專利名稱：交叉波長波分復用器(interleaver)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種密集波分復用(DWDM)光纖通信系統(tǒng)中應用的無源器件，用于將DWDM的多波長光信號按照交叉波長分離的方式復用或解復用，以擴展DWDM波長信道間隔，降低波長復用難度。
基于DWDM的全光通信網(wǎng)絡將成為現(xiàn)代信息社會的重要基石，是滿足Internet網(wǎng)絡容量每六個月翻一番的發(fā)展速度的唯一技術途徑。DWDM器件是實現(xiàn)全光通信的關鍵之一。隨著波長復用密度的增加，相臨波長間隔不斷減小，給器件制造工藝帶來相當?shù)碾y度。人們?yōu)榇颂岢霾煌慕鉀Q方案。利用法布里-白洛濾光片構成波分復用器的在先技術見于Jayaraman等人于1998和2000年提出的專利“法布里-白洛濾光片陣列波分復用器(美國專利6,122,417；美國專利5,835,517)”以及Halbout，等人提出的專利“用于無源選擇復合光波波長的光解復用器(美國專利5,408,319)”。前者利用陣列自聚焦透鏡與陣列法布里-白洛濾光片組合進行波分復用，通過調(diào)節(jié)法布里-白洛諧振腔的腔長來選擇濾光波長；后者是在法布里-白洛諧振腔的兩個腔面之間放置一塊硅片，并通過電加熱的方法調(diào)節(jié)濾波波長。這些專利的一個共同特征是采用傳統(tǒng)的分立法布里-白洛腔鏡結構，因此器件穩(wěn)定性難以保證，需要對濾波中心波長實施動態(tài)調(diào)節(jié)，這限制了在實際器件中的應用。
本發(fā)明的目的在于提供一種穩(wěn)定性好的波分復用器件，采用固體腔法布里-白洛梳狀濾波技術，通過分離交叉波長，使高密度的波長間隔分離成為低密度的波長間隔；同時，該器件便于級聯(lián)，使DWDM最終信道間隔和通道寬度的要求能夠降低。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的交叉波分復用器(Interleaver)，由光纖準直耦合器和梳狀光濾波器組成，包含兩個通道，第一通道的輸入雙光纖插針包括入射光纖和反射光纖，光纖端面置于準直耦合透鏡的焦平面上，然后依次光路聯(lián)接梳狀光濾波器、聚焦耦合透鏡以及輸出光纖插針；第一通道輸入雙光纖插針的反射光纖接入第二通道的輸入光纖插針，然后依次光路聯(lián)結第二通道的準直耦合透鏡、梳狀光濾波器、聚焦耦合透鏡以及輸出光纖插針，第一通道雙光纖插針的入射光纖與兩個通道的輸出光纖構成一個三端口器件。
所述兩個通道的梳狀光濾波器由固體腔法布里-白洛標準具構成，第二通道梳狀光濾波器的各中心透射波長相對于第一通道梳狀光濾波器有一個信道波長間隔的位移。法布里-白洛標準具是通過在一塊光學材料平板的兩個表面鍍制介質(zhì)反射膜并形成法布里-白洛腔所構成。為實現(xiàn)DWDM所需要的近似矩形光濾波通帶，所述兩個通道的梳狀光濾波器由2～5個同樣中心波長的法布里-白洛標準具進行光學膠合。
以所述三端口器件作為單級交叉波長波分復用單元，可以級聯(lián)構成多級交叉波長波分復用器件，即第一級三端口器件的兩個輸出通道分別與兩個第二級三端口器件光路聯(lián)接，構成五端口器件；依次類推，可以構成更多級別的交叉波長波分復用器件。
本發(fā)明的主要特色在于(一)采用固體腔結構的法布里-白洛梳狀濾波器，中心波長由固體腔光學材料的固定腔長來保證，無須調(diào)節(jié)，因此性能穩(wěn)定、能夠?qū)崿F(xiàn)無源工作；(二)提出的固體腔法布里-白洛梳狀濾波結構便于多個濾波器的級聯(lián)，實現(xiàn)DWDM器件所需要的近似矩形的濾波通帶；(三)采用中心透射波長交錯的兩個通道實現(xiàn)DWDM光信號的交叉波長分離，使兩個通道的隔離比同時得到保障；(四)通過發(fā)明器件的級聯(lián)，使DWDM最終信道間隔和通帶寬度的要求得以降低。


圖1表示本發(fā)明三端口器件的結構，圖2表示由單級三端口器件級聯(lián)構成的五端口器件，圖3表示固定腔法布里-白洛標準具結構，
圖4為多個法布里-白洛標準具膠合構成的多腔濾光片，圖5表示本發(fā)明器件兩個通道輸出信號光譜。
圖1所示的單級Interleaver單元結構，含兩個通道，第一通道雙光纖插針13的光纖11與耦合透鏡14光路相聯(lián)接，然后依次聯(lián)接梳狀光濾波器15、耦合透鏡16以及光纖插針17；光纖插針13的反射光纖12接入第二通道的光纖插針23，再與耦合透鏡24相聯(lián)接，然后依次聯(lián)接梳狀光濾波器25、耦合透鏡26以及光纖插針27，構成一個三端口器件。由光纖插針13的光纖11輸入的DWDM多波長光信號(λ1～λm)，經(jīng)耦合透鏡14準直并入射梳狀光濾波器15，奇數(shù)波長信道(λ1、λ3、λ5....)的光信號透過梳狀光濾波器15，經(jīng)耦合透鏡16聚焦進入光纖插針17，由光纖18輸出(通道1)；偶數(shù)波長信道(λ2、λ4、λ6....)的光信號經(jīng)梳狀光濾波器15反射，經(jīng)耦合透鏡14、光纖插針13的反射光纖12以及耦合透鏡24入射梳狀光濾波器25，梳狀濾波器25的各中心透射波長相對于梳狀濾波器15移動一個信道波長間隔，因此偶數(shù)波長信道(λ2、λ4、λ6…)的光信號將透過梳狀光濾波器25，經(jīng)耦合透鏡26聚焦進入光纖插針27，由光纖28輸出(通道2)。這樣就實現(xiàn)了奇數(shù)波長信道(通道1)和偶數(shù)波長信道(通道2)的分離。兩通道的輸出波長信道間隔與輸入DWDM波長間隔相比，增加一倍。
圖2示出一個多級Interleaver器件結構，它由多個如圖1所示的Interleaver單元級聯(lián)而成，即第一級Interleaver(1)的兩個輸出通道(2、3)分別聯(lián)結第二級Interleaver(4、5)，則第二級Interleaver的四個輸出通道(6、7、8、9)的輸出波長信道間隔與輸入DWDM波長間隔相比，將增大四倍。例如將50GHz分離成為100GHz，再將100GHz分離成為200GHz。由于目前200GHz波長間隔的光濾波器已經(jīng)商用化，這樣就可以應用目前成熟的DWDM器件實現(xiàn)高密度的波長復用。依次類推，可以構成更多級別的Interleaver器件。
上述Interleaver中所述梳狀光濾波器由一種固體腔法布里-白珞(法布里-白洛)濾波器構成。如圖3所示，在一塊精密加工的光學材料平板(31)的兩個表面上鍍制反射膜(32、33)，形成一個法布里-白洛腔，通過精密光學加工使光學平板的厚度(即法布里-白洛腔的腔長)滿足使濾光片的自由光譜區(qū)等于DWDM信道波長間隔的2倍的條件，即可實現(xiàn)所需要的梳狀光濾波。光學平板的厚度d由下述公式?jīng)Q定d=mλ02ncosθ;m=λ02δλ-1]]>式中，n為材料折射率，θ為光入射角，m為法布里-白洛腔干涉級次，λ0為中心波長δλ為DWDM信道間隔。設計舉例δλ=0.8nm，n=1.47，λ0=1550 nm，θ=0，計算得出d=510.21μm。
為了實現(xiàn)DWDM器件所需要的近似矩形光濾波通帶，可按照圖4所示的結構以多個法布里-白洛濾光片(A、B、C、D…)進行光學膠合，構成多腔濾光片。
圖5示出一個利用本發(fā)明設計的Interleaver的兩個通道輸出信號光譜，該器件采用了四腔結構的法布里-白洛梳狀濾波器作為分波元件。圖中實線代表通道1的輸出通帶光譜，DWDM的復合波長信道中心波長分別處于與曲線的峰值與谷值，處于峰值波長的光信號被透射(λ1、λ3、λ5....)，處于谷值波長的光信號被反射(λ2、λ4、λ6....)。虛線代表通道2的輸出通帶光譜，其通帶中心波長相對于通帶1有一個信道波長間隔的位移，則通帶1反射的光信號(λ2、λ4、λ6....)被透射，同時，通道1串入通道2光信號(λ1、λ3、λ5....)被反射，這樣就保證了較高的光信號隔離度。
權利要求
1．一種交叉波長波分復用器，由光纖準直耦合器和梳狀光濾波器組成，其特征在于(1)所述的交叉波長波分復用器由兩個通道構成，第一通道的輸入雙光纖插針包括入射光纖和反射光纖，光纖端面置于準直耦合透鏡的焦平面上，然后依次光路聯(lián)接梳狀光濾波器、聚焦耦合透鏡以及輸出光纖插針；第一通道輸入雙光纖插針的反射光纖接入第二通道的輸入光纖插針，然后依次光路聯(lián)結第二通道的準直耦合透鏡、梳狀光濾波器、聚焦耦合透鏡以及輸出光纖插針，第一通道雙光纖插針的入射光纖與兩個通道的輸出光纖構成一個三端口器件，(2)所述兩個通道的梳狀光濾波器由固體腔法布里-白洛標準具構成，第二通道梳狀光濾波器的各中心透射波長相對于第一通道梳狀光濾波器有一個信道波長間隔的位移。
2．如權利要求1所述的交叉波長波分復用器，其特征在于所述兩個通道的梳狀光濾波器的法布里-白洛標準具是通過在一塊光學材料平板的兩個表面鍍制介質(zhì)反射膜并形成法布里-白洛腔所構成，光學平板的厚度d由下述公式?jīng)Q定d=mλ02ncosθ;m=λ02δλ-1]]>式中，n為光學材料折射率，θ為光入射角，m為法布里-白洛腔干涉級次，λ0為中心波長，δλ為DWDM信道間隔。
3．如權利要求2所述的交叉波長波分復用器，其特征在于所述兩個通道的梳狀光濾波器由2～5個同樣中心波長的法布里-白洛標準具進行光學膠合，實現(xiàn)DWDM所需要的近似矩形光濾波通帶。
4．如權利要求1、2或3所述的交叉波長波分復用器，其特征在于以所述三端口器件作為單級交叉波長波分復用單元，可以級聯(lián)構成多級交叉波長波分復用器件，即第一級三端口器件的兩個輸出通道分別與兩個第二級三端口器件光路聯(lián)接，構成五端口器件；依此類推，可以構成更多級別的交叉波長波分復用器件。
全文摘要
本發(fā)明的交叉波長波分復用器(Interleaver),由光纖準直耦合器和固體腔法布里－白洛梳狀光濾波器組成,利用梳狀光濾波器固定間隔的分立波長選擇透射和反射功能分離交叉波長,使奇數(shù)信道(λ
文檔編號H04B10/12GK1299200SQ0013119
公開日2001年6月13日 申請日期2000年11月30日 優(yōu)先權日2000年11月30日
發(fā)明者劉德明, 胡必春, 柯昌劍, 黃德修 申請人:華中科技大學