DE60201975T2

DE60201975T2 - Optisches wdm-kommunikationssystem

Info

Publication number: DE60201975T2
Application number: DE60201975T
Authority: DE
Inventors: Charles Robert Brackley GOODFELLOW
Original assignee: Marconi UK Intellectual Property Ltd
Current assignee: Ericsson AB
Priority date: 2001-01-20
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2022-01-19
Also published as: ATE282913T1; JP2004523162A; EP1356620A1; EP1356620B1; WO2002058302A1; CN1498476A; US20040091199A1; GB2371431A; DE60201975D1; GB0101521D0; CA2435286A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet optischer Kommunikationssysteme.
Wellenlängenmultiplex(WDM)-Linien- und -Ringsysteme entwickeln sich zu bevorzugten Lösungen zum Übertragen hoher Volumina an Kommunikationsverkehr. Signale werden als Modulation auf optischen Trägern übertragen, wobei jeder Träger einen unterschiedlichen Teil des Spektrums einnimmt. Diese Systeme erfordern die Erzeugung eines optischen Trägers bei einer ausgewählten Wellenlänge an jedem Standort, wo diese Wellenlänge gesendet werden soll. Die Kosten der Senderkarten dort, wo eine solche Erzeugung erfolgt, stellen einen Hauptanteil an den Gesamtkosten des Netzes dar.
Es besteht ein Bedarf an Flexibilität in solcher Weise, dass ein beliebiges Eingangssignal auf einer beliebigen Wellenlänge übertragen werden kann und die Wellenlänge des Trägers geändert werden kann, ohne dass die Bewegung irgendwelcher physikalischer Platinen oder Stecker erforderlich ist. Es besteht somit ein Bedarf an einer Schaltanordnung für die optischen Signale, welche es ermöglicht, jedes Eingangssignal einem ausgewählten Träger zuzuweisen. Es wird bevorzugt, die Signale als modulierte Träger auf gemeinsamen optischen Leitern zu übertragen (d. h. einschließlich optischer Fasern und optischer Hohlleiter, auch als Wellenleiter bezeichnet). Somit besteht in Kombination mit der Schaltanordnung bei einigen Anwendungen ein Bedarf zum optischen Multiplexen einer Mehrzahl der Signale auf eine einzige Übertragungsfaser.
Sender mit fester Wellenlänge sind bekannt, und das Multiplexen auf die Übertragungsfaser kann herkömmlicherweise erreicht werden, indem eine passive Anordnung von Beugungsgittern, Interferenzfiltern oder optischen integrierten Wellenleitern verwendet wird (z. B. M. K. Smit: "New focusing and dispersive planar component based on an optical phased array", Electronics Letters, Bd. 24, Nr. 7, S. 385–386, März 1988; und A. R. Vellekoop und M. K. Smit: "Four-Channel integrated-optic wavelength demultiplexer with weak polarisation dependence", Journal of Lightwave Technology, Bd. 9, Nr. 3, S. 310–314, März 1991 sowie C. Dragone: "An N × N optical multiplexer using a planar arrangement of two star couplers", Photonics Technology Letter, Bd. 3, Nr. 3, S. 812–815, September 1991). Eine Schaltflexibilität kann erreicht werden, indem die elektrische Wegelenkung in die optischen Sender mit Hilfe einer Schalttafel oder einer elektrischen Raumlagenstufe geändert wird. Dieses elektrische Schalten wird jedoch für hohe Zeitmultiplex(TDM)-Raten wie etwa 10 Gbit/s und darüber sowie dann, wenn eine Rekonfigurierbarkeit der Schalteinrichtung an entfernten Standorten verlangt wird, problematisch.
Eine alternative Anordnung besteht darin, Sender mit abstimmbarer Wellenlänge zu nutzen, mit Ausgangssignalen, die durch eingegebene elektrische Signale moduliert werden, und die Flexibilität mit Hilfe des aktiv gerouteten optischen Multiplexers (oder aktiven WDM-Kombinators) zu erreichen, wie in der britischen Patentanmeldung GB 9826108.4 beschrieben ist, die an Marconi Communications erteilt ist (siehe insbesondere die 3 bis 6 und die entsprechenden Teile der Beschreibung). Derzeit sind solche aktiven WDM-Kombinatoren kommerziell nicht verfügbar und die einzige praktische Möglichkeit, eine solche Flexibilität heutzutage zu erreichen besteht darin, einen passiven Teiler/Kombinator zu verwenden, z. B. einen Kombinator mit fester Faser oder Wellenleiterkombinator. Solche Teiler/Kombinatoren sind jedoch derart begrenzt, dass sie nur (für einen perfekten Koppler) 1/n-tel der Eingangsleistung koppeln, wobei n die Anzahl der kombinierten oder aufgeteilten Wege ist. Bei 32 bis 100 Kanälen WDM, die derzeit üblich sind, sind die bei einer solchen Anordnung auftretenden Dämpfungen beträchtlich, was typischerweise eine Kompensation mit Hilfe optischer Verstärker erfordert.
Für optische Hochgeschwindigkeitskommunikation kann eine bessere optische Signalqualität mit einem unmodulierten (d. h. nicht abstimmbaren) Laser erreicht werden, der ein reines Spektrum aufweist, welcher in Kombination mit einem separaten optischen Modulator betrieben wird, wobei die Ausgangssignale durch eingegebene elektrische Signale moduliert werden, z. B. ein DFB-Diodenlaser und ein Elektroabsorptionsmodulator oder ein Mach-Zehnder-Lithiumniobatmodulator.
Es besteht ein Bedarf daran, irgendein Eingangssignal nehmen zu können und es auf irgendeiner Trägerwelle senden zu können.
Die vorliegende Erfindung stellt ein optisches Kommunikationssystem zur Verfügung, welches eine oder mehrere Lichtquellen umfasst, jeweils zum Erzeugen von Licht in einem unterschiedlichen Teil des Spektrums; mehrere optische Modulatoren, jeweils zum Modulieren des durch die eine oder die mehreren Lichtquellen erzeugten Lichts mit einem Eingangssignal; einen optischen Schalter, der zwischen die eine oder die mehreren Lichtquellen und die mehreren optischen Modulatoren geschaltet ist, um das von der oder jeder Lichtquelle ausgegebene Licht zu einem unterschied lichen ausgewählten der mehreren optischen Modulatoren zu schalten, wobei der optische Schalter zwischen die eine oder die mehreren Lichtquellen und die mehreren optischen Modulatoren geschaltet ist, um das von der oder einer der Lichtquellen ausgegebene Licht über einen ausgewählten Weg in einer ersten Richtung zu einem ausgewählten der mehreren optischen Modulatoren durchzulassen und um das von dem einen ausgewählten der mehreren optischen Modulatoren ausgegebene modulierte Licht über den ausgewählten Weg in der entgegengesetzten Richtung durchzulassen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beispielshalber unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen die
1 bis 4 optische Kommunikationssysteme nach dem Stand der Technik zeigen; die
5 bis 8 optische Kommunikationssysteme entsprechend von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen;
9 einen Aspekt des optischen Kommunikationssystems aus 8 detaillierter zeigt.
1 zeigt optische Sender OT mit fester Wellenlänge in Kombination mit einem herkömmlichen optischen Multiplexer Mux zum Multiplexen der Signale auf eine Übertragungsfaser OG. Flexibilität wird durch einen elektrischen Schalter oder eine Schalttafel SW erreicht, welche/r ermöglicht, die Wegelenkung der elektrischen Signale S₁, S₂ ... S_n in die optischen Sender zu variieren.
2 zeigt eine alternative Anordnung, bei welcher Sender mit abstimmbarer Wellenlänge genutzt werden, wobei die Ausgangssignale durch eingegebene elektrische Signale S_p, S_q ... S_r moduliert werden, mit der Flexibilität eines aktiv gelenk ten optischen Multiplexers (oder aktiven WDM-Kombinators Mux). 3 zeigt die Verwendung eines passiven Teilers/Kombinators, z. B. eines Kombinators mit fester Faser oder Wellenleiterkombinators anstatt des aktiv gerouteten optischen Multiplexers aus 2, und zwar in Kombination mit einem optischen Verstärker OA.
4 zeigt unmodulierte Laser L1, L2 ... Ln, die jeweils ein spektral reines Ausgangssignal λ₁, λ₂, ... λ_n für einen feststehenden aus einer Anordnung von optischen Modulatoren OM₁, OM₂ ... OM_n erzeugen, deren Ausgangssignale durch eingegebene elektrische Signale S_p, S_q ... S_r moduliert werden. Die Ausgangssignale der optischen Modulatoren werden auf einen optischen Multiplexer Mux geführt.
Lösung mit zwei Schaltvorrichtungen
Wie beispielshalber in 5 gezeigt ist, bietet die Erfindung eine Möglichkeit, das elektrische Schalten der Eingangssignale zu vermeiden. Eine Anordnung von Lichtquellen LS₁, LS₂ ... LS_n, die jeweils eine unterschiedliche Trägerwellenlänge λ₁, λ₂, ... λ_n liefern, sind jeweils mit einem unterschiedlichen Eingang eines ersten optischen n × n-Schalters X1 (d. h. mit n Eingangs- und n Ausgangsports) verbunden. Jeder Ausgang des Schalters X1 ist mit einem unterschiedlichen elektrooptischen Modulator EOM₁, EOM₂ ... EOM_n aus einer Anordnung derselben (beispielsweise vom Typ her ein Elektroabsorptionsmodulator, Mach-Zehnder-Modulator, interferometrischer Wellenleitermodulator oder elektromechanischer Modulator) verbunden. Jeder elektrooptische Modulator EOM empfängt eine elektrische Eingabe, die ein Signal trägt, d. h. S₁, S₂ ... S_n, und prägt das Signal dem optischen Träger auf (d. h. einem von λ_p, λ_q, ... λ_r), der von dem ersten optischen Schalter X1 empfangen wird. Somit kann der in jedem Eingangssignal übertragene Verkehr durch den Betrieb des ersten optischen Schalters X1 auf einen Träger mit gewünschter Wellenlänge gelenkt werden, d. h. durch Schalten optischer, nicht elektrischer Signale. Das modulierte optische Ausgangssignal von jedem elektrooptischen Modulator EOM wird auf einen unterschiedlichen von mehreren Eingängen des zweiten optischen n × n-Schalters X2 gekoppelt. Jeder Ausgang des zweiten optischen Schalters X2 wird auf einen unterschiedlichen Eingang eines optischen Multiplexers Cmux gekoppelt. Der optische Multiplexer Cmux weist frequenzsensitive Eingänge auf, welche erfordern, dass an jeden Eingang die richtige Frequenz angelegt wird, und zwar für einen Korrekturbetrieb. Der zweite optische Schalter X2 ermöglicht es, die von den elektrooptischen Modulatoren EOM ausgegebenen optischen Signale derart zu lenken, dass jeder Eingang des optischen Multiplexers Cmux den Träger mit der korrekten Frequenz empfängt. Der einzige Ausgang des optischen Multiplexers Cmux ist mit einer einzigen optischen Leitung OG verbunden. Der optische Multiplexer Cmux ermöglicht, dass alle Wellenlängen auf einer einzigen Faser kombiniert werden können. Als Alternative zu dem optischen Multiplexer Cmux kann ein optischer Kombinator (nicht gezeigt) verwendet werden.
Alternativ, wie in 6, kann der zweite Schalter durch einen passiven optischen Teiler/Kombinator POSC ersetzt werden, welcher an seinen Eingängen alle optischen Signale kombiniert. Der passive optische Teiler/Kombinator weist keine frequenzsensitiven Eingänge auf, somit wird der zweite optische Schalter X2 nicht gebraucht. Wie zuvor angegeben, kann die durch den optischen Teiler/Kombinator POSC eingebrachte Dämpfung ausgeglichen werden, indem ein optischer Verstärker OA genutzt wird, der an den POSC-Ausgang angeschlossen ist.
Lösung mit einem Schalter
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform, bei welcher der optische Schalter und der optische Modulator in reflektiver Weise verwendet werden, ist in 7 gezeigt. Wie in 7 gezeigt ist, wird das Licht in einer Mehrzahl von Lasern L₁, L₂, ... L_n erzeugt. Die Ausgangssignale (λ₁, λ₂, ... λ_n) von jedem Laser werden jeweils in einen anderen von mehreren optischen Zirkulatoren C₁, C₂, ... C_n gekoppelt. Ein optischer Zirkulator sendet Licht nacheinander von einem Port zum nächsten Port, weist aber in der umgekehrten Portreihenfolge eine sehr hohe Dämpfung auf (z. B. > 40 dB). Somit wird in 7 das Licht, welches in den ersten Port 1 der optischen Zirkulatoren C₁, C₂, ... C_n eintritt, mit geringer Dämpfung zu dem zweiten Port 2 dieses Zirkulators gekoppelt, Licht, das in den zweiten Port eintritt, wird mit geringer Dämpfung zu dem dritten Port 3 gekoppelt, und Licht, das in den dritten Port eintritt, wird mit geringer Dämpfung zu dem ersten Port gekoppelt. Jeder der optischen Zirkulatoren C₁, C₂, ... C_n sendet das von dem jeweiligen Laser empfangene Licht an einen unterschiedlichen Eingang des optischen n × n-Schalters X10.
Jeder Ausgang des optischen Schalters X10 ist mit einem unterschiedlichen von mehreren reflektiven optischen Modulatoren EO₁, EO₂ ... EO_n verbunden (d. h. Modulatoren, welche den modulierten Träger reflektieren). Der optische Schalter X10 ermöglicht es, Licht, das bei irgendeiner Wellenlänge empfangen wird, zu einem beliebigen der optischen Reflektormodulatoren EO₁, EO₂ ... EO_n zu lenken. Jeder einzelne der optischen Reflektormodulatoren EO₁, EO₂ ... EO_n empfängt ein elektrisches Eingangssignal S₁, S₂ ... S_n, welches ein Signal trägt, und prägt das Signal dem von dem optischen Schalter X10 empfangenen Träger auf. Somit kann der in dem jeweiligen Signal übertragene Verkehr durch den Betrieb des optischen Schalters X10 auf einen Träger mit gewünschter Wellenlänge übertragen werden.
Da die Modulatoren EO₁, EO₂ ... EO_n reflektiv sind, wird der modulierte Träger an dem gleichen Port ausgegeben, der genutzt wird, um den unmodulierten Träger von dem optischen Schalter X10 zu empfangen, und wird an dem gleichen Port in den optischen Schalter X10 zurückgekoppelt, der genutzt wird, um den unmodulierten Träger auszugeben. Der optische Schalter X10 ist bidirektional und der modulierte Träger folgt dem gleichen Leitweg durch den Schalter wie der entsprechende unmodulierte Träger, aber in entgegengesetzter Richtung, und wird somit zurück in Richtung der Quelle (L₁, L₂, ... L_n), welche den Träger auf dieser Wellenlänge erzeugt hat, gelenkt.
Beim Verlassen des optischen Schalters X10 tritt der modulierte Träger in denjenigen der mehreren optischen Zirkulatoren C₁, C₂, ... C_n ein, welcher den entsprechenden unmodulierten Träger durchgelassen hat, und zwar an dessen zweitem Port 2. Der optische Zirkulator lenkt den modulierten Träger zu seinem dritten Port 3, welcher mit einem Eingang des optischen Multiplexers Mux verbunden ist. Wie zuvor weist der optische Multiplexer frequenzsensitive Eingänge auf, welche erfordern, dass an jeden Eingang die richtige Frequenz angelegt wird. Die vorstehend beschriebene reflektive Anordnung stellt sicher, dass die modulierten Träger derart gelenkt werden, dass jeder Eingang des optischen Multiplexers Mux den Träger mit der richtigen Frequenz empfängt. Der einzige Ausgang des optischen Multiplexers Mux ist mit einer einzigen optischen Leitung OG verbunden, um die kombinierten optischen Träger durch diese zu übertragen. Der optische Multiplexer Mux ermöglicht, dass alle Wellenlängen auf einer einzigen Übertragungsfaser kombiniert werden können.
Am Empfangsende der optischen Leitung OG werden die unterschiedlichen Trägerfrequenzen in dem optischen Demultiplexer Demux aufgespalten, wobei jeder Ausgang desselben mit einem unterschiedlichen Eingang des optischen n × n-Schalters X11 verbunden ist. Jeder Ausgang des optischen Schalters X11 ist mit einer anderen Unterkarte TC₁, TC₂ ... TC_n verbunden, sodass das von der optischen Leitung OG empfangene Signal auf jedem Träger flexibel zu einer beliebigen Unterkarte gelenkt werden kann. Jede Unterkarte TC₁, TC₂ ... TC_n enthält typischerweise einen Fotodetektor zur Wandlung des optisch modulierten Signals in die elektrische Domäne. Die reflektive Wegelenkungsanordnung des Senders ist in dem Empfänger nicht notwendig, da Fotodetektoren verfügbar sind, welche Signale über ein Spektralband von mehr als 100 nm hin wirksam detektieren können, d. h. die ausreichen, um die Bandbreite eines typischen WDM-Systems abzudecken.
Die Laser L₁, L₂, ... L_n könnten einen Halbleiter-Diodenlaser mit einem eingebauten frequenzstabilisierenden Gitter umfassen, beispielsweise einen Diodenlaser mit verteilter Rückkopplung (DFB). Alternative Typen von Lasern sind Halbleiter-Diodenlaser mit verteiltem Bragg-Reflektor (DBR), ein Faser-Bragg-Laser oder ein Faserlaser mit verteilter Rückkopplung, der unter Verwendung einer mit Erbium dotierten Faser aufgebaut ist und mit Hilfe eines Diodenlasers gepumpt wird. Solche Laser können in einem Matrixformat aufgebaut sein, damit sich ein regelmäßiger Abstand der Ausgangsports ergibt, was die optische Ausrichtung praktischer machen kann.
Die optischen Zirkulatoren C₁, C₂, ... C_n können von einem Typ sein, bei dem ein Kalzit-Strahlteiler genutzt wird. Als Alternative zu den optischen Zirkulatoren kann eine Polarisationsstrahlteileranordnung (PBS) in Kombination mit einer Anordnung zum Drehen der Polarisation des Lichts zwischen dem Verlassen des PBS in Richtung des Modulators und der Rückkehr zu dem PBS verwendet werden, wie etwa ein geeigneter Faraday-Rotatorkristall und -magnet. Das polarisierte Licht tritt durch den PBS hindurch, an Port 1 hinein und dann aus Port 2 heraus in den Modulator, danach wird die Polarisationsebene um 90 Grad geändert, bevor es an Port 2 zurück in den PBS eingegeben wird, um aus Port 3 heraus zu dem Multiplexer zurück reflektiert zu werden. Die Laser erzeugen üblicherweise polarisierte Strahlung, und somit kann ein PBS oder ein Zirkulator eines Typs, der genau eine Polarisation handhaben kann, ausreichend sein. Dies macht den Aufbau im Vergleich zu einem optischen Zirkulator für verschiedene Polarisationen weniger komplex und vereinfacht die Verwendung eines integrierten Zirkulators mit mehreren Ports.
Die optischen Schalter X1, X2, X10, X11 können auf einem Typ mit thermisch geschaltetem Wellenleiter basieren, einem Typ, der auf der Verdampfung einer Flüssigkeit an jedem Koppelpunkt basiert, auf der Bewegung einer Flüssigkeit an dem Koppelpunkt oder auf mechanischer Bewegung eines Miniaturspiegels oder einer Membran.
Die optischen Modulatoren EOM₁, EOM₂ ... EOM_n, EO₁, EO₂ ... EO_n können einen Typ mit Elektroabsorptions-Wellenleiter oder eine Halbleiterdiode vom reflektierenden Fabry-Perot-Typ darstellen, einen Typ mit elektrooptischer Interferometrie (wie etwa Mach-Zehnder) oder einen modulierten optischen Halbleiterverstärker oder einen mikromechanischen reflektierenden schnellen Schalter. Die Elektroabsorptionsmodulatoren basieren auf dem umgekehrten Vorspannen einer Halbleiterdiode, um die Dämpfung zu variieren, und könnten in einer reflektiven Anordnung verwendet werden. Alternativ könnte der modulierbare optische Halbleiterverstärker in einem reflektiven Modus verwendet werden.
Alternativ können die vorstehenden Modulatoren einen elektrostatisch betätigten Membranreflektor umfassen, der in Siliziumfertigung realisiert wird.
Das optische Multiplexen kann mit Hilfe einer Kombination aus dielektrischen Spiegeln, einem Beugungsgitterspektrometer und Arraywellenleiter(AWG)-Spektrometeranordnungen erreicht werden.
Einzelner Schalter mit transmissivem Modulator
In der Literatur ist gezeigt worden, dass der (reflektive) Absorptionskanten-Halbleitermodulator für eine Hochgeschwindigkeitsmodulation bis über 40 Gbit/s hinaus geeignet ist. Der beste Betrieb wird bei solchen Modulatoren jedoch für einen Bereich von Wellenlängen in der Nähe der Bandkante des im Kern des Wellenleiters genutzten Halbleiters erzielt. Dies ist der Bereich von Wellenlängen, bei denen sich die Brechzahl mit der Vorspannung ausreichend stark für eine wirksame Modulation ändert, und sich mit der Vorspannung ausreichend langsam ändert, um einen geringen Wellenlängen-Chirp unter der Modulation zu liefern. Bei der Anordnung aus 7 kann ein Träger mit jeder beliebigen Wellenlänge an jeden beliebigen Modulator abgeliefert werden, somit können die Abweichungen von dem vorstehenden Optimalzustand die Leistungsfähigkeit beeinträchtigen.
Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden transmissive Modulatoren (d. h. Modulatoren, welche den modulierten Träger durchlassen), wie etwa Mach-Zehnder-Modulatoren, verwendet. Vorteilhafterweise sind Mach-Zehnder- Modulatoren über einen breiten Bereich von Trägerwellenlängen effektiv. Ein Mach-Zehnder-Modulator kann im reflektiven Modus in der Anordnung aus 7 verwendet werden. Für sehr hohe Bitraten ist ein Wanderwellen-Mach-Zehnder-Modulator-Bauelement sehr effektiv zur Modulation von durchgelassenem Licht in einer Anordnung mit zwei optischen Ports, ist aber weniger effektiv in einer reflektiven Anordnung.
8 zeigt eine Anordnung entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, welche transmissive Modulatoren mit zwei optischen Ports verwendet, beispielsweise Wanderwellen-Mach-Zehnder-Modulatoren, Modulatoren mit optischem Verstärker und auch Elektroabsorptions-Halbleitermodulatoren. Die Anordnung ähnelt hierbei derjenigen aus 7. Elemente, welche in beiden Figuren gleich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden hier nicht weitergehend beschrieben.
Anstatt direkt an die optischen Modulatoren gekoppelt zu sein, wie in 7, sind die Ausgänge des optischen Schalters X10 jeweils mit einem unterschiedlichen von mehreren optischen Zirkulatoren C₁₁, C₁₂, ... C_1n verbunden. Jeder der optischen Zirkulatoren C₁₁, C₁₂, ... C_1n sendet das von dem jeweiligen Ausgangsport des Schalters X10 empfangene Licht an einen anderen der transmissiven Modulatoren TEO₁, TEO₂ ... TEO_n. Jeder transmissive Modulator TEO₁, TEO₂ ... TEO_n gibt den empfangenen Träger mit dem auf dem jeweiligen elektrischen Eingang S₁, S₂ ... S_n empfangenen Signal moduliert an einen dritten Port an dem jeweiligen optischen Zirkulator aus. Jeder optische Zirkulator C₁₁, C₂₂, ... C_n leitet den an seinem dritten Eingang empfangenen modulierten Träger weiter, zur Ausgabe an seinem ersten Port, d. h. dem Port, an welchem er den unmodulierten Träger von dem optischen Schalter X10 empfangen hat. Somit wird der modulierte Träger (wie in der Anordnung aus 7) an dem gleichen Port, der zur Ausgabe des unmodulierten Trägers genutzt wurde, in den optischen Schalter X10 zurückgekoppelt. Die Übertragung der modulierten Träger an die optische Leitung OG wird in analoger Weise wie zuvor unter Bezugnahme auf 7 beschrieben erreicht.
Wiederum können, wenn eine Lichtquelle mit einer einzigen Polarisation genutzt wird, die Zirkulatoren von einem Typ für eine einzige Polarisation sein, welcher weniger komplex ist als ein optischer Zirkulator für verschiedene Polarisationen.
Hybride Integration
In den 5 bis 8 ist die Anzahl der Bauteile relativ groß. Viele dieser Bauteile haben jedoch eine einfache Funktion, wodurch sich vorteilhafterweise die Möglichkeit der Integration ergibt. Halbleiterlaserarrays können anstatt diskreter Laser verwendet werden. Dies können DFB-Diodenlaserarrays sein, oder es könnte ein Halbleiterverstärkerarray mit einer Beugungsgitteranordnung verwendet werden, um eine WDM-Array-Quelle zu erzeugen. Ein Array aus optischen Halbleiterverstärkern (SOAs) kann zusammen mit einer Quarzglas- oder Silizium-Wellenleiteranordnung in solcher Weise zusammengebaut werden, dass eine Matrix aus Laserquellen mit externer Kavität entsteht. Die wellenlängenselektiven Reflektoren können integriert werden durch Einprägen von reflektiven Bragg-Gittern in den Wellenleiter als Brechzahländerungen, und zwar mittels Ätzen oder Elementediffusion induziert durch UV-Strahlung, was derzeit allgemein bekannte Technologien sind. Ein Array aus Faser-DFB-Lasern kann verwendet werden, wobei die Laser unter Verwendung einer Siliziumanordnung mit V-Nut als optischem Bezugspunkt ausgerichtet werden.
Eine Mehrzahl von Zirkulatoren kann auch in einem einzigen optischen Mehrkanalbauteil integriert werden, wie in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung GB 98 26 108 im Namen von Marconi Communications beschrieben ist. Wenn Faserlaser im Abstand von 250 Mikrometern zueinander angeordnet werden, könnte ein Zirkulator mit 32 Kanälen mit weniger als 1 cm Breite erzeugt werden. Ein Array aus optischen Modulatoren mit Abständen von 250 bis 1000 Mikrometern ist relativ praktikabel.
Die Konfiguration aus den 7 oder 8 kann als ein hybrid integriertes Bauelement realisiert werden, oder alternativ als ein kompaktes System, das mit Hilfe optischer Fasern und Kollimationslinsen oder optischer Freiraumstrahlen miteinander verbunden ist.
9 stellt die Funktionsweise des optischen Zirlculators C_1p dar, der zwischen den Ausgangsport p des optischen Schalters X10 und den optischen transmissiven Modulator TEO_p geschaltet ist. Der unmodulierte Träger λ_m, wird vom Port p des Schalters X10 ausgegeben und tritt durch den Zirkulator C_1p hindurch, von Port 1 zu Port 2 und dann weiter zu dem Modulator TEO_p, wo er mit dem Signal S_p von dem elektrischen Eingang moduliert wird, um den modulierten Träger (λ_m + S_p) zu bilden. Der modulierte Träger (λ_m + S_p) wird von dem Modulator TEO_p ausgegeben und wird durch den Zirkulator C_1p hindurch zurückgeführt, von Port 3 zu Port 1 desselben und zurück zu Port p des Schalters X10.
Vorteilhafterweise können Verstärker zwischen den Lichtquellen und den Modulatoren angeordnet sein, vorzugsweise nach dem Schalter, da die Dämpfungen in dem Schalter beträchtlich sein könnten. Die Verstärker könnten SOAs oder Faserverstärker oder flache Wellenleiterverstärker sein.

Claims

Optisches Kommunikationssystem, umfassend: eine oder mehrere Lichtquellen, jeweils zum Erzeugen von Licht in einem unterschiedlichen Teil des Spektrums; mehrere optische Modulatoren, jeweils zum Modulieren des durch die eine oder die mehreren Lichtquellen erzeugten Lichts mit einem Eingangssignal; einen optischen Schalter, der zwischen die eine oder die mehreren Lichtquellen und die mehreren optischen Modulatoren geschaltet ist, um das von der oder jeder Lichtquelle ausgegebene Licht zu einem unterschiedlichen ausgewählten der mehreren optischen Modulatoren zu schalten, wobei der optische Schalter zwischen die eine oder die mehreren Lichtquellen und die mehreren optischen Modulatoren geschaltet ist, um das von der oder einer der Lichtquellen ausgegebene Licht über einen ausgewählten Weg in einer ersten Richtung zu einem ausgewählten der mehreren optischen Modulatoren durchzulassen und um das von dem einen ausgewählten der mehreren optischen Modulatoren ausgegebene modulierte Licht über den ausgewählten Weg in der entgegengesetzten Richtung durchzulassen.
Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 1, das außerdem eine oder mehrere optische Wegelenkungseinrichtungen umfasst, wobei die oder jede Lichtquelle über die eine oder die mehreren optischen Wegelenkungseinrichtungen mit dem optischen Schalter verbunden ist.
Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 2, das außerdem einen optischen Multiplexer umfasst, der mehrere Eingänge aufweist, wobei das von jeweils dem oder den ausgewählten einen der mehreren optischen Modulatoren ausgegebene modulierte Licht über den optischen Schalter und die mindestens eine optische Wegelenkungseinrichtung mit einem unterschiedlichen der mehreren Eingänge des optischen Multiplexers verbunden ist.
Optisches Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die optischen Modulatoren reflektiv sind.
Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem die optischen Modulatoren transmissiv sind, wobei das System außerdem eine oder mehrere zweite optische Wegelenkungseinrichtungen umfasst, wobei jede optische Wegelenkungseinrichtung der zweiten Mehrzahl einen ersten Port zum Empfangen von Licht von der oder einer der Lichtquellen über den optischen Schalter aufweist, wobei die oder jede optische Wegelenkungseinrichtung außerdem einen zweiten Port aufweist, um das am ersten Port empfangene Licht zu einem unterschiedlichen der optischen Modulatoren weiterzuleiten, sowie einen dritten Port, um von dem jeweiligen einen der optischen Modulatoren moduliertes Licht zu empfangen, und zwar zur Weiterleitung zu dem ersten Port zur Ausgabe.
Optisches Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welchem mindestens die optischen Wegelenkungseinrichtungen oder die zweiten optischen Wegelenkungseinrichtungen einen oder mehrere optische Zirkulatoren umfassen.
Optisches Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welchem mindestens die optischen Wegelenkungseinrichtungen oder die zweiten optischen Wegelenkungseinrichtungen einen oder mehrere Polarisationsstrahlteiler umfassen.