上路和下路波长信道的制作方法

专利名称：上路和下路波长信道的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及光通信，更特别地涉及通过多波长信道的光通 相关技术的讨论本节介绍有助于更好地理解本发明方面的各方面。因此，本节的陈 述要从这个角度来阅读。本节的陈述并非是对现有技术范围的认可。在密集波分复用(DW匿)系统中，通常希望能够在DWDM系统的接 入点(access point)上路(add)或下路(drop) <壬意期望的波长<言 道。用于在其光端口处上路或下路任意波长信道的光学部件被称作无色 (colorless )光上/下路模块。


图1示出示例性光上/下路模块10。当用来下路一个或多个波长信 道时，光上/下路模块10在外部光端口 12处接收光信号并且将所接收 的光信号路由至八个外部光端口 14。 142、 143、 144、 145、 146、 147、 148。 当用来上路一个或多个波长信道时，光上/下路模块IO在八个外部光端 口 14。 142、 143、 144、 145、 l仏147、 148处接收光信号并且将所接收 的光信号路由至外部光端口 12。
光上/下路模块10包括七个lx2光强分离器(splitter) 16^ 162、 163、 164、 165、 16s、 167的阵列18和八个可调光带通滤波器20^ 202、 203、 20" 205、 206、 207、 208。阵列18具有树形结构，该树形结构有三 层。在第一层中，光强分离器16i的光输入(01)连接到光上/下路模块 IO的外部光端口 12。在第二和第三层中，各层的OI经由光波导(0W) 连接到前一层的光输出(00)。在第三层中，光振幅分离器1 64-1 67的 00经由0W连接到对应可调光带通滤波器2(K-208的01。可调光带通滤波 器20r208具有用作光上/下路模块10的外部光端口 14广148的00。在阵列18中，每个lx2光强分离器16fl6，把在其OI处接收到的 光强的大约一半引导至其每个00。特别地，以非波长选择方式来执行对 所接收光强的这种分离，以使得每个波长信道的光都被引导至1x2光强分离器16rl67的两个00。因此，阵列18仅把在任意波长信道上接收 到的光的大约八分之一重定向至可调光带通滤波器20广208。每个可调光带通滤波器20,-208都具有可调中心带通波长。特别地， 单独光带通滤波器20广20a的带通可以;故分别调谐以选择性地使八个预 选的相邻波长信道中的任何一个通过并且选择性地阻止预选的相邻波长信道的其余七个。因此，光上/下路模块io能够用作将波长信道下路到外部光端口 14^14,的无色光模块。当外部光端口 14,-14g用作光输入端口并且外部端口 12用作光输出 端口时，光上/下路模块IO还能够是无色上路模块。不幸的是，对于在外部光端口 12处接收的光而言，lx8光上/下路 模块10是浪费的。特别地，光上/下路模块10仅将任意波长信道的这 样接收到的光的大约八分之一递送到外部光端口 14,-148。此外，在从外 部光端口 12到外部光端口 14「148中任意一个的过程中，光是通过很长 的光学部件链来传送的。在每个这样的链中，光损耗会进一步降低所递 送光的强度。简要概述将在下文中阐述与所公开的实施例相匹配的各个方面。应当理解的 是，这些方面仅仅作为例子给出并且这些方面不意在限制本发明的范围。各实施例提供了光上/下路模块。 一些这样的模块与基于树形结构 的1 x 2光强分离器的光上/下路^t块相比更为功率高效和/或更为简单。 特别地，光上/下路模块的一些实施例可以使在正被下路的波长信道上 接收的光强的较大部分通过。而且，光上/下路模块的一些实施例具有 较为简单的光滤波器。最后，光上/下路模块的一些实施例可以很容易 被制造为集成的平面光学部件。在第一方面中， 一种设备包括具有平坦表面(planar surface) 的一f底(substrate),沿该表面设置的光解复用器(optical demultiplexer)、沿该表面设置的光交叉连接矩阵。所述光觯复用器 具有N个光输出。所述光交叉连接矩阵具有N个光输入端口的第 一阵列 和N个光输出端口的第二阵列。光交叉连接矩阵的每个光输入端口被光 连接(optically connected)到光解复用器的光输出中对应的一个。光输出端口具有第二阵列中的次序排列(sequential ordering),所 述第二阵列中的次序排列是第一阵列中的对应光输入端口的次序排列 的非平凡置换(nontrivial permutation)。在另一方面中， 一种设备包括光解复用器、光交叉连接矩阵和光 滤波器阵列。所述光解复用器具有光输出阵列。光交叉连接矩阵具有N 个光输入端口的第 一阵列和N个光输出端口的第二阵列。光交叉连接矩 阵的每个光输入端口被光连接到光解复用器的光输出中对应的一个。每 个光滤波器具有与光交叉连接矩阵的光输出端口中对应的一个端口相 连接的光输入。在另 一方面中， 一种方法包括用于对在多个波长信道上接收的光信 号进行路由的步骤。所述方法包括将所接收的光信号从光输入端口路 由到N个光输出的第 一 空间阵列的光输出以使得第 一 空间阵列的光输出 中的每一个接收波长信道组群(group)中的那些光信号。该波长信道 组群与光输出中的一个相对应。所述方法包括将光信号从第一空间阵 列的每个光输出路由到光输出的第二空间阵列的对应的光输出以使得 所述组群与第二空间阵列中的光输出之间的对应是所述组群与第 一空 间阵列中的光输出之间的对应的非平凡置换。所迷方法包括对在第二 空间阵列的光输出中的至少 一个处接收的光信号进行滤波以使得仅仅 与光输出中的至少一个相对应的波长信道的适当子集上的光信号通过。附图简述通过附图以及说明性实施例的详细描述来更加充分地描述各个实 施例。然而，本发明可以用各种方式实现并且不限于在附图和/或说明 性实施例的详细描述中所描述的实施例。图l是图示出无色lx8光上/下路模块的框图；图2是光上/下路模块的一个实施例的框图；图3是光上/下路模块的另一个实施例的框图；图4A-4C是可用作图3的光上/下路模块的光滤波器的 Mach-Zehnder干涉4义的框图；图4D是可用在图3的光上/下路模块的光滤波器中的光环谐振器设 备的框图「图4E是包括光环谐振器且可用在图3的光上/下路模块的光滤波器中的Mach-Zehnder干涉仪的框图；图5是图示出操作光上/下路模块(例如图2和图3的光上/下路模 块)的方法的流程图；图6是可以包括图2和3的光上/下路模块之一的多信道光波长转换 器的框图；图7是图示出包括图6的多信道光波长转换器的光通信系统的一部 分的框图；图8是在多信道光通信系统(例如图7的光通信系统)中连接一个 光传输光纤和另一个光传输光纤的全光学方法的流程图。在附图以及文字中，同样的附图标记指示具有类似功能的元素。说明性实施例的详细描述图2示出具有外部光端口 12和N个外部光端口 1《、142、 ...14 的 阵列的示例性光上/下路模块22，其中N是三个或更多并且更多可以为 八。光上/下路^f莫块22和外部光端口 12、 14,、 14-14n被沿平面村底25 的表面设置。光上/下路模块22可以作为光上路模块或光下路模块来操作。在作 为光下路模块操作期间，外部光端口 12接收光信号并且光上/下路模块 22以波长选择的方式将所接收的光信号路由到外部光端口 14t-14N。在 作为光上路模块操作期间，外部光端口 14r44H接收光信号并且光上/下 路模块22将所接收的光信号路由到外部光端口 12。光上/下路模块22 能够在每个光端口 l么-14N处上路或下路多个波长信道并且因此可以用 作准无色(quasi-colorless )上/下路模块。光上/下路模块22包括光解复用器(DEMUX) 24、 N x N光交叉连接(0XC )矩阵26和一组N个光波导28i、 282..... 28N。光醒UX 24、歸0XC矩阵26和光波导28^28w被沿着相同村底25的表面设置。最后，光 上/下路模块22可以包括电子控制器30，所述电子控制器30被设置在 相同衬底25的表面上或者^C设置离开所述表面。光DEMUX 24以波长选择且循环的方式将外部光端口 12之间的光信 号路由到其N个光输出(00)。也就是，光DEMUX 24将波长信道1、 N + 1、 2N + 1、 3N+1等上的光信号路由到其第一 00，将波长信道2、 N + 2、 2N + 2、 3N +2等上的光信号路由到其第二 00，并且更一般地，将波长信道k、 N + k、 2N + k、 3N + k等上的光信号路由到其第k个OO。预 选组的相邻波长信道(即1、 2、 3等)具有大约相等的带宽。
光DEMUX 24的示例性平面结构可以包括笫一和第二星形耦合器和 阵列波导光栅(AWG)。第一星形耦合器将外部光端口 12光连接到AWG 的光波导的一端。笫二星形耦合器将AWG的光波导的第二端光连接到光 DEMUX 24的00。光复用器(MUX)和光DEMUX的这样的AWG结构对于本 领域技术人员是公知的。例如，美国专利5， 002， 350和5， 136， 671描述 了可适用于在此描述的设备的光MUX和光DEMUX。在此将这些美国专利 全部并入作为参考。
光波导28「28n将光DEMUX 24的00连接到N x N 0XC矩阵26的对应 光输入(01)。
NxN OXC矩阵26包括N个光波导的阵列，所述N个光波导的阵列 将其每个01光连接到其00中对应的一个。光波导产生基本上独立于波 长的光连接。这些光连接有效地产生由衬底25上的01所形成的空间序 列到由衬底25上的00所形成的空间序列的非平凡置换。该置换使得第 k外部光端口 14k输出波长信道P(k)、 P(k)+N、 P(k)+2N…。这里P(k) 是第k个对象上的N对象置换的值。
NxN OXC矩阵26可以产生其01的空间序列到其00的空间序列的 固定的或可调节的置换。在产生固定置换的实施例中，OXC矩阵26包括 交叉光波导的模式，该模式将其01连接到对应的00，从而产生置换。 对于产生可调节置换的实施例，OXC矩阵26包括光开关和光波导的阵 列，所述光开关端到端连接光波导以形成两端点(two-ended)光路径。 两端点光路径将0XC矩阵26的01连接到0XC矩阵26的对应00，从而 产生置换。在这些实施例中，光开关的状态决定了 NxN 0XC矩阵26的 OI的空间序列到NxN 0XC矩阵26的00的空间序列的置换。光开关的 状态;波改变以改变01到00的置换。
在NxN 0XC矩阵26中，光开关例如可以是热光开关或电光开关。 电子控制器30施加用于操作NxN OXC矩阵26的光开关的控制信号。 电子控制器30经由基于热光开关的实施例中的加热器施加热控制信号 并且经由基于电光开关的实施例中的电极对施加电压控制信号。
光上/下路模块可以被用于下路多个(M个)相邻波长信道，其中M 小于、等于或者大于光DEMUX 24的00的数目N。如果M《N,则每个外部端口 14,-14N从一个波长信道接收光信号或者不从波长信道接收光信 号。如果M》N,则外部光端口 l屯-14H中的一些或全部从多个波长信道 接收光信号。在后者的情况下，可能希望修改光上/下路模块22以使得 在每个外部光端口 l七-l、处仅下路一个波长信道。图3提供了这样的经 修改的光上/下路模块32的例子。
参照图3,经修改的光上/下路模块32包括如已经在图2中描述的 光DEMUX 24、 NxN 0XC矩阵26和光波导28广28n。
经修改的光上/下路模块32还包括光滤波器34。 342、 ...、 34h以 及用于将光滤波器34r34w连接到N x N 0XC矩阵26的对应00的光波导
36i、 362..... 36N。光滤波器34广3、中的每一个被配置成阻塞通过N
xN'OXC矩阵26的对应00而输出到其处的选定波长信道中的一个或多 个。在一些实施例中，每个光滤波器3么-34H可以仅使经由NxN 0XC矩 阵26的对应OO输出到其处的波长信道中的一个通过。例如，如果NxN 0XC矩阵26的对应OO输出波长信道p、 p+N、 p+2N和p+3N，则光滤波 器36p可以仅使波长信道"p"通过。光滤波器3《-34H能够被调谐以使 得可以根据需要改变对通过的和阻塞的波长信道的选择。
在一些其他实施例(未示出)中，0XC矩阵26的00中的仅仅一些 连接到光滤波器34k,如图3所示。在那些实施例中，OXC矩阵26的其 余00把所有接收到的波长信道上的光信号传送到对应的外部光端口 14。。
图2和3的光上/下路模块22、 32的一些实施例相对于图1的上/ 下路模块10具有优势。首先，因为这些光上/下路模块22、 32不具有 光强分离器，所以它们能够在外部光端口 12和外部光端口 14广14N之间 在期望波长信道上路由较大百分比的光。其次，光上/下路模块32与光 上/下路模块IO相比可以具有更为筒单的光滤波器3夂-34"特别地，光 滤波器34,-34M相比光带通滤波器20r20s能够具有更宽的信道通过区域 (pass region)，这是因为光滤波器3屯-34N通常必须阻塞间隔离开期 望波长信道较远的波长信道。出于相同理由，与具有相同的外部光端口 配置的光上/下路模块10的实施例相比，光上/下路模块32构造起来可 以更为简单、便宜，和/或更易于集成在单个平面衬底上。
对于图3的光滤波器3《-3么，多种平面设计都是可用的。平面设计 适于阻塞通过N x N OXC矩阵26输出到单独光滤波器34r3、的波长信道中的一个或多个。在各种实施例中，光滤波器3么-3么可以具有陷波 (notch)传输特性、带通传输特性或者合并了这二者的行为的传输特 性。在图4A-4E中示出了光滤波器34广3屯或其分量光滤波器的若干种平 面设计。在例如美国专利号5， 596， 661和6， 580， 534中描述了一些这样 的光滤波器的有用的平面设计。在此将这两个美国专利并入作为参考。
'图4A-4C图示了可用作具有带通和/或陷波谦传输特性的光滤波器 的Mach-Zehnder干涉仪34A、 34B、 34C。 Mach-Zehnder干涉仪34A、 34B 和34C分别具有一级、三级和四级。每一级包括一对光波导，即相对较 长的光波导0WL和相对i^短的光波导0Ws。相邻级中的光波导对OW" 0Ws 经由2 x 2光耦合器(0C )串行耦合。2 x 2光耦合器使得成对的光波导 0Wl、 OWs在位于相邻级之间的耦合区域中彼此靠近。该配置产生相邻级 的成对的光波导0Wl、 OWs之间的直接耦合以及相邻级的成对的光波导 0Wl、 0Ws之间的交叉耦合。直接和交叉耦合的相对强度是由耦合区域的 长度、耦合区域中的折射率和耦合区域中成对光波导的间隔 (separation)来确定的。第一级的成对光波导0WL、 0Ws连接到光强分 离器或2 x 2光耦合器0C的光输出，其确定它们到光滤波器的00的耦 合强度。末级的成对光波导0Wl、 0Ws连接到光强组合器或2 x 2光耦合器 0C的01，其确定它们到光滤波器的00的耦合强度。
在Mach-Zehnder干涉仪34A-34C中，每一级的成对光波导0WL、 0WS 在通过其传播的光之间产生的相对相差以及2x2光耦合器、光分离器 和/或光组合器(即0C)中的直接和交叉耦合的强度基本上限定了光滤 波器的镨传输特性。
参照图4A,如果光耦合器产生等强度的直接和交叉耦合，并且光波
导0Wl、 0Ws在通过其传播的光信号之间产生相对相差7T ，则单级
Mach-Zehnder干涉4义34A可以；故配置为光陷波滤波器。单级 Mach-Zehnder干涉仪34A能够被配置成基本上阻塞Mach-Zehnder干涉 仪34A从图3的NxN 0XC矩阵26的对应00接收的波长信道上的光信 号。
参照图4B和4C,三级和四级Mach-Zehnder干涉仪34B、 34C具有 利用有限傅立叶级数(例如有限奇次谐波级数)所描述的镨传输特性。 为了获得这样的谦传输特性，每一级的光波导0W^ 0Ws通常应该被约束 为在通过其传播的光之间产生特殊的相对相差。特别地，单独级所产生的相对相差与产生最小这样的相对相差的级所产生的相对相差之比应该形成特殊值序列。例如，特殊值序列在三级Mach-Zehnder干涉仪3化 中可以是1、大约2以及大约4。并且，特殊值序列在四级Mach-Zehnder 干涉仪34C中可以是1、大约2、大约-2以及大约-2。其各级满足以上 约束并且其2 x 2光耦合器、光分离器和/或光组合器产生适当的直接和 交叉光耦合的三级和四级Mach-Zehnder干涉仪34B、 34C比一级 Mach-Zehnder干涉仪34A具有更宽的谱陷波区域。鉴于此处的描述， Mach-Zehnder干涉仪34B、 34C的2 x 2光耦合器、光分离器和/或光组 合器的之间的直接和交叉光耦合的适当值将很容易由本领域技术人员 来确定并且在美国专利5,596,661中被描述。在一些实施例中，图3的光滤波器光34,-34H是波长可调的。 在这样的实施例中，电子控制器30还可以产生电信号，所述电信 号控制对光滤波器34「34x可通过的波长信道的选择。电控制信号或者 搡作加热器或者操作成对电极，所述加热器对光波导OWL、 0Ws的热活动 段(active segment) (S)进行加热，所述成对电极跨过光波导0WL、 OWs的电光活动段(S)施加电压，如图4A-4C所示。所述活动段S具有响应于其中的温度或者电场值的折射率。所产生的折射率变化改变了成 对光波导0W,、 OWs对通过其传播的光产生的相对相差。在这样的实施例中，电极控制器30可以产生其他电信号以控制加 热器或成对电极，所述加热器或成对电极调节图4B-4C的Mach-Zehnder 干涉仪34B、 34C的2x2光耦合器、光分离器和/或光组合器(即0C ) 中的温度或电场。特别地，折射率和折射率差异(contrast)固定了在 2x2光耦合器、光分离器和/或光组合器(即0C)的耦合区域中密置 (closely spaced)的光波导对之间的耦合。通过控制向那些耦合区域 的热光活动部分施加热或者跨过那些耦合区域的电光活动区域施加电 压，电子控制器30可以改变Mach-Zehnder干涉仪34B、 34C的相邻级 之间的直接和交叉光耦合的相对强度。一些实施例可以配置Mach-Zehnder干涉4义34A、 34B、 34C的耦合器 和光波导以对来自电子控制器30的上述类型的电控制信号进行响应。 这样的控制信号能够控制图4A-4C的Mach-Zehnder干涉仪34A、 34B、 34C中的带通和/或带陷波的波长范围。鉴于以上描述，本领域技术人员 将能够在不进行过度实验的情况下实现Mach-Zehnder干涉仪34A、 34B、34C中的波长可调谐性。
图3的光滤波器34,-34w可以包括如在图4D和4E中示出的光滤波器 34D、 34E中所示的光环谐振器(0RR)。
参照图4D，光滤波器34D包括输入光波导(10W)、输出光波导(00W) 以及耦合的光环谐振器序列。耦合的光环谐振器序列在输入和输出光波 导IOW、 OOW之间形成光耦合器。在该序列中，各种光环谐振器具有接 近但不同的谐振波长，即它们的谐振波长是微动的(verniered)。这 样的谐振波长的配置能够引起的序列的谐振波长比单独光环谐振器的 谐振波长间隔更宽。由于那些谐振波长的更宽的间隔，光环谐振器的序 列可以被配置成与其中通过单个光环谐振器耦合输入和输出光波导的 光学设备(未示出)相比具有更宽的带陷波。更宽的带陷波能够阻塞更 多的通过N x N OXC矩阵26输出到图3的单独光滤波器3(-34n的波长信 道，从而改进了波长选择性。
尽管所图示的光带通滤波器34D包括三个光环谐振器的序列，但是 这样的滤波器的其他实施例可以在用于耦合输入和输出光波导IOW、 OOW 的序列中具有一个、两个、三个或更多的光环谐振器。
参照图4E,光滤波器34E包括具有多级的混合Mach-Zehnder干涉 仪。每一级都包括一对光波导OW" OWs以及耦合到光波导0Wl、 OWs的一 个或多个光环谐振器。在每一级中，成对的光波导OW" OWs在通过其传 播的光信号之间产生相对相差。在不同的级之间，光环谐振器可以具有 接近的谐振波长，即，各级的光环谐振器的谐振波长可以具有类似微动 的关系。因此，级序列可以提供具有比在图34D的光滤波器34D中的光 陷波区域更宽的陷波区域的谦传输特性。这样的混合多级Mach-Zehnder 干涉仪的实施例进一步在美国专利6， 580， 534中被描述。
图3的光滤波器光34r34x的一些实施例包括图4D或4E的光滤波器 34D、 34E的波长可调版本。在这样的实施例中，电子控制器3(M皮配置 成操作一个或多个加热器或配置成操作一个或多个电极对，所述加热器 能够向光谐振环的热活动部分施加热，所述电极对能够跨过光环谐振器 的电光活动部分施加电压。在任一配置中，电子控制器30能够改变光 环谐振器的活动部分中的折射率，从而改变光环谐振器它们自己的谐振 波长。在包括混合Mach-Zehnder干涉仪34E的实施例中，电子控制30 还可以向加热器或电极对施加控制信号，所述加热器能够施加热，所述
12电极对能够跨过光波导对OWl、 OWs的活动段S施加电压。在每个这样的
光波导对OW。 OWs中，活动段s具有响应于这样的控制信号从而改变在
通过该对传播的光之间产生的相对相差的折射率。在这样的实施例中，
电子控制30还可以被配置成向加热器施加控制信号，或者可以;故配置 成向电极对施加控制信号，所述加热器能够跨过光耦合器OC的活动区 域施加热，所述电极对能够跨过光耦合器OC的活动区域施加电压。这 样的控制信号能够改变邻近这样的光耦合器OC的各级的光波导OWl、 OWs 之间的直接和交叉耦合的相对强度。鉴于以上描述，本领域技术人员将 能够实施这样的控制结构以实现具有波长可调带通和/或带陷波的光滤 波器13D、 13E的实施例。
在一些实施例中，图3的单独光滤波器34「3《可以包括分量光滤波 器的串行级联。分量光滤波器可以具有图4A-4E中所示的设计或者可以 具有如已经描述的所述设计的波长可调版本。在这样的级联中，不同的 分量光滤波器能够被配置成阻塞通过Nx N OXC矩阵26的对应00输出 到级联的单独波长信道中的不同的波长信道。也就是，这样的级联能够 被配置成串行滤除不需要的波长信道。例如，光滤波器3么可以是具有 波长信道k的传输陷波的第一分量光滤波器、具有波长信道k+2N的传 输陷波的第二分量光滤波器以及具有波长信道k+3N的传输陷波的第三 分量光滤波器的级联。在这样的实施例中，光滤波器3么将响应于接收 来自NxN OXC矩阵26的波长信道k、 k+N、 k + 2N上的光信号而仅使波 长信道k+N上的光信号通过。
图5图示了用于操作全光学(all-optical )上/下路模块的方法40， 该;溪块将笫一外部光端口连接到N个第二外部光端口，例如图2的光上 /下路模块22或图3的光上/下路模块32。
方法40包括将所接收的光信号从第一外部端口路由到N个00的第 一线性阵列，从而根据其关联的波长信道组群在空间上重新划分不同00 之间的光信号(步骤44)。特别地，路由步骤将每个波长信道组群的光 信号传送到设置于衬底表面上或者沿衬底表面设置的00的空间序列的 对应00。每个波长信道组群可以包含一个、两个或更多个波长信道。当 每个波长信道组群包括间隔开单个波长信道宽度N倍的波长信道时，光 DEMUX 24可以扭4行路由步骤。
方法40还包括将光信号从00的第一线性阵列重新路由到N个00的第二线性阵列，该第二线性阵列也被设置于衬底表面上或者沿衬底表面设置(步骤44 )。重新路由步骤非平凡地置换波长组群与线性阵列的 单独00之间的对应。特别地，置换在空间上重新安排(reorder) 了向 沿相同衬底表面线性排列的00阵列分配波长信道组群。例如NxN 0XC 矩阵26可以通过以两端点光路径的交叉空间模式将其N个01连接到其 N个00来执行这样的置换动作。可选地，方法40包括对那些在第二线性阵列的单独00中的一个或 多个处接收的光信号进行滤波以除去不属于与单独00相对应的波长信 道组群的适当子集的光信号(步骤46)。在一个或多个00处，滤波步 骤降低了通过的波长信道的数目。在每个这样的00处，滤波步骤可以 包括即使多个波长信道上的光信号被递送到OO，也阻塞所有的光信号， 除了那些与00相对应的单个选定波长信道上的光信号。光滤波器 34「34N可以执行例如滤波步骤以使得每个外部端口 14rl么接收波长信 道的较小集合(例如一个这样的信道)上的光信号。图6示出包括具有N+l个外部光端口的可调光上/下路模块(0ADM) 52的多信道光波长转换器50，例如图2和3中所示的光上/下路模块22、 32之一。多信道光波长转换器50还包括N个单信道光波长转换器5么、542..... 54 和具有N个OI的光复用器(MUX) 56。每个单信道光波长转换器5(-54w具有经由光波导(0W)与光上/下路模块52的N个外部光 端口 1么-14w的对应的一个光端口相连接的01。每个单信道光波长转换 器54w具有经由另一光波导与光MUX 56的对应01相连接的00。每 个单信道光波长转换器54r54K通过波长可调泵激光器58广58h来泉送 (P卿)。在多信道光波长转换器50中，光上/下路^=莫块52仅将一个波长信道 的光信号路由到每个外部光端口 14广14n。因此，单信道光波长转换器 51-54n中的每一个仅仅对单个波长信道上的光信号进行波长转换。波长 转换例如对最初在外部光端口 12处接收的一些独立数据流的信道分配 进行置换。在多信道光波长转换器50中，电子控制器30对光上/下路模块52 进行配置以预补偿将会由单信道光波长转换器54,-54N中的波长转换引 起的波长信道的空间置换。特别地，预补偿确保波长转换的光信号将被 传送到光MUX 56的适当01以使得光MUX 56把波长转换的光信号路由到外部光端口 14。事实上，光MUX 56还用作通过单信道光波长转换器 54广54x的非波长转换的光的光带通滤波器。这样的非波长转换的光通常 不会被光MUX 56路由到外部光端口 14。
在多信道光波长转换器50中，单信道光波长转换器54广5么通过可 调激光器58r58h来果送。特别地，可调激光器58^58H以转换的波长产 生泵浦光(pump light)，并且光信号的输入流调制泵浦光以产生波长 转换的光信号。泵激光器58t-58M是波长可调的，并且笫二电子控制器 30'在操作期间设置泵激光器58r58N的输出波长，并且还控制可调0ADM 52的电子控制器30。
在多信道光波长转换器50中，单信道光波长转换器54广5、可以是 例如半导体光放大器(S0A)。在S0A中，输入光信号以转换的波长对 泵浦光进行调幅以产生波长转换的光信号。这样的调制是由S0A的半导 体中的非线性光学效应引起的。所述半导体可以是包含镓(Ga )、铟(In )、 砷(As)和/或磷(P)的复合结晶材料，例如，S0A可以是制造于InP 衬底上的分层的InGaAsP结构。制造用作波长转换器的S0A是本领域技 术人员爿^知的。
单信道光波长转换器5(-54w还可以是本领域技术人员已知的其他 类型的单信道光波长转换器，例如铌酸锂光波长转换器。
在多信道光波长转换器50中，光MUX56可以是例如平面AWG设备。 利用AWG构造光MUX基本上类似于如已经描述的利用平面AWG和光星形 耦合器构造光DEMUX。美国专利5, 002， 350和5， 136， 671描述了可适于 光MUX 56的基于AWG的光MUX。
合并了介电(dielectric)和半导体平面衬底的混合集成技术能够 产生集成的平面半导体模块，该模块包括多信道光波长转换器50的光 DEMUX、切换、滤波、波长转换和MUX部件。这样的混合集成技术可以 产生具有更好的整体性能的模块且同时消除了对昂贵的光连接器和光 纤接续的需求。制造多信道光波长转换器50最终可以在单个平面InP 衬底上实现。
图7图示了 DWDM光通信系统的部分60,该部分60包括节点62、输 入光传输光纤64、输出光传输光纤66和图6的多信道光波长转换器50。 在节点62中，多信道光波长转换器50将输入光传输光纤64终接(end connect)于输出光传输光纤66。该全光连接能够在其中所使用的波长信道的子集上向输出光传输光纤66传送输入光传输光纤64的光信号。 在输出光传输光纤66中，所传送的光信号能够在与输入光传输光纤64 中所使用的相同或不同的波长信道上或者在相同和不同波长信道的组 合上传送。在节点62处，波长转换能够动态地改变以使得上述新的波 长信道分配对输出光传输光纤66中的信道故障、信道拥塞和/或信道无 效性敏感。最后，多信道光波长转换器50的光上/下路模块52的循环 操作可以实现在输入光传输光纤64中的波长信道集合的许多子集上使 用波长转换而进行的光信号传送。最后，在图7的DWDM光传输系统中，节点62还能够使用多信道光 波长转换器50中的多于一个的并联组合来将更多波长信道上的光信号 从输入光传输光纤64传送到输出光传输光纤66。图8图示了用于在多信道光通信系统的第一和第二光传输线之间 (例如图7的DWDM光通信系统的传输光纤64和64之间)传送光信号 的全光学方法70。该方法70包括把从第一光传输线的输出端接收的光 信号路由到N个00的第一线性阵列以根据所接收光信号的相关联的波 长信道组群重新划分所接收的光信号(步骤72 )。每个波长信道组群可 以包括在第一光传输光纤上传输光信号的波长信道中的一个或多个。方 法70包括将光信号从00的第一线性阵列重新路由到N个00的第二线 性阵列，以非平凡地置换波长信道组群与次序排列的单独OO之间的对 应(步骤74)。对于第二线性阵列的00中的一些或全部，方法70包括 对从每个这样的00传送的光信号进行滤波以阻塞除一个波长信道之外 的所有波长信道(步骤76)。对于每个这样的00而言，所述滤波使不 同波长信道上的光信号通过。方法70包括对来自第二线性阵列的一些 00的光信号进行波长转换以便对那些光信号的波长信道进行置换(步骤 78)。方法70还包括将波长转换的光信号光复用到外部光端口，该外 部光端口连接到笫二光传输光纤的一端(80)。根据公开、附图和权利要求，本发明的其他实施例对于本领域技术 人员将会是很明显的。
权利要求
1.一种设备，包括具有平坦表面的衬底；光解复用器，具有N个光输出并且被沿所述表面设置；光交叉连接矩阵，具有N个光输入端口的第一阵列以及N个光输出端口的第二阵列，并且被沿所述表面设置，光交叉连接矩阵的每个光输入端口被光连接到光解复用器的光输出中对应的一个；并且其中光输出端口具有第二阵列中的次序排列，所述第二阵列中的次。序排列是第一阵列中的对应光输入端口的次序排列的非平凡置换。
2. 如权利要求1所述的设备，其中光交叉连接矩阵能被调谐以便将 来自光输入端口之一的光路由到其中光输出端口中的不同端口。
3. 如权利要求1所述的设备，还包括控制器，所述控制器被配置成 向光交叉连接矩阵传送多个控制信号，所述光交叉连接矩阵能够响应于 每个控制信号而改变置换。
4. 如权利要求1所述的设备，还包括光滤波器的阵列，所述光滤波 器中的每一个被连接以接收来自光交叉连接矩阵的光输出端口中对应 的一个光输出端口的光。
5. —种设备，包括 光解复用器，具有光输出的阵列；光交叉连接矩阵，具有N个光输入端口的第一阵列以及N个光输出 端口的第二阵列，光交叉连接矩阵的每个光输入端口被光连接到光解复 用器的光输出中对应的一个；以及光滤波器的阵列，每个光滤波器具有与光交叉连接矩阵的光输出端 口中对应的一个相连接的光输入。
6. 如权利要求5所迷的设备，其中光滤波器中的一些能够被重新配 置以改变其镨通过区域。
7. 如权利要求5所述的设备，其中光交叉连接矩阵能够改变其光输 入端口与其光输出端口之间的光路由。
8. —种对在多个波长信道上接收的光信号进行路由的方法，包括 将所接收的光信号从光输入端口路由到N个光输出的第 一 空间阵列的光输出端口以使得第一空间阵列的光输出中的每一个接收波长信道 组群上的那些光信号，所述波长信道组群与光输出之一相对应；将光信号从第 一 空间阵列的每个光输出路由到光输出的第二空间 阵列的对应的光输出以使得所述组群与第二空间阵列中的光输出之间 的对应是所述组群与第 一空间阵列中的光输出之间的对应的非平凡置换；以及对在第二空间阵列的光输出中的至少一个处接收的光信号进行滤 波以使仅仅与光输出中的至少一个相对应的波长信道的适当子集上的 光信号通过。
9. 如权利要求8所述的方法，进一步包括对来自笫二空间阵列的 一些光输出的光信号进行波长转换以改变 用于承载从一些光输出接收的光信号的波长信道。
10. 如权利要求9所述的方法，进一步包括对来自笫二空间阵列的一些光输出的波长转换的光信号进行光复 用以将所述复用的光信号路由到单个光输出端口 。
全文摘要
在第一方面中，一种设备包括具有平坦表面的衬底，沿该表面设置的光解复用器、沿该表面设置的光交叉连接矩阵。所述光解复用器具有N个光输出。所述光交叉连接矩阵具有N个光输入端口的第一阵列和N个光输出端口的第二阵列。光交叉连接矩阵的每个光输入端口被光连接到光解复用器的光输出中对应的一个。输出端口具有第二阵列中的次序排列，所述第二阵列中的次序排列是第一阵列中的对应输入端口的次序排列的非平凡置换。
文档编号H04J14/02GK101405975SQ200780010389
公开日2009年4月8日 申请日期2007年3月6日 优先权日2006年3月23日
发明者M·P·厄恩肖 申请人:卢森特技术有限公司