專利名稱：波長選擇型開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種波長選擇型光學(xué)開關(guān)。更加具體地講，本發(fā)明涉及用于將波分復(fù)用光學(xué)信號中的各個信道從一根光纖耦合到另一根光纖的方法和裝置。
背景技術(shù)：
為了增大光纖網(wǎng)絡(luò)和通信鏈路的傳輸容量，通常會采用波分復(fù)用(WDM)技術(shù)。在WDM系統(tǒng)中，會通過一根光纖傳輸多個波長信道。光纖在稱為“節(jié)點”的點上進(jìn)行連接，在該點上，經(jīng)由最佳可行光纖路徑將信道朝向它們的最終目的地重新路由。還可以在所謂的塞/取點上對信道進(jìn)行塞入和取出。一般來說，在節(jié)點處對WDM信號進(jìn)行去多路復(fù)用，對各個信號進(jìn)行重新路由并且下傳到選定的光纖，還有可能多路復(fù)用成另一個WDM信號。在塞/取點，利用了光譜選擇型光學(xué)開關(guān)(也稱為信道取出濾波器)來從WDM信號中提取單一波長信道，或者將單一波長信道插入到WDM信號中。
可以將網(wǎng)絡(luò)設(shè)計成固態(tài)或可重構(gòu)型的。對于提供波長的供應(yīng)和實現(xiàn)保護(hù)切換而言，可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是很必要的。在可重構(gòu)網(wǎng)路中，節(jié)點和/或塞/取點都配備有開關(guān)或動態(tài)波長轉(zhuǎn)換器，為其提供了改變路由方式的可能性。
用于實現(xiàn)光學(xué)重新路由的技術(shù)是MEMS開關(guān)，這種技術(shù)利用了可替換的小型可移動反射鏡來將光學(xué)信號分派給選定的光纖。在US6292281中出現(xiàn)了這樣的光學(xué)開關(guān)，其中將反射鏡的矩陣設(shè)置在一個基于硅晶片的結(jié)構(gòu)上。而且，可以為節(jié)點配備塞一取濾波器，這些濾波器設(shè)計成用于向WDM信號中塞入或從WDM信號中取出專門選定的信道。
不過，現(xiàn)有技術(shù)存在多種缺點。光學(xué)MEMS開關(guān)是很復(fù)雜的并且難于加工制造，并且去多路復(fù)用和多路復(fù)用WDM信號所需的裝置也是如此。
因此，對于實現(xiàn)易于重構(gòu)和動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的用于將WDM信號中的各個信道從一根光纖耦合到另一根光纖的裝置和方法存在著需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種光學(xué)波長選擇型開關(guān)，這種開關(guān)消除了或者至少削弱了前面提到的現(xiàn)有技術(shù)中的問題。
本發(fā)明的總體目的是提供一種用于將在一根光纖中傳播的一個或多個個別的信號耦合到另一根光纖中。這個總體目的是由按照如下所述的裝置、設(shè)備和方法實現(xiàn)的。
按照本發(fā)明的第一方面，給出了一種裝置，包括第一和第二光波導(dǎo)，它們各自具有一個光引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該光引導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)置為用于沿著預(yù)定的路徑引導(dǎo)光，所述光波導(dǎo)彼此相鄰并平行地設(shè)置。而且該裝置包括由第一和第二反射鏡定義的外部共振器，所述第一和第二反射鏡安放在所述第一和第二光導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的相反側(cè)并且在所述第一和第二光引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的外部，并且所述外部共振器共振于特定的波長。最后在所述第一和第二光波導(dǎo)中設(shè)置有一個偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器設(shè)置為用于通過所述外部共振器的工作將在光導(dǎo)向結(jié)構(gòu)之一中傳播的光偏轉(zhuǎn)到另一個光導(dǎo)向結(jié)構(gòu)中。
按照本發(fā)明的另一個方面，該裝置包括用于調(diào)節(jié)共振器波長和所要影響的選定信道的相位的構(gòu)件。
按照另一個方面，本發(fā)明可以用作塞/取濾波器。按照傳統(tǒng)方法，可以通過各自的信道操縱元件對各個WDM信道進(jìn)行塞入或取出。按照本發(fā)明的光學(xué)裝置的還有另一種使用領(lǐng)域，就是與光纖到光纖路由器相結(jié)合，此時本發(fā)明可以實現(xiàn)兩個傳輸光纖或光纖環(huán)之間的信道交換。
而且，本發(fā)明還提供了其它的特征和優(yōu)點，這些特征和優(yōu)點在閱讀和理解了下面的一些優(yōu)選實施方式的詳細(xì)說明之后，將會變得顯而易見。


在下文中，將會詳細(xì)介紹本發(fā)明的多個優(yōu)選實施方式。在結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀的時候，下面的說明將會更加易于理解，其中附圖1示意性地表示按照本發(fā)明的基本光學(xué)開關(guān)元件的第一實施方式；附圖2示意性地表示可以優(yōu)選地與開關(guān)元件一起使用的清掃元件的實施方式；附圖3示意性地表示使用開關(guān)元件陣列的塞/取裝置的實施方式；
附圖4示意性地表示使用開關(guān)元件陣列的塞/取裝置的另一種實施方式；附圖5示意性地表示使用開關(guān)元件陣列的塞/取裝置的再一種實施方式；附圖6示意性地表示使用開關(guān)元件陣列的塞/取裝置的又一種實施方式；附圖7示意性地表示結(jié)合了開關(guān)控制器的開關(guān)裝置；和附圖8-12示意性地表示各種不同的開關(guān)設(shè)備的實施方式。
具體實施例方式
在附圖1中示意性地給出了按照本發(fā)明的光學(xué)開關(guān)元件的第一優(yōu)選實施方式。所示的結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式。該開關(guān)元件用于將光學(xué)信號從一根光纖切換到另一根光纖。這個元件從根本上講同時是波長選擇型的、波長可調(diào)型的和可陣列級聯(lián)型的。
開關(guān)元件1包括第一光纖或波導(dǎo)2和第二光纖或波導(dǎo)3，它們各自分別具有纖維芯4和5。光纖的功能也可以使用其它多種玻璃材料或半導(dǎo)體材料制成的波導(dǎo)來實現(xiàn)。就光纖而言，可以使用如附圖1中所示的兩根單獨的光纖或者可以使用具有雙芯的單根光纖。芯4、5分別配備有第一偏轉(zhuǎn)器6和第二偏轉(zhuǎn)器7。每個偏轉(zhuǎn)器6和7包括相對于彼此以直角定位的雙重疊炫耀濾光片布拉格光柵。偏轉(zhuǎn)器6、7將照射在雙重疊濾光片布拉格光柵上的光束偏轉(zhuǎn)為兩個反平行光束。偏轉(zhuǎn)器元件還可以使用其它種類的偏轉(zhuǎn)器來實現(xiàn)，例如，單炫耀濾光片布拉格光柵，成角會聚反射鏡(比如金屬反射鏡介質(zhì)階梯反射鏡)或成角布拉格反射器(比如成角介質(zhì)層疊反射鏡或炫耀柵格波導(dǎo))。圖中所示的開關(guān)元件還包括兩個外部反射鏡8和9，形成了一個外部Fabry-Perot型共振器10。將該外部共振器定位得將偏轉(zhuǎn)器6、7包圍在該共振器之內(nèi)。該外部Fabry-Perot共振器還可以使用會聚反射鏡(比如金屬反射鏡或介質(zhì)階梯反射鏡)或布拉格反射器(比如介質(zhì)層疊反射鏡或柵格波導(dǎo))來實現(xiàn)。最后，開關(guān)元件包括致動器11、12，這些致動器可進(jìn)行改變外部共振器的光學(xué)長度(反射鏡之間的光學(xué)距離)的操作，以提供開關(guān)元件的波長和相位的調(diào)節(jié)。光學(xué)距離包括第一外部反射鏡和第一偏轉(zhuǎn)器之間的距離、第一偏轉(zhuǎn)器和第二偏轉(zhuǎn)器之間的距離以及第二偏轉(zhuǎn)器和第二外部反射鏡之間的距離。可以將這各個距離設(shè)置為獨立可調(diào)。致動器11、12可以使用各種不同種類的用于改變光學(xué)路徑長度的方法來實現(xiàn)通過改變幾何路徑長度進(jìn)行的致動(比如壓電或靜電致動)或者通過改變折射率進(jìn)行的致動(比如半導(dǎo)體的p-n結(jié)中的電流注入或反偏置致動)。
外部共振器提供了供切換使用的區(qū)域中的光譜選擇型的光能增強。這是為了選擇切換感興趣的特定信道。這同時保持了其它信道基本上不受影響。外部共振器形成了Fabry-Perot腔，其中選定的光波長經(jīng)歷光譜共振。光譜共振是由于通過第一和第二外部反射鏡之間的多次反射形成的相長干涉而造成的。外部反射鏡之間的光路徑距離在下面稱為腔體光學(xué)長度。對于選定的信道，腔體光學(xué)長度乘以系數(shù)2等于波長的整數(shù)倍。這樣，對于信道外共振器而言的光能轉(zhuǎn)換量值取決于波長與Fabry-Perot共振的匹配程度和外部反射鏡的反射系數(shù)值。這樣，外部反射鏡提供了光譜選擇。這在下面稱為波長調(diào)節(jié)機構(gòu)。波長調(diào)節(jié)機構(gòu)是Fabry-Perot機構(gòu)的子產(chǎn)品。
偏轉(zhuǎn)器6、7實現(xiàn)了光能量從第一光纖2到第二光纖3的耦合，對于選定的信道，光能量借助外部共振器的波長調(diào)節(jié)機構(gòu)得到增強。這里，切換是按照下述方式實現(xiàn)的。首先，第一光纖2中的光由偏轉(zhuǎn)器6偏轉(zhuǎn)到外部共振器10中。其次，在Fabry-Perot共振器的作用下，實現(xiàn)選定波長的共振。再有，由第二偏轉(zhuǎn)器7進(jìn)行將選定信道從所述外部共振器偏轉(zhuǎn)到第二光纖中的第二偏轉(zhuǎn)。
創(chuàng)新性地利用重疊炫耀光柵提供了另一個基本機構(gòu)，在下文中稱為相位調(diào)節(jié)機構(gòu)。除了波長調(diào)節(jié)機構(gòu)之外，這提供了獲得相位調(diào)節(jié)機構(gòu)的手段。
相位調(diào)節(jié)機構(gòu)提供了將開關(guān)元件從“阻斷”調(diào)節(jié)到“穿越”狀態(tài)的手段。這無需采用波長調(diào)節(jié)機構(gòu)來失諧(改變)共振波長。這樣，在開關(guān)元件的穿越狀態(tài)下，選定的波長得以從第一光纖耦合到第二光纖。在阻斷狀態(tài)下，選定波長不會耦合到第二光纖，而是繼續(xù)在第一光纖中傳播。也可以借助相位調(diào)節(jié)機構(gòu)將開關(guān)元件調(diào)節(jié)到“廣播”狀態(tài)，該狀態(tài)為介于阻斷狀態(tài)和穿越狀態(tài)之間的中間狀態(tài)。在廣播狀態(tài)下，僅僅從光纖的輸入中取出一部分共振波長給第二光纖，而剩余的光將繼續(xù)在第一光纖中傳播。這樣，光能的切換量取決于相位調(diào)節(jié)機構(gòu)。這是因為光能的切換量還取決于干涉中的相位關(guān)系，該相位關(guān)系又取決于下述的光學(xué)路徑距離第一外部反射鏡與第二偏轉(zhuǎn)器之間的距離和第二偏轉(zhuǎn)器與第二外部反射鏡之間的距離。
開關(guān)元件的下面一組物理屬性應(yīng)當(dāng)可以看作該裝置的一組臨界設(shè)計參數(shù)。為了實現(xiàn)該裝置的一定自由光譜范圍，即，保持切換裝置要進(jìn)行工作的感興趣的光譜區(qū)域之外的無變化光的光譜屬性，必須要設(shè)定反射鏡之間的某一最大幾何距離。反射鏡的曲率半徑可用于補償腔體內(nèi)光場分布的對稱性，并且還可以用于(例如，通過補償腔體的某些幾何局限性)增強切換裝置的耦合效率和總體性能。要將光纖中的光模的出和入耦合角度選擇得盡可能接近光纖對稱軸的垂直方向，還要將出和入耦合光的圓錐面保持得不在垂直方向上。一旦將垂直方向包含在了出或入耦合光的圓錐面內(nèi)，將會出現(xiàn)開關(guān)耦合效率的光譜衰退，造成耦合效率在開關(guān)的工作光譜區(qū)域中的不必要增強。反射鏡相對于彼此的傾斜(偏離于腔體反射鏡的全平行結(jié)構(gòu))控制著光纖中光模之間耦合的光譜寬度。反射鏡彼此之間越平行，光譜耦合效率就越窄并且越強，反之亦然，反射鏡相對于彼此越傾斜，光譜耦合效率就越寬且越弱。光纖的炫耀光柵的長度決定了光纖中傳播的模式之間的互作用有效長度。炫耀光柵的期望長度是通過光柵的耦合強度和出或入耦合光圓錐面的期望角開度確定的。對于具有高耦合效率的光柵而言，應(yīng)選擇短的光柵長度，以便不會在光柵的末端產(chǎn)生返回到初始光纖中的不希望的反饋耦合。類似的，對于弱的光柵，應(yīng)當(dāng)選擇足夠長的光柵長度，以便確保從第一光纖耦合出來的光完全耦合到第二光纖中。此外，光柵的長度決定了光纖的出或入耦合光的圓錐面的角開度。光柵的長度越長，出或入耦合光的圓錐面越窄；并且反之亦然。光纖的出或入耦合光的角開度(如前所述由光柵的長度決定)決定了我們要將出和入耦合光圓錐面選擇得有多接近光纖的垂直方向。圓錐面越窄，我們就要將出耦合的方向選擇得越接近于垂直方向，從而增加光纖中互作用光模之間的耦合效率。為了實現(xiàn)光纖中傳播的光模之間的高耦合效率，應(yīng)當(dāng)將腔體反射鏡的反射率選擇得盡可能高。反射鏡表面的缺陷將會造成腔體內(nèi)反射光波的散射，從而嚴(yán)重造成了功率的損耗和耦合效率的降低。光柵的強度與光柵的長度相關(guān)。
在附圖2中，描繪出了一個清掃元件20。這樣的元件可以令人滿意地結(jié)合到開關(guān)裝置中，以將光波長信道從殘余的信號內(nèi)容‘清掃’到很低的信號功率電平?？赡軙枰诺狼鍜邅硌a償不理想的開關(guān)元件。這是由于在打算將一個光波長從第一波導(dǎo)取出到第二波導(dǎo)時，開關(guān)元件可能不能夠?qū)υ摴獠ㄩL中的全部信號內(nèi)容進(jìn)行完全切換。應(yīng)當(dāng)清掃掉第一波導(dǎo)的非故意殘留信號內(nèi)容。這是為了實現(xiàn)同一波長對另一個數(shù)據(jù)信號的再利用，同時避免了共享同一波長位置的新舊數(shù)據(jù)信號的相干混合。清掃元件可以以與開關(guān)元件相同的實現(xiàn)。不過，這里不需要第二波導(dǎo)取得出耦合光。
還有另一種方案可以用于獲得光譜清掃開關(guān)元件。按照這種方案，如隨后將要介紹的那樣，以串聯(lián)結(jié)構(gòu)使用了兩個開關(guān)元件。在光譜清掃切換結(jié)構(gòu)中，第一基本開關(guān)元件的第一波導(dǎo)通過這樣一個波導(dǎo)與第二基本開關(guān)元件的第一波導(dǎo)相連接我們可以在該波導(dǎo)中控制光從第一基本開關(guān)元件傳播到第二基本開關(guān)元件的光路徑長度。第一開關(guān)元件的第二波導(dǎo)類似地通過這樣一個波導(dǎo)與第二開關(guān)元件的第二波導(dǎo)相連接可以對該波導(dǎo)的光學(xué)路徑長度進(jìn)行控制，但并非必須對其光學(xué)路徑長度進(jìn)行控制。進(jìn)行互連的波導(dǎo)(其中至少一個具有對由進(jìn)行傳播的光波經(jīng)歷的光學(xué)路徑長度進(jìn)行控制的能力)總稱為光譜清掃開關(guān)元件的使能元件。如隨后將要介紹的那樣，使能元件的任務(wù)是導(dǎo)通或關(guān)斷光的由兩個基本開關(guān)元件的結(jié)構(gòu)決定的特定頻譜區(qū)的切換。在構(gòu)成光譜清掃開關(guān)元件的兩個開關(guān)組件的情況下，兩個基本開關(guān)元件應(yīng)當(dāng)以這樣一種方式進(jìn)行設(shè)計每個基本開關(guān)單元的第一波導(dǎo)中只有百分之五十的光耦合到各自的基本開關(guān)單元的第二波導(dǎo)中。
光譜清掃開關(guān)元件的工作原理如下所述。由于第一基本開關(guān)元件的第一波導(dǎo)中的光功率的百分之五十通過使能元件的波導(dǎo)耦合到了第二波導(dǎo)上，并且與第二基本開關(guān)元件中的剩余的百分之五十的光功率再結(jié)合，因此當(dāng)在第二開關(guān)元件中進(jìn)行再結(jié)合時，光波的相對相位將會決定在第二基本開關(guān)元件的炫耀光柵中出現(xiàn)相長干涉還是相消干涉。當(dāng)波導(dǎo)中的光波在從使能元件進(jìn)入第二基本開關(guān)元件時的相對相移為2*pi的倍數(shù)時，第二基本開關(guān)單元將會促成第一波導(dǎo)中的剩余的百分之五十光功率耦合到第二波導(dǎo)上，從而促成了從光譜清掃開關(guān)元件的第一信道到第二信道的切換。在這種情況下，使能元件起到了保持光波的相對相位不變的光學(xué)互連的作用，并且光譜選擇型切換是按照與標(biāo)稱設(shè)計用于切換特定光譜區(qū)中的光功率的百分之百的基本開關(guān)元件的情況相同的方式進(jìn)行的。另一方面，當(dāng)信道之間的相對相移為pi加上2*pi的倍數(shù)時，第二基本開關(guān)元件將會促成第二波導(dǎo)中百分之五十的光功率反饋耦合到第一波導(dǎo)中，從而在第一種情況下，對于N*2*pi的相對相移，在第二基本開關(guān)元件的第二波導(dǎo)中經(jīng)歷了相長干涉，而在第二種情況下，對于(2*N+1)*pi的相對相移，改為在第一波導(dǎo)中經(jīng)歷相長干涉。使用使能元件作為開關(guān)的通/斷控制(使能器)，所介紹的操作原理使得基本開關(guān)元件能夠在斷開狀態(tài)下(在使能元件中的波導(dǎo)之間的相對相移為N*2*pi的情況下)得到重新配置或調(diào)整，而不會影響任何相鄰波長信道中的光波。當(dāng)基本開關(guān)單元的重新配置或調(diào)整完成時，通過將波導(dǎo)之間的相對相移調(diào)節(jié)為(2*N+1)*pi，使得光譜清掃開關(guān)元件進(jìn)入工作狀態(tài)。隨著對相移進(jìn)行調(diào)節(jié)，從光譜清掃開關(guān)元件的第一波導(dǎo)耦合到第二波導(dǎo)的光功率將會在標(biāo)稱上逐漸從零增大到百分之百。進(jìn)行切換的光譜區(qū)被限制在由兩個基本開關(guān)元件的結(jié)構(gòu)決定的間隔之內(nèi)，并且由于在使能器的調(diào)節(jié)期間這些結(jié)構(gòu)保持恒定，因此相鄰的波長信道不會受到光譜清掃開關(guān)元件的影響。
要實現(xiàn)使能元件的兩個波導(dǎo)中的光之間的相對相移，可以考慮幾種機構(gòu)。造成一個波導(dǎo)中的光學(xué)路徑長度改變的一種方式是對波導(dǎo)施加機械應(yīng)力。改變光學(xué)路徑長度的其它手段是采用電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)，或者通過其它的手段，利用化學(xué)方式、機械方式或電磁方式，改變使能元件的纖芯和/或波導(dǎo)的敷層的折射率。在作為可動態(tài)重新配置的Gires-Tournois干涉計的設(shè)備中，還可以通過將電光層施加到任何一個腔體反射鏡上，并且將弱反射反射鏡施加到該電光層上，來將使能元件結(jié)合到第一或第二基本開關(guān)元件中。
可能會期望結(jié)合偏振管理手段，這是由于開關(guān)元件和清掃元件從本質(zhì)上講不能夠正確地處理具有任意偏振狀態(tài)的光。所提議的裝置包括Faraday反射鏡偏振處理器、四分之一波長板反射鏡偏振處理器、雙路徑偏振處理器和串聯(lián)扭轉(zhuǎn)偏振處理器。
附圖3表示一種塞-取裝置，其中通過將一個開關(guān)元件陣列32定位在一個環(huán)形器30和一對Faraday反射鏡31之間而獲得了偏振管理手段。輸入光這樣穿過第一波導(dǎo)的環(huán)形器。在開關(guān)元件中，對于選定的波長，即，對外部共振器共振的光波長，在處于穿越狀態(tài)時(即，當(dāng)使用相位調(diào)節(jié)機構(gòu)來實現(xiàn)穿越狀態(tài)時)，將這個光波長的一個偏振分量切換到第二波導(dǎo)。由于開關(guān)元件是偏振選擇型的，因此剩下的垂直正交極化分量未受到這個開關(guān)元件的影響，并且這個分量穿過開關(guān)元件到達(dá)第一波導(dǎo)的Faraday反射鏡。這里，光波長被反向反射回去。不過，F(xiàn)araday反射鏡將偏振分量旋轉(zhuǎn)了90度。這樣，當(dāng)再次到達(dá)同一開關(guān)元件時，反向反射回來的光現(xiàn)在具有了切換到第二波導(dǎo)所需的正確的偏振狀態(tài)。由于開關(guān)元件的屬性，在將光耦合到第二波導(dǎo)之后，光波長的不同切換部分將會具有相同的偏振狀態(tài)但沿著相反的方向傳播。而且，通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，可以避免在開關(guān)元件中發(fā)生相干混合。當(dāng)離開開關(guān)元件時，直接從第一波導(dǎo)耦合到第二波導(dǎo)的偏振分量將會在第二波導(dǎo)的Faraday反射鏡中反向反射回來并且旋轉(zhuǎn)90度。這個偏振分量于是穿過該開關(guān)元件，而不會經(jīng)歷切換(這是由于現(xiàn)在已經(jīng)將其旋轉(zhuǎn)到了不敏感的偏振狀態(tài))，并且隨后傳播到第二波導(dǎo)的環(huán)形器。不過，在經(jīng)過Faraday反射鏡反向反射和旋轉(zhuǎn)之后從第一波導(dǎo)耦合到第二波導(dǎo)的偏振分量將會直接傳播到第二波導(dǎo)的環(huán)形器。這樣，這兩個偏振分量會在第二波導(dǎo)中再次合成為偏振的雙正交狀態(tài)。需要將開關(guān)元件與第一和第二波導(dǎo)的Faraday旋轉(zhuǎn)器之間的各光學(xué)路徑匹配。這是為了避免偏振模式彌散并且也為了避免偏振相關(guān)損耗。
在Faraday反射鏡偏振處理器的情況下，當(dāng)光在開關(guān)元件與各自的Faraday反射鏡之間的波導(dǎo)中傳播時，不需要保持光的偏振狀態(tài)。這是互易性的結(jié)果。只要光纖的偏振屬性在光從開關(guān)元件傳播到各自的Faraday反射鏡并且返回所花費的時間之內(nèi)不發(fā)生變化就足夠了。這個條件一般都能夠得到滿足，因為光的傳播時間一般來說是百億分之一秒量級的，而偏振狀態(tài)變化通常是非常慢的。
在附圖4中，用一個常用的四分之一波長板反射鏡41代替了Faraday反射鏡。對于四分之一波長板反射鏡偏振處理器而言，必須要在開關(guān)元件與帶有反射鏡的四分之一波長板之間嚴(yán)格保持偏振狀態(tài)。而且，所切換波長的偏振狀態(tài)在取出了一個偏振分量之后必須是嚴(yán)格的線偏振。而且，剩下的偏振分量必須相對于四分之一波長板的光軸沿45度定位。這是為了使四分之一波長板和反射鏡能夠返回旋轉(zhuǎn)了90度的剩余偏振分量并且因此在返回路徑上由元件進(jìn)行切換。使用四分之一波長板反射鏡偏振處理器的優(yōu)點在于，可以更加容易地同時為第一和第二波導(dǎo)采用常用的四分之一波長板和反射鏡。當(dāng)在Faraday反射鏡處理器中使用Faraday旋轉(zhuǎn)器元件時，這并不那么容易實現(xiàn)。
在附圖5中，給出了一種使用雙路偏振處理器的塞-取裝置。這是通過使在第一波導(dǎo)中傳播的輸入光線的偏振先于開關(guān)元件之前由偏振光束分光器51分成兩個分量而獲得的。這樣，各個偏振狀態(tài)得以進(jìn)入各自的第一波導(dǎo)，各個偏振狀態(tài)得到了嚴(yán)格的保持。之后，在各個偏振分量各自的第一波導(dǎo)中對其進(jìn)行處理。各個第一波導(dǎo)包含一個或多個開關(guān)元件。在開關(guān)元件之后，使用另一個偏振光束分光器52將各個第一波導(dǎo)再次合并成一個共用的第一波導(dǎo)。這樣，對于不要切換的光波長而言，偏振分量在穿過了開關(guān)元件之后再次合成到了一起。第二波導(dǎo)的排列方式是第一波導(dǎo)的鏡像。對于要進(jìn)行切換的光波長而言，偏振分量在穿過開關(guān)元件之后得以再次合成。雙路偏振處理器的優(yōu)點在于，它是在傳輸過程中工作的，因此并不需要環(huán)形器組件。雙路偏振處理器的缺點在于，對于每個波長，它需要至少兩個開關(guān)元件，這是因為兩個偏振分量中的每一個都需要一個專用的開關(guān)單元。而且，必須要嚴(yán)格保持偏振狀態(tài)，要顧及到所有的波導(dǎo)。而且，如果采用開關(guān)控制器，可能會需要對兩個偏振分量同時進(jìn)行獨立控制。
在附圖6中，給出了一種使用串聯(lián)扭轉(zhuǎn)偏振處理的塞-取裝置。這是通過使得第一波導(dǎo)中傳播的輸入光的偏振分量傳播到用于不同光波長的第一開關(guān)元件串中而獲得的。第一開關(guān)元件陣列然后對偏振分量之一起作用。這是為了切換或不切換特定的光波長。然后，將所要作用的剩下的偏振分量相對于第二開關(guān)元件陣列旋轉(zhuǎn)(扭轉(zhuǎn))基本上90度。之后，由第二開關(guān)元件陣列對剩下的偏振分量進(jìn)行作用。對于串聯(lián)扭轉(zhuǎn)偏振處理器而言，剩下的偏振分量的旋轉(zhuǎn)(扭轉(zhuǎn))可以通過扭轉(zhuǎn)第一和第二波導(dǎo)的主偏振軸來實現(xiàn)。這里，需要第一和第二波導(dǎo)嚴(yán)格保持傳播光波長的偏振狀態(tài)。串聯(lián)扭轉(zhuǎn)偏振處理器的優(yōu)點在于，它是在傳輸過程中工作的，并且因此不需要環(huán)形器組件。串聯(lián)扭轉(zhuǎn)偏振處理器的缺點在于，對于每個波長，它需要至少兩個開關(guān)元件，這是因為兩個偏振分量中的每一個都需要一個專用的開關(guān)單元。而且，必須要嚴(yán)格保持偏振狀態(tài)，要顧及到所有的波導(dǎo)。而且，如果采用開關(guān)控制器，可能會需要對兩個偏振分量同時進(jìn)行獨立控制。
附圖7表示一種結(jié)合了本發(fā)明的光學(xué)開關(guān)的集成開關(guān)裝置70。開關(guān)裝置70包括一個開關(guān)控制器71，該開關(guān)控制器監(jiān)控開關(guān)元件的光輸出并且將這一信息用作用于調(diào)節(jié)的反饋。光通過分接裝置72從輸入光纖耦合進(jìn)來。然后通過機械開關(guān)73選擇哪個輸入光纖要加以測量。一般來說，開關(guān)控制器為開關(guān)元件的第一和第二波導(dǎo)測量輸出光波長并且還有可能測量輸入光波長。該開關(guān)控制器使用這一信息控制致動元件的狀態(tài)，以致為各個輸出光波長獲得所期望的信號功率。
為了完全處理給定的開關(guān)應(yīng)用，全功能集成開關(guān)裝置的相應(yīng)實現(xiàn)方式是令人滿意的。這樣一種集成開關(guān)裝置可以由開關(guān)元件、偏振處理器、清掃元件和開關(guān)控制器的組合構(gòu)成。
在附圖8-12中，給出了用于開關(guān)機構(gòu)的多種類型的基本裝置實現(xiàn)方式。這樣的裝置稱為集成開關(guān)裝置。集成開關(guān)裝置可以由基礎(chǔ)元件(比如開關(guān)元件、偏振處理器、清掃元件以及開關(guān)控制器)的組合構(gòu)成。
在附圖8中，給出了一種波長選擇型2×2光纖開關(guān)80。它是由類型為塞-取裝置81和清掃裝置82的基礎(chǔ)裝置構(gòu)成的。這個集成開關(guān)裝置稱為雙光纖開關(guān)裝置。
注意，當(dāng)雙光纖開關(guān)裝置采用雙路偏振處理器時，可以減少偏振光束分束器的數(shù)量。這是通過這樣的方式實現(xiàn)的在雙光纖開關(guān)裝置的輸入端口分離偏振分量并且直到輸出端口之前都保持它們的分離狀態(tài)，在輸出端口，使用偏振光束分束器將偏振分量再次合成。這里，為了避免偏振模式彌散，必須要針對各個偏振分量小心地匹配光路。
注意，當(dāng)雙光纖開關(guān)裝置采用串聯(lián)扭轉(zhuǎn)偏振處理器時，可以減少偏振扭轉(zhuǎn)器的數(shù)量。這是通過首先處理一個偏振分量的取出、清掃和塞入，然后采用一個偏振扭轉(zhuǎn)器，并且然后再進(jìn)行剩下的偏振分量的取出、清掃和塞入來實現(xiàn)的。這里，為了避免偏振模式彌散，必須要針對各個偏振分量小心地匹配光路。
在附圖9中，示出了一個多路復(fù)用裝置90。這個裝置將一個導(dǎo)入光纖多路復(fù)用成數(shù)個導(dǎo)出光纖/將多個導(dǎo)出光纖去多路復(fù)用為一個導(dǎo)入光纖。
在附圖10中，給出了一個矩陣裝置100。該裝置類型使用N個輸入光纖到N個輸出光纖，其中輸入光纖相對于輸出光纖交叉。N個輸入光纖與N個輸出光纖鏈接成N*N個節(jié)點。其中所述鏈接是通過開關(guān)元件實現(xiàn)的。這個開關(guān)裝置稱為矩陣開關(guān)裝置。對于矩陣開關(guān)裝置而言，可以選擇這樣的結(jié)構(gòu)，通過雙光纖開關(guān)裝置在光纖之間交換光波長。注意，當(dāng)矩陣開關(guān)裝置采用雙路偏振處理器時，可以減少偏振光束分束器的數(shù)量。這是通過這樣的方式實現(xiàn)的在矩陣開關(guān)裝置的輸入端口分離偏振分量并且直到輸出端口之前都保持它們的分離狀態(tài)，在輸出端口，使用偏振光束分束器將偏振分量再次合成。這里，為了避免偏振模式彌散，必須要針對各個偏振分量小心地匹配光路。注意，當(dāng)矩陣開關(guān)裝置采用串聯(lián)扭轉(zhuǎn)偏振處理器時，可以減少偏振扭轉(zhuǎn)器的數(shù)量。這是通過首先處理一個偏振分量的取出、清掃和塞入，然后采用一個偏振扭轉(zhuǎn)器，并且然后再進(jìn)行剩下的偏振分量的取出、清掃和塞入來實現(xiàn)的。這里，為了避免偏振模式彌散，必須要針對各個偏振分量小心地匹配光路。對于矩陣開關(guān)裝置而言，按照另外一種可選方案，可以選擇另外一種結(jié)構(gòu)輸入和輸出光纖在基本開關(guān)單元中是相對于彼此垂直定位的。然后可以將半波長板插在開關(guān)元件中的輸入光纖和輸出光纖之間。這是因為需要將要切換的偏振分量旋轉(zhuǎn)90度，以定向成與輸出光纖的傳播方向垂直。
附圖11表示采用多個級聯(lián)雙光纖開關(guān)裝置級的開關(guān)裝置。這第六種開關(guān)裝置稱為多級開關(guān)裝置。
附圖12表示使用雙光纖開關(guān)裝置的閉合網(wǎng)絡(luò)型開關(guān)裝置。
上面介紹的并且在附圖中示意性示出的本發(fā)明的實施方式并非用于限定所要求的保護(hù)范圍。相反，本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員都會認(rèn)識到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以得到多種不同的實施方式以及所示和所介紹的實施方式的修改方式。本發(fā)明的范圍是在所附的權(quán)利要求書中定義的。
權(quán)利要求
1.一種光譜選擇型光學(xué)開關(guān)，包括第一和第二光波導(dǎo)，它們各自具有一個光引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該光引導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)置為用于沿著預(yù)定的路徑引導(dǎo)光，所述光波導(dǎo)彼此相鄰并平行地設(shè)置；由第一和第二反射鏡定義的外部共振器，所述第一和第二反射鏡安放在所述第一和第二光導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的相反側(cè)并且在所述第一和第二光引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的外部，并且所述外部共振器共振于特定的波長；和設(shè)置在所述第一和第二光波導(dǎo)中的偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器設(shè)置為用于通過所述外部共振器的工作將在光導(dǎo)向結(jié)構(gòu)之一中傳播的光偏轉(zhuǎn)到另一個光導(dǎo)向結(jié)構(gòu)中。
2.按照權(quán)利要求1所述的光學(xué)開關(guān)，其中至少一個波導(dǎo)中的偏轉(zhuǎn)器包括設(shè)置在所述波導(dǎo)中的第一傾斜偏轉(zhuǎn)器，和設(shè)置在所述波導(dǎo)中的第二傾斜偏轉(zhuǎn)器，其中所述第一和所述第二傾斜偏轉(zhuǎn)器是疊置于彼此之上的，并且設(shè)置為用于將出自所述波導(dǎo)的光偏轉(zhuǎn)成兩個獨立的光束。
3.按照權(quán)利要求1所述的光學(xué)開關(guān)，其中每個傾斜偏轉(zhuǎn)器包括一個炫耀布拉格光柵。
4.按照前述任何一項權(quán)利要求所述的光學(xué)開關(guān)，其中第一和第二反射鏡中的任一個是介質(zhì)多層反射鏡。
5.按照前述任何一項權(quán)利要求所述的光學(xué)開關(guān)，其中外部共振器所共振的波長是可調(diào)節(jié)的，從而光譜可調(diào)型光學(xué)開關(guān)是可調(diào)的。
6.按照前述任何一項權(quán)利要求所述的光學(xué)開關(guān)，其中光波導(dǎo)是光纖，并且光導(dǎo)向結(jié)構(gòu)是所述光纖中的芯。
7.按照前述任何一項權(quán)利要求所述的光學(xué)開關(guān)，其中第一和第二波導(dǎo)是以雙芯光纖的形式實現(xiàn)的。
8.一種矩陣開關(guān)裝置，該裝置使用N個輸入光纖到N個輸出光纖，其中輸入光纖相對于輸出光纖交叉，并且其中N個輸入光纖在N*N個節(jié)點中鏈接于N個輸出光纖，其中所述鏈接至少部分地是使用按照權(quán)利要求1-7所述的光學(xué)開關(guān)實現(xiàn)的。
9.一種包括兩個按照權(quán)利要求1所述的光學(xué)開關(guān)的設(shè)備，其中所述開關(guān)的第一光波導(dǎo)借助第一互連波導(dǎo)彼此連接，并且所述開關(guān)的第二光波導(dǎo)借助第二互連波導(dǎo)彼此連接，并且其中每個所述開關(guān)設(shè)置為用于將來自第一光波導(dǎo)的可獲得光功率的百分之50耦合到第二光波導(dǎo)，該設(shè)備還包括用于改變第一和第二互連波導(dǎo)至少之一的光學(xué)路徑長度的構(gòu)件，從而可以通過改變所述光學(xué)路徑長度在第二開關(guān)的第二光波導(dǎo)中獲得相長或相消干涉。
全文摘要
公開了一種光譜選擇型光學(xué)開關(guān)。該開關(guān)包括第一和第二光波導(dǎo)，它們各自具有一個光引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該光引導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)置為用于沿著預(yù)定的路徑引導(dǎo)光，所述光波導(dǎo)彼此相鄰并平行地設(shè)置；由第一和第二反射鏡定義的外部共振器，所述第一和第二反射鏡安放在所述第一和第二光導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的相反側(cè)并且在所述第一和第二光引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的外部，并且所述外部共振器共振于特定的波長；和設(shè)置在所述第一和第二光波導(dǎo)中的偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器設(shè)置為用于通過所述外部共振器的工作將在光導(dǎo)向結(jié)構(gòu)之一中傳播的光偏轉(zhuǎn)到另一個光導(dǎo)向結(jié)構(gòu)中。還公開了一種矩陣開關(guān)。
文檔編號H04Q11/00GK1675571SQ03818940
公開日2005年9月28日 申請日期2003年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月10日
發(fā)明者本特·薩爾格倫, 烏爾夫·奧蘭德 申請人:普羅克斯米奧恩纖維系統(tǒng)公司