专利名称：单元式可扩充光分插复用器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤通信系统中应用的无源器件，用于从密集波分复用(DWDM)光纤线路的多波长传输信号中下载指定波长光信号，或者将指定波长光信号上载到DWDM光纤线路之中构成新的多波长传输信号。
在820nm～160nm光波长范围光纤具有三个低损耗窗口，可以容纳180000Gbit/s的信息传输量，这意味着用一根光纤就可以传输180亿路电话(每路电话10kbit/s)。但目前采用单一波长传输的光纤通信系统仅仅只达到10Gbit/s的传输速率(只能传输100万路电话或1000路电视)，因此光纤通信具有极其巨大的扩容潜力。密集波分复用(DWDM)就是最为有效的光纤通信扩容技术之一。它利用一根光纤线路来同时传输十几个或数十个不同光波长信道，使得通信容量扩大十几倍甚至几百倍，以适应人类社会对于信息需求量的急剧增长。以DWDM为基本技术的光网络需要利用一种设备进行指定波长光信号的下载或上载，这种设备就是光分插复用器(OADM)。
已经提出的OADM相关技术方案包括美国专利No.5999290、No.5959749和美国专利No.5479082。其中，No.5999290是将一个解复用器与另一个复用器串接，并将两者的带通滤光中心波长稍稍错开，以增大滤光通带带宽；No.5959749采用一个解复用器和一个复用器，在两者之间插入光开关、光衰减、光调制器件，以实现相应功能；No.5479082则是采用两个环行器，并在两者之间插入可调谐带通滤波器，以此实现光分插复用功能。解复用器、复用器和环行器通常都由很多光学器件构成，用它们构成光分插复用器结构复杂、价格昂贵，不便于普及使用。
本发明目的之一是通过设计一种单元式可扩充光分插复用器，使之兼具单波长光分插复用、多波长光分插复用以及密集波分复用功能，简化OADM器件结构，将器件的解复用和复用功能合二为一，从而大幅度降低器件成本；本发明目的之二是构成一种便于波长调谐之结构，获得一种可进行单波长及多波长调谐器件。
实现本发明目的的单元式可扩充光分插复用器，含有带通滤光元件，其特征在于
(1)基本单元由双光纤插针、耦合透镜和带通滤光片组成，其位置依序为第一双光纤插针、与其相联接的第一耦合透镜、光路上的带通滤光片、第二耦合透镜及与其相联接的第二双光纤插针，构成一个四端口器件，(2)N个如(1)所述的基本单元并列构成N波长光分插复用器，N≥1，N个基本单元的带通滤光片分别具有N个不同的中心波长；当N＞1时，各个基本单元第一双光纤插针的光纤与相邻基本单元依次级联熔接，仅留下第一个基本单元第一双光纤插针的一根光纤作为光信号输入端、第N个基本单元第一双光纤插针的一根光纤作为光信号输出端，各个基本单元第二双光纤插针的两根光纤分别作为指定波长信号的下载端与上载端。
上述单元式可扩充光分插复用器，其进一步的特征可以是所述基本单元中，第一双光纤插针的两根光纤相对于第一耦合透镜的光轴对称放置且相互紧密靠近、光纤头位于第一耦合透镜的焦平面上，第二双光纤插针的两根光纤相对于第二耦合透镜的光轴对称放置且相互紧密靠近、光纤头位于第二耦合透镜的焦平面上。
上述单元式可扩充光分插复用器，所述带通滤光片可以为可调谐波长滤光片，构成了相应的波长可调谐器件。
上述单元式可扩充光分插复用器，可以作为光密集波分复用系统中的复用器或解复用器，复用器的输入端为所述单元式可扩充光分插复用器的各信号上载端口、复用器的输出端为所述单元式可扩充光分插复用器的光信号输出端口；解复用器的输入端为所述单元式可扩充光分插复用器的光信号输入端口、解复用器的输出端为所述单元式可扩充光分插复用器的各信号下载端口。
N波长的单元式可扩充光分插复用器，其下载/上载波长可以是相邻信道波长，也可以是非相邻信道波长，或者是光纤的不同传输波长。
将N波长的单元式可扩充光分插复用器下载端口与上载端口分别与相应的光信号处理矩阵的输入与输出端口连接，构成DWDM系统的相关器件，如光路由开关矩阵、光交叉连接矩阵、光延时线矩阵等等。
本发明的单元式可扩充光分插复用器，采用双光纤与准直-聚焦透镜耦合，利用光线共焦对称耦合原理，并通过带通滤光片选择下载(上载)波长，使直通波长光信号反射耦合，而下载(上载)波长光信号透射耦合，实现光分插复用功能；将不同波长的OADM基本单元级联，扩充构成多波长OADM器件。这一器件将DWDM解复用器与复用器合二为一，结构简单、价格低廉，与相关器件配合可实现光交叉连接(OXC)、光路由开关矩阵、光延时线矩阵多种功能，尤其适用于密集波分复用光纤通信系统。
图一为本发明基本单元结构二为双波长OADM结构三为N波长OADM结构四为本发明器件用于光交叉连接示例图五为本发明器件用于多通道光延时示例图一示出本发明基本单元结构，包括两个双光纤插针(13、17)、两个耦合透镜(14、16)和一个带通滤光片(15)；第一双光纤插针(13)与第一耦合透镜(14)相联接，然后依次光路联结带通滤光片(15)、第二耦合透镜(16)以及第二双光纤插针(17)，构成一个四端口器件；第一双光纤插针的两根光纤(11、12)相对于透镜14的光轴对称放置且相互紧密靠近，光纤头位于透镜14的焦平面上，第二双光纤插针的两根光纤(18、19)相对于透镜16的光轴对称放置且相互紧密靠近，光纤头位于透镜16的焦平面上；光纤11连接DWDM光纤线路输入端，由光纤11输入的DWDM多波长(λ1～λm)光波经透镜14之后成为一小角度(＜2°)出射平行光波，该平行光波中的与带通滤光片15中心波长λ1不同的波长信号(直通光)受到反射并再经透镜14耦合进光纤12，光纤12连接DWDM光纤线路输出端；该平行光波中的与带通滤光片15中心波长λ1相同的波长信号(下载光)低损耗通过滤光片15并经透镜16耦合进光纤19，光纤19为指定波长λ1信号下载端口；光纤18是指定波长λ1信号上载端口，由光纤18输入的光波经透镜16之后成为一小角度(＜2°)出射平行光波，然后低损耗通过滤光片15并经透镜16耦合进光纤12，插入DWDM光纤输出线路。由此完成了OADM指定波长λ1光信号的下载与上载功能。
图二示出双波长OADM器件结构，它由两个如图一所示的OADM单元级联而成，包括四个双光纤插针(13、17、23、27)、四个耦合透镜(14、16、24、26)和两个不同中心波长(λ1、λ2)的带通滤光片(15、25)；两个单元各自内部的连接方式与图一所示结构相同，单元之间的级联是将两个单元的光纤12与光纤21熔接，则光纤11连接DWDM光纤线路输入端，光纤22连接DWDM光纤线路输出端；而光纤18为指定波长λ1信号上载端口；光纤19为指定波长λ1信号下载端口；光纤28为指定波长λ2信号上载端口；光纤29为指定波长λ2信号下载端口。
图三示出N波长OADM器件结构，它由N个如图一所示的OADM单元级联而成，包括2N个双光纤插针(13、17……N3、N7)、2N个耦合透镜(14、16、……N4、N7)和N个不同中心波长(λ1～λN)的带通滤光片(15、……N5)；N个单元各自内部的连接方式与图一所示结构相同，单元之间的级联按照图二所示方法将两相邻单元的光纤熔接，则光纤11连接DWDM多波长(λ1～λm)光纤线路输入端，光纤N2连接DWDM光纤线路输出端；而各单元的光纤j8(j＝1，2，……N)为该单元指定波长λj信号上载端口；光纤j9为该单元指定波长λj信号下载端口。
图四示出由两个OADM器件(1、2)与一个光交叉连接开关矩阵3构成的2波长2×2光交叉连接器。由线路输入的两路光信号分别含有λ11、λ12和λ21、λ22，经过OADM器件(1、2)之后从下载端口输出波长解复用信号，并送至光交叉连接开关矩阵3的输入端口，进行光交叉连接处理之后，其输出信号又被送至OADM器件(1、2)相应插入端口，则从线路输出端口输出的光信号波长就变换为λ11、λ12和λ21、λ22，这样就实现了光交叉连接功能。
图五示出由可调谐波长OADM器件4与具有不同固定延时器(5、6、7、8)构成的可调谐光延时器。由线路输入端口输入的光信号，将根据OADM的带通滤光片的调谐情况而从与光信号波长一致的下载端口输出，然后经过相应的光延时器之后再从插入端口经OADM的线路输出端口输出；由于各端口连接的光延时器的延时量设置不同(例如分别为1、2、3、4个延时时间单位)，因此通过调谐OADM滤光片的中心波长就可以选择所需要的光延时，从而实现延时控制功能。
权利要求
1.一种单元式可扩充光分插复用器，含有带通滤光元件，其特征在于(1)基本单元由双光纤插针、耦合透镜和带通滤光片组成，其位置依序为第一双光纤插针、与其相联接的第一耦合透镜、光路上的带通滤光片、第二耦合透镜及与其相联接的第二双光纤插针，构成一个四端口器件，(2)N个如(1)所述的基本单元并列构成N波长光分插复用器，N≥1，N个基本单元的带通滤光片分别具有N个不同的中心波长，当N＞1时，各个基本单元第一双光纤插针的光纤与相邻基本单元依次级联熔接，仅留下第一个基本单元第一双光纤插针的一根光纤作为光信号输入端、第N个基本单元第一双光纤插针的一根光纤作为光信号输出端，各个基本单元第二双光纤插针的两根光纤分别作为指定波长信号的下载端与上载端。
2.如权利要求1所述的单元式可扩充光分插复用器，其特征在于所述基本单元中，第一双光纤插针的两根光纤相对于第一耦合透镜的光轴对称放置且相互紧密靠近、光纤头位于第一耦合透镜的焦平面上，第二双光纤插针的两根光纤相对于第二耦合透镜的光轴对称放置且相互紧密靠近、光纤头位于第二耦合透镜的焦平面上。
3.如权利要求1或2所述的单元式可扩充光分插复用器，其特征在于所述带通滤光片为可调谐波长滤光片。
4.如权利要求1或2所述的单元式可扩充光分插复用器，其特征在于它可以作为光密集波分复用系统中的复用器或解复用器；复用器的输入端为所述单元式可扩充光分插复用器的各信号上载端口、复用器的输出端为所述单元式可扩充光分插复用器的光信号输出端口；解复用器的输入端为所述单元式可扩充光分插复用器的光信号输入端口、解复用器的输出端为所述单元式可扩充光分插复用器的各信号下载端口。
全文摘要
单元式可扩充光分插复用器,基本单元为双光纤插针与耦合透镜相联接,再依次光路联接带通滤光片、耦合透镜及双光纤插针,构成四端口器件;N个基本单元级联时,第一和第N单元各留一根光纤作为光信号的输入端与输出端;各基本单元第二双光纤插针两根光纤分别作为指定波长信号的下载端与上载端。本发明用于光密集波分复用系统下上载不同波长信号,也可以构成复用器、解复用器、实现光路由开关、光交叉连接、光延时等功能。
文档编号H04J14/02GK1259810SQ9912494
公开日2000年7月12日 申请日期1999年12月29日 优先权日1999年12月29日
发明者刘德明, 柯昌剑, 胡必春, 黄德修 申请人:华中理工大学