DE4041109C2 - Optischer Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Schalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Der Modulator kann als Zweiarm-Interferometer, aber auch als Rich­ tungskoppler zwischen zwei monomoden Lichwellenleitern ausgebildet sein.

Grundlage für das bistabile Verhalten der bekannten Schalter ist die Hysterese-Kurve, die sich aus der (G-u*)-Eingangs-Ausgangs- Charakteristik ergibt, auf der als Funktion des Proportionalitäts­ faktors stationäre Werte der Ausgangsintensitäten erreicht werden. Für das Umschalten zwischen beiden stabilen Zuständen der Hyste­ rese-Kurve ist jeweils die an den Elektroden anliegende Spannung um einen bestimmten Betrag zu ändern.

Bei einem bekannten optischen 2×2-Koppler (IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-14, Nr. 8, August 1978, Seiten 577 bis 580; DE-OS 29 01 075) erfolgt die Umschaltung durch eine Änderung des eingekoppelten monomoden Lichtes, das neben den aufgeprägten Datenimpulsen mit entsprechenden positiven oder negativen Adreßimpulsen versehen ist, die in Länge und Amplitudendifferenz größer sind als die Datenimpulse. Durch diese Adreßimpulse wird über einen Abzweig von einem der beiden Ausgänge Licht auf eine an einer elektrischen Vorspannung anliegenden Photodiode geleitet, deren Ausgangsspannung über einen Tiefpaßfilter auf die Elektrode geschaltet ist. Die durch die Änderung des Photodiodenstroms herbeigeführte Änderung der an der Elektrode anliegenden Spannung soll den Übergang in den jeweils anderen stabilen Zustand und damit die Umschaltung zwischen den beiden Ausgängen bewirken.

Bei Reihenschaltungen mit derartigen Schaltern besteht die Schwierigkeit, die Schalter individuel zu adressieren. Eine Adressierung ist weiter nicht möglich, wenn unmoduliertes monomodes Licht zu leiten ist, wie es beispielsweise für die Versorgung optischer Sensoren gefordert wird. In diesem Fall sind elektrische Steuerleitungen für die Elektroden erforderlich, die wie bekannt Einwirkungen durch magnetische Felder und dergleichen unterliegen.

Aufgabe der Erfindung ist eine Ausbildung eines Schalters, mit dem es möglich ist, Netze in reiner Glasfasertechnik auszubilden und in derartigen Netzen die Schalter individuell durch optische Signale zu adressieren.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Hauptanspruches herausgestellten Merkmale.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und nachstehend im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch einen optischen Schalter gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Netzanordnung mit parallel geschalteten Schaltern.

Fig. 3 zeigt eine Netzanordnung mit in Reihe geschalteten Schaltern.

Fig. 4 zeigt eine Prinzipschaltung der Stromversorgung und Adressierung eines Schalters.

Fig. 5 zeigt drei verschiedene Ausführungsformen des Schalters nach Fig. 1.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Schalter weist ein opti­ sches Schaltelement 2 auf, das hier als Mach-Zehnder-Interfero­ meter ausgebildet ist mit einem rückwärts betriebenen Verzweiger 3 bzw. 2×2-Koppler mit den beiden parallelen Armen 4, 6, einem 2×2-Koppler 8 und den beiden Ausgangsarmen 10, 12. Die beiden Aus­ gangsarme 10, 12 und ein Eingang 14 sind jeweils an optische An­ schlüsse 16, 18, 20 angeschlossen. Die Anschlüsse 16, 18 und 20 sind jeweils für den Anschluß monomoder Lichtwellenleiter ausgebildet.

Mit einem Elektrodenpaar 22, das einem der Interferometerarme zu­ geordnet ist, läßt sich der Durchlaß des Schalters wahlweise auf einen der Ausgangsarme 10, 12 schalten. Schaltelemente dieser Art, die auch als steuerbare 2×2-Koppler ausgebildet sein können, sind bekannt.

Zur Speisung der Elektroden 22 und zum Umschalten des optischen Schaltelementes 2 zwischen den Anschlüssen 16 und 18 sind dem Interferometer eine elektrische Leistungsversorgung 24 mit Photodioden 26 und eine Steuer­ elektronik 25, 27 zugeordnet.

Zur Stromerzeugung mittels der Photodioden 26 ist ein optischer Anschluß 28 vorgesehen, an den ein mit einer zentralen Sende- und Empfangsstation 29 (Fig. 2) mit darin integrierter optischer Leistungsversorgung verbindbarer multimoder Lichtwellenleiter anschließbar ist. Vom Anschluß 28 führt ein Lichtwellenleiter 30 das Licht auf die Photo­ diode 26. Von der Zentralstation 29 werden auf dem multimoden Lichtwellenleiter die Adreßimpulse für die Schalter übertragen.

Die elektrische Leistungsversorgung 24 ist mit einem Puffer oder Speicher für den von der Photodiode 26 gelieferten Strom versehen. Die Photodiode 26 ist zweckmäßig als leistungsangepaßtes, flächen­ optimiertes Diodenarray ausgebildet. Die elektrische Leistungs­ versorgung stellt die Grundspannung und die Steuerspannung bereit, die das Umschalten des Schalters zwischen dem durch die Grundspan­ nung bestimmten ersten stabilen Zustand und dem durch die Steuer­ spannung bestimmten zweiten stabilen Zustand und damit das Um­ schalten des monomoden Eingangslichtes von dem Ausgang 16 auf den Ausgang 18 bewirkt.

Das Zu- bzw. Abschalten der Steuerspannung erfolgt, wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, über einen elektrischen Umschalter (Flip- Flop 25), der über dem multimoden Licht aufgeprägte kodierte Steuersignale schaltbar ist. Diese Steuersignale 23 können mittels Modulation des Leistungslichtes, beispielsweise Pulsweitenmodula­ tion, Frequenzmodulation, Amplitudenmodulation oder dergleichen, übertragen werden. Bei einer Pulsweitenmodulation können zur Se­ lektierung des dem jeweiligen Schalter zugeordneten Codes Fenster­ komparatoren 27, 27′ vorgesehen werden.

Wie ohne weiteres ersichtlich kann ein Schalter der genannten Art mit seiner autonomen Stromversorgung in beliebigem Abstand von der Zentralstation 29 angeordnet sein. Die Verbindung ist hierbei rein optisch, also über Glasfasern, so daß diese Verbindung durch äuße­ re Einwirkungen wie Magnetfelder, elektrische Impulse oder der­ gleichen nicht beeinflußbar ist.

An einen Schalter der beschriebenen und in Fig. 5 als Ausführungs­ form I dargestellten Art lassen sich zwei mit monomodem Licht be­ aufschlagte Verbraucher über die Anschlüsse 16, 18 anschließen. Verbraucher können Sensoren auf der Basis von Zweiarm-Interfero­ metern vom Mach-Zehnder- oder Michelson-Typ sein.

Der Schalter kann dabei so ausgebildet sein, daß über ihn die Aus­ gangssignale der Sensoren rückgeführt werden. Zu diesem Zweck ist eine in den Schalter integrierte oder dem Schalter zugeordnete Signalrückführung 70 vorgesehen, in der wenigstens ein rückwärts betriebener und als Additionsstelle wirksamer Verzweiger 72 aus­ gebildet ist mit Eingangsanschlüssen 44, 46 und einem Ausgangsan­ schluß 48. Ein zweiter rückwärts betriebener und als Additions­ stelle wirksamer Verzweiger 50 kann parallel zu dem ersten Ver­ zweiger vorgesehen sein und weist dann Eingangsanschlüsse 52, 54 und einen Ausgangsanschluß 56 auf.

Ein derartig ausgebildeter Schalter - Ausführung I - kann als ein­ zelne Knotenstelle für zwei parallele Sensoren eingesetzt werden oder aber auch als Knotenstelle X′′; Y′′ der niedrigsten Ebene eines Glasfasernetzes mit einer Mehrzahl von Ebenen, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt.

Der Eingang des Sensors A ist, wie in Fig. 1 angedeutet, mit dem Ausgang 16 und der Eingang des Sensors B mit dem Ausgang 18 des Schalters 2 verbunden. Den Sensoren wird polarisiertes monomodes Licht zugeführt. Die beiden Ausgänge 58, 60 des Sensors A sind einmal über den Anschluß 44 auf die Additionsstelle 72 und zum anderen über den Anschluß 52 auf die Additionsstelle 50 geschal­ tet, während die Ausgänge 62, 64 des Sensors B über die Anschlüsse 46 bzw. 54 auf die Additionsstellen 72 bzw. 50 geschaltet sind. Über die Additionsstellen liegen damit an den Anschlüssen 48 bzw. 56 jeweils die Ausgangssignale des jeweils über den Schalter 2 eingeschalteten Sensors A bzw. B an.

Für Reihenschaltungen, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, ist als Knotenstelle der höheren Ebene X, X′ eine Ausführungsform II (Fig.5) des Schalters vorgesehen, bei der dem Anschluß 28 ein in Vor­ wärtsrichtung arbeitender Verzweiger 32 nachgeschaltet ist, dessen einer Zweig 30 zur Photodiode führt und dessen zweiter Zweig 34 an einen Ausgangsanschluß 36 angeschlossen ist, der mit dem Eingangs­ anschluß 28 eines nachgeschalteten Schalters dieser Ausführungs­ form in einer nachfolgenden niedrigeren Ebene X verbunden ist, an dem auch einer der beiden monomoden Ausgänge 16, 18 angeschlossen ist, wodurch der zweite der beiden monomoden Ausgänge 18 mit dem Verbraucher (Sensor n-x) verbunden ist.

Wenn dem Schalter in der nachfolgenden niedrigeren Ebene Y′, Y′′ zwei parallele Schalter nachzuschalten sind, wie in Fig. 2 darge­ stellt, ist der Schalter in der Ausführungsform III (Fig. 5) zu verwenden. Bei dieser Ausführungsform ist an die Leitung 34 ein zweiter vorwärts betriebener Verzweiger 38 mit jeweils einem Aus­ gangsanschluß 40, 42 angeschlossen. In einem solchen Fall sind dann jeweils zwei Schalter parallel anschließbar, die jeweils mit ihrem monomoden Anschluß 20 mit einem der Ausgänge 16, 18 des Schalters 2 in der vorhergehenden höheren Ebene X zu verbinden sind.

Claims (5)

1. Optischer Schalter mit einem in integrierter Optik ausgebildeten elektrisch umschaltbaren Modulator, der mit Lichtwellenleitern und einem dieser Lichtwellenleiter zugeordneten Elektroden ausgebildet ist und mindestens einen Eingang für einen monomoden Eingangslichtwellenleiter und zwei monomode Ausgänge zu monomoden Ausgangslichtwellenleitern aufweist, und mit mindestens einer Photodiode als Spannungsquelle für die Elektroden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Photodiode (26) einzige optisch extern versorgte Spannungsquelle des optiscshen Schalters (2) ist und über einen Speicher (24) für den von der Photodiode gelieferten Strom mit den Elektroden (22) verbunden ist,
daß der optische Schalter (2) einen multimoden Lichtwellenleiter (30) aufweist, mit dessen Ausgang die Photodiode (26) und mit dessen Eingang (28) ein weiterer multimoder Lichtwellenleiter (P_I) verbunden ist, der seinerseits mit einer Lichtquelle verbindbar ist, und
daß der Speicher (24) für den von der Photodiode gelieferten Strom eine Steuerelektronik (25, 27) aufweist, die über das dem multimoden Lichtwellenleiter (30) und der Photodiode (26) zugeführte Licht optisch adressierbar ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (28) für den multimoden Lichtwellenleiter an einen vorwärts betriebenen Y-Verzweiger (32) angeschlossen ist, dessen einer Zweig (30) auf die Photodioden (26) und dessen anderer Zweig (34) auf einen Ausgang (36) geschaltet ist.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Zweig (34) des vorwärts betriebenen Y-Verzweigers (32) ein zweiter vorwärts betriebener Y-Verzweiger (38) angeschlossen ist, dessen Zweige auf je einen Ausgangsanschluß (40, 42) enden.

4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung der Elektroden (22) gepuffert ausgebildet ist.

5. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein rückwärts betriebener und als Additionsstelle wirksamer Verzweiger (72; 50) vorgesehen ist mit zwei Eingängen (44, 46; 52, 54) und einem Ausgang (48; 56) für Lichtwellenleiter.