Оптический интегральный волноводный спектрально-селективный переключатель

Изобретение относится к технике высокоскоростной волноводно-оптической связи и может быть использовано в коммутационных устройствах, сетях связи со спектрально- волновым уплотнением оптических каналов. Оптический интегральный волноводный спектрально-селективный переключатель (ОССП) содержит два входных и два выходных волновода, два демультиплексора и два мультиплексора, каждый из которых соответственно подключен к одному из входных и к одному из выходных волноводов ОССП, выполненных на планарных оптических спектрально пространственном (СПП) и пространственно спектральном (ПСП) преобразователях с торцами входных и выходных волноводов, помещенных соответственно на передней и задней фокальных линиях, образующих на задней выходной у СПП и передней входной у ПСП фокальных линиях системы фокальных областей, соответствующих каналам, разделенным по спектральным полосам, двухканальные оптические переключатели, каждый из которых соединяет по одной указанной фокальной области от демультиплексоров в одной и той же спектральной полосе с соответствующими им по спектральной полосе фокальными областями мультиплексоров в прямом или перекрестном направлениях. Два демультиплексора выполнены на одном СПП, а два мультиплексора - на одном ПСП с таким спектральным разрешением, чтобы пространственные интервалы между разделенными фокальными областями на выходах каждого демультиплексора и на входах каждого мультиплексора превышали или были равны размерам фокальных областей. На каждом из этих интервалов возле фокальной области первого демультиплексора и соответствующего ему мультиплексора, подбором расстояния между торцами входных волноводов на передней фокальной линии СПП и выходных волноводов на задней фокальной линии ПСП размещены с заданной степенью оптического разделения фокальные области второго демультиплексора и соответствующего ему мультиплексора с одинаковой спектральной полосой. Изобретение обеспечивает уменьшение количества пересекающихся волноводов, потерь, перекрестных помех и размеров устройства. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к технике высокоскоростной волноводно-оптической связи и может быть использовано в коммутационных устройствах, сетях связи со спектрально-волновым уплотнением оптических каналов.

Известны оптические интегральные волноводные спектрально-селективные переключатели, описанные в статьях: К.Okamoto, M.Okuno, A.Himeno, and Y.Ohmori, '16 channel optical add/drop multiplexer consisting of arrayed waveguide gratings and double-gate switches', Electron. Lett, vol.32, pp.1471-1472, 1996.

К.Okamoto, К.Takiguchi and Y.Ohmori, '16 channel optical add/drop multiplexor using silica - based arrayed - waveguide grating' in Proc OFC 95, 1995, pp.10-1 и др.

В этих работах описываются интегральные оптические волноводные спектрально-селективные переключатели (ОССП) на 16 каналов, состоящие из двух пар планарных волноводных дисперсионных фазированных решеток, функционирующих как демультиплексоры и мультиплексоры, соединенных двухканальными оптическими волноводными пространственными переключателями.

Наиболее близким к заявленному изобретению является описание оптического интегрального волноводного спектрально-селективного переключателя, приведенное в статье: C.G.P.Herben, D.H.P.Maat, XJ.M.Leijtens, M.R.Leys, Y.S.Oei, and M.K.Smit, \Polarization Independent Dilated WDM Cross - Connect on In P\. Указанный оптический волноводный переключатель содержит два входных и два выходных волновода, два демультиплексора и два мультиплексора, каждый из которых соответственно подключен к одному из входных и к одному из выходных волноводов ОССП. Мультиплексоры и демультиплексоры выполнены на планарных оптических спектрально-пространственных (СПП) и пространственно спектральных (ПСП) преобразователях с торцами входных и выходных волноводов, помещенных соответственно на передней и задней фокальных линиях, в результате чего на задней выходной у СПП и передней входной у ПСП фокальных линиях образуются системы фокальных областей, принадлежащих каналам, разделенным по спектральным полосам. Имеются также двухканальные оптические переключатели, каждый из которых соединяет по одной указанной фокальной области от СПП демультиплексоров в одной и той же спектральной полосе с соответствующими им по спектральной полосе фокальными областями ПСП мультиплексоров в прямом или перекрестном направлениях.

Однако известные устройства имеют недостатки: большое количество пересекающихся планарных волноводов, соединяющих СПП и ПСП с входами и выходами пространственных переключателей. Для коммутации n каналов требуется n(n-1) пересечений. Каждое пересечение вносит потери, перекрестные помехи и увеличивает размеры ОССП, т.к. пересечения должны выполняться под прямым углом с соблюдением достаточно большого радиуса кривизны при поворотах волноводов для таких пересечений.

Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение количества пересекающихся волноводов и, следовательно, уменьшение потерь, перекрестных помех и размеров ОССП.

Указанный результат достигается за счет того, что в известном устройстве ОССП, содержащем два входных и два выходных волновода, два демультиплексора и два мультиплексора, каждый из которых соответственно подключен к одному из входных и к одному из выходных волноводов ОССП, выполненных на планарных оптических спектрально-пространственных (СПП) и пространственно спектральных (ПСП) преобразователях с торцами входных и выходных волноводов, помещенных соответственно на передней и задней фокальных линиях, образующих на задней выходной у СПП и передней входной у ПСП фокальных линиях системы фокальных областей, соответствующих каналам, разделенным по спектральным полосам, двухканальные оптические переключатели, каждый из которых соединяет по одной указанной фокальной области от двух СПП демультиплексоров в одной и той же спектральной полосе с соответствующими им по спектральной полосе фокальными областями ПСП мультиплексоров в прямом или перекрестном направлениях, предложено:

- два демультиплексора выполнить на одном СПП, а два мультиплексора - на одном ПСП с таким спектральным разрешением, чтобы пространственные интервалы между разделенными фокальными областями на выходах каждого демультиплексора и на входах каждого мультиплексора превышали и/или были равны размерам фокальных областей;

- на каждом интервале между разделенными фокальными областями возле фокальной области первого демультиплексора и соответствующего ему мультиплексора подбором расстояния между торцами входных волноводов на передней фокальной линии СПП и выходных волноводов на задней фокальной линии ПСП разместить с заданной степенью изоляции фокальную область второго демультиплексора и соответствующего ему мультиплексора с аналогичной спектральной полосой.

Кроме того, предложено СПП и ПСП выполнить на оптических волноводных дисперсионных фазированных решетках или на волноводных эшелонах Майкельсона, а двухканальные переключатели выполнить на интерферометрах Маха-Цендера с термооптическими модуляторами.

Указанный выше технический результат достигается совокупностью перечисленных выше новых признаков изобретения.

Уменьшение количества пересечений планарных волноводов достигается за счет общего для двух демультиплексоров СПП, общего для двух мультиплексоров ПСП, их повышенного спектрального разрешения и соответствующего расположения торцов входных и выходных волноводов на фокальных линиях СПП и ПСП, что приводит к размещению фокальных областей СПП и ПСП на входах и выходах двухканальных пространственных переключателей от двух мультиплексоров и двух демультиплексоров без дополнительных волноводов и их пересечений.

Дополнительные признаки изобретения направлены на достижение вариантов реализации настоящего изобретения.

Перечень графических материалов, иллюстрирующих заявленное изобретение.

Фиг.1 иллюстрирует известное устройство ОССП (прототип).

Фиг.2 иллюстрирует предполагаемое устройство ОССП.

Фиг.3 показывает варианты предлагаемого устройства ОССП с использованием в качестве СПП и ПСП волноводных дисперсионных фазированных решеток и двухканальных пространственных переключателей на интерферометрах Маха-Цендера с термооптическими модуляторами.

Фиг.4 представляет вариант предлагаемого устройства ОССП с использованием в качестве СПП и ПСП волноводных эшелонов Майкельсона.

Устройство ОССП (см. фиг.1 и 2) состоит из двух входных 1, 2 и двух выходных 3, 4 волноводов, двух демультиплексоров 5, 6 и двух мультиплексоров 7, 8, каждый из которых 5 или 6, 7 или 8 соответственно подключен к одному из входных 1 или 2 и к одному из выходных 3 или 4 волноводов. Демультиплексоры 5, 6 и мультиплексоры 7, 8 выполнены на планарных оптических спектрально-пространственных (СПП) 9 и пространственно-селективных (ПСП) преобразователях 10, совмещенных с торцами входных 1, 2 и выходных 3, 4 волноводов соответственно на передних 11 и задних 12 фокальных линиях, образующих на задних выходных 13 у СПП и передних входных 14 у ПСП фокальных линиях четыре системы фокальных областей 15, 16, 17, 18 соответствующих каналам, разделенным по спектральным полосам. ОССП содержит также двухканальные оптические волноводные пространственные переключатели (ОВПП) 19, каждый из которых соединяет по одной фокальной области от двух СПП демультиплексоров в одной и той же спектральной полосе с соответствующим им по спектральной полосе фокальными областями двух ПСП мультиплексоров в прямом или перекрестном направлениях.

В настоящем изобретении два демультиплексора 5, 6 выполнены на одном СПП 9 с размещением торцов входных волноводов 1, 2 на его передней фокальной линии 11, а два мультиплексора 7, 8 на одном ПСП 10 с размещением торцов выходных волноводов 3, 4 на его задней фокальной линии 12, и с таким спектральным разрешением, чтобы пространственные интервалы между разделенными фокальными областями 15.1, 15.2К 15.N и 16.1, 16.2К 16.N на выходах каждого демультиплексора 5, 6 и 17.1, 17.2К, 17.N и 18.1, 13.2К 18.N на входах каждого мультиплексора 7, 8 превышали размеры фокальных областей и чтобы на каждом из этих интервалов возле фокальной области одного демультиплексора и соответственно мультиплексора подбором расстояния между торцами входных волноводов 1, 2 на передней фокальной линии 11 СПП 9 и выходных волноводов 3, 4 на задней фокальной линии 12 ПСП 10 была размещена с заданной степенью оптического разделения, например с 5% взаимовлиянием, фокальная область второго демультиплексора и соответственно мультиплексора с одинаковой спектральной полосой λ.

Устройство ОССП может содержать в качестве СПП 9 и ПСП 10 оптические волноводные дисперсионные фазированные решетки, как показано на фиг.3, или волноводные эшелоны Майкельсона, как показано на фиг.4. В нем также могут использоваться в качестве двухканальных волноводных пространственных переключателей 19 интерферометры Маха-Цендера с термооптическими модуляторами, как показано на фиг.3.

Устройство работает следующим образом. Спектрально уплотненные оптические сигналы , К К и , К К , поступающие соответственно по двум входным волноводам 1 и 2, пространственно разделяются двумя демультиплексорами 5, 6 с помощью спектрально-пространственного преобразователя 9, например волноводной дисперсионной фазированной решеткой. Благодаря увеличенному вдвое или более спектральному разрешению СПП 9 и соответствующему расстоянию между торцами входных волноводов 1, 2, которые могут быть рассчитаны, например, с помощью программы Zemax, сигналы одной и той же спектральной полосы из двух входных волноводов 1, 2 пространственно разделяются СПП 9 парами, согласованными по расстоянию с входами двухканального волноводного пространственного переключателя 19. Переключатели 19 передают эти пары сигналов на парные входы ПСП 10 мультиплексоров 7, 8 прямо или перекрестно в зависимости от значения управляющего сигнала для управляемого переключателя или фиксированными связями в неуправляемых переключателях. Мультиплексоры 7, 8 с помощью ПСП собирают скоммутированные пары сигналов в выходные спектрально-уплотненные волноводы 3, 4, действуя аналогично демультиплексорами, но в зеркально-симметричном обратном направлении.

1. Оптический интегральный волноводный спектрально-селективный переключатель (ОССП), содержащий два входных и два выходных волновода, два демультиплексора и два мультиплексора, каждый из которых соответственно подключен к одному из входных и к одному из выходных волноводов ОССП, выполненные на планарных оптических спектрально-пространственном (СПП) и пространственно-спектральном (ПСП) преобразователях, совмещенных с торцами входных и выходных волноводов соответственно на передней и задней фокальных линиях, образующих на задней выходной у СПП и передней входной у ПСП фокальных линиях системы фокальных областей, соответствующих каналам, разделенным по спектральным полосам, двухканальные оптические переключатели, каждый из которых соединяет по одной указанной фокальной области от СПП демультиплексоров в одной и той же спектральной полосе с соответствующими им по спектральной полосе фокальными областями ПСП мультиплексоров в прямом или перекрестном направлениях, отличающийся тем, что два демультиплексора выполнены на одном СПП, а два мультиплексора - на одном ПСП с таким спектральным разрешением, чтобы пространственные интервалы между разделенными фокальными областями на выходах каждого демультиплексора и на входах каждого мультиплексора, по крайней мере, превышали или были равны размерам фокальных областей и чтобы на каждом из этих интервалов возле фокальной области первого демультиплексора и соответствующего ему мультиплексора подбором расстояния между торцами входных волноводов на передней фокальной линии СПП и выходных волноводов на задней фокальной линии ПСП были размещены с заданной степенью оптического разделения фокальные области второго демультиплексора и соответствующего ему мультиплексора с одинаковой спектральной полосой.

2. Оптический переключатель по п.1, отличающийся тем, что СПП и ПСП выполнены на оптических волноводных дисперсионных фазированных решетках.

3. Оптический переключатель по п.1, отличающийся тем, что СПП и ПСП выполнены на волноводных эшелонах Майкельсона.

4. Оптический переключатель по п.2 или 3, отличающийся тем, что двухканальные переключатели выполнены на интерферометрах Маха - Цендера с термооптическими модуляторами.