DE60032063T2

DE60032063T2 - Optisches System

Info

Publication number: DE60032063T2
Application number: DE60032063T
Authority: DE
Inventors: Robert Charles Brackley Goodfellow
Original assignee: Ericsson AB
Current assignee: Ericsson AB
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: CN1192264C; NO20003412L; GB2363014A; ATE347199T1; US6363202B1; EP1065821A3; GB0120106D0; GB2363014B; EP1065821A4; JP2001188209A; CN1281992A; DE60032063D1; EP1065821A2; EP1065821B1; NO20003412D0

Description

Die Erfindung betrifft das Feld von wellenlängengemultiplexten optischen Kommunikationssystemen, wie beispielsweise Wellenlängenmultiplex- oder WDM-Systeme, und insbesondere die Handhabung und Steuerung des Leistungspegels von wellenlängengemultiplexten Lichtsignalen.
Optische Kommunikationssysteme sind ein wesentlicher und schnell wachsender Bestandteil von Kommunikationsnetzen. Der Ausdruck „optisches Kommunikationssystem", wie hierin verwendet, betrifft jedes System, welches Lichtsignale verwendet, um Informationen über ein optisches Medium zu übermitteln. Solche Systeme umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Telekommunikationssysteme, Kabelfernsehsysteme und lokale Netze (LANs). Optische Systeme werden in Gower, Ed. Optical Communications Systems, (Prentice Hall, N. Y.), beschrieben. Zurzeit ist der Großteil von optischen Kommunikationssystemen so konfiguriert, dass sie einen einzigen optischen Kanal mit einem schmalen Wellenlängenspektralband über einen oder mehr Lichtwellenleiter übertragen. Um Informationen von einer Mehrzahl von Quellen zu übermitteln, wird nun Wellenlängenmultiplexen (WDM für engl. wavelength division multiplex) verwendet. In einem WDM-System wird eine Mehrzahl von Lichtsignalen, welche normalerweise jeweils ein schmales Wellenlängenspektralband aufweisen, wobei jedes Band auf einer anderen Wellenlänge zentriert ist, über einen einzigen Lichtleiter übertragen.
Ein typisches optisches Netz umfasst eine Mehrzahl von Knoten, die durch eine Anzahl von verschiedenen Strahlengängen zur Übertragung von WDM-Signalen dazwischen verbunden sind. Normalerweise führt jeder Strahlengang einen unterschiedlichen Grad von Dämpfung in die Signalkomponenten ein, die durch ihn hindurch treten.
Ein Problem, das in optischen Kommunikationssystemen auftritt, ist die große Änderung in der Dämpfung, die durch Lichtsignale wahrgenommen wird, die verschiedenen Leitwegen durch das Netz folgen. Dies führt zu einer entsprechenden Änderung in den Leistungspegeln von verschiedenen Signalen, die über verschiedene Leitwege an einem bestimmten Knoten in einem optischen Netz ankommen. Solch eine Änderung wird selbst bei Signalen wahrgenommen, die vom selben Punkt im Netz mit nominell identischen Leistungspegeln ausgehen, aber verschiedenen Strahlengängen zwischen Knoten folgen. Zur Überwindung dieses Problems besteht ein Bedarf an einem Mittel zum selektiven Dämpfen von Lichtsignalen, die an einem Punkt im Netz ankommen.
Ein Verfahren des Standes der Technik zum Anlegen einer unterschiedlichen Dämpfung an jedes WDM-Signal, das an einem bestimmten Knoten in einem optischen Netz ankommt, war, alle Kanäle mittels eines Wellenlängendemultiplexers, der Interferenzmessgeräte, Beugungsgitter oder Wellenleitergeräte verwendete, auf getrennte Strahlengänge zu demultiplexen, um Wellenleiterdämpfungsglieder in jeden der getrennten Strahlengänge einzuführen (und demnach zu ermöglichen, dass jeder Kanal unabhängig von den anderen gedämpft wird) und dann alle Kanäle unter Verwendung eines Multiplexers eines ähnlichen Prinzips wie desjenigen des Demultiplexers wieder zu verknüpfen. Die veröffentlichte französische Patentanmeldung FR 2 756 994 an NEC beschreibt solch ein System. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es aufgrund der Anzahl von erforderlichen Komponenten einen signifikanten Einfügungsverlust im Strahlengang mit sich bringt. Die Bauteile und die Montage, die durch dieses Verfahren erforderlich sind, führen zu hohen Kosten und einer Komplexität, die mit der Anzahl von Kanälen zunehmen.
Die veröffentlichte internationale Patentanmeldung WO 99/00925 von Uniphase Telecommunications beschreibt ein System zum Ausgleichen der Amplitude von Lichtsignalen in einem Lichtstrahl mit mehreren Wellenlängen durch Verwenden von Bragg'schen Fasergitterfiltern mit regelbarer Verstärkung.
Die vorliegende Erfindung stellt ein System bereit, welches einen ersten und einen zweiten Strahlengang und einen ersten und einen zweiten Lichtleiter (51, 52) umfasst, wobei das System die Leistungspegel einer ersten Mehrzahl von Lichtsignalen (37) im ersten Strahlengang steuert; in welchem die Lichtsignale spektral getrennt werden; dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strahlengang optische Dämpfungsmittel umfasst, die eine erste Mehrzahl von optischen Dämpfungsgliedern (35) umfassen, wobei jedes optische Dämpfungsglied in einem anderen Teil des Spektrums dämpft; das System auch die Leistungspegel einer zweiten Mehrzahl von Lichtsignalen im zweiten Strahlengang steuert; in welchem die zweite Mehrzahl von Lichtsignalen einen Satz mit der ersten Mehrzahl von Lichtsignalen bildet, und in welchem die Lichtsignale des Satzes spektral getrennt werden; in welchem der zweite Strahlengang eine zweite Mehrzahl von optischen Dämpfungsgliedern umfasst, und in welchem die zweite Mehrzahl von optischen Dämpfungsgliedern einen Satz mit der ersten Mehrzahl von optischen Dämpfungsgliedern bildet, wobei jedes optische Dämpfungsglied des Satzes in einem anderen Teil des Spektrums dämpft; in welchem die ersten und zweiten Strahlengänge den ersten Lichtleiter (51) zum Teil gemeinsam benutzen; und in welchem das System ferner ein Interferenzmessgerät (54, 55) zum Trennen der zweiten Mehrzahl von Lichtsignalen in dem gemeinsam benutzten Teil des ersten Lichtleiters in den zweiten Lichtleiter (52) des zweiten Strahlengangs umfasst; und in welchem die ersten und zweiten Lichtleiter die ersten beziehungsweise zweiten Mehrzahlen von optischen Dämpfungsgliedern (35) umfassen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein System bereit, in welchem das optische Dämpfungsmittel eine weitere Mehrzahl von optischen Dämpfungsgliedern umfasst, jedes optische Dämpfungsglied der weiteren Mehrzahl einen anderen Teil des Spekt rums dämpft; jedes optische Dämpfungsglied der weiteren Mehrzahl denselben Teil des Spektrums dämpft und in demselben Strahlengang enthalten ist wie ein entsprechendes optisches Dämpfungsglied der ersten Mehrzahl.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein System zum selektiven Verzögern von Komponenten eines Lichtsignals gemäß den Wellenlängen der Komponenten bereit.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun als Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 ein Diagramm eines optischen Dämpfungssystems des Standes der Technik darstellt;
2 eine Lichtfaser und ein Braggsches Fasergitter des Standes der Technik im Querschnitt darstellt;
3 die Reflexionscharakteristik eines variablen optischen Dämpfungsglieds gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ein erstes System zur Verwendung eines optischen Dämpfungsglieds gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 die Reflexionscharakteristiken eines zweiten variablen optischen Dämpfungsglieds gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 ein weiteres System zur Verwendung eines variablen optischen Dämpfungsglieds gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ein weiteres System zur Verwendung eines variablen optischen Dämpfungsglieds gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
8 ein weiteres System zur Verwendung eines variablen optischen Dämpfungsglieds gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
9 ein weiteres System zur Verwendung eines variablen optischen Dämpfungsglieds gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
10 ein weiteres System zur Verwendung eines variablen optischen Dämpfungsglieds gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
11 die Reflexionscharakteristik eines dritten variablen optischen Dämpfungsglieds gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
12 ein weiteres System zur Verwendung eines variablen optischen Dämpfungsglieds gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Zunächst wird ein optisches Dämpfungssystem des Standes der Technik unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Signale, die über einen Lichtleiter 1 in das Dämpfungsglied eingegeben werden, treffen auf einen Wellenlängendemultiplexer 2 einer bekannten Art, die Interferenzmessgeräte, Beugungsgitter oder Wellenleiterzeigergeräte verwendet und dazu dient, die eingehenden Lichtsignale gemäß ihrer Wellenlänge zu trennen, und jedes unterschiedliche Lichtsignal über einen anderen einer Mehrzahl von Ausgangsports ausgibt. Jeder Ausgangsport des Demultiplexers 2 ist über einen Lichtleiter mit einer Mehrzahl von optischen Dämpfungsgliedern 3 verbunden. Die optischen Dämpfungsglieder können als ein unsymmetrischer Mach-Zehnder-Wellenleiter mit Polymerwellenleitern, Siliciumdioxid-auf-Silicium-Wellenleitern, Wellenleitern aus einem Material der Gruppe III–V und Siliciumwellenleitern implementiert sein, und die Dämpfung kann durch differenzielles Ändern der Brechzahl in den Armen des Interferenzmessgeräts durch Wärme oder Vorspannen im Halbleiterwellenleitergehäuse geändert werden. Jedes optische Dämpfungsglied kann seine Dämpfung so eingestellt aufweisen, dass jedes Signal, das durch das selektive Dämpfungsglied durchtritt, einen unterschiedlichen Grad von Dämpfung erfahren kann, derart dass sich die Signale, welche die Mehrzahl von Dämpfungsgliedern verlassen, einen gemeinsamen Leistungspegel teilen. Beim Verlassen der Mehrzahl von Dämpfungsgliedern 3 werden die Lichtsignale über Lichtleiter in mehrfache Eingangsports eines optischen Multiplexers 4 geleitet, der nach einem ähnlichen Prinzip funktioniert wie der optische Demultiplexer 2. Der optische Multiplexer 4 dient dazu, alle der Eingangslichtsignale zu einem einzigen Ausgangslichtleiter 5 zu verknüpfen.
2 stellt ein Bragg'sches Fasergitter dar, das aus einer Lichtleitfaser 10 besteht, in welcher eine Reihe von Änderungen (durch Linien 12 grafisch dargestellt) in der Brechzahl des Materials (z.B. Glas) der Lichtleitfaser gebildet ist. Die Linien bilden ein Beugungsgitter, das dazu dient, in Abhängigkeit vom Abstand oder der Periode der Lichtleiteränderungslinien eine einfallende Strahlung der meisten Wellenlängen durchzulassen (wie durch den Pfeil von 2a dargestellt) und eine einfallende Strahlung von bestimmten Wellenlängen zu reflektieren (wie durch den Pfeil von 2b dargestellt). Der Begriff „Abstand", wie hierin verwendet, bezieht sich auf die effektive Periode „s" des optischen Gitters, die vom tatsächlichen Abstand in Kombination mit anderen Charakteristiken, vor allem der Brechzahl des Lichtleitermediums, abhängt. Mit „Änderungen in der Brechzahl" beziehen wird uns auf den Änderungsgrad der Brechzahl des Gittermediums an jeder Linie des Gitters. Je größer die lokale Änderung der Brechzahl (als Δn bezeichnet) ist, umso größer ist der Anteil des Signals, der an dieser Stelle reflektiert wird (d.h. an dieser Linie). Hierbei bezieht sich der Begriff „Gitter" auf eine periodische Störung der Eigenschaften des Lichtleiters (im weiteren Sinne verwendet, um Wellenleiter und Lichtleitfasern einzubeziehen), die zu einer wellenlängenselektiven Empfindlichkeit führt. Die Störung kann an jedem Parameter des Lichtleiters sein, der die Fortpflanzung des Lichts beeinflusst, das durch die Struktur geleitet wird, und sie umfasst Änderungen in der Brechzahl und der physikalischen Form. Licht kann sich in einem Lichtleiter nur in einer bestimmten Fortpflanzungsart ausbreiten, und die Wirkung des Gitters hängt davon ab, in welcher Art das Licht ist. Infolgedessen muss zur Bestimmung der Wirkung des Gitters die „effektive Brechzahl" bekannt sein, die durch die spezifische geleitete Art zu sehen ist, die fortgepflanzt wird. Dies ermöglicht es, die „effektive Periode" des Gitters für eine bestimmte geleitete Art zu definieren.
Eine alternative Form eines optischen Filters umfasst dielektrische Mehrschichtfilter, die als selektiv reflektierende Spiegel fungieren. In der Praxis kann eine Mehrzahl von optischen Filtern mit jedem nachfolgenden Filter, das in einem anderen Teil des Spektrums aktiv ist, in Reihe angeordnet sein. Normalerweise trifft Licht, das durch ein erstes dielektrisches Mehrschichtfilter reflektiert wird, auf dem nächsten dielektrischen Mehrschichtfilter in der Reihe auf, wohingegen Licht, das durch das erste FGB-Filter durchgelassen wird, auf dem nächsten FGB-Filter in der Reihe auftrifft.
Eine Reflexionscharakteristik eines variablen optischen Dämpfungsglieds gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt. Ein variables optisches Dämpfungsglied gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise ein abstimmbares optisches Filter einer zuvor beschriebenen Art umfassen. 3 stellt eine charakteristische Reflexionslinie 20 dar, welche die Art und Weise anzeigt, in welcher das Reflexionsvermögen des Filters mit der Wellenlänge von einfallendem Licht variiert. Der Begriff „Licht" wird hierin verwendet, ohne eine Beschränkung auf sichtbare Strahlung vorauszusetzen, sondern er erstreckt sich auf jede geeignete Wellenlänge. Im Durchlassband, das durch die Strecken 21 und 22 dargestellt ist, dient das Filter dazu, beinahe die gesamte einfallende Strahlung durchzulassen; wobei das Reflexionsvermögen des Filters auf einem verhältnismäßig niedrigem Niveau ist (R_pass). Zwischen dem unteren Durchlassband 21 und dem oberen Durchlassband 22 liegt das Reflexionsband, das durch die Strecken 23 und 24 dargestellt ist. Die Strecke 23 stellt eine Zunahme des Reflexionsvermögens mit zunehmender Wellenlänge vom Durchlassbandwert R_pass zu einem Höchstwert R_max dar. Diese Strecke 23 bildet den aktiven Bereich der Filtercharakteristik, d.h. den Teil, der verwendet wird, um Lichtsignale selektiv zu dämpfen. Wie in 3 dargestellt, weist die Strecke 23 einen im Wesentlichen konstanten Gradienten auf. Weiter in der Richtung von zunehmender Wellenlänge vom Höchstwert R_max stellt die Strecke 24 einen rasch abfallenden Wert des Reflexionsvermögens zurück zum Durchlassbandwert R_pass dar. Der Gradient der charakteristischen Reflexionsbandstrecke 23 ist kleiner als der der charakteristischen Reflexionsbandstrecke 24, derart dass die Wellenlängenspannweite Δλ_up, über welche sich die Strecke 23 beim Ansteigen vom R_pass-Wert zum R_max-Wert erstreckt, wesentlich größer als die Wellenlängenspannweite Δλ_down ist, die durch die Strecke 24 beim Zurückkehren vom R_max-Wert zum R_pass-Wert umfasst wird. Infolgedessen weist die Filtercharakteristik von 3 ein im Allgemeinen geneigtes (oder dreieckiges) Reflexionsprofil auf. Vorteilhafterweise wird das Filter aus verlustarmer Faser gebildet und ist für einen niedrigen Übertragungsverlust (α_thru) ausgelegt. Dieser niedrige Übertragungsverlust ist wichtig, wenn eine Anzahl von solchen Filtern in Reihe geschaltet ist. Geeignete Charakteristiken für ein Braggsches Fasergitterfilter mit einem geneigten Reflexionsprofil sind in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1
Geeignete Filter könnten zum Beispiel in Lichtleitern (womit Lichtleitfasern oder Wellenleiter gemeint sind) implementiert werden, welche aus Siliciumdioxid, Silicium, einer Legierung der Gruppe III–V oder einem Polymer gebildet sind, und das Filtern könnte durch Bilden eines phasengesteuerten Gitters durch Ätzen, Prägen, Aussetzen einer Ultraviolettstrahlung unter Verwendung von Holografie oder mit einer Phasenmaske oder einer Öffnungsmaske erreicht werden. Jede Art von Filter weist die Fähigkeit auf, „abge stimmt" zu werden, d.h. die spektrale Position des Reflexionsbandes kann durch Anlegen eines Reizes an das Filter zu höheren oder niedrigeren Wellenlängen verschoben werden. Der Reiz könnte zum Beispiel elektrisch, mechanisch oder thermisch sein.
Genauer gesagt, kann das Abstimmen des Filters durch Entleeren von Ladung aus dem Bereich des Gitters oder durch Injizieren einer elektronischen Ladung, um die komplexe Brechzahl des Filters zu ändern, durch Variieren der Verformung, die mittels eines Piezo- oder Magnetostriktionsaktuators angewendet wird, oder durch Variieren der Temperatur des Filters mittels eines Heiz- oder Kühlelements erreicht werden.
Es wird nun ein System zum individuellen Steuern der Leistungspegel einer Mehrzahl von Lichtsignalen, wobei jedem Signal ein anderer Teil des Spektrums zugeordnet wird, z.B. Wellenlängenmultiplex- oder WDM-Signale, in einem einzigen Lichtleiter unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Das „selektive Dämpfungssystem" von 4 umfasst einen optischen Zirkulator 30, welcher mit drei Ports, einem Eingangsport 31, einem Filterport 32 und einem Umspeicherungsport 33, versehen ist. Eine Anzahl von WDM-Lichtsignalen 37 wird am Port 31 des optischen Zirkulators eingegeben. Der Filterport 32 ist mit einer Mehrzahl von abstimmbaren optischen Filtern 35 mit geneigtem Profil (wie zum Beispiel zuvor beschrieben) verbunden, die in einem geeigneten Lichtleiter 36 in Reihe geschaltet sind. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) kann der optischen Zirkulator 30 durch einen optischen Isolator ersetzt werden, der so ausgelegt ist, dass die Mehrzahl von WDM-Lichtsignalen 37 mit dem Eingang verbunden wird und die Mehrzahl von abstimmbaren Filtern 35 mit geneigtem Profil, die im Lichtleiter 36 in Reihe geschaltet sind, mit dem Ausgang davon verbunden ist. Wie zuvor weist jedes der abstimmbaren Filter 35 mit geneigtem Profil ein Reflexions band auf, das einem verschiedenen der Mehrzahl von Eingangssignalen 37 entspricht. Jedes der abstimmbaren Filter mit geneigtem Profil ist individuell abstimmbar, wie bereits erwähnt, und es sind geeignete Steuermittel vorgesehen, um das Abstimmen jedes Filters auf einer individuellen Basis z.B. durch Anlegen des geeigneten Reizpegels an jedes Filter zu steuern.
Der Betrieb des Systems von 4 wird nun beschrieben. Eingangslichtsignale 37 treten von Port 31 durch den Zirkulator durch, um am Port 32 davon auszutreten. Die Lichtsignale treten dann entlang des Lichtleiters 36 hindurch und treffen auf die Reihe von abstimmbaren optischen Filtern 35 mit geneigtem Profil. Jedes der Mehrzahl von Filtern 35 weist ein Reflexionsband auf, das der Wellenlänge eines bestimmten der Lichtsignale 37 entspricht. Dies bedeutet, dass jedes Eingangssignal durch alle optischen Filter 35 außer einem praktisch unverändert durchtritt. Bei Erreichen des optischen Filters 35, dessen aktiver Bereich dem Wellenlängenband dieses Signals entspricht, erfährt das Signal eine Reflexion, deren Größe von der Abstimmung des Filters abhängt. Diese Reflexion bewirkt eine Dämpfung des einfallenden Signals. Wenn das Filter im nicht abgestimmten Zustand ist, erfährt das Eingangssignal einen „normalen" Grad von Reflexion (sagen wir, 50% des Eingangssignals), der dem Reflexionsvermögen des Filters an einem Punkt entspricht, der ungefähr auf halbem Wege der Aktivbereichsstrecke 23 liegt. Wenn jedoch festgestellt wird, dass ein bestimmtes Signal im Vergleich zum „normalen" Grad 10% mehr Dämpfung benötigt, d.h. wenn der Leistungspegel dieses konkreten Eingangssignals 10% höher als der gewünschte Pegel ist, kann das relevante Filter so abgestimmt werden, dass der aktive Bereich in der Richtung von abnehmender Wellenlänge um solch ein Maß verschoben wird, dass das Reflexionsvermögen bei den Wellenlängen, welche dem jeweiligen Eingangssignal entsprechen, um einen geeigneten Betrag erhöht wird, um den Leistungspegel des einfallenden Signals um zusätzliche 10% im Vergleich zur Norm zu verringern. Als Ergebnis erfährt das Eingangssignal eine größere Reflexion als normal, und die Größe des Signals, welches durch das Filter durchgelassen wird, ist dementsprechend geringer. Wenn alternativerweise festgestellt wird, dass ein bestimmtes Signal im Vergleich zum „normalen Grad" weniger Dämpfung benötigt, d.h. wenn festgestellt wird, dass die Größe des Eingangssignals verhältnismäßig niedrig ist, dann kann das Filter so abgestimmt werden, dass der aktive Bereich des Filters in der Richtung von zunehmender Wellenlänge verschoben wird, derart dass das Reflexionsvermögen des Filters bei den Wellenlängen, die dem Eingangssignal entsprechen, um einen geeigneten Betrag niedriger als der normale Wert ist. Dies führt dazu, dass weniger vom Signal im Filter reflektiert wird, derart dass das Signal, welches durch das Filter durchgelassen wird, einen höheren Leistungspegel aufweist als den Leistungspegel, den es aufweisen würde, wenn das Filter im nicht abgestimmten Zustand gelassen worden wäre. Im Extremfall kann das Filter für ein ausreichend kleines Signal so abgestimmt werden, dass es effektiv keine Dämpfung an dieses Signal anlegt. Infolgedessen kann die Anordnung von 4 verwendet werden, um eine Mehrzahl von Eingangssignalen mit einem unterschiedlichen Leistungspegel in Ausgangssignale mit einem einheitlichen Leistungspegel umwandeln.
Die Teile der Eingangssignale, die durch die Mehrzahl von Filtern 35 reflektiert werden, kehren über den Lichtleiter 36 zum optischen Zirkulator 30 zurück, um am Port 32 davon wieder in den optischen Zirkulator 30 einzutreten, und treten durch den optischen Zirkulator hindurch zu, um am Port 33 davon auszutreten, wo sie dann effektiv verworfen werden. Die Teile der Eingangslichtsignale 37, die durch die Reihe von optischen Filtern 35 durchgelassen werden, bewegen sich entlang des Lichtleiters 36 in der Richtung vom optischen Zirkulator 30 weg weiter und werden demnach vom selektiven Dämpfungsglied ausgegeben.
Gemäß der alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt), die zuvor beschrieben wurde und einen optischen Isolator anstelle des optischen Zirkulators umfasst, kehren die Teile der Eingangssignale, die durch die Mehrzahl von Filtern 35 reflektiert werden, über den Lichtleiter 36 zum optischen Isolator (nicht dargestellt) zurück, um am Ausgang davon wieder in den optischen Isolator einzutreten, und sie werden effektiv verworfen, indem sie innerhalb des optischen Isolators verteilt werden.
Alternativerweise kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die Ausgabe von den Signalen erhalten werden, die an der Mehrzahl von Filtern 35 reflektiert werden. In diesem Fall wird eine reduzierte Dämpfung des einfallenden Signals durch derartiges Abstimmen des relevanten Filters erhalten, dass der aktive Bereich in der Richtung von abnehmender Wellenlänge so verschoben wird, dass das Reflexionsvermögen bei den Wellenlängen, die dem jeweiligen Eingangssignal entsprechen, erhöht wird. Dagegen wird eine erhöhte Dämpfung des einfallenden Signals durch derartiges Abstimmen des relevanten Filters erhalten, dass der aktive Bereich in der Richtung von zunehmender Wellenlänge so verschoben wird, dass das Reflexionsvermögen bei den Wellenlängen, die dem jeweiligen Eingangssignal entsprechen, reduziert wird. In dieser Ausführungsform bewegen sich die Teile der Eingangssignale, die durch die Mehrzahl von Filtern 35 durchgelassen werden, entlang des Lichtleiters 36 in der Richtung vom optischen Zirkulator 30 weg weiter und können effektiv verworfen werden. Die Teile der einfallenden Signale, die durch die Mehrzahl von Filtern 35 reflektiert werden, werden am Port 33 des optischen Zirkulators 30 ausgegeben.
Der Gradient des aktiven Bereichs der Filter des zuvor beschriebenen Systems könnte positiv oder negativ sein, wie in 3 und 5 (im Folgenden beschrieben) veranschaulicht. Wenn negativ, werden Verschiebungen in der Charakteristik, um eine bestimmte Änderung des Reflexionsvermögens zu erreichen, wie zuvor in Bezug auf ein Filter mit positivem Gradienten beschrieben, in der umgekehrten Richtung zu der dort beschriebenen ausgeführt.
Die Lichtsignale, die in optischen Kommunikationsnetzen verwendet werden, umfassen normalerweise Seitenzipfel, die von einer mittigen Spitze spektral beabstandet sind. Die Verwendung des Filters mit geneigtem Profil der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform, führt unvermeidlich zu einem anderen Grad von Dämpfung, die an die spektral beabstandeten Seitenzipfel angelegt wird. Da die beiden Seitenzipfel durch verschiedene Bereiche der relevanten Reflexionscharakteristik beeinflusst werden, wird eine Verzerrung des Leistungspegels über das Signalwellenband eingeführt. Wenn es wichtig ist, dass die Seitenzipfel oder das spektrale Profil der Lichtsignale nicht auf diese Weise verzerrt wird, kann eine zweite Reihe von Filtern mit geneigtem Profil hinzugefügt werden, wie als Nächstes beschrieben.
Eine Reflexionscharakteristik eines zweiten variablen optischen Dämpfungsglieds gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 5 dargestellt. Wiederum kann ein variables optisches Dämpfungsglied der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise ein abstimmbares optisches Filter einer zuvor beschriebenen Art umfassen. Das zweite variable optische Dämpfungsglied unterscheidet sich vom ersten variablen optischen Dämpfungsglied von 3 in seiner Reflexionscharakteristik: die Charakteristik des zweiten Dämpfungsglieds erscheint als ein „Spiegelbild" von der des ersten Dämpfungsglieds. Die Reflexionscharakteristik des zweiten Dämpfungsglieds von 5 weist demnach untere und obere Durchlassbänder 21, 22 auf (die dem Reflexionswert R_pass entsprechen) und im Reflexionsband eine Strecke 23a, die eine rasche Zunahme des Reflexionsvermögens mit zunehmender Wellenlänge vom Durchlassbandwert R_pass zu einem Höchstwert R_max darstellt, und weiter in der Richtung von zunehmender Wellenlänge eine zweite Strecke 24a im Reflexionsband, die einen langsamer abfallenden Wert des Reflexionsvermögens mit zunehmender Wellenlänge vom Wert R_max zum Wert R_pass anzeigt, auf. Diese zweite, langsam abfallende Strecke 24a bildet den aktiven Bereich der Dämpfungscharakteristik, d.h. den Teil, der verwendet wird, um Lichtsignale selektiv zu dämpfen. Die Strecke 24a weist einen im Wesentlichen konstanten Gradienten mit einem entgegengesetzten Vorzeichen zum Gradienten des aktiven Bereichs (d.h. Strecke 23) des Dämpfungsglieds von 3 auf. Idealerweise sind die Größen der Gradienten der beiden Strecken, welche die jeweiligen aktiven Bereiche bilden, gleich.
Ein zweites Dämpfungssystem (nicht dargestellt) gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Dieses zweite System umfasst die Anordnung von 4, die mit einer zweiten Reihe von optischen Filtern (nicht dargestellt) verknüpft ist, die über einen optischen Isolator oder einen optischen Zirkulator mit der ersten Reihe, die zuvor unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wurde, in Reihe geschaltet ist. Diese zweite Reihe umfasst optische Filter mit einem Gradienten der Reflexionscharakteristik im aktiven Bereich mit einem entgegengesetzten Vorzeichen zum entsprechenden Gradienten der optischen Filter der ersten Reihe, d.h. mit einer Reflexionscharakteristik, die als ein Spiegelbild von jener der Filter 35 der ersten Reihe erscheint.
In Betrieb tritt in dem zweiten selektiven Dämpfungssystem jedes Signal, das durch das selektive Dämpfungssystem durchtritt, durch beide Reihen von Filtern hindurch und erfährt eine Teilreflexion in einem Filter 35 von der ersten Reihe und einem Filter von der zweiten Reihe. Die Leistungspegelverzerrung, die durch das Filter 35 der ersten Reihe eingeführt wird, wird infolgedessen durch das entsprechende Filter der zweiten Reihe kompensiert.
In einer alternativen Ausführungsform könnten einige oder alle der Filter 35 der ersten Reihe die Reflexionscharakteristik von 5 aufweisen, während die entsprechenden Filter der zweiten Reihe die Reflexionscharakteristik von 3 aufweisen.
6 stellt ein drittes selektives Dämpfungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Merkmale, die sie mit 4 gemein hat, erhalten dieselben Bezugszeichen und werden hier nicht weiter beschrieben. Das selektive Dämpfungsglied von 6 umfasst einen zweiten optischen Zirkulator 40 und eine zweite Mehrzahl von optischen Filtern 45, die mittels eines Lichtleiters 46 in Reihe geschaltet sind. Der zweite optische Zirkulator 40 umfasst drei Ports 41 bis 43. Die Signale, die von der ersten Reihe von optischen Dämpfungsgliedern 35 über den Lichtleiter 36 ausgegeben (d.h. durchgelassen) werden, werden in den zweiten optischen Zirkulator 40 am Port 41 davon eingegeben. Diese Signale treten durch den optischen Zirkulator durch, um am Port 42 davon auszutreten, wo sie über den Lichtleiter 46 weiterlaufen und auf eine Reihe von optischen Filtern 45 treffen.
In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) kann der optische Zirkulator 40 durch einen optischen Isolator ersetzt werden, der so ausgelegt ist, dass die Signale, die von der ersten Reihe von optischen Dämpfungsgliedern 35 über den Lichtleiter 36 ausgegeben werden, mit dem Eingang verbunden werden und die Mehrzahl von optischen Filtern 45, die im Lichtleiter 46 in Reihe geschaltet sind, mit dem Ausgang verbunden ist.
Im Gegensatz zur zweiten Reihe von Filtern des zuvor beschriebenen, zweiten selektiven Dämpfungsliedsystems weisen die Filter 45 eine ähnliche Reflexionscharakteristik wie die Filter 35 der ersten Reihe auf und können vorteilhafterweise von derselben Art sein. Insbesondere weisen die Gradienten der Reflexionscharakteristiken in den aktiven Bereichen dasselbe Vorzeichen auf. Außerdem wird im Gegensatz zu der Anordnung des zweiten Systems das Ausgangssignal in der Anordnung von 5 von Teilen der Eingangslichtsignale hergeleitet, die durch die zweite Reihe von Filtern 45 reflektiert werden. Diese reflektierten Signale laufen entlang der Lichtleiter 46 zurück, um in den optischen Zirkulator 40 am Port 42 davon wieder einzutreten, und treten dann durch den optischen Zirkulator 40 hindurch, um am Port 43 davon auszutreten, wodurch sie vom selektiven Dämpfungsglied ausgegeben werden. Die unerwünschten Teile der Eingangssignale, die durch die Reihe von optischen Filtern 45 durchgelassen werden, bewegen sich entlang des Lichtleiters 46 zum Ende davon vom optischen Zirkulator 40 weg weiter, wo sie verworfen werden können.
Ein viertes Dämpfungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 7 veranschaulicht. Gemäß dem System von 7 kann die Ausgabe von den Signalen erhalten werden, die der Reihe nach an beiden Mehrzahlen von Filtern 35 und 45 reflektiert werden. Das vierte selektive Dämpfungssystem von 7 umfasst einen optischen Zirkulator 30, welcher mit vier Ports, einem Eingangsport 31, einem ersten Filterport 32, einem zweiten Filterport 33 und einem Ausgangsport 34, versehen ist. WDM-Lichtsignale 37 werden am Port 31 des optischen Zirkulators 30 eingegeben. Der erste Filterport 32 ist mit einer Mehrzahl von optischen Filtern 35 im Lichtleiter 36 verbunden. Der zweite Filterport 33 ist mit einer zweiten Mehrzahl von optischen Filtern 45 im Lichtleiter 46 verbunden. Die Teile der Eingangssignale, die durch die Mehrzahl von optischen Filtern 35 zurück zum Port 32 des optischen Zirkulators 30 reflektiert werden, treten am Port 33 davon aus, laufen dann entlang des Lichtleiters 46 weiter und treffen auf die Mehrzahl von optischen Filtern 45. Die Teile der Eingangssignale 37, die durch die Mehrzahl von Filtern 45 reflektiert werden, kehren über den Lichtleiter 46 zurück, um in den optischen Zirkulator 30 am Port 33 davon wieder einzutreten, und treten durch den optischen Zirkulator hindurch, um am Port 34 davon auszutreten, wo sie ausgegeben werden.
Ein fünftes selektives Dämpfungsglied gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 8 dargestellt. Merkmale, die 8 mit früheren Figuren gemein hat, erhalten dieselben Bezugszeichen und werden hier nicht weiter beschrieben. Die Anordnung von 8 mit der von 4 vergleichend treten Eingangssignale 37, die vom optischen Zirkulator 30 am Port 32 davon ausgegeben werden, entlang des Lichtleiters 51 zum Mach-Zehnder-Interferenzmessgerät (oder Interferenzfilter) 54, 55 durch. Das Interferenzmessgerät umfasst einen Lichtleiter 51, der mit einem zweiten Lichtleiter 52 verknüpft ist, welche an Punkten 54 und 55 in Kontakt gebracht sind, die zu einem Teilhaben an Eingangslichtsignalen 37 zwischen den beiden Lichtleitern führen. Jeder der Lichtleiter 51, 52 bleibt vom Kontaktpunkt 55 getrennt, wobei jede Fortsetzung einen anderen Satz von Filtern 35 enthält, die den Filtern der ersten Reihe entsprechen, d.h. wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Wie im Stand der Technik bekannt ist, ist die Länge des Lichtleiters 51 zwischen den Kontaktpunkten 54 und 55 so ausgelegt, dass sie sich von der Länge des Lichtleiters 52 zwischen denselben Kontaktpunkten etwas unterscheidet. Dieser Unterschied führt zu zwei Arten von Wechselwirkung am Kontaktpunkt 55 zwischen den Teilen der Eingangssignale 37, die sich über den Lichtleiter 51 ausbreiten, und den Teilen, die sich über den Lichtleiter 52 ausbreiten. In Abhängigkeit von der Wellenlänge eines bestimmten Lichtsignals weisen die beiden Teile jedes konkreten Signals eine bestimmte Phasenbeziehung am Kontaktpunkt 55 auf, welche dazu führt, dass sich das jeweilige Signal entweder entlang des Lichtleiters 51 oder des Lichtleiters 52 weiter bewegt, um in den einen oder den anderen Satz von optischen Filtern 35 einzutreten.
Das erste Mach-Zehnder-Interferenzmessgerät 54, 55 ist über die Fortsetzung der Lichtleiter 51 und 52 und der optischen Filter 35 mit einem zweiten ähnlichen Interferenzgerät 56, 57 verbunden. Das zweite Mach-Zehnder-Interferenzmessgerät 56, 57 umfasst zwei Kontaktpunkte 56, 57 zwischen den Lichtleitern 51, 52, wobei die Längen der Lichtleiter 51, 52 zwischen den Kontaktpunkten 56, 57 so ausgelegt sind, dass alle Eingangssignale 37 auf dem Lichtleiter nach Wahl, z.B. dem Lichtleiter 51, ausgeben werden.
Wie bereits erwähnt, werden zwei getrennte Strahlengänge zwischen den ersten und zweiten Interferenzmessgeräten 54, 55 und 56, 57 hergestellt, d.h. ein erster Strahlengang über den Lichtleiter 51 und ein zweiter Strahlengang über den Lichtleiter 52, wobei jeder dieser Strahlengänge eine unterschiedliche Reihe von optischen Filtern 35 umfasst. Der erste Satz von optischen Filtern 35, d.h. jene im Lichtleiter 51, ist so ausgelegt, dass er einen ersten Satz von Signalen von den Eingangssignalen 37 selektiv reflektiert, wohingegen der zweite Satz von optischen Filtern 35, d.h. jene im Lichtleiter 52, so ausgelegt ist, dass er einen zweiten Satz von Signalen von den Eingangssignalen 37 reflektiert, wobei dieser zweite Satz alle der Signale umfasst, die nicht im ersten Satz enthalten sind.
Vorteilhafterweise könnten die zwei Sätze von Signalen so ausgelegt sein, dass spektral benachbarte Signale nicht demselben Satz angehören, derart dass der spektrale Abstand von Signalen eines bestimmten Satzes zweimal jener der Eingangssignale 37 als Ganzes ist. Diese Anordnung führt vorteilhafterweise zu einem reduzierten Nebensprechen.
Vorteilhafterweise werden in einem sechsten selektiven Dämpfungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung (nicht dargestellt) dritte und vierte Sätze von Filtern (nicht dargestellt) zur Anordnung von 7 hinzugefügt, wobei der dritte Satz über einen optischen Isolator oder Zirkulator (nicht dargestellt) mit dem ersten Satz in Reihe geschaltet ist, und der vierte Satz über einen optischen Isolator oder Zirkulator (nicht dargestellt) mit dem zweiten Satz in Reihe geschaltet ist, wobei jeder der dritten und vierten Sätze Filter von der Art umfasst, die zuvor unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wurde, d.h. den Filtern der zweiten Reihe entsprechen.
In Betrieb tritt im sechsten System jedes Signal, das durch das selektive Dämpfungssystem durchtritt, durch Filter von beiden Reihen hindurch und erfährt eine Teilreflexion in einem Filter 35 von der ersten Reihe (d.h. mit einem Aktivbereichsgradienten eines ersten Vorzeichens) und einem Filter von der zweiten Reihe (d.h. mit einem Aktivbereichsgradienten eines entgegengesetzten Vorzeichens), wodurch die Leistungspegelverzerrung, die durch das Filter 35 der ersten Reihe eingeführt wird, durch das entsprechende Filter der zweiten Reihe kompensiert wird.
In einer Variante des sechsten selektiven Dämpfungssystems könnten einige oder alle der Filter 35 der ersten und zweiten Sätze die Reflexionscharakteristik von 5 aufweisen, während die entsprechenden Filter der dritten und vierten Sätze die Reflexionscharakteristik von 3 aufweisen.
Alternativerweise sind in einem siebten selektiven Dämpfungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung (nicht dargestellt) dritte und vierte Sätze von Filtern (nicht dargestellt) über einen optischen Zirkulator mit den ersten beziehungsweise zweiten Sätzen von Filtern verbunden, d.h. auf eine ähnliche Art und Weise wie das dritte selektive Dämpfungssystem von 6. In diesem System sind die Filter von jedem der Sätze 1 bis 4 von derselben Art, d.h. mit ähnlichen Reflexionscharakteristiken, z.B. wie in 3 veranschaulicht. Infolgedessen treten in Betrieb Signale, die durch den ersten Satz von Filtern durchgelassen werden, über einen ersten optischen Zirkulator zum dritten Satz von Filtern durch, und der Teil der Eingangssignale, der durch den dritten Satz von Filtern reflektiert wird, tritt durch den optischen Zirkulator zurück hindurch und bewegt sich zum Mach-Zehnder-Interferenzmessgerät 56, 57 weiter. Zweite und vierte Sätze von Filtern funktionieren in analoger Weise. Das siebte selektive Dämpfungssystem stellt alle Vorteile des vierten Systems von 7 und des dritten Systems von 6 bereit.
In den Anordnungen des fünften, sechsten und siebten selektiven Dämpfungssystems, die zuvor beschrieben wurden, könnte das Mach-Zehnder-Interferenzmessgerät durch ein Fabry-Perot-Etalon oder eine Kombination davon oder dergleichen ersetzt werden.
Vorteilhafterweise basiert die Steuerung des Signalleistungspegels über einen Bereich von WDM-Signalen auf der Messung der Leistung (oder Amplitude) jedes der Signale. Dies kann unter Verwendung von geeigneten Leistungs/Amplitudenmessmitteln, wie beispielsweise einem handelsüblichen Spektralanalysegerät, durchgeführt werden. Alternativerweise könnten die Leistungs/Amplitudenmessmittel einen Dithermodulator, einen Fotodetektor und Schmalbandfilter umfassen, wie im Folgenden beschrieben. Jedes Signal, das in ein optisches Kommunikationssystem eintritt oder durch einen bestimmten Leitweg darin durchläuft, könnte mit einem flachen Ditheramplitudenmodulation-„Kennzeichnungston" proportional zu seiner optischen Leistung moduliert werden. Verschiedene Tonfrequenzen könnten jedem Signal zugeordnet werden. Die Leistungspegel der verschiedenen Signale könnte dann vom Messen der Amplituden der jeweiligen Dithersignale, die im Fotostrom eines einzigen Fotodetektors vorhanden sind, hergeleitet werden. Eine elektrische Messung der Stärke jedes Dithersignals kann mittels eines Schmalbandfiltererfassungsmittels erreicht werden. Ein Satz von Steuersignalen kann durch Berechnen der Dämpfung hergeleitet werden, die erforderlich ist, um jedes der WDM-Signale auf den erforderlichen Wert einzustellen, z.B. die Leistung/Amplitude des Satzes von WDM-Signalen auszugleichen. Die Steuersignale werden zum Bereitstellen des geeigneten Reizes für jedes Filter an Aktuatoren angelegt.
Ein achtes selektives Dämpfungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 9 veranschaulicht. Merkmale, die 9 mit früheren Figuren gemein hat, erhalten dieselben Bezugszeichen und werden hierin nicht weiter beschrieben. 9 stellt eine Amplituden/Leistungsüberwachungsanordnung 62 bis 66 dar.
Die Signale, die durch die Mehrzahl von Filtern 35 durchgelassen werden und durch die Mehrzahl von Filtern 45 reflektiert werden, werden von Port 43 des optischen Zirkulators 40 ausgegeben und im Lichtleiter 61 zu einem optischen Teiler 62 geleitet, wo sie geteilt werden, wobei ein kleiner, festgelegter Anteil jedes Signals zur Leistungsmesseinheit 63 gebracht wird. Der Rest der Ausgangssignale bewegt sich entlang des Lichtleiters 61 weiter und wird demnach aus dem System ausgegeben. Die Leistungsmesseinheit 63 umfasst Leistungs/Amplitudenmessmittel, wie zuvor beschrieben, und liefert Informationen über die Leitung/Amplitude jedes der gemessenen Signale an die Steuereinheit 64.
Die Steuereinheit 64 gibt Steuersignale 66 an die Filterabstimmungsaktuatoren (nicht dargestellt) aus, um das erforderliche Gleichgewicht an Dämpfung zwischen den beiden Reihen von Filtern zu erzeugen, um den gewünschten Leis tungspegel für jedes WDM-Signal zu ergeben, während eine Leistungspegelverzerrung auf ein Minimum herabgesetzt wird. Eine Steuereingabe 65 in die Steuereinheit 64 ermöglicht es, den Betrieb der Steuereinheit zu blockieren.
Infolgedessen stellt die Anordnung von 9 die Möglichkeit des individuellen Kompensierens einer Leistungspegelverzerrung, die an der ersten Reihe von Filtern 35 über die Bandbreite jedes WDM-Signals 37 eingeführt wird, mit einer komplementären Leistungspegelkorrektur an der zweiten Reihe von Filtern 45 bereit.
Ein neuntes selektives Dämpfungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 10 veranschaulicht. Merkmale, die 10 mit früheren Figuren gemein hat, erhalten dieselben Bezugszeichen und werden hier nicht weiter beschrieben. Die Anordnung von 10 mit der von 9 vergleichend ist eine zweite Leistungs/Amplitudenmesseinheit 67 über einen zweiten optischen Teiler 68 am Ende der ersten Reihe von Filtern 35 benachbart zum optischen Zirkulator 40 mit dem Lichtleiter 36 verbunden. Der zweite optische Teiler 68 dient dazu, die Signale im Lichtleiter 36 so zu teilen, dass ein kleiner, festgelegter Anteil jedes Signals zur Leistungsmesseinheit 67 gebracht wird, welche ähnlich wie die Leistungsmesseinheit 63 sein kann. Der Rest jedes Signals bewegt sich entlang des Lichtleiters 36 weiter, um in den optischen Zirkulator 40 am Port 41 davon einzutreten. Die Steuereinheit 64 empfängt Eingaben von den ersten und zweiten Leistungs/Amplitudenmesseinheiten 63, 67, wodurch sie Informationen über die Leistung/Amplitude jedes der gemessenen Signale am Ende der ersten Reihe von Filtern und am Ausgang empfängt. Infolgedessen ermöglicht die Anordnung von 10 vorteilhafterweise eine Steuerung der Filteraktivatoren basierend auf Informationen über die relative Leistungsfähigkeit jedes Filters in jeder Reihe. Dies ermöglicht es dem System, die Leistungsfähigkeit der Filter der ersten und zweiten Reihen selbst im Falle von weniger als vollkommenen, d.h. ein Spiel aufweisenden, Filteraktuatoren genau zu steuern. Die Steuereinheit 64 vergleicht Werte, die von jeder Reihe von Filtern ausgelesen werden, mit vorbestimmten Werten und/oder entsprechenden Werten von der anderen Reihe von Filtern. Dann berechnet sie, welche Justierungen, falls überhaupt, bei Aktuatorantriebspegeln notwendig sind, und stellt diese Pegel demgemäß ein.
11 stellt die Reflexionscharakteristik eines dritten variablen optischen Dämpfungsglieds gemäß der vorliegenden Erfindung dar, welche untere und obere Durchlassbänder 21, 22 (die dem Reflexionswert R_pass entsprechen) und im Reflexionsband eine nichtlineare Strecke 23b, die eine Zunahme des Reflexionsvermögens mit zunehmender Wellenlänge vom Durchlassbandwert R_pass zu einem Höchstwert R_max darstellt, und weiter in der Richtung von zunehmenden Wellenlängen eine zweite Strecke 24b im Reflexionsband, die einen rasch abfallenden Wert des Reflexionsvermögens mit zunehmender Wellenlänge vom Wert R_max zurück zum Wert R_pass anzeigt, aufweist. Die erste, nichtlineare Strecke des Reflexionsbandes bildet den aktiven Bereich der Dämpfungscharakteristik, d.h. den Teil, der verwendet wird, um Lichtsignale selektiv zu dämpfen. Wie aus 11 ersichtlich ist, umfasst der nichtlineare aktive Bereich sowohl Bereiche mit einem flachen Gradienten (dR/dλ niedrig) als auch einem steilen Gradienten (dR/dλ hoch).
Ein zehntes selektives Dämpfungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun unter neuerlicher Bezugnahme auf 7 beschrieben. Bei einem Vergleich des zehnten selektiven Dämpfungssystem mit dem vierten selektiven Dämpfungssystem, das unter Bezugnahme auf 7 bereits beschrieben wurde, ist zu erkennen, dass 7 auch erste und zweite optische Teiler 62, 68 und erste und zweite Leistungs/Amplitudenmesseinheiten 63, 67, wie zuvor beschrieben, aufweist, wie bereits erwähnt. Die erste Leistungs/Amplitudenmesseinheit 63 ist über den ersten optischen Teiler 62 an einer Stelle zwischen dem optischen Zirkulator 30 und der Mehrzahl von Filtern 45 mit dem Lichtleiter 46 verbunden, um Signale zu erfassen, die an der Mehrzahl von Filtern 45 zum optischen Zirkulator 70 zurück reflektiert werden. Die zweite Leistungs/Amplitudenmesseinheit 67 ist über den zweiten optischen Teiler 68 am Ende der ersten Reihe von Filtern 45 benachbart zum optischen Zirkulator 70 mit dem Lichtleiter 36 verbunden, um Signale zu erfassen, die an der Mehrzahl von Filtern 35 zum optischen Zirkulator 70 zurück reflektiert werden. In Betrieb sind Signale, die vom System von 7 auf dem Lichtleiter 61 ausgegeben werden, jene, die durch die erste Mehrzahl von optischen Filtern 35 reflektiert, über den optischen Zirkulator 70 zur zweiten Mehrzahl von optischen Filtern 45 durchgelassen, durch die zweite Mehrzahl von optischen Filtern 45 reflektiert und über den optischen Zirkulator 70 zum dritten Lichtleiter 61 durchgelassen werden. Nicht reflektierte Teile der Signale bewegen sich entlang der Lichtleiter 36 oder 46 in der Richtung vom optischen Zirkulator 70 weg weiter und können effektiv verworfen werden. Die Steuereinheit 64 (nicht dargestellt) empfängt und verarbeitet Eingaben von den ersten und zweiten Leistungs/Amplitudenmesseinheiten 63, 67 und gibt Steuersignale an die Aktuatoren (nicht dargestellt) der einzelnen Filter aus, wie in Bezug auf 10 beschrieben.
Ein elftes selektives Dämpfungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. 12 stellt eine Überwachungs- und Steueranordnung ähnlich jener dar, die in 10 dargestellt ist, und Merkmale, die sie mit 10 gemein hat, tragen dieselben Bezugszeichen und werden hier nicht weiter beschrieben. Der Hauptunterschied zwischen den Systemen von 10 und 12 ist, dass in 12 die optischen Zirkulatoren 30, 40 durch optische Isolatoren 80, 90 ersetzt wurden. Infolgedessen treten die Lichtsignale 37, die in das System eingegeben werden, durch den optischen Isolator 80 in den Lichtleiter 36 ein und Lichtsignale 37, die durch die Mehrzahl von Filtern 35 durchgelassen werden, laufen vom Lichtleiter 36 über den optischen Isolator 90 zum Lichtleiter 46 weiter. Da Signale nur in einer Richtung durch die optischen Isolatoren 80, 90 durchtreten können, wird die Ausgabe vom System von 12 aus jenen Signalen hergeleitet, die durch beide Mehrzahlen von Filtern 35, 45 hindurch getreten sind.
Ein Problem, das in optischen Kommunikationssystemen wahrzunehmen ist, ist die große Änderung in der Fortpflanzungszeit oder Verzögerung, die durch Teilkomponenten von optischen Signalen, die Leitwegen durch das Netz folgen, gemäß ihrer Wellenlänge erfahren wird. Außerdem kann ein ähnlicher chromatischer Verzerrungseffekt in Signale eingeführt werden, die an Braggschen Fasergitterfiltern in einem optischen Kommunikationssystem reflektiert werden, wie im Folgenden beschrieben. Dies führt zu einer entsprechenden Verlängerung oder Erweiterung eines übertragenen Datenimpulses, wenn er das Netz durchläuft. Um dieses Problem zu überwinden, besteht ein Bedarf an einem Mittel, um an diesem Punkt im Netz komplementäre Verzögerungen in Komponenten von Lichtsignalen gemäß ihrer Wellenlänge selektiv einzuführen.
Der Begriff „chromatische Dispersion" wird hierin verwendet, um die unerwünschte Wirkung anzuzeigen, wenn Komponenten eines Lichtsignals, das einem Strahlengang folgt, eine differenzielle Verzögerung gemäß ihrer Wellelänge erfahren. Solch eine Dispersion wird im Allgemeinen durch eine herkömmliche Lichtleitfaser eingeführt. Die chromatische Dispersion D eines Strahlengangs, z.B. Lichtleitfaser, (d.h. die Neigung dieses Strahlengangs, eine differenzielle Verzögerung einzuführen) kann mathematisch als D = Δt/L·Δλ ausgedrückt werden, wobei Δt die differenzielle Verzögerung ist, die zwischen einem Paar von Lichtsignalkomponenten bei einer Wellenlängentrennung von Δλ über eine Länge L des Strahlengangs eingeführt wird. Ein typischer Wert für D für eine Lichtleitfaser, die heutzutage in Verwendung ist, beträgt 16 pS/(nm·km).
Ein weiterer Effekt der Braggschen Fasergitterfilter, wie zuvor unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, ist, dass sie differenzielle Verzögerungen zwischen Komponenten eines reflektierten Lichtsignals einführen können. Die Einführung von unerwünschten differenziellen Verzögerungen führen zu einer chromatischen Verzerrung, wie bereits erwähnt. Ein Gitter mit einer gleichmäßigen effektiven Periode „s" zwischen Linien reflektiert nur eine einfallende Strahlung, deren Wellenlänge dieser effektiven Periode entspricht. Um das Reflexionsband des Gitters zu erweitern, um mehr Wellenlängen zu reflektieren, wird die effektive Periode „s2 zwischen aufeinander folgenden Linien entlang des Gitters geändert. Diese Änderung der effektiven Periode „s" wird „Zirpen" genannt. Normalerweise wird die effektive Periode beim Durchtreten durch das Gitter in einer Richtung stufenweise kürzer und in der anderen Richtung länger. Die effektive Periodizität der Linien wird in Bezug auf den physikalischen Abstand der Linien in Kombination mit der effektiven Geschwindigkeit der Fortpflanzung von Licht im Medium, d.h. wie durch die Brechzahl des Mediums und durch die Abmessungen eines Lichtleitergehäuses des Gitters festgelegt, berechnet. Infolgedessen kann die effektive Periode so ausgelegt sein, dass sie trotz gleichen Linienabstands durch Ändern der Brechzahl des Gittermediums und/oder irgendwelcher Änderungen der physikalischen Abmessungen des Lichtleiters, der im Gitterbereich angeordnet ist (z.B. des Durchmessers eines Lichtleitfaserkerns oder der Breite oder Tiefe eines Wellenleiters) variiert.
Dies hat die Wirkung, dass einfallendes Licht von verschiedenen Wellenlängen verschiedene Distanzen durch das FGB- Filter zurückzulegen hat, bevor es die geeignete effektive Periode für diese Wellenlänge erreicht. Infolgedessen ist der Strahlengang, der durch das reflektierte Licht einer ersten Wellenlänge durch das FGB-Filter zurückgelegt wird, länger als der Strahlengang, der durch Licht einer anderen Wellenlänge zurückgelegt wird, was zu einer differenziellen Verzögerung führt, d.h. ein Lichtsignal oder eine Komponente einer ersten Wellenlänge, die dem längeren Strahlengang durch das FGB-Filter folgt wird im Vergleich zu einem Lichtsignal oder einer Komponente einer zweiten Wellenlänge, die dem kürzeren Strahlengang durch das FGB-Filter folgt, verzögert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dienen die zuvor beschriebenen, selektiven Dämpfungssysteme gemäß der vorliegenden Erfindung, in welchen Ausgangslichtsignale an optischen Filtern reflektiert werden, dazu, eine differenzielle Verzögerung zwischen verschiedenen Wellenlängenkomponenten der Signale gemäß ihrer Wellenlänge einzuführen. Vorteilhafterweise ist die Reihe von Filtern so ausgelegt, dass die differenzielle Verzögerung, die eingeführt wird, derart ist, dass sie eine chromatische Verzerrung, die als Ergebnis der Signalfortpflanzung durch übermäßig lange Lichtleiter, z.B. in einem optischen Kommunikationsnetz, eingeführt wird, und/oder alternativerweise eine chromatische Verzerrung, die durch einen weiteren Satz von Filtern eingeführt wird, korrigiert.

Claims

System, umfassend einen ersten und einen zweiten Strahlengang und einen ersten und einen zweiten Lichtleiter (51, 52), wobei das System die Leistungspegel einer ersten Mehrzahl von Lichtsignalen (37) im ersten Strahlengang steuert; und die Lichtsignale spektral getrennt werden; dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strahlengang optische Dämpfungsmittel umfasst, die eine erste Mehrzahl von optischen Dämpfungsgliedern (35) umfassen, wobei jedes optische Dämpfungsglied in einem anderen Teil des Spektrums dämpft; und dadurch, dass das System auch die Leistungspegel einer zweiten Mehrzahl von Lichtsignalen im zweiten Strahlengang steuert; wobei die zweite Mehrzahl von Lichtsignalen einen Satz mit der ersten Mehrzahl von Lichtsignalen bildet, und die Lichtsignale des Satzes spektral getrennt werden; in welchem der zweite Strahlengang eine zweite Mehrzahl von optischen Dämpfungsgliedern umfasst, wobei die zweite Mehrzahl von optischen Dämpfungsgliedern (35) einen Satz mit der ersten Mehrzahl von optischen Dämpfungsgliedern bildet, und jedes optische Dämpfungsglied des Satzes in einem anderen Teil des Spektrums dämpft, und in welchem die ersten und zweiten Strahlengänge den ersten Lichtleiter (51) zum Teil gemeinsam benutzen; und dadurch, dass das System ferner ein Interferenzmessgerät (54, 55) zum Trennen der zweiten Mehrzahl von Lichtsignalen in dem gemeinsam benutzten Teil des ersten Lichtleiters in den zweiten Lichtleiter (52) des zweiten Strahlengangs umfasst, wobei die ersten und zweiten Lichtleiter die ersten beziehungsweise zweiten Mehrzahlen von optischen Dämpfungsgliedern (35) umfassen.
System nach Anspruch 1, in welchem Signale der ersten und zweiten Mehrzahlen von Signalen, die spektral benachbart zu den Signalen sind, die in der ersten Mehrzahl von Signalen enthalten sind, in der zweiten Mehrzahl von Signalen enthalten sind.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein zweites Interferenzmessgerät (56, 57) zum Verknüpfen der Signale, die durch die ersten und zweiten Mehrzahlen von optischen Dämpfungsgliedern durchgelassen werden, zu einem einzigen Lichtleiter.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem jedes optische Dämpfungsglied einen variablen optischen Reflektor umfasst.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem das optische Dämpfungsmittel eine weitere Mehrzahl von optischen Dämpfungsgliedern umfasst, jedes optische Dämpfungsglied der weiteren Mehrzahl einen anderen Teil des Spektrums dämpft; jedes optische Dämpfungsglied der weiteren Mehrzahl denselben Teil des Spektrums dämpft und in demselben Strahlengang enthalten ist wie ein entsprechendes optisches Dämpfungsglied in der ersten Mehrzahl.
System nach Anspruch 5, in welchem das optische Dämpfungsmittel eine vierte Mehrzahl von optischen Dämpfungsgliedern umfasst, und in welchem die vierte Mehrzahl von optischen Dämpfungsgliedern einen zweiten Satz mit der weiteren Mehrzahl von optischen Dämpfungsgliedern bildet; jedes optische Dämpfungsglied des zweiten Satzes einen anderen Teil des Spektrums dämpft; und jedes optische Dämpfungsglied des zweiten Satzes denselben Teil des Spektrums dämpft und in demselben Strahlengang enthalten ist wie ein entsprechendes optisches Dämpfungsglied des ersten Satzes.
System nach Anspruch 5 oder 6, in welchem jedes optische Dämpfungsglied einen variablen optischen Reflektor zum Steuern der Leistungspegel von Signalen umfasst, die durch das optische Dämpfungsglied durchgelassen werden; in welchem die Reflexionscharakteristiken der Reflektoren der ersten Mehrzahl oder des ersten Satzes von optischen Dämpfungsgliedern (je nach Lage des Falles) einen ersten Gradienten im aktiven Bereich umfassen, und in welchem die Reflexionscharakteristiken der Reflektoren der weiteren Mehrzahl oder des zweiten Satzes von optischen Dämpfungsgliedern (je nach Lage des Falles) einen zweiten Gradienten im aktiven Bereich umfassen; und in welchem die ersten und zweiten Gradienten ein entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen.
System nach Anspruch 5 oder 6, in welchem jedes optische Dämpfungsglied einen variablen optischen Reflektor zum Steuern der Leistungspegel von Signalen umfasst, die durch das optische Dämpfungsglied reflektiert werden; in welchem die Reflexionscharakteristiken der Reflektoren der ersten Mehrzahl oder des ersten Satzes von optischen Dämpfungsgliedern (je nach Lage des Falles) einen ersten Gradienten im aktiven Bereich umfassen, und in welchem die Reflexionscharakteristiken der Reflektoren der weiteren Mehrzahl oder des zweiten Satzes von optischen Dämpfungsgliedern (je nach Lage des Falles) einen zweiten Gradienten im aktiven Bereich umfassen; und in welchem die ersten und zweiten Gradienten ein entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen.
System nach Anspruch 5 oder 6, in welchem jedes optische Dämpfungsglied einen variablen optischen Reflektor umfasst, wobei die optischen Reflektoren der ersten Mehrzahl oder des ersten Satzes von optischen Dämpfungsgliedern (je nach Lage des Falles) die Leistungspegel von Signalen steuern, die durch das optische Dämpfungsglied durchgelassen werden; die optischen Reflektoren der weiteren Mehrzahl oder des zweiten Satzes von optischen Dämpfungsgliedern (je nach Lage des Falles) die Leistungspegel von Signalen steuern, die durch das optische Dämpfungsglied reflektiert werden; in welchem die Reflexionscharakteristiken der Reflektoren der ersten Mehrzahl oder des ersten Satzes von optischen Dämpfungsgliedern (je nach Lage des Falles) einen ersten Gradienten im aktiven Bereich umfassen, und in welchem die Reflexionscharakteristiken der Reflektoren der weiteren Mehrzahl oder des zweiten Satzes von optischen Dämpfungsgliedern (je nach Lage des Falles) einen zweiten Gradienten im aktiven Bereich umfassen; und in welchem die ersten und zweiten Gradienten dasselbe Vorzeichen aufweisen.
System nach Anspruch 7 bis 9, in welchem das Reflexionsvermögen auf eine im Wesentlichen konstante Art und Weise mit der Wellenlänge variiert.
System nach Anspruch 7 bis 9, in welchem das Reflexionsvermögen auf eine nichtlineare Art und Weise mit der Wellenlänge variiert.
System nach Anspruch 7 bis 9, in welchem das Reflexionsvermögen mit der Wellenlänge exponentiell variiert.
System nach einem der Ansprüche 6 bis 12, umfassend einen optischen Zirkulator oder einen optischen Isolator zum Durchlassen der Lichtsignale von jedem optischen Dämpfungsglied des ersten Satzes zum entsprechenden optischen Dämpfungsglied des zweiten Satzes.
System nach einem der Ansprüche 4 und 7 bis 12, in welchem jeder optische Reflektor ein abstimmbares optisches Filter umfasst, wobei das Reflexionsvermögen des optischen Filters mit der Wellenlänge variiert.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen optischen Zirkulator oder einen optischen Isolator zum Durchlassen der Lichtsignale zum Strahlengang.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in welchem die Lichtsignale wellenlängengemultiplext (WDM) sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend Signalpegelmessmittel zum Messen des Pegels einer Mehrzahl von Signalen in einem Strahlengang, wobei das Messmittel einen einzigen Fotodetektor umfasst.
System nach Anspruch 17, umfassend Modulationsmittel zum Einführen einer unterschiedlichen charakteristischen Modulation in jedes der Lichtsignale, wobei das Messmittel Mittel zum Messen der Amplituden der unterschiedlichen charakteristischen Modulationen umfasst.
System nach einem der Ansprüche 17 und 18, umfassend Steuermittel zum Steuern des Betriebs des optischen Dämpfungsmittels basierend auf den Informationen, die durch das Messmittel geliefert werden.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn abhängig von einem der Ansprüche 8 und 9, zum selektiven Verzögern von Komponenten eines Lichtsignals gemäß den Wellenlängen der Komponenten.
Optisches Kommunikationssystem, welches das System nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet.
Telekommunikationssystem, welches das System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 20 verwendet.