[发明专利]具有平坦化通带的相位器

说明书

发明领域

本发明涉及相位器(phasar)、阵列波导光栅和光通信网络。

背景技术

在采用光纤传输线路的先进的光通信网络中，光学波分复用元件(WDM)越来越重要。石英光纤具有超过300太拉赫兹的传输带宽。不过，这种极大的带宽受到发送和接收端电子设备的限制。目前，这种通常基于硅电子线路的电子发送器和接收器在商业上被限制于2至10千兆位/秒(Gbs)。期望将其进一步增加到40Gbs，不过这种进一步的增加是难以实现的。

由于这些原因，已经提出了一种WDM，如图1所示，其中多个(N)电子数据信道进入发送器10，并且调制具有诸如N个输出载波波长λ₁，λ₂，...λ_N的激光器12的独立的光发射器。适于将这些波长按照WDM波长梳(a WDM wavelength comb)设置，相邻波长λ₁，λ₂，...λ_N由下式给出的基本恒定的信道间隔分开，

Δλ_S＝λ_i+1-λ_i              (1)

光学波分复用器14组合不同波长的光信号，并将该组合的信号输出到单根光纤16。光接收器20包括一波分去复用器22，将其所接收的信号按照它们的光波长，根据相同的波长分布λ₁，λ₂，…λ_N，分离到N个光探测器24上。鉴于无源系统中通常意义上的互易性，波分去复用器一般基本上类似于输入和输出颠倒的波分多路复用器。

此外，可以将光增加/减少多路复用器(ADM)30置于发送机与接收机20之间的光路16中。光学增加/减少多路复用器30从光纤16上的光学信道中去掉波长为λ_AD的一个或多个波长信道，并将可能包含不同信息，但处于相同光载波波长λ_AD的光学数据信号插回到光纤16上。ADM30一般由与WDM14，22非常类似的技术来实现。已经提出了全光学网络，其中具有每个均包括一发送机10和接收机20的众多节点的分布式网络，通过实用的无源网络相连，根据它们的波长在节点之间路由信号。这种全光学网络中的路由元件需要与ADM30类似的转换元件。

为了最大化或者至少是增加光纤16的传输能力，应该将波长信道λ₁，λ₂，...λ_N设置成尽可能地彼此接近，具有最小的信道间隔Δλ_S。在先进的系统中，对于以1300或1550nm为中心的信号而言，该信道之间的间隔Δλ_S为1nm或更小，其为石英光纤的最佳带宽。这种紧密间隔的WDM网络被称为密集WDM网络(DWDM)。

由于发送机10、接收机20和中间节点30的操作均关于同一组WDM波长λ₁，λ₂，...λ_N这个事实，故上面所描述的网络设计可能会遇到麻烦。无论如何都必须为每个分布式元件提供其自身的波长校准。由于环境和老化的结果，在一个元件处设定的波长校准可能与在另一个元件处所设定的波长校准不同。鉴于光信道的紧密间隔，网络元件之间的任何非校准都可能产生信道之间的干扰。

作为理想的光学系统，对于所使用的光波长，通常将光纤16、WDM14，22和ADM30设计成至少在它们的端口处为单模光纤。虽然每个激光器12都可能在极窄的带宽上发射光，然而频率敏感元件14，22，30的单模响应通常具有接近于围绕信道的中心波长λ₀的高斯分布的波长(频率)特性F(λ)＝exp[-(-λ-λ₀)/Δλ_G]。对于当前的加工技术而言可以相当自由地选择高斯通带Δλ_G的值。不过，该通带值受到抵消限制。对于密集WDM系统，使信道之间的间隔Δλ_S尽可能小。高斯通带Δλ_G必须大体上小于信道之间的间隔Δλ_S，以避免信道之间的干扰。另一方面，激光器12和其它频率敏感元件的频率特性会发生永久的或暂时的变化。如果通带Δλ_G太小，则峰相当窄，波长偏离峰值波长λ₀的小的变化会导致操作偏移到峰的旁边，从而降低信号强度。也就是，对于强信号而言，应该使通带Δλ_G尽可能大，以提供宽顶部的峰。