[发明专利]超陡的台阶相位干涉仪

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年11月27日提交的发明名称为“超陡的台阶相位干涉仪”的美国临时专利申请No.61/730,467的优先权，其以引用方式合并于此。

技术领域

本发明涉及作为用于光通信的光交错器的台阶相位干涉仪的设计和使用，并且更具体地涉及对提高这种干涉仪的带宽和阻带的改进，其中带宽容许高速调制的光谱通过并且阻带抑制相邻信道的信号。

背景技术

在密集波分复用(DWDM)光通信中，不同频率(波长)的激光耦合进入同一光纤之中。信息容量与该光纤中的信道数量成正比。由于总的可用波长范围是受限的(大约几十纳米)，信道间隔越小，能够容纳于同一光纤的信道就越多，因此能够获得更大的通信能力。

最小可能的信道间隔受限于复用器(MUX)和解复用器(deMUX)的能力。当前，标准信道间隔是100GHz/(0.8nm)。当信道间隔小于100GHz时，造价急剧提高。对于交错信道期望有一种成本有效的方法，从而使得能够在光通信系统中使用具有更小信道间隔的较高带宽滤波器。例如，对于采用一级交错，可以使用具有50GHz信道间隔的100GHz滤波器。而且，如果要实现两级交错，100GHz滤波器可用在25GHz信道间隔的通信系统中。

迈克尔逊干涉仪示出了交错的基本要求。然而，由于对光源的中心频率和谱线宽度过于敏感，因此实际上并不将这种干涉仪应用于真正的交错设备。如果频率稍微偏离整数，则部分光功率就从底臂朝向左臂泄漏，从而引起信道之间的串扰。换句话说，为了使得这种设备工作，激光谱线宽度在整个运行状态中应该为零并且其中心频率必须精确锁定。在实际工作中这种频率锁定非常难以实现。

美国专利No.US6,587,204提供了一种使用光学干涉仪的交错设备，其中一个光束具有线性相移并且另一个光束具有非线性相移，从而使得在底臂处的这两个干涉光束之间的相位差的频率依赖关系具有带台阶π的台阶状函数(step-like function)。在这种情况下，作为能量守恒的结果，在左臂处的两个干涉光束之间的相位差的频率依赖关系也具有同样的台阶状函数，但是该台阶状函数被偏移了π。尽管接近0-相位差和π-相位差的斜率几乎为零(水平)，但是在从0-相位差向π-相位差过渡处的斜率并不是非常陡。本发明提高了在该过渡处的斜率，从而扩大了通带和阻带这两者的宽度。

发明内容

根据此处教导的台阶相位干涉仪具有包括线性相位偏移间隔物和第一谐振腔的干涉仪第一臂，其中第一谐振腔由第一部分反射的表面和第一镜组成。干涉仪第二臂具有第二谐振腔，第二谐振腔具有第二部分反射的表面和第二镜，其中第一谐振腔的光程长度和第二谐振腔的光程长度大致相等。分束器具有配置为将输入光束劈分为第一光束和第二光束的劈分位置，其中该分束器被配置为引导第一光束进入第一臂，其中第一光束将首先传播通过线性相位偏移间隔物、然后被第一谐振腔反射以产生第一反射光束，第一反射光束随后返回到该分束器，其中该分束器被配置为引导第二光束进入第二臂，其中第二光束被第二谐振腔反射以产生第二反射光束，第二反射光束随后返回到该分束器并与第一光束合并。

从该劈分位置到第一部分反射的表面和第二部分反射的表面的光程差大约是第一谐振腔的光程长度的一半，其中第一反射光束和第二反射光束之间的相位差的频率依赖关系具有台阶状函数。该相位差的台阶大约为∏。

一种使用上述台阶相位干涉仪的方法，包括提供输入光束；以及在劈分位置处劈分输入光束以产生第一光束和第二光束，其中分束器引导第一光束进入第一臂，其中第一光束首先传播通过线性相位偏移间隔物，然后被第一谐振腔反射以产生第一反射光束，第一反射光束返回到该分束器，其中分束器引导第二光束进入第二臂，其中第二光束被第二谐振腔反射以产生第二反射光束，第二反射光束随后返回到该分束器并且与第一反射光束合并，其中从该劈分位置到第一部分反射的表面和第二部分反射的表面的光程差大约为第一谐振腔的光程长度的一半，并且其中第一反射光束和第二反射光束之间的相位差的频率依赖关系具有台阶状函数。该相位差的台阶大约为∏。