度的平方成比例)。
当使用双折射晶体250作为光偏振束转移器时所遭遇的另一个问题涉及为双折射晶体250提供适当的AR涂层。根据定义，双折射晶体250具有两个不同的折射系数。为了使得反射最小化，每个折射系数都要求不同的AR涂层，这是困难的或者是不可能实现的。因此，当使用双折射晶体250作为光偏振束转移器时，选定的AR涂层通常表示包含与双折射晶体250的正常轴线和异常轴线相对应的两个竞争折射系数。
图5N示出了用作光偏振束转移器的偏振束分裂器251。当以这种方式用作光偏振束转移器时，偏振束分裂器可被称作光学偏振束分裂器。与以上所述的其他偏振束分裂器相似，光学偏振束分裂器251包括平行板258、以及一个或多个棱镜256A-B。通过为棱镜256A的斜边或平行板258的相应表面涂覆多层介电偏振束分裂涂层形成偏振依赖束分裂器254。通过为棱镜256B的斜边或平行板258的相应表面涂覆反射介电涂层形成反射器252。或者，该涂层也可为与用于偏振依赖束分裂器254的涂层相似的多层介电偏振束分裂涂层。在使用反射介电涂层的一些实施例中，不需要棱镜256B，因此省略它。
与图5M的双折射晶体250相比较，光学偏振束分裂器251减小了大约十倍的光偏振束转移器的尺寸。如以上结合图5A所述的，通过光学粘接而粘接偏振束转移器，这对于高功率测试是重要的。与双折射晶体250相似，取决于传播方向，光学偏振束分裂器251可用于(i)将未偏振束255分裂为两个垂直的偏振束257、259或将两个垂直的偏振束257、259合并为一个射束255；或(ii)分离来自于包括这两组信道的光信号255的两组(例如，偶/奇)信道257、259或将两个分离组信道257、259(例如，偶/奇)合并为包括这两组的光信号255。
尽管在几何形状上与其他光学偏振束分裂器相似，但是光学偏振束分裂器251的反射器512和偏振依赖束分裂器514通常相对于入射光信号尽可能对准成接近45度(即，光学偏振束分裂器251显示出1∶1输出孔径)。通过具有1∶1输出孔径，光学偏振束分裂器251将一个射束255平均分裂为垂直的偏振束257、259，并且均匀地将垂直的偏振束257、259合并为一个射束255。与之相反，偏振束分裂器510、530的输出孔径通常是错配的，但是由于两个处理段，这些错配被互补并且基本上被相互抵消，伴随对应量的信号损失。
与图5M的双折射晶体250不同，光学偏振束分裂器251具有一个折射系数。在一个示例性实施例中，与偏振束分裂器510、530的1.44相比较，光学偏振束分裂器251的折射系数大约为1.74。如上所述的，一个折射系数简化了用于光学偏振束分裂器251的有效AR涂层的选择。
在本发明的可选择实施例中，在不脱离本发明保护范围的前提下，其他类型的滤波器可代替文中所述的双折射或偏振束分裂器单元。作为本发明的目的，当其提供延迟路径对时滤波器将体现为半波片，它们之间的相对光差相当于入射波长的一半或其奇数整数倍。当其提供延迟路径对时滤波器将体现为全波片，它们之间的相对光差相当于入射波长或其偶数整数倍。当其过滤不同的奇和偶信道时滤波器将体现为窄带，即，体现为用于奇信道的全波片和用于偶信道的半波片，反之亦然。当其过滤相似的奇和偶信道时滤波器将体现为宽带，即，体现为用于奇和偶信道两者的全波片或用于两者的半波片。
为简单起见，图6A是用于图3A中所示的光交错器的实施例中的图5A中所示的偏振束分裂单元的多单元实施的等距视图。当然，如上所述的，其他偏振束分裂单元，诸如图5K中所示的那些也是可用的。一个或多个光学元件520被示为跨越这两个分裂器510、530之间的P路径的单个元件。该单个元件在光学处理回路的第一和第二段上具有相同的光学路径长度。两个单元322和340被示为串联地相互结合。因此接合的单元允许光学滤波器显示出比图5A中所示的单个单元所提供的单一正弦输出更复杂的传输功能。在该示例中，谐波单元340所提供的延迟路径和它们的延迟差大于基本单元322所提供的延迟路径和它们的延迟差。通过用与单元322相同的光学元件(其中元件的实际长度增加)制造单元340或者通过用具有高于单元322的光学元件的折射系数的光学元件制造单元340可获得这种结果，从而保持这两种单元的相同波形因数。
第一单元和随后单元的合并可被看作是通过它们的延迟路径之间的差异实现的，用于顺序的和更高级谐波的基本正弦谐波。在本发明的一个实施例中通过将顺序中的一个单元设计成具有与期望的基本谐波相对应的FS以及将其他单元设计成具有作为基础FSR的整分数的FSR实现了该目的。通过改变接合百分比、偏振输入与单元之间的系数以及通过相应偏振束分裂器提供的单元的“P”和“S”偏振轴线提供每个谐波的系数或振幅。通过单元关于偏振输入到每个单元的传播路径改变接合系数。
单元322包括结合图5A所述的部件。在单元322和340之间在第二光学处理段上示出了零级半波片124。单元340包括使用由一对延迟路径650和646、648、652链接的偏振依赖束分裂的连接器614、634。单元340包括通过一个或多个发光分裂器之间跨距的光学元件620(示为单个光学元件)沿z轴相互分开的相对偏振束分裂器610、630。其中示出了偏振束分裂器610具有沿y轴所限定的方向相互分开的反射器612和偏振依赖束分裂器614。其中示出了偏振束分裂器630具有沿y轴所限定的方向相互分开的反射器632和偏振依赖束分裂器634。偏振依赖束分裂器具有相互对准的“S”偏振轴线。在连接器之间示出了一个或多个光学元件620。在基底606的顶部上示出了各种部件。
在光学处理回路的一个段上只示出了一个射束。在所示的实施例中，该偏振束542具有线性偏振输入向量(见图6B)。该射束进入到单元322，在那里它被偏振束分裂器514反射和传输到这对延迟路径θS1和θP1的一端上。在延迟路径的相对端上偏振束分裂器534的反射和传输产生了共同的输出射束546，所述输出射束546退出第一段上的单元并直接前进到谐波单元340，未与零级半波片124交叉。
在进入谐波单元的情况下，射束546被偏振束分裂器614反射和传输到这对延迟路径θS2和θP2的一端上。在延迟路径的相对端上，偏振束分裂器634的反射和传输产生了具有具有奇和偶信道分量(见图6C)的垂直偏振向量的共同的输出射束546N。该处理可搀入更的谐波滤波器以形成更复杂的光学滤波器传输功能。
图6B-C示出了图6A中所示的偏振束分裂单元322和340的相对两端的偏振图。偏振图602示出了对于进入到光学回路的第一段上的滤波器的射束542的可能偏振状态的一个实施例。偏振图604示出了表示对于在光学回路的第一段上的最后滤波器单元340退出的射束546N的偏振状态。形成第一和第二段之间的光学回路的分裂器和反馈反射器未示出(见图3A-B)。在端部处具有正方形的向量包含在滤波器的延迟路径之间的延迟差所形成的周期性间隔的奇数整数倍下具有中心波长的通带。在端部处具有圆形的向量包含在滤波器的延迟路径之间的延迟差所形成的周期性间隔的偶数整数倍下具有中心波长的通带。
射束542通过多路复用的奇和偶信道进入第一段，并且通过多路分用的奇和偶信道从滤波器中退出到构成射束54 6N的两个垂直输出向量的相应一个上。光学偏振束分裂器/合并器/转移器250(见图3A-B)将这些垂直分量向量分裂为由反馈反射器160(未示出，但见图3A-B)反射并且沿与第一段中的传播方向相反的方向通过单元340、124和322沿光学处理段的第二段返回。在第二次穿过基本单元的情况下，偶数信道中任何残留的奇数分量和奇数信道的偶数分量都被去除。
图6D是图6A中所示的多单元实施的延迟路径的侧视图。引入到沿任何延迟路径穿过的光线中的延迟是包含所述延迟路径的光学元件的光学路径长度的函数。光学元件的光学路径长度“L”被表示为通过元件传播的射束行进的实际距离“d”乘以元件的折射系数“n”的乘积。在包含多个光学元件的情况下，合计对于独立元件的光学路径长度的独立影响。作为本发明的目的，光学元件包括沿传播路径的真空、液体、固体或等离子体。媒介的折射系数确定真空中的光速与媒介中光速的比率。在光学路径长度在两个延迟路径之间改变的情况下，据说一个路径比另一个路径快/慢并且据说在它们之间存在延迟差。
射束542通过第一单元322在延迟路径θP1和θS1上传播并且通过第二单元340在延迟路径θP2和θS2上传播。延迟路径θP1包括光学路径长度L15-L17限定的光学元件。延迟路径θS1包括光学路径长度L10-L14限定的光学元件。延迟路径θP2包括光学路径长度L25-L27限定的光学元件。延迟路径θS2包括光学路径长度L20-L24限定的光学元件。在所示的实施例中，光学路径长度L12和L22所限定的光学元件包括空气/气体/真空。其余的光学元件可由各种光学玻璃制成，包括BKx、熔融石英、SFx。通过延迟路径的适当设计，可实现光学滤波器的基本和更高级谐波。
第一滤波器322中的延迟路径θP1和θS1的延迟分别被表示为以下等式4-5中每个路径的光学路径长度的函数。
等式4θS1=(2πvc)(Σi=1i=Idini)]]>等式5θP1=(2πvc)(Σj=1j=Jdjnj)]]>其中c和v为光线在自由空间中的频率和速度，而I和J是构成具有延迟θP1和θS1的路径的光学元件的数量。对于i光学元件的每个来说构成延迟路径θS1的真空、气体、等离子体、液体或固体，第i个元件具有实际长度di和折射系数ni。对于J光学元件的每个来说构成延迟路径θP1的真空、气体、等离子体、液体或固体，第j个元件具有实际长度dj和折射系数nj。光学元件包括与偏振有关的光学涂层或强度依赖束分裂器，它们都有助于光学路径长度和相位积聚。
在等式6中示出了这两个路径之间的延迟差。
等式6θS1-θP1=(2πvc)(Σi=1i=Idini-Σj=1j=Jdjnj)]]>
单元的延迟差与S和P延迟路径之间的光学路径长度中的差异成比例。在确定第二单元340中的这对延迟路径的延迟和延迟差时需要作出同样的考虑。
单元中这两个延迟路径之间的光学路径长度差异与来自于单元的输出束的垂直向量分量中所证明的单元所产生的自由光谱范围(FSR)成反比。在以下等式7中示出了这种关系。
等式7FSR=(c|LI-LJ)=(c|Σi=1i=Idini-Σj=1j=Jdjnj|)=(2πvθS-θP)]]>其中LI和LJ是构成相应延迟路径θS和θP的I和J元件的总光学路径长度。
对于光学交错器来说，FSR应为可等于县里面奇或偶信道之间的信道间隔的恒量，例如，100GHz。使用等式7可确定产生该结果所需的延迟差，并且从中可确定每个延迟路径的光学路径长度的解决方法。
图6E是图6A中所示的多单元实施的单元之间的可变接合的侧视图。接合用于控制将被投射到相应单元的S和P延迟路径上的偏振光的输入量。三个接合图660、662和664分别在单元322的输入、单元322和340之间的界面和单元340的输出的适当位置处被示出。在其中一个光学处理段(例如第一光学处理段)上的仅其中一个束542被示出。三个图660-664是沿着输入束542的传播路径的正z方向看过去的所述位置得到的。在第一个接合图660中，具有单一输入向量“I”的偏振的输入以及第一单元322的垂直偏振轴PI和SI被示出。输入I可包括垂直的输入向量。接合在第一单元中的任何一个延迟路径上的光量由入射束向量与单元的S偏振轴线的角度1决定。在所示的示例中，来自于束542的光将以与束的向量和P和S轴之间的角1的sin2(1)和cos2(1)在量上成比例地接合P和S延迟路径。单元围绕束542的传播路径的转动可用于改变入射光与P和S延迟路径之间的接合百分比或者比率。在下一个接合图662中，来自于单元322的束546与单元340接合。存在于基本单元322的输出中的垂直偏振向量P1、S1以及由在该序列中的下一个单元(即，谐波单元340)的接合器限定的垂直偏振向量P2、S2被示出。接合在第二单元中的任何一个延迟路径上的光量由束546的两组垂直向量与单元340的P和S轴之间的角度2决定。最后一个接合图664示出了存在于第二单元的输出中的垂直偏振向量P2、S2以及第二组垂直偏振向量P0、S0。该最后的垂直偏振向量组用于表示用以将单一输出束内的垂直向量分成两个不连续的束(未示出)的光偏振束分裂器/合并器/转移器250(见图3A)。接合在输出束上的光量由两组垂直向量之间的角度3决定。
图6F示出了与通过图6A中所示的两个单元顺序的两个光学处理段的一个上的四个延迟路径中的每一个相关的单独转变。图6F示出了与从束542的输入到束546N的输出的四个不同的延迟路径的每一个相关的单独转变688。在具有两个延迟路径的N个单元的多单元顺序中的不连续路径的数量等于2N。对于两个单元，在输入和输出之间具有22或者4个不连续的路径。这些路径中的第一个分别在第一单元322和第二单元340中沿着延迟路径θS1和θS2。这些路径中的第二个沿着延迟路径θS1和θP2。这些路径中的第三个沿着延迟路径θP1和θS2。这些路径中的第四个沿着延迟路径θP1和θP2。在单一或者顺序单元实施例中的光学滤波器的转移函数是与每一个从输入到输出的不连续路径相关的单独的转移函数的总和。对应于上述第一至第四路径的转移函数688、690、692、694被示出。每一个转移函数包括两项696-698。第一项696对应于傅里叶级数中的一个系数，并且该系数与沿着特定路径的接合或者交叉接合系数的乘积成比例。第二项698对应于与该系数相关的频率分量。该频率分量对应于沿着一个相应路径的延迟的总和。这又对应于沿着每一个路径的光学路径的长度。所有转移函数的总和形成完全限定光学滤波器的截断的傅里叶级数。
在本发明的一个实施例中，其中光学电信栅包括间隔50GHz的信道，一种多单元设计包括100GHz的FSR的基本单元和50GHz的FSR的谐波单元以形成偏振型正方形顶部梳状滤波器。该滤波器可将具有50GHz信道间隔的光流分裂成两个分别具有100GHz的奇数和偶数信道间隔的光流或者将两个分别具有100GHz的奇数和偶数信道间隔的光流合并成单一具有50GHz信道间隔的光流。第一角1可基本上等于45度，第二角可基本上等于(45+15)度。类似地，具有100GHz的FSR的第一单元和具有50GHz的FSR的第二单元可用于形成强烈型正方形顶部梳状滤波器。第一分束比基本上为50/50％，第二分束比基本上等于cos2(45°+15°)/sin2(45°+15°)。在一个多单元实施例中，正方形顶部梳状滤波功能可通过选择一个具有基本FSR的单元并且其余单元的FSR为基本FSR的整分数倍数来实现。
对于顺序接合的光学滤波器单元的其他教导可在下列两个参考文献中的任何一篇中发现。见E.Harris，et al.，Optical NetworkSvnthesis Using Birefringent Crvstals，JOURNAL OF THE OPTICALSOCIETY OF AMERICA，VOLUME 54，Number 10，October 1964关于涉及双折射晶体的转移函数的一般性论述。见于1997年1月21日授权于C.H.Henry等的标题为“Monolithic Optical Waveguide Filtersbased on Fourier Expansion”的美国专利US 5,596,661关于涉及波导的转移函数的一般性论述。
被动热稳定化利用上述技术构成的光学滤波器的典型应用是一种光交错器。为了使交错器正常地发挥作用，它必须对于它分离的奇数和偶数信道产生所需的阻带和通带。对于当前的电信应用，滤波器可被设计成具有可能等于信道间隔，即100GHz的恒定FSR。具有该FSR的光学滤波器可在存在于输出上的每一个垂直偏振向量中产生所需的阻带和通带。其中一个垂直输出向量可包含与奇数信道的中心波长相关的通带。另一个垂直输出向量可包含与偶数信道的中心波长相关的通带。
可影响性能的交错器中的温度变化可由环境或者通过交错器传递的动力导致的。这可产生由与所选择的栅(即，ITU栅)对准移出的光学滤波器产生的周期性奇数和偶数通带。这主要是由于通带的中心波长随温度滑动。该未对准导致信号强度的衰减、串扰并且最终的发送/接收能力损失直至光学滤波器回到其初始温度。因此，实践中，光学滤波器和由其制造的交错器必须在一定温度范围内是热稳定的。
一种解决方案是使得滤波器的通带变平。诸如上述的多单元滤波器设计使得通带表现为采用非正弦通道型面形式(也被称为“平顶”)的较高级的谐波(见图11)。在WDM中的信道之间的近的间隔需要设计具有平的通带的WDM以增大在通带中产生移动的温度的错误容许。但是，即使具有平顶滤波器型面，仍然需要温度稳定，这是由于精确的电信信道间隔。
另一种解决方案是利用加热器或者冷却器和温度或者波长的闭环反馈来主动地稳定交错器的温度。该解决方案可是高费用的并且可增加交错器的波形因数。但是，本发明可利用主动温度稳定实施。主动温度稳定的可能的益处是构成每一对延迟路径的光学元件可都由一种具有相同的折射率和热膨胀系数的公共介质制造。
尽管能够用于具有主动温度稳定的系统中，但是本发明能够在适当的情况下在没有主动温度控制的情况下为光学滤波器通过温度稳定性。这大大增强交错器和由其制成的系统的精度和降低系统的费用。本发明通过对形成每一对延迟路径的光学元件的适当选择和设计以使得每一对延迟路径以及系统的延迟差整体上保持恒定，从而能够提供光学交错器的被动温度稳定。由于延迟差与光学路径长度差直接相关，因此本发明提供延迟差的热稳定。在本发明的一个实施例中，双折射晶体或者偏振束分裂滤波器可形成由具有两个光学元件的至少一个延迟路径，每一个光学元件表现响应于温度的不同的光学路径长度。通常，这采用具有不同热光学系数的光学元件的形式。
该系统被设计以使d(L1-LJ)/dT基本上等于零。当等式7中的分母的导数基本上等于零时满足该后面的条件，如在下列等式8中提及的d(LI-LJ)dT=d(Σi=1i=Idini-Σj=1j=Jdjnj)dT=]]>等式8Σi=1i=I(diβi+αinidi)-Σj=1j=J(djβj+αjnjdj)≈0]]>
其中αi和αj是在每一个单元中分别形成S和P延迟路径的每一个光学元件的热膨胀系数，并且βi和βj是分别在S和P延迟路径中的每一个元件的折射率的温度导致变化的热光系数。
下列表1示出了可用于制造构成每一对延迟路径的光学元件的一些光学媒体的各种相关光学参数。
表1
*假设恒定体积第二行列出了在1550纳米下的每一种材料的折射率。作为温度β的一个函数的折射率n的变化在第三行中被列出。第四行列出介质的热膨胀系数α。每一个光学部件的物理长度的选择可通过一起对等式4和5求解来确定。
可通过将偏振束分裂单元水平地安装在如图5N中所示的衬底上来实现另一种被动热稳定。
图7A-B是表示关于根据本发明制造的一种光学交错器的其中一个信道的相应的中心频率的补偿色散型面的图表。从沿与基本滤波器交叉的光学回路的第一和第二段的部分的光学来接触到之间的基本滤波器中的上述不对称中得出补偿色散型面。图7A示出了有代表性的色散型面，其中光线在任意一个光学处理段的快和慢路径上的接合是等比例的。相对于基本平坦的线合成色散704示出了第一段和第二段的色散型面700和702。所述平坦线色散型面来自于基本滤波器单元中的第一和第二光学处理段之间的奇和偶信道组的宽带相移。奇信道组或偶信道组两者中相应一个的每个中心波长的基本一半波长的奇数整数倍的该相移导致奇信道组或偶信道组使得基本滤波器单元分别作为基本滤波器单元内的光学回路的第一和第二段上的全/半波片和半/全波片。该相移的有利之处在于，它通过减小交错器所过滤的每个信道中的总体色散而提高了与多路复用和多路分用电信通信相关的信号完整性。
图7B示出了有代表性的色散型面，其中光线在任意一个光学处理段的快和慢路径上的接合是非等比例的。相对于合成色散716示出了光学回路第一段和第二段的色散型面710和714。该色散型面显示出与期望的平坦线路响应具有一些偏差，但是在增强过滤变换中的阻带方面的折衷对于某些应用是适当的，如以下图8A-E中所示的。
图8A-E是沿着图1-6中所示的交错器的光学路径的各个位置的滤波功能的信号图。图8A-B中所示的该信号图示出了周期性梳状滤波器功能，相对于该功能偶信道分别暴露在光学处理回路的第一和第二段上。偶信道相对于其暴露在第一段上的第一梳状滤波器功能包括用于与残余分量交错的偶信道或者用于奇信道的渗通的通带并且在图8A中示出。在第一段中，在该示例中，偶信道经历基本等于入射波长或其整数倍的相位推延。因此存在用于信道10的通带860和用于信道12的一个。信道12的通带的中心频率864与入射波长的选定级相一致，例如级3875。在用于偶信道的通带之间存在-10dB级以下的奇通带的渗通。示出了用于信道11、以及信道9和13的渗通862。该渗通来自于光线在除50％/50％的量上在快和慢路径上的不对称接合。
在每个滤波器单元的快和慢路径之间的第一段中的接合不对称存在于图8B中为偶信道示出的第二段中。由于λ/2或其奇数整数倍的波长偏移，在与基本单元交叉的第一和第二段的部分之间的光学路径长度差异中，偶信道经历与它们在第一子阶段中暴露于其下的梳状滤波器功能不同的第二梳状滤波器功能。图8B中所示的该第二梳状滤波器功能包括窄阻带，以及奇信道的基本被削弱的渗通。存在用于信道10的通带866和用于在平顶中具有微倾斜的信道12的一个。信道12的通带的中心频率864与入射波长的不同于图8A中所示的第一子阶段的滤波器的情况中的选定级相一致，例如级3876。
图8C-D中所示的信号图示出了周期性梳状滤波器功能，相对于该功能奇信道分别暴露在光学处理回路的第一和第二段上。在第一段中，在该示例中，奇信道经历具有λ/2或其奇数整数倍的第二梳状滤波器功能。因此存在用于信道11的通带870和用于信道9和13的一个。信道12的通带的中心频率864与入射波长的选定级相一致，例如级3875。在第一子阶段中用于奇信道的滤波器功能显示出窄阻带，以及基本削弱的渗通。在每个滤波器单元的快和慢路径之间的第一段中的接合不对称存在于第二段中。
如图8D中所示的，在与基本单元交叉的第一和第二段的部分之间的光学路径长度差异中的λ/2的波长偏移导致奇信道也经历与第一段中所经历的不同的，即，互补的滤波器功能。奇信道被暴露于具有λ/2或其奇数整数倍的波长偏移的第一梳状滤波器功能。存在用于信道11的通带874和用于信道9和13的一个。在用于奇信道的通带之间存在-10dB级以下的偶通带的渗通。示出了用于信道10、以及信道12的渗通872。该渗通来自于光线在除50％/50％的量上在快和慢路径上的不对称接合。在第一段中所用的相同接合比率应用在第二段中。信道12的通带的中心频率864与入射波长的不同于图8C中所示的第一段的滤波器的情况中的选定级相一致，例如级3876。
图8E示出了用于奇和偶信道两者的交错器的复合性能。示出了用于偶信道10以及用于信道12的通带810。也示出了用于奇信道11以及用于信道9、13的通带812。与现有技术设计相比较，每个通带都显示出陡侧型面和宽阻带。用于信道11的通带812示出了具有宽平顶804以及具有宽通带816、818。表示传统通带型面的边缘820重叠在通带812上。通过比较，本发明交错器显示出在其产生的具有更陡侧型面和更宽阻带的通带型面方面的明显提高。这种提高转化为交错器所处理的电讯数据的信号完整性方面的增加。
在本发明的可选择的实施例中，可在通用的半导体衬底上制造各种滤波器、反馈反射器以及光学交错器的其他元件。可使用半导体工业中公知的蚀刻和沉积技术的组合制造各种部件反射器、连接器以及光学元件。
出于解释性和描述性的目的给出了本发明优选实施例的前述描述。不应认为所述实施例是详尽的或是将本发明限制于所描述的具体形式。本领域中普通技术人员显然可明白许多修正和改变。
权利要求
1.一种用于处理光信号的装置，其包括与用于处理的光信号光学接合的第一准直器；光学地与所述第一准直器接合并且在光信号上执行光学处理的一个或者多个光学部件，其中至少一个光学部件具有两个带抗反射涂层的表面，其中一个表面相对于与光信号垂直的方向以一定角度倾斜以减小如果两个表面垂直于光信号那么可能由所述至少一个光学部件引入的色散波纹；以及光学地与所述一个或者多个光学部件接合的第二准直器，所述第二准直器从所述第一准直器和一个或者多个光学部件接收光信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述一个或者多个光学部件包括多个光学部件。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述多个光学部件中仅一个是倾斜的。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述多个光学部件中的多于一个是倾斜的。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述两个表面相互平行。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个光学部件的一端被抛光到该角度，从而当所述至少一个光学部件的该端部被安装在平表面上时使得所述至少一个光学部件的两个平行表面以该角度倾斜。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述角度在2.5和3度之间(包括2.5和3度)。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光信号是宽带电信信号。
9.一种用于对在与滤波器单元交叉的光学回路的两段中的每一个上传播的光信号进行过滤的滤波器单元，所述滤波器单元在两段中的选择一段上对于一个或者多个光信号的一组以全波片的形式操作并且对于一个或者多个光信号的一组以半波片的形式操作，并且在两段中的剩余一段上对于一个或者多个光信号的一组以半波片的形式操作并且对于一个或者多个光信号的一组以全波片的形式操作，所述滤波器单元包括第一偏振束分裂器(PBS)，所述第一PBS的取向是这样的，即，根据沿着光学回路的偏振和传播方向分裂或者合并一个或者多个光信号的第一组和第二组，所述第一PBS具有两个表面，其中一个表面相对于与光信号传播方向垂直的方向以一定角度倾斜以减小如果两个表面垂直于光信号传播方向那么可能会引入的色散波纹；与所述第一PBS光学接合以光学地处理所述至少一个光信号的一个或者多个光学部件；以及与所述第一PBS和所述一个或者多个光学部件光学接合的第二PBS，所述第二PBS根据沿着光学回路的偏振和传播方向分裂或者合并一个或者多个光信号的第一组和第二组，所述第二PBS具有两个表面，其中一个表面相对于与光信号传播方向垂直的方向以一定角度倾斜以减小如果两个表面垂直于光信号传播方向那么可能会引入的色散波纹，其中当所述第一PBS的取向为合并时，所述第二PBS的取向为分裂一个或者多个光信号的第一组和第二组，当所述第二PBS的取向为合并时，所述第一PBS的取向为分裂一个或者多个光信号的第一组和第二组。
10.如权利要求9所述的滤波器单元，其特征在于，所述第一PBS和第二PBS包括至少一个棱镜和一个平行板。
11.如权利要求10所述的滤波器单元，其特征在于，所述平行板的至少一个表面涂有多层电介质偏振束分裂器涂层。
12.如权利要求11所述的滤波器单元，其特征在于，所述平行板的两个表面涂有多层电介质偏振束分裂器涂层。
13.如权利要求10所述的滤波器单元，其特征在于，所述平行板的至少一个表面涂有反射电介质涂层。
14.如权利要求10所述的滤波器单元，其特征在于，第一PBS或者第二PBS的至少一个包括两个棱镜和一个平行板。
15.如权利要求9所述的滤波器单元，其特征在于，每一个PBS的两个表面相互平行。
16.如权利要求15所述的滤波器单元，其特征在于，所述第一PBS靠近两个平行表面的一端被抛光到该角度，从而当第一PBS的该端部安装在一个平表面上时，第一PBS的两个平行表面以该角度倾斜。
17.如权利要求9所述的滤波器单元，其特征在于，第一和第二PBS安装在一个基底上，并且所述基底的至少一部分被抛光到该角度以使第一PBS或者第二PBS或者它们两个以该角度倾斜。
18.如权利要求9所述的滤波器单元，其特征在于，所述角度在2.5和3度之间(包括2.5和3度)。
19.如权利要求9所述的滤波器单元，其特征在于，所述光信号是宽带电信信号。
20.如权利要求9所述的滤波器单元，其特征在于，第一PBS的两个表面涂有抗反射涂层。
21.如权利要求9所述的滤波器单元，其特征在于，滤波器单元包括一对延迟路径，所述一对延迟路径包括一个快延迟路径和一个慢延迟路径。
22.如权利要求21所述的滤波器单元，其特征在于，第一PBS和第二PBS根据光信号的偏振在快延迟路径和慢延迟路径之间不对称地分裂和合并光信号。
23.一种用作根据一个或者多个光信号的偏振和传播方向分裂或者合并一个或者多个光信号的紧凑偏振束转移器的偏振束分裂器，包括具有一个斜面和两个邻面的第一棱镜；包括由转移距离分离的第一和第二平行表面的一个平行板，其中第一平行表面沿着第一路径的斜面光学地接合第一棱镜；在第一棱镜和平行板之间的电介质偏振束分裂器涂层根据光信号的偏振和传播方向将合并的光信号分裂成第一光信号和第二光信号，每一个光信号具有不同的偏振，或者将具有不同的偏振的第一光信号和第二光信号合并成合并的光信号；以及沿着平行板的第二表面的电介质涂层根据传播方向引导从合并光信号和第一光信号以所述转移距离转移的第二光信号以对其进行进一步处理或者与第一光信号合并。
24.如权利要求23所述的偏振束分裂器，其特征在于，电介质偏振束分裂器涂层覆盖第一棱镜的斜面。
25.如权利要求23所述的偏振束分裂器，其特征在于，电介质偏振束分裂器涂层覆盖平行板的第一平行表面。
26.如权利要求23所述的偏振束分裂器，其特征在于，电介质涂层包括反射电介质涂层。
27.如权利要求23所述的偏振束分裂器，其特征在于，电介质涂层包括偏振束分裂器涂层。
28.如权利要求23所述的偏振束分裂器，其特征在于，第二棱镜具有一个斜面和两个邻面，所述第二平行表面沿着第二棱镜的斜面光学地接合第二棱镜。
29.如权利要求28所述的偏振束分裂器，其特征在于，电介质涂层覆盖第二棱镜的斜面。
30.如权利要求28所述的偏振束分裂器，其特征在于，电介质涂层覆盖平行板的第二平行表面。
31.如权利要求28所述的偏振束分裂器，其特征在于，平行板的第一平行板相对于第一棱镜的斜面形成一个余角，平行板的第二平行板相对于第二棱镜的斜面形成一个余角。
32.如权利要求23所述的偏振束分裂器，其特征在于，合并光信号包括未偏振的光信号，并且第一和第二光信号包括两个垂直偏振的光信号。
33.如权利要求23所述的偏振束分裂器，其特征在于，所述第一和第二光信号包括两组光学信道。
34.如权利要求23所述的偏振束分裂器，其特征在于，第一棱镜和平行板被光学接触焊接相互接合在一起。
35.一种用于处理光信号的光学交错器，所述光信号包括一个或者多个光信号的第一组和一个或者多个光信号的第二组，所述光学交错器包括用于对在与滤波器单元交叉的光学回路的两段中的每一个上传播的光信号进行过滤的滤波器单元，包括第一偏振束分裂器(PBS)，所述第一PBS的取向是这样的，即，根据沿着光学回路的偏振和传播方向分裂或者合并一个或者多个光信号的第一组和第二组，所述第一PBS具有两个表面，其中一个表面相对于与光信号传播方向垂直的方向以一定角度倾斜以减小如果两个表面垂直于光信号传播方向那么可能会引入的色散波纹；与所述第一PBS光学接合的一个或者多个光学部件；以及与所述第一PBS和所述一个或者多个光学部件光学接合的第二PBS，所述第二PBS具有两个表面，其中一个表面相对于与光信号传播方向垂直的方向以一定角度倾斜，其中当所述第一PBS的取向为合并时，所述第二PBS的取向为分裂；反馈反射器，反馈反射器光学地与滤波器单元接合以将光信号从两段中的一个反射到两段中的另一个以形成光学回路；以及光偏振束转移器，光偏振束转移器在基本滤波器单元和反馈反射器之间光学接合以根据光信号沿着光学回路的偏振和传播方向分裂或者合并一个或者多个光信号的第一组和第二组。
36.如权利要求35所述的光交错器，其特征在于，所述滤波器单元还包括与第二PBS光学接合的一个零级半波片。
37.如权利要求35所述的光交错器，其特征在于，所述滤波器单元包括基本的滤波器单元。
38.如权利要求37所述的光交错器，其特征在于，还包括与所述基本滤波器单元和光偏振束转移器光学接合以过滤具有较高级的谐波的光学回路的两段上的光信号的谐波滤波器单元。
39.如权利要求38所述的光交错器，其特征在于，还包括光学地接合在谐波滤波器单元和基本滤波器单元之间的零级波片，所述零级波片振动在基本滤波器单元和谐波滤波器单元之间的光信号的偏振向量以使得基本滤波器单元和谐波滤波器单元相互对准。
40.如权利要求35所述的光交错器，其特征在于，滤波器单元包括一对延迟路径，所述一对延迟路径包括一个快延迟路径和一个慢延迟路径。
41.如权利要求40所述的光交错器，其特征在于，第一PBS和第二PBS根据光信号的偏振在快延迟路径和慢延迟路径之间不对称地分裂和合并光信号。
42.如权利要求40所述的光交错器，其特征在于，第一PBS和第二PBS根据光信号的偏振在快延迟路径和慢延迟路径之间对称地分裂和合并光信号。
43.如权利要求35所述的光交错器，其特征在于，一个或者多个光信号的第一组和第二组包括奇数组信道和偶数组信道。
44.如权利要求35所述的光交错器，其特征在于，每一个PBS的两个表面相互平行。
45.如权利要求35所述的光交错器，其特征在于，光偏振束转移器包括偏振束分裂器。
全文摘要
一种用于电信应用领域的光学交错器包括光学多路复用器/分用器和光学路由器，该光学装置包括能够利用单一物理滤波级实现多级性能特性的光学处理回路。在该回路的第一段和第二段上光处理是不对称的，从而通过在第一段和第二段上进行补偿色散提高光信号的完整性。在该交错器内的基本滤波器单元对在与滤波器单元交叉的光学回路的两段中的每一个上传播的光信号进行过滤。
文档编号H04J14/02GK1707992SQ20051007813
公开日2005年12月14日 申请日期2005年6月13日 优先权日2004年6月11日
发明者杜腾达, 张大鹏 申请人:菲尼萨公司