ITTO950215A1

ITTO950215A1 - DEVICE FOR THE EXTRACTION AND INSERTION OF AN OPTICAL CARRIER IN OPTICAL COMMUNICATION NETWORKS.

Info

Publication number: ITTO950215A1
Application number: IT95TO000215A
Authority: IT
Inventors: Giampaolo Bendelli; Roberto Lano
Original assignee: Cselt Centro Studi Lab Telecom
Priority date: 1995-03-22
Filing date: 1995-03-22
Publication date: 1996-09-22
Also published as: ITTO950215A0; IT1280815B1

Abstract

IL DISPOSITIVO (10) COMPRENDE UNA COPPIA DI FILTRI INTERFERENZIALI (11, 12) NOMINALMENTE IDENTICI UNO DEI QUALI SVOLGE LA FUNZIONE DI ESTRAZIONE DI UNA PORTANTE DA UN FLUSSO A DIVISIONE DI LUNGHEZZA D'ONDA E L'ALTRO LA FUNZIONE DI INSERIMENTO. I FILTRI (11, 12) SONO DISPOSTI IN PIANI PARALLELI E SONO VINCOLATI A FACCE OPPOSTE DI UNA PIASTRINA TRASPARENTE (13), IN MODO TALE CHE IL FLUSSO ESCA DAL DISPOSITIVO (10) DOPO AVER SUBITO RIFLESSIONE AD OPERA DEI DUE FILTRI. LA PIASTRINA (13) E' MONTATA SU UN SUPPORTO (14) CHE PUO' ESSERE RUOTATO NELL'UNO O NELL'ALTRO SENSO PER VARIARE LA LUNGHEZZA D'ONDA DI SINTONIA DEI FILTRI.(FIG. 2).THE DEVICE (10) INCLUDES A PAIR OF INTERFERENTIAL FILTERS (11, 12) NOMINALLY IDENTICAL, ONE OF WHICH PERFORMS THE EXTRACTION FUNCTION OF A CARRIER FROM A FLOW DIVISION OF WAVELENGTH AND THE OTHER THE INSERTION FUNCTION. THE FILTERS (11, 12) ARE ARRANGED IN PARALLEL PLANS AND ARE BOUND BY OPPOSITE FACES OF A TRANSPARENT PLATE (13), SO THAT THE FLOW COMES OUT OF THE DEVICE (10) AFTER HAVING BEEN REFLECTED BY THE TWO FILTERS. THE PLATE (13) IS MOUNTED ON A SUPPORT (14) WHICH CAN BE ROTATED IN ONE OR THE OTHER WAY TO VARY THE TUNING WAVE LENGTH OF THE FILTERS (FIG. 2).

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo: Description of the invention entitled:

"Dispositivo per ['estrazione e l'inserimento di una portante ottica In reti di comunicazione ottica" "Device for ['extraction and insertion of an optical carrier in optical communication networks"

La presente invenzione si riferisce alle reti di comunicazione ottica e più in particolare ha per oggetto un dispositivo per l'estrazione, da un flusso di segnali ottici comprendente più portanti, di una portante modulata da un certo segnale di informazione e l'inserimento nel flusso di un’altra portante, modulata da un segnale di informazione diverso. The present invention relates to optical communication networks and more particularly relates to a device for extracting, from a flow of optical signals comprising several carriers, of a carrier modulated by a certain information signal and insertion into the flow of another carrier, modulated by a different information signal.

Tali dispositivi sono comunemente noti nella tecnica con la sigla ADM, dalle iniziali della denominazione inglese "Add-Drop Multiplexer" (multiplatore di aggiunta ed estrazione). Essi possono essere considerati dei dispositivi a quattro porte, due per l'ingresso/uscita del flusso complessivo e due per l'ingresso/uscita della portante singola. Nel seguito le porte relative al flusso complessivo saranno chiamate porta d'ingresso e rispettivamente di uscita, e quelle relative alla portante singola saranno chiamate porta di estrazione e rispettivamente di aggiunta (o inserimento). I dispositivi stessi trovano impiego per esempio nei nodi di reti di comunicazione a divisione di lunghezza d'onda, per estrarre dal flusso multiplato un canale contenente le informazioni destinate a un utente o a utenti collegati al nodo, lasciando passare inalterati i canali rimanenti, e aggiungere al flusso multiplato un nuovo canale che trasporta le informazioni generate all'interno del nodo. In pratica, per semplificare la gestione della rete, risulta conveniente allocare il canale estratto e quello aggiunto nella medesima posizione in lunghezza d'onda, che viene perciò ad essere associata univocamente al nodo stesso. Un altro possibile campo di impiego è nei nodi di instradamento di reti ottiche riconfigurabili, per reinstradare certi flussi informativi a causa delle mutate condizioni di traffico o per rimediare a un guasto a valle del nodo. Such devices are commonly known in the art with the acronym ADM, from the initials of the English name "Add-Drop Multiplexer" (addition and extraction multiplexer). They can be considered as four-port devices, two for the inlet / outlet of the overall flow and two for the inlet / outlet of the single carrier. In the following, the gates relating to the overall flow will be called the input and output gate respectively, and those relating to the single carrier will be called the extraction and respectively addition (or insertion) gate. The devices themselves are used, for example, in nodes of wavelength division communication networks, to extract from the multiplexed stream a channel containing the information intended for a user or users connected to the node, letting the remaining channels pass unaltered, and add to the multiplexed flow a new channel that carries the information generated inside the node. In practice, to simplify network management, it is convenient to allocate the extracted and added channels in the same wavelength position, which is therefore uniquely associated with the node itself. Another possible field of use is in routing nodes of reconfigurable optical networks, to re-route certain information flows due to changed traffic conditions or to remedy a failure downstream of the node.

Per realizzare dispositivi di estrazione e reinserimento è stato proposto l'uso di filtri interferenziali non assorbenti. Questi, come noto, sono costituiti da una successione di strati dielettrici di indice di rifrazione e spessore tali che i filtri trasmettono una certa parte dello spettro della radiazione incidente e riflettono la parte restante. Un semplice filtro interferenziale inclinato, posto in un opportuno sistema di collimazione e rifocalizzazione dei fasci ottici, può in linea di principio svolgere direttamente le funzioni richieste al dispositivo: il filtro riceve su una faccia il flusso multiplato e riflette tutte le lunghezze d'onda eccetto quella da estrarre, ed esce dalla faccia opposta; su questa faccia arriva la lunghezza d'onda da reinserire, che è trasmessa a sua volta attraverso il filtro e viene combinata con il filtro multiplato. Tuttavia, un dispositivo utilizzante un solo filtro presenta uno scarso rapporto d’estinzione in riflessione (cioè una frazione non trascurabile della potenza associata al canale estratto viene trasferita alla porta di uscita, creando fenomeni d'interferenza tra questo segnale e quello alla stessa lunghezza d'onda presente alla porta d'inserimento che degradano fortemente le prestazioni del sistema) e inoltre sarebbe difficilmente sintonizzabile, in quanto la variazione dell'inclinazione del filtro necessaria per variare la banda trasmessa provoca anche lo spostamento angolare del fascio riflesso rispetto a un sistema ottico di raccolta. The use of non-absorbent interference filters has been proposed to create extraction and reinsertion devices. These, as known, consist of a succession of dielectric layers of refractive index and thickness such that the filters transmit a certain part of the spectrum of the incident radiation and reflect the remaining part. A simple inclined interference filter, placed in an appropriate collimation and refocusing system of the optical beams, can in principle perform the functions required of the device directly: the filter receives the multiplexed flow on one face and reflects all wavelengths except the one to be extracted, and comes out from the opposite face; on this face comes the wavelength to be reinserted, which is transmitted in turn through the filter and is combined with the multiplexed filter. However, a device using only one filter has a poor reflection extinction ratio (i.e. a non-negligible fraction of the power associated with the extracted channel is transferred to the output port, creating interference phenomena between this signal and that of the same length d wave present at the insertion gate that strongly degrade the performance of the system) and moreover it would be difficult to tune, as the variation of the inclination of the filter necessary to vary the transmitted band also causes the angular displacement of the reflected beam with respect to an optical system collection.

Nella memoria "Multilayer add-drop multiplexers in a self healing WDM ring network", presentata da A. Hamel e altri alla conferenza OFC'95, San Diego (USA), 26 Febbraio - 3 Marzo 1995, memoria TuQ2, è descritto un dispositivo che utilizza due filtri interferenziali, uno per l'estrazione e l'altro per rinserimento del canale. Questo dispositivo presenta un buon rapporto di estinzione, stando ai dati riportati nella memoria. Tuttavia non è descritta la struttura effettiva del dispositivo, né viene menzionata la possibilità di renderlo sintonizzabile. In the paper "Multilayer add-drop multiplexers in a self healing WDM ring network", presented by A. Hamel and others at the OFC'95 conference, San Diego (USA), February 26 - March 3 1995, TuQ2 memory, a device is described which uses two interference filters, one for extraction and the other for reinserting the channel. This device has a good extinction ratio, according to the data reported in the memory. However, the actual structure of the device is not described, nor the possibility of making it tunable is mentioned.

Lo scopo della presente invenzione è quello di fornire un dispositivo di estrazione e inserimento di una portante ottica che presenti un buon rapporto d'estinzione in riflessione e sia sintonizzabile. The object of the present invention is to provide an optical carrier extraction and insertion device which has a good extinction-reflection ratio and is tunable.

Il dispositivo oggetto dell'invenzione comprende una coppia di filtri interferenziali nominalmente identici uno dei quali svolge la funzione di estrazione e l'altro la funzione di inserimento. I due filtri sono disposti in piani paralleli e sono vincolati a facce opposte di una piastrina trasparente, in modo tale che il flusso comprendente la pluralità di portanti esca dal dispositivo dopo aver subito riflessione ad opera dei due filtri. La piastrina è a sua volta montata su un supporto che è fulcrato su un asse passante per il baricentro del dispositivo e parallelo ai piani dei filtri, ed è associato a mezzi che ne comandano la rotazione nell'uno o nell'altro senso per variare la lunghezza d'onda di sintonia del filtri. The device object of the invention comprises a pair of nominally identical interference filters, one of which performs the extraction function and the other the insertion function. The two filters are arranged in parallel planes and are constrained to opposite faces of a transparent plate, in such a way that the flow comprising the plurality of carriers leaves the device after being reflected by the two filters. The plate is in turn mounted on a support which is pivoted on an axis passing through the center of gravity of the device and parallel to the planes of the filters, and is associated with means which control its rotation in one or the other direction to vary the filter tuning wavelength.

In EP-A 0 153 722 a nome Oki Electric Industry Company, Limited pubblicata il 4. 9. 1985, si descrive un dispositivo per la multiplazionedemultiplazione dì più lunghezze d'onda (o per la ricetrasmissione di più lunghezze d'onda) che, in caso di operazione su due lunghezze d'onda, presenta due filtri interferenziali paralleli applicati su due facce opposte di un supporto trasparente. I filtri sono però sintonizzati su lunghezze d'onda diverse, cosicché il dispositivo stesso non può essere usato per l'estrazione e reinserimento di una stessa portante. L'estrazione di una portante da un flusso in transito e il reinserimento nel flusso della stessa portante sono resi impossibili anche dal fatto che il dispositivo incorpora i generatori e i rivelatori per tutte le portanti da multiplare o demultiplare. Infine, anche questo dispositivo non è sintonizzabile. In EP-A 0 153 722 in the name of Oki Electric Industry Company, Limited published on 4. 9. 1985, a device is described for the multiplexing of several wavelengths (or for the transceiving of several wavelengths) which, in case of operation on two wavelengths, it has two parallel interference filters applied on two opposite faces of a transparent support. However, the filters are tuned to different wavelengths, so that the device itself cannot be used for the extraction and re-insertion of the same carrier. The extraction of a carrier from a flow in transit and the re-insertion into the flow of the same carrier are also made impossible by the fact that the device incorporates the generators and detectors for all the carriers to be multiplexed or demultiplexed. Finally, this device is also not tunable.

A maggior chiarimento si fa riferimento ai disegni allegati, in cui: For further clarification, reference is made to the attached drawings, in which:

- la fig. 1 è uno schema di principio del dispositivo oggetto dell'invenzione, e - fig. 1 is a schematic diagram of the device object of the invention, and

- la fig. 2 è una vista dall'alto del dispositivo. - fig. 2 is a top view of the device.

Come si vede in fig. 1 il dispositivo è costituito da due filtri interferenziali 11, 12, nominalmente identici, cioè aventi le stesse risposte spettrali in riflessione e trasmissione, paralleli e solidali per la rotazione attorno al baricentro complessivo del dispositivo. II flusso a divisione di lunghezza d'onda presente sulla porta d'ingresso (I) arriva su una faccia del filtro 11, che trasmette verso la porta di estrazione (E) uno dei canali (la cui lunghezza d'onda dipende dall'inclinazione del filtro); gli altri canali sono riflessi verso il filtro 12 da cui vengono nuovamente riflessi passando sulla porta di uscita (U). Il filtro 12 riceve sulla superficie opposta il canale da reinserire (porta di aggiunta A) che viene trasmesso e introdotto nel flusso multiplato presente sulla porta di uscita. Per come sono state disposte le porte, si può notare che il flusso passa alla porta di uscita dopo aver subito riflessione ad opera dei due filtri: anche il filtro 12, essendo nominalmente identico al filtro 11, trasmetterà una frazione sostanziale della potenza residua associata al canale estratto: in questo modo il rapporto d'estinzione in riflessione risulta raddoppiato (in dB) rispetto ad una struttura utilizzante un solo filtro, che, come detto, potrebbe svolgere le funzioni di dispositivo di estrazione e inserimento. Inoltre, la rotazione rigida dei due Altri permette di sintonizzare la risposta spettrale di questi pur conservando il parallelismo tra i fasci presenti sulle porte di estrazione e di uscita, i quali possono essere ancora facilmente focalizzati su rispettive fibre. As can be seen in fig. 1 the device consists of two interferential filters 11, 12, nominally identical, ie having the same spectral responses in reflection and transmission, parallel and integral for rotation around the overall center of gravity of the device. The wavelength division flux present on the input port (I) arrives on one face of the filter 11, which transmits one of the channels (whose wavelength depends on the inclination) to the extraction port (E) filter); the other channels are reflected towards the filter 12 from which they are reflected again passing through the output port (U). The filter 12 receives on the opposite surface the channel to be reinserted (addition port A) which is transmitted and introduced into the multiplexed flow present on the output port. As the gates have been arranged, it can be seen that the flow passes to the outlet port after having undergone reflection by the two filters: also the filter 12, being nominally identical to the filter 11, will transmit a substantial fraction of the residual power associated with the extracted channel: in this way the extinction ratio in reflection is doubled (in dB) compared to a structure using a single filter, which, as mentioned, could perform the functions of an extraction and insertion device. Furthermore, the rigid rotation of the two Others allows to tune the spectral response of these while maintaining the parallelism between the beams present on the extraction and output ports, which can still be easily focused on respective fibers.

Nella fig. 2 è rappresentato uno schema più dettagliato di una preferita forma di realizzazione del dispositivo, indicato nel suo complesso con 10. Gli elementi descritti con riferimento alla fig. 1 sono indicati con gli stessi riferimenti. Le porte I, A, E, U sono costituite dalle fibre ottiche attestate al dispositivo. In fig. 2 shows a more detailed diagram of a preferred embodiment of the device, indicated as a whole with 10. The elements described with reference to fig. 1 are indicated with the same references. The ports I, A, E, U consist of the optical fibers connected to the device.

Come si vede, i due filtri 11, 12 sono portati da una lastra di materiale trasparente 13. Tale disposizione può essere ottenuta tramite deposizione diretta degli strati dielettrici oppure incollaggio con colle di opportuno indice di rifrazione. L'insieme della lastra 13 e dei filtri 11, 12 è montato su un supporto 14 fulcrato su un asse verticale 15 passante per il baricentro in modo da poter ruotare nei due sensi, come indicato dalla freccia F. La rotazione del supporto 14 può essere comandata da un dispositivo a vite micrometrica 16 tramite una levetta 17. As can be seen, the two filters 11, 12 are carried by a plate of transparent material 13. This arrangement can be obtained by direct deposition of the dielectric layers or by gluing with glues of suitable refractive index. The assembly of the plate 13 and the filters 11, 12 is mounted on a support 14 pivoted on a vertical axis 15 passing through the center of gravity so as to be able to rotate in both directions, as indicated by the arrow F. The rotation of the support 14 can be controlled by a micrometric screw device 16 by means of a lever 17.

I fasci presenti sulle porte I, A sono convogliati verso il dispositivo 10 dalle rispettive lenti a indice di rifrazione graduale 18, 19, e i fasci uscenti dal dispositivo 10 e destinati alle porte E, U sono raccolti dalle rispettive lenti a indice di rifrazione graduale 20, 21. Il dispositivo 10 con i mezzi di comando della rotazione e le lenti 18-21 saranno montati su un supporto comune, non rappresentato. The beams present on the gates I, A are conveyed towards the device 10 by the respective gradual refractive index lenses 18, 19, and the beams coming out of the device 10 and destined for the gates E, U are collected by the respective gradual refractive index lenses 20 , 21. The device 10 with the rotation control means and the lenses 18-21 will be mounted on a common support, not shown.

L'angolo d'inclinazione della lastra 13 rispetto agli assi delle lenti 18 - 21 in una posizione corrispondente sostanzialmente al valore centrale di sintonia del filtro deve tener conto di alcune esigenze contrastanti: da un lato un'elevata inclinazione migliora la sintonia dei filtri e aumenta la separazione spaziale tra i fasci delle porte E, U richiesta per permetterne l'accoppiamento nelle rispettive lenti di rifocalizzazione 20, 21 (che hanno tipicamente un diametro dell'ordine di 3 mm); dall'altro occorre minimizzare la dipendenza dalla polarizzazione, che aumenta con l'angolo d'incidenza. Si è trovato che un'inclinazione di circa 25° rappresenta un buon compromesso tra le diverse esigenze. Per quanto riguarda l'ampiezza della rotazione del dispositivo 10, e quindi l'ampiezza dell’intervallo di sintonia dei filtri, occorre considerare i valori tipici della tolleranza delle lenti a indice di rifrazione graduale rispetto a traslazioni parallele del fascio d'ingresso. Si è visto che, con l'inclinazione media detta sopra, possono essere adatte rotazioni di circa ±3 gradi corrispondenti a un intervallo di sintonia di oltre 10 nanometri. The angle of inclination of the plate 13 with respect to the axes of the lenses 18 - 21 in a position substantially corresponding to the central tuning value of the filter must take into account some conflicting requirements: on the one hand, a high inclination improves the tuning of the filters and increases the spatial separation between the beams of the gates E, U required to allow them to be coupled into the respective refocusing lenses 20, 21 (which typically have a diameter of the order of 3 mm); on the other hand, it is necessary to minimize the dependence on polarization, which increases with the angle of incidence. It has been found that an inclination of about 25 ° represents a good compromise between the different needs. As regards the amplitude of the rotation of the device 10, and therefore the amplitude of the tuning interval of the filters, it is necessary to consider the typical values of the tolerance of the lenses with a gradual refractive index with respect to parallel translations of the input beam. It has been seen that, with the average inclination mentioned above, rotations of about ± 3 degrees corresponding to a tuning interval of over 10 nanometers can be suitable.

E' evidente che quanto descritto è dato unicamente a titolo di esempio non limitativo e che varianti e modifiche sono possibili senza uscire dal campo di protezione dell'invenzione. It is clear that what has been described is given only by way of non-limiting example and that variations and modifications are possible without departing from the scope of the invention.

Claims

CLAIMS 1. Device for the extraction of at least one optical carrier, modulated by an information signal, from a transmission line that conveys a flow of optical signals comprising a plurality of carriers with different wavelengths, and for re-insertion on the line of the same carrier modulated by a different information signal, comprising a pair of nominally identical interference filters (11, 12), one of which performs the extraction function and the other the insertion function, characterized by the fact that the two filters (11, 12) are arranged in parallel planes and are constrained to opposite faces of a transparent plate (13) in such a way that said flow leaves the device (10) after being reflected by the two filters, and by the fact that said plate (13) is mounted on a support (14) which is pivoted on an axis passing through the center of gravity of the device (10) and parallel to the planes of the filters, and is associated with means (16, 17) which control its rotation in one or the other direction to vary the tuning wavelength of the filters.