低色散交織器的製作方法
2023-05-10 14:54:31 1
專利名稱：低色散交織器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於光通信網絡中的幹涉儀，尤其是被設計成產生色散數量大為減少的光信號交織器/解交織器。
背景技術：
在復用的光通信網絡中，一根單光纖通常負載多個獨立的數據信道，每個數據信道都被分配給一個不同的光波長。這種網絡被稱為波分復用(WDM)網絡。當信號經過該網絡傳播時，使用光頻濾波器，尤其是交織器/解交織器(在下文中稱為「交織器」)，可以分開或組合不同信道上的數據。
交織器是一種光復用器，當作為交織器工作時，它將來自不同光纖的信道子集組合成一個單獨的光束。當作為解交織器工作時，它將具有許多信道的單獨光束分成兩個或更多的信道子集系列。通常，交織器被用於分開或是組合奇或偶國際電聯(ITU)信道。
圖1概念性說明了交織器的功能。當作為交織器工作時，交織器接收第一光束100，其中包括許多偶信道，其頻率為f2、f4、f6。每個信道的頻率是這樣的這些信道中的每一個都被以相同的值分開，例如100GHz。交織器還接收一個第二光束102，其中包括許多奇信道，其頻率為f1、f3、f5。與光束100相似，每個信道的頻率是這樣的這些信道都被以相同的值分開，例如100GHz。然而奇信道和偶信道通常以它們分開距離一半的值相互偏移，例如50GHz。然後交織器對光束100和102進行交織，產生具有信道f1、f2、f3、f4、f5、f6的光束104，這些信道以50GHz相分離。當被用作解交織器時，光束104被接收並被分成光束100和102。
普遍認為光頻交織器是使WDM網絡能夠快速擴展到更高的信道數量和更窄的信道頻率間隔，並與現有解復用技術結合以保持信道間串音性能的關鍵部件。由於國際電聯(ITU)棚極的周期性頻率性質，交織器易於由一個或多個幹涉儀構件的組合來構造，例如標準具和馬赫-曾德爾幹涉儀。交織器通帶的理想特性包括在阻帶中具有一個平頂並且很高的隔離度。
麥可遜幹涉儀用一個分光器和兩個反射鏡將光信號的波長分到不同的光程中。這種幹涉儀提供了取決於幹涉儀兩臂間光程差的一個線性相位斜面。該線性相位斜面產生一個不具有色散的非平頂響應。
Dingel所發明的另一種幹涉儀是一種麥可遜幹涉儀，其中一臂的反射鏡由一個Gires-Tournois(GT)標準具所取代。如圖2所示，幹涉儀200包括一個分光器202(通常是一個大約50/50的分光器)，一個放置在一臂上具有較高反射(接近100％)塗層206的板204，其中襯墊207a和207b優選的是由超低膨脹材料(ULE)製成的。GT標準具220被放置在另一臂上。GT標準具220包括一個具有部分反射(例如15％的反射率)塗層210的前板208，最好由超低膨脹材料(ULE)製成的襯墊211a和211b以及具有高反射(接近100％)塗層212的後板214。如所示，GT標準具220的前板208和後板214之間以距離d的間隔分開。更進一步，GT標準具220被放置成與分光器202相距L2，並且板206被放置成與分光器202相距L1。
當這種結構被用在交織器中解交織信道時，包含例如ITU偶和奇信道的入射光束B1被指向分光器202。光束B1在分光器邊界面222上被分成光束B3和B2。光束B3被指向具有較高反射塗層206的板204，而光束B2被指向GT標準具220。由於反射塗層206接近100％的反射率，光束B3被反射回到分光器202。光束B3經歷一個每波長的線性相位改變，這取決於從分光器邊界面傳播到板204再返回的距離。光束B3在分光器邊界面222上示範性的線性相位斜面在圖2c由線242說明。
同樣，由於反射塗層212接近100％的反射率，光束B2被反射回到分光器202。然而除了經歷基於傳播距離的每波長線性相位改變之外，光束B2還經歷來自GT標準具220的非線性相位改變=-2tan-1[1-R1+Rtan(2d)]]]>其中R是塗層210反射率的乘方，λ是真空中的波長，η是GT標準具220中材料的折射率。典型的，GT標準具220中的材料是空氣，這導致折射率η大約等於1。分光器邊界面222上光束B2的示範性非線性相位斜面在圖2c中由線240說明，它對應於塗層210的15％的折射率。因此，當光束B2和B3在分光器邊界面222上相遇時，最終得到的相位差值是=4L+2tan-1[1-R1+Rtan(2d)]]]>其中光程差ΔL是距離L1和L2之間的差值(也就是L1-L2)。
當MGTI被設計成使得光程差ΔL是GT空氣間隔d的一半或一半的倍數時，產生圖2c中的相位曲線圖。如所描述的，GT標準具220擾亂幹涉儀200的線性相位斜面並產生一個非線性相位斜面。當光程差ΔL是GT空氣間隔d的一半或一半的倍數時，這種非線性相位斜面產生平頂響應功能，這對通信系統來說是很理想的。對ΔL是GT空氣間隔的一半的情況來說，當光束B2和B3在分光器邊界面222上相遇時，它們之間的相位差是=2d+2tan-1[1-R1+Rtan(2d)]]]>當光束B2和B3在分光器邊界面上相遇時，光束B2的一部分被反射，而光束B3的一部分經過邊界面，由此形成光束B4。參考圖2c，在這兩部分相位基本相差180°(也就是π)頻率處產生破壞性的幹擾，而相長幹涉出現在這兩部分頻率基本同相的頻率上。光束B2和B3的這些部分之間的幹擾使得光束B4具有一個標準的輻射強度圖形，I(t)=I0sin2(2)]]>這個光譜響應在圖2b中用線230說明。它導致光束B4負載第一信道子集(例如偶信道)。
同樣，當光束B2和B3在分光器的邊界面222上相遇時，光束B3的一部分被反射，相位改變π(也就是180°)，而光束B2的一部分經過邊界面，由此形成了光束B5。因為形成B5的B3那部分被反射，相位變化了180°，因此B1和B2中形成B5的那部分的相位斜面與圖2c中所示的相似，只不過相位斜面242被偏移了π。這改變了B3和B2中形成B5的那部分同相的頻率和它們異相的頻率。光束B2和B3的這些部分之間的幹擾造成光束B5具有一個標準的輻射強度圖形，I(r)=I0cos2(2)]]>這個光譜響應在圖2b中用線232說明。這導致光束B5攜帶第二信道子集(例如奇信道)。
通常，MGTI200的光譜響應的形狀是由反射塗層210的反射率決定的，而光譜響應的傳輸峰值之間的周期，也就是交織器的自由光譜範圍(FSRint)是由GT標準具220的間隙距離d決定的。FSRint等於c/(2ηdcos(θ))，其中c是光速度(例如299792458m/s)，η是空腔的折射率(例如ηair＝1.000273)，θ是入射角(例如0°)。因此，為了提供可以在具有例如50GHz信道頻率間隔上工作的交織器，GT標準具220的間隙距離被調整為提供50GHz的FSRint，也就是說，d＝2997.1μm。
另一種交織器(此後稱為「SEI」)在2000年9月26日，Copner等發布的美國專利6,125,220和2001年8月28日，以JDS Fitel名義發布的美國專利6,281,977中被公開，這二者在這裡作為參考引入。所公開的交織器將來自單獨標準具的被反射和被傳輸的區段結合，以提供交織器/解交織器的功能。
目前，系統存在50GHz的信道頻率間隔，但這個頻率間隔有可能隨著時間而減小，使得在不久的將來需要有可以工作在25GHz頻率間隔上的交織器。這種需要極為緊密的約束了交織器光譜的傳遞形狀。儘管現有技術的MGTI系統產生有用的光譜，但對25GHz或是更低的系統來說，交織和解交織能力還是不夠充分。此外，現有技術的系統不能提供具有相對低散射並能交織和解交織25GHz或更低的系統的幹涉儀。因此，無論上述現有技術的系統提供了哪些精密的指標、特性和優點，它們都沒有達到或實現本發明目的。
發明內容
本發明提供了一種幹涉儀，包括一個分光器和兩個光學諧振器，例如GT標準具或環形諧振腔。分光器將輸入光束分成指向跟隨第一路徑的第一子光束和指向跟隨第二路徑的第二子光束。第一諧振器具有一個第一有效空腔長度並接收第一子光束。第二諧振器具有一個第二有效空腔長度並接收第二子光束。第一路徑和第二路徑之間具有一個有效光程差，大約等於第一有效空腔長度的一半。
在一個實施例中，GT標準具的前板的反射率是不同的，並且被選擇以提供一個理想的光譜響應。在優選實施例中，前板反射率的比值範圍應在8∶1到30∶1之間。反射率的一些實例如45％和4.5％，35％和2.5％等等。此外，更高的前反射率被在10％到90％之間選出，更為優選的是在25％-60％之間。另外，較低的反射率的板在1％到10％之間變化。
在另一個實施例中，兩個諧振器的相位彼此輕微偏移，使得第一諧振器的色散斜率被反向調整，並且優選的等於第二標準具的色散斜率，這樣大大減少了設備總的色散。
本發明的另一個方面涉及具有預定自由光譜範圍(FSR)的幹涉儀，包括一個依靠偏振的延遲部分，用於在輸入光束的正交偏振成分之間產生一個大約為L的有效光程差；以及一個空腔長度大致為2L的諧振器，光耦合到所述依靠偏振的延遲部分上；由此，當輸入光束的正交偏振成分被重新組合時，形成了一系列具有預定極化圖形的波長信道。
本發明的另一個方面涉及具有預定自由光譜範圍(FSR)的幹涉儀，包括一個光諧振器，具有用於發射輸入光束的第一埠，用於從諧振器中輸出反射光束的第二埠，用於輸出來自諧振器的被傳光束的第三埠，以及一個有效空腔長度；以及第一耦合裝置，用於組合來自光諧振器的被反射和被傳輸的光，其中被反射和被傳輸的光在光諧振器和第一耦合裝置之間具有一個大約是有效空腔長度一半的第一有效光程差。
優選的，前述幹涉儀進一步包括第二耦合裝置，用於組合來自光諧振器的被反射和被傳輸的光，其中被反射光和被傳輸光具有一個在大約+/-n(λc/4)或+/-n(FSR/2)之間的第二有效光程差，其中λc是輸入光束的中心波長，n是整數。
圖1概念性說明了交織器的功能；圖2a說明了用Gires Tournois標準具(一個MGTI)代替反射鏡，用作交織器的標準麥可遜幹涉儀；圖2b和2c分別說明了MGTI的光譜響應和相位斜面；圖3a說明了根據本發明原理的一個幹涉儀；圖3b和3c分別說明了本發明一個實施例中的光譜響應和相位斜面，對應於反射率R1＝45％，R2＝4.5％；圖4說明了本發明一個實施例中的光譜響應，對應於多個在44-50％之間的R1反射率與MGTI的光譜響應的反射比為10∶1；圖5a說明了根據本發明原理的幹涉儀的另一個實施例，其中兩個標準具相互間的相位被輕微偏移，以減少色散；圖5b說明了來自圖5a中兩個GT標準具的色散分布是如何排列的；圖5c說明了被設計作為25GHz交織器的圖5a中實施例的一個示範的光譜強度分布；圖5d說明了被設計作為25GHz交織器的圖5a中實施例的一個示範的色散分布；圖6a說明了圖5a中實施例基於偏振的執行的頂視圖；圖6b說明了圖5a中實施例基於偏振的執行的側視圖；圖6c和圖6d說明了圖6a中實施例基於偏振的執行的相位延遲部分的替換實施例；圖7a說明了將光束射入幹涉儀300或交織器500的替換的方式；圖7b說明了在與偏振相關的實施例中，圖7a中注入光束的替換方法；圖8a說明了使用一個平板分光器802的幹涉儀300或幹涉儀500的結構的替換方式；圖8b說明了使用環形諧振腔的圖8a中幹涉儀的替換結構；圖9說明了利用入射光束角度改變時GT標準具諧振峰值也改變的現象來創建兩個具有相位差的GT標準具的實施例；圖10a說明了進一步減少圖5a實施例中色散的實施例；圖10b說明了對應於圖10a中級聯的幹涉儀的示範性色散分布；圖10c描述了圖10a實施例示範性的合成的色散分布；圖10d和10e共同概念性描述了圖10a實施例最終所得到的光譜響應；圖11a概念性描述了進一步降低圖5a實施例中色散的另一個實施例；圖11b和11c分別描述了二次通過和四次通過的光譜響應和色散分布；圖11d描述了一個光束B2和B3多次通過基於偏振的各GT標準具的實施例；圖12a描述了使用多空腔標準具進一步減少圖5a中實施例中色散的一個實施例；圖12b描述了圖12a多空腔標準具的實施例的一個固態方案；圖12c和12d分別說明了圖12a實施例的光譜響應和色散分布；
圖12e和12f描述了使用多空腔標準具的，基於偏振的實施例；圖12g描述了使用一個單空腔標準具和一個多空腔標準具，以得到急劇傾斜響應的本發明的一個混合方案；圖12h和12i描述了對應於圖12g實施例中兩組不同參數的光譜響應和色散分布；圖13a描述了本發明的一個替換實施例，其中來自單個諧振器的被傳輸和被反射區段被組合；圖13b描述了具有多空腔標準具的圖13a的實施例；以及圖14和15描述了圖13實施例的變化。
具體實施例方式
儘管本發明被在一個或多個優選實施例中進行了說明和描述，本發明可以通過許多不同的結構、形態和材料製成。本發明的一個或多個實施例在附圖中進行了描述，並將在這裡詳細說明，需要理解的是，本公開是發明原理及關於其結構的相關功能說明的範例，並不是將本發明限制在實施例或實施例所說明的範圍內。本領域的技術人員將能預見許多其他可能的變化，而不脫離本發明的範圍。
圖3a描述了根據本發明原理的一個幹涉儀300。通常，幹涉儀300包括在麥可遜幹涉儀結構中的兩個Gires-Tourois(GT)標準具。如所示，幹涉儀300包括一個分光器302(優選的是一個大約50/50的分光器)，一個放置在一臂上的第一GT標準具320和一個放置在另一臂上的第二GT標準具330。第一GT標準具320包括一個具有反射率R1的部分反射塗層310的前板308；襯墊311a和311b，優選的由超低膨脹材料(ULE)製成；以及一個後板314，具有較高反射(接近100％)塗層312。如所示，距離為d的空腔長度將第一GT標準具320的前板308和後板314分開。第二GT標準具330和第一GT標準具320相似，包括一個具有反射率R2的部分反射塗層326的前板324；襯墊307a和307b，優選的由超低膨脹材料(ULE)製成；以及一個後板304，具有較高反射(接近100％)塗層306。第二GT標準具也具有一個距離為d的空腔長度，將前板324和後板304分開。
更進一步，在兩臂之間引入一個有效光程差。優選實施例中，該有效光程差是通過將第一GT標準具320放在離開分光器302距離L的位置並將GT標準具330放置成鄰近分光器302而引入的。然而對本領域技術人員來說，顯然有效光程差可替換地通過將GT標準具320和330放置在離分光器302不同的距離上來引入(與上面對MGTI200的描述相似)。優選的，光程差L等於間隙距離d的一半，也就是說，d＝2L。
本發明的幹涉儀與MGTI相近，但用另一個GT標準具取代了反射鏡。如上面所討論的，在MGTI中，GT標準具反射的E場相位被從由固定的100％的反射鏡產生的光程差所導致的相位變化中減去。在本發明中，對來自兩個GT標準具320和330的被反射E場相位進行比較(也就是相減)。
在本發明的一個實施例中，改變每個GT標準具的輸入反射率以獲取一個定製的光譜曲線。在這個實施例中，GT標準具320和330前板308和324的每個塗層310和326的反射率是不同的，並被選擇提供一個理想的光譜響應。在優選實施例中，前板的反射率的比值範圍在8∶1到30∶1之間，例如45％和5％，35％和2.5％等等。更進一步，較高反射率R1在10％到90％之間被選出，更為優選的是在25％到60％之間。另外，較低反射率R2在1％到10％之間變化。優選的，光程距離為L的臂上的塗層310具有更高的前反射率。
與MGTI相近，當攜帶一組信道，例如ITU奇和偶信道的光束B1被輸入時，幹涉儀300對信道進行解交織。光束B4的光譜響應導致光束B4攜帶第一信道子集，例如偶ITU信道，而光束B5的光譜響應導致光束B5攜帶第二信道子集，例如奇ITU信道。在相似的方法中，當攜帶第一信道子集(例如偶ITU信道)的光束B4和攜帶第二信道子集(例如奇ITU信道)的光束B5被輸入交織器300時，幹涉儀300對信道交織。在這種情況下，光束B1被輸出，並攜帶這組信道(例如，奇和偶ITU信道)。
如圖3a中所說明的，指向分光器302的入射光束B1在分光器的邊界面322上被分成光束B3和B2。B3指向GT標準具330，而B2指向GT標準具320。光束B3和B2都被反射回到分光器302。除了由於光程差L產生的相位改變之外，光束B2還經歷來自GT標準具320的非線性相位改變。在分光器邊界面322上，光束B2的相位改變是=4L-2tan-1[1-R11+R1tan(2d)]+]]>其中β表示光束B2經由分光器302，從邊界面322到GT標準具320再返回所傳播的距產生的相位改變。分光器的邊界面322上的光束B2的示範性相位斜面在圖3c中用線342說明，對應於反射率為45％的塗層310。
相似的，光束B3也經歷由GT標準具330產生的非線性相位改變。在分光器邊界面322上，該相位改變是=-2tan-1[1-R21+R2tan(2d)]+]]>其中β表示光束B3經由分光器302，從邊界面322到GT標準具330再返回所傳播的距離產生的相位改變。由於分光器302是一個立方體，光束B3經過分光器302，從邊界面322傳播到GT標準具330並返回的距離與光束B2所傳播的距離相同。因此，由傳播該距離所導致的相位變化β與光束B2的相同。分光器邊界面320上光束B2的示範性相位斜面在圖3c中用線340說明，對應於反射率為4.5％的塗層326。
因此，在分光器邊界面322上，最後得到的B3和B2之間的相位差是=-2tan-1[1-R21+R2tan(2d)]-4L+2tan-1[1-R11+R1tan(2d)]]]>當光束B2和B3在分光器邊界面上相遇時，光束B2的一部分被反射，光束B3的一部分穿過該邊界面，由此形成光束B4。參考圖3c，在這兩部分的相位實際相差180°(也就是π)的頻率上將會產生破壞性幹擾，而相長幹涉出現在這兩部分實際同相的頻率上。光束B2和B3這些部分之間的幹擾使得B4具有一個標準的強度圖形I(t)=I0sin2(2)]]>該光譜響應在圖3b中用線332說明。當光束B1包含一組信道(如所說明的f2，f3，f4，f5，f6)時，該光譜響應導致光束B4承載第一信道子集，也就是f2，f4，f6，舉例來況這些頻率對應於偶ITU信道。
同樣，當光束B2和B3在分光器的邊界面322上相遇時，光束B3的一部分被反射，相位改變π，而光束B2的一部分穿過該邊界面，由此形成光束B5。由於形成光束B5的B3部分被反射，相位改變π(也就是180°)，因此形成B5的B1和B2部分的相位斜面與圖3c所示相似，只不過相位斜面342偏移了π。這改變了形成B5的B3和B2部分同相和異相時的頻率。光束B2和B3的這些部分之間的幹擾使得光束B5具有標準的強度圖形I(r)=I0cos2(2)]]>該光譜響應在圖3b中用線334說明。當光束B1包含一組信道(如所說明的f2，f3，f4，f5，f6)時，該光譜響應導致光束B5承載第二信道子集，也就是f1，f3，f5，舉例來說，這些頻率對應於奇ITU信道。
與MGTI相近，幹涉儀300光譜響應的形狀是由塗層310和326的反射率決定的。然而，當與MGTI比較時，在各個通帶中各光束的相位更為精密的匹配。此外，與MGTI比較，在每個阻帶中，各光束間的相位差更接近π。這使得光譜響應與具有等效FSRint的MGTI相比，具有更寬的通帶，在頻帶邊緣具有更急劇的下降。這在圖4中示出。在圖4中，線400表示對應於本發明的光譜響應，其中對多個在44-50％之間的R1反射率，反射比為10∶1。線402表示具有15％前反射率的GI標準具的MGTI的光譜響應。
同樣與MGTI相似，光譜響應傳輸峰值間的周期，也就是FSRint，是由GT標準具320和330的間隙距離d，根據上述公式FSRint＝c/(2ηdcos(θ))確定的。因此，要提供可工作在具有例如25GHz頻率間隔的系統上的交織器，GT標準具320和330的間隙距離d被調整成提供25GHz的FSRint，也就是d＝5994.2微米。
圖5a描述了根據本發明原理的交織器500的另一個實施例，其中兩個標準具彼此相位輕微偏移，以至於產生色散。如所示，幹涉儀500與幹涉儀300相似，也就是說，在一個分光器502鄰邊之間有效光程差為L的邁克耳遜幹涉儀結構中，將兩個幾乎相同的GT標準具520和530(空腔長度為d)初始放置到分光器502的鄰邊上。有效光程差的長度優選的等於GT標準具530和520空腔長度的一半，也就是說，d＝2L。標準具530包括一個具有部分反射塗層526的前板524，和一個具有幾乎全反射的塗層506的後板504。前板524和後板504分別由襯墊507分開，該襯墊優選的由ULE材料製成。相似的，標準具520包括一個具有反射塗層512的後板514，和一個具有反射塗層510的前板508。這兩個板514和508由ULE襯墊511保持隔開。
與幹涉儀300相像，當包含一組信道，例如ITU奇和偶信道的光束B1輸入時，幹涉儀500對信道解交織。光束B4的光譜響應導致光束B4攜帶第一信道子集，例如偶ITU信道，而光束B5的光譜響應導致光束B5攜帶第二信道子集，例如奇ITU信道。在相似的方式下，當攜帶第一信道子集(例如偶ITU信道)的光束B4和攜帶第二信道子集(例如奇ITU信道)的光束B5都被輸入幹涉儀500時，幹涉儀500對信道交織。在這種情況下，光束B1被輸出，並攜帶這組信道(例如奇和偶ITU信道)。
然而，在幹涉儀500中，GT標準具530和520彼此相位輕微偏移，使得一個的正色散斜率與另一個的負色散斜率相對準。優選的，這通過將GT標準具中一個的有效空腔長度改變一個長度Δ，從而偏移GT標準具的諧振峰值來實現。優選的，為了得到最小色散，有效諧振峰值被偏移了標準具自由光譜範圍(FSRGT)的1/2。這對應於空腔長度中的一個大約λ/4的偏移，也就是±1550nm/4＝±387.5nm或±0.3875μm。對本領域技術人員來說，顯然可以將有效諧振峰值偏移到其他不同的位置，其中一個標準具的正色散斜率與另一個的負色散斜率校準成例如3λ/4，仍具有有益效果；然而，淨光程將不是最優的，並且會觀察到一個與波長相關的隔離。
改變一個GT標準具中有效空腔長度的方法是將GT標準具的空腔長度物理改變長度Δ。這在圖5a中通過具有物理空腔長度d+Δ的GT標準具530來說明。然而本領域技術人員可以預見到還有改變GT標準具有效空腔長度的其他可能的方法。
圖5b描述了當GT標準具530的空腔長度具有一個大約λ/4的偏移時，由GT標準具520和530產生的色散分布如何定位。線540是GT標準具530所產生的色散分布，而線542是GT標準具520所產生的色散分布。最後得到的每一波長的最小色散分布如線544所示。可以看出，最後得到的有效色散看起來是對平均色散的模仿，在這種情況下，總的色散被減少。
除了改變GT標準具中一個的有效空腔長度之外，還有必要將有效光程差調整長度Δ，以得到一個最優的相位響應，也就是說，有效光程差為L+Δ。因此，在有效空腔長度(d±λ/4)中具有大約λ/4的偏移的優選實施例中，為得到最優相位響應而從L進行的偏移是λ/4。同樣，有效光程差的優選長度被從L偏移到L±λ/4。請注意，如果Δ是在長度d中的一個正偏移，那麼它在長度L中將是一個正偏移。負偏移也是一樣。
當有效光程差或有效空腔長度改變時，色散等級從有經交織輸出的低色散，振蕩到交織器輸出被破壞的高色散。這會出現在GT標準具520和530所產生的色散斜率根據光相位差而被有效增加或減少的時候。因此，通過為幹涉儀500提供標準具530的一個可變的有效空腔長度和可變的有效光程差，可以提供一個可調的色散補償器。
優選的，GT標準具520和530是衰弱的，也就是說＜10％，更為優選的是＜5％，從而在被擴展的波長上得到了有效色散平均(消除)。對圖5b中所描述的色散分布來說，塗層526和510的反射率大約是2％，但也可以使用更高或是更低的反射率。同樣，GT標準具520和530可以具有不同反射率的塗層526和510，例如，塗層526的反射率為2％，塗層510的反射率為4％。然而可以觀察到，對涉及隔離等級的最優性能來說，更高的反射器應該在附加的光程L一邊。需要指出的是，如果使用太高的反射率，也就是大於15％，將很難消除GT標準具520和530的非線性色散效應。
從塗層526和510的反射率為2.2％的圖5a的實施例中可以得到的典型的值如下所示
圖5c中所描述的是對應於被設計成25GHz的交織器，並具有反射率為99.7％的塗層506和512，以及反射率為2.5％的塗層510和526的幹涉儀500的示範性光譜響應。線546描述了對應於光束B4的光譜響應，而線548描述了對應於光束B5的光譜響應。有效光程差為L+λ/4；然而，一些對有效光程差的重新定相可以進一步優化該分布。圖5d說明了對應於被設計成25GHz交織器的交織器上，最終得到的每波長上的色散分布。可以從圖5d中看出，與傳統的25GHz交織器相比較，根據本發明的交織器的總的色散數量被有效減少了7到10倍。
圖6a到6d描述了本發明基於偏振現象的實施。如所示，幹涉儀600包括一個與偏振相關的延遲部分609和一個經修改的GT標準具610，它具有一個物理空腔長度d。
當包含一組信道，例如ITU偶和奇信道的光束601經埠602輸入時，幹涉儀600對信道進行解交織。光束601可以被線性偏振的發射，或是如實施例所描述的，通過一個walk-off晶體603而被分成兩組正交偏振的光束601a和601b(未示出)，其中一束穿過一個半波板604，由此形成了兩束類偏振子光束。該類偏振子光束601a和601b直接經由一個第一偏振分光器(PBS)605，一個非對等旋轉器606，和一個第二偏振分光器，而不會受到影響。四分之一波長板608在子光束601a和601b進入延遲部分609之前，將其二者的偏振旋轉45°。非對等旋轉器606優選的包括一個法拉第旋轉器和一個四分之一波長板，它們被設計成使得在一個方向傳播的光束偏振被旋轉90°，而不對在相反方向上傳播的光束偏振產生累計效應。
延遲部分609在每個子光束601a和601b的s和p成分之間引入一個有效光程差，這與在交織器500中引入的有效光程差相似。延遲部分609優選的由兩個雙折射晶體611和612構成，其材料(例如TiO2晶體和YVO4晶體)用於改進延遲部分609在被選溫度區域中的熱穩定性。然而，使用一個單獨的雙折射晶體或是多於兩個晶體，其材料被選擇以使得延遲部分609對溫度不敏感，這些都落入本發明的範圍內。因為延遲部分609是由雙折射材料製成的，當具有不同偏振面的兩束線性偏振光束穿過時，其中一束以比另一束更快的速率傳播。因此，當經過延遲單元609時，光束601a和601b的s和p成分經歷了一個有效光程差。通過恰當的對雙折射晶體611和612的材料以及延遲部分609的長度進行選擇，有效光程差優選的被設計成大約L+Δ，其中L等於空腔長度d的一半。延遲單元609的長度可以附加的變成是可變的，以提供一個可調整的有效光程差。
經修改的GT標準具610包括一個具有部分反射(例如2％)塗層616的前板615，襯墊617a和617b(優選的由超低膨脹(ULE)材料製成)，一個四分之一波長板618，以及一個具有高反射(接近100％)塗層620的後板619。
當兩道子光束601a和601b橫越經修改的GT標準具610的空腔時，在被高反射塗層620反射回來之前，它們經過波長板618。當它們經過波長板時，它使得具有不同偏振面的兩道線性光束經歷一個有效光程差。因此，與交織器500相似，通過使一個成分經歷一個與另一個成分所經歷的有效空腔長度(例如d±Δ)不同的有效空腔長度(例如d)，造成GT標準具610對子光束610a和610b的s成分的操作與其對p成分的操作之間的相位輕微偏移。實際上，波長板618創建了兩個GT標準具，每一個具有一個不同的有效空腔長度。
照此，幹涉儀600通過對經修改的GT標準具610對子光束610a和610b的s和p成分的操作進行移相，這與幹涉儀500相似的運作，以使其對s成分操作的正色散斜率與其對p成分操作的負色散斜率相校準。如上面所描述的，有效諧振峰值優選的被偏移了大約標準具的自由光譜範圍(FSRGT)的1/2，以得到最小色散。這對應於子光束601a和601b的s和p成分所經歷的有效空腔長度之間一個大約λ/4的差值因此，波長板618優選的是一個四分之一波長板，其光軸處於子光束601a和601b的偏振面的45°。結果，當s和p成分被重新組合時，它們幹涉以提供一個與上面相似的光譜響應，並具有一組信道(例如偶數編號的ITU信道)被正交偏振成另一組信道(例如奇數編號的ITU信道)的附加優點。因此，當子光束601a和601b經過PBS607時，各包含一組信道一部分的次級子光束621a和621b被反射向一個walk-off晶體622。波長板623旋轉次級子光束621a和621b中一個的偏振，這樣兩個次級子光束可以在walk-off晶體622中被組合，以輸出到透鏡624和波導管625。此外，次級子光束626a和626b經過PBS607，並且其偏振在非對等旋轉器606中被旋轉了90°。相應地，次級子光束626a和626b被PBS605反射向walk-off晶體627。波長板628旋轉次級子光束626a或626b的偏振，使得兩個次級子光束可以在walk-off晶體627中被組合，以輸出到透鏡628和波導管629。
圖6c和6d描述了相位偏移部分609的替換實施例，其中光束由一個偏振光束分離器，例如PBS立方體630(圖6c)或walk-off晶體635(圖6d)物理分成s和p成分。被分離光束中的一束穿過一個延遲部分640，該部分具有與空氣不同的折射率。這樣，當子光束被第二PBS立方體645或walk-off晶體650重新組合時，其間引入了一個相位偏移。
儘管結合具有正交臂和正常入射輸入光束的邁克耳遜幹涉儀的結構進行了描述，但替換的結構和光束入射也有可能在本發明的精神和範圍內。如示例，圖7a描述了一個輸入光束入射的替換方式，圖8描述了一種替換結構。
圖7a描述了一種考慮到四埠設備的入射光束的替換方法。幹涉儀700是根據圖3a的幹涉議或圖5a的幹涉儀的原理構造的，也就是說，路徑差值是L或L+Δ，標準具730的空腔長度為2L或2L+Δ。如所示，入射光束不是沿分光器702的法線入射的，而是以相對法線一個角度輸入的。因此，當光束在分光器的邊界面722上被分開時，最終得到的各光束也是以相對各GT標準具法線一個角度指向它們各自的GT標準具。這導致被反射光在沿分光器邊界面722的一個點上交叉，該點不是光束被分開處的點。
例如，當光束如所示作為光束B1入射時，它被分成以相對法線一個角度射向GT標準具730的光束B3和以相對法線一個角度射向GT標準具720的光束B2。當光束B3和B2分別作為光束B7和B8被反射回來時，光束B7和B8在分光器邊界面722交叉，並組合產生光束B5和B4輸出。同樣，當光束被作為光束B5入射時，它被分成以相對法線一個角度射向GT標準具730的光束B7和以相對法線一個角度射向GT標準具720的光束B8。當光束B7和B8分別作為光束B3和B2被反射回來時，光束B3和B2在分光器的邊界面722交叉，並組合產生光束B1和B6輸出。
在相近的方式中，光束可以作為光束B4或B6輸入。當光束被作為光束B4輸入時，它被分成相對法線一個角度射向GT標準具730的光束B7和相對法線一個角度射向GT標準具720的光束B8。當光束B7和B8分別作為光束B3和B2被反射回來時，光束B3和B2在分光器的邊界面722上交叉，並組合產生光束B1和B6輸出。當光束作為光束B6輸入時，它被分成相對法線一個角度射向GT標準具730的光束B3和相對法線一個角度射向GT標準具720的光束B2。當光束B3和B2分別作為光束B7和B8被反射回來時，光束B7和B8在分光器的邊界面722上交叉，並組合產生光束B5和B4作為輸出。
圖7b描述了圖7a中成角度入射實施例的一個與偏振相關的方案。延遲部分740和745被添加，以便於在被分離光束B2和B3的s和p成分之間分別提供一個L或L+Δ的相關延遲。此外，波長板750和755被包含以提供附加的λ/4延遲。
圖8描述了使用板狀分光器802的幹涉儀300或幹涉儀500的替換結構。GT標準具820被構造成與GT標準具320或GT標準具520相似，並被耦合到板狀分光器802。GT標準具830被構造成與GT標準具330或GT標準具530相似，並被耦合到板狀分光器802。GT標準具820和830以一個恰當的光程差耦合到板狀分光器802上。如所示，當光束B1以相對板狀分光器802法線一個角度入射時，光束B1被分成相對法線一個角度朝向GT標準具730的光束B3和相對法線一個角度朝向GT標準具720的光束B2。當光束B3和B2分別作為光束B7和B8被反射回來時，光束B7和B8在分光器的邊界面722交叉，組合產生光束B5和B4作為輸出。
在圖8b中，圖8a中所描述的GT標準具820和830由環形諧振腔850和860所替換。環形諧振腔840包括一個具有部分反射表面872的前體870，和兩個成角度的反射器875。環形諧振腔860包括一個具有部分反射表面882的前體880，和兩個成角度的反射器885。如行業已知的，可以使用任意數量的反射器來構成環形諧振腔。前體880具有和剩餘光程不同的折射率，並且它比前體870更寬，由此產生值為L或L+Δ的光程差，如上文所描述的。在環形諧振腔850和860中提供了一個調諧板890，以使其空腔長度如上所述被調諧到2L或2L+Δ。
前述設備基於偏振的方案同樣是可行的，其中前體870和880由雙折射材料構成，以便在子光束B3和B2的正交偏振成分之間分別產生一個光程差L或L+Δ。優選的，空腔850和860都包含一個雙折射部件，例如用波長板890來代替調諧板，為兩個正交成分產生一個λ/4的附加空腔長度差，如前面所描述的。此外，只使用一個環形諧振腔850也可以創建一個如圖6a和6b的單獨的諧振腔設備。
除了替換的結構和光束入射之外，有效產生兩個相位偏離的GT標準具而不是物理分離的標準具被認為處於本發明的範圍內。一種這樣的方式結合圖6中實施例進行了說明，它在GT標準具的空腔中使用了偏振光和一個波長板。圖9描述了另一個實施例，其中可以創建兩個具有相位差的GT標準具。
圖9描述了利用GT標準具諧振峰值在入射光束角度改變時發生改變的現象來創建兩個具有相位差的GT標準具的實施例。如圖9所描述的，偏振光束分光器900，例如一個Wallaston稜鏡，將輸入光束B1分成其間具有一個角度的線性偏振光束B2和B3。光束B2和B3都指向一個空腔長度為d的GT標準具902，它被設計成可工作在理想信道頻率間隔上。由於其間的角度，光束B2和B3具有不同的入射角。這使得GT標準具902對於光束B2的諧振峰值被從GT標準具902對於光束B3的諧振峰值上偏移開。舉例來說，如果光束B3在GT標準具902上的入射角是0.65度，光束B2在GT標準具902上的入射角是～1.1度，那麼在25GHz的諧振峰值上有一個偏移。這對使用50GHz信道頻率間隔的應用來說是一個適當的偏移，因為如上面描述的，對諧振峰值來說，優選的它被偏移了標準具自由光譜範圍(FSRGT)的1/2，而這等於信道的頻率間隔。
如上面討論的，圖5a的實施例提供了減少了的色散。對例如25GHz的較小信道頻率間隔來說，色散幅度是～100ps/nm。不幸的是，對一些應用來說，這個色散值並不能被接受。因比，圖10a、11a以及12a描述了進一步減少圖5a中幹涉儀500所產生色散的實施例。所有這三個實施例的基礎是提供一個設備以產生互補的色散分布，以補償幹涉儀的初始色散分布。該互補的色散分布具有與初始色散分布相似的周期性和幅度，但是互補的分布被偏移，這樣一個分布的正斜率與另一個分布的負斜率相校準。因此，總的色散被大為減少。
圖10a描述了通過將圖5的幹涉儀與另一個相似的幹涉儀級聯，進一步減少圖5a實施例中色散的一個實施例。如所示，與幹涉儀500相似的幹涉儀1000具有一個第二幹涉儀1002，它與幹涉儀1000相似，被級聯放置在幹涉儀1000的一個輸出上，還包括一個第三幹涉儀1004，它也與幹涉儀1000相似，並被級聯放置在幹涉儀1000的另一個輸出上。
當攜帶一組信道的光束B1被輸入到幹涉儀1000時，第一信道子集(例如偶ITU信道)作為光束B2輸出到幹涉儀1002，其中包含一些剩餘色散，而第二信道子集(例如奇ITU信道)作為光束B3輸出到幹涉儀1004，也具有一些剩餘色散。幹涉儀1002補償光束B2中的這種剩餘色散並輸出色散分布進一步減少的第一信道子集。幹涉儀1004補償光束B2中的這種剩餘色散並輸出色散分布1030進一步減少的第二信道子集。
如上面結合圖5a所描述的，對幹涉儀1000的優選實施例來說，幹涉儀1000使GT標準具1006的有效空腔長度偏移了λ/4(也就是d+λ/4)，並且有效光程差也被偏移了λ/4(也就是L+λ/4)。這減少了幹涉儀1000的色散。幹涉儀1000的剩餘色散具有周期為信道頻率間隔一半的準周期的構造。幹涉儀1000的示範性色散分布在圖10b中用線1020說明。
由於幹涉儀1000剩餘色散的準周期性質，當幹涉儀1002和幹涉儀1004具有一個附加的有效空腔偏移和一個附加的有效光程差時，它們可以對其進行補償。附加的有效空腔偏移和附加的有效光程差偏移幹涉儀1002和1004的色散分布，以補償幹涉儀1000中的剩餘色散。幹涉儀1002和1004優選的具有一個四分之一信道頻率間隔的附加的有效空腔偏移和一個信道頻率間隔一半的附加有效光程差。因此，對幹涉儀1002來說，優選的具有一個GT標準具1012，該標準具在有效空腔長度中具有一個附加的λ/8偏移(也就是d+λ/4+λ/8)，並且在兩個GT標準具1012和1010之間的有效光程差中具有一個附加的λ/16偏移(也就是L+λ/4+λ/16)。同樣，對幹涉儀1004來說，優選的具有一個GT標準具1014，它在有效空腔長度中具有一個附加的λ/8偏移(也就是d+λ/4+λ/8)，並且在兩個GT標準具1014和1016之間的有效光程差中具有一個附加的λ/16偏移(也就是L+λ/4+λ/16)。
由於有效諧振腔長度中的λ/8偏移和有效光程差中的λ/16偏移，幹涉儀1002和幹涉儀1004各產生一個如上所述的偏移的色散分布。這由圖10b中的線1022說明。偏移的色散分布1022對色散分布1020進行補償，產生一個被減少的色散分布1030，如圖10c所說明的。
需要指出的是，如上所述級聯兩個幹涉儀會導致一個被減少的平坦的通帶。這在圖10d和10e中被概念性說明。圖10d說明了用於單獨信道的交織器1000的示範性通帶1040，以及用於相同信道的交織器1002或1004的示範性通帶1042。可以看出，幹涉儀1002或幹涉儀1004中的附加有效空腔偏移和附加有效光程差也導致在與通帶1040相關的通帶1042的中心頻率中產生一個偏移。平均通帶由線1046表示。合成的級聯通帶1048具有更高的隔離，也就是更為陡峭的側邊，但具有一個被減少的平坦通帶寬度。雖然平坦通帶被減少，但級聯排列改進了隔離，它提供了根據單個設備帶寬與隔離所作比較，找到更好折中辦法的能力。
從GT標準具部分反射塗層反射率為2.2％的圖10a的實施例中可以得到的典型的值如下所示
圖11概念性說明了進一步減少圖5a中色散的另一個實施例。該實施例與圖5的相似，只不過光束B2和B3是兩次或多次的多次通過各個GT標準具1120和1130。通過多次通過GT標準具1120和1130，而不使兩個幹涉儀的臂擺動，同時保持光程差，進一步減少了圖5實施例中剩餘的色散。隨著光束B2和B3通過各個GT標準具1120和1130的次數增加，更多的色散被減少。然而需要指出的是，隨著通過次數的增加，需要降低前板1124和1108的反射率，以給出相同的交織器輸出。另外，隨著前板1124和1108的反射等級的降低，反射率實際等級的靈敏度將會提高。例如，如果光束B2和B3四次通過的前板1124和1108的反射率變化大於0.1％，那麼將會觀察到分布中有顯著的變化。
圖11b和11c分別說明了二次通過和四次通過的光譜響應和色散分布。對一個二次通過來說，前板1124和1108的反射率為0.7％，而對於四次通過來說，反射率則降低到0.2％。可以在圖11b中看出，剩餘色散被減少到＜70ps/nm，並且由於色散斜率和線性的匹配，消除的效果也更為有效。如圖11c中所示，對四次通過及0.2％的前反射率來說，色散進一步降低到35ps/nm。
圖11d說明了光束B2和B3多次通過各基於偏振的GT標準具的一個實施例。一個線性偏振光束B1被入射到一個偏振分光器立方體1102上。光束B1具有相對於偏振分光器立方體1102有效高速軸45°的一個極化取向。這使得光束B1被分成兩束正交偏振的線性偏振光束B13和B12。光束B13指向GT標準具1120，光束B12指向GT標準具1130。光束B13和B12分別經過四分之一波長板1106和1107，這使得光束B13和B12成為圓偏振光束。被從它們重新經過的四分之一波長板的各臂上反射回來，使得光束B13和B12現在變成了線性偏振光，並具有一個與它們初始方向正交的極化取向。因此，被反射的光束B13在分光器的邊界面1122上被反射，而光束B13穿過分光器邊界面1122。
這導致光束B13和B12在分光器邊界面1122上組合之後，被指向屋脊狀的反射器1104。屋脊狀的反射器1104指引組合的光束B13和B12返回到分光器邊界面1122，在這裡光束B13作為光束B23被再次指向GT標準具1120，光束B12作為光束B22被再次指向GT標準具1130。光束B23和B22再次經過各GT標準具1130和1120，並返回分光器邊界面1122。臂間的有效光程差等於 使得二次通過產生一個淨有效光程差L+Δ。光束B23和B22在分光器邊界面上重新組合，並作為光束B4輸出。一個附加的偏振分光器(未示出)被用於將一組信道從另一組正交偏振的信道中分離出來。
圖12a描述了進一步降低圖5a實施例中色散的另一個實施例。在該實施例中，多空腔GT標準具1120和1230被用在邁克耳遜幹涉儀結構的臂上，在兩臂之間具有一個有效光程差。如所示，多空腔GT標準具1220和1230具有空腔長度為d的多個空腔，它被選擇工作在預定信道頻率間隔上，例如25GHz。
多空腔GT標準具1230的後腔1240與GT標準具530的空腔相似，是由具有較高反射(接近100％)塗層1206的後板1204和具有部分反射塗層1226的楔形中間板1224構成的。GT標準具1230的前空腔1222是由具有提供很低反射率的塗層1238的前板1236，和中間板1224構成的。同樣，多空腔GT標準具1220的後腔1242與GT標準具520的空腔相似，是由具有較高反射(接近100％)塗層1212的後板1214和具有部分反射塗層1210的楔形中間板1208構成的。GT標準具1220的前空腔1232是由具有提供很低反射率的塗層1244的前板1234，和中間板1208構成的。背面塗層1206和1212的優選反射率是99.5％，中間塗層1210和1226的是2.2％，以及前塗層1240和1238的是-39dB(對應於大約0.013％)。中間板1208和1224是楔形的，以防止來自前表面的任何後反射影響到前諧振腔1222和1232的功能。
與圖5a的實施例相似，GT標準具1230和1220相位相互輕微偏移，使得一個的正色散斜率與另一個的負色散斜率相校準。這優選的通過將GT標準具1230的每個有效空腔長度改變一個長度Δ來實現。優選的，長度Δ對應於空腔長度中大約λ/4的偏移。
同樣與圖5a的實施例相似，幹涉儀結構中的臂間具有一個光程差L，它優選的等於空腔長度d的一半。優選的，光程差L也被調整Δ。
與幹涉儀500一樣，當光束B1包含一組信道，當包含一組信道，例如ITU偶和奇信道的光束B2被輸入時，幹涉儀1200對信道進行解交織。光束B4的光譜響應導致光束B4攜帶第一信道子集，例如偶ITU信道，而光束B5的光譜響應導致光束B5攜帶第二信道子集，例如奇ITU信道。在相似的方式下，當攜帶第一信道子集(例如偶ITU信道)的光束B4和攜帶第二信道子集(例如奇ITU信道)的光束B5都被輸入交織器1200時，幹涉儀1200對信道進行交織。在這種情況下，光束B1被輸出，並攜帶該組信道(例如偶和奇信道)。
圖12b是圖12a的多空腔標準具實施例的固態方案，其中其上具有恰當塗層1206、1226、1238、1244以及1212的固體透明部件1250、1251、1252和1253限定了諧振腔。優選的，部件1250和1251要比部件1252和1253稍微長一點(也就是Δ)，其原因前面已被討論過。分光器1260是由三角形部分1262和一個梯形部分1264組成的，在它們之間放置了一個50/50的塗層1266。梯形部分1264具有正好固定在其中的光程差(也就是L或L+Δ)。
如從圖12c所看到的，幹涉儀1200具有與幹涉儀500相似的光譜響應。然而如圖12d中所示，幹涉儀1200具有一個更低的色散(線1275)，它是由反射率很低的前諧振腔1222和1232分別消除由後空腔1240和1242產生的色散而造成的。來自一個前空腔中的色散用線1280表示，而來自一個後空腔中的色散用線1285表示。這些附加的空腔並沒有擾亂光譜，但明顯對色散進行了補償。
可以從圖12c和12d中看出，從圖12a中具有反射率為2.2％的部分反射塗層和-39dB的很低反射率的實施例中可以得到的典型的值是
圖12e和圖12f說明了多空腔GT實施例的與偏振相關的方案。圖12e中所公開的實施例與圖12a的實施例相似，在每個臂上附加了一個光程延遲部分1250，並在每個空腔中外加了一個四分之一波長板1260。圖12f中公開的實施例與圖6b的實施例相似，只不過單空腔GT標準具600由一個多空腔標準具1290所替代。多空腔標準具1290包括一個前空腔1292和一個後空腔1294，它們由反射表面R1，R2和R3所限定。
另一種極大減少幹涉儀500出口的信號中色散的方法是在幹涉儀500的前面包含一個色散補償器590。色散補償器590向輸入信號B1中引入一個初始色散分布，它是對傳輸經過幹涉儀500所產生色散分布的互補。因此，系統總的色散將大為減少。該色散補償器590可以包含一個與標準具520和530具有相同FSR的GT標準具；然而，該GT標準具的前部分反射表面的最佳反射率與多空腔標準具1200前反射表面1238和1244的是相同的，也就是-39dB或0.013％。如上面討論的，GT標準具可以使用以固體或氣體填充的間隔組裝。優選的，色散補償器590包含一個法布裡-伯羅(F-P)標準具，其FSR是標準具520和530的FSR的一半，例如，對25GHz的交織器來說等於12.5GHz。遵循幹涉儀500的前述示例，其中前反射表面510和526的反射率是2.2％，色散補償器590的F-P標準具的部分反射表面也應為2.2％，以提供對幹涉儀500的色散分布進行互補的色散分布，也就是說，被充分偏移，使得一個分布的正色散斜率與另一個的負色散斜率相聯合。
圖12g說明了在一臂上具有多空腔標準具1230』(參見附圖12a)和在另一臂上具有一個單空腔標準具520』的本發明的混合方案。具有單空腔標準具520』的臂上包含L+Δ延遲線。單空腔標準具520』具有一個前反射塗層510』，其範圍優選的是在0％和2％之間，和一個後反射塗層512』，其範圍優選是接近100％。多空腔標準具1230』具有一個前反射塗層1238』，其範圍優選是在0％和2％之間，還具有一個中間反射塗層1226』，優選的處於20％和50％之間，以及一個後反射塗層1206』，優選的接近100％。在這個實施例中，前空腔1222』被從後空腔1240』偏移了Δ。圖12h和12i表示圖12g中交織器的典型光譜響應。在圖12h中，前反射塗層510』和1238』都具有0.8％的反射率，中間反射塗層1226』具有35％的反射率，後反射塗層都具有99.99％的反射率。在圖12i中，前反射塗層510』和1238』都具有0.1％的反射率，中間反射塗層1226』具有35％的反射率，後反射塗層都具有99.99％的反射率。與圖5d、11b和11c的光譜響應相比較，從混合交織器的響應中很明顯看出，通帶的兩邊更為陡峭，而只有很少或沒有通帶寬度的損失。
圖13a說明了本發明的SEI方案，其中單空腔1300包含具有的低反射率塗層的前板和後板1305和1310，例如2.2％。ULE襯墊1315和1320為50GHz的交織器將板保持在相隔d＝2L＝c/(η FSR cos(θ))＝5994.2微米的距離上。一個輸入波導管1325將輸入信號發射到標準具1300，而第一輸出波導管1330收集被反射光束，第二輸出波導管1335收集被傳輸的光。例如對被傳輸範圍來說，輸出波導管中的一個，在第一耦合器1340中的初始耦合之前，具有一個附加的λ/4路徑長度，例如387.5nm，並且在第一耦合器1340和第二耦合器1345之間具有一個附加的路徑長度L，例如2997.1。在第二耦合器1345中耦合之後，第一組信道，例如奇ITU信道被輸出到第一輸出埠1350，而第二組信道，例如偶ITU信道被輸出到第二輸出埠1355。與前面所提到的雙GT交織器一樣，上面描述的經修改的SEI交織器提供一個平頂交織器，並且在通帶中具有很低的色散(也就是±30ps/nm)。
圖13b說明了SEI的多空腔方案，其中標準具1300由包含第一空腔1380、第二空腔1385和第三空腔1390的多空腔標準具1375所替換。
圖14中說明了SEI交織器的微光學系統的方案。被傳輸和反射的區段傳輸經過的是自由空間，而不是波導管。一個反射鏡1410將從標準具1400反射的光線(多諧振腔中的單個)反射到一個50/50的分光器/光組合器1415，而反射鏡1420將被傳輸的光線反射到該處。反射鏡1420凹進以提供λ/4的路程差。相似的，反射鏡1425直接將來自分光器/光組合器1415的光線反射回到分光器/光組合器1415以重新組合，而反射鏡1430直接將來自分光器/光組合器1415的光線傳輸回到分光器/光組合器以重新組合。反射鏡1430凹進以提供一個路徑差L。在重新組合之後，包含第一組信道，例如奇ITU信道的光線被輸出到第一輸出埠1435，而包含第二組信道，例如偶ITU信道的光線被輸出到一個第二輸出埠1440。
圖15說明了圖13中SEI交織器的替換方案，其中一個環形諧振腔1500代替了標準具1300。與前面一樣，一個多環諧振腔可以代替單環諧振腔1500。儘管前面示出並描述了多個優選實施例，需要理解的是並沒有將本發明限制在這種公開中，而寧可說是所有的修改和替換結構都落入本發明的實質和範圍內，就如在附加的權利要求中所限定的那樣。例如，特定的反射率範圍被引入以描述優選實施例，並且不應被用於限制本發明的範圍。
權利要求
1.一種具有預定自由光譜範圍(FSR)的幹涉儀，包括一個用於發射輸入光束的第一埠；一個第一分光器，用於將輸入光束分成指向沿第一光程的第一子光束和指向沿第二光程的第二子光束；一個第一諧振器，具有一個第一有效空腔長度，用於接收所述第一子光束並將所述第一子光束指向第一幹涉位置；一個第二諧振器，具有一個第二有效空腔長度，用於接收所述第二子光束並將所述第二子光束指向第一幹涉位置，以便於與第一子光束幹涉，由此形成一個包含第一組波長信道的第一輸出信號和一個包含第二組波長信道的第二輸出信號；一個用於輸出第一輸出信號的第二埠；和一個用於輸出第二輸出信號的第三埠；其中所述第一光程和所述第二光程具有一個有效光程差，大約等於所述第一有效空腔長度的一半。
2.根據權利要求1的幹涉儀，其中第一和第二諧振器各是一個從包含GT標準具、多空腔GT標準具、環形諧振器以及多環諧振器的組中選出的諧振器。
3.根據權利要求1的幹涉儀，其中所述第一和第二有效空腔長度是不同的；由此所述第一諧振器與所述第二諧振器具有相位差，使所述第一諧振器色散分布的正色散斜率大致與所述第二諧振器色散分布的負色散斜率相校準，產生互補色散分布以減少幹涉儀總的色散。
4.根據權利要求3的幹涉儀，其中所述第一有效空腔長度大約是2L＝c/(2x FSRxηxcos(θ))，其中c是光速，η是第一和第二諧振器中空腔的折射率，θ是子光束在諧振器上的入射角；其中所述第二有效空腔長度大約等於2L+Δ，其中Δ等於+/-n(FSR/2)或+/-n(λc/4)，其中λc是輸入光束的中心波長，n是一個自然數；以及其中所述第一路徑實際上比第二路徑長L+Δ。
5.根據權利要求4的幹涉儀，其中第一諧振器是一個第一GT標準具並且第二諧振器是一個第二GT標準具；其中所述第一GT標準具的第一前反射表面具有在大約1％和大約5％之間的反射率；並且其中所述第二GT標準具的第二前反射表面具有在大約1％和大約5％之間的反射率。
6.根據權利要求1的幹涉儀，其中分光器將輸入光束分成正交偏振的第一和第二子光束；並且其中第一與偏振相關的延遲部分被放置在第一光程中，以便於在第一子光束的第一和第二成分之間產生有效光程差；以及其中第二與偏振相關的延遲部分被放置在第二光程中，以便於在第二子光束的第一和第二成分之間產生有效光程差。
7.根據權利要求6的幹涉儀，進一步包括一個放置在第一諧振器中的第一相位偏移部件，用於為第一子光束的第一和第二成分產生一個有效空腔長度；以及一個放置在第二諧振器中的第二相位偏移部件，用於為第二子光束的第一和第二成分產生一個有效空腔長度；由此所述第一成分的色散消除了所述第二成分的色散，從而降低了第一和第二輸出信號的總的色散。
8.根據權利要求6或7的幹涉儀，其中第一諧振器包括一個第一GT標準具並且第二諧振器包括一個第二GT標準具；以及其中所述第一GT標準具的第一前反射表面具有在大約1％和5％之間的反射率；以及其中所述第二GT標準具的第二前反射表面具有在大約1％和5％之間的反射率。
9.根據權利要求6的幹涉儀，其中所述第一和第二諧振器中至少一個是多空腔GT標準具。
10.根據權利要求3的幹涉儀，其中所述第一和第二諧振器都是多空腔GT標準具，並且包括第一和第二空腔；其中所述第一多空腔GT標準具的第一和第二空腔各具有一個大約為2L＝c/(2x FSRxηxcos(θ))的有效空腔長度，其中c是光速，η是多空腔GT標準具中空腔的折射率，θ是子光束在多空腔GT標準具上的入射角；其中所述第二多空腔GT標準具的第一和第二空腔各具有一個大約等於2L+Δ的有效空腔長度，其中Δ等於+/-n(FSR/2)或+/-n(λc/4)，其中λc是輸入光束的中心波長，n是一個自然數；以及其中所述第一路徑實際上比第二路徑長L+Δ。
11.根據權利要求10的幹涉儀，其中所述第一和第二多空腔GT標準具的第一前反射表面具有一個實際上在0％和0.1％之間的反射率；其中所述第一和第二多空腔GT標準具的第二反射表面具有一個實際上在1％和5％之間的反射率；以及其中所述第一和第二多空腔GT標準具的第三反射表面具有一個實際上在95％和100％之間的反射率；由此第一空腔所產生的色散被第二空腔所產生的色散消除。
12.一種具有預定自由光譜範圍(FSR)的幹涉儀，包括一個與偏振相關的延遲部分，在輸入光束的正交偏振成分之間產生一個大約為L的有效光程差；一個光耦合到所述與偏振相關的延遲部分的諧振器，具有一個實際上為2L的空腔長度；由此當輸入光束的正交偏振成分被重新組合時，形成一系列具有預定偏振圖形的波長信道。
13.根據權利要求12的幹涉儀，進一步包括至少一個被布置在所述諧振器空腔中的相位偏置部件，用於為輸入光束的正交偏振成分而在有效空腔長度中產生一個差值Δ；以及其中所述有效光程差實際上等於L+Δ。
14.根據權利要求13的幹涉儀，其中所述空腔長度大約等於2L＝c/(2xFSRxηxcos(θ))，其中c是光速，η是空腔的折射率，θ是輸入光束在諧振器上的入射角；以及其中所述有效空腔長度差Δ大約等於+/-n(FSR/2)或+/-n(λc/4)，其中λc是輸入光束的中心波長，n是一個自然數。
15.根據權利要求14的幹涉儀，其中所述諧振器是一個多空腔GT標準具，包括第一和第二空腔，每個空腔具有一個實際為2L的空腔長度；其中所述多空腔GT標準具的第一前反射表面具有一個實際上在0％和0.1％之間的反射率；其中所述多空腔GT標準具的中間反射表面具有一個實際上在1％和5％之間的反射率；以及其中所述多空腔GT標準具的後反射表面具有一個實際上在95％和100％之間的反射率；由此第一空腔所產生的色散被第二空腔所產生的色散消除。
16.一種具有預定自由光譜範圍(FSR)的幹涉儀，包括一個光諧振器，具有一個發射輸入光束的第一埠，一個從諧振器中輸出反射光的第二埠，一個從諧振器輸出被傳輸的光的第三埠，以及一個有效空腔長度；以及第一耦合裝置，用於組合來自光諧振器的被反射和被傳輸的光，其中被反射和被傳輸的光在光諧振器和第一耦合裝置之間具有大約等於有效空腔長度一半的第一有效光程差。
17.根據權利要求16的幹涉儀，進一步包括一個第二耦合裝置，用於組合來自光諧振器的被反射和被傳輸的光，其中被反射和被傳輸的光在大約+/-n(λc/4)或+/-n(FSR/2)之間具有一個第二有效光程差，其中λc是輸入光束的中心波長，n是一個整數。
18.根據權利要求16或17的幹涉儀，其中光諧振器被從包含環形諧振器、多環諧振器、法布裡-伯羅標準具以及多空腔法布裡-伯羅標準具的組中選出。
全文摘要
本發明涉及低色散交織器，更具體涉及對光波長信道的交織和解交織來說有用的幹涉儀。通常本發明包括一個分光器和兩個諧振器，例如GT標準具或環形諧振器。分光器將輸入光束分成指向沿第一路徑第一子光束和指向沿第二路徑的第二子光束。第一諧振器具有一個第一有效空腔長度並接收第一子光束。第二諧振器具有一個第二有效空腔長度並接收第二子光束。第一路徑和第二路徑具有大約等於第一有效空腔長度一半的一個有效光程差。在一個實施例中，GT標準具的前板具有一個不同的反射率，並被選擇提供一個理想的光譜響應。在另一個實施例中，兩個諧振器彼此輕微的相位偏移，這樣第一諧振器的正色散斜率與第二諧振器的負色散斜率相校準。
文檔編號G02B6/34GK1407750SQ0212371
公開日2003年4月2日 申請日期2002年2月27日 優先權日2001年2月27日
發明者奈傑爾·科普納, 基姆·L·譚, 克里斯多福·J·亞伯拉罕, 託馬斯·杜斯利爾, 瑪麗·J·皮卡德 申請人:Jds尤尼費斯公司(加拿大), Jds尤尼費斯公司(美國)