DE69716072T2

DE69716072T2 - Abstimmbare optische einfüge-/ausblendvorrichtung

Info

Publication number: DE69716072T2
Application number: DE69716072T
Authority: DE
Inventors: Domenico Di Mola; Antonio Fincato; Maurizio Lenzi
Original assignee: STMicroelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: JP2002515134A; EP0909403B1; DE69716072D1; WO1998004954A1; EP0909403A1; US6285810B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft optische Fernmeldesysteme, die in einem Wellenlängen-Multiplex(WDM)-Modus funktionieren. Insbesondere betrifft die Erfindung eine passive Vier-Anschluss-Lichtkopplungsvorrichtung für optische Wellenlängen-Multiplex-Signale, die als Filter zum Einführen oder Abziehen (Einfügen/Ausblenden) eines optischen Trägersignals oder -kanals einer ausgewählten Wellenlänge aus einer Mehrzahl von WDM-Kanälen bestimmter Wellenlängen verwendet werden kann.
Bei der Übertragung von Informationen über ein Glasfasernetz wird die Wellenlängen-Multiplex(WDM)-Technik dazu verwendet, die Wirksamkeit des Netzsystems zu erhöhen. WDM-Signale bestehen aus einer Mehrzahl von optischen Signalen unterschiedlicher Wellenlänge und werden als Träger oder Kanäle bezeichnet, durch die Informationen über eine Faser übertragen werden können.
Die Fig. 1 zeigt einen Knoten N eines Glasfaserübertragungsnetzes mit einer Einfüge-/Ausblendvorrichtung, bei der an einem Eingangsanschluss oder -gatter eine Faser angekoppelt sein kann, die n optische Kanäle trägt, die n optischen Wellenlängen entsprechen, welche alle in einem bestimmten "Fenster" des optischen Spektrums enthalten sind, in Übereinstimmung mit welchem bekannte Glasfaser typischerweise in dem sogenannten III. Fenster und in dem Verstärkungsbereich von Erbium eine geringe Dämpfung zeigen.
Jeder Kanal kann getrennt abhängig von der Intensität des Lichts (Amplitude) gemäß einem digitalen oder einem analogen Modulationsmodus moduliert werden. Jeder Kanal ist spektral von benachbarten optischen Kanälen ausreichend weit entfernt, um eine Kreuzkanal-Störung zu verhindern.
Die Nützlichkeit einer Fähigkeit, leicht einen ausgewählten optischen Träger oder Kanal an einer bestimmten Stelle des Glasfaserübertragungsnetzes in ein WDM-Signal einzuführen und/oder davon abzuziehen, um wesentliche Kommunikationsfunktionen zwischen unterschiedlichen Stationen durchzuführen, ist offensichtlich.
Ein typisches Beispiel wird durch die Notwendigkeit dargestellt, dass ein erster Benutzer, der mit einem bestimmten Knoten des Netzes verbunden ist, Informationen an einen zweiten Benutzer übertragen will, der mit einen anderen Knoten des Netzes verbunden ist. Die erforderlichen Einfüge- /Ausblendvorrichtungen müssten normalerweise zwei Eingangsanschlüsse und zwei Ausgangsanschlüsse aufweisen, durch die gleichzeitig oder getrennt ein Signal mit einer ausgewählten Wellenlänge abgezogen/eingeführt wird.
In dem Schema der Fig. 1 wird davon ausgegangen, dass ein Signal λi vom Ausgangsanschluss d der Vorrichtung abgezogen wird und gleichzeitig durch das Eingangsanschluss b der Vorrichtung ein Signal λi eingeführt wird, so dass an dem Ausgangsanschluss c eine Mehrzahl von n Multiplex(WDM)- Signalen: 1, ... λi ... n vorhanden ist. Mit anderen Worten wird angenommen, dass das Abziehen des Kanals λi und das gleichzeitige Einfügen des Kanals λi an dem in Betracht gezogenen Knoten ein erforderlicher Vorgang ist.
Es wird davon ausgegangen, dass optische Netze der zukünftigen Generation zwei komplementäre oder verschachtelte Architekturen integrieren: die eine Art, die aus optischen Kreuzverbindungs- oder kürzer OXC-Einheiten hergestellt ist, und die andere Art, die aus Ringaufbauten besteht, die auf der Verwendung von optischen Multiplexern der Einfüge/Ausblend- Bauart (QADM) bestehen. Darüber hinaus gewinnen örtliche optische Netze (optische LAN) zunehmend an Interesse. Der Ringaufbau eines örtlichen optischen Netzes, das eine Mehrzahl von Knoten durch WDM-Kanäle tragende Fasern verbindet, beruht primär auf der Verwendung von wirksamen und preisgünstigen Einfüge-/Ausblendfiltern.
Es sind mehrere Ausführungsformen zur Realisierung eines geeigneten Filters oder bidirektionalen selektiven Kopplers, der dazu geeignet ist, Kanaleinfüge- sowie Kanalausblendfunktionen durchzuführen, vorgeschlagen worden.
Diese bekannten Ausführungsformen zur Durchführung einer selektiven Kanaleinfüge-/-ausblendfunktion ziehen gewöhnlich die Verwendung einer bestimmten Anzahl Richtkoppler (AD) und Phasenverschiebungseinrichtungen (SF), die abwechselnd in Kaskade angeschlossen sind, wie in der Fig. 2 veranschaulicht ist, in Betracht.
Insbesondere wird ein Richtkoppler mit einem Paar Wellenleitern umgesetzt, die über eine bestimmte Länge 1 parallel zueinander in einem bestimmten Trennungsabstand d (aus graphischen Gründen in der Figur nicht gezeigt) verlaufen. Der Trennungsabstand d und die Länge 1 sind so konstruiert, dass eine Übertragung von Lichtenergie von einem Leiter zum anderen bestimmt wird.
Eine Phasenverschiebungseinrichtung kann leicht mit einem Paar Wellenleitern unterschiedlicher Länge realisiert werden, die untereinander keine Energie austauschen und eine relative Phasenverschiebung eines vorbestimmten Werts in den beiden optischen Signalen (die durch jeweilige Eingangsanschlüsse eingeführt werden) einführen, wenn sie durch jeweilige Ausgangsanschlüsse der Vorrichtung ausgegeben werden.
Die Koppler (AD) sind mittels eines Optimierungsverfahrens konstruiert und unterscheiden sich gewöhnlich voneinander, während die Phasenverschiebungseinrichtungen (SF) im Hinblick auf die Tatsache, dass sie die Periodizität der Übertragungsfunktion des Filters bestimmen, in der Regel so konstruiert sind, dass sie alle im Wesentlichen miteinander identisch sind.
Das abzuziehende Signal λi wird durch die Summe der effektiven Längen 1 der einzelnen Richtkoppler ausgesondert. In der Konstruktionsstufe wird die Summe der geführten Wellenlängen-Äquivalenzlänge 1 der einzelnen Richtkoppler gleich der geführten Wellenlängen-Äquivalenz-Koppellänge L für die ausgewählte Wellenlänge λi gemacht.
Um die Funktion der einzelnen Phasenverschiebungsstufen besser zu verstehen, soll die Übertragungsfunktion der Vorrichtung der Fig. 3 näher in Betracht gezogen werden.
Wie aus der Beobachtung der Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Übertragungsfunktion nicht sinusförmig, wie die einer WDM- Vorrichtung, sondern zeigt bezüglich der Frequenz eine periodische Form, die durch das Vorhandensein eines spektralen Trennungsintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spitzen der Ansprechcharakteristik der Breite gekennzeichnet ist, die ausreicht, um alle Wellenlängen des WDM-Signals mit Ausnahme der abzuziehenden Wellenlänge zu enthalten.
Mit anderen Worten sind alle Kanäle, die nicht Gegenstand des durch die Vorrichtung ausgeführten Kanalausblendbetriebs sind, in einem im Wesentlichen ungedämpften Zustand an einem Ausgangsanschluss der Vorrichtung verfügbar, während der ausgewählte Kanal stark gedämpft ist (Sprungansprechcharakteristika, die mit einer durchgehenden Linie dargestellt sind). Eine duale Situation tritt am anderen Ausgangsanschluss auf (Kreuzansprechcharakteristika, die mit einer gestrichelten Linie dargestellt sind), wo der abzuziehende Kanal in einer im Wesentlichen nicht gedämpften Form verfügbar ist, während alle anderen (inaktivierten) Kanäle stark gedämpft sind.
Die erwähnte bekannte Vorrichtung ist vollkommen symmetrisch, so dass, wenn ein Kanal λi* durch den Anschluss b eingeführt wird, ein solcher Kanal λi am Ausgangsanschluss c zusammen mit den anderen Kanälen 1 ... n, die von einem Kanalausblendbetrieb unbeeinflusst sind, vorhanden ist. Mit anderen Worten wechselt der auszublendende oder einzuführende Kanal in Kreuzfunktion vom Anschluss a zum Anschluss d oder vom Anschluss b zum Anschluss c, während gemäß der Sprungfunktion alle anderen Kanäle (Durchgangskanäle) vom Gatter a zum Anschluss c oder vom Anschluss b zum Anschluss d wechseln.
Durch eine Modifikation der Geometrie der Phasenverschiebungsstufen, d. h. durch eine Modifikation der relativen Verzögerung der Ausbreitung, die durch die Stufen eingeführt wird, können die Ansprechcharakteristika der Vorrichtung modifiziert werden. Mit der periodischen Form der Ansprechcharakteristika der Vorrichtung ist es möglich, das Wellenlängenintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden, stark gedämpften Wellenlängen auszudehnen oder zu verkürzen. In der Praxis muss, wenn ein Ausdehnen des Intervalls gewünscht ist, die relative Verzögerung, die durch die Phasenverschiebungsstufen eingeführt wird, reduziert werden, während durch ein Vergrößern der Verzögerung das Intervall verkürzt wird.
Die Zahl der "Zellen", die die Vorrichtung bilden und als elementare Zelle die Verbindung einer Phasenverschiebungsstufe mit einem relativen Richtkoppler herstellen sollen, d. h. die Zahl der Phasenverschiebungsstufen (SF), die die Vorrichtung bilden, hat einen direkten Einfluss auf die Dämpfungscharakteristika der Vorrichtung. Genauer gesagt ist die Dämpfung in dem Intervall zwischen zwei stark gedämpften, durch die Vorrichtung erzeugten Wellenlängen gleichförmiger, je größer die Zahl der Zellen ist, die die selektive Vorrichtung bilden.
Für ein tieferes Verständnis der Funktionalität einer selektiven Vorrichtung, die dazu geeignet ist, Kannaleinfüge- und Kanalausblendfunktionen durchzuführen, kann auf den Artikel mit dem Titel: Cascaded Coupler Mach-Zehnder Channel Dropping Filters for Wavelength - Division Multiplexed Optical Systems" von M. Kuznetsov, Journal of Lightwave Technology, Bd. 12, Nr. 2, Februar 1994 Bezug genommen werden.
Zum Beispiel wird die Entwicklung eines relativ kostengünstigen optischen Filters, das dazu geeignet ist, Einfüge- /Ausblendfunktionen durchzuführen, und das mittels verfügbarer Technologien hergestellt und auf jede Wellenlänge abgestimmt werden kann, die aus einer Mehrzahl von WDM- Wellenlängen auswählbar ist, im Blickwinkel eines europäischen Entwicklungsprojekts, das als Ziel die Verwirklichung eines optischen Hochleistungs-LAN hat, als eine grundlegende Forderung angesehen.
Bei der Entwicklung eines lokalen COBNET-Netzes, wie oben erwähnt, lassen sich die Erfordernisse für optische Einfüge- /Ausblendfilter, die zum Ausrüsten für jeden. Knoten des Netzes benötigt werden, wie folgt definieren.
1) Das Einfüge-/Ausblendfilter muss einen außergewöhnlich niedrigen Durchlassverlust (Lthrough) im Hinblick auf die Tatsache aufweisen, dass dieser Verlust viele Male durch das WDM-Signal, das in dem Ring zirkuliert, aufrechterhalten wird. Das Leistungsbudget muss für den am wenigsten privilegierten Kanal der Kaskade aller Einfüge-/Ausblendfilter des LAN berechnet werden. Wie eine Systemanalyse zeigt, ist, wenn davon ausgegangen wird, dass eine typische Empfindlichkeit des Empfängers um -32 dBm liegt, der tolerierbare maximale Wert für Lthrougn ungefähr 5 dB (für einen Ring mit vier Knoten) und ungefähr 2,5 dB (für einen Ring mit acht Knoten).
2) Im Hinblick auf die Tatsache, dass die Einführungs- und Abziehverluste Ladd bzw. Ldrop nur einmal durch den ausgewählten Kanal, der den Einfüge-/Ausblendvorgängen unterworfen wird, aufrechterhalten werden, ist das Niveau dieser Verluste weniger kritisch, und sie können leicht einen Wert ähnlich dem von Lthrougn aufweisen.
3) Die Zahl der Kommunikationskanäle, die von dem System verwaltet werden können, ist typischerweise viel größer als die Zahl der WDM-Wellenlängen (zum Beispiel 32 Kommunikationskanäle können mit nur acht WDM- Trägerwellenlängen an jeder Faser des Rings verwaltet werden).
Diese Multiplex-Kommunikationskanäle können im Prinzip unterschiedliche Bit-Raten sowie unterschiedliche Format- und Leistungsniveaus aufweisen. Die WDM-Kämme am Eingang der Einfüge-/Ausblendfilter können daher heterogen sein. Deshalb werden optische Nebensprechphänomene bei diesen Systemen besonders kritisch.
Jeder Empfänger unterliegt der Wirkung von mehreren unterschiedlichen Nebensprechbeiträgen, die als von derselben Wellenlänge (Homowellenlänge) eingeordnet werden können, wenn die störenden Kanäle und die empfangenen Kanäle dieselbe optische Trägerwellenlänge haben, und in allen anderen Fällen als von unterschiedlicher Wellenlänge (Heterowellenlänge) eingestuft werden können. Das Signal-/Nebensprech-Verhältnis (SCR) bei sogenannten "unteren" (LE) Empfängern und bei sogenannten "oberen" (HE) Empfängern, die auf der Grundlage von Nebensprechisolierungskoeffizienten der Einfüge- /Ausblendfilter: Xbar und Xcross beurteilt wurden, zeigt, dass der schädlichste Beitrag dem Nebensprechen derselben Wellenlänge zugeordnet werden kann, wie der, der durch einen Hochleistungskanal erzeugt wird, der gerade an dem Kanal mit abzuziehender identischer Wellenlänge eingeführt wurde.
Der große Unterschied zwischen jeweiligen Leistungen störender Kanäle und der großen Zahl von Stationen, in denen Nebensprechphänomene bei bestimmten Übertragungssystemen auftreten können, kann ungeachtet eines offensichtlich annehmbaren Nebensprechkoeffizinenten eines einzelnen Einfüge-/Ausblendfilters das SCR-Verhältnis des Systems signifikant absenken.
Außergewöhnlich strenge Anforderungen werden daher an die Konstruktionsspezifikationen von Einfüge- /Ausblendfiltern gestellt, um sicherzustellen, dass ihr spektrales Ansprechen einen Xbar-Koeffizienten (wichtig für Homowellenlängen-Nebensprechen) von weniger als -25 dB und einen Xcross-Koeffizienten von weniger als -20 db garantiert.
4) Demgegenüber schreiben Kostenerwägungen dieser örtlichen Übertragungssysteme es vor, auf die Verwendung von speziell zugeschnittenen Wellenlängenstabiliserungssystemen zu verzichten. Daher muss der sogenannte freie Spektralbereich oder kurz FSR jedes Filters außergewöhnlich genau sein, und die Nebensprechisolierungskoeffizienten Xbar und Xcross müssen in den festgelegten Grenzen für einen relativ breiten Spektralbereich (> 50 GHz) bleiben.
Daher besteht das technische Problem in der Herstellung einer Einfüge-/Ausblendvorrichtung (Filter), die während des Betriebs abgestimmt werden kann, d. h. es erlaubt, die Vorrichtung auf jeden der optischen WDM-Kanäle abzustimmen, damit an jedem Knoten von jedem der Kanäle: λ1 ... λn abgezogen/eingeführt werden kann, d. h. ein ausgewählter abzuziehender λi und/oder einzuführender λi Kanal.

Überblick und Erörterung des Standes der Technik

Im Prinzip haben bekannte optische Multiplex- und Demultiplex-Filter eine Architektur, die Optimierungsabstimmungen ihrer Leistung (Trimmen) bezüglich der Selektivität und Leistungsverluste erlaubt, wobei aber ihre Konfiguration im Wesentlichen nicht modifiziert werden kann. Mit anderen Worten bleibt, wenn einmal eine bestimmte Verbindungskonfiguration der Fasern zu den jeweiligen Ausgängen eingerichtet ist, die Entsprechung zwischen einem bestimmten Kanal und einer Faser fest oder kann nur durch Änderung der Verbindungen modifiziert werden.
Es sind Trimm-Techniken der Ansprechcharakteristika von optischen Multiplex- und Demultiplexfiltern vorgeschlagen worden, um "Verstärkungsangleichungs"-Filter, die mit Faserverstärkern zu verbinden sind, zu realisieren, und eine solche Technik wird in dem Artikel: "Waveguide EDFA in equalization filter" von Y. P. Li, C. H. Henry, E. J. Laskowski, C. Y. Mak und H. H. Yaffe, Electronics Letters, 9, November 1995, Bd. 31, Nr. 23 beschrieben.
Nach der in dem oben angeführten Artikel beschriebenen Technik beruht der Aufbau eines Filters mit einem Durchlassbereich von ungefähr 30 nm auf einer Fourier-Entwicklung, wobei von Übertragungsmatritzen eines idealen Richtkopplers und einer idealen Phasenverschiebungseinrichtung ausgegangen wird. Die Durchführung einer verkürzten Fourier-Reihe erfolgt unter der Annahme, dass das Filter unter Verwendung einer Anzahl k von Phasenverschiebungsstufen und einer Anzahl k - 1 von Richtkopplern, die abwechselnd in Kaskade angeordnet sind, realisiert wird, indem die einzelnen Richtkoppler an der Basis der Koeffizienten der Glieder der Fourier- Entwicklungsreihen definiert sind. Um das gewünschte Filter zu synthetisieren, werden die wirksamen Längen der Richtkoppler und die durch die Phasenverschiebungsstufen eingeführten Verzögerungen optimiert, um eine verkürzte Reihe zu erhalten, die der gewünschten Ansprechcharakteristik des Filters am nächsten kommt. Das Ergebnis dieses Synthetitisierungsverfahrens eines optischen Filters ist in der Fig. 2 des oben angeführten Artikels veranschaulicht. Wie beobachtet werden kann, zeigt die Kreuzansprechcharakteristik als unausweichliche Konsequenz der Verkürzung der Fourier- Entwicklungsreihe eine große Welligkeit, d. h. eine deutliche Änderung der Dämpfung.
Andererseits ist es offensichtlich, dass die Erwägungen bezüglich der Kosten und Leistungsverluste es nahe legen, die Gesamtzahl der Zellen, d. h. der Phasenverschiebungsstufen, die für das Realisieren des Filters verwendet werden, zu begrenzen.
Neben den Trimmvorrichtungen, die sie schließlich integrieren, oder den Definitionsvorgängen der relativen Durchlassbereiche bleiben die bekannten optischen Filter selektive Aufbauten, deren spektrale Ansprechcharakteristika im Wesentlichen festgelegt sind.
Um diesen Mangel an Flexibilität von optischen Filtern zu überwinden und sie für Einfüge-/Ausblendfunktionen geeignet zu machen, ist die Verwendung eines akustisch-optischen Filters vorgeschlagen worden, die es erlaubt, das Filter an einem ausgewählten Kanal eines optischen WDM-Signals abzustimmen. Eine solche Lösung ist in dem Artikel "Acousto-optics Tunable Filters in Narrowband WDM Networks; System Issues and Network Applications" von K. W. Cheung, Journal of Selected Areas in Communications, Bd. 8, Nr. 6, Seite 1015-1025 (August 1990) beschrieben.
Das Abstimmen wird durch akustisch-optische Mittel durchgeführt, und deshalb erfordert das System eine Quelle abstimmbarer akustischer Wellen mit hoher Genauigkeit.
Eine andere Lösung des Problems wird in dem US-Patent Nr. 5 488 500 von Bernard Glance, veröffentlicht am 30. Januar 1996 und in dem Artikel desselben Autors: "Wavelength- Tunable Add/Drop Optical Filter", IEEE Photonics Technology Letters, Bd. 8, Nr. 2, Februar 1996 beschrieben.
Gemäß diesem Ansatz beruht ein bidirektionaler Filter für den Einfüge-/Ausblend-Betrieb auf der in der Fig. 4 des oben angeführten Artikels veranschaulichten Architektur, die folgendes umfasst:
- eine erste Anordnung von optischen Schaltern, die durch die Anmerkung "1 · N optischer Schalter" identifiziert wird;
- ein erster Wellenlängengitterumleiter (WGR), der durch die Anmerkung "N · N WGR" identifiziert wird, mit einem Ausgang, dem der abzuziehende Kanal (ausgeblendete Kanal) entspricht;
- ein zweiter Wellenlängengitterumleiter (WGR) mit einem Eingang, durch den der einzuführende Kanal (eingefügter Kanal) eingeführt wird;
- eine zweite Anordnung optischer Schalter.
Bei dem vorliegenden Stand der Technik sind optische Schalter durch die Verwendung von mechanischen Vorrichtungen durchzuführen, und daher sind die beiden notwendigen Anordnungen optischer Schalter relativ lästig und teuer. Darüber hinaus kann jede der beiden erforderlichen WGR-Vorrichtungen auch als eine WDM-Anordnung angesehen werden, und daher ist eine Gesamtsystemkomplexität nicht unerheblich.
Der Oberbegriff des Anspruchs 1 weist alle Merkmale auf, die in einer Offenbarung von KYO INQUE ET AL.: "TUNABLE GAIN EQUALIZATION USING A MACH-ZEHNDER OPTICAL FILTER IN MULTISTAGE FIBER AMPLIFIERS" IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Bd. 3, Nr. 8, 1. August 1991, Seite 718-720 XP000223738 enthalten ist.

Aufgaben der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine abstimmbare Einfüge-/Ausblendvorrichtung zu realisieren, die frei von den oben beschriebenen Nachteilen und Begrenzungen mit Bezug auf die bekannten Vorrichtungen ist. Eine besondere Aufgabe ist es, eine Vorrichtung durchzuführen, die im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen weniger komplex ist und weniger kostet.
Eine weitere Aufgabe ist es, die kritische Komponente bezüglich der Konstruktion und Herstellung eines Einfüge- /Ausblendfilters zu verringern, indem eine Vorrichtung mit einer außergewöhnlich flachen Kreuzansprechcharakteristik zur Verfügung gestellt wird, die aufgrund einer unausweichlichen Verkürzung der Fourier-Entwicklungsreihe bei der Konstruktion der Vorrichtung als eine endliche Anzahl von Stufen im Wesentlichen frei von "Welligkeiten" ist.
Die Konstruktionserfordernisse des Systems legen nahe, dass solche passiven optischen Vorrichtungen einen FWHM, der im Vergleich zum freien spektralen Bereich (FSR) ausreichend breit ist, typischerweise einen FWHM von mindestens 3-5 nm für einen FSR von 12,8 nm aufweisen und dass sie gleichzeitig zugänglich sind, um die unausweichliche Herstellungsausbreitung der Konstruktionsparameter zu kompensieren, die ansonsten ernstlich die Homowellenlängen-Nebensprechcharakteristik des äquivalenten mitschwingenden Kopplers beeinflussen würden. Die Vorrichtung der Erfindung erfüllt auch diese wichtigen Anforderungen.

Kurzfassung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft eine abstimmbare Einfüge-/Ausblendvorrichtung für Wellenlängen- Multiplex(WDM)-Signale, die eine Mehrzahl von Richtkopplern umfasst, die abwechselnd mit einer Mehrzahl von Phasenverschiebungsstufen in Kaskade geschaltet sind, wobei jede durch zwei optische Wege unterschiedlicher Länge realisiert ist.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist durch die Tatsache charakterisiert, dass sie Mittel zum Modifizieren des Brechungsindex des optischen Mediums hat, mit dem eine der beiden optischen Wege jeder Phasenverschiebungsstufe gebildet ist, um so eine entsprechend identische Variation der Phasenverschiebung zu bestimmen, die durch jede Phasenverschiebungsstufe der Kaskade eingeführt wird.
Eine solche Variation des wirksamen optischen Wegunterschieds bestimmt eine Verschiebung der Ansprechcharakteristik der Vorrichtung, indem sie sie an der ausgewählten Wellenlänge des abzuziehenden (oder einzuführenden) Kanals aus der Mehrzahl von Kanälen des über das optische Netz übertragenen WDM-Signals ausrichtet.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Abstimmbarkeit des Filters durch eine thermooptische Wirkung erreicht.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird die Abstimmbarkeit durch eine elektrooptische Wirkung erzielt.
Daher legt die Erfindung die Ausnutzung einer thermooptischen und/oder elektrooptischen Wirkung zum Einführen eines zusätzlichen Phasenverschiebungswerts über jede Vorrichtungsphasenverschiebungsstufe eines auswählbaren Werts nahe, indem das Filter zum Durchführen eines gewünschten Kanalausblend- und Kanaleinfügebetriebs auf die interessierende Wellenlänge abgestimmt wird.
Die Abstimmsteuerung kann entweder in einem Offenen- Schleifen-Modus oder in einem Geschlossener-Schleifen-Modus realisiert werden, je nach den intrinsischen Stabilitätscharakteristika der Abstimmschaltungen.
Jedes abstimmbare Filter der Erfindung kann beispielsweise am Ende seines Herstellungsverfahrens getestet werden, um seine Vorspannungscharakteristika, aus denen genaue Vorspannungswerte abgeleitet werden können, eindeutig zu ermitteln und so ein genaues Abstimmen des Filters an einer jeweiligen Wellenlänge oder einem jeweiligen Kanal sicherzustellen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Abstimmen des Filters der Erfindung automatisch durch eine zweckgebundene Steuerschleife optimiert werden, vorzugsweise durch Ausnutzen einer zweckgebundenen Niedrigfrequenzmodulation des optischen WDM-Signals, das demoduliert und ähnlich wie die anderen Informationen, die Modulationssignale der optischen Trägersignale enthalten, ermittelt werden kann. Das Ermitteln des niederfrequenten Modulationssignals erzeugt schließlich ein DC-Signal, das dazu verwendet werden kann, die nominale Vorspannung bezüglich des ausgewählten Kanals (entweder thermooptische oder elektrooptische Vorspannung) für die Abstimmelemente zu erhöhen oder zu verringern, um optimale Abstimmbedingungen zu erreichen und aufrechtzuerhalten.
Die Vorrichtung der Erfindung kann leicht gemäß einer sogenannten "Glas-auf-Silizium"-Technik hergestellt werden, die eine relativ einfache und genaue Realisierung der Abstimmelemente erlaubt. Im Falle eines thermooptischne Abstimmsystems kann die maximale Abstimmverzögerung (d. h. die Zeit, die notwendig ist, um die Spitze der Ansprechcharakteristik des Filters von einer spektralen Stellung, die auf einer ersten Wellenlänge des WDM-Signals zentriert ist, zu einer Position, die bezüglich der spektralen Entfernung von der ersten Wellenlänge auf der am weitesten entfernten zentriert ist) in der Größenordnung von einer oder mehreren Mikrosekunden liegen. Eine solche Abstimmzeit ist mit den Systemanforderungen für die Einfüge-Ausblendvorrichtungen durchaus kompatibel.
Durch Ausnutzen einer elektrooptischen Wirkung anstatt einer thermooptischen können sogar kürzere Abstimmzeiten erreicht werden. Eine solche alternative Ausführungsform erfordert die Verwendung von bestimmten Materialien, wie beispielsweise Lithiumniobat oder organischen Polymeren, für die Wellenleiter oder für deren Abschnitt, auf die die Abstimmsteuerung durch elektrooptische Wirkung ausgeübt wird.
Die wesentlichen Aspekte und Charakteristika der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung mehrerer wichtiger Ausführungsformen, die hier nur aus veranschaulichenden und nicht beschränkenden Gründen angeführt sind, und durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen leichter verständlich, worin:
Fig. 1, wie bereits oben ausgeführt, einen Knoten N eines Glasfaser-Übertragungsnetzes zeigt;
Fig. 2, wie bereits oben ausgeführt, die allgemeine Architektur einer bekannten Einfüge-/Ausblendvorrichtung zeigt;
Fig. 3, wie bereits oben ausgeführt, die Ansprechcharakteristik der Vorrichtung der Fig. 2 zeigt;
Fig. 4 eine abstimmbare Einfüge-/Ausblendvorrichtung gemäß einer bekannten Architektur zeigt;
Fig. 5 das Grundschema eines abstimmbaren optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 schematisch den Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung als Kanalausblendvorrichtung in einem Empfänger zeigt;
Fig. 7 schematisch den Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung als Kanaleinfügevorrichtung in einem Sender zeigt;
Fig. 8 eine Teilschnittansicht der Vorrichtung nach der Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform ist;
Fig. 9 eine Teilschnittansicht der Vorrichtung nach der Erfindung gemäß einer alternativen Ausführungsform zeigt;
Fig. 10 ein Funktionsdiagramm einer Vorrichtung nach der Erfindung ist, die mit einer automatischen Abstimmsteuerung ausgerüstet ist;
Fig. 11 ein Funktionsdiagramm einer typischen Einfüge- /Ausblendvorrichtung ist, die auf dem Prinzip eines Resonanzkopplers beruht, der gemäß der vorliegenden Erfindung realisiert sein kann;
Fig. 12 ein Funktionsdiagramm einer einzelnen Zelle der abstimmbaren Vorrichtung nach der Erfindung ist;
Fig. 13 ein Entwurf einer Fünf-Zellen-Vorrichtung nach der Erfindung ist;
Fig. 14 die Kreuzansprechcharakteristik einer Vorrichtung nach der Erfindung zeigt;
Fig. 15 die Kreuzansprechcharakteristik bei 3 dB der Vorrichtung zeigt;
Fig. 16 einen Vergleich zwischen der entworfenen Sprungcharakteristik und der gemessenen zeigt;
Fig. 17 einen Vergleich zwischen der entworfenen 3 dB Kreuzcharakteristik und der gemessenen zeigt;
Fig. 18 die Verschiebung der Ansprechcharakteristika entlang der durch die thermooptische Wirkung erhaltenen Wellenlängenachse zeigt;
Fig. 19 den schematischen Entwurf einer modularen Einfüge- /Ausblendvorrichtung "1-aus-8" zeigt, die aus zwei abstimmbaren Vorrichtungen nach der Erfindung, die funktionsfähig in einer Schleife verbunden sind, gebildet ist;
Fig. 20 und 21 einen schematischen Entwurf einer modularen "2-aus-8"-Einfüge-/Ausblendvorrichtung zeigt, die aus der "1-aus-8"-Vorrichtung der Fig. 19 durch Hinzufügen eines Richtkopplers 2 : 1 abgeleitet ist.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen

Die Fig. 5 zeigt die Einfüge-/Ausblendvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die aus einer Kaskade einer abwechselnden Reihe von Richtkopplern AD und Phasenverschiebungsstufen SF gebildet ist.
Die Fig. 5 zeigt Abstimmelemente 5 (in elektrischer paralleler Anordnung), die es vorzugsweise durch eine thermooptische Wirkung erlauben, die Einfüge-/Ausblendvorrichtung an einem ausgewählten abzuziehenden (λi) und einzuführenden (λi*) Kanal abzustimmen.
Wie in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Fig. 8 noch deutlicher wird, können die Abstimmelemente aus einer Mehrzahl von Heizeinrichtungen oder Heizstreifen bestehen, die sich in der Nähe von einem der beiden optischen Stützen befinden, die jede Phasenverschiebungsstufe SF ausführen, um eine zusätzliche Verzögerung zu der Verzögerung der Ausbreitung (Phasenverschiebung) einzuführen, die durch die Geometrie der Phasenverschiebungsstufe eingeführt wird.
Insbesondere wird eine zusätzliche Verzögerung oder Phasenverschiebung in jeder die Vorrichtung bildenden Phasenverschiebungsstufe eingeführt, indem der Brechungsindex des Mediums, mit dem eine der beiden optischen, die Phasenverschiebungsstufe bildenden Stützen (Wege) gebildet wird, moduliert wird. In der Praxis kann ein optischer Lichtwellenleiter erwärmt werden, um so seinen Brechungsindex lokal zu verändern. Alternativ kann durch Herstellen der Lichtwellenleiter mit einem geeigneten Material, wie beispielsweise einem Polymer oder Lithiumniobat, der Brechungsindex durch örtliches Anlegen eines elektrischen Felds an dem Wellenleiter unter Verwendung von nebeneinander angeordneten Elektroden modifiziert werden.
Der Brechungsindex wird örtlich an einem Abschnitt des Lichtwellenleiters modifiziert, um so den Unterschied des optischen Wegs auf den beiden optischen Stützen (Lichtwellenleitern) zu ändern, mit denen eine Phasenverschiebungsstufe gebildet ist, nämlich:
ΔLoptical = ΔLgeometric·ηeffective
worin ηeffective den Brechungsindex des lichtdurchlässigen Mediums darstellt. Mit anderen Worten:
ΔLoptical = L&sub2;·ηeff2 - L&sub1;·ηeff1
worin L&sub1; und L&sub2; die Länge der optischen Stütze des Arms 1 bzw. des Arms 2 der Phasenverschiebungsstufe sind und ηeff1 und ηeff2 den wirksamen Brechungsindex des Mediums der beiden optischen Stützen, die jede Phasenverschiebungsstufe bilden, darstellen.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Erfindung eine Modifikation des wirksamen Brechungsindex des Mediums nahelegt, das nur von einer der beiden optischen Stützen (Wege) durch Ausnutzen einer thermooptischen Wirkung oder einer elektrooptischen Wirkung geschnitten wird, wird deutlich, dass gemäß der Erfindung eine zusätzliche Phasenverzögerung eines vorbestimmten Werts in nur einem optischen Weg der beiden Wege jeder Phasenverschiebungsstufe eingeführt wird.
Mit anderen Worten legt die Erfindung nahe, dass zusätzlich zu der Wirkung des geometrischen Unterschieds zwischen den jeweiligen Längen der optischen Wege, der für eine Einfüge- /Ausblendvorrichtung der fraglichen Bauart geeignet ist, durch Modifizieren des wirksamen Brechungsindex des Mediums, das von nur einem der beiden optischen Wege der Phasenverschiebungsstufe geschnitten wird, eine weitere Phasenverschiebung eingeführt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Modifikation des wirksamen Brechungsindex mittels einer thermooptischen Wirkung geleistet, und zu diesem Zweck ist einem der beiden Lichtwellenleiter, die jede Phasenverschiebungsstufe bilden, eine Heizeinrichtung oder ein Heizstreifen zugeordnet.
Diese Heizeinrichtungen können in einem Spannungs- oder in einem Strommodus betrieben werden, und sie können durch geeignete Zuführungsdrähte, die mit den Metallstreifen "integriert" in der Vorrichtung verbunden sein können, elektrisch parallel oder in Reihe miteinander und entweder mit einem gesteuerten Spannungsgenerator oder einem gesteuerten Stromgenerator geschaltet werden.
Mit Mustern versehene dünne Schichten aus Chrom, Nickel- Chrom-Legierungen oder einem äquivalenten metallischen Material, die durch chemisches Aufdampfen oder durch Sputtern abgeschieden und durch einen Maskierungs- und Ätzschritt mit einem Muster versehen werden können, können zufriedenstellend zum Realisieren der Abstimmelemente verwendet werden.
Integrierte Heizeinrichtungen können in Form von mit Mustern versehenen Streifen eines Widerstandsmetalls mit einer Breite in der Größenordnung von 10 bis 100 um, einer Länge von ungefähr 2-3 mm und einer Dicke von mehreren hundert nm vorliegen.
Die Funktion einer abstimmbaren Vorrichtung nach der Erfindung der Fig. 5, die als eine Kanalausblendeinrichtung von einem WDM-Signal fungiert, das durch den optischen Anschluss P&sub0; geführt wird, ist schematisch in einem abgestimmten Zustand in der Fig. 6 veranschaulicht, die die Ansprechspitze (Resonanzspitze) zeigt, der auf der ausgewählten Wellenlänge λi zentriert ist. Der ausgewählte Kanal, der der Wellenlänge λ&sub1; entspricht, ist am optischen Anschluss P&sub2; verfügbar, während alle anderen inaktivierten Kanäle des WDM-Signals an dem optischen Anschluss P&sub1; der Vorrichtung zur Verfügung stehen.
Ein doppelter Betriebszustand derselben Vorrichtung, d. h. als Kanaleinfügeeinrichtung zum Einführen eines Kanals der Wellenlänge λi* in ein WDM-Signal, das durch den optischen Anschluss P&sub0; der Vorrichtung eingeführt wird, ist in der Fig. 7 gezeigt. Das Signal λi*, das durch den optischen Anschluss P&sub3; der Vorrichtung eingeführt wird, vergrößert die Mehrzahl von WDM-Kanälen, die durch den Eingang P&sub0; eingeführt wird, und die gesamten Kanäle sind an dem Ausgangsanschluss P&sub1; der Vorrichtung verfügbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die in der Fig. 8 veranschaulicht ist, kann die Vorrichtung in integrierter Form gemäß einer sogenannten Glas-auf-Silizium-Technik oder durch äquivalente Herstellungsverfahren integrierter optischer Vorrichtungen hergestellt werden. Die Abstimmbarkeit des Einfüge-/Ausblendfilters nach der Erfindung wird vorzugsweise durch einen thermooptischen Mechanismus realisiert.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform können die Abstimmelemente (die in der Fig. 8 in elektrischer Reihe angeordnet sind) mit Mustern versehene Streifen eines Metallisierungsationsfilms sein, der in der Figur mit der Anmerkung "Heizstreifen" gezeigt ist, der photolithographisch an der Oberfläche des oberen dielektrischen Mantelmaterials begrenzt ist, das über einen Abschnitt eines der beiden optischen Wege vorsteht.
Die Bemusterung eines metallischen Heizstreifens kann so erfolgen, dass ein Profil reproduziert wird, das im Wesentlichen einer geometrischen Projektion des geraden Arms der Wellenleiterabschnitte (oder alternativ des gekrümmten Arms der Abschnitte) der verschiedenen Phasenverschiebungsstufen in Kaskade entspricht, um so thermische Trägheitswirkungen zu minimieren.
Durch die durchgehende Metalllinie kann ein Strom mit einem Niveau, das geeignet ist, um ein Anstiegen der Temperatur auf einen bestimmten Wert zu provozieren, in einer genau gesteuerten Art forciert werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform, die auf der Ausnutzung einer thermooptischen Wirkung beruht, wird nur ein Heizstreifen verwendet. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird eine Peltier-Zelle an der gegenüberliegenden Fläche der Vorrichtung neben jedem Heizstreifen angebracht. Gemäß dieser alternativen Ausführungsform wird die Leistung bezüglich einer wirksameren Wärmeabführung und von effektiveren Abstimmzeiten der Vorrichtung verbessert.
Durch Verwenden einer Peltier-Zelle (in den Figuren nicht dargestellt) an der Fläche der Vorrichtung, die gegenüber derjenigen liegt, an der sich die Heizvorrichtung befindet, ist es möglich, die beheizte Zone in der Nähe des Abschnitts des zu erwärmenden Wellenleiters genauer einzugrenzen, indem eine "lokale" Wärmeabführung sichergestellt wird, um so ein unerwünschtes Ausbreiten von der Heizeinrichtung zu anderen Abschnitten des Wellenleiters, die nicht erwärmt werden sollten, zu verhindern.
Wenn man sich in Erinnerung ruft, dass das Abstimmen auf dem Einführen einer versetzenden Verzögerung an nur einem der beiden optischen Wege, die die Phasenverschiebungsstufe bilden, beruht, dann darf das Heizen nur einen der beiden Lichtwellenleiter betreffen.
Die Verwendung von Peltier-Zellen erleichtert daher die Steuerung der thermischen Vorspannung und Optimierung von Abstimmgeschwindigkeit und -stabilität.
Jede hergestellte Vorrichtung besitzt eine intrinsische thermische Charakteristik, von der die Betriebstemperatur, die einer gegebenen Resonanzfrequenz entspricht, abgeleitet werden kann. Ein geeigneter Vorspannungsstrom, der dazu in der Lage ist, durch die Joule-Wirkung das Erwärmen des Wellenleiters auf die richtige Abstimmtemperatur des Filters für jede gegebene Wellenlänge zu bewirken, kann daher leicht eingerichtet werden. Einfache Regulierungssysteme des Vorspannungssignals, zum Beispiel in der Form eines Stroms, der durch die verschiedenen Heizelemente in Reihe (oder parallel) hindurchgeleitet wird, die in einem Offenen- Schleifen-Modus oder einem Geschlossenen-Schleifen-Modus funktionieren, sind leicht durchführbar, und sie können sicherstellen, dass die richtige Abstimmtemperatur für jede ausgewählte Wellenlänge aufrechterhalten wird. Da diese Temperatursteuersysteme jedem Techniker mit üblicher Kenntnis von elektronischen Steuerschaltungen bekannt ist, wurde eine Wiederholung der Beschreibung der vielen Formen, die diese Schaltungen annehmen können, für ein vollständiges Verständnis der Erfindung und der Art, in der sie durchgeführt werden kann, nicht für notwendig gehalten nicht für notwendig gehalten. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann anstatt einer thermooptischen Wirkung eine elektrooptische Wirkung zum Abstimmen des Filters an einer ausgewählten Wellenlänge durchgeführt werden.
Diese alternative Ausführungsform ist schematisch in der Fig. 9 veranschaulicht und erfordert die Realisierung von beiden optischen Wegen oder zumindest dem optischen Weg, dessen Brechungsindex zum Einführen der erforderlichen zusätzlichen Phasenverschiebung mit einem geeigneten Polymer oder mit Lithiumniobat modifiziert werden muss.
Gemäß dieser alternativen Ausführungsform ist das Abstimmelement ein Kondensator, von dem eine Platte auf ähnliche Weise wie ein Heizstreifen mit einem Muster versehen werden kann. Die Gegenplatte des Kondensators ist vorzugsweise allen Elementen gemeinsam und aus einer durchgehenden Metallisierungsschicht gebildet, die an der hinteren oder Bodenfläche der integrierten Vorrichtung angeformt ist.
Ungeachtet des ausgenutzten Mechanismus dient der abstimmbare Filter der Erfindung dazu, ein automatisches Abstimmsystem auszuführen.
Demgemäß könnte jeder Kanal- oder Trägerwellenlänge des WDM- Signals neben der Modulation mit Informationen tragenden Signalen eine spezielle Niederfrequenzmodulation verliehen werden oder einfacher kann dem WDM-Signal eine Tiefpegel- und Niederfrequenzmodulation durch das Filter selbst verliehen werden.
Ein zweckgebundenes niederfrequentes Modulationssignal, wie es in einem Empfänger erfasst wird, kann ein DC-Niveau vorsehen, das für das Niveau des demodulierten und erfassten niederfrequenten Modulationssignals typisch ist, das von einer geeigneten Abstimmsteuerschleife verwendet werden kann, um die optimale Abstimmung des Filters an dem ausgewählten Kanal (λi) aufrechtzuerhalten.
Jede bekannte Abstimmoptimierungsschaltung, die an die besonderen Anforderungen des Einfüge-/Ausblendfilters nach der Erfindung angepasst ist, kann dazu verwendet werden, ein automatisches Funktionieren des abstimmbaren Filters nach der Erfindung zu realisieren.
Ein vereinfachtes Blockschaltbild eines abstimmbaren Einfüge-/Ausblendfilters mit einem wirksamen Abstimmsteuersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der Fig. 10 dargestellt.
Das Abstimmsteuersystem mit geschlossener Schleife, das in der Figur veranschaulicht ist, nutzt den abstimmbaren Filter selbst aus, um eine Tiefpegel-Niederfrequenzmodulation an dem WDM-Signal durch eine sogenannte "Zitter"-Technik einzuführen.
Gemäß der gezeigten Ausführungsform soll das abstimmbare Filter, das durch die Kette von abwechselnd angeordneten Phasenverschiebung MZI und Richtkopplern dargestellt ist, auf einen ausgewählten Kanal λi abstimmbar sein, indem ein bestimmter Strom (d. h. mit bekanntem Nennniveau) durch die Heizeinrichtungen S hindurchgeleitet wird, die sich neben dem geraden Arm des Wellenleiters der MZI-Stufen befinden, wie schematisch in der Figur gezeigt ist.
Gemäß dieser Ausführungsform kann der ausgewählte Kanal λi, der durch den Ausblendanschluss des Filters abgezogen wird, durch einen üblichen Verteiler 5 : 95 aufgeteilt werden, um einen kleinen Anteil der Lichtkraft des Kanals abzuleiten, während der Hauptteil (95%) auf eine normale optische/elektronische Umwandlungsschaltung des optischen Empfängers O_Rc gerichtet ist. Eine schließlich modifizierte Information kann wieder an demselben Kanal λi* durch den Einfügeanschluss des Einfüge-/Ausblendfilters in das WDM- Signal eingeführt werden. Der abgeleitete Anteil (≤ 5%) wird auch in ein elektrisches Signal umgewandelt, wie schematisch in der Figur durch das Photodiodensymbol dargestellt ist, mit dessen Ausgang ein erstes Filter F1 verbunden ist.
Periodisch und für eine kurze Zeit wird zu dem Nennvorspanngleichstrom, der durch einen zweckgebundenen Vorspannungsgenerator BS erzeugt wird, an dem Knoten SM ein sinusförmiger Strom einer fraktionären Amplitude addiert (im Vergleich zu dem Niveau des Vorspanngleichstroms, der durch den Vorspannungsgenerator erzeugt wird), der durch einen "Zitter"- Generator D_G erzeugt wird. Die Frequenz des sinusförmigen Stroms kann im allgemeinen gleich oder niedriger als 2 kHz sein und abhängig von den thermischen Trägheitscharakteristika der Heizanordnung der geraden Wellenleiterabschnitte der verschiedenen MZI-Phasenverschiebungsstufen des Filters ausgewählt sein. Diese Frequenz kann so niedrig wie 100-200 Hz liegen.
Die Überlagerung eines sinusförmigen Stroms an dem Vorspannungsgleichstrom erzeugt ein abwechselndes Verschieben des Betriebspunkts des Filters in der Nachbarschaft der ausgewählten Wellenlänge (optischer Kanal), an den das Filter perfekt abgestimmt sein sollte. Dieses niederfrequente abwechselnde Verschieben (mit relativ kleiner Amplitude bezüglich der Frequenz) des Betriebspunkts des Filters führt eine entsprechende niederfrequente Amplitudenmodulation an dem durch das Filter hindurchgehenden WDM-Signal ein. Eine solche Niederfrequenzmodulation ist auch an dem ausgeblendeten Kanal (λl) vorhanden. Während die Niederfrequenzmodulation die Demodulation und Erfassung der die Information tragenden Signale (mit allgemein viel höherer Frequenz) in der optischen Empfängerschaltung nicht wesentlich stört, wird dieses niederfrequente modulierende sinusförmige Signal (bezüglich des Phasenunterschieds) mit dem ursprünglichen sinusförmigen Signal verglichen, das durch den Zittergenerator erzeugt wird, und das resultierenden Fehler(Phasen)-Signal, das vorzugsweise durch ein Durchlassbereichsfilter F&sub2; gefiltert wird und in geeigneter Weise gepuffert ist, wie in dem Schema veranschaulicht, wird an dem Summierknoten SM eingeführt. Gemäß einer solchen Zittertechnik erzeugt die Phase des rekonstruierten sinusförmigen Signals, die mittels einer Einheit CF mit der Phase des ursprünglichen sinusförmigen Signals verglichen wird, das an dem Summierknoten SM durch den Zittergenerator eingeführt wird, mittels eines weiteren Filters F2 und eines Verstärkers A eine Information, die für den eigentlichen Betriebspunkt des abstimmbaren optischen Filters und daher schließlich für den Notwendigkeit typisch ist, den Vorspannungsstrom, der mittels einer Einheit BS erzeugt wird, zu erhöhen oder zu reduzieren, um die Resonanzspitze des optischen Filters in Richtung auf eine niedrigere Wellenlänge oder eine höhere Wellenlänge zu verschieben. Die abstimmende Steuerschleifenschaltung (in der Figur nicht gezeigt) kann so sein, dass sie das Phasenfehlersignal durch geeignetes Erhöhen und Reduzieren des eigentlichen Vorspannungsstroms auf die abstimmenden Heizeinrichtungen S für den ausgewählten Kanal annulliert.
Diese Zitterart der Feinabstimmanpassung kann periodisch durchgeführt werden, um die Abstimmung automatisch zu prüfen und zu trimmen und so langfristige Drifts der vorher eingerichteten Abstimmbedingungen des Filters zu kompensieren.
Daher kann die Feinabstimmintervention periodisch und von kurzer Dauer sein, so dass die Niederfrequenzmodulation, die dem WDM-Signal absichtlich verliehen wird, vorübergehend ist und die Übertragung von Informationen durch das optische Netz nicht wesentlich beeinflusst.

Definition der Konstruktionsparameter des abstimmbaren Filters nach der Erfindung

Die Definition der drei wesentlichen Konstruktionsparameter einer statischen selektiven Vorrichtung, die in der Fig. 11 schematisch dargestellt ist, erfolgt unter der Annahme, dass jede Zelle der Vorrichtung aus einer Phasenverschiebungsstufe SF und einem Richtkoppler AD gebildet ist, wie in der Fig. 12 gezeigt ist, und dass daher das gesamte Filter durch eine Kette von k Phasenverschiebungsstufen SF gebildet ist (typischerweise Interferometer, die auf dem Mach-Zehnder- Prinzip oder MZI-Stufen berühen), die durch eine Anzahl k + 1 von optischen Richtkopplern AD miteinander verbunden sind.
Die Phasenverschiebung aufgrund der thermooptischen Wirkung an dem geraden Teil der beiden ungleichen Arme einer Phasenverschiebungsstufe, die zum Beispiel durch Verwendung eines in einem Stommodus betriebenen Heizstreifens der Länge ln eingeleitet wird, kann in der Matrixformulierung enthalten sein:
worin Θ' der Koppelwinkel ist und Φ + φ' die Phasenverschiebung aufgrund der ungleichen Armlängen jeder MZI-Stufe SF der Kette ist.
Δ(T) stellt die Phasenverschiebungsverteilung dar, die von der durch die Heizeinrichtung ln der Fig. 12 gesteuerten Temperatur abhängt.
Für eine Vorrichtung, die aus einer Anzahl k = 5 von Stufen gebildet wird, gibt es auch k + 1 = 6 Richtkoppler, so dass eine Übertragungsfunktion bestimmt wird, die durch die folgende Gesamtmatrix ausgedrückt werden kann.
T&sub1;&sub1; Matrixelemente entsprechen der "Sprung"- Übertragungscharakteristik (deren optische Signalwege mit einer gestrichelten Linie in dem Funktionsdiagramm der Fig. 11 andeutet sind), während die Matrixelemente T&sub1;&sub2; der Kreuzfunktion entsprechen (deren optische Signalwege mit einer durchgehenden Linie in dem Funktionsdiagramm der Fig. 11 angedeutet sind).
Die Frequenzübertragungsfunktion kann durch die folgende Fourier-Reihe ausgedrückt werden:
F(ω) = fke-jkωf&sub0;&supmin;¹ (3)
worin ω die relative optischen Winkelfrequenz ist.
Durch das Ersetzen des Terms e-jkωf0-1 durch eine komplexe Variable z-t wird die Frequenzansprechung eine Polynomfunktion mit komplexen Koeffizienten der Variablen z in der z-Ebene:
F(z) = fkz-k (4)
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird, anstatt dass eine klassische kegelförmige Verteilung der Kopplerstärke, wie es in dem Artikel: "Cascaded Coupler Mach-Zehnder Channel Dropping Filters for Wavelength - Division Multiplexed Optical Systems" von M. Kuznetsov, Journal of Lightwave Technology, Bd. 12, Nr. 2, Februar 1994 vorgeschlagen wird, oder eine Chebychev-Verteilung der fk- Koeffizienten der Polynomfunktion (wirkliche positive Koeffizienten) zum Unterdrücken der Nebenzipfel, die für ein inkohärentes Nebensprechen bei außer Resonanz befindlichen Wellenlängen verantwortlich sind, verwendet werden, ein gewünschtes Frequenverhalten ausgewählt, und ein solches Frequenzverhalten wird in einer Fourier-Reihe ausgedrückt. Eine Überlagerung in der Ebene der z-Transformierten wird dann mit der vorgewählten Ansprechcharakteristik durch Verwenden eines Polynoms einer vorbestimmten Größenordnung betrieben, die der Anzahl k von Stufen entspricht, die zur Durchführung des statischen Filters verwendet werden sollen.
Im Vergleich mit den oben erwähnten bekannten Konstruktionsansätzen liefert das Verfahren nach der Erfindung dadurch, dass während der Konstruktionsstufe eine Darlegung der Wirkungen bezüglich des spektralen Verhaltens der Nebenzipfelverteilung zu der Kreuzansprechcharakteristik gemäß den Konstruktionskriterien von Chebychev-Elektronikfiltern ermöglicht wird, während eine im Wesentlichen flache Kreuzansprechcharakteristik aufrechterhalten wird, die "im Wesentlichen frei von Welligkeiten" ist, hervorragende Vorteile.
Da die spektrale Stellung eines gegebenen WDM-Kanals durch die Spezifikationen des Übertragungssystems festgelegt sind, kann das Polynom der Größenordnung k in dem Definitionsbereich der z-Transformierten optimiert werden, um ihre jeweiligen Nullen der Kreuzübertragungsfunktion zu erzeugen, die im Wesentlichen mit der spektralen Position des Kanals zusammenfallen. Dies erlaubt es, die Erfordernisse, die mit dem Heterowellenlängen-Nebensprechen mit einer reduzierten Anzahl (k) an Zellen (oder MZI-Stufen) verbunden sind, zu erfüllen.
Gemäß diesem Konstruktionsansatz für die selektive statische Vorrichtung der Erfindung ist es, obwohl die Realisierung von mindestens einer Phasenverschiebungsstufe der Vorrichtung mit unterschiedlichen optischen Wegen, die sich von dem der anderen Phasenverschiebungsstufen unterscheiden, erforderlich ist, überraschenderweise gefunden worden, dass eine außergewöhnlich flache Kreuzansprechcharakteristik erreicht werden kann, die in der Lage ist, selbst die strengsten Homowellenlängen-Nebensprechspezifikationen für den Kanal, der durch die Vorrichtung der Erfindung eingeführt oder abgezogen werden muss, zu erfüllen.
Die Phasenverschiebungsstufe mit einer Differenz des optischen Wegs, die sich von allen anderen Phasenverschiebungsstufen unterscheidet, die die abstimmbaren Einfüge- /Ausblend-Filter der Erfindung bilden, können unabhängig, ausgehend von dem Anschluss, der als "Einfüge"-Anschluss definiert ist, die erste oder zweite der Sequenzen der Phasenverschiebungsstufen sein. Bei dem Vorhandensein von nicht vernachlässigbaren Verlusten kann das Filter der Erfindung als ein asymmetrischer Aufbau betrachtet werden, und deshalb wird der Einfügeanschluss eindeutig definiert und ähnlich eindeutig wird auch der "Ausblend"-Anschluss definiert.
Der Unterschied zwischen den beiden optischen Wegen einer solchen Phasenverschiebungsstufe (der ersten oder der zweiten) der Sequenz, die sich von allen anderen Phasenverschiebungsstufen unterscheidet, kann etwas größer oder kleiner als der Unterschied der optischen Wege der anderen Phasenverschiebungsstufen sein und muss intrinsisch bidirektional sein, um einen Phasenverschiebungswinkel zu bewirken, der um kleiner oder größer als der Phasenverschiebungswinkel ist, der durch alle anderen Phasenverschiebungsstufen des Filters eingeführt wird.
Dieses Erfordernis von einer oder den ersten beiden Zellen (Phasenverschiebungsstufen) des Filters ist dafür dienlich, eine außergewöhnlich flache Durchlassbereichscharakteristik, die im Wesentlichen frei von Welligkeit ist, sicherzustellen.
Die Charakteristika der k + 1-Richtkoppler (AD) werden dann abhängig von den relativen Koeffizienten der Termen der Fourier-Entwicklungsreihe optimiert, um die Selektivität des Filters zu verbessern. Eine solche Optimierung, die sich von dem unterscheidet, was resultiert, wenn wie bei den bekannten Ansätzen eine kegelförmige Verteilung oder eine Chebychev-Verteilung verwendet wird, hat eine praktisch vernachlässigbare Konsequenz für ein Ansteigen der Welligkeit der Durchlassbereichscharakteristik.
Daher ist die selektive statische Vorrichtung der Erfindung auch bezüglich des Homowellenlängen-Kreuzsprechens perfekt optimiert, und zwar durch das Anwenden einer beträchtlich verringerten Anzahl von Stufen, wodurch das Leistungsbudget minimiert wird.
Betriebsmäßig können, nachdem das Polynom abhängig von der komplexen Variablen z abgeleitet wurde, die Parameter θ' und φ' aus der Gleichung 4 abgezogen werden. Die unbekannten Parameter θ' und φ' müssen die folgenden Bedingungen verifizieren:
ΔLgeom = m·λguided = (m ± π)λguided (6)
worin m die Ordnung der Mach-Zehnder-Interferometer, d. h. der verwendeten Phasenverschiebungsstufen SF, ist, ng der Gruppenindex ist und c der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist. Die Phasenverschiebung um π muss auf wirksame Weise entlang der Aufeinanderfolge von Zellen eingeführt werden, um die Bedingung (5) für ein gewünschtes FWHM/FSR-Verhältnis und bezüglich der Position der Nullen in dem Bereich der Kanäle, die abgezogen werden müssen oder nicht abgezogen werden müssen, und des ausgewählten Niveaus der Nebenzipfel zu verifizieren. Der δphase angle kann aufgrund der Herstellungsverfahrensausbreitung und der Ausbreitung in den abstimmenden Vorspannungswerten im schlimmsten Fall als gleich oder weniger als 5% von π/2 angesehen werden.
Die thermooptische Abstimmung kann durch Ansteuern der elektrischen Heizeinrichtungen, die in der Nähe des geraden Arms jeder Phasenverschiebungsstufe SF angeordnet sind, auf eine solche Weise bewirkt werden, dass eine identische inkrementale relative Phasenverzögerung zwischen den beiden Wegen unterschiedlicher Länge aller Mach-Zehnder-Stufen eingeführt wird, indem eine örtliche Änderung des Brechungsindex des erwärmten Wellenleiterabschnitts bewirkt wird.
Die Frequenzansprechung eines solchen Filters wird durch Variieren der Temperatur abgestimmt, auf die der gerade Wellenleiterabschnitt der unterschiedlichen Phasenverschiebungsstufen SF erwärmt wird. Bei Wellenleitern, die aus Siliziumoxid (SiO&sub2;) hergestellt sind, ist eine dynamisch eingeführte Phasenverschiebung durch die folgende Gleichung gegeben:
Die thermische Leitfähigkeit von Siliziumdioxid nSiO2 liegt in der Größenordnung von 11,5 uk&supmin;¹, und ls ist die Länge des Heizstreifens aus metallischem Material.

BEISPIEL 1

Ein abstimmbarer "1-aus-4"-Einfüge-/Ausblendfilter, der auf dem Prinzip eines optischen Resonanzkopplers beruht, ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung realisiert worden.
Das Funktionsdiagramm der Vorrichtung ist schematisch in der Fig. 11 wiedergegeben, während jede einzelne Zelle der Interferometervorrichtung in der Fig. 12 veranschaulicht ist.
Eine der vier Wellenlängen, die von der abstimmbaren Vorrichtung betreut werden und an dem Durchgangseingangsanschluss P1 vorliegen, wird zu dem Ausblendausgang (Kreuzanschluß P4) geführt, während die anderen drei Wellenlängen zu dem Durchgangsausgangsanschluss (Sprunganschluss P2) geführt werden. Gleichzeitig führt ein örtlicher Sender an einem zweiten Eingangsanschluss (Sprunganschluss P3) einen Kanal ein, der dieselbe Trägerwellenlänge des Kanals hat, die auf den Ausblendausgangsanschluss (Kreuzanschluss P4) gerichtet ist, und ihn zu dem zweiten Durchgangsausgangsanschluss (Kreuzanschluss P2) führt.
Ein Gesamtentwurf der Vorrichtung ist in der Fig. 13 gezeigt.
Die Vorrichtung ist in einer sogenannten "Glas-auf- Silizium"-Technik realisiert und hat eine untere Mantelschicht aus mit Phosphor dotiertem SiO&sub2;, die eine Dicke von 12 um hat, einen Wellenleiter aus zu 8% mit Phosphor dotiertem SiO&sub2; mit den Abmessungen 6,5·5,5 um und eine obere Mantelschicht aus mit Bor und Phosphor dotiertem SiO&sub2; mit einer Dicke von 15 um.
Alle Schichten wurden durch chemisches Abscheiden aus der Dampfphase, das bei einem niedrigen Druck (LPCVD) durchgeführt wurde, aufgebracht, und jede aufgebrachte Schicht wurde bei einer Temperatur von ungefähr 1000ºC geglüht, um Spannungen in dem Wellenleiter zu reduzieren und Verluste zu verringern.
Die Heizeinrichtungen l&sub1;, l&sub2; ... und l&sub5; sind mit Mustern versehene Chromstreifen von 0,25·10 um, während die Strom verteilenden Busse aus mit Mustern versehenen Goldstreifen von 0,5·300 um bestehen, die in einem Spannungsmodus angesteuert werden (wobei der Ansteuermodus wahlweise erfolgt und ausgewählt werden kann, um die Spannungs- und Stromerfordernisse des Systems zu optimieren und so das abstimmbare Filter zu steuern)
Die Koeffizienten fk der Fourier-Entwicklungsreihe (4) in der komplexen z-Ebene wurden für k = 0, ..., 5 berechnet, um so weit wie möglich der gewünschten Frequenzansprechung nahe zu kommen. Die Ordnung m der Phasenverschiebungseinrichtungen (Mach-Zehnder-Interferometer oder MZI) wurde mit m = 119 festgelegt.
Die Ordnung m der Phasenverschiebungsstufen, die als ganze Zahl des Unterschieds von geführten optischen Wellenlängenwegen zwischen den beiden Armen jedes Mach-Zehnder- Interferometers ausgedrückt wurde, entsprach einem konstruierten freien Spektralbereich (FSR) der Vier-Kanal- Vorrichtung von 12,8 nm, wobei ein Trennungsabstand zwischen den Kanälen von 3,2 nm bestand.
Die wirklichen Abmessungen des Chips betrugen 80·3 nm.
Die Unterschiede zwischen dem optischen Weg ΔL und dem relativen Phasenverschiebungswinkel φ der fünf Mach-Zehnder- Stufen der Vorrichtung waren wie folgt:
ΔL&sub1; = λg·m φ&sub1; = 0
ΔL&sub2; = λg·(m + π/2π) φ&sub2; = π
ΔL&sub3; = ΔL&sub1; φ&sub3; = 0
ΔL&sub4; = ΔL&sub1; φ&sub4; = 0
ΔL&sub5; = ΔL&sub1; φ&sub6; = 0
worin λg die geführte Wellenlänge darstellt, die der konstruierten Wellenlänge λp gemäß der Beziehung λg = λp/ηeff(λp) entspricht, worin ηeff(λp) dem wirksamen Brechungsindex des Mediums, mit dem der Wellenleiter hergestellt wird, bei der Konstruktionswellenlänge λp, entspricht.
Messungen wurden durchgeführt, indem ein abstimmbarer Laser verwendet wurde, und Licht wurde durch eine übliche unimodale Faser gekoppelt, ausgerichtet und stumpf mit dem relevanten Eingangsanschluss unter Verwendung eines Immersionsöls gemäß üblichen Kopplungstechniken verbunden, während eine Kopplungsfaser stumpf mit dem relevanten Ausgangsanschluss verbunden an einem Leistungsmesser ausrichtet wurde. Ein Mikroprozessor steuerte den Laser, der eine Wellenlängenabtastung durchführte und das relative Leistungsspektrum sammelte.
Die Tests wurden durch Abtasten des gesamten freien spektralen Bereichs (FSR) des Filters mit 50 pn Inkrementen für insgesamt 361 erforderliche Punkte für jede Abtastung durchgeführt.
Das vollständige Kreuzansprechschema ist in der Fig. 14 gezeigt, während die 3 dB Kreuzansprechung in der Fig. 15 veranschaulicht ist.
Wie beobachtet werden kann, ist eine Bandbreite (FWHM) von 3,76 nm erhalten worden.
Der Einführungsverlust, der an einer Vergleichsprobe einer einzelnen Mach-Zehnder-Stufe gemessen wurde, die denselben Kurvenradius hat wie die, die zum Verwirklichen der Phasenverschiebungsstufen der integrierten Vorrichtung der Erfindung verwendet werden, wurde als ungefähr -1,8 dB eingestuft.
Ein entsprechender Verlust für einen geraden Wellenleiter von 8 cm wurde als 0,250 dB bei 1550 nm gemessen, was zeigt, dass die Faser-Wellenleiter-Kopplung der dominierende Verlustmechanismus war.
Aus Gründen des Vergleichs sind die gemessenen Ansprechungen und die konstruierten Ansprechungen in den Fig. 16 und 17 gezeigt. Die Charakteristika zeigen eine außergewöhnliche Überlagerung. Insbesondere fällt der erhaltene SFR mit den konstruierten zusammen.
Der Nebensprechkoeffizient an dem abgezogenen Kanal (Xbar) beträgt -18 dB (Fig. 16), während der Nebensprechkoeffizient an den Durchgangskanälen (Xcross) -14 dB beträgt.
Ein gemessener FWHM von 400 GHz lässt sich aus dem Schema der Fig. 17 ablesen, was in guter Übereinstimmung mit dem Konstruktionswert ist und was vernünftig weiter durch Reduzieren der Verluste und der Koppellänge verbessert werden kann.
Die Abstimmbarkeit des Filters durch den thermooptischen Mechanismus ist für den gesamten FSR verifiziert worden.
Die Fig. 18 zeigt die Verschiebung der Ansprechcharakteristika, die mit einem Regulierungsverhältnis von ungefähr 2 V/nm erhalten werden.

BEISPIEL 2

Ein zweiter Prototyp-Filter ist unter Verwendung derselben Herstellungstechniken und derselben technologischen Parameter, die im Beispiel 1 verwendet wurden, verwirklicht worden, allerdings wurde die relative Bemessung der ersten zwei Mach-Zehnder-Interferometer invertiert, so dass sie den folgenden Architekturparametern entsprachen:
ΔL&sub1; = λg·(m + π/2π) φ&sub1; = π
ΔL&sub2; = λg·m φ&sub2; = 0
ΔL&sub3; = ΔL&sub2; φ&sub3; = 0
ΔL&sub4; = ΔL&sub2; φ&sub4; = 0
Die Ansprechcharakteristika dieses zweiten Prototyps können im Wesentlichen bezüglich des FWHM mit denen des Prototyps des Beispiels 1 überlagert werden und zeigen so die Möglichkeit, denselben FWHM bei einer unterschiedlichen Position der MZI-Stufe einer anderen Phasenverschiebung zu erhalten, die so sein muss, dass das FWHM/FSR-Verhältnis und das sekundäre Zipfel- (oder Nebenzipfel)-Niveau in einer strengen Korrelation zueinander optimiert werden.
Gemäß einem weiteren wichtigen Aspekt der Erfindung können mehrere abstimmbare Vorrichtungen in einer Schleifenanordnung miteinander verbunden werden, um Einfüge- /Ausblendfunktionen für eine erhöhte Anzahl von Kanälen oder Trägerwellenlängen durchzuführen, ohne die Einführungsverluste (Lthrough) wesentlich zu erhöhen.
Die Fig. 19 zeigt ein Funktionsdiagramm einer "1-aus-8"- Einfüge-/Ausblendvorrichtung, die aus zwei Aufbauten, die in einer Schleifenkonfiguration verbunden sind, gebildet sind: ein erster Aufbau, der aus vier Phasenverschiebungs-Mach- Zehnder-Interferometerstufen: SF1, SF2, ... und SF4 ausgebildet ist, und ein zweiter Aufbau, der aus zwei Phasenverschiebungs-Mach-Zehnder-Interferometerstufen: SF5 und SF6 ausgebildet ist, wobei AD1, ... AD8 die jeweiligen Richtkoppler sind, die das modulare "1-aus-8"-Filter bilden.
Der Vorteil einer modularen Architektur, wie die in der Fig. 19 veranschaulichte, wird durch die Tatsache dargestellt, dass die Durchgangs- oder Durchführkanäle Einführungsverlusten (Lthrough) unterliegen, die den Verlusten entsprechen, die dem Durchgang der optischen Signale durch die vier Zellen des ersten Aufbaus zuzuschreiben sind, während nur der eingeführte und abgezogene Kanal Verlusten unterliegt, die dem Durchgang durch die vier Zellen des ersten Aufbaus und durch die zwei Zellen des zweiten mit dem ersten verschleiften Aufbaus entsprechen.
Natürlich können die elektrischen Busse 1 und 2 zum Anlegen eines Vorspannungssignals an die Abstimmelemente S des Abstimmsteuersystems in vorteilhafter Weise den beiden Aufbauten gemeinsam sein.
Die periodische Natur des Einfüge-/Ausblendfilters der Erfindung kann dazu ausgenutzt werden, ein optisches Einfüge- /Ausblendfilter zu konstruieren, das in der Lage ist, auswählbare Paare von Kanälen (Trägerwellenlänge) des WDM- Signals einzufügen und/oder abzuziehen, indem der spektrale Abstand zwischen den periodischen Grundspitzen der Ansprechcharakteristika des Filters in geeigneter Weise konstruiert wird.
Die Fig. 20 und 21 zeigen das grundlegende Schema einer "2-aus-8"-Einfüge-/Ausblendvorrichtung (eine Vorrichtung mit sechs Anschlüssen), die aus einer "1-aus-8"-Einfüge- /Ausblendarchitektur einschließlich den beiden unterschiedlichen Aufbauten: "1-aus-4" und "1-aus-2" abgeleitet ist.
Gemäß dieser Musterdurchführung werden ein ausgewähltes Paar von Kanälen (in dem Beispiel λ&sub1;* und λ&sub5;*) durch den Einfügeanschluss P8 des abstimmbaren Filters mit dem 1-aus-4-Aufbau durch einen gewöhnlichen 2 : 1-Koppler durch Anlegen der beiden optischen Wellenlängen an den Eingangsanschluss P6 und PS des Kopplers eingeführt.
Dasselbe ausgewählte Paar von Kanälen λ&sub1; und λ&sub5; ist an dem "Ausblendanschluss" 7 des ersten 1-aus-4-Aufbaus vorhanden und die jeweiligen Kanäle λ&sub1; und λ&sub5; sind an den Ausgangsanschlüssen P4 und P5 des 1-aus-2-Aufbaus vorhanden. Das WDM- Signal, das alle acht Kanäle (λ&sub1; ... λ&sub5; ... λ&sub8;) enthält, die durch den Anschluss P1 des 1-aus-4-Aufbaus zugeführt werden, ist als (λ&sub1;*, λ&sub2; ... λ&sub5;* ... λ&sub8;) an dem Ausgangsanschluss P2 des 1-aus-4-Aufbaus vorhanden.
Das Integrationsschema ist vereinfacht dargestellt, um die Gesamtlänge des Chips relativ begrenzt zu halten, was ein nicht vernachlässigbarer Aspekt für die Entwicklung abstimmbarer integrierter Einfüge-/Ausblendvorrichtungen ist, die in der Lage sind, eine steigende Anzahl von Kanälen oder Trägerwellenlängen zu verwalten.
Ungeachtet der Tatsache, dass die Beschreibung und die Figuren auf bevorzugte Ausführungsformen bezogen sind, sollte die Erfindung nicht als auf diese bevorzugten Ausführungsformen beschränkt betrachtet werden, sondern sie kann auch mit anderen Ausbildungen durchgeführt werden, die ein Techniker von Zeit zu Zeit wählen wird, um die beste Anpassung an seine Konstruktionserfordernisse zu haben.
Wie bereit erwähnt wurde, besteht eine mögliche Variation darin, zum Abstimmen des Einfüge-/Ausblendfilters der Erfindung einen elektrooptischen Mechanismus, entweder als solches oder in Zusammenhang mit einem thermooptischen Mechanismus, durch Anwenden von Wellenleitern aus einem Polymeren oder Lithiumniobat, d. h. Materialien, die bekanntlich neben einer thermooptischen Wirkung für eine deutliche elektrooptische Wirkung empfindlich sind, auszunutzen. Es ist auch möglich, eine Mehrzahl von geschleiften oder linearen Aufbauten zu erhalten, die eine unterschiedliche Anzahl elementar Aufbauten miteinander verbinden, um so ein 1-aus-8- Einfüge-/Ausblendfilter, ein 2-aus-8-Einfüge-/Ausblendfilter oder Einfüge-/Ausblendfilter mit Merkmalen zu erhalten, die sich von den oben offenbarten 1-aus-8- oder 2-aus-8-Filtern unterscheiden.

Claims

1. Abstimmbare optische Einfüge-/Ausblendvorrichtung, die zum Umgehen mit Wellenlängen-Multiplex(WDM)-Signalen angepasst ist, zum Einführen oder Abziehen, d. h. Einfügen/Ausblenden, mindestens einer ausgewählten optischen Kanal- oder Trägerwellenlänge in einen oder aus einem Satz von Multiplex-Kanälen oder -Trägern unterschiedlicher Wellenlänge, umfassend eine Mehrzahl von Richtkopplern (AD1, ..., AD6) und eine Mehrzahl von Phasenverschiebungsstufen (SF1, ..., SF5), die abwechselnd in Kaskade geschaltet sind, wobei jede Phasenverschiebungsstufe einen bestimmten Längenunterschied des optischen Wegs (ΔL1, ..., ΔL5) zwischen zwei unterschiedlichen optischen Wegen der Stufe definiert, was zu einer periodischen Ansprechcharakteristik mit einer spektralen Trennung zwischen zwei benachbarten Spitzen der periodischen Ansprechcharakteristik führt, die ausreicht, um alle inaktivierten Wellenlängen der Multiplexkanäle zu enthalten, wenn eine Spitze der periodischen Ansprechcharakteristik auf einer ausgewählten Wellenlänge zentriert ist, wobei das optische Medium einer der beiden unterschiedlichen optischen Wege von jedem der Phasenverschiebungsstufen einen Brechungsindex, der von einem physikalischen Parameter abhängt, der zur aus Temperatur und elektrischer Feldstärke gebildeten Gruppe gehört, und eine Vorspanneinrichtung (L1, ..., L5) zum verstellbaren Variieren der Parameter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

zwei aufeinanderfolgende Phasenverschiebungsstufen (SF1, ..., SF5) aus der Mehrzahl der Phasenverschiebungsstufen Längenunterschiede bezüglich ihrer beiden optischen, sich voneinander in einem vorbestimmten Verhältnis unterscheidenden Wege aufweisen, während alle übrigen Phasenverschiebungsstufen (SF1, ..., SF5) Längenunterschiede bezüglich ihrer beiden optischen Wege aufweisen, die mit dem von einem der beiden aufeinanderfolgenden Stufen identisch und gleich sind; und

die Richtkoppler, die sich abwechselnd zwischen den Phasenverschiebungsstufen befinden, Koppelwinkel haben, die unabhängig voneinander als Bruchwerte ihrer im Modul π/2 entsprechenden Summe angelegt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Längenunterschiede des optischen Wegs und die Koppelwinkel der Kaskade den Koppelwinkeln und Phasenverschiebungswinkeln entsprechen, die von einer Fourier-Reihen- Expansionspolynomen vorbestimmter Größenordnung abgeleitet sind, die der Anzahl der Phasenverschiebungstufen der Vorrichtung von einer vorbestimmten Frequenzübertragungsfunktion der Vorrichtung entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die abgeleiteten Werte der Phasenverschiebung und die Koppelwinkelparameter der Mehrzahlen von Stufen einen Nullwert der Übertragungsfunktion erzeugen, der mit der Trägerwellenlänge eines ausgewählten Kanals zusammenfällt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie in integrierter Form umgesetzt wird, wobei die physikalischen Parameter die Temperatur ist und die Einrichtungen Joule-Effekt-Heizstreifen eines Widerstandsmetalls umfassen, das auf der Oberfläche einer oberen dielektrischen Überzugsschicht in Übereinstimmung mit der geometrischen Projektion eines geraden Abschnitts des optischen Hohlleiters von jeder der Phasenverschiebungsstufen festgelegt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der physikalische Parameter die elektrische Feldstärke ist und die Einrichtungen erste metallische Feldplatten umfassen, die auf der Oberfläche einer oberen dielektrischen Überzugsschicht in Übereinstimmung mit der geometrischen Projektion eines geraden Teils des Hohlleiters der Phasenverschiebungsstufen und durch eine zweite gemeinsame Feldplatte in Form einer durchgehenden Metallisierung auf der Unterseite der integrierten Vorrichtung festgelegt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Material des geraden Abschnitts des Hohlleiters jeder Phasenverschiebungsstufe aus phosphordotiertem Siliziumdioxidglas besteht.

7. Vorrichtung nach Ansprüch 4 oder 5, wobei das Material des geraden Abschnitts des Hohlleiters ein Polymer ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Material des geraden Abschnitts des Hohlleiters jeder Phasenverschiebungsstufe Lithiumniobat ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, 6 oder 7, wobei jeder der Heizstreifen aus Widerstandsmetall in einem Spannungs- oder in einem Strommodus angesteuert wird und eine Länge von mehreren Millimetern und eine Breite von mehreren Zehntel Mikrometern sowie eine Dicke in der Größenordnung von mehreren Hundertstel Nanometern aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie Peltier-Zellen umfasst, die auf der Unterseite der integrierten Vorrichtung vorgesehen sind, und zwar neben jedem Heizstreifen, der auf dem oberen Überzug des Heizabschnitts des Hohlleiters festgelegt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Metallheizstreifen in einem Open-loop-Modus angesteuert ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Heizstreifen in einem Closed-loop-Modus angesteuert ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 6, wobei das metallische Widerstandsmaterial Chrom oder eine Legierung aus Nickel-Chrom ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Rasterungseinrichtungen aufweist, um dem WDM- Signal eine niedrige Frequenzmodulation durch Überlagern eines sinusförmigen Beitrags zu einem Gleichstrom- Vorspannungssignal der Einrichtung zum steuerbaren Variieren des Parameters, Erzeugen eines Fehlersignals, das den Versatz der Ansprechspitzen von einer idealen Ausrichtung mit der ausgewählten Wellenlänge darstellt, zu verleihen.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Aufbauten aufweist, die aus einer unterschiedlichen Anzahl von Phasenverschiebungsstufen und Richtkopplern gebildet ist, die abwechselnd in Kaskade geschaltet sind, die miteinander zu einer Vier-Port-Koppelvorrichtung zusammengeschlossen sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der erste Aufbau vier Phasenverschiebungsstufen und fünf Richtkoppler aufweist, der zweite Aufbau zwei Phasenverschiebungsstufen und drei Richtkoppler umfasst, die zusammen einen 1-aus-8 Einfüge/Ausblend-Filter bilden.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens drei Aufbauten aufweist, die durch eine unterschiedliche Anzahl von Phasenverschiebungsstufen und Richtkopplern gebildet ist, die abwechselnd in Kaskade geschaltet sind, wobei der erste Aufbau vier Phasenverschiebungsstufen und fünf Richtkoppler aufweist, der zweite Aufbau zwei Phasenverschiebungsstufen und drei Richtkoppler umfasst, der dritte Aufbau einen Koppler umfasst, die zusammen einen 2-aus-8 Einfüge/Ausblend-Filter bilden.