DE60114387T2 - Einrichtung und verfahren zum optischen add/drop-multiplexen - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft optische Übertragungstechniken, insbesondere integrierte Einmodenoptiken, für Tele- und Datenkommunikation. Genauer, die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für optisches wellenlängenselektives, so genanntes Add/Drop-Multiplexen.
  • Beschreibung verwandter Technik und Hintergrund der Erfindung
  • Um die Kapazität auf einer optischen Übertragungsleitung (Punkt-zu-Punkt-Verbindung) oder in einem optischen Netzwerk (Mehrpunkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung) zu steigern, existieren heute verschiedene bekannte Techniken. Eine dieser Techniken umfasst Verwenden von Wellenlängendivisionsmultiplexen (VDM) der Übertragungskanäle, um die Ausnutzung der Bandbreite in einem Netzwerk zu steigern, was jedoch einen Zugriff auf Vorrichtungen erfordert, die zum Multiplexen und Demultiplexen von Übertragungskanälen geeignet sind, die bei unterschiedlichen so genannten optischen Trägerwellenlängen in dem Netzwerk übertragen werden.
  • Eine Art des Multiplexen ist das so genannte Add/Drop-Multiplexen, was bedeutet, dass ein Wellenlängenkanal oder eine Kanalgruppe entweder einem Multiplex hinzugefügt wird (Add-Funktion) oder von einem Multiplex genommen wird (Drop-Funktion). Bekannte Vorrichtungen zum Add/Drop-Multiplexen weisen unter anderem das Nachfolgende auf.
  • Eine Multiplexer-Vorrichtung, die mit Bragg-Beugungsgittern versehen ist und auf einer MZI-Struktur (MZI, Mach-Zehnder-Interferometer) basiert, ist beschrieben in „Low Crosstalk Optical Add-Drop Multiplexer based on a Planar Silica-On-Silicon Mach-Zehnder Interferometer with UV-induced Bragg Gratings and UV-Trimming", J.-M. Jouanno et al, Tech. Dig. Bragg Gratings, Photosensitivity, and Poling in Glass Fibers and Wavequides; Applications and Fundamentals, OSA, 1997, Williamsburg, VA, Seiten 259–261. Im Prinzip wird durch eine derartige Vorrichtung ein vollständiger Add/Drop-Multiplexer erhalten, der zwei durch Interferometerzweige verbundene Richtkoppler aufweist, eine so genannte MZI-Struktur, auch wenn es in der Praxis am wahrscheinlichsten ist, dass zwei separate Vorrichtungen erforderlich sind, um eine vollständige Add/Drop-Funktionalität zu erhalten. Alternativ können zwei Bragg-Beugungsgitter mit gleichen Bragg-Wellenlängen in jedem Mach-Zehnder-Zweig hintereinander angeordnet sein. Ferner kann ein Koppeln an so genannte Mantelmoden in den Beugungsgitterstrukturen auftreten, was zu einer verschlechterten Güte der Vorrichtung führt, insbesondere für Kanäle, deren Trägerwellenlängen kürzer als die Bragg-Wellenlänge sind.
  • Eine wellenlängenselektive abstimmbare Vorrichtung, als MMIMZI-Demultiplexer bezeichnet (MMIMZI, Multimoden-Interferenz-Mach-Zehnder-Interferometer) kann zum wellenlängenselektiven Schalten verwendet werden, siehe beispielsweise die Veröffentlichung „A new type of tunable demultiplexer using a multi-leg Mach-Zehnder interferometer", J.-P. Weber et al, Proc. ECIO '97 EthE5, Stockholm, Seiten 272–275, 1997. Hintereinanderschalten von zwei derartigen Vorrichtungen kann zu einem vollständigen abstimmbaren Add/Drop-Multiplexer führen. Ein derartiger Multiplexer hat allerdings einen sehr engen Bereich, in dem die Übersprechgüte gut ist (geringes Übersprechen, low crosstalk), was in einem direkt grundsätzlichen Weg zu erwägen möglich ist, in diesem Fall sind jedoch sehr komplexe Interferenzschaltungen erforderlich, um eine nicht lineare Phasenantwort in den Mach-Zehnder-Zweigen des Multiplexers zu erhalten. Ferner können Interterenzprobleme für übertragene Kanäle auftreten, wenn zwei MMIMZI-Vorrichtungen hintereinander geschaltet sind.
  • Eine wellenlängenselektive Vorrichtung, die auf eine MMIMIBg-Struktur basiert (MMIMIBg, Bragg-Beugungsgitter unterstütztes Multimoden-Interferenz-Michelson-Interferometer), welches ein vollständig individuelles Schalten vorsieht, ist beschrieben in „Bragg grating assisted MMIMI coupler for wavelength selective switching", T. Augustsson, Elektron. Lett., Band 34 (35), Seiten 2416–2418, 1998. Auch wenn die Theorie der Technik ein geringes Übersprechen angibt, können beispielsweise prozessabhängige Toleranzvariationseffekte zu einem Steuergang des Übersprechens führen. Die MMIMIBg-Vorrichtung ist wahrscheinlich insbesondere für variable Verluste empfindlich, die das Über sprechen betreffen, da dieses auf einer Reflexion in langen Michelson-Interferometer-Zweigen basiert. Wahrscheinlich sind zwei separate Vorrichtungen erforderlich, um eine vollständige Add/Drop-Funktionalität zu erhalten. Ferner wurde bisher nicht experimentell gezeigt, dass eine derartige Vorrichtung mit akzeptabler Güte realisiert werden kann.
  • Eine MMI basierte Vorrichtung, die mit Bragg-Beugungsgittern versehen ist, ist in der Veröffentlichung „Bragg Grating-Assisted MMI coupler for Add-Drop Multiplexing", T. Augustsson, J. Lightwave Technol., Band 16 (8), Seiten 1517–1522, 1998, gezeigt. Es ist jedoch schwierig, eine derartige Vorrichtung zu erhalten, die eine Kanaltrennung unterhalb von 400 GHz mit einer guten Filtergüte handhaben kann.
  • Probleme der vorstehend erwähnten bekannten Techniken umfassen deshalb eine lange Ausbreitungsdistanz für das Licht durch die entsprechende Vorrichtung, was Leistungsverluste und das Risiko von Instabilitäten verursacht. Ferner können die bekannten Techniken verschiedene Probleme im Bezug auf Kanalübersprechen und Interferenzeffekte zur Folge haben. Die Vorrichtungen, die eine gute Güte aufweisen, sind relativ kompliziert und deshalb relativ schwierig und teuer zu realisieren.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum optischen Add/Drop-Multiplexen eines wellenlängenmultiplexten optischen Signals mit einer Vielzahl von optischen Wellenlängenkanälen bereitzustellen, die eine verbesserte Güte aufweisen kann.
  • Es ist in dieser Hinsicht eine besondere Aufgabe der Erfindung, eine derartige Vorrichtung zum Add/Drop-Multiplexen bereitzustellen, die bessere Filterprofile und geringeres Kanalübersprechen als Multiplexer gemäß dem Stand der Technik aufweisen kann.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Add/Drop-Multiplexen bereitzustellen, die kompakter aufgebaut sein kann und dadurch die Ausbreitungsdistanzen für optische Signale durch dieselbe minimieren kann.
  • Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Add/Drop-Multiplexen bereitzustellen, die während der Verwendung niedrige Leistungsverluste aufweist und eine stabile Übertragungsgüte besitzt.
  • Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich.
  • Die vorstehend genannten Aufgaben werden gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch eine Vorrichtung zum optischen Add/Drop-Multiplexen (OADM) erreicht, die zwei MMI-Strukturen aufweist, die durch eine Wellenleiterstruktur mit wellenlängenselektiven Einrichtungen verbunden sind, insbesondere phasenverschobenen Bragg-Beugungsgittern oder Tiefpass- und Hochpass-Bragg-Beugungsgitter in Kombination, so dass der OADM-Multiplexer einen im Voraus ausgewählten Wellenlängenkanal überträgt und alle anderen Kanäle reflektiert. Gleichzeitig kann ein neuer Kanal dem Multiplexer an der gleichen Seite zugefügt werden, an der der im Voraus ausgewählte Kanal ausgegeben wird, wobei der neue Kanal bevorzugt um dieselbe Wellenlänge herum wie der im Voraus ausgewählte Kanal zentriert ist, wobei der neue Kanal durch die Bragg-Beugungsgitter übertragen und mit den anderen Kanälen überlagert wird.
  • Detaillierter, es ist eine Vorrichtung zum optischen Add/Drop-Multiplexen eines wellenlängenmultiplexten optischen Signals mit einer Vielzahl von Wellenlängenkanälen, λ1, λ2, ..., λn, vorgesehen, die Folgendes aufweist:
    • – einen ersten MMI-Koppler, der einen Eingang, einen Ausgang und MI/MZI-Anschlüsse aufweist und der zum Empfangen des Multiplexsignals an dem Eingang, zum Aufsplitten des Multiplexsignales in Komponenten und zum Abbilden dieser Komponenten an dem MI/MZI-Anschlüssen ausgebildet ist;
    • – Wellenleiter und Wellenlängenauswahleinrichtungen, wobei die Wellenleiter zum Empfangen und Übertragen der an den MI/MZI-Anschlüssen des ersten MMI-Kopplers abgebildeten Komponenten ausgebildet sind und die Wellenlängenauswahleinrichtungen zur Übertragung der von den Wellenleitern empfangenen und übertragenen Komponenten, die kombiniert einen ersten, λi, der Vielzahl der Wellenlängenkanäle bilden, und zur Reflexion der von den Wellenleitern empfangenen und übertragenen Komponenten ausgebildet sind, die kombiniert die anderen λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn der Vielzahl der Wellenlängenkanäle bilden; und
    • – einen zweiten MMI-Koppler, der zwei MI/MZI-Anschlüsse und einen Ausgang aufweist und der zum Empfangen der durch die Wellenlängenauswahleinrichtungen übertragenen Komponenten, die kombiniert den ersten, λi, der Vielzahl der Wellenlängenkanäle bilden, an dem MI/MZI-Anschlüssen des zweiten MMI-Kopplers und zum Kombinieren dieser empfangenen Komponenten derart ausgebildet ist, dass sie an dem Ausgang des zweiten MMI-Kopplers abgebildet sind; wobei
    • – der erste MMI-Koppler weiterhin zum Empfangen der durch die Wellenlängenauswahleinrichtungen reflektierten Komponenten, die kombiniert die anderen λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn, der Vielzahl der Wellenlängenkanäle bilden, an den MI/MZI-Anschlüssen des ersten MMI-Kopplers und zum Kombinieren dieser empfangenen Komponenten derart ausgebildet ist, dass diese an dem Ausgang des ersten MMI-Kopplers abgebildet sind.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Add/Dropp-Multiplexen der vorstehenden Art anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum optischen Add/Drop-Multiplexen eines wellenlängenmultiplexten optischen Signals mit einer Vielzahl von Wellenlängenkanälen, λ1, λ2, ..., λn, erreicht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
    • – Eingeben des Multiplexsignals an einem Eingang eines ersten MMI-Kopplers und Aufsplitten des Multiplexsignals in Komponenten in dem ersten MMI-Koppler, wobei diese Komponenten an MI/MZI-Anschlüssen des MMI-Kopplers abgebildet werden;
    • – Eingeben und Übertragen der an den MI/MZI-Anschlüssen des ersten MMI-Kopplers abgebildeten Komponenten in Wellenleitern;
    • – Übertragen der in den Wellenleitern eingegebenen und übertragenen Komponenten, die kombiniert eines ersten λi der Vielzahl der Wellenlängenkanäle bilden, durch Wellenlängenauswahleinrichtungen;
    • – Reflektieren der anderen λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn der Vielzahl der in den Wellenleitern eingegebenen und übertragenen Wellenlängenkanäle an den Wellenlängenauswahleinrichtungen;
    • – Eingeben der durch die Wellenlängenauswahleinrichtungen übertragenen Komponenten, die zusammen den ersten λi der Vielzahl der Wellenlängenkanäle bilden, an den MI/MZI-Anschlüssen eines zweiten MMI-Kopplers, Kombinieren dieser Komponenten in dem zweiten MMI-Koppler und Abbilden derselben an einem Ausgang des zweiten MMI-Kopplers; und
    • – Eingeben der an den Wellenlängenauswahleinrichtungen reflektierten Komponenten, die kombiniert die anderen λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn der Vielzahl der Wellenlängenkanäle bilden, an den MI/MZI-Anschlüssen des ersten MMI-Kopplers, Kombinieren dieser in dem ersten MMI-Koppler und Abbilden dieser an einem Ausgang des ersten MMI-Kopplers.
  • Vorteile des Add/Drop-Multiplexers gemäß der vorliegenden Erfindung sind hauptsächlich, dass dieser kompakt ist und dadurch kurze Ausbreitungsdistanzen für alle Kanäle, auch die Add/Drop-Kanäle vorsieht. In dieser Hinsicht werden geringere Verluste und eine Stabilität gegenüber Temperaturgradienten erhalten.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, die lediglich zum Illustrieren der Erfindung gezeigt werden und deshalb in keiner Weise diese einschränken.
  • 1a stellt schematisch eine Vorrichtung zum Add/Drop-Multiplexen eines wellenlängenselektiven optischen Signals gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
  • 1b zeigt ein Beispiel frequenzabhängiger Übertragungs- und Reflexionseigenschaften eines Bragg-Beugungsgitters, das in der Vorrichtung aus der 1a enthalten ist, wobei die Bragg-Beugung durch drei Phasenverschiebungen von π/2 phasenverschoben ist.
  • 2 stellt schematisch eine Vorrichtung zum Add/Drop-Multiplexen eines wellenlängenmultiplexten optischen Signals gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
  • 3 stellt schematisch eine Vorrichtung zum Add/Drop-Multiplexen eines wellenlängenmultiplexten optischen Signals gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
  • Bevorzugte Ausführungsformen
  • In der folgenden Beschreibung werden zu darstellenden und nicht einschränkenden Zwecken spezifische Details erklärt, beispielsweise bestimmte Anwendungen, Techniken, Verfahren etc., um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erhalten. Es soll jedoch von den Fachleuten anerkannt werden, dass die Erfindung in anderen Ausführungsformen ausgeführt werden kann, die von diesen spezifischen Details abweichen. In anderen Fällen werden detaillierte Beschreibungen von gut bekannten Verfahren, Vorrichtungen oder Schaltungen weggelassen, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht mit unnötigen Details unverständlich zu machen.
  • Die vorliegende Erfindung weist eine neue und erfinderische Vorrichtung zum Add/Drop-Multiplexen eines wellenlängenmultiplexten optischen Signals mit einer Vielzahl von Wellenlängenkanälen auf. Die Vorrichtung weist zwei MMI-Koppler auf, die durch zwei Wellenleiter mit Wellenlängenauswahleinrichtungen zum Kanalfiltern verbunden sind. Die Wellenlängenauswahleinrichtungen, die bevorzugt durch Bragg-Beugungsgitter gebildet sind, insbesondere phasenverschobene Bragg-Beugungsgitter, und bevorzugt Bragg-Beugungsgitter mit drei Phasenverschiebungen von π/2, sind zur Übertragung des Add/Drop-Kanals und zur Reflexion der anderen Kanäle ausgebildet. Hierbei wirkt die Wellenleiterstruktur als ein Mach-Zehnder-Interferometer (MZI) für den Add/Drop-Kanal und als ein Michelson-Interferometer (MI) für die anderen Kanäle, was zu kurzen Ausbreitungsdistanzen durch den Multiplexer für die Mehrheit der Kanäle führt.
  • Die Wellenlängenauswahlvorrichtung kann unter anderem die folgenden Grundkomponenten aufweisen:
    Wellenleiterbasierte Michelson-Interferometer und Mach-Zehnder-Interferometer werden verwendet, um eine Interferenzkomponente beispielsweise zum Filtern zu realisieren.
  • Eine MMI-Wellenleiterstruktur (MMI, Multimoden-Interferenz) wird zum Aufteilen des Lichts verwendet. Die Theorie darüber kann beispielsweise in L. B. Soldano und E.C.M. Pennings, „Optical Multi-Mode Interference Devices Based on Self-Imaging: Prinziples and Application", J. Lightwave Technol., Band 13 (4), Seiten 615–627, 1995, und in den dortigen Referenzen gefunden werden.
  • MMI-Aufteilen des Lichts führt zu einem Mehrfachbild der einfallenden Intensitätsverteilung. Das Längen-/Breitenverhältnis der MMI-Struktur bestimmt die Anzahl der Bilder an deren Ausgang, wobei die Bilder eine gewisse bestimmte gegenseitige Phasenbeziehung aufweisen, die von dem Eingang abhängen, an dem das Licht angeregt wird.
  • Ein Bragg-Beugungsgitter wird zum Filtern und zur Reflexion des Lichts verwendet. Das Filterprofil kann durch die Stärke, Länge und variablen Perioden (Beugungswellenlänge), d. h. durch das so genannte Zirpen (chirp), der Beugung moduliert werden. Die Stärke und die Periode können in der Ausbreitungsrichtung des Lichts variiert werden. Eine derartige Variation der Stärke wird mit Apodisation bezeichnet. In der vorliegenden Erfindung wird die Art eines Bragg-Beugungsgitters verwendet, welches ein breites Spektralband (viele Wellenlängenkanäle) reflektiert. Dieses kann durch Anwenden einer sehr starken Beugung oder einer gezirpten Beugung oder einer Kombination davon erreicht werden.
  • Eine gründlichere Beschreibung der Bragg-Beugung für Wellenlängendemultiplexen ist unter anderem in G. P. Agrawal and S. Radic, „Phase-shifted Fiber Gratings and their Application for Wavelength Demultiplexing", IEEE Photon. Tech. Lett., Band 6 (8), Seiten 995–997, August 1994, und in dortigen Referenzen zu finden.
  • Ein Phaseneinstellelement, das üblicherweise zum Anbieten von Schaltmöglichkeiten verwendet wird, ist in der vorliegenden Erfindung insbesondere zum Korrigieren von Mängeln während der Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbar. Die Grundlage eines Phaseneinstellelementes ist, dass die optische Weglänge durch ein extern angelegtes Signal (Spannung, Strom etc.) beeinflusst wird. Die aussichtsreichste Weise, um die Phase für diesen Zweck einzustellen, ist, ein thermo-optisches Element zu verwenden, d. h. den Brechungsindex (dadurch die optische Weglänge) in den Wellenleitern durch die Temperatur zu beeinflussen. Einige Wellenleiter sind in der Lage, in ähnlicher Weise durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die Wellenleiter beeinflusst zu werden, d. h. der Brechungsindex wird elektro-optisch beeinflusst. Wenn eine permanente Einstellung hinreicht, kann ein UV-Trimmen durchgeführt werden, zumindest für das Materialsystem SiO2/Si.
  • Nun unter Bezug auf 1a, die schematisch eine Vorrichtung zum Add/Drop-Multiplexen eines wellenlängenmultiplexten optischen Signals zeigt, wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Vorrich tung weist eine erste 2 × 2-MMI-Struktur oder -Koppler 3 mit zwei Anschlüssen 5, 7 an einer ersten Seite oder Schnittstelle A und zwei Anschlüssen 9, 11 an einer gegenüberliegend angeordneten zweiten Seite oder Schnittstelle B auf. Der Anschluss 5 ist ein Eingangsanschluss zum Eingeben eines welllenlängenmultiplexten optischen Signals, das in einem Anschlusswellenleiter 36 übertragen wird, wobei das Signal n Wellenlängenkanäle λ1, λ2, ..., λn aufweist, wobei n eine positive ganze Zahl ist und jeder Kanal um eine entsprechende Wellenlänge herum zentriert ist.
  • Der MMI-Koppler 3 hat ein Längen-/Breitenverhältnis derart, dass eine geeignete Anzahl (zwei in der vorliegenden Ausführungsform) von Bildern der einfallenden Lichtverteilung an der Schnittstelle B erhalten wird. Eine Näherungsgleichung, die diese Beziehung für einen N × N-MMI-Koppler beschreibt, lautet: L ≈ (M/N)(4nW2/λ),in der L die Länge des MMI-Wellenleiters, W dessen effektive Breite, λ die Wellenlänge des Lichtes (die mittlere Wellenlänge für das Wellenlängenmultiplex), n der so genannte effektive Index des MMI-Wellenleiters (Index für den MMI-Wellenleiter, wenn eine Transformation von einer 3- zu einer 2-dimensionalen Betrachtung durchgeführt wird), N die Anzahl der Bilder und M eine ganze Zahl ist (normalerweise wird M = 1 gewählt). Für weitere Details in dieser Hinsicht wird auf den vorstehend erwähnten Artikel von Soldano und Pennings verwiesen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der MMI-Koppler 3 derart ausgebildet, dass zwei Bilder des einfallenden Signalmultiplexes λ1, λ2, ..., λn an entsprechenden Anschlüssen 9 und 11 gebildet werden. An diesen Anschlüssen ist eine Wellenleiterstruktur 13 angeordnet, die zwei Wellenleiter 15, 17 aufweist, die jeweils mit einem phasenverschobenen Bragg-Beugungsgitter 19, 22 an der mit C angezeigten Position in der 1a versehen sind. Die Wellenleiter 15, 17 sind optisch mit den Anschlüssen 9 und 11, die auch als MI/MZI-Anschlüsse bezeichnet werden, für die weitere Ausbreitung des entsprechenden Signalbildes oder der Signalkomponente verbunden.
  • Die Bragg-Beugungsgitter sind derart ausgebildet, dass ein Wellenlängenkanal λi (oder korrekter: die Komponenten, die kombiniert λi bilden) durch das Beugungsgitter übertragen wird und die anderen Kanäle λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn in dem Multiplex (oder korrekter: die Komponenten, die kombiniert diese bilden) zurück zum MMI-Koppler 3 reflektiert werden.
  • Der übertragene Wellenlängenkanal λi (die Komponenten, die kombiniert diesen bilden) breitet sich zum zweiten MMI-Koppler 23 hin aus, der zwei MI/MZI Anschlüsse 25, 27 an einer ersten Seite oder Schnittstelle D aufweist, wobei die Anschlüsse 35, 27 optisch mit den Wellenleitern 15, 17 verbunden sind, und der zweite MMI-Koppler 23 weist ferner zwei Anschlüsse 29, 31 an einer gegenüberliegend angeordneten zweiten Seite oder Schnittstelle E auf. Der MMI-Koppler 23 ist derart ausgebildet, dass die Komponenten, die an den Anschlüssen 29, 31 eingegeben werden, kombiniert und an dem Anschluss oder Ausgang 29 abgebildet werden. Ein Anschlusswellenleiter 41 ist optisch mit diesem Ausgang verbunden, so dass der Wellenlängenkanal λi aus dem Multiplexer ausgegeben werden kann. Auf diese Weise kann ein Wellenlängenkanal λi (oder eine Gruppe von Kanälen) aus dem Multiplex (Drop-Funktion) zum weiteren Transport zu einem Detektor 47 demultiplext werden. Der Anschlusswellenleiter 41 kann mit einem Bandpassfilter 45 für weiter verstärkte Signal/Rausch-(S/B)-Verhältnisse versehen sein.
  • Die reflektierten Wellenlängenkanäle λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn (oder korrekter: die Komponenten, die diese bilden) breiten sich zurück zum MMI-Koppler 3 aus und werden an diesen an den MI/MZI-Anschlüssen 25, 27 eingegeben. Die Funktionalität (reziproke Funktion) des MMI-Kopplers ist derart, dass diese Komponenten kombiniert werden und an einem Anschluss oder Ausgang 7 abgebildet werden. Ein Anschlusswellenleiter 38 ist optisch mit diesem Ausgang verbunden, so dass der verbleibende Multiplex (die Wellenlängenkanäle λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn) von dem Multiplexer zur weiteren Übertragung ausgegeben werden kann.
  • Weiterhin ist ein Anschlusswellenleiter 43 optisch mit dem Eingang 31 des zweiten MMI-Kopplers verbunden und in dieser Hinsicht kann ein optischer Wellenlängenkanal λj in den Multiplexer durch diesen Anschluss eingegeben werden. Bevorzugt sind die Kanäle λi und λj um die gleiche Wellenlänge herum zentriert, so dass es lediglich die durch die Kanäle transportierte Information ist, die sich unterscheidet.
  • Der Wellenlängenkanal λj wird in dem MMI-Koppler 23 in zwei Komponenten aufgeteilt, die an den Anschlüssen 25, 27 abgebildet werden, wobei die Komponenten in Wellenleitern 15, 17 eingegeben und durch die Bragg-Beugungsgitter 19, 21 übertragen und in den MMI-Koppler 3 über die Anschlüsse 9, 11 eingegeben werden, ähnlich zu den Wellenlängenkanälen λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn. Diese Komponenten werden kombiniert und am Anschluss oder Ausgang 7 abgebildet. Der Kanal λj wird in einem Anschlusswellenleiter 38 zusammen mit dem verbleibenden Multiplex (die Wellenlängenkanäle λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn) ausgegeben. Auf diese Weise kann ein Wellenlängenkanal λj (oder eine Gruppe von Kanälen) dem Multiplex hinzugefügt werden (Add-Funktion).
  • Weiterhin kann der Multiplexer mit einer Phasenseinstelleinrichtung 33 zur Einstellung der Phase aller Wellenlängenkanäle (λ1, λ2, ..., λn, λj) versehen sein. Diese Phaseneinstelleinrichtung ist bei einem der Wellenleiter in der Wellenleiterstruktur 13, bevorzugt zwischen dem ersten MMI-Koppler 3 und den Bragg-Beugungsgittern 19, 21 angeordnet. Eine weitere Phaseneinstelleinrichtung 35 zu Einstellung der Phase der Kanäle λi und λj kann an einem der Wellenleiter der Wellenleiterstruktur 13 angeordnet sein, insbesondere zwischen den Bragg-Beugungsgittern 19, 21 und dem zweiten MMI-Koppler 23.
  • Diese Phaseneinstelleinrichtung kann thermo-optische oder elektro-optische Elemente aufweisen, womit die Phase gesteuert werden kann, sie weist jedoch bevorzugt UV-Trimmelemente zur permanenten Einstellung auf. Die Phaseneinstelleinrichtung wird hauptsächlich verwendet, um Variationen der Geometrien und Dotierungsniveaus zu kompensieren, die oftmals während der Herstellung eines optischen Wellenleiters entstehen.
  • In 1b wird ein Beispiel von frequenzabhängigen Übertragungs- und Reflexionseigenschaften für ein phasenverschobenes Bragg-Beugungsgitter gezeigt, das in der Vorrichtung aus 1 enthalten ist, wobei das Bragg-Beugungsgitter drei Phasenverschiebungen von π/2 aufweist. Die Positionen der Phasenverschiebung bestimmen die Filtereigenschaften.
  • Nun wird unter Bezug auf 2, die noch eine Vorrichtung zum Add/Drop-Multiplexen eines wellenlängenmultiplexten optischen Signals schematisch darstellt, eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Vorrichtung ist identisch mit der Vorrichtung aus 1a mit Ausnahme des Aufbaus der Wellenleiterstruktur 13. In dieser Ausführungsform weist die Wellenleiterstruktur 13 zwei Wellenleiter 15, 17 auf, die einerseits mit Tiefpass-Bragg-Beugungsgitter 37 und andererseits mit Hochpass-Bragg-Beugungsgitter 39 versehen sind, die zusammen eine Funktion (Bandpass-Filtern) erzielen, die ähnlich zu der der phasenverschobenen Bragg-Beugungsgitter 19 und 21 aus 1a ist. Die Phaseneinstelleinrichtung 35 zur Einstellung der Phase der Kanäle λi und λj existiert auch in dieser Ausführungsform, obwohl die Phaseneinstellrichtung 33 durch zwei Phaseneinstelleinrichtungen 40 und 41 ersetzt wurde. Die Phaseneinstelleinrichtung 40 ist zwischen dem ersten MMI-Koppler 3 und dem Tiefpass-Bragg-Beugungsgitter 37 angeordnet und beeinflusst deshalb die Phase aller Längenwellenkanäle, während die Phaseneinstelleinrichtung 41 zwischen dem Tiefpass-Bragg-Beugungsgitter 37 und dem Hochpass-Bragg-Beugungsgitter 39 angeordnet ist und deshalb die Phase der Wellenlängenkanäle beeinflusst, die durch das Bragg-Beugungsgitter 37 übertragen werden.
  • Schließlich wird unter Bezug auf 3, die schematisch noch eine Vorrichtung zum Add/Drop-Multiplexen eines wellenlängenmultiplexen optischen Signals darstellt, eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Vorrichtung ist identisch mit der Vorrichtung aus 1a mit der Ausnahme, dass der Bandpass-Filter 45 hier detailliert als eine MMI-basierte Michelson-Interferometerstruktur ausgebildet ist, die einen MMI-Koppler 51 aufweist, der mit einer MMI-Wellenleiterstruktur 53 verbunden ist, die zwei Wellenleiter 55 und 57 aufweist, die mit Bragg-Beugungsgittern 59 versehen sind, wobei die Bragg-Beugungsgitter eine Filtereigenschaft derart aufweisen, dass der entnommene Kanal durch die Bragg-Beugungsgitter reflektiert wird und andere Wellenlängen durch die Beugungsgitter übertragen werden. In dieser Hinsicht wird die Signalgüte weiter verbessert. Möglicherweise kann einer der Wellenleiter mit der Phaseneinstelleinrichtung, beispielsweise ein UV-Trimmelement, versehen sein, um Parametervariationen während der Herstellung der Struktur, wie vorstehend erklärt, zu kompensieren.
  • Die Erfindung, so wie sie hier beschrieben ist, ermöglicht eine kompaktere Lösung, speziell zum Multiplexen/Demultiplexen unter Verwendung kurzer Wellenlängenabstände zwischen den Kanälen, was Vorteile in Bezug auf die Güte (hauptsächlich in Bezug auf das Filterprofil und das Übersprechen) liefert. Die kompakte Struktur erlaubt Möglichkeiten, die Verluste und den Leistungsverbrauch im Vergleich mit bekannten Add/Drop-Multiplexern zu reduzieren. Ferner wird eine stabile Güte erzielt, wenn die Vielzahl der Kanäle kurze Ausbreitungsdistanzen durch den Multiplexer haben.
  • Die Erfindung ist natürlich nicht auf das vorstehend Beschriebene beschränkt und die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele dar, die jedoch innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche modifiziert werden können. Insbesondere ist die Erfindung offensichtlich nicht in Bezug auf die Materialauswahl, die Dimensionen oder Herstellung der Vorrichtung beschränkt.
  • Es wird angemerkt, dass der Add/Drop-Multiplexer gemäß der vorliegenden Erfindung auch zum Demultiplexen eines optischen Signals mit einer Vielzahl von Kanälen in zwei separate Signale verwendet werden kann, wobei jedes Signal mehrere Kanäle aufweist.
  • Es wird ferner angemerkt, dass der Add/Drop-Multiplexer vollständig reziprok ist und deshalb eine äquivalente Funktionalität in der entgegengesetzten Richtung aufweist.

Claims (28)

  1. Vorrichtung zum optischen Add/Drop-Multiplexen eines wellenlängenmultiplexten optischen Signals mit einer Vielzahl von Wellenlängenkanälen (λ1, λ2, ..., λn) mit: – einem ersten MMI-Koppler (3), der einen Eingang (5), einen Ausgang (7) und MI/MZI-Anschlüsse (9, 11) aufweist und der zum Empfangen des Multiplexsignals an dem Eingang (5), zum Aufsplitten des Multiplexsignales in Komponenten und zum Abbilden dieser Komponenten an den MI/MZI-Anschlüssen (9, 11) ausgebildet ist; – Wellenleiter (15, 17) und Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21, 37, 39), wobei die Wellenleiter (15, 17) zum Empfangen und Übertragen der an den MI/MZI-Anschlüssen (9, 11) des ersten MMI-Kopplers abgebildeten Komponenten ausgebildet sind und die Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21, 37, 39) zur Übertragung der von den Wellenleitern (15, 17) empfangenen und übertragenen Komponenten, die kombiniert einen ersten (λi) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle bilden, und zur Reflexion der von den Wellenleitern (15, 17) empfangenen und übertragenen Komponenten ausgebildet sind, die kombiniert die anderen (λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle bilden; und – einem zweiten MMI-Koppler (23), der zwei MI/MZI-Anschlüsse (25, 27) und einen Ausgang (29) aufweist und der zum Empfangen der durch die Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21, 37, 39) übertragenen Komponenten, die kombiniert den ersten (λi) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle bilden, an den MI/MZI-Anschlüssen (25, 27) des zweiten MMI-Kopplers und zum Kombinieren dieser empfangenen Komponenten derart ausgebildet ist, dass sie an dem Ausgang (29) des zweiten MMI-Kopplers abgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste MMI-Koppler (3) weiterhin zum Empfangen der durch die Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21, 37, 39) reflektierten Komponenten, die kombiniert die anderen (λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle, an den MI/MZI-Anschlüssen (9, 11) des ersten MMI-Kopplers und zum Kombinieren dieser empfangenen Komponenten derart ausgebildet ist, dass diese an dem Ausgang (7) des ersten MMI-Kopplers abgebildet sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der – der zweite MMI-Koppler (23) einen Eingang (31) aufweist und zum Empfangen eines weiteren Wellenlängenkanals (λj) an seinem Eingang (31), zum Aufsplitten dieses weiteren Wellenlängenkanals (λj) in Komponenten und zum Abbilden dieser Komponenten an den MI/MZI-Anschlüssen (25, 27) des zweiten MMI-Kopplers ausgebildet ist; – die Wellenleiter (15, 17) zum Empfangen und Übertragen der an den MI/MZI-Anschlüssen (25, 27) des zweiten MMI-Kopplers abgebildeten Komponenten ausgebildet sind; – die Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21, 37, 39) zur Übertragung der in die Wellenleiter (15, 17) eingegebenen und übertragenen Komponenten ausgebildet sind, die kombiniert einen weiteren Längenwellenkanal (λj) bilden; und – der erste MMI-Koppler (3) zum Empfangen der durch die Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21, 37, 39) übertragenen Komponenten, die kombiniert den weiteren Wellenlängenkanal (λj) bilden, an den MI/MZI-Anschlüssen (9, 11) des ersten MMI-Kopplers und zum Kombinieren dieser empfangenen Komponenten derart ausgebildet ist, dass diese zusammen mit den Komponenten, die kombiniert die anderen (λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle bilden, an dem Ausgang (7) des ersten MMI-Kopplers ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21, 37, 39) Bragg-Beugungsgitter aufweisen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Bragg-Beugungsgitter (19, 21) phasenverschoben sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Bragg-Beugungsgitter (19, 21) drei Phasenverschiebungen von π/2 aufweisen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Bragg-Beugungsgitter (19, 21) zumindest vier Phasenverschiebungen von π/2 aufweisen.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei der zumindest einer der Wellenleiter (15) mit einer Phaseneinstelleinrichtung (33) zur Einstellung der Phase aller Wellenlängenkanäle (λ1, λ2, ..., λn, λj) versehen ist, wobei die Phaseneinstelleinrichtung (33) zwischen dem ersten MMI-Koppler (3) und den Bragg-Beugungsgittern (19, 21) angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der eine erste Gruppe (37) der Bragg-Beugungsgitter zum Tiefpassfiltern ausgebildet ist und eine zweite Gruppe (39) der Bragg-Beugungsgitter zum Hochpassfiltern ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Bragg-Beugungsgitter (37, 39) gezirpt sind (chirped).
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der zumindest einer der Wellenleiter (15) mit einer Phaseneinstellungseinrichtung (40) zur Einstellung der Phase aller Wellenlängenkanäle (λ1, λ2, ..., λn, λj) versehen ist, wobei die Phaseneinstellungseinrichtung (40) zwischen dem ersten MMI-Koppler (3) und den Bragg-Beugungsgittern (19, 21) angeordnet ist, und mit einer Phaseneinstelleinrichtung (41) zur Einstellung der Phase der Wellenlängenkanäle (λi+1, ..., λn) versehen ist, die durch die zum Tieffiltern ausgebildeten Bragg-Beugungsgitter übertragen werden, wobei die Phaseneinstelleinrichtung (41) zwischen der ersten (37) und der zweiten Gruppe (39) der Bragg-Beugungsgitter angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, bei der zumindest einer der Wellenleiter (17) mit einer Phaseneinstelleinrichtung (35) zur Einstellung der Phase des ersten (λi) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle versehen ist, wobei die Phaseneinstelleinrichtung (35) zwischen den Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21) und dem zweiten MMI-Koppler (23) angeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, bei der zumindest einer der Wellenleiter (17) mit einer Phaseneinstelleinrichtung (35) zur Einstellung der Phase des weiteren Wellenlängenkanals (λj) versehen ist, wobei die Phaseneinstelleinrichtung (35) zwischen den Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21) und dem zweiten MMI-Koppler (23) angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, die einen ersten, optisch mit dem Eingang (5) des ersten MMI-Kopplers verbundenen Anschlusswellenleiter (36), einen zweiten, optisch mit dem Ausgang (7) des ersten MMI-Kopplers verbundenen Anschlusswellenleiter (38), einen dritten, optisch mit dem Ausgang (29) des zweiten MMI-Kopplers verbunden Anschlusswellenleiter (41) und einen vierten, optisch mit dem Eingang (31) des zweiten MMI-Kopplers verbundenen Anschlusswellenleiter (43) aufweist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei jeder der Anschlusswellenleiter einen Monomode-Wellenleiter aufweist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, bei der der dritte Anschlusswellenleiter (41), der optisch mit dem Ausgang des zweiten MMI-Kopplers verbunden ist, mit einem Bandpass-Filter (45) zum Filtern des ersten (λi) der Vielzahl der Wellenlängekanäle vorgesehen ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der der Bandpass-Filter eine MMI-basierte Michelson-Interferometerstruktur (45) aufweist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 16, bei der der erste (λi) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle und der weitere Wellenlängenkanal (λj) um die gleiche Wellenlänge zentriert sind.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der jeder der MMI-Koppler die Größe 2 × 2 aufweist.
  19. Verfahren zum optischen Add/Drop-Multiplexen eines wellenlängenmultiplexten optischen Signals mit einer Vielzahl von Wellenlängenkanälen (λ1, λ2, ..., λn) mit folgenden Schritten: – Eingeben des Multiplexsignals an einem Eingang eines ersten MMI-Kopplers (3) und Aufsplitten des Multiplexsignals in Komponenten in dem ersten MMI-Koppler, wobei diese Komponenten an MI/MZI-Anschlüssen (9, 11) des MMI-Kopplers abgebildet werden; – Eingeben und Übertragen der an den MI/MZI-Anschlüssen (9, 11) des ersten MMI-Kopplers abgebildeten Komponenten in Wellenleitern (15, 17); – Übertragen der in den Wellenleitern (15, 17) eingegebenen und übertragenen Komponenten, die kombiniert einen ersten (λi) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle bilden, durch Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21); – Reflektieren der anderen (λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn) der Vielzahl der in den Wellenleitern eingegebenen und übertragenen Wellenlängenkanäle an den Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21); und – Eingeben der durch die Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21) übertragenen Komponenten, die zusammen den ersten (λi) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle bilden, an den MI/MZI-Anschlüssen (25, 27) eines zweiten MMI-Kopplers (23), Kombinieren dieser Komponenten in dem zweiten MMI-Koppler und Abbilden derselben an einem Ausgang (29) des zweiten MMI-Kopplers, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Eingeben der an den Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21) reflektierten Komponenten, die kombiniert die anderen (λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle bilden, an den MI/MZI-Anschlüssen (9, 11) des ersten MMI-Kopplers, Kombinieren dieser in dem ersten MMI-Koppler (3) und Abbilden dieser an einem Ausgang (7) des ersten MMI-Kopplers.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, das die folgenden Schritte aufweist: – Eingeben eines weiteren Wellenlängenkanals (λj) an einem Eingang (31) des zweiten MMI-Kopplers (23) und Aufteilen des weiteren Kanals in Komponenten in dem zweiten MMI-Koppler, wobei diese Komponenten an den MI/MZI-Anschlüssen (25, 27) des zweiten MMI-Kopplers abgebildet werden; – Eingeben der an den MI/MZI-Anschlüssen (25, 27) des zweiten MMI-Kopplers abgebildeten Komponenten und Übertragen der Komponenten in den Wellenleitern (15, 17); – Übertragen der in den Wellenleitern (15, 17) eingegebenen und übertragenen Komponenten, die kombiniert den weiteren Wellenlängenkanal (λj) bilden, durch die Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21); und – Eingeben der durch die Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21) übertragenen Komponenten, die kombiniert den weiteren Wellenlängenkanal (λj) bilden, durch die MI/MZI-Anschlüsse (9, 11) des ersten MMI-Kopplers, Kombinieren und Abbilden dieser Komponenten zusammen mit den Komponenten, die kombiniert die anderen (λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle bilden, an dem Ausgang (7) des ersten MMI-Kopplers.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem: – das Multiplexsignal an den Eingang (5) des ersten MMI-Kopplers in einem ersten Anschlusswellenleiter (36) übertragen wird, der mit dem Eingang (5) des ersten MMI-Kopplers optisch verbunden ist; – der weitere Wellenlängenkanal (λj) und die anderen (λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle in einem zweiten Anschlusswellenleiter (38) ausgegeben werden, der mit dem Ausgang (7) des ersten MMI-Kopplers optisch verbunden ist; – der erste (λi) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle in einem dritten Anschlusswellenleiter (41) ausgegeben wird, der mit dem Ausgang (29) des zweiten MMI-Kopplers optisch verbunden ist; und – der weitere Wellenlängenkanal (λj) an den Eingang (31) des zweiten MMI-Kopplers in einen vierten Anschlusswellenleiter (43) übertragen wird, der mit dem Eingang (31) des zweiten MMI-Kopplers optisch verbunden ist.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, bei dem alle Anschlusswellenleiter Monomode-Wellenleiter aufweisen.
  23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, bei dem der erste (λi) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle, der in dem dritten Anschlusswellenleiter (41) ausgegeben wird, anschließend bandpassgefiltert wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der erste (λi) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle durch eine MMI-basierte Michelson-Interferometerstruktur (45) bandpassgefiltert wird.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei dem die Wellenlängenauswahleinrichtungen (19, 21) Bragg-Beugungsgitter aufweisen.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die Bragg-Beugungsgitter (19, 21) phasenverschoben sind.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, bei dem die Phase des ersten (λi) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle durch eine Einstelleinrichtung eingestellt wird, die zwischen dem ersten (3) und dem zweiten (23) MMI-Koppler angeordnet ist.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, bei dem die Phase der anderen (λ1, λ2, ..., λi-1, λi+1, ..., λn) der Vielzahl der Wellenlängenkanäle durch zumindest eine Phaseneinstelleinrichtung eingestellt wird, die zwischen dem ersten (3) und dem zweiten (23) MMI-Koppler angeordnet ist.
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