DE69501648T2

DE69501648T2 - Optische Schaltmatrix

Info

Publication number: DE69501648T2
Application number: DE69501648T
Authority: DE
Inventors: Michel Sotom
Original assignee: Alcatel Alsthom Compagnie Generale dElectricite
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1994-08-29
Filing date: 1995-08-24
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2015-08-25
Also published as: JPH0879807A; EP0700177A1; FR2724077B1; ES2113163T3; US5570218A; EP0700177B1; DE69501648D1; FR2724077A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifllt die räumliche Schaltung von optischen Signalen insbesondere im Rahmen eines Femmeldenetzes aus optischen Fasern.
Die Knotenpunkte derartiger Netze können räumliche Schaltvorrichtungen einschließen, welche aus passiven Verteilern und aus aktiven Wählern bestehen. Jeder passive Verteiler des Typs 1 auf n liefert an einem seiner Ausgänge nur den Mteil Im der Leistung des Signals, welches er am Eingang empfängt. Außerdem bringt jeder aktive Wähler Verluste ein. Deshalb umfaßt eine derartige Vorrichtung üblicherweise Verstärker aus dotierten Fasern. Ein derartiger Verstärker umfaßt eine dotierte optische Faser, welche zu übertragende optische Signale leitet. Er umfaßt auch Pumpvorrichtungen, welche ein Pumplicht in diese Faser einstrahlen, so daß diese Signale verstärkt und damit die oben beschriebenen Leistungsverluste kompensiert werden. Die vorliegende Erfindung betrifllt allgemeiner gesehen den Fall, bei welchem die Verstärkung in einem Element erfolgt, welches nicht notwendigerweise eine optische Faser ist, sondern welches optisch gepumpt ist.
In den Schaltmatrices, welche derartige Wähler verwenden, stellt die Diaphonie der aktiven Wähler ein weiteres großes Problem dar. Ein derartiger Wähler kann zum Beispiel Signale orientieren, indem ein optischer Leiter, welcher, was diesen Wähler und diese Signale betriffi, nachstehend "gemeinsamer Leiter" genannt wird, mit einem Einzelleiter verbunden wird, der aus einer Vielzahl von Einzelleitern ausgewählt wird, welche geeignet sind, mit diesem gemeinsamen Leiter verbunden zu werden. Er überträgt Signale von Einzelleitern zum gemeinsamen Leiter oder vom gemeinsamen Leiter zu den Einzelleitern. Seine Diaphonie kann zum Beispiel in vereinfachter Weise durch einen Koeffizienten r ausgedrückt werden, so daß, wenn eine Leistung WA vom gemeinsamen Leiter empfangen und vom ausgewählten Leiter übertragen wird, eine unerwünschte Leistung r.WA von jedem der anderen Einzelleiter übertragen wird, oder umgekehrt, wenn eine Leistung WB von einem nicht ausgewählten Einzelleiter empfangen wird, eine unerwünschte Leistung r.WB vom gemeinsamen Leiter übertragen wird.
Eine erste bekannte Schaltmatrix umfaßt Vorrichtungen zur Erzielung eines kleineren Diaphoniekoeffizienten.
Sie wird in einem Artikel: PHOTONIC SWITCHING II, PROCEEDINGS OF THE INTERNATIONAL TOPICAL MEETING, Band 29, 12. - 14. April 1990, KOBE, JAPAN, Seiten 122 - 125, XP 000333141 Y. SATO ETAL "An Erbium-Doped Fiber Active Switch controled by Coded Pump Light" beschrieben. Sie umfaßt mehrere Verstärker aus dotierten Fasern, welche über verschiedene geführte Strecken verteilt sind, die geeignet sind, von den zu schaltenden Signalen zurückgelegt zu werden. Mehrere zu schaltende Speisungsleiter führen eine Pumpwelle an diese Verstärker heran, um sie zu speisen, d.h. um das optische Pumpen ihrer dotierten Fasern zu gewährleisten.
Ein optischer Decoder empfängt diese Welle vorher, um sie an diese Leiter zu übertragen. Als Reaktion auf eine Codierung dieser Welle speist er zu jedem Zeitpunkt in selektiver Weise diejenigen der Verstärker, die sich auf den Strecken befinden, die ausgewählt werden, um zu diesem Zeitpunkt zurückgelegt zu werden. Daraus ergibt sich, daß die Signale, die diese ausgewählten Strecken zurücklegen, verstärkt werden, während die anderen Signale von den nicht gespeisten Verstärkern absorbiert werden.
Diese erste bekannte Matrix ist komplex.
Die vorliegende Erfindung hat insbesondere zum Ziel, auf einfache Weise eine optische Schaltmatrix zu realisieren, die einen niedrigen Diaphoniekoeffizienten aufweist.
Zu diesem Zweck umfaßt eine erfindungsgemäße Matrix:
- eine Vielzahl von Eingangsleitern,
- eine Vielzahl von Ausgangsleitern,
- eine Vielzahl von Wählern, wobei jeder besagte Wähler mindestens drei Öffnungen aufweist und gesteuert wird, um in einen unter einer Vielzahl von möglichen Schaitzuständen dieses Wählers ausgewählten Schaltzustand gebracht zu werden, wobei jeder besagte mögliche Schaltzustand mindestens einem aus zwei besagten Öffnungen gebildeten Öffnungspaar zugeordnet ist, wobei der besagte ausgewählte Schaltzustand die beiden Öffnungen jedes diesem ausgewählten Schaltzustand zugeordneten Öffnungspaares gegenseitig optisch verbindet,
- eine Vielzahl von Zwischenleitern, welche mit den besagten Wählern und für zu schaltende optische Signale eine Vielzahl von möglichen Strecken bilden, die jede einen besagten Eingangsleiter mit einem besagten Ausgangsleiter über mindestens einen besagten Zwischenleiter und mindestens ein besagtes Öffnungspaar eines Wählers verbinden,
- optisch gepumpte Verstärker, von denen jeder in Serie auf einem besagten Zwischenleiter angeordnet ist, um die besagten, von diesem Leiter übertragenen optischen Signale zu verstärken, wobei mindestens ein besagter Verstärker auf jeder besagten möglichen Strecke angeordnet ist,
- Pumpvorrichtungen, welche in die besagten Eingangs-, Zwischen-, und/ oder Ausgangsleiter Pumplicht einstrahlen, um die besagten Verstärker über diese Wähler zu pumpen, wobei jeder besagte, von einem besagten Pumplicht einer besagten Pumpvorrichtung durchquerte Wähler einen Wähler darstellt, welcher das Licht dieser Pumpvorrichtung orientiert und wobei diese Pumpvorrichtung eine Pumpvorrichtung darstellt, deren Licht von diesem Wähler orientiert wird, wenn kein besagter Verstärker zwischen dieser Pumpvorrichtung und diesem Wähler eingeschaltet ist,
wobei diese Matrix dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens ein besagter Wähler, welcher das Licht einer besagten Pumpvorrichtung orientiert, einen Wähler mit einem einzigen Pumpeingang darstellt, wobei die besagten Öffnungen dieses Wählers eine gemeinsame Öffnung und eine Vielzahl von Einzelöffnungen darstellen, wobei jeder besagte mögliche Schaltzustand dieses Wählers mindestens einer besagten Einzelöffnung dieses Wählers zugeordnet ist, wobei der besagte ausgewählte Schaltzustand dieses Wählers diese gemeinsame Öffnung mit jeder besagten, diesem ausgewählten Schaltzustand zugeordneten Einzelöffnung verbindet, wobei jede besagte Pumpvorrichtung, deren Licht von diesem Wähler orientiert wird, über diese gemeinsame Öffnung mit diesem Wähler verbunden wird.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein geeigneter Anteil jedes optischen Signals eine übergeordnete Verstärkung im Verhältnis zu parasitischen Anteilen dieses Signals oder anderer optischer Signale hat. Dieser geeignete Signalanteil ist derjenige, welcher durch die ausgewählte Einzelöffnung durchgeht. Diese Einzelöffnung ist mit einem Leiter verbunden, welcher für diesen Wähler einen Einzelleiter darstellt und einen Verstärker umfaßt. Letzterer bietet diesem Signalanteil einen Verstärkungsfaktor an, welcher durch das Vorhandensein eines großen geeigneten Anteils von Pumplicht beträchtlich wird. Die parasitischen Anteile der optischen Signale sind diejenigen, welche von den anderen Einzelleitern geleitet werden, die mit den anderen Einzelöffnungen des Wählers verbunden sind. Sie haben dort nur einen beschränkten Verstärkungsfaktor, weil nur kleine parasitische Anteile von Pumplicht in diese anderen Leiter hineingestrahlt werden.
Man wird bemerken, daß die erfindungsgemäße Matrix eine gemeinsame Einrichtung mit einer zweiten bekannten Matrix besitzt, welche in der Patentunterlage EP-A-0 503 849 (ATT) beschrieben ist. Diese gemeinsame Einrichtung besteht darin, daß bei gewissen, zwischen Pumpvorrichtungen und optisch gepumpten Verstärkern angeordneten Wählern, die Pumpwellen dieselben ausgewählten Strecken zurücklegen wie die zu orientierenden Signale. Bei dieser zweiten bekannten Matrix weist allerdings jeder derartige Wähler mehrere Öffnungen für den Empfang von Pumplicht auf. Diese Öffnungen sind in bekannter Weise mit mehreren Pumpvorrichtungen verbunden, so daß diese gemeinsame Einrichtung bei dieser Matrix eine Verringerung des Diaphoniekoeffizienten weder zum Ziel noch zur Folge zu haben scheint.
Mit Hilfe der beiliegenden schematischen Darstellungen wird nachstehend beschrieben&sub1; wie die vorliegende Erfindung genutzt werden kann. Wird ein und dasselbe Element auf mehreren Abbildungen dargestellt, so wird es immer mit demselben Hinweiszeichen bezeichnet.
Auf diesen Abbildungen sind optische Schaltmatrices dargestellt.
Die Abbildung 1 stellt eine bekannte Matrix mit Verstärkung dar.
Die Abbildung 2 stellt eine Matrix dar, die diese Erfindung umsetzt.
In zuerst allgemeiner Weise und unter Berücksichtigung eines einzigen Wählers umfaßt eine erfindungsgemäße Matrix die nachstehenden, als solche bekannten Elemente:
- Leiter, um optische Signale zu leiten. Manche dieser Leiter D sind dotiert, um Verstärker zu bilden. Jeder derartige dotierte Leiter verstärkt ein Signal, wenn er gleichzeitig dieses Signal und das Licht einer Pumpvorrichtung P leitet. Diese Leiter stellen dar:
einen gemeinsamen Leiter Bk,
und eine Vielzahl von Einzelleitern, F1k ... Fik ... Fmk.
- Einen Wähler Ck mit einer gemeinsamen Öffnung und einer Vielzahl von Einzelöffnungen, welche mit diesem gemeinsamen Leiter bzw. mit der Vielzahl von Einzelleitern verbunden sind. Er empfängt ein Steuersignal und verbindet über diese Öffnungen den gemeinsamen Leiter Bk mit mindestens einem, von diesem Steuersignal ausgewählten Einzelleiter Fik. Bei dieser Verbindung überträgt der Wähler die optischen Signale in selektiver Weise zwischen dem gemeinsamen Leiter und dem ausgewählten Einzelleiter.
- Und eine Pumpvorrichtung P, um das Pumplicht zu liefern und dessen Einstrahlung in die dotierten Leiter D zu gewährleisten.
Die Einzelleiter sind dotiert. Ihre Dotierung erfolgt zum Beispiel nur auf Teilen ihrer Länge durch Integration eines vorher dotierten Leiters D in jeden von ihnen in Serie mit einem nicht dotierten Leiter. Derartige zusammengesetzte Leiter sind als F1k, .... Fik, D ... bis Fmk, D dargestellt. Die Pumpvorrichtung P strahlt das Pumplicht in den gemeinsamen Leiter Bk mit Hilfe eines Einstrahlkopplers Q in Richtung des Wählers Ck ein. Letzterer ist dazu geeignet, das Pumplicht dieses gemeinsamen Leiters an den ausgewählten Einzel leiter wie Fik, D, zu übertragen, und zwar in der gleichen selektiven Weise wie bei den optischen Signalen.
Die Abbildungen 1 und 2 stellen jeweils, als nicht einschränkendes Beispiel, eine komplexere Schaltmatrix des Typs m x n dar. Diese Matrix umfaßt m passive Verteiler 1 auf n wie Hi und Hj am Eingang, und n aktive Wähler m auf 1 wie C&sub1; ... Cn am Ausgang. Die Zahlen m und n sind positive ganze Zahlen. Um die Zeichnung zu vereinfachen, wurden nur zwei Verteiler und zwei Wähler in relativ vollständiger Weise dargestellt. Die Wähler werden von einem Steuerungsorgan M gesteuert.
Die Bestandteile jeder dieser Matrices sind mit den Bestandteilen gleichen Namens der anderen ident. Die passiven Verteiler enthalten am Eingang einen Eingangsleiter&sub3; welcher für diesen Verteiler einen gemeinsamen Leiter A1 ... Ai ... Aj bzw. Am darstellt, wobei auch dieser Verteiler mit den Bezugsbuchstaben dieses gemeinsamen Leiters bezeichnet wird. Jeder Verteiler wie Ai enthält am Ausgang n Einzelleiter der Art wie Fi1 ... Fik ... Fin.
Die aktiven Wähler C1 ... Ck ... Cn enthalten jeder am Ausgang einen Ausgangsleiter, welcher für diesen Wähler einen gemeinsamen Leiter B1 ... Bk bzw. Bn darstellt.
Jeder Wähler wie Ck enthält am Eingang m Einzelleiter F1k ... Fik ... Fjk ... Fmk.
Die Gesamtzahl der Einzelleiter beträgt m.n und jeder von ihnen ist einem Verteiler und einem Wähler gemeinsam. Sie stellen die vorher erwähnten Zwischenleiter dar.
Verstärker werden von im allgemeinen mit dem Buchstaben P bezeichneten und jeweils mit einem Einstrahlkoppler mit Richtcharakteristik wie Q ausgerüsteten Pumpvorrichtungen gespeist. Jeder Verstärker wird aus einem dotierten, im allgemeinen mit dem Buchstaben D bezeichneten Leiter gebildet. Pumpvorrichtungen P in einer Anzahl n sind auf den n Ausgangsleitern B1 ... Bk bzw. Bn plaziert. Die Einstrahikoppler lenken das Pumplicht zu den Wählern hin. Eingangssignale wie Si und Sj in einer Anzahl m werden auf den Eingangsleitern wie Ai bzw. Aj mit Leistungen wie Pi und Pj empfangen. Der Wähler Ck wird gesteuert, damit ein Anteil 1/n der Leistung des Signals Si zum Ausgangsleiter Bk hin orientiert wird.
Die durch die vorliegende Erfindung hervorgerufene Diaphoniereduzierung wird nun mit Hilfe vereinfachender Hypothesen annähernd berechnet.
Jeder Verstärker ist dazu vorgesehen, die Signale, die er leitet, mit einem Verstärkungsfaktor des Wertes G zu verstärken. Dieser Wert wird unter der Bedingung erzielt, daß dieser Verstärker, gleichzeitig mit den zu verstärkenden Signalen, die gesamte Leistung des Lichts einer Pumpvorrichtung P empfängt. Wenn er nur einen Anteil y wie 0,1 oder 0,01 dieser Leistung empfängt, verstärkt er diese Signale mit einem geringeren Verstärkungsfaktor von ungefähr G.y.
Im Leiter Bk ist die Ausgangsleistung des Signals Si dann annähernd Pk= Pi.G/n
Die Diaphonie des Wählers Ck wird durch einen Koeffizienten r ausgedrückt, welcher für die zu übertragenden Signale und für das Pumplicht gleich ist. Die Leistung der verschiedenen Eingangssignale wie Sj und Si ist eine parasitische Eingangsleistung und stellt einen Gesamtwert PTE dar.
In der bekannten Matrix aus Abbildung 1 sind n dotierte Leiter D mit den n Ausgangsleitern B1 ...Bk bzw. Bn zwischen den Pumpvorrichtungen und den Wählern verbunden.
In der Matrix aus Abbildung 2 und gemäß der vorliegenden Erfindung ist kein dotierter Leiter mit den Ausgangsleitern verbunden und sind m.n dotierte Leiter D in die m.n Einzelleiter integriert.
In der bekannten Matrix haben die unerwünschten, durch Diaphonie in den Ausgangsleiter Bk eingestrahlten Signale einen Verstärkungsfaktor G und sie weisen in dem Leiter Bk eine parasitische Gesamtausgangsleistung von ungefähr PTS1= PTE.G.r/n auf.
In der Matrix aus Abbildung 2 haben diese parasitischen Signale einen geringeren Verstärkungsfaktor G.r und die parasitische Gesamtausgangsleistung beträgt ungefähr PTS2= PTE.G.r²/n. Durch die vorliegende Erfindung konnte somit diese parasitische Leistung, d.h. die Diaphonie, um einen Reduktionsfaktor wie 1/10 oder 1/100 verringert werden.
Es wäre vorstellbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, die passiven Verteiler wie Hi und Hj durch aktive Verteiler zu ersetzen und die Pumpvorrichtungen P dann auf den Eingangsleitern A&sub1; ... Am zu plazieren.

Claims

1. Optische Schaltmatrix, umfassend

* eine Vielzahl von Eingangsleitern (A1 ... An)

* eine Vielzahl von Ausgangsleitern (B1 ... Bn)

* eine Vielzahl von Wählern (C1 ... Cn), wobei jeder besagte Wähler (Ck) mindestens drei Öffnungen (Bk, F1k, ..., Fmk) aufweist und gesteuert wird, um in einen unter einer Vielzahl von möglichen Schaltzuständen dieses Wählers ausgewählten Schaltzustand gebracht zu werden, wobei jeder besagte mögliche Schaltzustand mindestens einem aus zwei besagten Öffnungen gebildeten Öffnungspaar zugeordnet ist, wobei der besagte ausgewählte Schaltzustand die beiden Öffnungen jedes diesem ausgewählten Schaltzustand zugeordneten Öffnungspaares gegenseitig optisch verbindet,

* eine Vielzahl von Zwischenleitern (Fi1 ... Fjn), welche mit den besagten Wählern und für zu schaltende optische Signale eine Vielzahl von möglichen Strecken bilden, die jede einen besagten Eingangsleiter mit einem besagten Ausgangsleiter über mindestens einen besagten Zwischenleiter und mindestens ein besagtes Öffnungspaar eines Wählers verbinden,

* optisch gepumpte Verstärker (D), von denen jeder in Serie auf einem besagten Zwischenleiter angeordnet ist, um die besagten, von diesem Leiter übertragenen optischen Signale zu verstärken, wobei mindestens ein besagter Verstärker auf jeder besagten möglichen Strecke angeordnet ist,

* Pumpvorrichtungen (P), welche in die besagten Eingangs-, Zwischen-, und/ oder Ausgangsleiter Pumplicht einstrahlen, um die besagten Verstärker über diese Wähler zu pumpen, wobei jeder besagte, von einem besagten Pumplicht einer besagten Pumpvorrichtung durchquerte Wähler einen Wähler darstellt, welcher das Licht dieser Pumpvorrichtung orientiert und wobei diese Pumpvorrichtung eine Pumpvorrichtung darstellt, deren Licht von diesem Wähler orientiert wird, wenn kein besagter Verstärker zwischen dieser Pumpvorrichtung und diesem Wähler eingeschaltet ist,

wobei diese Matrix dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens ein besagter Wähler (Ck), welcher das Licht einer besagten Pumpvorrichtung orientiert, einen Wähler mit einem einzigen Pumpeingang darstellt, wobei die besagten Öffnungen dieses Wählers eine gemeinsame Öffnung (Bk) und eine Vielzahl von Einzelöffnungen (F1k ... Fmk) darstellen, wobei jeder besagte mögliche Schaltzustand dieses Wählers mindestens einer besagten Einzelöffnung dieses Wählers zugeordnet ist, wobei der besagte ausgewählte Schaltzustand dieses Wählers diese gemeinsame Öffnung mit jeder besagten, diesem ausgewählten Schaltzustand zugeordneten Einzelöffnung verbindet, wobei jede besagte Pumpvorrichtung (P), deren Licht von diesem Wähler orientiert wird, über diese gemeinsame Öffnung mit diesem Wähler verbunden wird.

2. Matrix gemäß Anspruch 1, wobei mögliche Ausführungen der besagten Matrix jeweils aus einer Menge besagter möglicher Schaltzustände bestehen, welche geeignet sind, gleichzeitig ausgewählt zu werden, wobei jede besagte mögliche Ausführung für jeden besagten Eingangsleiter (Ai) eine Strecke definiert, die diesen Eingangsleiter mit einem besagten Ausgangsleiter (Bk) verbindet, und somit auch für jeden besagten Ausgangsleiter (Bk) eine Strecke definiert, die diesen Ausgangsleiter mit einem besagten Eingangsleiter (Ai) verbindet.

3. Matrix gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder besagte Wähler (Ck), welcher das Licht einer besagten Pumpvorrichtung (P) orientiert, einen besagten Wähler mit einem einzigen Pumpeingang darstellt.

4. Matrix gemäß Anspruch 1, wobei die besagten Pumpvorrichtungen (P) das besagte Pumplicht in die besagten Eingangsleiter (Ai) und/oder Ausgangsleiter (Bk) einstrahlen.

5. Matrix gemäß Anspruch 1, wobei diese Matrix Steuermittel (M) umfaßt, um die besagten Wähler (C1 ... Cn) zu steuern, ohne die besagten Pumpvorrichtungen (P) zu steuern.