DE69832802T2 - Vorrichtung und verfahren zur optischen übertragungstechnik - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf optische Übertragung, insbesondere auf Anordnungen und Verfahren, die in optischen Kommunikationssystemen zu verwenden sind, wie etwa Telekommunikationsnetzen oder Datennetzen. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein optisches Kommunikationssystem, das Wellenlängenmultiplexierung (WDM, wavelength-division multiplexing) implementiert.
  • STAND DER TECHNIK
  • In Telekommunikations- und Datenkommunikationsnetzen steigen die Anforderungen nach hoher Kapazität und hoher Geschwindigkeit beständig an. Es wurde erkannt, dass Kapazität ebenso wie Geschwindigkeit durch die Übertragung von Information als optische Signale durch Übertragungsleitungen in der Form optischer Fasern erhöht werden können. Wellenlängenmultiplexierung (WDM) ist ein attraktiver Weg, die Kapazität existierender ebenso wie zukünftiger optischer Faserleitungen zu erhöhen. In einem System, das WDM verwendet, werden viele optische Träger, die Datensignale übertragen, die zu unterschiedlichen Zielen gerichtet sind, durch eine einzelne optische Faser übertragen. WDM zieht einen Vorteil aus dem gewaltigen Wellenlängenbereich (Frequenzdomäne), der in einer optischen Faser verfügbar ist durch Zuweisen unterschiedlicher Wellenlängen zu unterschiedlichen Kanälen. Es sind dann Multiplexing-Einrichtungen erforderlich, die mehrere Wellenlängen in ein und der gleichen Einrichtung für die Trennung unter schiedlicher Wellenlängen kombinieren. Zum Aufbau realer optischer Netze, und nicht nur Verknüpfungen von Punkt zu Punkt, werden Weiterleitungseinrichtungen benötigt, um einem optischen Signal zu ermöglichen, ohne Zwischenkonvertierung zu einem elektrischen Signal weitergeleitet werden.
  • Ein bekannter Wellenlängen-Router ist der so genannte optische Hinzufügungs-/Entnahme-Multiplexer (OADM, Optical Add-Drop Multiplexer). Die Basisfunktionalität eines OADM besteht in der Trennung eines Wellenlängenkanals von einem eingehenden Lichtsignal entsprechend der Entnahmefunktionalität und Ersetzen des Wellenlängenkanals durch ein anderes Signal in der gleichen Wellenlänge entsprechend der Hinzufügungsfunktionalität. Es wurden bisher verschiedene Einrichtungen vorgeschlagen, die z.B. auf Bragg-Gittern in Fasern basieren, die auf der Verwendung des akusto-optischen Effektes in LiNbO3 basieren. Eine andere bekannte Einrichtung verwendet einen Demultiplexer, um die Kanäle zu trennen, und es werden 2-mal-2-Schalter für die Wellenlängen-Hinzufügungs-Entnahmeauswahl verwendet, wohingegen ein anderer Demultiplexer für die erneute Kombination dieses Kanals verwendet wird. Dies wurde auf einem Chip in SiO2/Si für 16 Kanäle unter Verwendung von Demultiplexern aus drei angeordneten Wellenleitern (three arrayed-waveguide demultiplexer) und 16 thermo-optischen Schaltern integriert. Dies wird z.B. in "16-channel optical add/drop multiplexer using silica-based arrayed-waveguide gratings", Electron. Lett., Vol. 31(9), 27. April 1995, S. 723–724, von K. Okamoto et al beschrieben. Eine andere integrierte OADM-Einrichtung wird in "First InP-based reconfigurable integrated add-drop multiplexer", IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 9(2), Februar 1997, S. 188–190, von C. G. M. Vreeburg et al beschrieben, worin ein integrierter 4-Kanal-OADM in InP beschrieben wird, der nur einen Demultiplexer aus angeordneten Wellenleitern in einer Rückkopplungskon figuration und 4 elektro-optische Mach-Zehnder-Schalter verwendet.
  • "Novel InP-based phased-array wavelength demultiplexer using a generalized MMI-MZI configuration", Proc. 7th Eur. Conf. on Int. Opt. (ECIO'95), Artikel WeA2, S. 275–278, von C. van Dam et al und "Optical device with phased array", WO 95/22070, beschreiben einen MMI-MZI (Multi-Modus-Interferenz – Mehrfach-Mach-Zehnder-Interferometer) Demultiplexer, in dem keine Phasensteuerung aktiviert ist und der keinerlei Umschaltung (Switching) durchführen kann. Die Herstellungstoleranzen einer derartigen Einrichtung sind sehr streng, was es schwierig macht, die Einrichtungen herzustellen und nahezu unmöglich macht, sie derart herzustellen, dass sie wiederholt die Anforderungen erfüllen. Obwohl einige geringe Phasenänderungen erwähnt werden, sind sie lediglich gedacht, Herstellungsabweichungen zu kompensieren, was in einer Einrichtung notwendig ist, für die die Herstellungstoleranzen extrem streng sind. Des weiteren sind Einrichtungen bekannt, wie etwa MMI-basierte Schalter in AlGaAs/GaAs, "Novel 1 × N and N × N integrated optical switches using self-imaging multimode GaAs/AlGaAs waveguides", Appl. Phys. Lett., Vol. 64(6), 7. Feb. 1994, S. 684–686, von R. M. Jenkins et al. Die Schalter sind jedoch über einen großen Wellenlängenbereich im wesentlichen wellenlängenunabhängig. Des weiteren sind verschiedene Demultiplexer fixierter Wellenlänge bekannt.
  • Folglich wurde das Gebiet weitgehend untersucht und es wurde eine große Zahl unterschiedlicher Einrichtungen erörtert, aber sie leiden alle an unterschiedlichen Nachteilen, wie etwa zu komplex zu sein, aus einer Zahl unterschiedlicher Elemente zu bestehen, schwierig herzustellen zu sein, Einrichtungen fixierter Wellenlänge zu sein etc.
  • US-A-5 526 153 zeigt ein Optikkanal-Hinzufügungs-/Entnahmefilter. In dieser Einrichtung wird jedoch ein Multiplexer fixierter Wellenlänge verwendet und die Wellenlänge kann nicht geändert werden. Um Switching-Funktionalität vorzusehen, müssten Schalter hinzugefügt werden, was eine komplexe Einrichtung ergibt, die unter anderem nicht einfach und preiswert herzustellen ist und auch nicht klein genug ist. Die Wellenlänge ist des weiteren bereits in der Herstellungsstufe eingestellt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Was benötigt wird sind deshalb eine Anordnung bzw. ein Verfahren für wellenlängenabhängige Weiterleitung, die eine hohe Kapazität hat. Des weiteren wird eine Weiterleitungsanordnung benötigt, die klein ist. Weiter noch wird eine Anordnung benötigt, die flexibel und leicht herzustellen ist, kompakt, unkompliziert ist und deren Herstellung kosteneffizient ist. Insbesondere wird eine Anordnung für Weiterleitung und/oder (De)Multiplexing benötigt, die die Weiterleitung optischer Signale ohne jegliche Zwischenkonvertierung zu elektrischen Signalen ermöglicht. Weiter noch wird eine Anordnung benötigt, die Demultiplexen und Weiterleitung vorsieht, ohne eine große Zahl von Komponenten und Faserverbindungen zu erfordern.
  • Es wird auch eine Anordnung benötigt, die in einem optischen Kommunikationsnetz verwendet werden kann, z.B. für Telekommunikation, Datenkommunikation.
  • Insbesondere wird eine Anordnung zur Verwendung in einem Wellenlängenmultiplexierungs- (WDM) System benötigt.
  • Es wird auch ein Wellenlängenmultiplexierungssystem benötigt, in dem Anordnungen zum Demultiplexen und Switching vorgesehen sind, die die Ziele erfüllen, auf die hierin zuvor verwiesen wird.
  • Es wird auch eine optische Hinzufügungs-Entnahme-Multiplexinganordnung benötigt, die die oben erwähnten Anforderungen erfüllt.
  • Deshalb wird eine Anordnung für wellenlängenabhängige Weiterleitung optischer Signale, die eine Zahl von Wellenlängen enthalten, vorgesehen, die die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 umfasst. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Anordnung auf einem einzelnen Chip integriert und wird noch vorteilhafter monolithisch hergestellt.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen das Splittungsmittel bzw. das Kombinationsmittel jedes einen Multimodus-Interferenzkoppler (MMI), wobei die Weiterleitungseinrichtung ein Multimodus-Interferenz – Mach-Zehnder-Interferometer mit vielen Abschnitten umfasst. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Anordnung in der Wellenlänge abstimmbar, sodass die Wellenlänge oder die Wellenlängen, die zu entnehmen und/oder hinzuzufügen ist/sind, auswählbar ist/sind.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass die Zweigwellenleiter zwischen dem Splittungsmittel und dem Kombinationsmittel durch ein Phasensteuerungs- (Verschiebungs-) Mittel steuerbar sind. Das Phasenverschiebungsmittel kann auf unterschiedliche Art und Weise vorgesehen sein, in einer vorteilhaften Ausführungsform ist jeder Zweigwellenleiter mit seinem eigenen, oder separaten, Phasenverschiebungsmittel versehen, aber alternativ sind getrennte Phasenverschiebungsmittel nur für einige der Zweigwellenleiter vorgesehen oder alternativ sind gemeinsame Phasenverschiebungsmittel vorgesehen, die getrennt unterschiedliche Zweigwellenleiter steuern.
  • Gemäß einer vorteilhaften Implementierung der Erfindung umfasst die Anordnung zwei Eingangswellenleiter mit einem Port für Signale von vielen Wellenlängen (z.B. umfassend N Wellenlängen), wobei N vorteilhafter Weise größer als zwei ist und einen Hinzufügungsport für eine (optionale) Wellenlänge, die hinzuzufügen ist. Des weiteren umfasst sie zwei Ausgangswellenleiter mit einem Port für das Multikanal-Ausgangssignal und einem Port für einen (optionalen) Wellenlängenkanal, der zu entnehmen ist. Weiter noch ist die Zahl von Zweigwellenleitern vorteilhafter Weise die gleiche wie die Zahl von Eingangswellenlängen, und die Weiterleitungseinrichtung umfasst vorteilhafter Weise einen Eingang bzw. einen Ausgang für jede Wellenlänge, die zurückzukoppeln ist, zusätzlich zu einem Eingang bzw. Ausgang für einen Multiwellenlängeneingang und einen Ein- bzw. Ausgang für die Wellenlänge, die hinzuzufügen/zu entnehmen ist. Die Anordnung kann zum Hinzufügen, Hinzufügen und Entnehmen oder nur Entnehmen verwendet werden. Falls es N Wellenlängenkanäle gibt, geht somit einer durch die Weiterleitungseinrichtung, einer wird für eine Wellenlänge verwendet, die hinzugefügt/entnommen wird und die verbleibenden (N – 2) werden zurückgekoppelt.
  • In einer alternativen Ausführungsform überschreitet die Zahl von Zweigwellenleitern die Zahl von Eingangswellenlängen. In einer vorteilhaften Implementierung sind die ersten und die zweiten Eingangswellenleiter entsprechend dem Multikanalport bzw. dem Hinzufügungsport mit jedem einen Eingang der Weiterleitungsvorrichtung verbunden, wobei jeder Ausgangswellenleiter mit den Ausgängen der Weiterleitungseinrichtung entsprechend den jeweiligen Eingängen verbunden ist. Es sind Rückkopplungswellenleiter zum Verbinden der anderen Eingänge der Weiterleitungseinrichtung mit den entsprechenden Ausgängen, wie oben bezeichnet, vorgesehen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist Kanalleistungsausgleich vorgesehen. Es sind dann Leistungssteuermittel vorteilhafter Weise in den Rückkopplungswellenleitern integriert. Die Leistungssteuermittel können unterschiedliche Formen annehmen, und in einer bestimmten Ausführungsform umfassen sie Halbleiterverstärker.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Weiterleitungseinrichtung einen Router N mal N für N gleich beabstandete Wellenlängen, wobei es eine Zahl von Weiterleitungsalternativen gibt, d.h. eine Weiterleitungstabelle, für jede Wellenlänge. Vorteilhafter Weise ist die Weiterleitungseinrichtung symmetrisch und reziprok. Weiter noch ist in einer vorteilhaften Implementierung eine polarisationsunabhängige Anordnung vorgesehen. Für jeden Zweigwellenleiter zwischen dem Splittungs- und Kombinationsmittel ist die Optikpfadlänge die gleiche für TE-Modi wie für TM-Modi. Mindestens einige der Zweigwellenleiter haben unterschiedliche Längen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform haben alle Zweigwellenleiter unterschiedliche Längen.
  • Vorteilhafter Weise ist das Wellenleitermaterial ein dielektrisches Material und für die Steuerung der Phase des Lichts in einem derartigen Wellenleiter muss die Brechzahl (Brechungsindex) einiger Teile des Wellenleiters geändert werden. Dies kann auf eine Reihe unterschiedlicher Wege unter Verwendung unterschiedlicher Effekte erreicht werden, wie etwa z.B. des foto-elastischen Effektes (hauptsächlich des akusto-optischen Effektes), des magneto-optischen Effektes, des elektro-optischen Effektes, des Plasmaeffektes oder des thermo-optischen Effektes. Der magneto-optische Effekt ist allgemein für integrierte Optik nicht so praktisch, und der akusto-optische Effekt kann nicht eine konstante Indexänderung ergeben, die für eine Anordnung notwendig ist, wie sie durch die vorliegende Erfindung beabsichtigt ist. Die anderen Effekte können jedoch gemäß unterschiedlichen Implementierungen implementiert werden. Dies wird in der detaillierten Beschreibung der Erfindung weiter erläutert, die nachstehend folgt.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind thermo-optische Phasensteuermittel zum Steuern der Brechzahl des Wellenleitermaterials vorgesehen. Falls sie für die Leistungssteuerung vorzusehen ist, müssen ferner Phasensteuermittel vorgesehen werden. Es wird ein Material benötigt, durch das eine optische Verstärkung vorgesehen werden kann, da überschüssige Verluste zu kompensieren sind. Ein abstimmbares Verlustelement ist allgemein nicht ausreichend. In der Praxis bedeutet dies, dass Halbleiterverstärker besonders relevant sind.
  • Für die Implementierung der Anordnung kann eine Zahl unterschiedlicher Materialien verwendet werden. Die Materialien, die verwendet werden können, hängen auch von Phasensteuermitteln ab und ob sie vorgesehen sind und ob On-Chip-Verstärker vorgesehen sind oder nicht. Vorteilhafter wird, wie oben Bezug genommen wird, der thermo-optische Effekt zum Steuern der Phase implementiert. Dies erlaubt auch die größte Auswahl von Materialien, wie etwa Halbleiter, z.B. wie AlGaAs/GaAs oder InGaAsP/InP oder LiNbO3, Polymere oder SiO2/Si etc.
  • In einer besonders vorteilhaften Implementierung ist die Anordnung mit aktiven Elementen und/oder elektronischen Schaltungen integriert. Beispiele in aktiven Elementen sind z.B. Detektoren, Laser und Verstärker.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist die Weiterleitungseinrichtung nicht eine N-mal-N-Kanaleinrichtung, sondern eine N + 1-mal-N + 1-Kanaleinrichtung, die für N Wellenlängen verwendet wird. Der Wellenlängenkanal, der kein Signal enthält, wird dann zu dem Entnahmeport gelenkt.
  • Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen, die für beliebige der oben erörterten Implementierungen relevant sind, kann ein Detektor zum Erfassen des entnommenen Wellenlängenkanals auf dem Chip (on-chip) integriert sein. Auf eine ähnliche Art und Weise kann ein Lasermittel, das den Hinzufügungsport speist, auf dem Chip integriert sein.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird im folgenden auf eine nicht-begrenzende Weise mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen weiter beschrieben, in denen:
  • 1 eine erste Implementierung einer Anordnung gemäß der Erfindung zeigt,
  • 2 eine Weiterleitungseinrichtung zeigt, wie sie in der Ausführungsform gemäß 1 implementiert ist, und
  • 3 eine Weiterleitungstabelle bezüglich Ausgangswellenleiterzuweisung für eine Zahl von Wellenlängen zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 1 veranschaulicht schematisch eine erste Implementierung einer Anordnung 10 für wellenlängenabhängige Weiterleitung gemäß der Erfindung, umfassend einen abstimmbaren OADM, der auf einem Chip integriert ist. Sie umfasst eine abstimmbare MMI-MZI-Weiterleitungseinrichtung 5, einen Demultiplexer/Router, wie er mit Bezug auf 2 detaillierter beschrieben wird. Eine vorteilhafte Implementierung des abstimmbaren MMI-MZI-Demultiplexers/Routers 5 wird in "A new type of tunable demultiplexer using a multi-leg Mach-Zehnder interferometer", von J.-P. Weber et al., ECIO'97, Stockholm, 2.–4. April 1997, 8th European Conference on Integrated Optics Procedings, S. 272–275 beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nur ein Demultiplexer/Router 5 benötigt und es sind keine Schalter erforderlich, da auch das Switching durch den MMI-MZI-Demultiplexer/Router 5 selbst vorgesehen wird. In der einfachsten Konfiguration, falls freie Auswahl oder Abstimmbarkeit des hinzugefügten/entnommenen Kanals gewünscht wird, kann nur ein Kanal entnommen (und hinzugefügt) werden. Falls die Wellenlängen andererseits fixiert sind, kann eine beliebige Zahl von vorbestimmten Wellenlängen entnommen (und hinzugefügt) werden. Falls Schalter enthalten sind, können mehrere Wellenlängen entnommen und hinzugefügt werden.
  • In 1 wird ein OADM 10 veranschaulicht, der zum Trennen eines Wellenlängenkanals von, und Hinzufügen in der gleichen Wellenlänge zu einem N Wellenlängensignal, wobei N > 2 ist, fähig ist. Es ist ein erster Eingangswellenleiter mit einem Port 1 für ein Multikanal-Eingangssignal INN vorgesehen, und es ist ein zweiter Eingangswellenleiter mit einem Port 2 für die Wellenlänge eines Kanals, der hinzugefügt werden kann, INADD vorgesehen. Die Anordnung 10 umfasst auch einen MMI-MZI-Demultiplexer/Router 5 mit N Eingängen und N Ausgängen, die wie oben bezeichnet in 2 veranschaulicht ist. Die Anordnung enthält auch einen ersten und einen zweiten Ausgangswellenleiter mit einem Port 3 für das Multikanal-Ausgangssignal OUTN bzw. einem Port 4 für einen entnommenen Wellenlängenkanal OUTDR. Die ersten und die zweiten OADM-Eingänge IN, IADD sind mit zwei Eingängen 131 –13N-2 der Weiterleitungseinrichtung 5 verbunden, und die zwei OADM-Ausgänge OUTN, OUTDR sind mit den Ausgängen der Weiterleitungseinrichtung 5 verbunden, die den verwendeten Eingängen entsprechen. Die anderen Eingängen 131 –13N-2 der Weiterleitungseinrichtung sind mit ihren entsprechenden Ausgängen 141 –14N-2 über Rückkopplungswellenleiter 61 –6N-2 verbunden. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind Leistungssteuermittel 71 –7N-2 vorge sehen, insbesondere integriert, in den Rückkopplungswellenleitern. Es sollte jedoch klar sein, dass die Erfindung nicht auf eine Implementierung begrenzt ist, die Leistungssteuermittel enthält. Falls derartige vorgesehen sind, werden sie jedoch vorteilhafter Weise als Halbleiterverstärker implementiert.
  • Die ganze Anordnung 10 ist vorteilhafter Weise auf einem einzelnen Chip integriert, z.B. einem InP-Chip. Die Weiterleitungseinrichtung abstimmbarer Wellenlänge 5 arbeitet zu einem gewissen Ausmaß auf die gleiche Weise wie ein Wellenlängen-Router mit angeordnetem Wellenleiter (arrayed waveguide wavelength router). Falls es für eine N-mal-N-Einrichtung N gleich beabstandete Wellenlängen gibt, N > 2, in einem der Ausgänge, wird jede von ihnen in einem unterschiedlichen Ausgang erscheinen und die gleiche Wellenlänge in zwei unterschiedlichen Eingängen wird stets zu unterschiedlichen Ausgängen gehen. Dies wird schematisch in der Weiterleitungstabelle von 8 mal 8 veranschaulicht, wie in 3 dargestellt. Die Weiterleitungseinrichtung 5 gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich jedoch von der eines Routers mit angeordnetem Wellenleiter dadurch, dass sie N mögliche Weiterleitungstabellen an Stelle von nur einer umfasst, was das Kombinieren von Demultiplexen und Switching in ein und der gleichen Anordnung erlaubt.
  • Aus 2 kann gesehen werden, dass das Multikanal-Eingangssignal, d.h. ein Signal umfassend N Wellenlängen, auf eine derartige Weise getrennt wird, dass jede Wellenlänge zu einem unterschiedlichen Ausgang geht. Durch Abstimmung des Phasensteuerungs- oder Phasenverschiebungsmittels 9 (vgl. 1) kann die Wellenlänge ausgewählt werden, die zu dem Entnahmeport 4 zu gehen hat, wobei dadurch Abstimmbarkeit vorgesehen wird. Eine der anderen Wellenlängen wird direkt zu dem Ausgangsport 3 gehen, wohingegen die verbleibenden N – 2 Wellen längen zu den Eingängen der Weiterleitungseinrichtung 5 zurückgekoppelt werden. Da die Weiterleitungseinrichtung vorteilhafter Weise symmetrisch und reziprok ist, d.h. Eingänge können durch Ausgänge ausgetauscht werden und umgekehrt, wobei sich das gleiche Ergebnis ergibt, werden diese Wellenlängen nun auch zu dem Ausgangsport gelenkt. Falls ähnlich ein Signal in der gleichen Wellenlänge wie der entnommene Kanal in dem Hinzufügungsport bereitgestellt wird, wird es auch direkt zu dem Ausgangsport gehen. Das Nettoergebnis ist, dass beliebige der N Wellenlängen für eine Entnahme (und Hinzufügung) ausgewählt werden können, wohingegen die anderen durch die Weiterleitungseinrichtung gehen werden. Natürlich kann die Anordnung nur zum Hinzufügen, zum Hinzufügen und Entnehmen oder nur zum Entnehmen verwendet werden. Falls ein Wellenlängenkanal, zu dem ein Signal hinzuzufügen ist, bereits ein Signal der gleichen Wellenlänge enthält, wird dieses Signal entnommen und durch das Signal ersetzt, das hinzuzufügen ist. Falls es jedoch keine Information in dem Kanal gibt, wird das Hinzufügungssignal einfach hinzugefügt. Weiter noch kann ein Signal in einer auswählbaren Wellenlänge entnommen werden (ohne Einbeziehung irgendeiner Hinzufügungsoperation).
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform ist, um eine polarisationsunabhängige Operation vorzusehen, die Weiterleitungseinrichtung 5 polarisationsunabhängig und somit sind keine polarisationsunabhängigen Verstärkung oder Verluste vorgesehen (vgl. 2). Um Polarisationsunabhängigkeit vorzusehen, ist für jeden Arm des Interferometers, d.h. für jeden Zweigwellenleiter 81 –8N , die Optikpfadlänge für die TE- bzw. die TM-Modi die gleiche. Vorteilhafter Weise sind die Längen der Zweigwellenleiter 81 –8N alle ungleich. Da N – 2 der Kanäle, die nicht entnommen werden, die Weiterleitungseinrichtung zweimal durchlaufen, während einer sie nur einmal durchläuft, kann es zu einem Verlustungleichgewicht kommen. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind Halbleiterverstärker 71 –7N-2 (1) in dem Rückkopplungspfad integriert, um ein derartiges Verlustungleichgewicht zu behandeln. Falls es Leistungsungleichgewichte zwischen den eingehenden Kanälen gibt, können sie weiter noch auf eine ähnliche Weise behandelt werden. Dann können aber irgendwelche externen Messungen der Kanalleistungen erforderlich sein. Somit wird die Entnahme einer elektrisch auswählbaren Wellenlänge aus einer Menge von N gleich beabstandeten Wellenlängen und der Ersatz davon durch ein anderes Signal in der gleichen Wellenlänge, Hinzufügung, ermöglicht.
  • Im folgenden wird eine Implementierung einer MMI-MZI-Kanalwellenlängen-Weiterleitungseinrichtung gründlicher beschrieben. Es sind verschiedene optische Einrichtungen basierend auf MMI-Kopplern bekannt, wie etwa optische Schalter von 1 × N und N × N und Wellenlängen-Demultiplexer. Durch die Kombination dieser zwei Arten von Einrichtungen wird ein neu konfigurierbarer Wellenlängen-Demultiplexer und/oder Router vorgesehen. Ein 1-mal-N-Demultiplexer, der in InP realisiert ist, unter Verwendung des thermo-optischen Effektes für die Phasenverschiebungseinrichtungen wird in "A new type of tunable demultiplexer using a multi-leg Mach-Zehnder Interferometer" von J.-P. Weber et al. offenbart, worauf oben verwiesen wird, und wird hierin durch Verweis einbezogen.
  • Aus 2 kann gesehen werden, dass N Eingänge in einem ersten MMI-Koppler 11 kombiniert sind. Dann breitet sich das Licht durch die Zweigwellenleiter 81 –8N aus, worauf es in einem zweiten MMI-Koppler von N × N 12 neu kombiniert wird, was somit N Ausgänge ergibt. Um einen Demultiplexer an Stelle einer Weiterleitungseinrichtung vorzusehen, wäre der MMI-Eingangskoppler 11 ein Koppler von 1 × N oder 2 × N.
  • In jedem Wellenleiterzweig 81 –8N ist eine abstimmbare Phasenverschiebungseinrichtung 91 –9N vorgesehen. Gemäß unterschied lichen Ausführungsformen sind sie elektro-optisch basiert oder basieren auf dem Trägerplasmaeffekt oder sie erzeugen thermische Abstimmung, wie in der oben angeführten Literaturstelle beschrieben wird. Diese Phasenverschiebungseinrichtungen müssen nur in der Lage sein, die Phasen zwischen 0 und 2π zu ändern. Falls die Längen der Zweigwellenleiter gleich sind, wird ein Schalter vorgesehen. Falls sie jedoch unterschiedliche, korrekt ausgewählte Längen haben, wird ein Demultiplexer vorgesehen, der zusätzlich dazu die Möglichkeit zum Erhalten von N unterschiedlichen Wellenlängenzuweisungen zu den Ausgängen durch Abstimmung der Phasenverschiebungseinrichtungen 81 –8N hat. Die Operation der Einrichtung basiert auf der Tatsache, dass es durch Vorhandensein der richtigen relativen Phasen in dem Eingang der Leistungskombinationseinrichtung 12, d.h. des zweiten MMI-Kopplers (in dem Ausgang), möglich ist auszuwählen, in welchen der N Ausgänge das Licht gehen wird. Mit anderen Worten wird es konstruktive Interferenz in diesem bestimmten Ausgang und destruktive Interferenz in den anderen Ausgängen geben. Die Wellenlängenabhängigkeit ergibt sich durch die unterschiedlichen Längen der Wellenleiter, da sich der Phasenbeitrag Φi,q eines Wellenleiters der Länge Li in einer Wellenlänge λq durch: Φi,q = –2πneffLiλq ergibt, wobei neff der effektive Index des Wellenleiters ist. Somit müssen die Längen der Zweigwellenleiter 81 –8N auf eine derartige Weise ausgewählt werden, dass die unterschiedlichen Kanalwellenlängen, die zu trennen sind, relative Phasen ergeben werden, die sie zu unterschiedlichen Ausgängen lenken. Die Phasensteuermittel 91 –9N sind vorteilhafter Weise in der Lage, eine beliebige Phase in dem Intervall zwischen 0 und 2π hinzuzufügen. Ferner ist es erlaubt auszuwählen, zu welchem Ausgang eine gegebene Wellenlänge gehen wird. Die anderen sind durch die Auslegung der Einrichtung bestimmt. Dies be deutet auch, dass die absoluten Längen der Zweigwellenleiter 81 –8N innerhalb eines kleinen Anteils von λ/neff nicht richtig sein müssen, wie es der Fall wäre, falls keine Phasensteuermittel vorgesehen wären. Es werden nun die Formeln erörtert, die die Wellenlängenweiterleitungseigenschaften der Einrichtung ergeben. Die Weise, auf die die Einrichtung arbeitet, hängt von den Eigenschaften des MMI-Kopplers und besonders von den relativen Ausgangsphasen ab. Diese sind z.B. in "General self-imaging properties in N × N multimode interference couplers including phase relations", Applied Optics, Vol. 33(18), 20. Juni 1994, S. 3905–3911, von M. Bachmann, et al für eine Einrichtung von N × N angegeben. Gemäß der Erfindung wurde jedoch eine alternative Ableitung gefunden, die eine einfache Formel ergibt, die in "General self-imaging properties in N × N multimode interference couplers including phase relations", Applied Optics, Vol. 33(18), 20. Juni 1994, S. 3905–3911, by M. Bachmann, et al bereitgestellt wird. Mit der Wellenleiternummerierung, wie in 2 angegeben, ergibt sich die relative Phase in Ausgang q für einen Eingang in k durch: Φkq = –π(k – q)2/(4N),falls (N + k + q) gerade ist, Φkq = π – π(k + q – 1)2/(4N),falls (N + k + q) ungerade ist.
  • Unter Kenntnis dieser Formeln kann ein System von Gleichungen für die Längen Lk der Zweigwellenleiter derart geschrieben werden, dass eine unterschiedliche Wellenlänge in jedem Ausgang erhalten wird.
  • Um einen Demultiplexer mit Kanälen in Wellenlängen λm = λ0 + mδ zu erhalten, wobei m eine ganze Zahl und δ die Kanalbeabstandung ist, ist eine Lösung, die Armlängen Lk der Einrichtung in 2 zu haben, die sich durch: Lk = L0 + (sk + pk/N)U ergeben, wobei L0 eine beliebige Länge ist, sk belie bige ganze Zahlen sind und U eine charakteristische Länge ist, die sich durch U = λ0 2/[δ(neff – λ0(dneff/dλ)]ergibt, wobei neff der effektive Index der Arme und pk eine ganze Zahl ist, die sich durch: pk = N – (k/2),falls k gerade ist, pk = (k – 1)/2,falls k ungerade ist ergibt. Da L0 freigewählt werden kann, gibt es eine gewisse Freiheit in der Auslegung der Einrichtung. Die sk in dieser Formel sind auch beliebig, aber unterschiedliche Auswahlen werden eine unterschiedliche Form der Übertragungsspektra zwischen den Kanälen und somit eine unterschiedliche Toleranz in der spektralen Position der Kanäle ergeben. Im allgemeinen wird die größte Toleranz erhalten, wenn alle ganzen Zahlen sk gleich sind (sie können dann auf Null gesetzt werden, da sie einer Änderung von L0 äquivalent sind). Falls die Phasenverschiebungseinrichtungen derart abgestimmt sind, dass in λ0 Eingang i (siehe 2) zu Ausgang q0 geht, dann wird in Ausgang Nummer q die Wellenlänge λm erhalten, wobei sich m durch: m = (–1)N+q0(q – q0)/2 modulo N,falls (q + q0) gerade ist, m = (–1)N+q0(q + q0 – 1)/2 modulo N,falls (q + q0) ungerade ist, ergibt. Es wird vermerkt, dass m nur in modulo N definiert ist, was bedeutet, dass eine periodische Ausgabe in einem beliebigen Wellenleiter vorgesehen wird, mit einer Periode Nδ. Dies verweist auf die Wellenlängen, die in Eingang i eingehen. Falls ein anderer Eingang verwendet wird, z.B. j, kann gezeigt werden, dass falls die Phasen derart abgestimmt sind, dass Eingang i in Ausgang q(i) in einer Wellenlänge λm geht, dann in der gleichen Wellenlänge Eingang j zu Ausgang q(j) gehen wird, gegeben durch: q(j) = q(i) + 2(–1)N+q(i)R(n, j, i) modulo (2N)oder q(j) = 1 – [q(i) + 2(–1)N+q(i)R(n, j, i) modulo (2N)
  • Nur eine dieser zwei Formeln wird ein Ergebnis in dem Intervall [1, N] ergeben, und dies ist das richtige Ergebnis. Die Funktion R(N, j, i) ergibt sich durch: R(N, j, i) = (–1)N+i(i – j)/2,falls (i + j) gerade ist, R(N, j, i) = (–1)N+i(i + j – 1)/2,falls (i + j) ungerade ist.
  • Als ein Beispiel wurde die Tabelle von 3 berechnet. Sie ergibt den Ausgangswellenleiter für jede Wellenlänge und jeden Eingang in einer Weiterleitungseinrichtung von 8 mal 8 des Typs von 2. Diese Einrichtung kann in allen Fällen verwendet werden, wo ein Wellenleiter-Gitter-Anordnungsrouter (waveguide grating array router) verwendet werden kann. Zusätzlich dazu ist es ein Vorteil, dass es möglich ist, eine von N möglichen Konfigurationen (mit den Phasenverschiebungseinrichtungen) auszuwählen.
  • In vorteilhaften Ausführungsformen ist N in dem Bereich von 4 bis 16, was die Zahl von Kanälen ist, die für WDM-Übertragungssysteme als wahrscheinlich betrachtet wird. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf diese Werte begrenzt, und im Gegensatz dazu können sie höher ebenso wie geringer sein.
  • Wie oben aufgezeigt, sind in einer vorteilhaften Ausführungsform getrennte Phasensteuermittel in jedem Zweigwellenleiter vorgesehen. Da es wünschenswert ist, die Steuerkomplexität zu minimieren, wird vorteilhafter Weise die minimale Zahl von Zweigwellenleitern verwendet. Deshalb ist vorteilhafter Weise die Zahl von Zweigwellenleitern die gleiche wie die Zahl von Wellenlängen (N). In alternativen Ausführungsformen überschreitet jedoch die Zahl von Zweigwellenleitern die Zahl von Wellenlängen.
  • Wie zuvor angeführt, können verschiedene Arten von Phasensteuermitteln verwendet werden. In einer vorteilhaftesten Ausführungsform werden thermo-optische Steuermittel verwendet. Diese sind mindestens dann besonders vorteilhaft, falls die Schaltgeschwindigkeit nicht übermäßig wichtig ist. Ein Vorteil eines thermo-optischen Phasensteuermittels ist, dass es keine Notwendigkeit gibt, das Material zu dotieren; es kann sogar ein Isolator sein, was bedeutet, dass es keine freie Trägerabsorption gibt. Des weiteren ist die Variation der Verluste mit Indexänderung vernachlässigbar und es wird auch eine bessere Zuverlässigkeit ermöglicht, da es keinen von Strom induzierten Schaden in dem Material gibt und die Abhängigkeit von der Wellenlänge sehr gering ist.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Phasensteuerung durch Steuern der Temperatur einer Sektion eines Wellenleiters mit einer Dünnfilm-Heizeinrichtung, die oben auf dem Wellenleiter abgelagert ist, und Halten des Bodens des Substrats auf einer konstanten Temperatur realisiert. Das einzige Problem bei dieser Lösung ist, eine minimale Beabstandung zwischen benachbarten Wellenleitern zu haben, um Aufheizung von nicht nur des beabsichtigten Wellenleiters, sondern auch benachbarter Wellenleiter zu vermeiden, was auch als thermisches Nebensprechen bezeichnet wird. Nebensprechen zwischen unterschiedlichen Zweigwellenleitern ist ein weniger ernsthaftes Problem als kohärentes Nebensprechen, d.h. für die gleiche Wellenlänge.
  • Falls die Schaltgeschwindigkeit von höchster Wichtigkeit ist, kann der elektro-optische Effekte verwendet werden. In einer bestimmten Ausführungsform werden Quanten-Schächte verwendet, dann muss jedoch Sorge getroffen werden, dass die Indexänderung nicht zu stark von der Wellenlänge abhängt. Der elektro-optische Effekte wurde weithin sowohl in Kristallen, wie etwa LiNbO3, als auch in Halbleitern verwendet (Stark-Effekt in der Masse oder Quanten-Schächten).
  • Es kann auch der Plasmaeffekt verwendet werden. Er beruht auf der Brechzahländerung wegen Trägerinjektion (Elektronen und Löcher in einem Material). Dies verursacht eine Änderung in dem Absorptionsspektrum und somit eine Änderung in der Brechzahl durch die Kramers-Kroenig-Beziehung. Eine Verwendung des elektro-optischen Effektes oder des Plasmaeffektes in Halbleitern bezieht die Verwendung einer p-i-n-Diodenstruktur ein, entweder rückwärts vorgespannt (elektro-optischer Effekt) oder vorwärts vorgespannt (Plasmaeffekt). Somit werden dotierte Materialien verwendet, was zu freier Trägerabsorption führt (besonders für ein p-dotiertes Material). Für den Plasmaeffekt werden die injizierten Träger auch zu der Absorption beitragen, was es schwierig machen kann, Einrichtungen mit ausreichend geringen Verlusten zu bekommen. In dem Fall von Trägerinjektion wird es zu einem Verlust kommen, der sich ungefähr proportional zu der Änderung in dem Index erhöht. Falls der Stark-Effekt in der Masse oder Quanten-Schächten verwendet wird, wird es auch eine Erhöhung von Absorption geben, wenn sich die Indexänderung erhöht. Somit wird es beliebige Verlustdifferenzen zwischen den unterschiedlichen Wellenleitern geben, was unvollkommene destruktive Interferenz in den Ausgängen der Leistungskombinationseinrichtung und somit Nebensprechen verursacht. Abhängig von der Implementierung können jedoch auch Phasensteuermittel basierend auf dem elektro-optischen Effekt und dem Plasmaeffekt verwendet werden, was ein ausreichend gutes Ergebnis ergibt.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden thermo-optische Phasensteuermittel in InGaAsP/InP verwendet.
  • Gestaltungswellenlängen können um 1550 nm oder 1300 nm sein. Natürlich sind auch andere Alternativen möglich. Für vereinfachte Verarbeitung werden Kammwellenleiter verwendet, wobei nur ein Kristallwachstum und ein Ätzschritt erforderlich sind. Es kann die Technologie, wie sie in "A new type of tunable demultiplexer using a multi-leg Mach-Zehnder Interferometer" erörtert wird, wie oben angeführt, für die Realisierung eines abstimmbaren 1-mal-4-Demultiplexers verwendet werden. Ein Vorteil des InGaAsP/InP-Materials besteht darin, dass es weitere Integration mit aktiven Elementen erlaubt, wie etwa Detektoren, Lasern und Verstärkern. Es erlaubt auch weitere Integration mit elektronischen Schaltungen. In einer bestimmten Ausführungsform sind Verstärker in den Rückkopplungswellenleitern durch die Verwendung von einem Wachstumsschritt mehr und Stoßverbindungskopplung integriert.
  • Es kann auch AlGaAs/GaAs bei 1300 nm und 1550 nm verwendet werden. Für aktive Elemente muss jedoch um 870 nm gearbeitet werden.
  • In einer anderen Ausführungsform ist die Anordnung in SiO2/Si implementiert. Weiter noch kann die Anordnung in einem beliebigen Polymer implementiert sein. Der Vorteil von InGaAsP/InP und auch AlGaAs/GaAs ist jedoch zusätzlich zu dem Potenzial für weitere Integration der große Brechungsindex und Indexschritte, die verfügbar sind, ebenso wie ein großer thermo-optischer Koeffizient. Dies macht die InGaAsP/InP-Einrichtungen noch kleiner. Der in der oben angeführten Literaturstelle beschriebene 1-mal-4-Demultiplexer ist, bei konservativer Gestaltung, 5,8 mm mal 1,5 mm. Unter Verwendung leicht kleinerer Biegungsradien und engerer MMI-Koppler wäre der gesamte OADM gemäß der vorliegenden Erfindung leicht ebenso klein oder noch kleiner.
  • Wie oben angeführt, sind in einer vorteilhaften Ausführungsform Leistungssteuermittel 71 –7N-1 vorgesehen. Es wird dann ein Material benötigt, in dem eine optische Verstärkung vorgesehen werden kann, da überschüssige Verluste zu kompensieren sind. Ein abstimmbares Verlusteelement ist nicht ausreichend. Vorteilhafter Weise werden Halbleiterverstärker verwendet. Falls polarisationsunabhängige Operation benötigt wird, sind die Verstärker so auszulegen, die gleiche optische Verstärkung für die TE-Modi und die TM-Modi aufzuweisen. Da es einen Rückkopplungspfad durch die MMI-MZI-Weiterleitungseinrichtung 5 gibt, kann Laseroszillation vorgesehen werden, falls die Verstärkung in dem Verstärker ausreichend ist. Die Oszillationswellenlänge wird durch die Filtercharakteristika der Weiterleitungseinrichtung bestimmt, wird sich aber immer von der Wellenlänge des Signals unterscheiden, das den Verstärker durchläuft, da unterschiedliche Wellenlängen in dem gleichen Eingang zu unterschiedlichen Ausgängen gehen. Somit kann eine Operation mit geklemmter Verstärkung der Verstärker vorgesehen werden, was eine konstante Verstärkung ergibt, die von der Signalleistung unabhängig ist, mindestens bis zu einer gewissen Sättigungsgrenze.
  • Nebensprechen zwischen dem Hinzufügungsport und dem Entnahmeport ist vorteilhafter Weise derart, dass die entnommene Signalleistung mindestens 25 dB größer als die hinzugefügte Signalleistung ist, die in dem Entnahmeport entweicht (bei einem Leistungsstrafpegel von 1 dB).
  • Wie oben erwähnt, kann eine Reihe unterschiedlicher Materialien verwendet werden. Welche Materialien verwendet werden, hängt auch zu einem gewissen Ausmaß von der Weise ab, auf die die Phasensteuerelemente realisiert sind und ob Verstärker auf dem Chip implementiert sind oder nicht. Falls der Plasmaeffekt oder der elektro-optische Effekte (in einem Halbleiter) verwendet wird, wird im allgemeinen AlGaAs/GaAs oder InGaAsP/InP (oder ein ähnliches Materialsystem) verwendet. Falls der reine elektro-optische Effekte verwendet wird, kann LiNbO3 ebenso wie ein beliebiges Polymer verwendet werden.
  • Falls Verstärker auf dem Chip vorgesehen sind (die Erfindung deckt auch andere Implementierungen ab), kann ein direktes Bandlücken-Halbleitersystem verwendet werden, wie etwa z.B. AlGaAs/GaAs oder InGaAsP/InP. In einer alternativen Ausführungsform wird Dotieren mit Erbium, oder einem anderen Ion, des Wellenleiters und optisches Pumpen mit einem externen Laser verwendet.
  • Wie auch oben angeführt wird, ermöglicht der thermo-optische Effekte die größte Auswahl von Materialien, nämlich Halbleiter wie AlGaAs/GaAs oder InGaAsP/InP, LiNbO3, Polymere und auch SiO2/Si. Die Hauptunterschiede zwischen diesen Materialien sind ihr Brechungsindex, verfügbare Indexschritte, der Wert ihrer thermo-optischen Koeffizienten und die Ausbreitungsverluste. Dies beeinflusst hauptsächlich die Größe der sich ergebenden Einrichtung. Da die Verluste in SiO2/Si kleiner als in Halbleitermaterialien sind, kann es nicht notwendig sein, Verstärker auf dem Chip zu haben, um Verlustungleichgewicht auszugleichen. In diesem Fall kann jedoch kein Leistungsausgleich geschehen.
  • 1 zeigt eine vorteilhafte Implementierung einer Anordnung gemäß der Erfindung. Es ist jedoch auch eine Reihe von Alternativen möglich. Es kann ein beliebiger Wellenleiter für die Eingangs- und Hinzufügungsports verwendet werden, und sie können auch ausgetauscht werden, solange wie die Ausgangs- und die Entnahmeports auf eine entsprechende Art und Weise geändert sind. Dies beeinflusst nur die Wellenlängenzuweisung für eine gegebene Phasenkombination, es ändert aber das globale Verhalten der Anordnung nicht. Ein Vorteil einer Imple mentierung, wie in 1 veranschaulicht, besteht darin, dass Wellenleiterkreuzungen vermieden werden.
  • In einer Weiterleitungseinrichtung sind die Längen der Zweigwellenleiter allgemein nicht eine monotone Funktion der Kanalnummern, was bedeutet, dass in einigen Ausführungsformen ein längerer Wellenleiter zwischen zwei kürzeren Wellenleitern eingelegt ist. Falls Phasensteuermittel verwendet werden, die auf dem thermo-optischen Effekt basieren, müssen sie des weiteren ausreichend beabstandet sein (oder die Wellenleiterzweige müssen beabstandet sein), um eine beliebige signifikante Änderung in der Temperatur zu vermeiden, die in einem beliebigen benachbarten Wellenleiter erzeugt wird. Diese Betrachtung, ebenso wie das verwendete Material, wie oben angezeigt wird, haben einen Einfluss auf die Gesamtgröße der Anordnung.
  • In einer bestimmten Ausführungsform sind Eingangs- und/oder Ausgangsverstärkungsmittel für Verlustkompensation vorgesehen.
  • In einer Ausführungsform wird eine MMI-MZI-Weiterleitungsvorrichtung von N + 1 mal N + 1 verwendet, es gibt aber dennoch nur N Wellenlängen. Dies ermöglicht eine leichte Umgehung der Anordnung, insbesondere des OADM und der Wellenlängenkanal, der kein Signal enthält, wird zu dem Entnahmeport gelenkt und alle N Wellenlängen, die Signale enthalten, gehen durch.
  • In noch einer anderen Ausführungsform wird auch eine MMI-MZI-Weiterleitungsvorrichtung von N + 1 mal N + 1 verwendet, um gleichen Verlust für alle Kanäle zu erhalten. Dann ist jedoch die Entnahmewellenlänge fixiert, was bedeutet, dass Abstimmbarkeit verloren geht. Dies kann durch Lenken des Wellenlängenkanals ohne Signal zu dem Ausgangsport geschehen, sodass alle (N – 1) Kanäle, die durch die Weiterleitungseinrichtung gehen, die Rückkopplung passieren.
  • In vorteilhaften Ausführungsformen ist ein Detektor für den Entnahmekanal auf dem Chip integriert. Auf diese Art und Weise wird die Zahl von Faserverbindungen und Komponenten noch weiter verringert, was klar von Vorteil ist.
  • In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform, die auch in allen hierin zuvor beschriebenen Ausführungsformen implementiert werden kann, ist eine Lasereinrichtung, die den Hinzufügungsport speist, auf dem Chip integriert. Falls die Anordnung, d.h. insbesondere ein OADM abstimmbar ist, ist der Laser vorzugsweise auch abstimmbar.
  • Es ist ein Vorteil einer Anordnung gemäß der Erfindung, dass eine Weiterleitungseinrichtung, insbesondere eine MMI-MZI-Weiterleitungseinrichtung, für sowohl Demultiplexen als auch Switching verwendet werden kann, wobei sich so eine einfache Einrichtung ergibt, die leicht auf einem Chip integriert sein kann. Andere Vorteile wurden bereits zuvor in der Anmeldung erörtert.
  • Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen begrenzt, sondern sie kann auf einer Reihe von Wegen innerhalb des Bereichs der Ansprüche variiert werden.

Claims (21)

  1. Anordnung (10) für wellenlängenabhängige Weiterleitung optischer Signale, enthaltend eine Zahl von Wellenlängen, wobei die Anordnung eine optische Hinzufügungs-/Entnahme-(Add-Drop) Multiplexinganordnung mit Eingangs- und Ausgangswellenleitern umfasst und eine Weiterleitungseinrichtung (5) mit Ein- und Ausgängen umfasst, gekennzeichnet dadurch, dass die Weiterleitungseinrichtung (5) Splittungsmittel (11) mit einer Zahl von Eingängen und Kombinationsmittel (12) mit einer Zahl von Ausgängen enthält, wobei einer der Eingänge (13N ) und Ausgänge (14N ) jeweils für Multi-Wellenlängen-Eingabe/Ausgabe verwendet wird, ein anderer Eingang (13N-1 ) und Ausgang (14N-1 ) jeweils für Hinzufügung/Entnahme einer Wellenlänge verwendet wird, die anderen Ein- und Ausgänge (131 –13N-2 ; 141 –14N-2 ) zum Rückschleifen der verbleibenden Wellenlängen verwendet werden, zwischen den Splitting- und Kombinationsmitteln eine Zahl von Zweigwellenleitern (81 –8N ) angeordnet sind, jeder umfassend getrennte abstimmbare Phasensteuermittel (91 –9N ) umfassend Phasenverschiebungseinrichtungen, und dadurch, dass sowohl Wellenlängen-Demultiplexing-/Multiplexing und Umschalten durch die Weiterleitungseinrichtung (5) vorgesehen wird, wobei die Anordnung ferner nach der Wellenlänge durch mindestens eine Zahl der Zweigwellenleiter abstimmbar ist, die durch die Phasensteuermittel (91 –9N ) steuerbar sind, wobei die Wellenlänge(n), die hinzuzufügen und/oder zu entnehmen ist (sind), durch Ab stimmung der abstimmbaren Phasensteuermittel (91 –9N ) auswählbar ist/sind.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Anordnung auf einem einzelnen Chip integriert ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass das Splittungsmittel (11) einen ersten Multi-Modus-Interferenzkoppler umfasst, der als ein Splitter agiert, und dadurch, dass das Kombinationsmittel (12) einen zweiten Multi-Modus-Interferenzkoppler (MMI) umfasst, der als eine Kombinationseinrichtung agiert, die Weiterleitungseinrichtung (5) umfassend ein Multi-Modus-Interferenz-Mach-Zehnder-Interferometer mit vielen Abschnitten (legs).
  4. Anordnung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Anordnung (10) monolithisch hergestellt ist.
  5. Anordnung nach mindestens Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass sie zwei Eingangswellenleiter mit einem Port (1) für ein Vielfaches von Signalen (INN), jedes kodiert in einem getrennten Wellenlängenkanal (N > 2), und einem Hinzufügungsport (2), in dem eine Wellenlänge hinzugefügt werden kann, umfasst, und dadurch, dass sie ferner zwei Ausgangswellenleiter mit einem Port (3) für ein Vielfaches von Wellenlängenkanälen und einem Port (4), durch den ein Wellenlängenkanal entnommen werden kann, umfasst.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, dass die Zahl von Zweigwellenleitern (81 , ..., 8N ) mindestens der Zahl von Eingangswellenlängen (I1, ..., IN) entspricht, und dadurch, dass die Weiterleitungseinrichtung (5) einen Eingang und einen Ausgang jeweils für jede Wellenlänge umfasst.
  7. Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass die ersten und die zweiten Eingangswellenleiter mit je einem Eingang der Weiterleitungseinrichtung verbunden sind, und dadurch, dass jeder Ausgangswellenleiter mit den Ausgängen der Weiterleitungseinrichtung entsprechend den jeweiligen Eingängen verbunden ist, wobei Rückschleifenwellenleiter (61 –6N-2 ) zum Verbinden der anderen Eingänge der Weiterleitungseinrichtung (5) mit den entsprechenden Ausgängen vorgesehen sind.
  8. Anordnung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass das Leistungssteuermittel (71 –7N-2 ), z.B. Halbleiterverstärker, in den Rückschleifenwellenleitern (61 –6N-2 ) integriert sind, um Kanalleistungsausgleich vorzusehen.
  9. Anordnung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Weiterleitungseinrichtung (5) einen N mal N Router für N gleich beabstandete Wellenlängen umfasst, und dadurch, dass es eine Weiterleitungstabelle für jede Wellenlänge gibt.
  10. Anordnung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass um zu steuern, welche Wellenlänge zu dem Entnahmeport zu lenken ist, das entsprechende Phasensteuermittel der Weiterleitungseinrichtung (5) abgestimmt wird.
  11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet dadurch, dass die Weiterleitungseinrichtung (5) symmetrisch und reziprok ist.
  12. Anordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass für jeden Zweigwellenleiter (81 –8N ) die Optikpfadlänge die gleiche für TE- bzw. TM-Modi ist, wobei eine polarisationsunabhängige Anordnung vorgesehen wird.
  13. Anordnung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass mindestens eine Zahl der Zweigwellenleiter (81 –8N ) unterschiedliche Längen haben.
  14. Anordnung mindestens nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das Wellenleitermaterial ein dielektrisches Material ist, und dadurch, dass thermo-optische Phasensteuermittel (91 –9N ) zum Steuern der Brechzahl davon vorgesehen sind.
  15. Anordnung nach einem beliebigen von Ansprüchen 1–13, gekennzeichnet dadurch, dass elektro-optische Phasensteuermittel oder Plasmaeffekt-Phasensteuermittel verwendet werden.
  16. Anordnung nach Anspruch 14, gekennzeichnet dadurch, dass die Anordnung durch ein Halbleitermaterial, z.B. InGaAsP/InP, hergestellt wird.
  17. Anordnung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass sie mit aktiven Elementen und/oder elektronischen Schaltungen integriert ist.
  18. Anordnung nach einem beliebigen von Ansprüchen 1–8, gekennzeichnet dadurch, dass die Weiterleitungseinrichtung eine N + 1 mal N + 1 Kanaleinrichtung für N Wellenlängen ist, wobei der Wellenlängenkanal, der kein Signal enthält, zu dem Entnahmeport gelenkt wird.
  19. Anordnung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass ein Detektor zum Erfassen eines entnommenen Wellenlängenkanals auf dem Chip (on-chip) integriert ist.
  20. Anordnung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass Lasermittel zum Speisen des Hinzufügungsports auf dem Chip integriert sind.
  21. Verfahren zum Durchführen wellenlängenabhängiger Weiterleitung in einem optischen Kommunikationssystem, umfassend eine Zahl von optischen Hinzufügungs-/Entnahme-Multiplexern, gekennzeichnet dadurch, dass es die Schritte umfasst: – Empfangen von N im wesentlichen gleich beabstandeten Wellenlängen über einen ersten Wellenleiter in einem OADM, – Empfangen einer Wellenlänge, die hinzuzufügen ist über einen getrennten Wellenleiter in dem OADM, – Eingeben der N Wellenlängen über einen ersten Eingang zu einer MMI-MZI-Weiterleitungseinrichtung, – Eingeben der Hinzufügungswellenlänge über einen zweiten Eingang zu der MMI-MZI-Weiterleitungseinrichtung, – Trennen der N im wesentlichen gleich beabstandeten Wellenlängen, – Auswählen durch Abstimmung vom Phasensteuermittel einer Wellenlänge, die zu entnehmen ist, – Weiterleiten der Wellenlänge, die zu entnehmen ist, zu einem getrennten Ausgangswellenleiter über einen getrennten Ausgang der Weiterleitungseinrichtung, – Umschalten einer Wellenlänge direkt durch die Weiterleitungseinrichtung zu einem gemeinsamen Ausgang für N Wellenlängen, – Rückschleifen der verbleibenden N – 2 Wellenlängen zu Eingängen der Weiterleitungseinrichtung; – Ausgeben der N – 2 zurückgeschleiften Wellenlängen und der Wellenlänge, die direkt durch die Weiterleitungseinrichtung umgeschaltet wird, ebenso wie der hinzugefügten Wellenlänge von dem Hinzufügungsport über einen gemeinsamen Ausgangswellenleiter verschieden von dem getrennten Wellenleiter für die entnommene Wellenlänge.
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