分多阶实现16信道的可重构光插分复用器结构的制作方法

专利名称：分多阶实现16信道的可重构光插分复用器结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及可重构光插分复用器(ROADM)技术领域，尤其涉及 一种采用多阶滤波方式实现基于硅基纳米线波导微环形谐振器的可实 现16路波长上下载的ROADM结构，使用该器件结构能够保证 ROADM的完全可重构性能，同时使得整个器件的温度稳定性更好， 响应速率更快。
背景技术：
光插分复用器(OADM)是光纤通信网络的节点设备，它的基本 功能是从光信道中下载通往本地的信号，同时上载本地用户发往其他 节点用户的信号进入光纤信道，而不影响其他波长信道的传输，并且 保持光域的透明性，可以处理任何格式和速率的信号。
如果选择某个或某些固定的波长信道进行分插复用，则称为非重 构OADM，也称为固定OADM (Fixed OADM);如果可以选择性地分 插复用某些需要的波长信道，则称为可重构OADM，即ROADM (Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer )。
图1为常见的ROADM的工作原理示意图。作为光传送网的核心 设备，ROADM的使用，相对于非重构OADM，给网络的运营带来了 更多业务开展的便利和运营成本的降低。
首先，ROADM的使用支持波长级业务开展的需要。面对大客户 提供波长级业务(如支持SAN，艮卩Storage Area Network存储局域网) 等，使用ROADM节点设备，只需通过网管系统进行远端配置即可， 极大地方便了这种新类型业务的开展，提高了对客户新需求的反应速 度。
其次，ROADM的使用便于进行网络规划，降低运营费用。对于 突发和难以预测的业务，ROADM通过提供节点的重构能力，使得
4DWDM网络也可以方便地重构，因此对网络规划的要求就可以大大降
低，而且应对突发情况的能力也大大增强，使整个网络的效率有很大 的提升。
另夕卜，ROADM的使用便于维护和降低维护成本。采用ROADM， 绝大多数日常维护操作(包括增开业务及进行线路调整等)可通过网 管进行，不需要人工操作，极大提高工作效率，降低维护成本。
硅基电子的发展和工艺的成熟为制作硅基波导提供了较好的工艺 和设备基础，在硅片上实现大规模的光子、电子集成器件具有非常大 的吸引力，硅基光子学始终是集成光学中的研究热点。绝缘体上硅 (Silicon-on-insulator，即SOI)具有材料制备工艺成熟、与CMOS工 艺兼容、折射率差大等优点而成为硅基光子学集成与光电子集成的主 要材料。
随着硅基波导研究的深入，特别是在SOI材料上制作硅基纳米线 波导成为现实，使得大规模硅基单片集成光波回路和大规模光电子集 成回路成为可能。硅基纳米线波导的芯层为硅，折射率为3.5，包层为 空气或二氧化硅，折射率为1或1.44，由于芯层和包层的折射率差很 高，使得条形波导的单模条件为波导的特征尺寸小于500纳米。
高的折射率差和小的波导尺寸使得弯曲波导的弯曲损耗降低，弯 曲半径为5微米时的弯曲损耗仍然很小，这使得在一个芯片上通过不 同的耦合连接方式实现多个光学功能器件的集成成为可能；而传统的 波导器件的弯曲波导的弯曲半径普遍在毫米甚至厘米量级，极大的占 用了芯片面积， 一个芯片上通常只有一个光学器件。硅基纳米线波导 是未来实现大规模集成光波回路的理想平台。如此小的弯曲半径使得 基于纳米线波导的微环形谐振器结构的优势凸现出来。利用微环形谐 振器结构可以实现光开关、光调制器、光学滤波器、光插分复用器等 很多光学功能器件。由于微环的半径可以达到5微米，其器件结构非 常紧凑，可以实现密度为iOVci^以上的高集成度，因此在一个芯片上 能够实现同时集成多个功能器件，提高器件的性能，减少分立器件耦 合时的耦合损耗，同时降低器件的封装成本。
硅基纳米线波导的工作原理与传统的波导原理相同，是利用全内反射实现波导对光信号的传输。微环形谐振器的工作原理是当输入信 号波长与环的半径满足以下关系时
mX=nx27ir (1)
公式(1)中m为整数，X为波长，n为微环形谐振器波导的折射 率，r为微环的半径。该谐振波长的信号就会由输入的直波导耦合至微 环内，在微环内发生谐振，谐振波长信号在环内传输并耦合至下路直 波导内下载至本地，理想情况下输入的谐振波长信号完全被耦合至微 环内并被完全下载至本地；本地以与下载波长相同的波长在上载端口 上载本地信号，上载的本地信号经过微环上载至输出端，与其他不满 足谐振条件的波长信号由输出端输出，完成固定OADM的功能。
硅材料具有热光效应，即硅材料的折射率随温度变化而变化的效 应。利用金属有机化学气相淀积(MOCVD)技术在微环上生长金属电 极，加电后金属电极发热，热场传导至波导，使波导的温度发生变化， 改变微环波导的折射率n，调制微环的谐振波长X，从而实现动态选择 下载/上载波长，即ROADM。
图2为基于硅基纳米线波导微环结构的ROADM工作原理示意图。 由公式(1)中可以看出微环形谐振器的谐振波长不是连续的，相邻谐 振波长的间隔称为自由光谱范围(Free spctral range, FSR)，其值可以 表示为
FSR=[mx (m+l)]/(nx2兀r) (2) FSR与环的半径成反比。受到弯曲损耗的限制，微环的半径通常 不小于5微米，FSR的最大值通常在十几个纳米量级。
利用多个微环结构组成的网络可以实现多个信道的ROADM器 件。利用多个微环可以同时下载/上载多个不同波长的信号，并且通过 热光效应调谐微环的谐振波长，可以实现任意波长从任意端口下载/上 载，满足不同端口的实际需要。图3为由4个微环形谐振器组成的4 路单阶ROADM器件工作示意图。
硅材料的热光效应可以用下式表示 dn/dT=9.48xl(T5+3.47xl(r7xT-1.49xl0.10T2+… (3) 其中dn为折射率变化量，dT为温度变化量，T为环境温度。在常温下，dnAHM.86xlO力K。折射率随温度的升高而增大。Si的大热光 系数和Si的高热导率(cjSi=1.49W/cnrK)可以保证SOI的热光调制有 较快的响应速度。埋层Si02的热导率很小，只有Si的1/100，可以有 效的起到绝热的作用，减少热量散失，降低开关功耗。SOI是很好的 热光开关材料。
光通信中常用的工作波段在1.55pm附近，信道间隔为100GHz ，
对应的波长间隔约为0.8nrn。折射率变化与谐振波长变化的关系为
An=nxAX/ i (4)
调节谐振波长至相邻的一个信道波长，即波长变化0.8mn，对应的 折射率变化大约为0.0023，对应的温度变化约为12K。对四信道 ROADM器件，其波长的最大调谐范围为2.4nm，其最大的温度变化约 为36K，根据(5)与(6)式可以分别对器件的功耗和响应时间进行 计算，P为器件功耗，T为响应时间。对四通道的ROADM器件其最大 功耗约为12mW，响应时间为0.1ps。
P=AT.ciSi02.Seff/dSi02 (5)
T=H-dSi02.ps「cSi / aSi02 (6)
(5)中AT为温度变化量，as化为Si02的热导率，ds化为上包层 Si02厚度，有效加热面积Seff=wxl， w为波导宽度，l为整个热极的长 度，(6)中H为波导高度，psi与Csi分别为Si的密度和比热容。
图4是热调制结构截面示意图，硅基波导外包裹着一层Si02， 一 方面是对光场起到限制作用，防止光场向衬底泄漏以及杜绝上面加热 电极金属对光场的吸收，减小损耗；另一方面，由于Si02的热导率低， 可以隔绝芯层向衬底传导的热量，保证功耗较小。
在WDM系统中使用的波长数量通常可以达到16个以上，以16 个波长为例，其最大的波长调谐范围为12.8nm，对应的温度变化大约 为154K。微环形谐振器的FSR最大值通常为十几个纳米，12.8nm的 波长范围已经达到了微环FSR的极限值，单个谐振波长可调的微环的 工作带宽已经不能覆盖整个系统的波长范围，将使得基于微环形谐振 器的ROADM无法正常工作。
7由于微环形谐振器本身就是温度敏感元件，需要温度监测和温度 控制单元来保证其稳定工作，如此高的温度变化加大了温度控制的难 度，有可能在调谐过程中出现器件失效的情况；如此高的温度变化范 围将使得器件的响应速率变慢，造成网络延时。

发明内容
(一) 要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种分多阶实现16信道的 ROADM结构，以降低温度控制难度，提高器件的响应速率。
(二) 技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种分多阶实现16信道的 ROADM结构，该结构由输入部分、第一阶滤波区、第二阶滤波区、 本地下载区、本地上载区、合束器和输出部分构成，各组成部分之间 通过纳米线波导连接。
优选地，所述输入部分用于将在光纤内传输的16路复用光信号耦 合至纳米线波导内，并经该纳米线波导输入至所述第一阶滤波区。
优选地，所述第一阶滤波区由四个微环构成，用于对16路复用光 信号进行初级解复用和初级选择端口，将纳米线波导输入的16路复用 光信号分成四组，每一个微环下载一个波长信号组，每一组包括4个 波长信号，四个波长信号组分别被下载至一条纳米线波导内，并传输 至第二阶滤波区。
优选地，所述16路复用光信号经过第一阶滤波区被解复用成4组 4路复用信号，并且通过调制第一滤波区的微环谐振波长初级选择从第 二阶滤波区的哪个子区域被下载，具体的下载端口由第二阶滤波区确 定。
优选地，所述第二阶滤波区由四个微环组组成，每组包括四个微 环，每个环负责下载一个波长信号，用于将复用光信号完全解复用并 最终确定信号的输出端口，实现16路信号的完全解复用，并通过调制 第二阶滤波区微环的谐振波长实现子区域内波长信号的切换。优选地，所述完全解复用的光信号分别经由一根纳米线波导输出 至本地下载区的16个端口。
优选地，所述本地上载区共有16个端口，每个端口上载一个波长 信号，该波长信号经过微环耦合至纳米线波导内，并经纳米线波导传 输至合束器。
优选地，所述合束器用于将本地上载区输入的波长信号复用至一 根纳米线波导内，输出给输出部分。
优选地，所述合束器为一五合一的合束器，由一个五端口输入一 端口输出的多模干涉耦合器实现。
优选地，所述输出部分用于将合束器输入的波长复用信号耦合至 光纤。
(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下效果
1、 本发明提供的这种分多阶实现16信道的ROADM结构，利用 微环形谐振器的自由频谱宽度具有一定的宽度，对多路入射波长进行 分阶滤波，使各下载波导中所传播的波长数逐级减少，最终实现在各 个输出端口中的单波长下载，降低了温度控制难度，提高了器件的响 应速率。
2、 本发明提供的这种分多阶实现16信道的ROADM结构，利用 热光效应对硅基纳米线波导环形谐振器的谐振波长进行调节，对各级 下载波导中的传输的波长逐级调节，通过设计合适的逻辑控制电路， 可以在任意端口输出主信道中传输的任意波长。
3、 本发明提供的这种分多阶实现16信道的ROADM结构，分级 滤波克服了单个可调SOI纳米线波导环形滤波器有限的调制带宽，使 传输带宽超过调制宽度的信号也可以在各个输出端口中输出，超过了 单阶滤波器所能调制的波长范围。
4、 本发明提供的这种分多阶实现16信道的ROADM结构，波长
的下载回路通过反馈波导同时还能完成相同波长信号的上载，实现可 重构的光波长分插复用。


图l是常见的ROADM工作原理示意图。
图2是基于硅基纳米线波导微环的OADM工作原理示意图；(1) 为平行结构，(2)为交叉结构；A为优化后的交叉波导结构。
图3是由4个微环形谐振器组成的4路单阶ROADM器件工作示 意图。
图4是热调制结构截面示意图。
图5是基于硅基纳米线波导微环谐振器的可上下16路波长的 ROADM的结构示意图。
图6是可上下16路波长的ROADM的静态工作示意图。 图7是可上下16路波长的ROADM的动态工作示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具 体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明利用两阶可调微环形谐振器较窄的自由频谱宽度将入射信 号中满足同一微环谐振条件的波长进行分阶滤波，逐阶降低下载波导 中的波长数，通过两阶级联，最终实现不同的单一波长信号在不同输 出端口的下载，信号上载则是通过与下载信道相对应的反馈回路逐级 上载，最后实现信号向干路的上载，设计调制电路，调制各个微环形 谐振器的谐振波长，可以实现不同波长在不同下载端口的转换，即干 路上任意波长的信号可以在任意端口下载，上载信号可由对应的端口 上载至干路，实现了ROADM的功能。
通过分阶滤波降低波导中的波长数，本发明利用了微环谐振器的 谐振波长具有周期性这一性质，即每隔一定宽度，即一个自由频谱宽 度，就对应一个谐振波长，当自由频谱宽度小于干路上的频带宽度时， 一个微环谐振器就可以同时下载若干个波长信号。在第一阶分波区域 通过几个微环谐振器将干路上的信号分成若干组，每一组包含若干波 长信号，将这几组信号分别输入第二阶分波区域，该区域内有若干组微环谐振器，每一组微环谐振器处理由第一阶区域输入的一组波长信 号，通过微环组将输入的信号组分成一个个单一波长的信号并输出至 下载端口。
光通信中相邻信道具有确定的频谱间隔，在分级滤波结构中，处
于同一级中的各个微环具有相同的FSR，其FSR值为信道间隔的整数 倍；同时为了实现各下载波导中具有不同的波长分组，要求各微环对 应的静态滤波波长不同， 一般为通信波长间隔的整数倍，这样才能保 证对波导中的传输信道进行有效的筛选。
根据具体情况设计微环的半径以及耦合强度得到特定的自由频谱 宽度以及滤波波长，每一级滤波利用微环的自由频谱宽度对入射波长 进行一次筛选，满足微环谐振频率的所有波长信号都被下载到下一级 滤波器的入射波导中，通过不断的级联，下级波导中传输的信道数目 不断减少，最后将在出射端口实现单一波长的输出。而通过调制可以 改变各微环的谐振波长，逐级调节可以逐级改变各下载波导中传输的 波长分组，通过合适的逻辑控制电路，控制各个微环调制的范围可以 实现波长在各个下载端口间的转换。
基于纳米线波导微环谐振器的可上下16路波长的ROADM的结构 如图5所示，它由两阶分波结构组成。第一阶分波结构由4个自由光 谱区为4A人(AX为信道间隔)的微环谐振器组成，每个微环谐振器的 起始谐振波长分别对应不同的波长组合，即通过第一阶分波，、、X5、
入9和入13在第一个微环谐振器的下路端下载，X2、入6、入H)和？l,4在第二
个微环谐振器的下路端下载，、、人7、 ^和U在第三个微环谐振器的
下路端下载，"、人8、人12和、6在第四个微环谐振器的下路端下载。
通过热光调制，最多只需将微环谐振器的谐振波长调节3AX，就 可以实现不同的波长组合在4个微环谐振器的下路端之间进行切换， 如将第一个微环谐振器的谐振波长向长波长调节A人，贝IJ入2、 X6、 Xw和 X14将从第一个微环谐振器的下路端下载；如将第一个微环谐振器的谐 振波长向长波长调节2AX，贝lj人"、、^和人15将从第一个微环谐振器 的下路端下载；如将第一个微环谐振器的谐振波长向长波长调节3zU， 则、、X8、人12和人16将从第一个微环谐振器的下路端下载；对其它的微
ii环谐振器道理也是如此。
第二阶分波结构由16个自由光谱区为5AX的微环谐振器组成，每 个微环谐振器的起始谐振波长不同，通过第二阶分波，第一个下路端 的4个微环谐振器分别下载^、、、人9和人13的光信号。通过热光调制，
最多只需要调节4A人，就可以实现不同的波长在4个微环谐振器的下
路端之间进行切换。对于其他下路端道理也是如此。通过这样的方式， 就可以实现不同的波长在不同下路端下载。
由于波导互相交叉的情况无法避免，为了减小由于波导的交叉引
起的串扰、损耗等，发明人对波导的交叉结构进行了优化，如图2中 A结构所示。
在波导交叉部分，波导的宽度发生了突然的变化，使波导内传输 的光模场发生畸变，模场向外扩散，造成对相交波导的串扰和对信号 本身的损耗。在波导交叉前设计缓慢变宽的波导结构，将光的模场扩 大，使交叉波导对光模场的影响降至最低，经过交叉波导后，波导再 逐渐缓变回原来的宽度，光场又恢复回原来的模场分布继续传输。优 化后，每个交叉处的串扰可以忽略，每个交叉带来的损耗可以控制在 0.02dB。
如图5所示，本发明提供了一种分多阶实现16信道的ROADM结 构，该结构由输入部分、第一阶滤波区、第二阶滤波区、本地下载区、 本地上载区、合束器和输出部分构成，各组成部分之间通过纳米线波 导连接。
输入部分的作用是用于将在光纤内传输的16路复用光信号耦合至 纳米线波导内，并经该纳米线波导输入至所述第一阶滤波区。
第一阶滤波区由四个微环构成，其作用是对16路复用光信号进行 初级解复用和初级选择端口，将纳米线波导输入的16路复用光信号分 成四组，每一个微环下载一个波长信号组，每一组包括4个波长信号， 四个波长信号组分别被下载至一条纳米线波导内，并传输至第二阶滤 波区。所述16路复用光信号经过第一阶滤波区被解复用成4组4路复 用信号，并且通过调制第一滤波区的微环谐振波长初级选择从第二阶滤波区的哪个子区域被下载，具体的下载端口由第二阶滤波区确定。
第二阶滤波区由四个微环组组成，每组包括四个微环，每个环负 责下载一个波长信号，其作用是将复用光信号完全解复用并最终确定 信号的输出端口，实现16路信号的完全解复用，并通过调制第二阶滤 波区微环的谐振波长实现子区域内波长信号的切换。完全解复用的光 信号分别经由一根纳米线波导输出至本地下载区的16个端口。
本地上载区共有16个端口，每个端口上载一个波长信号，该波长
信号经过微环耦合至纳米线波导内，并经纳米线波导传输至合束器。 合束器用于将本地上载区输入的波长信号复用至一根纳米线波导
内，输出给输出部分。该合束器为一五合一的合束器，由一个五端口
输入一端口输出的多模干涉耦合器实现。
输出部分用于将合束器输入的波长复用信号耦合至光纤。
下面结合图5对整个器件结构进行描述。光纤1输出的光纤经纳 米线波导输入端2耦合至纳米线波导3中，经波导3输入至第一阶滤 波区。
第一阶滤波区由四个微环Rl、 R2、 R3、 R4组成，它们将纳米线 波导3输入的16路信号分成四组，每一个环下载一个波长信号组，每 一组包括4个波长信号。四个波长信号组分别被下载至4、 5、 6、 7纳 米线波导内，并传输至第二阶滤波区。
第二阶滤波区由四个微环组构成，每一组包括四个微环，四个波 长信号组被分别输入至四个微环组，每一组内的四个微环分别对应一 个波长信号组内的一个波长信号，并将对应的波长信号下载至下载端。
上载的信号根据不同的波长由对应的第二阶分波区域的微环一一 上载至纳米线波导内，即从Al、 A5、 A9、 A13 口分别输入与Rll、 R12、 R13、 R14下载波长相同的波长信号，这些信号分别被Rll、 R12、 R13、 R14上载至纳米线波导4内，即完成了对这四个波长信号的第一 次复用；同理，从A2、 A6、 AIO、 A14上载的信号分别被R21 、 R22、 R23、 R24上载至波导5内，从A3、 A7、 All、 A15上载的信号分别 被R31、 R32、 R33、 R34上载至波导6内，从A4、 A8、 A12、 A16上载的信号分别被R41、 R42、 R43、 R44上载至波导7内。
这些上载的信号经波导4、 5、 6、 7输入至五合一合束器8，经过 合束器后，16路上载的波长信号被复用到纳米线波导9内，经过输出 端IO耦合至光纤11内。
为了更为清楚的介绍本发明的上述目的和优点，本说明将结合两 个特定的实施例和该两个实施例的2份附图来做进一步的说明，这些 附图是图6是可上下16路波长的ROADM的静态工作示意图；图7 是可上下16路波长的ROADM的动态工作示意图。
如图6所示，波分复用的16路波长信号由光纤1经倒锥形耦合器 2输入至纳米线波导3，信号由3输入第一阶分波区域。器件工作于静 态状态下，每个环均工作在初始的谐振波长上。
在第一阶分波区域内的微环FSR为4A i，设计Rl谐振于 n、、、
M卩人13，设计R2谐振于、、V 110和？114，设计R3谐振于？l3、人7、人
和X15，设计R4谐振于人4、 X8、人12禾卩^6，则经过第一阶分波后，Rl 下载？ti、 X5、人9和}113， R2下载人2、人6、 >110禾卩？1，4， R3下载人3、人7、 Xn 禾口？115， R4下载、、X8、 、2禾1]人16; 、、 X5、 M和、3经过波导4，、、入6、 入10和人14经过波导5，入3、人7、 Xn和入15经过波导6， X4、入8、入12禾卩人16 经过波导7，进入第二阶分波区域。
在第二阶分波区域，^、 、、 ；19和？113由波导4输入，经过Rll、 R12、 R13和R14，设计R11谐振于^、人6、、，禾Q X16，则？i,被Rll下 载并由Dl下载至本地，设计R12谐振于人5、 X,o禾卩、5，则^被R12 下载并由D5下载至本地，设计R13谐振于、、人9和人14，则人9被R13 下载并由D9下载至本地，设计R14谐振于^、 ^和人13，则^3被R14 下载并由D13下载至本地；入2、人6、 、0禾卩？114由波导5输入，经过R21、 R22、 R23禾卩R24，设计R21谐振于、、入7和入12，则、被R21下载并 由D2下载至本地，设计R22谐振于X,、入6、 X 和？w6，则人6被R22 下载并由D6下载至本地，设计R23谐振于Xs、 ^)和人15，则、()被R23 下载并由D10下载至本地，设计R24谐振于^、人9和、4，则、4被R24 下载并由D14下载至本地；人3、 、、 Xn和？l,5由波导6输入，经过R31、R32、 R33禾BR34，设计R31谐振于^、人8和入13，则M被R31下载并 由D3下载至本地，设计R32谐振于、、、和入12，则、被R32下载并 由D7下载至本地，设计R33谐振于、、X6、人n禾卩入16，则^被R33 下载并由Dll下载至本地，设计R34谐振于^、 U禾Q人15，则^5被 R34下载并由D15下载至本地；人4、 X8、人12禾卩人16由波导7输入，经过 R41、 R42、 R43和R44，设计R41谐振于入4、 ^和入14，贝U 、被R41 下载并由D4下载至本地，设计R42谐振于M、 、8和人13，则？i8被R42 下载并由D8下载至本地，设计R43谐振于人2、、和、2，则、2被R43 下载并由D12下载至本地，设计R44谐振于入,、X6、 ^ 和^6，则入16 被R44下载并由D16下载至本地。
本地用可调激光器上载信号，上载的16个波长信号分别对应不同 的端口进行上载，X"人5、 ^和^3分别由A1、 A5、 A9、 A13端口上 载，分别经Rll、 R12、 R13和R14耦合至波导4内；、、、6、 ？1,0和？114 分别由A2、 A6、 AIO、 A14端口上载，分别经R21、 R22、 R23禾Q R24 耦合至波导5内；X3、 、、 ^和？115分别由A3、 A7、 All、 A15端口上 载，分别经R31、 R32、 R33和R34耦合至波导6内；、、入8、 、2和？1'6 分别由A4、 A8、 A12、 A16端口上载，分别经R41、 R42、 R43和R44 耦合至波导7内；耦合至波导4、 5、 6和7内的上载信号传输合束器8， 经过8合束复用后经纳米线波导9传输至输出端口 10，经输出端口 10 耦合输出至光纤ll。
如图7所示，16路波长信号由光纤1经倒锥形耦合器2输入至纳 米线波导3，信号由3输入第一阶分波区域。器件工作于动态状态下， Rl的谐振波长调谐3AX， Rl谐振于、、X8、 ^2和^6， R2的谐振波长 调谐zU， R2谐振与人3、人7、人ii禾卩人is， R3的谐振波长调谐2AX， R3 谐振于X" X5、人9和？113， R4的谐振波长调谐2AX， R4谐振于、、人6、 入10和、4，经过第一阶分波后，Rl下载A4、 X8、人12和、6， R2下载入3、 人7、入n和、s， R3下载？i,、 X5、 ？19和入13， R4下载、、人6、 ？110禾口？114;入4、
入8、 ^2和^6经过波导4，、、人7、人u和、5经过波导5， ？H、 X5、 ^和 入13经过波导6， 、、 X6、 、o和、4经过波导7，进入第二阶分波区域。
在第二阶分波区域，入4、 X8、 ^2禾13^6由波导4输入，经过Rll、
15R12、 R13和R14， Rll不调谐，Rll谐振于、、、、、,和入16，贝'j入16 经Rll下载并经过D1下载至本地，R12调谐2AX， R12谐振于 i2、 17 和^2，则^2经R12下载并经过D5下载至本地，R13调谐4AX， R13 谐振于人3、 、8和M3，则人8经R13下载并经过D9下载至本地，R14 调谐AX， R14谐振于、、人9和人14，则、经R14下载并经过D13下载 至本地；、、人7、 Xu禾B^5由波导5输入，经过R21、 R22、 R23禾B R24， R21调谐A i， R21谐振于入3、入8和？113，则人3被R21下载并由D2下载 至本地，R22不调谐，R22谐振于？n、 X6、 、jm16，则人n经R22下 载并经过D6下载至本地，R23不调谐，R23谐振于、、；^和？115，则 m5被R23下载并由D10下载至本地，R24调谐3AX， R24谐振于谐振 于、、、和X12，贝U 、被R24下载并由D14下载至本地；？n、人5、入9 和、3由波导6输入，经过R31、 R32、 R33和R34， R31调谐2M， R13谐振于人s、、()和人15，则、被R31下载并由D3下载至本地，R32 调谐A人，R32谐振于、、、8和？113，则^3被R32下载并由D7下载至 本地，R33调谐3A人，谐振于、、M和、4贝ij i9被R33下载并由Dll 下载至本地，R34调谐AX， R34谐振于、、、、 ^和、6，则^被R34 下载并由D15下载至本地；入2、 X6、 、o和？i"由波导7输入，经过R41、 R42、 R43和R44， R41不调谐，R41谐振于、、M口 W则人i4被R41 下载并由D4下载至本地，R42调谐2AX， R42谐振于、、人10禾卩人15， 则、o被R42下载并由D8下载至本地，R43不调谐，R43谐振于人2、、 和人12，则、被R43下载并由D12下载至本地，R44不调谐，R44谐振 于入,、人6、 ^和？116，则？i6被R44下载并由D16下载至本地。
本地用可调激光器上载信号，上载的16个波长信号分别对应不同 的端口进行上载，X16、人12、 ^和人4分别由A1、 A5、 A9、 A13端口上 载，分别经Rll、 R12、 R13和R14耦合至波导4内；X3、 Xh、 ^5和？17 分别由A2、 A6、 AIO、 A14端口上载，分别经R21、 R22、 R23禾B R24 耦合至波导5内;人5、入13、人9和^分别由A3、 A7、 All、 A15端口上 载，分别经R31、 R32、 R33和R34耦合至波导6内；X14、 X1()、人2和人6 分别由A4、 A8、 A12、 A16端口上载，分别经R41、 R42、 R43和R44 耦合至波导7内；耦合至波导4、5、6和7内的上载信号传输合束器8，经过8合束复用后经过纳米线波导9传输至输出端口 10，由输出端口
lO耦合输出至光纤ll。
由上所述，根据不同的网络要求对微环进行热调谐，可以实现任
意波长到任意端口的ROADM性能。
虽然参照上述实施例详细地描述了本发明，但是应该理解本发明 并不限于所公开的实施例，对于本专业领域的技术人员来说，可对其 形式和细节进行各种改变。本发明意欲涵盖所附权利要求书的精神和 范围内的各种变形。
权利要求
1、一种分多阶实现16信道的可重构光插分复用器ROADM结构，其特征在于，该ROADM结构由输入部分、第一阶滤波区、第二阶滤波区、本地下载区、本地上载区、合束器和输出部分构成，各组成部分之间通过纳米线波导连接。
2、 根据权利要求1所述的分多阶实现16信道的ROADM结构， 其特征在于，所述输入部分用于将在光纤内传输的16路复用光信号耦 合至纳米线波导内，并经该纳米线波导输入至所述第一阶滤波区。
3、 根据权利要求1所述的分多阶实现16信道的ROADM结构， 其特征在于，所述第一阶滤波区由四个微环构成，用于对16路复用光 信号进行初级解复用和初级选择端口，将纳米线波导输入的16路复用 光信号分成四组，每一个微环下载一个波长信号组，每一组包括4个 波长信号，四个波长信号组分别被下载至一条纳米线波导内，并传输 至第二阶滤波区。
4、 根据权利要求3所述的分多阶实现16信道的ROADM结构， 其特征在于，所述16路复用光信号经过第一阶滤波区被解复用成4组 4路复用信号，并且通过调制第一滤波区的微环谐振波长初级选择从第 二阶滤波区的哪个子区域被下载，具体的下载端口由第二阶滤波区确 定。
5、 根据权利要求1所述的分多阶实现16信道的ROADM结构， 其特征在于，所述第二阶滤波区由四个微环组组成，每组包括四个微 环，每个环负责下载一个波长信号，用于将复用光信号完全解复用并 最终确定信号的输出端口，实现16路信号的完全解复用，并通过调制 第二阶滤波区微环的谐振波长实现子区域内波长信号的切换。
6、 根据权利要求5所述的分多阶实现16信道的ROADM结构， 其特征在于，所述完全解复用的光信号分别经由一根纳米线波导输出 至本地下载区的16个端口。
7、 根据权利要求1所述的分多阶实现16信道的ROADM结构， 其特征在于，所述本地上载区共有16个端口，每个端口上载一个波长信号，该波长信号经过微环耦合至纳米线波导内，并经纳米线波导传 输至合束器。
8、 根据权利要求1所述的分多阶实现16信道的ROADM结构， 其特征在于，所述合束器用于将本地上载区输入的波长信号复用至一 根纳米线波导内，输出给输出部分。
9、 根据权利要求8所述的分多阶实现16信道的ROADM结构， 其特征在于，所述合束器为一五合一的合束器，由一个五端口输入一 端口输出的多模干涉耦合器实现。
10、 根据权利要求1所述的分多阶实现16信道的ROADM结构， 其特征在于，所述输出部分用于将合束器输入的波长复用信号耦合至 光纤。
全文摘要
本发明公开了一种分多阶实现16信道的可重构光插分复用器(ROADM结构)，该ROADM结构由输入部分、第一阶滤波区、第二阶滤波区、本地下载区、本地上载区、合束器和输出部分构成，各组成部分之间通过纳米线波导连接。本发明利用微环形谐振器的自由频谱宽度具有一定的宽度，对多路入射波长进行分阶滤波，使各下载波导中所传播的波长数逐级减少，最终实现在各个输出端口中的单波长下载，降低了温度控制难度，提高了器件的响应速率。
文档编号H04J14/02GK101552648SQ20081010322
公开日2009年10月7日 申请日期2008年4月2日 优先权日2008年4月2日
发明者刘育梁, 磊 张, 林 杨, 耿敏明, 贾连希 申请人:中国科学院半导体研究所