专利名称：频率分离装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及频分复用的光纤传输系统，更确切地，本发明涉及允许从包括N个频率的频分多路复用类型的信号中分离选择的频率的装置，及频率转换和可重配置的频率插入及分离的多路复用装置。
由此本发明属于光转换结构领域。
为此，光转换器应使用确保光频道插入及分离的装置。
在现有技术中已公知了用于插入及分离的各种多路复用器或这种类型的转换装置。
尤其是，
图1概要地表示的用于N个频道的多路复用装置。该装置被描述在题为“Integrated Multichannel Optical Wavelength Selective SwitchesIncorporating and Arrayed -Waveguide Grating Multiplexer andThermooptic Switches”的文章中，1998年4月发表在出版物J.Of LightwaveTechnol，第16卷第4期第650-655页上。
图1所示的装置包括一个AWG类型的波导网3，AWG是英文“ArrayedWaveguide Grating”(阵列波导光栅)的缩写。该波导网3设有图中标号为1至2N+2的2N+2个输入端口及标号亦为1至2N+2的2N+2个输出端口。具有N个2×2光转换器SW1至SWN的网允许通过反馈线4在它们之间连接波导网3的不同输入及输出端口。
在第一多路复用输入M1上，信息i1，i2，…，iN分别被编码在频率f1，f2，…fN上，及在第二多路复用输入M2上，信息i’1，i’2，…，i’N分别被编码在频率f1，f2，…fN上。
因此，相同的频率f1至fN载有不同的信息。该装置力图在一定的频率上分离出一个编码信息及接着将另一信息插入到该同一频率上。
典型地，在图1的例中，我们要分离编码在频率f2上的信息i2及编码在频率fN上的信息iN，及在该相同频率的位置上编码信息i’2及i’N。
该例子的功能原理具体基于这样的事实，即在输入端口1上输入的第一多路复用频率将在输入端口N+3至2N+2上被分解，及在输入端口N+2上输入的第二多路复用的所有频率转向输出端口2至N+1上被分解。
然后，这样被分解的信号被导到N个2×2光转换器SW1至SWN。分别来自两个多路复用输入M1及M2的、具有同一频率fi的信号被送到同一2×2转换器Swi。由N个2×2转换器转换的输出信号反馈到波导网3的各输入端口。
一方面，反馈到输入端口N+3至2N+2的信号，及另一方面，反馈到输入端口2至N+1的信号自动地被分解及分别被送到波导网的两个输出端口输出端口1及N+2。
对于一定频率fi’每个转换器Swi允许将编码在该频率fi上的信号发送到第一组输入端口2至N+1、确切地说发送到输入端口i+1，或发送到第二组输入端口N+3至2N+2、确切地说发送到输入端口i+N+2。因此，实际上每个转换器Swi允许交换标号为1或N+2的输出端口，编码在频率fi上的信息将被发送在这些端口上。
此外，在使用单个输入端口的情况下，该装置仅一个频率分离功能，因为包括多路输入的每个频率可根据转换器所采用的构型被独立地发送在两个输出端口1或N+2上。
但是，在图1的装置中，即AWG类型的波导网中所使用的路由单元在频道数目上不是绝对优化的。实际上，为了能用这样的结构处理N个频道，路由单元应能够路由2N+2个频道。因此该波导网将留有余量，因为它包括2N+2个输入端口及2N+2个输出端口以处理N个频率。
因此，这在网中使用了近似两信数目的波导，由此使该装置变得复杂及昂贵。
该方案的另一缺点在于，该装置是基于2×2光转换器的使用。
在使用的转换器是热光类型的情况下，该装置的工作速度受到限制。实际上，使用这类型转换器的该装置不能保证在不超过几个毫微秒的时间上选择频率编码的信息。
然而为了更快地工作，可使用基于光放大器的转换器。但是，为了实现基于光放大器的2×2转换器，对于一个热光转换器必需使用4个有源元件而非2个。于是，在图1的例子中，在使用基于光放大器的快速方案的情况下，应该设置4N个有源元件，这在资源上造成损失。
因此，不管使用哪种技术，在该装置中使用的2×2光转换器不能令人满意。
本发明还提出根据该分离装置的结构，从它扩展到更复杂的功能，及尤其是设置可重配置的频率插入及分离多路复用类型的功能，这将克服上述现有技术的缺点。
为此，本发明考虑利用波导网类型的多路复用器的路由特性来使选择波长的传统结构扩展到包括多个光开关级的结构。
频分多址类型的输入光谱于是被第一信号分解器分离到多个交错的光开关级上，这些光开关级允许选择地将信号供给到多路复用器的多个输入端口，多路复用器将使用其路由特性来实现上述复杂的功能，即输入多路复用信号的一个或多个频率的分离，可重配置的频率插入及分离的多路复用或可重配置的频率转换。
因此，本发明涉及频率选择分离装置，用于将从由N个频道组成的频分多路类型的输入信号中选择出的一个或多个频率发送到该装置的输出端口上，及将所有其它频率发送到另一输出端口上，其特征在于，它包括-一个信号分解器，具有至少一个输入端口及至少N个输出端口，对于包括在1至N之间的任一i’所述信号分解器序号为i的输出端口被设置来接收与所述输入信号中序号i相应的频率，-一个多路复用器，具有至少N+1个输入端口及至少两个输出端口，对于包括在1至N之间的任一i’所述多路复用器序号为i的输入端口被设置来将所述输入信号中序号为i的频率引导到所述多路复用器第一输出端口，及对于包括在2至N+1之间的任一i’所述多路复用器序号为i的输入端口被设置来将所述输入信号中序号为i-1的频率引导到第二输出端口，及-光转换装置，用于以选择的方式将所述信号分解器序号为i的任一输出端口-i在1至N之间-或连接到所述多路复用器的序号为i的输入端口，或连接到所述多路复用器的序号为i+1的输入端口。
本发明还涉及可重配置的频率插入及分离的多路复用装置，其特征在于，它包括-一个信号分解器，具有至少两个输入端口，用于接收两个由N个频道组成的频分多址信号；和至少N+2个输出端口；对于包括在1及N之间的任一i’所述信号分解器的序号为i的输出端口被设置来接收被接收在第一输入端口上的第一多路复用输入信号的序号为i的相应频率，及对于包括在3及N+2之间的任一i’所述信号分解器的序号为i的输出端口被设置来接收被接收在第二输入端口上的第二多路复用输入信号的序号为i-2的频率，-一个多路复用器，它具有至少N+1个输入端口及至少两个输出端口，对于包括在1及N之间的任一i’所述多路复用器的序号为i的输出端口被设置来将序号为i的频率引导到所述多路复用器的第一输出端口，及对于包括在2及N+1之间的任一i’所述多路复用器的序号为i的输出端口被设置来将序号为i-1的频率引导到所述多路复用器的第二输出端口，-光转换装置，对于包括在3及N之间的i’用于将所述信号分解器的序号为i的输出端口或连接到多路复用器的序号为i-1的输入端口，或连接到多路复用器的序号为i的输入端口或连接到多路复用器的序号为i+1的输入端口；将所述信号分解器的序号为1的输出端口和序号为2的输出端口各分别连接到所述多路复用器的序号为1及2的输入端口和序号为2及3的输入端口；及将所述信号分解器的序号为N+1和N+2的输出端口各分别连接到所述多路复用器Mux的序号为N的输入端口和序号为N+1的输入端口。
图2中所示的装置包括一个1×8的信号分解器Demux及一个作为路由器使用的9×2的多路复用器Mux。
有利地，信号分解器Demx及多路复用器Mux可以是波导网类型的。
信号分解器Demux的输出端口D1，D2…，D8分别通过两个交错的光转换级A及B连接到多路复用器-路由器Mux的输入端口M1至M9。
第一光转换级A包括8个光开关A1至A8及第二光转换级B也包括8个光开关B1至B8。这些光开关例如可以是光放大器。
包括8个频道f1至f8的频分多路类型的光谱被1×8的信号分解器Demux分离。由此频率f1至f8的每个分别位于信号分解器Demux的8个输出端口D1至D8上。
信号分解器Demux的每个输出端口被分成两个分支，每个分支被引导到两个光转换级A及B中的一个。信号分解器Demux每个输出端口D1至D8的各两个分支不是组合在多路复用器-路由器Mux的同一个输入端口上，而是相反地连接在该多路复用器-路由器的不同输入端口上。
因此，信号分解器Demux的一号输出端口D1通过分别属于光转换的第一级A及第二级B的两个光开关A1及B1，一方面连接到多路复用器-路由器Mux的一号输入端口M1，及另一方面连接到多路复用器-路由器Mux的二号输入端口M2。
同样地，信号分解器Demux的第二输出端口D2分别通过光开关A2及B2，一方面连接到多路复用器-路由器的二号输入端口M2，及另一方面连接到多路复用器-路由器的三号输入端口M3。
如此类推，直至信号分解器Demux的输出端口D8分别通过光开关A8及B8，一方面连接到多路复用器-路由器的八号输入端口M8，及另一方面连接到多路复用器-路由器的九号输入端口M9。
因此分离后的频率然后被分开地通过两个光转换级A及B被传输或被消除，及被选择地引导到多路复用器Mux的相继输入端口M1至M9。
根据多路复用器-路由器Mux的专门路由特性，考虑所有频率以与信号分解器Demux的输出上相同的配置进入多路复用器-路由器Mux，即频率f1被引导到多路复用器的输入端口M1，频率f2被引导到多路复用器的输入端口M2等，…，这些频率多路复用地会合在复用器-路由器Mux的中心输出端口O1上。
相反地，这里考虑频率是交错地从一个端口向下到达复用器-路由器Mux的输入端口，即频率f1被引导到二号输入端口M2，频率f2被引导到三号输入端口M2，这些频率多路复用地会合在一个上面的输出端口上，即多路复用器-路由器Mux的输出端口O2上。
在图2的例中，在光转换器级A中仅是开关A3闭合，而所有其它开关A1，A2及A4至A8均打开。
在光转换器级B中，使用了与级A的情况互补的配置，即仅是开关B3打开，而所有其它开关B1，B2及B4至B8均闭合，点线代表被省略的频率。
于是，在上面陈述的光开关的特殊布置中，频率f3从频率f1至f8的输入光谱中分离出来。
因此，输入光谱的所有频率除频率f3外被传送到该装置的同一输出端口O2，而分离频率f3被传送到该装置的另一输出端口O1。
也可以，接通A级的多个光开关及以互补的方式接通B级的多个光开关分离出多个输入复用频道，以将它们发送到同一输出端口上。
该结果是由于第一信号分解器Demux的输出端口D1至D8及两个光转换级A及B的每个级的光开关之间的特定连接原理及多路复用器-路由器Mux的特性而获得的。
普遍地，设N为构成该装置输入光谱的频道数目。(在图2的例中N等于8)。
该装置输入侧的信号分解器是一个1×N的信号分解器，它包括至少一个输入端口及至少N个输出端口，及位于该装置输出侧的多路复用器-路由器是一个(N+1)×2的多路复用器，它包括至少N+1个输入端口及至少2个输出端口。
对于包括在1至N之间的任一i’信号分解器Demux序号为i的输出端口Di被设计来接收与信号分解输入光谱中序号i相应的频率。
对于包括在1至N之间的任一i’多路复用器Mux序号为i的输入端口Mi被设计来将多路输入中序号为i的频率fi引导到第一输出端口O1，及对于包括在2至N+1之间的任一i’多路复用器Mux序号为i的输入端口Mi被设计来将序号为i-1的频率fi-1引导到第二输出端口O2。
因光开关Ai及Bi构成的光转换装置允许以选择的方式将信号分解器Demx序号为i的任一输出端口Di-i在1至N之间-或连接到多路复用器Mux的序号为i的输入端口Mi’或连接到多路复用器Mux的序号为i+1的输入端口Mi+1。
实际上，信号分解器Demx的第i输出端口Di一方面连接到第一光转换级A的光开关Ai’另一方面连接到第二光转换级B的光开关Bi。光开关Ai及Bi-1两者均连接到多路复用器一路由器Mux的序号为i的同一输入端口Mi’而光开关Bi则连接到多路复用器-路由器Mux的的序号为i+1的输入端口Mi+1。
两个光转换级A及B以互补的方式配置。
于是，对于包括在1至N之间的i及j，一个或多个光开关Ai闭合而光开关Aj≠i打开，及一个或多个光开关Bi打开而光开关Bj≠i闭合。
在该配置状态下，一个或多个序号为i的频率fi被分离及发送到该装置的第一中心输出端口O1。对于序号为j的其它频率fj≠i来说，它们被复用地发送到该频率选择分离装置的另一输出端口O2。
根据本发明的分离装置必定不会留有余量。
实际上，对于由N频率构成的多路输入，输入侧信号分解器Demux是1×N类型的，由此不会有余量，而多路复用器-路由器Mux是(N+1)×1类型的，仅富裕1个频道。
图2所示的上述结构可被用来实现更复杂的操作，尤其是可重配置的频率插入及分离的多路复用。该应用被表示在图3中。
图3中所示的工作原理与根据图2的频率选择分离装置的工作原理是相同的。
以下的解释是基于由N频道构成的频分多址类型的输入信号。在图3的例中，N取等于8。
该装置包括第一信号分解器Demux’，它具有至少两个输入端口I1及I2和至少N+2个输出端口；及一个多路复用器Mux’，它具有至少N+1个输入端口及至少两个输出端口O1及O2。
信号分解器Demux’及多路复用器Mux’两者均作为路由器使用。最好，所使用的信号分解器及多路复用器是波导网类型的。
信号分解器的各个输出端口D1至DN+2通过光转换装置连接到多路复用器的输入端口M1至MN+1。
与上述结构不同，光转换装置包括三个交错的光转换级C，A及B，及每个光转换级包括N个光开关。这些光开关例如可借助半导体光放大器来实现。
由频率f1至fN(N＝8)组成的待频率分离的多路复用输入WDM1被信号分解器Demx’的输入端口I1接收。而由频率f1至fN(N＝8)组成的第二多路复用输入WDM2被信号分解器Demux’的输入端口I2接收。
这两个多路复用输入WDM1及WDM2传输不同的信息，但被编码在相同的频率上。
于是，多路复用输入WDM1传输分别被编码在频率f1，f2，f3等…上的信息i1，i2，i3等…，及多路复用输入WDM2传输分别被编码在频率f1，f2，f3等…上的信息i’1，i’2，i’3等…。
因此，多路复用输入WDM1及WDM2被信号分解器Demux’分解信号。
对于包括在1及N之间的i’输出端口Di接收编码在第一多路复用输入WDM1中的相应频率fi上的信息。
根据信号分解器Demux’的特定路由特性，第二多路复用输入WDM2被位于信号分解器Demux’的中心输入端口I1上面二个的输入端口接收，该输入被分离到两个以下的输出端口。
于是，对于包括在3及N+2之间的i’输出端口Di接收第二多路复用输入WDM2中的频率fi-2，该频率被接收在输入端口I2上。
信号分解器Demux’的N+2个输出端口中的大部分被分成三个分支，每个分支被引导到三个光开关级C，A及B中的一个上。这三个分支不是组合在多路复用器Mux’的同一个输入端口上，而是相反地连接在该多路复用器Mux’的不同输入端口上。
对于包括在3和N之间的i’信号分解器Demux’的序号为i的输出端口Di连接到光开关Ci-2，及连接到光开关Ai及光开关Bi。
输出端口D1及D2被分成两个分支，及分别连接到光开关A1及B1及光开关A2及B2。
对于输出端口DN+1及DN+2，它们仅连接到到光开关CN-1及CN。
对于包括在2及N之间的i，光开关Ai’Bi-1及Ci-1被连接到多路复用器Mux’的同一输入端口Mi。
光开关A1本身被连接到多路复用器的输入端口M1及光开关BN及CN(N＝8)被连接到多路复用器的输入端口MN+1。
于是，对于包括在3及N之间的i’转换装置C，A及B允许信号分解器Demux’的序号为i的输出端口Di连接到多路复用器Mux’的输入端口Mi-1，输入端口Mi或输入端口Mi+1。
信号分解器的输出端口D1通过光开关A1及B1连接到多路复用器的输入端口M1及M2，及输出端口D2通过光开关A2及B2连接到多路复用器的输入端口M2及M3。
最后，信号分解器的输出端口DN+1通过光开关CN-1连接到多路复用器的输入端口MN，及输出端口DN+2通过光开关CN连接到多路复用器的输入端口MN+1。
因此来自两个多路复用输入WDM1及WDM2的分离频率被如上地分离，然后通过三个光转换级C，A及B根据不同光开关的接通被传输或被消除。这些频率选择地被引导到多路复用器Mux’的相继输入端口M1至MN+1。
在多路复用器Mux’的输入端口及输出端口侧未表示出所有的频率，以免图中过拥挤。
信号分解器Demux’所使用的路由原理与参照图2的原理图所解释的路由原理相同。
不同级C，A及B的光开关将以下面的方式来接通光转换级A及B以互补的方式配置。因此，对于包括在1至N之间的i及j，在图3的例中i等于4及N等于8，光开关Ai闭合而光开关Aj≠i打开，及光开关Bi打开而光开关Bj≠i闭合。对于C级其配置与级A相同。
在根据图3中例子的该具体配置中，首先考虑第一多路复用输入WDM1，编码在频率f4上的信息i4被分离出来及输出在多路复用器Mux’的第一输出端口01上，及其它分别编码在f1，f2，f3，f5，f6，f7及f8上的信息i1，i2，i3，i5，i6，i7及i8被发送到多路复用器的上第二输出端口02上。
现在来考虑在信号分解器Demux’的输入端口I2上被同时接收的第二多路复用输入WDM2。编码在频率f4上的信息i’4被插入到多路复用器Mux’的输出端口O2上的输出光谱中。实际上，因为编码在f4上的信息i’4进入到信号分解器的位于中心输入端口以上二个的输入端口上，它将被引导到信号分解器Demux’的输出端口侧的下二个端口上，即被引导到目标端口D6上。
被编码在f4上的信息i’4于是通过光开关C4的接通被引导到多路复用器的输入端口M5上。因此，信息i’4被引导到多路复用器的中心输出端口O1的上一输出端口上，即被插入到输出端口O2上的输出光谱中。
因此这三个光转换级的该特定配置允许使用独立输入端口I1，专用于插入的输入端口I2及输出端口O2以及专用于插入的中心输出端口O1实现编码在一定频率上的信息的分离及编码在同一频率上的信息的插入。
在我们的该例中，被接收在该装置输入端口I1上的、编码在频率f4上的信息i4被信号分解及被发送到分离端口O1上，而接收在该装置的插入端口I2上的、编码在同一频率f4上的另一信息i’4被插入到该装置输出端口O2上的接收信号中。
根据本发明的频率插入及分离多路复用装置可以重配置及可快速地工作。实际上，使用光放大器类型的光开关允许在小于5毫微秒的时间上改变路由配置。
此外，所使用的波导网不留有余量，因此它与现有技术的方案相比复杂性小及使装置带来很大的成本效益。
最后，根据本发明的装置仅需要一个单独的插入端口及一个单独的分离端口，而不用如以前那样设置与被插入或分离频率相同多的插入及分离端口。
权利要求
1.频率选择分离装置，用于将从由N个频道组成的频分多路类型的输入信号(WDM)中选择出的一个或多个频率发送到该装置的输出端口(O1)上，及将所有其它频率发送到另一输出端口(O2)上，其特征在于，它包括-一个信号分解器(Demux)，具有至少一个输入端口及至少N个输出端口，对于包括在1至N之间的任一i’所述信号分解器(Demux)序号为i的输出端口(Di)被设置来接收与所述输入信号(WDM)中序号i相应的频率(fi)，-一个多路复用器(Mux)，具有至少N+1个输入端口及至少两个输出端口(O1，O2)，对于包括在1至N之间的任一i’所述多路复用器(Mux)序号为i的输入端口(Mi)被设置来将所述输入信号(WDM)中序号为i的频率(fi)引导到所述多路复用器第一输出端口(O1)，及对于包括在2至N+1之间的任一i’所述多路复用器(Mux)序号为i的输入端口Mi被设置来将所述输入信号(WDM)中序号为i-1的频率fi-1引导到第二输出端口(O2)，及-光转换装置(A，B)，用于以选择的方式将所述信号分解器(Demux)序号为i的任一输出端口(Di)-i在1至N之间-或连接到所述多路复用器(Mux)的序号为i的输入端口(Mi)，或连接到所述多路复用器(Mux)的序号为i+1的输入端口(Mi+1)。
2.可重配置的频率插入及分离的多路复用装置，其特征在于，它包括-一个信号分解器(Demux’)，具有至少两个输入端口(I1及I2)，用于接收两个由N个频道组成的频分多址信号；和至少N+2个输出端口；对于包括在1及N之间的任一i’所述信号分解器(Demux’)的序号为i的输出端口(Di)被设置来接收被接收在第一输入端口(I1)上的第一多路复用输入信号(WDM1)的序号为i的相应频率(fi)，及对于包括在3及N+2之间的任一i’所述信号分解器(Demux’)的序号为i的输出端口(Di)被设置来接收被接收在第二输入端口(I2)上的第二多路复用输入信号(WDM2)的序号为i-2的频率(fi-2)，-一个多路复用器(Mux’)，它具有至少N+1个输入端口及至少两个输出端口(O1及O2)，对于包括在1及N之间的任一i’所述多路复用器(Mux’)的序号为i的输入端口(Mi)被设置来将序号为i的频率(fi)引导到所述多路复用器的第一输出端口(O1)，及对于包括在2及N+1之间的任一i’所述多路复用器(Mux’)的序号为i的输入端口(Mi)被设置来将序号为i-1的频率(fi-1)引导到所述多路复用器的第二输出端口(O2)，-光转换装置(C，A，B)，对于包括在3及N之间的i’用于将所述信号分解器(Demux’)的序号为i的输出端口(Di)或连接到多路复用器(Mux’)的序号为i-1的输入端口(Mi-1)，或连接到多路复用器(Mux’)的序号为i的输入端口(Mi)或连接到多路复用器(Mux’)的序号为i+1的输入端口(Mi+1)；将所述信号分解器(Demux’)的序号为1的输出端口(D1)和序号为2的输出端口(D2)各分别连接到所述多路复用器(Mux’)的序号为1的输入端口(M1)及序号为2的输入端口(M2)和序号为2的输入端口(M2)及序号为3的输入端口(M3)；及将所述信号分解器(Demux’)的序号为N+1的输出端口(DN+1)和序号为N+2的输出端口(DN+2)各分别连接到所述多路复用器(Mux’)的序号为N的输入端口(MN)和序号为N+1的输入端口(MN+1)。
3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于所使用的信号分解器(Demux，Demux’)及多路复用器(Mux，Mux’)两者均为波导网的类型。
4.根据权利要求1的装置，其特征在于光转换装置(A，B)包括两个交错的光开关级(A1，…，AN及B1，…，BN)。
5.根据权利要求2的装置，其特征在于光转换装置(C，A，B)包括三个交错的光开关级(C1，…，CN，A1，…，AN及B1，…，BN)。
6.根据权利要求4或5的装置，其特征在于所使用的光开关是光放大器的类型。
全文摘要
本发明涉及频率选择分离装置,用于将从由N个频道组成的频分多路类型的输入信号(WDM)中选择地分离出一个或多个频率发送到该装置的输出端口(01)上,及将所有其它频率发送到另一输出端口(02)上。本发明还涉及可重配置的频率插入及分离的多路复用装置。输入信号被第一信号分解器(Demux’)分离到多个交错的光开关级(C,A,B)上,这些光开关级允许选择地将信号供给到多路复用器(Mux’)的多个输入端口(M1,…,M9),多路复用器将使用其路由特性来实现输入信号多个频率的分离或可重配置的频率插入及分离的多路复用。
文档编号H04Q11/00GK1375946SQ02118359
公开日2002年10月23日 申请日期2002年2月22日 优先权日2001年2月23日
发明者萨布里·卡尔发拉, 丹妮斯·佩尼克斯 申请人:阿尔卡塔尔公司