SE520951C2 - Multivåglängdsselektiv switch för switchning och omdirigering av optiska våglängder - Google Patents

Description

520 951 2 I K. W. Cheung, D. A. Smith, J. E. Baran, J. J. Johnson: ”Wavelength-selective circuit and packet switching using acousto-optic tunable filters", Globecom'90, pp. 1541-1547, 1990 omdirigering av våglängdskanaler beskrivs ett sätt att lösa multivåglängdsselektiv separat och oberoende av varandra baserat på akustooptiska switchar. Denna typ av omdirigering tar dock typiskt ett antal mikrosekunder, vilket kan vara ett problem vid till exempel höga överföringshastigheter.

I R. C. Alferness, L. L. Buhl, U. Miller, M.

”Broadly tunable InGaAsP/InP buried rib Kören, B. I.

Young, T. L. Koch. waveguide vertical coupler filter", Techn. Dig. Integrated pp. 30-36, 1991 gitterassisterad Photonics Research, post-deadline paper, beskrivs en avstämbar våglängdsselektiv riktkopplare innefattande två vàgledare med olika effektiva brytningsindex och ett Nämnda gitter. riktkopplare kan koppla en våglängd från den första vågledaren till den andra vågledaren.

Problemen med känd teknik vad det gäller multivåglängdsselektiva switchar och omdirigeringsanordningar är att dessa kräver mycket stora och komplicerade strukturer eller flera komponenter, vilket resulterar' i stora effektförluster samt hög kostnad eller att de inte kan appliceras vid höga överföringshastigheter.

REnoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN För att öka kapaciteten i ett optiskt överföringssystem kan ett flertal olika kända metoder användas. Vid exempelvis vàglängdsmultiplexering multiplexeras och demultiplexeras transmissionskanaler på olika bärvàglängder till resp från ett informationsflöde. Nämnda multiplexering och demultiplexering kräver optiska multivåglängdsselektiva anordningar. Det kan också vara önskvärt att byta transmissionsväg genom det optiska nätet för vissa 520 951í___z i _ 3 i För detta ändamål krävs komponenter med vàglängdskanaler. multivåglängdsselektiva egenskaper j. fonn av exempelvis en multivåglängdsselektiv switch.

Ett problem med kända nmltivåglängdsselektiva switchar kan vara att dessa bidrar till stora effektförluster.

Ett annat problem är att alla av oss kända multi- våglängdsselektiva switchar har en relativt komplicerad struktur eller ett relativt stort antal olika komponenter.

Ytterligare ett problem är att kända multivåglängds- selektiva switchar är relativt dyra att tillverka på grundval av ovan nämnda komplicerade struktur eller antalet ingående komponenter. Ännu ett problem är att vissa kända multivåglängdselektiva switchar har relativt långsamma switchningshastigheter, typiskt ett antal mikrosekunder.

Föreliggande uppfinning angriper ovan nämnda problem genom en multivåglängUsselektiv switch i form av en riktkopplarstruktur innefattande två vågledare anordnade med olika effektiva brytningsindex. Vågledarna är i ett parti anordnade i varandras närhet så att ett optiskt fält i var och en av vågledarna kan overlappa varandra i vilket anordnat minst ett kodirektionell finns gitter för koppling.

I en utföringsform av uppfinningen exiteras en gren till en optiska till riktkopplarstruktur med optiska våglängder. De våglängderna transmitteras sedan genom nämnda gren riktkopplarstrukturen. De optiska våglängderna transmitteras därefter genom. ett parti där vågledarna är anordnade i varandras närhet varigenom ingen eller minst en våglängd anordnade till den påverkas av något i nämnda parti gitter för kodirektionell koppling och kopplas över andra vågledaren. 520 951 4 I en annan uppfinningsenlig utföringsform innefattas i minst till våglängdsselektiv förstärkare, en gren riktkopplarstrukturen minst en till exempel i form av en distributed-Bragg-reflector-förstärkare.

Avsikten med föreliggande erhålla en uppfinning är att multivåglängdsselektiv switch som med sin struktur är så enkel och kompakt som möjligt så att tillverkningskostnaden därmed kan reduceras teknik jämfört med tillgänglig samtidigt som switchningshastigheten är relativt snabb.

En fördel med föreliggande uppfinning är att effektförlusten relativt sett kan hållas låg.

En annan fördel med föreliggande uppfinning är att dess övriga prestanda såsom överhörning och dylikt kan komma att förbättras jämfört med känd teknik.

Ytterligare en fördel med föreliggande uppfinning är att signaldelning endast sker då det absolut krävs.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hjälp av föredragna utföringsformer och med hänvisning till bifogade ritningar.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar en utföringsform av en uppfinningsenlig multivåglängdsselektiv switch.

Figur 2 visar en annan utföringsform av en uppfinningsenlig multivàglängdsselektiv switch.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMR En multivåglängdsselektiv switch i form av en riktkopplarstruktur innefattande två stycken vågledare 1 och 2 och fyra stycken gitter för kodirektionell koppling 10, , 30 och 40 visas i figur 1. Nämnda två vågledare l och 2 är var och en anordnade med olika effektiva brytningsindex, 520 951 det vill säga att ljusets propageringshastighet är olika för de två vågledarna. I ett parti är dessa vàgledare l och 2 anordnade i varandras närhet så att ett optiskt fält från var och en av vågledarna kan överlappa varandra. På var sida om nämnda parti finns två grenar av vågledarna. I partiet där vågledarna är anordnade i varandras närhet finns anordnat fyra stycken gitter för kodirektionell koppling 10, , 30 och 40. Nämnda parti kallas för en gittersektion. gitter 10, 20, 30 och 40 kan beskaffenhet vad det gäller periodicitet samt längd göra att Dessa beroende på deras speciella våglängder kan kopplas över från en första vàgledare till en andra vàgledare. Gittren kan sägas utgöra någon form av fasmatchningsanordning vilka gör att vissa våglängder tillåts att kopplas över från en vàgledare med ett första effektivt brytningsindex till en andra vàgledare med ett andra effektivt brytningsindex. Vid fasmatchning kopplas en våglängd över från en vàgledare till en annan och motsvarar således ett korskopplartillstånd för denna våglängd. Vid fasmismatch kopplas inga våglängder över mellan vågledarna och motsvarar således ett barkopplartillstånd för dessa våglängder. Gittren 10, 20, 30 och 40 är anordnade i nämnda parti på så sätt att fasmatchningsförhållandena j. de olika gittersektionerna kan påverkas separat för varje sektion, det vill säga att någon och 40 så inte påverkar varandra. En typ av isolering finns mellan gittren 10, 20, att de i största möjliga mån styrsignal för en gittersektion skall endast påverka denna och ingen av de övriga gittersektionerna.

Antag att vàgledare 1 exiteras med en optisk signal innefattande fyra stycken olika våglängder Xl, X2, X3 och X4.

Dessa våglängder kommer att transmitteras genom nämnda vàgledare 1 och stöta på det parti i vilket vågledarna har bringats i varandras närhet, det vill säga de olika gittersektionerna. 520 951 6 I det fall vågledarna l och 2 är beskaffade med samma effektiva brytningsindex och gittren för kodirektionell koppling 10, 20, 30 och 40 ej finns kan de olika våglängdernas effekt delas upp väsentligen lika i de två olika vilket vågledarna. I föreliggande uppfinning har de vàgledarna l och, 2 olika effektiva brytningsindex, innebär att de olika våglängderna i den optiska signalen, i frånvaro av någon form av fasmatchningsanordning, inte, eller endast mycket lite, kommer att kopplas över från en vågledare till en annan. Gittren för kodirektionell koppling , 20, 30 och 40, vilka utgör anordningar för fasmatchning, är så beskaffade att de var och en styr en viss våglängd.

Gittren 10, 20, 30 och 40 kan styras med hjälp av en elektrisk signal, vilket innebär att ett gitter som i ostyrt tillstånd påverkar en viss våglängd påverkar en annan våglängd i styrt tillstånd. Genom denna mekanism hos gittren för kodirektionell koppling kan var och en av de exiterade våglängderna kl, Ä2, X3 och X4 påverkas oberoende av varandra. Graden av fasmatch kan kontrolleras med hjälp av denna elektriska signal. I ett så kallad broadcast tillstånd fördelas den optiska signalen lika mellan de två vågledarna för en given våglängd. Företrädesvis utformas varje gittersektion så att den vid något tillstånd, vilket kontrolleras av gittersektionens styrsignal, är fas- mismatchad för alla våglängder i den inkommande signalen, det vill säga ingen av de inkommande våglängderna kopplas från sin inkommande vågledare.

I det fall som har nämnts ovan, för vilket fyra stycken våglängder kl, X2, X3 och Ä4 finns i det parti där vågledarna är kopplade till varandra och innefattar även nämnda gitter, kan en viss våglängd genom applicering av en lämplig ström for vart och ett av gittren styras till någon av de grenar som mynnar ut från nämnda parti. Varje våglängd som kopplas in i vågledare 1 kan kopplas ut i vågledare l och/eller 2. 520 951 7 I figur 2 ser vi en annan utföringsform av den uppfinningsenliga multivåglängdsselektiva switchen. Den multivåglängdsselektiva switchen innefattar i denna utföringsform en riktkopplarstruktur i form av två stycken vàgledare 1 och 2 och fyra stycken gitter för kodirektionell koppling 10, 20, 30, 40 samt åtta stycken våglängdsselektiva optiska förstärkare 50, 60, 70, 80. Nämnda två vàgledare är var och en anordnade med olika effektiva brytningsindex, det vill säga att ljusets propageringshastighet är olika för de två vàgledarna. I ett parti är dessa vàgledare anordnade i kontakt med varandra. På var sida om nämnda parti finns två grenar av vàgledarna. I partiet där vàgledarna är anordnade i kontakt med varandra finns anordnat fyra stycken gitter för kodirektionell koppling 10, 20, 30, 40. Nämnda parti kallas för en gittersektion. Dessa gitter 10, 20, 30, 40 kan beroende på deras beskaffenhet vad det gäller periodicitet samt längd göra att speciella våglängder i den optiska signalen kan kopplas över från en vàgledare till en annan.

Gittren 10, 20, sätt att och 40 är anordnade i nämnda parti på så fasmatchningsförhållandena i de olika gittersektionerna kan påverkas det vill gittren 10, 20, separat för varje sektion, säga att någon typ av isolering finns mellan och 40 så att de i största möjliga mån inte påverkar varandra. skall gittersektionerna.

En styrsignal för en gittersektion endast påverka denna och ingen av de övriga I denna utföringsform har grenarna vid ena sidan om partiet kontakt med varandra anordnats med optiska förstärkare 50, 60, 70, 80 i differentiellt där vàgledarna är i våglängdsselektiva syfte att förstärka de broadcasttillståndet l-l våglängdsmultiplexerade signalerna.

CL J S U . _ *1 11 . . A _ fordelas den optiska signalen mellan e ilgaelde v vilket implicerar att ljusstyrkan i varje vàgledare kan reduceras till hälften då signalen delas lika mellan två vàgledare. l5 520 951 8 Detta kan kompenseras genom att introducera ett antal, företrädesvis lika med antalet våglängder, våglängdsselektiva optiska förstärkare såsom strömkontrollerade distributed- Bragg-reflector (DBR) förstärkare eller kvartsvåglängdsskiftade DFB förstärkare i grenarna vid sidan av det parti i vilket ledarna är i varandras närhet. Dessa förstärkare kan användas för att kompensera skillnader i signalstyrka mellan olika våglängder.

Varje gren innefattar i denna utföringsform lika många 70 och 80 som och 40 närhet. I våglängdsselektiva optiska förstärkare 50, 60, antalet gitter för kodirektionell koppling 10, 20, i partiet där vågledarna anordnats i varandras varje våglängdsmultiplexerade gren kan de signalerna förstärkas differentiellt. Detta kan vara av betydelse i det fall en våglängd uppdelats i de tvâ vàgledarna och på så sätt minskat sin intensitet.

De våglängdsselektiva optiska förstärkarna och gittersektionerna för kodirektionell koppling kan tillverkas inom området och enligt metoder välkända för en fackman torde därför inte behöva beskrivas närmare.

Föreliggande multivåglängdsselektiva switch kan tillverkas som monolitiskt integrerade optiska komponenter i något dielektriskt materialsystem, InGaAsP/InP. till exempel i materialsystemet Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till de ovan beskrivna och de på ritningarna visade utföringsformerna, utan kan modifieras inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (8)

10 15 20 '520 951 9 PATENTKHAV

1. l. Multivåglängdsselektiv switch för switchning och omdirigering av optiska våglängder med två vågledare (l, 2) med olika, effektiva brytningsindex anordnade intill varandra längs ett avsnitt för att tillsammans med minst två gitter (10, 20, 30, 40) längs nämnda avsnitt bilda från varandra isolerade gittersektioner för åstadkommande av koppling mellan vågledarna (1, 2), kännetecknad av att gittren (10, 20, 30, 40) är utformade för kodirektionell koppling samt är elektriskt styrbara för separat omdirigering av varje våglängd mellan vågledarna.

2. Switch enligt kravet 1, kännetecknad av att gittren (10, 20, 30, 40) är strömstyrda.

3. Switch enligt kravet 1 eller 2, kännetecknad av att gittren (10, 20, 30, 40) har samma gitterperiodicitet.

4. Switch enligt kravet 1 eller 2, kännetecknad av att minst ett av gittren (10, 20, 30, 40) har en annan gitterperiodicitet än de övriga gittren (10, 20, 30, 40).

5. Switch enligt något av kraven 1 - 4, kännetecknad av att minst en våglängdsselektiv optisk förstärkare (50, 60, 70, 80) är anordnad i åtminstone den ena av vågledarna (1, 2) utanför nämnda avsnitt med nämnda gittersektioner.

6. Switch enligt kravet 5, kännetecknad av att nämnda minst en våglängdsselektiv optisk förstärkare (50, 60, 70, 80) är en strömstyrd distributed-Bragg-reflector- förstärkare.

7. Switch enligt något av kraven 1 - 6, kännetecknar] av att den är tillverkad av något dielektriskt materialsystem. 520 951 10

8. Switch enligt kravet 7, kännetecknad av att den är tillverkad av något III-V- halvledarsystem.