本實用新型涉及一種應用于光通信、光網(wǎng)絡等領域的可重構(gòu)光插分復用器，尤其涉及一種基于絕緣體上硅材料的集成化可重構(gòu)光插分復用器。

背景技術(shù)：

隨著通信技術(shù)的發(fā)展和通信網(wǎng)絡的擴大，光通信網(wǎng)絡逐漸成為承載和傳遞通信信息的主力軍。光插分復用器(OADM)是光通信網(wǎng)絡中的核心部件和設備。隨著光網(wǎng)絡向智能化方向發(fā)展，光插分復用器也向智能化、可重構(gòu)的方向演進，即所謂的可重構(gòu)光插分復用器(ROADM)。ROADM位于多節(jié)點光纖通信網(wǎng)絡的中間節(jié)點處，其基本功能是可以有選擇性的從光纖中下載某個或某些光信道到本地，同時有選擇性的上載本地用戶發(fā)往其他節(jié)點用戶的信號進入光纖信道，而不影響其他波長信道的傳輸，保持光域的透明性。

目前，ROADM已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)的OADM，成為光網(wǎng)絡的核心部件和設備。設計集成化的ROADM器件是提高ROADM設備性能、降低成本的有效途徑。但是，目前商用的ROADM大多采用以光柵為色散元件、液晶點陣作為濾波器的技術(shù)方案，該方案的優(yōu)點是濾波的波形可以通過軟件控制，缺點是光柵的尺寸較大，使得器件封裝的體積較大，影響設備的小型化和集成化；同時分立元件之間的對準難度大，封裝成本高。集成化的ROADM已經(jīng)有報道，有的在二氧化硅波導上制作，有的在硅脊型波導上制作，以二氧化硅波導與硅脊型波導制作的ROADM的面積都比較大，達到平方厘米量級。硅納米線波導具有體積小、集成度高、性能優(yōu)越、制備工藝兼容性好等特點。基于硅納米線波導的諧振腔具有結(jié)構(gòu)緊湊、濾波性能良好、功能靈活多樣等特點，特別適合用于設計大規(guī)模光子集成回路或大規(guī)模光電集成回路。

目前，已有用硅納米線波導諧振腔設計集成化ROADM的報道，主要以可調(diào)諧的可調(diào)諧上下載濾波器結(jié)構(gòu)作為基本單元搭建多信道的ROADM。目前已報道的基于硅納米線波導諧振腔結(jié)構(gòu)的ROADM主要以采用交叉結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧上下載濾波器作為其基本單元。采用交叉結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧的上下載濾波器結(jié)構(gòu)如圖3所示，即利用諧振腔的濾波特性來實現(xiàn)信號的上載或下載，通過調(diào)諧諧振腔的有效腔長來調(diào)諧上載或下載的信號波長。但采用圖3結(jié)構(gòu)時，ROADM中存在多個波導的交叉點，信號通過交叉點時會發(fā)生散射和反射，引起信號的損傷和信道串擾，即使通過優(yōu)化，每個交叉點的損傷仍在0.3～0.8dB。由于ROADM是多信道器件，不同信道的信號經(jīng)過的交叉點個數(shù)是不同的，因此不同信道的信號的功率相差可達1.5～3.5dB，造成信號質(zhì)量變差；采用圖3結(jié)構(gòu)時，由于不同方向的信號間沒有通過隔離器隔離，濾波后的殘余信號會成為串擾源，造成上載的殘余信號對下載信號的串擾，以及輸入的殘余信號對輸出信號的串擾；由于上載和下載信號使用同一個諧振腔，從原理上，單環(huán)諧振腔只能保證某一個方向(上載方向或下載方向)的性能比較好，另一個方向的性能較差，采用雙環(huán)或多環(huán)結(jié)構(gòu)可以解決這個問題，但是其制備難度要增加不少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種集成化可重構(gòu)光插分復用器，其結(jié)構(gòu)緊湊，性能好，器件引入的插入損耗小，不同信道的信號功率差別小，上下載信號之間的串擾小。

為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型采用了如下技術(shù)方案：一種集成化可重構(gòu)光插分復用器，其包括：輸入波導，輸出波導，以及依次耦合的分路上載波導，可重構(gòu)分路信號上載單元，總信號上載波導，總信號上載單元，主信道波導，可重構(gòu)分路信號下載單元和分路下載波導，其中，輸入波導和輸出波導用于實現(xiàn)器件與外部的信號對接；分路上載波導用于將本地待上載信號傳輸至可重構(gòu)分路信號上載單元；可重構(gòu)分路信號上載單元用于將本地待上載信號上載到總信號上載波導；總信號上載波導用于將所有本地待上載信號傳輸至總信號上載單元；總信號上載單元用于將所有本地待上載信號上載到主信道波導；主信道波導用于傳輸多路不同波長的波分復用信號；可重構(gòu)分路信號下載單元用于從主信道波導中選擇本地所需的波長信號下載到分路下載波導；分路下載波導用于將由可重構(gòu)分路信號下載單元下載的信號傳輸至本地。

此外，本實用新型還提供如下附屬技術(shù)方案：

所述輸入波導和所述輸出波導均為倒錐形的模斑轉(zhuǎn)換器，用于提高納米線波導與普通單模光纖的耦合效率。

所述分路上載波導、總信號上載波導、以及分路下載波導均為單模波導。

所述可重構(gòu)分路信號上載單元為上載環(huán)形諧振腔；本地待上載的光信號通過分路上載波導傳輸?shù)缴陷d環(huán)形諧振腔，上載環(huán)形諧振腔將光信號上載至總信號上載波導，所有待上載的光信號均在總信號上載波導內(nèi)傳輸。

所述上載環(huán)形諧振腔為可重構(gòu)的上載環(huán)形諧振腔，其諧振波長可以通過電光效應或熱光效應進行調(diào)諧，進而選擇不同的波長的光信號上載至總信號上載波導。

所述總信號上載單元為跑道型諧振腔；總信號上載波導將所有待上載的信號傳輸至跑道型諧振腔，由跑道型諧振腔將所有待上載信號全部上載至主信道波導，完成將本地信號上載至主信道的功能。

所述跑道型諧振腔為可重構(gòu)的跑道型諧振腔，具有較寬的濾波通帶和濾波止帶，通帶與止帶的寬度都大于需要上載的總信號帶寬，并且通帶和止帶可以通過電光效應或熱光效應進行調(diào)諧，選擇是否將本地信號上載至主信道。

所述輸入波導、主信道波導和輸出波導依次耦合，并且主信道波導為單模波導，多波長光信號在主信道內(nèi)傳輸。

所述可重構(gòu)分路信號下載單元為下載環(huán)形諧振腔；該下載環(huán)形諧振腔從所述主信道波導中選擇濾出特定波長的光信號并耦合到分路下載波導，由分路下載波導傳輸至本地。

所述下載環(huán)形諧振腔為可重構(gòu)的下載環(huán)形諧振腔，其諧振波長可以通過電光效應或熱光效應進行調(diào)諧，進而選擇不同的波長的光信號下載至本地。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的優(yōu)勢大致有如下幾點：

1、本實用新型的集成化可重構(gòu)光插分復用器中不再出現(xiàn)交叉波導結(jié)構(gòu)，消除了由于交叉波導引起的不同信道間的串擾；消除了由于交叉波導引起的傳輸損耗；消除了由于交叉波導引起的不同信道間的功率不一致性。

2、上載信道與下載信道完全分離，減小了上載信道與下載信道之間的串擾；ROADM的每一個可調(diào)諧上載(下載)濾波器只需要負責一個方向上的信號處理，降低了可調(diào)諧上載(下載)濾波器的設計難度，可以確保每一個可調(diào)諧上載(下載)濾波器都選擇最優(yōu)的設計參數(shù)。即可調(diào)諧上載(下載)濾波器只需要完成信號的上載(下載)任務，因此，可調(diào)諧上載(下載)濾波器可以設計成在上載(下載)方向滿足臨界耦合條件的濾波器，確保上載(下載)信號的質(zhì)量達到最好，上載(下載)信號的損耗盡可能低。

3、本實用新型的集成化可重構(gòu)光插分復用器利用跑道型諧振腔將主信道中經(jīng)過下載單元處理后的殘余信號完全濾除，消除了主信道中殘余的輸入信號對輸出信號的串擾。

4、主信道和下載信道輸出的信號質(zhì)量良好，插入損耗小，各路信號間的功率不均勻性小于1dB。

5、采用新結(jié)構(gòu)的ROADM結(jié)構(gòu)依然緊湊，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，其面積增量不大于5％。

附圖說明

圖1是本實用新型的集成化可重構(gòu)光插分復用器結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2是四信道ROADM結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是現(xiàn)有技術(shù)的采用交叉結(jié)構(gòu)的可調(diào)諧上下載濾波器結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

以下結(jié)合較佳實施例及其附圖對本實用新型技術(shù)方案作進一步非限制性的詳細說明。

本實用新型的集成化的可重構(gòu)光插分復用器(ROADM)采用硅納米線波導作為平臺、可調(diào)單微環(huán)諧振器作為基本功能單元，見圖1，其包括輸入波導，輸出波導，分路上載波導，可重構(gòu)分路信號上載單元，總信號上載波導，總信號上載單元，主信道波導，可重構(gòu)分路信號下載單元，以及分路下載波導；本實施例中，可重構(gòu)分路信號上載單元為可重構(gòu)的上載環(huán)形諧振腔，總信號上載單元為可重構(gòu)的跑道型諧振腔，可重構(gòu)分路信號下載單元為可重構(gòu)的下載環(huán)形諧振腔。

該集成化可重構(gòu)光插分復用器具有上載端口與下載端口分離，消除了交叉波導結(jié)構(gòu)的特點，采用本實用新型的結(jié)構(gòu)可以有效的提高可重構(gòu)光插分復用器的性能，降低通道的插入損耗、降低通道間功率的不均勻、保證上載信號與下載信號之間的隔離度、確保上載信號以及下載信號的性能達到最優(yōu)，同時其結(jié)構(gòu)依然緊湊，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，面積增量不超過5％。

以四信道的ROADM作為具體實施例來說明本實用新型設計的ROADM的技術(shù)方案和優(yōu)點。本實用新型設計的四信道ROADM的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，其工作過程如下：

主信道信號λ_m1～λ_m4由主信道輸入端口MI輸入，并由MI耦合進入主信道波導MCW；

λ_m1～λ_m4在MCW內(nèi)向前傳輸，依次經(jīng)過可重構(gòu)分路信號下載單元D1～D4；

利用熱光效應或電光效應，對D1～D4的諧振波長進行調(diào)諧，根據(jù)實際應用需要，分別由D1～D4從MCW內(nèi)傳輸?shù)摩?sub>m1～λ_m4中任意選擇一個波長信號下載到本地，其中，D1～D4選擇下載的信號波長各不相同；

經(jīng)D1～D4下載到本地的波長信號由λ_d1～λ_d4表示；

由于D1～D4只需要完成信號的下載任務，因此，組成D1～D4的可調(diào)諧諧振腔濾波器可以設計成在下載方向滿足臨界耦合條件的可調(diào)諧諧振腔濾波器，確保下載信號的質(zhì)量達到最好，下載信號的損耗盡可能低；

λ_d1～λ_d4由下載波導DW1～DW4傳輸至下載輸出端DO1～DO4，并由DO1～DO4輸出至本地；

λ_m1～λ_m4經(jīng)過D1～D4下載處理后，仍然有殘余信號λ_mr1～λ_mr4在MCW中向前傳輸，其中λ_mi＝λ_mri，i＝1，2，3，4；

λ_mr1～λ_mr4經(jīng)MCW傳輸經(jīng)過總信號上載單元AA時，被AA從MCW耦合至總信號上載波導的輸出端AAWO，并由AAWO輸出至自由空間，避免了殘余信號λ_mr1～λ_mr4對主信道信號的串擾；

上載信號λ_a1～λ_a4分別由上載輸入端口AI1～AI4輸入，并分別耦合進入上載波導AW1～AW4內(nèi)傳輸，其中，λ_ak可由任意一個上載輸入端口AIj輸入，并且一個上載輸入端口AIj僅接收輸入一個波長信號λ_ak，j、k＝1，2，3，4；

λ_a1～λ_a4分別經(jīng)AW1～AW4傳輸，分別經(jīng)過可重構(gòu)分路信號上載單元A1～A4；

根據(jù)波長信號實際上載的情況，利用熱光效應或電光效應，對A1～A4的諧振波長進行相應的調(diào)諧，將上載信號λ_a1～λ_a4分別上載至總信號上載波導AAW，即λ_ak由端口AIj輸入，經(jīng)AWj傳輸，由Aj上載至AAW；

經(jīng)A1～A4上載到AAW的波長信號由λ_ma1～λ_ma4表示；

由于A1～A4只需要完成信號的上載任務，因此，組成A1～A4的可調(diào)諧諧振腔濾波器可以設計成在上載方向滿足臨界耦合條件的可調(diào)諧諧振腔濾波器，確保上載信號質(zhì)量達到最好，上載信號的損耗盡可能低；

λ_ma1～λ_ma4由AAW傳輸至總信號上載單元AA，λ_ma1～λ_ma4由AA上載至主信道波導MCW，并由主信道輸出端MO輸出至外部光路。

由上所述，根據(jù)不同的網(wǎng)絡要求對可調(diào)諧諧振腔濾波器進行熱光調(diào)諧或電光調(diào)諧，可以實現(xiàn)任意波長到任意端口的ROADM性能，且上載信號和下載信號的質(zhì)量均可達到最優(yōu)。

需要指出的是，上述較佳實施例僅為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。