Многоканальный волоконно-оптический коммутатор

 

Изобретение относится к активным элементам волоконно-оптических систем связи, элементам интегральной оптики, системам оптической обработки сигналов. Сущность изобретения: устройство позволяет коммутировать световые потоки с К входов оптических соединителей на М выходов оптических соединителей. При этом входы группы I волноводных каналов i соединены поочередно с входами i оптических соединителей, а выходы 4 волноводных каналов, относящихся к данной группе I, подключены к оптическому соединитель 1. Световые потоки подаются на К входов соединителей и далее по волоконно-оптическим кабелям на входы волноводных каналов, выполненных в пластине из ниобата лития. При подаче управляющих напряжений на соответствующие контакты подается напряжение на управляющие электроды, что приводит к выполнению условий полного внутреннего отражения в волноводном канале и на выходе канала получаем световой поток. 3 ил.

Изобретение относится к активным элементам волоконно-оптических систем связи, элементам интегральной оптики, системам оптической обработки сигналов.

Известны коммутаторы для построения волоконно-оптических систем связи, использующие принципы ответвления части светового сигнала на вход фотоприемника станции, подключенной к ответвителю, а также на принципе оптического отражения световой волны в смесителе и равномерном распределении ее между входами волоконно-оптических кабелей (Якубайтис Э. А., Финкельштейн Е. Я. Волоконно-оптические каналы локальных вычислительных сетей. Автоматика и вычислительная техника, 1982, N 2, с. 3 - 8).

Однако использование принципа пассивного ответвления части светового сигнала не позволяет создавать активные коммутаторы света, необходимые для построения различных топологий оптических систем связи.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является электрооптическое коммутирующее устройство по авт. св. СССР N 528798, кл. G 02 F 1/31, и включающий активный элемент из ниобата лития, управляющие электроды и волоконно-оптические кабели. Коэффициент связи между волноводами в этом коммутаторе регулируется изменением электрического поля внутри подложки из ниобата лития LiNbO₃, при этом свет одного из волноводов передается в другой за счет процесса резонансной связи между волноводами при воздействии электрического поля.

Недостатком этого коммутатора является значительный уровень перекрестных помех (до 40 дб) и низкие функциональные возможности, заключающиеся в невозможности коммутации K входных сигналов на M направлений и M входных сигналов на K направлений.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, уменьшение уровня перекрестных помех.

Цель достигается тем, что предлагается многоканальный волоконно-оптический коммутатор, включающий активный элемент из ниобата лития, управляющие электроды и волоконно-оптические кабели, в котором введено волноводных каналов, выполненных в пластине из ниобата лития LiNbO₃, при этом коммутация волноводных каналов осуществляется за счет использования электрооптического эффекта в ниобате лития путем подачи управляющих напряжений, для чего первые и вторые управляющие электроды, нанесенные на противоположные грани волноводных каналов, подключены соответственно первым контактам для подключения к источникам управляющих напряжений, а вторые соединены между собой и с общей шиной устройства, первых оптических плотных переходов, вторых оптических плотных переходов, K первых пассивных соединителей, первых волоконно-оптических кабелей, выходы которых через первые оптически плотные переходы подключены к выводам волноводных каналов так, что к выводам каждой l группы волноводных каналов подключены волоконно-оптические кабели от Al из K 1≅Al≅K первых пассивных оптических соединителей, M вторых пассивных соединителей, вторых волоконно-оптических кабелей, выходы которых через вторые оптически плотные переходы подключены к выводам каждой группы волноводных каналов так, что каждый второй пассивный оптический соединитель соединен с выводом одной из групп волноводных каналов.

Предлагаемое устройство отличается наличием волноводных каналов, работа которых основана на электрооптическом эффекте, K первых пассивных оптических соединителей, M вторых пассивных оптических соединителей, волоконно-оптических кабелей и связями между ними.

Известен электрооптический эффект, однако неизвестно применение данного эффекта для коммутации света в волоконно-оптических системах связи.

Положительный эффект достигается только при выполнении волноводных каналов и только в ниобате лития. При этом достигается новый положительный эффект - активная коммутация оптических каналов.

Известен активный коммутатор, работающий на принципе электрооптического эффекта (Вознесенский В. А. Устройство интегральной оптики для ВОСПИ и систем оптической обработки сигналов. - Зарубежная радиоэлектроника, 1988, N 2, с. 82 - 89). Здесь коммутация осуществляется за счет процесса резонансной связи между волноводами при воздействии электрического поля.

Однако оно имеет большой начальный уровень перекрестных помех (до 40 дб) и относительно низкое быстродействие, малые функциональные возможности.

Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 приведен вариант выполнения многоканального волоконно-оптического коммутатора с K входами и M выходами; на фиг. 2 - вариант выполнения многоканального волоконно-оптического коммутатора с M входами и K выходами; на фиг. 3 - волновой канал.

Устройство (фиг. 1) содержит пластину из ниобата лития 1, в которой выполнено A·K волноводных каналов 2 (2.1.1-2.A.K), с входами 3, выходами 4 и содержащие A·K первых управляющих электродов 5 (5.1.1-5.A.K), A·K вторых управляющих электродов 6 (6.1.1-6.A.K) (фиг. 3), A·K первых контактов 7 для подключения к источникам управляющих напряжений и соединенных соответственно с первыми управляющими электродами 5ji, A·K вторых контактов 8 (8.1.1-8.A.K) для подключения к общей шине и соединенных соответственно с вторыми управляющими электродами (фиг. 3), K первых оптических соединителей 9 (9.1-9.K), A·K первых волоконно-оптических кабелей 10 (10.1.1-10.A.K), A·K первых оптических плотных переходов 11 (11.1.1-11.A.K), A·K вторых оптических плотных переходов 12 (12.1.1-12. A. K), A·K вторых волоконно-оптических кабелей 13 (13.1.1-13.A.K), M вторых оптических соединителей 14 (14.1-14.M).

Входы 3 каждой группы волноводных каналов 2 ji через первые оптически плотные переходы 11ji и первые волоконно-оптические кабели 10ji подключены к соответствующим первым пассивным оптическим соединителям (9.1-9.K) так, что вход каждого из волноводных каналов в группе, например, (2.1.1-2.A.1), подключен к разным соединителям 9i, выходы 4 каждой группы волноводных каналов 2ji через вторые оптически плотные переходы 12ji и вторые волоконно-оптические кабели подключены к вторым пассивным оптическим соединителям (14.1-14. M) так, что выходы одной группы Z волноводных каналов подключены к данному соединителю 14Z.

Конструктивные связи и нумерация составных частей устройства фиг. 2 полностью аналогична устройству фиг. 1, отличием является подключение первых волоконно-оптических кабелей 10ji через первые оптически плотные переходы 11ji к выходам волноводных каналов 4 и подключение вторых волоконно-оптических кабелей 13ji через вторые оптически плотные переходы 12ji к входам 3 волноводных каналов.

Конструктивные связи и нумерация составных частей устройства фиг. 3 полностью аналогична фиг. 1.

Устройство работает следующим образом.

Волноводный канал 2, выполненный в пластине из ниобата лития LiNbO₃, представляет собой электрооптическую систему, использующую электрооптический эффект, т.е. возникновение оптической анизотропии у прозрачного изотропного твердого диэлектрика при помещении его во внешнее электрическое поле. Под воздействием однородного электрического поля, прикладываемого между управляющими электродами 5ji и 6ji, диэлектрик поляризуется и приобретает оптические свойства одноосного кристалла, оптическая ось которого совпадает по направлению с вектором E напряженности поля управляющего сигнала. При этом за счет эффекта полного внутреннего отражения света на выходе волноводного канала получаем световой поток с малым коэффициентом затухания.

В основу работы волноводного канала положено каналирование светового пучка в тонких диэлектрических структурах или пленках. Необходимый рисунок волноводов формируется с помощью литографии, ионного обмена, реактивного или химического травления. Для ниобата лития наиболее эффективно применение ионной имплантации, возможна комбинация имплантации и диффузии.

В режиме отсутствия управляющего напряжения на гранях соответствующих волноводных каналов 2 (полосковых волноводов) свет в волноводном канале 2 не распространяется из-за сдвигов по фазе на 90^o плоскости поляризации в соответствующих волноводных каналах 2 и вектора E напряженности электрического поля управляющего напряжения. Это обеспечивает малые перекрестные помехи в оптическом коммутаторе.

Подавая управляющее напряжение на соответствующие первые управляющие электроды 5ji, обеспечивается заданная коммутация любого входа 9i фиг. 1 (14 фиг. 2) на любой выход.

Предлагаемое устройство имеет большие функциональные возможности, заключающиеся в возможности коммутации K каналов на M выходов (M каналов на K выходов фиг. 2) со сравнительно малым затуханием в каналах и малым уровнем перекрестных помех, что связано с тем, что оптической связи между каналами при закрытых волноводных каналах практически нет.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет более широкие функциональные возможности и меньший уровень перекрестных помех.

Формула изобретения

Многоканальный волоконно-оптический коммутатор, включающий активный элемент из ниобата лития, соединенные с ним управляющие электроды и волоконно-оптические кабели, отличающийся тем, что активный элемент выполнен с волноводными каналами, причем управляющие электроды, нанесенные на противоположные грани волноводных каналов, делятся на первые и вторые и подключены соответственно к первым контактам источников управляющих напряжений, а вторые управляющие электроды соединены между собой и с общей шиной устройства, коммутатор содержит первых и вторых оптически плотных переходов, K первых пассивных оптических соединителей, первых волоконно-оптических кабелей, выходы которых через первые оптически плотные переходы подключены к выходам волноводных каналов так, что к выходам каждой l-й группы волноводных каналов подключены волоконно-оптические кабели от Al-й из K первых пассивных оптических соединителей, где 1 ≅ Al ≅ K, M вторых волоконно-оптических кабелей, выходы которых через вторые оптически плотные переходы подключены к выходам соответствующих групп волноводных каналов так, что каждый второй пассивный оптический соединитель соединен с выводом одной из групп волноводных каналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3