RU2280883C2

RU2280883C2 - Optical waveguide spectral switch

Info

Publication number: RU2280883C2
Application number: RU2004100689/28A
Authority: RU
Inventors: Константин Константинович Свидзинский (RU); Константин Константинович Свидзинский; Александр Анатольевич Гончаров (RU); Александр Анатольевич Гончаров; Сергей Владимирович Кузьмин (RU); Сергей Владимирович Кузьмин; Владимир Васильевич Светиков (RU); Владимир Васильевич Светиков; Владимир Александрович Сычугов (RU); Владимир Александрович Сычугов; Борис Александрович Усиевич (RU); Борис Александрович Усиевич
Original assignee: Константин Константинович Свидзинский; Александр Анатольевич Гончаров; Сергей Владимирович Кузьмин; Владимир Васильевич Светиков; Владимир Александрович Сычугов; Борис Александрович Усиевич
Priority date: 2004-01-14
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2006-07-27
Also published as: RU2004100689A

Abstract

FIELD: laser engineering; fiber-optic communication systems; laser systems used in information technology, sensory and managerial aids, and in medicine.

SUBSTANCE: optical waveguide spectral-selective switch has optical spectral demultiplexer and output optical waveguide spatial switch. Any waveguide output of demultiplexer is connected with one waveguide input of switch. Additional input waveguide spatial switch provided with waveguide outputs is disposed at output of demultiplexer. Any switch is connected with one waveguide input of demultiplexer. Output spatial switch has a set of waveguide inputs each of which inputs are connected with inputs of group of waveguide outputs of demultiplexer. Group of selected carrier wavelengths with equidistant spectral lines with interval being multiple of minimal interval in spectrum of carrier wavelengths enters waveguide outputs of demultiplexer. Group of input waveguides of demultiplexer is chosen in such a manner that at switching of spectral-multiplexed light signal from one selected input of demultiplexer to another one, the other group of selected carrier wavelengths enters input waveguides of output switch.

EFFECT: reduced number of switches in selector; reduced light losses; lower heat demands; larger number of selected spectral signals.

2 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к системам волоконно-оптической связи, а также к лазерным системам, используемым в информатике, сенсорике, оргтехнике и медицине.The invention relates to the field of laser technology, in particular to fiber optic communication systems, as well as to laser systems used in computer science, sensors, office equipment and medicine.

Известен интегрально-оптический спектральный переключатель, выделяющий излучение с одной длиной волны из совокупности сигналов на многих длинах волн посредством следующих трех операций: спектрального разложения, управляемой оптической фильтрации и, наконец, спектрального объединения сигналов в одном канале. Устройство состоит из двух планарных оптических спектроскопов, первый из которых является оптическим спектральным демультиплексором (сокращенно - ОСД), второй - мультиплексором (ОСМ). Между ними расположен управляемый оптический фильтр в виде линейки волноводных оптических ключей (вентилей), который соединяет выходы демультиплексора на различных длинах волн с соответствующими входами мультиплексора (A.J.Ticknor and K.G.Purchase, "Integrated Switches For Recofigurable Optical Add-Drop Modules", Proc. SPIE, vol.3949, p.156 (2000)). Основным недостатком этого селектора является большое количество оптических ключей (по числу разделяемых каналов К), а также сравнительно большие потери света на выходном мультиплексоре.Known integrated optical spectral switch, emitting radiation with a single wavelength from a set of signals at many wavelengths through the following three operations: spectral decomposition, controlled optical filtering and, finally, spectral combining of signals in one channel. The device consists of two planar optical spectroscopes, the first of which is an optical spectral demultiplexer (abbreviated as OSD), the second is a multiplexer (OSM). Between them is a controlled optical filter in the form of a line of waveguide optical keys (gates), which connects the outputs of the demultiplexer at various wavelengths with the corresponding inputs of the multiplexer (AJTicknor and KGPurchase, "Integrated Switches For Recofigurable Optical Add-Drop Modules", Proc. SPIE , vol. 3949, p. 156 (2000)). The main disadvantage of this selector is the large number of optical keys (according to the number of shared channels K), as well as the relatively large light loss at the output multiplexer.

Известен также интегрально-оптический спектральный переключатель, выполненный на базе ОСД/ОСМ и линейки полупроводниковых усилителей (Y.Tachikawa, Y.Inoue, M.Ishii, Т.Nozawa "Arrayed-Waveguide Grating Multiplexer with Lopp-Back Optical Paths and Its Applications" J. of Ligthwave Technol. v.14, №6, 1996). В устройстве выходы демультиплексора соединены через полупроводниковые усилители с его входами, после чего он функционирует как мультиплексор. Выбор излучения с требуемой длиной волны осуществляется путем включения соответствующего усилителя. Основньм недостатком устройства является сложность его технологической реализации на активной подложке (четверной гетероструктуре на фосфиде индия) и, следовательно, высокая стоимость, необходимость использования большого количества полупроводниковых усилителей с идентичными параметрами, а также невысокий коэффициент селекции выделяемого по длине волны сигнала на фоне остальных сигналов.Also known is the integrated optical spectral switch made on the basis of the OSD / OSM and a line of semiconductor amplifiers (Y. Tachikawa, Y. Inoue, M. Ishii, T. Nozawa "Arrayed-Waveguide Grating Multiplexer with Lopp-Back Optical Paths and Its Applications" J. of Ligthwave Technol. V. 14, No. 6, 1996). In the device, the outputs of the demultiplexer are connected through semiconductor amplifiers with its inputs, after which it functions as a multiplexer. The choice of radiation with the desired wavelength is carried out by turning on the appropriate amplifier. The main disadvantage of the device is the complexity of its technological implementation on an active substrate (quadruple heterostructure on indium phosphide) and, therefore, the high cost, the need to use a large number of semiconductor amplifiers with identical parameters, as well as a low selection coefficient of the signal emitted by the wavelength against the background of other signals.

Наиболее близким аналогом заявляемому устройству является интегрально-оптический спектральный переключатель, построенный из волноводного спектроскопа и оптического волноводного коммутатора. Этот спектральный переключатель выделяет излучение на одной длине волны из совокупности сигналов (мультиплексированного сигнала), на 32 длинах волн с фиксированным интервалом δλ (минимальный спектральный интервал) между ними, распространяющихся по одному волоконному световоду. Он состоит из ОСД и волноводного пространственного переключателя типа N×1, который устанавливает оптическую связь между одним из N входных каналов и одним выходным каналом. Переключатель имеет древовидную структуру и состоит из переключательных элементов 2×1, выполненных на основе интегрально-оптических интерферометров Маха-Цандера (I.Shake, R.Kasahara, H.Takara, M.Ishil, Y.Inone, T.Ohara, Y.Hibino, S.Kawanishi "WDM signal monitoring utilizing asynchronous sampling and wavelenght selection based on thermo-optics switch and AWG" Proceedings ECOC-2003 We 4, p.112). Недостатком этого спектрального селектора излучения является необходимость использования для выделения одного сигнала большого количества оптических переключателей, а именно К-1 переключатель, где К - количество выделяемых длин волн. Одновременная работа большого количества термооптических переключателей сопровождается существенным выделением тепловой энергии, отвод которой с одновременной стабилизацией теплового режима интегральной схемы может представлять собой нетривиальную задачу. Кроме того, потери света в наборе переключателей являются основным моментом, ограничивающим число выделяемых сигналов.The closest analogue of the claimed device is an integrated optical spectral switch, built from a waveguide spectroscope and an optical waveguide switch. This spectral switch selects radiation at a single wavelength from a set of signals (multiplexed signal), at 32 wavelengths with a fixed interval δλ (minimum spectral interval) between them, propagating along a single fiber waveguide. It consists of an OSD and an N × 1 type waveguide spatial switch that establishes an optical coupling between one of the N input channels and one output channel. The switch has a tree structure and consists of 2 × 1 switching elements made on the basis of Mach-Zander integrated optical-optical interferometers (I.Shake, R. Kasahara, H. Takara, M. Ishil, Y. Inone, T. Ohara, Y. Hibino, S. Kawanishi "WDM signal monitoring utilizing asynchronous sampling and wavelenght selection based on thermo-optics switch and AWG" Proceedings ECOC-2003 We 4, p. 112). The disadvantage of this spectral radiation selector is the need to use a large number of optical switches to isolate a single signal, namely the K-1 switch, where K is the number of emitted wavelengths. The simultaneous operation of a large number of thermo-optical switches is accompanied by a significant release of thermal energy, the removal of which with the simultaneous stabilization of the thermal regime of the integrated circuit can be a non-trivial task. In addition, the loss of light in the set of switches is the main point limiting the number of emitted signals.

С помощью предлагаемого спектрального интегрально-оптического селектора решается техническая задача получения селектора со значительно меньшим количеством переключателей и, следовательно, с меньшими потерями света, с более низкими тепловыми нагрузками при большем числе выделяемых спектральных сигналов.Using the proposed spectral integrated optical selector, the technical problem of obtaining a selector with a significantly smaller number of switches and, therefore, with less light loss, with lower thermal loads with a larger number of emitted spectral signals is solved.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном спектральном селекторе излучения, содержащем интегрально-оптический демультиплексор и набор термооптических переключателей, следующих за ним, на входе устройства, т.е. перед демультиплексором, введен дополнительный набор переключателей, позволяющий изменять положение входных сигналов на входе демультиплексора.The stated technical problem is solved by the fact that in the known spectral radiation selector containing an integrated optical demultiplexer and a set of thermo-optical switches following it at the input of the device, i.e. in front of the demultiplexer, an additional set of switches is introduced, which allows changing the position of the input signals at the input of the demultiplexer.

В частности, набор всех необходимых переключателей расположен на входе спектрального селектора, т.е. перед демультиплексором.In particular, the set of all necessary switches is located at the input of the spectral selector, i.e. in front of the demultiplexer.

В частности, устройство содержит контроллер, управляющий как работой переключателей на выходе селектора, так и на входе селектора.In particular, the device comprises a controller controlling both the operation of the switches at the output of the selector and at the input of the selector.

В частности, переключатели, работающие как интерферометры Маха-Цандера, могут быть электрооптические, акустооптические, магнитооптические и электростатические.In particular, switches operating as Mach-Zander interferometers can be electro-optical, acousto-optical, magneto-optical and electrostatic.

В частности, переключатели могут быть выполнены в виде микромеханических переключателей оптических каналов, изготовленных по технологии MEMS.In particular, the switches can be made in the form of micromechanical switches optical channels made by MEMS technology.

В частности, набор переключателей на выходе селектора, т.е. расположенный после демультиплексора, выполнен в виде сдвоенной системы наборов переключателей, позволяющей выделять одновременно два соседних канала связи.In particular, a set of switches at the output of the selector, i.e. located after the demultiplexer, made in the form of a dual system of sets of switches, allowing you to select simultaneously two adjacent communication channels.

В частности, устройство со сдвоенной системой наборов переключателей, выделяющее два соседних канала связи, снабжено набором источников света, передающим информацию в обратном направлении.In particular, a device with a dual system of switch sets, distinguishing two adjacent communication channels, is equipped with a set of light sources that transmit information in the opposite direction.

Суть изобретения основана на том, что интегрально-оптический демультиплексор ОСД обладает свойством инвариантности картины спектрального разложения относительно пространственного сдвига входного волокна (изопланатизм). Изменение положения входного канала на входе устройства, а также выделение сигнала с заданной длиной волны на выходе устройства реализуется с помощью двух древовидных наборов 1×N_b, и N_w×1 переключателей соответственно (где N_b - количество выходов выходного переключателя, которое равно количеству поддиапазонов, на которые делится весь диапазон принимаемых сигналов; N_w - количество входов выходного переключателя, которое равно количеству разделяемых длин волн в поддиапазоне), состоящих из оптических переключателей 2×2. В общем случае суммарное количество оптических переключателей S, используемых в устройстве, определяется формулой S=N_b+N_w-2, при этом N_b·N_w=K, где К - число спектрально уплотненных сигналов на входе селектора, равное числу несущих длин волн спектрально мультиплексированного сигнала. Минимальное количество переключателей будет иметь место при

. В общем случае оптимальное количество поддиапазонов N_b и число длин волн в них N_w определяется по формуламThe essence of the invention is based on the fact that the integrated optical demultiplexer OSD has the property of invariance of the spectral decomposition pattern with respect to the spatial shift of the input fiber (isoplanatism). The change in the position of the input channel at the input of the device, as well as the selection of a signal with a given wavelength at the output of the device, is realized using two tree-like sets of 1 × N _b , and N _w × 1 switches, respectively (where N _b is the number of outputs of the output switch, which is equal to the number subbands into which the entire range of received signals is divided; N _w is the number of inputs of the output switch, which is equal to the number of shared wavelengths in the subband), consisting of 2 × 2 optical switches. In the general case, the total number of optical switches S used in the device is determined by the formula S = N _b + N _w -2, with N _b · N _w = K, where K is the number of spectrally compressed signals at the input of the selector equal to the number of carrier lengths spectrally multiplexed signal waves. The minimum number of switches will occur when

. In the General case, the optimal number of subbands N _b and the number of wavelengths in them N _w is determined by the formulas

, N_w = округление до большего целого (K/N_b). Или наоборот:

, N _w = rounding to a larger integer (K / N _b ). Or vice versa:

, N_b = округление до большего целого (K/N_w).

, N _b = rounding to a larger integer (K / N _w ).

Таким образом, в отличие от обычного селектора, в котором необходимое число переключателей равно (К-1), в предлагаемом устройстве в общем случае используется

переключателей, т.е. общее число переключателей в оптическом селекторе сокращается почти в

раз.Thus, in contrast to the conventional selector, in which the required number of switches is equal to (K-1), in the proposed device in the General case is used

switches, i.e. the total number of switches in the optical selector is reduced by almost

time.

Для демонстрации свойства изопланатизма демультиплексора рассмотрим упрощенную схему демультиплексора, представленную на фиг.1. Демультиплексор представляет собой набор канальных волноводов различной длины, такой, что L_i+1-L_i=ΔL=const. Концы волноводов эквидистантно расположены на одной прямой и образуют решетку с периодом d. Вход и выход демультиплексора представляют собой также систему канальных волноводов, период расположения которых равен

. Излучение из входных каналов попадает в набор канальных волноводов через линзу и после набора волноводов на выходные каналы также через линзу. Условием прохождения света через демультиплексор является равенствоTo demonstrate the isoplanatism property of the demultiplexer, we consider a simplified demultiplexer circuit shown in FIG. The demultiplexer is a set of channel waveguides of various lengths, such that L _{i + 1} -L _i = ΔL = const. The ends of the waveguides are equidistantly located on one straight line and form a lattice with a period d. The input and output of the demultiplexer are also a system of channel waveguides, the location period of which is

. The radiation from the input channels enters the set of channel waveguides through the lens and after the set of waveguides to the output channels also through the lens. The condition for the passage of light through the demultiplexer is the equality

где n^* - эффективный показатель преломления планарного волновода,

- эффективный показатель преломления канального волновода, α и φ - углы, обозначенные на фиг.1, λ - длина волны света и m - порядок интерференции света.where n ^* is the effective refractive index of a planar waveguide,

is the effective refractive index of the channel waveguide, α and φ are the angles indicated in FIG. 1, λ is the wavelength of light and m is the order of light interference.

Обычно демультиплексор характеризуется так называемой центральной длиной волны λ_ц, определяемой соотношениемTypically, the demultiplexer is characterized by the so-called central wavelength λ _C , defined by the ratio

поэтому:so:

sinα+sinφ=0.sinα + sinφ = 0.

Это означает, что свет, введенный в демультиплексор через входной канальный волновод, лежащий на оси демультиплексора, появится спектрально разложенным в выходных каналах. Спектр света распределится таким образом, что свет с длиной волны λ_ц появится в канале, лежащем на оси демультиплексора, свет с большими длинами волн λ>λ_ц появится в каналах, лежащих ниже оси, а свет с меньшими длинами λ<λ_ц волн в каналах, лежащих выше оси демультиплексора (см. фиг.1). Появление света в соответствующих выходных каналах обусловлено, конечно, эквидистантностью расположения длин волн в спектре оптического сигнала. Если спектрально уплотненный сигнал вводится в демультиплексор через входной канал, лежащий выше (или ниже) центрального входного канала, то на выходе демультиплексора спектр выходного сигнала пространственно смещается ниже (или выше) относительно первоначального распределения, т.е., например, свет с центральной длиной волны появится в канале, лежащем ниже (или выше) центрального выходного канала. В этом и состоит свойство изопланатизма рассматриваемого демультиплексора.This means that the light introduced into the demultiplexer through the input channel waveguide lying on the axis of the demultiplexer will appear spectrally expanded in the output channels. The spectrum of light is distributed in such a way that light with a wavelength λ _c appears in a channel lying on the axis of the demultiplexer, light with large wavelengths λ> λ _c appears in channels lying below the axis, and light with shorter wavelengths λ <λ _c waves channels lying above the axis of the demultiplexer (see figure 1). The appearance of light in the corresponding output channels is due, of course, to the equidistance of the arrangement of wavelengths in the spectrum of the optical signal. If a spectrally compressed signal is introduced into the demultiplexer through an input channel lying above (or below) the central input channel, then at the output of the demultiplexer the spectrum of the output signal is spatially shifted lower (or higher) relative to the initial distribution, i.e., for example, light with a central length waves will appear in the channel lying below (or above) the central output channel. This is the property of isoplanatism of the considered demultiplexer.

Мультиплексоры характеризуются количеством входных каналов и количеством выходных каналов и частотным интервалом расположения входов/выходов. Обычно мультиплексоры являются симметричными, т.е. частотный интервал для входных каналов равен частотному интервалу выходных и количество входных каналов равно количеству выходных. В этом случае мультиплексор обычно обозначается как М×М, что означает, что он имеет М входных каналов и М выходных. В ряде случаев мультиплексор может быть несимметричным, т.е. количество входов не соответствует количеству выходов и/или частотный интервал для входных каналов не равен частотному интервалу выходных.Multiplexers are characterized by the number of input channels and the number of output channels and the frequency interval of the location of the inputs / outputs. Typically, the multiplexers are symmetrical, i.e. the frequency interval for the input channels is equal to the frequency interval of the output and the number of input channels is equal to the number of output. In this case, the multiplexer is usually referred to as M × M, which means that it has M input channels and M output. In some cases, the multiplexer may be asymmetric, i.e. the number of inputs does not match the number of outputs and / or the frequency interval for the input channels is not equal to the frequency interval of the output.

Изобретение поясняется чертежом (см. фиг.2), на котором представлена схема заявляемого спектрального селектора излучения. Селектор содержит входной набор переключателей (1×2) 1, демультиплексор 2 и выходной набор переключателей (2×1) 3, выполненных на единой подложке. Переключатели снабжены электродами 4, представляющими собой металлические полоски, нанесенные вдоль канальных волноводов переключателей. Переключатель переходит из одного состояния в другое путем подачи электрического напряжения на электроды 4. Кроме того, устройство снабжено контроллером 5, управляющим переключателями.The invention is illustrated in the drawing (see figure 2), which shows a diagram of the inventive spectral radiation selector. The selector contains an input set of switches (1 × 2) 1, a demultiplexer 2 and an output set of switches (2 × 1) 3, made on a single substrate. The switches are equipped with electrodes 4, which are metal strips deposited along the channel waveguides of the switches. The switch goes from one state to another by applying an electrical voltage to the electrodes 4. In addition, the device is equipped with a controller 5 that controls the switches.

На фиг.3 изображен спектральный селектор, выделяющий два соседних канала одновременно. Селектор содержит набор переключателей (1×2) 1, демультиплексор 2 и выходной набор сдвоенных переключателей (2×1) 6, выполненных на единой подложке. Кроме того, устройство снабжено контроллером 7, управляющим переключателями. На фиг.3в представлена в качестве примера схема сдвоенного набора переключателей (4×2), позволяющего выделять одновременно два канала связи.Figure 3 shows a spectral selector that selects two adjacent channels simultaneously. The selector contains a set of switches (1 × 2) 1, a demultiplexer 2, and an output set of dual switches (2 × 1) 6, made on a single substrate. In addition, the device is equipped with a controller 7, which controls the switches. On figv presents as an example the scheme of a dual set of switches (4 × 2), allowing you to select simultaneously two communication channels.

Заявляемый спектральный селектор излучения работает следующим образом. Допустим необходимо выделить сигнал одной спектральной составляющей из 16 спектрально уплотненных компонент этого сигнала. Для этого прежде всего необходим демультиплексор с 16 входными и 16 выходными каналами, можно конечно использовать демультиплексор и с большим числом каналов, но не меньше. Допустим на входе устройства имеется только один переключатель, как изображено на фиг.4. Излучение из волоконного световода поступает на вход переключателя 1 и затем на вход демультиплексора. Если переключатель на входе находится в положении "а", то сигнал из волокна попадает на вход "8" демультиплексора и на выходе демультиплексора появляется К сигналов с разными длинами волн излучения. Половина выходных каналов демультиплексора 2 соединена с входами набора переключателей 3. Этот набор переключателей выделяет из совокупности спектральных компонент сигнала, поступающих на его вход, сигнал с одной длиной волны, который затем передается на выходное волокно. Если переключатель 1 на входе находится в положении "б", то сигнал из волокна попадает на вход "16" демультиплексора и на выходе демультиплексора появляется те же К сигналов, но теперь спектр этих сигналов сдвинут относительно выходных каналов так, что вторая половина спектральных сигналов попадает на вход набора переключателей 3. Затем набор переключателей 3 выделяет заданный спектральный сигнал из второй половины спектрально уплотненных каналов. В силу того, что в селекторе излучения на входе использован один переключатель, на выходе его появляется возможность для выделения требуемого сигнала использовать меньшее число переключателей (К/2-1).The inventive spectral radiation selector operates as follows. Suppose it is necessary to isolate a signal from one spectral component from 16 spectrally densified components of this signal. To do this, first of all, you need a demultiplexer with 16 input and 16 output channels, you can of course use a demultiplexer with a large number of channels, but no less. Suppose there is only one switch at the input of the device, as shown in Fig. 4. The radiation from the fiber is fed to the input of switch 1 and then to the input of the demultiplexer. If the input switch is in position “a”, then the signal from the fiber goes to the input “8” of the demultiplexer and K signals with different radiation wavelengths appear at the output of the demultiplexer. Half of the output channels of the demultiplexer 2 is connected to the inputs of the set of switches 3. This set of switches selects from a set of spectral components of the signal fed to its input a signal with a single wavelength, which is then transmitted to the output fiber. If the switch 1 at the input is in position “b”, then the signal from the fiber goes to the input “16” of the demultiplexer and the same K signals appear at the output of the demultiplexer, but now the spectrum of these signals is shifted relative to the output channels so that the second half of the spectral signals to the input of the set of switches 3. Then, the set of switches 3 extracts a given spectral signal from the second half of the spectrally densified channels. Due to the fact that a single switch is used in the radiation selector at the input, it is possible to use a smaller number of switches to select the desired signal (K / 2-1).

Согласно вышеизложенному, при заданном числе К выделяемых каналов существует минимальное число переключателей для выделения требуемого сигнала.According to the above, for a given number K of allocated channels, there is a minimum number of switches to select the desired signal.

Если К=2²ⁿ, где n=1, 2, 3, ..., то общее число S переключателей равно

.If K = 2 ²ⁿ , where n = 1, 2, 3, ..., then the total number S of switches is

.

В случае 16 каналов (16 сигналов) минимальное число переключателей равно 6, из которых 3 переключателя располагаются перед демультиплексором и 3 - после него. На фиг.4 представлена схема 16-канального селектора с минимальным числом переключателей. Вход демультиплексора имеет 4 канала, в каждый из них подается суммарный спектрально уплотненный сигнал из волоконного световода. Этот сигнал подается на тот или иной вход в соответствии с управляющим сигналом контроллера.In the case of 16 channels (16 signals), the minimum number of switches is 6, of which 3 switches are located in front of the demultiplexer and 3 after it. Figure 4 presents a diagram of a 16-channel selector with a minimum number of switches. The input of the demultiplexer has 4 channels; each of them is supplied with a total spectrally compressed signal from a fiber waveguide. This signal is applied to one or another input in accordance with the control signal of the controller.

Как выбираются упоминаемые здесь входы демультиплексора? Прежде всего необходимо определиться с положением выходов. Выходов всего 4 и они располагаются в центре, т.е. если демультиплексор по сути своей имеет 16 пронумерованных выходов от 1 до 16, то набор выходных переключателей подсоединяется к выходу №7, №8, №9 и №10. Положим теперь, что центральной длиной волны света является λ₈=λ_ц=1,55 мкм. При указанном подключении выходного набора переключателей на вход демультиплексора суммарный спектрально уплотненный сигнал должен быть подан на вход демультиплексора №2, №6, №10 и №14.How are the demultiplexer inputs mentioned here selected? First of all, you need to determine the position of the outputs. There are only 4 exits and they are located in the center, i.e. if the demultiplexer essentially has 16 numbered outputs from 1 to 16, then the set of output switches is connected to output No. 7, No. 8, No. 9 and No. 10. We now assume that the central wavelength of light is λ ₈ = λ _c = 1.55 μm. With the indicated connection of the output set of switches to the input of the demultiplexer, the total spectrally compressed signal must be fed to the input of the demultiplexer No. 2, No. 6, No. 10 and No. 14.

Необходимо отметить, что работающая комбинация входов и выходов, рассмотренная здесь, не является единственной. В таблице, приведенной ниже, отмечены все возможные работающие комбинации входов и выходов для демультиплексора с 16 спектральными каналами и четырьмя каналами на выходе. Рассмотренная выше комбинация входов и выходов отличается от других большей однородностью амплитудного распределения выходного сигнала по спектру и поэтому она наиболее практична. Причем количество вариантов подключения входного каскада и, соответственно, выходного равно отношению количества разделяемых длин волн в применяемом демультиплексоре к количеству используемых поддиапазонов N_b. Следует отметить, что при задаче разделения К длин волн в описываемом устройстве возможно применение лишь тех конструкций демультиплексоров, которые рассчитаны на разделение К или большего числа длин волн.It should be noted that the working combination of inputs and outputs discussed here is not the only one. The table below shows all possible working combinations of inputs and outputs for a demultiplexer with 16 spectral channels and four output channels. The combination of inputs and outputs considered above differs from others in the greater uniformity of the amplitude distribution of the output signal over the spectrum and therefore it is most practical. Moreover, the number of connection options for the input stage and, accordingly, the output is equal to the ratio of the number of shared wavelengths in the applied demultiplexer to the number of used subbands N _b . It should be noted that in the task of separating K wavelengths in the described device, it is possible to use only those designs of demultiplexers that are designed to separate K or more wavelengths.

Как уже отмечалось выше, в предлагаемом спектральном селекторе требуемое число переключателей равно S=N_b+N_w-2. Однако следует отметить, что число их уменьшается в селекторе излучения, выделяющем одновременно два соседних канала. Поскольку в таком селекторе используется сдвоенный набор переключателей, то в выходном наборе переключателей необходимо только

переключателей типа (2×1). Тогда общее число требуемых переключателей достигает величины S=N_b+N_w-3.As noted above, in the proposed spectral selector, the required number of switches is S = N _b + N _w -2. However, it should be noted that their number decreases in the radiation selector, which selects two adjacent channels simultaneously. Since a double set of switches is used in such a selector, in the output set of switches only

type switches (2 × 1). Then the total number of required switches reaches the value S = N _b + N _w -3.

Спектральный селектор, основанный на демультиплексоре и наборе термооптических переключателей, в настоящее время широко используется для мониторинга WDM-сигнала. Количество спектральных каналов в WDM-сигнале, который может быть изучен, определяется набором термопереключателей, т.е. нагревом чипа, на котором они изготовлены. В работе I.Shake и др. (ЕСОС-2003 We 4, р.112) использован предельно возможный набор, состоящий из 31 термопереключателя. Однако уже сейчас изготавливаются демультиплексоры на 256 и даже на 512 каналов (K.Takada et al. Photonics Technol. Letters v.13, N11, p.1182, 2001). Предлагаемое устройство позволяет уже сейчас использовать спектральный селектор для мониторинга WDM-сигнала с 256 спектральными компонентами.A spectral selector based on a demultiplexer and a set of thermo-optical switches is currently widely used for monitoring a WDM signal. The number of spectral channels in a WDM signal that can be studied is determined by a set of thermal switches, i.e. by heating the chip on which they are made. In the work of I.Shake et al. (ECOS-2003 We 4, p. 112), the maximum possible set consisting of 31 thermal switches was used. However, demultiplexers for 256 and even 512 channels are already being manufactured (K. Takada et al. Photonics Technol. Letters v.13, N11, p.1182, 2001). The proposed device allows you to now use the spectral selector to monitor the WDM signal with 256 spectral components.

Claims

1. Optical waveguide spectrally-selective switch, consisting of an optical spectral demultiplexer type M × M, allowing K≤M carrier wavelengths of a spectrally multiplexed signal and an output optical waveguide spatial switch type N _w × 1, arranged so that each waveguide output of the demultiplexer is connected with one of the waveguide inputs of the switch, characterized in that at the input of the spectral demultiplexer there is an additional, input, waveguide space 1 × N _b type switch with the number of waveguide outputs N _b <K, each of which is connected to one of the waveguide inputs of the demultiplexer, and the N _w × 1 type spatial output switch has the number of waveguide inputs N _w <K, each of which is connected to one of the groups of demultiplexer output waveguide, which receives a group of N _w of selectable carrier wavelengths with equally spaced spectral lines at intervals multiple of the minimum interval in the spectrum of carrier wavelengths, the group of input waveguides N _b demultiple litter, connectable to the input switch is selected so that when switching spectrally multiplexed light signal from one selected input demultiplexer to another, by a corresponding spectrum signal to move the image in the output optical demultiplexer cascade, to the input waveguides of the output switch receives other selectable group of N _w selectable carrier wavelengths.

2. The device according to claim 1, characterized in that for the selection of K carrying wavelengths of a spectrally multiplexed signal, and K is such that K = H ² , where H is any integer greater than one, the number of addressable waveguide outputs of the input switch N _b is the number of inputs N _{w of the} output switch, that is, N _b is equal to the number of inputs N _{w of the} output switch, that is, N _b = N _w = H