ITTO990875A1 - Dispositivo sintonizzabile per l'estrazione e l'inserimento di portanti ottiche in reti di comunicazione ottica. - Google Patents

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Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:
"Dispositivo sintonizzabile per l'estrazione e l'inserimento di portanti ottiche in reti di comunicazione ottica"
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 o più portanti, modulate da rispettivi segnali di informazione e l'inserimento nel flusso di una o più altre portanti, modulate a loro volta da rispettivi segnali di informazione, normalmente diversi dai precedenti.
Tali dispositivi sono comunemente noti nella tecnica con la sigla OADM, dalle iniziali della denominazione inglese "Optical Add-Drop Multiplexer" (multiplatore ottico di aggiunta ed estrazione). I dispositivi stessi sono un elemento chiave per realizzare i nodi con funzioni di instradamento basate sulla lunghezza d'onda in reti di comunicazione a divisione di lunghezza d'onda: in questo caso essi vengono impiegati per estrarre dal flusso multiplato uno o più canali contenente le informazioni destinate a un utente o a utenti collegati al nodo, lasciando passare inalterati i canali rimanenti, e aggiungere al flusso multiplato uno o più canali che trasportano le informazioni generate all'interno del nodo. In pratica, per ottimizzare l'uso della banda ottica, risulta conveniente allocare il canale estratto e quello aggiunto (o ciascuna coppia canale estratto - canale aggiunto) nella medesima posizione in lunghezza d'onda.
Una delle caratteristiche richieste a un dispositivo di questo tipo per le reti ottiche di nuova generazione è la riconfigurabilità, cioè la possibilità di selezionare il canale o i canali da estrarre/inserire mediante un comando remoto.
Uno schema comunemente adottato per la realizzazione di dispositivi di estrazione/inserimento sintonizzabili fa uso di un elemento sensibile alla lunghezza d'onda del canale da estrarre/inserire collegato tra una coppia di circolatori, uno dei quali riceve il flusso multipiato.
In un esempio, descritto nel brevetto Europeo EP-8 0 638 837 a nome della Richiedente, l'elemento sensibile alla lunghezza d'onda è un filtro ottico passa banda sintonizzabile a cavità risonante Fabry-Perot realizzato in fibra, che trasmette la lunghezza d'onda di sintonia e riflette tutte le altre. Con questa disposizione uno dei circolatori dà origine alle porte di ingresso/uscita per il flusso multipiato, mentre l'altro dà origine alle porte di estrazione/inserimento della portante. La sintonizzazione viene ottenuta variando la lunghezza della cavità, p. es. con un comando in tensione.
In versioni più recenti dello stesso schema, l'elemento sensibile alla lunghezza d'onda è un reticolo di Bragg in guida d'onda ottica, che riflette la lunghezza d'onda di risonanza e trasmette tutte le altre, cosicché il canale da estrarre viene riflesso dal reticolo verso lo stesso cireolatore che ha ricevuto il flusso multipiato e ne esce, mentre i canali in transito procedono verso il secondo cireolatore, attraverso il quale viene inserito il nuovo canale che, per riflessione nel reticolo, uscirà dal secondo cireolatore unitamente ai canali in transito. Una struttura di questo tipo è descritta per esempio nella memoria "Add-Drop Ottici per reti WDM", presentata da G. Bendelli et al. alla conferenza "Fotonica 97", Roma (Italia), 20-23 Maggio 1997, e pubblicata alle pagg. 18 e segg. degli atti della conferenza. La sintonizzazione di un reticolo è facilmente ottenibile termicamente o con sollecitazioni meccaniche.
Una limitazione presente nelle strutture menzionate sopra è che, durante il transitorio di sintonia, lo spettro dell'elemento sensibile alla lunghezza d'onda può attraversare regioni spettrali in cui sono allocati canali utilizzati nella rete. Poiché queste strutture note non prevedono mezzi per disabilitare la funzione di estrazione, il transitorio di sintonia può provocare la soppressione, per un certo intervallo temporale, dei canali intermedi tra il "vecchio” e il "nuovo" canale di sintonia. In generale, tale degradazione dei canali in transito, benché temporanea, è inaccettabile e limita l’intervallo di sintonia utile alla sola spaziatura tra i canali, permettendo di spostare lo spettro dell'elemento sensibile alla lunghezza d'onda solo tra canali adiacenti. La limitazione sta diventando seria, in quanto l'evoluzione della componentistica ottica permette di ottenere da un lato un addensamento sempre maggiore dei canali e dall'altro gamme di sintonizzabilità sempre più ampie.
Lo scopo dejl'invenzione è quindi quello di fornire un dispositivo con migliorate proprietà di riconfigurabilità e, in particolare, un dispositivo in cui si elimina la limitazione sull'intervallo di sintonia causata dal vincolo di non perturbare durante il transitorio i canali in transito.
Il dispositivo secondo l'invenzione comprende
- mezzi di ingresso-uscita che definiscono una porta d'ingresso per il flusso multiplato da sottoporre alle operazioni di estrazione e inserimento, una porta di uscita per il flusso multiplato risultante da dette operazioni, e porte di estrazione e inserimento per la portante o le portanti di interesse, e
- mezzi sensibili alla lunghezza d'onda, per la selezione della portante o delle portanti all'interno del flusso, detta selezione essendo sintonizzabile in base a un comando esterno,
ed è caratterizzato dal fatto che i mezzi di selezione sono inseriti in un elemento che è sensibile alla fase dei segnali di detto flusso e/o di detta portante o dette portanti ed è associato a mezzi di controllo della fase che sono atti a introdurre su detti segnali: a) per una data condizione di sintonia dei mezzi di selezione, un primo valore di sfasamento, tale che la portante o le portanti selezionate da estrarre possano passare dalla porta d'ingresso alla porta di estrazione e la portante o le portanti selezionate da inserire possano passare dalla porta di inserimento alla porta di uscita, e le altre portanti possano passare dalla porta d'ingresso alla porta di uscita;
b) durante un cambiamento di sintonia dei mezzi di selezione, un secondo valore di sfasamento tale da provocare il trasferimento di tutte le portanti dalla porta d'ingresso alla porta di uscita, disabilitando l'operazione di estrazione.
In una prima forma di realizzazione dell'invenzione, l'elemento sensibile alla lunghezza d'onda è inserito in un interferometro di Sagnac e i mezzi di controllo di fase, durante una variazione di sintonia, sono atti a stabilire le stesse condizioni di interferenza , per tutte le portanti del flusso.
In una seconda forma di realizzazione, l'elemento sensibile alla lunghezza d'onda è costituito da una coppia di reticoli di Bragg sintonizzabili e i mezzi di controllo di fase cooperano con detti reticoli in modo che questi, sintonizzati su una stessa lunghezza d'onda non appartenente a nessuna portante del flusso, agiscano come una cavità Fabry-Perot trasparente alla lunghezza d'onda di risonanza.
A maggior chiarimento si fa riferimento ai disegni allegati, in cui: <'>
- la fig. 1 è lo schema di una prima forma di realizzazione del dispositivo oggetto dell'invenzione,
- la fig. 2 è uno schema che illustra il funzionamento del dispositivo di fig. 1,
- la fig. 3 è lo schema di una seconda forma di realizzazione del dispositivo oggetto dell'invenzione, e
le figure 4A - 4D sono grafici che illustrano il funzionamento del dispositivo di fig. 3. Nella descrizione che segue si fa riferimento a titolo di esempio a dispositivi che utilizzano reticoli di Bragg in fibra ottica sintonizzabili come elemento sensibile alla lunghezza d'onda. Lo schema di principio è quello dei dispositivi sintonizzabili descritti in precedenza, che prevedono un elemento sensibile alla lunghezza d'onda inserito tra due circolatori 1 , 3. I mezzi per la sintonizzazione in lunghezza d'onda, non rappresentati, dovranno essere tali da consentire di variare la lunghezza d'onda di risonanza a partire da un centro di controllo del nodo o della rete, come schematizzato dalla freccia in linea a tratti 4.
Nella forma di realizzazione illustrata in fig. 1 , il reticolo di Bragg sintonizzabile 2 è inserito in una struttura interferometrica di Sagnac, indicata nei suo complesso con 5, il cui accoppiatore 6 (accoppiatore a 3 dB) è collegato ai circolatori 1 , 3. All'interno dell'interferometro 5 è disposto inoltre un elemento 7 di controllo della fase, atto a introdurre uno sfasamento regolabile sul flusso che lo attraversa.
Considerando i principi di funzionamento di un interferometro di Sagnac, si può vedere immediatamente che il flusso multiplato entra attraverso la porta 1A de! cireolatore 1 e ne esce attraverso la porta 1 B, mentre il canale di sintonia può venire estratto ed inserito rispettivamente attraverso le porte 3A, 3B del cireolatore 3.
In particolare, in condizioni di regime, l'anello 5 rinvia sempre verso il cireolatore 1 tutte le lunghezze d'onda esclusa quella di risonanza del reticolo: infatti, indicando con A, B le porte dell'accoppiatore 6 collegate ai circolatori 1, 3, qualunque sia lo sfasamento introdotto dall'elemento 7 si ha interferenza distruttiva in uscita dalla porta B mentre si ha interferenza costruttiva in uscita dalla porta A. Per la lunghezza d'onda λί di risonanza del reticolo 2, l'anello 5 in realtà è aperto e la struttura del dispositivo è equivalente a quella di fig. 2. L'accoppiatore 6 ha ancora le porte A, B collegate ai circolatori 1 , 3, ma le due porte C, D si comportano come se fossero collegate a due reticoli distinti 2\ 2", con l'elemento 7 collegato in serie tra una di esse e il rispettivo reticolo (porta D, reticolo 2" nel disegno). Per ottenere interferenza costruttiva o distruttiva sulle porte A, B occorre introdurre un opportuno sfasamento con il dispositivo 7. In particolare, per ottenere la voluta funzione di estrazione ed inserimento di un canale si introduce uno sfasamento tale da aversi interferenza costruttiva in uscita dalla porta B per il canale a lunghezza d'onda proveniente dal cireolatore 1 e quindi, per simmetria, interferenza costruttiva in uscita dalla porta A per il canale a lunghezza d'onda λ, proveniente dal cireolatore 3. Altrimenti detto, si ha interferenza costruttiva in trasmissione attraverso il dispositivo, e distruttiva in riflessione.
La presenza dell'elemento di controllo della fase 7 consente di ovviare agli inconvenienti dei dispositivi noti. In effetti, quando occorre variare la sintonia del dispositivo, sarà sufficiente variare di π/2 lo sfasamento introdotto dall'elemento 7 prima di sintonizzare il reticolo di Bragg 2 in modo da allocare la risposta spettrale sul nuovo canale da estrarre-inserire. Si ottiene di conseguenza interferenza costruttiva in riflessione anche per il canale alla lunghezza d’onda di sintonia del reticolo 2, e quindi, durante il transitorio, gli eventuali canali intermedi, temporaneamente risonanti con il reticolo, vengono comunque instradati verso la porta 1A. Il flusso non subisce quindi degradazione. Terminato il transitorio di sintonia, si riporta al valore iniziale lo sfasamento introdotto dalla sezione di fase in modo da reinstradare il nuovo canale risonante come in origine.
Ovviamente, il comportamento del dispositivo sarà complementare se si utilizza, come elemento sensibile alla lunghezza d'onda, un componente che trasmette la lunghezza d'onda selezionata invece di rifletterla.
Nella fig. 3, l'elemento di controllo della fase 7 è inserito tra una coppia di reticoli di Bragg 20, 21 sintonizzabili. In condizioni di regime, come si vede nella fig. 4A, uno dei reticoli, p. es. il reticolo 20, presenta una lunghezza d'onda di risonanza (indicata con λR20) coincidente con la lunghezza d'onda λidi una portante da estrarre o inserire, mentre il secondo presenta una lunghezza d'onda di risonanza λR21 non coincidente con nessun canale del multiplo. In queste condizioni, il reticolo 21 è trasparente a tutte le lunghezze d'onda del multiplo e l'elemento 7 di controllo della fase è ininfluente. Il dispositivo si comporta quindi come un dispositivo convenzionale con un reticolo unico e uno dei circolatori, p. es. il cireolatore 1, serve per la ricezione del flusso multiplato e l'estrazione della portante di interesse, mentre il cireolatore 3 riceve la portante da inserire ed emette in uscita il flusso multiplato ricomposto.
Al momento di variare la sintonia per passare all'estrazione e inserimento della portante a lunghezza d'onda λk, non adiacente alla precedente portante a lunghezza d'onda si può sfruttare la presenza dei due reticoli 20, 21 , per realizzare una cavità risonante Fabry-Perot, indicata nel suo complesso con 8, che sia trasparente alla lunghezza d'onda di risonanza. Ciò comporta che l'elemento di controllo di fase 7 sia regolato in modo da introdurre uno sfasamento tale da ottenere la condizione di trasmissione totale per la cavità 8 e che durante il transitorio i reticoli 20, 21 siano portati ora in risonanza in corrispondenza di una stessa lunghezza d'onda, che per esempio sarà intermedia tra i due canali adiacenti associati alle portanti a lunghezza d'onda (fig. 4B). Dopo aver fatto ciò, in un secondo passo si varierà congiuntamente la sintonia dei reticoli 20, 21 (fig. 4C); fino a spostare sul nuovo canale a lunghezza d'onda λk lo spettro del reticolo 20 che effettivamente seleziona la lunghezza d'onda del canale da estrarre/inserire (fig. 4D); infine si riporterà la lunghezza d'onda di risonanza del reticolo 21 su un valore non coincidente con quello di nessun canale
Si noti che per chiarezza nelle figure 4B, 4C si è ancora indicata in linee a tratti la banda riflessa dai reticoli 20, 21 anche se, come detto, la cavità Fabry-Perot 8 è stata portata in condizioni di trasmissione totale.
Si noti anche che in questo caso l'elemento 7 può essere uno sfasatore statico di valore opportuno, benché la possibilità di un controllo remoto possa essere sfruttata per ottenere un'ottimizzazione del dispositivo in linea e per ampi intervalli di sintonia, La struttura proposta, e in particolare quella basata sull'interferometro di Sagnac, benché implementabile tramite varie tecnologie, si presta in modo particolare ad essere realizzata con tecnologie di ottica planare poiché queste permettono di realizzare strutture ottiche interferometriche stabili nel tempo. D'altra parte stanno diventando disponibili, per tali tecnologie, materiali polimerici con elevato coefficiente di sintonia termica che, grazie all'ampio intervallo di sintonia termica, si prestano bene al raggiungimento degli scopi dell'invenzione in sistemi di comunicazione a divisione di lunghezza d'onda con canali ravvicinati.
E' evidente che quanto descritto è dato unicamente a titolo di esempio non limitativo, e che varianti e modifiche possono essere apportate senza uscire dal campo di protezione dell'invenzione. In particolare, i vari componenti descritti possono essere sostituiti da altri con comportamento equivalente.

Claims (5)

  1. Rivendicazioni 1 . Dispositivo sintonizzabile per l'estrazione di una o più portanti da un flusso di segnali ottici comprendente una pluralità di portanti multiplate a divisione di lunghezza d'onda e modulate da rispettivi segnali d'informazione, e l'inserimento nel flusso di una o più altre portanti, alla stessa lunghezza d'onda della portante o rispettivamente delle portanti estratte, il dispositivo comprendendo: - mezzi di ingresso-uscita (1 , 3) che definiscono una porta d'ingresso per il flusso multiplato da sottoporre alle operazioni di estrazione e inserimento, una porta di uscita per il flusso multiplato risultante da dette operazioni, e porte di estrazione e inserimento per detta portante o dette portanti, e - mezzi (2; 21, 22) sensibili alla lunghezza d'onda per la selezione della portante o delle portanti, detti mezzi di selezione (2; 21, 22) essendo sintonizzabili in base a un comando esterno, caratterizzato dal fatto che i mezzi di selezione (2; 21, 22) sono inseriti in un elemento (5, 8) che è sensibile alla fase dei segnali di detto flusso e/o di detta portante o dette portanti ed è associato a mezzi (7) di controllo della fase che sono atti a introdurre su detti segnali:. a) per una data condizione di sintonia dei mezzi di selezione (2; 21, 22) un primo valore di sfasamento, tale che la portante o le portanti selezionate da estrarre possano passare dalla porta d'ingresso alla porta di estrazione e la portante o le portanti selezionate da inserire possano passare dalla porta di inserimento alla porta di uscita, e le altre portanti possano passare dalla porta d'ingresso alla porta di uscita; b) durante un cambiamento di sintonia dei mezzi di selezione (2; 21, 22), un secondo valore di sfasamento tale da provocare il trasferimento di tutte le portanti dalla porta d'ingresso alla porta di uscita, disabilitando l'operazione di estrazione.
  2. 2. Dispositivo secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento sensibile alla fase (5) è un interferometro di Sagnac.
  3. 3. Dispositivo secondo la riv. 2, caratterizzato dal fatto che i mezzi di controllo della fase (7) sono atti a introdurre uno sfasamento in cui detto primo valore è tale da provocare un'interferenza costruttiva in trasmissione (riflessione) per la portante o le portanti selezionate da estrarre e in riflessione (trasmissione) per la portante o le portanti inserite e per quelle non interessate dall'operazione di estrazione inserimento e detto secondo valore è tale da provocare l'interferenza costruttiva su una stessa uscita per tutte le portanti.
  4. 4. Dispositivo secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento sensibile alla fase (8) è una cavità risonante Fabry-Perot delimitata da una coppia di reticoli di Bragg (20, 21) sintonizzabili che costituiscono detti mezzi sensibili alla lunghezza d'onda, e detti mezzi di controllo della fase (7) sono interposti tra i due reticoli (20, 21 ).
  5. 5. Dispositivo secondo la riv. 4, caratterizzato dal fatto che, per detta condizione di sintonia data, un primo di detti reticoli (20) è sintonizzato in modo da risuonare a una lunghezza d'onda corrispondente a quella della portante da estrarre o inserire e l'altro reticolo (21) è sintonizzato in modo da risuonare a una lunghezza d'onda non coincidente con quella di alcuna delle portanti del flusso, e dal fatto che durante il cambiamento di sintonia, entrambi i reticoli sono atti a risuonare su una stessa lunghezza d'onda, non coincidente con quella di alcuna delle portanti del flusso, e detti mezzi di controllo della fase (7) sono atti a introdurre, come secondo valore di sfasamento, lo sfasamento che rende la cavità risonante Fabry-Perot trasparente alla lunghezza d'onda di risonanza dei due reticoli (20, 21).
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