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Diese Erfindung betrifft einen optischen
Knotenpunkt für
ein in Ring-Anordnung ausgelegtes optisches Signalübertragungsnetzwerk,
d.h. eine Gruppe optischer Komponenten, die derart angeordnet sind,
dass sie die Extraktion und Einführung
von Signalen, die einem oder mehreren Übertragungskanälen zugehören, aus
dem bzw. in den Ring ermöglichen.
In der Praxis bewegen sich unterschiedlichen Kanälen zugehörige Signale, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen,
gemeinsam über
optische Fasern in dem Netzwerk; Signal-Komponenten, die eine entsprechende
Wellenlänge
für einen
gegebenen Kanal aufweisen, werden an den Knotenpunkten zwecks Einführung in
das Netzwerk abgenommen.
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Die Menge an Information, die auf
optischen Signalübertragungsnetzwerken
ausgetauscht wird, ist ziemlich groß. Aus diesem Grund kann ein
Fehler ernsthafte Konsequenzen haben, da eine sehr große Anzahl
von Usern vom Informationsfluss abgeschnitten wird.
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Ein typischer Fehler ist die Unterbrechung
einer optischen Faser, z.B. weil die Faser von einer mit einem Arbeitsvorgang
befassten Person, welche die Faser übersehen hat, unbeabsichtigt
zerschnitten worden ist. Um derartige Vorkommnisse auf automatische
und hinreichend schnelle Weise handzuhaben und somit signifikante
Unterbrechungen des Informationsflusses zu vermeiden, wurden selbstheilende Doppelring-Netzwerke
entwickelt. Ein Netzwerk dieses Typs ist schematisch in 3 und 4 gezeigt.
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Bei derartigen Netzwerken sind die
verschiedenen Knotenpunkte durch zwei Ringleitungen optischer Fasern
miteinander verbunden, und zwar eine erste Ringleitung (auch als
Außenring
bezeichnet) und eine zweite Ringleitung (auch als Innenring bezeichnet).
Unter normalen Bedingungen bewegen sich die Signale unidirektional
entlang der ersten Ringleitung, und sie werden entsprechend ihren
Wellenlängen
aus den verschiedenen Knotenpunkten extrahiert und/oder in diese
eingeführt.
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In dem Fall, dass eine optische Faser
in der ersten Leitung zwischen einem stromaufwärts angeordneten Knotenpunkt
und einem stromabwärts
angeordneten Knotenpunkt unterbrochen wird, wird die Faser wiederhergestellt,
indem der Signalfluss an dem vor der Unterbrechung gelegenen Knotenpunkt (relativ
zu der Ausbreitungsrichtung der Signale durch die erste Leitung)
von der ersten Leitung zu der zweiten Leitung umgeleitet wird und
hinter der Unterbrechung von der zweiten Leitung zu der ersten Leitung
umgeleitet wird. Die Signale breiten sich in der zweiten Leitung
in Gegenrichtung zu der Ausbreitungsrichtung der ersten Leitung
aus.
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Um derartige Umleitungen von einer
Leitung zu der anderen automatisch erfolgen zu lassen, sind selbstheilende
Knotenpunkte mit sogenannten Richtungsschaltern versehen, bei denen
es sich um optische Vierwege-Komponenten mit zwei Eingängen und
zwei Ausgängen
handelt; in einer normalen Konfiguration ist der erste Ausgang optisch
mit dem ersten Eingang verbunden und der zweite Ausgang optisch
mit dem zweiten Eingang verbunden, während in einer geschalteten
Konfiguration der erste Ausgang mit dem zweiten Eingang und der
zweite Ausgang mit dem ersten Eingang optisch verbunden ist.
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Ein Knotenpunkt dieses Typs ist z.B.
beschrieben von S. Merli, A. Mariconda, R. De Sanctis in, dem Artikel "Analisi e dimensionamento
di un anello ottico trasparente ...", Minutes of FOTONICA '95 Conference, Sorrent,
Mai 1995, und ist in 1 schematisch
gezeigt. Demgemäß ist vorgesehen, dass
beim Auftreten einer Unterbrechung in der ersten Ringleitung die
Signale auf die zweite Ringleitung geschaltet werden; ferner wird
ermöglicht,
dass ein optischer User des Knotenpunkts (typischerweise ein wellenlängenselektiver
optischer Schalter zum Extrahieren und Einführen von Signalen eines Kanals
mit einer vorbestimmten Wellenlänge)
in dem Fall, dass der Fehler beim User selbst auftritt, umgangen
wird, so dass die Übertragung
zwischen den übrigen
Knotenpunkten des Netzwerks gewährleistet
ist.
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Ein derartiger herkömmlicher
Knotenpunkt ist ferner bekannt aus E. Gay et al., "Theoretical Simulation
and Experimental Investigation ...", Journal of Lightwave Technology, Vol.
13, Nr. 8, August 1995, pp. 1636–1646.
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Es ist jedoch zu beobachten, dass
beim Auftreten eines Fehlers in der optischen Faser der ersten Ringleitung
der Richtungsschalter, der zum Umleiten der Signale auf die zweite
Ringleitung betätigt
werden sollte, gelegentlich selbst versagen und somit seine Funktion
nicht erfüllen
kann, entweder weil er nicht mehr umleiten kann oder sogar weil
er beim Versuch des Umleitens so beschädigt wird, dass keine Signale
durch ihn geleitet werden können.
Obwohl dies ein sehr unwahrscheinliches Ereignis ist, kann es sehr
ernsthafte Konsequenzen haben, da in diesem Fall das gesamte Netzwerk
außer
Betrieb gesetzt werden könnte.
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Somit existiert das Problem, ein
vollständiges
Kolabieren des Netzwerks zu verhindern, falls gleichzeitig ein Fehler
in der optischen Faser der ersten Ringleitung und in einem der Richtungsschalter auftritt.
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Folglich betrifft ein erster Aspekt
der vorliegenden Erfindung einen optischen Knotenpunkt in einem
optischen Signalübertragungsnetzwerk
des selbstheilenden Ring-Typs, wobei der Ring mindestens eine erste
Ringleitung, durch die im normalen Betriebszustand optische Signale
in einer vorbestimmten Richtung übertragen
werden, und eine zweite Ringleitung aufweist, durch die beim Auftreten eines
Fehlers die optischen Signale in der Gegenrichtung übertragen
werden, wobei der optische Knotenpunkt aufweist:
- – eine Einheit
zum Extrahieren und/oder Einführen
eines Optiksignals aus der/in die erste Ringleitung, wobei die Einheit
seriell mit der Leitung verbunden ist;
- – erste
und zweite Arbeits-Richtungsschalter, die vor bzw. hinter der Extrahierungs-
und/oder Einführungs-Einheit
in Bezug auf die Übertragungsrichtung
der optischen Signale durch die erste Ringleitung seriell mit der
ersten Ringleitung verbunden sind, und die ferner seriell mit der
zweiten Ringleitung verbunden sind, wobei die Schalter zum steuerbaren
Schalten der optischen Signale zwischen der ersten Ringleitung und
der zweiten Ringleitung sowie zu der Extrahierungsund/oder Einführungs-Einheit
betätigbar
sind;
dadurch gekennzeichnet, dass der optische Knotenpunkt
erste und zweite Ersatz-Richtungsschalter aufweist, die den ersten
und zweiten Arbeits-Richtungsschaltern zugeordnet sind und betriebsmäßig mit
den ersten und den zweiten Ringleitungen verbunden sind, um beim
Auftreten eines Fehlers an den ersten und zweiten Arbeits-Richtungsschaltern
den optischen Knotenpunkt wieder in seinen korrekten Betriebszustand zu
versetzen.
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In dieser Weise kann in dem Fall,
dass einer der Arbeits-Richtungsschalter während seiner Betätigung Probleme
zeigt, veranlasst werden, dass ein betreffender Ersatz-Richtungsschalter
an seiner Stelle arbeitet.
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Vorzugsweise sind die ersten und
zweiten Ersatz-Richtungsschalter entlang der ersten Ringleitung
hinter dem ersten Arbeits-Richtungsschalter bzw. vor dem zweiten
Arbeits-Richtungsschalter angeschlossen, und entlang der zweiten
Ringleitung vor dem ersten Arbeits-Richtungsschalter bzw. hinter dem
zweiten Arbeits-Richtungsschalter angeschlossen.
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Diese Anordnung ermöglicht dem
Ersatzschalter, den Arbeitsschalter zu umgehen, ohne dass zusätzliche
optische Ablenkungseinrichtungen erforderlich sind, um beim Auftreten
eines Fehlers im Arbeitsschalter die Signale umzuleiten. In der
Tat wird, wie in der folgenden Beschreibung detailliert erläutert wird,
im Falle einer Fehlfunktion eines Arbeitsschalters die Betriebsfähigkeit
der Leitungen aufrechterhalten, indem einfach veranlasst wird, dass
der entsprechende Ersatzschalter den Betrieb übernimmt. Da durch wird der
Durchtritt von Leitungssignalen durch den defekten Schalter verhindert,
so dass dieser bei der ersten Gelegenheit ersetzt werden kann, ohne
dass die Signalübertragung
innerhalb des Netzwerks Unterbrechungen erleidet.
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Besonders bevorzugt weist die erste
Ringleitung an dem Knotenpunkt auf:
- – eine Knotenpunkt-Eingangsfaser,
die mit einem ersten Eingang des ersten Arbeits-Richtungsschalters
verbunden ist,
- – eine
erste Verbindungsfaser, die einen ersten Ausgang des ersten Arbeits-Richtungsschalters mit
einem ersten Eingang des ersten Ersatz-Richtungsschalters verbindet,
- – eine
zweite Verbindungsfaser, die einen ersten Ausgang des ersten Ersatz-Richtungsschalters mit
einem Haupteingang der Extrahierungsund/oder Einführungs-Einheit
verbindet,
- – eine
dritte Verbindungsfaser, die einen Hauptausgang der Extrahierungs-
und/oder Einführungs-Einheit
mit einem ersten Eingang des zweiten Ersatz-Richtungsschalters verbindet,
- – eine
vierte Verbindungsfaser, die einen ersten Ausgang des zweiten Ersatz-Richtungsschalters mit
einem ersten Eingang des zweiten Arbeits-Richtungsschalters verbindet,
und
- – eine
Knotenpunkt-Ausgangsfaser, die mit einem ersten Ausgang des zweiten
Arbeits-Richtungsschalters verbunden ist;
wobei die
zweite Ringleitung an dem Knotenpunkt aufweist: - – eine Knotenpunkt-Eingangsfaser,
die mit einem zweiten Eingang des ersten Ersatz-Richtungsschalters
verbunden ist,
- – eine
fünfte
Verbindungsfaser, die einen zweiten Ausgang des ersten Ersatz-Richtungsschalters mit
einem zweiten Eingang des ersten Arbeits-Richtungsschalters verbindet,
- – eine
sechste Verbindungsfaser, die einen zweiten Ausgang des ersten Arbeits-Richtungsschalters
mit einem zweiten Eingang des zweiten Arbeits-Richtungsschalters
verbindet,
- – eine
siebte Verbindungsfaser, die einen zweiten Ausgang des zweiten Arbeits-Richtungsschalters mit
einem zweiten Eingang des zweiten Ersatz-Richtungsschalters verbindet,
und
- – eine
Knotenpunkt-Ausgangsfaser, die mit einem zweiten Ausgang des zweiten
Ersatz-Richtungsschalters verbunden ist.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung
betrifft ein Verfahren, um beim Auftreten eines Fehlers die Kommunikation
der optischen Signale innerhalb eines optischen Übertragungsnetzwerks des selbstheilenden Ring-Typs
aufrechtzuerhalten, das mindestens zwei durch optische Signale gesteuerte
Einführungs- und/oder Extraktions-Knotenpunkte
und zwei die Knotenpunkte verbindende Ringleitungen aufweist, nämlich eine
erste Ringleitung, durch die optische Signale in einer vorbestimmten
Richtung übertragen werden,
und eine zweite Ringleitung, durch die beim Auftreten eines Fehlers
die optischen Signale in der Gegenrichtung übertragen werden, wobei das
Verfahren die folgenden Schritte umfasst, die im Falle einer Unterbrechung
der Kommunikation an einer identifizierten Stelle entlang der ersten
Ringleitung ausgeführt
werden:
- – mittels
eines am Eingang des Knotenpunkts angeordneten ersten Arbeits-Richtungsschalters, Schalten
der Signale an dem stromabwärtigen Knotenpunkt
von der Unterbrechungs-Stelle in Bezug auf die Übertragungsrichtung der Signale durch
die erste Ringleitung derart, dass die Signale von der zweiten Ringleitung
zu der ersten Ringleitung umgeleitet werden;
- – mittels
eines am Ausgang des Knotenpunkts angeordneten zweiten Arbeits-Richtungsschalters, Schalten
der Signale an dem stromaufwärtigen Knotenpunkt
von der Unterbrechungs-Stelle in Bezug auf die Übertragungsrichtung der Signale durch
die erste Ringleitung derart, dass die Signale von der ersten Ringleitung
zu der zweiten Ringleitung umgeleitet werden;
dadurch
gekennzeichnet, dass im Falle eines weiteren Fehlers, der an einem
der Arbeitsschalter auftritt, der folgende Schritt ausgeführt wird:
- – Umleiten
der zu dem fehlerhaften Arbeits-Richtungsschalter hin strömenden Signale
von der Ringleitung, durch die sie übertragen worden sind, zu der
anderen Ringleitung.
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In dieser Weise kann der fehlerhafte
Richtungsschalter gegenüber
den Signalen abgeschnitten werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden deutlicher ersichtlich anhand der folgenden Beschreibung
im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen, in denen:
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1 einen
sogenannten selbstheilenden optischen Knotenpunkt gemäß dem Stand
der Technik zeigt;
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2 einen
optischen Knotenpunkt gemäß der Erfindung
zeigt;
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3 und 4 eine schematische Ansicht
eines Netzwerks des selbstheilenden Ring-Typs während des normalen Betriebs
und während
einer in der ersten Ringleitung auftretenden Unterbrechung zeigen;
und
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5 eine
detailliertere schematische Ansicht einer Komponente des optischen
Knotenpunkts gemäß 2 zeigt.
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Das in 3 und 4 gezeigte selbstheilende Ring-Netzwerk 1 weist
Knotenpunkte 10 zum steuerbaren Einführen und/oder Extrahieren optischer
Signale und zwei die Knotenpunkte 10 verbindende Ringleitungen
auf, nämlich
eine erste Ringleitung 2 und eine zweite Ringleitung 3.
Normalerweise werden die optischen Signale derart geleitet, dass
sie sich in einer vorbestimmten Richtung über die Leitung 2 bewegen,
während
die optischen Signale nur in der Situation eines (noch zu erläuternden)
Netzwerkfehlers über
die Leitung 3 geleitet werden, und zwar in Gegenrichtung
zu der Bewegung durch die Leitung 2.
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Der Knotenpunkt 10 gemäß 2 enthält eine Signal-Extraktions-
und/oder Einführungs-Einheit,
die einen wellenlängen-selektiven
optischen Schalter 11 aufweist, der versehen ist mit einem Haupteingang 12 für eintreffende
optische Signale, einem Hauptausgang 13 für ausgehende
optische Signale, einem Lokal-Eingang 14 für die Einführung eines
spezifischen optischen Signals mit einer vorbestimmten Wellenlänge, und
einem Lokal-Ausgang 15 für die Extraktion eines spezifischen
Signals mit der gleichen vorbestimmten Wellenlänge. Der wellenlängen-selektive
optische Schalter 11 erlaubt denjenigen Komponenten der
optischen Signale, die eine andere Wellenlänge als die vorbestimmte Wellenlänge haben,
einen ungehinderten Durchtritt durch den Schalter 11 von
dessen Haupteingang 12 zu dessen Hauptausgang 13,
während
diejenigen Komponenten der optischen Signale, welche die gleiche
Wellenlänge
wie die vorbestimmte Wellenlänge
haben, durch den Lokal-Ausgang 15 und den Lokal-Eingang 14 hindurch
eingehend und ausgehend ausgetauscht werden. Der wellenlängen-selektive
optische Schalter 11 kann z.B. vom akustooptischen Typ
sein.
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Es sind Einrichtungen vom akustooptischen Typ
bekannt, deren Betrieb auf dem Zusammenwirken von Lichtsignalen,
die durch auf einem Substrat doppeltbrechenden photoelastischen
Materials ausgebildete Wellenleiter geleitet werden, und Tonsignalen
basiert, die auf der Substrat-Oberfläche geleitet werden, und zwar
nach Erzeugung durch spezielle Transducer. Das Zusammenwirken eines
polarisierten optischen Signals mit einer Tonwelle resultiert in einer
Konvertierung der Signal-Polarisation, d.h. dahingehend, dass die
Polarisation seiner orthogonal zueinander verlaufenden Komponenten
TE (Transverse Electric) und TM (Transverse Magnetic) umgedreht
wird.
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Mit derartigen akustooptischen Einrichtungen
kann die Spektralreaktionskurve durch Steuern der Frequenz der Tonwellen
abgestimmt werden, so dass diese Einrichtungen zur Verwendung als
Schalter in wellenlängendivisions-gemultiplexten
optischen Telekommunikationsnetzwerken geeignet sind. Diese Einrichtungen
ermöglichen
ein Modifizieren des Signal-Wahl ohne ein Verändern der Komponenten-Verdrahtung;
ferner ermöglichen
sie, dass mehrere Signale oder Kanäle gleichzeitig geschaltet und
gewählt
werden, falls die sich an der Substrat-Oberfläche entlang bewegende Tonwelle
aus der Überlagerung
verschiedener Tonwellen resultiert. Tatsächlich führen die Schalter einen kombinierten Wechsel
von Signalen an den Wellenlängen
entsprechenden Frequenzen durch, die gleichzeitig an den Elektroden
der akustooptischen Transducer ausgelegt werden.
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Wenn ein Kanal mit einer gegebenen
Wellenlänge
gewählt
wird, werden die durch einen Eingang eintreffenden optischen Signale
dieser gleichen Wellenlänge
an den entsprechenden cross-state-Ausgang adressiert, und diejenigen,
die durch den anderen Eingang eintreffen, werden an den entsprechenden
anderen cross-state-Ausgang adressiert (Schalter ist in seinem cross-state).
Die nicht gewählten
Signale werden von einem Eingang an den entsprechenden bar-state-Ausgang
adressiert (direkter Durchlass oder Schalter in seinem bar-state).
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Eine bevorzugte Ausführungsform
eines akustooptischen Schalters 11 ist in 5 gezeigt.
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Der Schalter weist ein Substrat 101 aus
einem doppelt brechenden photoelastischen Material auf, das Lithiumniobat
(LiNbO3) enthält.
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In dem Substrat 101 sind
zwei optische Wellenleiter-Eingangsschenkel 102 und 103 ausgebildet, deren
Enden 104 und 105 mit zwei Eingangsanschlüssen 12,14 versehen
sind, an denen sich jeweilige optische Verbindungsfasern mittels
bekannter Verbindungseinrichtungen (Pigtail-Elemente) befestigen
lassen, wie die Figur schematisch zeigt.
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Zur Ermöglichung der Befestigung der
(mit einem Durchmesser von ungefähr
250 Mikron ausgestatteten) optischen Fasern außerhalb des Schalters 11 sind
die Anschlüsse 12 und 14 um
mindestens 125 Mikron voneinander beabstandet.
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Ferner sind auf dem Substrat 101 zwei
polarisations-selektive Elemente 108 und 109,
eine Konvertierungsstufe 110 und zwei optische Wellenleiter-Ausgangsschenkel 111 und 112 ausgebildet,
deren Enden 113,114 mit zwei Ausgangsanschlüssen 15,13 versehen
sind, an denen jeweilige optische Ausgangsfasern befestigt sind.
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Bei den polarisations-selektiven
Elementen 108 und 109 handelt es sich vorzugsweise
um Polarisationsteiler, die von Abschwächungswellen-Richtungskopplern
gebildet sind, welche jeweils in der Lage sind, zwischen zwei Ausgangs-Wellenleitern zwei
jeweilige Polarisationen, die einem gemeinsamen Eingang zugeführt werden,
zu teilen, und zwei jeweilige Polarisationen, die Wellenleitern
mit separaten Eingängen
zugeführt
werden, in einen gemeinsamen Ausgangs-Wellenleiter hinein zu verschmelzen;
insbesondere weisen sie jeweils einen mittleren optischen Wellenleiter 117 bzw. 118 sowie
Eingangs- und Ausgangs-Wellenleiterpaare 119,120,121,122 bzw. 123,124, 125,126 auf.
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Die Konvertierungsstufe 110 weist
zwei parallele optische Wellenleiter-Schenkel 127,128 auf, die
mit dem Ausgangs-Wellenleiterpaar 121,122 des Polarisationsteilers 108 und
dem Eingangs-Wellenleiterpaar 123,124 des Polarisationsteilers 109 verbunden
sind; ferner weist die Stufe einen akustischen Wellenleiter 129 auf,
der die Wellenleiter-Schenkel 127,128 und einen
elektroakustischen Transducer 130 enthält, der ein Paar ineinander
verschachtelter Elektroden aufweist und zum Erzeugen einer akustischen
Oberflächen-RF-Welle
in der Lage ist.
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Der Transducer 130 ist rationellerweise
in einem akustischen Wellenleiter 131 platziert, der mit dem
akustischen Wellenleiter 129 in Verbindung steht, um mit
diesem einen akustischen Koppler zu bilden.
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An dem Ende eines weiteren akustischen Wellenleiters 132,
der das Tonsignal von dem akustischen Leiter 129 empfangen
kann, ist ein akustischer Absorber 133 vorgesehen. Die
akustischen Wellenleiter 129, 131 und 132 sind
durch Bereiche 150, 151, 152, 153 begrenzt,
an denen das Substrat dotiert worden ist, um eine höhere Ausbreitungsgeschwindigkeit
der akustischen Wellen als durch die Leiter 129, 131 und 132 und
dadurch das Tonsignal auf den Bereich innerhalb der Leiter zu beschränken.
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Die Baugruppe aus dem elektroakustischen Transducer 130,
den akustischen Wellenleitern 129, 130, 132 und
den in dem akustischen Leiter 129 enthaltenen optischen
Wellenleitern bildet einen akustooptischen Konvertierter 140,
mit dem das Zusammenwirken der Tonwelle mit den optischen Signalen ermöglicht wird.
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Der in 5 gezeigte
Schalter arbeitet wie folgt.
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Wenn keine Spannung an den elektroakustischen
Transducer 130 angelegt wird, befindet sich der Schalter
in seinem Ausschalt-Zustand und in einem Zustand des direkten Durchlasses
(bar-state), in dem eine direkte Entsprechung zwischen den Eingangs-Anschlüssen 12,14 bzw.
den Ausgangs-Anschlüssen hergestellt
ist.
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Die Lichtsignale treten durch die
Anschlüsse 12,14 ein
und gelangen in den Polarisationsteiler 108, in dem die
Polarisationskomponenten TE und TM zwischen den Wellenleitern 121 und 122 geteilt werden,
unverändert
durch die Schenkel 127 und 128 der Konvertierungsstufe 110 laufen
und dem Polarisationsteiler 109 zugeführt werden, in dem die Polarisationskomponenten
derart neukombiniert werden, dass die über die Anschlüsse 12 und 14 eintreffenden
Signale unverändert über die
Anschlüsse 13 und 15 ausgegeben
werden.
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Durch Ausgeben eines geeigneten Schaltsignals
an die Elektroden des Transducers 130 kann der Schalter
in seinen Einschalt-Zustand versetzt werden, um in einen cross-state
für die
gewählten Wellenlängen überzugehen,
wobei die Eingangs-Anschlüsse 12 und 14 mit
den Kreuzungs-Ausgangsanschlüssen 15 bzw. 13 ausgerichtet
werden.
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Zu diesem Zweck erzeugt der Transducer 130 eine
RF-Oberflächen-Tonwelle
mit akustischen Steuerfrequenzen fac (ungefähr 174 ± 10 MHz
bei Einrichtungen, die im 1550-nm-Bereich betrieben werden, und
210 ± 10
MHz bei Einrichtungen, die im 1300-nm-Bereich betrieben werden)
entsprechend den optischen Resonanz-Wellenlängen, bei denen die Polarisations-Konvertierung
TM→TE für eine oder mehr
vorbestimmte Signal-Wellenlängen
eintritt, die geschaltet werden sollen.
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Die Lichtsignale treten in den Polarisationsteiler 108 ein,
in dem die Polarisationskomponenten TE und TM geteilt werden, woraufhin
sie durch die Schenkel 127 und 128 der Konvertierungsstufe 110 geleitet
werden, in dem diejenigen Komponenten der Signale, welche die gewünschten
Wellenlängen
aufweisen, in ihre orthogonalen Komponenten konvertiert werden.
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Die Polarisationskomponenten TE und
TM werden dann in den Polarisationsteiler 109 eingegeben,
so dass die gewählten
Polarisationskomponenten aus dem Eingangs-Anschluss 12 zusammen
mit den aus dem Anschluss 14 kommenden ungewählten Komponenten
durch den Ausgangs-Anschluss 15 austreten und die gewählten Polarisationskomponenten
aus dem Eingangs-Anschluss 14 zusammen mit
den aus dem Anschluss 12 kommenden ungewählten Komponenten
durch den Ausgangs-Anschluss 13 austreten.
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Somit werden diejenigen Signale,
die in der Konvertierungsstufe 110 einer Polarisations-Konvertierung
unterzogen worden sind, vollständig
in einem cross-state geführt,
wodurch sie eine volle Übergangsfunktion
bewirken, während
diejenigen Signale, die nicht in Interaktion mit der Tonwelle getreten sind,
unverändert
durchlaufen.
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Gemäß einer bestimmten Ausführungsform, die
in 6 gezeigt ist, ist
in dem Substrat 101 ferner eine Kompensationsstufe 160 ausgebildet,
die zwei parallele optische Wellenleiter-Schenkel 161 und 162 aufweist,
welche an einem Ende mit den Eingangs-Anschlüssen 14,12 und
an dem anderen Ende mit den Schenkeln 119,120 des
Polarisationsteilers 117 verbunden sind.
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Die beiden optischen Wellenleiter-Schenkel 161 und 162 sind
in dem akustischen Wellenleiter 129 eines akustooptischen
Konvertierers 164 angeordnet, der einen ähnlichen
Aufbau hat wie derjenige des zuvor beschriebenen Konvertierers 140 und
dessen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Bei dieser Ausführungsform
bewegen sich die Eingangs-Signale bei miteinander kombinierten Polarisationskomponenten
TE und TM durch die Schenkel 161 und 162 der Kompensationsstufe 160 hindurch
und werden bei im Einschalt-Zustand befindlichem Konvertierer 160 zu
ihren orthogonalen Komponenten konvertiert, während sie weiterhin miteinander
kombiniert sind.
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Die Signale treten dann in die Konvertierungsstufe 110 ein,
wo die Polarisationskomponenten TE und TM durch die akustooptische
Zusammenwirkung zurück
in ihren ursprünglichen
polarisierten Zustand konvertiert werden.
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Bei dieser Ausgestaltung werden die
Frequenzverschiebungen, die sich in den Signal-Komponenten TE und
TM aufgrund des akustooptischen Zusammenwirkens in der Konvertierungsstufe
entwickeln, durch die in der Kompensationsstufe erfolgenden gegenläufigen Verschiebungen
zügig kompensiert.
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An dem Knotenpunkt 10 weist
die erste Ringleitung 2 eine Eingangs-Faser 16 und
eine Ausgangs-Faser 17 auf, und die zweite Ringleitung 3 weist
eine Eingangs-Faser 18 und eine Ausgangs-Faser 19 auf.
Ferner enthält
das Netzwerk 1 Lokalleitungs-Optikfasern, die an dem Knotenpunkt 10 eine
Lokal-Eingangsfaser 20 und eine Lokal-Ausgangs-Faser 21 aufweisen.
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Der Knotenpunkt 10 weist
ferner mehrere Richtungsschalter auf. Diese Schalter haben jeweilige
erste und zweite Eingänge
und erste und zweite Ausgänge
und können
entweder eine normale Konfiguration, in der ihr ers ter Ausgang optisch
mit dem ersten Eingang verbunden ist und ihr zweiter Ausgang optisch
mit dem zweiten Eingang verbunden ist, oder eine geschaltete Konfiguration
aufweisen, in der ihr erster Ausgang optisch mit dem zweiten Eingang verbunden
ist und ihr zweiter Ausgang optisch mit dem ersten Eingang verbunden
ist. Ein Richtungsschalter kann in mehreren unterschiedlichen Technologien
ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Schalter ein elektromechanischer
Schalter mit Betätigungszeiten
von wenigen Zehnteln Millisekunden sein; bei Schaltern dieses Typs
handelt es sich etwa um das Modell S-22NB-L-9 von DiCon Fiberelectronics,
Inc. und um das Modell SW2:2X von JDS. Alternativ kann der Schalter
vom magnetooptischen Typ sein und Betätigungszeiten von weniger als
einigen Millisekunden haben, wie etwa das Modell YS-111 von FDK.
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Insbesondere sind an dem Knotenpunkt 10 die
folgenden Richtungsschalter vorgesehen:
- – ein erster
Arbeits-Richtungsschalter 22 mit einem ersten Eingang 23,
einem zweiten Eingang 24, einem ersten Ausgang 25 und
einem zweiten Ausgang 26;
- – ein
zweiter Arbeits-Richtungsschalter 27 mit einem ersten Eingang 28,
einem zweiten Eingang 29, einem ersten Ausgang 30 und
einem zweiten Ausgang 31;
- – ein
erster Ersatz-Richtungsschalter 32 mit einem ersten Eingang 33,
einem zweiten Eingang 34, einem ersten Ausgang 35 und
einem zweiten Ausgang 36; und
- – ein
zweiter Ersatz-Richtungsschalter 37 mit einem ersten Eingang 38,
einem zweiten Eingang 39, einem ersten Ausgang 40 und
einem zweiten Ausgang 41.
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Die Eingangs-Faser 16 der
ersten Ringleitung 2 ist mit dem ersten Eingang 23 des
ersten Arbeits-Richtungsschalters 22 verbunden. Die Ausgangs-Faser 17 der
ersten Ringleitung 2 ist mit dem ersten Ausgang 30 des
zweiten Arbeits-Richtungsschalters 27 verbunden. Die Eingangs-Faser 18 der zweiten
Ringleitung 3 ist mit dem zweiten Eingang 34 des
ersten Ersatz- Richtungsschalters 32 verbunden. Die
Ausgangs-Faser 19 der zweiten Ringleitung 3 ist mit
dem zweiten Ausgang 41 des zweiten Ersatz-Richtungsschalters 37 verbunden.
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Die Lokal-Eingangsfaser 20 ist
mit dem Lokal-Eingang 14 des wellenlängenselektiven optischen Schalters 11 verbunden.
Die Lokal-Ausgangsfaser 21 ist mit dem Lokal-Ausgang 15 des
wellenlängen-selektiven
optischen Schalters 11 verbunden.
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Der erste Ausgang 25 des
ersten Arbeits-Richtungsschalters 22 ist durch eine erste
Verbindungsfaser 42 mit dem ersten Eingang 33 des
ersten Ersatz-Richtungsschalters 32 verbunden. Der erste
Ausgang 35 des ersten Ersatz-Richtungsschalters 32 ist
durch eine zweite Verbindungsfaser 43 mit dem Haupteingang 12 des
wellenlängen-selektiven optischen
Schalters 11 verbunden.
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Der Hauptausgang 13 des
wellenlängen-selektiven
optischen Schalters 11 ist durch eine dritte Verbindungsfaser 44 mit
dem ersten Eingang 38 des zweiten Ersatz-Richtungsschalters 37 verbunden. Der
erste Ausgang 40 des zweiten Ersatz-Richtungsschalters 37 ist
durch eine vierte Verbindungsfaser 45 mit dem ersten Eingang 28 des
zweiten Arbeits-Richtungsschalters 27 verbunden.
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Die optischen Verbindungsfasern 42, 43, 44 und 45 sind
zusammen mit der Eingangs-Faser 16 und der Ausgangs-Faser 17 Teil
der ersten Ringleitung 2.
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Der zweite Ausgang 36 des
ersten Ersatz-Richtungsschalters 32 ist durch eine fünfte Verbindungsfaser 47 mit
dem zweiten Eingang 24 des ersten Arbeits-Richtungsschalters 22 verbunden.
Der zweite Ausgang 26 des ersten Arbeits-Richtungsschalters 22 ist
durch eine sechste Verbindungsfaser 46 mit dem zweiten
Eingang 29 des zweiten Arbeits-Richtungsschalters 27 verbunden.
Der zweite Ausgang 31 des zweiten Arbeits-Richtungsschalters
27 ist
durch eine siebte Verbindungsfaser 48 mit dem zweiten Eingang 39 des
zweiten Ersatz-Richtungsschalters 37 verbunden.
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Die optischen Verbindungsfasern 47, 46 und 48 sind
zusammen mit der Eingangs-Faser 18 und der Ausgangs-Faser 19 Teil
der zweiten Ringleitung 3.
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Der Knotenpunkt 10 weist
ferner an sich bekannte Steuer- und Betätigungseinrichtungen auf, die
zum Detektieren von Fehlern (d.h. Signalunterbrechungen) an den
verschiedenen optischen Elementen geeignet sind und die Richtungsschalter
betätigen.
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Die Arbeitsweise des Knotenpunkts 10 ist wie
folgt vorgesehen.
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Während
des normalen Betriebs des Netzwerks treffen Signale über die
Eingangs-Faser 16 ein, durchlaufen den ersten Arbeits-Richtungsschalter 22 von
dessen erstem Eingang 23 zu dessen erstem Ausgang 25,
bewegen sich entlang der ersten Verbindungsleitung 42,
durchlaufen den ersten Ersatz-Richtungsschalter 32 von
dessen erstem Eingang 33 zu dessen erstem Ausgang 35,
bewegen sich entlang der zweiten Verbindungsleitung 43 und treten
in den wellenlängen-selektiven
optischen Schalter 11 durch dessen Haupteingang 12 ein.
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Innerhalb des wellenlängen-selektiven
optischen Schalters 11 werden diejenigen Signalkomponenten,
welche die vorbestimmten Wellenlängen
für den
Knotenpunkt 10 aufweisen, zu dem Lokal-Ausgang 15 und
der Lokal-Ausgangsfaser 21 geleitet. Ferner werden den
Signalen über
die Lokal-Eingangsfaser 20 und den Lokal-Eingang 14 Komponenten
zugeführt,
welche die vorbestimmten Wellenlängen
aufweisen. Anders ausgedrückt
erfolgt in dem wellenlängen-selektiven
optischen Schalter 11 ein Austausch von Information über die
vorbestimmte Wellenlänge.
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Die Signale treten dann aus dem wellenlängen-selektiven
optischen Schalter 11 durch den Hauptausgang 13 aus,
bewegen sich weiter entlang der drit ten Verbindungsfaser 44,
durchlaufen den zweiten Ersatz-Richtungsschalter 37 von
dessen erstem Eingang 38 zu dessen erstem Ausgang 40,
bewegen sich weiter entlang der vierten Verbindungsfaser 45,
durchlaufen den zweiten Arbeits-Richtungsschalter 27 von
dessen erstem Eingang 28 zu dessen erstem Ausgang 30 und
treten entlang der Haupt-Ausgangs-Faser 17 aus dem Knotenpunkt aus.
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Beim Auftreten einer Unterbrechung
in der ersten Leitung 2 vor oder hinter dem Knotenpunkt 10 wird
entweder der erste Arbeits-Richtungsschalter 22 oder der
zweite Arbeits-Richtungsschalter 27 betätigt.
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In dem Fall, dass die Unterbrechung
vor dem Knotenpunkt 10 auftritt, treffen die Signale durch
die Eingangs-Faser 18 der zweiten Leitung 3 statt
durch die Eingangs-Faser 16 der ersten Leitung 2 ein.
Die Eingangssignale durchlaufen dann den ersten Ersatz-Richtungsschalter 32 von
dessen zweitem Eingang 34 zu dessen zweitem Ausgang 36,
bewegen sich weiter entlang der vierten Verbindungsfaser 47, durch
den (sich derzeit im geschalteten Zustand befindlichen) ersten Arbeits-Richtungsschalter 22 von dessen
zweitem Eingang 24 zu dessen erstem Ausgang 25,
und dann weiter (wie beim normalen Betrieb) entlang der ersten Verbindungsfaser 42,
durch den ersten Ersatz-Richtungsschalter 32 von dessen erstem
Eingang 33 zu dessen erstem Ausgang 35, und entlang
der zweiten Verbindungsfaser 43, und treten dann in den
wellenlängen-selektiven
optischen Schalter 11 durch dessen Haupteingang 12 ein.
Der Weg von dem wellenlängen-selektiven
optischen Schalter 11 zu der Ausgangs-Faser 17 ist
der gleiche wie beim normalen Betrieb. Somit beeinträchtigt der Fehler
nicht den Betrieb des Knotenpunkts 10 und erst recht nicht
den Betrieb des Netzwerks insgesamt.
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In dem Fall hingegen, dass die Unterbrechung
hinter dem Knotenpunkt 10 auftritt, werden die Signale über die
Ausgangs-Faser 19 der zweiten Leitung 3 statt über die
Ausgangs-Faser 17 der ersten Leitung 2 geschickt.
Somit folgen die Eingangssignale dem Normalbetriebs-Weg von der
Eingangs-Faser 16 zu
dem wellenlängen-selektiven
optischen Schalter 11 und von dort zu dem zweiten Arbeits-Richtungsschalter 27.
Da sich dieser in einem geschalteten Zustand befindet, laufen die
Signale von seinem ersten Eingang 28 zu seinem zweiten
Ausgang 31 durch ihn hindurch und bewegen sich weiter entlang der
siebten Verbindungsfaser 48, durch den zweiten Ersatz-Richtungsschalter 37 von
dessen zweitem Eingang 39 zu dessen zweitem Ausgang 41,
und weiter entlang der Ausgangs-Faser 19.
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Es ist ersichtlich, dass bei einem
Ring-Netzwerk für
jede Unterbrechung in der Hauptleitung ein stromabwärtiger Knotenpunkt
und ein stromaufwärtiger
Knotenpunkt existiert und dass in jedem von diesen eine der soeben
beschriebenen Operationen ausgeführt
wird.
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Diese Betriebsweise reflektiert den
Betrieb herkömmlicher
Knotenpunkte, wie dem in 1 gezeigten.
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Falls während einer der oben beschriebenen Vorgänge auch
an dem zu betätigenden
Arbeits-Richtungsschalter ein Fehler auftritt, so dass sein Betrieb
unmöglich
gemacht wird, dann würde
bei einem herkömmlichen
Knotenpunkt gemäß 1 die Übertragung überall in dem Netzwerk unterbrochen, da
die Signale weder die Hauptleitung (die an der Leitungs-Faser unterbrochen
ist) noch die Schutzleitung (die aufgrund des nicht funktionsfähigen Richtungsschalters
nicht zugänglich
ist) durchlaufen könnten.
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Mit dem Knotenpunkt 10 gemäß der Erfindung
jedoch können
selbst derartige gleichzeitig auftretende Fehler gehandhabt werden,
ohne dass signifikante Unterbrechungen in der Übertragung der Signale auftreten.
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In der Tat wird, sollte die Unterbrechung
in der ersten Leitung 2 vor dem Knotenpunkt 10 erfolgen
und sollten gleichzeitig Probleme mit dem ersten Arbeits-Richtungsschalter 22 auftreten,
der erste Ersatz-Richtungsschalter 32 derart geschaltet,
dass die Signale direkt zu dem Wellenlängenselektiven optischen Schalter 11 umgeleitet
werden, wobei sie den mit dem Problem behafteten ersten Arbeits-Richtungsschalter
umgehen. Somit be wegen sich die Signale entlang des folgenden Wegs:
sie treten über die
Eingangs-Faser 18 ein, durchlaufen den ersten Ersatz-Richtungsschalter 32 (in
dessen geschaltetem Zustand) von dessen zweitem Eingang 34 zu dessen
ersten Ausgang 35, bewegen sich weiter entlang der zweiten
Verbindungsfaser 43 und treffen an dem wellenlängen-selektiven
optischen Kommutator 11 ein; von dem wellenlängen-selektiven
optischen Kommutator 11 zu der Austritts-Faser 17 ist
der Weg der gleiche wie beim normalen Betrieb.
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In ähnlicher Weise wird, sollte
die Unterbrechung in der ersten Leitung 2 nach dem Knotenpunkt 10 erfolgen
und gleichzeitig ein Fehler in dem zweiten Arbeits-Richtungsschalter 27 auftreten,
der zweite Ersatz-Richtungsschalter 37 derart geschaltet, dass
die Signale direkt zu der Ausgangs-Faser 19 umgeleitet
werden, wobei sie den mit dem Problem behafteten zweiten Arbeits-Richtungsschalter 27 umgehen.
Der Weg der aus dem wellenlängenselektiven optischen
Schalter 11 austretenden Signale ist somit der folgende:
die Signale treten über
die dritte Verbindungsfaser 44 ein, durchlaufen den zweiten
Ersatz-Richtungsschalter 37 (in dessen geschaltetem Zustand)
von dessen erstem Eingang 38 zu dessen zweiten Ausgang 41 und
treten über
die Ausgangs-Faser 19 aus; von der Eingangs-Faser 16 zu dem
wellenlängenselektiven
optischen Kommutator 11 ist der Weg der gleiche wie beim
normalen Betrieb.
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In jedem der oben angeführten Fälle wird veranlasst,
dass die fehlerhaften Arbeits-Richtungsschalter unabhängig von
der Art ihres Versagens keine Signale durchlassen und somit keine
Unterbrechungen oder anderen Probleme verursachen.
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Anzumerken ist, dass der Knotenpunkt 10 in einem
gewissen Maß auch
einen möglichen
Fehler an dem wellenlängen-selektiven
optischen Schalter 11 handhaben kann, indem er gleichzeitig
den ersten Arbeits-Richtungsschalter 22 und den zweiten
Arbeits-Richtungsschalter 27 betätigt. In diesem Fall wird das
Netzwerk in dem Sinn betriebsfähig
gehalten, dass die über
die Eingangs-Faser 16 eintreffenden Signale zu der sechsten
Verbindungsfaser
46 und von dort zu der Ausgangs-Faser 17 umgeleitet werden,
wobei sie den fehlerhaften Wellenlängen-selektiven optischen Schalter 11 umgehen;
es versteht sich jedoch, dass in diesem Fall ein fehlerhafter wellenlängenselektiver
optischer Schalter 11 den am Knotenpunkt 10 über die
Lokal-Eingangsfaser 20 und die
Lokal-Ausgangsfaser 21 erfolgenden Austausch von Information
verhindern würde.