DE3876344T2

DE3876344T2 - Optischer verteiler.

Info

Publication number: DE3876344T2
Application number: DE8888308380T
Authority: DE
Inventors: Peter Healey
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1987-09-11
Filing date: 1988-09-09
Publication date: 1993-04-01
Anticipated expiration: 2008-09-10
Also published as: AU2305488A; CA1322287C; DE3876344D1; WO1989002680A1; EP0307243A1; GB8721472D0; AU602251B2; JPH02501433A; JP2848836B2; EP0307243B1; ATE83102T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Verteilung optischer Signale. Derartige Einrichtungen werden auf Gebieten wie etwa der optischen Kommunikation und Signalverarbeitung benötigt. Sie können für die Aufteilung nur eines einzigen Eingangssignals auf 2n Ausgangseinrichtungen benötigt werden oder alternativ 2n Eingangseinrichtungen mit 2n Ausgangseinrichtungen verbinden, wobei n ein ganze Zahl größer als 1 ist. Für diesen Zweck benutzte bekannte Einrichtungen sind typischerweise aus Feldern von 4-Port-Optokopplern aufgebaut worden, die untereinander durch Lichleitfaserstrecken in Sternnetzkonfiguration verbunden sind. Die Einrichtungen erfordern eine große Anzahl getrennter Komponenten, wobei im Falle eines 8-Port-Sternnetzes bis zu zwölf unterschiedliche Koppler benötigt werden. Die physikalische Komplexität solcher Systeme macht sie in der Herstellung teuer und für die Reihenschaltung in optischen Systemen schwierig. Weiter haben die mit jedem einzelnen Koppler verbundenen Einfügungsverluste einen kumulativen Effekt, der die Leistungsfähigkeit des Netzes als Ganzem erheblich verschlechtert.
Die Dokumente FR-A-2.341.873 und DE-A-2.454.996 offenbaren ein Verfahren zur Herstellung eines 1- bis 2n-Optoverteilers, der n aufeinanderfolgende Stufen optischer Strahlteiler verwendet, wobei jede Strahlteilerstufe einen oder mehrere einzelne transflektierende Strahlteiler zum Aufteilen eines optischen Pfades in zwei weitere Pfade und, im Bedarfsfall, Spiegel zur Wiederausrichtuug der optischen Pfade umfaßt.
Solche Einrichtungen sind in der Lage, ein optisches Signal gleichmäßig auf viele Ausgänge aufzuteilen und alle Komponenten eines Signals, das auf optischem Gebiet ein multidimensionales Signal mit Raum-, Farb-, Zeit- und Polarisationskomponenten ist, unverändert zu verteilen. Sie verwenden aber eine Anordnung, die 2(k-1) getrennte Strahiteilerkomponenten für die k-te Stufe und zugeordnete Spiegel erfordert, was bedeutet, daß die Anzahl der Strahlteilerelemente mit zunehmendem n rapide ansteigt.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein optischer Verteiler mindestens einen optischen Eingang, 2n optische Ausgänge, wobei n eine ganze Zahl größer als 1 ist, einen oder mehrere ebene Spiegeloberflächen und mindestens ein Transflexionsmittel auf, wobei die ebene(n) Spiegeloberfläche(n) und das transflektierende Mittel so angeordnet sind, daß sie einen optischen Pfad zwischen dem Eingang und jedem der Ausgänge schaffen, und jeder Pfad n Durchgänge nur beim transflektierenden Mittel macht, wobei mindestens zwei der transflektierenden Mittel Abschnitte einer einzelnen transflektierenden Oberfläche sind.
Eine Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist kompakter und kann mit einer kleineren, und manchmal mit der geringsten, Anzahl unterschiedlicher Komponenten aufgebaut werden, als bei den bisher bekannten Anordnungen. Es kann daher auch einfacher und billiger hergestellt und installiert werden. Die beiden transflektierenden Mittel können Teil der gleichen oder verschiedener Strahlteilerstufen sein.
Die vorliegenden Erfindung ist auf Verteiler anwendbar, die einen einzelnen Eingang zur Beschickung eines 1 bis 2n-Optoverteilers besitzen, der funktional sowohl den bekannten Verteilern, wie etwa den oben beschriebenen, als auch solchen Verteilern äquivalent ist, bei denen der genannte optische Eingang einer von 2n optischen Eingängen ist, wie beispielsweise bei Sternkopplern.
Das transflektierende Mittel kann beispielsweise aus einem transflektierenden Überzug auf einem Glassubstrat, oder aus einem Strahlteilerwürfel bestehen. Diese haben die Eigenschaft, daß auf das transflektierende Mittel einfallendes Licht in zwei Strahlen gleicher Stärke geteilt wird, nämlich einen reflektierten Strahl und einen durchgelassenen Strahl. Die transflektierenden Mittel sind im wesentlichen gegenüber unterschiedlichen Polarisationskomponenten im einfallenden Licht unempfindlich.
Die bzw. jede ebene Spiegeloberfläche kann aus dem üblichen metallischen oder mehrschichtigen, dielektrischen Überzug auf einem Glassubstrat, oder aus einem total reflektierenden Prisma, oder aus irgendeiner anderen Oberfläche bestehen, die für die Reflexion der im wesentlichen gesamten Leistung eines beliebigen einfallenden Strahls ausgebildet ist.
Ein Verteiler gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem einzelnen Eingang und 2n Ausgängen kann in Form von n Strahlteilerstufen aufgebaut werden, von denen jede eine einzelne getrennte, Transflexionsoberfläche und eine erste ebene Spiegeloberfläche aufweist, die so angeordnet sind, daß der bzw. jeder auf jede Strahlteilerstufe auftreffende Strahl in einen reflektierten Strahl und einen durchgelassenen Strahl geteilt wird, wobei einer der Strahlen direkt zu einer beliebigen nachfolgenden Strahlteilerstufe weiterläuft, während der andere der beiden Strahlen an der ersten ebenen Spiegeloberfläche reflektiert wird, ehe er zu einer beliebigen nachfolgenden Strahlteilerstufe weiterläuft.
Vorzugsweise sind die transflektierenden Oberflächen so angeordnet, daß sie einen Winkel von im wesentlichen 45º mit den einfallenden Strahlen bilden, während die ebene Spiegeloberfläche parallel zu den transflektierenden Oberflächen verläuft.
Eine solche Anordnung liefert einen 1 bis 2n-Optoverteiler mit einem einzelnen Spiegel und nur n Strahlteilerelementen.
Vorzugsweise sind die Teilerstufen nach effektiven Strahlteilerlängen geordnet, wobei die kürzeste Stufe dem optischen Eingang am nächsten liegt. Bei einer solchen Einrichtung ist die effektive Länge des Strahlteilers durch die physikalische Länge der transflektierenden Oberfläche bestimmt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optischer Teiler mit 2n optischen Eingängen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung geschaffen, wobei jedes der transflektierenden Mittel in den von mindestens zwei getrennten Eingängen ausgehenden optischen Pfaden liegt.
Eine erste Anordnung eines solchen optischen Verteilers kann n Strahlteilerstufen umfassen, wovon jede k-te Strahlteilerstufe 2n-k räumlich getrennte Transflexionsoberflächen besitzt, die zwischen einer ersten ebenen Spiegeloberfläche und einer zweiten, dieser gegenüberstehenden Spiegeloberfläche angeordnet sind, welche parallel zur ersten Spiegeloberfläche verläuft.
In diesem Falle bildet jede der 2(n-k) transflektierenden Oberflächen der k-ten Strahlteilerstufe 2k transflektierende Mittel dieser Strahlteilerstufe. Die Stufen sind nicht unbedingt der Reihe nach angeordnet, wie später besprochen wird.
Bei einer anderen Anordnung können die transflektierenden Mittel verschiedener Stufen aus einem einzelnen transflektierenden Element gebildet sein.
Bei diesen Anordnungen wirkt jede Transflexionsoberfläche der Strahlteilerstufen als Strahlteiler für Strahlen, die an zwei oder mehreren Eingängen ihren Ursprung haben.
Eine weitere Redundanz der transflektierenden Mittel kann bei einem reflektierenden Sternkoppler gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden, da jedes transflektierende Mittel, das für den optischen Pfad mit mindestens vier Eingängen benötigte Transflexionsmittel bilden kann.
Alternativ können die transflektierenden Mittel aller benötigten Strahlteilerstufen Abschnitte einer einzelnen transflektierenden Oberfläche umfassen, so daß die ebenen Spiegeloberflächen getrennte Spiegeloberflächen unterschiedlicher Längen aufweisen, die auf jeder Seite der einzelnen transflektierenden Oberflächen angeordnet sind.
Vorzugsweise erstrecken sich die Strahlteiler in einer Richtung senkrecht zur einer ersten Ebene, die den optischen Eingang und die optischen Ausgänge enthält, wobei einer oder mehrere unabhängige Gruppen optischer Eingänge und Ausgänge in einer Ebene oder in parallel zur ersten Ebene liegenden Ebenen vorgesehen sind.
Ein Verteiler gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt im Falle von 2n Eingängen und 2n Ausgängen die Eigenschaft eines Sternnetzes, oder eines Baumnetzes im einfacheren Falle eines einzelnen Einganges und bis zu 2n Ausgängen. Er ist leicht herzustellen, weil alle Strahlteiler der Form nach identisch sein können und sich in den verschiedenen Stufen nur durch die Abmessungen unterscheiden. Dies gestattet den Einsatz der kleinsten Anzahl von Komponenten, um die gewünschte Leistungsversteilung zu erreichen. Da es zwischen jedem Eingangs- und Ausgangsport nur einen einzigen Pfad gibt, kann eine Mehrpfadfortpflanzung und die daraus resultierende Verschlechterung der Signalbehandlung nicht auftreten. Das Verhältnis der Endflächengröße des Bauelementes zu ihrer Länge beträgt 2n/(2n-1) und geht für große n nach Eins. Der Leistungsverteiler ist daher gut proportioniert und kompakt, was seine serielle Einfügung in optische Systeme erleichtert.
Nachfolgend wird eine Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
Fig. 1 stellt eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem einzelnen Eingang dar;
Fig. 2 stellt eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem einzelnen Eingang dar;
Fig. 3 stellt eine Seitenansicht einer noch weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form eines Sternkopplers dar;
Fig.4 und 5 stellen Seitenansichten eines funktional der Fig, 3 äquivalenten Sternkopplers dar, mit Strahlenteilerstufen in unterschiedlichen Reihenfolgen;
Fig. 6 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung von Zuwachslinien für die in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Strahlteilernetze;
Fig. 7a bis 7c sind Diagramme zur Veranschaulichung der Muitiplexierfunktionen von Einrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8a und 8b stellen Seitenansichten eines reflektierenden Netzes gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 9 stellt eine Seitenansicht eines 4 x 4-Kopplers gemäß der vorliegenden Erfindung dar, bei dem transflektierende Elemente verschiedener Stufen auf einem gemeinsamen Element angebracht sind;
Fig. 10 stellt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines gemeinsamen Transflektornetzes mit 4 Eingängen gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 11 stellt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines gemeinsamen Transflektornetzes mit 8 Eingängen gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 12 stellt eine schematische, perspektivische Ansicht der Transmissionseigenschaften einer Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 13 stellt eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar; und
Fig. 14 stellt eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Schalters dar, der eine Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
Gemäß Fig. 1 weist eine Einrichtung zur Aufteilung eines optischen Signals auf acht Ausgänge, einen optischen Eingang 1 und drei Teilerstufen 2, 4, 6 auf. Jede Teilerstufe umfaßt eine transflektierende Oberfläche, die unter einem Winkel von 45º zur Einfallsrichtung des vom Eingang 1 herkommenden Lichtes verläuft. Ein Spiegel 8 erstreckt sich quer durch die Einrichtung parallel zu den transflektierenden Oberflächen der Teilerstufen 2, 4, 6. Die transflektierende Oberfläche der zweiten Teilerstufe 4 besitzt die doppelte Länge der Oberfläche der ersten Teilerstufe 2, während die Oberfläche der letzten Teilerstufe 6 ihrerseits die doppelte Länge der Oberfläche der zweiten Teilerstufe 4 besitzt.
Im Betrieb wird ein einzelner Strahl in den optischen Eingang 1 geleitet, der dann die durch die gestrichelten Linien dargestellten optischen Pfade bis zu den Ausgängen 01 bis 08 durchläuft. Der Strahl trifft auf den ersten Strahlteiler 2 und wird durch einen Abschnitt der 50:50 transflektierenden Oberfläche des Strahlteilers (der ein transflektierendes Mittel bildet) in zwei Strahlen gleicher Leistung geteilt. Einer der resultierenden beiden Strahlen läuft durch den Strahlteiler 2 und trifft direkt auf den zweiten Strahlteiler 4 auf. Der andere Strahl wird von der transflektierenden Oberfläche unter einem Winkel von 90º zum erstgenannten Strahl reflektiert und unter einem weiteren Winkel von 90º an den Spiegelseiten reflektiert, so daß sich der zweitgenannte Strahl nach der Reflexion parallel zum ersten Strahl, aber räumlich von ihm getrennt, ausbreitet. Wenn die Verluste am Spiegel vernachlässigt werden, erreichen die beiden Strahlen den zweiten Strahlteiler 4 mit der halben Leistung des ursprünglichen Ausgangsstrahls, weil jeder Strahl an einer 50:50 transflektierenden Oberfläche einem einzelnen Durchgang unterworfen wurde. Die Strahlen werden in den nachfolgenden Teilerstufen 4 und 5 in entsprechender Weise aufgeteilt und liefern insgesamt acht Strahlen an den optischen Ausgängen 01-08. Jeder der Pfade, vom Eingang 1 bis zu den Ausgängen 01-08, umfaßt drei Durchgänge an den 50:50 transflektierenden Oberflächen. Die Leistung des Eingangsstrahls wird daher gleichmäßig unterteilt, wobei ein Achtel an jeden der Ausgänge 01-08 geht.
Das transflektierende Mittel jeder Stufe bildet ein einzelnes dieser Stufe entsprechendes transflektierendes Element.
Die Einrichtung kann nach Wunsch als ein "Sandwich" aus optischen Glassubstraten aufgebaut werden. Auf den Substraten werden transflektierende Überzüge unter Benutzung von Masken aufgebracht, um die erforderliche Überzugsgeometrie zu erhalten. Der verwendete Überzug wird so gewählt, daß er Transmissions- und Reflexionskoeffizienten besitzt, die für Licht, das unter 45º einfällt und unterschiedliche Polaritätszustände besitzt, sowie für einen weiten Wellenlängenbereich gleich sind. Das Einrichtung ist daher in Bezug auf Polarisation und Wellenlänge unempfindlich. Die Substrate werden dann über die Außenkanten ausgefluchtet und mit optischem Epoxidharz bondiert. Dann wird ein Spiegelüberzug aufgebracht, oder es wird ein getrennter Spiegel befestigt. Schließlich wird das "Sandwich" geschnitten und poliert, um Endflächen mit optischer Qualität zu erzielen.
Ein in Fig. 2 dargestellter alternativer Aufbau benutzt eine Gruppe von Strahlteilerwürfeln 12 abgestufter Größen, die mit 45º-Prismen 14 abgepackt werden. Dieser Aufbau erfordert zwar mehr Untergruppen, ist aber physikalisch für die Herstellung eines einzelnen Raumnetzes mit nur einem Eingang geeignet. Anstelle der Strahlteilerwürfel können polarisierende Strahlteiler, auf die Viertelwellenplatten folgen, verwendet werden, falls die Eingangs- und Ausgangszustände der Polarisation des Lichtes als feststehend bekannt sind.
Beim Aufbau der Einrichtungen können die transflektierenden Überzüge farbempfindlich gemacht werden, um ein auf die Wellenlänge ansprechendes Laufwegverhalten zu erzielen. In diesem Falle wird eine oder werden mehrere Strahlteileroberflächen so angeordnet, daß sie als dichroitischer Spiegel wirken. Bei einer gegebenen Wellenlänge wird im wesentlichen alles auf den dichroitischen Spiegel einfallende Licht reflektiert, während Licht mit einer stark unterschiedlichen Wellenlänge durchgelassen wird. Bei einem Verteiler mit solchen wellenlängenselektiven Oberflächen kann ein Signal wellenlängenkodiert werden um festzustellen, an welchem Ausgang bzw. an welchen Ausgängen es die Einrichtung verläßt.
Die Strahlteiler können aktiv gemacht werden, um das Verkopplungsmuster dynamisch umordnen zu können. Die Teiler können beispielsweise polarisierende Strahlteiler und zugeordnete elektrooptische Polarisatoren, wie etwa Flüssigkristallzellen, umfassen, die so angeordnet sind, daß sie als Halbwellenplatten wirken. Der Eingang des Verteilers wird dann in einer gegebenen Richtung linear polarisiert und die optischen Achsen der Polarisatoren und Strahlteiler werden gegen die Polarisationsrichtung des Lichtes unter einem solchen Winkel angeordnet, daß ein einfallender Strahl entsprechend dem Zustand des elektrooptischen Polarisators durchgelassen oder reflektiert wird. Alternativ können aktive 1/4- Wellenplatten benutzt werden, um zirkularpolarisierte Komponenten aus dem einfallenden, linear polarisierten Strahl zu erzeugen.
Gemäß Fig. 3 ist eine als Sternnetz gestaltete Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, daß acht optische Eingänge I1 bis I8 mit acht optischen Ausgängen 01 bis 08 verbunden sind. Wie zuvor sind beispielshalber drei Teilerstufen vorgesehen. Bei diesem Beispiel umfaßt die erste Teilerstufe jedoch vier getrennte Strahlteiler 16, während die zweite Teilerstufe zwei Strahlteiler 18, und die letzte Teilerstufe einen einzelnen Strahlteiler 20 umfaßt. Allgemein weist dann ein Sternnetz mit 2n Ausgängen und 2n Eingängen im Falle, daß die Gruppen der Teilerstufen nach zunehmenden Teilerlängen geordnet sind, die k-te Teilerstufe dieser spezifischen Anordnung 2n-k getrennte Strahlteiler auf. Es sei jedoch bemerkt, daß die Teilerstufen physikalisch nicht nach Teilerlängen geordnet sein müssen, sondern daß sie beispielsweise nach Konfigurationen wie denen der Figuren 4 und 5 aufgebaut sein können.
Im Betrieb sieht jeder Eingang des Sternnetzes effektiv drei Baumnetze vor sich, die in der gleichen Weise wirken wie das entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung oben beschriebene Netz. Der Klarheit halber sind in Fig. 3 nur die Pfade von einem einzigen der Eingänge dargestellt. Ein vom Eingang I4 ausgehender Lichtstrahl trifft unter einem Winkel von 45º auf einen unteren Spiegel 22 auf und wird nach oben zum obersten Strahlteiler der ersten Stufe 16 reflektiert. Hier wird der Strahl durch die 50:50 transflektierende Oberfläche zweigeteilt, wobei der reflektierte Strahl direkt zum oberen Strahlteiler der zweiten Stufe 18 weitergeht, während der durchgelassene Strahl an einem oberen Spiegel 24 reflektiert wird, ehe er parallel zum reflektierten Strahl an den gleichen oberen Strahlteiler der zweiten Strahlteilerstufe 18 weiterläuft. In entsprechender Weise kann von jedem der anderen Eingänge die Spur eines Strahls gezeichnet werden, wobei sich ergibt, daß er in exakt analoger Weise geteilt wird, wie sie weiter oben für das Baumnetz beschrieben wurde. Wie beim Baumnetz absolviert jeder Pfad zwischen den Eingängen I1-I8 und den Ausgängen 01-08 die gleiche Anzahl von Durchgängen an 1:1 transflektierenden Mitteln, so daß die von irgendeinem der Eingänge I1-I8 gelieferte Leistung gleichmäßig unter die acht Ausgänge 01-08 aufgeteilt wird. Das Sternetz ist bidirektional aufgebaut, d.h., daß Licht von jedem Ende her eingespeist werden kann.
Die Baumnetze für die verschiedenen Eingänge I1-I8 besitzen gemeinsame, transflektierende Abschnitte, weil zwei parallele Spiegel 22 und 24 dafür sorgen, daß sich die von verschiedenen Eingängen ausgehenden optischen Pfade ihnen aus zwei orthogonalen Richtungen nähen.
Durch Vergrößern der Anahl der Strahlteilerstufen kann eine Einrichtung zur unabhängigen Aufteilung der von einem oder von vielen Eingängen gelieferten Leistung unter einer gewählten Anzahl von 2n Ausgängen geschaffen werden. Zuwachslinien sowohl für Baum- als auch Sternnetze der in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Anordnungen mit Mehrfacheingang sind in Fig. 6 dargestellt.
Die Ausbreitungslaufzeit durch das Sternnetz der Fig. 3 ist eine lineare Funktion der Eingangsposition, wobei das vom Eingang I8 ausgesandte Licht dem kürzesten Pfad folgt und somit als erstes austritt, während das vom Eingang I1 ausgesandte Licht dem längsten Pfad folgt und somit als letztes austritt. Diese Eigenschaft kann dazu benutzt werden, raumparallele/zeitserielle oder zeitserielle/raumparallele Multiplexoperationen durchzuführen. Es seien hierzu die in den Figuren 7a bis 7c dargestellten 8 x 8-Sternkoppler betrachtet. Gemäß Fig. 7a wird eine gleichzeitige aber räumlich unterteilte Eingabe in die Einrichtung als ein Signal ausgegeben, das räumlich identisch ist, d.h., das gleiche am Ausgang jedes der räumlich getrennten Ports, aber zeitseriell ist, d.h., die Ausgabe des untersten Ports geht der vom unmittelbar darüber befindlichen Port gelieferten Ausgabe voran, usw., wobei das Signal A als erstes aus jedem Port austritt. Wie Fig. 7b zeigt, kann die Einrichtung dazu benutzt werden, die umgekehrte Operation in analoger Weise durch Eingeben seines zeitseriellen Signals in den Eingang I8 durchzuführen (wobei A als erstes in den Verteiler tritt), und gleichzeitig die Ausgänge abzutasten, wenn das Signal A am Ausgang 08 austritt.
Jede der Endflächen der Einrichtungen kann mit einer Spiegeloberfläche beschichtet werden, um einem Verteiler die Eigenschaften eines reflektierenden Sternnetzes zu verleihen, jedoch mit 2n Mehrfachpfaden. Da jedoch jeder Mehrfachpfad eine Fortpflanzungslaufzeit besitzt, die eine lineare Funktion der Position ist, erlaubt dieses Merkmal die Verwendung der Einrichtungen als raumparallele/zeitserielle Multiplexer mit Einzeleingang, wie Fig. 7c zeigt. Dort wird ein ebener Wellenimpuls 26 in den Eingangsport I&sub8; eingespeist, der auf die acht Ausgangsports verteilt wird. Die Ausgangsimpulse treffen seriell auf einen Raummodulator 28, der somit zeitserielle Eingaben A bis H in den Verteiler rückkoppelt, die dann zum Eingang I&sub8; zurückkehren, um als zeitserielles Signal 29 auszutreten.
Bezugnehmend auf die Figuren 8a und 8b sind darin reflektierende 4 x 4-Sternkoppler und ein illustrativer Strahlpfad für eine Eingabe bei I&sub4; dargestellt, wobei die Koppler transflektierende Elemente 28, Spiegel 20 und 22 entsprechend denen der Fig. 3, und zusätzliche Spiegel 30 aufweisen, die zusätzliche Redundanz einbringen, indem der 4 x 4- Koppler nur zwei transflektierende Mittel erfordert, nämlich jeweils eines auf einem transflektierenden Element.
Bei den unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsformen wurden transflektierende Mittel durch gemeinsame, transflektierende Elemente gebildet, die zur selben Strahlteilerstufe gehörten. Dies muß nicht der Fall sein. Bei einigen Konfigurationen können die transflektierenden Mittel unterschiedlicher Stufen gemäß der vorliegenden Erfindung auf einer einzigen transflektierenden Oberfläche vereinigt werden, um eine Komponentenreduktion zu erzielen. Dies ist beim 4 x 4-Sternkoppler der Fig. 9 der Fall, bei dem die Mittel der Stufe eins und der Stufe zwei (jeweils I und II) auf einem einzigen Element kombiniert sind. Dadurch kann ein 4 x 4-Koppler aus nur zwei transflektierenden Elementen aufgebaut werden.
Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemäß den Figuren 10 und 11 bildet eine einzelne transflektierende Oberfläche das transflektierende Mittel für alle Teilerstufen. Fig. 10 zeigt einen 4 x 4-Koppler, der diese Konfiguration benutzt. Eine andere Konfiguration dieser Art ist in Fig. 11 dargestellt, bei der es sich um einen 8 x 8- Sternkoppler mit einem transflektierenden Element 38, zwei gemeinsamen Spiegeln 40, 42 und drei doppelseitigen Spiegeln 44 handelt. Allgemein werden für ein N x N-Netz, wobei N dem Wert 2n entspricht, (N/2 + 1) Spiegel benutzt, einschließlich zweier gemeinsamer Spiegel für alle Stufen. Es gibt (log&sub2;N)-1 Stufen, wobei die erste Stufe (N/4 + 2) Spiegel, einschließlich des gemeinsamen Spiegels für alle Stufen, umfaßt. Die zweite Stufe weist (N/8 + 2) Spiegel auf usw., wobei die j-te Stufe (N/2(j+1) + 2) Spiegel umfaßt. Die inneren Spiegel, die doppelseitig sind, sind um einen Punkt angeordnet, der sich auf halber Strecke zwischen der transflektierenden Oberfläche und einem der gemeinsamen Spiegel befindet. Die gemeinsamen Spiegel sind an entgegengesetzten Seiten der transflektierenden Oberfläche plaziert und weisen dieser gegenüber einen Abstand proportional zu N/4 auf. Die gemeinsamen Spiegel können gewünschtenfalls aus den in den Figuren 10 und 11 dargestellten Positionen zur Seite hin verlängert werden, um die oberen Eingangs- und Ausgangsstrahlen zu schneiden, so daß sich alle Eingänge und Ausgänge auf der gleichen Seite der Einrichtungen befinden.
Durch Erhöhen der Anzahl der Strahlteiler in den Teilerstufen kann eine Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum unabhängigen Aufteilen der von einem oder von vielen Eingängen kommenden Leistung unter vielen Ausgängen geschaffen werden. Die Zuwachslinien für Baumnetze und Sternnetze mit Mehrfacheingang der in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Form sind in Fig. 6 wiedergegeben.
Durch Verlängern der transflektierenden Oberflächen der obigen Ausführungsformen in einer orthogonal zur Ebene der Eingänge I1-I8 verlaufenden Richtung kann die Einrichtung mit weiteren unabhängigen Gruppen von Eingängen und Ausgängen in Intervallen entlang der X- Richtung tiefenmultiplexiert werden, wie Fig. 12 zeigt, wobei jede unabhängige Gruppe von Eingängen und Ausgängen parallel zur Y-Z- Ebene liegt. Eine solche tiefenmultiplexierte Einrichtung kann in Verbindung mit einem nichtmultiplexierten Netz des oben beschriebenen Typs verwendet werden, um einen einzelnen Eingang bzw. um Eingänge über ein zweidimensionales Feld zu verteilen. Eine solche Anordnung stellt sich bei einem Baumnetz mit 4 Ausgängen in der in Fig. 13 wiedergegebenen Form dar. Eine tiefenmultiplexierte Gruppe von 4 Baumnetzen 61-64 ist am Ausgang eines einzelnen Baumnetzes 60 angeordnet. Die tiefenmultiplexierten Netze sind um 90º gegen das Eingangsbaumnetz gedreht und so angeordnet, daß jeder Ausgang des Eingangsbaumnetzes 60 an den Eingang eines entsprechenden Netzes der Netze 61-64 des tiefenmultiplexierten Satzes gelangt. In gleicher Weise kann eine tiefenmultiplexierte Gruppe von Sternnetzen so ausgelegt werden, daß sie das Ausgangssignal eines einzelnen Sternnetzes empfängt. Alternativ können Sternnetze mit Baumnetzen in ähnlicher Weise, entsprechend den geforderten Verteilungscharakteristiken, kombiniert werden.
Einrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung können vorteilhafterweise beim Bau von digitalen elektrooptischen Breitband- Raumschaltern verwendet werden, die in unserer schwebenden UK- Patentanmeldung Nr. 8701996 beschrieben sind. Die geringen Verluste und die hohe optische Qualität einer Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt es, Schalterabmessungen bis zu 300 x 300 zu erreichen. Ein weiterer Vorteil der Verwendung dieser Einrichtungen besteht in diesem Zusammenhang darin, daß der Schalterdurchsatz, ohne Verlustnachteil, durch Benutzen der beiden Raumdimensionen der Signalpfade gesteigert werden kann. Beispielsweise kann das Signal aus einem 32-bit Datenbus oder sogar aus einer parallel übertragenen vollständigen Datenseite bestehen. Eine Architektur für ein zweidimensionales Bildschaltungssystem ist in Fig. 14 dargestellt. Für die einfache serielle 1-D-Übertragung können die optischen Ausgangselemente durch eine einfach zylindrische Linse ersetzt werden. Da die Koppelpunkt- Zwischensignale parallelgerichtete Lichtstrahlen sind, kann der gesamte Vermittlungsverkehr über viele Wege gelegt werden. Es ist beispielsweise möglich, zwischen M Koppelpunktfeldern umzuschalten, um eine ausfallsichere Reserve zu schaffen.
Eine alternative Ausführungsform des Schalters mit einem Verteiler gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 15 dargestellt. Die Ausgaben einer tiefenmultiplexierten Gruppe von N Baumnetzen TI bis TN werden an N digital indizierte Lichtdeflektoren DI bis DN geliefert, die in einer rechtwinklig zum tiefenmultiplexierten Baumnetz verlaufenden Richtung raummuitiplexiert werden. Die Lichtablenker weisen doppelbrechende Kristalle mit dazwischen eingefügten elektrooptischen Polarisatoren auf. Derartige Deflektoren sind in dem Beitrag von Kulcke et al. auf den Seiten 64-67, IBM-Journal, Januar 1964 offenbart. Bei dem in Fig. 14 dargestellten optischen Schalter werden die Deflektoren in seiner N-Eingangs/1-Ausgangs-Konfiguration verwendet, so daß der Schalter als Ganzes N Ausgänge besitzt, die sich in einer rechtwinklig zu den N Eingängen verlaufenden Richtung erstrecken. Ein solcher Schalter weist einen inhärenten Verlust von 10 log&sub1;&sub0; N dB auf.

Claims

1. Optischer Verteiler, umfassend:

(a) mindestens einen optischen Eingang (1),

(b) 2n optische Ausgänge (01-08), wobei n eine ganze Zahl größer als 1 ist, und

(c) transflektierende Mittel (2, 4, 6), die so angeordnet sind, daß sie einen optischen Pfad zwischen dem Eingang und jedem der Ausgänge schaffen, wobei jeder der Pfade n Durchgänge nur an den transflektierenden Mitteln macht; dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler weiter mindestens eine ebene Spiegeloberfläche (8) umfaßt, die mit dem transflektierenden Mittel zur Schaffung der Pfade zusammenwirkt, und daß mindestens zwei der transflektierenden Mittel Abschnitte einer einzelnen transflektierenden Oberfläche sind.

2. Verteiler nach Anspruch 1, mit n Strahlteilerstufen (2, 4, 6), von denen jede eine einzelne, getrennte transflektierende Oberfläche und eine erste ebene Spiegeloberfläche umfaßt, die so angeordnet sind, daß der bzw. jeder auf jede Strahlteilerstufe einfallende Strahl in einen reflektierten Strahl und einen durchgelassenen Strahl geteilt wird, wobei einer der Strahlen direkt zu einer beliebigen, nachfolgenden Strahlteilerstufe weiterläuft, während der andere der beiden Strahlen an der ersten ebenen Spiegeloberfläche reflektiert wird, ehe er zu einer beliebigen, nachfolgenden Strahlteilerstufe weiterläuft.

3. Verteiler nach Anspruch 2, bei dem die transflektierenden Oberflächen so angeordnet sind, daß sie im wesentlichen unter einem Winkel von 45º zu den einfallenden Strahlen liegen und die erste ebene Spiegeloberfläche parallel zu den transflektierenden Oberflächen verläuft.

4. Verteiler nach den Ansprüchen 2 oder 3, bei dem die Teilerstufen nach effektiven Strahlteilerlängen angeordnet sind, wobei die kürzeste Stufe dem optischen Eingang am nächsten liegt.

5. Optischer Verteiler, umfassend:

(a) 2n optische Eingänge (I1-I8) und 2n optische Ausgänge (01-08), wobei n eine ganze Zahl größer als 1 ist,

(b) transflektierende Mittel (2, 4, 6), die so angeordnet sind, daß sie einen optischen Pfad zwischen dem Eingang und jedem der Ausgänge schaffen, wobei jeder der Pfade n Durchgänge nur an den transflektierenden Mitteln macht;

dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler weiter mindestens eine ebene Spiegeloberfläche (22, 24) umfaßt, die mit den transflektierenden Mitteln zur Schaffung der Pfade zusammenwirkt; daß mindestens zwei der transflektierenden Mittel Abschnitte einer einzelnen transflektierenden Oberfläche sind; und daß jedes transflektierende Mittel sich in einem Pfad befindet, der von mindestens zweien der Eingänge ausgeht.

6. Verteiler nach Anspruch 5, der 2n optische Eingänge, 2n optische Ausgänge und k Strahlteilerstufen aufweist, wobei die k-te Strahlteilerstufe 2(n-k) räumlich getrennte, transflektierende Oberflächen aufweist, die zwischen der ersten ebenen Spiegeloberfläche und einer zweiten gegenüberstehenden, parallel zur ersten verlaufenden, ebenen Spiegeloberfläche angeordnet sind.

7. Verteiler nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, der in einen optischen Raumschalter einbezogen ist.