ИНТЕГРАЛЬНЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ КОММУТАТОР Российский патент 2009 года по МПК G02F1/295 

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

Известны устройства коммутации для волоконно-оптических систем связи, основанные на различных физических принципах - механическом, термическом, электрооптическом и других. Эти устройства позволяют коммутировать оптические сигналы в одной или паре связанных оптических линий. Известны устройства, интегрирующие отдельные коммутаторы световых потоков в волоконно-оптических линиях связи, основанные на объединении отдельных коммутаторов в единый блок на общем основании. Такой подход с одной стороны, не позволяет получить высокую степень интеграции при большом числе коммутируемых каналов, а с другой стороны при построении многоканальных коммутаторов ведет к появлению высоких вносимых и поляризационных потерь, так как они строятся на основе каскадирования базовых элементов (БЭ) 2×2. При этом на пути оптического сигнала от входного порта к выходному излучение проходит большое число БЭ переключения. Например, для размера коммутатора 8×8 в зависимости от схемы коммутируемой сети связи требуется от 20 до 64 БЭ.

Известны также устройства многоканальной коммутации, основанные на распараллеливании коммутируемых каналов. Этот подход позволяет повысить степень интеграции за счет использования для коммутации большого числа электрооптических коммутаторов, выполненных на одной пластине из материала, обладающего электрооптическими свойствами, например из ниобата лития. Типичным примером такого решения является многоканальный волоконно-оптический коммутатор, описанный в патенте RU 2107318 С1, кл. G02F 1/295, 1/315, который выбран в качестве прототипа. Прототип содержит пластину из электрооптического материала, в которой сформированы L волноводных каналов, к входам которых с помощью набора входных волоконно-оптических кабелей подведены сигналы от М разветвителей, установленных на входных концах кабелей, а к выходам волноводных каналов с помощью набора выходных волоконно-оптических кабелей подключены N систем мультиплексирования. Коммутация волноводных каналов осуществляется за счет использования электрооптического эффекта в материале пластины (ниобате лития) путем подачи управляющих напряжений на управляющие электроды, нанесенные на противоположные грани волноводных каналов. В совокупности общее число коммутаторов, сформированных таким образом, составляет L≤M×N. Число ответвлений в каждом из М входных разветвителей меньше или равно N, а число входов в каждом из N мультиплексоров меньше или равно М.

Недостатками такого коммутатора, также как и других аналогичных ему являются:

1. Наличие М разветвителей, включенных между выходами подводящих сигнал волоконно-оптических линий связи и собственно коммутаторами, что неизбежно вызывает ослабление сигналов.

2. Наличие N мультиплексоров, что приводит к дополнительному ослаблению передаваемых сигналов.

3. Наличие большого числа соединительных волоконно-оптических кабелей между разветвителями, коммутаторами и выходными мультиплексорами, которые также ослабляют сигналы.

Все это делает неэффективной работу устройства при большом числе коммутируемых каналов и не позволяет обеспечить высокую степень интеграции подобных устройств.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей коммутирующих устройств, увеличение числа коммутируемых устройством каналов, уменьшение вносимых потерь и увеличение степени интеграции.

Цель достигается тем, что интегральный многоканальный волоконно-оптический коммутатор (ИМВОК) предлагается выполнить в виде многослойной планарной системы, которая представляет собой плоскую подложку из электрооптического материала, на противоположных плоскостях которой сформированы наборы взаимно пересекающихся световодов и системы управляющих электродов. По краям подложки расположены области подключения световодов к волоконно-оптическим линиям связи и контакты управляющих электродов.

На фиг.1а, б, в и фиг.2 представлены варианты выполнения ИМВОК.

На противоположных плоскостях подложки 1, изготовленной из электрооптического материала, например ниобата лития или его структурных аналогов, сформированы две группы взаимно пересекающихся световодов 2 и 3, как показано на фиг.1а и фиг.1в. В областях пересечения световодов 2 и 3, созданы участки световодов, на которых они коллинеарны (фиг.1б). Над областями пересечения световодов, на одной стороне подложки, расположены управляющие электроды 4, с системой коммутации 5, а на другой стороне электрод 6, подключаемый к общей шине (фиг.1в). По краям подложки размещены области подключения входных 7-7' и выходных 8-8' волоконно-оптических линий связи, а также контакты подключения управляющих электродов 9 и контакты подключения общей шины 10 (фиг.1a). Возможен вариант, когда на подложке 1 может располагаться интегральная схема 11, формирующая управляющие напряжения (фиг.2).

Работает ИМВОК следующим образом.

Коммутируемые сигналы через области подключения входных 7-7' волоконно-оптических линий связи поступают на входы световодов 2 и 3. В областях пересечения световодов 2 и 3, расположенных на разных сторонах подложки 1 (фиг.1б), они вместе с управляющими электродами 4, электродом 6, подключаемым к общей шине и участком подложки 1, выполненным из электрооптического материала, образуют разветвитель-коммутатор Х-типа (Скляров O.K. Волоконно-оптические сети и системы связи. М., «СОЛОН-Пресс», 2004). При подаче управляющего напряжения между управляющим электродом 4 и электродом 6, подключенным к общей шине, происходит переключение оптического сигнала из световода 2, расположенного на одной стороне подложки 1, в световод 3, расположенный на другой стороне подложки 1. При этом для переключения из одного световода в любой другой световод требуется срабатывание не более двух коммутаторов, что позволяет свести до минимума потери на коммутацию оптических сигналов. Для повышения быстродействия, уменьшения паразитных связей и повышения степени интеграции ИМВОК интегральная схема 11, формирующая управляющие напряжения, может быть расположена на той же подложке 1 (фиг.2).

Изобретение относится к активным элементам волоконно-оптических систем связи. В коммутаторе подложка выполнена из материала, обладающего электрооптическим эффектом, световоды разделены на две группы и сформированы на противоположных плоскостях подложки, взаимно пересекаясь, в областях пересечения участки световодов выполнены коллинеарными, управляющие электроды с системой коммутации и электрод, подключаемый к общей шине, расположены сверху областей пересечения световодов с разных сторон подложки, а области подключения коммутируемых волоконно-оптических линий связи и контакты подключения управляющих напряжений и общей шины размещены по краям подложки. Технический результат - увеличение числа коммутируемых каналов, уменьшение вносимых потерь и увеличение степени интеграции. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Интегральный многоканальный волоконно-оптический коммутатор, включающий подложку, «m» световодов и систему управляющих электродов, отличающийся тем, что подложка выполнена из материала, обладающего электрооптическим эффектом, световоды разделены на две группы и сформированы на противоположных плоскостях подложки, взаимно пересекаясь, в областях пересечения участки световодов выполнены коллинеарными, управляющие электроды с системой коммутации и электрод, подключаемый к общей шине, расположены сверху областей пересечения световодов с разных сторон подложки, а области подключения коммутируемых волоконно-оптических линий связи и контакты подключения управляющих напряжений и общей шины размещены по краям подложки.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что интегральная схема, формирующая управляющие напряжения, размещена непосредственно на подложке совместно с системой коммутации управляющих электродов и электродом общей шины.