DE60129936T2

DE60129936T2 - Vorrichtung und verfahren zur wellenlängenselektiven schaltung

Info

Publication number: DE60129936T2
Application number: DE60129936T
Authority: DE
Inventors: Torsten Augustsson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2000-05-03
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2021-04-28
Also published as: AU2001252834A1; EP1266473A1; WO2001084759A1; SE0001619L; US20010038735A1; US6574391B2; EP1266473B1; DE60129936D1; TW476201B; SE522903C2; SE0001619D0; ATE370565T1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Übertragungstechniken, insbesondere integrierte Optik für Einzelmoden in der Tele- und Datenkommunikation. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum wellenlängen-selektiven Umschalten von Kanälen mit optischen Wellenlängen.
Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik und Hintergrund der Erfindung
Um die Kapazität einer optischen Übertragungsleitung (Punkt-zu-Punkt-Verbindung) oder in einem optischen Netzwerk (Mehrfachpunkt-zu-Mehrfachpunkt-Verbindung) zu vergrößern, gibt es heutzutage eine Anzahl von bekannten Techniken. Eine dieser umfasst das Wellenlängenmultiplexen (WDM, Englisch: Wavelength Division Multiplexing) von Übertragungskanälen, um die Ausnutzung von Bandbreite in dem Netzwerk zu verbessern, was jedoch Zugang zu Vorrichtungen erfordert, die in der Lage sind zum Schalten, Multiplexen und Demultiplexen von Übertragungskanälen, die auf verschiedenen, sogenannten optischen Trägerwellenlängen in das Netzwerk übertragen werden. Um eine Wellenlänge für ein optisches Netzwerk selektiv neu zu konfigurieren, sind abstimmbare, wellenlängen-selektive Schalter erforderlich.
Durch die Veröffentlichung "Theoretical Investigation of a Wavelength Selective Switch Architecture Based an a Bragg Grating-Assisted MMIMI Configuration" (übersetzt: "Theoretische Untersuchung einer wellenlängen-selektiven Schalterarchitektur basiert auf einer durch ein Bragg-Gitter unterstützen MMIMI Konfiguration"), IEEE Photonics Techn. Lett., Ausgabe 11, Nr. 7, Juli 1999, Seiten 839–841, ist eine Architektur bekannt zum wellenlängen-selektiven Umschalten von Mehrfachkanälen, basiert auf einer Struktur von MMIbasierten Michelson Interferometern, die parallel gekoppelt sind und die mit Bragg-Gittern (MMI, Mehrfachmoden-Interferenz) versehen sind.
Die Umschaltstruktur umfasst eine Anzahl von mit einer MMI Struktur verbundenen Michelson-Armen, wobei ein jeweiliger Michelson-Arm eine MMIMZI Struktur (MMIMZI, Mehrfachmoden-Interferenz Mach-Zehnder Interferometer) und eine Vielzahl von im Reflexionsmodus betriebenen und parallel zu der MMIMZI Struktur verbundenen Phasensteuerungseinheiten umfasst. Eine jeweilige Phasensteuerungseinheit umfasst eine Vielzahl von seriell gekoppelten Phasensteuerungselementen und Bragg-Gittern, und ist zur Phasensteuerung einer entsprechenden Teilgruppe der gesamten Anzahl von Kanälen, die von dem Aufbau verarbeitet werden können, ausgebildet.
Ein Nachteil der oben genannten, Michelson-basierten wellenlängen-selektiven Schalterarchitektur ist, dass beispielsweise aufgrund der prozessabhängigen Variationseffekte Probleme mit Kanalübersprechen auftreten können, unabhängig von der Tatsache, dass die Theorie ein niedriges Übersprechen andeutet. Ferner wird angenommen, dass der Schalter insbesondere für Streuverluste empfindlich ist, weil er auf Reflexion in langen Michelsonarmen beruht.
Wenn viele Kanäle verarbeitet werden sollen, sind Vorrichtungen erforderlich, die relativ kompliziert und relativ schwierig und kostspielig zu realisieren sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren mit einer verbesserten Leistungsfähigkeit zum vollständig individuellen, wellenlängenselektiven Umschalten eines optischen, wellenlängengemultiplexten Signals, das eine Vielzahl von Kanälen mit optischen Wellenlängen umfasst, bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren mit niedriger Kanalübersprechung zum wellenlängen-selektiven Umschalten bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum vollständig individuellen wellenlängen-selektiven Umschalten bereitzustellen, die eine Alternative zu den bekannten Techniken darstellen können.
Es ist eine besondere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum vollständig individuellen wellenlängen-selektiven Umschalten von vielen Kanälen bereitzustellen, wobei einige Kanäle individuell schaltbar sind und andere Kanäle zu Kanalgruppen gehören können, wobei die Kanäle in einer jeweiligen Kanalgruppe zusammen geschaltet werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum wellenlängen-selektiven Umschalten bereitzustellen, wobei das Verhältnis der Dimension des Umscheltens (die Summe der Anzahl von Eingängen und Ausgängen) und die von den während des Umschaltens eingesetzten MMI Kopplern erforderliche maximale Dimension, groß ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum wellenlängen-selektiven Umschalten bereitzustellen, die während der Benutzung niedrige Leis tungsverluste zeigen und in Bezug auf Instabilitäten unempfindlich sind.
Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der unten gegebenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich.
Die oben genannten Aufgaben werden nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung zum wellenlängen-selektiven Umschalten einer Vielzahl von Kanälen mit optischen Wellenlängen erzielt, welche Vorrichtung umfasst: zwei MMI Wellenleiter, die durch mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Mach-Zehnder Wellenleiterstrukturen verbunden sind, von denen eine jeweilige dazu ausgebildet ist, einen entsprechenden Anteil der Intensität der Vielzahl der Kanäle mit optischen Wellenlängen zu übertragen. Nach der Erfindung umfasst eine jeweilige Mach-Zehnder Wellenleiterstruktur eine Demultiplex-Einheit, eine Multiplex-Einheit und mindestens zwei zueinander parallel angeordnete Wellenleiter, wobei verschiedene Kanäle parallel zueinander in verschiedenen der parallel angeordneten Wellenleiter verarbeitet werden.
Genauer gesagt ist die Demultiplexeinheit zum Demultiplexen der Vielzahl der Kanäle mit optischen Wellenlängen in mindestens zwei Kanalgruppen ausgebildet, wobei ein jeweiliger Wellenleiter zur Übertragung einer entsprechenden der Kanalgruppen zu der Multiplexeinheit parallel angeordnet ist, und ferner mit einer entsprechenden Mehrfachkanal wellenlängen-selektiven Phasensteuerungseinheit versehen, die für eine individuelle Phasensteuerung von mindestens einigen Kanälen in den entsprechenden der zu der Multiplex-Einheit übertragenen Kanalgruppen ausgebildet ist, und wobei die Multiplex-Einheit zum Multiplexen der Kanalgruppen ausgebildet ist.
Nach einer ersten Ausführungsform bestehen die Demultiplex-Einheit und die Multiplex-Einheit jeweils aus einer MMIMZI-basierten Vorrichtung, wobei ein jeweiliger MZI Arm ein Phasensteuerungselement umfasst. Diese MMIMZI-basierten Vorrichtungen sind vorzugsweise durch die zwei parallel zueinander angeordneten Wellenleiter verbunden.
Vorzugsweise besteht eine jeweilige Mehrfachkanal wellenlängen-selektive Phasensteuerungseinheit aus einer MMIMZI-basierten Vorrichtung (MI, Michelson), wobei ein jeweiliger MI Arm, von dem MMI Wellenleiter aus gesehen, mindestens umfasst: ein erstes Phasensteuerungselement, ein erstes Bragg-Gitter, ein zweites Phasensteuerungselement und ein zweites Bragg-Gitter, wobei das erste Bragg-Gitter zur Reflexion von mindestens einem ersten Kanal in der entsprechenden, von der Phasensteuerungseinheit verarbeiteten Kanalgruppe ausgebildet ist, das zweite Bragg-Gitter zur Reflexion von mindestens einem zweiten Kanal in der entsprechenden, von der Phasensteuerungseinheit verarbeiteten Kanalgruppe ausgebildet ist, und wobei die Phasensteuerungselemente zur Phasensteuerung der entsprechenden Kanäle, die durch diese hindurch übertragen werden, ausgebildet sind.
In einer zweiten Ausführungsform bestehen die Demultiplex-Einheit und die Multiplex-Einheit zusammen aus einer MMIMI-basierten Konfiguration, wobei ein jeweiliger MI Arm eine entsprechende MZI-basierte Demultiplex-/Multiplex-Einheit umfasst und dazu ausgebildet ist, einen entsprechenden Anteil der Intensität der Vielzahl der Kanäle mit optischen Wellenlängen zu übertragen. In diesem Zusammenhang sind in einer jeweiligen Demultiplex-/Multiplex-Einheit zwei Wellenleiter parallel angeordnet, wobei ein jeweiliger Wellenleiter versehen ist mit einer entsprechenden Mehrfachkanal wellenlängen-selektiven Phasensteuerungseinheit, die zur individuellen Phasensteuerung von mindestens einigen Kanä len in der entsprechenden in den Wellenleiter übertragenen Kanalgruppe ausgebildet ist.
Vorzugsweise umfasst eine jeweilige der Mehrfachkanal wellenlängen-selektiven Phasensteuerungseinheiten, von der Demultiplex-/Multiplexeinheit aus gesehen, folgendes: ein erstes Phasensteuerungselement, ein erstes Bragg-Gitter, eine zweite Phasensteuerungseinheit und ein zweites Bragg-Gitter, wobei das erste Bragg-Gitter zum Reflektieren von mindestens einem ersten Kanal in der entsprechenden, von der Phasensteuerungseinheit verarbeiteten Kanalgruppe ausgebildet ist, wobei das zweite Bragg-Gitter zur Reflexion von mindestens einem zweiten Kanal in der entsprechenden, von der Phasensteuerungseinheit verarbeiteten Kanalgruppe ausgebildet ist, und wobei die Phasensteuerungselemente zur Phasensteuerung der entsprechenden Kanäle, die durch diese hindurch übertragen werden, ausgebildet sind.
Diese Ausführungsform ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger MI Arm in der MMIMI-basierten Konfiguration ein Bragg-Gitter umfasst, das zwischen den MMI Wellenleitern der MMIMI-basierten Konfiguration und der MZIbasierten Demultiplex-/Multiplex-Einheit angeordnet ist, wobei das Bragg-Gitter zur Reflexion von mindestens einigen der Vielzahl der Kanäle mit optischen Wellenlängen ausgebildet ist, und dadurch, dass mindestens einige MI Arme in der MMIMI-basierten Konfiguration zwischen den MMI Wellenleitern der MMIMI-basierten Konfiguration und dem Bragg-Gitter angeordnet sind, wobei das Bragg-Gitter zur Reflexion von mindestens einigen der Vielzahl der Kanäle mit optischen Wellenlängen ausgebildet ist.
Die Vorrichtung nach der Erfindung kann als ein N × M Schalter realisiert werden und in der unten ausführlich beschriebenen Beschreibung insbesondere als ein 1 × 2, 4 × 4 und 2 × 2 Umschalter werden beschrieben.
Die oben beschriebenen Aufgaben werden nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren erzielt zum wellenlängen-selektiven Umschalten einer Vielzahl von Kanälen mit optischen Wellenlängen, in einer Vorrichtung mit zwei MMI Wellenleitern, die durch mindestens zwei parallel angeordnete Mach-Zehnder Wellenleiterstrukturen miteinander verbunden sind, von denen ein jeweiliger dazu ausgebildet ist, einen entsprechenden Bereich der Intensität der Vielzahl der optischen Wellenlängenkanäle zu übertragen.
Das Verfahren umfasst, dass verschiedene Kanäle parallel zueinander in einer jeweiligen Mach-Zehnder Wellenleiterstruktur verarbeitet werden.
Genauer gesagt werden die folgenden Schritte ausgeführt: das Multiplexen der Vielzahl der optischen Wellenlängenkanäle in mindestens zwei Kanalgruppen vermittels einer Demultiplexeinheit, das Übertragen der entsprechenden Kanalgruppe über eine Multiplexeinheit vermittels eines entsprechenden Wellenleiters, die parallel zwischen der Demultiplexeinheit und der Multiplexeinheit verbunden sind. Zumindest einige der Kanäle in der entsprechenden, an die Multiplexeinheit übertragenen Kanalgruppe werden vermittels einer entsprechenden Mehrfachkanal wellenlängen-selektiven Phasensteuerungseinheit individuell phasengesteuert und sind dazu ausgebildet, dass die entsprechenden, parallel zueinander angeordneten Wellenlängenleiter und die entsprechenden Kanalgruppen vermittels der Demultiplexeinheit gemultiplext werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Schaltkapazität ansehnlich vergrößert wird, wenn verschiedene Kanäle parallel zueinander verarbeitet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird unten mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei die Zeichnungen nur gezeigt werden, um die Erfindung zu veranschaulichen und keinesfalls um diese beschränken.
1 veranschaulicht schematisch eine Mehrfachkanal wellenlängen-selektive Phasensteuerungseinheit zur Benutzung in einen wellenlängen-selektiven Umschalter nach der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht schematisch einen Umschalter nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Schalter zumindest eine Vielzahl von Mehrfachkanal wellenlängen-selektiven Phasensteuerungseinheiten der 1 umfasst.
3 veranschaulicht schematisch einen Umschalter gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Umschalter eine Vielzahl der Mehrfachkanal wellenlängen-selektiven Phasensteuerungseinheiten der 1 umfasst.
4 veranschaulicht schematisch eine mehrfachkanalwellenlängen-selektive Phasensteuerungseinheit mit einer vollständig individuellen Phasensteuerung der Kanäle zur Anwendung in einem wellenlängen-selektiven Schalter nach der vorliegenden Erfindung, wobei einer der MI Arme in der Einheit als ein Einsatz vergrößert gezeigt ist.
5 veranschaulicht schematisch einen Umschalter nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Umschalter eine Vielzahl der Mehrfachkanal wel lenlängen-selektiven Phasensteuerungseinheiten der 2 umfasst.
6 veranschaulicht schematisch eine Mehrfachkanal wellenlängen-selektive Phasensteuerungseinheit zur Anwendung in einem wellenlängen-selektiven Schalter nach der vorliegenden Erfindung, wobei einer der MI Arme in der Einheit als ein Einsatz vergrößert gezeigt ist.
7 veranschaulicht schematisch einen Schalter nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Schalter eine Vielzahl der Mehrfachkanal wellenlängen-selektiven Phasensteuerungseinheiten der 6 umfasst.
8 veranschaulicht schematisch eine weitere Mehrfachkanal wellenlängen-selektive Phasensteuerungseinheit zur Benutzung in einem wellenlängenselektiven Umschalter nach der vorliegenden Erfindung.
9 veranschaulicht schematisch einen Umschalter nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Umschalter eine Vielzahl der Mehrfachkanal wellenlängen-selektiven Phasensteuerungseinheiten der 8 umfasst.
Bevorzugte Ausführungsformen
In der folgenden Beschreibung werden für darstellende und nicht beschränkende Zwecke spezifische Einzelheiten dargelegt, wie etwa bestimmte Anwendungen, Techniken, Verfahren usw., um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu verschaffen. Es ist jedoch für den Fachmann in dem technischen Gebiet offensichtlich, dass die Erfindung in anderen Ausführungsformen, die von diesen spezifischen Einzelheiten abweichen, ausgeführt werden kann. In anderen Fällen werden ausführliche Beschreibungen von wohl bekannten Verfahren, Geräten oder Schaltkreisen ausgelassen, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht mit unnötigen Einzelheiten zu verschleiern.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine neue und erfinderische Vorrichtung zum wellenlängen-selektiven Umschalten von Kanälen mit optischen Wellenlängen. Die Vorrichtung umfasst zwei MMI Koppler, die durch mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Mach-Zehnder Strukturen miteinander verbunden sind.
Die wellenlängen-selektive Vorrichtung kann zusätzlich die folgenden Basiskomponenten umfassen:
Wellenleiter-basierte Michelson Interferometer und Mach-Zehnder Interferometer werden benutzt, um ein Interferenzbauteil beispielsweise zum Filtern zu realisieren.
Eine MMI Wellenleiterstruktur (MMI, Mehrfachmoden-Interferenz) wird für das Aufteilen von Licht benutzt. Die Theorie dafür kann beispielsweise in L.B. Soldano und E.C.M Pennings, "Optical Multi-Mode Interference Devices based an Self-Imaging" (übersetzt: "Optische Mehrfach-Moden Interferenzgeräte basiert auf Selbstabbildung"), Principles and Application, J. Lightwave Technol., Ausgabe 13(4), Seiten 615–627, 1995 und Verweisen darin gefunden werden.
Die MMI Aufteilung von Licht führt zu einer mehrfachen Abbildung der einkommenden Intensitätsverteilung. Das Längenzu-Breiten-Verhältnis der MMI-Strukturen ist entscheidend für die Anzahl von Abbildungen an deren Ausgängen, welche Abbildungen eine bestimmte gegenseitig bestimmte Faserbe ziehung aufweisen, die davon abhängt, an welchem Eingang das Licht angeregt wird.
Ein Bragg-Gitter wird zum Filtern und Reflektieren von Licht verwendet. Das Filterprofil kann durch die Stärke, die Länge oder die variable Periode (Gitterwellenlänge), d.h. den sogenannten Chirp, des Gitters moduliert werden. Die Stärke und die Periode können in der Ausbreitungsrichtung des Lichts variiert werden. Eine derartige Variation der Stärke wird Apodisation genannt. In der vorliegenden Erfindung wird zusätzlich der Typ eines Bragg-Gitters eingesetzt, das ein breites spektrales Band (Kanäle mit vielen Wellenlängen) reflektiert. Dies kann dadurch erzielt werden, dass ein sehr starkes Gitter oder ein gechirptes Gitter oder eine Kombination davon eingesetzt wird.
Eine tiefgehendere Beschreibung von Bragg-Gittern zum Demultiplexen von Wellenlängen kann beispielsweise in G.P. Agrawal und S. Radio, "Phase-shifted Fiber Gratings and their Application for Wavelength Demultiplexing" (übersetzt: "Phasen-verschobene Fasergitter und ihre Anwendung zum Demultiplexen von Wellenlängen"), IEEE Photon. Techn. Lett., Vol. 6(8), Seiten 995–997, August 1994 gefunden werden.
Ein Phaseneinstellungselement, das normalerweise eingesetzt wird, um Umschaltmöglichkeiten bereitzustellen, ist in der vorliegenden Erfindung besonders nützlich zur Korrektur von Fehlstellen aufgrund der Herstellung der erfinderischen Vorrichtung. Es ist eine Grundlage für das Phaseneinstellungselement, das die optische Wellenlänge durch ein extern angelegtes Signal (Spannung, Strom, usw.) beeinflusst wird. Für diesen Zweck ist die beste Art zum Einstellen der Phase wahrscheinlich die Benutzung eines thermo-optischen Elements, d.h. das Beeinflussen des Brechungsindex (und dadurch der optischen Weglänge) in den Wellenleitern durch die Temperatur. Einige Wellenleiter werden auch in einer ähnlichen Weise durch Anlegen eines elektrischen Felds über den Wellenleiter beeinflusst, d.h. durch Beeinflussen des Brechungsindex in elektro-optischer Weise. Wenn eine dauerhafte Einstellung ausreichend ist, dann kann eine Abrichtung durch UV ausgeführt werden, zumindest für das Materialsystem SiO₂/Si.
Mit Verweis auf 1 umfasst eine Mehrfachkanal wellenlängen-selektive Phasensteuerungseinheit MCPTC (MCPTC, Multi Channel Phase Tuning Circuit, übersetzt: Mehrfachkanalphaseneinstellungsschaltkreis) zur Benutzung in einem wellenlängen-selektiven Umschalter nach der vorliegenden Erfindung folgendes: einen MMI Wellenleiter 3 der Größe 2 × 2, zwei Zugangswellenleiter 5, 7, und eine MI Wellenleiterstruktur 9.
Die Zugangswellenleiter 5, 7 sind mit dem MMI Wellenleiter 3 über zwei an der ersten Seite des MMI Wellenleiters angeordnete Anschlüsse verbunden, und die zwei MI Arme 11, 13 umfassende MI Wellenleiterstruktur 9 ist über zwei auf einer gegenüberliegenden Seite des MMI Wellenleiters angeordnete Anschlüsse mit dem MMI Wellenleiter 3 verbunden.
Die zwei Arme der MI Wellenleiterstruktur 9 umfassen jeweils eine Vielzahl von schmalbandigen Bragg-Gittern vom Reflexionstyp, mit R bezeichnet, und eine Vielzahl von Phasensteuerungselementen, mit PCE (Englisch: Phase Control Elements) bezeichnet.
Folglich umfasst der Arm 11 in einer Reihenfolge, wie von dem MMI Wellenleiter aus gesehen, folgendes: ein Phasensteuerungselement PCEa1, ein Bragg-Gitter R(λ₁), ein Phasensteuerungselement PCEa5, ein Bragg-Gitter R(λ₅), ein Phasensteuerungselement PCEa9, ein Bragg-Gitter R(λ₉), ein Phasensteuerungselement PCEa13 und ein Bragg-Gitter R(λ₁₃) Dementsprechend umfasst der Arm 13 folgendes: ein Phasensteuerungselement PCEb1, ein Bragg-Gitter R(λ₁), ein Phasensteuerungselement PCEb5, ein Bragg-Gitter R(λ₅), ein Phasensteuerungselement PCEb9, ein Bragg-Gitter R(λ₉), ein Phasensteuerungselement PCEb13 und ein Bragg-Gitter R(λ₁₃).
Wenn ein die Kanäle λ₁, λ₅, λ₉ und λ₁₃ umfassender, optischer Kanalmultiplex 15 in die Einheit über die Zugangswellenleiter 5 eingegeben wird, wird das Bragg-Gitter R(λ₁) den Kanal λ₁ reflektieren, wird das Bragg-Gitter R(λ₅) den Kanal λ₅ reflektieren, wird das Bragg-Gitter R(λ₉) den Kanal λ₉ reflektieren, und wird schließlich das Bragg-Gitter R(λ₁₃) den Kanal λ₁₃ reflektieren.
Somit werden die Phasensteuerungselemente PCEa1 und PCEb1 die Phase von allen Kanälen in dem Multiplex 15 steuern, wobei die Phasensteuerungselemente PCEa5 und PCEb5 die Phase der Kanäle λ₅, λ₉, λ₁₃ steuern, die Phasensteuerungselemente PCEa9 und PCEb9 die Phase der Kanäle λ₉ und λ₁₃ steuern, und schließlich die Phasensteuerungselemente PCEa12 und PCEb12 nur die Phase des Kanals 13 steuern.
Durch diese Anordnung ist es mithin möglich, die Phase des Multiplex 15 auf einer für jeden Kanal individuellen Basis zu steuern. Ferner ist es möglich, die Phasen in den entsprechenden Armen 11, 13 so zu steuern, dass die Kanäle in den Zugangswellenleiter 7 als Ausgabe 17 oder zurück in den Zugangswellenleiter 5 als Ausgabe 19 ausgegeben werden.
Es sei angemerkt, dass die MI Arme 11, 13 beliebig lang hergestellt werden können und mit einer beliebigen Anzahl von Bragg-Gittern und Phasensteuerungselementen versehen sein können, so dass die Phasensteuerungseinheit MCPTC die Phase einer beliebigen Anzahl von Kanälen individuell steu ern kann. Für eine weitergehende Beschreibung der MMIMI-basierten Phasensteuerungseinheiten wird verwiesen auf die früheren schwedischen Patentanmeldungen Nr. 9700865-0 mit dem Titel "Optical Device" (übersetzt: "Optisches Gerät") eingereicht am 7. März 1997, und Nr. 9902512-4 , mit dem Titel "Wavelength Selective Device and Switch and Method Thereby" (übersetzt: "Wellenlängen-selektive Vorrichtung und Umschalter und Verfahren dazu"), die am 1. Juli 1999 durch den Anmelder eingereicht wurde.
Mit Verweis als nächstes auf 2 wird ein 1 × 2 Umschalter nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Umschalter umfasst zwei MMI Wellenleiter 21, 23, die durch einen Mach-Zehnder Wellenleiter 25 miteinander verbunden sind. Der MMI Wellenleiter 21 weist einen Eingangsanschluss auf, an dem ein Zugangswellenleiter 27 zur Eingabe eines wellenlängen-gemultiplexten optischen Signals mit sechzehn Kanälen, λ₁, λ₂,..., λ₁₆ angeschlossen ist. Der MMI Wellenleiter 23 weist zwei Ausgabeanschlüsse auf, an denen ein entsprechender Zugangswellenleiter 29, 31 zum Ausgeben von zwei getrennten Signalen angeschlossen ist.
Die Mach-Zehnder Wellenleiterstruktur 25 umfasst einen oberen Arm 33 und einen unteren Arm 35, die dazu ausgebildet sind, einen entsprechenden Teil der Intensität des wellenlängen-gemultiplexten optischen Signals zu übertragen.
Der obere Arm umfasst eine Demultiplexeinheit 37 und eine Multiplexeinheit 39, die durch vier parallel zueinander angeordnete Wellenleiter 41, 43, 47, 49 miteinander verbunden sind. Die Demultiplexeinheit 37 und die Multiplexeinheit 39 sind vorzugsweise MMIMZI-basierte Vorrichtungen, siehe beispielsweise die Veröffentlichung "A New Type of Tunable Demultiplexer using a Multi-Leg Mach-Zehnder Interferometer" (übersetzt: "Ein neuer Typ eines abstimmbaren Demultiple xers unter Benutzung eines Mach-Zehnder Interferometers mit mehreren Beinen"), J.-P. Weber et al, Proc. ECIO '97 EthE5, Stockholm, Seiten 272–275, 1997. Ein jeweiliger Wellenleiter 41, 43, 47, 49 ist mit einer entsprechenden 49, 51, 53, 55 der in 1 gezeigten Mehrfachkanal wellenlängenselektiven Phasensteuerungseinheit versehen, wobei jedoch die Bragg-Gitter auf verschiedene Wellenlängen abgestimmt sind.
Die Phasensteuereinheit 49 ist folglich zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₁, λ₅, λ₉, λ₁₃ ausgebildet, die Phasensteuerungseinheit 51 ist zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₂, λ₆, λ₁₀, λ₁₄ ausgebildet, die Phasensteuerungseinheit 53 ist zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₃, λ₇, λ₁₁, λ₁₅ ausgebildet und die Phasensteuerungseinheit 55 ist zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₄, λ₈, λ₁₂, λ₁₆ ausgebildet.
Auf diese Weise wird eine parallele Verarbeitung der verschiedenen Kanäle in verschiedenen MZI Armen erzielt.
Dementsprechend umfasst der untere Arm eine Demultiplexeinheit 57 und eine Multiplexeinheit 59, die durch vier parallel zueinander angeordnete Wellenleiter 61, 63, 65, 67 verbunden sind. Die Demultiplexeinheit 57 und die Multiplexeinheit 59 sind auch vorzugsweise MMIMZI-basierte Vorrichtungen. Ein jeglicher Wellenleiter 61, 63, 65, 67 ist mit einem entsprechenden 69, 71, 73, 75 der Mehrfachkanal wellenlängen-selektiven Phasensteuerungseinheit MCPTC der 1 versehen, wobei jedoch die Bragg-Gitter auf verschiedene Kanäle abgestimmt sind.
Die Phasensteuerungseinheit 69 ist somit zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₁, λ₅, λ₉, λ₁₃ ausgebildet, die Phasensteuerungseinheit 71 ist zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₂, λ₆, λ₁₀, λ₁₄ ausgebildet, die Phasensteuerungseinheit 73 ist zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₃, λ₇, λ₁₁, λ₅ ausgebildet, und die Phasensteuerungseinheit 75 ist zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₄, λ₈, λ₁₂, λ₁₆ ausgebildet.
Es wird von dem Fachmann in dem technischen Gebiet verstanden, dass die Phasensteuerungseinheiten 49, 51, 53, 55 bzw. 69, 71, 73, 75 zum Phasenabstimmen von anderen als den oben genannten Kanälen ausgebildet sein können. Die Phasensteuereinheiten 49, 69 können beispielsweise zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₁, λ₅, λ₉, λ₁₃ ausgebildet werden, die Phasensteuereinheiten 51, 71 können zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₂, λ₆, λ₁₀, λ₁₄ ausgebildet werden, die Phasensteuereinheiten 53, 73 können zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₄, λ₈, λ₁₂, λ₁₆ ausgebildet werden, und die Phasensteuereinheiten 55, 75 können zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₃, λ₇, λ₁₁, λ₁₅ ausgebildet werden.
Durch aktives Steuern der Phasensteuerelemente in dem in 2 gezeigten 1 × 2 Umschalter werden auf diese Weise vollständig individuelle Schaltmöglichkeiten für die 16 Kanäle in dem einkommenden Multiplex erzielt, und ein jeweiliger der Kanäle kann in den Wellenleitern 29 oder 31 ausgegeben werden oder in den Wellenleiter 27 zurückgeschaltet werden. Ein jeweiliger Kanal wird durch vier Phasensteuerelemente gesteuert, d.h. der Kanal λ₁ wird beispielsweise durch das Phasensteuerelement PCEa1 und PCEb1 in der Einheit 49 und durch die Phasensteuerelemente PCEa1 und PCEb1 in der Einheit 69 gesteuert. Dementsprechend wird der Kanal λ₁₆ durch die Phasensteuerelemente PCEa16 und PCEb16 in der Einheit 55 und durch die Phasensteuerelemente PCEa16 und PCEb16 in der Einheit 75 gesteuert.
Mit Verweis zunächst auf 3 wird ein 4 × 4 Umschalter, nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Umschalter verarbeitet 16 Kanäle und ist mit dem in 2 gezeigten Umschalter vergleichbar.
Der Umschalter umfasst zwei 4 × 4 MMI Wellenleiter 81, 83, die durch eine Mach-Zehnder Wellenleiterstruktur 85 mit vier MZI Armen 87, 89, 91, 93 miteinander verbunden sind. Der MMI Wellenleiter 81 weist vier Eingangsanschlüsse 95, 97, 99, 101 zum Eingeben der 16 Kanäle λ₁, λ₂, ..., λ₁₆ auf. Ferner weist der MMI Wellenleiter 83 vier Ausgangsanschlüsse 103, 105, 107, 109 zum Ausgeben der vier getrennten Signale auf.
Ein jeweiliger Arm 87, 89, 91, 93 umfasst eine Struktur, wie etwa die eine in dem Arm 35 oder dem Arm 35 in 2, d.h. eine Demultiplexeinheit, Demux, und eine Multiplexeinheit, Mux, die durch vier parallel zueinander angeordnete Wellenleiter miteinander verbunden sind. Die Demultiplexeinheit und die Multiplexeinheit sind vorzugsweise MMIMZI-basierte Vorrichtungen, siehe beispielsweise die oben genannte Veröffentlichung von J.-P. Weber et al. Ferner ist ein jeweiliger Wellenleiter mit einer entsprechenden der Mehrfachkanal wellenlängen-selektiven Phasensteuereinheit MCPTC der 1 versehen, wobei jedoch die Bragg-Gitter auf verschiedene Kanäle abgestimmt sind.
Die oberste Phasensteuereinheit in einem jeweiligen Arm ist somit zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₁, λ₅, λ₉, λ₁₃ ausgebildet, die zweitoberste Phasensteuereinheit in einem jeweiligen Arm ist zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₂, λ₆, λ₁₀, λ₁₄ ausgebildet, die zweitunterste Phasensteuereinheit in einem jeweiligen Arm ist zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₃, λ₇, λ₁₁, λ₁₅ ausgebildet und die unterste Phasensteuereinheit in einem jeweiligen Arm 87, 89, 91, 93 ist zum Phasenabstimmen der Kanäle λ₄, λ₈, λ₁₂, λ₁₆ ausgebildet. Der Fachmann in dem technischen Gebiet wird bemerken, dass durch andere Anordnungen eine äquivalente Funktionalität erzielt werden kann.
Auf diese Weise wird eine parallele Verarbeitung der verschiedenen Kanäle in verschiedenen MZI Wellenleitern erzielt.
Durch aktive Steuerung der Phasensteuerelemente in dem 4 × 4 Schalter in 3 werden somit vollständig individuelle Schaltmöglichkeiten für die 16 einkommenden Kanäle erzielt, und ein jeweiliger der Kanäle kann an einem beliebigen Ausgangsanschluss 103, 105, 107, 109 (oder Eingangsanschluss 95, 97, 99, 101) ausgegeben werden. Ein jeweiliger Kanal wird in diesem Fall durch acht Phasensteuerelemente gesteuert.
Es sollte verstanden werden, dass der Umschalter vollständig skalierbar ist, sowohl im Hinblick auf die Anzahl der Eingangsphase und die Ausgangsphase als auch die Anzahl der verarbeitbaren Kanäle. Ferner kann ein Kanal oder ein Kanalmultiplex an einem beliebigen einen der Eingänge und Ausgänge der Vorrichtung eingegeben werden.
Es sollte ebenfalls verstanden werden, dass durch Benutzen von Bragg-Gittern mit breiteren Reflexionsbändern und/oder dichteren Kanalabständen einige Kanäle gemeinsam verarbeitet werden können, wie etwa eine Kanalgruppe, beispielsweise zum Umschalten in Hauptleitungen.
Mit Verweis nun auf 4 umfasst eine Mehrfachkanal wellenlängen-selektive Phasensteuereinheit MCPTC2 (MCPTC, Multi Channel Phase Tuning Circuit, übersetzt: Mehrfachkanalphasenabstimmungschaltkreis) zur Verwendung in einem wellenlängen-selektiven Umschalter nach der vorliegenden Erfindung einen MMI Wellenleiter 111 der Größe 2 × 2, zwei Zugangswellenleiter 113, 115 und eine MI Wellenleiterstruktur 116.
Die Zugangswellenleiter 113, 115 sind über zwei an einer ersten Seite des MMI Wellenleiters angeordnete Anschlüsse mit dem MMI Wellenleiter 111 verbunden, und die MI Wellenleiterstruktur 116 mit zwei MI Armen 117, 119 ist mit dem MMI Wellenleiter 111 über zwei an einer gegenüberliegenden Seite des MMI Wellenleiters angeordnete Anschlüsse verbunden. Die MI Arme 117, 119 sind jeweils dazu ausgebildet, einen Teil der Intensität eines optischen Wellenlängenmultiplex zu übertragen.
Die zwei Arme der MI Wellenleiterstruktur 116 umfassen jeweils eine Demultiplex-/Multiplexeinheit 121, bei der vier Wellenleiter 123, 125, 127, 129 parallel zueinander angeordnet sind. Die (De)-Multiplexeinheit 121 ist vorzugsweise eine MMIMZI-basierte Vorrichtung, siehe beispielsweise die Veröffentlichung "A New Type of Tunable Demultiplexer using a Multi-Leg Mach-Zehnder Interferometer" (übersetzt: Eine neue Art eines abstimmbaren Demultiplexers unter Benutzung eines Mach-Zehnder Interferometers mit mehreren Beinen") J.-P. Weber et al, Proc. ECIO '97 EthE5, Stockholm, Seiten 272–275, 1997, und umfasst typischerweise einen 1 × 4 MMI Wellenleiter und einen 4 × 4 MMI Wellenleiter, die durch vier MZI Arme, die in MMIMZI 121 durch 1, 2, 3 und 4 angedeutet sind, miteinander verbunden sind, und die jeweils mit einem entsprechenden Phasensteuerelement oder Phaseneinstellungselement versehen sind.
Ein jeweiliger Wellenleiter 123, 125, 127, 129 ist mit einer Vielzahl von Phasensteuerelementen, bezeichnet mit PCE, und einer Vielzahl von schmalbandigen Bragg-Gittern vom Reflexionstyp, bezeichnet mit R, versehen. Im Allgemeinen Fall, wo die Phasensteuereinheit 4Q Kanäle verarbeitet, wobei Q eine positive Ganzzahl ist, ist ein jeweiliger Wellenleiter mit Q Phasensteuerelementen und Q Bragg-Gittern versehen.
Folglich umfasst der Wellenleiter 123 in einer Reihenfolge, wie von dem MMI Wellenleiter aus gesehen, folgendes: ein Phasensteuerelement PCE1, ein Bragg-Gitter R(λ₁), ein Phasensteuerelement PCE5, ein Bragg-Gitter R(λ₅) usw. bis zu einem Phasensteuerelement PCE(Q – 1)4 + 1, und einem Bragg-Gitter R(λ(Q – 1)9 + 1). Ferner umfasst der Wellenleiter 125, wie von dem MMI Wellenleiter aus gesehen, folgendes: ein Phasensteuerelement PCE2, ein Bragg-Gitter R(λ₂), ein Phasensteuerelement PCE6, ein Bragg-Gitter R(λ₆) usw. bis hinauf zu einem Phasensteuerelement PCE(Q – 1)4 + 2 und einem Bragg-Gitter R(λ(Q – 1)4 + 2). Der Wellenleiter 127 umfasst, wie von dem MMI Wellenleiter aus gesehen, folgendes: ein Phasensteuerelement PCE4, ein Bragg-Gitter R(λ₄), ein Phasensteuerelement PCE8, ein Bragg-Gitter R(λ₈) usw. bis hinauf zu einem Phasensteuerelement PCE(4Q), und einem Bragg-Gitter R(λ₍ _Q ₎ ₄). Schließlich umfasst der Wellenleiter 129, wie von dem MMI Wellenleiter aus gesehen, folgendes: ein Phasensteuerelement PCE3, ein Bragg-Gitter R(λ₃), ein Phasensteuerelement PCE7, ein Bragg-Gitter R(λ₇) usw. bis hinauf zu einem Phasensteuerelement PCE(Q – 1)4 + 3 und einem Bragg-Gitter R(λ_(Q–1)4+3).
Auf diese Weise wird eine parallele Verarbeitung der verschiedenen Kanäle in den verschiedenen Wellenleitern 123, 125, 127, 129 erzielt.
Wenn der optische Kanalmultiplex 130 mit den Kanälen λ₁, λ₂, ..., λ_4Q über den Zugangswellenleiter 113 in die Einheit eingegeben wird, wird das Bragg-Gitter R(λ₁) den Kanal λ₁, das Bragg-Gitter R(λ₂) den Kanal λ₂, das Bragg-Gitter R(λ₃) den Kanal λ₃ reflektieren, usw.
Somit werden die Phasensteuerelemente PCE1 in den Wellenleitern 117, 119 die Phase des Kanals λ₁ in dem Multiplex 130 steuern, die Phasensteuerelemente PCE2 in den Wellenleitern 117, 119 werden die Phasen des Kanals λ₂ in dem Multiplex 130 steuern, die Phasensteuerelemente PCE3 in den Wellenleitern 117, 119 werden die Phase des Kanals λ3 in dem Multiplex 130 steuern, usw.
Durch diese Anordnung wird es folglich möglich, die Phase des Multiplex 130 auf einer für jeden Kanal individuellen Basis zu steuern. Ferner ist es möglich, die Phase in den entsprechenden Armen 117, 119 so zu steuern, dass die Kanäle in dem Zugangswellenleiter 115 als Ausgang 131 oder zurück in den Zugangswellenleiter 113 als Ausgang 132 ausgegeben werden.
Für eine weitergehende Beschreibung der MMIMI-basierten Phasensteuerungseinheiten mit paralleler Verarbeitung von dieser Art wird verwiesen auf die oben genannte Veröffentlichung: „Theoretical Investigation of a Wavelength Selective Switch Architecture Based an a Bragg-Grating-Assisted MMIMI Configuration (übersetzt: "Theoretische Untersuchung einer wellenlängen-selektiven Umschaltarchitektur basiert auf einer durch ein Bragg-Gitter unterstützen MMIMI Konfiguration"), IEEE Photonics Techn. Lett.; Ausgabe 11, Nr. 7, Juli 1999, Seiten 839–841.
Mit Verweis als nächstes auf 5 wird ein 4 × 4 Umschalter nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Umschalter umfasst zwei MMI Wellenleiter 133, 134, die durch eine Mach-Zehnder Wellenleiterstruktur 136 miteinander verbunden sind. Der MMI Wellenleiter 133 weist vier Eingangsanschlüsse 135, 137, 139, 141 zum Eingeben von bis zu 4Q Wellenlängenkanälen λ₁, λ₂, ..., λ_4Q auf. Der MMI Wellenleiter 134 weist vier Ausgangsanschlüsse 143, 145, 147, 149 zum Ausgeben der getrennten Signale auf.
Die Mach-Zehnder Wellenleiterstruktur 136 umfasst vier Arme 151, 153, 155, 157, die jeweils dazu ausgebildet sind, ei nen entsprechenden Teil der Intensität der in den Umschalter eingegebenen Kanäle zu übertragen.
Ein jeweiliger der vier Arme 151, 153, 155, 157 ist mit einer entsprechenden Mehrfachkanal wellenlängenselektiven Phasensteuereinheit MCPTC2, wie in 4 gezeigt, versehen, wobei eine jeweilige Einheit 4Q Bragg-Gitter zum Verarbeiten von 4Q Kanälen oder Kanalgruppen umfasst.
Durch aktive Steuerung der Phasensteuerelemente in dem in 5 gezeigten 4 × 4 Umschalter werden somit vollständig individuelle Schaltmöglichkeiten für die einkommenden 4Q Kanäle erzielt, und ein jeweiliger der Kanäle kann an einem beliebigen Ausgangsanschluss 143, 145, 147, 149 (oder Eingabeanschluss 135, 137, 139, 141) ausgegeben werden. Ein jeweiliger Kanal wird durch acht Phasensteuerelemente in dem Umschalter individuell gesteuert.
Es wird verstanden, dass der Umschalter sowohl im Hinblick auf die Anzahl der Eingänge und Ausgänge als auch im Hinblick auf die Anzahl der verarbeitbaren Kanäle vollständig skalierbar ist.
Es wird ebenfalls verstanden, dass durch Verwenden von Bragg-Gittern mit breiteren Reflexionsbändern und/oder engeren Kanalabständen einige Kanäle zusammen als eine Kanalgruppe verarbeitet werden können, beispielsweise zum Umschalten in Hauptleitungen.
Mit Verweis als nächstes auf 6 umfasst eine 32-kanalige, Wellenlängen-selektive Phasensteuereinheit MCPTC3 zur Benutzung in einem Wellenlängen-selektiven Umschalter gemäss der vorliegenden Erfindung einen MMI Wellenleiter 161 der Größe 2 × 2, zwei Zugangswellenleiter 163, 165 und eine MI Wellenleiterstruktur 166.
Zugangswellenleiter 163, 165 sind mit dem MMI Wellenleiter 161 über bei zwei auf einer ersten Seite des MMI Wellenleiters angeordnete Anschlüsse verbunden, und die MI Wellenleiterstruktur 166 mit zwei MI Armen 167, 169 ist mit der MMI Wellenleiterstruktur 161 über zwei auf einer gegenüberliegenden Seite des MMI Wellenleiters angeordnete Anschlüsse verbunden. Die MI Arme 167, 169 sind identisch zu den MI Armen 117, 119 in 4 in dem speziellen Fall Q = 4, mit der Ausnahme, dass ein jeweiliger von diesen, zwischen der entsprechenden (De)multiplexeinheit und dem MMI Wellenleiter 161, ein Bragg-Gitter R(λ₁₇, λ₁₈, ..., λ₃₂), das zum Reflektieren der 16 Kanäle λ₁₇, λ₁₈, ..., λ₃₂ ausgebildet ist und ein steuerbares Phasensteuerelement 168 umfasst.
Wenn ein optischer Kanal-Multiplex 170 mit Kanälen λ₁, λ₂, ...λ₃, über den Zugangswellenleiter 163 in die Einheit eingegeben wird, wird das Bragg-Gitter R(λ₁) den Kanal λ₁, das Bragg-Gitter R(λ₂) den Kanal λ₂, das Bragg-Gitter R(λ₃) den Kanal λ₃ reflektieren, usw. für die Kanäle λ₁ bis λ₁₆. Die Kanäle λ₁₇ – λ₃₂ werden alle durch die Bragg-Gitter R(λ₁₇, λ₁₈, ..., λ₃₂) reflektiert.
Somit werden die Phasensteuerelemente PCE1 in den Wellenleitern 167, 169 die Phase des Kanals λ₁ in dem Multiplex 170, die Phasensteuerelemente PCE2 in den Wellenleitern 167, 169 die Phase des Kanals λ₂ in dem Multiplex 170, die Phasensteuerelemente PCE3 in den Wellenleitern 167, 169 die Phase des Kanals λ₃ in dem Multiplex 170 steuern, usw. für die Kanäle λ₁ – λ₁₆. Die Kanäle λ₁₆– λ₃₂ werden alle durch die Phasensteuerelemente 168 phasengesteuert.
Mit dieser Anordnung ist es somit möglich, kanal-individuell die Phase der Kanäle λ₁ – λ₁₆ in den Multiplex 170 zu steuern. Die Kanäle λ₁₇ – λ₃₂ können nicht individuell phasengesteuert werden. Ferner ist es möglich, die Phase in den entsprechenden Armen 167, 169 so zu steuern, dass die Kanäle in den Zugangswellenleitern 167 als Ausgang 171 oder zurück in den Zugangswellenleiter 163 als Ausgang 172 ausgegeben werden.
Mit Verweis nun auf 7 wird ein 2 × 2 Umschalter nach einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Umschalter umfasst zwei MMI Wellenleiter 173, 174, die durch eine Mach-Zehnder Wellenleiterstruktur 176 miteinander verbunden sind. Der MMI Wellenleiter 173 weist zwei Eingabeanschlüsse 175, 177 zum Eingeben von bis zu 32 Wellenlängenkanälen λ₁, λ₂, ..., λ₃ auf. Der MMI Wellenleiter 174 weist zwei Ausgangsanschlüsse 179, 181 zum Ausgeben der getrennten Signale auf. Die Mach-Zehnder Wellenleiterstruktur 176 umfasst zwei Arme 182, 183, die jeweils dazu ausgebildet sind, einen entsprechenden Teil der Intensität der Eingangskanäle in den Umschalter zu übertragen. Ein jeweiliger der Arme 182, 183 ist mit zwei entsprechenden, in Reihe angeordneten, Mehrfachkanal wellenlängen-selektiven Phasensteuereinheiten MCPTC3 von dem in 6 gezeigten Typ versehen.
Die erste Mehrfachkanal wellenlängen-selektive Phasensteuereinheit MCPTC3 in einem jeweiligen Arm, zusammen mit PC (λ₁, λ₂, ..., λ₆) bezeichnet, ist für eine individuelle Phasensteuerung der Kanäle λ₁ – λ₁₆ ausgebildet, während die zweite Mehrfachkanal wellenlängen-selektive Phasensteuereinheit MCPTC3 in einem jeweiligen Arm, zusammen mit PC (λ₁₇, λ₁₈, ..., λ₃₂) bezeichnet, für eine individuelle Phasensteuerung der Kanäle λ₁₇ – λ₃₂ ausgebildet ist. Folglich ist PC (λ₁, λ₂, ..., λ₁₆) identisch zu der in 6 gezeigten Einheit, während PC (λ₁₇, λ₁₈, ..., λ₃₂) so ausgebildet ist, dass die Kanäle λ₁ – λ₁₆ von einem Bragg-Gitter reflektiert werden und die Kanäle λ₁₇ – λ₃₂ in entsprechenden Armen 167, 169 reflektiert werden.
Durch aktive Steuerung der Phasensteuerelemente in dem in 7 gezeigten 2 × 2 Umschalter werden so vollständig individuelle Schaltmöglichkeiten für die einkommenden Kanäle λ₁– λ₃₂ erzielt, und ein jeweiliger der Kanäle kann an einem beliebigen Auslandsanschluss 179, 181 ausgegeben werden. Ein jeweiliger der Kanäle λ₁– λ₃₂ wird individuell durch vier Phasensteuerelemente in dem Schalter gesteuert. Wenn die zwei Einheiten PC (λ₁₇, λ₁₈, ..., λ₃₂) ausgelassen werden, werden vollständig individuelle Schaltmöglichkeiten für die Eingangskanäle λ₁ – λ₁₆ erzielt, während die Kanäle λ₁₇– λ₃₂ zusammen als ein Multiplex durch den Umschalter unter Steuerung von nur zwei Phasensteuerelementen pro MZI Arm geschaltet werden.
Mit Verweis als nächstes auf 8 umfasst eine Mehrfachkanal wellenlängen-selektive Phasensteuereinheit MCPTC4 zur Benutzung in einem wellenlängen-selektiven Umschalter nach der vorliegenden Erfindung einen MMI Wellenleiter 191 der Größe 2 × 2, zwei Zugangswellenleiter 193, 195 und eine MI Wellenleiterstruktur 196.
Zugangswellenleiter 193, 195 sind mit dem MMI Wellenleiter 191 über zwei an einer ersten Seite des MMI Wellenleiters angeordnete Anschlüsse verbunden, und die MI Wellenleiterstruktur 196 mit zwei MI Armen 197, 199 ist über zwei auf einer gegenüberliegenden Seite des MMI Wellenleiters angeordneten Anschlüsse mit dem MMI Wellenleiter 191 verbunden. Die MI Arme 197, 199 sind identisch zu den MI Armen 117, 119 in 4 zum Verarbeiten der Kanäle MN + 1, MN + 2, ..., MN + 4Q (M, N und Q sind positive Ganzzahlen), mit der Ausnahme, dass ein jeweiliger von diesen zwischen der entsprechenden (De)multiplexeinheit und dem MMI Wellenleiter 161, M Bragg-Gitter R(λ₁, λ₂, ..., λ_N); R(λ_N+1, λ_N+2, ..., λ_2N); ..., R(λ_(M–1)N+1, λ_(M–1)N+2, ..., λ_MN), die dazu ausgebildet sind, die entsprechenden Kanalgruppen λ₁, λ₂, ..., λ_N; λ_N+1, λ_N+2; ...; λ_2N; ..., λ_(M–1)N+1, λ_(M–1)N+2, ..., λ_MN zu reflektie ren, und M steuerbare Phasensteuerelemente PCEN, PCE2N, ..., PCEMN, umfasst.
Wenn ein optischer Kanal-Multiplex 200 mit den Kanälen λ₁, λ₂, ..., λ_MN, λ_MN+1, λ_MN+2, ..., λ_MN+4Q über den Zugangswellenleiter 193 in die Einheit eingegeben wird, werden die Bragg-Gitter R(λ₁, λ₂, ..., λ_N); R(λ_N+1, λ_N+2, ..., λ_2N); ...; R(λ_(M–1)N+1, λ_(M–1)N+2, ..., λ_MN) die entsprechenden Kanalgruppen λ₁, λ₂, ..., λ_N; λ_N+1, λ_N+2, ..., λ_2N; ..., λ_(M–1)N+1, λ_(M–1)N+2, ..., λ_MN reflektieren und das Bragg-Gitter R(λ_MN+1) wird den Kanal λ_MN+1 reflektieren, das Bragg-Gitter R(λ_MN+2) wird den Kanal λ_MN+2 reflektieren, das Bragg-Gitter R (λ_MN+3) wird den Kanal λ_MN+3 reflektieren usw. für die Kanäle λ_MN+1 – λ_MN+4Q.
Das Phasensteuerelement PCEN in den Wellenleitern 197, 199 wird somit die Phase der Kanäle λ₁ – λ_N in dem Multiplex 200 steuern, das Phasensteuerelement PCE2N in den Wellenleitern 197, 199 wird die Phase der Kanäle λ_N+1 – λ_2N steuern, usw., für die M Kanalgruppen. Ferner werden die Phasensteuerelemente PCEMN + 1 in den Wellenleitern 197, 199 die Phase der Kanäle λ_MN+1 in dem Multiplex 200 steuern, die Phasensteuerelemente PCEMN + 2 in den Wellenleitern 197, 199 werden die Phase des Kanals λ_MN+2 in dem Multiplex 200 steuern, die Phasensteuerelemente PCEMN + 3 in den Wellenleitern 197, 199 werden die Phase des Kanals λ_MN+3 in den Multiplex 200 steuern, usw. für die Kanäle λ_MN+1 – λ_MN+4Q.
Mit dieser Anordnung ist es folglich möglich, für jeden Kanal individuell die Phase der Kanäle λ_MN+1 – λ_MN+4Q in dem Multiplex 200 zu steuern. Die Kanäle λ₁ – λ_MN können nicht individuell phasengesteuert werden, sondern nur in Gruppen von M Kanälen. Ferner ist es möglich, die Phasen der entsprechenden Arme 197, 199 so zu steuern, dass die Kanäle in dem Zugangswellenleiter 195 als Ausgang 201 oder zurück in den Zugangswellenleiter 193 als Ausgang 202 ausgegeben werden.
Mit Verweis nun auf 9 wird ein 2 × 2 Schalter nach einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Umschalter umfasst zwei MMI Wellenleiter 203, 204, die durch eine Mach-Zehnder Wellenleiterstruktur 206 verbunden sind. Der MMI Wellenleiter 203 weist zwei Eingangsanschlüsse 205, 207 zum Eingeben von bis zu MN + 4Q Wellenlängenkanälen λ₁, λ₂, ..., λ_MN+4Q auf. Der MMI Wellenleiter 204 weist zwei Ausgabeanschlüsse 209, 211 zum Ausgeben von getrennten Signalen auf.
Die Mach-Zehnder Wellenleiterstruktur 206 umfasst zwei Arme 212, 213, die jeweils dazu ausgebildet sind, einen entsprechenden Teil der Intensität der in den Schalter eingegebenen Kanäle zu übertragen. Ein jeweiliger der Arme 212, 213 ist mit M + 1 entsprechenden, in Reihe angeordneten Mehrfachkanal wellenlängen-selektiven Phasensteuereinheiten MCPTC4 von dem in 8 gezeigten Typ versehen.
Die erste Mehrfachkanal wellenlängen-selektive Phasensteuereinheit MCPTC4 in einem jeweiligen Arm, zusammen als PC (λ₁, λ₂, ..., λ_N) bezeichnet, ist zur individuellen Phasensteuerung der Kanäle λ₁ – λ_N ausgebildet, die zweite mehrfachkanalwellenlängen-selektive Phasensteuereinheit MCPTC4 in einem jeweiligen Arm, zusammen als PC(λ_N+1, λ_N+2, ..., λ_2N) bezeichnet, ist zur individuellen Phasensteuerung der Kanäle λ_N+1 – λ_2N ausgebildet, usw., bis hinauf zu PC(λ_(M-1)N+1, λ_(M-1)N+2, ..., λ_MN), die zur individuellen Phasensteuerung der Kanäle λ_(M-1)N+1 – λ_MN ausgebildet ist. Schließlich ist PC (λ_MN+1, λ_MN+2, ..., λ_MN+4Q) zur individuellen Phasensteuerung der Kanäle λ_MN+1 – λ_MN+4Q ausgebildet. Eine jeweilige Phasensteuereinheit wird so modifiziert, dass die Kanäle, deren Phasen sie individuell steuern, so ausgebildet sind, dass sie in die Arme 197, 199 reflektiert werden. Somit wird verstanden, dass die Einheit PC (λ_MN+1, λ_MN+2, ..., λ_MN+4Q) identisch zu der in 8 gezeigten Einheit ist, während der Rest der Einheiten auf anderen Kanäle Phasen-abgestimmt ist.
Durch aktive Steuerung der Phasensteuerelemente in dem in 9 gezeigten 2 × 2 Schalter werden so vollständig individuelle Schaltmöglichkeiten für die einkommenden Kanäle λ₁– λ_MN+4Q erzielt, und ein jeweiliger der Kanäle kann an einem beliebigen Ausgangsanschluss 209, 211 ausgegeben werden. Ein jeweiliger der Kanäle λ₁ – λ_MN+4Q wird durch vier Phasensteuersysteme in dem Schalter individuell gesteuert.
Durch Auslassen von einem des Paars der Phasensteuereinheiten in 9 können die durch dieses Paar individuell phasengesteuerten Kanäle immer noch zusammen bearbeitet werden und als ein Kanalmultiplex umgeschaltet werden.
Es wird verstanden, dass der Schalter nach der vierten und fünften Ausführung der Erfindung sowohl hinsichtlich der Anzahl der Eingänge und Ausgänge als auch der Anzahl der verarbeitbaren Kanäle vollständig skalierbar ist.
Es wird auch verstanden, dass die vorliegende Erfindung im Allgemeinen für Add/Drop-Multiplexen und anderes Multiplexen verwendet werden kann.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die oben beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs der beigefügten Patentansprüche abgeändert werden. Insbesondere ist die Erfindung offensichtlich nicht hinsichtlich der Materialwahl, den Abmessungen oder der Herstellung der Vorrichtung begrenzt.
Es wird verstanden, dass der Umschalter nach der vierten und fünften Ausführungsform im Allgemeinen nicht von einem Eingang zu einem anderen umgeschaltet werden kann wie in den Ausführungsformen 1–3.
Es soll ferner verstanden werden, dass der Schalter vollständig reziprok ist und folglich eine äquivalente Funktionalität in der umgekehrten Richtung aufweist.

Claims

Eine Vorrichtung zum wellenlängen-selektiven Umschalten einer Vielzahl von Kanälen mit optischen Wellenlängen, umfassend zwei Multimode-Interferenz (im folgenden als MMI bezeichnet) -Wellenleiter (21, 23; 81, 83; 133, 134; 173, 174; 203, 204), die durch mindestens zwei parallel angeordnete Mach-Zehnder Wellenleiter-Strukturen (25; 85; 136; 176; 206) miteinander verbunden sind, welche Strukturen jeweils dazu ausgebildet sind, einen entsprechenden Anteil der Intensität der Vielzahl der Kanäle mit optischen Wellenlängen zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass jede Mach-Zehnder Wellenleiter-Struktur umfasst: – eine Demultiplex-Einheit (37, 57; 121), eine Multiplex-Einheit (39, 59; 121) und mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Wellenleiter (41, 43, 45, 47, 61, 63, 65, 67; 123, 125, 127, 129), wobei – die Demultiplex-Einheit zum Demultiplexen der Vielzahl von Kanälen mit optischen Wellenlängen in mindestens zwei Kanalgruppen ausgebildet ist; – jeder Wellenleiter parallel zur Übertragung eines jeweiligen der Kanalgruppen an die Multiplex-Einheit angeordnet ist und ferner versehen ist mit einer entsprechenden Multikanal wellenlängen- selektiven Phasensteuerungseinheit (MCPTC; MCPTC2; MCPTC3; MCPTC4), die zur individuellen Phasensteuerung von mindestens einigen Kanälen in der entsprechenden der an die Multiplex-Einheit übertragenen Kanalgruppen ausgebildet sind; und – die Multiplex-Einheit zum Multiplexen der Kanalgruppen ausgebildet ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Demultiplex-Einheit eine auf einem Multimode-Interferenz Mach-Zehnder Interferometer (im folgenden als MMIMZ bezeichnet) basierende Vorrichtung (37, 57) ist, wobei jeder Mach-Zehnder Interferometer (im folgenden als MZI bezeichnet) -Arm ein Phasensteuerungselement umfasst.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Multiplex-Einheit eine MMIMZI-basierte Vorrichtung (39, 59) ist, wobei jeder MZI Arm ein Phasensteuerungselement umfasst.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die Demultiplex-Einheit und die Multiplex-Einheit durch mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Wellenleiter miteinander verbunden sind.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei jede Multikanal wellenlängen-selektive Steuer-Einheit (MCPTC) eine auf einem Multimode-Interferenz Michelson Interferometer (im folgenden bezeichnet als MMIMI) basierte Vorrichtung ist, wobei jeder Michelson Interferometer (im folgenden als MI bezeichnet) -Arm (11, 13), von dem MMI Wellenleiter (3) aus gesehen, mindestens folgendes umfasst: ein erstes Phasensteuerungselement (PCEa1, PCEb1), ein erstes Bragg-Gitter (R(λ₁)), ein zweites Phasensteuerungselement (PCEa5, PCEb5) und ein zweites Bragg-Gitter (R(λ₅)), wobei das erste Bragg-Gitter zur Reflexion von mindestens einem ersten Kanal in der jeweiligen Kanalgruppe, die durch eine Phasensteuerungseinheit bedient wird, ausgebildet ist, wobei das zweite Bragg-Gitter zur Reflexion von mindestens einem zweiten Kanal in der jeweiligen Kanalgruppe, die von der Phasensteuerungseinheit bedient wird, ausgebildet ist, und wobei die Phasensteuerungselemente zur Phasensteuerung der entsprechenden Kanäle, die durch sie hindurch übertragen werden, ausgebildet sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede Mach-Zehnder Wellenleiter-Struktur (136; 176; 206) eine auf einem MMIMI-basierte Konfiguration (116; 166; 196) umfasst, wobei jeder MI-Arm (117, 119; 167, 169; 197, 199) eine jeweilige Demultiplex-Einheit und Multiplex-Einheit (121) umfasst.
Die Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Demultiplex-Einheit und Multiplex-Einheit (121) in dem entsprechenden MI-Arm aus einer MZI-basierten Demultiplex/Multiplex-Einheit (121) bestehen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei jede Demultiplex/Multiplexeinheit mit mindestens zwei parallel zueinander angeordneten Wellenleitern (123, 125, 127, 129) versehen ist, wobei jeder Wellenleiter mit Bragg-Gittern und Phasensteuerungselementen, die für individuelle Phasensteuerung von mindestens einigen Kanälen in der jeweiligen Kanalgruppe, die in dem Wellenleiter übertragen wird, versehen ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei jede Mulitkanal wellenlängen-selektive Phasensteuerungseinheit, von der Demultiplex/Multiplex-Einheit aus gesehen, mindes tens umfasst: ein erstes Phasensteuerungselement (PCE1, PCE2, PCE4, PCE3), ein erstes Bragg-Gitter (R(λ₁), R(λ₂), R(λ₄), R(λ₃)), ein zweites Phasensteuerungselement (PCE5, PCE6, PCE8, PCE7) und ein zweites Bragg-Gitter (R(λ₅), R(λ₆), R(λ₈), R(λ₇)), wobei das erste Bragg-Gitter zur Reflexion von mindestens einem ersten Kanal in der jeweiligen Kanalgruppe, die von der Phasensteuerungseinheit bedient wird, ausgebildet ist, wobei das zweite Bragg-Gitter zur Reflexion von mindestens einem zweiten Kanal in der jeweiligen Kanalgruppe, die von der Phasensteuerungseinheit bedient wird, ausgebildet ist, und wobei die Phasensteuerungselemente zur Phasensteuerung der entsprechenden Kanäle, die durch sie hindurch übertragen werden, ausgebildet sind.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6–9, wobei jeder MI-Arm (167, 169; 197, 199) in der MMIMI-basierten Konfiguration ein Bragg-Gitter (R(λ₁₇, λ₁₈, λ₃₂); R(λ₁, λ₂, ..., λ_N)) umfasst, das zwischen den MMI Wellenleitern (161; 191) der MMIMI-basierten Anordnung und der MZI-basierten Demultiplex/Multiplex-Einheit (121) angeordnet ist, welches Bragg-Gitter zur Reflexion von mindestens einigen der Vielzahl der Kanäle mit optischen Wellenlängen ausgebildet ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei mindestens einige MI Arme in der MMIMI-basierten Konfiguration ein Phasensteuerungselement (168; PCEN) umfasst, welches Element zwischen den MMI Wellenleitern (161; 191) der MMIMI-basierten Konfiguration und dem Bragg-Gitter (R(λ₁₇, λ₁₈, ..., λ₃₂); R(λ₁, λ₂, ..., λ_N)) angeordnet ist, welches Bragg-Gitter zur Reflexion von mindestens einigen der Vielzahl der Kanäle mit optischen Wellenlängen ausgebildet ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–11, wobei die zwei MMI Wellenleiter, die durch die parallel zueinander ausgebildeten Mach-Zehnder Wellenleiter-Strukturen miteinander verbunden sind, von der Größe 2 × 2 sind und die Anzahl der parallel zueinander angeordneten Mach-Zehnder Wellenleiter-Strukturen zwei ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–12, wobei die zwei MMI Wellenleiter, die durch die parallel zueinander angeordneten Mach-Zehnder Wellenleiter-Strukturen miteinander verbunden sind, mindestens von der Größe 4 × 4 sind und die Anzahl der parallel zueinander angeordneten Mach-Zehnder Wellenleiter-Strukturen mindestens vier ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–13, wobei die Vielzahl der Kanäle mit optischer Wellenlänge mindestens vier Kanäle umfasst.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–14, wobei die Vielzahl der Kanäle mit optischer Wellenlänge mindestens acht Kanäle umfasst.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–15, wobei die Vielzahl der Kanäle mit optischer Wellenlänge mindestens sechzehn Kanäle umfasst.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–16, ausgebildet zum individuellen Umschalten von jedem Kanal in der Kanalgruppe.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–16, ausgebildet zum gemeinsamen Umschalten aller Kanäle in mindestens einer Kanalgruppe.
Ein Verfahren zum wellenlängen-selektiven Umschalten einer Vielzahl von optischen Wellenlängenkanälen in einer Vorrichtung, die umfasst: zwei MMI-Wellenleiter (21, 23; 81, 83; 133, 134; 173, 174; 203, 204), die durch mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Mach-Zehnder Wellenleiter-Strukturen (25; 85; 136; 176; 206) miteinander verbunden sind, von denen jede dazu ausgebildet ist, einen entsprechenden Anteil der Intensität der Vielzahl der Kanäle mit optischer Wellenlänge zu übertragen, gekennzeichnet durch das Ausführen der folgenden Schritte in jeder Mach-Zehnder Wellenleiter-Struktur: – Demultiplexen der Vielzahl der Kanäle mit optischer Wellenlänge in mindestens zwei Kanalgruppen vermittels einer Demultiplex-Einheit (37, 57; 121); – Übertragen der entsprechenden Kanalgruppen an eine Multiplex-Einheit (39, 59; 121) vermittels eines jeweiligen, parallel zueinander angeordneten Wellenleiters (41, 43, 45, 47, 61, 63, 65, 67; 123, 125, 127, 129) sind; – individuelles Phasensteuern von mindestens einigen Kanälen in der jeweiligen Kanalgruppe, die zu der Multiplex-Einheit übertragen wird, vermittels einer entsprechenden wellenlängen-selektiven Phasensteuerungseinheit (MCPTC; MCPTC2; MCPTC3; MCPTC4), die in entsprechenden parallel zueinander angeordneten Wellenleitern angeordnet ist; und – Multiplexen der Kanalgruppen vermittels der Multiplex-Einheit.