[发明专利]容错的光路由选择开关

说明书

本发明与光信号交换有关，具体地说，与在光通信网络中发送的光信号的空间路由选择和光信号处理有关。

在许多应用中利用光纤来承载光信号。光纤由于具有很大的数据带宽，因此日益显得重要。然而，为了用光纤传送光信号，必需在一系列光纤之间转接光信号，进行路由选择。对于传统的数字电路来说，这种交换希望可用电信号控制。

在光纤互联网络中的光信号可以利用时分多路复用(TDM)、波分多路复用(WDM)和空分多路复用(SDM)等技术进行多路传输。SDM被认为是最重要的光纤路由选择方式之一。SDM光开关的主要应用包括光纤通信、光学陀螺仪、光信号处理和相控阵雷达系统的微波/毫米波信号分配等。这些多路复用方式都需要以一种受控的方法将来自多个信道的光信号转接到一个或多个多路复用信道上去。

提供这种交换的一种方法是将光信号变换成电信号，用常规的电子设备进行交换。随着信息的数据率日益增大，常规的电子交换系统处理光纤所提供的大带宽越来越困难。此外，需要在光、电之间变换信号对数据格式就有所限制，而且也增大了复杂性和成本。

另外一种所谓“全光学”的路由选择/交换技术也已提出，其特征是“数据透明度”高，可以在将信号保持在光形式的情况下将光信号从一个传输信道传送到另一个信道。一种全光技术利用了极化滤光器与极化旋转器相配合来为信号选择路由加以传送。这些系统通常由于极化旋转不够准确而有着信道之间的串话较大的困难。串话是指从一个信道泄漏入另一信道的任何不希望的有害信号。串话所导致的性能恶化在要求工作波长或工作温度范围大的情况下尤其严重。为了使串话大大降低，现有的所有光开关都要求采用质量极好的物质和容差极小的器件。这些物质和器件大大增大了开关的总成本。因此，需要的是一种耐用的开关，它可以用成本比较低的技术实现，同时又具有很好的性能。

市售的有许多种电磁场控光开关。这些开关是以机械、电-光、热-光、声-光、磁-光和半导体这些技术为基础的。机械开关最为广泛地用作路由选择器件，具有相当低的插入损耗和低的串话特性，但交换时间限制在毫秒量级。相反，NiNbO₃集成光开关的交换时间在纳秒量级，但它具有高的插入损耗(5dB)、大的串话(20dB)，而且与极化有关。这样，仍需要能有一种信道串话小、与极化关系不大、重新配置(即交换)速度转快的场控光开关。

本发明所提供的与极化无关的可在多个光输入/输出(I/O)口之间执行低串话交换的光路由选择开关解决了以上和其他一些现有技术的问题。由于在交换期间光信号仍保持为光信号，因此降低了系统的复杂性和成本，同时维护了在信号中的光性质。即使在用低成本的器件实现光信号的分解和重新合并时，本发明的健全的设计仍能提供非常小的串话，而且不影响极化纯度。这种设计在大的工作温度和波长范围内保持了它的高性能(即串话小和与极化关系不大)，从而可以作为SDM应用中的理想器件。

简要地说，本发明提供了一种具有多个光输入口的电磁控制的光开关。每个输入口的光信号由一个双折射器件在空间上分解成两个相互平行的正交极化光束。一个场控极化旋转器阵列安置在经分解的光束的光路中，使得射出的光束对的极化设置为两个正交状态之一(即两个光束都为垂直极化或都为水平极化)。一个随后的双折射器件根据光束对的极化在空间上选择路由传送光束对。接在第二双折射器件后的一个第二极化旋转器阵列设置成与第一阵列相反的状态，使得射出的光束分别与它们在射入第一极化旋转器前的输入状态正交。这些光束由一个第三双折射器件合并后形成多个合并的光束送至相应输出口。

或者，本发明也可以安排成一个反射型的开关，利用一个诸如直角棱镜那样的回折反射器使光束回折返回输入口，这样可以只用较少的器件，既降低了成本，又减小了开关的尺寸。

在本说明的附图中：

图1为按本发明构成的二维单刀双掷(SPDT)光开关的示意图；

图2例示了按本发明构成的三维(SPDT)开关的示意图；

图3以平面图形式示出了按本发明构成的双刀双掷(DPDT)光开关；

图4以平面图形式示出了SPDT光开关的二维回折型实现方式的两个路由选择状态；

图5示出了SPDT光开关的三维回折型实现方式的两个路由选择状态的三维图；

图6例示了DPDT光开关的二维回折型实现方式的两个路由选择状态的平面图；以及

图7示出了利用一个级联1×2结构构成一个1×3光开关的情况。

1．概述