新型大用户容量光码分多址编解码器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信息技术和光纤通信技术领域，涉及一种基于微环谐振腔的大用户容 量光码分多址编解码器。
【背景技术】
[0002] 光码分多址（0CDMA)系统结合了码分多址接入技术与光纤通信的优点，以光编/ 解码器为高速光信号处理器，具有接入方式简单、系统容量大、访问延迟低、地址分配灵活、 完全异步传输、高服务质量控制以及信息安全性高等优点，是未来高速光纤局域网和用户 接入网的最具前景的方案之一。作为0CDMA系统的关键技术和核心部件之一，编解码器的 结构和特性直接影响着0CDMA系统的功率损耗、设计成本、用户容量、误码率以及系统的灵 活性。
[0003] 从信号处理的角度可以将0CDMA系统分为相干系统和非相干系统。相干系统是利 用光的相干特性，通过对光信号的相位进行编解码，可实现对信号的双极性或多极性编码； 而非相干系统是利用信号的有无来表示二进制信息，属于单极性编解码。根据地址码所在 的空间，0CDMA系统可分为时域编码系统、频域编码系统、空域编码系统等。为了提高用户 容量，人们提出了很多形式的二维0CDMA系统。二维0CDMA系统采用二维地址码序列标识 用户，使得光脉冲在时域上和空间或频域上同时扩展，较大地增加了系统用户数。目前常用 的二维0CDMA系统主要是基于光纤光栅结构。
[0004] 美国专利号为 US6292282 的专利《Time-wavelength multiple access optical communication systems and methods》中提出了一种时间-波长的二维编码方案。该专利 记载了 ：从宽带光源出射的光信号由光分束器分成多束光后分别被调制器调制，调制后的 光束分别通过一个光环形器进入光编码器，对不同波长光信号附加特定的时延进行编码， 编码后的光束通过光合束器合成编码信号。解码原理与编码原理相同：由光纤传输的编码 信号先被光分束器分成多束，分别经由多个光环形器送入到解码器，解码器对各波长附加 相对应的时延即可完成解码，再通过解调即可获得原信号。其中编解码都是使用的FBG结 构。在该专利中：在编码时，光分束器分出的多个频带的光信号是在一个特定的时间序列内 传输的，在解码时，消除了各个频带的时间序列。因此，具体用户的信号是时间对准的，导致 实际的系统中地址码的数量很有限，从而限制了用户数量。
[0005] 为了克服光纤布拉格光栅固有的局限，美国专利号为US6313771的专利 ((Codes, methods, and apparatus for optical encoding and decoding〉〉提出了使用二阶 FBG编码的方案。该专利中的地址码是由子码和超码两阶码组成的，其中子码的持续时间不 大于超码中相邻码的码间隔时间。由宽带光源出射的光信号被调制后，先经过超码编码器 编码形成一阶编码信号，一阶编码信号又被子码编码器进行二次编码。其中，超码编码器和 子码编码器都是使用FBG编码，二阶编码方案一定程度上扩大了码字的长度，增大了用户 容量。但是二阶编码使得系统的结构比较复杂，编码使用了两个FBG，降低了光学效率，而且 用户容量的提升也很有限。
[0006] 美国专利号为 US5438440 的专利《Holographic code division multiple access》提出了一种二维空间数字编码方案。该方案中使用K路光信号，这些光信号既可以 是模拟信号也可以是数字信号，但必须是单色光，分别对每个光信号单独编码。光信号通过 准直透镜进行准直，在准直透镜后放置一个特定的掩模板对光信号进行空间编码。编码后 的各个光信号叠加到一起，然后由光纤进行传输。在接收端，将所传输的光信号分成K份， 每份光信号先经过一个傅里叶变换透镜，在其后焦面上放置与编码过程相共辄的掩模板进 行匹配解码，解码后的信号由聚焦透镜耦合进光纤以便后序的解调过程。该方案从理论上 讲可以实现较大的用户数量，但是该方案结构相当复杂，而且解码过程的掩模板是由编码 过程的掩模板制作而成全息板，不够灵活，如果编码过程相位板位置稍有移动，解码板就不 能很好地进行解码，降低了系统的总体效率。
[0007] 美国专利号为 US8488967 的专利《System and method for OCDMA-based photonic layer security robustness to archival attack〉〉中报道了 --种安全通信系 统。该系统中提出了使用级联的微环谐振腔进行编解码。编码器由四个微环串联的阵列构 成，每个串联微环列都与输入、输出光纤像连接。通过加热器调制使每个串联微环列具有不 同的谐振波长，并对每个波长用一个相移器调整相位，实现了频谱的相位编码。解码过程与 编码过程相似，只是对不同波长附加相应的相位。该编码器具有低损耗、可编程的特点，同 时拥有超精细的频谱分辨率并且可对皮秒脉冲实现相位编码。但是该编解码方案仅适用于 一维0CDMA系统，限制了用户容量。
[0008] 中国专利号为CN1571306的专利《光码分多址波长-时间域二维光正交码编码器 及解码器》公开了一种波长-时间域可调二维光正交码编/解码结构。从宽带光源发出的 光信号经过数据调制后，被1XN的光开关波分复用器分成N个波长的光脉冲，用一个NXw 的光开关对光信号进行波长选择，通过w个可调光纤延迟线对各个波长的光脉冲进行时间 编码。然后再通过wXN的光开关和NX1的波分复用器实现合波的编码信号。解码结构与 编码结构相似，只是将对每一波长附件相对应的延时即可。该方案实中通过使用大量的光 开关来实现光信号的时间延迟，既增加了调制难度，也使得编解码的成本升高，而且其用户 容量也比较少。
[0009] 上述专利虽然实现了 0CDMA系统的编解码，但是他们存在一些缺陷，比如以光纤 光栅为编码器的0CDMA系统，制作时要求构成阵列的光纤光栅匹配一致，精度要求非常高， 并且光栅在使用过程中的不稳定性、反射峰不够窄，用户扩频序列之间不可避免的存在多 址干扰，限制了用户数量；利用微纳光子学原理设计的微环型谐振腔为编解码器的0CDMA 系统，具有低损耗、可编程的特点，但是现有的方案仅适用一维编解码方式，限制了系统用 户量的扩展。然而，该器件可以实现多维编码，是解决用户数量不足的一个可行性方案之 〇
【发明内容】
[0010] 为了克服上述现有技术的问题，本发明提出了一种新型大用户容量光码分多址 编解码器，基于耦合串联三环结构构成的串联微环阵列，对满足谐振条件的光信号进行波 长-相位的调节，实现二维编解码。
[0011] 本发明提出一种耦合串联三环结构，该结构包括三个串联微环，位于第一串联微 环的输入端口 1、串联微环的传输端口 2、位于第三个串联微环的上载端口 3串联微环的下 载端口 4 ;每个串联微环上设置有热阻器件5 ;光信号从输入端口 1耦合进入串联微环，驱 动热阻器件5实现光信号波长调节，满足串联微环谐振波长条件的光信号从下载端4输出， 其余波长的光信号则会经过传输端口 2继续传输，上载端口（3)处也可以上载新信号，并且 在多个微环并联时用于接收来自上一个微环下载端口（4)的信号。
[0012] 本发明还提出了一种基于耦合串联三环结构的新型大用户容量光码分多址编解 码器，所述编码器包括两根光波导与串联的多组半径不等的耦合串联三环结构组成的串联 微环阵列，串联微环阵列之间两两以传输间距d级联；每组串联微环阵列中的上、下两微环 分别与两根波导耦合，串联微环结构中相邻微环之间发生环与环之间耦合，每个串联微环 阵列包括输入端口、传输端口、上载端口和下载端口；
[0013] 由多个波长组成的光信号从一根波导的输入端口输入后，同时满足各个微环的谐 振条件的波长才能经过串联微环后从另一波导的下载端输出，其余不满足的则从该波导的 传输端口传走；所述微环上均附有一个热阻器件，调节热阻器件控制环形谐振器的波长变 化，实现波长的选择。相移器集成于每个串联微环列后，通过控制总线上的相移器对每组微 环的反射波对应的相位调节，完成不同波长的特定相位变化，从而实现了波长-相位的二 维编码；
[0014] 以此类推，各波长光信号以相同的方式依次反射，相位分别调制，实现利用光信号 的编码。
[0015] 本发明再提出了一种新型大用户容量光码分多址解码器，所述解码器结构与编码 器相同，与编码器相比，所述串联微环阵列的次序反向排布；并且每列微环的谐振波长对应 的相移与编码过程相反，从而实现了波长-相位的二维解码
[0016] 与现有技术相比，本发明实现了对光码分多址系统用户容量的扩展，能够有效防 止信道间的串扰，提高了编解码器的性能；随着串联微环列数的增加，用户容量呈e指数增 长。
【附图说明】
[0017] 图1是耦合串联腰鼓型三环结构示意图：图中，1、串联微环的输入端口，2、串联微 环的传输端口，3、串联微环的上载端口，4、串联微环的下载端口，5、热阻器件，R为大环半 径，r为小环半径。
[0018] 图2是基于耦合串联腰鼓型三环结构的编码器结构示意图：其中，6、7、8分别表示 第1列、