[发明专利]光学开关元件和光学网络元件

说明书

用于多播开关、其他光学开关和分离器的新体系结构，其与现有的光学开关和分离器相比具有实质减少的插入损耗、串扰以及更好的整体光学性能。优化的波导网格布局被用于实质地降低波导交叉数量，从而降低插入损耗。交叉数量的降低也降低网格的复杂性并提供更好的交叉角度以降低串扰和其他问题。将以波导组的形式使波导交叉代替所有连接在分离器输出和开关输入之间的波导交叉。

技术领域

本发明的实施方式涉及光学网络开关和分离器，更具体地，涉及光学网络中使用的多播开关、MxN开关以及MxN分离器。

背景技术

随着技术的进步，需要光学网络变成任何波长、任何方向以及任何竞争的（CDC）。这些类型的网络需要新的任何波长的光学部件，该光学部件能够从任何输入节点将任何光学信号按新路线发送至任何输出节点。

MxN多播开关（MCS）是适合在CDC网络中使用的部件之一。图1示出典型的MxN多播开关10。可以看出，多播开关10包括M 个1xN分离器12₁、……、12_M（全体称为“分离器12”），这些分离器用于将通过M个输入接收的光学信号分离至开关10。多播开关10还包括N个Mx1开关14₁、……、14_N（全体称为“开关14”），这些开关用于从分离器12的输出收集信号并将信号输出至从开关10的N个输出中选择的输出。控制机构（未示出）保证开关14被设置为输出正确的信号。

众所周知，由于分离器12和开关14都能够被制造为具有良好的光学特性，因此PLC（平面光波导电路）技术很适合于实现MxN多播开关 10。但是，可以理解，在如何获得与所有开关14的适当输入连接的所有分离器12的输出，而不影响开关10的光学特性且不使开关10太大、太复杂或太昂贵方面出现较大的困难。由于分离器12输出和开关14输入的数量指数地增加，更大的开关10会出现更复杂的问题。

图1示出与开关14的某些输入连接的分离器12₁和12_M的输出。如上所述，所有分离器12的输出需要与所有开关14的适当输入连接。光学波导能够用于这个目的，并且是上述连接问题的可行解决办法。在一种形式中，光学波导能够被实现为形成在包含分离器12和开关14的基板中的光路径的网格。如图1所示，会有许多光学波导彼此交叉的点13 （只标出其中的一些）。

不幸地，每个交叉将插入损耗（IL）增加到对应的光学路径的吞吐量，这不是所期望的。众所周知，典型的波导交叉损耗是每个交叉大约 0.05dB。如图1所示，很明显交叉的数量变化很大：从外部路径中的没有到对于一些内部路径是（M-1）*（N-1）。这会导致路径有较高的插入损耗，该损耗增加开关10中的所有路径的插入损耗一致性（ILU）和最差情况插入损耗。

而且，如果在两个波导之间的角度太低，则在一个波导中的一些光能够被转移到交叉波导。可以理解，随着分离器12和开关14数量的增加，网格变得越来越复杂，这导致在一些交叉中的角度更低。上述解决办法还因为由于光转移降低多播开关10的整体隔绝而不理想。

图2示出4x4多播开关20的示例，其使用光学波导的网格26将分离器22的输出连接至开关24的输入。例如路径23₁的外部路径没有交叉，而其他路径（例如，路径23₂）能够各自具有多达9个交叉。这意味着在开关20中使用的网格26无论在何处都经历每个光学路径从0到大约 0.45dB的插入损耗，如上所述是不理想的。

图3示出8x8多播开关的示例，其使用光学波导的网格36将分离器 32的输出连接至开关34的输入。例如路径33₁的外部路径没有交叉，而其他路径（例如，路径33₂）能够各自具有多达49个交叉。这意味着在开关30中使用的网格36无论在何处都经历每个光学路径从0到大约 2.45dB的插入损耗。可以看出，图3的网格36比图2的网格20复杂得多，这导致在它的一些路径中更大的插入损耗和低交叉角度（潜在的串扰）。