专利名称：具有带状信道结构的光分插复用器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光通信装置，以及更具体地说，涉及光分插复用器。
背景技术：
现代的光通信系统，例如长途和地铁网络采用密集波分复用(DWDM，dense wavelength division multiplex)信道来承载具有10Gb/s位速率的光信号。设想未来的光通信系统将采用用来承载具有40Gb/s位速度的信号的DWDM信道。基于传统和/或先进的调制格式，40-Gb/s光信号很可能与10-Gb/s光信号一起使用和/或逐渐取代后者。因此，期望具有支持10-和40-Gb/s光信号并且例如当40-Gb/s升级变为可用时允许重构光通信系统，而对已经就绪的10-Gb/s服务没有或具有最小中断的通信平台。
发明内容
根据本发明的原理，通过用来路由具有至少两个不同位速率的光信号的光分插复用器(OADM)，解决现有技术中的问题。OADM具有至少两个DWDM信道集，例如，第一集合中的信道具有适合于传输10-Gb/s信号的第一带宽值和第二集合中的信道具有适合于传输40-Gb/s信号的第二带宽值。第一和第二集合占用两个不同的光谱带以及第一集合具有交织信道的两个子集。在一个实施例中，OADM具有第一和第二光分支，分别用来处理对应于第一和第二信道组的光信号。第一组包括来自第一集合的第一子集，而第二组包括第二集合和来自第一集合的第二子集。有利地，本发明的OADM能用来创建用于不同信道组的独立处理路径。结果，能升级具有那些OADM的通信系统，例如增加新的40-Gb/s服务和/或填充另外的10-Gb/s信道，基本上不中断已经就绪的10-Gb/s服务。
根据一个实施例，本发明是一种光学装置，包括具有第一、第二和第三端口的多个端口，该装置用来基于波长，在不同端口之间路由光信号，其中光信号对应于两个或多个信道集，每个集合包括具有相应带宽值的一个或多个信道；至少两个不同信道集具有不同带宽值；以及该光学装置包括路由设备，用来在第一端口和第二端口之间路由对应于第一信道组的光信号；以及在第一端口和第三端口之间路由对应于第二信道组的光信号。
根据另一实施例，本发明是一种传送光信号的方法，包括在光路由设备的第一端口和第二端口之间，路由对应于第一信道组的光信号；以及在所述光路由设备的第一端口和第三端口之间，路由对应于第二信道组的光信号，其中，光信号对应于两个或多个信道集，每个集合包括具有相应带宽值的一个或多个信道；以及至少两个不同信道集具有不同带宽值。
根据另一实施例，本发明是一种装置，包括用于在光路由设备的第一端口和第二端口之间，路由对应于第一信道组的光信号的部件，以及用于在所述光路由设备的第一端口和第三端口之间，路由对应于第二信道组的光信号的部件，其中，光信号对应于两个或多个信道集，每个集合包括具有相应带宽值的一个或多个信道，以及至少两个不同信道集具有不同带宽值。
根据另一实施例，本发明是一种通信网络，包括多个结点，用来交换通信信号，其中，至少一个结点包括光装置，该光装置具有包括第一、第二和第三端口的多个端口，该装置用来基于波长，在不同端口之间路由光信号，其中光信号对应于两个或多个信道集，每个集合包括具有相应带宽值的一个或多个信道；至少两个不同信道集具有不同带宽值；以及该光学装置包括路由设备，用来在第一端口和第二端口之间路由对应于第一信道组的光信号；以及在第一端口和第三端口之间路由对应于第二信道组的光信号。
图1是能实施本发明的光通信系统的框图；图2示出能用在图1所示通信系统的结点中的光分插复用器(OADM)；图3示出能用来实现图2所示的OADM的OADM的框图；图4示出能用在图3的OADM中的波长阻塞器的框图；图5示出能用来实现图2所示的OADM的另一OADM的框图；图6A-B图示示出能用在图2，3和5所示的OADM的某些实施例中的两个代表性DWDM信道结构；图7图示示出能用在图2，3和5的OADM中的DWDM信道结构。
图8图示示例说明能用在图3和5的OADM中的交织器的属性；图9A-B分别示出能用在图3和5的OADM中的DMUX和MUX的框图；图10A-B图示示例说明用于图7的DWDM信道结构的信道-群方案；图11A图示示出能用在图2，3和5的OADM中的DWDM信道结构；图11B示例说明能用在图2，3和5的OADM中的另一DMUX和另一MUX的属性；图12示出能用来实现图11B所示的DMUX的DMUX的框图；图13示出能用来实现图11B所示的MUX的MUX的框图；以及图14A-B图示示例说明用于图11A的DWDM信道结构的信道群方案。
具体实施例方式
在此引用“一个实施例”或“实施例”是指结合实施例所述的特定特征、结构或特性能包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书的多处中的短语“在一个实施例”的外部特征不一定均指向相同的实施例，也不是单独的或与其他实施例互斥的另外的实施例。
图1示出其中可实施本发明的光通信系统100的框图。系统100具有通过双向链路104连接的结点102的网络，其中每个结点用来处理经由链路运送的光信号。每个结点102处的信号处理包括但不限于在相邻结点之间路由光信号，从网络业务中提取(或分出)指定本地接收机的光信号，并将本地发射机所生成的光信号插入(或添加)到网络业务中。每个链路104可以包括一个或多个光纤、光放大器(未示出)、信号再生器(未示出)和其他惯用部件。
图2示出能用在系统100的任何结点102中的光分插复用器(OADM)200。OADM200具有包括主输入端口202、主输出端口204、分出端口205和插入端口208的至少四个端口。提供到主输入端口202的DWDM信号被引导至分出端口206，例如用于分发到本地接收机，或主输出端口204，例如用于在系统100的网络上进一步传输。通常阻止分出的信号到达主输出端口204。然后，可以使用先前未使用的DWDM信道和/或对应于分出信号的DWDM信道的一些或全部来传送例如从本地发射机提供到插入端口208的光信号。这些光信号与在主输入端口202处接收的、未在分出端口206分出的光信号多路复用，并在主输出端口204输出多路复用信号。
OADM体系结构图3示出能用来实现根据本发明的一个实施例的OADM200的OADM300的框图。OADM300是具有主输入端口302、主输出端口304、两个分出端口306a-b以及两个插入端口308a-b的六端口设备。OADM300通过将提供给主输入端口302的DWDM信号引导到分出端口306a-b，例如用于分发到本地接收机，或主输出端口304，例如用于在网络上的进一步传输。阻止在分出端口306a-b处分出的信号到达主输出端口304。然后，可以使用先前未使用的DWDM信道和/或对应于分出信号的DWDM信道的一些或全部来传送例如从本地发射机提供给插入端口308a-b的光信号。这些光信号与在主输入端口302处接收的、未在分出端口306a-b分出的光信号多路复用，并在主输出端口304输出多路复用信号。使用去复用器(DMUX)312、复用器(MUX)332、两个波长阻塞器316a-b、两个分离器314a-b以及两个组合器334a-b，在OADM300中实现该功能性，下面详细地描述它们中的每一个。
DMUX312是具有标记为I、连接到主输入端口302的输入端口和标记为II和III的两个输出端口的三端口设备。DMUX312用来基于波长或DWDM信道号，将提供到端口I的光信号引导到其两个输出端口之一。更具体地说，在一个实施例中，DMUX312将对应于第一DWDM信道组的光信号引导到输出端口II，而将对应于第二DWDM信道组的光信号引导到输出端口III。MUX332是具有标记为II和III的两个输入端口和标记为I的输出端口的三端口设备，其输出端口连接到主输出端口304。MUX332主要用来执行由DMUX312执行的功能的逆功能。更具体地说，MUX332多路复用提供给其输入端口的光信号并将多路复用的信号引导到输出端口。
在一个实施例中，使用基本上相同的双向光学元件来实现DMUX312和MUX332的每一个。更具体地说，将该光学元件设计成(i)在端口I和II之间路由对应于第一DWDM信道组的光信号；以及(ii)在端口I和III之间路由对应于第二DWDM信道组的光信号。例如，当将光学元件构造为DMUX312时，将输入信号提供到端口I，以及两个相应的输出信号出现在端口II和III上。另外，当将光学元件构造为MUX332时，将两个输入信号提供到端口II和III，以及相应的输出信号出现在端口I。
波长阻塞器316a-b的每一个是可配置设备，传送用于主输出端口304的光信号并阻塞用于相应的分出端口306的光信号。如此，波长阻塞器316a-b分别用于处理对应于第一组和第二DWDM信道组的光信号。基于适当的控制信号(未示出)，波长阻塞器316a-b的每一个能在不同的时间阻塞/传送属于相应DWDM信道组的不同子组。
每个分离器314a-b是一个无源三端口设备，用来在相应的分出端口306和波长阻塞器316之间分离从DMUX312接收的信号。类似地，每个组合器334a-b是一个无源三端口设备，用来组合从相应的插入端口308和波长阻塞器316接收的信号并将组合信号引导到MUX332。在一个实施例中，分离器314a-b和组合器334a-b的每一个使用能根据光传播方向，操作为功率分离器或功率组合器的基本上相同的双向光学元件来实现。
使用上述部件，OADM300能如下路由提供给主输入端口302的光信号。假定该光信号对应于第一DWDM信道组。因此，DMUX312将该信号引导到其输出端口II。然后，功率分离器产生两个信号副本并将第一副本引导到分出端口306a以及第二副本引导到波长阻塞器316a。如果该光学信号用来在分出端口306a处分出，那么波长阻塞器316a被配置成阻塞第二信号副本传播过波长阻塞器。同时，连接到分出端口306a的本地接收机(未示出)接收该第一信号副本，从而实现分出功能。由于相应的DWDM信道在波长阻塞器316a处变为空闲，现在，本地发射机(未示出)能将对应于相同DWDM信道的不同光信号提供到插入端口308a，而不产生信号干扰。然后，功率组合器334a将那一信号与由波长阻塞器316a传送的信号组合并将组合信号引导到MUX332的输入端口II，将其路由到主输出端口304，从而实现插入功能。
另外，如果提供到主输入端口302的光信号用来从主输入端口302传送到主输出端口304，则波长阻塞器316a被配置成传播由功率分离器314a产生的第二信号副本。同时，连接到分出端口306a的本地接收机被配置成忽略第一信号副本。由于在这种情况下，在波长阻塞器316a处相应的DWDM信道不为空闲，本地发射机不将对应于相同DWDM信道的不同光信号提供到插入端口308a以避免信号干扰。
本领域的技术人员将理解到用类似的方式，但使用不同OADM分支，即包括DMUX312的输出端口III、相应的功率分离器314b、分出端口306b、波长阻塞器316b、相应的功率组合器334b、插入端口308b以及MUX332的输入端口III，在OADM300中处理对应于第二DWDM信道组的光信号。
图4示出根据本发明的一个实施例，能用作图3的波长阻塞器316的波长阻塞器416的框图。波长阻塞器416具有环行器410，例如将由功率分离器314(图3)提供到波长阻塞器的DWDM信号引导到光栅420。然后，光栅420按波长分散信号，并将其引导到通/断开关430。在图4中，光栅420和开关430之间的多个箭头表示对应于不同DWDM信道的光。开关430具有可旋转MEMS镜阵列，每DWDM信道一个反射镜。当对应于特定DWDM信道的光信号需要通过波长阻塞器416时，旋转开关430中的相应反射镜以便将信号反射回光栅420，在那里与其他反射的信号重新组合并引导回环行器410，将其从波长阻塞器输出到例如功率组合器334(图3)。另外，当对应于特定DWDM信道的光信号需要在波长阻塞器416中阻塞时，旋转开关430中的相应反射镜以便将信号反射到信号清除(signal dump)440，如由图4中的虚线所示，在那里信号被吸收。
图5示出根据本发明的另一实施例，能用来实现OADM200(图2)的OADM500的框图。与OADM300(图3)类似，OADM500具有主输入端口502、主输出端口504、两个分出端口506a-b以及两个插入端口508a-b。通过将提供给主输入端口502的光信号引导到分出端口506a-b或主输出端口504，OADM500与OADM300(图3)类似地操作。可以再使用对应于分出信号的DWDM信道和/或任何未被占用信道的一些或全部来传送提供到插入端口508a-b的光信号，与在主输入端口502处接收的、未在分出端口506a-b处分出的光信号多路复用。然后，在主输出端口504处输出多路复用信号。
与OADM300类似，OADM500具有DMUX312和MUX332。OADM500还采用分别与OADM300的功率分离器314和功率组合器334类似的功率分离器514和功率组合器534。然而，在OADM500中采用的波长阻塞器516与OADM300的波长阻塞器316a-b的任何一个有所不同。更具体地说，波长阻塞器316a-b的每一个用来处理对应于仅一组DWDM信道的光信号。例如，波长阻塞器316a和316b分别处理对应于第一和第二DWDM信道组的光信号。相反，波长阻塞器516用来处理对应于两个DWDM信道组的光信号。
OADM500能如下路由提供到主输入端口502的光信号。功率分离器514产生两个信号副本并将第一副本引导到DMUX312和将第二副本引导到波长阻塞器516。如果光信号意图在分出端口506a-b之一处分出，那么波长阻塞器516被配置成阻止第二信号副本传播过波长阻塞器。同时，根据光信号是处于第一还是第二信道组，DMUX312将第一信号副本引导到分出端口506a-b的相应一个，以及连接到分出端口的本地接收机(未示出)接收那一信号副本，从而实现分出功能。由于在波长阻塞器516外相应的DWDM信道变为空闲，本地发射机(未示出)现在能将对应于相同DWDM信道的不同光信号提供到插入端口508a-b的适合的一个，而不产生信号干扰。然后，MUX332将那一信号引导到功率组合器534，其中，组合由MUX输出的信号和由波长阻塞器516传送的信号并引导到主输出端口504，从而实现插入功能。
另外，如果提供到主输入端口502的光信号意图传送到主输出端口504，那么将波长阻塞器516配置成传递由功率分离器514产生的第二信号副本。同时，将连接到分出端口506a-b的相应一个的本地接收机配置成忽略该第一信号副本。由于在这种情况下，在波长阻塞器516外相应的DWDM信道不为空闲，本地发射机不将对应于相同DWDM信道的不同光信号提供到插入端口508a-b的相应一个以避免功率组合器534处的信号干扰。
图6A-B图示示出能用在OADM 200、300和500的某些实施例中的两个代表性DWDM信道结构。更具体地说，在图6A-B中，用具有基本(例如中心)频率fi和对应于分配到那个信道的带宽的宽度Δf(图6A)或Δf′(图6B)的格表示每个DWDM信道，其中i是DWDM信道数。图6A-B中所示的结构的每一个利用ITU(国际电信联盟)频率栅格，提供两个相邻DWDM信道的基本频率被分离mx50GHz频率间隔，其中m是正整数。在图6A中，m＝1，导致|fi-fi+1|＝50GHz。类似地，在图6B中，m＝2，导致|fi-fi+1|＝100GHz。
如图6所看到的，所示信道配置的每一个将相等的带宽分配给每个DWDM信道。如此，图6A的配置将Δf＝50GHz的带宽分配给每个信道。同样地，图6B的配置将Δf′＝100GHz的带宽分配给每个信道。典型的现有技术通信系统所有DWDM信道具有相同均匀带宽，即，信道具有仅50GHz带宽，或者信道仅具有100GHz带宽。
图6B的100GHz信道的每一个具有用于传输10或40Gb/s信号的足够带宽，而图6A的50-GHz信道的每一个具有用于传输10-Gb/s信号的足够带宽，但不用于传输传统的40Gb/s信号。更具体地说，如果用于传输40-Gb/s信号，图6A的50-GHz信道将由于它们的有限带宽而导致信号失真，将导致传输的信号在接收机处基本上不可解码。另一方面，将图6B的100-GHz信道用于传输10-Gb/s信号将导致相当低效地利用可用光谱资源。
交替信道(alternated channel)结构图7图示示出根据本发明的一个实施例，能用在OADM 200、300和500中的DWDM信道结构。图7在作为频率格的DWDM信道的图示描述方面与图6所示。与图6A的结构类似，图7的结构对应于m＝1的ITU频率栅格(frequency grid)。同样地，相邻DWDM信道的基本频率之间的间隔为约50GHz。然而，图6A和7的结构之间的差异在于后者向不同信道分配不等带宽。特别地，图7具有两个信道集，一个集合中的信道具有Δf1带宽以及另一集合中的信道具有带宽Δf2，其中Δf1+Δf2≈100GHz。如图7所示，两个集合中的信道交织以便每个奇数信道具有Δf1的带宽，以及每个偶数信道具有Δf2的带宽。在一个实施例中，Δf1≈2Δf2≈66.7GHz。在下文中，图7所示的信道结构作为交替信道结构的例子。
图7的交替信道结构具有相同的最大可支撑信道密度，每50GHz约1个信道，与图6A的结构一样。然而，与后者不同，交替信道结构适合于传输10-和40-Gb/s信号两者。例如，图7的奇数信道的每一个能用来传输40-Gb/s信号，而偶数信道的每一个能用来传输10-Gb/s信号。与图6A相比，分配到每个奇数信道的额外带宽使得由于带宽限制引起的相应信号失真变得可接受，用于在接收机处成功解码40-Gb/s信号。当然，以偶数信道为代价，将额外带宽增加到奇数信道上。然而，与在图6A的结构中可用的相比，每一个偶数信道中的带宽降低使得10-Gb/s的相应信号失真相对不显著，并仍然能在接收机处成功地解码那些信号。由于线性和非线性串音问题(特别是在长途传输中)，在配置用于长途传输，例如大于约800km的通信系统中，填充的40-Gb/s信道可以不与填充的10-Gb/s信道相邻。尽管当增加40-Gb/s服务时会减少填充信道的总数，但因为40-Gb/s信道通过比10-Gb/s信道高得多的光谱效率利用可用光谱资源，整个系统容量仍将增加。
在一个实施例中，选择交替信道结构中的奇偶信道的相对带宽使得相对于图6A的结构，能平衡10-Gb/s信号传输的损失和40-Gb/s信号传输的改进以便实现优化整个传输质量。本领域的技术人员将意识到交替信道结构具有比图6B的结构的某些优点，因为它更有效地使用光谱资源并具有更高的信道光谱密度。
OADM300(图3)能用来如下处理对应于图7的交替信道结构的光信号。通过在DMUX312的端口II和MUX332的端口II之间连接的OADM分支路由的第一信道组包括图7的偶数信道。同时，通过在DMUX312的端口III和MUX332的端口III之间连接的OADM分支路由的第二信道组包括图7的奇数信道。
类似地，OADM500(图5)能用来如下处理对应于图7的交替信道结构的光信号。在主输入端口502、分出端口506a、插入端口508a和主输出端口504之间路由的第一信道组包括图7的偶数信道，以及在主输入端口502、分出端口506b、插入端口508b和主输出端口504之间路由的第二信道组包括图7的奇数信道。另外，波长阻塞器516需要用来处理两个带宽的信道，如下更详细地描述。
图8图示示出根据本发明的一个实施例，能用来实现OADM 300和500的每一个中的DMUX312和/或MUX332的双向光学交织器(optical interleaver)800的属性。更具体地说，图8中的顶板和底板分别图示表示光学交织器800的组延迟(GD)和衰减分布。在一个实施例中，图8中的曲线810对应于(i)DMUX312中端口I和III之间的光衰减，以及(ii)MUX332中端口III和I之间的光衰减。类似地，图8中的曲线820对应于(i)DMUX312中端口I和II之间的光衰减，以及(ii)MUX332中端口II和I之间的光衰减。如图8中所看到的，曲线810具有多个传输频带，每个具有(i)100-GHz栅格上的基本频率，栅格线位于0、100、200GHz等等，以及(ii)约65GHz的3dB带宽。位于传输频带之间的约50、150、250GHz等等的传输波动主要由于光学交织器800中的干扰效应。这些传输波动对本发明的OADM中的交织器的操作基本上无利，也基本上无害。类似地，曲线820具有多个传输频带，每个具有(i)100-GHz栅格上的基本频率，栅格线位于50、150、250GHz等等，以及(ii)约35GHz的3dB带宽。在一种实现中，使用平面波导技术来制作光学交织器800，该技术用于制作光学交织器、复用器和去复用器在本领域中是公知的，并且如在U.S.专利No.6,591,308和6,560,380中所述，其教导在此引入以供参考。
图9A-B示出根据本发明的一个实施例，能分别用作DMUX312和MUX332的DMUX912和MUX932的框图。简单地参考图8的顶板，曲线830表示光学交织器800的峰值到峰值GD波动的幅度在20ps量级，即40-Gb/s信号间隔的持续时间的80％。然而，通常期望具有处于或低于对应于系统中的最高位速率(在当前情况下，为40Gb/s)的信号间隔的持续时间的约50％的幅度。DMUX912和MUX932的每一个通过具有连接到图8的交织器800的一对分散补偿器930a-b来解决该问题。分散补偿器930a-b的每一个用来使峰值到峰值GD波动的幅度降低到所需水平。在DMUX912中，分散补偿器930a-b被配置成补偿已经在位于补偿器上游的光学交织器800中引入的组延迟。另一方面，在MUX932中，分散补偿器930a-b被配置成预先补偿将在位于补偿器下游的光学交织器800中引入的组延迟。在一个实施例中，分散补偿器930a-b的每一个是共同拥有的U.S.专利No.6,631,246中公开的补偿器，其教导在此引入以供参考。
简单地参考图3和4，能设计波长阻塞器416(图4)以相对直接的方式来实现用于交替信道结构的波长阻塞器316(图3)。即，当波长阻塞器416实现波长阻塞器316a时，开关430中的可旋转MEMS反射镜阵列在相邻反射镜之间具有间隙，以及每个间隙约以相应偶数信道的波长为中心。类似地，当波长阻塞器416实现波长阻塞器316b时，开关430中的可旋转MEMS反射镜阵列在相邻反射镜之间具有间隙，以及每个间隙约以相应奇数信道的波长为中心。
现在，再参考图4和5，能将波长阻塞器416(图4)设计成如下实现波长阻塞器516(图5)。开关430中的可旋转MEMS反射镜的阵列具有两个不同宽度的反射镜。更具体地说，开关430中的相对反射镜宽度对应于相对DWDM信道带宽。例如，对应于奇数DWDM信道的相对宽的反射镜之后为对应于偶数DWDM信道的相对窄的反射镜，在其之后，为对应于奇数DWDM信道的下一相对宽的反射镜等等。
采用交替信道结构的通信系统100(图1)能通过例如用40-Gb/s信号的传输来代替在图7的一些奇数频带中10-Gb/s信号的传输，增加其容量，同时留下图7的一些偶数频带中的10-Gb/s信号的传输基本上不被干扰。相应的系统升级包括仅升级分别连接到OADM 300和500的分出端口306b和506b以及插入端口308b和508b的系统部件。同时，分别连接到OADM 300和500的分出端口306a和506a以及插入端口308a和508a的系统部件保持基本上不变。本领域的技术人员将理解到该升级实现增加40-Gb/s服务同时最小化对已经就绪的10-Gb/s服务的干扰的所需目的。其他有利的选择可以用于通信系统100的操作者，如果升级时系统未以全容量进行操作。例如，如果10-Gb/s信号的传输仅占用奇数信道，而偶数信道为空闲，则10-Gb/s信号可滚落到偶数信道中。因此，能用新的40-Gb/s服务填充空闲的奇数信道。
图10A-B图示示例说明通信系统100(图1)中的两个可能的DWDM信道群方案，其采用具有64个奇数信道和64个偶数信道的交替信道结构，总共128个信道。参考图10A，在一个实施例中，在每个结点102中采用与OADM300(图3)类似的OADM的通信系统100(图1)能通过(1)以传输10-Gb/s信号开始，(2)在一些点，增加40-Gb/s信号的传输，以及(3)增加10-Gb/s信号数来增加其容量。假定当配置该系统100时，利用用于传输10-Gb/s信号的前64个信道中的32个偶数DWDM信道，而剩余的信道为空闲。在图10A中，这些初始利用(填充)的信道被标记字母“α”。在该初始配置中，每个OADM仅使用一个分支(即包括与分出端口306a和插入端口308a类似的端口)，而另一分支(例如包括与分出端口306b和插入端口308b类似的端口)保持基本上不使用。
在升级中，系统100的操作者，例如电话公司可以通过，在第二64个信道中填充32个奇数DWDM信道用于传输40-Gb/s信号来增加系统容量。在图10A中，这些另外填充的信道被标记字母“β”。通过填充的α-和β-信道，每个OADM使用其两个光学分支。
在下次升级期间，系统100的操作者可以通过，填充第一64个信道中的32个剩余的奇数DWDM信道用于传输10-Gb/s信号而进一步增加系统容量。在图10A中，在该升级期间填充的信道用字母“γ”标记。通过所填充的γ信道，每个OADM达到64个10-Gb/s信道和32个40-Gb/s信道的容量，总共96个填充信道。
在另一升级期间，系统100的操作者可以通过填充剩余的未填充DWDM信道用于传输10-Gb/s信号来进一步增加系统容量。在图10A中，这些另外填充的信道被标记字母“δ”。最好，这些新增加的10-Gb/s信号采用不同的相移键控(DPSK)调制格式以便降低相邻信道之间的非线性串音。通过填充的δ信道，每个OADM达到96个10-Gb/s信道和32个40-Gb/s，总共128填充信道(具有50GHz信道间隔)的容量。另外，当使用带宽有效调制格式，诸如光学双二进制或差分正交相移键控(DQPSK，differential-quadrature phase-shift keying)时，能用40-Gb/s信号填充δ信道。另外，应理解到还能使用其他带宽有效信号(例如80-Gb/s DQPSK信号)来填充图10A的各个信道。
与正好在图10A的上下文中所述的升级方案类似的升级方案如图10B所示。因此，图10B所示的α-、β-、γ-和δ-信道对应于与填充图10A中的类似标记信道类似的升级阶段。然而，图10A和图10B的方案之间的重要差别在于分配具有不同数据速率(和调制格式)的信道、在每次升级后每种类型的填充信道的数量以及因此实现的系统容量。在下述表中，很容易看出该差别。
表1系统升级过程中的填充信道的数量
本领域的技术人员将意识到，通过适当地选择α-和β-信道的初始数量，系统100的操作者能在升级过程中单步调试系统容量的不同所需值。
带状信道结构图11A图示表示根据本发明的一个实施例，能在OADM 200、300和500中的DWDM信道结构。图11A与图6和7在DWDM信道的图示描述方面类似。与图7的交替信道结构类似，图11A的结构具有两个信道集，其中一个集合中的信道具有Δf的带宽，以及另一集合中的信道具有不同于Δf的带宽Δf′。然而，不象图7中一样交替两个集合中的信道，而相反，信道被捆绑到两个单独的光谱带中，分别标记为“S-频带”和“L-频带”。S-频带对应于m＝1，导致|fn-fn+1|≈50GHz，其中n为S-频带中的DWDM信道数，以及具有Δf≈50GHz的带宽。L-频带对应于m＝2，导致|fk-fk+1|≈100GHz，其中k为L-频带中的DWDM信道数，以及具有Δf′≈100GHz的带宽。如此，图11A的结构在其整个光谱范围上，具有不均匀的信道光谱密度，即，在S频带中，每约50GHz 1个信道以及在L-频带中，每约100GHz 1个信道。在一个实施例中，S-和L-频带对应于铒掺杂的光纤放大器(EDFA)的不同放大频带。此后，图11A中所示的信道结构被称为带状信道结构的例子。注意，保护光谱频带需要存在于S-频带和L-频带之间以避免频带边缘失真。
与图7的交替信道结构类似，图11A的带状信道结构适合于传输10-和40-Gb/s信号两者。例如，L-频带中的每个信道能用于传输40-Gb/s信号，而S-频带中的每个信道能用于传输10-Gb/s信号。尽管具有比交替信道结构稍微低的总可实现容量，带状信道结构允许在系统中同时存在具有良好单个性能的10-Gb/s和40-Gb/s信道。另外，用于10-Gb/s和40-Gb/s信道的带宽分配可以是灵活和可调整的，如下面更详细描述。
图11B示例说明根据本发明的一个实施例，能用作DMUX312的DMUX1112的属性。DMUX1112具有三个端口(标记I、II和III)，其与DMUX312的类似标记端口类似。与图11A在DWDM信道的图示方面类似的图11B图示示例说明在DMUX1112中实现的信道路由方案。更具体地说，将对应于S-频带的奇数DWDM信道的光信号从端口I路由到端口II，将对应于S-频带的偶数DWDM信道的光信号从端口I路由到端口III，以及将对应于L-频带的所有DWDM信道的光信号从端口I路由到端口III。
除示例说明DMUX1112的属性外，图11B还根据本发明的一个实施例，示例说明能用作MUX332的MUX1132的属性。MUX1132具有三个端口(标记I、II和III)，其与MUX332的类似标记端口类似。在MUX1132中实现的信道路由方案如下。将对应于S-频带的奇数DWDM信道的光信号从端口II路由到端口I，将对应于S-频带的偶数DWDM信道的光信号从端口III路由到端口I，以及将对应于L-频带的所有DWDM信道的光信号从端口III路由到端口II。
与OADM300(图3)类似并具有分别代替DMUX312和MUX332的图11B的DMUX1112和MUX1132的OADM用来如下处理对应于图11A的带状信道结构的光信号。通过连接在DMUX1112的端口II和MUX1132的端口II之间的OADM分支路由的第一信道组包括图11A的S-频带的奇数DWDM信道。通过连接在DMUX1112的端口III和MUX1132的端口III之间的OADM分支路由的第二信道组包括S-频带的偶数DWDM信道和图11A的L-频带的所有DWDM信道。类似地，与OADM500(图5)类似并具有分别代替DMUX312和MUX332的图11B的DMUX1112和MUX1132的OADM用来如下处理对应于图11A的带状信道结构的光信号。在主输入端口502、分出端口506a、插入端口508a和主输出端口504之间路由的第一信道组包括图11A的S-频带的奇数DWDM信道。类似地，在主输入端口502、分出端口506b、插入端口508b和主输出端口504之间路由的第二信道组包括图11A的S-频带的偶数DWDM信道和L-频带的所有DWDM信道。
图12示出根据本发明的一个实施例，用来实现图11B中所示的DMUX1112的DMUX1212的框图。DMUX1212如下路由光信号。将提供到端口I的光信号引导到具有特性波长(或特性频率fc)的频带分离器1202。频带分离器1202用来将具有短于和长于特性波长的波长的光分成两个不同的光束，并将一个光束引向去交织器1204以及将另一光束引向功率组合器1206。频带分离器1202能使用例如相对于光传播方向呈45度方向并具有介电涂层的玻璃板来实现，传送具有长于特性波长的波长的光并反射具有短于特性波长的波长的光。特性波长最好使相应的特性频率位于S-和L-频带之间(见图11A和11B)。结果，对应于S-频带的光信号被反射到去交织器1204，而对应于L-频带的光信号被传送到功率组合器1206。在一个实施例中，频带分离器1202是可调元件，允许改变特性波长/频率。能通过例如改变玻璃板的定向角或改变其温度来实现调整。该特征允许用于S-和L-频带的灵活和/或可调带宽分配，允许在系统中选择10-和40-Gb/s信道的所需相对数量。
去交织器用来基于波长或DWDM信道号，排序光信号。例如，对应于S-频带的奇数DWDM信道的光信号被引向端口II，而对应于S-频带的偶数DWDM信道的光信号被引向功率组合器1206。与去交织器104类似的去交织器在本领域中是非常公知的以及在例如U.S.专利No.6,560,380中公开过，其教导在此引入以供参考。功率组合器1206与例如图3的功率组合器334类似。同样地，其组合从频带分离器1202和去交织器1204接收的信号并将该组合信号引导到端口III。
图13示出根据本发明的一个实施例，能用来实现图11B所示的MUX1132的MUX1332的框图。MUX1332如下路由光信号。提供到端口III的光信号被引导到频带分离器1302，用来将对应于S-和L-频带的光分离成两个不同光束。更具体地说，将对应于S-频带的光信号引向交织器1304，而将对应于L-频带的光信号引向功率组合器1306。在一个实施例中，频带分离器1302与图12的频带分离器1202类似。交织器1304用来主要执行由去交织器1204执行的功能的逆功能。更具体地说，交织器1304多路复用从端口II和频带分离器1302接收的光信号并将多路复用的信号引导到功率组合器1306。在一个实施例中，功率组合器1305与例如图3的功率组合器334类似。同样地，组合从频带分离器1302和交织器1304接收的信号并将所组合的信号引导到端口I。
在一个实施例中，能使用相同双向光学组件的不同实例来实现DMUX1212和MUX1332的每一个。例如，具有与频带分离器1202类似的第一双向光学元件、与频带分离器1202类似的第二双向光学元件，以及分别代替例如频带分离器1202、功率组合器1206和去交织器1204(图2)的双向光学交织器的光学组件可根据光传播方向，用作DMUX1212或MUX1332。
再参考图3-4和11A-11B，能将波长阻塞器416(图4)设计成以相对直接的方式实现用于带状信道结构的波长阻塞器316a(图3)。即，当波长阻塞器416实现波长阻塞器316a时，开关430中的可旋转MEMS反射镜阵列具有对应于图11A的S-频带的奇数DWDM信道的反射镜。该波长阻塞器在相邻反射镜之间具有间隙，每个间隙大约以S-频带的相应偶数信道的波长为中心。能将波长阻塞器416设计成如下实现波长阻塞器316b。开关430中的可旋转MEMS反射镜阵列具有两组反射镜。更具体地说，第一组具有对应于S-频带的偶数DWDM信道的反射镜，以及第二组具有对应于L-频带的DWDM信道的反射镜。同样地，第一组中的反射镜窄于第二组中的反射镜。另外，第一组中的反射镜在相邻反射镜之间具有间隙，每个间隙大约以S-频带的相应奇数信道的波长为中心。
现在，参考图3，5和11A-11B，能将波长阻塞器416(图4)设计成如下实现用于带状信道结构的波长阻塞器516(图5)。开关430中的可旋转MEMS反射镜阵列具有两组反射镜。更具体地说，第一组具有对应于S-频带的(奇数和偶数)DWDM信道的反射镜，以及第二组具有对应于L-频带的DWDM信道的反射镜。如此，第一组中的反射镜窄于第二组中的反射镜。另外，第一和第二组中的反射镜在相邻反射镜之间具有相对窄的间隙以便分别容纳S-和L-频带的所有信道。
图14A-B图示示例说明通信系统100(图1)中的两个DWDM信道群方案，采用带状信道结构。更具体地说，图14A表示(i)分配到S-频带的总带宽基本上等于分配到L-频带的总带宽，以及(ii)S-和L-频带分别容纳64和32个DWDM信道的情形。类似地，图14B表示(i)分配到S-频带的总带宽基本上等于分配到L-频带的总带宽的三倍，以及(ii)S-和L-频带分别容纳96和16个DWDM信道的情形。
参考图14A，在一个实施例中，在每个结点102中，采用与OADM300(图3)类似的OADM的通信系统100(图1)，其OADM具有DMUX1212(图12)和MUX1332(图13)，能通过(i)增加所传输的10-Gb/s信号的数量，以及(2)在一些点，增加40-Gb/s信号的传输，由此也增加其数量来增加其容量。假定当配置该系统100时，将S-频带中的16个DWDM信道用于传输10-Gb/s信号，而S-频带中的剩余信道和L-频带中的所有信道为空。在图14A中，将那些初始利用(填充)的信道用字母“α”标记。本领域的技术人员将意识到相邻α-信道的基本频率之间的优选间隔为约200GHz。在该初始结构中，每个OADM仅使用一个分支(例如包括与分出端口306a和插入端口308a类似的端口)，而另一分支(例如包括与分出端口306b和插入端口308b类似的端口)仍然基本上不利用(见图11A-11B)。
在升级中，系统100的操作者，例如电话公司能通过在S-频带中填充16个另外的DWDM信道用于传输另外的10-Gb/s信号来增加系统容量。在图14A中，用字母“β”标记这些另外填充的信道。本领域的技术人员将意识到相邻β-和α-信道的基本频率之间的优选间隔为约100GHz。通过所填充的α-和β-信道，每个OADM达到其一个分支的全容量，因为现在填充了S-频带的所有奇数信道。在升级后，每一OADM中的另一分支仍然保持不利用。
在将使用对应于每个OADM中未利用分支的资源期间，几个选择可用于系统100的下一升级。例如，系统100的操作者可以通过在S-频带中填充16个另外的DWDM信道和在L-频带中填充16个DWDM信道，进一步增加系统容量。在图14A中，在该升级期间填充的信道用字母“γ”标记。尽管S-频带中的γ信道用于传输10-Gb/s信号，L-频带中的γ信道能用于传输40-Gb/s信号。本领域的技术人员将理解到该升级能实现增加40-Gb/s服务，而不损失已经就绪的10-Gb/s服务的所需目的。另外，增加了10-Gb/s服务的当前通信量。
在另一升级期间，系统100的操作者可以通过在S-频带中填充16个剩余的DWDM信道和在L-频带中填充16个剩余的DWDM信道，进一步增加系统容量。在图14A中，在该升级期间填充的信道用字母“δ”标记。通过所填充的δ-信道，每个OADM达到64个10-Gb/s信道和32个40-Gb/s信道，总共96个信道的全容量。
也可以实现用于图14B的S-频带和L-频带的与正好在图14A的上下文中所述类似的升级方案。因此，图14B中所示的α-、β-、γ-和δ-信道对应于与填充图14A中类似标记的信道类似的升级阶段。然而，图14A和14B的方案之间的重要区别在于在每次升级后，每种类型的填充信道的数量，以及因此所实现的系统容量。在下表中，很容易看出该区别。
表2系统升级过程中的填充信道数量
本领域的技术人员将意识到适当地选择S-和L-频带之间的特性频率(fc)(见图14A-B)，系统100的操作者能在升级过程中，单步调试系统容量的不同所需值。
尽管已经参考示例性实施例，描述了本发明，该说明书不打算在限制的意义上构成。例如，可以通过在图11A的带状信道结构的S-频带中具有类似于图7的交替信道结构的信道，实现混合DWDM信道结构。在该混合信道结构中，存在具有三个不同带宽值，例如分别约33、64和100GHz的三个信道集。第一和第二信道集彼此交织并占用S-频带，以及第三信道集占用L-频带。图3和5所示的OADM拓扑结构的每一个能用来实现用于所述混合OADM信道结构的OADM。能使用不同设计的波长阻塞器，而不背离本发明的范围和原理。例如，在波长阻塞器416(图4)中，能用固定反射镜阵列和位于光栅420和那个固定反射镜阵列之间的分段LC(液晶)掩膜来代替开关430和信号清除440。然后，导通和断开LC掩膜的每一段以便分别阻止或通过在光栅和对应于该段的固定反射镜之间行进的光。能实现不同DWDM信道群方案，而不背离本发明的原理。尽管在OADM的上下文中描述了本发明的复用器和去复用器，本领域的技术人员将理解到这些复用器和去复用器也能用在其他光学路由设备中。本发明的OADM能设计成处理多于两个信道集。因此，这些OADM的每一个具有每个用来处理相应信道集的DWDM信道的相应数目的分支。上述实施例的各种改变，以及对本领域的技术人员来说显而易见的本发明的其他实施例视为如在下述权利要求书中阐述的本发明的原理和范围内。
尽管下述方法权利要求中的步骤，如果有的话，按具有相应标记的特定的顺序叙述，除非权利要求叙述暗示用于实现一些或全部步骤的特定顺序，否则那些步骤不一定打算限制到按那个特定顺序实现。
相关申请的交叉引用本申请是一组U.S.专利申请，包括在相同日期提交的作为代理案卷号No.Fishman 19-33-4-12-2提交的序列号No.10/xxx,xxx，以及作为代理案卷号No.Fishman 20-34-5-13-3提交的序列号No.10/yyy,yyy之一，它们的内容在此引入以供参考。
权利要求
1.一种光学装置，包括具有第一、第二和第三端口的多个端口，该装置用来基于波长，在不同端口之间路由光信号，其中光信号对应于两个或多个信道集，每个集合包括具有相应带宽值的一个或多个信道；至少两个不同信道集具有不同带宽值；以及所述光学装置包括路由设备，用来在所述第一端口和所述第二端口之间路由对应于第一信道组的光信号；以及在所述第一端口和所述第三端口之间路由对应于第二信道组的光信号。
2.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述两个或多个信道集包括第一和第二信道集；所述第一集合中的每个信道具有第一带宽值；所述第二集合中的每个信道具有第二带宽值；所述第一集合的信道占用第一光谱带；所述第二集合的信道占用第二光谱带；以及所述第一和第二光谱带是彼此不同的连续频带。
3.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述两个或多个信道集包括第一、第二和第三信道集；所述第一集合中的每个信道具有第一带宽值；所述第二集合中的每个信道具有第二带宽值；所述第三集合中的每个信道具有第三带宽值；所述第一和第二集合的信道占用第一光谱带；所述第三集合的信道占用第二光谱带；所述第一和第二光谱带是彼此不同的连续频带；以及所述第一集合的信道与所述第二集合的信道交织。
4.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述第一信道组是所述第一信道集的第一子集；所述第二信道组包括所述第二信道集和所述第一信道集的第二子集；来自所述第一集合的信道占用第一光谱带，其中，来自第一子集的信道与来自第二子集的信道交织；以及来自所述第二集合的信道占用不同于所述第一光谱带的第二光谱带。
5.如权利要求4所述的光学装置，其中，所述路由设备包括频带分离器，连接到所述第一端口，用来将提供到所述第一端口的光束分成第一和第二光束，其中，所述第一光束对应于所述第一光谱带以及所述第二光束对应于所述第二光谱带；去交织器，用来接收所述第一光束并将所述光束划分成第一和第二子光束，其中，(i)所述第一子光束对应于所述第一子集并被引导到所述第二端口，以及(ii)所述第二子光束对应于所述第二子集并被引导到组合器；以及所述组合器用来组合所述第二子光束和所述第二光束并将组合的光束引导到所述第三端口。
6.如权利要求4所述的光学装置，其中，所述路由设备包括频带分离器，连接到所述第三端口，用来将提供到所述第三端口的光束分成第一和第二子光束，其中，所述第一子光束对应于所述第一光谱带以及所述第二子光束对应于所述第二光谱带；交织器，用来接收所述第一子光束，组合所述子光束和提供到所述第二端口的光束，并将组合的光束引导到组合器；所述组合器用来进一步将组合的光束与所述第二光束组合并将最终光束引导到所述第一端口；提供到所述第二端口的光束具有对应于所述第一信道组的光信号；以及提供到所述第三端口的光束具有对应于所述第二信道组的光信号。
7.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述光学装置包括光分插复用器(OADM)以及所述路由设备是所述OADM的一部分，其中，所述OADM包括第一和第二光分支，两者均连接在DMUX和MUX之间，其中，所述DMUX连接到主输入端口并用来(i)经由所述第一光分支，路由对应于所述第一信道组的光信号；以及(ii)经由所述第二光分支，路由对应于所述第二信道组的光信号；所述MUX连接到主输出端口并用来将经由所述第一和第二光分支接收的光信号路由到所述主输出端口；以及每个光分支包括波长阻塞器，用来阻塞属于相应信道组的一个或多个选定信道；分离器，连接在所述DMUX和所述波长阻塞器之间，其中，所述分离器用来(i)将从所述DMUX接收的信号分离成第一和第二分离信号以及(ii)将所述第一分离信号引导到所述波长阻塞器以及将所述第二分离信号引导到分出端口；以及连接在所述波长阻塞器和所述MUX之间的组合器，其中，所述组合器用来(i)组合从所述波长阻塞器和插入端口接收的信号，以及(ii)将组合的信号引导到所述MUX。
8.如权利要求1所述的光学装置，其中，所述光学装置包括光分插复用器(OADM)以及所述路由设备是所述OADM的一部分；以及所述OADM包括波长阻塞器，连接在主输入端口和主输出端口之间，并用来阻塞一个或多个选定信道；信号分离器，连接在所述主输入端口和所述波长阻塞器之间，并用来将从所述主输入端口接收的信号引导到所述波长阻塞器和DMUX；所述DMUX连接所述信号分离器，用来(i)将对应于所述第一信道组的光信号引导到第一分出端口以及(ii)将对应于所述第二信道组的光信号引导到第二分出端口；连接在所述波长阻塞器和所述主输出端口之间的信号组合器，用来组合从所述波长阻塞器和MUX接收的信号并将组合的信号引导到所述主输出端口；以及所述MUX用来将提供到所述第一和第二插入端口的光信号引导到所述信号组合器。
9.一种传送光信号的方法，包括在光路由设备的第一端口和第二端口之间，路由对应于第一信道组的光信号；以及在所述光路由设备的第一端口和第三端口之间，路由对应于第二信道组的光信号；其中，光信号对应于两个或多个信道集，每个集合包括具有相应带宽值的一个或多个信道；以及至少两个不同信道集具有不同带宽值。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述两个或多个信道集包括第一和第二信道集；所述第一集合中的每个信道具有第一带宽值；所述第二集合中的每个信道具有第二带宽值；所述第一集合的信道占用第一光谱带；所述第二集合的信道占用第二光谱带；以及所述第一和第二光谱带是彼此不同的连续频带。
全文摘要
光分插复用器用来路由具有至少两个不同位速率的光信号。OADM具有至少两个DWDM信道集，第一集合中的信道具有适合于传输10－Gb/s信号的第一带宽值，第二集合中的信道具有适合于传输40－Gb/s信号的第二带宽值。第一和第二集合占用两个不同光谱带以及第一集合具有两个交织信道的子集。在一个实施例中，OADM具有第一和第二光分支，分别用来处理对应于第一和第二信道组的光信号。第一组包括来自第一集合的第一子集，第二组包括第二集合和来自第一集合的第二子集。本发明的OADM可用来创建用于不同信道组的独立处理路径。能升级具有OADM的通信系统，例如增加新的40－Gb/s服务和/或填充另外的10－Gb/s信道，而不中断已就绪的10－Gb/s服务。
文档编号G02B6/34GK1713558SQ20051007891
公开日2005年12月28日 申请日期2005年6月16日 优先权日2004年6月16日
发明者丹尼尔·A.·菲什曼, 刘翔, 文森特·J.·希尔弗奥, 威廉·A.·汤普森, 应金品 申请人:朗迅科技公司