DE60033694T2 - Dichter Wellenlängenmultiplexer mit Nutzung eines asymmetrischen Passband-Interferometer - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft faseroptische Netzwerke und insbesondere faseroptische Multiplexer nach der DWDM-Technik (Dense Wavelength Division Multiplexer – DWDM-Multiplexer).
  • VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung stellt eine Continuation-in-Part-Anmeldung in den USA mit dem Titel „Nonlinear Interferometer For Fiber Optic Dense. Wavelength Division Multiplexer Utilizing A Phase Differential Method Of Wavelength Separation" mit der Nummer 09/247,253, angemeldet am 10. Februar 1999, dar.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Faseroptische Netzwerke werden aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit und Datenübertragungskapazität zunehmend für die Übertragung von Daten eingesetzt. Über eine einzige optische Faser kann eine Vielzahl von Wellenlängen übertragen werden. Die Gesamtheit der vielzähligen, miteinander kombinierten Wellenlängen umfasst ein einzelnes zu übertragendes Komposit-Signal. Wesentlich für faseroptische Netzwerke ist die Aufteilung des optischen Signals in seine Kanalkomponenten, üblicherweise erfolgt dies mittels eines Wellenlängen-Multiplexers. Diese Aufteilung ist notwendig, um einen Austausch von Kanälen zwischen Schleifen eines Netzwerks zu vollziehen. Dieser Austausch erfolgt an Verbindungsknoten, an denen sich zwei oder mehrere Schleifen zum Zweck des Austauschs von Signalen zwischen Kanälen treffen.
  • An den Verbindungsknoten liegen Ein-/Auskopplungssysteme vor, die zur Realisierung des Austausches zwischen den Kanälen dienen. Der Datenaustausch umfasst den Austausch zwischen zueinander passenden Kanälen aus zwei unterschiedlichen Schleifen innerhalb des optischen Netzwerks. Anders ausgedrückt, wird für jedes Signal ein Kanal zur anderen Schleife ausgekoppelt, während gleichzeitig der passende Kanal von der anderen Schleife entkoppelt wird.
  • 1 stellt ein vereinfachtes optisches Netzwerk 100 dar. Das faseroptische Netzwerk 100 umfasst eine Hauptschleife 150, die Hauptstandorte, wie zum Beispiel San Francisco und New York, miteinander verbindet. Zwischen den Hauptstandorten befindet sich eine lokale Schleife 110, die über den Verbindungsknoten 140 mit der Schleife 150 verbunden ist. Für den Fall, dass sich die lokale Schleife 110 in Sacramento befindet, werden folglich die Kanäle in San Francisco in ein optisches Signal multiplexiert und von San Francisco aus verschickt, vollziehen eine Ein- und Auskopplung von Kanälen aus dem Signal von Sacramento am Verbindungsknoten 140 und das so entstehende, neue Signal wird nach New York weitergeleitet. Innerhalb der Schleife 110, die das Gebiet von Sacramento bedient, werden optische Signale an unterschiedliche Orte übertragen. Lokale Empfänger (nicht dargestellt) sind an unterschiedlichen Stellen innerhalb der lokalen Schleife 110 stationiert, um die optischen Signale in elektrische Signale mit einem geeigneten Protokollformat umzusetzen.
  • Die Aufteilung eines optischen Signals im Komposit-Signal in seine Signalkomponenten wird üblicherweise mittels eines DWDM-Multiplexers vollzogen. 2 zeigt die Ein-/Auskopplungssysteme 200 und 210 jeweils mit DWDM-Multiplexern 220 und 230. Ein optisches Signal von der Schleife 110 (λ1 – λn) tritt in das Ein-/Auskopplungssystem 200 beim Knoten A (240) ein. Das Signal wird in seine Kanalkomponenten mittels des DWDM-Multiplexers 220 aufgeteilt. Jeder einzelne Kanal wird dann über einen ihm eigenen Pfad 250-1 bis 250-n ausgegeben. Beispielsweise läuft λ1 über den Kanal 250-1 und λ2 über den Kanal 250-2, usw. Auf entsprechende Weise tritt das Signal von der Schleife 150 (λ1' – λ2') über den Knoten C (270) in das Ein-/Auskopplungssystem 210 ein. Das Signal wird in seine Kanalkomponenten mittels des Wellenlängen-Multiplexers 230 aufgespalten. Jeder der Kanäle wird dann über einen ihm zugeordneten Pfad 280-1 bis 280-n ausgegeben. Beispielsweise laufen λ1' über den Pfad 280-1 und λ2' über den Pfad 280-2 usw.
  • Nach der Ausführung der Ein-/Auskopplungsfunktion wird beispielsweise λ1 vom Pfad 250-1 zum Pfad 280-1 übertragen. Dieses wird mittels des DWDM-Multiplexers 230 mit den anderen Kanälen auf der Schleife 150 zu einem einzigen, neuen optischen Signal kombiniert. Das neue Signal wird dann zur Schleife 150 über den Knoten D (290) zurückgeführt. Gleichzeitig wird λ1' vom Pfad 280-1 zum Pfad 250-1 übertragen. Es wird dann mittels des DWDM-Multiplexers 220 mit den anderen Kanälen auf der Schleife 110 zu einem einzelnen optischen Signal verbunden. Dieses neue Signal wird dann über den Knoten B (260) zur Schleife 110 zurückgeführt. Auf diese Weise wird ausgehend von der Schleife 110 als Referenz der Kanal λ1 aus deren Signal zur Schleife 150 ausgekoppelt, während der Kanal λ1' aus dem Signal der Schleife 150 eingekoppelt wird, um Teil ihres neuen Signals zu werden. Entsprechend komplementär ist der Vorgang ausgehend von der Schleife 150 als Referenz. Dies stellt das Einkoppelungs- und Auskopplungsverfahren dar.
  • Für konventionelle Verfahren werden Wellenlängen-Multiplexer zur Aufteilung des optischen Signals in seine Kanalkomponenten verwendet, wobei hierfür Filter und faseroptische Gitter als Separatoren verwendet werden. Der in der vorliegenden Anmeldung verwendete Ausdruck „Separator" stellt eine integrierte Anordnung von optischen Komponenten dar, welche als Einheit funktioniert, und die zur Herausfilterung eines oder mehrerer Kanäle aus dem optischen Signal dient. Filter ermöglichen den Durchtritt des Zielkanals, während alle weiteren Kanäle umgelenkt werden. Faseroptische Gitter reflektieren den Zielkanal, während alle weiteren Kanäle durchgelassen werden. Sowohl Filter als auch faseroptische Gitter sind der Fachwelt bekannt und werden im Folgenden nicht im Detail erläutert.
  • Ein Problem von konventionellen Separatoren stellt ihre Beschränktheit auf Kanäle mit übereinstimmenden Abständen und/oder Bandbreiten dar. Typische Netzwerke übertragen jedoch Mehrfachsignale mit unterschiedlichen Modulations- und Datentransferraten. Diese unterschiedlichen Modulationsraten führen zu unterschiedlichen effektiven Bandbreiten, welche im Folgenden als Informationsignal-Bandbreiten bezeichnet werden. Beispielsweise führt eine höhere Modulationsrate zu einer Beanspruchung oder Verwendung einer erweiterten optischen Bandbreite (welche entweder über die Frequenz oder die Wellenlänge festgelegt wird) im Vergleich zu geringeren Modulationsraten. Optische Komponenten von konventionellen Wellenlängen-multiplexierten (WDM) optischen Kommunikationssystemen arbeiten jedoch mit bestimmten, feststehenden Bandbreiten für die Kanäle. Für die WDM-Systeme, in die unterschiedliche Signale mit voneinander abweichenden Datentransferraten in unterschiedlichen Kanälen übertragen werden, kann die zur Verfügung stehende Bandbreite der Faser am effizientesten dann ausgenutzt werden, wenn die Bandpassbreite der Hardware mit den durch die Datentransferraten der Kanäle festgelegten Informationssignal-Bandbreiten übereinstimmt. Dies macht optische Hardware mit ungeraden oder asymmetrischen Bandpassbreiten für die Kanäle notwendig. Konventionelle Kanal-Separatoren weisen feste Bandpassbreiten für die Kanäle auf und sind nicht in der Lage, Kanäle in einer solchen asymmetrischen Art und Weise auszufiltern. Folglich müssen für die WDM-Systeme entweder die Bandpassbreiten so weit wie die weiteste Informationssignal-Bandbreite gesetzt werden, oder die Informationssignal-Bandbreite für jeden Kanal wird auf die von der Hardware zur Verfügung gestellte Bandpassbreite begrenzt. Im jeden Fall führt dies zu einer ineffektiven Ausnutzung der Gesamtbandbreite des optischen Systems.
  • Folglich besteht ein Bedarf für eine Vorrichtung für die Separation von optischen Kanälen, welche es einem Wellenlängen-Multiplexer erlaubt, Kanäle in einer asymmetrischen Art und Weise auszufiltern. Diese Vorrichtung sollte eine Übereinstimmung der Bandpassbreite der Hardware mit der Informationssignal-Bandbreite der Kanäle ermöglichen und zu einer effizienteren Ausnutzung der optischen Bandbreite in DWDM-Systemen führen, in denen Signale mit unterschiedlichen Datentransferraten zeitgleich übertragen werden. Die vorliegende Erfindung bedient diese Anforderung.
  • Die EP-A-0 933 657 offenbart ein multifunktionales optisches Filter für die Kommunikation mit DWDM-Multiplexierung und Netzwerkanwendungen, welches ein Michelson-GT-Interferometer umfasst, in dem einer der reflektierenden Spiegel durch einen Gires-Tournois-Resonator ersetzt ist. Die Vorrichtung kann zur Durchleitung und für die Auskopplung von Kanälen und als Breitbandfilter verwendet werden. Dieses Dokument erlaubt es jedoch nicht, für unterschiedliche Kanäle unterschiedliche Bandbreiten zu verwenden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Interferometer für die Anwendung bei DWDM-Multiplexern, das entsprechend der Festlegung von Anspruch 1 der Aufteilung eines optischen Signals in einzelne optische Kanäle dient. Das Interferometer umfasst Folgendes:
    eine Polarisationsstrahlteiler-Vorrichtung zur Aufteilung jedes optischen Kanals in zwei Kanalkomponenten mit unterschiedlicher Polarisation;
    zwei Interferometerarme zur Aufnahme der Ausgangssignale von der Polarisationsstrahlteiler-Vorrichtung, wobei jede der beiden Kanalkomponenten jeweils in einen zugeordneten Interferometerarm eingekoppelt wird;
    jeder Interferometerarm umfasst einen zugeordneten Spiegel, der am Ende des Interferometerarms so positioniert ist, dass die zwei Kanalkomponenten nach der Reflexion an den Spiegeln in der Strahlteilervorrichtung wieder zusammengeführt werden,
    jeder Interferometerarm umfasst ferner teilreflektierende Mittel und Mittel zur Erzeugung einer Phasenverzögerung (Phasenverzögerungs-Mittel);
    hierbei werden die Reflektivität der teilreflektierenden Mittel und die Phasenverzögerung, welche durch die Phasenverzögerungs-Mittel erzeugt wird, so eingestellt, dass vorbestimmte, asymmetrisch überlappende Bandpassbreiten entstehen, wobei die Bandpassbreite für die erste Kanalkomponente auf eine vorbestimmte Art und Weise von der Bandpassbreite der zweiten Kanalkomponente abweicht und wobei die Bandpassbreiten der zwei Kanalkomponenten auf überlappende Art und Weise Wellenlängen-multiplexiert werden.
  • Die vorliegende Erfindung gibt ferner ein Verfahren an, welches der Aufteilung eines optischen Signals in einem Interferometer in einzelne optische Kanäle dient und das zur Verwendung für DWDM-Multiplexer vorgesehen ist, das Verfahren umfasst Folgendes:
    Aufteilung jedes optischen Kanals mittels einer Polarisationsstrahlteiler-Vorrichtung in zwei Kanalkomponenten mit unterschiedlicher Polarisation;
    Übernahme der Ausgangssignale der Strahlteilervorrichtung in zwei Interferometerarme, derart, dass jede Kanalkomponente in einen entsprechenden Interferometerarm eingekoppelt wird;
    in jedem Interferometerarm wird die relevante Kanalkomponente an einem entsprechenden Spiegel reflektiert, der am Ende des jeweiligen Interferometerarms angebracht ist, sodass die zwei Kanalkomponenten nach der Reflexion an den Spiegeln in der Strahlteilervorrichtung rekombiniert werden;
    jeder der Interferometerarme reflektiert die relevante Kanalkomponente teilweise und induziert eine Phasenverzögerung für die relevante Kanalkomponente,
    wobei der Grad der Teilreflexion und der Grad der Phasenverzögerung so ausgewählt werden, dass vorbestimmte asymmetrisch überlappende Bandpassbreiten entstehen, hierbei weist die Bandpassbreite für die erste Kanalkomponente einen gewählten Unterschied zur Bandpassbreite für die zweite Kanalkomponente auf und die Bandpassbreiten in den beiden Kanalkomponenten werden in einer überlappenden Art und Weise Wellenlängen-multiplexiert.
  • Das erfindungsgemäße Interferometer mit asymmetrischen Bandpassbreiten ist in der Lage, Kanäle auszufiltern, die Signale mit unterschiedlichen Datentransferraten übertragen. Mit der vorliegenden Erfindung wird die maximale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Bandbreite einer optischen Faser realisiert. Eine zusätzliche Funktionalität für das erfindungsgemäße Interferometer mit asymmetrischen Bandpassbreiten besteht darin, dass bei einer Behandlung der Kanäle eine ungerade oder asymmetrische Ein- oder Auskopplung vollzogen wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 zeigt ein vereinfachtes optisches Netzwerk.
  • 2 zeigt konventionelle Ein-/Auskopplungssysteme und DWDM-Multiplexer.
  • 3 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Interferometers mit asymmetrischen Bandpassbreiten.
  • 4 zeigt in einer Draufsicht eine bevorzugte Ausgestaltung eines Separators, der mit einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Interferometers verwendet werden kann.
  • 5 zeigt den Laufweg für eine Gruppe von Kanälen, welche durch einen Separator mit einem erfindungsgemäßen Interferometer mit asymmetrischen Bandpassbreiten geführt wird.
  • 6 zeigt den Laufweg für die verbleibenden Kanäle, für die eine Phasenverschiebung beim Durchtritt durch den Separator 1000 mit den erfindungsgemäßen Interferometern 400A und 400B induziert wird.
  • 7, 8 und 9 zeigen Beispiele für unterschiedliche Bandbreiten, welche durch ein Interferometer gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung erzeugt werden.
  • 10 zeigt ein Flussdiagramm, welches eine bevorzugte Ausgestaltung für das erfindungsgemäße Verfahren darstellt, bei dem die Kanäle des optischen Signals mittels des erfindungsgemäßen Interferometers mit asymmetrischen Bandpassbreiten aufgeteilt werden.
  • 11A zeigt eine zweite bevorzugte Ausgestaltung des Separators, der ein erfindungsgemäßes Interferometer verwenden kann.
  • 11B stellt ein einfaches Blockdiagramm für den Betrieb eines erfindungsgemäßen optischen Multiplexers mit vier asymmetrischen Zugängen für die Ein- und Auskopplung dar.
  • 12 zeigt eine erste Ausgestaltung eines Netzwerks, welches die erfindungsgemäßen Kanalseparatoren für asymmetrische Bandpassbreiten einsetzt.
  • 13 zeigt einen erfindungsgemäßen, asymmetrisch überlappenden DWD-Multiplexer, der durch eine Kopplung der erfindungsgemäßen asymmetrischen Kanalseparatoren in einer aus mehreren Ebenen bestehenden, parallelen, kaskadierten Anordnung realisiert wird.
  • 14 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung einer Anordnung von Wellenlängen-multiplexierten Kanälen zur Verwendung in einem optischen Netzwerk, wobei erfindungsgemäße, asymmetrisch überlappende DWDM-Multiplexer verwendet werden.
  • 15 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung für ein Verfahren zum Demultiplexieren der Kanäle der in 14 dargestellten Anordnung, wobei ein erfindungsgemäßer, asymmetrisch überlappender DWDM-Multiplexer verwendet wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung des Filterverfahrens zur Verwendung für DWDM-Multiplexer. Die nachfolgende Beschreibung ist so dargelegt, dass ein Fachmann die Erfindung ausführen und verwenden kann und diese wird im Rahmen einer Patentanmeldung und den sich daraus ergebenden Notwendigkeiten erläutert. Unterschiedliche Abwandlungen der bevorzugten Ausgestaltungen erschließen sich einem Fachmann unmittelbar und die zugrunde liegenden Prinzipien können für weitere Ausführungsbeispiele angewandt werden.
  • Das Filterverfahren, welches in einem Separator mit einem erfindungsgemäßen DWDM-Multiplexer angewandt wird, umfasst ein Interferometer mit einer asymmetrischen Bandpasscharakteristik. Gemäß der in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Terminologie ist ein „Interferometer mit asymmetrischer Bandpasscharakteristik" eine optische Interferometereinrichtung, die entsprechend zu einer sich ändernden Wellenlänge oder Frequenz des Lichts, welche mit der Vorrichtung wechselwirkt, eine asymmetrische, periodische Modulation einer physikalischen Eigenschaft des Lichts nach der Wechselwirkung erzeugt. Ein solches Interferometer erlaubt es einem DWDM-Multiplexer, Kanäle aus Signalen mit unterschiedlichen Bandbreiten auszufiltern und ermöglicht so eine effiziente Bandbreitenausnutzung in DWDM-Systemen, in denen unterschiedliche Signale mit unterschiedlichen Datentransferraten in den unterschiedlichen Kanälen übertragen werden.
  • Für eine weitergehende Beschreibung der Merkmale der vorliegenden Erfindung wird auf die 3 bis 15 in Verbindung mit den nachfolgenden Erläuterungen verwiesen.
  • 3 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung für ein erfindungsgemäßes Interferometer mit einer asymmetrischen Bandpasscharakteristik. Das Interferometer 300 befindet sich in einem Separator eines DWDM-Multiplexers. Das Interferometer 300 umfasst zwei Glasplatten 380A–380B, die einen dazwischenliegenden Raum 310 festlegen. Die Innenfläche der Glasplatte 380B ist mit einer reflektierenden Beschichtung 320 versehen, wobei deren Reflektivität r2 bevorzugt 100% beträgt. Die Innenfläche der Glasplatte 380A ist mit einer reflektierenden Beschichtung 340 mit einer Reflektivität r1 versehen. Eine Wellenplatte 350 außerhalb des Raums 310 und eine zweite Wellenplatte 360 innerhalb des Raums 310 erzeugen eine Phasenverschiebung zwischen einem ordentlichen Strahl (o-Strahl) und einem außerordentlichen Strahl (e-Strahl) für das Signal 10 außerhalb und innerhalb des Raums 310. Die Wellenplatte 350 erzeugt eine optische Verzögerung L1, während die Wellenplatte 360 eine optische Verzögerung L2 erzeugt. Die zwei Glasplatten 380A und 380B werden zueinander über Trägerelemente mit Nullexpansion 370 beabstandet. Die Trägerelemente mit Nullexpansion 370 bestehen aus einem von der Temperatur unbeeinflussten Material, sodass sie im Wesentlichen bei einem Temperaturwechsel keiner Längenexpansion oder Kontraktion unterliegen. Zwei Beispiele für geeignete Materialien zum Aufbau von Trägerelementen mit Nullexpansion 370 umfassen ULE-Glas, hergestellt von CORNING, INC. aus Corning, New York, USA und ZERODUR-Glas, hergestellt von SCHOTT GLAS, TECHNOLOGIES von Duryea, Pennsylvania, USA.
  • 4 zeigt eine Draufsicht für eine erste Ausgestaltung eines Separators, welcher für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Interferometers verwendet werden kann. Dieser Separator wird durch die parallel anhängige US-Patentanmeldung mit dem Titel „Nonlinear Interferometer For Fiber Optic Dense Wavelength Division Multiplexer Utilizing A Phase Differential Method Of Wavelength Separation", mit der Nummer 09/247,253 offenbart, welche am 10. Februar 1999 eingereicht wurde.
  • Der Separator 1000 umfasst eine optische Faser 1010 für die Eingabe optischer Signale und optische Fasern 1020 und 1030 für die Ausgabe optischer Signale. Nach dem Austritt aus der optischen Faser 1010 divergieren die Signale. Eine Linse 1050 bündelt die Signale und lenkt diese zum Polarisationsstrahlteiler 1070, der die Signale in Abhängigkeit der Richtung der Polarisationsebene aufteilt. Diese Aufteilung findet an der Verbindungsebene 1075 des Strahlteilers 1070 statt. Die Komponente des Eingangssignals (p-Komponente), welche eine Polarisationsebene aufweist, die durch die Ausbreitungsrichtung der Eingangssignale und eine senkrecht zur Verbindungsebene 1075 verlaufende Gerade festgelegt ist, tritt durch den Strahlteiler 1070 hindurch und läuft zum Interferometer mit asymmetrischer Bandpasscharakteristik 300B. Die Komponente des Eingangssignals (s-Komponente), welche parallel zur Verbindungsebene 1075 polarisiert ist, wird durch den Strahlteiler 1070 zum Interferometer mit asymmetrischer Bandpasscharakteristik 300A reflektiert. Die Interferometer 300A und 300B induzieren Phasenunterschiede zwischen zwei Gruppen von Kanälen, die mit den Eingangssignalen übertragen werden.
  • 5 zeigt den Laufweg für eine Gruppe von Kanälen des Eingangssignals für den Durchgang durch den Separator 1000 mit den Interferometern 300A und 300B mit asymmetrischer Bandpasscharakteristik gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese Gruppe von Kanälen läuft durch den Polarisationsstrahlteiler 1070 ausgehend von der Eingangsfaser 1010. Jeder Kanal weist eine Lichtkomponente 1110 mit einer s-Polarisation (Es) und eine Lichtkomponente 1120 mit p-Polarisation (Ep) auf. Die Lichtkomponenten mit Es und Ep Polarisationscharakteristik werden jeweils in Eo und Ee Komponenten parallel zur Hauptstrahlrichtung des doppelbrechenden Elements im Interferometer 300B und entsprechend 300A aufgespalten. Diese Komponenten sind einem Fachmann geläufig und werden hier nicht genauer beschrieben. Der Vektor Ep 1120 wird in die Komponenten Epo 1130 und Epe 1140 aufgeteilt, wobei der Vektor Es 1110 in die Komponenten Eso 1150 und Ese 1160 aufgeteilt wird. Diese Aufteilung wird in 5 für jede Lichtkomponente, repräsentiert durch die Vektoren Es und Ep gezeigt, und zwar sowohl vor deren Eintritt, wie auch nach deren Austritt aus dem Interferometer 300A und entsprechend 300B. Licht 1120, dessen Polarisation durch den Vektor Ep repräsentiert ist, wird zum Interferometer 300B übertragen, während Licht 1110, dessen Polarisation durch den Vektor Es repräsentiert ist, zum Interferometer 300A übertragen wird. Beide Lichtkomponenten werden in ihren Interferometern 300A und 300B ohne einen Unterschied in der Phasenverschiebung zwischen Eso 1150 und Ese 1160 (oder zwischen Epo 1130 und Epe 1140) reflektiert. Folglich wird sowohl die Ep-Komponente 1120 als auch die Es-Komponente 1110 zum Polarisationsstrahlteiler 1070 zurückgeführt, ohne dass eine Änderung der Polarisationsrichtung eintritt. Diese Komponenten durchlaufen den Polarisationsstrahlteiler 1070 zur Ausgangsfaser 1020.
  • 6 zeigt den Laufweg für die verbleibenden Kanäle des Eingangssignals, für die eine Phasenveränderung beim Durchlaufen des Separators 1000 mit den erfindungsgemäßen Interferometern 300A und 300B eintritt. Entsprechend der in 5 gezeigten Gruppe von Kanälen laufen die verbleibenden Kanäle zum Polarisationsstrahlteiler 1070 ausgehend von der Eingangsfaser 1010. Jeder Kanal weist eine Lichtkomponente 1210 mit s-Polarisation (Es) und eine Lichtkomponente 1220 mit p-Polarisation (Ep) auf. Entsprechend zur Gruppe von Kanälen in 5 wird jede der Lichtkomponenten mit Es- und Ep-Polarisation in Eo- und Ee-Komponenten parallel zur Hauptstrahlrichtung der doppelbrechenden Elemente in den Interferometern 300A und entsprechend 300B aufgeteilt. Der Vektor Ep 1220 wird in die Komponenten Epo 1230 und Epe 1240 zerlegt, während der Vektor Es 1210 in die Komponenten Eso 1250 und Ese 1260 aufgeteilt wird. Diese Aufteilung wird in 6 für jede der Lichtkomponenten dargestellt, welche durch die Vektoren Es und Ep repräsentiert werden, und zwar sowohl vor deren Eintritt wie auch nach deren Austritt aus den Interferometern 300A und entsprechend 300B. Licht 1220, dessen Polarisation durch den Vektor Ep repräsentiert ist, wird zum Interferometer 300B geleitet, während Licht, dessen Polarisation durch den Vektor Es 1210 repräsentiert ist, zum Interferometer 300A geleitet wird. Für die verbleibenden Kanäle erzeugen die Interferometer 300A und 300B eine Phasendifferenz von π zwischen Epo 1230 und Epe 1240 sowie entsprechend zwischen Eso 1250 und Ese 1260. Diese Phasendifferenz erzeugt eine Drehung der Polarisation für jede der Lichtkomponenten 1210 und 1220 um π/2, wobei eine Umwandlung von Es in Ep und entsprechend von Ep in Es eintritt. Wenn diese beiden Lichtkomponenten wiederum den Strahlteiler 1070 durchlaufen, führt diese Rotation dazu, dass sie zur Ausgangsfaser 1030 geleitet werden. Als Folge nimmt die Ausgangsfaser 1020 die Gruppe von Kanälen aus 6 auf, während die Ausgangsfaser 1030 die verbleibenden Kanäle enthält.
  • Die Gruppe von Kanälen, für die eine Veränderung der Phase eintritt, wird durch eine Anpassung der Reflektivität r1 der ersten reflektiven Beschichtung 340, der Verzögerung L1 der ersten Wellenplatte 350 und der Verzögerung L2 der zweiten Wellenplatte 360 oder einer Kombination hieraus ausgewählt, was nachfolgend dargelegt wird.
  • Die 7, 8 und 9 zeigen Beispiele sowohl für symmetrische, wie auch für asymmetrische, überlappende Bandpässe, deren Trennung durch ein erfindungsgemäßes Interferometer vereinfacht wird. In jeder dieser Figuren bezeichnet die Horizontalrichtung schematisch die Wellenlänge oder die Frequenz und die Vertikalrichtung bezeichnet schematisch die optische Transmission zwischen dem Eingang und einem oder einem weiteren der Ausgänge des Kanalseparators. Wie in 7 gezeigt, ist beispielsweise die Reflektivität r1 der ersten reflektiven Beschichtung 340 auf 18,5% eingestellt und die Verzögerungen L1 und L2 der ersten und der zweiten Wellenplatte 350, 360 sind als λ/8 und entsprechend als λ/4 festgelegt. Aus diesem Parametersatz ergibt sich ein Bandpass w1 für eine Gruppe 702 von Kanälen und ein Bandpass w2 für eine Gruppe der verbleibenden Kanäle 704, wobei das Verhältnis von w1 zu w2 1:1 beträgt. In 7 sind die Gruppen 702 und 704 der Kanäle als durchgezogene Linie und entsprechend als gestrichelte Linie dargestellt. Folglich wird die Gruppe 702 von jedem zweiten Kanal zu einer der Ausgangsfasern geleitet, während die Gruppe 704 der verbleibenden, jeweils zweiten Kanäle zu einer anderen Ausgangsfaser geführt wird.
  • In der vorliegenden Beschreibung wird der Ausdruck „symmetrisch überlappend" zur Beschreibung einer Gruppe von Kanalbandpässen entsprechend der Darstellung in 7 verwendet, der Ausdruck „asymmetrisch überlappend" wird für eine Gruppe von Kanalbandpässen, wie sie entweder in 8 oder in 9 gezeigt sind, verwendet. Für symmetrisch überlappende Konfigurationen (7) überlappt eine erste Gruppe von Kanälen und wird mit einer zweiten Gruppe von Kanälen multiplexiert, woraufhin die Bandpassbreiten aller Kanäle im Wesentlichen übereinstimmen. Für asymmetrisch überlappende Kanalkonfigurationen (8, 9) weichen die übereinstimmenden Bandpassweiten für eine erste Gruppe von Kanälen deutlich von den übereinstimmenden Bandpassweiten für eine zweite Gruppe von Kanälen ab, mit der die erste Gruppe überlappt und mulitplexiert wird.
  • Für das zweite in 8 dargestellte Ausführungsbeispiel wird r1 auf 32,5%, L1 und L2 auf 3λ/16 und entsprechend λ/8 eingestellt. Diese Parameterwahl resultiert in einem Verhältnis von w1 zu w2 von 3:1. Folglich wird die Gruppe 802, bestehend aus drei Kanälen, zu einer Ausgangsfaser geleitet, während die Gruppe 804, die aus den zwischen den jeweils aufeinander folgenden drei Kanälen aus der Gruppe der verbleibenden Kanälen 802 besteht, zu einer anderen Ausgangsfaser geleitet wird. Die schraffierten Bereiche in den 7–9 zeigen schematisch die Lage und die Bandpassbreite von konventionellen WDM-Kanälen mit gleichmäßigen Abständen und übereinstimmenden Kanalbandpassbreiten. Für das in 8 dargestellte Beispiel umfasst die Gruppe 802 von Kanälen jeweils drei gruppierte, aufeinander folgende konventionelle Kanäle, die voneinander durch Bandabstände getrennt sind, deren Weiten jenen von konventionellen Kanälen entsprechen. Ferner umfasst gemäß des Beispiels aus 8 die Gruppe 804 von Kanälen jeden vierten konventionellen Kanal, wobei diese Kanäle in die Bandabstände für die Gruppe 802 von Kanälen fallen. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf Kanäle mit konventionellen Bandpassbreiten, so kann die Gruppe 802 von Kanälen alternativ Kanäle umfassen, deren Bandpassbreiten dreifach weiter sind, als die ihnen zugeordneten Trennbänder. Dies wäre beispielsweise dann der Fall, wenn die Gruppen 802 und 804 von Kanälen Digitalsignale mit relativ hoher Geschwindigkeit und entsprechend relativ niedriger Geschwindigkeit übertragen.
  • Für ein drittes Ausführungsbeispiel, welches in 9 dargestellt ist, ist r1 auf 56,3%, L1 und L2 auf 7λ/32 und entsprechend λ/16 eingestellt. Für diese Parameterwahl beträgt das Verhältnis von w1 zu w2 7:1. Folglich wird die Gruppe 902, welche jeweils aus sieben nebeneinander liegenden konventionellen Kanälen oder alternativ aus einem einzigen Kanal besteht, dessen Bandpassbreite siebenfach größer ist als jene konventioneller Kanäle, zu einer Ausgangsfaser geleitet, während die Gruppe 904 der verbleibenden Kanäle zwischen jeder der Gruppen aus sieben konventionellen Kanälen der Gruppe 902 zu einer anderen Ausgangsfaser geleitet wird.
  • Folglich kann durch eine Einstellung unterschiedlicher Kombinationen für r1, L1 und L2 das Ausfiltern unterschiedlicher Gruppen von Kanälen oder für Kanäle mit unterschiedlichen Bandpassbreiten durch den Separator gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgen. Die voranstehend beschriebene Vorrichtung ist insbesondere dann nützlich, wenn unterschiedliche Signale mit unterschiedlichen Datentransferraten gleichzeitig über dieselbe optische Faser übertragen werden. Eines der Signale kann eine niedrigere Modulationsrate als das andere aufweisen. Unterschiede in den Datentransferraten können daraus resultieren, dass Signale von unterschiedlichen Signalquellen stammen. Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die maximal zur Verfügung stehende Bandbreite einer optischen Faser auszunutzen, da Kanäle, die durch Signale mit unterschiedlichen Datentransferraten auf derselben Faser übertragen werden, erfolgreich voneinander getrennt werden können.
  • 10 stellt ein Flussdiagramm dar, welches eine bevorzugte Ausgestaltung für ein erfindungsgemäßes Verfahren darstellt, bei dem Kanäle in einem optischen Signal mittels eines Interferometers mit einer asymmetrischen Bandpasscharakteristik voneinander getrennt werden. Zunächst wird das optische Signal ausgehend von seiner optischen Polarisation im Schritt 1080 aufgespalten. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt diese Aufspaltung mittels eines Polarisationsstrahlteilers 1070 (4). Als nächstes wird für eine erste Gruppe von Kanälen des aufgespaltenen optischen Signals eine Phasenverschiebung induziert, wobei die verbleibenden Kanäle des aufgespaltenen optischen Signals eine zweite Gruppe von Kanälen umfasst und die übereinstimmenden Bandbreiten der ersten Gruppe nicht den übereinstimmenden Bandbreiten der zweiten Gruppe entsprechen – siehe Verfahrensschritt 1082. Für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird die Phasenverschiebung entsprechend der voranstehenden Beschreibung durch die Interferometer 300A und 300B mit asymmetrischer Bandpasscharakteristik (3) bewirkt. Daraufhin werden in dem Verfahrensschritt 1084 in Abhängigkeit der jeweiligen Polarisation die erste Gruppe von Kanälen zu einer ersten Stelle und die zweite Gruppe von Kanälen zu einer zweiten Stelle geleitet. Für ein bevorzugtes Ausgestaltungsbeispiel leitet der Polarisationsstrahlteiler 1070 diese ausgehend von der jeweiligen Polarisation entweder zu der Ausgangsfaser 1020 oder zu der Ausgangsfaser 1030 entsprechend der voranstehenden Beschreibung.
  • Eine weitere zusätzliche Funktionalität für das Interferometer 300 mit asymmetrischer Bandpasscharakteristik gemäß der vorliegenden Erfindung ist dessen Fähigkeit, die Ein- und Auskopplung beim Trennen der Kanäle zu vereinfachen. 11A zeigt ein zweites, bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Separator, welcher ein erfindungsgemäßes Interferometer verwendet. Der Separator 1180 oder der asymmetrische, optische Ein- und Auskopplungsmultiplexer (asymmetric optical add drop multiplexer – OADM) entspricht dem Separator 1000 (4) mit der Ausnahme, dass eine zusätzliche Eingangsfaser 1040 benachbart zur Ausgangsfaser 1030 angeordnet ist. Folglich umfasst der asymmetrische OADM 1180 zwei Eingangsfasern 1010 und 1040 und zwei Ausgangsfasern 1020 und 1030. Wie auf der linken Seite von 11A dargestellt ist, werden jene Kanäle, deren Lichtsignale, die beim asymmetrischen OADM 1180 von der Faser 1110 aus eintreffen, eine Polarisationsebene aufweisen, die um 90° gedreht ist, zur Ausgangsfaser 1030 geleitet, und es werden Kanäle mit Lichtsignalen, deren Polarisationsebene nicht gedreht ist, zur Ausgangsfaser 1020 geleitet. Umgekehrt werden, wie auf der rechten Seite von 11A dargestellt, beim Eintritt des Lichtsignals von der Faser 1040 in den asymmetrischen OADM 1180 die Kanäle, die Wellenlängen umfassen, deren Polarisationsebene um 90° gedreht ist, zur Faser 1020 ausgegeben und jene Kanäle, deren Lichtsignale keine Drehung der Polarisationsebene erfahren, werden zur Faser 1030 ausgegeben. Folglich trägt die Ausgangsfaser 1020 jenen Strahlungsanteil der Faser 1010, dessen Polarisationsebene nicht rotiert ist, zusammen mit der Strahlung aus der Faser 1040, deren Polarisationsebene um 90° gedreht ist.
  • Weiterhin trägt die Ausgangsfaser 1030 das Licht von der Faser 1010, dessen Strahlung bezüglich der Polarisationsebene um 90° gedreht wurde, zusammen mit der Strahlung aus der Faser 1040 deren Polarisationsebene nicht gedreht wurde. Entsprechend der Betriebsweise der Interferometer 300A, 300B mit asymmetrischer Bandpasscharakteristik, welche in dem asymmetrische OADM 1180 aufgenommen sind, umfasst der Strahlungsanteil, dessen Polarisationsebene um 90° gedreht wird, eine erste Gruppe von Kanälen und der Strahlungsanteil, dessen Polarisationsebene nicht rotiert wird, umfasst eine zweite Gruppe von Kanälen, wobei die erste Gruppe und die zweite Gruppe von Kanälen einander jeweils wechselseitig ausschließende, überlappende Gruppen von Wellenlängenintervallen aufweisen.
  • 11B zeigt in einem einfachen Blockdiagramm die Betriebsweise eines asymmetrischen, optischen Multiplexers 1180 mit vier Zugängen für die Ein- und Auskopplung. Der Multiplexer 1180 für die Ein- und Auskopplung verwendet ein Interferometer 300 gemäß der vorliegenden Erfindung (nicht dargestellt), um die ein- und auszukoppelnden Kanäle auszufiltern. Wie dargestellt, umfasst das Kompositsignal die konventionellen Kanäle λ1 – λn, welche als Eingangssignale dem Multiplexer 1180 zur Ein- und Auskopplung zugeführt werden. Die Vorrichtung 1180 kann dann eine Gruppe von Kanälen aus dem Eingabe-Kompositsignal auskoppeln, während eine weitere Gruppe von Kanälen in das Ausgangssignal eingekoppelt wird.
  • Beispielsweise wird angenommen, dass jeder vierte Kanal eingekoppelt und ausgekoppelt wird. Die einzukoppelnden Kanäle (λ'1, λ'5, λ'9, λ'13) werden mittels eines konventionellen Multiplexers 1182 dem Multiplexer 1180 für die Ein- und Auskopplung zugeführt. Der Multiplexer 1180 für die Ein- und Auskopplung verwendet ein erfindungsgemäßes Interferometer 300 mit r1 32,5 %, L1 = 3λ/16 und L2 = λ/8 gemäß der Darstellung in 8. Das asymmetrische OADM 1180, welches ein Interferometer 300 mit einer asymmetrischen Bandpasscharakteristik mit solchermaßen gewählten optischen Parametern umfasst, filtert aus dem Eingangssignal λ1 – λ16 eine Gruppe von jeweils drei aufeinander folgenden Kanälen (λ2, λ3, λ4, λ6, λ7, λ8, λ10, λ11, λ12, λ14, λ15, λ16) sowie eine Gruppe der verbleibenden Kanäle (λ1, λ5, λ9, λ13) heraus. Der Multiplexer 1180 für die Ein- und Auskopplung koppelt gleichzeitig die Gruppe der Kanäle (λ'1, λ'5, λ'9, λ'13) vom Multiplexer 1102 ein, während zeitgleich die Gruppe der verbleibenden Kanäle (λ1, λ5, λ9, λ13) ausgekoppelt wird. Das Ausgangssignal umfasst dann die Gruppe mit den jeweils drei aufeinander folgender Kanälen und die eingekoppelten Kanäle (λ'1, λ2, λ3, λ4, λ'5, λ6, λ7, λ8, λ'9, λ10, λ11, λ12, λ'13, λ14, λ15, λ16). Die ausgekoppelte Gruppe von Kanälen (λ1, λ5, λ9, λ13) kann mittels eines konventionellen Demultiplexers 1184 demultiplexiert werden.
  • 12 zeigt eine erste Ausgestaltung für ein Netzwerk, welches die erfindungsgemäßen Kanalseparatoren mit asymmetrischer Bandpasscharakteristik anwendet. Im Netzwerk überträgt eine erste Gruppe von optischen Kanälen Signale und eine zweite Gruppe von Kanälen umfasst Informationen zum Routing der Signale, wobei die erste Gruppe und die zweite Gruppe miteinander in überlappender Weise Wellenlängen-multiplexiert sind. In dem in 12 dargestellten Netzwerk werden Kanalseparatoren mit asymmetrischer Bandpasscharakteristik gemäß der vorliegenden Erfindung dafür verwendet, an Netzwerkknoten die erste und die zweite Gruppe von Kanälen auszufiltern und zu rekombinieren. Beispielsweise kann gemäß 9 die Gruppe 902 von Kanälen, die große Bandbreiten aufweisen, konventionelle Signale übertragen und die Gruppe 904 von Kanälen mit schmalen Bandbreiten kann die Codierung für das Routing oder für die Zieladressen enthalten, wobei jede dieser Codierungen für das Routing die Zieladresse des benachbarten Signalkanals überträgt. Für das in 12 gezeigte Beispiel werden die Laufwege für die Kanäle zur Signalübertragung mit durchgezogenen Linien gezeigt, während die Laufwege für die Kanäle mit den Routing- oder Zieladressen durch strichpunktierte Linien dargestellt werden. Die optischen Eingabekommunikationssysteme oder Fasern, System A und System B, übertragen jeweils eine Vielzahl von überlappenden Signal- und Routingkanälen zu einem zugeordneten, asymmetrischen Kanalseparator 1000 (4) gemäß der vorliegenden Erfindung, der in 12 als Kanalseparator 1000a und entsprechend 1000b dargestellt ist. Jeder Kanalseparator mit asymmetrischer Bandpasscharakteristik trennt die Signalkanäle von den Kanälen für das Routing ab und führt diese zu einem ersten optischen Kanalgruppenumsetzer (Optical Cross Connect – OXC) 1202a und entsprechend einem zweiten OXC 1202b. Die dem Fachmann bekannten optischen Kanalgruppenumsetzer teilen optische Signale und leiten diese um oder rekombinieren diese zwischen unterschiedlichen Kommunikationssystemen oder Fasern in Abhängigkeit des Zielorts für das Signal. Die zwei OXCs 1202a und 1202b, die in 12 gezeigt sind, können eines beliebigen Typs sein, sie werden simultan und parallel betrieben, wobei der erste OXC 1202a die Signalkanäle und der zweite OXC 1202b die Kanäle für das Routing behandelt.
  • Ein kleiner Teil der Routingsignale wird über die optische Verzweigung 1206 und eine optische Verzweigungsleitung 1204 zur OXC Steuerung 1208 abgezweigt.
  • Die OXC-Steuerung 1208 überwacht und decodiert kontinuierlich die unterschiedlichen Zielortsignale, die durch die Vielzahl der Routingkanäle übertragen werden und überwacht die Schaltfunktion des ersten 1202a und des zweiten 1202b OXCs, und zwar in Abhängigkeit des decodierten Zielorts für jedes der Signale. Da das Routing für jeden Kanal für die Zielorte durch den zweiten OXC 1202b dem zugeordneten Signalkanal auf dem ersten OXC 1202a entspricht, steuert die OXC-Steuerung 1208 die zwei OXCs 1202a und 1202b zeitgleich und parallel. Nach dem Durchlaufen der OXCs 1202a, 1202b werden die Signalkanäle und die entsprechend zugeordneten Zielortkanäle zusammen mit weiteren Signal-/Zielortkanalpaaren mittels der asymmetrischen Kanalseparatoren 1000c und 1000d rekombiniert, sodass sie über die faseroptischen Kommunikationssysteme C und D ausgebildet werden können.
  • 13 zeigt einen asymmetrisch überlappenden DWDM-Multiplexer (Asymmetric Interleaf Dense Wavelength Division Multiplexer – AI-DWDM), welcher durch eine Kopplung erfindungsgemäßer asymmetrischer Kanalseparatoren (Asymmetric Channel Separators – ACS) in einer parallelen, kaskadierten Anordnung in mehreren Ebenen realisiert wird. In 13 ist eine parallele, kaskadierte Anordnung mit zwei Ebenen gezeigt, durch welche eine Vielzahl von Wellenlängen-multiplexierten Kanäle in vier getrennten Gruppen demultiplexiert werden, wobei jede Gruppe über eine separate Ausgangsfaser weitergeleitet wird. Entsprechend kann die gezeigte Variante des AI-DWDM durch eine beliebige Anzahl von Ebenen erweitert werden, sodass eine größere Anzahl von Kanalgruppen ausgegeben werden kann.
  • Wie in 13 gezeigt, umfasst der AI-DWDM 1350 eine Eingangsfaser 1352, eine erste Ebene mit 1 × N optischen Schaltern 1354 zur Aufteilung auf verschiedene Laufwege, eine der ersten Ebene zugeordnete Gruppe 1356 von n ACS, umfassend n unterschiedliche Kanalseparatoren 1357.1–1357.n, einen ersten 1358a und einen zweiten 1358b zur ersten Ebene gehörenden optischen Schalter für die Rekombination von N × 1 Laufwegen, einen ersten 1360a und einen zweiten 1360b, zur zweiten Ebene gehörenden optischen Schalter für die Verteilung auf 1 × M Laufwege, eine erste Gruppe von m zur zweiten Ebene gehörenden ACS 1632a, umfassend die individuellen Kanalseparatoren 1363.1–1363.m, eine zweite Gruppe von m zur zweiten Ebene gehörenden ACS 1362b, umfassend die individuellen Kanalseparatoren 1364.1–1364.m, eine Gruppe von vier zur zweiten Ebene gehörenden optischen Schaltern 1366a–1366d für die Zusammenführung von M × 1 Laufwegen und eine Gruppe von vier optischen Fasern 1368a–1368d als Ausgänge.
  • Der AI-DWDM 1350 empfängt eine Vielzahl von Wellenlängen-multiplexierten Kanälen von der Eingangsfaser 1352. Diese Kanäle werden dann zu den der ersten Ebene zugeordneten optischen Schaltern 1354 für die Aufteilung auf 1 × N unterschiedliche Laufwege geleitet, welche die Vielzahl von Kanälen genau zu einem von n der ersten Ebene zugeordneten, erfindungsgemäßen ACS aus der Gruppe 1356 leitet. Die Gruppe 1356 umfasst einen asymmetrischen Kanalseparator für jeden Typ, d.h. die Ausfilterung erfolgt mit einem bestimmten w1:w2-Verhältnis gemäß der Definition aus den 7–9. Der der ersten Ebene zugeordnete optische Schalter 1354 für die Aufteilung auf 1 × N unterschiedliche Laufwege sucht jeweils nur einen der Kanalseparatoren aus der Gruppe 1356 von ACS, d.h. einen der ACS 1357.1–1357.n, aus, um die Vielzahl der Kanäle zu empfangen. Die nicht dargestellte Steuerung für den Schalter bestimmt automatisch und kontinuierlich, welcher Kanalseparator derzeit das Signal in Abhängigkeit der gegenwärtig vorliegenden Konfiguration für die Kanalweiten oder für die Gruppierung der Kanäle innerhalb des Signals empfängt.
  • Im AI-DWDM 1350 teilt der aktive, der ersten Ebene zugeordnete, asymmetrische Kanalseparator (d.h. jener, den der jeweilige ACS zu einer bestimmten Zeit verwendet) die ursprüngliche Vielzahl von Kanälen in zwei Untergruppen von Kanälen auf, wobei die erste der Untergruppen zu einem ersten 1358a und entsprechend zu einem zweiten, zur ersten Ebene gehörenden Schalter 1358b für die Rekombination der Laufwege geleitet wird. Die Anzahl der in jede der Untergruppen geführten Kanäle hängt von den Signaltrennungseigenschaften des aktiven, zur ersten Ebene gehörende ACS ab, entsprechend der Darstellung gemäß der 7–9. Die unterschiedlichen Laufwege für alle möglichen ersten Untergruppen von Kanälen und für alle möglichen zweiten Untergruppen von Kanälen werden am ersten 1358a und entsprechend am zweiten, zur ersten Ebene gehörenden optischen Schalter 1358b für die Zusammenführung von Laufwegen N × 1 rekombiniert. Die Einstellungen für den zur ersten Ebene gehörenden optischen Schalter 1354 zur Aufteilung auf 1 × N unterschiedliche Laufwege und für den ersten 1358a und den zweiten, zur ersten Ebene gehörenden optischen Schalter 1358b zur Zusammenführung der N × 1 Laufwege stimmen zu einer gegebenen Zeit überein.
  • Nachdem Durchlaufen eines zur ersten Ebene gehörenden Schalters zur Rekombination von Laufwegen im AI-DWDM 1350 werden die erste Untergruppe von Kanälen und entsprechend die zweite Untergruppe von Kanälen zu einem ersten 1360a und einem zweiten, zur zweiten Ebene gehörenden optischen Schalter 1360b für die Aufteilung auf 1 × M unterschiedliche Laufwege geleitet, wobei jeder dieser Schalter die entsprechende Untergruppe von Kanälen zu genau einem asymmetrischen Kanalseparator leitet, der zu einer Gruppe von asymmetrischen Kanalseparatoren gehört, die der zweiten Ebene zugeordnet ist. Die erste und die zweite Untergruppe von Kanälen werden zu einem Separator aus der Gruppe 1362a und entsprechend der Gruppe 1362b geleitet. Die Steuerung für den Schalter bestimmt automatisch und kontinuierlich, welcher der zur zweiten Ebene gehörenden Kanalseparatoren derzeit das Signal in Abhängigkeit der gegenwärtig vorliegenden Konfiguration der Kanalweiten innerhalb der ersten und der zweiten Untergruppe von Kanälen empfängt. Beim Durchlaufen der Abfolge von Schaltern, entweder des Schalters 1358a gefolgt vom Schalter 1360a oder des Schalters 1358b gefolgt vom Schalter 1360b, ist es nicht notwendig, dass die aktiven, zur ersten und zur zweiten Ebene gehörenden Kanalseparatoren während des Betriebs des AI-DWDM 1350 vom gleichen Typ sind.
  • Nach dem Durchlaufen einer ersten Gruppe von zur zweiten Ebenen gehörenden asymmetrischen Kanalseparatoren, d.h. einem der ACS 1363.1–1363.m im AI- DWDM 1350, wird die erste Untergruppe von Kanälen in eine dritte und eine vierte Untergruppe von Kanälen aufgeteilt. Entsprechend erfolgt eine Aufteilung für die zweite Untergruppe von Kanälen nach dem Durchlaufen eines asymmetrischen Kanalseparators, der zur zweiten, der zweiten Ebene zugeordneten Gruppe gehört, d.h. eines der ACS 1364.1–1364.m aus dem AI-DWDM 1350, in eine fünfte oder sechste Untergruppe von Kanälen. Die Anzahl und die Auswahl der Kanäle, die einer bestimmten Untergruppe zugeführt werden, hängt von den Kanalaufteilungseigenschaften für das jeweils aktive ACS auf der ersten und der zweiten Ebene ab, entsprechend der Darstellung in 7–9. Die dritten, vierten, fünften und sechsten Untergruppen der Kanäle werden dann zu einem zur zweiten Ebene gehörenden optischen Schalter für die Zusammenführung von M × 1 Laufwegen 1366a, 1366b, 1366c und entsprechend 1366d im asymmetrischen DWDM 1350 geleitet. Zu jeder Zeit ist die Einstellung für den zur zweiten Ebene gehörenden ersten Schalter 1360a für die Aufteilung auf unterschiedliche Laufwege identisch zu jener für jeden der zur zweiten Ebene gehörenden Schalter 1366a und 1366b für die Zusammenführung der Laufwege und die Einstellung des zweiten, zur zweiten Ebene gehörenden Schalters 1360b für die Aufteilung auf unterschiedliche Laufwege entspricht jener für die zur zweiten Ebene gehörenden Schalter 1366c und 1366d für die Zusammenführung der Laufwege. Nach dem Durchlaufen durch den jeweils zugeordneten Schalter wird jede dritte, vierte, fünfte und sechste Untergruppe von Kanälen zu einer einzigen optischen Ausgangsfaser 1368a–1368d geführt.
  • 14 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung für eine Wellenlängen-multiplexierte Kanalkonfiguration zur Verwendung in einem optischen Netzwerk, welches einen asymmetrisch überlappten DWDM-Multiplexer gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt. Die punktierten Linien in 14 zeigen schematisch ein System konventioneller Kanäle mit gleichmäßigen Kanalabständen und Bandbreiten. Die neue Kanalkonfiguration, welche hier vorgestellt wird, ist mit durchgezogenen Linien und schraffierten Rechtecken dargestellt und umfasst eine erste Gruppe von i-breitbandigen Kanälen 1402.1–1402.1, welche mit einer zweiten Gruppe von j-Kanälen mittlerer Bandbreite 1404.1–1404.j und mit einer dritten Gruppe von k- Kanälen mit enger Bandbreite 1406.1–1406.k multiplexiert sind (i, j und k sind Integer größer als 1), wobei die Datentransferrate und Bandbreite für jeden Kanal aus der ersten Gruppe ungefähr viermal größer sind im Vergleich zu jedem der Kanäle aus der zweiten Gruppe und wobei die Datentransferrate und die Bandbreite für jeden Kanal aus der zweiten Gruppe ungefähr viermal größer sind im Vergleich zu jedem der Kanäle aus der dritten Gruppe. In 14 sind zwei einzelne Kanäle 1402.1–1402.2 aus der ersten (breitbandigen) Gruppe, zwei einzelne Kanäle 1404.1–1404.2 aus der zweiten Gruppe (mit mittlerer Bandbreite) und drei einzelne Kanäle (1406.1–1406.3) aus der dritten Gruppe (mit enger Bandbreite) dargestellt. Wie genau im Folgenden beschrieben wird, umfasst die erfindungsgemäße Kanalkonfiguration jedoch eine unbestimmte Anzahl von Kanälen in jeder der Gruppen.
  • Wie weiterhin in 14 gezeigt, stimmt die Lage der zentralen Wellenlänge für jeden der Kanäle der neuen Kanalkonfiguration mit jener der konventionellen Kanälen überein, wobei der Mittelpunkt-zu-Mittelpunktabstand der Kanäle der ersten Gruppe 1402 (breitbandig), der zweiten Gruppe 1404 (mittlere Bandbreite) und der dritten Gruppe 1406 (enge Bandbreite) mit dem Abstand für jeden achten, jeden vierten und entsprechend jeden der konventionellen Kanäle übereinstimmt. Ferner folgt auf einen Kanal 1402.1 aus der ersten Gruppe in Bezug auf die Wellenlänge (oder die Frequenz) ein Kanal 1404.1 aus der zweiten Gruppe, dem Kanal 1404.1 der zweiten Gruppe folgen bezüglich der Wellenlänge (oder der Frequenz) wenigstens ein oder bis zu drei Kanäle 1406.1–1406.3 aus der dritten Gruppe nach und den Kanälen 1406.1–1406.3 aus der dritten Gruppe folgt bezüglich der Wellenlänge (oder der Frequenz) ein Kanal 1404.2 aus der zweiten Gruppe nach. Beispielsweise ist in 14 eine solche Kanalabfolge durch die Anordnung der Kanäle 1402.1, 1404.1, 1406.1, 1406.2, 1406.3 und 1404.2 gezeigt, die ferner durch die Kanalabfolge 1402.2, 1404.2, 1406.3, 1406.2, 1406.1 und 1404.1 illustriert wird. Diese Kanalabfolge umfasst ein Muster, das bezüglich der Wellenlänge (oder der Frequenz) unendlich oft wiederholt wird, sodass eine periodische Kanalkonfiguration entsteht.
  • 15 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung für ein Verfahren zur Demultiplexierung der Kanäle für eine Konfiguration gemäß der Darstellung von 14, wobei ein erfindungsgemäßer, asymmetrisch überlappter DWDM-Multiplexer (AI-DWDM) Verwendung findet. Der AI-DWDM 1500 umfasst einen ersten Kanalseparator 1503, der Interferometer mit einer asymmetrischen Bandpasscharakteristik und ferner ein Paar zweiter Kanalseparatoren 1505a–1505b verwendet, wobei der erste Kanalseparator 1503 optisch mit den zweiten Kanalseparatoren 1505a–1505b in einer parallelen, kaskadierten Konfiguration gekoppelt ist. Der erste Kanalseparator 1503 umfasst Interferometer mit asymmetrischer Bandpasscharakteristik, sodass konventionelle Kanäle entsprechend des in 8 anhand der Bandpassgruppen (Transmissionsspektren) gezeigten 3-zu-1-Schemas voneinander getrennt werden. Ein solches Transmissionsspektrum 802 ist in 14 dargestellt. Die Kanalpositionen für die erste Gruppe 1402.1–1402.1 und jene für die dritte Gruppe 1406.1–1406.k stimmen mit den Bandpässen des Spektrums 802 überein. Entsprechend stimmt die Kanalposition für die zweite Gruppe 1404.1–1404.j mit den Trennbändern des Spektrums 802 oder mit den Trennbändern des Spektrums 804 (nicht dargestellt in 14) überein. Die zweiten Kanalseparatoren 1505a–1505b weisen symmetrische Bandpässe mit gleichförmiger Weite auf, sodass das Licht in jedem zweiten dieser Bänder zu einem oder einem weiteren Ausgang des Kanalseparators geleitet wird, wobei ein Band einen oder mehrere einzelne Kanäle umfasst.
  • 15 zeigt schematisch mehrere Kanäle, die entsprechend der erfindungsgemäßen Kanalkonfiguration, dargestellt in 14, angeordnet sind. Diese Kanäle werden in zwei Ebenen durch den AI-DWDM 1500 demultiplexiert. In der ersten Ebene führt der erste Kanalseparator 1503 die Kanäle der ersten Gruppe 1402.1–1402.1 und die Kanäle der dritten Gruppe 1406.1–1406.k zu einem ersten optischen Laufweg 1504a, während dieser gleichzeitig die Kanäle der zweiten Gruppe 1404.1–1404.j entlang eines zweiten optischen Laufwegs 1504b führt. Der erste 1504a und der zweite optische Laufweg 1504b führen die Kanäle zu einem Separator 1505a und entsprechend zu einem Separator 1505b. Der Separator 1505a trennt die Kanäle der ersten Gruppe 1402.1–1402.1 von jenen der dritten Gruppe 1406.1–1406.k und führt diese Kanäle zur Ausgangsfaser 1506a und entsprechend zur Ausgangsfaser 1506b. Der Separator 1505b teilt die Kanäle der zweiten Gruppe von Kanälen so auf, dass jeder zweite Kanal aus der Gruppe 1404.1–1404.j zur Ausgangsfaser 1506c geleitet wird und die verbleibenden Kanäle werden zur Ausgangsfaser 1506d geführt werden. Folglich übermittelt die Ausgangsfaser 1506a nach dem Durchlaufen des AI-DWDM 1500 alle weiteren Kanäle und aus der ersten Gruppe die Kanäle 1402.1–1402.1, die zweite Ausgangsfaser übermittelt alle weiteren Kanäle und aus der dritten Gruppe die Kanäle 1406.1–1406.k, die dritte Ausgangsfaser 1506c übermittelt lediglich jeden zweiten Kanal 1404.1, 1404.3, 1404.5 usw. aus der zweiten Gruppe von Kanälen und die Ausgangsfaser 1506d übermittelt lediglich die verbleibenden Kanäle 1404.1, 1404.3, 1404.5 usw. aus der zweiten Gruppe von Kanälen.
  • Es wurde ein verbessertes Verfahren zur Verwendung für einen DWDM-Multiplexer offenbart. Die bevorzugte Ausgestaltung für das Filterverfahren umfasst ein Interferometer mit asymmetrischer Bandpasscharakteristik, welches in der Lage ist, Kanäle zu trennen, die Signale mit unterschiedlicher Bandbreite transportieren, oder das dazu verwendet werden kann, Kanäle mit konventionellen Bandbreiten in ungleiche, asymmetrische Gruppierung aufzuspalten. Durch die vorliegende Erfindung wird eine maximale Ausnutzung der auf einer optischen Faser zur Verfügung stehenden Bandbreite erreicht. Eine zusätzliche Funktionalität für ein erfindungsgemäßes Interferometer mit asymmetrischer Bandpasscharakteristik ist dessen Fähigkeit, beim Ausfiltern der Kanäle die Ein- und Auskopplung zu vereinfachen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, wird ein Fachmann unmittelbar erkennen, dass Modifikationen an diesen Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können.

Claims (16)

  1. Interferometer zur Verwendung in einem Multiplexer für ein Wellenlängen-Multiplexverfahren hoher Dichte (DWDM) zur Aufteilung eines optischen Signals in optische Kanäle, wobei das Interferometer Folgendes umfasst: eine Polarisationsstrahlteiler-Vorrichtung (1070) zur Aufteilung jedes optischen Kanals in zwei Kanalkomponenten mit unterschiedlicher Polarisation; zwei Interferometerarme zur Aufnahme der Ausgangssignale von der Polarisationsstrahlteiler-Vorrichtung, wobei jeder der beiden Kanalkomponenten jeweils in einen zugeordneten Interferometerarm eingekoppelt wird; das Interferometer ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Interferometerarme Folgendes umfasst: eine Glasplatte (380A), die optisch mit einer zweiten Glasplatte (380B) unter Ausbildung eines zwischenliegenden Raums gekoppelt ist; eine erste reflektive Beschichtung (340) mit einer ersten Reflektivität, die sich innerhalb des Raums auf der ersten Glasplatte befindet; eine zweite reflektive Beschichtung (380) mit einer zweiten Reflektivität, die sich innerhalb des Raums auf der zweiten Glasplatte befindet; eine erste Wellenplatte (360), die sich innerhalb des Raums befindet und welche eine erste optische Verzögerung erzeugt; und eine zweite Wellenplatte (350), die optisch mit der ersten Glasplatte gekoppelt ist und die sich außerhalb des Raums befindet und die dazu dient, eine zweite optische Verzögerung zu erzeugen, wobei die Kombination der Parameterwerte für die erste Reflektivität, die erste optische Verzögerung, die zweite optische Verzögerung eine Bandpassbreite für die erste Kanalkomponente erzeugt, die gewählt unterschiedlich ist zur Bandpassbreite der zweiten Kanalkomponente und die Bandpassbreiten der beiden Kanalkomponenten in überlappender Weise miteinander Wellenlängen-multiplexiert werden.
  2. Interferometer nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Reflektivität und die erste und die zweite Phasenverzögerung so gewählt werden, dass Bandpassbreiten für die beiden Kanalkomponenten entstehen, welche die Übertragung von optischen Signalen mit unterschiedlichen Datentransferraten durch die beiden Kanalkomponenten ermöglichen.
  3. Interferometer nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Reflektivität ungefähr 100% beträgt.
  4. Interferometer nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner umfassend: eine Vielzahl von Trägerelementen (370) mit Nullexpansion, die aus einem Material bestehen, das nicht durch die Temperatur beeinflussten wird, und die zwischen der ersten und der zweiten Glasplatte gekoppelt sind.
  5. Interferometer nach Anspruch 1, umfassend: eine Vielzahl optischer Fasern (1010) zur Übertragung eines optischen Signals oder eines Teils davon zu einem Polarisationsstrahlteiler.
  6. Multiplexer zur Ein-/Auskopplung (1180), umfassend ein Interferometer nach Anspruch 5, wobei das Interferometer so ausgestaltet ist, dass eine erste Gruppe von Kanälen vom optischen Signal abgeteilt wird, um diese von einer zweiten Gruppe von verbleibenden Kanälen des optischen Signals auszukoppeln, wobei der ersten und der zweiten Gruppe erste und zweite Kanalkomponenten mit unterschiedlicher Bandpassbreite zugeordnet sind.
  7. Verfahren zur Aufteilung eines optischen Signals in optische Kanäle in einem Interferometer für die Anwendung in einem Multiplexer für ein Wellenlängen-Multiplexverfahren hoher Dichte (DWDM), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Aufspaltung jedes optischen Kanals mittels einer Polarisationsstrahlteiler-Vorrichtung in zwei Kanalkomponenten unterschiedlicher Polarisation; Aufnahme der Ausgangssignale der Strahlteilervorrichtung in zwei Interferometerarme, derart, dass jede Kanalkomponente in einen zugeordneten Interferometerarm eingekoppelt wird; das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Interferometerarm die entsprechende Kanalkomponente mittels einer ersten Glasplatte reflektiert, wobei diese mit einer zweiten Glasplatte unter Ausbildung eines zwischenliegenden Raums optisch gekoppelt ist, eine erste reflektierende Beschichtung mit einer ersten Reflektivität auf der ersten Glasplatte innerhalb des Raums ausgebildet ist und eine zweite reflektierende Beschichtung mit einer zweiten Reflektivität auf der zweiten Glasplatte innerhalb des Raums ausgebildet ist, sodass die zwei Kanalkomponenten nach der Reflexion an den reflektierenden Beschichtungen in der Strahlteilervorrichtung rekombiniert werden; in jedem der Interferometerarme wird eine Phasenverzögerung für die zugeordnete Kanalkomponente an einer ersten Wellenplatte mit einer zugeordneten ersten optischen Verzögerung erzeugt, welche sich innerhalb des Raums befindet, und an einer zweiten Wellenplatte mit einer zweiten optischen Verzögerung, wobei der Grad der Reflexion und die Größe der Phasenverzögerung so ausgewählt werden, dass ein vorbestimmter Bandpass erzeugt wird, wobei die Breite des Bandpasses für die erste Kanalkomponente spezifisch unterschiedlich zur Breite des Bandpasses für die zweite Kanalkomponente gewählt wird und die Bandpässe der beiden Kanalkomponenten in einer überlappenden Art und Weise miteinander Wellenlängen-multiplexiert werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, umfassend folgende Verfahrensschritte: (a) Aufspalten des optischen Signals in Abhängigkeit der Polarisation; (b) Erzeugen einer Phasenänderung für eine erste Gruppe von Kanälen des aufgespaltenen optischen Signals, wobei die verbleibenden Kanäle des aufgespaltenen optischen Signals eine zweite Gruppe umfassen und wobei die erste und die zweite Gruppe erste und zweite miteinander überlappende Kanalkomponenten unterschiedlicher Bandpassbreite aufweisen, (c) Aussenden der ersten Gruppe zu einem ersten Ort und der zweiten Gruppe zu einem zweiten Ort in Abhängigkeit der erzeugten Phasenänderung.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Aufspaltungsschritt (a) und der Verfahrensschritt des Aussendens (c) durch einen Polarisationsstrahlteiler ausgeführt werden.
  10. Verfahren zur Aufspaltung eines optischen Signals in optische Kanäle, umfassend: eine Vielzahl von optischen Fasern zur Übertragung eines optischen Signals oder eines Teils hiervon; und einen Multiplexer für ein Wellenlängen-Multiplexverfahren hoher Dichte, umfassend ein Interferometer nach Anspruch 1, welches mit einer Vielzahl optischer Fasern gekoppelt ist; und eine Vielzahl optischer Schalter, die mit einer Vielzahl von Separatoren gekoppelt sind, und die der Zuleitung eines optischen Signals oder eines Teils hiervon zu einem geeigneten Separator aus der Vielzahl der Separatoren dienen.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das optische Signal eine Vielzahl von optischen Kanälen umfasst; das Verfahren umfasst die Aufteilung eines oder mehrerer aus der Vielzahl der optischen Kanäle in wenigstens zwei Gruppen, wobei die wenigstens zwei Gruppen erste und zweite miteinander überlappende Kanalkomponenten unterschiedlicher Bandpassbreite aufweisen und die wenigstens zwei Gruppen entlang einer Vielzahl optischer Laufwege ausgegeben werden.
  12. System, umfassend: eine Vielzahl von Multiplexern für ein Wellenlängen-Multiplexverfahren hoher Dichte (DWDM) für den Empfang einer Vielzahl von Kanälen, wobei jeder DWDM ein Interferometer nach Anspruch 1 umfasst und wobei die erste Vielzahl von DWDMs die Vielzahl der Kanäle in eine erste Gruppe, umfassend eine Vielzahl von Signalen, und eine zweite Gruppe, umfassend die Routing-Informationen für die Signale, aufteilt; eine Steuerung für einen optischen Kanalgruppenumsetzer (optical cross connect – OXC), die mit der ersten Vielzahl von DWDMs zum Empfang der ersten und der zweiten Gruppe von Kanälen gekoppelt ist; wobei die Steuerung des OXC ein erstes OXC und ein zweites OXC umfasst und wobei der erste OXC die erste Gruppe von Kanälen empfängt und der zweite OXC die zweite Gruppe von Kanälen empfängt; und eine zweite Vielzahl von DWDMs, die optisch mit der Steuerung des OXC für den Empfang der ersten und der zweiten Gruppe von Kanälen gekoppelt ist, wobei die erste und die zweite Gruppe von Kanälen durch die Steuerung des OXC zu einem geeigneten DWDM aus der zweiten Vielzahl von DWDMs in Abhängigkeit der Information aus der zweiten Gruppe von Kanälen geleitet werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das optische Signal eine Vielzahl von optischen Kanälen umfasst, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Aufteilung eines oder mehrerer aus der Vielzahl der optischen Kanäle mittels der Vielzahl der Interferometer in wenigstens zwei Gruppen, wobei die wenigstens zwei Gruppen erste und zweite überlappende Bandpassbreiten mit unterschiedlicher Weite aufweisen und wobei die Interferometer wenigstens teilweise in einer parallelen, kaskadierten Konfiguration auf mehreren Ebenen angeordnet sind; und die wenigstens zwei Gruppen über eine Vielzahl von optischen Laufwegen ausgegeben werden.
  14. System umfassend: eine Vielzahl optischer Laufwege, einer aus der Vielzahl der optischen Laufwege dient zur Eingabe eines optischen Signals, das optische Signal umfasst eine Vielzahl optischer Kanäle; und eine Vielzahl von Interferometern nach Anspruch 1, die optisch mit der Vielzahl der optischen Laufwege gekoppelt sind und wobei die Vielzahl der Interferometer einen oder mehrere aus der Vielzahl der optischen Kanäle in wenigstens zwei Gruppen aufteilt und wobei die wenigstens zwei Gruppen erste und zweite miteinander überlappende Bandpassbreiten unterschiedlicher Weite aufweisen und wobei die Vielzahl der Interferometer wenigstens teilweise in einer parallelen, kaskadierten Konfiguration auf mehreren Ebenen angeordnet sind.
  15. System umfassend: ein optisches Netzwerk, umfassend asymmetrische, überlappende Multiplexer für einen Wellenlängen-Multiplexverfahren hoher Dichte (AI-DWDM); und eine Vielzahl von Kanälen, die die AI-DWDMs durchlaufen, wobei jeder AI-DWDM ein Interferometer nach Anspruch 1 umfasst und wobei jeder AI-DWDM eine Phasenänderung für einer erste Gruppe aus der Vielzahl der Kanäle bewirkt und wobei die verbleibenden aus der Vielzahl von Kanälen eine zweite Gruppe umfassen und die erste und die zweite Gruppe erste und zweite miteinander überlappende Bandpassbreiten unterschiedlicher Weite aufweisen; und Aussenden der ersten Gruppe zu einem ersten Ort innerhalb des optischen Netzwerks und der zweiten Gruppe zu einem zweiten Ort innerhalb des optischen Netzwerks in Abhängigkeit der erzeugten Phasenänderungen.
  16. Eine Wellenlängen-multiplexierte Kanalkonfiguration umfassend ein Interferometer nach Anspruch 1, wobei die Kanalkonfiguration Folgendes umfasst: eine Vielzahl von sequentiellen Gruppen von Kanälen, wobei jede aus der Vielzahl von sequentiellen Gruppen eine Kanal-Bandpassbreite aufweist, die größer ist als jene der nachfolgenden sequentiellen Gruppe; und einen Multiplexer für die Multiplexierung der Vielzahl von sequentiellen Gruppen von Kanälen.
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