新型大用戶容量光碼分多址編解碼器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于信息技術和光纖通信技術領域，涉及一種基于微環諧振腔的大用戶容 量光碼分多址編解碼器。
【背景技術】
[0002] 光碼分多址（0CDMA)系統結合了碼分多址接入技術與光纖通信的優點，以光編/ 解碼器為高速光信號處理器，具有接入方式簡單、系統容量大、訪問延遲低、地址分配靈活、 完全異步傳輸、高服務質量控制以及信息安全性高等優點，是未來高速光纖局域網和用戶 接入網的最具前景的方案之一。作為0CDMA系統的關鍵技術和核心部件之一，編解碼器的 結構和特性直接影響著0CDMA系統的功率損耗、設計成本、用戶容量、誤碼率以及系統的靈 活性。
[0003] 從信號處理的角度可以將0CDMA系統分為相干系統和非相干系統。相干系統是利 用光的相干特性，通過對光信號的相位進行編解碼，可實現對信號的雙極性或多極性編碼； 而非相干系統是利用信號的有無來表示二進制信息，屬于單極性編解碼。根據地址碼所在 的空間，0CDMA系統可分為時域編碼系統、頻域編碼系統、空域編碼系統等。為了提高用戶 容量，人們提出了很多形式的二維0CDMA系統。二維0CDMA系統采用二維地址碼序列標識 用戶，使得光脈沖在時域上和空間或頻域上同時擴展，較大地增加了系統用戶數。目前常用 的二維0CDMA系統主要是基于光纖光柵結構。
[0004] 美國專利號為 US6292282 的專利《Time-wavelength multiple access optical communication systems and methods》中提出了一種時間-波長的二維編碼方案。該專利 記載了 ：從寬帶光源出射的光信號由光分束器分成多束光后分別被調制器調制，調制后的 光束分別通過一個光環形器進入光編碼器，對不同波長光信號附加特定的時延進行編碼， 編碼后的光束通過光合束器合成編碼信號。解碼原理與編碼原理相同：由光纖傳輸的編碼 信號先被光分束器分成多束，分別經由多個光環形器送入到解碼器，解碼器對各波長附加 相對應的時延即可完成解碼，再通過解調即可獲得原信號。其中編解碼都是使用的FBG結 構。在該專利中：在編碼時，光分束器分出的多個頻帶的光信號是在一個特定的時間序列內 傳輸的，在解碼時，消除了各個頻帶的時間序列。因此，具體用戶的信號是時間對準的，導致 實際的系統中地址碼的數量很有限，從而限制了用戶數量。
[0005] 為了克服光纖布拉格光柵固有的局限，美國專利號為US6313771的專利 ((Codes, methods, and apparatus for optical encoding and decoding〉〉提出了使用二階 FBG編碼的方案。該專利中的地址碼是由子碼和超碼兩階碼組成的，其中子碼的持續時間不 大于超碼中相鄰碼的碼間隔時間。由寬帶光源出射的光信號被調制后，先經過超碼編碼器 編碼形成一階編碼信號，一階編碼信號又被子碼編碼器進行二次編碼。其中，超碼編碼器和 子碼編碼器都是使用FBG編碼，二階編碼方案一定程度上擴大了碼字的長度，增大了用戶 容量。但是二階編碼使得系統的結構比較復雜，編碼使用了兩個FBG，降低了光學效率，而且 用戶容量的提升也很有限。
[0006] 美國專利號為 US5438440 的專利《Holographic code division multiple access》提出了一種二維空間數字編碼方案。該方案中使用K路光信號，這些光信號既可以 是模擬信號也可以是數字信號，但必須是單色光，分別對每個光信號單獨編碼。光信號通過 準直透鏡進行準直，在準直透鏡后放置一個特定的掩模板對光信號進行空間編碼。編碼后 的各個光信號疊加到一起，然后由光纖進行傳輸。在接收端，將所傳輸的光信號分成K份， 每份光信號先經過一個傅里葉變換透鏡，在其后焦面上放置與編碼過程相共輒的掩模板進 行匹配解碼，解碼后的信號由聚焦透鏡耦合進光纖以便后序的解調過程。該方案從理論上 講可以實現較大的用戶數量，但是該方案結構相當復雜，而且解碼過程的掩模板是由編碼 過程的掩模板制作而成全息板，不夠靈活，如果編碼過程相位板位置稍有移動，解碼板就不 能很好地進行解碼，降低了系統的總體效率。
[0007] 美國專利號為 US8488967 的專利《System and method for OCDMA-based photonic layer security robustness to archival attack〉〉中報道了 --種安全通信系 統。該系統中提出了使用級聯的微環諧振腔進行編解碼。編碼器由四個微環串聯的陣列構 成，每個串聯微環列都與輸入、輸出光纖像連接。通過加熱器調制使每個串聯微環列具有不 同的諧振波長，并對每個波長用一個相移器調整相位，實現了頻譜的相位編碼。解碼過程與 編碼過程相似，只是對不同波長附加相應的相位。該編碼器具有低損耗、可編程的特點，同 時擁有超精細的頻譜分辨率并且可對皮秒脈沖實現相位編碼。但是該編解碼方案僅適用于 一維0CDMA系統，限制了用戶容量。
[0008] 中國專利號為CN1571306的專利《光碼分多址波長-時間域二維光正交碼編碼器 及解碼器》公開了一種波長-時間域可調二維光正交碼編/解碼結構。從寬帶光源發出的 光信號經過數據調制后，被1XN的光開關波分復用器分成N個波長的光脈沖，用一個NXw 的光開關對光信號進行波長選擇，通過w個可調光纖延遲線對各個波長的光脈沖進行時間 編碼。然后再通過wXN的光開關和NX1的波分復用器實現合波的編碼信號。解碼結構與 編碼結構相似，只是將對每一波長附件相對應的延時即可。該方案實中通過使用大量的光 開關來實現光信號的時間延遲，既增加了調制難度，也使得編解碼的成本升高，而且其用戶 容量也比較少。
[0009] 上述專利雖然實現了 0CDMA系統的編解碼，但是他們存在一些缺陷，比如以光纖 光柵為編碼器的0CDMA系統，制作時要求構成陣列的光纖光柵匹配一致，精度要求非常高， 并且光柵在使用過程中的不穩定性、反射峰不夠窄，用戶擴頻序列之間不可避免的存在多 址干擾，限制了用戶數量；利用微納光子學原理設計的微環型諧振腔為編解碼器的0CDMA 系統，具有低損耗、可編程的特點，但是現有的方案僅適用一維編解碼方式，限制了系統用 戶量的擴展。然而，該器件可以實現多維編碼，是解決用戶數量不足的一個可行性方案之 〇

【發明內容】

[0010] 為了克服上述現有技術的問題，本發明提出了一種新型大用戶容量光碼分多址 編解碼器，基于耦合串聯三環結構構成的串聯微環陣列，對滿足諧振條件的光信號進行波 長-相位的調節，實現二維編解碼。
[0011] 本發明提出一種耦合串聯三環結構，該結構包括三個串聯微環，位于第一串聯微 環的輸入端口 1、串聯微環的傳輸端口 2、位于第三個串聯微環的上載端口 3串聯微環的下 載端口 4 ;每個串聯微環上設置有熱阻器件5 ;光信號從輸入端口 1耦合進入串聯微環，驅 動熱阻器件5實現光信號波長調節，滿足串聯微環諧振波長條件的光信號從下載端4輸出， 其余波長的光信號則會經過傳輸端口 2繼續傳輸，上載端口（3)處也可以上載新信號，并且 在多個微環并聯時用于接收來自上一個微環下載端口（4)的信號。
[0012] 本發明還提出了一種基于耦合串聯三環結構的新型大用戶容量光碼分多址編解 碼器，所述編碼器包括兩根光波導與串聯的多組半徑不等的耦合串聯三環結構組成的串聯 微環陣列，串聯微環陣列之間兩兩以傳輸間距d級聯；每組串聯微環陣列中的上、下兩微環 分別與兩根波導耦合，串聯微環結構中相鄰微環之間發生環與環之間耦合，每個串聯微環 陣列包括輸入端口、傳輸端口、上載端口和下載端口；
[0013] 由多個波長組成的光信號從一根波導的輸入端口輸入后，同時滿足各個微環的諧 振條件的波長才能經過串聯微環后從另一波導的下載端輸出，其余不滿足的則從該波導的 傳輸端口傳走；所述微環上均附有一個熱阻器件，調節熱阻器件控制環形諧振器的波長變 化，實現波長的選擇。相移器集成于每個串聯微環列后，通過控制總線上的相移器對每組微 環的反射波對應的相位調節，完成不同波長的特定相位變化，從而實現了波長-相位的二 維編碼；
[0014] 以此類推，各波長光信號以相同的方式依次反射，相位分別調制，實現利用光信號 的編碼。
[0015] 本發明再提出了一種新型大用戶容量光碼分多址解碼器，所述解碼器結構與編碼 器相同，與編碼器相比，所述串聯微環陣列的次序反向排布；并且每列微環的諧振波長對應 的相移與編碼過程相反，從而實現了波長-相位的二維解碼
[0016] 與現有技術相比，本發明實現了對光碼分多址系統用戶容量的擴展，能夠有效防 止信道間的串擾，提高了編解碼器的性能；隨著串聯微環列數的增加，用戶容量呈e指數增 長。
【附圖說明】
[0017] 圖1是耦合串聯腰鼓型三環結構示意圖：圖中，1、串聯微環的輸入端口，2、串聯微 環的傳輸端口，3、串聯微環的上載端口，4、串聯微環的下載端口，5、熱阻器件，R為大環半 徑，r為小環半徑。
[0018] 圖2是基于耦合串聯腰鼓型三環結構的編碼器結構示意圖：其中，6、7、8分別表示 第1列、