[发明专利]可交换的波长路由器

说明书

                     发明背景

1、发明领域

本发明一般涉及通信系统，特别涉及一种用于波分复用(WDM)光通信的一个可交换的波长路由器。

2、问题陈述

光波分复用逐渐成为光纤通信系统的标准骨干网络。WDM系统使用包括若干个波长不同的光信号的信号，用来在光纤上传输信息，称作载波信号或者通道。每个载波信号被一个或者多个信息调制。因此，可以使用WDM技术在一个单一的光纤上传输许多信息信号。

尽管通过WDM技术提供了基本上较高的光纤带宽利用率，但是如果这些系统成为商业上可行的，那么必须克服许多严重问题，例如复用、分解以及路由光信号。因为现在处理涉及滤波和路由，所以波长范围相加增加了网络管理的复杂性，复用涉及将多个频道组合成一个单一的WDM信号的处理(通过它自身的频谱定义每个通道)。分解是相反处理，其中一个单一的WDM信号被分解成单独的通道。单独的通道在空间上分开，并且耦合到特定的输出端口。路由与分解不同，其原因在于一个路由器在空间上将输入的光通道分开，输出到输出端口，并且为了得到一个输入通道和一个输出端口之间理想的耦合，根据控制信号，排列这些通道。 

本申请人同时提交的U.S.专利申请的序号为08/685,150和08/739,424(Kuang-Yi Wu等)提出两个用于高性能的信号路由(序号08/685,150)和波长分解(序号08/739,424)独立的方法。在序号为08/685,150中，公开了用于实现光交换(路由器)的新结构，得到很高的衰减比例操作。然而这些交换是依赖于波长的。在序号为08/739,424的中，公开了一个用于提供波长分解和路由功能的系统。然而这个单级设计主要依赖于光纤设计。为了实现预期的低串扰，光纤的传输功能必须近似于一个理想的方形平顶。

在这个专利申请中，我们组合出现在上述专利申请中的这两个结构和概念，建立一个可交换的波长路由器。这个新结构使用双级滤波器，这种滤波器可以得到一个较好的(纯的)带通传输，并且合并一个导致在通道之间的低串扰的容错结构(类似于在序号08/685,150中所述的)。

                  发明概述

本发明涉及一个可交换波长路由器，这个路由器具有一个用于输入WDM信号的输入端口和两个用于分解WDM信号的输出端口。路由器将接收到的光信号分解成分开的光信号，这些光信号包括通道的一个子集和空间位置，分开的光信号响应一个施加到路由器的控制信号。例如，路由器可以将一个接收到的WDM信号分成两个子集，这两个子集或者是单一通道或者是WDM信号。多个路由器可以堆叠，构成一个2ⁿ的可交换的波长路由器，其中n是波长路由器的级数。

更特别的是，第一个双折射元件将WDM光信号分成两个空间上分开的正交偏振的光线。第一个偏振旋转器根据一个外部的控制信号选择地旋转其中一个光线的偏振，以便于匹配另一个光线的偏振。一个波长滤波器(例如堆叠的波盘)提供一个依赖于偏振的光传输功能，因此第一个光线被分解为第三个和第四个正交光线，并且第二个光线分解成第五个和第六个正交光线。第三个和第四个光线在第一个偏振方向上传输第一个光谱带，第四个和第五个光线在一个正交方向上传输第二个光谱带。第二个双折射元件在空间上将这四个光线分成四个水平偏振并且垂直偏振的分量。第二个偏振旋转器旋转光线的偏振，因此第三个和第五个光线正交偏振并且第四个和第六个光线正交偏振。第三个双折射元件重组第三个和第五个光线，这两个光线包括耦合到第一个输出端口的第一个光谱带，还重组第四个和第六个光线，这两个光线包括包括耦合到第二个输出端口的第二个光谱带。

                     附图简要说明

图1a和1b示出了根据本发明的光路由器功能的框图。

图2a和2b示出了根据本发明一个双级可交换波长路由器的简图。

图3a和3b示出了根据本发明一个单级可交换波长路由器的简图。

图4a和4b示出了在滤波器设计中使用铌酸锂波盘的实验结果的图形。在图4a中，在交换前和后记录输出端口#1的光谱。图4b示出了输出端口#2在交换前和后相应的光谱。光谱被大概相等的分开，并且准备用于进一步的光谱分割。

图5的图形示出了不对称光谱的设计，其中较窄的光谱可以被用作一个增加/删除端口，其中较宽的光谱可以将WDM信号的剩余部分返回到网络。

图6的图形说明覆盖1310和1550nm波长的一个可交换波长路由器的设计。使用这种设计得到两个通道间好于-50dB的串扰。