专利名称：光闸的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光闸，特别是(但不仅仅是)涉及用于在系统故障的情况下(例如在光纤波导破裂的情况下)切断一个或更多个通信系统光路的一种光闸。
背景技术：
当今的光通信系统包含多个通过光纤波导相互链接的空间放置的节点，这些波导可以在节点之间传送经调制的载有信息的光辐射。该信息通常被划分到多个信道之中，每个信道包含一个与其相关的辐射波长范围；这样的划分称为波分复用(WDM)。
在上述通信系统中，已经建立的习惯是将这些节点排列为环形组。链接环形组中相邻节点的光纤波导称为段。当这样的组的每一个具有几千米数量级的直径时，该组称为城域环。城域环的直径通常足够小，以避免其中对光放大器的需要，也就是说，这些环是无源的。当城城环更大一些时，通常在其中加入一个或更多个光放大器。诸如掺铒光纤放大器(EDFA)的光放大器是昂贵的器件，因此只在绝对有必要确保一个可接受的系统光学信噪比时才会使用。传统习惯上，每个光通信系统环使用两个光纤环路，一个环路用于沿着环以顺时针方向传送WDM辐射，而另一个环路用于沿着环以逆时针方向传送WDM辐射。环路的重复性有助于确保在环路之一失效时，该环中的节点之间的通信仍被维持。这些环路可以传送WDM辐射，该WDM辐射经常是来自多个调制激光源或者一个或更多个EDFA的输出的辐射的集合；这个集合辐射通常可以具有大约几十mW的功率，这对应于级别IIIA或级别IIIB激光辐射功率。这样的功率电平可能是危险的，因此，为了安全起见，传统的习惯是在检测到一个或更多个环路破裂(例如，由于光纤波导的断裂)的情况下拥有一个自动切断设备。
在光通信系统中实现自动切断的通常方法是这样的当系统检测到从某一段接收的光辐射功率有严重降低或损耗时，关掉向该段馈送辐射的EDFA。
在上述的城域环中，通常的习惯是在与段相关的光纤波导上插入无源节点，这样的无源节点不具备光学放大。对于一般传统的段切断是对向这些段进行馈送的EDFA操作的情况，这个切断的结果是停止进入这些段的辐射传输。而对于除了正常的工作信道之外，WDM辐射还包含一个保护信道的情况，则切断具有使工作和保护信道都失效的效果，这样，即使在通到无源节点的每一个节点的光纤通路之一保持无损的情况下，也会使通到无源节点的所有通信业务失败。因此，切断环形组中的所有段的结果是潜在地、不必要地严重减少通过这些无源节点提供的服务。
在节点环形组中(包含在负责执行自动切断的有源节点之间的段中所包括的无源节点)，无源节点有可能插入足够的辐射功率，使得有源节点将这种辐射功率解释为正常工作状态，在此情况中，即使已经出现了光纤波导破裂，有源节点也将不应用自动切断。在这种情况下，有源节点不切断它们的光放大器，所以，危险电平的辐射朝向破裂处被发射到光纤波导中。
发明内容
这样，本发明人看到，存在一个如前所述的、与传统自动切断有关的问题，特别是在将无源节点加入光通信系统的段中的情况下。
本发明人设计了一种用于解决上述问题的解决方案，该解决方案包含向插入光通信系统的段中的无源节点中加入一个或更多个光闸。
根据本发明的第一方面，提供了用于具有第一和第二通信路径的类型的通信系统的光闸，其中载有信息的辐射沿着所述第一和第二通信路径以相反的方向传播，该光闸包含测量装置，用于监视沿第一路径传播的载有信息的辐射的功率，还用于产生一个相应的辐射功率表示信号；控制装置，用于比较该表示信号和一个阈值，以便产生一个控制信号；以及开关装置，用于响应该控制信号而有选择地基本上传输或阻挡沿第二路径传播的辐射。
该光闸提供一个优势在通信系统中，它能够在第一和第二路径中的一个或更多个路径之中发生破裂或断裂的情况下衰减从第二路径中输出的辐射的危险电平。
优选地，控制装置和开关装置可用来在表示信号的大小降到小于阈值时阻挡沿第二路径传播的辐射。表示信号小于阈值的情况可以对应于第一路径中的破裂，因此，该光闸可以有效地防止危险电平的辐射通过开关装置朝向这样的破裂传递，该破裂也有可能已经发生在第二路径上。
便利的是，当构建该光闸时，该测量装置包含一个光耦合器和一个辐射检测器，该耦合器可用来使载有信息的辐射的一部分转向至检测器，通过在其中进行检测来产生表示信号。使用这种耦合器可以提供益处，即使得只出现较小的、由于在第一路径中加入光闸而引起的对沿第一路径传播的辐射的扰动。
出于实际原因，该耦合器便利地包含一个或更多个熔接(fusionspliced)光纤耦合器，以及一个1×N光波导耦合器，用于使载有信息的辐射的一部分转向至检测器。这些耦合器尤其适合在光闸中使用，因为它们的造价相对低廉，且插入损耗较小。
优选地，开关装置包含一个或更多个液晶光衰减器、一个热控制光衰减器和一个电荷载流子色散调制器(charge carrier dispersionmodulator)，以便响应控制信号来基本上传输或阻挡沿第二路径传播的辐射。出于实际原因，这些衰减器和调制器尤其适用于在光闸处衰减WDM辐射。
有利的是，第一和第二路径是光纤波导通信环的顺时针和逆时针通信路径。在路径之一损坏(例如，由于光纤波导破裂)的情况下，包含顺时针和逆时针路径的受保护的通信环提供改善的可靠性的益处。
优选地，该通信系统可以以波分复用(WDM)形式传送信息。因此，有益地，测量装置可用来监视沿第一路径传播的WDM载有信息的辐射的辐射功率，而且开关装置可以有选择地基本上传输或阻挡沿第二路径传播的WDM辐射。
在该通信系统中，还希望传送用于监督系统控制的监督信息。为了传送这种监督信息，最好沿着第一路径在测量装置之后放置辐射分出装置，用于使对应于载有通信系统监督信息的监督信道的、载有信息的辐射的一部分从第一路径转向，该监督信息用于控制该系统。相似地，最好沿着第二路径在开关装置之后放置辐射插入装置，用于将对应于载有通信系统监督信息的监督信道的辐射插入到第二路径。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于WDM通信系统的节点，该节点通过至少第一和第二通信波导耦合到该系统的其它节点，其中WDM辐射沿着所述通信波导在节点之间以相反的方向传播，该节点包含分/插复用装置，用于在节点处插入和分出至少一个WDM信道；以及根据本发明的第一方面的耦合到第一和第二波导的一个或更多个光闸，该光闸或每个光闸可以监视沿波导之一传播的载有信息的辐射，还可以根据沿所述波导之一传播的辐射的辐射功率是否超过一个阈值，来有选择地基本上传输或阻挡沿另一波导传播的辐射，从而在第一和第二波导中的一个或更多个之中发生一个或更多个破裂时降低正被输出的辐射。
该节点能够提供优势，即一个或更多个光闸可用来在第一和第二波导中的一个或更多个波导之中发生破裂的情况下，防止危险电平的辐射在第一和第二波导的一个或更多个处输出。
优选地，复用装置可用来从该第一和第二波导的至少一个波导插入和分出一个工作信道和一个保护信道。该节点从而可以提供到系统的通信接入。而且，为了改善系统的可靠性，当工作信道不运行时，该节点可以使用保护信道进行通信。
有利的是，为了降低成本，该节点可以是无源节点，也就是说，该节点可以不具备用于放大在第一和第二波导中的一个或更多个波导之中传播的辐射的光学放大。特别优选的情况是，第一和第二波导被加入到波导通信环中，例如当通信环是城域环时。
现在参照附图仅通过举例的方法对本发明的实施例进行描述，在附图中图1是将通信系统的两个有源节点相互连接起来的现有技术的光纤波导段的图示，该段包含一个无源节点；图2是图1中的其光纤波导之一遭受破裂的段的图示；图3是图1中的其光纤波导都遭受破裂的段的图示；图4是根据本发明的光闸的示意图；图5是在有源节点之间的段中包含的一个无源节点的示意图，该无源节点包含两个图4中所示类型的光闸；以及图6是图5中的两个光纤遭受破裂的段的示意图。
具体实施例方式
为了更好地理解本发明，首先描述在光纤波导破裂或光放大器出现故障时在具有自动切断的已知光通信系统中产生的问题。
在图1中，分别显示了光通信系统的第一和第二有源节点10、20，以及在将有源节点10、20连接在一起的段中放置的无源节点30。无源节点30中包含第一和第二无源分/插光复用器40、50。而且，有源节点10、20分别包含第一和第二光放大器60、70。
在该段中有四个光纤波导，即第一波导80、第二波导90、第三波导100和第四波导110。第一波导80从第一放大器60连接到第一复用器40的光输入端口。第二波导90从第一复用器40的光输出端口连接到第二节点20的光输入端口。第三波导100从第二放大器70的光输出端口连接到第二复用器50的光输入端口。第四波导110从第二复用器50的光输出端口连接到有源节点10的光输入端口。正如将看到的，第一和第二波导80、90组成从第一节点10到第二节点20的第一传输路径，而第三和第四波导100、110组成从第二节点20到第一节点10的第二传输路径。
复用器40、50的每一个都包含电介质滤波器，并可以使传播通过该段的WDM辐射中的工作信道从无源节点30转向出来，还可以在对应于工作信道的波长范围添加光辐射。而且，复用器40、50的每一个还可以使传播通过该段的WDM辐射中的保护信道从无源节点30转向出来，还可以在对应于保护信道的波长范围添加光辐射。此外，复用器40、50的每一个还可以使WDM辐射中的监督信道的辐射的至少一部分转向，以便在包含于节点30中的监督电路(未显示)处接收。
在操作中，包含多个信道的WDM载有信息的辐射从第一放大器60输出，并沿第一波导80传播到分/插复用器40。该复用器40分离对应于工作信道、对应于保护信道和对应于监督信道的辐射，并在元源节点30输出(即分出)该辐射。此外，复用器40接收其波长对应于工作信道、保护信道和监督信道的、输入到无源节点30的辐射，然后将其插入到传播通过复用器40的辐射，以提供输出辐射，该输出辐射被发射到第二波导90，以便传播到第二有源节点20。
以相似的方式，包含多个信道的WDM载有信息的辐射从第二放大器70输出，并沿第三波导100传播到第二分/插复用器50。该复用器50分离对应于工作信道、对应于保护信道和对应于监督信道的辐射，并在无源节点30输出(即分出)该辐射。此外，复用器50接收其波长对应于工作信道、保护信道和监督信道的、输入到无源节点30的辐射，然后将其插入到传播通过复用器50的辐射，以提供输出辐射，该输出辐射被发射到第四波导110，以便传播到第一有源节点10。
监督电子电路接收在无源节点30分出的监督信道的辐射，并解释其中传送的与节点30的功能相关的指令。这些指令确定是否要使用保护信道，还确定对应于工作信道或保护信道的辐射将直接地在哪个方向中，即是通过第二复用器50朝向第一有源节点10还是通过第一复用器朝向第二有源节点20。
现在参见图2，节点10、20、30和光纤波导80、90、100、110与图1所示相同，但波导80遭受由200表示的破裂，破裂200造成从放大器60沿波导80传播到第一复用器40的辐射的中断。作为破裂200的结果，检测到在第二有源节点20接收的辐射降低，这导致第二有源节点20关闭其放大器70，而使无源节点30被隔离，没有通信服务提供到该无源节点30。第一有源节点10还检测到从放大器70接收的辐射的降低，这导致节点10关闭其放大器60，从而防止危险功率电平的光辐射在破裂200处输出。
在图2中，如果有足够的辐射输入到无源节点30，以至于第二节点20将此解释为正常辐射电平，则有一种风险，即第二有源节点20未能执行自动切断，其结果是危险功率电平的辐射在破裂200处输出。
现在参见图3，节点10、20、30和光纤波导80、90、100、110与图1所示相同，但波导80、110分别遭受第一和第二破裂300、310。第一破裂300造成从放大器60沿波导80传播到第一复用器40的辐射的中断。此外，第二破裂310造成从第二放大器70通过第二复用器50传播到第一有源节点10的辐射的中断。
当破裂300、310发生时，第二有源节点20检测到接收功率的降低，然后关闭其放大器70。相似地，第一有源节点10也检测到接收功率的降低，然后关闭其放大器60。
在图3中，如果有足够的辐射功率在无源节点30处输入，并传送到第二有源节点20，则第二节点20可能将此辐射解释为从放大器60产生。作为结果，第二节点20可能在其放大器70继续输出辐射，其结果是危险电平的辐射可能在第二破裂310处输出。
从前面参照图2和3的内容可以看出，尽管波导中的一些仍然潜在地可用于传送信息业务到无源节点30，但响应于一个或更多个的光纤波导破裂的传统自动切断可能引起到无源节点30的通信的丢失。此外，可能出现危险的情况，即其中有足够的辐射功率在无源节点30处输入，而防止了自动切断的应用，这会造成在光纤波导破裂处遭受危险电平的辐射。
为了克服传统自动切断的缺陷，本发明人设计了一种可被包含在无源节点30中的光闸。该光闸在图4中统一用400表示。该光闸400包含一个光闸开关410、一个控制单元420、一个功率监视器430和一个光抽头440。此外，该光闸400还可选地包含一个监督信道插入耦合器450和一个监督信道分出耦合器460。
现在描述光闸400中的相互连接。光闸400包含第一和第二光输入端口A1、B1以及相应的第一和第二光输出端口A2、B2。第一输入端口A1耦合到光闸开关410的光输入端口，开关410的输出端口通过监督信道插入耦合器450连接到第一输出端口A2。此外，第二输入端口B1连接到光抽头440的光输入端口。而且，光抽头440的光输出端口通过监督信道分出耦合器460连接到第二输出端口B2。
抽头440的光监视器输出连接到功率监视器430的光输入。监视器430包含一个连接到控制单元430输入的功率监视器输出。控制单元430的控制输出连接到光闸410的控制输入。
光抽头440、监督信道插入耦合器450和监督信道分出耦合器460优选为熔接耦合器，但作为替换，也可以使用其它类型的耦合器。光闸410优选地实现为液晶光闸。而且，控制单元420优选地实施为硬件，但作为替换，也可以实施为软件功能。此外，功率监视器430包含一个光电检测器和调节电路(conditioning circuit)，以便提供用于控制单元420的输出。
现在参照图4描述光闸400的操作。在第一输入端口A1接收的WDM通信业务调制辐射传播通过光闸开关410，并在其中经受约为0.5dB的衰减，然后前进到监督信道插入耦合器450。监督信道辐射在耦合器450处被插入到来自光闸单元410的辐射，然后作为集合辐射传播到第一输出端口A2。
在第二输入端口B1接收的辐射传播到光抽头440，在那里，接收的辐射的一部分(例如20％或更少)被转向到功率监视器430。接收的辐射的剩余部分(例如80％或更多)被发送到监督分出耦合器460。对应于监督信道的、在耦合器460接收的辐射的一部分在耦合器460处被转向，而该辐射的剩余部分传播到第二输出B2。
在光抽头440处被转向的辐射传播至功率监视器430，在那里接收该辐射，并产生一个相应的辐射功率表示信号。该表示信号被传递到控制单元420，该控制单元420可以比较该表示信号的大小和一个功率阈值，以便确定是否已经出现光纤破裂。如果认为已经出现光纤破裂，则控制单元420输出一个控制信号到光闸开关410，以便将其从基本透明的状态(即优选地具有小于1dB的通过衰减)切换到非传输状态(即具有大约25dB或更多的通过衰减)。
接下来参见图5，这里显示了被修改为包含两个光闸500、510的无源分/插节点30，光闸500、510的每一个都与图4中的光闸400相同。光闸500、510被包含在有源节点10、20之间的段中，也就是在无源节点30的两侧。如果需要，例如为了降低成本，可以选择性地省略光闸500、510中的一个。
在图6中描述了这样一种情况，其中在第一和第四光纤波导80、110中已经发生了第一和第二破裂600、610。第一放大器60将辐射发射到第一波导80，该辐射向破裂600传播。作为破裂600的结果，在光闸500的光抽头440处没有辐射被接收；光闸500的功率监视器430检测辐射功率的不足，并将与其相关的、该光闸500的光闸开关410从基本上传输状态切换到不透明的非传输状态，即阻挡状态。第一有源节点10检测在其输入端口接收的功率的降低，并继而执行自动切断程序来关闭第一放大器60。作为自动切换程序和由光闸开关410的阻挡的结果，辐射被阻止到达破裂600、610。如果在无源节点30输入足够的辐射功率，而造成第二有源节点20将在当地接收的功率解释为起源于第一节点10的放大器60，则光闸500防止从第二有源节点20的放大器70输出的辐射到达第二破裂610。
在出现两个破裂600、610的情况中，在第二有源节点20和无源节点30之间的通信可以通过以下方式得以维持，即确保第二节点20接收足够辐射而使它的自动切断并不关闭放大器70，或通过从无源节点30经由监督信道向第二有源节点20发送指令来拒绝其自动切断。通过这种方法，即使在无源节点30一侧的段由于两个破裂600、610而失效的情况下，也可以维持到无源节点30的通信；而且，也可以防止危险电平的辐射到达破裂600、610。
当破裂600、610发生时，通过应用一个特殊的重新启动程序来使该段重新启动，所述重新启动程序包含自动地或在操作者控制下发送测试脉冲。该测试脉冲是通过暂时将遭受切断的光闸开关410切换为短暂地基本透明(即具有优选为小于1dB的通过衰减)而产生的。例如，当破裂600、610已经被修复时，可以使光闸510的光闸开关410短暂地基本透明，以便允许一个或更多个辐射脉冲通过复用器50而传向第一有源节点10；第一节点10检测在当地接收的辐射脉冲，如果脉冲幅度大于阈电平，则认为光纤波导110保持无损。然后，第一节点10向第一光纤波导80发送被光闸500的光抽头440和其相关功率监视器430和控制单元420检测为超过阈值的辐射；光闸500的控制单元420然后将光闸开关410切换为持续地基本透明，从而重新建立从第一有源节点10到无源节点30的通信。
作为替换，可以在监督信道上发送测试脉冲来重新建立通信。当监督辐射功率被接收时，使光闸500透明。监督功率或者通过重新建立监督信道被检测，或者作为在光闸500的功率监视器430处接收的光功率被检测。
光通信系统设计领域的技术人员可以看到，在不背离本发明范围的条件下，可以对光闸400和包含一个或更多个光闸400的无源节点30进行修改和变更。例如，虽然控制单元420被实施为硬件，但作为替换，它也可以实施为软件功能。此外，光闸开关410被实施为液晶设备，但也可以使用其它类型的技术来实施，例如应用了Kronig-Kramer吸收现象的电荷载流子色散调制器、热驱动衰减器、电子-机械光开关或光微电机结构(MEMs)设备。此外，光抽头可被实施为熔接光纤耦合器，或作为替换，实施为美国专利US4950045所描述类型的1×N光波导耦合器。还可以看到，可以使用美国专利US5410625所描述类型的耦合器。
本发明的光闸在下面描述的光纤环传输系统的节点中得到特殊的应用，在此系统中包含将节点相互连接起来的第一和第二传输路径(典型为两根光纤)，其中辐射沿这两个路径在相反的传播方向进行传送，以便在一根光纤破裂时提供保护路径。更特别地，但不排他地，本发明尤其适合用于周长(路径长度)足够短以避免环中需要光放大器的城域环。
权利要求
1.一种光闸(400)，用于具有第一(B1、B2)和第二(A1、A2)通信路径的类型的通信系统，其中载有信息的辐射沿着所述第一和第二通信路径以相反的方向传播，该光闸的特征在于包含测量装置(430)，用于监视沿第一路径(B1、B2)传播的载有信息的辐射的功率，还用于产生一个相应的辐射功率表示信号；控制装置(420)，用于比较该表示信号和一个阈值，以便产生一个控制信号；以及开关装置(410)，用于响应该控制信号而有选择地基本上传输或阻挡沿第二路径(A1、A2)传播的辐射。
2.根据权利要求1所述的光闸，其中该控制装置(420)和开关装置(410)可用来在该表示信号的大小下降到小于阈值时阻挡沿第二路径传播的辐射。
3.根据权利要求1或2所述的光闸，其中测量装置(430)包含一个光耦合器(440)和一个辐射检测器，该耦合器(440)可以使载有信息的辐射的一部分转向至检测器，通过在其中进行检测来产生该表示信号。
4.根据权利要求3所述的光闸，其中该耦合器(440)包含一个或更多个熔接的光纤耦合器，以及一个1×N光波导耦合器，用于使载有信息的辐射的一部分转向至检测器。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的光闸，其中开关装置(410)包含一个或更多个液晶光衰减器、一个热控制光衰减器、一个电荷载流子色散调制器、一个电子-机械光开关或一个光微电机光学结构(MEMs)设备，用于响应控制信号来基本上传输或阻挡沿第二路径(A1、A2)传播的辐射。
6.根据前面任一权利要求所述的光闸，其中第一和第二路径是光纤波导通信环的顺时针和逆时针通信路径。
7.根据前面任一权利要求所述的光闸，其中测量装置(430)可以监视沿第一路径传播的波分复用(WDM)载有信息的辐射的辐射功率，而且开关装置(410)可以有选择地基本上传输或阻挡沿第二路径传播的WDM辐射。
8.根据权利要求7所述的光闸，其中沿着第一路径(B1、B2)在测量装置(430)之后是辐射分出装置(460)，用于使对应于载有通信系统监督信息的监督信道的、载有信息的辐射的一部分从第一路径转向，该监督信息用于控制该系统。
9.根据权利要求7或8所述的光闸，其中沿着第二路径(A1、A2)在开关装置(410)之后是辐射插入装置(450)，用于将对应于载有通信系统监督信息的监督信道的辐射插入到第二路径。
10.一种用于WDM通信系统的节点(30)，该节点(30)通过至少第一(80、90)和第二(100、110)通信波导耦合到该系统的其它节点(10、20)，其中WDM辐射沿着所述通信波导在节点(10、20)之间以相反的方向传播，该节点包含分/插复用装置(40、50)，用于在节点处插入和分出至少一个WDM信道；以及根据权利要求1-9中任何一项的、耦合到第一和第二波导的一个或更多个光闸(500、510)，该光闸或每个光闸可以监视沿波导之一传播的载有信息的辐射，还可以根据沿所述波导之一传播的辐射的辐射功率是否超过一个阈值，来有选择地基本上传输或阻挡沿另一波导传播的辐射，从而在第一和第二波导中的一个或更多个之中发生一个或更多个破裂时降低正被输出的辐射。
11.根据权利要求10所述的节点，其中复用装置(40、50)可用来从第一和第二波导的至少一个波导插入和分出一个工作信道和一个保护信道。
12.根据权利要求11所述的节点，其中当工作信道不运行时，该节点可使用保护信道进行通信。
13.根据权利要求10、11或12所述的节点，其中该节点不具备用于放大在第一和第二波导中的一个或更多个之中传播的辐射的光学放大。
14.根据权利要求10、11、12或13所述的节点，该节点通过第一和第二波导被加入到波导通信环中。
15.根据权利要求14所述的节点，其中通信环是城域环。
全文摘要
本发明提供了一种用于具有第一(B
文档编号H04B10/00GK1593022SQ01822337
公开日2005年3月9日 申请日期2001年11月27日 优先权日2000年11月28日
发明者A·G·劳德 申请人:马科尼英国知识产权有限公司