专利名称：光保护交换系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及保护交换系统，尤其涉及光线路保护交换系统。
公知的现有光线路保护交换系统使用机电的光交换部件作为分配器和选择器。
一个电子1×N分配器开关是一个发送来自一个单个输入端口的信号到N个输出端口中任何一个的1×N交换装置。一个光1×N分配器开关是一个电子1×N分配器开关的光模拟，这里输入和输出端口是在一个给定的波长或多个波长传播一个或多个光通信信号的光纤。某些分配器开关可以允许发送来自输入线路的信号到N个输出端口的两个或多个，这样将来自输入线路的信号能量在目标输出端口中分配。这被适当地称为广播或分配器开关的桥接能力。
一个光N×1选择器开关是一个电子N×1选择器开关的光模拟，这里输入和输出端口是以不同的波长传播一个或多个光通信信号的光纤。某些选择器开关可以允许一个以上输入端口的选择并从选择的端口加上(在某些规则下)信号。这被适当地称为选择器开关的收集能力。
许多机电的光分配器和选择器开关在当前是可获得的。这些装置是基于机械地移动输入和/或输出光纤或者利用各种反射或偏转光部件以空间地引导来自输入光纤的出瞳的光束并且发送它到达输出光纤的入瞳。显然，这些机械开关是慢速的并且在大多数情况下不可能有广播能力(一种在通信系统中要求的特性)。在一些情况下，与这些部件相关的光损耗是显著的。
这种使用机电的光分配器和选择器的现有交叉连接装置被限制于一次只能选择一个线路，它们的速度是慢的，它们的可靠性比要求的要低。
在本发明的一个实施例中，通过使用多个稀土掺杂光纤光放大器作为有增益的交换光连接，例如有增益的交换光分配器，即在一个有增益的交换光线路保护交换系统中的换向器和/或有增益的交换光选择器，解决了使用机电的光装置的现有公知的光线路保护交换系统的问题和限制。在一个实施例中，至少一个或多个有增益的交换光分配器用于实现所谓的输入光信号的首端的交换以及一个或多个有增益的交换光选择器用于实现所谓的光信号的末端的交换以形成一个1×1(1×N)光线路保护交换系统。在另一个实施例中，一个输入光信号被桥接到一个或多个光程，而末端交换是通过使用一个或多个有增益的交换光选择器实现的以形成一个1+1(1+N)光线路保护交换系统。
每个稀土掺杂光纤光放大器用作为一个接通/关断开关。同时，在这个发明中较少损耗的光交叉连接装置中使用的有增益的交换光分配器和/或有增益的交换光选择器都自然地适合今天的光放大光通信系统。在一个装置中，通过使用一个泵选择电路连同多个泵和多个相应的稀土掺杂光纤光放大器来共同实现这一点。通过使用一个控制电路装置选择特定的泵和相应的光放大器以确定哪一个或哪些输出端口连接到输入端口。在另一个装置中，使用一个所谓的调谐泵装置连同多个滤波器和相应的多个稀土掺杂光纤光放大器。一个泵调谐装置被用于控制可调谐的泵以便选择要被触发的多个光放大器中合适的一个，这样如果使用广播性能，以多个给定波长中任何一个发送输入信号到达相应的输出线路。
图1说明了一个利用有增益的交换的光分配器用于首端交换和有增益的交换光选择器用于末端交换的一个1×1(1×N)光线路保护交换系统的实施例。
图2说明了一个利用首端桥接和有增益的交换光选择器用于末端交换的一个1+1(1+N)光线路保护交换系统的实施例。
图3A和3B以简化的形式展示了两个有增益的交换光放大器装置，其中的每一个可以用于本发明的实施例中。
图4说明了一个使用具有稀土掺杂光纤光放大器的所谓交换泵的光分配器。
图5展示了一个利用一个包括稀土掺杂光纤光放大器的调谐泵装置的光分配器。
图6展示了一个包括多个交换泵和相应的稀土掺杂光纤光放大器的光分配器装置。
图7说明了一个使用具有稀土掺杂光纤光放大器的所谓的交换泵的光选择器。
图8展示了一个使用一个包括稀土掺杂光纤光放大器的调谐泵装置的光选择器；以及图9展示了一个利用一个包括多个泵和相应的稀土掺杂光纤光放大器的交换泵装置的光选择器。
图1说明了一个利用有增益的交换光分配器用于首端交换和有增益的交换光选择器用于末端交换的一个1×1(1×N)光线路保护交换系统的实施例。特别地，展示在首端的是输入101用于接收一个输入光信号，该光信号提供给光星形耦合器102(在本领域公知的一种类型)。采用耦合器102以提供一个供应的光信号到有增益的交换光放大器(GSOA)103和108。在GSOA103和108中使用的光放大器可以是下面描述的图3A或图3B中任一个所示的一种类型。这里假设用于GSOA103和108的泵包括在泵控制器111中。泵控制器111响应来自网络控制和管理单元113的控制信号。部件101、102、103、108、111和113形成一个有增益的交换光分配器并且可以是图4、5或6中任何一个所示的一种类型且描述如下。根据在泵控制器111控制下GSOA 103和108中哪一个被接通，来自耦合器102的光信号经由GSOA 103或GSOA 108提供给有损耗的光纤或光设备104或者有损耗的光纤或光设备109。在末端，来自有损耗的光纤或光设备104和有损耗的光纤或光设备109的光信号分别地提供给GSOA 105和GSOA110。来自GSOA 105和110的输出提供给光星形耦合器106并且以后到达输出光纤107。在GSOA105和110中使用的光放大器也可以是下面描述的图3A或图3B中任何一个所示的一种类型。还假设用于GSOA 105和110的泵包括在泵控制器112中。泵控制器112响应来自网络控制和管理单元113的控制信号以接通GSOA 105和110中的合适的一个。部件105、110、106、107、112和113形成一个有增益的交换光选择器并且可以是图7、8或9中的任何一个所示的一种类型且描述如下。显而易见为了形成一个有效的光通信路径在那个路径的两个GSOA必须是接通的并且在备用路径上的这些GSOA必须是关断的。这样，如果有效的路径由部件101、102、103、104、105和106组成，GSOA 103和GSOA 105必须由泵控制器111和泵控制器112分别地接通，而GSOA 108和GSOA 110必须由泵控制器111和泵控制器112分别地关断。备用的路径包括部件101、102、108、109、110、106和107。注意为了解释得简洁和清楚只对1×1光线路保护系统进行了描述，这里独特的在首端使用了一个有增益的交换光分配器以及在末端使用了一个有增益的交换光选择器。然而，对于在本领域的那些技术人员显然知道如何容易地扩展到一个1×N的实施例。
图2说明了一个利用首端桥接和有增益的交换光选择器用于末端交换的一个1+1(1+N)光线路保护交换系统的实施例。如图2所示的1+1光线路保护交换系统以它们在图1的同样的方式利用了图1的实施例中使用的大多数部件。因此，那些部件如同图1一样具有相似的编号并且将不再详细地解释。在所示的实施例中，在首端使用桥接，而在末端使用交换。末端交换与在图1中使用的是相同的。因为桥接使用在首端，不需要GSOA 103(图1)，GSOA 108，泵控制器111以及网络控制和管理单元113。注意泵控制功能可以在末端经过泵控制器112部地完成。这样在这个例子中，有效的光通信路径可以包括部件101、102、104、105、106和107。经过泵控制器112使GSOA 105接通以及经过泵控制器112使GSOA 110接通来实现这一点。然后由部件101、102、109、110、106和107形成备用路径。注意为了解释得简洁和清楚只对1+1光线路保护系统进行了描述，这里独特的在首端使用了光桥接并且在末端使用了一个有增益的交换光选择器。然而，对于在本领域的那些技术人员显然知道如何容易地扩展到一个1+N的实施例。
图3A和图3B以简化的形式展示了两个有增益的交换光放大器，该放大器可以用于本发明的实施例中。特别地，图3A展示了使用同向泵的一个有增益的交换光放大器。这样，展示的输入端子301在这个例子里经过波分多路复用(WDM)耦合器303提供一个输入光信号到光放大器以及输入302在这个例子里经由它也经过波分多路复用(WDM)耦合器303提供一个泵信号到光放大器。还展示了一个稀土掺杂光纤光放大器304，它可以是例如氧化铒掺杂光纤的要求的长度，但是，也可以有益地使用其他的稀土掺杂部件。还展示了一个可选择的光隔离器305。在图3B展示的光放大器中使用的部件与那些在图3A使用的部件相同，不同是使用了反向泵送。因此，WDM耦合器303位于稀土掺杂光纤放大器304的输出端而在可选择的光隔离器305前面。此外，应该注意泵也可以是双向的。还要注意损耗由稀土掺杂光纤的长度均衡而增益由泵功率均衡。
图4以简化形式展示了一个包括光纤线路401的有增益的交换光分配器，光纤线路401经过光星形耦合器(以下称为“耦合器”)402提供预定的波长或波长组的光信号分别到稀土掺杂光纤光放大器(以下称为“放大器”)403和放大器404。例如，稀土掺杂光纤可以是耦合到波长选择耦合器的氧化铒掺杂光纤的长度，经过该耦合器一个泵被耦合到那里。两个这样的稀土掺杂光纤光放大器如图3A和3B所示并且如上所述。如所示的，泵404耦合到放大器403，泵406耦合到放大器405。如本领域所公知的，泵404和406中的每一个分别地驱动放大器403和405。放大器403和405的输入是由耦合器402提供的在线路401上输入信号的相同拷贝，该耦合器在这个例子中是一个公知方式的2×N耦合器。放大器403和405的输出经过可选择的光监控抽头(以下称为“抽头”)409和411连接到输出端口407和408。抽头409和411分接出输出光信号的一小部分(例如1-10％)并且使光信号分别地到达光检测器(光电转换器，O/E)410和412。O/E410和412帮助处理确定由选择线路的功率电平当前选择放大器403和405中的哪一个并且确定与选择线路相关的参数和识别(ID)标记(例如见共同未决的美国专利申请系列号08/579529，申请于1995年12月27日)。来自O/E 410和412的信息提供给泵选择器电路413，该电路随后根据要求的参数和来自命令和控制单元414的命令选择泵404或泵406。然而应该注意这个监控装置是可选择的并且在本领域公知的其他光监控和控制装置中可以同样地使用。对于本领域的那些技术人员这是显而易见的。也提供到泵选择电路413的是来自命令和控制单元414的命令和控制信息，单元414利用来自一个光系统中其他网络部件的信息，以便选择要被选择的泵404或406中的哪一个，因此选择放大器403或405中哪一个被接通，哪一个被关断。然而应该注意，虽然在这个例子中我们已经展示了O/E 410和412的使用，其他的装置也可以使用以监控不同的参数以便选择泵404和406中的某一个，因此放大器403和405中的某一个将被接通。
图5以简化的形式展示了另一个有增益的交换光分配器用于分配来自一个输入光纤线路501的光信号到多个输出光纤线路511-1到511-N以及相应的多个放大器503-1到503-N。注意只要求一个可调谐泵509，这给了我们节省成本的技术优点。相关于可调谐泵509的是另一个光星形耦合器(以下称为“耦合器”)510和多个固定的(或可预置的)光带通滤波器(以下称为“滤波器”)504-1到504-N，这些滤波器一对一的分别相关于放大器503-1到503-N。实际上，这些滤波器504-1到504-N可以被加入波长选择耦合器中，该耦合器被用于构造放大器503-1到503-N(见用于各种光放大器设计的结构细节的文献)。此外，在被发送到系统输出端口511-1到511-N之前，放大器503-1到503-N的输出提供给可选择的抽头505-1到505-N用于由监控器506-1到506-N完整地监控的目的。另外，O/E装置506-1到506-N的输出还与来自命令和控制单元508的信息在泵调谐电路507中组合以调谐可调谐泵509的波长。
图6以简化的方框图形式展示了另一个有增益的交换光分配器，该分配器使用一个单个的输入线路601和多个输出光纤线路609-1到609-N以及相应的多个放大器603-1到603-N。注意相应的多个泵604-1到604-N分别地相关于放大器603-1到603-N。同样，在被发送到系统输出端口609-1到609-N之前，放大器603-1到603-N的输出提供给抽头605-1到605-N用于由O/E 606-1到606-N完整地监控的目的。同样，O/E装置606-1到606-N的输出还与来自命令和控制单元608的信息在泵选择电路607中组合以触发泵604-1到604-N中的一个(或者如果要求广播的多个)，结果随后调谐相应的放大器603-1到603-N接通或关断。然而应该注意在本领域公知的其他光耦合和监控装置可以被相同的使用以代替光耦合器605-1到605-N和相应的元件。这对于本领域的技术人员是显而易见的。特别地，在这个例子中，O/E 606-1到606-N的每一个监控相关于输出光纤605-1到605-N中的一个输出信号的功率电平，并且确定相关于那个信号的参数和ID标记用于分配器开关的操作和特性的检验。
图7以简化的形式展示了一个包括光纤线路701和702的有增益的交换光选择器，其在预定的波长或波长组提供光信号分别到稀土掺杂光纤光放大器(以下称为“放大器”)703和放大器704。例如，稀土掺杂光纤可以是耦合到波长选择耦合器的氧化铒掺杂光纤的长度，经过该耦合器一个泵被耦合到那里。如所示的，泵705耦合到放大器703，泵706耦合到放大器704。如本领域所公知的，泵705和706中的每一个分别地驱动放大器703和704。放大器703和704的输出由一个光星形耦合器(以下称为“耦合器”)707以公知的方式组合。用于一个双光线路装置的耦合器707是一个公知的3dB耦合器。耦合器707的主要的输出作为一个输出提供到输出光纤711，该光纤可以连接到一个接收机或一个远距离传送光纤。耦合器707的辅助输出提供到光电转换器(O/E)708，该转换器708监控选择线路的功率电平并且确定与选择线路相关的参数和ID(识别)标记(例如见共同未决的美国专利申请系列号08/579529，申请于1995年12月27日)。来自O/E 708的信息提供给泵选择器709，然后该选择器根据要求的参数选择泵705或泵706。然而应该注意在本领域公知的其他光耦合装置可以被同样地使用以代替耦合器707。这对于本领域的技术人员是显而易见的。应该注意来自耦合器707提供给O/E 708的辅助输出是可选择的。来自O/E 708的输出提供给泵选择电路709，这里它被用于进一步地改进泵选择过程。特别地，在这个例子中，O/E 708监控选择信号的功率电平，并且确定提供给耦合器707的选择线路相关的参数和ID标记。同样，提供给泵选择电路709的是来自命令和控制单元710的命令和控制信息，该命令和控制单元710利用来自一个光系统中其他网络部件的信息以便选择泵705或706中哪一个被选择，因此选择放大器703或704中哪一个将经过耦合器707提供一个光信号到输出光纤711作为一个输出。然而应该注意，虽然我们在这个例子中展示了O/E 708的使用，其他的装置可以被用于监控不同的参数以便选择泵705和706中的哪一个，并且因此选择放大器703和704中哪一个将提供输出。
图8以简化的形式展示了另一个有增益的交换光选择器用于选择一个来自多个光纤线路801-1到801-N以及相应的多个稀土掺杂光纤光放大器802-1到802-N的光信号。在有增益的交换光选择器中只使用了一个可调谐泵808，该泵通过光星形耦合器(以下称为“耦合器”)809耦合到滤波器803-1到803-N中的每一个，该耦合器给我们提供节省成本的技术优点。多个滤波器803-1到803-N分别一对一地与放大器802-1到802-N相关。同样，放大器802-1到802-N的输出提供给光星形耦合器(以下称为“耦合器”)804。耦合器804的主要的输出提供系统输出并且被提供给输出光纤811，该输出光纤811可以连接到一个接收机或一个远距离传送光纤。耦合器804的辅助输出提供到功率监控单元805，该监控单元监控选择线路的功率电平并且确定与选择线路相关的参数和ID(识别)标记(例如见共同未决的美国专利申请系列号08/579529，如上所述)。来自O/E 805的信息提供给泵调谐电路806，该调谐电路随后根据要求的参数选择泵803-1到803-N中的一个。然而应该注意在本领域公知的其他光耦合装置可以被同样地使用以代替耦合器804。但是，应该注意虽然在这个例子中我们展示了O/E 805的使用，其他的装置可以使用以监控不同的参数以便调整泵调谐电路806和因此调整可调谐泵808，结果，放大器802-1到802-N中的某一个将提供输出。这对于本领域的技术人员是显而易见的。应该注意来自耦合器804提供给O/E 805的辅助输出是可选择的。来自O/E 805的输出提供给泵调谐电路806，这里它被用于进一步地改进泵选择过程。特别地，在这个例子中，O/E 805监控选择信号的功率电平，并且确定提供给耦合器804选择线路相关的参数和ID标记。同样，提供给泵调谐电路806的是来自命令和控制单元807的命令和控制信息，该命令和控制单元807利用来自一个光系统中其他网络部件的信息以便选择要被选择的波长，因此放大器802-1到802-N中某一个将经过耦合器804提供一个光信号到输出光纤811作为一个输出。来自可调谐泵808的输出经过耦合器809提供到滤波器803-1到803-N，该滤波器随后选择放大器802-1到802-N中合适的一个以提供一个输出到耦合器804。
图9以简化的方框图形式展示了另一个有增益的交换光选择器，该选择器使用多个光纤线路901-1到901-N以及相应的多个稀土掺杂光纤放大器(以下称为“放大器”)902-1到902-N。在这个有增益的交换选择器中，相应的多个泵903-1到903-N分别地相关于放大器902-1到902-N。在这个例子中，来自放大器902-1到902-N的光输出提供给一个光星形耦合器(以下称为“耦合器”)904。然而应该注意，在本领域公知的其他光耦合装置可以被同样地使用以代替耦合器904。这对于本领域的技术人员是显而易见的。星形耦合器904的主要的输出提供到光纤908的输出，同时在这个例子中来自耦合器904的辅助输出提供到光电转换器(O/E)905。应该注意来自耦合器904的辅助输出是可选择的。来自O/E 905的输出提供给泵选择电路906，这里它被用于进一步地改进泵选择过程。特别地，在这个例子中，O/E 905监控选择信号的功率电平，并且确定提供给耦合器904的选择线路相关的参数和ID标记。同样，提供给泵选择电路906的是来自命令和控制单元907的命令和控制信息，该命令和控制单元907利用来自一个光系统中其他网络部件的信息以便选择要被选择的泵903，因此放大器902中的某一个将经过耦合器904提供一个光信号到输出光纤908作为一个输出。
权利要求
1.一个光保护交换系统具有一个输入端和一个输出端，包括一个输入光耦合器用于耦合一个输入光信号到多个光通信装置；多个有增益的交换光放大器(GSOA)一对一地相关于所述多个所述光通信设备；一个泵装置用于控制多个有增益的交换光放大器的每一个的接通/关断状态以控制输入的一个接收信号通过光输出端的光程；来自所述有增益的交换光放大器的输出经过一个光耦合器提供到光输出端。
2.如权利要求1所述的光保护交换系统，其中光放大器中的每一个包括一个具有预定长度的光稀土掺杂光纤和一个响应命令信号的相应的泵用于光放大器的接通/关断。
3.如权利要求2所述的光保护交换系统，其中光纤是掺杂铒的。
4.如权利要求2所述的光保护交换系统，其中相关于稀土掺杂光纤的泵装置被配置以提供稀土掺杂光纤光放大器的同向泵浦。
5.如权利要求2所述的光保护交换系统，其中相关于稀土掺杂光纤的泵装置被配置以提供稀土掺杂光纤光放大器的反向泵浦。
6.如权利要求1所述的光保护交换系统，其中光放大器的每一个包括一个具有预定长度的光稀土掺杂光纤和一个相应的滤波器，泵装置包括一个可调谐的泵和一个泵调谐电路以及一个耦合器用于耦合来自可调谐泵的输出到对应于多个光放大器的每一个的滤波器，泵调谐电路响应命令和控制信号用于控制可调谐泵以提供泵信号用于接通/关断多个光放大器中的一个或多个，滤波器滤波泵信号以实现接通/关断多个光放大器中的一个或多个。
7.如权利要求6所述的光保护交换系统，其中光纤是掺杂饵的。
8.如权利要求6所述的光保护交换系统，其中相关于稀土掺杂光纤的泵装置被配置以提供稀土掺杂光纤光放大器的同向泵浦。
9.如权利要求6所述的光保护交换系统，其中相关于稀土掺杂光纤的泵装置被配置以提供稀土掺杂光纤光放大器的反向泵浦。
10.如权利要求1所述的光保护交换系统，其中光通信装置包括一个有损耗的光线路。
11.如权利要求1所述的光保护交换系统，其中光通信装置包括光通信设备。
12.如权利要求1所述的光保护交换系统还包括多个有增益的交换光放大器，每个具有一个输入和一个输出，其中输入一对一地与来自输入光耦合器的多个输出相关而输出一对一地相关于光通信装置。
13.如权利要求12所述的光保护交换系统，其中光放大器中的每一个包括一个具有预定长度的光稀土掺杂光纤和一个响应命令信号的相应的泵用于光放大器的接通/关断。
14.如权利要求13所述的光保护交换系统，其中光纤是掺杂饵的。
15.如权利要求13所述的光保护交换系统，其中相关于稀土掺杂光纤的泵装置被配置以提供稀土掺杂光纤光放大器的同向泵浦。
16.如权利要求13所述的光保护交换系统，其中相关于稀土掺杂光纤的泵装置被配置以提供稀土掺杂光纤光放大器的反向泵浦。
17.如权利要求12所述的光保护交换系统，其中光放大器的每一个包括一个具有预定长度的光稀土掺杂光纤和一个相应的滤波器，泵装置包括一个可调谐的泵和一个泵调谐电路以及一个耦合器用于耦合来自可调谐泵的输出到相应于多个光放大器的每一个滤波器，泵调谐电路响应命令和控制信号用于控制可调谐泵以提供泵信号用于接通/关断多个光放大器中的一个或多个，滤波器滤波泵信号以实现接通/关断多个光放大器中的一个或多个。
18.如权利要求17所述的光保护交换系统，其中光纤是掺杂饵的。
19.如权利要求17所述的光保护交换系统，其中相关于稀土掺杂光纤的泵装置被配置以提供稀土掺杂光纤光放大器的同向泵浦。
20.如权利要求17所述的光保护交换系统，其中相关于稀土掺杂光纤的泵装置被配置以提供稀土掺杂光纤光放大器的反向泵浦。
21.如权利要求12所述的光保护交换系统，其中光通信装置包括一个有损耗的光线路。
22.如权利要求12所述的光保护交换系统，其中光通信装置包括光通信设备。
全文摘要
通过使用多个稀土掺杂光纤光放大器作为有增益的交换光连接,例如有增益的交换光分配器,即在一个有增益的交换光线路保护交换系统中的换向器和/或有增益的交换光选择器,来实现一个光线路保护交换系统。在一个实施例中,至少一个或多个有增益的交换光分配器用于实现所谓的输入光信号的首端交换以及一个或多个有增益的交换光选择器用于实现所谓的光信号的末端交换以形成一个1×1(1×N)光线路保护交换系统。
文档编号H04Q3/52GK1188239SQ9712348
公开日1998年7月22日 申请日期1997年12月30日 优先权日1997年12月30日
发明者默罕麦德·塔格希·法特希, 韦恩·哈维·诺克斯 申请人:朗迅科技公司