使光信号极少或不扩散的交织器/解交织器 本发明涉及光学设备，尤其是涉及具有使光信号极少或不扩散的折叠式设计的交织器/解交织器。
例如随着Internet使用的普及、通信类型的增加以及人口增长，对通信使用的日益增长，要求通信提供商提供更大的话音和数据传输能力。为减少提供扩容所需的成本和耗费的时间，已经开发了无需铺设新光缆、却提供扩容的波分复用(WDM)和密集波分复用(DWDM)技术。
WDM和DWDM技术通过在不同光波长或信道上传输不同信号，能组合多个光信号到一根光纤。光信道的交织和解交织典型地利用薄膜光纤实现。然而这就要求利用多层薄膜来交织和解交织多路信号，因此使成本增加，组成部分更为复杂。用于过滤的多层薄膜的另一个缺陷是：薄膜日久容易断裂，尤其是在高功率条件下工作时。
由此需要一种用于WDM和/或DWDM光信号的改进的光学设备。1986年2月28日颁发给Carlsen等人的美国专利No.4,566,761；1987年8月11日颁发给Carlsen等人的No.4,685,773；以及1997年12月2日颁发给Wu等人的No.5,694,233中公开了对改进光学设备所作的初次尝试。
由此，本发明涉及的一种交织器/解交织器装置包括：
第一端口，用于输入或输出第一极化光信号，第一光信号包括具有第一信道分组的第二光信号，以及具有第二信道分组的第三光信号；
第二端口，用于输出或输入第二光信号；
第三端口，用于输出或输入第三光信号；
光学耦合第一、第二和第三端口的一个双折射组件，从而在第二信号首次通过该双折射组件后，离开该组件时的极性正交于第三信号的极性；
第一光束分离/组合装置，用于将由第一端口输入的第一信号分离为第二信号和第三信号，或用于将由第二端口输入的第二信号和由第三端口输入地第三信号组合为第一信号；以及
第一反射装置，用于引导第二和第三信号分别沿第二和第三路径第二次通过双折射组件返回，第二和第三路径基本上平行于传输第一信号的第一路径；用于分别经第二和第三端口输出；或用于反射第二和第三信号，第二和第三信号在第一次通过期间沿第二和第三路径传输，并一起沿第一路径第二次通过双折射组件返回。
本发明通过实例来描述，且不受附图中的例图限制，附图中类似的附图标记指示类似的器件。
图1为从100GHz间隔的光信道配置转换为200GHz间隔的光信道配置的概念示意图。
图2为用于从50GHz间隔的光信道配置转换为200GHz间隔的光信道配置的一个光学解交织器实施例的方框图。
图3为用于从200GHz间隔的光信道配置转换为50GHz间隔的光信道配置的一个光学交织器实施例的方框图。
图4a为具有一个1/4波镜反射器的一种光学交织器/解交织器实施例的顶视图。
图4b为具有一个1/4波镜反射器的一种光学交织器/解交织器实施例的侧视图。
图5a为具有作为反射器的多个半波片和一个1/4波镜的一种光学交织器/解交织器实施例的顶视图。
图5b为具有作为反射器的多个半波片和一个1/4波镜的一种光学交织器/解交织器实施例的侧视图。
图6a为具有作为反射器的多个半波片和一个90°棱镜的一种光学交织器/解交织器实施例的顶视图。
图6b为具有作为反射器的多个半波片和一个90°棱镜的一种光学交织器/解交织器实施例的侧视图。
图7a为具有作为反射器的多个半波片和一个极化光束分离器及反射棱镜组件的一种光学交织器/解交织器实施例的顶视图。
图7b为具有作为反射器的多个半波片和一个极化光束分离器及反射棱镜组件的一种光学交织器/解交织器实施例的侧视图。
图8a为可用于例如图4-7的交织器/解交织器的一种分离器结构的侧视图。
图8b为可用于例如图4-7的交织器/解交织器的一种分离器结构的截面视图。
图9a为具有作为反射器的一个分离用的离散晶体和一个1/4波镜的一种光学交织器/解交织器实施例的顶视图。
图9b为具有作为反射器的一个分离用的离散晶体和一个1/4波镜的一种光学交织器/解交织器实施例的侧视图。
图10为可用于例如图9的交织器/解交织器、一种基于离散晶体的分离器实施例的侧视图。
图11a示意了引起扩散的一种双路折叠式交织器/解交织器实施例的顶视图。
图11b示意了引起扩散的一种双路折叠式交织器/解交织器实施例的顶视图。
图12示意了图11a和11b的双路折叠式交织器/解交织器实施例的侧视图。
图13示意了双路折叠、无扩散的交织器/解交织器实施例的顶视图。
图14示意了图3的双路折叠交织器/解交织器实施例的侧视图。
图15示意了图13和图14示意的双路光学交织器/解交织器的极化状态的截面图。
图16a示意了引起扩散的一种多路光学交织器/解交织器实施例的顶视图。
图16b示意了与图16a交织器/解交织器相比，扩散减少的多路光学交织器/解交织器实施例的顶视图。
图17a示意了图16a的多路光学交织器/解交织器的侧视图。
图17b示意了图16b的多路光学交织器/解交织器的侧视图。
图18a示意了引起扩散的一种双路折叠交织器/解交织器实施例的顶视图。
图18b示意了极少或不扩散的一种双路折叠交织器/解交织器实施例的顶视图。
图19a示意了对于前向通过的水平极化光信号来说，极少或不扩散的交织器/解交织器的代表性的传输、时延和扩散特性。
图19b示意了对于前向通过的垂直极化光信号来说，极少或不扩散的交织器/解交织器的代表性的传输、时延和扩散特性。
图20a示意了对于反向通过的水平极化光信号来说，极少或不扩散的交织器/解交织器的代表性的传输、时延和扩散特性。
图20b示意了对于反向通过的垂直极化光信号来说，极少或不扩散的交织器/解交织器的代表性的传输、时延和扩散特性。
图21为提供光学交织器/解交织器减少或不扩散的一个方案的总结表。
本发明描述了极少或不扩散光信号的折叠式交织器/解交织器。在下面的描述中，为方便说明，陈述了大量的具体细节以便提供对本发明的全面理解。然而，本领域的技术人员知道，没有这些具体细节也可实现本发明。另外，结构和设备用方框图形式示出，目的是避免难以理解本发明。
在说明书中参照“一个实施例”或“实施例”意味着根据该实施例描述的特定特征、结构和特性包含于本发明的至少一个实施例中，在说明书的不同地方出现的术语“在一个实施例中”不必都指的是同一个实施例。
本发明描述了用于组合/分离光信道的交织器/解交织器。当光信号沿一条多次通过一个双折射组件的光路径传输时，该交织器/解交织器装置描述为折叠式。双路指的是光信号沿一条两次通过该双折射组件的(折叠)路径传输。多路指的是光信号沿一条三次或更多次通过该双折射组件的(折叠)路径传输。当用作解交织器时，交织器/解交织器将一个光信号(例如，WDM信号)分离为光信号分组(例如，信道)。在一个实施例中，解交织光信号将一个光信号分离为偶数和奇数国际电信联盟(ITU)信道。
当用作交织器时，交织器/解交织器将光信号分组(例如，信道)混频为一个复用的(例如，WDM、DWDM)光信号。交织器/解交织器装置可用于增加光学网络的带宽。例如，交织器/解交织器可用于对接设计用于第一信道间隔的组件(例如，100GHz)与设计用于第二信道间隔的组件(例如，200GHz)。在一个实施例中，交织组合偶数和奇数ITU信道为单个光信号。
折叠式交织器/解交织器的双折射组件会引起扩散，因为光信号的正常光束通过双折射组件的速度不同于光信号的异常光束通过双折射组件的速度。为减少或消除两次或多次通过双折射组件的光信号的扩散，光信号的极性被反相以交替通过双折射晶体。例如，如果信号第一次通过双折射晶体时被水平极化，那么旋转该信号使其第二次通过双折射晶体时被垂直极化。信号第三次通过双折射组件时被再次旋转，以再次被水平极化。
图1示意了从100GHz间隔的光信道配置转换为200GHz间隔的光信道配置的原理。图1的转换可用于例如，使工作于200GHz间隔光信道配置的设备能与工作于100GHz间隔光信道配置的其它设备或网络相互作用。例如，100GHz间隔和200GHz间隔之间的转换使得网络带宽增加，而无需升级与网络相互作用的所有设备。
在一个实施例中，图1的转换器为解交织器，用于将具有偶信道和奇信道(例如ITU信道)的光信号分离为包含偶信道的第一光信号和包含奇信道的第二光信号。信号被解交织后，奇信道有200GHz的间隔，而偶信道也有200GHz的间隔。将偶信道和奇信道重组为单个光信号可通过交织器实现。换句话说，具有200GHz间隔的偶信道和奇信道可组合(交织)为一个具有100GHz信号间隔的光信号。对于100GHz间隔和50GHz间隔的光信道之间的转换，以及其它光信道间隔配置分组之间的转换也可提供类似的交织。
图2为用于从50GHz间隔的光信道配置转换为200GHz间隔的光信道配置的一种光学解交织器实施例的方框图。一般来讲，解交织器20包括用于从一组50GHz间隔光信道转换为两组100GHz间隔光信道的解交织器21。解交织器20还包括两个解交织器(22和23)，每个解交织器22或23将其中一组100GHz间隔光信道转换为两组200GHz间隔光信道。解交织器20使得用于200GHz间隔光信道的设备能与用于50GHz间隔光信道的设备或网络相互作用。
光纤28传输一组50GHz间隔的信道i。解交织器21将该组信道分离为偶信道组2(j+1)和奇信道组2j+1。偶信道输入到解交织器23，而奇信道输入到解交织器22。奇偶信道均具有100GHz的间隔。
解交织器22和23用于进一步分离该组信道。从原理上讲，解交织器22和23工作于各自的100GHz间隔光信道，以将输入信道分离为“偶”信道和“奇”信道。由解交织器22和23输出的信道组具有200 GHz的间隔。
解交织器22将奇信道分离为两组信道：奇-奇信道4k+1，由光纤24输出；和奇-偶信道4k+2，由光纤25输出。解交织器23将偶信道分离为两组信道：偶-奇信道4k+3，由光纤26输出；和偶-偶信道4(k+1)，由光纤27输出。
由解交织器20输出的四组信道均为200 GHz间隔的信道。因此，解交织器20可用于对接一个或多个工作于200 GHz间隔的设备和一个或多个工作于50GHz间隔的设备或网络。也可支持其它信道间隔。
图3为用于从200 GHz间隔的光信道配置转换为50 GHz间隔的光信道配置的光学交织器的方框图。一般来讲，交织器30包括用于将两组200 GHz间隔的光信道转换为一组100 GHz间隔的光信道的交织器31。类似地，交织器32将两组200 GHz间隔的光信道转换为一组100 GHz的光信道。交织器33将两组100 GHz间隔的光信道转换为一组50 GHz间隔的光信道。交织器30使得用于200 GHz间隔光信道的设备能与用于50 GHz间隔光信道的设备或网络相互作用。
200 GHz间隔的奇-奇信道4k+1经光纤34输入到交织器31。200GHz间隔的奇-偶信道4k+2经光纤35输入到交织器31。交织器31交织奇-奇信道和奇-偶信道，以生成一组100GHz间隔的奇信道2j+1。
200 GHz间隔的偶-奇信道4k+3经光纤36输入到交织器32。200GHz间隔的偶-偶信道4(k+1)经光纤37输入到交织器32。交织器32交织偶-奇信道和偶-偶信道，以生成一组100GHz间隔的偶信道2(j+1)。
交织器33交织偶信道和奇信道以生成50 GHz间隔的一组信道i。因此，交织器30使得工作于200 GHz间隔光信道的设备能与工作于50GHz间隔光信道的设备相互作用。也可支持其它信道间隔。
图4a为具有1/4波镜反射器的一种光学交织器/解交织器实施例的顶视图。图4a的箭头对应于用作解交织器的交织器/解交织器。换句话说，携带多个频率的信息的光信号，例如波分复用信号(WDM)，被接收并被分离为两个光信号，每个这种光信号包括一个来自该输入光信号的预定频率分组(例如，偶信道和奇信道)。
一个光信号通过端口100接收。在一个实施例中，端口100为具有GRIN透镜的准直器组件用来准直光束。也可使用其它类型的透镜，或接收预先准直的光束。准直的光束送入分离器110。下面将参考图8a和图8b详细描述可用于提供分离器110的一个分离器实施例；然而也可使用其它分离器，例如图10中的分离器。
光信号接着通过离散晶体115，离散晶体115能分离光信号的正常光束和异常光束。其中一个光束通过半波片170。半波片170能在光信号的正常分量和异常分量之间引入180°的相对相差。
准直的光信号通过离散晶体160和离散晶体165之间的开口送入双折射器件120。在一个实施例中，双折射器件120由两个晶体组成，这两个晶体一起提供长度为L的光路径，它们可被选择用来在工作温度范围内提供相比单双折射晶体改善的热稳定性。在一个实施例中，一个晶体为TIO2晶体，而另一个晶体为YVO4晶体，它们的厚度使得能提供100 GHz的交织器/解交织器功能，然而，也可使用其它尺寸用于其它信道间隔。也可使用其它双折射器件，例如，如果温度稳定性不重要，可使用单晶体，或者可使用其它双晶体的双折射器件。在一个实施例中，双折射器件120成45°方位角放置；然而也可使用其它方位角。
光信号接着通过双折射器件125。在一个实施例中，双折射器件125由两个晶体组成，这两个晶体共同提供长为2L的光路径。在一个实施例中，一个晶体为TIO2晶体，而另一个晶体为YVO4晶体。也可使用其它单晶体双折射器件。在一个实施例中，双折射器件125的方位角为-12°；然而也可使用其它方位角。
光信号接着通过离散晶体130，在此分离正常光束和异常光束。光束接着通过1/4波片140并被1/4波镜150反射。1/4波片140和1/4波镜150的组合，通过为前向和反向通过的光信号提供正交方位来减小由交织器/解交织器引起的扩散。可用一个校准器替代1/4波镜150，以改善信道截面区的分离，以及消除由1/4波镜引起的任何返回损耗。
1/4波镜150通过离散晶体130、双折射器件125和双折射器件120将光信号返回至离散晶体160和165。离散晶体165将光信号送入离散晶体185和分离器187直至端口195。类似地，离散晶体160将光信号送至离散晶体180和分离器182直至端口190。在大多数情况下，离散晶体160可用简单的反射棱镜替代。
双折射器件120和125、1/4波片140和1/4波镜150的作用在于，分离(解交织)具有预定频率间隔、自由频谱范围(FSR)的光信号组。分离的信道FSR可为，例如国际电信联盟(ITU)规定的200 GHz或100 GHz，或者使用其它FSR值(例如50 GHz、25 GHz)。
为用作交织器，两组光信号输入到端口190和195。分离器110、182和187的方位与图4a示意的解交织器实施例相反。这两组光信号以与上述的解交织器功能反相的方式组合。组合(交织)的光信号通过端口100输出。因此，图4a示意的装置既可用作交织器，也可用作解交织器。
图4b为具有1/4波镜反射器的一种光学交织器/解交织器实施例的侧视图。如同图4a一样，图4b的箭头对应于用作解交织器时的操作。图4b为端口190和离散晶体130方向的侧视图。
当用作解交织器时，输入到交织器/解交织器的光信号传输到离散晶体130，如图4a所示。离散晶体130偏移光信号，以便当光信号被反射时，一组光信号通过离散晶体130的第一部分，而第二组光信号通过离散晶体130的第二部分。
如上所述，这两个光信号反射至离散晶体160和离散晶体165。离散晶体160和165将光信号偏移以分别对准分离器182和187，信号通过端口190和195输出。
图5a为具有作为反射器的多个半波片和一个1/4波镜的一种光学交织器/解交织器实施例的顶视图。图5a的箭头示意以解交织器的方式工作。图5a的交织器/解交织器的工作方式类似于图4a和图4b的交织器/解交织器，除了双折射器件220和225的方位角为0°。半波片210、230、240和245的位置如图5a所示。
半波片210位于反射棱镜160和165与双折射器件220之间。在一个实施例中，半波片210成22.5°的方位角放置。在其它可选实施例中，可使用其它方位角。
半波片230位于双折射器件220和双折射器件225之间。在一个实施例中，半波片220成-28.5°的方位角放置°。在其它可选实施例中，可使用其它方位角、其它材料和其它厚度。
半波片240和245位于双折射器件225和离散晶体230之间。从双折射器件225到达离散晶体230的光信号通过半波片240。从离散晶体230到达双折射器件225的光信号通过半波片245。在一个实施例中，半波片240和245分别成-6.5°和38.5°的方位角放置。在其它可选实施例中，可使用其它方位角、其它材料和其它厚度。
为用作交织器，两组光信号输入到端口190和195。分离器110、182和187的方位与图4a示意的解交织器实施例反相。这两组光信号以与上述的解交织器功能反相的方式组合。组合(交织)的光信号通过端口100输出。因此，图4a示意的装置既可用于交织器，也可用于解交织器。
图5b为具有作为反射器的多个半波片和一个1/4波镜的一种光学交织器/解交织器实施例的侧视图。如同图5a，图5b的箭头对应于解交织器时的操作。图5b是端口190和离散晶体130方向的侧视图。
当用作解交织器时，输入到交织器/解交织器的光信号传输到离散晶体130，如图5a所示。离散晶体130偏移该光信号以便当光信号被反射时，一组光信号通过离散晶体130的第一部分，而第二组光信号通过离散晶体130的第二部分。
这两个光信号反射至反射棱镜160和165，如上所述。反射棱镜160和165偏移该光信号以分别对准分离器182和187。信号通过端口190和195输出。
图6a为具有作为反射器的多个半波片和一个90°棱镜260的一种光学交织器/解交织器实施例的顶视图。该交织器/解交织器的其余组件与图5a和图5b的相同。在一个可选实施例中，该交织器/解交织器的其余组件可与图4a和图4b的相同。图6b为具有作为反射器的多个半波片和一个90°棱镜260的一种光学交织器/解交织器实施例的侧视图。
图7a为具有作为反射器的多个半波片和一个极化光束分离器与反射棱镜组件270的一种光学交织器/解交织器实施例的顶视图。该交织器/解交织器的其余组件与图5a和图5b的相同。在一个可选实施例中，该交织器/解交织器的其余组件可与图4a和图4b的相同。图7b为具有作为反射器的多个半波片和一个极化光束分离器与反射棱镜组件270的一种光学交织器/解交织器实施例的侧视图。
图8a为可用于例如是图4-7交织器/解交织器的一种分离器结构的侧视图。一般来讲，图8a的分离器使得光信号能在一个方向通过，并分离反方向通过的光信号。分离光信号的角度取决于光楔281和283的角度。
在一个实施例中，光楔281和283和柘榴石282配置于永磁铁的盒子280内。在其它可选实施例中，盒子280产生一个电控磁场。在一个实施例中，柘榴石282为使通过柘榴石282的光信号极性旋转45°的45°柘榴石。
在一个实施例中，光楔281和283的楔角在5°～25°的范围内(例如，≈10°)。在一个实施例中，光楔281和283由YVO4构成；然而也可使用其它材料。光楔281和283在x轴和y轴之间有预定角度。在一个实施例中，光楔281的角度为22.5°，而光楔283的角度为-22.5°。在其它可选实施例中，也可使用其它角度。图8b为可用于例如是图4-7交织器/解交织器的一种分离器结构的截面图。
图9a为具有作为反射器的一个分离用的离散晶体和一个1/4波镜的一种光学交织器/解交织器的顶视图。图9a的箭头对应于用作解交织器的交织器/解交织器。
光信号通过端口300接收。在一个实施例中，端口300为具有GRIN透镜的用于准直光束的准直器组件。也可使用其它类型的透镜，或接收预先准直的光束。准直的光束送入离散晶体分离器310。下面将参考图10详细描述能用于提供分离器310的一种离散晶体分离器的实施例。
准直的光信号通过反射棱镜160和165之间的开口送入半波片320。在一个实施例中，半波片320成22.5°的方位角放置；然而也可使用其它方位角。
光信号接着送至双折射器件325。在一个实施例中，双折射器件325由两个晶体组成，这两个晶体共同提供长为L的光路径，它们被可选择用于提供在工作温度范围内比单双折射晶体改善的热稳定性。在一个实施例中，一个晶体为TIO2晶体，而另一个晶体为YVO4晶体；然而也可使用其它晶体。也可使用其它双折射器件，例如，如果温度稳定性不重要，可使用单晶体，或可使用其它双晶体双折射组件。在一个实施例中，双折射器件325成0°的方位角放置；然而也可使用其它方位角。
光信号接着通过半波片330。在一个实施例中，半波片330成-28.5°的方位角放置。在其它可选实施例中，也可使用其它厚度、材料和/或方位角。
光信号接着通过光路径长为2L的双折射器件335。在一个实施例中，双折射器件335由TiO2组成，而第二晶体为YVO4晶体；然而也可使用其它尺寸。也可使用其它双折射器件，例如，可使用单晶体，或使用其它双晶体双折射组件。在一个实施例中，双折射器件335的方位角为0°；然而也可使用其它方位角同时改变方位角。
光信号接着通过半波片340和342。在一个实施例中，半波片340的方位角为-6.5°，而半波片342的方位角为38.5°；然而也可使用其它方位角。光信号接着送至离散晶体345，在此分离正常光束和异常光束。光束接着通过1/4波片350，并被1/4波镜360反射。
1/4波镜360通过离散晶体340、双折射器件335和325以及半波片340、342、330和320将光信号反射回至反射棱镜370和375。反射棱镜370将光信号送至离散晶体380直至端口390。类似地，反射棱镜375将光信号送至离散晶体385直至端口395。
为用作交织器，两组光信号输入端口390和395。这两组光信号以与上述的解交织器功能反相的方式组合。组合(交织)的光信号通过端口300输出。因此，图9a示意的装置既可用作交织器，也可用作解交织器。
图9b为具有作为反射器的一个分离用的离散晶体和一个1/4波镜的一种光学交织器/解交织器的侧视图。图9b是端口390和离散晶体380方向的侧视图。
当用作解交织器时，输入到交织器/解交织器的光信号传输到离散晶体345，如图9a所述。离散晶体345偏移光信号，以便当光信号被反射时，一组光信号通过离散晶体345的第一部分，而第二组光信号通过离散晶体345的第二部分。
如上所述，这两个光信号反射回反射棱镜370和375。反射棱镜370和375偏移光信号以分别对准分离器380和385。信号通过端口390和395输出。
双折射器件325和335、半波片320、330、340和342、1/4波片350和1/4波镜360的作用是：分离(解交织)具有预定FSR的光信号组。分离信道的FSR可为，例如ITU规定的200 GHz或100 GHz，或可使用其它FSR值(例如，50 GHz、25 GHz)。
图10为可用于例如是图9交织器/解交织器的一种基于离散晶体的分离器实施例的侧视图。利用图10的分离器，反射信号不反射回其原有输入位置。在图10的分离器中示意的信号路径对应于图9a和9b的分离器310。分离器380和385的工作方式类似。
当一个输入信号进入离散晶体392时，输入信号的正常分量和异常分量被分离。当信号由离散晶体392射出时，正常光束和异常光束分隔一个由离散晶体392的物理特性所确定的距离。
正常光束和异常光束通过柘榴石(法拉第旋转器)394。在一个实施例中，柘榴石394为45°的柘榴石。柘榴石394在前向使光信号旋转90°，而在反向使光信号旋转0°。正常光束和异常光束接着通过半波片396。半波片396在正常光束和异常光束之间引入180°的相对相差。
正常光束和异常光束接着通过离散晶体397，离散晶体397以预定方式偏移光束。在一个实施例中，正常光束或异常光束中的一个通过半波片398。正常和异常光束可接着通过其它光学组件，例如，图9a和图9b的交织器/解交织器组件。
对于分离器310，沿反向路径传输的光信号代表，例如奇数和偶数ITU信道。当信号通过离散晶体397时，正常和异常分量被分离。信号接着通过半波片396和柘榴石394。信号的正常和异常分量被离散晶体392重组。
图11a示意了引起扩散的一种双路折叠式交织器/解交织器实施例的顶视图。图11a的箭头对应于用作解交织器的双路折叠式交织器/解交织器。换句话说，携带多个频率的信息的光信号，例如波分复用(WDM)信号，被接收并被分离为两个光信号，每个这种光信号包括来自输入光信号的一个预定频率子集(例如，偶信道和奇信道)。
下面将详细描述扩散的原因。简单地讲，光信号在首次通过双折射组件之前被水平极化。偶信道和奇信道在第一次通过期间被半波片和双折射组件分离。信号在第二次通过双折射器件时被反射和旋转。双折射组件的双折射特性引起光信号的扩散。
光信号通过端口400接收，在一个实施例中，端口400为一个准直器组件，该准直器组件具有一个用于准直光束的GRIN透镜、和一个用于分离光信号的水平极化分量和垂直极化分量的离散晶体。也可使用其它类型透镜，或接收预先准直的光束。端口400经一根光纤接收一个光信号，并利用GRIN透镜准直该光信号。
在一个实施例中，端400还包括半波片402，以旋转光信号的垂直极化分量或水平极化分量。在一个实施例中，相对于端口400从光纤404接收的光信号，半波片402的方位角为45°。在一个实施例中，端口400的离散晶体偏移光信号的垂直极化分量，而半波片402使垂直极化分量被水平极化，以便当两个分量通过极化器405时均被水平极化。
准直的光信号通过离散晶体480和482之间的开口送入极化器405。在一个实施例中，极化器405向从端口400传输到双折射组件420的光信号提供0～15°范围的极化(例如，2.6°)，然而，也可根据例如一个或多个半波片的方位角来提供其它极化。
光信号通过极化器405之后送入双折射组件420。在一个实施例中，双折射组件420由晶体424和426组成，这两个晶体被选择用于提供在工作温度范围内比单双折射晶体改善的热稳定性。在一个实施例中，晶体424为TIO2晶体，厚2mm，而晶体426为YVO4晶体，厚9.5mm；然而也可使用其它尺寸。也可使用其它双折射组件，例如，如果温度稳定性不重要，可使用单晶体，或使用其它双晶体双折射组件。
光信号通过双折射组件420后被反射器件450反射。在一个实施例中，反射器450为90°的反射晶体；然而，例如可根据交织器/解交织器的物理分布来使用其它反射器件。在其它可选实施例中，接收和/或反射光信号的器件表面具有低阶补偿器440和442(见图16a)，以补偿相应晶体的相移。在其它可选实施例中，可省略低阶补偿器。
经反射器件450反射的光信号通过双折射组件420送入反射器件452。光信号被反射器件452反射后通过半波片430。在其它可选实施例中，对于从双折射器件420传输到反射器件450的光信号，半波片430的方位角范围为0°～-15°(例如-6.5°)。半波片430的其它方位角可用于不同滤波特性或物理配置。半波片430在光信号的正常和异常分量之间引入180°的相对相差。
被反射器件452反射的光信号通过双折射组件420后，接着通过半波片434和调谐板435。在一个实施例中。半波片434对于从双折射组件420传输到离散晶体460的光信号的方位角范围为15°～30°(例如22.5°)。半波片434的其它方位角可用于不同滤波特性或物理特性。也可使用其它合适的旋转光信号极性的装置，例如法拉第旋转器。
调谐板435用于调谐交织器/解交织器。选择调谐板435的厚度使交织器/解交织器的通带中心约为预期频率。通过选择适当的厚度和光轴方位，可利用调谐板调谐光学设备到某个精度，而通过制造工艺和光学组件本身的容限是不可能达到该精度的。在一个实施例中，调谐板435由石英(SiO2)组成；然而也可使用其它适当的材料。石英具有相对较小的双折射性，因此由石英构成的调谐板可以更厚些，而且比光学组件制造更为精密。在此描述的所有交织器/解交织器可利用调谐板调谐；然而为简化起见，只在图11、12、13和14中示出了调谐板435。
当光信号从双折射组件420开始传输时，光信号从半波片436a和436b之间通过。下面将参考图12详细描述半波片436a和436b的一种配置。在一个实施例中，对于从离散晶体460到达双折射组件420的光信号，半波片436a和436b的方位角范围为40°～50°(例如，45°)；然而通过适当的变化，该方位角可不同于一个或多个其它半波片和/或极化器405的方位角。
光信号通过半波片470并被1/4波镜472反射。在一个实施例中，对从离散晶体460到达1/4波镜472的光信号，半波片470的方位角范围为40°～50°(例如45°)；然而通过适当的变化，该方位角可不同于一个或多个其它半波片和/或极化器405的方位角。下面将参考图12详细描述离散晶体460的作用。1/4波镜472通过离散晶体460反射回光信号。1/4波镜472对光信号的正常和异常分量也引入90°的相移。
半波片436a和436b将光信号分量旋转为正交极性。光信号通过半波片436a和436b后，接着通过双折射组件420、半波片430，并通过半波片432被反射器件452反射至反射器件450。反射器件450通过双折射组件420和极化器405反射该信号至离散晶体480和482。离散晶体480和482分别将光信号送入端口490和492。
端口490包括半波片496，而端口492包括半波片494。在一个实施例中，半波片494和半波片496对于从离散晶体482和480接收的光信号的方位角为45°。半波片494和496旋转接收的光分量，以便端口492和490分别接收一个垂直极化分量和一个水平极化分量，这两个分量被组合并分别送入光纤493和495。
图11a的交织器/解交织器有两个扩散源。第一个扩散源为双折射组件420。在首次通过双折射组件420期间，光信号的正常和异常光束均被水平极化。在首次通过双折射组件期间，其中一个光束的传播速度快于另一个光束，这就引起了扩散。在第二次通过双折射组件间，相同光束传播更快，这使得扩散增加。换句话说，双路交织器/解交织器引起的扩散是单路交织器/解交织器的两倍。
第二个扩散源的光路径长度对于正常光束和异常光束是不同的。在图11a中，异常光束以虚线示意。在端口400、490和492的每个离散晶体中，异常光束的光路径长于正常光束。这称为极化模式扩散(PMD)。
对于用作交织器的图11a的光学设备来说，有两组光信号输入到端口490和492。这两组光信号以与上述解交织器功能反相的方式组合。组合(交织)的光信号通过端口400输出。因此，图4a示意的装置既可用作交织器，也可用作解交织器。
在一个实施例中，图11a的交织器/解交织器被角调谐以补偿制造容限。在一个实施例中，通过在装配交织器/解交织器后旋转双折射组件420可实现角调谐，以便交织或解交织的信号(例如，ITU信道)满足预期的特性。双折射组件420被旋转以增加通过双折射组件420的信号的光路径长度。也可提供调谐板，例如调谐板435，使装置调谐良好。当提供了预期的光路径长度时，通过例如使用环氧树脂或焊接技术，双折射组件420可保持在预期位置。
图11b示意了引起扩散的一种双路折叠式交织器/解交织器实施例的顶视图。图11b的交织器/解交织器的工作方式与图11a的交织器/解交织器相同，除了正常光束和异常光束的路径长度相等。在解交织器输入端口400，离散晶体使异常光束具有长于正常光束的光路径长度。在解交织器输出端口490和492，离散晶体使正常光束具有长于异常光束的光路径长度。当用作交织器时，输入和输出端口的作用与上述解交织器的相反。另外提供与双折射组件420相邻的第二调谐板435来增加对设备的调整。
图12示意了图11a和图11b的双路折叠式交织器/解交织器实施例的侧视图。图12是端口490和离散晶体460方向的侧视图。
当用作解交织器时，输入到交织器/解交织器的光信号通过双折射组件420到达半波片430和离散晶体460，如图11a和图11b所述。离散晶体460偏移光信号，以便当光信号被反射时，一组光信号通过半波片436a，而第二组光信号通过半波片436b。
这两个光信号反射至离散晶体480和482，如上所述。离散晶体480和482偏移光信号以对准端口490和492。信号通过端口490和492输出。
下面将详细描述光信号的极化状态。在一个实施例中，垂直极化的信号被离散晶体460偏移，同时水平极化的信号被通过，而光路径保持不变。在图12中，为说明方便，通过离散晶体460往返的信号被标注了极性(例如，”H”,”V”)。也可提供其它实施例。
在一个实施例中，通过双折射组件420足够次数后，偶信道被垂直极化，而奇信道被水平极化。当光束从左向右通过时，半波片470引起90°的旋转，1/4波镜引起另一个90°的旋转，而当光束从右向左通过时，半波片470引起90°的旋转，总共引起270°的旋转，这从本质上切换了偶信道和奇信道的极性(即奇信道被垂直极化而偶信道被垂直极化)。半波片436a和436b对于相应光束旋转90°。因此，离散晶体460、半波片470、1/4波镜472和半波片436a和436b导致光束旋转360°，这意味着第二次通过双折射组件420的光束极性与第一次通过的极性相同。
为用作交织器，两组光信号输入到端口490和492。这两组光信号以与上述解交织器反相的方式组合。组合(交织)的光信号通过端口400输出。因此，图11a和图11b示意的装置既可用作交织器，也可用作解交织器。
图13示意了一种双路折叠、无扩散的交织器/解交织器实施例的顶视图。图13的交织器/解交织器工作方式类似于图11b的交织器/解交织器，除了奇信道和偶信道由于通过双折射组件420而均具有第一极性(例如，偶信道被垂直极化而奇信道被水平极化)。在通过双折射组件420返回通路之前，偶信道和奇信道具有反相极性(例如，偶信道被水平极化而奇信道被垂直极化)。
由于光束通过离散晶体460和半波片470到达1/4波镜472，且通过半波片470和离散晶体460反射回来，引起270°的组合旋转，这就切换了偶信道和奇信道的极性。由于缺少了半波片436a和436b，因此偶信道和奇信道的极性不同。正如下面将详细描述的那样，第一次通过和第二次通过的扩散偏移导致了无扩散或几乎无扩散的交织器/解交织器。
图14示意了图13的双路折叠式交织器/解交织器实施例的侧视图。由于图11a和11b的交织器/解交织器中不存在半波片436a和436b，因此图13的交织器/解交织器扩散比图11a和11b的交织器/解交织器的大为减少。
图15示意了图13和图14所示的双路光学交织器/解交织器的极化状态的截面视图。在图15中，前向通路截面视图指的是信号从输入端口到达1/4波镜472时，一个或多个光信号的极化状态示意。而反向通路截面视图指的是信号从1/4波镜472到达输出端口时，一个或多个光信号的极化状态示意。
状态800代表图13和14的输入/输出端口400、490和492分别具有输入/输出信号880、890和892。输入和输出端口分别接收和发送同时具有水平和垂直分量的光信号。图15的箭头指示解交织器的极化状态顺序。
状态810为输入光信号880在离散晶体480和482与极化器405之间的前向通路截面视图。在一个实施例中，输入端口400包括一个离散晶体，其用于将输入信号分离为两个光束，以及一个半波片，其用于旋转其中一个光束90°，以便两个光束都被水平极化。
状态820为输出光信号690和692在双折射组件420和调谐板435之间的前向通路截面视图。在状态820中，输出光信号890具有两个垂直极化分量，而输出光信号892具有两个水平极化分量。在一个实施例中，垂直极化分量对应于偶信道，而水平奇极化分量对应于奇信道。在其它可选实施例中，垂直极化分量对应于奇信道。而水平极化分量对应于偶信道。
状态830为输出光信号890和892在离散晶体460和半波片470之间的前向通路截面视图。在状态830中，输出光信号890的垂直分量被离散晶体460偏移。状态840为输出光信号890和892在半波片470和离散晶体460之间的反向通路截面视图。在状态840中，两个输出光信号的两个分量均被1/4波镜470旋转90°。
状态850为输出光信号890和892在调谐板435和双折射组件420之间的反向通路截面视图。输出光信号892的两个分量同时被离散晶体460偏移。该分量的极性与首次通过调谐板435时的极性相反。
状态860为输出光信号890和892在极化器405与离散晶体480和482之间的反向截面视图。输出光信号890和892均具有两个分别对准离散晶体480和482的水平极化分量。
状态870为输出光信号890和892在离散晶体480和482与端口492和490之间的反向通路截面视图。离散晶体480和482提供偏移，使输出光信号890和892分别对准端口490和492。
图16a示意了一种引起扩散的多路光学交织器/解交织器实施例的顶视图。在图16a的多路光学交织器/解交织器中，光信号以与图11a的交织器/解交织器相同的方式，首先通过该交织器/解交织器到达1/4波镜472。
1/4波镜472通过双折射组件420以与图11a的交织器/解交织器相同的方式反射该信号，除了不是被离散晶体480和482接收和偏移之外。光学信号通过半波片410和极化器405，并被1/4波镜780反射。1/4波镜780和半波片405和410旋转光信号。光信号以与上述通过半波片436a和436b的类似方式，通过双折射组件420反射回端口790和792。引起扩散的方式与图11a的交织器/解交织器相同。
端口790/792(端口792在端口790之后，因此在图16a中看不见)分别包括半波片794/796。在一个实施例中，半波片794和半波片796对于从离散晶体460接收的光信号方位角均为45°。半波片794和796旋转接收的光分量，以便端口792和790分别接收一个垂直极化分量和一个水平极化分量，这两个分量被组合并被送至光纤。
为用作交织器，两组光信号输入到端口790和792。这两组光信号以与上述解交织器功能反相的方式组合。组合(交织)的光信号通过端口400输出。因此，图16a示意的装置既可用作交织器，也可用作解交织器。
在一个实施例中，图16a的交织器/解交织器被角调谐以补偿制造容限。在一个实施例中，通过在装配交织器/解交织器之后旋转双折射组件420，可实现角调谐，以便交织或解交织的信号(例如ITU信道)满足预期特性。双折射组件420被旋转以增加通过双折射组件420的信号的光路径长度。当提供预期的光路径长度时，双折射组件420通过使用环氧树脂或焊接技术保持在预期位置。
提供低阶补偿器440和442以分别补偿反射器450和452的相移。如果反射器未引起相移，那么可省略补偿器440和442。
图16b示意了与图16a的交织器/解交织器相比，扩散减少的多路光学交织器/解交织器实施例的顶视图。由于光信号三次通过图16a的交织器/解交织器，因此，由于上述原因，光信号的最终扩散为通过该设备一次的光信号扩散量的三倍。
图17a示意了图16a的多路光学交织器/解交织器的侧视图。如上所述，光信号以与图11a的交织器/解交织器相同的方式首先通过交织器/解交织器到达1/4波镜472。
离散晶体460偏移光信号，而1/4波镜780通过双折射组件420反射该光信号，如上所述。光信号以上述类似方式通过双折射组件420反射回离散晶体890和892，离散晶体890和892分别偏移光信号到端口790和792。
图17b示意了图16b的多路光学交织器/解交织器的侧视图。由于通过图16b和17b的交织器/解交织器的光信号的极性每次通过该设备时反相，因此该光信号的扩散等于一次通过交织器/解交织器引起的扩散。一般来讲，通过交织器/解交织器偶数次的信号扩散极少或无扩散，而通过交织器/解交织器奇数次的信号的扩散为通过一次该交织器/解交织器的扩散。
图18a示意了引起扩散的一种双路折叠式交织器/解交织器实施例的顶视图。图18a的交织器/解交织器的组件与图11a的交织器/解交织器相同(例如，反射器、半波片、双折射组件)，除了添加反射器800和810以及半波片433和431之外。在一个实施例中，半波片433对于从反射器450到达双折射组件420的光信号的方位角为22.5°，而半波片431对于从反射器800到达双折射组件420的光信号的方位角为22.5°。
在一个实施例中，图18a的交织器/解交织器组件排列的物理位置与图11a的交织器/解交织器不同，以便提供类似的功能。与图11a的交织器/解交织器相比，图18a的交织器/解交织器能提供了改进的滤波性能。因为光信号通过双折射组件420更多次。然而，由于存在半波片436a和436b，图18a的交织器/解交织器引起光信号的扩散。
在一个实施例中，图18a的交织器/解交织器不包括图16a的交织器/解交织器中的低阶补偿器440和442。低阶补偿器的光学补偿可通过角调谐双折射组件420来提供。通过交织器/解交织器材料来增加光路径长度可通过双折射组件420提供，而不是由低阶补偿器提供。在一个可选实施例中，图18a的交织器/解交织器包括上述图16a的低阶补偿器440和442。
图18b示意了引起极少或不扩散的双路折叠式交织器/解交织器实施例的顶视图。图18b的交织器/解交织器与图18a的交织器/解交织器相同，除了图18b的交织器/解交织器不包括半波片436a和436b之外。半波片436a和436b的缺少使得图18b的交织器/解交织器扩散极少或不扩散。
图19a示意了对于前向通过的水平极化光信号来说，扩散极少或不扩散的交织器/解交织器的代表性的传输、时延和扩散特性。线1200和1210分别表示水平和垂直极化信号的传输特性(以dB为单位)。在图19a中，水平极化信号的通带中心约为0 GHz。类似地，垂直极化信号的通带中心约为-100 GHz和100 GHz。因此，交织器的传输特性的周期为100 GHz的自由频谱范围(FSR)。也可支持其它FSR。
线1220和1230分别表示通过交织器/交织器的水平和垂直极化光信号的时延(皮秒)。线1240和1250分别表示通过交织器/解交织器的水平和垂直极化光信号的扩散(皮秒/纳米)。应该注意的是，在对应于相关光信号的通带频率上扩散很小。
图19b示意了对于前向通过的垂直极化光信号来说，扩散极少或不扩散的交织器/解交织器的代表性的传输、时延和扩散特性。线1260和1265分别表示水平和垂直极化信号的传输特性(以dB为单位)。在图19b中，垂直极化信号的通带中心约为0 GHz。类似地，水平极化信号的通带中心约为-100 GHz和100 GHz。因此，交织器的传输特性的周期为100 GHz的自由频谱范围(FSR)。也可支持其它FSR。
线1270和1275分别表示通过交织器/交织器的水平和垂直极化光信号的时延(皮秒)。线1280和1290分别表示通过交织器/解交织器的水平和垂直极化光信号的扩散(皮秒/纳米)。应该注意的是，在对应于相关光信号的通带频率上扩散很小。
图20a示意了对于反向通过的水平极化光信号来说，扩散极少或不扩散的交织器/解交织器的代表性的传输、时延和扩散特性。线1300和1310分别表示水平和垂直极化信号的传输特性(以dB为单位)。在图20a中，水平极化信号的通带中心约为0 GHz。类似地，垂直极化信号的通带中心约为-100 GHz和100 GHz。因此，交织器的传输特性的周期为100 GHz的自由频谱范围(FSR)。也可支持其它FSR。
线1320和1330分别表示通过交织器/交织器的水平和垂直极化光信号的时延(皮秒)。线1340和1350分别表示通过交织器/解交织器的水平和垂直极化光信号的扩散(皮秒/纳米)。
应该注意的是，在对应于相关光信号的通带频率上扩散很小。还应注意的是，反向传输的水平极化的输入信号的扩散与前向传输的垂直极化的输入信号的扩散反向。因此，两个扩散相互抵消。
图20b示意了对于反向通过的垂直极化光信号来说，扩散极少或不扩散的交织器/解交织器的代表性的传输、时延和扩散特性。线1360和1365分别表示水平和垂直极化信号的传输特性(以dB为单位)。在图20b的表中，垂直极化信号的通带中心约为0 GHz。类似地，水平极化信号的通带中心约为-100 GHz和100 GHz。因此，交织器的传输特性的周期为100 GHz的自由频谱范围(FSR)。也可支持其它FSR。
线1370和1375分别表示通过交织器/交织器的水平和垂直极化光信号的时延(皮秒)。线1380和1390分别表示通过交织器/解交织器的水平和垂直极化光信号的扩散(皮秒/纳米)。
应该注意的是，在对应于相关光信号的通带频率上扩散很小。还应注意的是，反向传输的垂直极化的输入信号的扩散与前向传输的水平极化的输入信号的扩散反向。因此，两个扩散相互抵消。
图21为使光学交织器/解交织器中减少或不扩散的一个解决方案的总结表。传播方向指的是通过交织器/解交织器的双折射组件的方向。前向对应于光信号首先通过交织器/解交织器的方向，它可以是多次通过双折射组件的方向。例如，重新参考图13，当光信号从光纤404到达1/4波镜472时，光信号为前向传输。当光信号被1/4波镜472反射且传输回离散晶体480和482时，光信号为反向传输。
输入极性指的是当光信号从离散晶体通向半波片和双折射组件时的极性。例如在图13中，前向输入极性指的是光信号通过极化器405前一刻的极性。输出极性指的是当光信号结束首次通过时被离散晶体接收的极性。例如在图13中，前向输出极性指的是光信号通过离散晶体460前一刻的极性。
输入和输出极性在反向传输时反相。例如在图13中，反向输入极性指的是光信号刚离开离散晶体460后的极性。反向输出极性指的是光信号刚通过极化器405后的极性。
扩散斜率指的是通过适当通带的交织器/解交织器引起的扩散，这已参考图19a、19b、20a和20b详细描述。ITU信道指的是国际电信联盟定义的信道。可使用任何信道间隔或FSR。
对于无扩散或几乎无扩散的双路交织器/解交织器来说，前向和反向的输入和输出极性应该相同。换句话说，一个输入极性和一个输出极性应平行，而一个输入极性和一个输出极性应垂直。极性的顺序并不重要。
例如，假定偶信道和奇信道的前向水平极化的输入信号均被水平极化(H)。在前向通路的输出端，偶信道被水平极化(H-H)，而奇信道被垂直极化(H-V)。
光信号的极性在反向传输时被切换，如上所述。因此，偶信道的输入极性为垂直(H-H-V)，而奇信道的输入极性为水平(H-V-H)。偶信道的输出极性为垂直(H-H-V-V)，而奇信道的输出极性也为垂直(H-V-H-V)。也可使用其它配置。
对于多路交织器/解交织器来说，可使用类似模式以便头2N次通过的扩散彼此抵消，这样扩散就很小或不存在。对于最后一次通过交织器/解交织器来说，由于交织器/解交织器的双折射将引起一些扩散。然而与非交错极性相比，扩散可以被减少。
在前面的说明中，已参考特定实施例描述了本发明。然而，显然可对本发明进行各种更新和改进而不会偏离本发明的精神和范围。因此，这些详细说明和附图仅用于示意而不是限制本发明。