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Dokumentenidentifikation DE69737348T2 15.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000853440
Titel Optisches Querverbindungssystem
Anmelder Nippon Telegraph and Telephone Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Ishida, Osamu, Ota-ku, Tokyo, JP;
Sato, Kenichi, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, JP;
Takachio, Noboru, Yokosuka-shi, Kanagawa-ken, JP
Vertreter Betten & Resch, 80333 München
DE-Aktenzeichen 69737348
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 24.12.1997
EP-Aktenzeichen 974031585
EP-Offenlegungsdatum 15.07.1998
EP date of grant 14.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.11.2007
IPC-Hauptklasse H04Q 11/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Leitungsverzweigungssystem (Crossconnect-System), das für optische Wellenlängenmultiplex-Kommunikationsnetze verwendet wird. Dieser Anmeldung liegt die japanische Patentanmeldung Nr. Hei 8-351 247, veröffentlicht als JP 10 243 424, zu Grunde.

2. Beschreibung des Standes der Technik

In einem Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem werden mehrere optische Träger mit verschiedenen Wellenlängen jeweils unter Verwendung von verschiedenen Signalen moduliert, und diese mehreren modulierten optischen Träger (z. B. mehrere Lichtsignale) werden multiplexiert, um durch eine Lichtleitfaser übertragen zu werden. Deshalb ist an einem Verbindungspunkt, mit dem mehrere Lichtleitfasern verbunden sind, ein optisches Leitungsverzweigungssystem (oder System), das willkürlich mehrere Wellenlängenmultiplex-Lichtsignale in jeder Lichtleitfaser unabhängig von der Wellenlänge jedes Signals austauschen kann, erforderlich.

18 zeigt ein Beispiel für die Konfiguration des herkömmlichen optischen Leitungsverzweigungssystems bei Anwendung der Wellenlängenmultiplex-Techniken. Hier sind vier Paare Eingangs-/Ausgangs-Lichtleitfasern vorgesehen, wobei in jedem davon vier Lichtsignale (&lgr;1 bis &lgr;4) wellenlängenmultiplexiert sind.

In 18 bezeichnen die Bezugzeichen 11 bis 14 Eingangslichtleitfasern, die Bezugszeichen 21 bis 24 bezeichnen 1 × 4-Wellenlängendemultiplexer, das Bezugszeichen 30 bezeichnet eine optische 16 × 16-Schalteinrichtung, die Bezugszeichen 711 bis 744 bezeichnen Wellenlängenumsetzer, die Bezugszeichen 81 bis 84 bezeichnen 4 × 1-Wellenlängenmultiplexer und die Bezugszeichen 91 bis 94 bezeichnen Ausgangslichtleitfasern.

Die durch Eingangslichtleitfasern 11 bis 14 geleiteten Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel werden jeweils mittels der Wellenlängendemultiplexer 21 bis 24 entsprechend der Wellenlängen, die in jedem Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel enthalten sind, demultiplexiert. Die 16 durch die vier Wellenlängendemultiplexer demultiplexierten Lichtsignale werden über die optische Schalteinrichtung 30 in einen von 16 Wellenlängenumsetzern 711 bis 744 eingegeben. Hier werden die in die Wellenlängenumsetzer 711 bis 714 eingebrachten Lichtsignale jeweils in Lichtsignale mit vorgegebenen Wellenlängen &lgr;1 bis &lgr;4 umgesetzt und dann durch den Wellenlängenmultiplexer 81 multiplexiert, um in die Ausgangslichtleitfaser 91 ausgegeben zu werden. In den anderen Wellenlängenumsetzern und Wellenlängenmultiplexern werden gleichartige Operationen ausgeführt. Auf diese Weise ist es möglich, Lichtsignale (jeder Wellenlänge), die durch mehrere Eingangslichtleitfasern übertragen werden, ungehindert zu mehreren Ausgangslichtleitfasern zu leiten, und zwar unabhängig von der ursprünglichen Wellenlänge jedes Eingangssignals.

Wenn jedoch bei der in 18 gezeigten Anordnung die Anzahl der Eingangs-/Ausgangs-Lichtleitfaserpaare und die Anzahl der verschiedenen Wellenlängen groß ist, bereitet der Aufbau der optischen Schalteinrichtung 30 Probleme. Insbesondere ist es schwierig, verteilte optische Schalter zu schaffen, um beispielsweise jedes Mal, wenn eine Anforderung kommt, mit der Vermehrung der Paare aus Eingangs- und Ausgangsfaser umzugehen.

Ein Leitungsverzweigungssystem, in dem die obigen Probleme gelöst sind, ist in der japanischen Patentanmeldung mit der Erstveröffentlichung unter Hei 3-219 793 ("Wavelength division optical exchange") offenbart. Es folgt eine kurze Erläuterung dieses herkömmlichen optischen Leitungsverzweigungssystems. Das Funktionsprinzip des optischen Vermittlungs- bzw. Schaltteils ist, dass durch m (wobei m eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist) Eingangslichtleitfasern übertragene Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel nicht demultiplexiert werden, sondern direkt in mehrere optische m × 1-Schalter verteilt werden und jeder optische Schalter eines der Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel auswählt und ferner mittels einer durchstimmbaren Wellenlängenauswahleinrichtung ein Lichtsignal (aus den Multiplex-Lichtsignalen) ausgewählt wird.

19 zeigt ein Beispiel für die Konfiguration des herkömmlichen optischen Leitungsverzweigungssystems unter Verwendung einer solchen Lichtsignalauswahleinrichtung. Hier sind vier Paare Eingangs-/Ausgangs-Lichtleitfasern vorgesehen, wobei in jeder Lichtleitfaser vier Lichtsignale (&lgr;1 bis &lgr;4) wellenlängenmultiplexiert sind.

In 19 bezeichnen die Bezugszeichen 11 bis 14 Eingangslichtleitfasern, die Bezugszeichen 31 bis 34 bezeichnen optische 1 × 16-Teiler, die Bezugszeichen 511 bis 544 bezeichnen optische 4 × 1-Schalter, die Bezugszeichen 611 bis 644 bezeichnen durchstimmbare Wellenlängenauswahleinrichtungen, die Bezugszeichen 711 bis 744 bezeichnen Wellenlängenumsetzer, die Bezugszeichen 81 bis 84 bezeichnen Wellenlängenmultiplexer und die Bezugszeichen 91 bis 94 bezeichnen Ausgangslichtleitfasern.

Jedes durch die Eingangslichtleitfasern 11 bis 14 übertragene Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel wird durch jeden optischen Teiler 31 bis 34 in 16 Teile geteilt, wobei der Wellenlängenmultiplexzustand erhalten bleibt, und die Teilstrahlen werden in 16 optische Schalter 511 bis 544 eingebracht. Beispielsweise wird eine der (16) Ausgaben von jedem der optischen Teiler 31 bis 34 in den optische Schalter 511 eingebracht.

In jedem der optischen 4 × 1-Schalter 511 bis 544 wird ein von den optischen Teilern ausgegebenes Strahlenbündel ausgewählt, und dann wird in jeder der durchstimmbaren Wellenlängenauswahleinrichtungen 611 bis 644 ein gewünschtes Lichtsignal aus vier Lichtsignalen ausgewählt, die in den ausgewählten Ausgang wellenlängenmultiplexiert werden. Die mittels der optischen Schalter 511 bis 514 und der durchstimmbaren Wellenlängenauswahleinrichtungen 611 bis 614 ausgewählten Lichtsignale werden jeweils in entsprechende Wellenlängenumsetzer 711 bis 714 eingebracht, in denen jedes Lichtsignal in ein Lichtsignal mit einer vorgegebenen der Wellenlängen &lgr;1 bis &lgr;4 umgesetzt wird. Die (vier) umgesetzten Signale werden im Wellenlängenmultiplexer 81 multiplexiert, und das Multiplex-Lichtstrahlenbündel wird in die Ausgangslichtleitfaser 91 ausgegeben. In den anderen Wellenlängenumsetzern und Wellenlängenmultiplexern werden gleichartige Operationen ausgeführt. Auf diese Weise können Lichtsignale mit jeder (vorgegebenen) Wellenlänge, die durch mehrere Eingangslichtleitfasern übertragen werden, ungehindert zu mehreren Ausgangslichtleitfasern gelenkt werden, und zwar unabhängig von den ursprünglichen Wellenlängen der Signale.

In dem herkömmlichen Leitungsverzweigungssystem, das in 19 gezeigt ist, erfüllen optische Teiler 31 bis 34, optische Schalter 511 bis 544 und durchstimmbare Wellenlängenauswahleinrichtungen 611 bis 644 Funktionen der Wellenlängendemultiplexer 21 bis 24 und des optischen Schalters 30 in 18. Der Aufbau der optischen 4 × 1-Schalter 511 bis 544 ist einfacher als jener des optischen 16 × 16-Schalters 30. Außerdem können die optischen Schalter (511 bis 544) und die durchstimmbaren Wellenlängenauswahleinrichtungen (611 bis 644) um einen Satz für jedes Paar aus Eingangs- und Ausgangslichtleitfaser erweitert werden. Das heißt, die optischen Schalter können, je nach Bedarf, Schritt für Schritt vermehrt werden.

Ein Übersprechen bezüglich der optischen 4 × 1-Schalter und durchstimmbaren Wellenlängenauswahleinrichtungen, aus denen das in 19 gezeigte optische Leitungsverzweigungssystem gebildet ist, oder passende Treiberschaltungen für optische Schalter sind jedoch in der Offenlegungsschrift nicht untersucht worden.

Die optischen 4 × 1-Schalter 511 bis 544 in 19 können, wie in 20 gezeigt, so aufgebaut sein, dass drei optische 2 × 1-Schaltelemente 151 bis 153 in zweistufiger Baumform zusammengeschaltet sind. Wenn bei diesem Aufbau einer der vier Eingänge (1 bis 4) ausgewählt ist, sind Schaltoperationen bezüglich der zwei optischen 2 × 1-Schaltelemente erforderlich. Das heißt, dass für jede Stufe wenigstens eine Treiberschaltung für optische Schalter erforderlich ist (siehe Schaltungen 311 und 312 in 20). Im Allgemeinen ist ein optischer 2P × 1-Schalter so aufgebaut, dass (insgesamt) 2P – 1 optische 2 × 1-Schaltelemente in einer p-stufigen Baumform zusammengeschaltet sind, und folglich sind mindestens p Treiberschaltungen für optische Schalter notwendig. Also sind die Abmessungen und die Leistungsaufnahme, die Treiberschaltungen für optische Schalter betreffend, größer.

Außerdem wählen die optischen Schalter 511 bis 544 ein Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel selbst aus; folglich schließt hervorgerufenes Übersprechen einen Anteil ein, dessen Wellenlänge mit jener des (später) ausgewählten Lichtsignals übereinstimmt. Ein solcher Zustand ist in 21 gezeigt. In der Figur zeigt der fett gedruckte Pfeil den Durchgang des ausgewählten Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündels. Wenn es Übersprechanteile gibt, die von dem ausgewählten Multiplex-Lichtstrahlenbündel verschieden sind und die Wellenlängen aufweisen, die mit jener des ausgewählten Lichtsignals übereinstimmen (siehe gepunktete Pfeile), wird ein so genanntes Beat-Rauschen (Beat-Noise) erzeugt, und der Signal-Rausch-Abstand (SRA) verringert sich merklich. Folglich sind für optische Schalter 511 bis 544 hohe Extinktionsverhältnisse erforderlich.

Gemäß der Literaturangabe 1, Goldstein u. a.: Scaling limitations in transparent optical network due to low-level crosstalk, IEEE Photonics Technology Letters; Bd. 7, S. 93–94, 1995, ist, wenn ein Beat-Rauschen hervorgerufen wird, das Übersprechen &egr;b [dB], das eine "Leistungseinbuße" (Power Penalty (engl.)) pp [dB] (an Empfindlichkeit) bei einer bestimmten Bitfehlerrate (BER) verursacht, gegeben durch: &egr;b[dB] = 10 Log{(1 – 10·pp/5)(4Q2)}(1) wobei Q ein Koeffizient ist, der entsprechend der BER eindeutig definiert ist, beispielsweise ist bei BER 10–12 Q = 7. Um beispielsweise die Leistungseinbuße bei BER 10–12 unter 0,5 dB zu drücken, ist es folglich erforderlich, das Übersprechen bis auf –30 dB oder weniger zu unterdrücken. Wird die Funktion eines optischen 4 × 1-Schalters unter Verwendung von optischen 2 × 1-Schaltelementen, die als eine zweistufige Form zusammengeschaltet sind, erfüllt, wird in jeder Stufe eine Übersprechkomponente hinzugefügt; deshalb ist es erforderlich, das Übersprechen eines optischen Schalters unter –33 dB zu halten.

Andererseits kann es bei einigen Arten von optischen Schaltern schwierig sein, das oben erläuterte Extinktionsverhältnis zu verwirklichen. Beispielsweise wird bei einem optischen 2 × 1-Schaltelement in Form eines Quarz-Wellenleiter-Mach-Zehnder-Interferometers, das einen thermooptischen Effekt ausnutzt, an einem der zwei Eingangsanschlüsse auf Grund von Herstellungsfehlern in Bezug auf den Richtungskoppler starkes Übersprechen erzeugt. Dieses Problem ist in der Literaturangabe 2, T. Kominato u. a.: Guided-Wave Optical WDM Circuits with Mach-Zehnder Interferometer Configuration, Technical Report of the IEICE, C-I, Bd. J 73-C-I, Nr. 5, S. 354–359, 1990, kurz erläutert.

22 zeigt eine Grundkonfiguration des optischen 2 × 1-Schaltelements in Form eines Quarz-Wellenleiter-Mach-Zehnder-Interferometers. Dieses optische Schaltelement umfasst zwei Richtungskoppler 161 und 162 und zwei Monomode-Wellenleiter 163 und 164, deren Längen L bzw. L + &Dgr;L sind. An einem der Wellenleiter ist eine Dünnschicht-Heizeinrichtung 165 angebracht, durch welche die Temperatur eines benachbarten Bereichs eines Wellenleiters so verändert wird, dass sich über den thermooptischen Effekt der effektive Brechungsindex ändert und das Schalten durchgeführt wird.

Bei dem obigen optischen Schaltelement sind der Übertragungswirkungsgrad T1vom Anschluss 1 zum Anschluss 3 bzw. der Übertragungswirkungsgrad T2 vom Anschluss 2 zum Anschluss 3 gegeben durch: T1 = [{(1 – k1)(1 – k2)}1/2 – (k1k2)1/2]2+ 4{k1k2(1 – k1)(1 – k2)}1/2sin2(&pgr;n&Dgr;L/&lgr;s)(2) T2 = [{k2(1 – k1)}1/2 – {k1(1 – k2)}1/2]2+ 4{k1k2(1 – k1)(1 – k2)}1/2cos2(&pgr;n&Dgr;L/&lgr;s)(3) wobei k1 und k2 Kopplungseffizienzen von Lichtintensitäten in Bezug auf die Richtungskoppler 161 und 162 sind, "n&Dgr;L" eine effektive Lichtwegdifferenz angibt und &lgr;s die Bedeutung der Wellenlänge des optischen Trägers hat. Hierbei wird vorausgesetzt, dass die Ausbreitungsverluste der Wellenleiter klein genug sind, um unberücksichtigt zu bleiben.

Die Kopplungseffizienzen k1 und k2 der Richtungskoppler 161 und 162 sind von der relativen Brechzahldifferenz und der Entfernung der zwei Wellenleiter abhängig, und folglich können infolge von Herstellungsfehlern dieser die Effizienzen k1 und k2 von ihrem theoretischen Wert 0,5 abweichen. Diese Herstellungsfehler wirken sich jedoch meist in gleicher Weise auf die zwei Richtungskoppler aus; folglich ist es leicht, die Bedingung "k1 = k2 = k" zu erfüllen. In diesem Fall vereinfachen sich die obigen Formeln (2) und (3) zu: T2 = (1 – 2k)2 + 4k(1 – k)sin2(n&Dgr;L/&lgr;s)(4) T2 = 4k(1 – k)cos2(&pgr;n&Dgr;L/&lgr;s)(5)

Hierbei ist die effektive Lichtwegdifferenz n&Dgr;L des Wellenleiters so konzipiert, dass beispielsweise die Formel (6) in einem Zustand erfüllt ist, in dem die Dünnschicht-Heizeinrichtung nicht aktiviert ist. n&Dgr;L = &lgr;s/2(6)

In diesem Fall sind der Übertragungswirkungsgrad T1 vom Anschluss 1 zum Anschluss 3 und der Übertragungswirkungsgrad T2 vom Anschluss 2 zum Anschluss 3 von der Kopplungseffizienz k unabhängig und sind definiert als: T1 = 1(7) T2 = 0(8)

Das heißt, wenn die Dünnschicht-Heizeinrichtung nicht aktiviert ist, gibt dieses optische Schaltelement Licht aus, das in den Anschluss 1 eingegeben wird und eine Wellenlänge nahe &lgr;s aufweist. Bei dieser Operation gibt es im Grunde kein Übersprechen vom Anschluss 2.

Außerdem ändert sich, wenn die Dünnschicht-Heizeinrichtung aktiviert ist, damit die Temperatur in der Nachbarschaft eines Wellenleiters (164) steigt, der effektive Brechungsindex des Wellenleiters, sodass sich die effektive Lichtwegdifferenz n&Dgr;L wie folgt ändert: n&Dgr;L = &lgr;s(9)

Der Übertragungswirkungsgrad T1 vom Anschluss 1 zum Anschluss 3 bzw. der Übertragungswirkungsgrad T2 vom Anschluss 2 zum Anschluss 3 sind definiert als: T1 = (1 – 2k)2(10) T2 = 4k(1 – k)(11)

Folglich wählt dieses optische Schaltelement durch Aktivieren der Dünnschicht-Heizeinrichtung ein optisches Signal und gibt es so aus, dass es als Eingabe in den Anschluss 2 dient. Wenn jedoch in dieser Situation die Kopplungseffizienz k nicht genau mit 0,5 übereinstimmt, wird vom Anschluss 1 ein Übersprechen (1 – 2k)2 erzeugt. Die oben angegebene Literaturangabe 2 berichtet, dass dann, wenn der Abstand zwischen den zwei Wellenleitern auf Grund von Herstellungsfehlern beispielsweise einen Fehler von 20% (bezogen auf einen theoretischen Wert) aufweist, ein solches Übersprechen sich auf ungefähr –16 dB verschlechtert.

Hingegen zeigt 23 eine Bauweise einer durchstimmbaren Wellenlängenauswahleinrichtung, die mitunter in einem herkömmlichen optischen Leitungsverzweigungssystem verwendet wird, wobei ein Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel durch einen Wellenlängendemultiplexer 601 demultiplexiert wird und eines der demultiplexierten Lichtsignale mittels eines optischen 4 × 1-Schalters 602 ausgewählt und ausgegeben wird. In 23 gibt der fett gedruckte Pfeil den Durchgang des ausgewählten Lichtsignals an. Wenn der optische 4 × 1-Schalter 602 unter Verwendung von optischen 2 × 1-Schaltelementen in mehrstufiger Baumform aufgebaut ist, sind die Abmessungen und die Leistungsaufnahme, die Treiberschaltungen für optische Schalter betreffend, ebenfalls groß.

Jedoch wählt der optische Schalter 602 einen der demultiplexierten Anteile aus; folglich enthält das Übersprechen keinen Anteil mit einer Wellenlänge, die mit jener des ausgewählten Lichtsignals übereinstimmt. In diesem Fall wird kein Beat-Rauschen erzeugt. Folglich sollte, was die Leistungseinbuße infolge des Übersprechens anbelangt, nur ein Einfluss als Intensitätsrauschen in Betracht kommen. In diesem Fall ist das Übersprechen &egr;i [dB], das die Leistungseinbuße pp [dB] (an Empfindlichkeit) bei einer bestimmten Bitfehlerrate (BER) verursacht, gegeben durch: &egr;i[dB] = 5 Log{1 – 10·pp/5)/Q2}(12)

Um beispielsweise die Leistungseinbuße bei BER 10–12 unter 0,5 dB zu drücken, ist es folglich erforderlich, das Übersprechen bis auf –12 dB oder weniger zu unterdrücken. Wenn die Funktion des optischen 4 × 1-Schalters unter Verwendung von optischen 2 × 1-Schaltelementen, die in einer zweistufigen Form zusammengeschaltet sind, verwirklicht wird, ist es erforderlich, das Übersprechen jedes optischen Schaltelements auf –15 dB oder niedriger zu halten.

Wie oben erläutert wurde, müssen in dem herkömmlichen optischen Leitungsverzweigungssystem optische Schalter mit einem hohen Extinktionsverhältnis wahlweise für die Schalter 511 bis 544 verwendet werden, wodurch die Kosten hoch werden. Wenn die durchstimmbare Wellenlängenauswahleinrichtung ebenfalls unter Verwendung eines optischen Schalters aufgebaut ist, wie mit Bezug auf 23 erläutert wurde, enthält das System außerdem zwei verschiedene Arten von optischen Schaltern, um die Anforderungen nach unterschiedlichen Extinktionsverhältnissen zu erfüllen. Folglich ist eine Integration der optischen Schalter schwierig, und somit sind auch Verringerungen der Abmessungen und der Kosten schwierig. Außerdem ist die Anzahl der erforderlichen Treiberschaltungen für optische Schalter groß. Deshalb werden die Abmessungen und die Verlustleistung groß, sodass eine Miniaturisierung des Systems unmöglich sein kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein wirtschaftliches optisches Leitungsverzweigungssystem zu schaffen, in dem komplizierte optische m × 1-Schalter unnötig sind; stattdessen werden einfache Gatter darstellende optische Schalter verwendet, wobei das Extinktionsverhältnis jedes optischen Schalters niedrig sein kann und das System mit einer kleineren Anzahl von Treiberschaltungen für optische Schalter betrieben werden kann.

Folglich schafft die vorliegende Erfindung ein optisches Leitungsverzweigungssystem zum Remultiplexen von Lichtsignalen in einem Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel, das durch jede von m Eingangslichtleitfasern übertragen wird, und zum Ausgeben der remultiplexierten Lichtstrahlenbündel in m Ausgangslichtleitfasern, wobei m eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist, wobei das System umfasst:

  • (1) optische Teiler, wobei jeder Teiler das Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel, das von jeder Eingangsfaser eingegeben wurde, in mehrere Wellenlängenmultiplex-Lichtfaserbündel teilt;
  • (2) Lichtsignalauswahleinrichtungen, in die die mehreren Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel, die durch die optischen Teiler geteilt wurden, eingegeben werden, wobei das Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel von jeder der m Eingangslichtleitfasern in jede Lichtsignalauswahleinrichtung eingegeben wird, wobei die Auswahleinrichtung dazu dient, eines von m Eingangs-Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündeln auszuwählen und ferner ein Lichtsignal, das eine Wellenlänge des ausgewählten Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündels besitzt, auszuwählen und auszugeben;
  • (3) Wellenlängenumsetzer, wobei jeder Umsetzer dazu dient, das Lichtsignal, das von jeder Lichtsignalauswahleinrichtung ausgegeben wurde, in ein Lichtsignal mit einer vorgegebenen Wellenlänge umzusetzen; und
  • (4) Wellenlängenmultiplexer, die jeweils mit den m Ausgangslichtleitfasern verbunden sind, um von den Wellenlängenumsetzern ausgegebene Lichtsignale einem Wellenlängenmultiplexen zu unterwerfen und um jeweilige multiplexierte Lichtstrahlenbündel zu den Ausgangslichtleitfasern auszugeben.

Jede Lichtsignalauswahleinrichtung umfasst:

  • (2-1) eine erste optische Schalteinrichtung mit m optischen Wegen, die den m Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündeln entsprechen, um nur dem Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel, das sich durch einen der optischen Wege bewegt, den Durchgang zu erlauben, und um die übrigen Wege zu schließen;
  • (2-2) einen Wellenlängen-Router mit m Eingangsanschlüssen, die mit den entsprechenden m optischen Wegen verbunden sind, und p Ausgangsanschlüssen, wobei p eine ganze Zahl gleich oder größer der Anzahl von Wellenlängen ist, die in dem Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel multiplexiert sind, wobei der Router dazu dient, das Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel, das sich durch die erste optische Schalteinrichtung bewegt hat, in Lichtsignale mit unterschiedlichen Wellenlängen zu demultiplexen und diese demultiplexierten Lichtsignale in entsprechende verschiedene Ausgangsanschlüsse auszugeben, wobei der Router eine Lenkungscharakteristik hat, derart, dass der Ausgangsanschluss, an den jedes demultiplexierte Signal ausgegeben wird, für jeden Eingangsanschluss unterschiedlich ist;
  • (2-3) eine zweite optische Schalteinrichtung mit p optischen Wegen, die mit den p Ausgangsanschlüssen des Wellenlängen-Routers verbunden sind, um nur dem Lichtsignal, das sich durch einen der optischen Wege bewegt, den Durchgang zu erlauben und um die übrigen Wege zu schließen; und
  • (2-4) einen optischen Kombinierer zum Kombinieren der p optischen Wege der zweiten optischen Schalteinrichtung zu einem optischen Weg.

Gemäß dem obigen Aufbau wird in jeder Lichtsignalauswahleinrichtung nur ein Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel mittels der ersten optischen Schalteinrichtung ausgewählt, und aus dem erwähnten Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel wird mittels der zweiten optischen Schalteinrichtung nur ein Lichtsignal ausgewählt. Folglich ist es möglich, die Anzahl der Treiberschaltungen im Zusammenhang mit der Schaltoperation (auf "2") zu verringern, wodurch die Abmessungen und die Leistungsaufnahme bei den Treiberschaltungen verringert werden können.

Außerdem werden neben Übersprechkomponenten auf Grund der m Lichtwege (oder Lichtwellenleiter) in der ersten optischen Schalteinrichtung Komponenten mit der Wellenlänge des Lichtsignals, das durch die zweite optische Schalteinrichtung ausgewählt wird, durch den Wellenlängen-Router in verschiedene Lichtwege (oder Lichtwellenweiter vom Lichtweg für das ausgewählte Signal) der zweiten optischen Schalteinrichtung eingebracht; folglich wird kein Beat-Rauschen erzeugt. Somit kann sowohl die erste als auch die zweite optische Schalteinrichtung unter Verwendung von optischen Schaltern mit einem niedrigen Extinktionsverhältnis aufgebaut sein. Außerdem weisen die beiden optischen Schalteinrichtungen mehrere Lichtwege auf und haben eine gemeinsame Funktion zum Freigeben nur eines der Wege, um einem Lichtstrahlenbündel den Durchgang zu erlauben; folglich können diese Einrichtungen unter Verwendung der gleichen Art der optischen Schalter aufgebaut sein. Demzufolge ist es leicht, eine Integration durchzuführen, und außerdem kann die Verringerung der Abmessungen und der Leistungsaufnahme verwirklicht werden.

Ein Verfahren zum Unterdrücken des Beat-Rauschens unter Verwendung einer Kombination aus der ersten Schalteinrichtung und dem Wellenlängen-Router ist in der Literaturangabe 3, O. Ishida u. a.: Parallel- Optical-Interconnecting Multiwavelength Star Network (POIMS Net) for High-Capacity Switching, Proceedings of the IEEE Communication Society Meeting, B-1072, S. 557, 1996, offenbart.

Diese Literaturangabe 3 offenbart mehrere optische Teiler, eine erste optische Schalteinrichtung mit Lichtwegen, die mit jedem Ausgang der optischen Teiler verbunden sind, einen Wellenlängen-Router mit Eingangsanschlüssen, die jeweils mit den oben genannten Lichtwegen verbunden sind, und mehrere Lichtempfänger, die entsprechend mit mehreren Ausgangsanschlüssen des Wellenlängen-Routers verbunden sind. Ein ähnlicher Aufbau ist auch in der japanischen Patentanmeldung mit der Erstveröffentlichung unter Hei 9-247 179 ("Optical receiver and optical network using the receiver") in allen Einzelheiten offenbart.

Folglich wird bei der vorliegenden Erfindung eine neuartige Lichtsignalauswahleinrichtung, die von der herkömmlichen (Kombination, gebildet aus der) optischen m × 1-Schalteinrichtung und durchstimmbaren Wellenlängenauswahleinrichtung verschieden ist (m = 4 bei der Konfiguration von 19) geschaffen, indem die zweite optische Schalteinrichtung und der optische Kombinierer zu der ersten optischen Schalteinrichtung und dem Wellenlängen-Router hinzugefügt werden. Das heißt, die Kombination aus der ersten Schalteinrichtung und dem Wellenlängen-Router arbeitet nicht wie ursprünglich als optischer m × 1-Schalter; dennoch kann durch geschicktes Ausnutzen einer Lenkungscharakteristik des Wellenlängen-Routers und Hinzufügen der Funktion der durchstimmbaren Wellenlängenauswahleinrichtung ein solcher Aufbau als Lichtsignalauswahleinrichtung fungieren.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

1 zeigt eine Grundkonfiguration eines optischen Leitungsverzweigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

2 zeigt die erste Ausführungsform der Konfiguration der Lichtsignalauswahleinrichtung.

3 zeigt eine Konfiguration eines matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers 200.

4 zeigt die Wellenlängen-Lenkungscharakteristik des matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers 200.

5 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Unterdrückung (der Erzeugung) von Beat-Rauschen durch den matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängenrouter 200.

6 zeigt Beispiele für erforderliche Extinktionsverhältnisse, berechnet für jedes optische Schaltelement.

7 zeigt Beispiele für erforderliche Anzahlen von Treiberschaltungen für optische Schalter.

8 zeigt eine Konfiguration, bei der die optischen 1 × 16-Teiler 31 bis 34 von 1 untergliedert sind.

9 zeigt ein Beispiel für den Wellenlängenumsetzer.

10 zeigt die zweite Ausführungsform der Konfiguration der Lichtsignalauswahleinrichtung.

11 zeigt eine Wellenlängen-Lenkungscharakteristik eines matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers mit Periodizität.

12 zeigt die Konfiguration eines weiteren Wellenlängen-Routers, der die in 11 gezeigte Wellenlängen-Lenkungscharakteristik aufweist.

13 zeigt ein Beispiel für weitere Wellenlängen-Lenkungscharakteristiken.

14 zeigt die dritte Ausführungsform der Konfiguration der Lichtsignalauswahleinrichtung.

15 zeigt die vierte Ausführungsform der Konfiguration der Lichtsignalauswahleinrichtung.

16A, 16B sind schematische Darstellungen zur Erläuterung der Beziehung zwischen einem matrixartig angeordneten 11 × 11-Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router und einem Router vom reflektierenden Typ.

17 zeigt die Wellenlängen-Lenkungscharakteristik des 11 × 11-Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers.

18 zeigt ein Beispiel für die Konfiguration des herkömmlichen optischen Leitungsverzweigungssystems bei Anwendung der Wellenlängenmultiplex-Techniken.

19 zeigt ein Beispiel für die Konfiguration des herkömmlichen optischen Leitungsverzweigungssystems unter Verwendung einer Lichtsignalauswahleinrichtung.

20 zeigt ein Beispiel für die Konfiguration von optischen 4 × 1-Schaltern 511 bis 544.

21 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Übersprechens, das an den optischen 4 × 1-Schaltern 511 bis 544 erzeugt wird.

22 zeigt eine Grundkonfiguration des optischen 2 × 1-Schaltelements in Form eines Quarz-Wellenleiter-Mach-Zehnder-Interferometers.

23 zeigt ein Beispiel für die Konfiguration der durchstimmbaren Wellenlängenauswahleinrichtungen 611 bis 644 und ihr Übersprechen.

24 ist eine Ausführungsform der optischen Verbindung unter Verwendung einer zweidimensionalen Faseranordnung, die Bandtyp-4-Kern-Lichtleitfasern umfasst.

25 ist eine Ausführungsform der optischen Verbindung unter Verwendung der zweidimensionalen Faseranordnungen, die Bandtyp-4-Kern-Lichtleitfasern umfassen, zwischen den optischen Teilern und den Lichtsignalauswahleinrichtungen von 1.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN Grundkonfiguration des optischen Leitungsverzweigungssystems

1 zeigt eine Grundkonfiguration eines optischen Leitungsverzweigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

In dem optischen Leitungsverzweigungssystem sind vier Paare Eingangs-/Ausgangs-Lichtleitfasern zusammengeschaltet, wobei in jeder Lichtleitfaser vier Lichtsignale mit unterschiedlichen Wellenlängen wellenlängenmultiplexiert sind.

In 1 bezeichnen die Bezugszeichen 11 bis 14 Eingangslichtleitfasern, die Bezugszeichen 31 bis 34 bezeichnen optische 1 × 16-Teiler, die Bezugszeichen 411 bis 444 bezeichnen Lichtsignalauswahleinrichtungen, die Bezugszeichen 711 bis 744 bezeichnen Wellenlängenumsetzer, die Bezugszeichen 81 bis 84 bezeichnen 4 × 1-Wellenlängenmultiplexer und die Bezugszeichen 91 bis 94 bezeichnen Ausgangslichtleitfasern.

Die durch die Eingangslichtleitfasern 11 bis 14 übertragenen Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel werden jeweils durch jeden optischen Teiler 31 bis 34 in 16 Teile geteilt, wobei der Wellenlängenmultiplexzustand beibehalten wird, und die Teilstrahlen werden in Lichtsignalauswahleinrichtungen 411 bis 444 eingebracht.

Beispielsweise wird eine der (16) Ausgaben von jedem der optischen Teiler 31 bis 34 in die Lichtsignalauswahleinrichtung 411 eingebracht.

Die durch die Lichtsignalauswahleinrichtungen 411 bis 414 ausgewählten Lichtsignale werden in Wellenlängenumsetzer 711 bis 714 eingebracht, in denen die Lichtsignale in Lichtsignale mit vorgegebenen Wellenlängen &lgr;1 bis &lgr;4 umgesetzt werden, und die umgesetzten Signale werden im Wellenlängenmultiplexer 81 multiplexiert, um in die Ausgangslichtleitfaser 91 ausgegeben zu werden. In den anderen Wellenlängenumsetzern und Wellenlängenmultiplexern des Systems werden gleichartige Operationen ausgeführt.

Ausführungsform 1 der Konfiguration der Lichtsignalauswahleinrichtung

2 zeigt die erste Ausführungsform der Lichtsignalauswahleinrichtung als ein unterscheidendes Merkmal der vorliegenden Erfindung.

In 2 umfasst die Lichtsignalauswahleinrichtung die Anordnung optischer Schaltelemente, 100, den matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router 200, die Anordnung optischer Schaltelemente, 110, den 7 × 1-Lichtmoden-Kombinierer 301, Schaltertreiberschaltungen 311 und 312 und Auswahleinrichtungen 321 und 322. Andererseits sind die Anordnungen optischer Schaltelemente, 100 und 110, aus vier optischen Schaltelementen 101 bis 104 bzw. sieben optischen Schaltelementen 111 bis 117 gebildet. Jedes optische Schaltelement hat einen Aufbau wie in 22 gezeigt, bei dem eine Dünnschicht-Heizeinrichtung an einem der zwei Wellenleiter des Mach-Zehnder-Interferometers angebracht ist, und diese optischen Schaltelemente werden durch Schaltertreiberschaltungen 311 und 312 über Auswahleinrichtungen 321 und 322 aktiviert (oder getrieben).

3 zeigt eine Konfiguration eines matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers 200. Dieser Wellenlängen-Router umfasst wenigstens vier Eingangswellenleiter (11 bis 14) 201, einen ersten Plattenwellenleiter 202, eine Anordnung 203 von Wellenleitern, deren Längen sich jeweils um genau festgelegte Werte unterscheiden, einen zweiten Plattenwellenleiter 204 und sieben Ausgangswellenleiter (O–3 bis O3) 205.

Beispielsweise wird bei der Lichtsignalauswahleinrichtung 411 von 1 eine der mehreren Ausgaben jedes optischen Teilers 31 bis 34 in den Anschluss 2 (siehe 22) des entsprechenden optischen Schaltelements (d. h. eines der Schaltelemente 101 bis 104) in 2 eingegeben (die folgende Erläuterung basiert auf dem optischen 2 × 1-Schaltelement vom Mach-Zehnder-Interferometertyp). Der Anschluss 3 jedes optischen Schaltelements 101 bis 104 ist mit einem der Eingangswellenleiter 201 des matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers 200 verbunden. Gleichzeitig sind die sieben Ausgangswellenleiter (O–3 bis O3) 205 des matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers 200 jeweils mit den Anschlüssen 2 der optischen Schaltelemente 111 bis 117 verbunden. Die Anschlüsse 3 dieser Elemente 111 bis 117 sind jeweils an sieben Eingänge des Lichtmoden-Kombinierers 301 herangeführt, dessen Ausgang folglich der Ausgang der Lichtsignalauswahleinrichtung 411 ist.

Nachstehend wird die Funktionsweise jedes Teils der in 2 gezeigten Lichtsignalauswahleinrichtung erläutert.

Die Schaltertreiberschaltung 311 aktiviert die Dünnschicht-Heizeinrichtung eines der vier optischen Schaltelemente 101 bis 104, das durch die Auswahleinrichtung 321 ausgewählt worden ist, und führt das Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel, das in den Anschluss 2 des ausgewählten optischen Schaltelements eingegeben wurde, in den Anschluss 3 hinein. Dabei sind die Dünnschicht-Heizeinrichtungen der übrigen drei optischen Schaltelemente nicht aktiviert, sodass kein Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel in Anschlüsse 3 dieser optischen Schaltelemente ausgegeben wird. Auf diese Weise wird das Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel in nur einen der Eingangswellenleiter 201 des matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers 200 eingegeben.

Hier ist der matrixartig angeordnete Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router 200 derart ausgebildet, dass dann, wenn ein Lichtsignal mit der Wellenlänge &lgr;k (k = 1 bis 4) in den Eingangswellenleiter Ii (i = 1 bis 4) eingegeben wird, das Lichtsignal zum Ausgangswellenleiter Ok-i gelenkt wird (siehe Literaturangabe 4, H. Takahashi, u. a.: Transmission Characteristics of Arrayed Waveguide N × N Wavelength Multiplexer, Journal of Lightwave Technology, IEEE, Bd. 13, Nr. 3, S. 447 bis 455, 1995). Das heißt, der matrixartig angeordnete Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router 200 hat eine Lenkungscharakteristik wie in 4 gezeigt. Wenn beispielsweise ein Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel in den Eingangswellenleiter I2 eingegeben wird, dann wird das Multiplex-Lichtstrahlenbündel in mehrere Lichtsignale demultiplexiert, und ein Lichtsignal mit der Wellenlänge &lgr;1 wird in den Ausgangswellenleiter O–1 ausgegeben, ein Lichtsignal mit der Wellenlänge &lgr;2 wird in den Ausgangswellenleiter O0 ausgegeben, ein Lichtsignal mit der Wellenlänge &lgr;3 wird in den Ausgangswellenleiter O1 ausgegeben und ein Lichtsignal mit der Wellenlänge &lgr;4 wird in den Ausgangswellenleiter O2 ausgegeben. Folglich wird ein Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel (mit Wellenlängen &lgr;1 bis &lgr;4), das in einen von vier Eingangswellenleitern eingegeben wurde, in Lichtsignale demultiplexiert, die entsprechend dem relevanten Eingangswellenleiter und den Wellenlängen jeweils in vier von sieben Ausgangswellenleiter ausgegeben werden (siehe schattierte Teile in 4).

Die Schaltertreiberschaltung 312 aktiviert die Dünnschicht-Heizeinrichtung eines der sieben optischen Schaltelemente 111 bis 117, das durch die Auswahleinrichtung 322 ausgewählt worden ist, und bringt das Lichtsignal, das in den Anschluss 2 des ausgewählten optischen Schaltelements eingegeben wurde, in den Anschluss 3 des Elements ein. Dabei sind die Dünnschicht-Heizeinrichtungen der übrigen sechs optischen Schaltelemente nicht aktiviert, sodass von diesen optischen Schaltelementen kein Lichtsignal ausgegeben wird. Auf diese Weise wird das (ausgewählte) Lichtsignal nur in einen der sieben Eingangswellenleiter des Lichtmoden-Kombinierers 301 eingegeben.

Der Lichtmoden-Kombinierer 301 ist eine optische Vorrichtung zum Kombinieren von Lichtsignalen, die durch sieben Monomode-Lichtleitfasern übertragen wurden, in eine Multimode-Lichtleitfaser. Sein Aufbau ist beispielsweise in der Literaturangabe 5, T. Hanada u. a.: 8 × 1 Single-Mode to Multi-Mode Combiner, Proceedings of the IEEE Electronics Society Meeting, C-160, S. 160, 1996, offenbart. Der Koppelverlust zwischen jeder Monomode-Lichtleitfaser und der Multimode-Lichtleitfaser kann 2 dB oder niedriger sein.

Wie weiter oben erläutert worden ist, wählt die Lichtsignalauswahleinrichtung eines von insgesamt sechzehn Lichtsignalen, die durch vier Eingangslichtleitfasern übertragen werden, aus und gibt es aus, indem sie (i) eine von vier Eingangslichtleitfasern unter Verwendung der Anordnung optischer Schaltelemente, 100, auswählt, (ii) ein Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel, das durch die ausgewählte Eingangslichtleitfaser übertragen wird, unter Verwendung des matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers 200 entsprechend dem relevanten Eingangsanschluss und den Wellenlängen demultiplexiert und (ii) eines der (durch das Demultiplexen erhaltenen) Lichtsignale unter Verwendung der Anordnung optischer Schaltelemente, 110, auswählt und das ausgewählte Signal in die Multimode-Lichtleitfaser 1000 eingibt, die der Ausgang des Lichtmoden-Kombinierers 301 ist.

Die oben erläuterte Ausführungsform bezieht sich auf ein optisches Leitungsverzweigungssystem, in dem höchstens vier Lichtsignale in jedem von vier Paaren Eingangs-/Ausgangs-Lichtleitfasern multiplexiert sind. Genauso ist es möglich, ein optisches Leitungsverzweigungssystem zu verwirklichen, in dem höchstens n Lichtsignale in jedem von m Paaren Eingangs-/Ausgangs-Lichtleitfasern multiplexiert sind.

Dieses (allgemeine) optische Leitungsverzweigungssystem umfasst m optische 1 × (m·n)-Teiler, die m Eingangslichtleitfasern entsprechen, m·n Lichtsignalauswahleinrichtungen, m·n Wellenlängenumsetzer und m n × 1-Wellenlängenmultiplexer, die m Ausgangslichtleitfasern entsprechen.

In diesem Fall umfasst jede Lichtsignalauswahleinrichtung eine erste Anordnung optischer Schaltelemente, die aus m optischen Schaltelementen gebildet ist, einen matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router, eine zweite Anordnung optischer Schaltelemente, die aus m + n – 1 optischen Schaltelementen gebildet ist, und einen (m + n – 1) × 1-Lichtmoden-Kombinierer.

Außerdem umfasst in diesem Fall der matrixartig angeordnete Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router m Eingangswellenleiter I1 bis Im, m + n – 1 Ausgangswellenleiter O1-m bis On-1 und ist so konzipiert, dass dann, wenn ein Lichtsignal mit &lgr;k (k = 1 bis n) in den Eingangswellenleiter Ii (i = 1 bis m) eingegeben wird, das eingegebene Signal zum Ausgangswellenleiter Ok-i gelenkt wird. Dabei wird ein in einen der m Eingangswellenleiter eingegebenes Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel (aus n Lichtsignalen) demultiplexiert und entsprechend dem relevanten Eingangswellenleiter und jeder Wellenlänge in n der m + n – 1 Ausgangswellenleiter ausgegeben.

Nachstehend werden Vorteile der Lichtsignalauswahleinrichtung, die in 2 gezeigt ist, erläutert.

Erstens werden nur ein Eingangsanschluss und ein Ausgangsanschluss bei jedem optischen Schaltelement verwendet. Folglich ist es bei dem herkömmlichen optischen 2 × 1-Schaltelement vom Mach-Zehnder-Interferometertyp, das mit Bezug auf 22 erläutert wurde, möglich, nur den Anschluss 2 zu verwenden, bei dem im Grunde kein Übersprechen auftritt, ohne den Anschluss 1 zu verwenden, bei dem leicht infolge eines Herstellungsfehler Übersprechen auftritt. Dementsprechend ist es nicht erforderlich, wahlweise ein optisches Schaltelement zu verwenden, dessen Extinktionsverhältnis wegen eines Herstellungsfehlers nicht herabgesetzt ist; folglich ist die Ausbeute wesentlich verbessert, und die Herstellungskosten können gesenkt werden.

Außerdem werden aus den Übersprechkomponenten, die in der Anordnung optischer Schaltelemente, 100, erzeugt werden, Komponenten, welche die gleiche Wellenlänge wie das durch die Anordnung optischer Schaltelemente, 110, ausgewählte Lichtsignal haben, mittels des matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers 200 demultiplexiert; folglich tritt kein Beat-Rauschen auf. Ein solcher Zustand ist in 5 schematisch dargestellt. Hier sind die optischen Schaltelemente 102 und 113 aktiviert, und es wird ein durch die Eingangslichtleitfaser 12 übertragenes Lichtsignal mit der Wellenlänge &lgr;1 ausgewählt.

In diesem Fall stellen Komponenten, die durch optische Schaltelemente, die nicht aktiviert wurden, übertragen werden, Übersprechen dar. Das heißt, in der Anordnung optischer Schaltelemente, 100, werden von den optischen Schaltelementen 101, 103 und 104 Übersprechkomponenten in die Eingangswellenleiter I1, I3 und I4 des matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers 200 eingebracht. Komponenten mit der Wellenlänge &lgr;1 unter diesen Übersprechkomponenten werden von den Ausgangswellenleitern O0, O–2 und O–3 des matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers 200 zu den optischen Schaltelementen 114, 112 und 111 gelenkt und werden niemals zu dem aktivierten optischen Schaltelement 113 gelenkt. Wie oben erläutert wurde, überlagern Übersprechkomponenten mit der gleichen Wellenlänge wie das ausgewählte Lichtsignal einander nicht; folglich tritt kein Beat-Rauschen auf. Mithin unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von dem herkömmlichen Beispiel, das mit Bezug auf 21 erläutert wurde, und die Anordnung optischer Schaltelemente, 100, erfordert kein hohes Extinktionsverhältnis.

Was die Übersprechkomponente e1 für jedes optische Schaltelement, das in der Anordnung optischer Schaltelemente, 100, enthalten ist, und die Übersprechkomponente e2 für jedes optische Schaltelement, das in der Anordnung optischer Schaltelemente, 110, enthalten ist, anbelangt, so lässt sich in 5 Übersprechen, das die gleiche Wellenlänge wie das ausgewählte Lichtsignal hat, als "(m – 1)·e1·e2" (m gibt die Anzahl der Paare Eingangs-/Ausgangs-Lichtleitfasern an) darstellen. Um dieses im Fall von "m = 4" auf –30 dB oder niedriger zu halten, sollte die Bedingung "e1 = e2 < –18 dB" erfüllt sein.

Übersprechen in Bezug auf verschiedene Wellenlängen lässt sich darstellen als: (m – 1)·e1 + (n – 1)·e2 + (m – 1)·(n – 1)·e1·e2 wobei n die Anzahl der Wellenlängen angibt. Um dieses im Fall von "n = 4" auf –12 dB oder niedriger zu halten, sollte die Bedingung "e1 = e2 < –20 dB" erfüllt sein. Folglich kann bei Anwendung der Bedingung "e1 = e2 < –20 dB" auf die in 5 gezeigte Konfiguration die Leistungseinbuße bei BER 10–12 unter ungefähr 0,5 dB gehalten werden.

Außerdem ist bei den erforderlichen Operationen der Lichtsignalauswahleinrichtung, die in 2 gezeigt ist, in jeder der Anordnungen optischer Schaltelemente, 100 und 110, eines der optischen Schaltelemente aktiviert, um in einem "Ein"-Zustand zu sein. Daher sind nur zwei Schaltertreiberschaltungen erforderlich, und folglich können die Größe und die Leistungsaufnahme gering sein.

Bei verschiedenen Werten für m und n, die Lichtsignalauswahleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung betreffend, wurden (i) das Extinktionsverhältnis, das für ein optisches Schaltelement erforderlich ist, und (ii) die Anzahl der erforderlichen Schaltertreiberschaltungen berechnet. Die erzielten Ergebnisse sind in 6 bzw. 7 gezeigt. Zum Vergleich wurden auch das Extinktionsverhältnis und die Anzahl der optischen Schaltertreiberschaltungen, die für ein herkömmliches optisches Leitungsverzweigungssystem wie in 19 gezeigt, das unter Verwendung von optischen 2 × 1-Schaltelementen ausgebildet ist, erforderlich sind, berechnet und dargestellt. In diesen Figuren gibt n die Anzahl der Wellenlängen in Bezug auf jede Lichtleitfaser an. Wie in 6 gezeigt ist, verringert sich das erforderliche Extinktionsverhältnis für ein optisches Schaltelement um ungefähr 10 dB. Außerdem ist, wie in 7 gezeigt ist, die Anzahl der erforderlichen Treiberschaltungen für optische Schalter ungeachtet der Anzahl m der Paare Eingangs-/Ausgangs-Lichtleitfasern und der Anzahl n der Wellenlängen zwei. Folglich können die Größe und die Leistungsaufnahme gering sein.

Weitere Ausführungsformen der Konfiguration des optischen Teilers

8 zeigt eine Konfiguration, bei der die optischen 1 × 16-Teiler 31 bis 34 (von 1) untergliedert sind. In dieser Konfiguration ist jeder der optischen 1 × 16-Teiler 31 bis 34 durch fünf optische 1 × 4-Teiler ersetzt (siehe Bezugszeichen 351 bis 355, 361 bis 365, 371 bis 375, 381 bis 385). Im Allgemeinen kann ein optischer 1 × (m·n)-Teiler (genauer: seine Funktion) unter Verwendung eines optischen 1 × m-Teilers und von m optischen 1 × n-Teilern verwirklicht werden. In diesem Fall wird die optische Verbindung zwischen den Eingangslichtleitfasern und jeder Lichtsignalauswahleinrichtung einfacher. In diesem Fall kann ein zusätzlicher Vorteil erzielt werden, wobei für jedes Paar Eingangs-/Ausgangs-Lichtleitfasern erforderliche optische Teiler und die entsprechende optische Verbindung geschaffen sein können.

Des Weiteren zeigt 24 eine Ausführungsform der optischen Verbindung bezüglich jeder der in 8 durch gestrichelte Linien umgebenen Rechteckflächen. Vier Bandtyp-4-Kern-Lichtleitfasern (Nr. 1 bis Nr. 4) sind so geschichtet, dass sie eine zweidimensionale Faseranordnung bilden, und durch Verbinden zweier Sätze zweidimensionaler Faseranordnungen (Nr. 1 bis Nr. 4 und Nr. 1' bis Nr. 4') in der Weise, dass die Bandrichtungen der zwei Sätze unter einem Winkel von 90 Grad zueinander sind, kann die oben erwähnte erforderliche Verbindung leicht verwirklicht werden.

Im Allgemeinen kann eine gewünschte optische Verbindung leicht erzielt werden, wenn eine (erste) zweidimensionale Faseranordnung, die durch Schichten von m Bandtyp-n-Kern-Lichtleitfasern gebildet ist, auf der Eingangsseite und eine (zweite) zweidimensionale Faseranordnung, die durch Schichten von n Bandtyp-m-Kern-Lichtleitfasern gebildet ist, auf der Ausgangsseite in der Weise verbunden werden, dass die Bandrichtungen (d. h. Schichtrichtungen) der zwei Anordnungen 90 Grad bilden, d. h. sich in einer im Wesentlichen orthogonalen Beziehung kreuzen.

Statt eine große Anzahl optischer 1 × 4-Teiler (wie in 8 gezeigt) für die optischen 1 × 16-Teiler 31 bis 34 von 1 zu verwenden, kann eine andere Verbindungsanordnung verwendet werden, die in 25 gezeigt ist, bei der die optischen 1 × 16-Teiler 31 bis 34 und die zweidimensionalen Faseranordnungen 801 bis 804 (mit dem oben erläuterten Aufbau) vorgesehen sind. Hierbei sind die Ausgänge jedes der optischen 1 × 16-Teiler 31 bis 34 mit vier Bandtyp-4-Kern-Lichtleitfasern gebildet, und durch Verwirklichen einer optischen Verbindung wie in 25 gezeigt wird eine Bandtyp-4-Kern-Lichtleitfaser mit jeder der Lichtsignalauswahleinrichtungen 411 bis 444 verbunden. Das heißt, durch Verwenden der zweidimensionalen Faseranordnungen 801 bis 804 kann eine einfachere optische Verbindung für eine einfache (Neu-)Installation verwirklicht werden, ohne einen optischen 1 × 16-Teiler in viele optische 1 × 4-Teiler zu untergliedern und ohne eine übermäßige Zunahme des Verlusts im Zusammenhang mit der Erhöhung der Anzahl der Teilungen der optischen Teiler zu bewirken.

Ausführungsformen der Konfiguration des Wellenlängenumsetzers

Um ein Eingangslichtsignal mit irgendeiner Wellenlänge in ein Lichtsignal mit einer vorgegebenen Wellenlänge umzusetzen, ist ein Betrieb von Wellenlängenumsetzern 711 bis 744 erforderlich. Als Wellenlängenumsetzer kann beispielsweise (i) ein optischer Regenerationsverstärker, bei dem ein optischer Sender unter Verwendung eines elektrischen Signals, das in einem optischen Empfänger diskriminiert und regeneriert wurde, getrieben wird, oder (ii) ein rein optischer Zwischenverstärker unter Verwendung von Halbleitern (Halbleiterelementen) verwendet werden. Falls eine gemeinsame Lichtquelle zum Erzeugen mehrerer optischer Träger mit unterschiedlichen Wellenlängen und zum Verteilen dieser Ausgaben an jeden Wellenlängenumsetzer vorgesehen ist, kann der Wellenlängenumsetzer unter Verwendung eines Lichtempfängers und eines Lichtmodulators zum Modulieren der verteilten optischen Träger aufgebaut sein. Ein Beispiel für diese Konfiguration ist in 9 gezeigt.

In 9 umfasst die gemeinsame Lichtquelle 7000 eine Halbleiterlaseranordnung 701 und optische 1 × 4-Teiler 702 bis 705. Jeder der Wellenlängenumsetzer 711 bis 714 (bis zu "744", jedoch in der Figur nicht gezeigt) ist aus einem Lichtempfänger 706 und einem Lichtmodulator 707 gebildet. In diesem Fall können für den Lichtmodulator ungeachtet der Wellenlänge gleiche optische Teile verwendet werden, und jeder Wellenlängenumsetzer kann unter Vrwendung von gemeinsamen Optikteilen (oder -komponenten) aufgebaut sein. Wenn bei der Anordnung von 1 jede der Lichtsignalauswahleinrichtungen 411 bis 444 und der entsprechende Wellenlängenumsetzer (einer von 711 bis 744) in derselben Ummantelung enthalten sind, bestehen folglich alle 16 Ummantelungen aus den gleichen Optikkomponenten oder -teilen. Folglich kann bei einer Neuinstallation oder einer Störungsbehebung jede Ummantelung (durch eine neue Ummantelung) ersetzt werden.

Ausführungsform einer weiteren Konfiguration des Wellenlängenmultiplexers

Um vier Lichtsignale mit unterschiedlichen Wellenlängen in eine Lichtleitfaser zu multiplexen, ist ein Betrieb von Wellenlängenmultiplexern 81 bis 84 erforderlich. Ein solcher Wellenlängenmultiplexer kann unter Verwendung von kleinen und preiswerten Lichtkopplern ohne Wellenlängenabhängigkeit aufgebaut sein. In diesem Fall unterliegt der Multiplexer einem Koppelverlust von "10 Log n" (wobei n die Anzahl der Wellenlängen ist). Außerdem können in diesem Fall, wenn der Wellenlängenumsetzer irgendwie beschädigt ist und die Wellenlänge des von dem Umsetzer ausgegebenen Lichtsignals verändert ist, andere Multiplex-Lichtsignale durch unerwünschte Effekte beeinflusst werden.

Weitere Konfigurations- und Steuerungsbeispiele für das optische Schaltelement

Der Fall, in dem als jedes optische Schaltelement ein Mach-Zehnder-Interferometer-Typ verwendet wird, wurde mit Bezug auf 2 erläutert; jedoch kann jeder optische Schalter verwendet werden, der den Zustand eines Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündels auf "ein" oder "aus" festsetzen kann und der ein gewünschtes Extinktionsverhältnis wie in 6 gezeigt aufweist. Beispielsweise kann ein selbsthaltender Monomode-Lichtleitfaser-Schalter verwendet werden, bei dem eine ultraleichte Magnetschichtröhre an einer Lichtleitfaser angebracht ist, und diese Einheit wird mittels der elektromagnetischen Kraft so gesteuert bzw. getrieben, dass sie eine Anschlussunterbrechung von Licht leistet. Ausführliche Erläuterungen eines solchen optischen Schalters sind in der Literaturangabe 6, S. Nagaoka: Compact and High-Performance Latching Type Single-Mode Fiber Switches, Technical Report of IEICE, OQE93-119, OCS93-55, S. 67–72, 1993, offenbart. Es ist auch möglich, einen Y-förmigen optischen Schalter, der den thermooptischen Effekt nutzt, oder eine andere Konfiguration unter Verwendung eines halbleiter-optischen Verstärkers als ein optisches Gatter zu verwenden.

In 2 werden die Anordnungen optischer Schaltelemente, 100 und 110, jeweils durch Schaltertreiberschaltungen 311 bzw. 312 und Auswahleinrichtungen 321 bzw. 322 getrieben; jedoch können für jedes optische Schaltelement Schaltertreiberschaltungen vorgesehen sein, ohne Auswahleinrichtungen zu verwenden. In diesem Fall nimmt die Anzahl der Schaltertreiberschaltungen zu, jedoch kann eine Feineinstellung in Bezug auf den "Aus"-Zustand vorgenommen werden. Folglich kann das Extinktionsverhältnis verbessert werden. Hierbei wird nur ein optisches Schaltelement in einen "Ein"-Zustand versetzt, folglich kann in diesem Fall die Leistungsaufnahme ebenfalls gering sein.

Beispiel für eine weitere Konfiguration des optischen Kombinierers

In 2 wird der Lichtmoden-Kombinierer 301 als optischer Kombinierer verwendet, der Lichtsignale, die durch mehrere Monomode-Lichtleitfaser übertragen wurden, in eine Multimode-Lichtleitfaser kombiniert. Die Lichtsignale können jedoch auch unter Verwendung eines einfachen Lichtkopplers in eine Monomode-Lichtleitfaser kombiniert werden. In diesem Fall wird im Grunde ein Kombinationsverlust von "10 Log(n + m – 1) hervorgerufen.

Zweite Ausführungsform der Konfiguration der Lichtsignalauswahleinrichtung

Wenn ein periodischer Wellenlängen-Router als der in 2 gezeigte matrixartig angeordnete Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router 200 verwendet wird, kann die Anzahl der optischen Schaltelemente, die in der Anordnung optischer Schaltelemente, 110, enthalten ist, verringert werden. Hier hat der periodische Wellenlängen-Router n Paare Eingangs-/Ausgangs-Anschlüsse, entsprechend der Anzahl n der Wellenlängen, und die Wellenlängen-Lenkungscharakteristik zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen hat eine Periodizität (oder eine "Lateinische Matrix"-Charakteristik). Es folgen Erläuterungen mit Bezug auf 10 und 11.

10 zeigt die zweite Ausführungsform der Konfiguration der Lichtsignalauswahleinrichtung unter Verwendung des obigen periodischen Wellenlängen-Routers.

Unterschiede zu der ersten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, bestehen darin, dass der matrixartig angeordnete Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router 210 vier Ausgangswellenleiter O0 bis O3 hat und die Anordnung optischer Schaltelemente, 110, aus vier optischen Schaltelementen 114 bis 117 gebildet ist und der 4 × 1-Lichtmoden-Kombinierer 302 als optischer Kombinierer vorgesehen ist.

Der matrixartig angeordnete Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router 210 ist derart konzipiert, dass dann, wenn ein Lichtsignal &lgr;k (k = 1 bis 4) in den Eingangswellenleiter Ii (i = 1 bis m) eingegeben wird, das eingegebene Signal zum Ausgangswellenleiter O(k-i)mod4 gelenkt wird. Hierbei bezeichnet "x mod y" den "Rest, der beim Dividieren von x durch y erhalten wird". Das heißt, der matrixartig angeordnete Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router 210 hat eine Wellenlängen-Lenkungscharakteristik wie in 11 gezeigt. Wenn beispielsweise ein Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel mit &lgr;1 bis &lgr;4 in einen Eingangswellenleiter 12 eingebracht wird, dann wird ein Lichtsignal mit der Wellenlänge &lgr;1 in den Ausgangswellenleiter O3 ausgegeben, ein Lichtsignal mit der Wellenlänge &lgr;2 wird in den Ausgangswellenleiter O0 ausgegeben, ein Lichtsignal mit der Wellenlänge &lgr;3 wird in den Ausgangswellenleiter O1 ausgegeben und ein Lichtsignal mit der Wellenlänge &lgr;4 wird in den Ausgangswellenleiter O2 ausgegeben. Folglich werden vier Lichtsignale, die in dem Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel enthalten sind, das in einen von vier Eingangswellenleitern eingegeben wurde, demultiplexiert und entsprechend, je nach relevantem Eingangswellenleiter und Wellenlängen, in vier Ausgangswellenleiter ausgegeben. Auf Einzelheiten eingehende Ausdrücke und ein Design-Verfahren bezüglich des periodischen Wellenlängen-Routers sind in der oben genannten Literaturangabe 4 offenbart.

Im Allgemeinen kann mit einem periodischen Wellenlängen-Router ein optisches Leitungsverzweigungssystem, in dem höchstens n Lichtsignale in höchstens n Paaren Eingangs-/Ausgangs-Lichtleitfasern multiplexiert sind, wie das in 1 gezeigte System aufgebaut sein. Dieser Aufbau umfasst einen optischen 1 × n2-Teiler, entsprechend jeder der n Eingangslichtleitfasern, n2 Lichtsignalauswahleinrichtungen, n2 Wellenlängenumsetzer und einen n × 1-Wellenlängenmultiplexer, entsprechend jeder der n Ausgangslichtleitfasern. Jede Lichtsignalauswahleinrichtung umfasst eine erste Anordnung optischer Schaltelemente, die aus n optischen Schaltelementen gebildet ist, einen periodischen Wellenlängen-Router und eine zweite Anordnung optischer Schaltelemente, die aus n optischen Schaltelementen gebildet ist, und einen n × 1-Lichtmoden-Kombinierer. Dieser periodische Wellenlängen-Router weist n Eingangsanschlüsse I1 bis I0 und n Ausgangsanschlüsse O0 bis On-1 auf und ist so beschaffen, dass er eine solche Funktion aufweist, dass dann, wenn ein Lichtsignal mit der Wellenlänge &lgr;k (k = 1 bis n) in den Eingangsanschluss Ii eingebracht wird, das Signal zum Ausgangsanschluss O(k-i)modn gelenkt wird. Folglich werden n (Multiplex-)Lichtsignale, die in einen von n Ein gangsanschlüssen eingegeben wurden, entsprechend, je nach relevantem Eingangsanschluss und Wellenlängen, an n Ausgangsanschlüsse ausgegeben.

Wie oben erläutert wurde, hat die zweite Ausführungsform unter Verwendung des periodischen Wellenlängen-Routers neben den Wirkungen, die bei der ersten Ausführungsform der Konfiguration der Lichtsignalauswahleinrichtung erläutert wurden, die Wirkung, dass die Anzahl der optischen Schaltelemente verringert werden kann.

Außerdem verwendet die zweite Ausführungsform einen matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router 210 mit einer Wellenlängen-Lenkungscharakteristik wie in 11 gezeigt. Jedoch können ähnliche Funktionen unter Verwendung einer Kombination aus mehreren Wellenlängendemultiplexern 221 bis 224 und mehreren Wellenlängenmultiplexern 225 bis 228 wie in 12 gezeigt verwirklicht werden. Die optische Verbindung zwischen den Demultiplexern 221 bis 224 und den Multiplexern 225 bis 228 entspricht der in 11 gezeigten Wellenlängen-Lenkungscharakteristik. Das heißt, vier Ausgänge des Demultiplexers 221 sind periodisch mit den Multiplexern 225 bis 228 verbunden; d. h. vom ersten Eingangsanschluss des Multiplexers 225 zum vierten Eingangsanschluss des Multiplexers 228. Hierbei können, falls der Einfluss des Intensitätsverlusts unbeachtet gelassen werden kann, die Wellenlängendemultiplexer durch optische Teiler ersetzt werden oder die Wellenlängenmultiplexer durch optische Kombinierer ersetzt werden.

Außerdem ist die Lenkungscharakteristik des Wellenlängen-Routers nicht auf die in 11 gezeigten Charakteristiken beschränkt, sondern es können unter Verwendung einer anderen Charakteristik, wie etwa jener, die in 13 gezeigt ist, gleichartige Lichtsignalauswahleinrichtungen aufgebaut werden. Hier wird eine Matrix, in welcher die Symbole in derselben Zeile oder in derselben Spalte (&lgr;1 bis &lgr;4 in 11 oder 13) alle verschieden sind, als "Lateinische Matrix" bezeichnet. Es gibt viele weitere bekannte Typen der Lateinischen Matrix (siehe Literaturangabe 7, R. A. Barry u. a.: Latin Routers, Design and Implementation, Journal of Lightwave Technology, IEEE, Bd. 11, Nr. 5/6, S. 891–899, 1993), und es kann ein beliebiger Typ verwendet werden.

Dritte Ausführungsform der Konfiguration der Lichtsignalauswahleinrichtung

14 zeigt die dritte Ausführungsform der Konfiguration der Lichtsignalauswahleinrichtung als ein unterscheidendes Merkmal der vorliegenden Erfindung.

Unterschiede zu der ersten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, bestehen darin, dass die Freigaberichtungen der Eingangswellenleiter und der Ausgangswellenleiter des matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers 200 in der gleichen Richtung ausgebildet sind und dass ein einziges optisches Schaltelement 120, das aus 11 optischen Schaltelementen gebildet ist, anstelle der Anordnungen optischer Schaltelemente, 100 und 110, als erste und zweite optische Schalteinrichtung verwendet wird.

In dieser Ausführungsform ist, neben den oben erwähnten Effekten, nur eine Anordnung optischer Schaltelemente erforderlich, und folglich kann die Anzahl der erforderlichen Optikteile (oder -komponenten) verringert werden. Außerdem ist eine einzige Fläche erforderlich, um die Anordnung mit dem matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router 200 zu verbinden; folglich verringert sich die Anzahl der erforderlichen Montageprozesse.

Außerdem kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Lichtsignalauswahleinrichtung unter Verwendung nur einer Art von optischem Schaltelement mit einem niedrigen Extinktionsverhältnis verwirklicht werden. Folglich ist es möglich, optische Schaltelemente zu integrieren, und somit können die Größe und die Kosten reduziert werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann auch ein periodischer Wellenlängen-Router verwendet werden, der jenem der zweiten Ausführungsform ähnlich ist.

Bei der Lichtsignalauswahleinrichtung, die in 14 gezeigt ist, können die Anordnung optischer Schaltelemente, 120, (mit strichpunktierten Linien umrandet), der matrixartig angeordnete Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router 200 und der 7 × 1-Lichtmoden-Kombinierer 301 alle unter Verwendung von optischen Schaltungen aus Quarz-Wellenleitern hergestellt werden. Das heißt, diese Einheiten können auf einem einzigen Siliciumdioxid-Substrat integriert werden. In diesem Fall kann die Anzahl der erforderlichen Optikteile und der Montageprozesse weiter verringert werden, und folglich kann eine weitere Reduzierung in Bezug auf die Größe und die Kosten erwartet werden.

Vierte Ausführungsform der Konfiguration der Lichtsignalauswahleinrichtung

15 zeigt die vierte Ausführungsform der Konfiguration der Lichtsignalauswahleinrichtung als ein unterscheidendes Merkmal der vorliegenden Erfindung.

Ein Unterschied zwischen der vierten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform, in 14 gezeigt, ist, dass anstelle des matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers 200 ein reflektierender matrixartig angeordneter Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router 220 verwendet wird. Dadurch kann zusätzlich zu den oben erwähnten Effekten eine weitere Verringerung der Größe erwartet werden.

Hierbei nutzt der reflektierende matrixartig angeordnete Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router 220 eine Symmetrieeigenschaft des matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers (der anhand 3 erläutert wurde), und der Router wird unter Verwendung nur eines Plattenwellenleiters verwirklicht, indem auf halber Strecke der Wellenleiteranordnung eine stark reflektierende Schicht 206 hinzugefügt wird. Im Folgenden wird das Prinzip dieses reflektierenden matrixartig angeordneten Wellenleitergitter-Wellenlängen-Routers 220 mit Bezug auf 16A, 16B und 17 erläutert. Ausführliche Erläuterungen sind beispielsweise in der Literaturangabe 8, Y. Inoue u. a.: Optical splitter/router based on silica-based planar lightwave circuits, Technical Report of IEICE, OPE96-2, S. 7–12, 1996, offenbart.

16A zeigt ein Beispiel für den 11 × 11-Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router. In dieser Konfiguration sind 11 Eingangswellenleiter I1 bis I11 und 11 Ausgangswellenleiter O1 bis O11 vorgesehen, und dieser Router ist so konzipiert, dass dann, wenn ein Lichtsignal mit der Wellenlänge &lgr;k in den Eingangswellenleiter I (i = 1 bis 11) eingegeben wird, das Signal zum Ausgangswellenleiter Ik-i+8 gelenkt wird. Das heißt, dieser Wellenlängen-Router hat eine Wellenlängen-Lenkungscharakteristik wie in 17 gezeigt. Hier wird ein Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel (vier Lichtsignale &lgr;1 bis &lgr;4 enthaltend), das in einen der Eingangswellenleiter I1 bis I4 eingegeben wurde, demultiplexiert und entsprechend, je nach relevantem Eingangswellenleiter und Wellenlängen, in O5 bis O11 unter allen Ausgangswellenleitern ausgegeben.

Hierbei hat der matrixartig angeordnete Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router wie in 16A gezeigt einen symmetrischen Aufbau in Bezug auf die Mittellinie, die durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie angegeben ist. Folglich können durch Hinzufügen einer stark reflektierenden Schicht 206 in der Mitte der Wellenleiteranordnung 203 und Zusammenklappen der Wellenleiteranordnung die Eingangswellenleiter I1 bis I4 und die Ausgangswellenleiter O5 bis O11 in der gleichen Richtung angeordnet werden, wie in 16B gezeigt ist. Auf diese Weise kann ein Wellenlängen-Router, der eine gewünschte Wellenlängen-Lenkungscharakteristik hat, bei halber Größe hergestellt werden.


Anspruch[de]
Optisches Leitungsverzweigungssystem zum Remultiplexieren von Lichtsignalen in einem Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel, das durch jede von m Eingangslichtleitfasern (11; 12; 13; 14) übertragen wird, und zum Ausgeben der remultiplexierten Lichtstrahlenbündel in m Ausgangslichtleitfasern (91; 92; 93; 94), wobei m eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist, wobei das System umfasst:

optische Teiler (31; 32; 33; 34), wobei jeder Teiler das Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel, das von jeder Eingangsfaser eingegeben wurde, in mehrere Wellenlängenmultiplex-Lichtfaserbündel teilt;

Lichtsignalauswahleinrichtungen (411414; 421424; 431434; 441444), in die die mehreren Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel, die durch die optischen Teiler geteilt wurden, eingegeben werden, wobei das Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel von jeder der m Eingangslichtleitfasern in jede Lichtsignalauswahleinrichtung eingegeben wird, wobei die Auswahleinrichtung dazu dient, eines von m Eingangs-Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel auszuwählen und ferner ein Lichtsignal, das eine Wellenlänge des ausgewählten Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündels besitzt, auszuwählen und auszugeben;

Wellenlängenumsetzer (711714; 721724; 731734; 741744), wobei jeder Umsetzer dazu dient, das Lichtsignal, das von jeder Lichtsignalauswahleinrichtung ausgegeben wurde, in ein Lichtsignal mit einer vorgegebenen Wellenlänge umzusetzen; und

Wellenlängenmultiplexer (81; 82; 83; 84), die jeweils mit den m Ausgangslichtleitfasern verbunden sind, um von den Wellenlängenumsetzern ausgegebene Lichtsignale einer Wellenlängenmultiplexierung zu unterwerfen und um jeweilige multiplexierte Lichtstrahlenbündel zu den Ausgangslichtleitfasern auszugeben, und

wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, dass jede Lichtsignalauswahleinrichtung umfasst:

eine erste optische Schalteinrichtung (100) mit m optischen Wegen, die den m Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündeln entsprechen, um nur dem Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel, das sich durch einen der optischen Wege bewegt, den Durchgang zu erlauben und um die übrigen Wege zu schließen; einen Wellenlängen-Router (200) mit m Eingangsanschlüssen, die mit den entsprechenden m optischen Wegen verbunden sind, und p Ausgangsanschlüssen, wobei p eine ganze Zahl gleich oder größer der Anzahl von Wellenlängen ist, die in dem Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel multiplexiert sind, wobei der Router dazu dient, das Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel, das sich durch die erste optische Schalteinrichtung bewegt hat, in Lichtsignale mit unterschiedlichen Wellenlängen zu demultiplexieren und diese demultiplexierten Lichtsignale in entsprechende verschiedene Ausgangsanschlüsse auszugeben, wobei der Router eine Lenkungscharakteristik hat, derart, dass der Ausgangsanschluss, an den jedes demultiplexierte Signal ausgegeben wird, für jeden Eingangsanschluss unterschiedlich ist;

eine zweite optische Schalteinrichtung (110) mit p optischen Wegen, die mit den p Ausgangsanschlüssen des Wellenlängen-Routers verbunden sind, um nur dem Lichtsignal, das sich durch einen der optischen Wege bewegt, den Durchgang zu erlauben und um die übrigen Wege zu schließen; und

einen optischen Kombinierer (301) zum Kombinieren der p optischen Wege der zweiten optischen Schalteinrichtung zu einem einzigen optischen Weg.
Optisches Leitungsverzweigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite optische Schalteinrichtung auf einem einzigen Substrat integriert sind. Optisches Leitungsverzweigungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängen-Router und der optische Kombinierer ebenfalls auf dem Substrat integriert sind. Optisches Leitungsverzweigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner eine zweidimensionale Fasermatrix (801, 802, 803, 804) als Einrichtung zum Kombinieren der optischen Teiler und der Lichtsignalauswahleinrichtungen umfasst, in der m (Bandtyp-n-Kern-Lichtleitfasern) auf der Eingangsseite und n (Bandtyp-m-Kern-Lichtleitfasern) auf der Ausgangsseite, wobei n die Anzahl von Wellenlängen ist, die in dem Wellenlängenmultiplex-Lichtstrahlenbündel multiplexiert sind, auf der Eingangs- bzw. auf der Ausgangsseite geschichtet sind, wobei beide Seiten miteinander in der Weise verbunden sind, dass sich die Bandrichtungen der zwei Seiten in einer im Wesentlichen orthogonalen Beziehung kreuzen. Optisches Leitungsverzweigungssystem nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängen-Router der Lichtsignalauswahleinrichtung ein matrixartig angeordneter Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router ist. Optisches Leitungsverzweigungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der matrixförmig angeordnete Wellenleitergitter-Wellenlängen-Router vom reflektierenden Typ ist. Optisches Leitungsverzweigungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenlängen-Router der Lichtsignalauswahleinrichtung ein periodischer Wellenlängen-Router ist.






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