CN1209647C - 光交叉连接系统 - Google Patents

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Abstract

与现有技术比较，提供了一种使用减少的数量的AWG(阵列波导光栅)的光交叉连接系统，以致于降低了硬件的复杂程度，同时较少了生产成本。该光交叉连接系统包括：用于执行复用/解复用功能的N×NAWG、用于通过AWG传输双向信号的光环形器、用于互连AWG的N个各自的端口的光耦合器、与光耦合器连接的光交换块。将从光耦合器分流的光信号的其中之一输入到具有对应的波长的光交换块，并且将该光信号分配到期望的输出端口，然后将光信号其中的另一个输入在可操作的波长范围外的光交换块，并且由光交换块来滤波。

Description

光交叉连接系统
技术领域
本发明涉及一种光通信系统，更为具体地说，涉及一种光交叉连接系统，该系统解复用/交换通过输入光纤接收到的波分复用光信号信道、对光信号信道执行波分复用，并且将由此生成的信号输出到输出光纤。
背景技术
随着在一根光纤内使用几个波长的波分复用技术快速增长的当前趋势，一个光纤可以传输多个高速的大容量存储的光学信号。构造光器件的传统技术通常使用在光层中执行的光信号的路径建立功能、分配功能(即交换功能)和分出/插入功能(即耦合功能)。给出了这些传统的技术，则可以构造基于这样的波分复用技术(WDM)的光通信网络。
典型的是将波分复用(WDM)光通信网络构造为使用光交叉连接系统的网状结构的网络。可以使用依据它们的波长来分配光信号的光交叉连接系统作为这样的光通信网络的节点。由光交叉连接系统的信号分配状态来确定这样的光通信网络的光路径。在这种情况下，需要开发简单和经济的光交叉连接系统来有效地并且经济地管理WDM光通信网络。出于定义的目的，使用术语‘分配’作为同时包括路由概念和交换概念的通称。
图1是说明传统的2×2光交叉连接系统100的图。
在图1中，传统的2×2光交叉连接系统100具有包括两个1×N波分解复用器110的两个输入接线端和两个输出接线端。解复用器110解复用光信号，其中，通过输入接线端接收到的多个波长λ1、λ2、λ3、……、λN是波分复用的。系统100还包括从两个波分解复用器接收相同波长的信号的N个光开关120。光开关120执行将接收到的信号分配到期望的输出端口的分配功能。输出端口将这些信号提供给两个N×1波分复用器130，该复用器复用从光开关120接收到的信号。
在2×2光交叉连接系统100中，波分解复用器110依据它们的波长来分类从输入接线端接收到的多个复用光信号，并且将分类后的信号输出到对应于每个波长的合适的光开关120。光开关120的每一个从波分解复用器110接收与它自身的可操作范围相关的特定波长的光信号。光开关120然后对这些光信号执行分出/插入操作(即耦合操作)或者传送这些光信号。然后，将因此生成的信号分配到输出端口。波分复用器130的每一个从光开关120接收具有不同波长的光信号，然后波分复用这些光信号，然后再通过输出接线端输出这些信号。
由于它们具有容易扩展的光信号信道、易于控制并且具有非常好的集成度，所以典型的是使用阵列波导光栅(AWG)作为复用器和解复用器。在实现传统的2×2光交叉连接系统的情况下，需要4个1×NAWG。如从图1可以见到，由于通常总共要复用和解复用2N个波长，所以应该控制这四个1×NAWG以使之具有系统的操作特性。
同样，在一根光纤上传输N个光学信号的情况下，需要2M个1×N-AWG以便控制具有N根输入光纤和N根输出光纤的光交叉连接系统，并且还需要N个M×M的光开关。在这种情况下，应该控制2M个1×N-AWG以使之具有相同的波长传输特性。如将会意识到的，由于许多必需的器件，这样的传统光交叉连接系统是复杂的并且会导致较高的生产成本。
因此，在技术上需要改进的光交叉连接系统，该系统使用较少的AWG，从而降低成本和系统的复杂性。
发明内容
本发明的目的是提供一种光交叉连接系统，该系统使用最少数量的AWG，以致于在降低该系统的制造成本的同时还减小的该系统硬件的复杂程度。
依据本发明的一个实施例，通过包括接收波分复用光信号的M个(其中M是大于等于2的偶数)输入接线端和接收波分复用光信号的M个输出接线端的光交叉连接系统，可以实现以上和其他目的。该光交叉连接系统包括多个波分复用器/解复用器，每个波分复用器/解复用器具有执行波分复用/解复用功能的两个在一侧的端口和N个(其中N是大于0的整数)在另一侧的端口。该系统还包括多个光环形器，每个光环形器与波分复用器/解复用器的在一侧的端口连接，该环形器将通过输入端口接收到的波分复用光信号输出到波分复用器/解复用器的在一侧的端口，和从波分复用器/解复用器的在一侧的端口接收波分复用的光信号，并且将波分复用的光信号输出到输出接线端。该系统还包括多个光耦合器，每个光耦合器与波分复用器/解复用器的N个其他端口连接，该光耦合器分流正在被波分解复用的各个波长的光信号。从波分复用器/解复用器接收这些光信号。此外，该系统还包括对应于N个波长的N个光交换块，这些光交换块依据光信号的波长从光耦合器接收被分流的光信号，然后将光信号交换到期望的路径，然后再将交换后的光信号传输到期望的路径。将从光耦合器分流的光信号的其中之一输入具有对应波长的光交换块，然后将该信号分配到期望的输出接线端，而将来自光耦合器的分流后的光信号中的另一个信号输入到在可操作波长范围之外的光交换块，并且由该光交换块滤波该信号。
优选的是，对应于N个波长的N个光交换块可以分别包括：具有M×M方阵结构的光开关；多个光环形器，每个光环形器与光开关的M个输入接线端和M个输出接线端连接，用于向光开关传输I/O(输入/输出)双向信号。
优选的是，对应于N个波长的N个光交换块可以分别地包括：具有M×M方阵结构的光开关；多个光环形器，每个光环形器与光开关的M个输入接线端和M个输出接线端连接，用于向光开关传输I/O(输入/输出)双向信号。
附图说明
结合附图从以下的详细描述中，将会更清楚地理解本发明的上述优点，
图1是说明传统的2×2光交叉连接系统的图；
图2是依据本发明的优选实施例的2×2光交叉连接系统的详图；
图3是依据本发明的优选实施例的M×M光交叉连接系统的详图；
图4是依据本发明的优选实施例的M×M光交换块的详图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。在附图中，即便在不同的图中描绘它们，也要用相同的参考符号来表示相同或者相似的元件。出于清晰和简单的目的，，忽略包括在本发明中的已知功能和配置的详细描述，以防它们可能会使本发明的主题不清楚。
图2是依据本发明的优选实施例的2×2光交叉连接系统200的详图。
该2×2光交叉连接系统200具有两个输入接线端和两个输出接线端。2×2光交叉连接系统还包括两个光环形器210和220、单一的2×N复用器/解复用器230、N个耦合器241、242、243和244，以及N个光交换块251、252和253。
两个光环形器210和220之中的每一个具有三个接线端，光环形器210和220适用于指定光信号的光路径，并处理输入和输出的双向信号。第一和第二光环形器210和220通过第一接线端211和221分别地接收N波分复用光信号。第一和第二光环形器210和220可以向波分复用器/解复用器230的第一和第二复用端口231和232分别地输出接收到的光信号，或者可以通过第二接线端212和222向第三端口213和223分别地传输从波分复用器/解复用器230接收到的N波分复用光信号。
将2×N波分复用器/解复用器230构造为具有两复用端口(231和232)和N个解复用端口(233到236)的AWG。2×N波分复用器/解复用器230解复用在复用端口231和232接收到的N波分复用光信号，然后将解复用的光信号输出到N个解复用端口233、234、235和236。此时，2×N波分复用器/解复用器230行使作为波分解复用器的功能。2×N波分复用器/解复用器230还复用在N个解复用端口233、234、235和236接收到的各个波长的光信号，并且将复用的光信号输出到复用端口231和232，其中，复用端口231和232的每一个与第一和第二光环形器210和220的第二接线端212和222连接。此时，2×N波分复用器/解复用器230行使作为波分复用器的功能。
N个1×2耦合器241、242、243和244分别与2×N波分复用器/解复用器230的N个解复用端口233、234、235和236连接并且使其互相连接。N个1×2耦合器241、242、243和244还分流从解复用端口233-236接收到的各个波长的光信号，并且将分流后的光信号传输到相邻的耦合器的在一侧的端口。对于这个操作，将N个耦合器241-244分别地分路为两个端口a-b，并且与它们相邻的耦合器共用端口a-b。
在N个耦合器241、242、243和244的分路端口之间设置N个光交换块251、252和253。N个光交换块251、252和253适合于以信号传播方向来传送各个波长两个的信号，或者以与每个信号传播方向相反的方向来发射两个信号。光交换块251、252和253分别包括一对宽带带通滤波器(wideband pass filter)252-1，以及反光镜252-2。宽带带通滤波器252-1与N个耦合器241、242、243和244的每一个端口连接，并且传送各个波长的光信号。在一对宽带带通滤波器252-1之间布置反光镜252-2，而该反光镜或者以信号的传播方向来传送各个波长的两个信号，或者以与每个信号的传播方向相反的方向来反射两个信号。同时，光交换块251、252和253可以分别包括反射各个波长的光信号的布拉格光栅。
在操作时，2×2光交叉连接系统200在第一光环形器211的第一接线端211接收N波分复用光信号。然后，将光信号通过第二端口212传输到2×N波分复用器/解复用器230的第一复用端口231，并且波分解复用该光信号。然后再将因此生成的光信号传输到各个端口233、234、235和236。
此后，为了便于描述，以下将只描述来自第二接线端212的光信号λ1。在被复用并且传输到各自的端口233后，光信号λ1由耦合器241通过分割它的能量而变成了两个子光信号。然后将分割后的信号传输到相邻的端口a-b。通过光交换块251将子光信号的其中之一传输到第二复用端口和传输到相邻的耦合器242。然后将该子光信号传输到2×N波分复用器/解复用器230上与耦合器242连接的各自的端口234。然后再波分复用子光信号，最后，将该信号传输到2×N波分复用器/解复用器230的第二复用端口232。并且通过第二光环形器220的第二接线端222将因此生成的复用后的光信号传输到第三接线端223。
将另一子光信号传送到光交换块253，然后通过耦合器244将该子光信号传输到2×N波分复用器/解复用器230的各自的端口236。然而，由于各自的端口236不是用于传送光信号λ1的端口，所以切断该信号。
这样，将在第二光环形器220的第一接线端221接收到的N波分复用光信号通过第二接线端222传输到2×N波分复用器/解复用器230的第二复用端口232，并且波分解复用该光信号，然后将解复用后的信号传输到各个端口233、234、235和236。
出于方便，只考虑来自第二接线端222的光信号λ1，此时，复用该光信号λ1，将该信号传输到各个端口234，然后由耦合器242通过分割它的能量而使之变成两个子光信号，然后在将这些子光信号传输到相邻的端口b-c。通过光交换块251将向第一复用端口传输的子光信号的其中之一，传输到相邻的耦合器241。然后将该子光信号传输到2×N波分复用器/解复用器230上与耦合器241连接的各自的端口233，然后再波分复用该子光信号。最后将该子光信号传输到2×N波分复用器/解复用器230的第一复用端口231。并且将因此生成的复用后的光信号通过第二光环形器220的第二接线端212传输到第三接线端213。
将另一子光信号传送到光交换块252，并且通过相邻的耦合器243将该子光信号传输到2×N波分复用器/解复用器230的各自的端口235。然而，由于各自的端口235不是传送光信号λ1的端口，所以切断该光信号。
图3是依据本发明的另一实施例的M×M光交叉连接系统300的详图。该图说明了将图2所示的具有两个输入接线端和两个输出接线端的2×2光交叉连接系统200，扩展为具有M个输入接线端和M个输出接线端的M×M光交叉连接系统的系统配置。出于参考，应该注意到图3只图示了光信号λ1的路径。
参考图2和图3，M×M光交叉连接系统300包括M/2个2×2的光交叉连接系统(图2所示)，其中，2×2的光交叉系统的每一个具有两个光环形器210和220、一个2×N波分复用器/解复用器230、N耦合器241-244、N个光交换块251-253。在这种情况下，光交换块包括N个M×M的光交换块351、352和353，以致于它们分别包括波分复用N个波长的M个波分复用输入光信号。
参考图3以下将描述依据本发明的一个实施例的M×M光交叉连接系统的操作。
光环形器301、302、303、304、305和306将在它们的第一接线端接收到的N波分复用光信号，传输到与它们的第二接线端连接的波分复用器/解复用器310、320和330。波分复用器/解复用器310、320和330将从光环形器301、302、303、304、305和306传输的N波分复用光信号分离为对应于各个波长的每个信号，并且将分离后的信号输出到与N个各自的端口连接的1×2耦合器311、312、321、322、331和332。
1×2耦合器311、312、321、322、331和332分流从波分复用器/解复用器310、320和330接收到的各个波长的光信号，并且将分流后的光信号输出到具有各自的波长的光交换块351、352和353。
光交换块351、352和353中的每一个从耦合器311、312、321、322、331和332接收与它自身的操作范围相关的特定波长的光信号，然后将得到信号分配到期望的输出接线端。为了实现该操作，依据本发明的另一实施例，如图4所示来构造光交换块351、352和353中的每一个。
图4是用于扩展光交叉连接系统的M×M光交换块的详图。为了便于描述，图4只针对光信号λ1详细说明了光交换块。
参考图4，针对光信号λ1的M×M的光交换块351包括：一个M×M光开关470、分别与输入端口Si1-SiM连接的多个宽带带通滤波器480、481、482、483、484和485、分别与M×M光开关470的输出端口So1-SoM连接的M个3接线端光环形器410-460。在这种情况下，M×M光交换块351包括M个端口S1-SM。端口S1-SM分别与光环形器410-460连接，以便管理输入和输出的两路信号。
三接线端光环形器410-460通过它们的第一接线端(即411)在M×M光交换块351的M个端口S1-SM接收被传输的相同波长的光信号，并且通过与它们的第二接线端(即412)连接的宽带带通滤波器480-485，将接收到的光信号分别地输出到M×M光开关470的输入端口Si1-SiM。此外，三接线端光环形器410-460在它们的第三接线端(即413)接收从输出端口So1-SoM产生的光信号，并且将接收到的光信号输出到与它们的第一接线端连接的M×M光开关块351的端口S1-SM。该操作被称为两路信号传输功能。在这种情况下，宽带带通滤波器480-485用于防止使用光环形器在光开关的M个输入接线端接收到的光信号的噪声。
M×M光开关470通过宽带带通滤波器480-485在它自身的输入端口Si1-SiM接收相同波长的光信号，其中，带通滤波器480-485中的每一个与光环形器410-460的第二接线端连接，然后将接收到的光信号分配给期望的输出接线端，以及再将得到的信号输出到与光开关470的输出端口So1-SoM连接的光环形器的第三接线端。
以下将参考光信号λ1的路径来描述前述的N×N光交叉连接系统的操作。
参考图3和4，光环形器301、302、303、304、305和306的第一接线端I1-IM接收波分复用N个波长的M个波分复用光信号，然后通过光环形器301-306的第二接线端将这些光信号传输到波分复用器/解复用器3 10、320和330，以及由波分复用器/解复用器310-330将这些光信号分离为具有各个波长的信号，并且将这些光信号传输到与N个各自的端口连接的1×2耦合器311、312、321、322、331和332。
由C1耦合器341、CN+1耦合器343和C(M/2-1)+1耦合器345将光信号λ1分割为两个子光信号。将子光信号的其中之一传输到用于λ1的M×M光交换块351，和将另一子光信号传输到用于λN的M×M光交换块353。由于光信号λ1在光交换块353的可操作范围之外，所以切断传输到用于λN的M×M光交换块353的光信号λ1。另一方面，将传输到用于λ1的M×M光交换块351的每个各自端口S1-SM的光信号λ1通过M个光环形器410、420、430、440、450和460的每个第一接线端411而由经过与第二接线端412连接的宽带带通滤波器480传输到用于λ1的光开关470的每个输入端口Si1-SiM。
由于光信号λ1处于用于λ1的光开关47的可操作范围内，所以将λ1的路径转接到期望的输出端口，并且将光信号λ1传输到光开关470的输出端口So1-SoM。然后通过与光开关470的输出端口So1-SoM连接的光环形器的第三接线端(即413)，将被传输的光信号λ1传输到与第一接线端连接的M×M光交换块351的各个端口S1-SM。然后再通过C2耦合器342、CN+2耦合器344和C(M/2-1)N+2耦合器346，将该信号传输到2×N复用器/解复用器310、320和330的各个端口312、322和332。并且波分复用传输到各个端口的光信号λ1。然后再通过与2×N复用器/解复用器310、320和330的复用端口连接的光环形器302、304和306，将波分复用的光信号λ1传输到第三接线端02、04和0M。
在上述的方式中，依据本发明的一个实施例的M×M光交叉连接系统依据它的各自的波长，分离M个N波分复用光信号，并且将分离后的光信号连接到对应波长的光交换块，以使该光交换块可以将信号路径转接到期望的部件，并且向希望的部件传输这些信号。
如在以上的描述中显示易见，在用于处理M个输入光纤和M个输出光纤的M×M光交叉连接系统的情况下，需要M/2个2×AWG，然而在传统的现有技术系统中，却需要2M个1×N AWG。这样，依据本发明的光交叉连接系统通过最小化必需器件的数量，具有了简单的配置和较低的生产成本。结果，本发明的实施例可以实现新的网络节点配置，以便有效并且经济地管理对于光通信网络日益增长的信道容量需求。
虽然，已经说明性地阐明了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到，在不偏离所附权利要求范围和精神的情况下，可以进行各种修改、增加和替换。

Claims (7)

1.一种光交叉连接系统，包括接收波分复用光信号的M个输入接线端和接收波分复用光信号的M个输出接线端，其中M是大于2的偶数，该光交叉连接系统包括：
多个波分复用器/解复用器，每个波分复用器/解复用器具有两个在一侧的端口和N个在另一侧的端口，其中N是大于0的整数，用于执行波分复用/解复用功能；
多个光环形器，每个光环形器分别与波分复用器/解复用器的在一侧的端口连接，用于将通过输入接线端接收到的波分复用光信号输出到波分复用器/解复用器的在一侧的端口；用于接收来自波分复用器/解复用器的在一侧的端口的波分复用光信号；用于将波分复用光信号输出到输出接线端；
多个光耦合器，每个光耦合器分别与波分复用器/解复用器的N个其他端口连接，用于分流被波分解复用的各个波长的光信号，从波分复用器/解复用器接收这些光信号；
对应于N个波长的N个光交换块，用于依据光信号的波长接收来自光耦合器的分流后的光信号；将光信号切换到期望的路径；将切换后的光信号传输到期望的路径，
其特征在于：将来自光耦合器的分流后的光信号的其中之一输入到具有对应的波长的光交换块，并且将该信号分配给期望的输出接线端；而将来自光耦合器的分流后的光信号中的另一个信号输入到在可操作波长范围之外的光交换块，并且由该光交换块滤波该信号。
2.根据权利要求1所述的光交叉连接系统，其特征在于对应于N个波长的N个光交换块分别包括：
具有M×M方阵结构的光开关；
多个光环形器，每个光环形器与光开关的M个输入接线端和M个输出接线端连接，用于向光开关传输输入/输出双向信号。
3.根据权利要求2所述的光交叉连接系统，其特征在于对应于N个波长的N个光交换块还分别包括：
多个宽带带通滤波器，用于降低在光开关的M个输入接线端通过光环形器接收到的光信号的噪声。
4.根据权利要求1所述的光交叉连接系统，其特征在于输入或者输出接线端的数量M是2。
5.根据权利要求1所述的光交叉连接系统，其特征在于在N个耦合器的分路端口之间分别设置光交换块，这些光交换块分别传输各个波长的两个光信号，或者以信号传播的方向从互连的波分复用器/解复用器的各个的端口接收信号，或者以与每个光信号的传播方向相反的方向传输两个信号。
6.根据权利要求5所述的光交叉连接系统，其特征在于光交换块中的每一个包括：
一对与N个耦合器的每个分路端口连接的一对宽带带通滤波器，用于传送具有各个波长的光信号；
在一对宽带带通滤波器之间设置的反光镜，用于以信号传输的方向传送各个波长的两个信号，或者以每个信号传播方向相反的方向来反射两个信号。
7.根据权利要求5所述的光交叉连接系统，其特征在于将光交换块分别配置为布拉格光栅。将布拉格光栅定位在N个耦合器的分流端口之间并且反射具有对应波长的光信号。
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