DE60202415T2 - Optischer wellenlängenselektiver Schalter ohne Verzerrung der unblockierten Kanäle - Google Patents

Optischer wellenlängenselektiver Schalter ohne Verzerrung der unblockierten Kanäle Download PDF

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Description

  • VERWEISUNG AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung nimmt die Priorität der Provisional Application No. 60/317,935, angemeldet am 10. September 2001, in Anspruch.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft optische Schalter, insbesondere Wellenlängenblocker.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bei optischen Wellenlängen-multiplexierten (WDM-) Kommunikationssystemen trägt ein einzelner optischer Wellenleiter viele verschiedene Kommunikationskanäle mit Licht von verschiedenen Wellenlängen. Im allgemeinen ist jedem Kommunikationskanal eine nominale zentrale Wellenlänge zugeordnet und das Kanalintervall oder -abstand ist für das Netzwerk definiert. Je enger das Kanalintervall, desto größer die Zahl von Kanälen, die über eine optische Faser des Netzwerks transmittiert werden können. Die International Telecommunications Union hat Dichte-WDM(DWDM-) Netzwerkstandards mit optischen Signalkanälen vorgeschlagen, die Frequenzabstände von 25, 50 und 100 GHz (entsprechend einem Wellenlängenabstand von ungefähr 0,2, 0,4 bzw. 0,8 nm) aufweisen. Geringere Frequenzabstände sind avisiert.
  • Entsprechend werden die Leistungsanforderungen an DWDM-Netzwerke (wie die an Bandbreite, Nebensprechen, polarisationsabhängiger Verlust, Polarisationsmodendispersion und Einfügungsverlust) zwingender. Zusätzlich zu den obigen Schwierigkeiten ist ein selektives Routing bei DWDM- Kommunikationssystemen aufgrund der durch konventionelle optische Schalter eingeführten Beschränkungen schwierig.
  • Konventionelle optische Schalter basieren typischerweise auf optisch-elektrisch-optischen (OEO-) Technologien. In einem OEO-Schema wird das optische Signal in ein elektrisches Signal überführt, das Signal wird elektrisch geschaltet und wird zurück in einen neuen optischen Strahl rückgewandelt. Ungünstigerweise wird die OEO-Umwandlung durch die Verarbeitungsgeschwindigkeit der verfügbaren Elektronik begrenzt. Weiter hängen OEO-Vorrichtungen von der Wellenlänge, dem Modulationsformat und der Modulationsfrequenz ab.
  • Neuerdings gibt es ein zunehmendes Interesse an einem nur-optischen Schalten, wobei eine oder mehrere Wellenlängen selektiv, ohne die Notwendigkeit, die optischen Signale in ein elektronisches Signal umzuwandeln, geschaltet werden. Mikro-elektro-mechanische Systeme (MEMS) haben eine wichtige Rolle bei dem nur-optischen Schalten gespielt, weil diese winzigen Aktuatoren so ausgelegt werden können, um gleichzeitig räumlich aufgelöste Teile des optischen Signals unabhängig voneinander zu schalten. Weiter können MEMS-Vorrichtungen so ausgelegt werden, dass sie kompakt sind, eine geringe Leistungsaufnahme aufweisen und massenhaft produziert werden können, um einen preiswerten Schalter herzustellen. Flüssigkristall- (LC-) Modulatoren haben aus ähnlichen Gründen eine wichtige Rolle bei dem nur-optischen Schalten gespielt.
  • Bei vielen Schaltern nach dem Stand der Technik, die MEMS- oder LC-Modulatoren einsetzen, umfasst der Schalter ein dispersives Element, um den multiplexierten Strahl von Licht räumlich in einzelne Kommunikationskanäle zu unterteilen, die unabhängig von dem Modulator modifiziert werden. Das dispersive Element ist typischerweise ein Reflexions- oder durchlässiges Beugungsgitter, das entweder in einer Einzeldurchlauf- oder einer Doppeldurchlauf-Konfiguration eingesetzt ist. Beispielsweise führt in der Einzeldurchlauf-Konfiguration ein erstes Beugungsgitter das Demultiplexieren durch, während ein zweites Beugungsgitter das Multiplexieren durchführt. In der Doppeldurchlauf-Konfiguration wird ein einzelnes Beugungsgitter mit einem Reflektor kombiniert, um in einem ersten Durchlauf hierdurch das Demultiplexieren und in dem zweiten Durchsatz hierdurch das Multiplexieren zu gewährleisten.
  • Weil jedoch jeder Kommunikationskanal im allgemeinen auf ein getrenntes Element oder Pixel des MEMS- oder LC-Modulators auftrifft, geht aufgrund der Zwischenräume zwischen diskreten Pixeln ein geringer Teil des optischen Signals verloren. Insbesondere entfernen (d.h. blockieren) die undurchsichtigen Zwischenräume zwischen Pixeln in LC-Modulatoren und/oder der Raum zwischen Reflektoren in MEMS-Modulatoren einen Teil des gestreuten Spektrums. Dieses erzeugt eine spektrale Welligkeit in entweder der Amplitude oder der Phase des optischen Signals. Wenn das Transmissionssignal mehr als einen dieser Schalter durchläuft, überlagert sich die spektrale Welligkeit und verursacht erhebliche Transmissionsfehler. Beispielsweise wird eine erhebliche Verengung der Bandbreite beobachtet.
  • Als ein Ansatz, die Bandbreitenverengung, die mit der Kaskadierung mehrfacher Schalter-Vorrichtungen einhergeht, zu umgehen, schlagen US 6,389,188 und 6,320,996 (Scobey et al), die hierin durch Bezugnahme einbezogen werden, einen nur-optischen Schalter vor, der die zu schaltenden optischen Kanäle nur-Wellenlängen-demultiplexiert/-multiplexiert, mit minimaler Signaldegradation für die durchgehenden Kanäle. Der vorgeschlagene Schalter ist jedoch durch den Wellenlängenbereich der dazu eingesetzten Filter begrenzt und kann nicht umgestaltet werden, ohne die Vorrichtung physikalisch zu modifizieren. Mit anderen Worten ist dieser Schalter nicht in der Lage, eine variable Anzahl von nicht-aufeinanderfolgenden Kanälen zu schalten.
  • In US 5,943,158 (Ford et al.), die hierin durch Bezugnahme einbezogen wird, wird ein Dämpfer beschrieben, der auf einem mechanischen Anti-Reflektionsschalter (MARS) basiert, der eine kontinuierliche, einförmig optische Fläche bietet. Diese Vorrichtung ist jedoch nicht geeignet zur Verwendung in einem Wellenlängen-selektiven Schalter, weil sie durch die mechanischen Eigenschaften der kontinuierlichen Membran beschränkt ist. Genauer führen die nicht-diskreten Eigenschaften der mechanischen Membran zu einer Kopplung zwischen den von den nahen Elektroden ausgeübten Steuerungen und beschränkt die erreichbare räumliche und damit die Wellenlängen-Auflösung.
  • Zusätzlich zu den vorstehenden Druckschriften zum Stand der Technik beschreibt die Druckschrift EP 1 126 294 (JDS Uniphase, Inc.) eine optische Vorrichtung zum Umleiten und Modifizieren eines optischen Signals, die in der Lage ist, einen dynamischen Zuwachsausgleicher und/oder einen gestaltbaren optischen Add-Drop-Multiplexer zu betreiben. Druckschrift US 4,707,056 (Carl Zeiss-Stiftung) beschreibt ein optisches Arrangement zur Abbildung einer relativ kleinen oder schlitzartigen Fläche. Druckschrift GB 2 027 546 (Standard Telephones and Cables Ltd.) beschreibt eine faseroptische Kappe, die einen Stab mit gradiertem Index aufweist, eine halbe Wellenlänge lang, zum Einsatz mit einer abgewinkelten Spiegelfläche auf der Hälfte ihrer Länge.
  • Zusätzlich beschreibt Druckschrift WO 99/21123 (Secretary of State for Defence) eine optische Filtervorrichtung, die ein Eingangsport aufweist, erste Streumittel, eine Anordnung von diskreten, unabhängig adressierbaren Elementen, zweite Streumittel und ein Ausgangsport zum Ausgeben des multiplexierten Lichtstrahls. Diese Druckschrift wird als der nächstkommende Stand der Technik bezüglich der im folgenden beschriebenen Erfindung angesehen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Schalter anzugeben, der die obigen Nachteile umgeht.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Schalter zum Blockieren selektiver Wellenlängenkanäle in einem optischen Kommunikationsignal anzugeben, ohne die anderen Wellenlängenkanäle erheblich zu beeinflussen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Wellenlängenblocker angegeben, umfassend:
    einen Eingangsport zum Einkoppeln eines Eingangsstrahls von Licht mit einer Mehrzahl von Wellenlängenkanälen;
    ein erstes Streumittel, das zum räumlichen Unterteilen des Eingangslichtstrahls in eine Mehrzahl von Teilstrahlen von Licht angeordnet ist, wobei jeder Teilstrahl von Licht einem anderen Wellenlängenkanal entspricht;
    eine Anordnung von diskreten, unabhängig adressierbaren Elementen, wobei jedes unabhängig adressierbare Element eine Polarisationsdrehvorrichtung umfasst zum selektiven Drehen der Polarisation von wenigstens einem aus der Mehrzahl von Teilstrahlen zum Formen von blockierten und unblockierten Teilstrahlen von Licht; ein zweites Streumittel zum Empfangen von unblockierten Teilstrahlen von Licht und zum Erzeugen von einzelnen multiplexierten Lichtstrahlen davon; und
    einen Ausgangsport zum Ausgeben des multiplexierten Lichtstrahls, wobei die Anordnung so ausgelegt ist, dass alle unblockierten Teilstrahlen von Licht zu dem Ausgangsport geleitet werden, einschließlich Licht zwischen benachbarten unblockierten Wellenlängenkanälen;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Polarisationsdrehvorrichtung eine Flüssigkristallvorrichtung umfaßt, die mit eine kontinuierlichen Reflexions-Elektrode, eine Flüssigkristallschicht und eine adressierbare transparente Elektrode aufweist.
  • Vorzugsweise umfasst das erste und das zweite Streumittel das gleiche Beugungsgitter. Vorzugsweise umfasst der Wellenlängenblocker weiter eine Kollimations- und Fokussier-Optik zum Fokussieren eines jeden der Teilstrahlen von Licht im wesentlichen an der Anordnung von unabhängig adressierbaren Elementen, wobei die Kollimations- und Fokussier-Optik eine GRIN-Linse, einen sphärischen Spiegel und ein konkaves Beugungsgitter umfassen. Vorzugsweise weist der Wellenlängenblocker ein Freiraum-Design auf.
  • Vorzugsweise umfaßt der Wellenlängenblocker eine Polarisationsdiversitätseinheit zum Bereitstellen von polarisiertem Licht für das erste und das zweite Streumittel und die Anordnung von unabhängig adressierbaren Elementen. Vorzugsweise umfasst der Wellenlängenblocker weiter einen sphärischen Spiegel, der eine Fokalebene zum Umlenken des Eingangsstrahls und der Teilstrahlen von Licht aufweist, wobei das Beugungsgitter und die Anordnung von adressierbaren Elementen im wesentlichen in der Fokalebene angeordnet sind.
  • Vorzugsweise umfasst der Wellenlängenblocker einen teildurchlässigen Spiegel, der optisch zwischen dem zweiten Streumittel und der Anordnung von unabhängig adressierbaren Elementen angeordnet ist, um einen Teil von mindestens einem der Teilstrahlen von Licht, die eintreten oder von der Anordnung von unabhängig adressierbaren Elementen reflektiert werden, abzugreifen. Vorzugsweise umfasst der Wellenlängenblocker weiter eine erste Detektoranordnung zum Messen eines Kennwertes des Teils eines jeden Teilstrahls von Licht, der die Anordnung von unabhängig adressierbaren Elementen eintritt, der von dem teildurchlässigen Spiegel abgegriffen ist.
  • Vorzugsweise umfasst der Wellenlängenblocker weiter eine zweite Detektoranordnung zum Messen eines Kennwertes des von dem teildurchlässigen Spiegel abgegriffenen Teils jedes Teilstrahls von Licht, das von der Anordnung von unabhängig adressierbaren Elementen reflektiert wird. Vorzugsweise dreht die Polarisationsdrehvorrichtung die Polarisation eines jeden blockierten Teilstrahls um 90°, so dass jeder blockierte Teilstrahl von Licht von der Polarisationsdiversitätseinheit aus dem multiplexierten Strahl von Licht blockiert wird.
  • Man beachte, dass der Wellenlängenblocker der vorliegenden Erfindung Schaltervorrichtungen aus dem Stand der Technik überlegen ist, weil er in wirksamer Weise eine abstimmbare Aussparung in dem Ausgangsspektrum bietet. Weil der Wellenlängenblocker nur die auszusondernden Wellenlängen ausspart, ist es möglich, viele von diesen Vorrichtungen eine hinter der anderen zu kaskadieren, ohne ein wesentliches Filtern oder eine Bandpassverengungen der nicht-ausgesonderten Kanäle.
  • Weiter ist der Wellenlängenblocker der vorliegenden Erfindung flexibler und erweiterungsfähiger als andere Wellenlängenblocker oder Schalter, die abstimmbare Filter und/oder Gitter einsetzen. Vorteilhafterweise ist der Wellenlängenblocker derart ausgelegt, dass die diskreten Blockierelemente nur die zu schaltenden Kanäle beeinflussen. In einem Ausführungsbeispiel werden bis zu 10% der Kanäle blockiert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Beispielhafte Ausführungen der Erfindung werden jetzt im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben, wobei:
  • 1 ein schematisches Diagramm ist, das einen Wellenlängenblocker darstellt, der in einem Sendesystem zum Hinzufügen/Aussondern selektierter Kanäle vorgesehen ist;
  • 2a ein schematisches Diagramm der spektralen Antwort eines einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäßen Wellenlängenblockers ist;
  • 2b ein schematisches Diagramm der spektralen Antwort eines Schalters nach dem Stand der Technik ist;
  • 3a eine Draufsicht eines schematischen Diagramms eines einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäßen Wellenlängenblockers ist;
  • 3b eine Draufsicht eines schematischen Diagramms einer diskreten Blockierungsanordnung ist zum Einsatz bei dem in 3a dargestellten Wellenlängenblocker;
  • 4a ein schematisches Diagramm einer diskreten Blockieranordnung eines einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäßen Wellenlängenblockers ist;
  • 4b ein schematisches Diagramm einer anderen diskreten Blockieranordnung eines einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäßen Wellenlängenblockers ist;
  • 4c ein schematisches Diagramm einer anderen diskreten Blockieranordnung eines Wellenlängenblockers, der einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung entspricht;
  • 4d ein schematisches Diagramm einer wieder anderen diskreten Blockierungsordnung eines einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäßen Wellenlängenblockers ist;
  • 5a ein schematisches Diagramm eines einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäßen Wellenlängenblockers ist;
  • 5b eine Seitenansicht des in 5a dargestellten Wellenlängenblockers in einem Durchlaufbetriebsmodus ist;
  • 5c eine Seitenansicht des in 5a dargestellten in einem Blockier-Betriebsmodus ist;
  • 6a ein schematisches Diagramm eines einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäßen Wellenlängenblockers ist, der eine Hinzufügen/Aussortieren-Funktionalität aufweist;
  • 6b eine Seitenansicht des in 6a dargestellten Wellenlängenblockers in einer aussortierenden Betriebsweise ist;
  • 7a ein schematisches Diagramm eines noch einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäßen Wellenlängenblockers ist;
  • 7b eine Draufsicht der in 7a dargestellten Blockieranordnung ist;
  • 7c eine Seitenansicht der in 7a dargestellten Blockieranordnung ist;
  • 8a eine Draufsicht auf ein schematisches Diagramm eines einem wieder anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäßen Wellenlängenblockers ist,
  • 8b eine Seitenansicht des in 8a dargestellten Wellenlängenblockers ist; und
  • 9 ein schematisches Diagramm einer blockierenden Anordnung zum Einsatz in einem einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäßen Wellenlängenblocker ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Erfindung gibt einen umgestaltbaren Wellenlängenschalter an, der die Modifikation von selektierten Wellenlängenkanälen eines multiplexierten optischen Signals erlaubt, während die nicht-selektierten Kanäle im wesentlichen unbeeinflußt sind. Weil der Schalter erlaubt, dass ein einzelner Wellenlängenkanal oder mehrere nicht benachbarte Kanäle blockiert werden, während die nicht-blockierten Kanäle mit fast idealer Transferfunktion transmittiert werden, wird auf den Schalter passenderweise als „Wellenlängenblocker" Bezug genommen.
  • Bezugnehmend auf 1 ist dort ein schematisches Diagramm eines Wellenlängenblockers gezeigt, der in einem Rundfunksystem zum Hinzufügen/Aussondern selektierter Kanäle eingesetzt wird. Die Leistung an dem Strang 10 ist geteilt, um eine durchgehende Route 12 und mehrere Aussonderungsrouten 14a, 14b,... 14n zu bieten. Die auszusondernden Wellenlängen werden durch den Wellenlängenblocker 20 aus der durchgehenden Route 12 entfernt. Wahlweise werden die Aussonderungskanäle vor dem Wellenlängenblocker zu einer vorbestimmten Aussonderungsroute umgelenkt. Beispielsweise ist jede Aussonderungsroute wahlweise mit einem abstimmbaren Wellenlängenfilter (nicht dargestellt) versehen, der dynamisch konfiguriert ist, um nur den spezifizierten Aussonderungskanal durch zu lassen. Wahlweise lenkt jede Aussonderungsroute den entsprechenden Aussonderungskanal zu einem Photodetektor, um das Signal auszulesen, das ausgesondert wird. Die entlang der durchgehenden Route 12 transmittierten Wellenlängen werden zu der Strangroute 10 zurückgebracht, wo verschiedene Zufügungskanäle wahlweise zugefügt sind mittels Zufügungsrouten 16a, 16b,... 16n, die an die Strangroute hinter dem Wellenlängenblocker 20 gekoppelt sind. Vorteilhafterweise kann jede Wellenlänge unabhängig von den anderen Kanälen blockiert oder hinzugefügt werden. Weiter vorteilhaft ähnelt der Ausgang des Wellenlängenblockers 20 dem Eingang mit einer oder mehreren Aussparungen in dem Spektrum.
  • 2a zeigt eine schematische spektrale Antwort eines der vorliegenden Erfindung gemäßen Wellenlängenblockers. Die spektrale Antwort entspricht Kanälen 30a, 30b, 30c, 30d, 30e und 30f, wobei nur ein Wellenlängenkanal 30c ausgesondert ist. Man beachte, dass die durchgehenden Kanäle 30a, 30b, 30d, 30e und 30f im wesentlichen keine Filterung oder Bandbreitenverengung erfahren. Insbesondere weist der Wellenlängenblocker nicht den Nachteil einer erheblichen Kanalverzerrung auf. Entsprechend ist der Wellenlängenblocker ideal zum Kaskadieren, um beispielsweise eine N×N-crossbar-Einheit darzustellen. Im Gegensatz hierzu weist die spektrale Antwort für einen konventionellen optischen Schalter, dargestellt in 2b, aufgrund der diskreten Pixelierung des Schalters (d.h. der MEMS- oder LC-Anordnung) und/oder der Gegenwart von Filtern oder anderen Mechanismen zur spektralen Selektion Aussparungen zwischen durchgehenden Kanälen auf. Dieser additive optische Ansatz führt zu einer nicht-akzeptablen Kanalfilterung, wenn die Schalter kaskadiert werden.
  • Bezugnehmend auf 3a ist dort ein schematisches Diagramm eines einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäßen Wellenlängenblockers dargestellt. Der Wellenlängenblocker 300 umfasst einen Zirkulator 310, eine GRIN-Linse 320, einen sphärischen Spiegel 330, ein Beugungsgitter 340 und eine diskrete Anordnung von steuerbaren Elementen 350. Vorzugsweise sind die GRIN-Linse 320, das Beugungsgitter 340 und die diskrete Anordnung der steuerbaren Elemente 350 im wesentlichen in der Fokalebene FP des sphärischen Spiegels 330 angeordnet. Vorzugsweise ist eine Polarisationsdiversitätseinheit (nicht dargestellt) an die GRIN-Linse 320 gekoppelt, um zwei orthogonal polarisierte Komponenten des Eingangsstrahls von Licht zu unterteilen und diese in zwei räumlich parallele Teilstrahlen von Licht umzuwandeln, die in dem Wellenlängenblocker identische Polarisierungen aufweisen. Beispielsweise sind Polarisationsdiversitätseinheiten, die Halbwellen-Plättchen und/oder doppelbrechende Kristalle umfassen, wie solche, die in der US-Patentanmeldung No. 20020009257 beschrieben sind, die hierin durch Bezugnahme einbezogen wird, in der Technik bekannt und werden nicht weiter diskutiert. Die Polarisationsdiversitätseinheit ist vorzugsweise vor oder nach der GRIN-Linse 320 positioniert.
  • Bezugnehmend auf 3b umfasst die diskrete Anordnung von steuerbaren Elementen 350 ein erstes Elektrodensubstrat 354, ein zweites Elektrodensubstrat 356, das von dem ersten Elektrodensubstrat beispielsweise durch ein Paar von Abstandhalter-Kugeln ferngehalten wird, und eine Schicht Flüssigkristall 355 zwischen den ersten 354 und dem zweiten 356 Elektrodensubstraten. Vorzugsweise ist der Flüssigkristall ein nematischer Flüssigkristall. Das erste Elektrodensubstrat 354 umfasst ein transparentes Substrat 361, eine kontinuierliche Reflexions-Elektrode 362, wie eine dünne Schicht Gold oder Silber, die auf dem Substrat 361 aufgebracht ist, einen isolierenden Film 363, der auf der kontinuierlichen Elektrode 362 aufgebracht ist, und eine Ausrichtschicht 364, die auf den isolierenden Film 363 aufgebracht ist. Das zweite Elektrodensubstrat 356 umfasst ein transparentes Substrat 373, eine gemusterte Schicht eines transparenten, leitfähigen Materials 374, wie Indium-Zinn-Oxid (ITO), die auf dem transparenten Substrat 373 aufgebracht ist, einen isolierenden Film 372, der auf der gemusterten Schicht 374 aufgebracht ist, und eine Ausrichtschicht 371, die auf dem isolierenden Film 372 aufgebracht ist. Eine feststehenden Wellenplatte 359 ist wahlweise an die zweite Elektrode 356 gekoppelt. Die Ausrichtschichten 364, 371, die in einem Ausführungsbeispiel Polymer-Filme sind, werden hergestellt, um eine bevorzugte Ausrichtung für die Flüssigkristallmoleküle dazwischen zu definieren. Die isolierenden Schichten 363, 372 sind optional. Vorzugsweise ist die gemusterte Schicht 374 so ausgelegt, dass das Muster eine Anordnung diskreter, adressierbarer Bereiche 374a, 374b, 374c, 374d ausbildet. Vorzugsweise gibt es genauso viele Bereiche von ITO wie es Wellenkanäle bei dem multiplexierten optischen Eingangssignal gibt. Die gemusterte Schicht 374 und die kontinuierliche Reflexions-Schicht 362 bilden die gegenüberliegenden Elektroden aus, an die eine Spannung angelegt wird, um Bereiche des Flüssigkristalls 355 selektiv wieder auszurichten. Die feststehende Wellenplatte 359 ist vorgesehen, um normalerweise den Flüssigkristall-Modulator 350 vorzuspannen, so dass wenn keine Spannung angelegt ist, der Modulator 350 als Nullwellen-Platte fungiert und die Polarisation des Lichtes, für entweder die erste oder die zweite Passage hierdurch, nicht ändert.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist die kontinuierliche Reflexions-Schicht 362 durch einen planaren Spiegel (nicht dargestellt) ersetzt, der benachbart zu dem transparenten Substrat 361 angeordnet ist; und eine kontinuierliche ITO-Elektrode ist positioniert, wo die Reflexions-Elektrode 362 dargestellt ist. Wahlweise ist ein Polarisator (nicht dargestellt) vor der feststehenden Wellenplatte 359 vorgesehen, um die Blockier-Effizienz zu verbessern.
  • Die Funktionsweise des Wellenlängenblockers 300 wird anhand des folgenden Beispiels beschrieben. Ein optisches Signal, das Kanäle trägt; die zentrale Wellenlängen λ1, λ2,... λ4 aufweisen, wird durch den ersten Port P1 des Zirkulators 310 eingekoppelt, wo es zu Port P2 weitergeleitet wird, und auf die GRIN-Linse auftrifft. Der kollimierte Strahl von Licht wird durch die Polarisationsdiversitätseinheit (nicht dargestellt) durchpassieren gelassen, um zwei senkrecht verschobene Teilstrahlen von Licht herzustellen, die einen gleichen voreingestellten Polarisationszustand aufweisen. Jeder Teilstrahl von Licht wird auf den sphärischen Spiegel 330 transmittiert, wo er reflektiert wird und auf das Beugungsgitter 340 fokussiert wird. Jeder Teilstrahl von Licht wird entsprechend der Wellenlänge in einer Dispersionsebene parallel zu 3a räumlich gestreut (d.h. demultiplexiert). Jeder räumlich gestreute Teilstrahl von Licht wird zurück zu dem sphärischen Spiegel 330 transmittiert und wird auf die diskrete Anordnung von steuerbaren Elementen 350 hin transmittiert. Jeder gestreute Teilstrahl von Licht durchläuft den Flüssigkristall-Modulator, so dass er über die Anordnung von diskreten Bereichen von leitendem ITO 374a, 374b, 374c, 374d verteilt wird. Insbesondere wird jeder Teilstrahl so verteilt, dass der Bereich des Teilstrahls, der ungefähr λ1 entspricht, den diskreten Bereich 374a durchlaufen gelassen, der Bereich, der ungefähr λ2 entspricht, den diskreten Bereich 374b durchlaufen gelassen, der Bereich, der ungefähr λ3 entspricht, den diskreten Bereich 374c durchlaufen gelassen und der Bereich, der ungefähr λ4 entspricht, den diskreten Bereich 374d durchlaufen gelassen wird. Wenn keine Spannung an einem der diskreten Bereiche 374a, 374b, 374c oder 374d angelegt ist, durchläuft jeder Teilstrahl den Flüssigkristall-Modulator 350 und wird von der Elektrode 354 weg zurück zu dem sphärischen Spiegel 330 reflektiert und zu dem Beugungsgitter 340, wo er kombiniert wird, um einen Ausgangs-Teilstrahl von Licht auszubilden. Die zwei Ausgangs-Teilstrahlen von Licht werden in der Polarisationsdiversitätseinheit kombiniert, um ein einzelnes Ausgangssignal zu bilden, das zu dem Zirkulator 310 zurückgebracht wird und an dem Ausgangsport P3 ausgegeben wird.
  • Wenn eine Spannung über eine der Elektroden, beispielsweise 350c, angelegt ist, dann ändert der Flüssigkristall nahe an diesem Bereich die Polarisation des Teils von Licht, das ungefähr λ3 entspricht, um einen vorbestimmten Betrag für jeden Teilstrahl. Für eine angelegt Spannung, für die die Gesamtfunktionalität der Zelle (einschließlich irgendwelcher feststehender Wellenplättchen) die eine Halbwellen-Platte ist, ist die Polarisation des die Zelle verlassenden reflektierten Lichtes orthogonal zu der des einfallenden Lichtes. Wenn dieses Licht zurück zu der Polarisationsdiversitätseinheit geführt wird, wird es in wirksamer Weise blockiert. Entsprechend wird der Teil des Lichtes eines jeden Teilstrahls, der durch die nicht-aktivierten Bereich 350a, 350b, 350d durchlaufen gelassen wird, durch die Komponenten transmittiert, ohne irgendeine signifikante Veränderung, wie vorstehend beschrieben. Insbesondere wird jeder Teil der Teilstrahlen, der den durchgehenden Kanälen entspricht, zurück zu dem sphärischen Spiegel 330 reflektiert, als zwei gestreute Strahlen von Licht, die Kanälen mit zentralen Wellenlängen λ1, λ2 und λ4 entsprechen. Die gestreuten Strahlen von Licht werden zu dem Beugungsgitter 340 reflektiert und kombiniert, um zwei multiplexierte Teilstrahlen von Licht auszubilden. Die zwei multiplexierten Teilstrahlen von Licht, von denen jeder eine Wellenlänge λ1, λ2 und λ4 umfasst, werden zu dem sphärischen Spiegel 330 transmittiert und zu der GRIN-Linse 320 reflektiert, und werden in der Polarisationsdiversitätseinheit (nicht dargestellt) kombiniert, um ein einzelnes Ausgangssignal auszubilden, das an Port P3 ausgegeben wird.
  • Vorteilhafterweise ist die diskrete Anordnung von steuerbaren Elementen 350 im wesentlichen transparent für die durchgehenden Kanäle und die Wellenlängen zwischen benachbarten durchgehenden Kanälen, die den Wellenlängenblocker durchlaufen. Weiter ist die Anordnung 350 so ausgelegt, dass die durchgehenden Kanäle und die Wellenlängen zwischen durchgehenden Kanälen im wesentlichen die gleiche Umgebung und insbesondere die gleiche Polarisationsumgebung durchlaufen. Weil es keine spektrale Selektion über Pixelation oder andere Diskretisierungen des Spektrums gibt, ist jeder der Kanäle im wesentlichen ungefiltert. Weiterhin wird, weil die diskrete Anordnung von steuerbaren Blockierelementen wahlweise ausgelegt ist, um ein Element für jeden spektralen Kanal bereitzustellen, der passiert wird, so dass eine volle Umgestaltbarkeit der Mehrzahl von Kanälen erhalten wird. Man beachte, dass die Wahl von vier Kanälen willkürlich zu beispielhaften Zwecken gewählt ist. Mehr oder weniger Kanäle sind ebenfalls innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung.
  • In einem anderen Vergleichsbeispiel basiert die diskrete Anordnung steuerbarer Blockierelemente auf der MEMS-Technologie. Der Begriff MEMS bzw. mikro-elektro-mechanische-Systeme bezieht sich auf sehr kleine mechanische Vorrichtungen und Systeme, die unter Einsatz von Photolithographie und verschiedenen Abscheidungs- und Ätztechniken konstruiert sind. Im Allgemeinen reichen MEMS in der Größe von einigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern. Motoren, Stifte und sich drehende Spiegel werden wahlweise unter Einsatz einer Anzahl von MEMS-Mikro-Fabrikationstechnologien implementiert, wie Silicium-Oberflächen-Mikro-Bearbeitung, LIGA, Silicium-Volumen-Mikrobearbeitung, Elektro-Entladungsbearbeitung und anderen. MEMS sind allgemein robust, antworten schnell, verbrauchen wenig Leistung und werden in großen Mengen zu geringen Kosten hergestellt dank ihrer planaren lithographischen Herstellungsverfahren. Der Einsatz von MEMS-Strukturen in optischen Schaltern wird diskutiert in den US-Patenten 5,960,133, 6,275,320 und 6,396,975, die hierin durch Bezugnahme einbezogen werden.
  • Gemäß einem Vergleichsbeispiel setzt jedes Element der Anordnung von diskreten Wellenlängenblockern einen Aufstellmechanismus ein, um zwischen einer ersten Stellung, wo er in dem optischen Weg des von dem Beugungsgitter gestreuten Lichtes ist, und einer zweiten Stellung, wo er außerhalb des optischen Weges des von dem Beugungsgitter gestreuten Lichtes ist, zu schalten. Beispiele von geeigneten Aufstellstrukturen zum Einsatz bei der vorliegenden Erfindung schließen Kantenaufsteller-, Ebenenaufsteller-, gekrümmte Aufsteller- und lineare Aufsteller-MEMS (wie jeweils in 4a bis 4d dargestellt) ein. Alternativ setzt die Anordnung von diskreten Wellenlängenblockern einen Abstellmechanismus ein. Die Aufstell- oder Abstell-MEMS-Strukturen sind so ausgelegt, dass sie entweder Licht- absorbierend oder Licht-reflektierend sind. Einige Beispiele von einer geeigneten Betätigung der Aufstell- oder Abstell-MEMS-Vorrichtungen umfasst magnetische, elektrostatische, thermische und akustische Aktuatoren. Beispielsweise ist bei dem in 4d dargestellten Ausführungsbeispiel das lineare Aufstell-MEMS thermisch betätigt. Insbesondere ist jedes diskrete Blockierelement an einen Ausleger gekoppelt, der sich wölbt, wenn geheizt wird und damit das Blockierelement in die Richtung der Wölbung lenkt.
  • Bezugnehmend auf 5a bis 5c ist ein Wellenlängenblocker, der eine MEMS-Anordnung einsetzt, gezeigt. Der Wellenlängenblocker 500 umfasst eine optische Eingangsfaser 505, ein konkaves Beugungsgitter 520, eine Anordnung von diskreten Wellenlängenblockern 550 und einen flachen, kontinuierlichen Spiegel 560. Das konkave Beugungsgitter 520 streut den multiplexierten Eingangsstrahl von Licht räumlich gemäß der Wellenlänge und bietet ebenfalls ein Fokussieren/Kollimieren für das System. Vorzugsweise ist die diskrete Anordnung von Wellenlängenblockern 550 an einer Fokalebene des konkaven Beugungsgitters 520 positioniert. Die Anordnung von diskreten Wellenlängenblockern 550 setzt eine MEMS-Vorrichtung ein, wobei jedes diskrete Element ein lineares Aufrichtteil ist, das eine absorbierende Fläche aufweist. Natürlich kommen andere MEMS-Vorrichtungen, wie die vorstehend diskutierten Aufrichtteile, alternativ zum Einsatz. Wahlweise ist eine Polarisationsdiversitätseinheit (nicht dargestellt) wie vorstehend diskutiert, an die optische Eingangsfaser 505 gekoppelt, um die Effekte der Polarisationsabhängigkeit der Gittereffizienz zu beseitigen.
  • Die Funktionsweise des Wellenlängenblockers 500 wird anhand des folgenden Beispiels beschrieben. Ein optisches Signal, das Kanäle trägt, die zentrale Wellenlängen λ1, λ2,... λ8 aufweisen, wird durch die Eingangsfaser 505 eingekoppelt und wird zu dem konkaven Beugungsgitter 520 transmittiert. Das Beugungsgitter streut räumlich (d.h. demultiplexiert) den Lichtstrahl entsprechend der Wellenlänge in einer Streuebene parallel zu 5a. Der räumlich gestreute Strahl von Licht wird kollimiert und zu den kontinuierlichen Reflektor 560 hin transmittiert. Wenn jedes der diskreten Elemente der Anordnung 550 in einem „AUS"-Zustand ist, wie in 5b in Seitenansicht wiedergegeben, läuft der gestreute Strahl von Licht über die Anordnung 550, ohne irgendein Teil der Anordnung 550 zu berühren, wird weg von den kontinuierlichen Reflektor 560 weg reflektiert und wird zu dem Beugungsgitter 520 zurück reflektiert, wo er rekombiniert wird und an der Eingangsfaser 505 ausgegeben wird. Wenn eines der diskreten Elemente der Anordnung 550 in einem „EIN"- oder aufgerichteten Zustand ist, wie in der in 5c wiedergegebenen Seitenansicht dargestellt, wird durch das aufgerichtete Element der gestreute Strahl abgeschnitten (d.h. ein Teil wird entfernt). Insbesondere wird ein Anteil des gestreuten Strahls, der dem auszusondernden Kanal entspricht, der beispielsweise eine zentrale Wellenlänge λ3 aufweist, physikalisch blockiert oder absorbiert, während der Anteil der Strahls, der den durchgehenden Kanälen entspricht, über die diskrete Anordnung 550 passiert, ohne blockiert zu werden oder in Kontakt mit der Anordnung 550 zu kommen.
  • Wahlweise werden die durchgehenden Kanäle durch einen Zirkulator (nicht dargestellt) laufen gelassen, um die Eingangs- und Ausgangssignale zu trennen. Alternativ ist ein zusammenlegbarer Spiegel (nicht dargestellt) so positioniert, dass er außerhalb des optischen Weges des zu dem Spiegel 560 transmittierten Lichtes ist, aber das von dem Spiegel 560 reflektierte Licht schneidet und es zu einem getrennten Ausgangsport leitet.
  • Vorteilhafterweise ist die diskrete Anordnung von steuerbaren Blockierelementen wahlweise so ausgelegt, daß sie ein Element für jeden spektralen Kanal bietet, der durchgelassen wird, so dass eine vollständige Umgestaltbarkeit der Mehrzahl von Kanälen erreicht wird. Weiter beeinflussen, weil die Blockierelemente diskret sind, diese nur vorbestimmte Wellenlängen. Man beachte, dass die Wahl von acht Kanälen willkürlich für Beispielszwecke gewählt ist. Mehr oder weniger Kanäle sind ebenfalls innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung möglich.
  • Bezugnehmend auf 6a ist dort ein der vorliegenden Erfindung gemäßer, hinzuzufügen/auszusondern-fähiger Wellenlängenblocker dargestellt. Der Wellenlängenblocker 600 umfasst einen ersten Zirkulator 610, ein konkaves Beugungsgitter 620, eine Anordnung von diskreten Wellenlängenblockern 650, einen flachen kontinuierlichen Spiegel 660 und einen zweiten Zirkulator 680 (der in 6a nicht sichtbar ist, weil er sich hinter dem ersten Zirkulator befindet). Das konkave Beugungsgitter 620 streut den multiplexierten Eingangsstrahl von Licht räumlich entsprechend der Wellenlänge und bietet ebenfalls ein Fokussieren für das System. Vorzugsweise ist die diskrete Anordnung von Wellenlängenblockern 650 in einer Fokalebene des konkaven Beugungsgitters 620 positioniert. Die Anordnung von diskreten Wellenlängenblockern 650 bezieht eine MEMS-Vorrichtung ein, wobei jedes diskrete Element ein in einer Ebene liegendes Aufrichtteil ist, das eine Reflexions-Fläche aufweist. Natürlich werden andere reflektierende MEMS-Vorrichtungen, wie die vorstehend diskutierten Aufrichtteile, alternativ eingesetzt.
  • Die Funktionsweise des Wellenlängenblockers 600 wird anhand des folgenden Beispiels beschrieben. Ein optisches Signal, das Kanäle trägt, die zentrale Wellenlängen λ1, λ2,... λ8 aufweisen, wird bei P1 des ersten Zirkulators eingekoppelt, tritt via P2 aus und wird zu dem konkaven Beugungsgitter 620 transmittiert. Das Beugungsgitter streut (d.h. demultiplexiert) den Strahl von Licht räumlich gemäß der Wellenlänge in einer Ebene parallel zu 6a. Der räumlich gestreute Strahl von Licht wird kollimiert und auf den kontinuierlichen Reflektor 660 zu transmittiert. Wenn jedes der diskreten Elemente der Anordnung 650 in einem „AUS"-Zustand ist, passiert der gestreute Strahl von Licht über die Anordnung 650, ohne irgendeinen Teil der Anordnung 650 zu kontaktieren, wird von dem kontinuierlichen Reflektor 660 weg reflektiert und wird zurück zu dem Beugungsgitter 620 reflektiert, wo er rekombiniert wird und zurück zu dem Zirkulator 610 transmittiert wird, wo er bei P3 ausgegeben wird. Wenn eines der diskreten Elemente der Anordnung 650 in einem „EIN"- oder aufgerichteten Zustand ist, wie in der in 6b wiedergegebenen Seitenansicht dargestellt, wird der gestreute Strahl durch das aufgerichtete Element abgeschnitten (d.h. ein Anteil wird entfernt). Insbesondere wird ein Anteil des gestreuten Strahls, der dem auszusondernden Kanal entspricht, der beispielsweise eine zentrale Wellenlänge λ3 aufweist, in eine nach unten gerichtete Richtung reflektiert, während der Anteil des Strahls, der den durchgehenden Kanälen entspricht, über die diskrete Anordnung 650 passiert, ohne blockiert zu werden oder in Kontakt mit der Anordnung 650 zu kommen. Der nach unten reflektierte Anteil, beispielsweise der, der eine zentrale Wellenlänge λ3 aufweist, wird zurück zu dem Beugungsgitter 620 reflektiert und wird zu P2 des zweiten Zirkulators 680 zurückgelenkt, wo er weitergeleitet wird und bei P3 des zweiten Zirkulators 680 ausgegeben wird. Wahlweise wird ein Zugabesignal, das die gleiche zentrale Wellenlänge wie der ausgesonderte Kanal, beispielsweise λ3, aufweist, gleichzeitig bei P1 des zweiten Zirkulators 680 eingegeben, wo es zu P2 des zweiten Zirkulators 680 weitergeleitet wird und der Reihe nach zu dem Beugungsgitter 620, der diskreten Anordnung 650, dem Beugungsgitter 620, P2 des ersten Zirkulators 610 transmittiert und bei P3 mit den durchgehenden Kanälen ausgegeben wird.
  • Vorteilhafterweise ist die diskrete Anordnung von steuerbaren Blockierelementen wahlweise so ausgelegt, dass sie ein Element für jeden spektralen Kanal bietet, der passieren gelassen wird, so dass eine vollständige Umgestaltbarkeit der Mehrzahl von Kanälen erhalten wird. Weiter betreffen, weil die Blockierelemente diskret sind, diese nur vorbestimmte Wellenlängen. Man beachte, dass die Wahl von acht Kanälen willkürlich für Beispielzwecke gewählt ist. Mehr oder weniger Kanäle sind ebenfalls innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsbeispiele, die MEMS-Vorrichtungen umfassen, sind nicht innerhalb des Rahmens der Erfindung.
  • In einem noch anderen Ausführungsbeispiel setzt die Anordnung von diskreten Wellenlängenblockern frustrierte totale interne Reflektions- (FTIR-) Technologie ein. Totale interne Reflektion (TIR) bezeichnet die Erscheinung, wobei Licht, das sich unter einem Winkel in einem dichtem Medium wie Glas ausbreitet, vollkommen durch die Grenzfläche zwischem dem dichten Medium und einem weniger dichten Medium, wie Luft, reflektiert wird. Diese vollkommene Reflektion oder totale interne Reflektion kann frustriert werden, in dem als zweites eine andere Komponente, die aus einem ähnlich dichtem Medium hergestellt ist, in anliegenden Kontakt mit dem ersten Medium gebracht wird, so dass das sich in dem dichten Medium ausbreitende Licht durch die reflektierende Oberfläche trifft und sich in die zweite Komponente ausbreitet. Der Einsatz von FTIR in Schaltern wird ausführlicher in US 5,875,271, 6,438,283 und 6,433,911 diskutiert, die hierin durch Bezugnahme einbezogen sind.
  • Bezugnehmend auf 7 ist dort ein schematisches Diagramm eines einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäßen Wellenlängenblockers dargestellt. Der Wellenlängenblocker 700 umfasst eine Eingangs-GRIN-Linse 705, einen Polarisations-Strahlteiler 710, eine erste Kollimations-Fokussionslinse 725, eine zweite Kollimations-Fokussierlinse 735, ein rechtwinkliges Prisma 714, eine Halbwellen-Platte 716, einen Faraday-Rotator 718, ein Beugungsgitter 720, eine Anordnung von diskreten Blockierelementen 750 und eine Ausgangs-GRIN-Linse 795. Vorzugsweise fallen die Fokalbene der ersten Linse 725 und der zweiten Linse 735 zusammen. Die zweite Linse 735 bietet Winkel-zu-Versatz- (ATO-) Umwandlungen, so dass Abweichungen im Winkel des optischen Weges, die durch das Beugungsgitter 720 hergestellt sind, sich in einen lateralen Versatz an der Anordnung von diskreten Blockierelementen 750 übersetzen. Alternativ wird der Faraday-Rotator 718 zu dem gemeinsamen Fokalpunkt der ersten 725 und einer zweiten 735 Kollimations-Fokussierlinse bewegt.
  • 7b, 7c geben die blockierende Anordnung 750 mit größeren Einzelheiten wieder. Die Anordnung 750 umfasst ein 90°-reflektierendes Prisma 751, das seine 90°-Spitze in der Ebene der 7a, b und senkrecht zu der Ebene von 7c aufweist. Eine erste Anordnung von diskreten Schaltern (dargestellt als ausgefüllte Elemente 756) ist an der unteren Fläche des 90°-Reflektors 751 vorgesehen, während eine zweite Anordnung von diskreten Schaltern (dargestellt als gestreifte Elemente 754) an der oberen Fläche des 90°-Reflektors 751 vorgesehen ist. Man beachte, dass die Elemente sich in den ersten 756 und zweiten 754 Anordnungen in der horizontalen Plazierung wie in 7b dargestellt abwechseln (d.h. die gestreiften Elemente der zweiten Anordnung 754 sind in Wirklichkeit durch den transparenten Reflektor 751 hindurch gesehen, während die ausgefüllten Elemente der ersten Anordnung 756 oben auf dem Reflektor 751 sind). Dieses Staffeln der frustrierenden Elemente 754, 756 zwischen den zwei reflektierenden Flächen des 90°-reflektierenden Prismas 751 erlaubt jedem Blockierelement, wahlweise so ausgelegt zu werden, daß es genügend groß ist, um den vollständigen Wellenlängenkanal zu blockieren, und so, dass es ausreichend Raum für die Ansteuerungen gibt. Vorzugsweise bietet die Kombination der ersten 756 und der zweiten 754 Anordnungen so viele Elemente wie es Kanäle in dem Telekommunikationssystem gibt. Vorzugsweise ist jedes Elemente in der ersten 756 und zweiten 754 Anordnung zwischen einer ersten Stellung, wo es weg von dem Reflektor 591 angeordnet ist, so dass es nicht mit der totalen internen Reflektion wechselwirkt, und einer zweiten Stellung, wo es in einer engen Annäherung an den Reflektor ist, so dass es die interne Reflektion in diesem Bereich frustriert oder zerstört, bewegbar. Alternativ sind beide, die erste 756 und die zweite 754 Anordnung, auf der gleichen Fläche des 90°-Reflektors angeordnet (d.h. sie sind nicht gestaffelt).
  • Die Funktionsweise des Wellenlängenblockers 700 wird anhand des folgenden Beispiels beschrieben. Ein optisches Signal, das Kanäle trägt, die zentrale Wellenlängen λ1, λ2,... λ4 aufweisen, wird von der Linse 705 in den Polarisationsstrahlteiler 710 eingekoppelt, wo es in zwei verschiedene Teilstrahlen von Licht getrennt wird, die orthogonale Polarisationen aufweisen. Ein Teilstrahl von Licht wird gerade durch den Strahlteiler 710 transmittiert, läßt durch den Faraday-Rotator 718 seine Polarisation um 45° drehen und wird direkt zu der Linse 725 transmittiert. Der andere Teilstrahl von Licht wird in das rechtwinklige Prisma 714 reflektiert, wo er durch die Halbwellen-Platte 716 und den Faraday-Rotator 718 reflektiert wird. Die Halbwellen-Platte 716 dreht die Polarisation des Teilstrahls von Licht um 90°, während der Faraday-Rotator die Polarisation des ihn durchsetzenden Teilstrahls um 45° dreht, so dass beide Teilstrahlen an der Linse 725 den gleichen Polarisations-Zustand aufweisen. In Kombination mit der Linse 735 leitet die Linse 725 beide Teilstrahlen zu dem Beugungsgitter 720 weiter. Das Beugungsgitter 720 streut jeden Teilstrahl von Licht gemäß der Wellenlänge und reflektiert die gestreuten Strahlen zu der Blockieranordnung 750. Weil jeder Anteil der Teilstrahlen, der einer verschiedenen Wellenlänge entspricht, um einen verschiedenen Betrag gestreut wird (d.h. das Gitter unter einem verschiedenen Reflektionswinkel verlässt), lenkt die ATO-Linse 735 jede Wellenlängenkomponente eines jeden Teilstrahls auf ein verschiedenes Element der Blockieranordnung 750 entlang paralleler optischer Wege. Vorteilhafterweise erlaubt dieser Aufbau der Anordnung 750, als planarer Spiegel in der Ebene von 7a zu fungieren, wobei der Schleifen-Aufbau erhalten bleibt und wobei den durchgehenden Kanälen erlaubt wird, entlang verschiedener optischer Wege zu dem Beugungsgitter 720 zurückzukehren. Genauer werden die durchgehenden Kanäle eines Teilstrahls von Licht zurück zu dem Beugungsgitter 720 entlang des gleichen optischen Weges transmittiert, dem der andere Teilstrahl von Licht zu der Anordnung 750 gefolgt ist. Das Beugungsgitter 720 rekombiniert die gestreuten Teilstrahlen von Licht und transmittiert diese zurück durch die Linsen 725 und 735 zu den Polarisationsdiversitätsoptiken 710, 714. Weil der Faraday-Rotator eine Änderung in der Polarisation um insgesamt 90° einführt, werden die kombinierten durchgehenden Signale bei Linse 795 ausgegeben. Wahlweise wird der durch FTIR blockierte Anteil der gestreuten Strahlen abgegriffen und mit einem Detektor aufgezeichnet. Weiter wahlweise wird ein optisches Signal, das die gleiche Wellenlänge wie der blockierte Strahl aufweist, über ein frustrierendes Element in den Wellenlängenblocker 700 eingebracht. Die Ausführungsbeispiele, die FTIR-Vorrichtungen einschließen, sind nicht innerhalb des Rahmens dieser Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 8a und 8b ist dort ein einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäßer Wellenlängenblocker dargestellt. Der Wellenlängenblocker 800 schließt einen Eingangsport 805, einen sphärischen Spiegel 830, ein Beugungsgitter 840, eine diskrete Anordnung von steuerbaren Elementen 850 (in 8a nicht dargestellt), eine erste Detektoranordnung 860, eine zweite Detektoranordnung 870 und einen teilweise reflektierenden Spiegel 880 ein. Vorzugsweise ist jedes von dem Eingangsport 805, dem Beugungsgitter 840 und der diskreten Anordnung von steuerbaren Elementen 850 im wesentlichen in der Fokalebene FP des sphärischen Spiegels 830 angeordnet. Vorzugsweise weist jede der ersten 860 und zweiten 870 Detektoranordnungen so viele Elemente auf wie die diskreten Anordnungen von steuerbaren Elementen. Vorzugsweise setzt die diskrete Anordnung von steuerbaren Elementen entweder LC- oder MEMS-Elemente ein. Wahlweise ist ein Zirkulator (nicht dargestellt) vorgesehen, um Eingangs- und Ausgangssignale zu trennen. Weiter wahlweise ist eine Polarisationsdiversitätseinheit (nicht dargestellt) an den Eingangsport 805 gekoppelt, um den Eingangsstrahl von Licht in zwei orthogonal polarisierte Teilstrahlen von Licht oder zwei Teilstrahlen von Licht, die parallele Polarisationen aufweisen, umzuwandeln. Beispielsweise sind Polarisationsdiversitätseinheiten, die Halbwellen-Platten und/oder doppelbrechende Kristalle umfassen, wie diese in der US-Patentanmeldung No. 20020009257 beschrieben sind, die hierin durch Bezugnahme einbezogen werden, in der Technik bekannt und werden nicht weiter diskutiert.
  • Die Funktionsweise des Wellenlängenblockers 800 wird anhand des folgenden Beispiels beschrieben. Ein optisches Signal, das eine Mehrzahl von Wellenlängenkanälen trägt, wird von dem Eingangsport 805 eingekoppelt und zu dem sphärischen Spiegel 830 transmittiert, wo es reflektiert und auf das Beugungsgitter 840 fokussiert wird. Das Beugungsgitter 840 streut den Strahl von Licht gemäß der Wellenlänge in einer Ebene parallel zu 8a. Der gestreute Strahl von Licht wird zurück auf den sphärischen Spiegel 830 transmittiert und wird zu dem teilweise reflektierenden Spiegel 880 hin transmittiert. Der teilweise reflektierende Spiegel leitet das meiste des optischen Signals (beispielsweise 80 bis 99%) zurück zu der diskreten Anordnung von steuerbaren Elementen 850 (in 8a nicht dargestellt), wo vorbestimmte Kanäle blockiert (d.h. absorbiert oder reflektiert) oder gedämpft werden. Die durchgehenden Kanäle, die die diskrete Anordnung von steuerbaren Elementen 850 verlassen, werden zurück zu dem teildurchlässigen Spiegel 880 geführt, wo das meiste des optischen Signals (beispielsweise 80 bis 90%) zu dem sphärischen Spiegel reflektiert wird, wird zu dem Beugungsgitter 840 zurückgeleitet, wird zu dem sphärischen Spiegel erneut zurückreflektiert und bei der optischen Faser 805 ausgegeben.
  • Die geringe Menge des optischen Eingangssignals, die während der ersten Passage den Reflektor 880 durchlaufen gelassen wird, wird zu der ersten Detektoranordnung 860 transmittiert, wo jeder Anteil des gestreuten Strahls von Licht, der einem anderen Wellenlängenkanal entspricht, auf ein separates Element der Detektoranordnung 860 trifft, um einen Anhaltspunkt für die Intensität eines jeden Wellenlängenkanals in dem optischen Eingangssignal zu bieten. Ähnlich wird der geringe Betrag des durchgehenden optischen Signals, das während der zweiten Passage durch den Reflektor transmittiert wird, zu der zweiten Detektoranordnung 870 transmittiert, wo jeder Anteil des gestreuten Strahls von Licht, der verschiedenen Wellenlängenkanälen des durchgehenden Signals entspricht, auf ein separates Element der Detektoranordnung 870 trifft, um einen Anhaltspunkt für die Intensität eines jeden von den durchgehenden und/oder gedämpften Wellenlängenkanälen zu bieten.
  • Alternativ ist der teildurchlässige Spiegel abgewinkelt, um die durchgehenden Kanäle zu einem separaten Ausgangsport (nicht dargestellt) und nicht zurück zu dem Eingangsport 805 zu lenken. Vorteilhafterweise wird, weil einer Detektoranordnung ermöglicht wird, das Eingangslicht (auf einer kanalspezifischen Grundlage) zu messen, während der zweite Detektor den Licht-Ausgang nach Manipulation durch die LC- und/oder MEMS-Anordnung mißt, die Funktionalität der Vorrichtung bei sehr geringer Änderungen in der Komplexität verbessert. Insbesondere gibt dieses Ausführungsbeispiel einen Wellenlängenblocker an, der als Anzeige für die Leistung eines Kanals fungiert.
  • In den vorstehend beschriebenen, verschiedenen Ausführungsbeispielen wird die Anordnung von diskreten Blockern wahlweise mit einer Anordnung, wie in einem der anderen Ausführungsbeispiele eingesetzt, ersetzt. Insbesondere liegen Ausführungsbeispiele, wo die Anordnung von diskreten Blockierelementen, die mit Bezug auf 4a bis d, 5a bis c und 7b bis c diskutiert wurden, in dem in 3a wiedergegebenen Wellenlängenblocker eingesetzt wird, im Rahmen der vorliegenden Erfindung. Ähnlich ist die Anordnung von diskreten Blockierelementen, die mit Bezug auf 3b diskutiert wurde, geeignet für die in 5a und 7a wiedergegebenen Wellenlängenblocker.
  • Zusätzlich werden bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele die reflektierenden Kollimations- und Fokussieroptiken durch Linsen ersetzt, die reflektierenden Beugungsgitter werden wahlweise mit einem Prisma oder anderen durchlässigen Gittern ersetzt und/oder polarisations-sensitive Eingangsoptiken, Halb-Wellenplatten und/oder dichroitische Polarisatoren eingeschlossen. Wahlweise ist jede der Anordnungen in den obigen Ausführungsbeispielen ausgelegt, um selektive Wellenlängenkanäle in dem optischen Eingangssignal nur teilweise zu blockieren.
  • Vorteilhafterweise sind die vorstehend diskutierten Wellenlängenblocker in der Lage, jede Anzahl von Wellenlängen zu dämpfen und/oder zu blockieren, und in der Lage, umgestaltet zu werden, um andere Wellenlängen in Millisekunden zu selektieren. Die nur-optische Auslegung stellt eine ferngesteuerte, dynamische Kanal-Umgestaltung zur Verfügung und bietet im Vergleich zu OEO-Vorrichtungen erhebliche Kosteneinsparungen. Insbesondere sind der vorliegenden Erfindung gemäße Wellenlängenblocker transparent für Wellenlängen, Modulationsformat und Modulationsfrequenz und arbeiten mit höheren Geschwindigkeiten als OEO-Verfahren.
  • Weiter sind Wellenlängenblocker, die die vorstehend beschriebenen reflektiven Ausbildungen aufweisen, kompakt und relativ kostengünstig. Insbesondere erlaubt das Ausbilden der Anordnung diskreter Elemente, so dass sie in einem Reflektions-Modus arbeitet, der gleichen Optik, hin und weg von der Anordnung eingesetzt zu werden, wodurch die Zahl der Komponenten und Schwierigkeiten bei der Ausrichtung reduziert werden.
  • Man beachte, dass bei jedem der oben diskutierten Ausführungsbeispiele die diskrete Anordnung von Elementen im wesentlichen in einem negativen Sinne gepixelt ist. Mit anderen Worten sind die Zwischenräume zwischen den einzelnen Pixeln nicht zu sehen, ausgenommen bei den vorbestimmten Wellenlängen, die auszusparen sind. Mit wieder anderen Worten erfahren die durchgehenden Kanäle eine kontinuierliche Umgebung, wogegen die ausgesonderten Kanäle eine diskrete Umgebung erfahren. Dies steht im Gegensatz zu Schaltern nach dem Stand der Technik, die auf konventionellen MEMS- und LC-Modulatoren basieren, wo die durchgehenden Kanäle eine gepixelte Umgebung erfahren.
  • Weil die vorstehend beschriebenen Wellenlängenblocker im wesentlichen negativ gepixelt sind, ist es möglich, dass es ein unvollständiges Blockieren zwischen benachbarten Kanälen und/oder unvollständiges Blockieren von Kanälen gibt. Um ein vollständiges Blockieren von Kanälen und/oder benachbarten Kanälen sicherzustellen, sind zum Blockieren benachbarter Kanäle eingesetzten Elemente wahlweise auf separaten Anordnungen konstruiert, so dass sie leicht überlappen oder zumindest die Aussparung reduzieren. Beispielsweise ist eine Anordnung wahlweise hinter der anderen positioniert, wie für die Anordnung mit den MEMS-Aufrichtelementen in der 9 dargestellt oder die in 7a gezeigte TIR-Anordnung. Die Ausführungsbeispiele, die MEMS- oder FTIR-Vorrichtungen einschließen, liegen nicht innerhalb des Rahmens dieser Erfindung.
  • Die Ausführungsbeispiele der oben beschriebenen Erfindung sollen nur zu Beispielszwecken dienen. Zahlreiche andere Ausführungsbeispiele sind vorstellbar, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Typ der beschriebenen diskreten Anordnungen beschränkt. Insbesondere sind andere Typen von Flüssigkristallen innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung verwendbar.

Claims (10)

  1. Wellenlängenblocker, der Folgendes umfasst: einen Eingangsport zum Einkoppeln eines Eingangslichtstrahls mit einer Mehrzahl von Wellenlängenkanälen; ein erstes Streumittel (340) zum räumlichen Unterteilen des Eingangslichtstrahl in eine Mehrzahl von Teilstrahlen von Licht, wobei jeder Teilstrahl von Licht einem anderen Wellenlängenkanal entspricht; eine Anordnung von diskreten, unabhängig adressierbaren Elementen, wobei jedes unabhängig adressierbare Element eine Polarisationsdrehvorrichtung zum selektiven Drehen der Polarisation von wenigstens einem aus der Mehrzahl von Teilstrahlen zum Formen von blockierten und unblockierten Teilstrahlen von Licht umfasst; ein zweites Streumittel (340) zum Empfangen von unblockierten Teilstrahlen von Licht und zum Erzeugen eines einzigen multiplexierten Lichtstrahls davon; und einen Ausgangsport (P3) zum Ausgeben des multiplexierten Lichtstrahls, wobei die Anordnung so ausgelegt ist, dass alle unblockierten Teilstrahlen von Licht zum Ausgangsport geleitet werden, einschließlich Licht zwischen benachbarten unblockierten Wellenlängenkanälen; dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsdrehvorrichtung eine Flüssigkristallvorrichtung (350) mit einer kontinuierlichen Reflexionselektrode (362), einer Flüssigkristallschicht (355) und einer adressierbaren transparenten Elektrode (356) umfasst.
  2. Wellenlängenblocker nach Anspruch 1, bei dem das erste und das zweite Streumittel dasselbe Beugungsgitter (340) umfassen.
  3. Wellenlängenblocker nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend Kollimations- und Fokussieroptik zum Fokussieren jedes der Teilstrahlen von Licht im Wesentlichen an der Anordnung von unabhängig adressierbaren Elementen, wobei die Kollimations- und Fokussieroptik eine GRIN-Linse (320), einen sphärischen Spiegel (330) und/oder ein konkaves Beugungsgitter (340) umfasst.
  4. Wellenlängenblocker nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Wellenlängenblocker ein Freiraumdesign hat.
  5. Wellenlängenblocker nach Anspruch 1 bis 4, umfassend eine Polarisationsdiversitätseinheit zum Senden von polarisiertem Licht zu dem ersten und dem zweiten Streumittel (340) und der Anordnung von unabhängig adressierbaren Elementen (374).
  6. Wellenlängenblocker nach Anspruch 2, ferner umfassend einen sphärischen Spiegel (330) mit einer Fokalebene zum Umlenken des Eingangsstrahls und der Teilstrahlen von Licht, wobei das Beugungsgitter (340) und die Anordnung von adressierbaren Elementen (350) im Wesentlichen in der Fokalebene angeordnet sind.
  7. Wellenlängenblocker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend einen teildurchlässigen Spiegel (880), der optisch zwischen dem zweiten Streumittel (840) und der Anordnung von unabhängig adressierbaren Elementen (850) angeordnet ist, um einen Teil von wenigstens einem der Teilstrahlen von eintretendem oder von der Anordnung von unabhängig adressierbaren Elementen reflektiertem Licht abzugreifen.
  8. Wellenlängenblocker nach Anspruch 7, ferner umfassen eine erste Detektoranordnung (860) zum Messen eines Kennwertes des von dem teildurchlässigen Spiegel abgegriffenen Teils jedes Teilstrahls von in die Anordnung von unabhängig adressierbaren Elementen (850) eintretendem Licht.
  9. Wellenlängenblocker nach Anspruch 7 oder 8, ferner umfassend eine zweite Detektoranordnung (870) zum Messen eines Kennwertes des von dem teildurchlässigen Spiegel (880) abgegriffenen Teils jedes Teilstrahls von Licht, das von der Anordnung von unabhängig adressierbaren Elementen (850) reflektiert wird.
  10. Wellenlängenblocker nach Anspruch 5, wobei die Polarisationsdrehvorrichtung die Polarisation jedes blockierten Teilstrahls um 90° dreht, so dass jeder blockierte Teilstrahl von Licht von der Polarisationsdiversitätseinheit von dem multiplexierten Lichtstrahl blockiert wird.
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