[发明专利]可编程波长路由器

说明书

                               发明背景

1．发明领域

本发明一般涉及通信系统，更具体地说，涉及用于波分多路复用(WIM)光通信的可编程波长路由器。

2．问题陈述

虽然光纤具有10-20THz数量级的很宽的传输带宽，光纤上传输的系统数据速率目前受限于使用典型的光源例如波长调谐分配反馈激光用于单波道通信的电光调制器的调制速率。光纤传输系统上的信息通信效率可以通过光的波分多路复用(WDM)提高。WDM系统使用由许多不同波长的光信号即通常所说的载波信号或信道组成的信号在光纤上传输信息。用一个或多个信息信号调制每路载波信号。从而，大量的信息信号可以在使用WDM技术的单条光纤上传输。

尽管用WDM技术提供了足够高的光纤带宽应用，如果要使这些系统适合于在商业上实施，必须克服许多重要的问题。例如，多路复用、多路分解和光信号路由选择。附加的波长领域增加了网络管理的复杂性，因为现在处理既包括滤波又包括路由选择。多路复用包括将每个由各自频谱定义的多个信道组合进单一的WDM信号的处理。多路分解是相反的处理，在其中单一的WIM信号被分解为单独的信道中。该单独的信道在空间上被分离并被连接到特定的输出端口。路由选择不同于多路分解在于：一个路由器在空间上将输入的光信道分离到输出端口，并根据控制信号将这些信道排序成在输入信道和输出端口之间所需要的联结。

对于波长路由选择的一种现有方法已经使用棱镜或者衍射光栅将WDM信号多路分解成多个分量信号。该分量信号分别被连接到多个2×2光交换机，通常使用光-机械交换机实现。任选地加到WDM信号中的信号也被连接到一个2×2交换机。每个2×2光交换机的一路输出被连接到组合保留信号，包括附加信号的保留的输出多路复用器，并将它们连接到一个保留的信号输出端口。用于每个2×2光交换机的第二信号被连接到取下信号多路复用器。通过光交换机的合理配置，一路信号可以被连接到取下信号输出端口，所有的剩余信号通过保留信号输出端口。这种结构也被称作加入-取下光滤波器。该结构复杂，依赖于光-机械交换机并且互联趋于困难。

一种“无源星形(passive star)”类型的波长空分交换已经在一些WDM网络中使用，例如LAMBDANET和RAINBOW网络。这种无源星形网络具有最宽的容量和控制结构而这种实施特别简单。然而，当用户的数量较大时，该广播星形的分离损耗可能很高。而且，在或者是法布里-珀罗型或者是基于声-光的滤波器的可调滤波器的基础上使用该波长空分交换，该滤波器一般具有窄共振峰或者小旁瓣压缩比。

第三种波长可选空分交换机在授权给Glance的美国专利5,488,500中被说明。Glance滤波器提供随意信道排列的优点但因为在该结构中使用的两个阵列波导逐级多路分解器和两个耦合器而遭受显著的光耦合损耗。

现有方法和光信号处理所存在的另一个问题一般是信道间的强串扰。当来自一个信道的光能量导致信号或噪音在另一个信道上出现时发生串扰。串扰必须被最小化以提供可靠的通信。而且，在光路由选择中使用的滤波器经常偏振相关。偏振相关性经常导致更强的串扰，因为特定偏振方向的光能量可能在信道间泄漏或者很难在空间上被定向以使它可以完全进入一个选定的输出端口。相似地，光滤波器提供不完善的通频带性能，在其中它们提供太大的衰减或者在通频带的旁瓣上的信号压缩不够高。所有这些特性导致使用光信号的数据通信不完善和低效率。所需要的是提供低串扰以消除在大型网络中来自其它信道的不必要的干涉的一种的路由选择结构，在所关心的光谱中的一种平的通频带响应以使波长路由器可以允许由于激光器波长漂移、偏振不灵敏性和对网络路由选择的快速交换速度的限制所导致的微小波长变化。而且，一种具有低介入损耗的路由器也是所需要的，从而使路由器最低限度地影响该网络并限制对光放大器的需要。3．问题的解决

现有技术的这些和其它的问题通过数字化可编程波长路由器解决了，该路由器可以从一个WDM信号中多路分解出任意数目的信道并同时在空间上分离信道并执行波长路由选择。对普通逻辑电平信号使用的光交换单元在操作期间提供快速交换并最小化的功率损耗。在提供所需的信道选择性的时候，使用具有宽平频谱响应的滤波器限制失真和信号衰减。获得可靠的低串扰路由选择，该路由选择具有对输入WDM信号或者输入WDM信号中任一信道的偏振的高抗扰性。通过使用可定标的(scaleable)设计，依靠发射机/检测器技术和可用的光纤可以在WDM信号中放置任意数目的信道。