专利名称：波长选择器和转换器设备以及含有该设备的光子交换矩阵的制作方法
技术领域：
本发明涉及光传输网络，具体地说，涉及应用于被组成分组的波分复用光信号的交换设备。
背景技术：
一般而言，光分组交换网络包括一些节点，这些节点具有快速分组交换设备，用于选择可变或固定大小的数据分组的路由，通常，在采用因特网协议的网络的情况下，这些数据分组被称为“分组”，或者，在ATM网络的情况下，这些数据分组被称为“信元”。
光子交换矩阵是“全光学”交换设备，在这种设备中，一般为光载波的调幅形式的数据从某一光链路被发送到另一光链路并保持其光学特性，也就是说，无需转换到电的范畴。这些矩阵的一个功能是分组同步，用来管理冲突以使分组损失最小。如果采用波分复用(WDM)，那么矩阵还必须考虑到所要交换的信号的光谱大小。
本发明涉及一种可以用来管理光子交换矩阵中波分复用的波长选择器和转换器设备。
本发明还涉及一种含有该设备的光子交换矩阵。
图1示出了可以应用本发明的一例光交换机。
该交换机实质上包括光子交换矩阵1和相应的电子控制单元2。
一般情况下，矩阵1有多个输入端和多个输出端，例如16个输入端和16个输出端。不过，为简明起见，图中只示出了两个输入端Q、Q′和两个输出端R、R’。输入端Q、Q′接收WDM光输入信号We、We’，而输出端R、R’输出WDM光输出信号Ws、Ws’。信号We、We’均包括多个光谱分量，这些光谱分量可以由分配给n个光谱信道的n个各自的输入波长λ1-λn来载送。同样，信号Ws、Ws’均包括多个光谱分量，这些光谱分量可以由p个各自的输出波长λ’1-λ’p来载送。一般而言，所有这些波长都是同一组光谱源的一部分，并且p＝n。
由于矩阵一般具有同样多的输入端和输出端，因此，它可以被组成模块，比如模块3、3’，每个模块都与一个输入端和一个输出端相应。
信号We、We’通过可变延迟线DL、DL’与各自的模块3、3’连接，并通过分用器De、De’与控制单元2的各自的光电转换接口OE、OE’连接。
交换矩阵1包括级联的延迟线组5(每组属于模块3、3’之一)，一个公用纵横制空分交换机6，光谱选择器级7，光谱重新分配器级8，和输出耦合器级4(每组属于模块之一)。
电子控制单元2包括一个处理器9，该处理器与光电转换接口OE、OE’的输出端连接，还与控制电路10连接。
处理器9的第一个功能是将所接收到的分组的各种标题解码，以便从中提取各自的目标。于是，处理器9根据目标信息管理任何冲突，该目标信息是通过路由表强制选择所得到的。因此，针对由各波长所载送的各接收分组，处理器9判断该分组必须在何时发向矩阵的哪个输出端口。将这一路由信息发送到控制电路10，控制电路再将合适的控制信号发送给空分交换机6和光谱选择器级7。
图2详细示出了现有技术的矩阵1的模块3之一。延迟线组5本质上包括q个不同长度的延迟线L1、Lu、Lq，每一延迟线都用来产生一个等于分组传输时间的整数倍的时延。每一延迟线都通过广播耦合器11接收与该模块相应的输入复用We。
q个延迟线的输出端与公用空分交换机6的各自的q个输入端连接。
光谱选择器级7包括p个波长选择器SEL1、SEL2、SELj、SELp，这些选择器由各自的来自控制电路10的控制信号CC1、CC2、CCj、CCp所控制。
p个选择器的输入端与提供信号S1、S2、Sj、Sp的空分交换机6的p个各自的输出端连接。选择器SEL1、SEL2、SELj、SELp与p个各自的构成光谱重新分配器级8的波长转换器Cλ1、Cλ2、Cλj、Cλp连接。这些转换器在其输出端输出信号S’1、S’2、S’j、S’p，这些信号被输入到输出耦合器级4的相应的输入端。
因此，光谱选择器级7和光谱重新分配器级8考虑了这些信号的光谱大小。相应地，模块3之一的波长选择器和转换器设备SELj、Cλj对来自交换机6的输出端的各信号Sj进行处理，然后再将信号输入到该模块的输出耦合器级4。
因此，根据空分交换机6的状态和各种选择器所选择的波长，每个属于任一输入复用并由任一波长所载送的分组在适当的时延后都可以被发向矩阵的输出端，并在输出端由新的波长所载送。
每个选择器SELj所实现的选择功能包括从交换机6所接收到的WDM信号Sj中提取出一个只能由分配给WDM信号的光谱信道的波长之一所载送的信号。同一模块3的波长转换器Cλ1-Cλp具有这样的功能，即可以使以这种方法所提取的信号由新的、固定的和不同的波长λ’1-λ’p所载送，这样，耦合器级4就可以再将这些信号合成，以构成输入WDM信号Ws。耦合器级4可以包括一个复用器，其输入端被调谐到波长转换器所强制的各自的波长。
图3示出了现有技术的与交换机6的某个输出端相应的波长选择器和转换器设备SELj、Cλj。
选择器设备SELj包括一个输入广播耦合器Cej，该耦合器具有一个输入端和n个输出端，这n个输出端通过由信号CCj电控制的光学门OG1、OG2、OGx、OGn与复用器MX的各自的输入端连接。复用器MX的输出端与波长转换器Cλj的输入端连接。
工作时，输入耦合器Cej接收WDM信号Sj，而光学门接收控制信号CCj，结果，只有一个光学门是打开的，比如门OGx。因此，复用器MX中只有与门OGx连接的输入端才能接收信号Sj，并且，由于复用器的滤波作用，因此，只有输入端被调谐到例如波长λx的波长才能被发送到复用器MX的输出端。于是，复用器向转换器Cλj提供一个属于波长为λx的光谱信道的信号sx。根据按这种方法选择性地提取的信号sx，转换器Cλj将发送该转换器强制的波长λ’j所载送的转换信号S’i。
如上所述，在各分组期间，利用所选择的延迟线例如线Lu，上述矩阵将某一输入复用，比如复用We，耦合到与矩阵的输出端之一R相应的光谱选择器级7的一个输入端。因此，可以将属于所选择输入复用的所选择光谱信道的所选择分组发送到任一所选择的输出端。然而，这种实施方式无法在同一分组期间将多个在输入端同步的并且属于同一输入复用的分组发送到同一输出端。
这意味着，根据这种结构的交换机不可能在分组损失方面和分组传送时延方面都提供最佳性能。
发明内容
本发明的目的在于，通过提出一种波长选择器和转换器设备来减轻这种缺陷，这种设备可以将多个在输入端同步的、属于同一输入复用的、并且时延相同的分组发送到同一输出端。
为此，本发明提出了一种波长选择器和转换器设备，应用于波分复用输入信号的n个光谱分量，这n个光谱分量由n个各自的输入载波波长来确定，该设备包括-分用器和广播装置，用于从输入信号中抽样出各光谱分量的p个部分，从而形成n.p个空间上独立的提取信号，-与各光谱分量相应的p个波长转换器设备，可以接收从相应的光谱分量中提取出的p个各自的信号，并可用来根据p个各自的提取信号提供p个转换信号，这p个转换信号由p个各自不同的预定输出波长来载送，每个转换器设备都具有光学门功能，和-输出耦合器装置，用于将波长转换器设备的输出耦合到公用输出端口。
鉴于这种配置，来自该设备的信号可以是一个包括一些同步分组的波分复用，这些同步分组载送了来自矩阵输入端的同一WDM信号的同步分组的数据。
本发明还提供了分用器和广播装置以及输出耦合器装置的各种实施方式。
分用器和广播装置的第一实施方式包括-一个输入耦合器，可用于在p个输出端提供输入信号的p个部分，和-p个输入分用器，每个输入分用器都有一个输入端和n个输出端，这些输入分用器的输入端与输入耦合器的各自的输出端连接，并且输入分用器每个都可用来在其输出端提供n个从n个各自的光谱分量中提取出的信号。
分用器和广播装置的另一实施方式包括-一个输入分用器，可用于在n个输出端提供输入信号的n个光谱分量，和-n个输入耦合器，每个输入耦合器都有一个输入端和p个输出端，这些输入耦合器的输入端与输入分用器的各自的输出端连接。
输出耦合器装置的第一实施方式包括-p个输出耦合器，这些耦合器与各自的输出波长相应，并且每个耦合器都有一个输出端和n个输入端，这些输入端用来接收各自的由相应的输出波长所载送的转换信号，和-一个输出复用器，它具有一个输出端和p个输入端，这p个输入端被调谐到p个各自的输出波长，并被连接到与输出波长相应的各自输出耦合器的各自输出端。
输出耦合器装置的第一实施方式包括-n个输出复用器，每个复用器都具有一个输出端和p个输入端，这p个输入端被调谐到p个各自的输出波长，并可用来接收由各自的输出波长所载送的各自的转换信号，和
-一个输出耦合器，它有一个输出端和n个输入端，这些输入端与输出复用器的各自输出端连接。
从上述这些实施方式中来选择分用器和广播装置以及输出耦合器装置将影响该设备的以下几个方面的特性-制作成本，取决于元件的复杂性和数量；-放大转换信号的可能性；和-集成系统的可能性。
在本发明的另一种实施方式中，每个波长转换器设备都包括一个半导体光放大器，它可用作光学门并接收所提取信号之一和具有特定波长之一的探测波，因此转换信号包括了具有某一增益的放大器所放大的探测波，该探测波是放大器所接收的提取信号的光功率的函数。
该实施方式的优点在于，单一元件的半导体光放大器既可用作光学门又可作为波长转换器。
各放大器最好在它所接收的提取信号的波长上都具有最大的增益。
本发明还提供了一种光子交换矩阵，它含有根据本发明的设备。
在参照附图进行的以下描述中，将看到本发明的其他方面以及优点。
图1示出了前面已作说明的一例光交换机。
图2示出了前面也已作说明的光子交换矩阵的一个模块。
图3示出了前面也已作说明的现有技术的波长选择器和转换器设备。
图4是根据本发明的波长选择器和转换器设备的框图。
图5示出了根据本发明的设备的第一实施方式。
图6示出了根据本发明的设备的第二实施方式。
图7示出了根据本发明的设备的第三实施方式。
图8和9示出了用来实现本发明的波长转换器设备的一些实施方式。
具体实施例方式
图4的框图中所示的波长选择器和转换器设备接收WDM输入信号Sj，该信号包括由n个各自的输入载波波长λ1，…λx，…λn所确定的n个光谱分量。该设备提供一个WDM输出信号S’i，该信号至多包括由p个各自的输出载波波长λ’1，…λ’k，…λ’p所确定的p个光谱分量。
该设备包括分用器和广播装置DMD，它有一个接收信号Sj的输入端口Qj，和n.p个输出端，这些输出端通过n.p个波长转换器C11-Cnp与输出耦合器装置KS的n.p个各自的输入端连接。输出耦合器装置KS的输出端口Rj发送输出信号S’j。
分用器和广播装置DMD从信号Sj中提取出如下所述的n.p个信号s11-snp。对于各输入波长，比如波长λx，分用器和广播装置DMD输出信号sx1，…，sxk，…，sxp，这些信号包括由输入载波波长λx所载送的信号Sj的光谱分量的p个各自的部分。
每个提取信号，比如信号sxk，被输入到相应的波长转换器Cxk的输入端，该转换器可以输出转换信号s’xk，该信号s’xk是信号sxk的函数并由输出波长λ’k来载送。对于同一输入波长，比如波长λx，有p个转换器设备Cx1，…，Cxk，…，Cxp，这些转换器可以输出p个转换信号s’x1，…，s’xk，…，s’xp，这些信号由p个各自不同的输出波长λ’1，…，λ’k，…，λ’p来载送。
每个波长转换器，比如转换器Cxk，还都具有光学门功能，该功能由相应的控制信号CTxk控制。
工作时，输入到转换器的控制信号(图中用没有标号的箭头表示)是这样工作的，在那些接收从同一光谱分量提取出的信号的转换器中，至多有一个是有效的。例如，为了将输入波长λx转换为波长λ’k，在接收信号sx1，…，sxk，…，sxp的转换器Cx1，…，Cxk，…，Cxp中，只有转换器Cxk被控制信号CTxk所激活。
因此，在按这种方式有选择地被激活的转换器所输出的所有s’11-s’np信号中，至多p个转换信号被输出耦合器装置KS所合成。
实际上，所有这些输入和输出波长λ1-λn和λ’1-λ’p通常构成了分配给网络的一组公用光谱资源的一部分，但是，这些波长不必相等，或者n不必等于p。
图8和9示出了波长转换器的两种实施方式。这些图中所示的每一转换器，比如转换器Cxk，都基于一种既可用作光学门又可作为波长转换器件的半导体光放大器OA。
按照熟练技术人员已知的一种方式，放大器OA在交叉增益调制(crossed gain modulation)情况下使用。它接收所要转换的信号以及激光源所提供的探测波。然后，它将发送由探测波的波长载送的转换信号，该探测波的调制与所要转换的信号的调制相反。因此，例如，转换器Cxk接收提取信号sxk和波长为λ’k的探测波Pλ’k并在其输出端输出相应的由波长λ’k载送的转换信号s’xk。
这里，输入到放大器OA的探测波Pλ’k和提取信号sxk以相反的方向传播。尽管这不是必不可少的，但它可减少输出耦合器装置KS中的滤波约束。
在图8的实施方式中，通过调整其电源电压来得到放大器OA的光学门功能。
在图9的实施方式中，通过光学门OGxk将探测波Pλ’k输入到放大器OA。此时，通过调整该门的控制电压来得到放大器OA的光学门功能。
在这一实施方式中，用于输出由同一波长λ’k载送的转换信号的转换器C1k，…，Cxk，…，Cnk的放大器OA(未示出)通过各自的光学门OG1k，…，OGxk，…，OGnk与公用激光源LDk连接，在这些光学门中，至多只有一个被选择激活。
通过在空间上区分电控制功能和光功能，本实施方式具有这样的优点，有利于集成各设备的光部件，从而提供一个完整的集成矩阵。
为了优化该实现方式，各放大器在它所接收的提取信号的波长上都具有一个最大增益。对光元件制造商而言，这可以用一种众所周知的方法来实现，即适当地选择各放大器的有效层结构和几何构成。
图5示出了根据本发明的设备的第一实施方式。
在该实施方式中，分用器和广播装置DMD包括-一个输入耦合器CE，可用于在p个输出端B1-Bp提供输入信号Sj的p个部分，和-p个输入分用器De，每个输入分用器都有一个输入端A和n个输出端Dλ1-Dλn，这些输入分用器De的输入端与输入耦合器CE的各自的输出端B1-Bp连接，并且输入分用器De每个都可用来在其输出端Dλ1-Dλn提供n个从n个各自的光谱分量λ1-λn中提取出的信号s1k-snk。
此外，输出耦合器装置KS包括-p个输出耦合器Cs，这些耦合器与各自的输出波长λ’1-λ’p相应，并且每个耦合器都有一个输出端Y和n个输入端X1-Xn，这些输入端用来接收各自的由相应的输出波长λ’k所载送的转换信号s’1k-s’nk，和-一个输出复用器MX，它具有一个输出端Rj和p个输入端Aλ’1-Aλ’p，这p个输入端被调谐到p个各自的输出波长λ’1-λ’p，并被连接到与各自输出波长λ’1-λ’p相应的输出耦合器Cs的各自输出端Y。
各输入分用器De的n个输出端Dλ1-Dλn通过波长转换器与输出耦合器Cs之一的n个各自的输入端X1-Xn连接。这里，这些转换器基于半导体光放大器OA，这些放大器每个都从激光源LD1-LDp之一中接收一个具有与输入分用器相应的波长λ’1-λ’p的探测波。
如果转换信号必须被放大，那么，这种方案具有这样的优点它最适合于集成实现，同时实现放大的成本低。各分用器的输出端与波长转换器连接，这些波长转换器可以输出相同波长的转换信号，然后，由相同的输出耦合器Cs来接收这些转换信号。因而，各输出耦合器Cs的输出端Y所发送的信息任一信号波长总是相同。因此，在各输出耦合器Cs之后，可以配置一种简单的以相应波长为中心的窄带放大器。由于导波(guide)的元件之间的连接导向的布局简单，因此可以简化系统的集成。
此外，采用输出复用器MX而不用简单的耦合器可以减小放大器在其输出端产生的噪声。
图6示出了根据本发明的设备的不同的实施方式。
在该实施方式中，分用器和广播装置DMD包括-一个输入分用器DMX，可用于在n个输出端Bλ1-Bλn提供输入信号Sj的n个光谱分量λ1-λn，和-n个输入耦合器Ce，每个输入耦合器都有一个输入端A’和p个输出端B’1-B’p，这些输入耦合器的输入端与输入分用器DMX的各自的输出端Bλ1-Bλn连接。
此外，输出耦合器装置KS包括-n个输出复用器Ms，每个复用器都具有一个输出端Z和p个输入端Eλ’1-Eλ’p，这p个输入端被调谐到p个各自的输出波长λ’1-λ’p，并可用来接收由各自的输出波长λ’1-λ’p所载送的各自的转换信号s’x1-s’xp，和-一个输出耦合器CS，它有一个输出端Rj和n个输入端D1-Dn，这些输入端与输出复用器Ms的各自输出端Z连接。
各输入耦合器Ce的p个输出端B’1-B’p通过波长转换器与某一输出复用器Ms的p个各自的输入端Eλ’1-Eλ’p连接。这些转换器基于半导体光放大器OA，这些放大器每个都从各自的激光源LD1-LDp中接收具有各自波长λ’1-λ’p的探测波。
与第一方案相比，这种方案只需要一个单一的1至n分用器，但不利于提供经济实用的放大，这是因为，在输出复用器Ms的输出端必须提供宽带放大器，以便覆盖到所有波长λ’1-λ’p。
图7示出了另一种实施方式。分用器和广播装置DMD与图6中的相应装置相同，而输出耦合器装置KS与图5中的相应装置相同。
各输入耦合器Ce的p个输出端B’1-B’p通过所选择的波长转换器与不同的输出耦合器Cs的各自输入端连接，这样，各输出耦合器Cs可以只接收由相同的相应输出波长所载送的转换信号。
这种方案其优点在于，只需一个输入分用器DMX和一个输出分用器MX。再者，有利于为转换信号提供经济实用的放大。另一方面，只适合于采用光纤将输出耦合器与转换器互连的混合实现方式。
如以上参照图1和2所述，根据本发明的光子交换矩阵1包括一组或多组延迟线5，一个空分交换机6，一个或多个光谱选择器级7，和一个或多个光谱重新分配器级8。根据本发明，光谱选择器级7和光谱重新分配器级8包括如图4-7所述的波长选择器和转换器设备。
应当注意，如上参照图2所述的输出耦合器级4可以不再包括复用器，这是因为，复用器所必须组合的信号S’1，…，S’j，…，S’p每个都是波分复用的。
权利要求
1.一种波长选择器和转换器设备，应用于波分复用输入信号的n个光谱分量，所述n个光谱分量由n个各自的输入载波波长来确定，该设备包括-分用器和广播装置，用于从所述输入信号中抽样出各光谱分量的p个部分，从而形成n.p个空间上独立的提取信号，-与各光谱分量相应的p个波长转换器设备，可以接收从所述相应的光谱分量中提取出的p个各自的信号，并可用来根据所述p个各自的提取信号提供p个转换信号，所述p个转换信号由p个各自具有不同预定值的输出波长来载送，每个转换器设备都具有光学门功能，和-输出耦合器装置，用于将所述波长转换器设备的所述输出耦合到公用输出端口。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述分用器和广播装置包括-一个输入耦合器，可用于在p个输出端提供所述输入信号的p个部分，和-p个输入分用器，每个输入分用器都有一个输入端和n个输出端，所述输入分用器的所述输入端与所述输入耦合器的各自的输出端连接，并且所述输入分用器每个都可用来在其输出端提供n个从所述n个各自的光谱分量中提取出的信号。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述分用器和广播装置包括-一个输入分用器，可用于在n个输出端提供所述输入信号的所述n个光谱分量，和-n个输入耦合器，每个输入耦合器都有一个输入端和p个输出端，所述输入耦合器的所述输入端与所述输入分用器的各自的输出端连接。
4.如权利要求1所述的设备，其中，所述输出耦合器装置包括-p个输出耦合器，这些耦合器与所述各自的输出波长相应，并且每个耦合器都有一个输出端和n个输入端，这些输入端用来接收各自的由所述相应的输出波长所载送的转换信号，和-一个输出复用器，它具有一个输出端和p个输入端，这p个输入端被调谐到所述p个各自的输出波长，并被连接到与所述输出波长相应的各自输出耦合器的各自输出端。
5.如权利要求1所述的设备，其中，所述输出耦合器装置包括-n个输出复用器，每个复用器都具有一个输出端和p个输入端，这p个输入端被调谐到所述p个各自的输出波长，并可用来接收由所述各自的输出波长所载送的各自的转换信号，和-一个输出耦合器，它有一个输出端和n个输入端，这些输入端与所述输出复用器的各自输出端连接。
6.如权利要求1所述的设备，其中，每个波长转换器设备都包括一个半导体光放大器，它可用作光学门并接收所述提取信号之一和具有所述特定波长之一的探测波，因此转换信号包括了具有某一增益的所述放大器所放大的所述探测波，该探测波是放大器所接收的所述提取信号的光功率的函数。
7.如权利要求6所述的设备，其中，各放大器最好在它所接收的提取信号的波长上都具有最大的增益。
8.如权利要求6所述的设备，其中，输入到所述放大器的所述探测波和所述提取信号传播方向相反。
9.如权利要求6所述的设备，其中，通过选择加到所述放大器的电源电压来得到所述放大器的所述光学门功能。
10.如权利要求6所述的设备，其中，通过有选择地将所述探测波输入到所述放大器来得到所述放大器的所述光学门功能。
11.一种光子交换矩阵，包括级联的至少一组延迟线、一个空分交换机、至少一个光谱选择器级和至少一个光谱重新分配器级，其中，所述一个或多个光谱选择器级和所述一个或多个光谱重新分配器级包括如权利要求1-10中任一所述的波长选择器和转换器设备。
全文摘要
一种波长选择器和转换器设备,应用于波分复用输入信号的n个光谱分量,这n个光谱分量由n个各自的输入载波波长来确定,该设备包括分用器和广播配置,用于从输入信号中抽样出各光谱分量的p个部分,从而形成n.p个空间上独立的提取信号。与各光谱分量相应的p个波长转换器设备可以接收从相应的光谱分量中提取出的p个各自的信号,并可提供作为p个各自的提取信号的函数的p个转换信号。这p个转换信号由p个各自不同的预定输出波长来载送。每个转换器设备都具有光学门功能。输出耦合器配置可以将波长转换器设备的输出耦合到公用输出端口。
文档编号H04J14/02GK1353519SQ0113742
公开日2002年6月12日 申请日期2001年11月13日 优先权日2000年11月13日
发明者多米尼克·奇尔罗尼, 尼科拉斯·勒索兹, 艾伦·庞斯, 艾矛利·哲丹 申请人:阿尔卡塔尔公司