CN1307767A - 用于交换光波长的方法和波长选择开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于交换光波长信道的器件和方法。所述光波长信道被引入到被配备在第一多模波导(10)的第一端的至少一个接入波导中。随后,该波长信道被发送通过所述第一多模波导(10),以及被投射到被配备在相反端的至少两个连接波导上。接着,光波长信道被发送通过连接波导。对于每个波长选择交叉连接结构(2,4,6,8),反射的波长的相位被放置在所述波长选择交叉连接结构(2,4,6,8)的第一端的第一和第二连接波导中的两个相位控制元件(C1,C2,D1,D2,E1,E2,F1,F2)改变,与此同时,在所述波长选择交叉连接结构(2,4,6,8)的第二端,所述反射波长的相位相对保持不变。对于每个波长选择交叉连接结构(2,4,6,8),传输的波长的相位在每个波长选择交叉连接结构(2,4,6,8)的第一和第二方向上改变一次。在第二多模波导(20)的第一端配备的每个接入波导中的光信号之间的相位差确定在相反端处光信号集中于何处。

Description

用于交换光波长的方法和波长选择开关
                        技术领域
本发明涉及光波长选择器件，更具体地，涉及在光网络中用于重新路由波长信道的波长选择开关，其中每个波长信道可以被个别地和独立于其它的波长信道地重新路由。本发明也涉及光网络中用于重新路由波长信道的方法。
                        技术状况
为了能够进一步增加现有的光网络上的容量，有许多不同的已知方法。一种方法是使用所谓的波分复用(WDM)技术，用于改进光网络中光纤可供使用的带宽连接的运行程度。为了能够增加网络的灵活性，在光网络中必须有可提供业务的重新路由的器件。所述的用于重新路由业务的器件也适合于以尽可能最有效的方式去利用网络和适用于网络中断时。为了能够提供对于每个波长信道的单独地重新路由，需要有波长选择开关。
在Y.Hibino等人的“Wavelength Division Multiplexer withPhotoinduced Bragg Gratings Fabricated in a Planar LightwaveCircuit Type Asymmetric Mach Zehnder Interferometer on Si(被制造在硅的平面光波电路类型非对称Mach Zehnder干涉仪中的、带有光感应的布拉格光栅的波分复接器)”(IEEE Photonics TechnologyLetters(光子学技术论文)卷8,No.1,19961月,第84-86页)中揭示了一种光元件，其中Bragg(布拉格)光栅和相位控制元件被使用于Mach-Zehnder干涉仪中。建议的应用是波分复接和波分分接。
然而，以上揭示的开关不能被用作为波长选择开关。如果以上揭示的器件被使用于加上/取下更多的信道，则需要多个器件，其数量等于被控制的加上/取下的信道对的数目。这种类型的器件相对较难重新配置，即是不灵活的。
上述技术的、关于波长选择开关的问题在于，这需要非常大的复杂的结构或几个部件，会导致大的功率消耗和高的花费。
                     发明的公开内容
为了能够增加光传输系统的容量，可以采用多种不同的方法。例如，在波分复接方面，传输信道在不同的载波波长上被复接成信息流和从信息流被分接。所述复接和分接需要光波长选择器件。也希望单独确定光网络中对于每个波长信道的传输方式。为此，需要具有波长选择特性的交换器件。
已知的波长选择开关的一个问题是，这些会导致大的功率消耗。
已知的波长选择开关的另一个问题是，已知的波长选择开关具有相对复杂的结构，和在所有已知的情况下有相对大数目的不同元件。
已知的波长选择开关的再一个问题是，基于以上揭示的复杂结构和所包括的器件数目，已知的波长选择开关的制造相对昂贵。
本发明借助于波长选择开关来解决这个问题，波长选择开关包括至少两个多模波导，至少一个波长选择交叉连接结构，至少两个相位控制元件和至少四个连接波导。波长选择交叉连接结构被安排在第一和第二多模波导之间。所述第一多模波导在第一端上配备有至少一个接入波导和在第二端上配备有至少两个接入波导，以及所述第二多模波导在第一端上配备有至少两个接入波导和在第二端上配备有至少一个接入波导。所述波长选择交叉连接结构在第一和第二端上配备有至少两个接入波导。
在波长选择交叉连接结构中，在第一多模波导的第二端上的第一接入波导通过第一连接波导被安排到波长选择交叉连接结构的第一端上的第一接入波导，在第一多模波导的第二端上的第二接入波导通过第二连接波导被安排到波长选择交叉连接结构的第二端上的第一接入波导，以及在波长选择交叉连接结构的第一端上的第二接入波导通过第三连接波导被安排到第二多模波导的第一端上的第一接入波导，和在波长选择交叉连接结构的第二端上的第二接入波导通过第四连接波导被安排到第二多模波导的第一端上的第二接入波导。
相位控制元件被安排在波长选择交叉连接结构的其中一端上的连接波导中。
在交叉连接结构中，对于光信号中每个特定的波长有两条不同的、所谓Mach-Zehnder路径。第一Mach-Zehnder路径是从第一多模波导的第二端上的第一接入波导经过第一和第四连接波导和经过用于通过交叉连接结构被传输的波长的波长选择交叉连接结构到第二多模波导的第一端上的第二接入波导。
第二Mach-Zehnder路径是从第一多模波导的第二端上的第二接入波导经过第二和第三连接波导和经过用于通过交叉连接结构被传输的波长的波长选择交叉连接结构到第二多模波导的第一端上的第一接入波导。
第三Mach-Zehnder路径是从第一多模波导的第二端上的第一接入波导经过第一和第三连接波导和经过用于由交叉连接结构反射的波长的波长选择交叉连接结构到第二多模波导的第一端上的第一接入波导。
第四Mach-Zehnder路径是从第一多模波导的第二端上的第二接入波导经过第二和第四连接波导和经过用于由交叉连接结构反射的波长的波长选择交叉连接结构到第二多模波导的第一端上的第二接入波导。
在任何交叉连接结构中只有被反射的波长(即，如上所述的经过第三或第四Mach-Zehnder路径行进的波长)可被主动地控制。
在按照本发明的波长选择开关元件中，所述Mach-Zehnder路径优选地在长度上是相等的。
这样，对于波长选择交叉连接结构，有两条不同的、用于由交叉连接结构反射的波长的Mach-Zehnder路径，以及两条不同的、用于由交叉连接结构传输的波长的Mach-Zehnder路径。这样，对于两条不同的、用于两个不同的波长的Mach-Zehnder路径和对于N个波长选择交叉连接结构，有用于N个波长的2×N个不同的Mach-Zehnder路径。
当第一和第二多模波导是相同的类型时，即例如是2×2类型时，它们优选地具有相同的长度-宽度比。在按照本发明的一个实施例中，多模波导可包括MMI波导。
在两个或多个波长选择交叉连接结构中，每个波长选择交叉连接结构被加上两个相位控制元件和两个连接波导。每个波长选择交叉连接结构，在相对于被安排得最靠近的波长选择交叉连接结构的相反的一端配备有两个相位控制元件。波长选择交叉连接结构通过从第一波长选择交叉连接结构的接入波导到相邻的波长选择交叉连接结构的另一个接入波导的连接波导互相排列在一起。所述接入波导被选择为互相最靠近的和在同一端的。
按照本发明的在光网络中用于重新路由光波长信道的方法，波长信道在第一多信道波导的第一端上配备的至少一个接入波导中被激励。然后，光波长信道被发送通过所述第一多模波导，以及被投射在相对于所述接入波导的相反端配备的至少两个连接波导上。接着，光波长信道被发送通过连接波导。对于每个波长选择交叉连接结构，反射的波长的相位由被放置在所述波长选择交叉连接结构的第一端的第一和第二连接波导中的两个相位控制元件改变两次，与此同时，在波长选择交叉连接结构的第二端，反射的波长的相位相对保持不变。
对于每个波长选择交叉连接结构，传输的波长的相位被改变一次。光波长信道在第二多模波导通过至少两个连接波导被激励。每个波长的相位差对于有多少所述波长的功率被发射以及每个波长被发送到多模波导的哪个输出波导，将有明确的结果。
属于特定的波长选择交叉连接结构的相位控制元件同步地运行，以及改变相位到相同的程度。
按照本发明的一个实施例，波长选择定向交换结构是MMI布拉格(Bragg)光栅类型的。
本发明的目的是得到波长选择开关，在其中每个波长可以与其余波长无关地交换和被交换到所有可能被选择的输出，通过使其结构尽可能简单和紧凑，由此使制造成本与已知的技术相比可被减小。
本发明的一个优点是，功率损耗可保持相对较低。
本发明的另一个优点是，它的诸如串扰等的另外的性能比起现有技术可以得到改进。
现在参照优选实施例和附图更详细地描述本发明。
                        附图简述
图1显示按照本发明的波长选择开关的一个实施例。
图2显示根据所谓的MMIBg原理的对称的加上/取下结构的例子。
                       优选实施例
图1显示按照本发明的波长选择开关1的一个实施例。波长选择开关1包括两个多模波导10、20，四个波长选择交叉连接结构2、4、6、8，八个相位控制元件C1、C2、D1、D2、E1、E2、F1、F2，被提供在两个多模波导10、20上与交叉连接结构2、4、6、8上的十个连接波导和接入波导。
包括多个不同波长的光信号被激励到在第一多模波导10的第一端上配备的接入波导中。光信号被传输通过多模波导10和被投射到配备在相对于光信号被激励进入的一端的相反端的接入波导上。信号根据多模波导10的长度-宽度比和接入波导的布置情况而被投射。假定长度-宽度比是这样的，即：使得在多模波导10的第一端处被激励的光信号在相反端处的两个接入波导中以相同的方式被投射，即光信号在两个接入波导中被分成一半强度。在第一多模波导10的第二端上的接入波导处，配备有连接波导。第一连接波导被连接到在第一波长选择交叉连接结构2的第一端的第一接入波导。第二连接波导被连接到被配备在第一波长选择交叉连接结构2的第二端处的第一接入波导。这些连接波导之一包括相位控制元件C1。在图1所示的实施例中，所述相位控制元件被包括在所述第一连接波导中。第二波长选择交叉连接结构4通过两个连接波导被安排到第一波长选择交叉连接结构。被配备在第一波长选择交叉连接结构2的第一端处的第二接入波导通过第三连接波导被安排到在第二波长选择交叉连接结构4的第一端处的第一接入波导。在第一波长选择交叉连接结构2的第二端处的第二接入波导通过第四连接波导被安排到在第二波长选择交叉连接结构4的第二端处的第一接入波导。
在图1上，显示四个波长选择交叉连接结构2、4、6、8互相连续地排列。波长选择交叉连接结构2、4、6、8通过从第一波长选择交叉连接结构处的一个接入波导到相邻的波长选择交叉连接结构处的另一个接入波导的连接波导被互相安排在一起，其中所述接入波导被选择以使得它们在相同端互相最靠近。
最后的波长选择交叉连接结构8通过连接波导被安排到第二多模波导20。在最后的波长选择交叉连接结构8的第一端处的第二接入波导通过连接波导被安排到第二多模波导20的第一端处的第一接入波导。在最后的波长选择交叉连接结构8的第二端处的第二接入波导通过连接波导被安排到第二多模波导20的第一端处的第二接入波导。图1的实施例中所显示的第二多模波导20的第二端处，配备有两个波导。
在第一多模波导10的第一端处沿着截面A被馈送到接入波导的光信号，如上所述首先被传输通过所述第一多模波导10和沿着截面B投射到被安排在相反端的相对于所述接入波导的两个连接波导上。随后，光信号又在两个连接波导中被发送。在这些连接波导之一中，安排一个相位控制元件C1。所述相位控制元件C1影响到经过它的所有波长。光信号然后在截面C被传送到第一波长选择交叉连接结构2。这些在截面C、D、E和F的波长选择交叉连接结构2、4、6、8的每个结构被安排成反射一个波长以及传输其余波长。假定第一波长选择交叉连接结构2在截面C被安排成反射波长λ1，第二波长选择交叉连接结构4在截面D被安排成反射波长λ2，第三波长选择交叉连接结构6在截面E被安排成反射波长λ3，以及第四波长选择交叉连接结构8在截面F被安排成反射波长λ4。
对于波长λ1、λ2、λ3、λ4，可以说，这些波长中每个波长被一个和仅仅一个波长选择交叉连接结构2、4、6、8反射以及可以传输通过其余的结构。
按照图1所示的实施例，从连接波导之一沿着截面B被传输以及由任一个波长选择交叉连接结构反射的每个波长信道，与从另一连接波导沿着截面B被传输以及由任何的波长选择交叉连接结构反射的波长信道相比，将受到两个相位控制元件的影响。例如，当波长λ1到达沿着截面G的第二多模波导20的第一端时，在第一和第二接入波导中相位将是不同的，如上所述，这取决于所述波长受到不同数目的相位控制元件C1、C2、D1、D2、E1、E2、F1、F2的影响。在沿着截面G处的第一和第二接入波导中每个不同的反射波长的相位将互相不同。在图1上在这些沿着截面G处的接入波导之一中，给定的反射波长的相位比起另一接入波导中的相位来说被改变两次。每个反射的波长具有通过该结构的唯一的路径，Mach-Zehnder路径。这样，便可以与其余波长无关地去影响一个波长，以及借助于有关长度、宽度、和接入波导在第二多模波导20中的安排的适当的实施例，每个反射的波长便可以被引导到沿着截面H的任何输出端。
对于第二多模波导的给定的一个长度-宽度比，在沿着截面G的接入波导中的光信号之间的相位差确定光信号将沿着截面H集中于何处。
相位控制元件优选地同步地运行和具有相同的相位改变。
在图2上，显示了波长选择交叉连接结构100的例子，它可有利地被利用于按照本发明的波长选择开关。原理上，图2的波长选择交叉连接结构100是加上/取下复接元件。图2上的特定的器件被称为对称MMI布拉格光栅结构。具有像图2的交叉连接结构那样的功能的任何加上/取下元件是可能被使用的。但部件实现中最重要的是，这个元件不必被调整。当必须调整时，如果有许多波长要被操作时，即当需要许多交叉连接结构2、4、6、8时，则波长选择开关1可能无法运行。
光信号例如在图2的交叉连接结构中在接入波导40中被激励。一个信道被反射到接入波导30，以及其余被传输到接入波导50中。由于器件的互易性和对称性，在接入波导50处被激励的光信号将或者被反射回接入波导50，或者被传输到接入波导30。
交叉连接结构优选地是对称的，即如果从中间切开它，则两半都应当是各自的镜像。
本波长选择开关1可以用任何的单片半导体系统或SiO2/Si类型的电介质波导系统制成。
波长选择开关可以通过具有相同长度的所有连接波导来被安装。
本发明不限于上述的和附图显示的实施例，而是可在附属权利要求范围内进行修改

Claims (11)

1．用于交换光波长的波长选择开关(1)，包括至少两个多模波导(10,20)、至少一个波长选择交叉连接结构(2,4,6,8)、至少两个相位控制元件(C1,C2,D1,D2,E1,E2,F1,F2)、至少四个连接波导，所述波长选择交叉连接结构被安排在第一(10)和第二(20)多模波导之间，所述第一多模波导(10)在第一端上配备有至少一个接入波导和在第二端上配备有至少两个接入波导，所述第二多模波导(20)在第一端上配备有至少两个接入波导和在第二端上配备有至少一个接入波导，所述波长选择交叉连接结构在第一和第二端上配备有至少两个接入波导，其中在波长选择交叉连接结构中，在第一多模波导的第二端上的第一接入波导通过第一连接波导被安排到波长选择交叉连接结构的第一端上的第一接入波导，在第一多模波导的第二端上的第二接入波导通过第二连接波导被安排到波长选择交叉连接结构的第一端上的第一接入波导，在波长选择交叉连接结构的第一端上的第二接入波导通过第三连接波导被安排到第二多模波导的第一端上的第一接入波导，和在波长选择交叉连接结构的第二端上的第二接入波导通过第四连接波导被安排到第二多模波导的第一端上的第二接入波导，其中相位控制元件被安排在波长选择交叉连接结构的其中一端上的连接波导中，其中在两个或多个波长选择交叉连接结构中，为每个波长选择交叉连接结构加上两个相位控制元件和两个连接波导，每个波长选择交叉连接结构，在相对于最近邻接的波长选择交叉连接结构的相反的一端配备有两个相位控制元件，以及所述波长选择交叉连接结构经过从第一波长选择交叉连接结构的接入波导到相邻的波长选择交叉连接结构的另一个接入波导的连接波导互相排列在一起，其中所述接入波导被选择为互相最靠近的和在同一端的。
2．按照权利要求1的波长选择开关(1)，其特征在于，多模波导是MMI波导。
3．按照权利要求2的波长选择开关(1)，其特征在于，波长选择交叉连接结构是对称的。
4．按照权利要求2的波长选择开关(1)，其特征在于，波长选择交叉连接结构(2,4,6,8)是MMI布拉格光栅结构(100)。
5．按照权利要求3或4的波长选择开关(1)，其特征在于，属于每个波长选择交叉连接结构的相位控制元件(C1,C2,D1,D2,E1,E2,F1,F2)改变相位到相同的程度。
6．按照权利要求5的波长选择开关(1)，其特征在于，所有的连接波导具有相同的长度。
7．按照权利要求6的波长选择开关(1)，其特征在于，对于N个波长选择交叉连接结构，有用于N个不同的波长的2×N个不同的Mach-Zehnder路径。
8．光网络中用于交换光波长信道的方法，其特征在于，
-在第一多模波导的第一端配备的至少一个接入波导中连接光波长信道，
-使光波长信道传输通过所述第一多模波导，以及投射到配备在相反端处的相对于所述接入波导的至少两个连接波导上，
-使光波长信道传输通过连接波导，
-对于每个波长选择交叉连接结构，使反射的波长的相位由被放置在所述波长选择交叉连接结构的第一端的第一和第二连接波导中的两个相位控制元件改变两次，与此同时，在波长选择交叉连接结构的第二端，所述反射波长的相位相对保持不变，
-对于每个波长选择交叉连接结构，使传输的波长的相位在每个波长选择交叉连接结构的第一和第二方向上改变一次，
-通过第二多模波导中的至少两个连接波导连接光波长信道，以及
-对于所述多模波导的给定的长度-宽度比，在第二多模波导的第一端配备的每个接入波导中的光信号之间的相位差确定在第二多模波导的第二端处光信号集中于何处。
9．按照权利要求8的方法，其特征在于，多模波导是MMI波导。
10．按照权利要求9的方法，其特征在于，所有的连接波导具有相同的长度。
11．按照权利要求10的方法，其特征在于，对于N个波长选择交叉连接结构，有用于N个不同的波长的2×N个不同的Mach-Zehnder路径。
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