DE60015044T2 - Abstimmbarer optischer Abzweigmultiplexer - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf optische Kommunikationsnetze und betrifft speziell eine Vorrichtung, die dazu dient, aus einem Fluß optischer Signale, der eine. Mehrzahl von Trägern umfaßt, einen oder mehrere Träger, die durch entsprechende Datensignale moduliert sind, auszukoppeln und in den Fluß einen oder mehrere Träger, die ebenfalls durch entsprechende Datensignale moduliert sind, welche normalerweise gegenüber den vorhergehenden unterschiedlich sind, einzufügen.
  • Diese Vorrichtungen werden üblicherweise in der Technik durch die Abkürzung OADM (Optical Add-Drop Multiplexer, optische Abzweigmultiplexer) bezeichnet. Sie stellen ein Schlüsselelement für den Bau von Knoten mit wellenlän genbasierten Wegeleitfunktionen in wellenlängengeteilten multiplexierenden Kommunikationsnetzen dar: In diesem Fall dienen sie dazu, aus dem multiplexierten Fluß einen oder mehrere Kanäle mit Daten auszukoppeln, die für einen oder mehrere an den Knoten angeschlossene Teilnehmer bestimmt sind, während die restlichen Kanäle unverändert durchlaufen können, und dem multiplexierten Fluß einen oder mehrere Kanäle hinzuzufügen, die die im Knoten erzeugten Daten tragen. In der Praxis ist es zum Zweck der Optimierung der Ausnützung des optischen Bandes zweckmäßig, die ausgekoppelten Kanäle und die hinzugefügten Kanäle (oder jedes aus einem ausgekoppelten und einem hinzugefügten Kanal bestehende Paar) auf der selben Wellenlänge zu positionieren.
  • Eine der geforderten Charakteristiken in einer derartigen Vorrichtung für die neue Generation optischer Netze ist die Rekonfigurierbarkeit, oder in anderen Worten die Möglichkeit, den auszukoppelnden Kanal oder die auszukoppelnden Kanäle und den einzufügenden Kanal oder die einzufügenden Kanäle durch Fernsteuerung zu wählen.
  • Ein üblicherweise verwendetes System zum Herstellen abstimmbarer Auskoppel- und Einfügevorrichtungen bedient sich eines Elements, das auf die Wellenlänge des auszukoppelnden oder einzufügenden Kanals anspricht und zwischen zwei Zirkulatoren geschaltet ist, von denen einer den multiplexierten Fluß empfängt.
  • Bei einem im europäischen Patent EP-B 0 638 837 im Namen des vorliegenden Anmelders beschriebenen Beispiel ist das wellenlängesensitive Element ein abstimmbares optisches Bandpaßfilter der Bauart mit einem Fabry-Perot-Resonanzhohlraum, der in der Faser gebildet ist, wobei dieses Filter die Wellenlänge, auf die es abgestimmt ist, durchläßt und alle anderen reflektiert. Bei dieser Anordnung bildet einer der Zirkulatoren die Eingangs-Ausgangs-Anschlüsse für den multiplexierten Fluß, während der andere die Anschlüsse für die Auskopplung und Einfügung der Träger bildet. Die Abstimmung wird durchgeführt durch Veränderung der Hohlraumlänge, beispielsweise mit Hilfe einer Spannungssteuerung.
  • Bei jüngeren Versionen des selben Systems ist das wellenlängensensitive Element ein Bragg-Gitter im optischen Wellenleiter, das die Resonanzwellenlänge reflektiert und alle anderen Wellenlängen durchläßt, so daß der auszukoppelnde Kanal vom Gitter zum Zirkulator reflektiert wird, der den multiplexierten Fluß empfangen hat, und aus diesem austritt, während die durchlaufenden Kanäle zum zweiten Zirkulator fortschreiten, durch den der neue Kanal eingefügt wird. Dieser neue Kanal tritt durch Reflexion am Gitter zusammen mit den durchlaufenden Kanälen aus dem zweiten Zirkulator aus. Ein derartiger Aufbau ist beispielsweise beschrieben in dem Artikel "Add-Drop Ottici per reti WDM", vorgelegt von G. Bendelli u. a. auf der "Fotonica 97"-Konferenz, Rom, Italien, 20. – 23. Mai 1997 und veröffentlicht auf den Seiten 18ff. des Konferenzprotokolls. Ein Gitter kann leicht durch thermische Mittel oder durch die Anwendung von mechanischer Belastung abgestimmt werden.
  • Eine bei den genannten Aufbauten auftretende Beschränkung ist die, daß während der Abstimmphase das Spektrum des wellenlängensensitiven Elements durch Spektralbereiche laufen kann, in denen im Netz verwendete Kanäle positioniert sind. Da diese bekannten Aufbauten keine Einrichtungen zum Abschalten der Auskoppelfunktion aufweisen, kann der Abstimmungsübergang für eine bestimmte Zeitspanne die Unterdrückung der Zwischenkanäle zwischen dem "alten" und dem "neuen" Abstimmkanal bewirken. Im allgemeinen ist diese Beeinträchtigung der durchlaufenen Kanäle, wenn sie auch nur vorübergehend ist, nicht akzeptabel und begrenzt den Nutzabstimmbereich auf den Raum zwischen den Kanälen, indem das Spektrum des wellenlängensensitiven Elements nur zwischen benachbarten Kanälen bewegt werden kann. Dies wird zu einer erheblichen Beschränkung, da es die Entwicklung der optischen Komponenten an sich möglich macht, sowohl eine erhöhte Kanaldichte als auch zunehmend breitere Abstimmbereiche zu erzielen.
  • Das Ziel der Erfindung ist es also, eine Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften der Rekonfigurabilität, und insbesondere eine solche Vorrichtung zu schaffen, die die aus dem Zwang, eine gegenseitige Störung mit den durchlaufenen Kanäle während der Abstimmungsänderung zu vermeiden, resultierende Beschränkung des Abstimmbereichs beseitigt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt die im Anspruch 1 definierten Merkmale.
  • Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das wellenlängensensitive Element in ein Sagnac-Interferometer eingesetzt und können die Phasensteuereinrichtungen während einer Änderung der Abstimmung die gleichen Bedingungen der gegenseitigen Störung für alle Träger im Fluß einstellen.
  • Bei einer zweiten Ausführungsform besteht das welenlängensensitive Element aus einem Paar von abstimmbaren Bragg-Gittern und wirkt die Phasensteuereinrichtung mit den Gittern so zusammen, daß die Gitter, während sie auf eine einzelne Wellenlänge abgestimmt werden, die zu keinem der Träger im Fluß gehört, als Fabry-Perot-Hohlraum wirken, der für die Resonanzwellenlänge transparent ist.
  • Zur weiteren Klärung wird auf die folgenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
  • 1 einen Schaltplan einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2 einen Schaltplan, der den Betrieb der Vorrichtung von 1 veranschaulicht,
  • 3 einen Schaltplan einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
  • 4a bis 4d graphische Darstellungen, die den Betrieb der Vorrichtung von 3 veranschaulichen.
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich beispielhaft auf Vorrichtungen, die abstimmbare innerhalb der Faser befindliche Bragg-Gitter als wellenlängensensitive Elemente verwenden. Der Grundplan ist derjenige der oben beschriebenen abstimmbaren Vorrichtungen, in deren jeder es ein wellenlängensensitives Element gibt, das zwischen zwei Zirkulatoren 1, 3 eingesetzt ist. Die – nicht dargestellten – Mittel zur Wellenlängenabstimmung müssen so sein, daß die Resonanzwellenlänge von einem Steuerzentrum des Knotens oder des Netzes aus variiert werden kann, wie es schematisch durch den mit einer unterbrochenen Linie dargestellten Pfeil 4 gezeigt ist.
  • Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das abstimmbare Bragg- Gitter 2 in eine insgesamt mit 5 bezeichnete Sagnac-Interferometerstruktur eingesetzt, deren Koppler 6 (3dB-Koppler) mit den Zirkulatoren 1, 3 verbunden ist. Im Interferometer 5 ist auch ein Phasensteuerelement 7 vorhanden, das in den hindurchlaufenden Fluß eine steuerbare Phasenverschiebung einführen kann.
  • Auf der Grundlage der Operationsprinzipien eines Sagnac-Interferometers ist es ersichtlich, das der multiplexierte Fluß durch den Anschluß 1A des Zirkulators 1 eintritt und diesen Zirkulator durch den Anschluß 1B verläßt, während der Abstimmkanal durch die Anschlüsse 3A und 3B des Zirkulators 3 ausgekoppelt beziehungsweise eingefügt werden kann.
  • Speziell sendet in normalen Betriebsbedingungen die Schleife 5 alle Wellenlängen mit Ausnahme der Gitterresonanzwellenlänge stets zum Zirkulator 1 zurück: Dies ist deswegen so, weil, wenn A und B die mit den Zirkulatoren 1 bzw. 3 verbundenen Anschlüsse des Kopplers 6 bezeichnen, es unabhängig von der durch das Element 7 eingeführten Phasenverschiebung eine Interferenz-Auslöschung am Ausgang vom Anschluß B gibt, während es am Ausgang vom Anschluß A eine konstruktive Interferenz gibt. Für die Resonanzwellenlänge λi des Gitters 2 ist die Schleife 5 tatsächlich offen und die Struktur der Vorrichtung ist derjenigen von 2 äquivalent. Der Koppler 6 ist mit seinen Anschlüssen A und B nach wie vor mit den Zirkulatoren 1 bzw. 3 verbunden, jedoch wirken die beiden Anschlüsse C und D, als ob sie mit zwei getrennten Gittern 2', 2" verbunden wären, wobei das Element 7 in Reihe zwischen einen dieser Anschlüsse und das entsprechende Gitter geschaltet ist (Anschluß D, Gitter 2" in der Zeichnung). Um eine konstruktive oder auslöschende Interferenz an den Anschlüssen A und B zu erhalten, muß mit Hilfe der Vorrichtung 7 eine passende Phasenverschiebung eingeführt werden. Speziell muß, um die gewünschte Funktion der Kanalauskopplung und der Kanaleinfügung zu erhalten, eine solche Phasenverschiebung eingeführt werden, daß es am Ausgang von Anschluß B für den Kanal mit der Wellenlänge λi, der vom Zirkulator 1 kommt, eine konstruktive Interferenz gibt und es somit durch Symmetrie eine konstruktive Interferenz am Ausgang vom Anschluß A für den Kanal mit der Wellenlänge λi, der vom Zirkulator 3 eintrifft, gibt. Anders ausgedrückt, gibt es eine konstruktive Interferenz beim Durchgang durch die Vorrichtung und eine auslöschende Interfe renz bei der Reflexion.
  • Das Vorhandensein des Phasensteuerelements 7 überwindet die Nachteile der bekannten Vorrichtungen. Wenn nämlich die Abstimmung der Vorrichtung geändert werden muß, genügt es, die vom Element 7 eingeführte Phasenverschiebung um π/2 zu ändern, bevor das Bragg-Gitter 2 so abgestimmt wird, daß die spektrale Antwort auf den neuen auszukoppelnden Kanal oder einzufügenden Kanal zugeteilt werden kann. Als Ergebnis wird die konstruktive Interferenz auch in der Reflexion für den Kanal bei der Abstimmwellenlänge des Gitters 2 erhalten, weshalb während des Übergangs beliebige dazwischenliegende Kanäle, die vorübergehend mit dem Gitter resonieren, nach wie vor zum Anschluß 1A geleitet werden. Der Fluß ist deshalb keiner Verschlechterung unterworfen. Am Ende des Abstimmungsübergangs wird die vom Phasenabschnitt eingeführte Phasenverschiebung wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgestellt, so daß der neue Resonanzkanal erneut auf seinen Weg gebracht werden kann, wie es ursprünglich durchgeführt wurde.
  • Es ist klar, daß das Verhalten der Vorrichtung komplementär verläuft, wenn das verwendete wellenlängensensitive Element ein Bauteil ist, das die gewählte Wellenlänge nicht reflektiert, sondern durchläßt.
  • In 3 ist das Phasensteuerelement 7 zwischen zwei abstimmbare Bragg-Gitter 20, 21 eingesetzt. Unter normalen Betriebsbedingungen hat, wie in 4a gezeigt ist, eines der Gitter, beispielsweise das Gitter 20, eine (mit λR20 bezeichnete) Resonanzwellenlänge, die mit der Wellenlänge λi eines auszukoppelnden oder einzufügenden Trägers übereinstimmt, während das zweite Gitter eine Resonanzwellenlänge λR21 hat, die mit keinem der Kanäle des Vielfachs übereinstimmt. Unter diesen Bedingungen ist das Gitter 21 für alle Wellenlängen des Vielfachs transparent und das Phasensteuerelement 7 hat keinen Effekt. Die Vorrichtung wirkt dann als übliche Vorrichtung mit einem einzigen Gitter, und einer der Zirkulatoren, beispielsweise der Zirkulator 1, wird dazu verwendet, den multiplexierten Fluß zu empfangen und den gewünschten Träger auszukoppeln, während der Zirkulator 3 den einzufügenden Träger empfängt und von seinem Ausgang den rekombinierten multiplexierten Fluß aussendet.
  • Zum Zeitpunkt einer Änderung der Abstimmung zur Fortsetzung mit der Auskopplung und Einfügung eines Trägers mit der Wellenlänge λk, die der vorhergehenden Träger-Wellenlänge λi nicht benachbart ist, kann das Vorhandensein der beiden Gitter 20, 21 dazu ausgenützt werden, einen Fabry-Perot-Resonanzhohlraum zu bilden, der insgesamt mit 8 bezeichnet ist und der für die Resonanzwellenlänge transparent ist. Dies erfordert die Justierung des Phasensteuerelements 7 so, daß eine derartige Phasenverschiebung eingeführt wird, daß für den Hohlraum 8 der Zustand eines Total-Durchgangs erhalten wird, und erfordert weiterhin, daß während des Übergangs die Gitter 20 und 21 zur Resonanz auf der selben Wellenlänge gebracht werden, die beispielsweise zwischen den beiden benachbarten, den Trägern mit den Wellenlängen λi, λj (4b) zugeordneten Kanälen liegt. Nachdem dies erfolgt ist, werden die Abstimmungen der Gitter 20 und 21 (4c) in einem zweiten Schritt gemeinsam geändert, bis das Spektrum des Gitters 20, das tatsächlich die Wellenlänge des auszukoppelnden oder einzufügenden Kanals auswählt, zum neuen Kanal mit der Wellenlänge λk (4d) bewegt worden ist; schließlich wird die Resonanzwellenlänge des Gitters 21 auf einen Wert zurückgestellt, der mit keinem der Kanäle zusammenfällt.
  • Es ist zu beachten, daß in den 4b und 4c zum Zweck der Klarheit wiederum das von den Gittern 20, 21 reflektierte Band in unterbrochenen Linien eingezeichnet ist, obwohl, wie dargelegt, der Fabry-Perot-Hohlraum 8 in den Total-Durchlaßzustand gebracht worden ist.
  • Es ist außerdem zu beachten, das in diesem Fall das Element 7 eine statische Phasenverschiebungsvorrichtung von geeignetem Wert sein kann, obwohl die Möglichkeit der Fernsteuerung anwendbar ist, um eine Optimierung der Vorrichtung on-line und für weite Absrimmungsbereiche zu erzielen.
  • Der vorgeschlagene Aufbau und speziell der auf dem Sagnac-Interferometer beruhende Aufbau kann durch verschiedene Technologien implementiert werden, er eignet sich jedoch besonders für eine Implementierung mit Hilfe der Technologien der planaren Optik, da diese zur Herstellung von optischen Interferometerstrukturen, die über der Zeit stabil sind, verwendet werden können. Andererseits werden zur Zeit polymere Materialien mit einem hohem Koeffizienten der thermischen Abstimmung verfügbar, und diese Materialen eignen sich aufgrund des breiten thermischen Abstimmbereichs gut zum Erreichen der Ziele der Erfindung bei wellenlängengeteilten Multiplexkommunikationssystemen mit nahe beieinander liegenden Kanälen.
  • Es ist klar, das die obige Beschreibung nur als Beispiel und ohne die Absicht einer Beschränkung gegeben wurde und daß Variationen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie sie in den anhängenden Ansprüchen definiert ist, zu verlassen. Insbesondere können die verschiedenen beschriebenen Komponenten durch andere mit äquivalentem Verhalten ersetzt werden.

Claims (5)

  1. Abstimmbare Vorrichtung zum Auskoppeln von einem oder mehreren Trägern aus einem Fluß optischer Signale, der eine Mehrzahl von in Wellenlängenteilung multiplexierten Trägern umfaßt, die durch entsprechende Datensignale moduliert sind, und zum Einfügen von einem oder mehreren Trägern in den Fluß auf der selben Wellenlänge wie der ausgekoppelte Träger oder die ausgekoppelten Träger, umfassend: – Eingangs-Ausgangsmittel (1, 3), die für den den Operationen des Auskoppelns und Einfügens unterworfenen multiplexierten Fluß einen Eingangsanschluß, für den aus diesen Operationen resultierenden multiplexierten Fluß einen Ausgangsanschluß und für den Träger oder die Träger Auskoppel- und Einfügeanschlüsse bilden, und – wellenlängensensitive Mittel (2; 20, 21) für die Wahl des Trägers oder der Träger, wobei diese wellenlängensensitiven Mittel (2; 20, 21) entsprechend einem externen Befehl abstimmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die wellenlängensensitiven Mittel (2; 20, 21) in ein Element (5, 8) eingesetzt sind, das für die Phase des Signals des Flusses und/oder des Trägers oder der Träger sensitiv ist und mit einer Phasensteuereinrichtung (7) versehen ist, die in diese Signale folgende Phasenverschiebungen einführen kann: a) für einen gegebenen Abstimmzustand der wellenlängensensitiven Mittel (2; 20, 21) um einen ersten Phasenverschiebungswert so, daß der gewählte Träger oder die gewählten Träger, der/die ausgekoppelt werden soll(en), vom Eingangsanschluß zum Auskoppelanschluß durchtreten kann können und der gewählte Träger oder die gewählten Träger, der/die eingefügt werden soll(en), vom Einfügeanschluß zum Ausgangsanschluß durchtreten kann können und die anderen Träger vom Eingangsanschluß zum Ausgangsanschluß durchtreten können; b) während einer Änderung der Abstimmung der wellenlängensensitiven Mittel (2; 20, 21) um einen zweiten Phasenverschiebungswert so, daß bewirkt wird, daß alle Träger vom Eingangsanschluß zum Ausgangsanschlußübertragen werden und somit die Auskoppeloperation gesperrt ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das phasensensitive Element (5) ein Sagnac-Interferometer ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Phasensteuereinrichtung (7) eine Phasenverschiebung einführen kann, bei der der erste Wert so ist, daß eine konstruktive Interferenz bei der Übertragung/Reflexion für den gewählten Trägers oder die gewählten Träger, der/die ausgekoppelt werden soll(en), und bei der Reflexion/Übertragung für den oder die eingefügten Träger und für die, für die die Auskoppel- und Einfügeoperation nicht zutrifft, verursacht wird, und der zweite Wert so ist, daß am selben Ausgang für alle Träger eine konstruktive Interferenz verursacht wird.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das phasensensitive Element (8) ein Fabry-Perot-Resonanzhohlraum ist, der durch zwei abstimmbare Bragg-Gitter (20, 21) begrenzt ist, die die wellenlängensensitiven Mittel bilden, wobei die Phasensteuereinrichtung (7) zwischen die beiden Gitter (20, 21) eingesetzt ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der für den gegebenen Abstimmzustand ein erstes der Gitter (20) so abgestimmt ist, daß es bei einer Wellenlänge resoniert, die der des auszukoppelnden oder einzufügenden Trägers entspricht, und das andere Gitter (21) so abgestimmt ist, daß es bei einer Wellenlänge resoniert, die mit der von keinem der Träger des Flusses übereinstimmt, wobei während der Änderung der Abstimmung beide Gitter bei einer einzigen Wellenlänge resonieren können, die mit keiner der Wellenlängen eines Trägers des Flusses übereinstimmt, und die Phasen steuereinrichtung (7) als den zweiten Phasenverschiebungswert die Phasenverschiebung einführen kann, die den Fabry-Perot-Resonanzhohlraum für die Resonanzwellenlänge der beiden Gitter (20, 21) transparent macht.
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