DE4326522A1 - Programmierbares optisches Filter und optische Schaltanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft programmierbare optische Filter und optische Schaltanordnungen.

Für optische Netze mit Mehrfachdiensten werden polarisati­ onsunabhängige Filter benötigt, die abstimmbar sind und/oder gleichzeitig mehrere verschiedene Wellenlängen selektieren können.

Aus IEEE Lasers and Electro-Optics Soc., 1992, Ann. Meet. Nov. 16-19, 1992, Boston, paper OTA2.5, S. 690-691 ist ein programmierbares optisches Filter für mehrere verschiedene optische Wellenlängen bekannt, die einen optischen Demulti­ plexer zur räumlichen Trennung der Wellenlängen voneinander und je einen steuerbaren optischen Verstärker pro Wellenlänge zur gesteuerten Verstärkung des Lichts dieser Wellenlänge unabhängig von den anderen Wellenlängen aufweist, wobei die optischen Verstärker in Form von auf einem Substrat inte­ grierten streifenartigen optischen Wellenleitern, in denen das geführte Licht optisch verstärkbar ist, bestehen.

Andere bekannte Filter mit mehrfacher Wellenlängenselektion arbeiten meist nach dem akustooptischen Prinzip. So ist aus Broadband (FOC/LAN) ′90, Baltimore, Sept. 1990, S. 307-313 ein schnell schaltbares, polarisationsabhängiges Filter zur Selektion mehrerer optischer Kanäle aus einem Wellenlängen­ kamm mit Kanalabständen herunter bis zu 1 nm bekannt.

Abstimmbare Filter sind auch mit einer Vielzahl von Anordnun­ gen realisierbar. Beispielsweise geht aus IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. PTL-2, No. 6, 1990, S. 441-443 ein thermisch abstimmbares polarisationsunabhängiges Filter für den extrem engen 0,1 nm-Kanalabstand in planarer SiO₂-Technik hervor.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schnell schaltbares polarisationsunabhängiges programmierbares optisches Filter bereitzustellen.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsge­ mäßen Filters gehen aus den Ansprüchen 2 bis 7 hervor.

Bei dem erfindungsgemäßen Filter kann die Einrichtung zur räumlichen Trennung der optischen Wellenlängen ein Wellenlän­ gendemultiplexer beispielsweise nach Art eines planaren Spektrographen oder eines Phased arrays ausgebildet sein, beispielsweise in InP-Technik, in SiO2-Technik oder Si/Ge- Technik. Ein Absorptionsmodulator oder ein Schalter, bei­ spielsweise ein Richtkoppler oder ein Interferometer, können in III/V-Halbleitertechnologie, auf Polymerbasis oder auf LiNbO₃-Basis ausgeführt sein. Sind optische Verstärker vorge­ sehen, so können auch diese in III/V-Halbleitertechnologie ausgeführt sein. Die Absorptionsmodulatoren oder Schalter werden durch Verändern des optischen Brechungsindexes durch Beeinflussung der Verteilung der elektrischen Ladungsträger durch Anlegen einer elektrischen Spannung, Injektion von elektrischem Strom oder Injektion von Licht, beispielsweise senkrecht zur Verlaufsrichtung des Signallichts mit den genannten Wellenlängen gesteuert.

Falls optische Verstärker zum Einsatz kommen, können die Verstärker vorteilhafterweise optisch verkoppelt ausgeführt werden. In diesem Fall läßt sich durch entsprechende Ansteue­ rung der Elektroden zur Strominjektion ein sehr enger Wellen­ längenabstand bei der Kanalselektion bis hin zu kontinuierli­ cher Abstimmung des Filters realisieren.

Der Anspruch 9 ist auf eine vorteilhafte Ausführungsform eines derartigen programmierbaren optischen Filters mit optisch verkoppelten optischen Verstärkern gerichtet. Diese Ausführungsform ist sowohl für ein Filter mit optischen Verstärkern allein als auch für ein Filter nach den Ansprü­ chen 4 oder 5 realisierbar.

Die aus den Absorptionsmodulatoren oder Schaltern bzw. opti­ schen Verstärkern austretenden optischen Wellenlängen können durch eine Einrichtung zum Zusammenführen dieser Wellenlän­ gen, beispielsweise auf einen gemeinsamen Wellenleiter, z. B. eine Glasfaser, zusammengeführt werden. Darauf ist Anspruch 13 gerichtet.

Es können auch Wellenlängenkanäle detektiert werden. Beispielsweise kann ein Absorptionsmodulator, Schalter oder optischer Verstärker, der gerade nicht zur Übertragung durch das Filter verwendet wird, bei entsprechend geeignetem Aufbau als Photodetektor benutzt werden, wodurch eine sog. Drop- Funktion realisiert ist. Darauf ist Anspruch 7 gerichtet.

Die Ansprüche 14 bis 19 sind auf vorteilhafte optische Schaltanordnungen gerichtet, die mit programmierbaren opti­ schen Filtern, insbesondere den erfindungsgemäßen Filtern, in vorteilhafter Weise realisierbar sind.

Die im Anspruch 14 angegebene optische Schaltanordnung ist ein optisches Cross-connect, das optische Kanäle zwischen zwei Datenleitungen austauscht. Dieses Cross-connect ist mit vier programmierbaren Filtern und optischen Leistungsteilern realisierbar. Die Cross-connect-Funktion erhält man durch komplementäre Ansteuerung der Filter, d. h. die von einem Filter durchgelassenen Signale werden vom anderen Filter abgeblockt.

Es kann auch eine Add-drop-Funktion realisiert werden, bei dem eine von der Einrichtung zur räumlichen Trennung der Wellenlängen des programmierbaren Filters von dem der betref­ fenden Wellenlänge zugeordneten Absorptionsmodulator, Schal­ ter oder optischen Verstärker des Filters ausgeblendet wird und diese Wellenlänge oder eine andere Wellenlänge nach diesem Modulator, Schalter oder Verstärker wieder hinzugefügt wird, beispielsweise vor oder nach der Einrichtung zum Zusam­ menführen der Wellenlängen des Filters.

Anspruch 15 ist auf einen Add-drop-Multiplexer gerichtet, bei dem die Add-drop-Funktion mit einer Art Cross-connect reali­ siert ist. Die Ansprüche 16 und 17 sind auf bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung nach Anspruch 15 gerichtet.

Mit einem programmierbaren optischen Filter, insbesondere einem erfindungsgemäßen Filter, läßt sich auch ein abstimmba­ rer Empfänger, der Wellenlängendemultiplex und Zeitmultiplex durchführt, realisieren. Anspruch 18 ist auf einen derartigen Empfänger gerichtet. Durch elektrische Ansteuerung eines Absorptionsmodulators, Schalters oder optischen Verstärkers des Filters mit einem Zeitdemultiplexsignal kann aus dem ge­ wählten Wellenlängenkanal ein Zeitmultiplexkanal ausgewählt werden.

Anspruch 19 ist auf eine optische Schaltanordnung gerichtet, die ein erweitertes optisches Cross-connect darstellt. Bei dieser Schaltanordnung ist zwischen einer Einrichtung zum räumlichen Trennen der optischen Wellenlängen und der Ein­ richtung zur Zusammenführung der optischen Wellenlängen eine aus mehreren Raumschaltmatrizen bestehende Raumschaltmatrix- Anordnung angeordnet, wobei jede Raumschaltmatrix beispiels­ weise mit Richtkopplern oder Leistungsteilern und optischen Verstärkern oder Interferometern realisierbar ist. Die einer bestimmten Wellenlänge zugehörigen Signale einer Anzahl L Eingänge der Einrichtung zur räumlichen Trennung der Wellen­ längen werden auf die Eingänge der dieser Wellenlänge ent­ sprechenden Schaltmatrix zugeführt. Von den Ausgängen jeder Schaltmatrix werden die Signale einer Anzahl L′ Ausgänge der Einrichtung zum Zusammenführen der Wellenlängen zugeführt, wobei die Zuordnung durch die Stellung der betreffenden Schaltmatrix bestimmt wird. Es können auch Wellenlängenkanäle detektiert werden. Beispielsweise kann ein Tor der Schaltma­ trix, das gerade nicht zur Übertragung durch das Filter verwendet wird, als Photodetektor verwendet werden, um mit geringem Aufwand eine Drop-Funktion zu realisieren. Falls ein Ausgang dieser Schaltanordnung nicht verwendet wird, kann ein Tor einer Schaltmatrix fest mit einem Photodetektor verbunden sein, um die Drop-Funktion zu realisieren.

Die Wahl der Bauform für die Schaltanordnung kann je nach Aufgabenstellung erfolgen. Eine Schaltanordnung für wenige Leitungen, beispielsweise nur zwei Leitungen, ist vorteilhaft mit Leistungsteilern zu realisieren, da der Pegelverlust durch Leistungsteilung nicht sehr hoch ist. Sollen Kanäle zwischen mehr als zwei Leitungen ausgetauscht werden, ist die Schaltanordnung nach Anspruch 19 vorteilhaft.

Die Schaltungsanordnung nach Anspruch 19 kann auch als pro­ grammierbares Filter aufgefaßt oder betrieben werden.

Sämtliche Schaltanordnungen können je nach gewähltem Materi­ alsystem zumindest teilweise monolithisch auf einem gemeinsa­ men Substrat integriert werden. Beispielsweise können Demul­ tiplexer nach dem Phase array-Prinzip und Schalter nach dem Mach-Zehnder-Interferometerprinzip vorteilhaft auf gemeinsa­ mem Substrat mit organischen Polymeren oder III/V-Verbin­ dungshalbleitern hergestellt werden, da sie sehr ähnliche Wellenleiterstrukturen benötigen. Auch optische Verstärker und Modulatoren oder Interferometer lassen sich auf einem Substrat, beispielsweise in Zeilenform, integrieren. Am Eingang und Ausgang monolithisch integrierter Strukturen sind Taper zur Anpassung des optischen Feldes nützlich.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen programmierbaren optischen Filters,

Fig. 2 einen Querschnitt durch mehrere optisch verkoppelte optische Verstärker für ein programmierbares opti­ sches Filter,

Fig. 3 in schematischer Darstellung ein mit programmierba­ ren optischen Filtern realisiertes optisches Cross- connect, bei dem optische Leistungsteiler verwendet sind,

Fig. 4 in schematischer Darstellung einen mit programmier­ baren optischen Filtern realisierten Add-drop-Mul­ tiplexer,

Fig. 5 in schematischer Darstellung einen mit einem pro­ grammierbaren Filter realisierten abstimmbaren op­ tischen Empfänger, und

Fig. 6 in schematischer Darstellung ein mit optischen Raumschaltmatrizen realisiertes optisches Cross- connect mit mehr als zwei Eingängen und mehr als zwei Ausgängen.

Das programmierbare optische Filter 1 nach Fig. 1 für meh­ rere verschiedene optische Wellenlängen λ₁, λ₂, . . . λ_K (K = ist eine beliebig vorgebbare natürliche Zahl) weist die Einrichtung 11 zur räumlichen Trennung dieser Wellenlängen λ₁, λ₂, . . . λ_K voneinander auf, die über einen Eingang 10 zugeführt werden. Die Einrichtung 11 weist auf der Ausgangs­ seite K nicht dargestellte Ausgänge auf, von denen jeder zum Austritt einer der Wellenlängen λ₁, λ₂, . . . λ_K vorgesehen ist. Im dargestellten Beispiel ist K = 4 gewählt. Die Ein­ richtung 11 kann beispielsweise aus einem planaren optischen Spektrographen bestehen.

Jede Wellenlängen λ_i (i = 1, 2, . . . K) ist erfindungsgemäß einem dieser Wellenlängen λ_i allein zugeordneten optischen Absorptionsmodulator oder optischen Schalter 2 _i zugeführt. Ein Schalter 2 _i kann aus einem optischen Richtkoppler oder einem Interferometer, beispielsweise vom Mach-Zehnder-Typ, bestehen.

Ein Absorptionsmodulator oder optischer Schalter 2 _i hat den Vorzug, daß er polarisationsunabhängig und schnell schaltbar ist.

Je nach Schaltzustand des Absorptionsmodulators oder opti­ schen Schalters 2 _i wird die betreffende Wellenlänge λ_i durch­ gelassen oder nicht. Die Absorptionsmodulatoren bzw. Schalter 2 _i sind unabhängig voneinander schaltbar, so daß ein pro­ grammbierbares optisches Filter vorliegt.

Der Schaltzustand jedes Absorptionsmodulators bzw. optischen Schalters 2 _i wird durch Verändern eines optischen Brechungs­ index durch Beeinflussung der Verteilung der elektrischen Ladungsträger durch Anlegen einer elektrischen Spannung, Injektion von elektrischem Strom oder Injektion von Licht, beispielsweise senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichts der betreffenden Wellenlänge, gesteuert.

Jeder Modulator bzw. Schalter 2 _i weist einen Ausgang auf, der mit je einem Eingang der Einrichtung 12 verbunden ist, die zum Zusammenführen der aus den Modulatoren bzw. Schaltern 2 _i räumlich voneinander getrennt austretenden Wellenlängen λ_i auf einen Ausgang 20 der Einrichtung 12 dient. An diesem Ausgang 20 treten die Wellenlängen aus, die von den Modulato­ ren bzw. Schaltern jeweils durchgelassen worden sind.

Mit den bisher beschriebenen Bauteilen ist ein komplettes programmierbares optisches Filter realisiert.

Es kann zweckmäßig sein, insbesondere für eine Pegelregulie­ rung für jede aus einem Ausgang der Einrichtung 11 austre­ tende Wellenlänge λ_i einen steuerbaren optischen Verstärker 3 _i zur gesteuerten Verstärkung des dem Modulator bzw. Schal­ ter 2 _i zugeführten oder aus diesem Modulator bzw. Schalter 2 _i austretenden Licht der diesem Modulator bzw. Schalter 2 _i zugeordneten Wellenlänge λ_i vorzusehen. In der Fig. 1 sind solche optische Verstärker 3 _i zwischen der Einrichtung 11 und den Modulatoren bzw. Schaltern 2 _i angeordnet.

Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn ein Modulator bzw. Schalter 2 _i oder auch ein optischer Verstärker 3 _i so ausge­ bildet ist, daß er bei zeitweiliger Nichtbenutzung zur Über­ tragung des Lichts der zugeordneten Wellenlänge λ_i als Photo­ detektor des ihm zugeführten Lichts dieser zugeordneten Wellenlänge λ_i benutzt ist. Diese Ausführung ist für eine Add-drop-Funktion vorteilhaft.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die optischen Verstärker 3 _i optisch verkoppelt ausgeführt sind. Dazu weisen gemäß Fig. 2 die optischen Verstärker 3 _i einen auf einem Substrat 100 integrierten gemeinsamen Schichtwellenleiter 30 auf und jeder Verstärker 3 _i weist eine auf einer Flachseite des Schichtwel­ lenleiters 30 vorgesehene separate Elektrode 31 _i zur unabhän­ gigen lokalen Steuerung der optischen Verstärkung des im Schichtwellenleiter 30 geführten Lichts durch lokale Injek­ tion von Ladungsträgern in den Schichtwellenleiter 30 auf.

Diese Ausführung ist nicht auf das erfindungsgemäße Filter beschränkt, sondern kann auch auf das eingangs näher be­ schriebene bekannte programmierbare optische Filter mit nur optischen Verstärkern angewendet werden.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 ist zweckmäßigerweise unter jeder Elektrode 31 _i eines Verstärkers 3 _i ein pn- oder pin- Übergang vorgesehen.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 weist der Schichtwellenleiter 30 eine wellenleitende Schicht 32 und eine zwischen den Elektroden 31 _i und der wellenleitenden Schicht 32 angeordnete und an die wellenleitende Schicht 32 angrenzende Mantel­ schicht 33 mit einer im Vergleich zu einer Brechzahl n₁ der wellenleitenden Schicht 32 kleineren Brechzahl n₃ auf. Über­ dies ist in der Mantelschicht 33 unter jeder streifenartigen Elektrode 31 _i je ein an die wellenleitende Schicht 32 angren­ zender streifenartiger Bereich 34 _i mit einer Brechzahl n₂ angeordnet, die größer als die Brechzahl n₃ der Mantelschicht 33 und vorzugsweise höchstens gleich der Brechzahl n₁ der wellenleitenden Schicht 32 ist.

Die Längsrichtung der streifenartigen Elektroden 31 _i und der streifenartige Bereiche 34 _i steht in der Fig. 2 senkrecht zur Zeichenebene und das in der wellenleitenden Schicht 32 geführte Licht breitet sich ebenfalls senkrecht zur Zeichen­ ebene aus.

Beispielsweise sind bei der Ausführungsform nach Fig. 2 die metallischen streifenartigen Elektroden 31 _i auf streifenarti­ gen Bereichen 35 _i aus p-dotiertem InGaAs, die auf die Mantel­ schicht 33 aus p-dotiertem InP aufgebracht sind, angeordnet. Die streifenartigen Bereiche 34 _i bestehen aus p-dotiertem 1,30 µm-InGaAsP. Die wellenleitende Schicht 32 besteht aus 1,55 µm-InGaAsP. Das Substrat 100 besteht aus n-dotiertem InP und weist auf der Unterseite einen Metallkontakt 36 für n- Dotierung auf. Der Metallkontakt 36 wird beim Betrieb bei­ spielsweise geerdet und den Elektroden 31 _i Steuersignale zugeführt.

Das in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße Cross-connect weist vier vorzugsweise erfindungsgemäße programmierbare optische Filter 1₁, 1₂, 1₃ und 1₄ mit jeweils einem optischen Eingang 10₁, 10₂, 10₃ bzw. 10₄ zum Zuführen mehrerer optischer Wel­ lenlängen λ₁, λ₂, . . . λ_K und jeweils einem Ausgang 20₁, 20₂, 20₃, . . bzw. 20₄ zum Austritt der vom Filter 1₁, 1₂, 1₃ bzw. 1₄ wahlweise durchgelassenen Wellenlängen auf. Die Eingänge 10₁ und 10₂ eines ersten Paares Filter 1₁ und 1₂ und die Eingänge 10₃ und 10₄ des zweiten Paares Filter 1₃ und 1₄ sind durch optische Leistungsteiler 10₁₂ bzw. 10₃₄, beispielsweise Wellenleitergabeln, optisch miteinander verbunden. Der Ausgang 20₁ des Filters 1₁ des ersten Paares ist durch einen in umgekehrter Richtung betriebenen optischen Leistungsteiler 20₁₂, beispielsweise eine Wellenleitergabel, optisch mit dem Ausgang 20₃ des Filters 13 des zweiten Paares verbunden. Der Ausgang 20₂ des anderen Filters 1₂ des ersten Paares ist durch einen umgekehrt betriebenen Leistungsteiler 20₃₄, beispielsweise eine Wellenleitergabel, optisch mit dem Aus­ gang 20₄ des anderen Filters 1₄ des zweiten Paares verbunden. Die Cross-connect-Funktion erhält man dadurch, daß die Filter 1₂ und 1₄ komplementär zu den Filtern 1₁ und 1₃ angesteuert werden, d. h. die von den Filtern 1₁ und 1₃ durchgelassenen Wellenlängen werden von den Filtern 1₂ und 1₄ abgeblockt und umgekehrt.

Der in Fig. 4 gezeigte Add-Drop-Multiplexer weist zwei vorzugsweise erfindungsgemäße programmierbare optische Filter 1₁ und 1₂ mit jeweils einem optischen Eingang 10₁ bzw. 10₂ zum Zuführen mehrerer optischer Wellenlängen λ₁, λ₂, . . . λ_K und jeweils einem Ausgang 20₁ bzw. 20₂ zum Austritt der vom Filter 11 bzw. 12 wahlweise durchgelassenen Wellenlängen auf. Die Eingänge 10₁ und 10₂ der beiden Filter 1₁ und 1₂ sind durch einen optischen Leistungsteiler 10₁₂, beispielsweise eine optische Wellenleitergabel, optisch miteinander verbun­ den. Dem Ausgang 20₁ des Filters 1₁ ist wahlweise eine aus­ wählbare optische Wellenlänge zuführbar, die beispielsweise von einem abstimmbaren Laser 4 erzeugbar ist. Die Zuführung erfolgt beispielsweise durch einen umgekehrt betriebenen optischen Leistungsteiler 20₁₂, beispielsweise eine optische Wellenleitergabel. Die aus dem Ausgang 20₂ des anderen Fil­ ters 1₂ austretenden Wellenlängen sind einem Photodetektor 5 zugeführt, beispielsweise durch einen optischen Wellenleiter.

Der erfindungsgemäße abstimmbare optische Empfänger nach Fig. 5 weist ein vorzugsweise erfindungsgemäßes programmier­ bares optisches Filter 1 mit zumindest einem Eingang 10 zum Zuführen mehrerer optischer Wellenlängen λ₁, λ₂, . . . λ_K und einem Ausgang 20 zum Austritt von vom Filter 1 durchgelasse­ nen Wellenlängen sowie einen Photodetektor 5 auf, dem die aus dem Ausgang 20 des Filters 1 ausgetretenen Wellenlängen zugeleitet sind. Durch elektrische Ansteuerung eines Absorp­ tionsmodulators, Schalters bzw. optischen Verstärkers des Filters mit einem Zeitdemultiplexsignal kann aus dem gewähl­ ten Wellenlängenkanal ein Zeitmultiplexkanal ausgewählt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Mehrfach-Cross-connect nach Fig. 6 ist eine optische Einrichtung 110 zur räumlichen Trennung einer Anzahl K optischer Wellenlängen λ₁, λ₂, . . . λ_K, die einer Anzahl L Eingängen 110₁, 110₂, 110₃, 110 _L der Einrich­ tung 110 zuzuführen sind, vorgesehen, wobei die Einrichtung 110 eine dem Produkt L·K aus der Anzahl L der Eingänge 110₁, 110₂, . . . 110 _L und der Anzahl K der Wellenlängen λ₁, λ₂, . . . λ_K entsprechende Anzahl L·K Ausgänge zum Austritt der räum­ lich getrennten Wellenlängen aufweist und derart ausgebildet ist, daß jede der Wellenlängen λ₁, λ₂, . . . λ_K, die allen Eingängen 110₁, 110₂, . . . 110 _L zugeführt ist, auf eine der Anzahl L dieser Eingänge entsprechende Zahl L Ausgänge über­ tragen wird, und daß voneinander verschiedene Wellenlängen, die allen Eingängen zugeführt sind, an voneinander verschie­ dene Ausgänge übertragen werden. Es ist eine der Anzahl K der Wellenlängen λ₁, λ₂, . . . λ_K entsprechende Anzahl K optischer Raumschaltmatrizen 130₁, 130₂, . . . 130 _K mit jeweils einer Anzahl L Eingängen 130₁₁, 130₁₂, . . . 130 _1L bzw. 130₂₁, 130₂₂, . . . 130 _2L . . . bzw. 130 _K1, 130 _K2, . . . 130 _KL, die gleich der Anzahl L der Eingänge der Einrichtung 110 ist, und mit einer bestimmten Anzahl L′ Ausgängen 130′₁₁, 130′₁₂, . . . 130′_1L bzw. 130′₂₁, 130′₂₂, . . . 130 _2L′ . . . bzw. 130′_K1, 130 _K2, . . . 130′_KL′ vorgesehen, wobei jede Raumschaltmatrix derart ausge­ bildet ist, daß jeder Eingang dieser Matrix auf jeden belie­ bigen Ausgang dieser Matrix schaltbar ist, und wobei jeder Eingang jeder Raumschaltmatrix mit je einem Ausgang der Einrichtung 110 verbunden ist, der diesem Eingang allein zugeordnet ist.

Außerdem ist eine Einrichtung 120 zum Zusammenführen von aus sämtlichen Ausgängen der Raumschaltmatrizen 130₁, 130₂, . . . 130 _K austretenden Wellenlängen auf eine der Anzahl L′ der Ausgänge jeder Raumschaltmatrix entsprechende Anzahl L′ Ausgänge 120′₁, 120′₂, . . . 120′_L′, die allen Raumschaltmatri­ zen 130₁, 130₂, . . . 130 _k gemeinsam zugeordnet sind, vorgese­ hen. Diese Einrichtung 120 weist eine dem Produkt L′·K aus der Anzahl K der Raumschaltmatrizen und der Anzahl L′ der Ausgänge jeder Raumschaltmatrix entsprechende Anzahl Eingänge 120₁₁, 120₁₂, 120 _1L′, 120₂₁, 120₂₂, . . . 120 _2L′, . . . 120 _K1, 120 _K2, . . . 120 _KL′ auf, deren jeder mit nur einer Raumschalt­ matrix durch einen Ausgang dieser Matrix, der diesem Eingang allein zugeordnet ist, verbunden ist.

Eine optische Raumschaltmatrix ist beispielsweise mit opti­ schen Richtkopplern oder Leistungsteilern und optischen Verstärkern oder Interferometern realisierbar. Es können auch Wellenlängenkanäle detektiert werden, wenn beispielsweise ein Tor der Schaltmatrix, das gerade nicht zur Übertragung ver­ wendet wird, als Photodetektor betrieben wird, wodurch mit geringem Aufwand eine Drop-Funktion realisiert ist. Falls ein Ausgang des Cross-connect nicht verwendet wird, kann ein Tor der betreffenden Schaltmatrix fest mit einem Photodetektor verbunden sein, um die Drop-Funktion zu realisieren. Das Cross-connect nach Fig. 6 ist vorteilhaft, wenn Kanäle zwi­ schen mehr als zwei Leitungen ausgetauscht werden.

Claims (19)

1. Programmierbares optisches Filter für mehrere verschiedene optische Wellenlängen (λ_i, i = 1, 2, . . . ), bestehend aus

• - einer Einrichtung (11) zur räumlichen Trennung der Wellen­ längen voneinander, und
• - je einer steuerbaren Einrichtung (2 _i) pro Wellenlänge zur gesteuerten Beeinflussung des Lichts dieser Wellenlänge (λ_i) unabhängig von den anderen Wellenlängen, dadurch gekennzeichnet,
• - daß eine Einrichtung (2 _i) zur gesteuerten Beeinflussung des Lichts des dieser Einrichtung (2 _i) zugeordneten Wel­ lenlänge (λ_i) aus einem optischen Absorptionsmodulator oder einem optischen Schalter besteht.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer Schalter (2 _i) aus einem optischen Richt­ koppler besteht.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer Schalter (2 _i) aus einem Interferometer be­ steht.

4. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein steuerbarer optischer Verstärker (3 _i) zur gesteuerten Verstärkung des dem Modulator oder Schalter (2 _i) zugeführten oder aus diesem austretenden Licht der diesem Modulator oder Schalter (2 _i) zugeordneten Wellenlänge (λ_i) vorgesehen ist.

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer Verstärker (3 _i) zwischen der Einrichtung (11) zur räumlichen Trennung der Wellenlängen voneinander und einem Absorptionsmodulator oder Schalter (2 _i) angeordnet ist.

6. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Absorptionsmodulator oder Schalter (2 _i) in einen Übertragungszustand, bei dem das Licht der dem Modulator oder Schalter (2 _i) zugeführten Wellenlänge (λ_i) übertragen wird, und einem gesperrten Zustand, bei dem der Modulator oder Schalter (2 _i) für das Licht dieser Wellenlänge (λ_i) undurchlässig ist, schaltbar ist.

7. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Modulator oder Schalter (2 _i) und/oder optischer Verstärker (3 _i) bei zeitweiliger Nichtbenutzung zur Übertra­ gung des Lichts der zugeordneten Wellenlänge (λ_i) als Photo­ detektor zum Detektieren des ihm zugeführten Lichts dieser zugeordneten Wellenlänge (λ_i) benutzt ist.

8. Programmierbares optisches Filter für mehrere verschiedene optische Wellenlängen (λ_i, i = 1, 2, . . . ), bestehend aus

• - einer Einrichtung zur räumlichen Trennung der Wellenlängen (λ_i) voneinander, und
• - je einem steuerbaren optischen Verstärker (3 _i) pro Wellen­ länge (λ_i) zur gesteuerten Beeinflussung des Lichts dieser Wellenlänge (λ_i) unabhängig von den anderen Wellenlängen, wobei die optischen Verstärker (3 _i) in Form von auf einem Substrat (100) integrierten streifenartigen optischen Wel­ lenleitern ausgebildet sind, in denen das geführte Licht durch Injektion elektrischer Ladungsträger optisch ver­ stärkbar ist, insbesondere Filter nach Anspruch 4 oder An­ spruch 4 und einem der Ansprüche
  dadurch gekennzeichnet,
• - daß die optischen Verstärker (3 _i) einen auf dem Substrat (100) integrierten gemeinsamen Schichtwellenleiter (30) aufweisen, und
• - daß jeder Verstärker (3 _i) eine auf einer Flachseite des Schichtwellenleiters (30) vorgesehene separate streifenar­ tige Elektrode (31 _i) zur unabhängigen lokalen Steuerung der optischen Verstärkung des im Schichtwellenleiter (30) geführten Lichts durch lokale Injektion von Ladungsträgern in den Schichtwellenleiter (30) aufweist.

9. Filter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeder Elektrode (31 _i) eines Verstärkers (3 _i) und dem Schichtwellenleiter (30) ein pn- oder pin-Übergang vorge­ sehen ist.

10. Filter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtwellenleiter (30) eine wellenleitende Schicht (32) und eine zwischen den Elektroden (31 _i) und der wellen­ leitenden Schicht (32) angeordnete und an die wellenleitende Schicht (32) angrenzende Mantelschicht (33) mit einer im Vergleich zu einer Brechzahl (n₁) der wellenleitenden Schicht (32) kleineren Brechzahl (n₃) aufweist.

11. Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mantelschicht (33) unter jeder streifenartigen Elektrode (31 _i) je ein an die wellenleitende Schicht (32) angrenzender streifenartiger Bereich (34 _i) mit einer Brech­ zahl (n₂) angeordnet ist, die größer als die Brechzahl (n₃) der Mantelschicht (33) ist.

12. Filter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechzahl (n₃) eines streifenartigen Bereiches (34) höchstens gleich der Brechzahl (n₁) der wellenleitenden Schicht (32) ist.

13. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (12) zum Zusammenführen von aus den Absorptionsmodulatoren oder Schaltern (2 _i) räumlich vonein­ ander getrennt austretenden Wellenlängen (λ_i) vorgesehen ist.

14. Optische Schaltungsanordnung, gekennzeichnet durch, vier programmierbare optische Filter (1₁, 1₂, 1₃, 1₄) mit jeweils einem optischen Eingang (10₁, 10₂, 10₃, 10₄) zum Zuführen mehrerer optischer Wellenlängen (λ_i, i = 1, 2, . . . ) und jeweils einem Ausgang (20₁, 20₂, 20₃, 20₄) zum Aus­ tritt der vom Filter (1₁, 1₂, 1₃, 1₄) wahlweise durchgelasse­ nen Wellenlängen, wobei
die Eingänge (10₁, 10₂) eines ersten Paares (1₁, 1₂) und die Eingänge (10₃, 10₄) des zweiten Paares (1₃, 1₄) dieser vier optischen Filter (1₁, 1₂, 1₃, 1₄) jeweils optisch miteinander verbunden sind, und wobei
der Ausgang (20₁) eines Filters (1₁) des ersten Paares (1₁, 1₂) optisch mit dem Ausgang (20₃) eines Filters (1₃) des zweiten Paares (1₃, 1₄) und der Ausgang (20₂) des anderen Filters (1₂) des ersten Paares (1₁, 1₂) optisch mit dem Ausgang (20₄) des anderen Filters (1₄) des zweiten Paares (1₃, 1₄) verbunden sind.

15. Optische Schaltanordnung, gekennzeichnet durch, zwei programmierbare optische Filter (1₁, 1₂) mit jeweils einem optischen Eingang (10₁, 10₂) zum Zuführen mehrerer optischer Wellenlängen (λ_i, i = 1, 2, 3 . . . ) und jeweils einem Ausgang (20₁, 20₂) zum Austritt der vom Filter (1₁, 1₂) wahlweise durchgelassenen Wellenlängen, wobei die Eingänge (10₁, 10₂) der beiden Filter (1₁, 1₂) optisch miteinander verbunden sind, und wobei dem Ausgang (20₁) eines (1₁) der beiden Filter (1₁, 1₂) wahlweise eine auswählbare optische Wellenlänge zuführbar ist.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die auswählbare optische Wellenlänge durch einen geson­ derten optischen Sender (4) erzeugt ist.

17. Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Ausgang (20₂) des anderen (1₂) der beiden Filter (1₁, 1₂) austretenden Wellenlängen einem Photodetektor (5) zugeführt sind.

18. Optische Schaltanordnung, gekennzeichnet durch,

• - ein programmierbares optisches Filter (1) mit zumindest einem Eingang (10) zum Zuführen mehrerer optischer Wellen­ längen (λ_i) und zumindest einem Ausgang (20) zum Austritt von vom Filter (1) durchgelassenen Wellenlängen, und
• - einen Photodetektor (5), dem die aus dem Ausgang (20) des Filters (1) ausgetretenen Wellenlängen zugeleitet sind.

19. Optische Schaltanordnung, dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine optische Einrichtung (110) zur räumlichen Tren­ nung einer Anzahl (K) optischer Wellenlängen (λ₁, λ₂, . . . λ_K), die einer Anzahl (L) Eingängen (110₁, 110₂, . . . 110 _L) der Einrichtung (110) zuzuführen sind, vorgesehen ist, wo­ bei die Einrichtung (110) eine dem Produkt (L·K) aus der Anzahl (L) der Eingänge (110₁, 110₂, . . . 110 _L) und der An­ zahl (K) der Wellenlängen (λ₁, λ₂, . . . λ_K) entsprechende Anzahl (L·K) Ausgänge zum Austritt der räumlich getrennten Wellenlängen aufweist und derart ausgebildet ist, daß jede der Wellenlängen (λ₁, λ₂, . . . λ_K), die allen Eingängen 110₁, 110₂, . . . 110 _L) zugeführt ist, auf eine der Anzahl (L) dieser Eingänge entsprechende Zahl (L) Ausgänge über­ tragen wird, und daß voneinander verschiedene Wellenlän­ gen, die allen Eingängen zugeführt sind, auf voneinander verschiedene Ausgänge übertragen werden,
• - daß eine der Anzahl (K) der Wellenlängen (λ₁, λ₂, . . . λ_K) entsprechende Anzahl (K) optischer Raumschaltmatrizen (130₁, 130₂, . . . 130 _K) mit jeweils einer Anzahl (L) Ein­ gängen (130₁₁, 130₁₂, . . . 130 _1L; 130₂₁, 130₂₂, . . . 130 _2L; . . . 130 _K1, 130 _K2, . . . 130 _KL), die gleich der Anzahl (L) der Eingänge der Einrichtung (110) zur räumlichen Trennung der Wellenlängen (λ₁, λ₂, . . . λ_K) ist, und mit einer be­ stimmten Anzahl (L′) Ausgängen (130′₁₁, 130′₁₂, . . . 130′_1L; 130′₂₁, 130′₂₂, . . . 130′_2L′′; . . . 130′_K1, 130′_K2, . . . 130′_KL′) vorgesehen ist, wobei jede Raumschaltmatrix derart ausgebildet ist, daß jeder Eingang dieser Matrix auf jeden beliebigen Ausgang dieser Matrix schaltbar ist, und wobei jeder Eingang jeder Raumschaltmatrix mit je ei­ nem Ausgang der Einrichtung (110) zur räumlichen Trennung der Wellenlängen verbunden ist, der diesem Eingang allein zugeordnet ist, und
• - daß eine Einrichtung (120) zum Zusammenführen von aus sämtlichen Ausgängen der Raumschaltmatrizen (130₁, 130₂, . . . 130 _K) austretenden Wellenlängen auf eine der Anzahl (L′) der Ausgänge jeder Raumschaltmatrix entsprechende Anzahl (L′) Ausgänge (120 _1′, 120 _2′, . . . 120′_L′), die allen Raumschaltmatrizen (130₁, 130₂, 130 _K) gemeinsam zuge­ ordnet sind, wobei die Einrichtung (120) zum Zusammenfüh­ ren eine dem Produkt (K·L) aus der Anzahl der Raumschalt­ matrizen (K) und der Anzahl (L′) der Ausgänge jeder Raum­ schaltmatrix entsprechende Anzahl Eingänge (120₁₁, 120₁₂, . . . 120 _L′; 120₂₁, 120₂₂, . . . 120 _2L′, 120 _K1, 120 _K2, . . . 120 _KL′) aufweist, deren jeder mit nur einer Raumschaltma­ trix durch einen Ausgang dieser Matrix, der diesem Eingang allein zugeordnet ist, verbunden ist.