WO2007064238A1 - Controllable multi-channel optical add/drop multiplexer - Google Patents

Controllable multi-channel optical add/drop multiplexer Download PDF

Info

Publication number
WO2007064238A1
WO2007064238A1 PCT/RU2005/000607 RU2005000607W WO2007064238A1 WO 2007064238 A1 WO2007064238 A1 WO 2007064238A1 RU 2005000607 W RU2005000607 W RU 2005000607W WO 2007064238 A1 WO2007064238 A1 WO 2007064238A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
stage
output
input
channels
Prior art date
Application number
PCT/RU2005/000607
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Other versions
WO2007064238A8 (en
Inventor
Vyacheslav Konstantinovich Sakharov
Original Assignee
Nechaev, Alexandr Vladimirovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nechaev, Alexandr Vladimirovich filed Critical Nechaev, Alexandr Vladimirovich
Priority to PCT/RU2005/000607 priority Critical patent/WO2007064238A1/en
Publication of WO2007064238A1 publication Critical patent/WO2007064238A1/en
Publication of WO2007064238A8 publication Critical patent/WO2007064238A8/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/02—Wavelength-division multiplex systems
    • H04J14/0201—Add-and-drop multiplexing
    • H04J14/0202—Arrangements therefor
    • H04J14/021—Reconfigurable arrangements, e.g. reconfigurable optical add/drop multiplexers [ROADM] or tunable optical add/drop multiplexers [TOADM]

Definitions

  • the invention relates to fiber-optic communication systems with spectral channel multiplexing, in particular, to multi-channel controlled optical channel I / O multiplexers (hereinafter t-OADM) and can be used both in dense spectral multiplexing systems (hereinafter DWDM) and moderate spectral multiplexing (hereinafter CWDM).
  • t-OADM multi-channel controlled optical channel I / O multiplexers
  • DWDM dense spectral multiplexing systems
  • CWDM moderate spectral multiplexing
  • DWDM Dense spectral multiplexing
  • CWDM moderate spectral multiplexing
  • DWDM technologies are characterized by extremely high bandwidth, but are very expensive.
  • the standard for the grid of wavelengths introduced by the International Telecommunication Committee (ITU-Standard), provides for the spectral interval between channels 200, 100, 50 or 25 GHz.
  • the recommended ITU spectral spacing between channels for CWDM systems is 20 nm; CWDM is easier to use and cheaper.
  • optical input / output multiplexers (hereinafter OADM) are used for channel input / output. They allow you to remove one or more channels from the line and simultaneously enter a signal at the same wavelengths with new information; communication system utilization is increasing. Moreover, the number of input / output channels is usually significantly less than the total number of channels in the line.
  • Multichannel OADMs have, as a rule, fixed I / O channel frequencies.
  • Systematically increasing bandwidth requirements for communication systems require greater flexibility, in particular the use of reconfigurable and managed multi-channel OADMs.
  • These devices besides being used in optical communication networks, may have other applications, for example, in multichannel sensor systems, for optical filtering, in analog systems for various purposes, etc.
  • ROADM reconfigurable OADM
  • t-OADM managed OADM
  • the approach to the task of creating ROADM consists in using a pair — the lxK demultiplexer and the Kxl multiplexer, the outputs and inputs of which are connected and form K paths (K is the total number of channels in the system).
  • An optical electromechanical switch (hereinafter MEMS) is installed in each of the tracks.
  • the optical demultiplexer divides the optical signal into K channels and directs each channel to one of the K paths.
  • MEMS pass part of the channels to the optical multiplexer, and the other part of the channels are sent to the output ports.
  • the optical multiplexer combines all the channels, including newly introduced ones, using the same MEMS and returns them to the optical line.
  • the device would have a high cost, the greater the greater the number of channels K and the smaller the spectral interval between adjacent channels.
  • the temperature-controlled period of the diffraction grating can vary within certain limits - be equal to or not equal to the wavelength of one of the K channels, and, therefore, with the help of such OADM, channel input / output with the corresponding wavelength can or may not be made.
  • the channels are divided by an optical demultiplexer into L subsets, in each subset of P channels with intervals between L- ⁇ v channels.
  • any set channels can be output using the sequentially installed OADMs. All other channels, together with newly introduced at the frequencies of the output channels, are combined using an optical multiplexer and enter the optical line.
  • An object of the present invention is to provide a multi-channel controlled OADM for channel spectral multiplexing technologies.
  • the device should be simpler in the constructive solution than with the known approaches, satisfy the existing requirements for channel isolation and introduced dispersion, and be suitable for integrated optical performance.
  • the device should be as dynamic and flexible as possible.
  • the task was to develop a multi-channel multiplexer that provides a given throughput of the filtering devices contained in it with the ability to output / input channels of specified frequencies by controlling the spectral characteristics of these filtering devices.
  • the task was performed by creating a multichannel controlled optical input / output multiplexer for a fiber-optic communication system with spectral multiplexing of 2 N channels with N-integer and N> 2, the optical frequencies of which with a constant spectral interval between adjacent channels ⁇ v Tech can be tuned, according to the invention, for input / output of 2 m channels with M - an integer and at the same time 1 ⁇ M ⁇ N, having one input port, one output port, ⁇ 2M output ports, ⁇ 2M input and :
  • t-Demux a controlled optical demultiplexer of the “lx2 m ” configuration (hereinafter referred to as t-Demux), which provides signal separation into 2 subsets of channels and output of each of the subsets of channels separately to 2 m routes;
  • t-Mux a controlled optical multiplexer of the “2 m xl” configuration (hereinafter referred to as t-Mux), which provides recombination of the optical signals arriving at its inputs along 2 m paths;
  • t- ⁇ DM controlled optical input / output multiplexers
  • controller for controlling the adjustment of the spectral characteristics of the indicated demultiplexer, multiplexer and 2 m input / output multiplexers.
  • the optical filters in each stage, except the last are connected by each two outputs with the input of one of the optical filters of the next stage and each of the two outputs of the optical filter of the last stage was connected to one of their output ports.
  • each of the two inputs of the optical filters of the first stage were connected to one of the input ports, the optical filters in each stage except the first and the last one, each of the two inputs were connected to the output of one of the optical filters of the previous stage, and one output to one of the inputs of one of the optical filters of the next stage, and one output of the optical filter after It stage is connected to the output port.
  • the optical adder was connected to the input port by another input.
  • the optical adder output was connected to the output port.
  • the specified controlled optical demultiplexer configuration "lx2 m ", the specified controlled optical multiplexer configuration "2 m xl”, the specified managed optical multiplexer I / O in multi-stage structures as optical filters contained single-stage and / or two-stage and / or multi-stage asymmetric Mach-Zehnder interferometers.
  • optical filters contain electro-optical or thermo-optical phase shift devices to control the adjustment of transmission coefficients.
  • the multi-channel input / output multiplexer was made by integrated-optical technology on a single chip.
  • the input port, output port, 2 m output ports and 2 m input ports are made using optical fibers.
  • a multi-channel controlled optical input / output multiplexer (hereinafter referred to as a multi-channel t- ⁇ ) was developed for a fiber-optic communication system with spectral multiplexing of channels, the optical frequencies of which can be tuned for a constant spectral interval between adjacent channels ⁇ vschreib and allowing input / output required channels.
  • three multiplexer functional devices (t-Demuh, t-Muh and t-OADM) included in the multi-channel t-OADM can be made in the form of multi-stage structures of optical filters, which are used as single-stage asymmetric MZIs (hereinafter - the single-stage MZI) and / or two-stage asymmetric MZI (hereinafter referred to as two-stage MZI) and / or multi-stage asymmetric MZIs (hereinafter referred to as multi-stage MZI).
  • thermo-optical phase-shift devices placed in the arms of single-stage, two-stage, and multi-stage MZIs can be used.
  • FIG. 1B is a schematic representation of a single-stage MZI shown in FIG. IA;
  • Figa is a diagram of a two-stage MZI
  • Fig.2B conditional image of a two-stage MZI shown in Fig.2A;
  • Fig. ZA is a diagram of a multi-stage MZI used for dividing channels into odd and even channels;
  • Fig.ZB conditional image of a multi-stage MZI shown in Fig.ZA;
  • Figa is a diagram of a multi-stage MZI for combining odd and even channels
  • Fig. 4B is a schematic view of the multi-stage MZI shown in Fig. 4A;
  • Fi g. 5 A is a diagram of the t-Demuh controlled optical demultiplexer used according to the invention.
  • Fig.5B conditional image of t-Demuh shown in Fig.5A;
  • 6A is a diagram of a t-Mux controlled optical multiplexer according to the invention.
  • Fig. BB is a conditional image of t-Muh shown in Fig. BA;
  • FIG. 7A is a diagram of a t-OADM controlled optical input / output multiplexer according to the invention.
  • Fig. 7B is a schematic view of the t-OADM shown in Fig. 7A;
  • FIG. 8 is a diagram of a multi-channel t-OADM according to the invention.
  • a key element for the functional devices that make up the multi-channel t-OADM according to the present invention is an asymmetric Mach-Zehnder interferometer or, as they agreed to call it, a single-stage MZI.
  • a single-stage MZI can be performed using various components and technologies, including using fiber optic splitters, beam splitters, prism mirrors, polarizers and other devices.
  • the most optimal option for multi-channel t-OADM according to the present invention is a single-stage MZI in planar design.
  • FIG. IA is a schematic representation of a waveguide version of a single-stage MZI 10, its conditional image is shown in Fig.lB.
  • the device 10 is placed on one substrate 11, where the cascaded MZI 12 itself is formed by two arms 12-1 and 12-2 located between the first 13 and second 14 splitters, formed by waveguides of unequal length Ij and I 2 , respectively.
  • the coupling coefficients K 1 and k 2 of the splitters 13 and 14 are equal and divide the optical power in a ratio of 50/50.
  • the one-stage MZI 12 has conclusions a and b on the one hand and conclusions c i d on the other hand.
  • the single-stage MZI 10 in the arm 12-2 contains a phase shift device 15 that introduces an additional phase shift ⁇ into the phase of the traveling wave and is a controllable element used to adjust the spectral characteristics.
  • phase shift device 15 can be manufactured using a thermo-optical material, for example, silicone, or an electro-optical material, for example, lithium niobate (LiNbO3) or gallium arsenide.
  • thermo-optical material for example, silicone
  • electro-optical material for example, lithium niobate (LiNbO3) or gallium arsenide.
  • phase shift devices are known in the spectral densification technique as a tool for tuning the spectral characteristics of optical filters based on the IMC, and are also used in other devices - modulators and switches.
  • the light intensity at the two output ports c and d can be expressed using the transmission coefficients K ac (v, ⁇ ) and K ad (v, ⁇ ):
  • the light intensity at the same output ports c and d can be represented using the transmission coefficients K bc (v, ⁇ ) and K bd (v, ⁇ ):
  • the transmission coefficients (1) ⁇ (4) become the spectral characteristics of a single-stage MZI.
  • the spectral characteristics (1) ⁇ (4) are periodic functions of the frequency of light v (and wavelength ⁇ ), the difference in arm lengths ⁇ L, refractive index n, and phase shift ⁇ .
  • a single-stage MZI is a reversible device.
  • the signals are divided into two groups, which are output to different outputs.
  • One group contains odd channels
  • the other group contains even channels
  • the spectral interval between channels becomes twice as large as at the input of a single-stage MZI.
  • the distance between adjacent extrema ⁇ v (or ⁇ ) in the spectral characteristics for a real single-stage MZI should be formed at the stage of its manufacture by selecting the corresponding difference of the arm lengths ⁇ L and the refractive index p.
  • the controlled adjustment of the position of the extreme values of the transmission coefficients relative to the given frequencies ⁇ v; ⁇ ( or wavelengths ⁇ j ⁇ ) should be performed using appropriate adjustment of the phase shift ⁇ when using an optical filter as part of any particular device Twa.
  • the lack of spectral characteristics of a single-stage MZI is nonplanar peaks and slowly falling edges of the spectral bands, which, with a small spectral interval between channels, can cause crosstalk between adjacent channels.
  • Another known disadvantage is that with a large difference in the lengths of the arms AL, the introduced dispersion can be very large. These flaws limit the possibility of using single-stage MZIs in devices used in communication systems with spectral channel multiplexing.
  • a significant improvement in the spectral characteristics of the optical filter for devices and spectral densification systems is provided, as is known (US, 6782158, B), with two-stage MZIs, which can be performed using fiber optic splitters, beam splitters, prism mirrors, polarizers, and other devices, and in planar form, and at the same time contain phase shift devices.
  • figa shows a schematic representation of the waveguide version of the two-stage MZI 20, its conditional image is shown in figb. It uses three splitters 21, 22 and 23 with coupling coefficients Ic 1 , k 2 and k 3 , respectively, forming two single-stage MZIs 24 and 25.
  • the device 20 is placed on a single substrate 26.
  • the first single-stage MZI 24 is formed by two waveguides 24-1 and 24-2 of unequal length I 24-1 and I 24-2 , respectively.
  • the second single-stage MZI 25 is formed by two waveguides 25-1 and 25-2 of unequal length I 25 _i and I 2S-2 , respectively.
  • MZIs 24 and 25 use phase shift devices 27 and 28, the phase shifts introduced by them are ⁇ and f, respectively.
  • the two-stage MZI 20 has conclusions a and b on the one hand and conclusions e and / on the other hand.
  • a two-stage MZI used as an optical filter provides better crosstalk suppression and high channel isolation. Nevertheless, the introduced dispersion of the two-stage MZI remains large, and therefore its use as a filter in communication systems with a high data transfer rate is limited.
  • FIG. 3A shows one of the variants of the multi-stage MZI 30, which can be used to separate the odd and even channels; conditional image of a multi-stage MZI is shown in Fig.ZB.
  • the device 30 in planar execution is placed on one substrate (crystal) 31 and includes three complementary two-stage MZIs: the first stage uses a two-stage MZI 32 type I, and in the second stage two two-stage MZIs 33 and 34, both types G, respectively, with the other sign of variance.
  • On figa shows one of the variants of the multi-stage MZI 40, which can be used to combine the odd and even channels; conditional image of a multi-stage MZI is shown in Fig.4B.
  • the entire device 40 in planar execution is placed on one substrate (crystal) 41 and includes three two-stage MZIs: in the first cascade two two-stage MZIs 42 and 43 are used, both types I, and in the second cascade - two-stage MZIs 44 of type G, respectively, with the opposite sign of dispersion.
  • the MZI 42 and 43 When entering the odd and even channels, respectively, through the external ports z and w, the MZI 42 and 43 simply pass one odd and the other even channels to their output ports / The channels are combined using MZI 44, and as a result, the odd and even channels to external port v. Since the dispersion of two-stage MZIs 42 and 43 and each of the two-stage MZIs 44 have opposite signs, this ensures zero or almost zero dispersion of the entire device 40.
  • FIG. 5A A diagram of a first functional device 50 used as a controllable optical demultiplexer according to the present invention is shown in Fig. 5A, a conditional image of it in Fig. 5B.
  • the t-Demuh 50 controlled optical demultiplexer has a two-stage tree structure.
  • the first optical filter 51 (the first stage of the multi-stage structure) is connected with its output ports to the next two optical filters 51-1 and 51-2 (second stage).
  • t-Demuh 50 is made on one substrate (crystal) 53.
  • ⁇ Demux port is used as input, four Cl ⁇ C4 ports - for individual output of channels. Connections of optical filters of all three levels are made by waveguides 54 formed on the substrate. Dynamic control of the t-Demux 50 operation is carried out by tuning the spectral characteristics of the optical filters when applying phase shift devices contained in all optical filters with the corresponding voltages. Management is carried out using an external controller (not shown in the drawing), which is connected to the optical filters with an electric bus 55.
  • the demultiplexer 50 functions as a conventional demultiplexer with fixed channel frequencies.
  • An optical signal containing four channels, the center frequencies of the channels of which ⁇ v, ⁇ v b v 2 , v 3 and V 4 , is input.
  • the multi-stage MZI 51 divides the channels (waves) into odd (V 1 , v 3 ⁇ and even ⁇ V 2 , v 4 ⁇ , which are directed to the multi-stage MZI 51-1 and 51-2.
  • the multi-stage MZI 51-1 and 51-2 again the waves coming to them are divided and as a result, all the waves are completely separated and displayed individually on separate ports in accordance with Table 1.
  • phase changes ⁇ * n ⁇ and ⁇ * n ⁇ should be made on separate output ports in accordance with expression (10).
  • the distribution of channels on the output ports remains the same: the channel with the carrier frequency v h ] will be output to port Cl, channel v v 3 to port C2, and so on.
  • the functional subsystem used as the t-Dem configuration “lx2 m ” may differ from the device 50 by the number of steps M in the multi-stage structure, the spectral interval between adjacent channels at the input Av x x , and the type of optical filters used.
  • optical filters P] st stage at , 2, ... M, the distances between adjacent extrema in the spectral characteristics should be set equal
  • the characteristics of the functional subsystem used as t-Demux include the free dispersion region, which plays an important role in the present invention.
  • the spectral characteristics of optical devices can be cyclically repeated over a wide spectral range.
  • the repetition period or spectral range F within which there is no cyclic repetition of the characteristics, is called the region of free dispersion.
  • the concept of the free dispersion region for t-Demux means that if the input signal contains many channels whose spectral range does not exceed the free dispersion region F, then there will be only one channel in the output ports Cl ⁇ C4 of this device. If the spectral range of the channels at the input is wider than the free dispersion region F, then there will be more channels in the output port than one channel.
  • the spectral interval of the channels in which is ⁇ v " x , the free dispersion region F is:
  • the second t-MX 60 functional unit has an opposite purpose to the t-Demx 50 functional unit, since it is used to combine channels.
  • Two functional devices t-Demuh 50 and t-Mux 60 intended for the multi-channel t-OADM discussed below should be compatible.
  • t-Mux 60 used as a controlled optical multiplexer according to the present invention is shown in Fig. BA, a conditional image of it in Fig. Bb.
  • t-Muh 60 is a two-stage structure '' depevo "type three optical filters.
  • Two optical filters 61-1 and 61-2 constituting the first stage of a two-stage structure, are connected with their output ports v to the optical filter 62, which is the second stage.
  • Four Bl ⁇ B4 ports are used to input each of the four channels; ⁇ Mu ⁇ port serves as a common output port. Connections of optical filters of all three levels are made by waveguides 63 formed on the substrate 64.
  • Dynamic control of the t- ⁇ 60 operation is carried out by tuning the spectral characteristics of three optical filters when applying phase shift devices contained in the optical filters with the corresponding voltages. Management is carried out using an external controller (not shown), which is connected to the optical filters with an electric bus 65.
  • multi-stage MZI 40 should be used (Fig. 4B).
  • the design of the t-Muh 60 described above differs from the t-Demuh 50 described above only by the multi-stage MZIs used: in one the case is multi-stage MZI 30 (Fig. ZB), and in the other case - multi-stage MZI 40 (Fig. 4B).
  • the channel combining process performed using the t-MX 60 is the opposite of the channel separation process discussed above for the t-Dem 50.
  • the controlled tuning of the spectral characteristics of the t-MX 60 is also in many ways similar to the tuning used in the t-Dem 60.
  • a functional device used as a t-Mux configuration of “2 m xl” may differ from a t-Mux 60 device in the number of steps M in a multi-stage structure, the spectral interval between adjacent channels at the ⁇ v TM * output, and the type of optical filters used .
  • the distances between adjacent extrema in the spectral characteristics should be set equal
  • the concept of the free dispersion region for t-Mux means that if several channels with a spectral interval equal to the free dispersion region F are fed to any input port Bl ⁇ B4, then all these channels will go to the output port um ux -
  • the free dispersion region F is:
  • t-OADM 70 is a four-stage structure and has one input port “In”, one output port “Out”, one output port “Drop”, one input port “Add” and includes four optical filters 71-1, 71- 2, 71-3, 71-4.
  • t-OADM 70 further comprises an optical adder 72 having 5 inputs “1” ⁇ “5” and one output ⁇ . All three filters and the adder are integrated on a single substrate 73. The filter connections are made by waveguides 74.
  • Dynamic control of the t-OADM 70 operation is carried out by tuning the spectral characteristics of the four filters 71 -1 ⁇ 71-4 when applying to the phase-shift devices all four filters of the corresponding voltages. Management is performed using an external controller (not shown in the drawing), which is connected to the optical filters with an electric bus 75.
  • the optical filters 71-1 ⁇ 71-4 are connected in series with each other so that the output p of one is connected to the input g of the other, the second output to each filter is connected to one of the inputs of the optical adder 72, the input g of the first filter 71-1 is connected to input port "In”, the output p of the last filter 71-3 is connected to the output port "Drop”, the optical adder 72 is connected to the input port "Add” by another input "6”, and the output ⁇ to the output port "Out".
  • multicascade MZI 30 should be used as optical filters (Fig. ZA).
  • the optical filter of the first stage 71-1 divides the channels entering the input port "In" into two groups - the group of odd waves v b v 3 , .., vi 5 , which are directed to the optical filter of the second stage 71 -2, and the group of even waves v 2 , v 4 , ..., v ) 6 , which are directed to the optical adder 72.
  • the optical filter 71-2 divides the channels (waves) again and directs the waves v 3 , V 7 , V 11 and v 15 to the optical filter of the third stage 71-3, and the waves V 1 , V 5 , V 9 and V 13 to the adder 72; 71-3 optical filter divides the waves coming to it and directs the waves V 3 and Vn to the optical filter 71-4, and the waves V 7 and Vi 5 directs to the adder 72. Finally, the optical filter 71-4 divides the two waves coming to it, and as a result, the wave v 3 , which goes to the Drop output port, and all the other 15 waves go to the four inputs of the adder 72 and with its help are in the Out output port.
  • the wave v N 3 introduced through the port "Add" is fed to the fourth input of the adder and also appears in the output port of the adder 72.
  • the functional device used as t-OADM in the present invention may differ from t-OADM 70 in the number of steps in the (NM) multi-stage structure, the spectral interval between adjacent channels at the input ⁇ v * x , and the type of optical filters used .
  • the multi-channel t-OADM 80 is built on the functional devices discussed above: t-Demuh 81-1 configurations of “1x4”, t-Muh 81-2 configurations of “4x1” and four identical t-OADMs (81-3) ⁇ (81- 6) installed in the paths Cl ⁇ C4 connecting the inputs of t-Demuh 81-1 with the corresponding inputs of t-Muh 81-2.
  • Multichannel t-OADM 80 is an integrated optical device made on one substrate 82. Connections between functional parts are made using waveguides 83 formed on a common substrate 82.
  • the input port 84 and the output port 85 are connected to the input t-Demuh 81-1 and the output t-Muh 81-2 - - Demuh and ⁇ t- max, respectively.
  • Four output ports 86-1 ⁇ 86-4 and four input ports 87-1 ⁇ 87-4 are connected, respectively, with output ports "Drop" and input ports "Add". All these external conclusions are made in the form of optical fibers.
  • the multi-channel t-ODM 80 may, as a control device, comprise a controller 88 connected to the bus 89 with the control elements of the six multiplexer functional devices mentioned above.
  • An input optical signal containing 64 channels is fed to the input of the t-Demuh 81-1 device, the free dispersion region of which is 16 times smaller than the spectral range of the optical signal at the input.
  • control voltage ⁇ IGsi-i ⁇ corresponding to the functioning of the device as t-Demuh for optical channels with frequencies ⁇ v'j ⁇ is supplied to the same device.
  • Each of the 4 subsets of channels, containing 16 channels, is fed to the input of one of the t- ⁇ 81-3 ⁇ 81-6.
  • one of the channels is displayed from 4 subsets of channels — any given from each subset of channels.
  • instead of the output channels using the same t-OADM can be introduced a new 4 channels.
  • the remaining channels, together with the newly introduced ones, pass to the t-Mux 81-2 input.
  • the t-Mux 81-2 receives a control voltage ⁇ IGsi-g ⁇ , which ensures its functioning as t-Mux for optical channels with frequencies ⁇ V, - ⁇ . As a result, all channels arriving at the t-Mux 81-2 inputs are in the output port of the multi-channel t- ⁇ . Thus, in the controlled input / output mode, four channels of 64 channels can be output / input; the number of possible input / output channels is 16 4 65 65 -10 3 .
  • the multi-channel t-OADM 80 can also be used in the reconfigurable input / output mode of 4 channels, when it is necessary to output / enter 4 preset channels from 64 channels with fixed and corresponding channel frequencies in accordance with ITU-Standard.
  • the control voltages ⁇ Usi-i ⁇ for t-Demuh 81-1 and ⁇ Usi- 2 ⁇ for t-Muh 81-2 should be set once accordingly, and then remain unchanged.
  • the control of the output / input of four preset channels in this case should be carried out using the corresponding phase changes in the optical filter controls that are part of the t- ⁇ 81-3 ⁇ 81-6.
  • a multi-channel I / O multiplexer designed for use in a particular optical communication system may differ from the considered multichannel t-OADM 80.
  • the parameters of the functional devices of the three considered types included in the multichannel t-OADM are determined by the total number of channels in the optical system 2 N at N> 2, the spectral interval between adjacent channels ⁇ vschreib and the number of channels to be input / output 2 m (M is an integer, 1 ⁇ M ⁇ N).
  • M is an integer, 1 ⁇ M ⁇ N.
  • the multi-channel t-OADM according to the invention can also have other applications, for example, in multi-channel sensor systems, for optical filtering, in analog systems of various purposes.
  • the multi-channel controlled optical input / output multiplexer according to the present invention can be used in fiber-optic lines and communication systems with spectral multiplexing of channels, including trunk lines where DWDM technology is used, as well as in regional, city and local communication systems, where CWDM technology is used.
  • the multichannel controlled optical I / O multiplexer according to the present can be implemented using existing integrated optical technologies.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

A controllable multi-channel optical add/drop multiplexer for a fibre-optic communication system provided with 2N of wavelength-division multiplexing channels, wherein N is an integer ≥2, whose optical frequencies are retunable, at a constant wavelength shifting Δν0 between adjacent channels, for the add/drop of 2M of channels, wherein M is an integer and 1≤M<N, having an entry port (84), an exit port (85), 2M of output ports (86-1÷86-4), 2M of input ports (87-1÷87-4), comprises a controllable optical demultiplexer (81-1) of a 1x2M configuration, a controllable optical multiplexer (81-1) of a 2Mx1 configuration and 2M of controllable single-channel optical add/drop multiplexers (81-3÷81-6). The inventive controllable multi-channel optical add/drop multiplexer (80) can be used for DWDM (Dense Wavelength-Division Multiplexing) and CWDM (Coarse Wavelength-Division Multiplexing) systems in the form of a multi-channel controllable and reconfigurable optical add/drop multiplexer.

Description

Многоканальный управляемый оптический мультиплексор ввода/вывода Multichannel Optical I / O Multiplexer
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к волоконно-оптическим системам связи со спектральным уплотнением каналов, в частности, к многоканальным управляемым оптическим мультиплексорам ввода/вывода каналов (далее t-ОАDМ) и может использоваться как в системах плотного спектрального уплотнения (далее DWDM), так и умеренного спектрального уплотнения (далее CWDM).The invention relates to fiber-optic communication systems with spectral channel multiplexing, in particular, to multi-channel controlled optical channel I / O multiplexers (hereinafter t-OADM) and can be used both in dense spectral multiplexing systems (hereinafter DWDM) and moderate spectral multiplexing (hereinafter CWDM).
Предшествующий уровень техникиState of the art
Новые технологии в волоконно-оптических системах связи, использующие спектральное уплотнение, становятся доминирующими в современных системах связи. Плотное спектральное уплотнение, DWDM, используется в протяженных магистральных линиях связи, умеренное спектральное уплотнение, CWDM, используется в городских и локальных системах связи.New technologies in fiber-optic communication systems using spectral multiplexing are becoming dominant in modern communication systems. Dense spectral multiplexing, DWDM, is used in long trunk lines, moderate spectral multiplexing, CWDM, is used in urban and local communication systems.
Технологии DWDM характеризуются предельно высокой пропускной способностью, но являются весьма дорогостоящими. Стандарт на сетку длин волн, введенный Международным Телекоммуникационным Комитетом (IТU-Стандарт), предусматривает спектральный интервал между каналами 200, 100, 50 или 25 ГГц. Рекомендованный ITU спектральный интервал между каналами для систем CWDM составляет 20 нм; техника CWDM проще в использовании и дешевле.DWDM technologies are characterized by extremely high bandwidth, but are very expensive. The standard for the grid of wavelengths, introduced by the International Telecommunication Committee (ITU-Standard), provides for the spectral interval between channels 200, 100, 50 or 25 GHz. The recommended ITU spectral spacing between channels for CWDM systems is 20 nm; CWDM is easier to use and cheaper.
В узловых точках BOCC для ввода/вывода каналов используются оптические мультиплексоры ввода-вывода (далее OADM). Они позволяют вывести из линии один или несколько каналов и одновременно ввести сигнал на тех же длинах волн с новой информацией; эффективность использования систем связи повышается. При этом число каналов ввода/вывода обычно существенно меньше, чем общее число каналов в линии.At the BOCC nodal points, optical input / output multiplexers (hereinafter OADM) are used for channel input / output. They allow you to remove one or more channels from the line and simultaneously enter a signal at the same wavelengths with new information; communication system utilization is increasing. Moreover, the number of input / output channels is usually significantly less than the total number of channels in the line.
Многоканальные OADM имеют, как правило, фиксированные частоты каналов ввода/вывода. Систематически возрастающие требования к пропускной способности систем связи требуют большей гибкости, в частности использования реконфигурируемых и управляемых многоканальных OADM. Эти устройства кроме использования в оптических коммуникационных сетях могут иметь и другие применения, например, в многоканальных системах датчиков, для оптической фильтрации, в аналоговых системах различного назначения и пр.Multichannel OADMs have, as a rule, fixed I / O channel frequencies. Systematically increasing bandwidth requirements for communication systems require greater flexibility, in particular the use of reconfigurable and managed multi-channel OADMs. These devices, besides being used in optical communication networks, may have other applications, for example, in multichannel sensor systems, for optical filtering, in analog systems for various purposes, etc.
Известные к настоящему времени реконфигурируемые OADM (далее ROADM) имеют ряд существенных недостатков, главный из которых тот, что данные устройства весьма сложные и дорогостоящие, а управляемые OADM (далее t-ОАDМ) позволяют ввести/вывести только один канал. Отметим, что, говоря о многоканальных ROADM и t-ОАDМ, авторы имеют в виду устройства, в которых для каждого выводимого и вновь вводимого канала имеется индивидуальный порт.Currently known reconfigurable OADM (hereinafter ROADM) have a number of significant drawbacks, the main one being that these devices are very complex and expensive, and managed OADM (hereinafter t-OADM) allow only one channel to be entered / output. Note that, speaking of multi-channel ROADM and t-OADM, the authors mean devices in which for each output and newly introduced channel there is an individual port.
Хорошо известный специалистам в области оптических систем связи подход к задаче создания ROADM состоит в использовании пары - демультиплексор «lxK» и мультиплексор «Kxl», выходы и входы которых соединены и образуют К трасс (К - полное число каналов в системе). В каждой из трасс установлен оптический электромеханический переключатель (далее MEMS). Оптический демультиплексор разделяет оптический сигнал на К каналов и направляет каждый канал в одну из К трасс. MEMS пропускают часть каналов к оптическому мультиплексору, а другую часть каналов направляют в выводные порты. Оптический мультиплексор объединяет все каналы, в том числе вновь вводимые, с помощью тех же MEMS и возвращает их в оптическую линию. Очевидно, что, будучи реализованным с помощью данного подхода, устройство имело бы высокую стоимость, тем большую, чем больше было бы число каналов К и меньше спектральный интервал между соседними каналами.The approach to the task of creating ROADM, well known to specialists in the field of optical communication systems, consists in using a pair — the lxK demultiplexer and the Kxl multiplexer, the outputs and inputs of which are connected and form K paths (K is the total number of channels in the system). An optical electromechanical switch (hereinafter MEMS) is installed in each of the tracks. The optical demultiplexer divides the optical signal into K channels and directs each channel to one of the K paths. MEMS pass part of the channels to the optical multiplexer, and the other part of the channels are sent to the output ports. The optical multiplexer combines all the channels, including newly introduced ones, using the same MEMS and returns them to the optical line. Obviously, if implemented using this approach, the device would have a high cost, the greater the greater the number of channels K and the smaller the spectral interval between adjacent channels.
Другой подход (US, 6 602 000, B2) заключается в использовании также пары - демультиплексор и мультиплексор, но более простых конфигураций «lxL» и «Lxl » при L = КУР, где К - полное число каналов и P - целое число. Выходы и входы демультиплексора и мультиплексора снова соединены и образуют L трасс, в каждой трассе установлено несколько P мультиплексоров ввода-вывода (далее OADM), выполненных каждый на основе несимметричного интерферометра Маха-Цендера (далее ИМЦ) со встроенными в плечах интерферометра брегговскими дифракционными решетками. Управляемый температурным воздействием период дифракционной решетки может в некоторых пределах изменяться - быть равным или не равным длине волны одного из К каналов, и, следовательно, с помощью такого OADM может производиться или не производиться ввод/вывод канала с соответствующей длиной волны. При поступлении на вход рассматриваемого устройства сигнала, включающего К каналов с интервалом между соседними каналами Δv, каналы разделяются оптическим демультиплексором на L подмножеств, в каждом подмножестве - по P каналов с интервалами между каналами L-Δv. При проходе сигнала по одной из трасс с помощью последовательно установленных OADM могут быть выведены любые задаваемые каналы. Все другие каналы, вместе со вновь введенными на частотах выведенных каналов, объединяются с помощью оптического мультиплексора и поступают в оптическую линию.Another approach (US, 6 602 000, B2) is to use also a pair - a demultiplexer and a multiplexer, but more simple configurations “lxL” and “Lxl” at L = CSD, where K is the total number of channels and P is an integer. The outputs and inputs of the demultiplexer and multiplexer are again connected and form L traces, in each trace there are several P I / O multiplexers (hereinafter OADM), each based on an asymmetric Mach-Zehnder interferometer (hereinafter referred to as MZI) with Bragg diffraction gratings integrated in the arms of the interferometer. The temperature-controlled period of the diffraction grating can vary within certain limits - be equal to or not equal to the wavelength of one of the K channels, and, therefore, with the help of such OADM, channel input / output with the corresponding wavelength can or may not be made. When a signal including K channels with an interval between adjacent channels Δv arrives at the input of the device in question, the channels are divided by an optical demultiplexer into L subsets, in each subset of P channels with intervals between L-Δv channels. When a signal passes along one of the traces, any set channels can be output using the sequentially installed OADMs. All other channels, together with newly introduced at the frequencies of the output channels, are combined using an optical multiplexer and enter the optical line.
Специалистам в области оптических систем связи должно быть ясно, что в случае большого количества каналов К данное устройство было бы также весьма сложным в изготовлении и дорогостоящим. При этом структура, содержащая большое число ИМЦ, каждый из которых имеет свои индивидуальные дифракционные решетки в двух плечах и систему терморегулирования, оказалась бы громоздкой и ненадежной в работе.Specialists in the field of optical communication systems should be clear that in the case of a large number of K channels, this device would also be very difficult to manufacture and expensive. Moreover, a structure containing a large number of IMCs, each of which has its own individual diffraction gratings in two arms and a thermal control system, would be cumbersome and unreliable in operation.
Таким образом, в настоящее время не существует многоканальных управляемых и реконфигурируемых OADM, которые реально были бы пригодны для использования в оптических линиях связи и при этом были бы технологичны в изготовлении, надежны в работе и имели бы приемлемую стоимость.Thus, at present, there are no multichannel managed and reconfigurable OADMs that would be really suitable for use in optical communication lines and at the same time would be technologically advanced to manufacture, reliable in operation, and would have an acceptable cost.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Целью настоящего изобретения является создание многоканального управляемого OADM для технологий спектрального уплотнения каналов. Устройство должно быть более простым в конструктивном решении, чем при известных подходах, удовлетворять существующим требованиям по изоляции каналов и вносимой дисперсии и быть пригодным для интегрально-оптического выполнения. Устройство должно быть максимально динамичным и гибким.An object of the present invention is to provide a multi-channel controlled OADM for channel spectral multiplexing technologies. The device should be simpler in the constructive solution than with the known approaches, satisfy the existing requirements for channel isolation and introduced dispersion, and be suitable for integrated optical performance. The device should be as dynamic and flexible as possible.
При создании изобретения была поставлена задача разработки многоканального мультиплексора, обеспечивающего заданную пропускную способность содержащихся в нем фильтрующих устройств с возможностью вывода/ввода каналов заданных частот с помощью управления спектральными характеристиками этих фильтрующих устройств.When creating the invention, the task was to develop a multi-channel multiplexer that provides a given throughput of the filtering devices contained in it with the ability to output / input channels of specified frequencies by controlling the spectral characteristics of these filtering devices.
Поставленная задача была выполнена созданием многоканального управляемого оптического мультиплексора ввода/вывода для волоконно-оптической системы связи со спектральным уплотнением 2N каналов при N -целое число и при этом N > 2, оптические частоты которых при постоянном спектральном интервале между соседними каналами Δvо могут перестраиваться, согласно изобретению, для ввода/вывода 2 м каналов при M - целое число и при этом 1< M< N, имеющего один входной порт, один выходной порт, ^ 2M портов вывода, ^ 2M портов ввода и включающего:The task was performed by creating a multichannel controlled optical input / output multiplexer for a fiber-optic communication system with spectral multiplexing of 2 N channels with N-integer and N> 2, the optical frequencies of which with a constant spectral interval between adjacent channels Δvо can be tuned, according to the invention, for input / output of 2 m channels with M - an integer and at the same time 1 <M <N, having one input port, one output port, ^ 2M output ports, ^ 2M input and :
- управляемый оптический демультиплексор конфигурации «lx2м» (далее t- Dеmuх) , обеспечивающий разделение сигнала на 2 подмножеств каналов и вывода каждого из подмножеств каналов отдельно на 2м трасс;- a controlled optical demultiplexer of the “lx2 m ” configuration (hereinafter referred to as t-Demux), which provides signal separation into 2 subsets of channels and output of each of the subsets of channels separately to 2 m routes;
- управляемый оптический мультиплексор конфигурации «2мxl» (далее t-Мuх), обеспечивающий рекомбинацию оптических сигналов, поступающих на его входы по 2м трассам;- a controlled optical multiplexer of the “2 m xl” configuration (hereinafter referred to as t-Mux), which provides recombination of the optical signals arriving at its inputs along 2 m paths;
- 2 управляемых оптических мультиплексоров ввода/вывода (далее t-ОАDМ), размещенных каждый в одной из 2м трасс и обеспечивающих ввод/вывод одного из каналов, поступающих на его вход;- 2 controlled optical input / output multiplexers (hereinafter t-ОАDM), each located in one of 2 m routes and providing input / output of one of the channels arriving at its input;
- контроллер для управления перестройкой спектральных характеристик указанных демультиплексора, мультиплексора и 2м мультиплексоров ввода/вывода.- a controller for controlling the adjustment of the spectral characteristics of the indicated demultiplexer, multiplexer and 2 m input / output multiplexers.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы в многоканальном мультиплексоре указанный управляемый оптический демультиплексор конфигурации «lx2м» включал М-ступенчатую структуру типа «дepeвo», имеющую один входной порт, 2 выходных портов, содержащую в каждой ni-oи ступени при П] = 1, 2,..., M 2"1"1 оптических фильтров, имеющих, по меньшей мере, один вход и два выхода, выполненных с возможностью управляемой перестройки коэффициентов передачи, характеризующихся в П]-oй ступени частотным интервалом между соседними экстремумами в зависимостях коэффициентов передачи от частоты Δ vпλ = 2"1"1 - Av0.Moreover, according to the invention, it is advisable that in a multi-channel multiplexer the specified controlled optical demultiplexer of the “lx2 m ” configuration include an M-stage structure of the “derevo” type, having one input port, 2 output ports, containing in each ni-o stage at П] = 1, 2, ..., M 2 "1" 1 optical filters having at least one input and two outputs, made with the possibility of controlled tuning of transmission coefficients, characterized in the П] -th stage by the frequency interval between adjacent extrema depending on transmission coefficients from the frequency Δ v pλ = 2 "1" 1 - Av 0 .
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы в указанном оптическом демультиплексоре конфигурации «lx2м» в указанной М-ступенчатой структуре один из входов оптического фильтра первой ступени был соединен с входным портом, оптические фильтры в каждой ступени, кроме последней, были соединены каждым их двух выходов со входом одного из оптических фильтров последующей ступени и каждый из двух выходов оптического фильтра последней ступени был соединен с одним их выходных портов.Moreover, according to the invention, it is advisable that in the indicated optical demultiplexer of the configuration “lx2 m ” in the indicated M-stage structure one of the inputs of the optical filter of the first stage is connected to the input port, the optical filters in each stage, except the last, are connected by each two outputs with the input of one of the optical filters of the next stage and each of the two outputs of the optical filter of the last stage was connected to one of their output ports.
Кроме того, согласно изобретению, целесообразно, чтобы в многоканальном мультиплексоре указанный управляемый оптический мультиплексор конфигурации «2мxl» включал М-ступенчатую структуру типа «дepeвo», имеющую 2м входных портов и один выходной порт, содержащую в каждой n2-oй ступени при n2 = 1, 2,..., M 2M~"2 оптических фильтров, имеющих два входа и, по меньшей мере, один выход, выполненных с возможностью управляемой перестройки коэффициентов передачи, характеризующихся в n2-oй ступени частотным интервалом между соседними экстремумами в зависимостях коэффициентов передачи от частоты Av112 = 2м ~"2 • Av0 .In addition, according to the invention, it is advisable that in a multi-channel multiplexer the specified controlled optical multiplexer of the “2 m xl” configuration includes an M-step structure of the “tree” type having 2 m input ports and one output port, containing in each n 2- th stage with n 2 = 1, 2, ..., M 2 M ~ " 2 optical filters having two inputs and at least one output, configured to controlled adjustment of the transmission coefficients, characterized in the n 2nd stage by the frequency interval between adjacent extrema in the dependences of the transmission coefficients on the frequency Av 112 = 2 m ~ " 2 • Av 0 .
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы в указанном управляемом оптическом мультиплексоре конфигурации «2мxl» в указанной M- ступенчатой структуре каждый из двух входов оптических фильтров первой ступени были соединены с одним из входных портов, оптические фильтры в каждой ступени, кроме первой и последней, были соединены каждым из двух входов с выходом одного из оптических фильтров предыдущей ступени, а одним выходом с одним из входов одного из оптических фильтров последующей ступени, и один выход оптического фильтра последней ступени был соединен с выходным портом.Moreover, according to the invention, it is advisable that in the specified controlled optical multiplexer configuration "2 m xl" in the specified M-stage structure, each of the two inputs of the optical filters of the first stage were connected to one of the input ports, the optical filters in each stage except the first and the last one, each of the two inputs were connected to the output of one of the optical filters of the previous stage, and one output to one of the inputs of one of the optical filters of the next stage, and one output of the optical filter after It stage is connected to the output port.
Кроме того, согласно изобретению, целесообразно, чтобы в многоканальном мультиплексоре указанный управляемый оптический мультиплексор ввода/вывода содержал (N-M)-cтyпeнчaтyю структуру, имеющую один входной порт, один выходной порт, один порт ввода и один порт вывода, содержащую в каждой ступени один оптический фильтр, имеющий один вход и два выхода, выполненный с возможностью управляемой перестройки коэффициентов передачи, характеризующийся в nз-oй ступени при n3 = 1, 2,..., (N-M) частотным интервалом между соседними экстремумами в зависимостях коэффициентов передачи от частоты Δvn3 = 2M+"3"' - Av0 , а также оптический сумматор, имеющий N-M+ 1 входов и один выход.In addition, according to the invention, it is advisable that in a multichannel multiplexer the specified controlled optical input / output multiplexer contains a (NM) -striped structure having one input port, one output port, one input port and one output port containing one optical in each stage a filter having one input and two outputs, made with the possibility of controlled adjustment of transmission coefficients, characterized in the nth step with n 3 = 1, 2, ..., (NM) the frequency interval between adjacent extrema in the dependences of the coefficient transmission factors from the frequency Δv n3 = 2 M + "3"'- Av 0 , as well as an optical adder having N-M + 1 inputs and one output.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы в указанном управляемом оптическом мультиплексоре ввода/вывода в указанной (N-M)- ступенчатой структуре:Moreover, according to the invention, it is advisable that in the specified managed optical input / output multiplexer in the specified (N-M) - step structure:
- оптический фильтр каждой ступени, кроме последней ступени, одним из выходов был соединен со входом оптического фильтра последующей ступени, а другим выходом был соединен с одним из входов оптического сумматора;- the optical filter of each stage, except for the last stage, was connected by one of the outputs to the input of the optical filter of the next stage, and by the other output was connected to one of the inputs of the optical adder;
- оптический фильтр первой ступени своим входом был соединен с входным портом;- the optical filter of the first stage with its input was connected to the input port;
- оптический фильтр последней ступени одним выходом был соединен с еще одним входом оптического сумматора, а другим выходом был соединен с портом вывода;- the optical filter of the last stage with one output was connected to another input of the optical adder, and the other output was connected to the output port;
- оптический сумматор еще одним входом был соединен с портом ввода.- The optical adder was connected to the input port by another input.
- оптический сумматор выходом был соединен с выходным портом. При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы указанный управляемый оптический демультиплексор конфигурации «lx2м», указанный управляемый оптический мультиплексор конфигурации «2мxl», указанный управляемый оптический мультиплексор ввода/вывода в многоступенчатых структурах в качестве оптических фильтров содержали однокаскадные и/или двухкаскадные и/или многокаскадные несимметричные интерферометры Маха-Цендера.- the optical adder output was connected to the output port. Moreover, according to the invention, it is advisable that the specified controlled optical demultiplexer configuration "lx2 m ", the specified controlled optical multiplexer configuration "2 m xl", the specified managed optical multiplexer I / O in multi-stage structures as optical filters contained single-stage and / or two-stage and / or multi-stage asymmetric Mach-Zehnder interferometers.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы для управления настройкой коэффициентов передачи указанные оптические фильтры содержали электрооптические или термооптические устройства фазового сдвига.Moreover, according to the invention, it is advisable that these optical filters contain electro-optical or thermo-optical phase shift devices to control the adjustment of transmission coefficients.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы многоканальный мультиплексор ввода/вывода был выполнен по интегрально-оптической технологии на одном чипе.Moreover, according to the invention, it is advisable that the multi-channel input / output multiplexer was made by integrated-optical technology on a single chip.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы в многоканальном управляемом оптическом мультиплексоре ввода/вывода входной порт, выходной порт, 2м выводных портов и 2м вводных портов были выполнены с помощью световодов.Moreover, according to the invention, it is advisable that in the multichannel controlled optical input / output multiplexer, the input port, output port, 2 m output ports and 2 m input ports are made using optical fibers.
Таким образом, был разработан многоканальный управляемый оптический мультиплексор ввода/вывода (далее - многоканальный t-ОАDМ) для волоконно- оптической системы связи со спектральным уплотнением каналов, оптические частоты которых при постоянном спектральном интервале между соседними каналами Δvо могут перестраиваться и позволяющего осуществлять ввод/вывод требуемых каналов.Thus, a multi-channel controlled optical input / output multiplexer (hereinafter referred to as a multi-channel t-ОАДМ) was developed for a fiber-optic communication system with spectral multiplexing of channels, the optical frequencies of which can be tuned for a constant spectral interval between adjacent channels Δvо and allowing input / output required channels.
При этом входящие в многоканальный t-ОАDМ три мультиплексорных функциональных устройства (t-Dеmuх, t-Мuх и t-ОАDМ) могут быть выполнены в виде многоступенчатых структур оптических фильтров, в качестве которых используются однокаскадные несимметричные ИМЦ (далее - однокаскадный ИМЦ) и/или двухкаскадные несимметричные ИМЦ (далее - двухкаскадный ИМЦ) и/или многокаскадные несимметричные ИМЦ (далее - многокаскадный ИМЦ). Для управляемой перестройки спектральных характеристик оптических фильтров, необходимой для управляемого ввода/вывода нескольких каналов, несущие частоты которых могут перестраиваться, могут использоваться электро- или термооптические устройства фазового сдвига, размещаемые в плечах однокаскадных, двухкаскадных и многокаскадных ИМЦ. Краткое описание чертежей.In this case, three multiplexer functional devices (t-Demuh, t-Muh and t-OADM) included in the multi-channel t-OADM can be made in the form of multi-stage structures of optical filters, which are used as single-stage asymmetric MZIs (hereinafter - the single-stage MZI) and / or two-stage asymmetric MZI (hereinafter referred to as two-stage MZI) and / or multi-stage asymmetric MZIs (hereinafter referred to as multi-stage MZI). For controlled tuning of the spectral characteristics of optical filters necessary for controlled input / output of several channels, the carrier frequencies of which can be tuned, electro-or thermo-optical phase-shift devices placed in the arms of single-stage, two-stage, and multi-stage MZIs can be used. A brief description of the drawings.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров осуществления многоканального управляемого оптического мультиплексора ввода/вывода согласно изобретению и прилагаемыми чертежами, на которых показаны:The invention is further illustrated by the description of embodiments of a multi-channel controlled optical input / output multiplexer according to the invention and the accompanying drawings, which show:
Фиг.1 - схема однокаскадного ИМЦ;Figure 1 - diagram of a single-stage MZI;
Фиг.lБ - условное изображение однокаскадного ИМЦ, показанного на Фиг. IA;FIG. 1B is a schematic representation of a single-stage MZI shown in FIG. IA;
Фиг.2A - схема двухкаскадного ИМЦ;Figa is a diagram of a two-stage MZI;
Фиг.2Б - условное изображение двухкаскадного ИМЦ, показанного на Фиг.2A;Fig.2B - conditional image of a two-stage MZI shown in Fig.2A;
Фиг.ЗА - схема многокаскадного ИМЦ, используемого для разделения каналов на нечетные и четные каналы;Fig. ZA is a diagram of a multi-stage MZI used for dividing channels into odd and even channels;
Фиг.ЗБ - условное изображение многокаскадного ИМЦ, показанного на Фиг.ЗА;Fig.ZB - conditional image of a multi-stage MZI shown in Fig.ZA;
Фиг.4A - схема многокаскадного ИМЦ для объединения нечетных и четных каналов;Figa is a diagram of a multi-stage MZI for combining odd and even channels;
Фиг.4Б - условное изображение многокаскадного ИМЦ, показанного на Фиг.4A;Fig. 4B is a schematic view of the multi-stage MZI shown in Fig. 4A;
Фи г.5 А - схема используемого управляемого оптического демультиплексора t- Dеmuх согласно изобретению;Fi g. 5 A is a diagram of the t-Demuh controlled optical demultiplexer used according to the invention;
Фиг.5Б - условное изображение t-Dеmuх, показанного на Фиг.5A;Fig.5B - conditional image of t-Demuh shown in Fig.5A;
Фиг.6 А - схема управляемого оптического мультиплексора t-Мuх согласно изобретению;6A is a diagram of a t-Mux controlled optical multiplexer according to the invention;
Фиг.бБ - условное изображение t-Мuх, показанного на Фиг.бА;Fig. BB is a conditional image of t-Muh shown in Fig. BA;
Фиг.7A - схема управляемого оптического мультиплексора ввода/вывода t- OADM согласно изобретению;7A is a diagram of a t-OADM controlled optical input / output multiplexer according to the invention;
Фиг.7Б - условное изображение t-ОАDМ, показанного на Фиг.7A;Fig. 7B is a schematic view of the t-OADM shown in Fig. 7A;
Фиг.8 - схема многоканального t-ОАDМ согласно изобретению.8 is a diagram of a multi-channel t-OADM according to the invention.
При этом прилагаемые чертежи и описанные варианты осуществления изобретения не ограничивают применение изобретения и не выходят за рамки настоящего изобретения.Moreover, the accompanying drawings and the described embodiments of the invention do not limit the application of the invention and do not go beyond the scope of the present invention.
Наилучшие варианты осуществления изобретенияBEST MODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Согласно изобретению, ключевым элементом для функциональных устройств, входящих в состав многоканального t-ОАDМ согласно настоящему изобретению, является несимметричный интерферометр Маха-Цендера или, как условились его называть, однокаскадный ИМЦ. Однокаскадный ИМЦ может быть выполнен с помощью различных компонент и технологий, в том числе с использованием волоконно-оптических разветвителей, светоделителей, зеркал-призм, поляризаторов и других устройств. Наиболее оптимальным вариантом для многоканального t-ОАDМ согласно настоящему изобретению является однокаскадный ИМЦ в планарном исполнении.According to the invention, a key element for the functional devices that make up the multi-channel t-OADM according to the present invention is an asymmetric Mach-Zehnder interferometer or, as they agreed to call it, a single-stage MZI. A single-stage MZI can be performed using various components and technologies, including using fiber optic splitters, beam splitters, prism mirrors, polarizers and other devices. The most optimal option for multi-channel t-OADM according to the present invention is a single-stage MZI in planar design.
На Фиг. IA приведено схематичное изображение волноводного варианта однокаскадного ИМЦ 10, его условное изображение приведено на Фиг.lБ. Устройство 10 размещено на одной подложке 11, где сам каскадный ИМЦ 12 образован расположенными между первым 13 и вторым 14 разветвителями двумя плечами 12-1 и 12-2, сформированными волноводами неравной длины Ij и I2, соответственно. Коэффициенты связи K1 и k2 разветвителей 13 и 14 равны и делят оптическую мощность в соотношении 50/50. Однокаскадный ИМЦ 12 имеет выводы а и b с одной стороны и выводы с я d с другой стороны.In FIG. IA is a schematic representation of a waveguide version of a single-stage MZI 10, its conditional image is shown in Fig.lB. The device 10 is placed on one substrate 11, where the cascaded MZI 12 itself is formed by two arms 12-1 and 12-2 located between the first 13 and second 14 splitters, formed by waveguides of unequal length Ij and I 2 , respectively. The coupling coefficients K 1 and k 2 of the splitters 13 and 14 are equal and divide the optical power in a ratio of 50/50. The one-stage MZI 12 has conclusions a and b on the one hand and conclusions c i d on the other hand.
При этом однокаскадный ИМЦ 10 в плече 12-2 содержит устройство 15 фазового сдвига, которое вносит дополнительный фазовый сдвиг φ в фазу пробегающей волны и является управляемым элементом, используемым для настройки спектральных характеристик.In this case, the single-stage MZI 10 in the arm 12-2 contains a phase shift device 15 that introduces an additional phase shift φ into the phase of the traveling wave and is a controllable element used to adjust the spectral characteristics.
Величина фазового сдвига φ регулируется с помощью термооптического или электрооптического эффекта с помощью электрического тока или напряжения. Соответственно, устройство 15 фазового сдвига может быть изготовлено с использованием термооптического материала, например, силикона, или электрооптического материала, например, ниобата лития (LiNbОЗ) или арсенида галлия. Подобные устройства фазового сдвига известны в технике спектрального уплотнения как инструмент для настройки спектральных характеристик оптических фильтров на основе ИМЦ, а также используются в других устройствах - модуляторах и переключателях .The magnitude of the phase shift φ is controlled by the thermo-optical or electro-optical effect using electric current or voltage. Accordingly, the phase shift device 15 can be manufactured using a thermo-optical material, for example, silicone, or an electro-optical material, for example, lithium niobate (LiNbO3) or gallium arsenide. Such phase shift devices are known in the spectral densification technique as a tool for tuning the spectral characteristics of optical filters based on the IMC, and are also used in other devices - modulators and switches.
При вводе через порт а излучения единичной мощности интенсивность света в двух выходных портах с и d может быть выражена с помощью коэффициентов передачи Kac(v,φ) и Kad(v,φ):When a unit power radiation is input through port a, the light intensity at the two output ports c and d can be expressed using the transmission coefficients K ac (v, φ) and K ad (v, φ):
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0001
Kad (v, φ) = 0,5 • [1 + cos(— + φ + π)]K ad (v, φ) = 0.5 • [1 + cos (- + φ + π)]
(2) где D=2πnΔLv/c - фазовая задержка, обусловленная разной оптической длиной плеч 12-1 и 12-2; ΔL= I1 - I2; п - показатель преломления материала; v - оптическая частота и с - скорость света в пустоте.(2) where D = 2πnΔLv / c is the phase delay due to different optical lengths of the shoulders 12-1 and 12-2; ΔL = I 1 - I 2 ; p is the refractive index of the material; v is the optical frequency and c is the speed of light in the void.
При возбуждении через порт b интенсивность света в тех же выходных портах с и d может быть представлена с помощью коэффициентов передачи Kbc(v,φ) и Kbd(v,φ):When excited through port b, the light intensity at the same output ports c and d can be represented using the transmission coefficients K bc (v, φ) and K bd (v, φ):
^(v,ff) = 0,5 - [l + cos( Ш V + φ)] г (3)^ (v, ff) = 0.5 - [l + cos ( Ш V + φ)] g (3)
Khc (v,φ) = 0,5 - [l + cos( Ш ^ V + φ + π)]K hc (v, φ) = 0.5 - [l + cos ( Ш ^ V + φ + π)]
Рассматриваемые на каком-либо интервале частот v (длин волн λ), коэффициенты передачи (1) ÷ (4) становятся спектральными характеристиками однокаскадного ИМЦ. Как можно видеть, спектральные характеристики (1) ÷ (4) являются периодическими функциями частоты света v (и длины волны λ), разности длин плеч ΔL, показателя преломления п и фазового сдвига φ.Considered on any frequency interval v (wavelengths λ), the transmission coefficients (1) ÷ (4) become the spectral characteristics of a single-stage MZI. As can be seen, the spectral characteristics (1) ÷ (4) are periodic functions of the frequency of light v (and wavelength λ), the difference in arm lengths ΔL, refractive index n, and phase shift φ.
Для работоспособности однокаскадного ИМЦ существенны следующие его свойства:The following properties are essential for the performance of a single-stage MZI:
- расстояния между соседними экстремумами в спектральных характеристиках (1) ÷ (4) в единицах оптической частоты Δv и в единицах длин волн Δλ равны:- the distances between adjacent extremes in the spectral characteristics (1) ÷ (4) in units of optical frequency Δv and in units of wavelengths Δλ are equal to:
2ALn и 2ALn , (5)2ALn and 2ALn, (5)
- коэффициенты передачи (1) ÷ (4), соответствующие переходу оптического излучения с одного входного порта (порта а или в) на два выходных порта (порты с или d), отличаются по фазе на π;- transmission coefficients (1) ÷ (4) corresponding to the transition of optical radiation from one input port (port a or b) to two output ports (ports c or d) differ in phase by π;
- коэффициенты передачи при замене двух индексов не изменяются, то есть Kad(v,φ) = Kьc(v,φ) и Kac(v,φ) = Kьd(v,φ);- the transmission coefficients do not change when replacing two indices, that is, K ad (v, φ) = Kь c (v, φ) and K ac (v, φ) = Kь d (v, φ);
- изменяя величину фазового сдвига φ, можно изменять спектральные характеристики (1) ÷ (4), сдвигая их по оси частот (длин волн); это приводит, в частности, при изменении фазового сдвига на δφ = ± π, к инверсии сигналов на выходах;- changing the magnitude of the phase shift φ, you can change the spectral characteristics (1) ÷ (4), shifting them along the axis of frequencies (wavelengths); this leads, in particular, when changing the phase shift by δφ = ± π, to the inversion of the signals at the outputs;
- коэффициенты передачи не изменяются при перестановке индексов, то есть однокаскадный ИМЦ является обратимым устройством. В свою очередь из этих свойств следует, что при поступлении на вход однокаскадного ИМЦ оптического сигнала, содержащего несколько каналов, частоты (длины волн) которых совпадают с положением экстремумов в зависимостях коэффициентов передачи от частоты (длины волн), сигналы разделяются на две группы, которые выводятся на разные выходы. Одна группа содержит нечетные каналы, другая группа - четные каналы, в обеих группах спектральный интервал между каналами становится в два раза больше, чем на входе однокаскадного ИМЦ. При поступлении этого же оптического сигнала на другой вход четные и нечетные каналы на выходах меняются местами.- transmission coefficients do not change during permutation of indices, that is, a single-stage MZI is a reversible device. In turn, from these properties it follows that when a single-stage MZI receives an optical signal containing several channels whose frequencies (wavelengths) coincide with the position of the extrema in the dependences of the transmission coefficients on frequency (wavelength), the signals are divided into two groups, which are output to different outputs. One group contains odd channels, the other group contains even channels, in both groups the spectral interval between channels becomes twice as large as at the input of a single-stage MZI. When the same optical signal arrives at another input, the even and odd channels at the outputs change places.
Так как однокаскадный ИМЦ является обратимым устройством, то в другой ситуации, когда на один вход подаются нечетные каналы, а на другой вход подаются четные каналы, обе группы каналов объединяются в один оптический поток с более плотным размещением каналов.Since a single-stage MZI is a reversible device, in another situation, when odd channels are applied to one input and even channels are fed to the other input, both groups of channels are combined into one optical stream with a denser channel arrangement.
Устройства, выполняющие функцию разделения каналов на нечетные и четные и обратную функцию объединения нечетных и четных каналов в один поток, в иностранной литературе называют интерливерами; в отечественной литературе нет термина для устройств аналогичного назначения и в настоящем тексте они называются оптическими фильтрами.Devices that perform the function of dividing channels into odd and even and the inverse function of combining odd and even channels into one stream are called interleaves in foreign literature; in the domestic literature there is no term for devices of a similar purpose and in the present text they are called optical filters.
Расстояние между соседними экстремумами Δv (или Δλ) в спектральных характеристиках для реального однокаскадного ИМЦ должно формироваться на стадии его изготовления путем подбора соответствующих разности длин плеч ΔL и показателя преломления п. Управляемая же перестройка положения экстремальных значений коэффициентов передачи относительно задаваемых частот {v;} (или длин волн {λj}) должна производиться с помощью соответствующей регулировки фазового сдвига φ при использовании оптического фильтра в составе какого-либо конкретного устройства.The distance between adjacent extrema Δv (or Δλ) in the spectral characteristics for a real single-stage MZI should be formed at the stage of its manufacture by selecting the corresponding difference of the arm lengths ΔL and the refractive index p. The controlled adjustment of the position of the extreme values of the transmission coefficients relative to the given frequencies {v;} ( or wavelengths {λj}) should be performed using appropriate adjustment of the phase shift φ when using an optical filter as part of any particular device Twa.
Недостатком спектральных характеристик однокаскадного ИМЦ являются неплоские вершины и медленно спадающие края спектральных полос, что при малом спектральном интервале между каналами может стать причиной перекрестных помех между соседними каналами.The lack of spectral characteristics of a single-stage MZI is nonplanar peaks and slowly falling edges of the spectral bands, which, with a small spectral interval between channels, can cause crosstalk between adjacent channels.
Другой известный недостаток заключается в том, что при большой разности длин плеч AL вносимая дисперсия может быть весьма велика. Эти недостатки ограничивают возможность использования однокаскадных ИМЦ в устройствах, применяемых в системах связи со спектральным уплотнением каналов.Another known disadvantage is that with a large difference in the lengths of the arms AL, the introduced dispersion can be very large. These flaws limit the possibility of using single-stage MZIs in devices used in communication systems with spectral channel multiplexing.
Существенное улучшение спектральных характеристик оптического фильтра для устройств и систем спектрального уплотнения обеспечивают, как известно (US, 6782158, В), двухкаскадные ИМЦ, которые могут быть выполнены как с помощью волоконно-оптических разветвителей, светоделителей, зеркал-призм, поляризаторов и других устройств, так и в планарном виде, и содержать при этом устройства фазового сдвига.A significant improvement in the spectral characteristics of the optical filter for devices and spectral densification systems is provided, as is known (US, 6782158, B), with two-stage MZIs, which can be performed using fiber optic splitters, beam splitters, prism mirrors, polarizers, and other devices, and in planar form, and at the same time contain phase shift devices.
На Фиг.2A показано схематичное изображение волноводного варианта двухкаскадного ИМЦ 20, его условное изображение приведено на Фиг.2Б. В нем используются три разветвителя 21, 22 и 23 с коэффициентами связи Ic1 , k2 и k3, соответственно, образующие два однокаскадных ИМЦ 24 и 25. Устройство 20 размещено на единой подложке 26.On figa shows a schematic representation of the waveguide version of the two-stage MZI 20, its conditional image is shown in figb. It uses three splitters 21, 22 and 23 with coupling coefficients Ic 1 , k 2 and k 3 , respectively, forming two single-stage MZIs 24 and 25. The device 20 is placed on a single substrate 26.
При этом первый однокаскадный ИМЦ 24, образован двумя волноводами 24-1 и 24-2 неравной длины I24-1 и I24-2, соответственно. Второй однокаскадный ИМЦ 25 образован двумя волноводами 25-1 и 25-2 неравной длины I25_i и I2S-2, соответственно. Фазовые задержки D1 = 2πn (I24-I - Ы-г) / λ и D2 = 2πn (lгs-i- Ьs-г) / λ связаны между собой соотношением: D2 = 2-D).Moreover, the first single-stage MZI 24 is formed by two waveguides 24-1 and 24-2 of unequal length I 24-1 and I 24-2 , respectively. The second single-stage MZI 25 is formed by two waveguides 25-1 and 25-2 of unequal length I 25 _i and I 2S-2 , respectively. Phase delays D 1 = 2πn (I 24 -I - L-g) / λ and D 2 = 2πn (lg-i-Ls-g) / λ are related by the relation: D 2 = 2-D).
В ИМЦ 24 и 25 используются устройства фазового сдвига 27 и 28, вносимые ими фазовые сдвиги - φ и ф, соответственно. Двухкаскадный ИМЦ 20 имеет выводы а и b с одной стороны и выводы е и/ с другой стороны.MZIs 24 and 25 use phase shift devices 27 and 28, the phase shifts introduced by them are φ and f, respectively. The two-stage MZI 20 has conclusions a and b on the one hand and conclusions e and / on the other hand.
Спектральные характеристики двухкаскадного ИМЦ 20 нетрудно получить аналитически. Для трех разветвителей 21-1, 21-2 и 21-3 следует ввести матрицы T(K1) (i = 1,2,3), которые связывают амплитуды света на входе и выходе с параметрами разветвителей: cos(A:, ) - /Sm(A:, )The spectral characteristics of the two-stage MZI 20 are not difficult to obtain analytically. For the three splitters 21-1, 21-2 and 21-3, one should introduce matrices T (K 1 ) (i = 1,2,3), which connect the amplitudes of the light at the input and output with the parameters of the splitters: cos (A :,) - / Sm (A :,)
Пk,) =Pk,) =
- /Sm(A:, ) COs(A:, )- / Sm (A :,) COs (A :,)
(6) а для двух однокаскадных ИМЦ 23 и 24 - матрицы T(Dl) и T(D2):(6) and for two single-stage MZIs 23 and 24, the matrices T (Dl) and T (D2):
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001
Тогда матрица передач M(v,φ,ф) двухкаскадного ИМЦ определяется произведением пяти матриц: M(v,φ,ф) = - аd мhc мhd = T(k3)T(D2)Цk2)T(Dι )T(k] ) (8)Then the gear matrix M (v, φ, ф) of the two-stage MZI is determined by the product of five matrices: M (v, φ, φ) = - ad m hc m hd = T (k 3 ) T (D 2 ) Qk 2 ) T (D ι ) T (k ] ) (8)
Так как коэффициенты пропускания двухкаскадного ИМЦ связывают оптические интенсивности на выходе с оптической интенсивностью на входе, то для их определения следует использовать выражения типа:Since the transmission coefficients of the two-stage MZI associate the optical intensities at the output with the optical intensity at the input, expressions of the type should be used to determine them:
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001
Из выражений (6) ÷ (9) могут быть получены все основные свойства двухкаскадных ИМЦ. Нетрудно проверить, что двухкаскадный ИМЦ 20 при вводе излучения через порты а и b остается устройством, выполняющим функцию разделения и объединения нечетных и четных каналов. Так, при подаче оптического сигнала в порт а некоторого двухкаскадного ИМЦ каналы разделятся на две группы, содержащие одна группа нечетные каналы, а другая группа - четные каналы. Отметим важное свойство, сохраняющееся у двухкаскадных ИМЦ : при подаче оптического сигнала на другой вход, например, порт в (Фиг.2A), группы с нечетными и четными каналами меняются местами на выходных портах е иf.From the expressions (6) ÷ (9), all the basic properties of two-stage MZIs can be obtained. It is easy to verify that the two-stage MZI 20, when the radiation is input through ports a and b, remains a device that performs the function of separating and combining the odd and even channels. So, when applying an optical signal to port a of a two-stage MZI, the channels will be divided into two groups containing one group of odd channels, and the other group of even channels. We note an important property that is preserved in two-stage MZIs: when an optical signal is applied to another input, for example, port B (Fig. 2A), groups with odd and even channels change places at the output ports e and f.
Расстояния между соседними экстремумами Δv и Δλ в спектральных характеристиках также определяются выражениями (5), где ΔL - разность длин плеч в первом каскаде: ΔL = I24-1 - I24-2. Сохраняется возможность управляемого сдвига спектральных характеристик, теперь уже с помощью двух фазовых сдвигов - φ и ф. Чтобы сместить спектральные характеристики Kae(v,φ,ф) и Kaf(v,φ,ф) по оси частот на величину δv, необходимо с помощью соответствующих устройств фазового сдвига изменить фазы φ и ф: с π - Sv 2π - δv . Л δφ = и δф = . (10)The distances between adjacent extrema Δv and Δλ in the spectral characteristics are also determined by the expressions (5), where ΔL is the difference in the length of the arms in the first cascade: ΔL = I 24-1 - I 24-2 . The possibility remains of a controlled shift of spectral characteristics, now with the help of two phase shifts - φ and f. In order to shift the spectral characteristics K ae (v, φ, f) and K af (v, φ, f) along the frequency axis by δv, it is necessary to change the phases φ and f using the appropriate phase shift devices: с π - Sv 2π - δv . Л δφ = and δф =. (10)
Δк ΔvΔk Δv
Можно убедиться также с помощью (6) ÷ (9), что при вводе сигнала через порты е и /теряется возможность разделения каналов на нечетные и четные, и соответственно, объединения нечетных и четных каналов. Это следствие того, что матрицы (6),(7) некоммутируемые. Таким образом, двухкаскадные ИМЦ не являются обратимыми устройствами - два порта а и b с одной стороны могут использоваться только как входные порты, а два другие порта е и / с противоположной стороны - только как выходные. Спектральные характеристики двухкаскадного ИМЦ имеют значительно лучшую форму, близкую к прямоугольной - с плоской вершиной и крутым спадом по краям спектральных полос. Поэтому двухкаскадный ИМЦ, используемый как оптический фильтр, обеспечивает лучшее подавление перекрестных помех и высокую изоляцию каналов. Тем не менее, вносимая дисперсия двухкаскадного ИМЦ остается большой, и поэтому использование его как фильтра в системах связи с большой скоростью передачи данных ограничено.You can also verify with the help of (6) ÷ (9) that when a signal is input through the ports e and /, the possibility of dividing the channels into odd and even, and, accordingly, combining the odd and even channels is lost. This is a consequence of the fact that matrices (6), (7) are non-commutative. Thus, two-stage MZIs are not reversible devices - two ports a and b on the one hand can only be used as input ports, and the other two ports e and / on the opposite side can only be used as outputs. The spectral characteristics of a two-stage MZI have a much better shape, close to rectangular - with a flat top and a steep decline along the edges of the spectral bands. Therefore, a two-stage MZI used as an optical filter provides better crosstalk suppression and high channel isolation. Nevertheless, the introduced dispersion of the two-stage MZI remains large, and therefore its use as a filter in communication systems with a high data transfer rate is limited.
Известно (US, 6782158, B2), что ситуация может быть изменена в лучшую сторону при использовании фильтров, получаемых в результате каскадирования двухкаскадных ИМЦ. В одном из вариантов подобных устройств могут быть использованы комплементарные двухкаскадные ИМЦ, имеющие идентичные коэффициенты пропускания, но противоположные по знаку дисперсии. Комплементарность двухкаскадных ИМЦ обеспечивается определенным соотношением коэффициентов связи Ic1 , k2, кз в используемых двухкаскадных ИМЦ.It is known (US, 6782158, B2) that the situation can be changed for the better when using filters obtained by cascading two-stage MZIs. In one embodiment of such devices, complementary two-stage MZIs with identical transmittance but opposite in dispersion sign can be used. The complementarity of two-stage MZIs is provided by a certain ratio of coupling coefficients Ic 1 , k 2 , kz in the used two-stage MZIs.
На Фиг.ЗА показан один из вариантов многокаскадного ИМЦ 30, который может использоваться для разделения нечетных и четных каналов; условное изображение многокаскадного ИМЦ приведено на Фиг.ЗБ. Устройство 30 в планарном выполнении размещено на одной подложке (кристалле) 31 и включает три комплементарных двухкаскадных ИМЦ: в первом каскаде используется двухкаскадный ИМЦ 32 типа I, а во втором каскаде - два двухкаскадных ИМЦ 33 и 34, оба типа Г, соответственно, с другим знаком дисперсии.FIG. 3A shows one of the variants of the multi-stage MZI 30, which can be used to separate the odd and even channels; conditional image of a multi-stage MZI is shown in Fig.ZB. The device 30 in planar execution is placed on one substrate (crystal) 31 and includes three complementary two-stage MZIs: the first stage uses a two-stage MZI 32 type I, and in the second stage two two-stage MZIs 33 and 34, both types G, respectively, with the other sign of variance.
При вводе сигнала в порт а двухкаскадного ИМЦ 32 каналы, как обычно, разделяются на две группы, в одной группе нечетные каналы, а в другой - четные; во втором каскаде ИМЦ 33 пропускает нечетные каналы на свой выход е, а ИМЦ 34 пропускает четные каналы на свой выход/, таким образом нечетные и четные каналы оказываются во внешних портах р и к, соответственно. Так как дисперсия двухкаскадного ИМЦ 32 и каждого из двухкаскадных ИМЦ 33 и 34 имеют противоположные знаки, то в результате дисперсия многокаскадного ИМЦ 50 оказывается компенсированной - нулевой или почти нулевой.When a signal is entered into port a of the two-stage MZI 32 channels, as usual, are divided into two groups, in one group odd channels, and in the other even channels; in the second stage, MZI 33 passes odd channels to its output e, and MZI 34 passes even channels to its output /, so the odd and even channels are in the external ports p and k, respectively. Since the dispersion of the two-stage MZI 32 and each of the two-stage MZIs 33 and 34 have opposite signs, the dispersion of the multi-stage MZI 50 appears to be compensated — zero or almost zero.
На Фиг.4A показан один из вариантов многокаскадного ИМЦ 40, который может использоваться для объединения нечетных и четных каналов; условное изображение многокаскадного ИМЦ приведено на Фиг.4Б. Все устройство 40 в планарном выполнении размещено на одной подложке (кристалле) 41 и включает три двухкаскадных ИМЦ: в первом каскаде используются два двухкаскадных ИМЦ 42 и 43, оба типа I, и во втором каскаде - двухкаскадный ИМЦ 44 типа Г, соответственно, с противоположным знаком дисперсии.On figa shows one of the variants of the multi-stage MZI 40, which can be used to combine the odd and even channels; conditional image of a multi-stage MZI is shown in Fig.4B. The entire device 40 in planar execution is placed on one substrate (crystal) 41 and includes three two-stage MZIs: in the first cascade two two-stage MZIs 42 and 43 are used, both types I, and in the second cascade - two-stage MZIs 44 of type G, respectively, with the opposite sign of dispersion.
При вводе нечетных и четных каналов, соответственно, через внешние порт z и w, ИМЦ 42 и 43 просто пропускают один нечетные, а другой четные каналы на свои выходные порты / Объединяются же каналы с помощью ИМЦ 44, и в результате нечетные и четные каналы выводятся во внешний порт v. Так как дисперсии двухкаскадных ИМЦ 42 и 43 и каждого из двухкаскадных ИМЦ 44 имеют противоположные знаки, то таким образом обеспечивается нулевая или почти нулевая дисперсия всего устройства 40.When entering the odd and even channels, respectively, through the external ports z and w, the MZI 42 and 43 simply pass one odd and the other even channels to their output ports / The channels are combined using MZI 44, and as a result, the odd and even channels to external port v. Since the dispersion of two-stage MZIs 42 and 43 and each of the two-stage MZIs 44 have opposite signs, this ensures zero or almost zero dispersion of the entire device 40.
Рассмотрим теперь три функциональные устройства на основе описанных оптических фильтров, которые в свою очередь будут исходными для создания многоканального управляемого мультиплексора ввода/вывода согласно настоящему изобретению. Каждую из трех функциональных подсистем рассмотрим на примере одной из возможных реализаций.We now consider three functional devices based on the described optical filters, which in turn will be the source for creating a multi-channel controlled input / output multiplexer according to the present invention. We will consider each of the three functional subsystems using one of the possible implementations as an example.
Схема первого функционального устройства 50, используемого как управляемый оптический демультиплексор согласно настоящему изобретению, приведена на Фиг.5A, условное изображение его на Фиг.5Б.A diagram of a first functional device 50 used as a controllable optical demultiplexer according to the present invention is shown in Fig. 5A, a conditional image of it in Fig. 5B.
Управляемый оптический демультиплексор t-Dеmuх 50 имеет двухступенчатую структуру типа «дepeвo». Первый оптический фильтр 51 (первая ступень многоступенчатой структуры) своими выходными портами соединен с двумя следующими оптическими фильтрами 51-1 и 51-2 (вторая ступень). При этом t-Dеmuх 50 изготовлено на одной подложке (кристалле) 53.The t-Demuh 50 controlled optical demultiplexer has a two-stage tree structure. The first optical filter 51 (the first stage of the multi-stage structure) is connected with its output ports to the next two optical filters 51-1 and 51-2 (second stage). In this case, t-Demuh 50 is made on one substrate (crystal) 53.
Порт ∑Dеmuх используется как входной, четыре порта Cl ÷ C4 - для индивидуального вывода каналов. Соединения оптических фильтров всех трех уровней производится волноводами 54, сформированными на подложке. Динамическое управление работой t-Dеmuх 50 осуществляется путем перестройки спектральных характеристик оптических фильтров при подаче на устройства фазового сдвига, содержащихся во всех оптических фильтрах, соответствующих напряжений. Управление производят с помощью внешнего контроллера (на чертеже не показан), который связан с оптическими фильтрами электрической шиной 55.∑ Demux port is used as input, four Cl ÷ C4 ports - for individual output of channels. Connections of optical filters of all three levels are made by waveguides 54 formed on the substrate. Dynamic control of the t-Demux 50 operation is carried out by tuning the spectral characteristics of the optical filters when applying phase shift devices contained in all optical filters with the corresponding voltages. Management is carried out using an external controller (not shown in the drawing), which is connected to the optical filters with an electric bus 55.
Чтобы пояснить работу t-Dеmuх 50, предположим, что на его вход ∑Dеmuх поступает 4-x-кaнaльный сигнал со спектральным интервалом между соседними каналами Av1 = 50 ГГц. В качестве оптических фильтров следует использовать многокаскадные ИМЦ 30 (Фиг.ЗБ). Расстояния между соседними экстремумами в спектральных характеристиках для оптических фильтров в двух ступенях рассматриваемого устройства должны быть выбраны следующие: для многокаскадного ИМЦ 51
Figure imgf000017_0001
Av52-2 =IOO ГГц. Соответственно, разность длин плеч ИМЦ по выражению (5) в первых каскадах двухкаскадных ИМЦ 30, составляющих многокаскадный ИМЦ 51, равна AL5] = 2000 мкм, и разность длин плеч в первых каскадах двухкаскадных ИМЦ, составляющих многокаскадные ИМЦ 51-1 и 51-2, составляет AL52-I = AL52-2 = 1000 мкм (предполагается, что п = 1,5).To explain the operation t-Demuh 50, assume that at its input the DE Σ m Ux arrives 4-x-kanalny signal with a spectral interval between adjacent channels Av 1 = 50 GHz. As optical filters, multi-stage MZI 30 should be used (Fig. ZB). The distances between adjacent extremes in the spectral characteristics for optical filters in two steps of the device under consideration should be selected as follows: for a multi-stage MZI 51
Figure imgf000017_0001
Av 52-2 = IOO GHz. Accordingly, the difference in shoulder lengths of the IMC according to expression (5) in the first cascades of two-stage MZI 30 constituting the multi-stage MZI 51 is AL 5 ] = 2000 μm, and the difference in the length of the shoulders in the first cascades of two-stage MZI constituting the multi-stage MZI 51-1 and 51- 2, is AL 52-I = AL 52-2 = 1000 μm (it is assumed that n = 1.5).
Очевидно, при некоторых фиксированных фазовых сдвигах в первом и втором каскадах используемых ИМЦ {φ*n} и {ф*n} можно обеспечить режим деления каналов на группы, содержащие нечетные и четные каналы. В этом состоянии демультиплексор 50 функционирует как традиционный демультиплексор с фиксированными частотами каналов,.Obviously, for some fixed phase shifts in the first and second cascades of the used IMC {φ * n } and {ф * n }, it is possible to provide a mode for dividing channels into groups containing odd and even channels. In this state, the demultiplexer 50 functions as a conventional demultiplexer with fixed channel frequencies.
Оптический сигнал, содержащий четыре канала, центральные частоты каналов которого {v,}= vьv2,v3 и V4, поступает на вход. Многокаскадный ИМЦ 51 делит каналы (волны) на нечетные (V1 , v3} и четные { V2, v4}, которые направляются к многокаскадным ИМЦ 51-1 и 51-2. Многокаскадные ИМЦ 51-1 и 51-2 вновь делят приходящие к ним волны и в результате все волны полностью разделяются и выводятся индивидуально на отдельные порты в соответствии с табл. 1.An optical signal containing four channels, the center frequencies of the channels of which {v,} = v b v 2 , v 3 and V 4 , is input. The multi-stage MZI 51 divides the channels (waves) into odd (V 1 , v 3 } and even {V 2 , v 4 }, which are directed to the multi-stage MZI 51-1 and 51-2. The multi-stage MZI 51-1 and 51-2 again the waves coming to them are divided and as a result, all the waves are completely separated and displayed individually on separate ports in accordance with Table 1.
Таблица 1 Распределение каналов по выходным портамTable 1 Channel distribution of output ports
Figure imgf000017_0002
Figure imgf000017_0002
Пусть теперь на вход t-Dеmuх 50 поступают сигналы, новые центральные частоты каналов которых {vvj} все сдвинуты на величину δv < Δvi = 50 ГГц.Now let t-Demux 50 receive signals whose new center frequencies of the channels {v v j} are all shifted by δv <Δvi = 50 GHz.
Для того, чтобы демультиплицировать каналы с новыми оптическими несущими, по отдельным выходным портам следует произвести изменения фаз {φ*n} и {ф*n} в соответствии с выражением (10). Например, чтобы перейти в режим демультиплицирования каналов, частоты которых сдвинулись на величину δv=12,5 ГГц , необходимо изменить фазовые сдвиги следующим образом: δφsi = -π/4 и δφ<;2-ι = δф52-2 = — π/8. При этом распределение каналов на выходных портах остается прежним: канал с несущей частотой vч] будет выведен в порт Cl , канал vv 3 - в порт C2 и так далее.In order to demultiplicate channels with new optical carriers, phase changes {φ * n } and {ф * n } should be made on separate output ports in accordance with expression (10). For example, to switch to the demultiplication mode of channels whose frequencies are shifted by δv = 12.5 GHz , it is necessary to change the phase shifts as follows: δφsi = -π / 4 and δφ <; 2- ι = δф 52 - 2 = - π / 8. In this case, the distribution of channels on the output ports remains the same: the channel with the carrier frequency v h ] will be output to port Cl, channel v v 3 to port C2, and so on.
В общем случае функциональная подсистема, используемая как t-Dеmuх конфигурации «lx2м», может отличаться от устройства 50 числом ступеней M в многоступенчатой структуре, спектральным интервалом между соседними каналами на входе Av"x , а также типом используемых оптических фильтров. При этом для оптических фильтров П]-oй ступени при
Figure imgf000018_0001
, 2,... M расстояния между соседними экстремумами в спектральных характеристиках должны устанавливаться равнымиIn the general case, the functional subsystem used as the t-Dem configuration “lx2 m ” may differ from the device 50 by the number of steps M in the multi-stage structure, the spectral interval between adjacent channels at the input Av x x , and the type of optical filters used. optical filters P] st stage at
Figure imgf000018_0001
, 2, ... M, the distances between adjacent extrema in the spectral characteristics should be set equal
A v111 = Z-1-1 Av1" . (11) A v 111 = Z- 1 - 1 Av 1 ". (11)
К характеристикам функциональной подсистемы, используемой как t-Dеmuх, относится область свободной дисперсии, играющая важную роль в настоящем изобретении.The characteristics of the functional subsystem used as t-Demux include the free dispersion region, which plays an important role in the present invention.
Напомним, что спектральные характеристики оптических устройств могут циклически повторяться на широком спектральном интервале. В этом случае период повторения или спектральный диапазон F, в пределах которого еще нет циклического повторения характеристик, называется областью свободной дисперсии.Recall that the spectral characteristics of optical devices can be cyclically repeated over a wide spectral range. In this case, the repetition period or spectral range F, within which there is no cyclic repetition of the characteristics, is called the region of free dispersion.
Понятие области свободной дисперсии для t-Dеmuх означает, что, если сигнал на входе содержит множество каналов, спектральный диапазон которых не превышает величины области свободной дисперсии F, то в выходных портах Cl ÷ C4 данного устройства будет только один канал. Если же спектральный диапазон каналов на входе шире области свободной дисперсии F, то в выходном порте будет больше каналов, чем один канал.The concept of the free dispersion region for t-Demux means that if the input signal contains many channels whose spectral range does not exceed the free dispersion region F, then there will be only one channel in the output ports Cl ÷ C4 of this device. If the spectral range of the channels at the input is wider than the free dispersion region F, then there will be more channels in the output port than one channel.
Для t-Dеmuх конфигурации «l x2м», предназначенного для демультиплицирования оптического сигнала, спектральный интервал каналов в котором есть Δ v"x , область свободной дисперсии F есть:For the t-Demu configuration “l x2 m ” intended for demultiplication of the optical signal, the spectral interval of the channels in which is Δ v " x , the free dispersion region F is:
F = 2» . А v? , (12) F = 2 ". What about v? , (12)
Второе функциональное устройство t-Мuх 60 имеет назначение, противоположное назначению функционального устройства t-Dеmuх 50, так как оно используется для объединения каналов. Два функциональных устройства t-Dеmuх 50 и t-Мuх 60, предназначенные для рассматриваемого ниже многоканального t-ОАDМ, должны быть совместимыми. Под этим понимаем, что на входы t-Мuх 60 должны подаваться каналы, несущие частоты которых совпадают с частотами каналов на выходах t-Dеmuх 50, а спектральный интервал между каналами на выходе Δv*ыx t- Dеmuх 50 должен совпадать со спектральным интервалом между каналами Аv™ на входе t-Мuх 60, то есть должно выполняться условие Δ vλ"ыx = Δ v'" .The second t-MX 60 functional unit has an opposite purpose to the t-Demx 50 functional unit, since it is used to combine channels. Two functional devices t-Demuh 50 and t-Mux 60 intended for the multi-channel t-OADM discussed below should be compatible. By this we mean that the t-Mux 60 inputs must be supplied with channels whose carrier frequencies coincide with the channel frequencies at the t-Demux 50 outputs, and the spectral interval between the channels at the output Δv * xx t-Demux 50 must coincide with the spectral interval between the channels Аv ™ at the input t-Мхх 60, that is, the condition Δ v λ " xx = Δ v '" must be satisfied.
Схема t-Мuх 60, используемого как управляемый оптический мультиплексор согласно настоящему изобретению, приведена на Фиг.бА, условное изображение его на Фиг.бБ. При этом t-Мuх 60 представляет собой двухступенчатую структуру 'типа «дepeвo» на трех оптических фильтрах.The t-Mux 60 scheme used as a controlled optical multiplexer according to the present invention is shown in Fig. BA, a conditional image of it in Fig. Bb. Thus t-Muh 60 is a two-stage structure '' depevo "type three optical filters.
Два оптических фильтра 61-1 и 61-2, составляющие первую ступень двухступенчатой структуры, своими выходными портами v соединены с оптическим фильтром 62, являющимся второй ступенью. Четыре порта Bl ÷ B4 используются для ввода каждого из четырех каналов, порт ΣMuχ служит общим выходным портом. Соединения оптических фильтров всех трех уровней производится волноводами 63, сформированными на подложке 64.Two optical filters 61-1 and 61-2, constituting the first stage of a two-stage structure, are connected with their output ports v to the optical filter 62, which is the second stage. Four Bl ÷ B4 ports are used to input each of the four channels; Σ Mu χ port serves as a common output port. Connections of optical filters of all three levels are made by waveguides 63 formed on the substrate 64.
Динамическое управление работой t-Мuх 60 осуществляется путем перестройки спектральных характеристик трех оптических фильтров при подаче на устройства фазового сдвига, содержащиеся в оптических фильтрах, соответствующих напряжений. Управление производят с помощью внешнего контроллера (на чертеже не показан), который связан с оптическими фильтрами электрической шиной 65.Dynamic control of the t-Мхх 60 operation is carried out by tuning the spectral characteristics of three optical filters when applying phase shift devices contained in the optical filters with the corresponding voltages. Management is carried out using an external controller (not shown), which is connected to the optical filters with an electric bus 65.
В качестве оптических фильтров следует использовать многокаскадные ИМЦ 40 (Фиг.4Б). Расстояния между соседними экстремумами в спектральных характеристиках для оптических фильтров в двух ступенях рассматриваемого устройства должны быть выбраны следующие: для многокаскадных ИМЦ 61-1 и 61-2 Δv61_! = Δv6J_2 =100 ГГц и для многокаскадного ИМЦ 62 Δv61=50 FГц. Соответственно, разность длин плеч интерферометров по выражению (5) в первых каскадах двухкаскадных ИМЦ, составляющих многокаскадные ИМЦ 61-1 и 61-2, составляет AL6J-1 = AL61-2 = 1000 мкм, и в первых каскадах двухкаскадных ИМЦ, составляющих многокаскадный ИМЦ 62, равна AL62 = 2000 мкм.As optical filters, multi-stage MZI 40 should be used (Fig. 4B). The distances between adjacent extrema in the spectral characteristics for optical filters in two stages of the device under consideration should be selected as follows: for multi-stage MZIs 61-1 and 61-2 Δv 61 _ ! = Δv 6J _ 2 = 100 GHz and for a multi-stage MZI 62 Δv 61 = 50 FHz. Accordingly, the difference in the arm lengths of interferometers according to expression (5) in the first cascades of two-stage MZIs that make up the multi-stage MZIs 61-1 and 61-2 is AL 6J-1 = AL 61-2 = 1000 μm, and in the first stages of two-stage MZIs that make up multistage MZI 62, equal to AL 62 = 2000 microns.
Можно видеть, что конструкция описанного выше t-Мuх 60 отличается от описанного выше t-Dеmuх 50 только используемыми многокаскадными ИМЦ: в одном случае - это многокаскадные ИМЦ 30 (Фиг.ЗБ), а в другом случае - многокаскадные ИМЦ 40 (Фиг.4Б). Процесс объединения каналов, выполняемый с помощью t-Мuх 60, является обратным по отношению к процессу разделения каналов, рассмотренному выше для t-Dеmuх 50. Управляемая перестройка спектральных характеристик t-Мuх 60 также во многом аналогична перестройке, используемой в t-Dеmuх 60.It can be seen that the design of the t-Muh 60 described above differs from the t-Demuh 50 described above only by the multi-stage MZIs used: in one the case is multi-stage MZI 30 (Fig. ZB), and in the other case - multi-stage MZI 40 (Fig. 4B). The channel combining process performed using the t-MX 60 is the opposite of the channel separation process discussed above for the t-Dem 50. The controlled tuning of the spectral characteristics of the t-MX 60 is also in many ways similar to the tuning used in the t-Dem 60.
В общем случае функциональное устройство, используемое как t-Мuх конфигурации «2мxl», может отличаться от устройства t-Мuх 60 числом ступеней M в многоступенчатой структуре, спектральным интервалом между соседними каналами на выходе Δv™* , а также типом используемых оптических фильтров. При этом для оптических фильтров n2-oй ступени при n2 =1, 2,... M расстояния между соседними экстремумами в спектральных характеристиках должны устанавливаться равнымиIn general, a functional device used as a t-Mux configuration of “2 m xl” may differ from a t-Mux 60 device in the number of steps M in a multi-stage structure, the spectral interval between adjacent channels at the Δv ™ * output, and the type of optical filters used . In this case, for optical filters of the n 2nd stage with n 2 = 1, 2, ... M, the distances between adjacent extrema in the spectral characteristics should be set equal
A vп2 = 2м-"2 AvГ _ (13) A v p2 = 2 m - " 2 AvГ_ (13)
Понятие области свободной дисперсии для t-Мuх означает, что, если на какой- либо входной порт Bl ÷ B4 подается несколько каналов, спектральный интервал для которых равен величине области свободной дисперсии F, то все эти каналы пройдут в выходной порт ∑мuх- Для t-Мuх 60, имеющего многоступенчатую структуру с числом ступеней M, область свободной дисперсии F есть:The concept of the free dispersion region for t-Mux means that if several channels with a spectral interval equal to the free dispersion region F are fed to any input port Bl ÷ B4, then all these channels will go to the output port um ux - For t-Mux 60, having a multi-stage structure with the number of steps M, the free dispersion region F is:
F = 2- . Д,Г _ (U) F = 2 -. D, D _ (U)
Схема третьего функционального устройства t-ОАDМ, используемого как управляемый оптический мультиплексор ввода/вывода, приведена на Фиг.7 А, ее условное изображение - на Фиг.7Б. При этом t-ОАDМ 70 представляет собой четырехступенчатую структуру и имеет один входной порт «In», один выходной порт «Out», один порт вывода «Drop», один порт ввода «Add» и включает четыре оптических фильтра 71-1, 71-2, 71-3, 71-4. При этом t-ОАDМ 70 дополнительно содержит оптический сумматор 72, имеющий 5 входов «1» ÷ «5» и один выход Σ. Все три фильтра и сумматор интегрированы на единой подложке 73. Соединения фильтров выполняются волноводами 74.The diagram of the third functional t-OADM device used as a controlled optical input / output multiplexer is shown in Fig. 7 A, its conditional image is shown in Fig. 7B. Moreover, t-OADM 70 is a four-stage structure and has one input port “In”, one output port “Out”, one output port “Drop”, one input port “Add” and includes four optical filters 71-1, 71- 2, 71-3, 71-4. Moreover, t-OADM 70 further comprises an optical adder 72 having 5 inputs “1” ÷ “5” and one output Σ. All three filters and the adder are integrated on a single substrate 73. The filter connections are made by waveguides 74.
Динамическое управление работой t-ОАDМ 70 осуществляется путем перестройки спектральных характеристик четырех фильтров 71 -1 ÷ 71-4 при подаче на устройства фазового сдвига всех четырех фильтров соответствующих напряжений. Управление производят с помощью внешнего контроллера (на чертеже не показан), который связан с оптическими фильтрами электрической шиной 75.Dynamic control of the t-OADM 70 operation is carried out by tuning the spectral characteristics of the four filters 71 -1 ÷ 71-4 when applying to the phase-shift devices all four filters of the corresponding voltages. Management is performed using an external controller (not shown in the drawing), which is connected to the optical filters with an electric bus 75.
Оптические фильтры 71-1 ÷ 71-4 соединены последовательно друг с другом таким образом, что выход р одного соединен со входом g другого, второй выход к каждого фильтра соединен с одним из входов оптического сумматора 72, вход g первого фильтра 71-1 соединен с входным портом «In», выход р последнего фильтра 71-3 соединен с портом вывода «Drop», оптический сумматор 72 еще одним входом «6» соединен с портом ввода «Add», а выходом ∑ - с выходным портом «Out».The optical filters 71-1 ÷ 71-4 are connected in series with each other so that the output p of one is connected to the input g of the other, the second output to each filter is connected to one of the inputs of the optical adder 72, the input g of the first filter 71-1 is connected to input port "In", the output p of the last filter 71-3 is connected to the output port "Drop", the optical adder 72 is connected to the input port "Add" by another input "6", and the output ∑ to the output port "Out".
Чтобы пояснить конструкцию и работу рассматриваемого t-ОАDМ 70, будем полагать, что во входной порт «In» поступает 16-кaнaльный оптический сигнал, центральные частоты каналов которого {v,} = Vi,v2,...,vi6, а частотный интервал между каналами на входе Δ v"x = 200 ГГц.To explain the design and operation of the t-OADM 70 under consideration, we will assume that a 16-channel optical signal arrives at the input port “In”, the center frequencies of the channels of which are {v,} = Vi, v 2 , ..., vi 6 , and frequency interval between channels at the input Δ v " x = 200 GHz.
Так как спектральный интервал между каналами весьма малый, то в качестве оптических фильтров следует использовать многокаскадные ИМЦ 30 (Фиг.ЗА). Расстояния между соседними экстремумами в спектральных характеристиках трех оптических фильтров должны быть следующие: Av71. i = 200ГГц, Av7I-2 = 400ГГц, Δv7].3 = 800ГГц и Av71-4 = 1600 ГГц. Соответственно, разности длин плеч интерферометров в первых ступенях многокаскадных ИМЦ должны быть равны: AL7M = 500 мкм, AL7I-2 = 250мкм, AL7I-3 = 125мкм и AL7I-4 = 62,5мкм.Since the spectral interval between the channels is very small, multicascade MZI 30 should be used as optical filters (Fig. ZA). The distances between adjacent extremes in the spectral characteristics of the three optical filters should be as follows: Av 71 . i = 200 GHz, Av 7I-2 = 400 GHz, Δv 7] . 3 = 800 GHz and Av 71-4 = 1600 GHz. Accordingly, the difference in the arm lengths of the interferometers in the first stages of multistage MZIs should be equal: AL 7M = 500 μm, AL 7I-2 = 250 μm, AL 7I-3 = 125 μm and AL 7I-4 = 62.5 μm.
Без потери общности предположим, что для одной из волн, пусть для волны v3, при некоторых фиксированных значениях фаз {φ*n} и {ф*n} выполняются условия, обеспечивающие пробег волны v3 по трассе из входного порта «In» в порт вывода «Drop».Without loss of generality, we assume that for one of the waves, let it be for wave v 3 , for some fixed values of the phases {φ * n } and {ф * n }, conditions are satisfied that ensure that wave v 3 runs along the path from the “In” input port to drop output port.
Работа t-ОАDМ 70 при этих фазах {φ*n} и {ф*n} происходит следующим образом.The operation of t-OADM 70 with these phases {φ * n } and {f * n } occurs as follows.
Оптический фильтр первой ступени 71-1 разделяет каналы, поступающие во входной порт «In», на две группы - группу нечетных волн vьv3,..,vi5, которые направляются к оптическому фильтру второй ступени 71 -2, и группу четных волн v2,v4,...,v)6, которые направляются к оптическому сумматору 72.The optical filter of the first stage 71-1 divides the channels entering the input port "In" into two groups - the group of odd waves v b v 3 , .., vi 5 , which are directed to the optical filter of the second stage 71 -2, and the group of even waves v 2 , v 4 , ..., v ) 6 , which are directed to the optical adder 72.
Процесс повторяется: сначала оптический фильтр 71-2 вновь делит каналы (волны) и направляет волны v3, V7, V11 и v15 к оптическому фильтру третьей ступени 71-3, а волны V1, V5, V9 и V13 к сумматору 72; оптический фильтр 71-3 делит приходящие к нему волны и направляет волны V3 и Vn к оптическому фильтру 71-4, а волны V7 и Vi5 направляет к сумматору 72. Наконец, оптический фильтр 71-4 делит приходящие к нему две волны, в результате выделяется волна v3, которая проходит в порт вывода «Drop», а все другие 15 волн поступают на четыре входа сумматора 72 и с его помощью оказываются в выходном порте «Out». Волна vN 3, вводимая через порт «Add», поступает на четвертый вход сумматора и также оказывается в выходном порте сумматора 72.The process is repeated: first, the optical filter 71-2 divides the channels (waves) again and directs the waves v 3 , V 7 , V 11 and v 15 to the optical filter of the third stage 71-3, and the waves V 1 , V 5 , V 9 and V 13 to the adder 72; 71-3 optical filter divides the waves coming to it and directs the waves V 3 and Vn to the optical filter 71-4, and the waves V 7 and Vi 5 directs to the adder 72. Finally, the optical filter 71-4 divides the two waves coming to it, and as a result, the wave v 3 , which goes to the Drop output port, and all the other 15 waves go to the four inputs of the adder 72 and with its help are in the Out output port. The wave v N 3 introduced through the port "Add", is fed to the fourth input of the adder and also appears in the output port of the adder 72.
Для того, чтобы любой другой канал был подвергнут вводу/выводу, необходимо в соответствии с выражениями (10) изменить значения фаз {φn} и {фn}. Например, чтобы перейти в режим ввода/вывода соседней волны v4, необходимо следующим образом изменить фазовые сдвиги {φ*n} и {ф*n }: δφ71-1 = π, δφ7i_2 = π/2, δφ7].3 = π/4 и δψ7i-4 = π/8, а фазы {фn} должны иметь, соответственно, изменения, в два раза большие по величине.In order for any other channel to be subjected to input / output, it is necessary in accordance with expressions (10) to change the values of the phases {φ n } and {f n }. For example, to switch to the input / output mode of a neighboring wave v 4 , it is necessary to change the phase shifts {φ * n } and {ф * n } as follows: δφ 71-1 = π, δφ 7 i_ 2 = π / 2, δφ 7 ]. 3 = π / 4 and δψ 7 i- 4 = π / 8, and the phases {f n } should have, respectively, changes that are twice as large in magnitude.
Если же на вход t-ОАDМ 70 начинают поступать сигналы, новые частоты каналов которых {V;} все сдвинуты на величину δv < Av1 = 200 ГГц, то есть, vv,=V;+δv, то для того, чтобы ввести/вывести каналы с новыми оптическими несущими, следует снова в соответствии с выражением (10) внести соответствующую коррекцию в фазовые сдвиги {φ*n} и {ф*n}- Например, для того, чтобы при сдвиге частот каналов на величину δv = 50 ГГц произвести ввод/вывод волны vN 3, необходимые изменения фаз должны быть: δφ7].]= -π/8, δφ7i-2 = -π/16, δφγi-з = — π/32 и δφ71.4 = -π/64.If, on the t-OADM 70 input, signals begin to arrive whose new channel frequencies {V;} are all shifted by δv <Av 1 = 200 GHz, that is, v v , = V; + δv, then in order to introduce / output channels with new optical carriers, it is necessary again, in accordance with expression (10), to make the corresponding correction in the phase shifts {φ * n } and {ф * n } - For example, so that when the channel frequencies are shifted by δv = 50 GHz to input / output waves v N 3 , the necessary phase changes should be: δφ 7 ].] = -Π / 8, δφ 7 i -2 = -π / 16, δφγi-З = - π / 32 and δφ 71 . 4 = -π / 64.
В общем случае функциональное устройство, используемое в настоящем изобретении как t-ОАDМ, может отличаться от t-ОАDМ 70 числом ступеней в (N-M)- многоступенчатой структуре, спектральным интервалом между соседними каналами на входе Δ v*x , а также типом используемых оптических фильтров.In general, the functional device used as t-OADM in the present invention may differ from t-OADM 70 in the number of steps in the (NM) multi-stage structure, the spectral interval between adjacent channels at the input Δ v * x , and the type of optical filters used .
При этом для оптических фильтров n3-oй ступени при n3 = 1, 2,...3 расстояния между соседними экстремумами в спектральных характеристиках должны устанавливаться следующим образом:Thus for n optical filters 3 -oy stage 3 when n = 1, 2, 3 ... in the spectral characteristics of the distance between adjacent extrema should be set as follows:
Δ киз = 2-3-1 Δ v3" • (15)Δ to and s = 2 - 3 - 1 Δ v 3 "• (15)
Схема одного из вариантов управляемого многоканального t-ОАDМ согласно настоящему изобретению изображена на Фиг.8. При этом многоканальный t-ОАDМ 80 предназначен для использования в оптической системе со спектральным уплотнением, общее число каналов в которой 64, а спектральный интервал между соседними каналам Δvо = 50 ГГц и обеспечивает управляемый ввод/вывод 4 задаваемых каналов.A diagram of one embodiment of the controlled multi-channel t-OADM according to the present invention is shown in Fig. 8. Moreover, the multi-channel t-OADM 80 is intended for use in an optical system with spectral multiplexing, the total number of channels in which 64, and the spectral interval between adjacent channels Δvо = 50 GHz and provides controlled input / output of 4 preset channels.
Многоканальный t-ОАDМ 80 построен на функциональных устройствах, рассмотренных выше: используются t-Dеmuх 81-1 конфигурации «1x4», t-Мuх 81-2 конфигурации «4x1» и четыре идентичных t-ОАDМ (81-3) ÷ (81-6), установленных в трассах Cl ÷ C4, соединяющих входы t-Dеmuх 81-1 с соответствующими входами t- Мuх 81-2.The multi-channel t-OADM 80 is built on the functional devices discussed above: t-Demuh 81-1 configurations of “1x4”, t-Muh 81-2 configurations of “4x1” and four identical t-OADMs (81-3) ÷ (81- 6) installed in the paths Cl ÷ C4 connecting the inputs of t-Demuh 81-1 with the corresponding inputs of t-Muh 81-2.
Многоканальный t-ОАDМ 80 - интегрально-оптическое устройство, выполненное на одной подложке 82. Соединения между функциональными частями производятся с помощью волноводов 83, сформированных на общей подложке 82.Multichannel t-OADM 80 is an integrated optical device made on one substrate 82. Connections between functional parts are made using waveguides 83 formed on a common substrate 82.
Входной порт 84 и выходной порт 85 соединены со входом t-Dеmuх 81-1 и выходом t-Мuх 81-2 - ∑Dеmuх и ∑t-мux , соответственно. Четыре порта вывода 86-1 ÷ 86-4 и четыре порта ввода 87-1 ÷ 87-4 соединены, соответственно, с выводными портами «Drop» и вводными портами «Add». Все эти внешние выводы выполнены в виде световодов.The input port 84 and the output port 85 are connected to the input t-Demuh 81-1 and the output t-Muh 81-2 - - Demuh and ∑ t- max, respectively. Four output ports 86-1 ÷ 86-4 and four input ports 87-1 ÷ 87-4 are connected, respectively, with output ports "Drop" and input ports "Add". All these external conclusions are made in the form of optical fibers.
Многоканальный t-ОАDМ 80 может в качестве устройства управления содержать контроллер 88, связанный с электрической шиной 89 с элементами управления шести указанных выше мультиплексорных функциональных устройств.The multi-channel t-ODM 80 may, as a control device, comprise a controller 88 connected to the bus 89 with the control elements of the six multiplexer functional devices mentioned above.
Рассмотрим работу многоканального t-ОАDМ 80 в режиме управляемого ввода/вывода 4-х каналов, когда на вход 84 поступают 64 канала, частоты которых {vv ;} могут перестраиваться, то есть смещаться на величину δv, меньшую, чем спектральный интервал между каналами.Let us consider the operation of a multi-channel t-OADM 80 in the mode of controlled input / output of 4 channels, when 64 channels whose frequencies {v v ; } can be rebuilt, that is, shifted by δv less than the spectral interval between the channels.
Входной оптический сигнал, содержащий 64 канала, подается на вход устройства t-Dеmuх 81-1, область свободной дисперсии которого в 16 раз меньше, чем спектральный диапазон оптического сигнала на входе.An input optical signal containing 64 channels is fed to the input of the t-Demuh 81-1 device, the free dispersion region of which is 16 times smaller than the spectral range of the optical signal at the input.
На это же устройство поступают управляющие напряжение {IГsi-i}, соответствующее функционированию устройства как t-Dеmuх для оптических каналов с частотами {v'j}.The control voltage {IGsi-i} corresponding to the functioning of the device as t-Demuh for optical channels with frequencies {v'j} is supplied to the same device.
Соответственно, с 4-х выходных портов t-Dеmuх 81-1 в трассы Cl ÷ C4 выводится по 16 каналов. Распределение каналов по четырем трассам приводится в табл. 2. Таблица 2 Комбинации каналов, выводимых в трассы С 1 ÷ C4Accordingly, 16 channels are output from 4 t-Demuh 81-1 output ports to Cl ÷ C4 routes. The distribution of channels over four routes is given in table. 2. Table 2 Combinations of channels output to routes C 1 ÷ C4
Figure imgf000024_0001
Figure imgf000024_0001
Каждое из 4-х подмножеств каналов, содержащее по 16 каналов, поступает на вход одного из t-ОАDМ 81-3 ÷ 81-6. На эти же устройства поступают управляющие напряжения {IГgi-з} ÷ {U98i.6}, обеспечивающие функционирование данных устройств как t-ОАDМ для оптических каналов с частотами {V;}. Как результат, из 4-х подмножеств каналов выводится один из каналов - любой задаваемый из каждого подмножества каналов. Одновременно, вместо выведенных каналов с помощью тех же t-ОАDМ могут быть введены новые 4 канала. Остальные каналы, вместе со вновь введенными, проходят на вход t-Мuх 81-2.Each of the 4 subsets of channels, containing 16 channels, is fed to the input of one of the t-ОАДМ 81-3 ÷ 81-6. The control voltages {IГgi-з} ÷ {U9 8 i. 6 }, ensuring the functioning of these devices as t-OADM for optical channels with frequencies {V;}. As a result, one of the channels is displayed from 4 subsets of channels — any given from each subset of channels. At the same time, instead of the output channels using the same t-OADM can be introduced a new 4 channels. The remaining channels, together with the newly introduced ones, pass to the t-Mux 81-2 input.
На t-Мuх 81-2 поступает управляющее напряжение {IГsi-г}, обеспечивающее функционирование его как t-Мuх для оптических каналов с частотами {V,-}. В результате все поступающие на входы t-Мuх 81-2 каналы оказываются в выходном порте многоканального t-ОАDМ. Таким образом, в режиме управляемого ввода/вывода могут быть выведены/введены четыре канала из 64 каналов; при этом число возможных вариантов каналов ввода/вывода составляет 164 « 65 -103.The t-Mux 81-2 receives a control voltage {IGsi-g}, which ensures its functioning as t-Mux for optical channels with frequencies {V, -}. As a result, all channels arriving at the t-Mux 81-2 inputs are in the output port of the multi-channel t-ОАДМ. Thus, in the controlled input / output mode, four channels of 64 channels can be output / input; the number of possible input / output channels is 16 4 65 65 -10 3 .
Многоканальный t-ОАDМ 80 может использоваться также в режиме реконфигурируемого ввода/вывода 4-х каналов, когда необходимо выводить/вводить 4 задаваемых канала из 64 каналов с фиксированными и соответствующими ITU- Стандарту частотами каналов. В этом режиме управляющие напряжения {Usi-i} для t- Dеmuх 81-1 и {Usi-2} для t-Мuх 81-2 должны быть один раз установлены соответствующим образом, а далее оставаться неизменными. Управление выводом/вводом четырех задаваемых каналов в этом случае должно производиться с помощью соответствующих изменений фаз в элементах управления оптических фильтров, входящих в состав t-ОАDМ 81-3 ÷ 81-6.The multi-channel t-OADM 80 can also be used in the reconfigurable input / output mode of 4 channels, when it is necessary to output / enter 4 preset channels from 64 channels with fixed and corresponding channel frequencies in accordance with ITU-Standard. In this mode, the control voltages {Usi-i} for t-Demuh 81-1 and {Usi- 2 } for t-Muh 81-2 should be set once accordingly, and then remain unchanged. The control of the output / input of four preset channels in this case should be carried out using the corresponding phase changes in the optical filter controls that are part of the t-ОАДМ 81-3 ÷ 81-6.
Многоканальный мультиплексор ввода/вывода, предназначенный для использования в какой-либо конкретной оптической системы связи, может отличаться от рассмотренного многоканального t-ОАDМ 80. В общем случае параметры входящих в состав многоканального t-ОАDМ функциональных устройств трех рассмотренных типов определяются общим числом каналов в оптической системе 2N при N>2, спектральным интервалом между соседними каналами Δvо и числом каналов, подлежащих вводу/выводу 2м (M - целое число, 1< M <N). Основные параметры трех функциональных устройств с учетом совместимости этих устройств приведены в табл. 3 .A multi-channel I / O multiplexer designed for use in a particular optical communication system may differ from the considered multichannel t-OADM 80. In the general case, the parameters of the functional devices of the three considered types included in the multichannel t-OADM are determined by the total number of channels in the optical system 2 N at N> 2, the spectral interval between adjacent channels Δvо and the number of channels to be input / output 2 m (M is an integer, 1 <M <N). The main parameters of the three functional devices, taking into account the compatibility of these devices, are given in table. 3.
Таблица 3 Основные параметры функциональных устройствTable 3 Main parameters of functional devices
Figure imgf000025_0001
Figure imgf000025_0001
Символы «∞ » в двух позициях табл. 3 соответствуют тому, что на выводном и вводном порте каждого многоканального t-ОАDМ присутствует только один канал. Число вариантов комбинаций вводимых/выводимых каналов весьма большое: 2S , где S = 2M - (N - M). Использование интегрально-оптических технологий для изготовления многоканального t-ОАDМ представляется решающим фактором для того, чтобы многоканальные управляемые оптические мультиплексоры ввода/вывода согласно настоящему изобретению соответствовали требованиям, предъявляемым к устройствам аналогичного назначения: имели возможность ввода/вывода большого количества каналов, были устойчивы к внешним воздействиям, имели высокое быстродействие. Использование в конструкции унифицированных типовых элементов - однокаскадных и/или двухкаскадных и/или многокаскадных ИМЦ - позволит использовать автоматизированные технологические операции, что обеспечит высокие технические характеристики и относительно низкую стоимость изготовления мультиплексоров.Symbols "∞" in two positions of the table. 3 correspond to the fact that only one channel is present at the output and input ports of each multi-channel t-OADM. The number of combinations of input / output channels is very large: 2 S , where S = 2 M - (N - M). The use of integrated optical technologies for the manufacture of multi-channel t-OADM seems to be a decisive factor in order for the multi-channel controlled optical input / output multiplexers according to the present invention to meet the requirements for devices of a similar purpose: have the ability to input / output a large number of channels, and are resistant to external impacts, had high performance. The use of unified standard elements in the design - single-stage and / or two-stage and / or multi-stage MZIs - will allow the use of automated technological operations, which will provide high technical characteristics and relatively low manufacturing cost of multiplexers.
Кроме использования в оптических коммуникационных сетях, многоканальные t-ОАDМ согласно изобретению могут иметь и другое применение, например, в многоканальных системах датчиков, для оптической фильтрации, в аналоговых системах самого различного назначения.In addition to use in optical communication networks, the multi-channel t-OADM according to the invention can also have other applications, for example, in multi-channel sensor systems, for optical filtering, in analog systems of various purposes.
Рассмотренные примеры поясняют принцип работы, характеристики и возможные варианты конструкции настоящего изобретения. Специалистам в области волоконно-оптических систем связи должно быть очевидно, что в рамках настоящего изобретения возможны другие модификации и альтернативные варианты конструктивного исполнения управляемых оптических мультиплексоров ввода/вывода согласно изобретению, не выходящие за рамки формулы изобретения.The examples discussed explain the principle of operation, characteristics and possible design options of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art of fiber optic communication systems that other modifications and alternative structural designs of the controlled optical input / output multiplexers according to the invention are possible within the scope of the present invention without departing from the scope of the claims.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Многоканальный управляемый оптический мультиплексор ввода/вывода согласно настоящему изобретению может использоваться в волоконно-оптических линиях и системах связи со спектральным уплотнением каналов, в том числе в магистральных линиях связи, где используется DWDМ-технология, а также в региональных, городских и локальных системах связи, где используется CWDM- технология.The multi-channel controlled optical input / output multiplexer according to the present invention can be used in fiber-optic lines and communication systems with spectral multiplexing of channels, including trunk lines where DWDM technology is used, as well as in regional, city and local communication systems, where CWDM technology is used.
Многоканальный управляемый оптический мультиплексор ввода/вывода согласно настоящему может быть реализован с помощью существующих интегрально- оптических технологий. The multichannel controlled optical I / O multiplexer according to the present can be implemented using existing integrated optical technologies.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Многоканальный управляемый оптический мультиплексор ввода/вывода для волоконно-оптической системы связи со спектральным уплотнением 2N каналов при N -целое число и при этом N > 2, оптические частоты которых при постоянном спектральном интервале между соседними каналами Av0 могут перестраиваться, для ввода/вывода 2м каналов при M - целое число и при этом 1< M< N, имеющий один входной порт, один выходной порт, < 2-«M портов вывода, ^ 2M портов ввода и включающий:1. A multi-channel controlled optical input / output multiplexer for a fiber-optic communication system with spectral multiplexing of 2 N channels with N-integer and N> 2, the optical frequencies of which can be tuned for a constant spectral interval between adjacent channels Av 0 , for input I / O of 2 m channels with M is an integer and at the same time 1 <M <N, having one input port, one output port, <2- “M output ports, ^ 2M input ports and including:
- управляемый оптический демультиплексор (81-1) конфигурации «lx2м», обеспечивающий разделение сигнала на 2м подмножеств каналов и вывода каждого из подмножеств каналов отдельно на 2м трасс;- a controlled optical demultiplexer (81-1) of the “lx2 m ” configuration, which provides signal separation into 2 m of subsets of channels and output of each of the subsets of channels separately to 2 m of routes;
- управляемый оптический мультиплексор (81-2) конфигурации «2мxl», обеспечивающий рекомбинацию оптических сигналов, поступающих на его входы по 2м трассам;- a controlled optical multiplexer (81-2) of the “2 m xl” configuration, which ensures the recombination of optical signals arriving at its inputs along 2 m paths;
2 управляемых оптических мультиплексоров (81-3,81-4,81-5,81-6) ввода/вывода, размещенных каждый в одной из 2м трасс и обеспечивающих ввод/вывод одного из каналов, поступающих на его вход;2 controlled optical multiplexers (81-3.81-4.81-5.81-6) input / output, each located in one of 2 m routes and providing input / output of one of the channels arriving at its input;
- контроллер (88) для управления перестройкой спектральных характеристик указанных демультиплексора (81-1), мультиплексора (81-2) и 2м мультиплексоров (81- 3,81-4,81-5,81-6) ввода/вывода.- a controller (88) for controlling the adjustment of the spectral characteristics of the indicated demultiplexer (81-1), multiplexer (81-2) and 2 m multiplexers (81-3.81-4.81-5.81-6) of the input / output.
2. Многоканальный мультиплексор по п.l, отличающийся тем, что указанный управляемый оптический демультиплексор (81-1) конфигурации «lx2м» включает M- ступенчатую структуру (50) типа «дepeвo», имеющую один входной порт (∑Dеmuх), 2м выходных портов (Cl ÷ C4), содержащую в каждой Пi-ой ступени при П] = 1, 2,..., M 2"1"1 оптических фильтров (51, 52-1, 52-2), имеющих, по меньшей мере, один вход (g) и два выхода (р, к), выполненных с возможностью управляемой перестройки коэффициентов передачи, характеризующихся в П]-oй ступени частотным интервалом между соседними экстремумами в зависимостях коэффициентов передачи от частоты
Figure imgf000027_0001
2. The multichannel multiplexer according to claim 1, characterized in that said controlled optical demultiplexer (81-1) of the “lx2 m ” configuration includes an M-step structure (50) of the “tree” type having one input port (∑ Demuh ), 2 m of output ports (Cl ÷ C4), containing in each Pi-th stage at П] = 1, 2, ..., M 2 "1" 1 optical filters (51, 52-1, 52-2) having, at least one input (g) and two outputs (p, k), made with the possibility of controlled adjustment of transmission coefficients, characterized in the П] -th stage by the frequency interval between adjacent extrema in dependences of transmission coefficients on frequency
Figure imgf000027_0001
3. Многоканальный мультиплексор по п.2, отличающийся тем, что в указанном оптическом демультиплексоре (81-1) конфигурации «lx2м» в указанной М-ступенчатой структуре один из входов (р, к) оптического фильтра (51) первой ступени соединен с входным портом, оптические фильтры (51) в каждой ступени, кроме последней, соединены каждым их двух выходов (р, к) со входом (р, к) одного из оптических фильтров (52-1, 52-2) последующей ступени и каждый из двух выходов (р, к) каждого оптического фильтра (52-1, 52-2) последней ступени соединен с одним их выходных портов.3. The multi-channel multiplexer according to claim 2, characterized in that in the indicated optical demultiplexer (81-1) of the “lx2 m ” configuration in the indicated M-stage structure, one of the inputs (p, k) of the optical filter (51) of the first stage is connected to input port, optical filters (51) in each stage, except the last, connected by each of their two outputs (p, k) with the input (p, k) of one of the optical filters (52-1, 52-2) of the next stage and each of the two outputs (p, k) of each optical filter (52-1, 52-2) the last stage is connected to one of their output ports.
4. Многоканальный мультиплексор по п.l, отличающийся тем, что указанный управляемый оптический мультиплексор (81-2) конфигурации «2мxl» включает M- ступенчатую структуру (60) типа «дepeвo», имеющую 2м входных портов (Bl ÷ B4) и один выходной порт (∑мuх), содержащую в каждой n2-oй ступени при n2 = 1, 2,..., M 2M~"2 оптических фильтров (61-1.61-2; 62) , имеющих два входа (z,w) и, по меньшей мере, один выход (v), выполненных с возможностью управляемой перестройки коэффициентов передачи, характеризующихся в n2-oй ступени частотным интервалом между соседними экстремумами в зависимостях коэффициентов передачи от частоты Av112 = 2м -2 . Av{) .4. The multichannel multiplexer according to claim 1, characterized in that said controlled optical multiplexer (81-2) of the “2 m xl” configuration includes an M-step structure (60) of the “tree” type having 2 m input ports (Bl ÷ B4 ) and one output port (∑m uх ), containing in each n 2- th stage for n 2 = 1, 2, ..., M 2 M ~ " 2 optical filters (61-1.61-2; 62), having two inputs (z, w) and at least one output (v), made with the possibility of controlled adjustment of transmission coefficients, characterized in the n 2- th stage by the frequency interval between adjacent extrema in the dependences of the transmission coefficients on the frequency Av 112 = 2 m - 2. Av {) .
5. Многоканальный мультиплексор по п.4, отличающийся тем, что в указанном управляемом оптическом мультиплексоре (81-2) конфигурации «2мxl» в указанной M- ступенчатой структуре (60) каждый из двух входов (z,w) оптических фильтров (61-1, 61-2) первой ступени соединены с одним из входных портов (Bl ÷ B4), оптические фильтры в каждой ступени, кроме первой и последней, соединены каждым из двух входов с выходом одного из оптических фильтров предыдущей ступени, а одним выходом с одним из входов одного из оптических фильтров последующей ступени, и один выход оптического фильтра последней ступени соединен с выходным портом.5. The multichannel multiplexer according to claim 4, characterized in that in the indicated controlled optical multiplexer (81-2) of the “2 m xl” configuration in the indicated M-step structure (60) each of the two inputs (z, w) of the optical filters ( 61-1, 61-2) of the first stage are connected to one of the input ports (Bl ÷ B4), the optical filters in each stage, except for the first and last, are connected by each of the two inputs to the output of one of the optical filters of the previous stage, and by one output with one of the inputs of one of the optical filters of the next stage, and one output of the optical The last stage filter is connected to the output port.
6. Многоканальный мультиплексор по п.l , отличающийся тем, что указанный управляемый оптический мультиплексор (81-3 ÷ 81-6) ввода/вывода содержит (N-M)- ступенчатую структуру (70), имеющую один входной порт (In), один выходной порт (Оut), один порт (Аdd) ввода и один порт (Drор) вывода, содержащую в каждой ступени один оптический фильтр (71-1,71-2,71-3,71-4), имеющий один вход (g) и два выхода (p,k), выполненный с возможностью управляемой перестройки коэффициентов передачи, характеризующийся в n3-oй ступени при n3 = 1, 2,..., (N-M) частотным интервалом между соседними экстремумами в зависимостях коэффициентов передачи от частоты Δvn3 = 2M+"3"' - Av0 , а также оптический сумматор (72), имеющий N-М+l входов и один выход. 6. The multi-channel multiplexer according to claim 1, characterized in that said controlled optical multiplexer (81-3 ÷ 81-6) of the input / output contains (NM) -staged structure (70) having one input port (In), one output port (Out), one input port (Add) and one output port (Dror) containing in each stage one optical filter (71-1.71-2.71-3.71-4) having one input (g) and two outputs (p, k), made with the possibility of controlled adjustment of transmission coefficients, characterized in the n 3rd stage with n 3 = 1, 2, ..., (NM) the frequency interval between adjacent extrema in the dependences of the transmission coefficients on the frequency Δv n3 = 2 M + "3"'- Av 0 , as well as an optical adder (72) having N-M + l inputs and one output.
7. Многоканальный мультиплексор по п.6, отличающийся тем, что в указанном управляемом оптическом мультиплексоре (81-3 ÷ 81-6) ввода/вывода в указанной (N- M)-cтyпeнчaтoй структуре (70):7. The multichannel multiplexer according to claim 6, characterized in that in the specified controlled optical multiplexer (81-3 ÷ 81-6) input / output in the specified (N-M) -stamped structure (70):
- оптический фильтр (71-1,71-2,71-3) каждой ступени, кроме последней ступени, одним из выходов (р) соединен со входом (g) оптического фильтра (71-4) последующей ступени, а другим выходом (к) соединен с одним из входов оптического сумматора (72);- the optical filter (71-1.71-2.71-3) of each stage, except for the last stage, is connected with one of the outputs (p) to the input (g) of the optical filter (71-4) of the next stage, and the other output (to ) is connected to one of the inputs of the optical adder (72);
- оптический фильтр (71-1) первой ступени своим входом (g) соединен с входным портом (In);- the optical filter (71-1) of the first stage with its input (g) is connected to the input port (In);
- оптический фильтр (71-4) последней ступени одним выходом (к) соединен с другим из входов оптического сумматора (72), а другим выходом (р) соединен с портом (Drор) вывода;- the optical filter (71-4) of the last stage with one output (k) is connected to the other from the inputs of the optical adder (72), and the other output (p) is connected to the output port (Dror);
- оптический сумматор (72) еще одним входом соединен с портом (Аdd) ввода.- the optical adder (72) is connected to the input port (Add) by another input.
- оптический сумматор (72) выходом соединен с выходным портом (Оut).- the optical adder (72) is connected to the output port (Out) by an output.
8. Мультиплексор по любому из п. п. 2, 4, 6, отличающийся тем, что в качестве оптических фильтров содержит однокаскадные (10) и/или двухкаскадные (20) и/или многокаскадные (30,40) несимметричные интерферометры Маха-Цендера.8. A multiplexer according to any one of claims 2, 4, 6, characterized in that as optical filters it contains single-stage (10) and / or two-stage (20) and / or multi-stage (30.40) asymmetric Mach-Zehnder interferometers .
9. Многоканальный мультиплексор по любому из п. п. 2, 4, 6, отличающийся тем, что для управления настройкой коэффициентов передачи оптические фильтры (10,20,30,40) содержат электрооптические или термооптические устройства (15,27,28) фазового сдвига.9. A multi-channel multiplexer according to any one of paragraphs 2, 4, 6, characterized in that for controlling the setting of the transmission coefficients, the optical filters (10,20,30,40) contain electro-optical or thermo-optical devices (15,27,28) phase shear.
10. Многоканальный мультиплексор по п.l, отличающийся тем, что выполнен по интегрально-оптической технологии на одном чипе.10. The multi-channel multiplexer according to claim 1, characterized in that it is made by integrated-optical technology on a single chip.
11. Многоканальный мультиплексор по п.l, отличающийся тем, что входной порт, выходной порт, 2 выводных портов и 2 вводных портов выполнены с помощью световодов. 11. The multi-channel multiplexer according to claim 1, characterized in that the input port, output port, 2 output ports and 2 input ports are made using optical fibers.
PCT/RU2005/000607 2005-11-29 2005-11-29 Controllable multi-channel optical add/drop multiplexer WO2007064238A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2005/000607 WO2007064238A1 (en) 2005-11-29 2005-11-29 Controllable multi-channel optical add/drop multiplexer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2005/000607 WO2007064238A1 (en) 2005-11-29 2005-11-29 Controllable multi-channel optical add/drop multiplexer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2007064238A1 true WO2007064238A1 (en) 2007-06-07
WO2007064238A8 WO2007064238A8 (en) 2007-11-01

Family

ID=38092478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2005/000607 WO2007064238A1 (en) 2005-11-29 2005-11-29 Controllable multi-channel optical add/drop multiplexer

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2007064238A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011120248A1 (en) * 2010-04-01 2011-10-06 天津奇谱光电技术有限公司 Extensible and reconfigurable optical add-drop multiplexer
US8351117B2 (en) 2008-12-08 2013-01-08 Gao Peiliang Optical isolator, shutter, variable optical attenuator and modulator device
US8452180B2 (en) 2009-05-05 2013-05-28 Peiliang GAO Optical multiplexer
US8687267B2 (en) 2009-02-24 2014-04-01 Peiliang GAO Optical wavelength tunable filter
US9196956B2 (en) 2010-06-23 2015-11-24 3M Innovative Properties Company Hybrid cabling system and network for in-building wireless applications

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002011339A2 (en) * 2000-07-26 2002-02-07 Apa Optics, Inc. Multiplexer, demultiplexer and add/drop multiplexer for single mode optical fiber communication links
RU2204211C1 (en) * 2001-12-13 2003-05-10 Александровский Михаил Исаакович Subscriber optical communication line
US6602000B1 (en) * 1999-02-19 2003-08-05 Lucent Technologies Inc. Reconfigurable add/drop for optical fiber communication systems

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6602000B1 (en) * 1999-02-19 2003-08-05 Lucent Technologies Inc. Reconfigurable add/drop for optical fiber communication systems
WO2002011339A2 (en) * 2000-07-26 2002-02-07 Apa Optics, Inc. Multiplexer, demultiplexer and add/drop multiplexer for single mode optical fiber communication links
RU2204211C1 (en) * 2001-12-13 2003-05-10 Александровский Михаил Исаакович Subscriber optical communication line

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8351117B2 (en) 2008-12-08 2013-01-08 Gao Peiliang Optical isolator, shutter, variable optical attenuator and modulator device
US8687267B2 (en) 2009-02-24 2014-04-01 Peiliang GAO Optical wavelength tunable filter
US8452180B2 (en) 2009-05-05 2013-05-28 Peiliang GAO Optical multiplexer
WO2011120248A1 (en) * 2010-04-01 2011-10-06 天津奇谱光电技术有限公司 Extensible and reconfigurable optical add-drop multiplexer
US9196956B2 (en) 2010-06-23 2015-11-24 3M Innovative Properties Company Hybrid cabling system and network for in-building wireless applications

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007064238A8 (en) 2007-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2007064242A1 (en) Controllable optical multiplexer
US8781331B2 (en) Controllable optical add/drop multiplexer
US7907844B2 (en) Method and apparatus for hitless routing of optical signals in an optical transport network
WO2007064238A1 (en) Controllable multi-channel optical add/drop multiplexer
US6597841B1 (en) Multi-output arrayed waveguide grating demultiplexer
CA2332788C (en) Wavelength multiplexing/demultiplexing unit, wavelength multiplexing/demultiplexing apparatus and wavelength multiplexing/demultiplexing method
RU2372729C1 (en) Multichannel controlled input/output optical multiplexer
RU2380837C1 (en) Multichannel optical input/output multiplexer with dynamic functionality
KR100845061B1 (en) Wavelength selective device and switch and method thereby
JP4350044B2 (en) Optical switch device
Nakamura et al. Silicon based 1× M wavelength selective switch using arrayed waveguide gratings with fold-back waveguides
US6674937B1 (en) Optical wavelength routing circuits
RU2390099C2 (en) Controlled optical add/drop multiplexer
RU2389138C2 (en) Controlled optical multiplexer
WO2007064240A1 (en) Dynamically functional multi-channel controllable optical add/drop multiplexer
JP2014160216A (en) Mach-zehnder interferometer type wavelength selection switch
RU2372728C1 (en) Controlled optical demultiplexer
JP5731947B2 (en) Wavelength selective switch
WO2007064239A1 (en) Controllable optical demultiplexer
JP4238069B2 (en) Optical wavelength multiplexer / demultiplexer
CN114924357B (en) Wavelength division multiplexing optical delay line based on cascade Mach-Zehnder interferometer structure
Rostami et al. An Optical Integrated system for Implementation of Optical Cross-connect, Beam Splitter, Mux/demux and Combiner
WO2024047707A1 (en) Optical signal processing device
US20050180683A1 (en) Tuneable filter arrangement
EP1122905A2 (en) Apparatus and method for wavelength multiplexing/demultiplexing

Legal Events

Date Code Title Description
DPE2 Request for preliminary examination filed before expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2005857408

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008123177

Country of ref document: RU