DE69018151T2

DE69018151T2 - Optischer Schalter.

Info

Publication number: DE69018151T2
Application number: DE69018151T
Authority: DE
Inventors: Toshimasa Ishida; Hideaki Okayama
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1989-07-26
Filing date: 1990-07-25
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: US5086349A; DE69018151D1; EP0410712A1; EP0410712B1; JPH0357343A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Schaltsystem, das insbesondere vorteilhaft auf ein optisches lokales Netz anwendbar ist.
Auf dem Gebiet von Kommunikationssystemen ist ein optischer Schalter ein vielversprechender Ersatz für einen elektronischen Schalter. Gegenwärtig wird ein optisches Schaltsystem mit einem optischen Übertragungsweg zum Ausbreiten von Signalstrahlen und einer Vielzahl optischer Knoten, die mit dem Weg zum Austauschen der Signalstrahlen optisch verbunden sind, in bezug auf eine Implementierung in ein optisches Kommunikationssystem untersucht. Es können Signalstrahlen mit einer einzigen Wellenlänge oder mit gemultiplexten Wellenlängen verwendet werden. Ein derartiger optischer Schalter ist beispielsweise in "Future Trends of Photonic Switching Systems" von Ikutaro Kobayashi, Institute of Electronics, Information and Communication Engineers of Japan, Technical Research Report, Optics and Quantum Electronics Study Meeting, OQE 87-167, S. 52-56 (22. Februar 1988) offenbart. Peter Cochrane et al zeigt die bisherigen optischen Systeme, bei denen optische Fasern verwendet werden, und die Entwicklung zukünftiger passiver optischer Netzwerke in "Future Optical Fiber Transmission Technology and Networks", IEEE Communications Magazine, November 1988, S. 45-70. Ein Verfahren und ein Gerät zur optischen Kommunikation von der Art, bei der eine kohärente Detektion verwendet wird, wird im US-Patent 4 742 576 von Donald H. MacMahon gelehrt, das am 23. Dezember 1985 eingereicht wurde. Dieses Patent offenbart ein optisches Schaltsystem, das einen optischen Übertragungsweg zum Ausbreiten von Signalstrahlen, eine Vielzahl optischer Knoten zum jeweiligen Senden und Empfangen der Signalstrahlen, und eine Referenzstrahlquelle zum Erzeugen von Referenzstrahlen mit jeweils einer bestimmten Wellenlänge zu den Knoten aufweist.
Jedoch gibt es bei diesem System nach dem Stand der Technik das Problem, daß, obwohl Signalstrahlen mit gemultiplexten Wellenlängen zum Erhöhen der Übertragungskapazität verwendet werden, keine eng beabstandete Wellenlängen erreichbar sind, weil die Wellenlänge des zu erzeugenden Signalstrahls von Knoten zu Knoten anders ist. Dies verhindert, daß die Anzahl von Kanälen und daher die Übertragungskapazität erhöht werden kann, weil der Wellenlängenbereich beschränkt ist, der bei einer einen optischen Übertragungsweg bildenden optischen Faser verfügbar ist.
Zum Überwinden dieses Problems erzeugt gemäß der Erfindung jeder optische Knoten eine Vielzahl von Signalstrahlen, die jeweils auf eine entsprechende einer Vielzahl von Wellenlängen eingestellt werden, die zu den Wellenlängen der Referenzstrahlen gehören.
Um dies zu erreichen, können die in dem System gemäß der Erfindung verwendeten Knoten eine Anzahl unterschiedlicher Formen annehmen, die hierin nachfolgend in den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1, 2, 3 und 5 herausgestellt sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen klarer, wobei:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm ist, das ein erstes Ausführungsbeispiel des optischen Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm ist, das einen bestimmten Aufbau eines wesentlichen Teils des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm ist, das einen bestimmten Aufbau eines wesentlichen Teils eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ein schematisches Blockdiagramm ist, das ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ein schematisches Blockdiagramm ist, das einen bestimmten Aufbau eines wesentlichen Teils des dritten Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 6 ein schematisches Blockdiagramm ist, das einen bestimmten Aufbau eines wesentlichen Teils eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 ein schematisches Blockdiagramm ist, das ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 ein schematisches Blockdiagramm ist, das einen bestimmten Aufbau eines wesentlichen Teils des fünften Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 9 ein schematisches Blockdiagramm ist, das eine Abänderung des fünften Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 10 ein schematisches Blockdiagramm ist, das ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 11 ein schematisches Blockdiagramm ist, das ein siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPLELE

Bevorzugte Ausführungsbeispiele des optischen Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung werden detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Erstes Ausführungsbeispiel

In Fig. 1 ist ein optischer Schalter gezeigt, der die vorliegende Erfindung darstellt und einen optischen Übertragungsweg 10 aufweist, durch den hindurch Signalstrahlen ausgebreitet werden können. Eine Vielzahl optischer Knoten 12 ist an dem Übertragungsweg 10 verteilt vorgesehen, von denen jeder zum Senden und Empfangen der Signalstrahlen über den Weg 10 dient. Eine Referenzstrahl-Quelleneinheit 14 sendet eine Vielzahl von Referenzstrahlen aus, die jeweils eine bestimmte Wellenlänge aufweisen. Die optischen Knoten 12 geben jeweils eine Vielzahl von Signalstrahlen aus, die jeweils auf eine entsprechende der Wellenlängen der Referenzstrahlen eingestellt werden.
Insbesondere ist der optische Übertragungsweg 10 als geschlossene Schleife aufgebaut und durch ihn hindurch breiten sich Referenzstrahlen und Signalstrahlen aus, die in voneinander unterschiedlichen Richtungen polarisiert sind, während ihre Polarisationsrichtungen erhalten werden. Aufgebaut mit optischen Fasern, die eine Polarisation vom PAND-Typ erhalten, breiten sich durch den Übertragungsweg 10 hindurch beispielsweise Referenzstrahlen und Signalstrahlen aus, die im wesentlichen rechtwinklig zueinander polarisiert sind.
Die Referenzstrahl-Quelleneinheit 14 hat eine Vielzahl von Strahlquellen 141 bis 14n, die Referenzstrahlen mit jeweiligen Wellenlängen λ&sub1; bis λn aussenden. Die Referenzstrahlen λ&sub1; bis λn haben unterschiedliche Wellenlängen, sind aber im wesentlichen in derselben Richtung polarisiert. Die Strahlquellen 141 bis 14n sind mit dem Übertragungsweg 10 durch Verbindungseinrichtungen 16 und 18 optisch gekoppelt. Die Verbindungseinrichtung 16 weist 1 x n Zweige auf zum Erhalten der Polarisationsrichtung der Strahlen und multiplext die Referenzstrahlenλ&sub1; bis λn, die von den Strahlquellen 141 bis 14n ausgehen. Die andere Verbindungseinrichtung 18 ist beispielsweise als Strahlteiler implementiert und legt die gemultiplexten Referenzstrahlen von der Verbindungseinrichtung 16 an den Übertragungsweg 10 an. In der Figur sind die Referenzstrahlen und Signalstrahlen jeweils durch durchgezogene Pfeile A1 und gestrichelte Pfeile A2 dargestellt.
Fig. 2 zeigt einen bestimmten Aufbau eines optischen Knotens 12 und einen Teil des optischen Übertragungswegs 10, der mit dem Knoten 12 gekoppelt ist. Übertragungswege 32, 341 bis 34n, 361 bis 36n, 381 bis 38n, 404 bis 40n und 42, die beschrieben werden, erhalten wie der Übertragungsweg 10 die Polarisationsrichtungen der Strahlen. Wie gezeigt ist, weist der Knoten 12 eine Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 20 auf, die die Strahlen, die über den Übertragungsweg 10 hereinkommen und sowohl die gemultiplexten Referenzstrahlen als auch die gemultiplexten Signalstrahlen enthalten, auf der Basis der Wellenlänge demultiplext. Eine Polarisations-Demultiplexeinrichtung 22 demultiplext die Strahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen in Referenzstrahlen und Signalstrahlen auf der Basis der Polarisationsrichtung. Eine Signalstrahl-Umwandlungseinrichtung 24 wandelt die Signalstrahlen Wellenlänge für Wellenlänge in entsprechende elektrische Signale um. Eine Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 26 erzeugt Signalstrahlen, die jeweils auf die Wellenlänge eines bestimmten Referenzstrahls eingestellt sind. Weiterhin verbindet eine Verbindungseinrichtung 28 die Signalstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen und führt die zusammengesetzten Signalstrahlen zu dem Übertragungsweg 10 hinaus.
Genauer gesagt ist der Übertragungsweg 10 mit der Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 20 über eine Verzweigungseinrichtung 30 und den Eingangs-Übertragungsweg 32 gekoppelt. Wenn die Verzweigungseinrichtung 30 beispielsweise aus einem Halbspiegel besteht, verzweigt sie die Referenzstrahlen und Signalstrahlen mit gemultiplexter Wellenlänge, um sie an den Übertragungsweg 32 anzulegen. Die Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 20 trennt die Referenzstrahlen und Signalstrahlen mit gemultiplexter Wellenform auf einer Wellenlängenbasis. Diese Einrichtung 20 ist mit der Polarisations-Demultiplexeinrichtung 22 über die Übertragungswege 341 bis 34n gekoppelt, die jeweils einer bestimmten Wellenlänge zugeteilt sind und die Polarisationsrichtung erhalten. Der Weg 34i breitet den Referenzstrahl und den Signalstrahl mit im wesentlichen derselben Wellenlängeλ&sub1; aus (wobei i = 1,2, ..., n).
Die Polarisations-Demultiplexeinrichtung 22 ist beispielsweise durch einen Polarisations-Strahlteiler aufgebaut und trennt die Referenzstrahlen und Signalstrahlen, die Wellenlänge für Wellenlänge getrennt worden sind, weiter in Referenzstrahlen und Signalstrahlen auf der Basis der Polarisationsrichtung. Diese Einrichtung ist mit der Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 26 durch die Wege 361 bis 36n und mit der Signal-Umwandlungseinrichtung 24 durch die Wege 381 bis 38n gekoppelt. Durch die zugehörigen Wege 36i und 38i hindurch werden Referenzstrahlen ausgebreitet, die im wesentlichen dieselbe Wellenlänge λi haben. In Fig. 2 sind die durch die Polarisations-Demultiplexeinrichtung 22 getrennten Referenzstrnhlen und Signalstrahlen jeweils durch eine strichlinierte Linie B1 und eine gestrichelte Linie B2 gezeigt.
Die Signal-Umwandlungseinrichtung 24 weist Elemente 241 bis 24n auf, die jeweils einer bestimmten Wellenlänge zugeordnet sind. Die Elemente 241 bis 24n empfangen jeweils einen Signalstrahl mit einer bestimmten Wellenlänge und transformieren ihn in ein elektrisches Signal. Die Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 26 weist optische Modulatoren 261 bis 26n auf, von denen jeder beispielsweise die Intensität (Luminanz) eines Eingangsstrahls moduliert und den Referenzstrahl einer bestimmten Wellenlänge moduliert, um einen Signalstrahl zu erzeugen. Genauer gesagt modulieren die Modulatoren 26 die Referenzstrahlen, die auf sie einfallen, um entsprechende Signalstrahlen zu erzeugen, d.h. Signalstrahlen, die jeweils auf die Wellenlänge des zugehörigen Eingangs-Referenzstrahls eingestellt sind. Die Modulatoren 261 bis 26n sind mit der Verbindungseinrichtung 28 durch die Wege 401 bis 40n gekoppelt, die jeweils einer bestimmten Wellenlänge zugeordnet sind.
Die Verbindungseinrichtung 28 verbindet und multiplext die Signalstrahlen, die jeweils eine bestimmte Wellenlänge haben, um dadurch Signalstrahlen mit gemultiplexter Wellenlänge auszugeben. Die Verbindungseinrichtung 28 ist mit dem Übertragungsweg 10 durch den Ausgangs-Übertragungsweg 42 und eine Verbindungseinrichtung 44 gekoppelt. Die Verbindungseinrichtung 44 ist beispielsweise als Polarisations-Strahlteiler implementiert und gibt die zusammengesetzten Signalstrahlen von der Verbindungseinrichtung 28 zu dem Übertragungsweg 10 aus.
Bei dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel sind, da die Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 26 durch die optischen Modulatoren 261 bis 26n aufgebaut ist, die Polarisationsrichtungen der aus der Einrichtung 26 herauskommenden Signalstrahlen im wesentlichen dieselben wie jene der Referenzstrahlen. Somit ist eine nicht gezeigte Polarisations-Dreheinrichtung zwischen der Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 26 und der Verbindungseinrichtung 44 angeordnet, um die Polarisationsrichtung der aus der Einrichtung 26 herauskommenden Signalstrahlen derart zu drehen, daß sie im wesentlichen rechtwinklig zu jener der Referenzstrahlen ist. Beispielsweise kann der Ausgangsweg 40 als solche Polarisations-Dreheinrichtung verwendet werden. Insbesondere ist der Weg 40 durch eine zwischen den Verbindungseinrichtungen 28 und 44 vorgesehene Faser gebildet, die eine Polarisation vom PAND-Typ erhält, wobei sie entlang ihrer optische Achse um sich selbst gedreht ist. Bei einem solchen Aufbau ist die an der Eingangsoberfiäche 42a gemessene Polarisationsrichtung der Signalstrahlen von der Verbindungseinrichtung 28 im wesentlichen rechtwinklig zu jener der Signalstrahlen, die auf die Ausgangsoberfläche 42b der Verbindungseinrichtung 44 einfallen.
Bei dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel ist die Verbindungseinrichtung 44 beispielsweise als Polarisations-Strahlteiler implementiert. Dann werden die Referenzstrahlen A1 von der Verzweigungseinrichtung 30 durch die Verbindungseinrichtung 44 gesendet, um durch den Übertragungsweg 10 hindurch ausgebreitet zu werden, während die Signalstrahlen A2 von der Verzweigungseinrichtung 30 durch die Verbindungseinrichtung 44 abgefangen werden. Die Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 26 reproduziert auf der Basis der ausgegebenen elektrischen Signale der Signal-Umwandlungseinrichtung 24 einen Teil der oder die gesamte Information, die in der Vielzahl der Signalstrahlen steckt, die von dem Übertragungsweg 10 über die Verzweigungseinrichtung 30 dorthin geführt werden. Die reproduzierten Signale A2 werden zu dem Übertragungsweg 10 über die Verbindungseinrichtung 44 herausgeführt und durch ihn zu einem optischen Knoten 12 gesendet, der dem betrachteten Knoten 12 am nächsten ist.
Alle oder ein Teil der Elemente 241 bis 24n der Signal-Umwandlungseinrichtung 24 sind mit einem nicht gezeigten Ausgangsabschnitt verbunden. Der Ausgangsabschnitt wählt unter der durch die Vielzahl von Signalstrahlen getragenen Information nur die notwendige Information in Antwort auf die elektrischen Signale von der Signal-Umwandlungseinrichtung 24 aus. Die ausgewählte notwendige Information kann auf einer Anzeigeeinheit angezeigt oder durch einen Drucker ausgedruckt werden, wenn es gewünscht wird. Alle oder ein Teil der optischen Modulatoren 261 bis 26n der Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 26 sind mit einem nicht gezeigten Eingangsabschnitt verbunden. Der Eingangsabschnitt führt ein elektrisches Signal, das zu sendende und beispielsweise über eine Tastatur einzugebende Information darstellt, zu der Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 26.
Bei diesem bestimmten Ausführungsbeispiel ist ein optischer Verstärker 46 auf dem Übertragungsweg 10 vorgesehen. Beispielsweise ist jedem optischen Knoten 12 ein einzelner optischer Verstärker 46 zugeordnet. Der Verstärker 46 dient zum Kompensieren der Verluste der durch den optischen Weg 10 ausgebreiteten Referenz- und Signalstrahlen, nämlich beispielsweise einer Verringerung der Leistung der Referenz- und Signalstrahlen.
Weiterhin weist das veranschaulichende Ausführungsbeispiel einen Umgehungs- Übertragungsweg 48 auf, der dem Übertragungsweg 10 zugeordnet ist. Insbesondere ist der Umgehungs-Übertragungsweg 48 an seinen Eingangs- und Ausgangsenden mit dem Weg 10 durch einen optischen 1 x 2-Umgehungsschalter 50 bzw. einen optischen 2 x 1-Umgehungsschalter 52 verbunden. Dadurch ist der Teil des Weges 10, der sich zwischen den optischen Schaltern 50 und 52 erstreckt, mit dem optischen Knoten 12 optisch verbunden. Wenn der Knoten 12 ausfällt, werden die Referenz- und Signalstrahlen erfolgreich durch den Umgehungsweg 48 hindurch ausgebreitet. Als Ergebnis ist die Übertragung der Referenz- und Signalstrahlen zu dem nachfolgenden Knoten 12 garantiert.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und zwar insbesondere einen besonderen Aufbau eines optischen Knotens und eines Teils eines mit dem Knoten gekoppelten Übertragungsweges. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung wird der Einfachheit halber vermieden. Das zweite Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen gleich dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme des Aufbaus der Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung, wie es nachfolgend beschrieben ist.
Wie es gezeigt ist, weist das veranschaulichende Ausführungsbeispiel einen optischen Knoten 54 und eine Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 56 auf. Die Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 56 ist aus einem Signal-Erzeugungsabschnitt 58 zum Erzeugen von Signalstrahlen und einem Einstellabschnitt 60 zum Erzeugen von Steuersignalen A3 aufgebaut. Die Steuersignale A3 stellen die Wellenlängen der Signalstrahlen auf jene der Referenzstrahlen ein. Der Signal-Erzeugungsabschnitt 58 weist Laserdioden (LD) 581 bis 58n variabler Wellenlänge auf, die durch jeweilige Übertragungswege 401 bis 40n mit der Verbindungseinrichtung 28 verbunden sind. Der Einstellabschnitt 60 weist Elemente 601 bis 60n auf, denen jeweils eine bestimmte Wellenlänge zugeordnet ist. Die Elemente 601 bis 60n sind mit jeweiligen 2 x 1-Verbindungseinrichtungen 621 bis 62n verbunden. Die Verbindungseinrichtungen 621 sind an einem ihrer Eingänge mit der Polarisations-Demultiplexeinrichtung 22 durch jeweilige Übertragungswege 361 bis 36n verbunden, und am anderen Eingang mit den Laserdioden 581 bis 58n durch jeweilige Übertragungsweg 641 bis 64n. Die Verbindungseinrichtungen 621 bis 62n und Übertragungswege 641 bis 64n erhalten jeweils die Polarisationsrichtung.
Das Element 60i des Einstellabschnitts 60 empfängt den durch den Übertragungsweg 36i hindurch ausgebreiteten Referenzstrahl mit der Wellenlängeλi und den von der Laserdiode 58i zu ihm geführten Signalstrahl und vergleicht sie. Basierend auf dem Vergleichsergebnis gibt das Element 60i ein Steuersignal A3 zu der Laserdiode 58i aus, um die Wellenlänge des durch die Laserdiode LD 58i auszugebenden Signalstrahls auf die Wellenlänge λi des Referenzstrahls einzustellen. Als Ergebnis wird ein Signalstrahl erhalten, dessen Wellenlänge auf jene des Referenzstrahls eingestellt ist. Ein Teil der oder alle Laserdioden 581 bis 58n sind mit einem nicht gezeigten Eingangsabschnitt verbunden, wie es auch bei den optischen Modulatoren 241 bis 24n der Fall war.

Drittes Ausführungsbeispiel

Fig. 4 zeigt schematisch ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung wird der Einfachheit halber vermieden. Dieses Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen gleich dem ersten Ausführungsbeispiel, mit der Ausnahme des Aufbaus und der Anordnung des optischen Weges und des optischen Knotens.
Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, ist ein optischer Übertragungsweg 66 mit einem optischen Knoten 72 optisch verbunden und aus einem ersten Übertragungsweg 68 ausschließlich für Referenzstrahlen A1 und einem zweiten Übertragungsweg 70 ausschließlich für Signalstrahlen A2 aufgebaut. Die Übertragungswege 68 und 70 sind jeweils als Schleife ausgebildet. Der optische Knoten 72 ist sowohl mit dem ersten Übertragungsweg 68 als auch mit dem zweiten Übertragungsweg 70 verbunden. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel können daher die Referenzstrahlen A1 und die Signalstrahlen A2 bezüglich der Polarisationsrichtung gleich zueinander sein oder nicht. Der mit einer solchen Ausgestaltung des Weges erreichbare Vorteil besteht darin, daß die optischen Wege 68 und 70 jeweils durch eine optische Einzelmode-Faser implementiert werden können.
Fig. 5 zeigt einen speziellen Aufbau des optischen Knotens 72 und einen Teil des Übertragungsweges 66, der mit dem Knoten 72 optisch verbunden ist. Wie es gezeigt ist, weist der Knoten 72 eine erste Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 74 zum Trennen der über den Übertragungsweg 68 hereinkommenden Referenzstrahlen A1 auf einer Wellenlängenbasis auf. Eine Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 76 erzeugt eine Vielzahl von Signalstrahlen, die jeweils auf die Wellenlänge des zugehörigen Referenzstrahls A1 eingestellt sind. Eine Verbindungseinrichtung 78 verbindet die Signalstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen und sendet die resultierenden Signalstrahlen A2 mit gemultiplexter Wellenlänge zu dem zweiten Übertragungsweg 70 aus. Eine zweite Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 80 demultiplext die Signalstrahlen A2 mit gemultiplexter Wellenlänge von dem zweiten Übertragungsweg 70 Wellenlänge für Wellenlänge. Eine Signal-Umwandlungseinrichtung 82 wandelt die Signalstrahlen in entsprechende elektrische Signale um.
Die erste Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 74 ist mit dem ersten Übertragungsweg 68 durch einen Eingangs-Übertragungsweg 83 und eine Verzweigungseinrichtung 82 optisch verbunden. Beispielsweise als Strahlteiler implementiert verzweigt die Demultiplexeinrichtung 82 die Referenzstrahlen A1 mit gemultiplexter Wellenlänge von dem ersten Übertragungsweg 68 zu der Wellenlängen- Demultiplexeinrichtung 74. Die Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 74 besteht aus den optischen Modulatoren 261 bis 26n, die mit der Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 74 durch jeweilige Übertragungswege 861 bis 86n verbunden sind. Der Übertragungsweg 86i breitet den Referenzstrahl mit der Wellenlänge λi dort hindurch aus, so daß der optische Modulator 26i den Referenzstrahl mit der Wellenlänge λi von der Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 74 empfängt.
Die Verbindungseinrichtung 78 hat n x 1 Zweige. Die Eingänge der Verbindungseinrichtung 78 sind eins-zu-eins mit den optischen Modulatoren 261 bis 26n durch Übertragungswege 881 bis 88n verbunden, denen jeweils eine bestimmte Wellenlänge zugeordnet ist. Der Übertragungsweg 88i breitet den Signalstrahl dort hindurch aus, dessen Wellenlänge gleich λi ist. Somit verbindet die Verbindungseinrichtung 78 die Signalstrahlen A2, die von den Modulatoren 261 bis 26n zugeführt werden und die Wellenlängen λ&sub1; bis λn haben, und gibt die resultierenden Signalstrahlen mit gemultiplexter Wellenlänge aus. Der Ausgang der Verbindungseinrichtung 78 ist mit dem zweiten Übertragungsweg 70 durch einen Ausgangs-Übertragungsweg 90 und eine Verzweigungs- und Verbindungseinrichtung 92 verbunden.
Die Verzweigungs- und Verbindungseinrichtung 92 ist beispielsweise durch eine Zugriffseinheit oder einen Totalreflektor aufgebaut. Dieses Einrichtung 92 dient für zwei unterschiedliche Funktionen, d.h. einer Funktion zum Zuführen der durch die Verbindungseinrichtung 90 ausgegebenen Signalstrahlen A2 zu dem zweiten Übertragungsweg 70, und einer Funktion zum Anlegen der von den vorangehenden optischen Knoten übertragenen Signalstrahlen A2 zu der zweiten Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 80. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel hält die als Totalreflektor implementierte Einrichtung 92 die Signalstrahlen A2 von dem vorangehenden optischen Knoten davon ab, zu dem nachfolgenden optischen Knoten weiterzugehen, während die in Antwort auf die elektrischen Signale von der Signal-Umwandlungseinrichtung 82 auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel erzeugten Signalstrahlen A2 zum nachfolgenden Knoten übertragen werden. Die zweite Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 80 ist mit dem zweiten Übertragungsweg 70 durch einen Ausgangs-Übertragungsweg 94 und die Verzweigungs- und Verbindungseinrichtung 92 verbunden.
Die Signal-Umwandlungseinrichtung 82 weist Elemente 821 bis 82n auf, die gleich den Elementen 241 bis 24n des ersten Ausführungsbeispiels sind. Die Elemente 821 bis 82n sind mit der zweiten Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 80 durch jeweilige Übertragungswege 961 bis 96n verbunden. Der Weg 96i breitet den Signalstrahl mit der Wellenlänge λi aus, so daß ihn das Element 82i in ein elektrisches Signal transformiert.
Bei dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel ist der optische Verstärker 46 auf dem ersten Übertragungsweg 68 zum Zwecke eines Kompensierens der Verluste der Referenzstrahlen A1 vorgesehen, die durch den Weg 68 hindurch ausgebreitet werden.

Viertes Ausführungsbeispiel

Fig. 6 zeigt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und zwar insbesondere eine spezielle Ausbildung eines optischen Knotens 98 und der Teile des ersten Übertragungswegs 68 und des zweiten Übertragungswegs 70, die mit dem Knoten 98 optisch gekoppelt sind. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung wird der Einfachheit halber vermieden. Dieses Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen gleich dem dritten Ausführungsbeispiel, mit der Ausnahme der Ausbildung der Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung.
Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, weist der optische Knoten 98 insbesondere eine Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 100 auf. Bei dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel ist die Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 100 aus dem Signal-Erzeugungsabschnitt 58 und dem Einstellabschnitt 60 aufgebaut. Der Signal-Erzeugungsabschnitt 58 weist die Laserdioden 581 bis 58n auf, die mit der Kopplungseinrichtung 78 jeweils durch die Übertragungswege 881 bis 88n optisch verbunden sind. Die Elemente 621 bis 62n, die den Einstellabschnitt 60 bilden, sind jeweils mit den 2 x 1-Verbindungseinrichtungen 621 bis 62n verbunden. Die Verbindungseinrichtungen 621 bis 62n sind an ihrem einen Ende mit der ersten Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 74 jeweils durch die Übertragungswege 861 bis 86n verbunden, und am anderen Ende mit den Laserdioden 581 bis 58n jeweils durch Übertragungswege 1021 bis 102n.
Bei diesem Ausführungsbeispiel empfängt der Einstellabschnitt 60i wie beim zweiten Ausführungsbeispiel den Referenzstrahl mit der Wellenlänge λi vom Übertragungsweg 86i und den Signalstrahl von der Laserdiode 58i, vergleicht sie bezüglich der Wellenlänge und gibt auf der Basis des Vergleichsergebnisses ein Steuersignal zu der Laserdiode 58i aus, um die Wellenlänge des von der Laserdiode 58i ausgegebenen Signalstrahls auf die Wellenlänge λi einzustellen.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Fig. 7 zeigt schematisch ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung wird der Einfachheit halber vermieden. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel bezüglich der Ausbildung des optischen Knotens und darin, daß die Referenzstrahlen und Signalstrahlen im wesentlichen dieselbe Polarisationsrichtung haben.
Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, ist ein optischer Übertragungsweg 104 insbesondere mit einem optischen Knoten 106 gekoppelt und als geschlossene Schleife ausgebildet. Die Referenzstrahlen A1 und Signalstrahlen A2, die im wesentlichen in derselben Richtung polarisiert sind, werden durch den Übertragungsweg 104 hindurch ausgebreitet. Kurz gesagt werden die Referenzstrahlen A1 und Signalstrahlen A2 auf einer Zeitaufteilungs-Basis übertragen, d.h. mit einem den Strahlen A1 und A2 zugeordneten jeweils unterschiedlichen Zeitschlitz. Der Übertragungsweg 104 ist als Weg implementiert, der die Polarisationsrichtung der Strahlen erhält, nämlich beispielsweise als optische Faser.
Fig. 8 zeigt eine spezielle Ausbildung des optischen Knotens 106 und einen Teil des mit dem Knoten 106 verbundenen Übertragungsweges 104. Es ist anzumerken, daß Übertragungswege 126, 130, 134, 1361 bis 136n, 1381 bis 138n und 1421 bis 142n die beschrieben werden, die Polarisationsrichtung jeweils so erhalten, wie es auch der Übertragungsweg 104 tut.
Bei diesem bestimmten Ausführungsbeispiel weist der optische Knoten 106 einen Polarisations-Strahlteiler 108 auf, der Strahlen reflektiert, die in einer ersten Richtung polarisiert sind, während er in einer zweiten Richtung polarisierte Strahlen durchläßt. Ein Polarisations-Strahlteiler 110, der nach dem Strahlteiler 108 angeordnet ist, reflektiert in der ersten Richtung polarisierte Strahlen, während er in der zweiten Richtung polarisierte Strahlen durchläßt. Eine Wellenlängen-Multiplex- und -Demultiplexeinrichtung 114 ist zwischen den aufeinanderfolgenden Strahlteilern 108 und 110 angeordnet zum Multiplexen einer Vielzahl von Strahlen, die jeweils eine bestimmte Wellenlänge haben, und zum Demultiplexen gemultiplexter Wellenlängenstrahlen. Eine Signal-Umwandlungseinrichtung 116 wandelt die Signalstrahlen A2, die durch den nachfolgenden Strahlteiler 110 in der ersten Richtung polarisiert und reflektiert wurden, in elektrische Signale um. Eine Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 118 erzeugt Wellenlänge für Wellenlänge Signalstrahlen A4, die in der zweiten Richtung polarisiert sind. Eine Polarisations-Dreheinrichtung 120 ist zwischen dem optischen Weg 104 und dem vorangehenden Strahlteiler 108 angeordnet, um die Polarisationsrichtung des in der zweiten Richtung polarisierten und von der Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 118 zu ihr geführten Signalstrahls in die erste Richtung zu ändern.
Das veranschaulichende Ausführungsbeispiel weist weiterhin einen Referenzstrahl- Einstellabschnitt 122 auf zum Einstellen der Übertragungswellenlängen der Wellenlängen-Multiplex- und -Demultiplexeinrichtung 114 auf jene der Referenzstrahlenfür den Fall, daß der Knoten 106 gemultiplexte Wellenlängenstrahlen demultiplext. Ein Signalstrahl-Einstellabschnitt 124 stellt die Wellenlängen der durch die Signalstrahl- Erzeugungseinrichtung 118 erzeugten Signalstrahlen auf die Übertragungswellenlängen der Wellenlängen-Multiplex- und -Demultiplexeinrichtung 114 ein.
Der Polarisations-Strahlteiler 108 ist mit dem Übertragungsweg 104 durch einen Eingangs-Übertragungsweg 126 und eine Verzweigungseinrichtung 128 optisch verbunden. Beispielsweise als Halbspiegel implementiert verzweigt die Verzweigungseinrichtung 128 die durch den Übertragungsweg 104 hindurch ausgebreiteten Referenzstrahlen oder Signalstrahlen mit gemultiplexter Wellen lange zu dem Eingangs-Übertragungsweg 126. Der Strahlteiler 108 reflektiert die Referenzstrahlen oder Signalstrahlen, die in der ersten Richtung polarisiert sind und durch den Eingangs Übertragungsweg 120 hereinkommen. Die reflektierten Strahlen fallen über den Übertragungsweg 134 auf die Wellenlangen-Multiplex- und -Demultiplexeinrichtung 114 ein.
Die Wellenlängen-Multiplex- und -Demultiplexeinrichtung 114 weist 1 x n Zweige und Filter variabler Wellenlänge 1321 bis 132n auf, die jeweils einer bestimmten Wellenlänge zugeordnet sind. Die Eingänge der Filter 1321 bis 132n sind mit dem Übertragungsweg 134 über die Zweige 132 verbunden, und empfangen daher einzeln die durch den Übertragungsweg 134 hindurch ausgebreiteten Referenzstrahlen oder Signalstrahlen mit gemultiplexter Wellenlänge. Insbesondere trennt das Filter variabler Wellenlänge 132i den Strahl, dessen Wellenlängeλi ist, von den gemultiplexten Wellenformstrahlen und sendet ihn aus.
Der andere Polarisations-Strahlteiler 110 ist mit den Filtern variabler Wellenlänge 1321 bis 132n jeweils durch Übertragungswege 1361 bis 136n verbunden, denen jeweils eine entsprechende Wellenlänge zugeordnet ist. Die Ausgangsstrahlen der Filter 1321 bis 132n mit den jeweiligen Wellenlängenλ&sub1; bis λn haben die erste Polarisationsrichtung. Somit reflektiert der Strahlteiler 110 die Referenzstrahlen oder Signalstrahlen, die von den Filtern 1321 bis 132n eingegeben werden und die Wellenlängen λ&sub1; bis Xn haben.
Die Signal-Umwandlungseinrichtung 116 ist wie die Signal-Umwandlungseinrichtung 24 des ersten Ausführungsbeispiels aus den aufeinanderfolgenden Elementen 241 bis 24n aufgebaut. Die Elemente 241 bis 24n sind mit dem Strahlteiler 110 der zweiten Stufe jeweils durch die Übertragungswege 1381 bis 138n verbunden, denen jeweils eine bestimmte Wellenlänge zugeordnet ist. Das Element 24i wandelt daher den Referenzstrahl oder den Signalstrahl, der durch den Strahlteiler 110 reflektiert wird, in ein elektrisches Signal um.
Die Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 118 ist wie die Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 58 des zweiten Ausführungsbeispiels durch Laserdioden 581 bis 58n aufgebaut. Die Laserdioden 581 bis 58n sind mit dem Polarisations-Strahlteiler 110 jeweils durch Übertragungswege 1401 bis 140n verbunden, die jeweils einer bestimmten Wellenlänge zugeordnet sind. Die Laserdiode 58i gibt daher einen Signalstrahl aus, der die Wellenlängeλi hat und in der zweiten Richtung polarisiert ist. Die Wellenlänge λi mit der zweiten Polarisationsrichtung wird durch den Strahlteiler 110 durchgelassen. Der von der Laserdiode 58i ausgegebene Signalstrahl wird durch den Übertragungsweg 140i, den Strahlteiler 110, den Übertragungsweg 136i und das Filter variabler Wellenlänge 132i zu den Zweigen 130 geführt.
Die Zweige 130 empfangen die Signalstrahlen mit den Wellenlängenλ&sub1; bis λn von den Laserdioden 581 bis 58n und multiplexen sie. Die gemultiplexten Signalstrahlen von den Laserdioden 581 bis 58n werden dem Strahlteiler 108 der ersten Stufe über den Übertragungsweg 134 zugeführt. Die Signalstrahlen mit gemultiplexter Wellenlänge werden, weil sie die zweite Polarisationsrichtung habenm, durch den Strahlteiler 108 durchgelassen. Der Strahlteiler 108 ist mit dem Übertragungsweg 144 über einen Ausgangs-Übertragungsweg 1422 und eine Verbindungseinrichtung 144 verbunden.
Die Polarisations-Dreheinrichtung 120 besteht aus einer Halbwellenplatte und dreht die zweite Polarisationsrichtung der ihr von dem Strahlteiler 108 der ersten Stufe zugeführten Signalstrahlen um 90 Grad, um sie in die erste Polarisationsrichtung zu ändern. Die beispielsweise durch einen Strahlteiler aufgebaute Verbindungseinrichtung 144 verbindet die ihr von der Polarisations-Dreheinrichtung 120 zugeführten Signalstrahlen mit der ersten Polarisationsrichtung und sendet sie dann zu dem Übertragungsweg 104 aus.
Im folgenden wird der Aufbau und die Operation des Referenzstrahl-Einstellabschnitts 122 und des Signalstrahl-Einstellabschnitts 124 beschrieben.
Der Referenstrahl-Einstellabschnitt 122 weist die Elemente 1221 bis 122n auf. Der Referenzstrahl mit der Wellenlänge λi wird von dem Übertragungsweg 138i über die Zweige 146i dem Element 122i zugeführt. In Antwort darauf erzeugt das Element 122i ein Steuersignal zum derartigen Steuern der Übertragungswellenlänge des Filters variabler Wellenlänge 132i, daß die optische Leistung des eingegebenen Referenzstrahls, dessen Wellenlänge λi ist, maximal wird. Als Ergebnis wird die Übertragungswellenlänge des Filters 132i auf die Wellenlänge λi des Referenzstrahls eingestellt.
Der Signalstrahl-Einstellabschnitt 124 empfängt die Signalstrahlen mit den Wellenlängen λ&sub1; bis λn über die Zweige 148. In Antwort darauf erzeugt der Einstellabschnitt 124 ein Steuersignal zum derartigen Steuern der Laserwellenlänge der Laserdiode 58i, daß die optische Leistung des Signalstrahls, dessen Wellenlängeλi ist, maximal wird. Folglich wird die Laserwellenlänge der Laserdiode 58i auf die Übertragungswellenlänge des Filters variabler Wellenlänge 132i eingestellt. Es folgt, daß der Signalstrahl, dessen Wellenlänge auf jene des Referenzstrahls eingestellt worden ist, Wellenlänge für Wellenlänge erzeugt wird.
Das veranschaulichende Ausführungsbeispiel mit dem oben beschriebenen optischen Knoten überträgt Signalstrahlen und Referenzstrahlen auf einer Zeitaufteilungs-Basis.
Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, ist der optische Verstärker 46 auf dem optischen Weg 104 zwischen der Verzweigungseinrichtung 128 und der Verbindungseinrichtung 144 vorgesehen. Der optische Verstärker 46 empfängt die Referenzstrahlen oder Signalstrahlen von der Verzweigungseinrichtung 128. Wenn die Referenzstrahlen dem Verstärker 46 zugeführt werden, verstärkt sie der Verstärker 46 zum Kompensieren der Verluste und überträgt dann die verstärkten Referenzstrahlen zu dem folgenden optischen Knoten. Andererseits bleibt beim Empfangen der Signalstrahlen von der Verzweigungseinrichtung 128, d.h. vom vorangehenden optischen Knoten, der Verstärker 46 außer Betrieb, um sie einfach aus dem Übertragungsweg 104 zu entfernen.
Wie beim ersten Ausführungsbeispiel reproduziert die Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 118 wiederum die Information, die durch vom vorangehenden optischen Knoten übertragene Signalstrahlen getragen wird, auf der Basis der durch die zugehörige Signal-Umwandlungseinrichtung 116 ausgegebenen elektrischen Signale, wobei die reproduzierte Information zu dem folgenden optischen Knoten übertragen wird. Die Signal-Umwandlungseinrichtung 116 und die Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 118 sind wie beim ersten Ausführungsbeispiel mit einem Ausgangs- und einem Eingangsabschnitt verbunden, die nicht gezeigt sind.
Fig. 9 zeigt schematisch eine abgeänderte Form des optischen Knotens des fünften Ausführungsbeispiels. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung wird der Einfachheit halber vermieden. Wie es gezeigt ist, weist der abgeänderte optische Knoten, der allgemein mit 159 bezeichnet ist, eine Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 160 zum Demultiplexen der gemultiplexten Wellenform-Signalstrahlen auf einer Wellenlängenbasis auf, die ihr vom optischen Weg 104 über einen Polarisations-Strahlteiler 108 einer ersten Stufe zugeführt werden und die zweite Polarisationsrichtung aufweisen, d.h. Signalstrahlen von den vorangehenden optischen Knoten. Eine weitere Signal-Umwandlungseinrichtung 162 ist vorgesehen zum Umwandeln der Strahlen, die jeweils eine bestimmte Wellenlänge aufweisen und von der Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 160 zugeführt werden, in elektrische Signale.
Die Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 160 kann mit einer Vielzahl von Filtern aufgebaut sein, die jeweils eine bestimmte Übertragungswellenlänge haben. Die Signal-Umwandlungseinrichtung 162 ist wie die Signal-Umwandlungseinrichtung 116 aus den Elementen 241 bis 24n aufgebaut, die jeweils einem Strahl mit einer bestimmten Wellenlänge zugeordnet sind.
Bei dem abgeänderten Ausführungsbeispiel werden die Referenzstrahlen und Signalstrahlen, die sich im wesentlichen dieselbe Polarisationsrichtung teilen, auch auf einer Zeitaufteilungs-Basis übertragen. Wenn jedoch beispielsweise optische Fasern als optische Übertragungswege verwendet werden, ist es nicht leicht praktikabel, Strahlen (z.B. Signalstrahlen) zu übertragen, während ihre Polarisationsrichtungen sicher im idealen Zustand erhalten werden. Insbesondere werden die Signalstrahlen unerwünschterweise in zwei Komponenten aufgeteilt, deren Polarisationsrichtungen rechtwinklig zueinander sind. Das zuvor beschriebene fünfte Ausführungsbeispiel kann nur eine der zwei getrennten Komponenten umwandeln, die die erste Polarisationsrichtung hat, was in Verlusten von Signalstrahlen resultiert.
Bei der Abänderung des fünften Ausführungsbeispiels werden die in der zweiten Richtung polarisierten und daher durch den Polarisations-Strahlteiler 108 der ersten Stufe übertragenen Signalstrahlen über die Wellenlängen-Demultiplexeinrichtung 160 zu der Signal-Umwandlungseinrichtung 162 geführt und werden durch sie in elektrische Signale umgewandelt. Die von den Signalstrahlen mit der zweiten Polarisationsrichtung abgeleiteten elektrischen Signale werden den elektrischen Signalen überlagert, die zu den Signalstrahlen mit der ersten Polarisationsrichtung gehören und durch die Signal-Umwandlungseinrichtung 116 ausgegeben werden, wobei die zusammengesetzten Signale an einen nicht gezeigten Ausgangsabschnitt angelegt werden. Dies führt zum Erfolg beim Eliminieren der Verluste der Signalstrahlen und daher beim Sicherstellen von Operationen, die nicht von der Polarisation abhängen.

Sechstes Ausführungsbeispiel

Fig. 10 zeigt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, nämlich insbesondere einen optischen Knoten 164 und einen Teil des mit dem Knoten 164 gekoppelten optischen Weges 104. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung wird der Einfachheit halber vermieden. Dieses Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen gleich dem fünften Ausführungsbeispiel, mit der Ausnahme der folgenden Punkte.
Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, werden die Referenzstrahlen und Signalstrahlen auf einer Zeitaufteilungs-Basis über den gemeinsamen optischen Übertragungsweg 104 übertragen. Die Polarisationsrichtung der Referenzstrahlen und jene der Signalstrahlen kann miteinander übereinstimmen oder nicht.
Der optische Knoten 164 weist einen Polarisations-Strahlteiler 166 der ersten Stufe mit einer ersten Übertragungsrichtung auf, und einen Polarisations-Strahlteiler 168 einer zweiten Stufe mit einer zweiten Übertragungsrichtung, die die erste Übertragungsrichtung unter einem Winkel von 45 Grad schneidet. Ein Faraday-Isolator 170 ist zwischen den Strahlteilern 166 und 168 angeordnet. Die Wellenlängen-Multiplex- und -Demultiplexeinrichtung 114 ist zwischen dem Übertragungsweg 104 und dem Strahlteiler 166 angeordnet zum Multiplexen einer Vielzahl von Strahlen, die jeweils eine bestimmte Wellenlänge haben, und zum Demultiplexen der gemultiplexten Wellenlängenstrahlen. Eine Signal-Umwandlungseinrichtung 116a erster Stufe wandelt die durch den Polarisations-Strahlteiler 166 erster Stufe reflektierten Signalstrahlen in elektrische Signale um. Eine Signal-Umwandlungseinrichtung 116b zweiter Stufe wandelt die durch den Strahlteiler 168 zweiter Stufe reflektierten Signalstrahlen in elektrische Signale um. Die Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 118 erzeugt Wellenlänge für Wellenlänge Signalstrahlen mit einer Polarisationsrichtung, die mit der zweiten Übertragungsrichtung übereinstimmt. Im Knoten 164 sind auch der Referenzstrahl-Einstellabschnitt 122 und der Signalstrahl-Einstellabschnitt 124 enthalten.
Die Wellenlängen-Multiplex- und -Demultiplexeinrichtung 114 ist über den Übertragungsweg 126 und eine Verzweigungseinrichtung 128 mit dem Übertragungsweg 104 optisch verbunden. Beispielsweise als Strahlteiler implementiert steuert die Verzweigungseinrichtung 172 die Referenzstrahlen mit gemultiplexter Wellenlänge oder die Signalstrahlen mit gemultiplexter Wellenlänge, die durch den Übertragungsweg 104 hindurch zu der Wellenlängen-Multiplex- und -Demultiplexeinrichtung 114 ausgebreitet werden.
In der Multiplex- und der Demultiplexeinrichtung 114 trennt das Filter variabler Wellenlänge 132i den Strahl, dessen Wellenlängeλi ist, von den gemultiplexten Wellenlängenstrahlen und legt ihn an den Strahlteiler 116 der ersten Stufe an. In dem Strahl mit der Wellenlänge λi wird die Komponente mit einer Polarisationsrichtung, die unterschiedlich von der Übertragungsrichtungs-Achse des Strahlteilers 166 (der ersten Übertragungsrichtung) ist, durch den Strahlteiler 166 reflektiert. Die Signal- Umwandlungseinrichtung 116a der ersten Stufe besteht wie beim fünften Ausführungsbeispiel aus den Elementen 241 bis 24n. Der Strahl mit der Wellenlängeλi, der durch den Strahlteiler 116 reflektiert wird, wird durch Übertragungswege 172i und 174i zu dem Element 24i der Signal-Umwandlungseinrichtung 116a geführt.
In dem Strahl mit der Wellenlänge λi, der durch das Filter 132i getrennt wird, wird die Komponente, deren Polarisationsrichtung mit der ersten Übertragungsrichtung übereinstimmt, durch den Strahlteiler 166 der ersten Stufe durchgelassen, damit sie den Faraday-Isolator 170 erreicht. Der Strahlteiler 166 ist mit dem Faraday-Isolator 170 durch einen Übertragungsweg 175i verbunden. In Antwort darauf dreht der Faraday-Isolator 170 die Polarisationsrichtung des einfallenden Strahls, dessen Wellenlänge λi ist, in eine Richtung, die beispielsweise um 90 Grad von der Achse der Übertragungsrichtung des Strahlteiler 168 der zweiten Stufe (der zweiten Übertragungsrichtung) abweicht. Als Ergebnis wird der Strahl vom Filter 132i mit der Wellenlänge λi durch den Strahlteiler 168 reflektiert.
Die Signal-Umwandlungseinrichtung 116b der zweiten Stufe besteht wie beim fünften Ausführungsbeispiel aus den Elementen 241 bis 24n. Der Strahl mit der Wellenlänge λi, der durch den Strahlteiler 168 der zweiten Stufe reflektiert wird, wird durch optische Übertragungswege 176i und 178i zu dem Element 24i der Signal-Umwandlungseinrichtung 116b ausgebreitet.
Die Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung 118 ist wie beim fünften Ausführungsbeispiel aus den Laserdioden 581 bis 58n aufgebaut. Der von der Laserdiode 58i ausgegebene Signalstrahl mit der Wellenlänge λi hat die Polarisationsrichtung, die mit der zweiten Übertragungsrichtung übereinstimmt, und wird daher durch den Strahlteiler 168 der zweiten Stufe hindurch übertragen. Der Signalstrahl von der Laserdiode 58i mit der Wellenlänge λi wird durch die Übertragungswege 14i und 176i zu dem Faraday-Isolator 170 geführt. In Antwort darauf dreht der Faraday-Isolator 170 die Polarisationsrichtung des einfallenden Signalstrahls beispielsweise um 90 Grad oder 45 Grad und ändert dadurch die Polarisationsrichtung des einfallenden Strahls zu der ersten Übertragungsrichtung. Da der Signalstrahl von der Laserdiode 58i die Polarisationsrichtung aufweist, die mit der ersten Übertragungsrichtung übereinstimmt, wird er durch den Strahlteiler 166 der ersten Stufe übertragen und erreicht die Verzweigungen 130 über das Filter variabler Wellenlänge 132i.
Die Verzweigungen 130 multiplexen die Signalstrahlen, die jeweils von den Laserdioden 581 bis 58n ausgesendet werden und die Wellenlängenλ&sub1; bis λn aufweisen. Die gemultiplexten Signalstrahlen, die durch die Verzweigungen 130 ausgegeben werden, werden zu dem optischen Übertragungsweg 104 über den Übertragungsweg 134, die Verzweigungseinrichtung 172 und eine Verbindungseinrichtung 144 und zu dem nächsten optischen Knoten über den Weg 104 herausgeführt.
Bei dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel ist der Referenzstrahl-Einstellabschnitt 122 wie beim fünften Ausführungsbeispiel aus den Elementen 1221 bis 122n aufgebaut. Das Element 122i empfängt den Referenzstrahl mit der Wellenlänge λi von dem Übertragungsweg 174i über eine 1 x 2-Verzweigung 180i und eine 2 x 1-Verzweigung 182i. Das Element 122i empfängt weiterhin einen Referenzstrahl mit der Wellenlänge λi von dem Übertragungsweg 178i über eine 1 x 2-Verzweigung 184i und die Verzweigung 182i. Als Ergebnis empfängt das Element 122i die Referenzstrahlen, die durch die Polarisations-Strahlteiler 166 und 168 der ersten und der zweiten Stufe reflektiert worden sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, Signalstrahlen mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen in entsprechende elektrische Signale umzuwandeln durch Zuführen solcher Signalstrahlen zu der Signal-Umwandlungseinrichtung 116a und 116b der ersten und der zweiten Stufe. Die Operation ist daher nicht von der Polarisation abhängig.

Siebtes Ausführungsbeispiel

Fig. 11 zeigt schematisch ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Kurz gesagt hat dieses Ausführungsbeispiel einen dritten und einen vierten optischen Übertragungsweg als geschlossene Schleife, die miteinander an einer oder einer Vielzahl geeigneter Stellen durch optische Spiegelschalter optisch verbunden sind. Jeder Spiegelschalter ist betreibbar, um die optischen Signale von dem dritten zu dem vierten optischen Übertragungsweg und umgekehrt zu übertragen, wie es nötig ist. Vorzugsweise sollten der dritte und der vierte optische Übertragungsweg bei einer geradzahligen Anzahl von Stellen verbunden sein. Bei dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel sind die zwei Übertragungswege an sechs Stellen verbunden, und es sind sechs optische Spiegelschalter verwendet.
Insbesondere sind, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, ein dritter und ein vierter optischer Übertragungsweg 150 und 152 in geschlossener Schleife vorgesehen, wie es jeweils durch eine Linie mit einem Punkt und eine Linie mit mehreren Punkten gezeigt ist. Eine Verzweigungseinrichtung 153 hat beispielsweise 1 x 2 Zweige und koppelt ihren Eingang zu der Verbindungseinrichtung 16 und ihren Ausgang zu den optischen Übertragungswegen 150 und 154 über die Verbindungseinrichtung 18. Die Verzweigungseinrichtung 153 gibt daher die Referenzstrahlen, die durch die Verbindungseinrichtung 18 gemultiplext sind, zu jedem der optischen Übertragungswege 150 und 152 aus. Bei dem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel werden die Referenz- und Signalstrahlen in einer Richtung durch den Übertragungsweg 150 hindurch und in der anderen Richtung durch den Übertragungsweg 152 hindurch ausgebreitet.
Optische Knoten 154 sind auf den Übertragungswegen 150 und 152 verteilt. Optische Spiegelschalter 156 verbinden jeweils die Übertragungswege 150 und 152 an einer gegebenen Stelle miteinander. Eine Referenzstrahl-Entfernungseinrichtung 158 entfernt jeweils Referenzstrahlen, die im wesentlichen eine Runde durch den Übertragungsweg 150 oder 152 hindurch ausgebreitet werden, von demselben Übertragungsweg 150 oder 152.
Es wird angenommen, daß jeder optische Knoten 154 wie beim ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel zum Übertragen von Referenz- und Signalstrahlen aufgebaut ist, deren Polarisationsrichtungen rechtwinklig zueinander sind. Dann wird die Referenzstrahl-Entfernungseinrichtung 158 jeweils als ein Polarisations-Strahlteiler implementiert sein, um in Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung Strahlen zu senden oder nicht zu senden. Dies läßt zu, daß die Referenzstrahl-Entfernungseinrichtung 158 die im wesentlichen eine Runde durch den Übertragungsweg 150 oder 152 hindurch ausgebreiteten Referenzstrahlen abzufangen und dadurch zu entfernen.
Andererseits wird angenommen, daß jeder optische Knoten 154 Referenz- und Signalstrahlen auf einer Zeitaufteilungs-Basis überträgt, wie beim fünften Ausführungsbeispiel. Dann wird jede Referenzstrahl-Entfernungseinrichtung 158 als EIN- AUS-gesteuerter optischer Schalter implementiert sein, d.h. er wird ausgeschaltet, wenn Referenzstrahlen auf ihn einfallen, und eingeschaltet, wenn Signalstrahlen auf ihn einfallen. Bei einem solchen Aufbau überträgt die Referenzstrahl-Entfernungseinrichtung 158 Signalstrahlen während einer Entfernung von Referenzstrahlen, die im wesentlichen eine Runde durch die Wege 150 und 152 hindurchgeführt worden sind.
Wie es in Fig. 11 gezeigt ist, wird angenommen, daß an einer Stelle A auf dem optischen Übertragungsweg 152 und/oder einer Stelle B auf dem optischen Übertragungsweg 150 eine Unterbrechung aufgetreten ist. Dann werden die optischen Spiegelschalter a und b, die an den gegenüberliegenden Seiten der Stellen A und B angeordnet sind, veranlassen, daß die Referenz- und Signalstrahlen den unterbrochenen Weg umgehen oder umkehren. Somit ist trotz der Unterbrechung eine optische Kommunikation zwischen den Knoten sichergestellt.
Zusammenfassend wird klar, daß die vorliegende Erfindung einen optischen Schalter schafft, wobei ein optischer Knoten Wellenlänge für Wellenlänge auf Referenzstrahlen eingestellte Signalstrahlen erzeugt, wodurch die Wellenlängen der Signalstrahlen (zentrale Wellenlängen) eine minimale Streuung von Knoten zu Knoten enthalten. Dies läßt zu, daß Signalstrahlen mit gemultiplexter Wellenlänge enger beabstandete Wellenlängen haben können als herkömmliche, wenn sie über einen gemeinsamen optischen Übertragungsweg übertragen werden. Somit kann die Anzahl von Kanälen und daher die Übertragungskapazität erhöht werden.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die besonderen veranschaulichenden Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, soll sie nicht durch die Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern nur durch die beigefügten Ansprüche. Es ist anzunehmen, daß Fachleute auf dem Gebiet die Ausführungsbeispiele ändern oder abändern können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Optisches Schaltsystem, das folgendes aufweist:

einen optischen Übertragungsweg (10) zur Ausbreitung von Signalstrahlen (A2) durch ihn hindurch;

eine Vielzahl optischer Knoten (12, 54), die jeweils zum Senden und Empfangen der Signalstrahlen (A2) dienen; und

eine Referenzstrahl-Quelle (14) zum Erzeugen von Referenzstrahlen (A1), die jeweils eine bestimmte Wellenlänge aufweisen, zu den Knoten;

dadurch gekennzeichnet,

daß jeder der optischen Knoten (12, 54) eine Vielzahl von Signalstrahlen (A2) erzeugt, die jeweils auf eine entsprechende aus einer Vielzahl von Wellenlängen eingestellt werden, die zu Wellenlängen der Referenzstrahlen (A1) gehören;

der optische Übertragungsweg Polarisationsrichtungen der Referenzstrahlen (A1) und der Signalstrahlen (A2) beibehält, die unterschiedlich voneinander sind; und dadurch,

daß jeder der optischen Knoten (12) folgendes aufweist:

eine Wellenlängen-Demultiplexereinrichtung (20) zum Demultiplexen von Strahlen (A1, A2), die über den optischen Übertragungsweg (10) hereinkommen, auf einer Wellenlängenbasis;

eine Polarisations-Demultiplexereinrichtung (22) zum Demultiplexen von Strahlen (A1, A2), die jeweils eine bestimmte Wellenlänge aufweisen, in Referenzstrahlen (A1) und Signalstrahlen (A2) auf einer Polarisationsrichtungs-Basis;

eine Signal-Umwandlungseinrichtung (24) zum Umwandeln der einzelnen Wellenlängensignalstrahlen (A2) in entsprechende elektrische Signale;

eine Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung (26, 56) zum Erzeugen einer Vielzahl von Signalstrahlen (A2), die jeweils eine bestimmte Wellenlänge aufweisen die auf eine entsprechende Wellenlänge der Referenzstrahlen (A1) eingestellt ist; und

eine Kombinationseinrichtung (28, 44) zum Kombinieren der Signalstrahlen (A2), die jeweils eine bestimmte Wellenlänge aufweisen, und zum Herausführen der kombinierten Signalstrahlen zu dem optischen Übertragungsweg (10).

2. Optisches Schaltsystem, das folgendes aufweist:

einen optischen Übertragungsweg (66) zur Ausbreitung von Signalstrahlen (A2) durch ihn hindurch;

eine Vielzahl optischer Knoten (72, 98), die jeweils zum Senden und Empfangen der Signalstrahlen (A2) dienen; und

eine Referenzstrahl-Quelle (14) zum Erzeugen von Referenzstrahlen (A1), die jeweils eine bestimmte Wellenlänge aufweisen;

wobei der optische Übertragungsweg (66) einen ersten und einen zweiten Übertragungsweg (68, 70) aufweist, die jeweils ausschließlich den Referenzstrahlen (A1) und den Signalstrahlen (A2) zugeordnet sind;

dadurch gekennzeichnet,

daß jeder der optischen Knoten (72, 98) eine Vielzahl von Signalstrahlen (A2) erzeugt, die jeweils auf eine entsprechende aus einer Vielzahl von Wellenlängen eingestellt sind, die zu den Wellenlängen der Referenzstrahlen (A1) gehören; und

daß jeder der optischen Knoten (72, 98) folgendes aufweist:

eine erste Wellenlängen-Demultiplexereinrichtung (74) zum Demultiplexen der Referenzstrahlen (A2), die über den ersten Übertragungsweg (68) hereinkommen, auf einer Wellenlängenbasis;

eine Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung (76, 100) zum Erzeugen einer Vielzahl von Signalstrahlen, die jeweils eine Wellenlänge aufweisen, die auf eine entsprechende Wellenlänge der Referenzstrahlen eingestellt ist eine Kombinationseinrichtung (78) zum Kombinieren der Signalstrahlen, die jeweils eine bestimmte Wellenlänge aufweisen, und zum Herausführen der kombinierten Signalstrahlen zu dem zweiten Übertragungsweg (70);

eine zweite Wellenlängen-Demultiplexereinrichtung (80) zum Demultiplexen der Signalstrahlen (A2), die über den zweiten Übertragungsweg (70) hereinkommen, auf einer Wellenlängenbasis; und

eine Signal-Umwandlungseinrichtung (82) zum Umwandeln der einzelnen Wellenlängensignalstrahlen (A2) in entsprechende elektrische Signale.

3. Optisches Schaltsystem, das folgendes aufweist:

einen optischen Übertragungsweg (104) zur Ausbreitung von Signalstrahlen (A2) durch ihn hindurch;

eine Vielzahl optischer Knoten (106, 159), die jeweils zum Senden und Empfangen der Signalstrahlen (A2) dienen; und

eine Referenzstrahl-Quelle (14) zum Erzeugen der Knoten-Referenzstrahlen (A1), die jeweils eine bestimmte Wellenlänge aufweisen;

dadurch gekennzeichnet,

daß jeder der optischen Knoten (106, 159) eine Vielzahl von Signalstrahlen (A2) erzeugt, die jeweils auf eine entsprechende aus einer Vielzahl von Wellenlängen eingestellt sind, die zu Wellenlängen der Referenzstrahlen (A1) gehören;

die Referenzstrahlen (A1) und die Signalstrahlen (A2) auf einer Zeitaufteilungsbasis übertragen werden; und dadurch,

daß jeder der optischen Knoten (106,164) folgendes aufweist:

einen ersten Polarisationsstrahlteiler (108) zum Reflektieren von Strahlen, die in einer ersten Richtung polarisiert sind, während eines Übertragens von Strahlen, die in einer zweiten Richtung polarisiert sind;

einen zweiten Polarisationsstrahlteiler (110) zum Reflektieren von Strahlen, die in der ersten Richtung polarisiert sind, während eines Übertragens von Strahlen, die in der zweiten Richtung polarisiert sind;

eine Wellenlängen-Multiplexer- und Demultiplexereinrichtung (114) die zwischen dem ersten und dem zweiten Polarisationsstrahlteiler (108, 110) vorgesehen ist, zum Multiplexen einer Vielzahl von Strahlen, die jeweils eine bestimmte Wellenlänge aufweisen, und zum Demultiplexen gemultiplexter Wellenlängenstrahlen;

eine Signal-Umwandlungseinrichtung (116) zum Umwandeln der Signalstrahlen (A2), die in der ersten Richtung polarisiert sind und von dem Polarisationsstrahlteiler (110) der zweiten Stufe zugeführt werden, in elektrische Signale;

eine Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung (118) zum Erzeugen der Signalstrahlen (A2), die in der zweiten Richtung polarisiert sind, und zum Führen von ihnen zu der Wellenlängen-Multiplexereinrichtung (114); und

eine Polarisations-Dreheinrichtung (120, 170), die zwischen dem optischen Übertragungsweg (104) und dem ersten Polarisationsstrahlteiler (108) vorgesehen ist, zum Ändern der Polarisationsrichtung der Signalstrahlen (A2), die in der zweiten Richtung polarisiert sind und von der Signalstrahl- Erzeugungseinrichtung (118) zugeführt werden, in die erste Richtung.

4. Schaltsystem nach Anspruch 3, das folgendes aufweist:

eine Wellenlängen-Demultiplexereinrichtung (160) zum Demultiplexen der gemultiplexten Wellenlängensignalstrahlen, die in der zweiten Richtung polarisiert sind und über den optischen Übertragungsweg (104) über den ersten Polarisationsstrahlteiler (108) hereinkommen, auf einer Wellenlängenbasis; und

eine zweite Signal-Umwandlungseinrichtung (162) zum Umwandeln der Strahlen, die jeweils eine bestimmte Wellenlänge aufweisen und von der Wellenlängen-Demultiplexereinrichtung (160) zugeführt werden, in elektrische Signale.

5. Optisches Schaltsystem, das folgendes aufweist:

einen optischen Übertragungsweg (104) zum Ausbreiten von Signalstrahlen (A2) durch ihn hindurch;

eine Vielzahl optischer Knoten (164), die jeweils zum Senden und Empfangen der Signalstrahlen (A2) dienen; und

eine Referenzstrahl-Quelle (14) zum Erzeugen der Referenzstrahlen (A1) zu den Knoten (104), wobei die Referenzstrahlen (A1) jeweils eine bestimmte Wellenlänge aufweisen;

dadurch gekennzeichnet,

daß jeder der optischen Knoten (164) eine Vielzahl von Signalstrahlen (A2) erzeugt, die jeweils auf eine entsprechende Wellenlänge eingestellt sind, die zu Wellenlängen der Referenzstrahlen (A1) gehört;

daß die Referenzstrahlen (A1) und die Signalstrahlen (A2) auf einer Zeitaufteilungsbasis übertragen werden; und dadurch,

daß jeder der optischen Knoten (164) folgendes aufweist:

einen Polarisationsstrahlteiler (166) einer ersten Stufe mit einer ersten Übertragungsrichtung;

einen Polarisationsstrahlteiler (168) einer zweiten Stufe mit einer zweiten Übertragungsrichtung, die die erste Übertragungsrichtung unter einem Winkel von 45 Grad schneidet;

einen Faraday-Isolator (170), der zwischen dem Polarisationsstrahlteiler (166) der ersten Stufe und dem Polarisationsstrahlteiler (168) der zweiten Stufe vorgesehen ist;

eine Wellenlängen-Multiplexer- und Demultiplexereinrichtung (114), die zwischen dem optischen Übertragungsweg (104) und dem Polarisationsstrahlteiler (166) der ersten Stufe vorgesehen ist, zum Multiplexen einer Vielzahl von Strahlen (A1, A2), die jeweils eine bestimmte Wellenlänge aufweisen, und zum Demultiplexeren der gemultiplexten Wellenlängenstrahlen (A1, A2);

eine Signal-Umwandlungseinrichtung (116a) einer ersten Stufe zum Umwandeln der Signalstrahlen (A1, A2), die durch den Polarisationsstrahlteiler (166) der ersten Stufe reflektiert werden, in elektrische Signale;

eine Signal-Umwandlungseinrichtung (1 16b) einer zweiten Stufe zum Umwandeln der Signalstrahlen (A2), die durch den Polarisationsstrahlteiler (168) der zweiten Stufe reflektiert werden, in elektrische Signale; und

eine Signalstrahl-Erzeugungseinrichtung (118) zum Erzeugen von Signalstrahlen (A2), die in der zweiten Übertragungsrichtung polarisiert sind und über die Strahlteiler (166,168) der ersten und der zweiten Stufe zu der Multiplexer- und Demultiplexereinrichtung (114) zu führen sind.

6. Schalter nach Anspruch 3, 4 oder 5, der eine Vielzahl optischer Übertragungswege (150, 152) enthält.