專利名稱：在分波多任務(wù)系統(tǒng)中的兩種光信號交換模塊架構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在分波多任務(wù)系統(tǒng)中的兩種光信號交換模塊架構(gòu)。
高容量、可靠性佳及全旋光性(All optics)的分波多任務(wù)(Wavelengthdivision multiplexing)光纖網(wǎng)絡(luò)(Fiber optical networks)是目前及未來光纖通信的主流，高增益低噪聲的摻餌光纖光放大器(Erbium-doped fiberamplifier,EDFA)的使用于1550nm頻帶引起廣泛研究及注意，并帶來各項(xiàng)光通信上的進(jìn)展，不同路由(Different fiber links)之間有可能用同一波長(如入i及入I’的波長相同)傳輸?shù)d送不同數(shù)據(jù)(Data)，在適當(dāng)時機(jī)與地點(diǎn)作光網(wǎng)絡(luò)之間不同信息的交換(Cross-connect)，為分波多任務(wù)光網(wǎng)絡(luò)上非常重要的功能，其可允許不同光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間信息的互換、組合及彈性管理(Management)，有益于光纖網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)充，在分波多任務(wù)光網(wǎng)絡(luò)中將扮演重要的角色。
傳統(tǒng)上兩條不同路由之間光信號的交換通常是利用成對的1×N解多任務(wù)器(Demultiplexer)與N×1多任務(wù)器(Multiplexer)以背對背(Back to back)架構(gòu)相接，中間并放置一個波長選擇(Wavelength selective)空間多任務(wù)切換器(Space division switch)。每個I×N解多任務(wù)器可分別將上路由的多波道光信號(入1入2入3…入n)與下路由的多波道光信號(入1’入2’入3’…入n’)分開，空間多任務(wù)切換器可將兩個組分開的光信號作交換，最后上下路由再分別用一個N×1多任務(wù)器將交換過的光信號重新結(jié)合，分別送入兩個路由后繼續(xù)傳輸，由于1×N解多任務(wù)器、N×1多任務(wù)器及波長選擇(Wavelengih selective)空間多任務(wù)切換器(如聲光調(diào)制器(Acousto-optic tunable filter,AOTF))所造成的總光損失(Optical insertion loss)很大，往往需要光放大器補(bǔ)償光信號的插入損失，且設(shè)計過于復(fù)雜及昂貴。
為了降低成本與減低設(shè)計的復(fù)雜性，本實(shí)用新型的目的是提供一種姐妹型的架構(gòu)—所謂的反射式與穿透式光信號交換模塊架構(gòu)，即在分波多任務(wù)系統(tǒng)中的兩種光信號交換模塊架構(gòu)。利用兩顆光回旋器、2個1×2機(jī)械式光切換器(Opticalswitches)、N-1個2×2機(jī)械式光切換器、N條單模光纖(single-mode fiber)與N條反射式光纖光柵(Fiber Brag grating)作2×2規(guī)模的兩個路由(Fiberlink)之間光信號的交換。我們強(qiáng)調(diào)在作波長交換時應(yīng)慎選光纖光柵，使其彼長與光纖光柵的中心反射波長精確對準(zhǔn)(precise alignment)，且光纖光柵的反射率宜控制在99.5％以上，如此以2.5Gb/s數(shù)字傳輸100km的單模光纖為例，理論上的功率償負(fù)(Power penalty)可降低至0.2dB以下。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種在分波多任務(wù)系統(tǒng)中的兩種光信號交換模塊架構(gòu)，其特征在于其包含兩個3端口光回旋器；兩個光路由器，連接于兩個3端口光回旋器的輸入端口及輸出端口之間，供信號輸入與輸出；以及一光信號交換模塊，連接于兩個3端口光回旋器的2個端口之間，是由2個1×2光切換器、N一1個2×2光切換器、N條單模光纖及N條反射式光纖光柵組成，其中光切換器不限定為機(jī)械式光切換器，可為連續(xù)更快支電光切換器；單模光纖及光纖光柵是連結(jié)于相鄰兩個光切換器之間，作為光信號穿透或交換之用。其中輸入及輸出端口的選取可彈性配合上下兩個光路由器作同向或反向傳輸。上述所提的2×2架構(gòu)為基礎(chǔ)，可擴(kuò)展成N×N規(guī)模。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例具體說明本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容及目的、功效

圖1為傳統(tǒng)型的兩個路由之間分波多任務(wù)光信號的交換架構(gòu)，是利用一個空間多任務(wù)切換器交換兩個不同光路由之間的光信號。
圖2為上下兩路之間的同向(Unidirectional)、反射型(Reflective type)2×2光信號交換模塊架構(gòu)。
圖3為上下兩路之間的雙向(Bidirectional)、反射型2×2光信號交換模塊架構(gòu)，其操作原理完全同于圖2。
圖4為上下兩路之間的同向(Unidirectional)、穿透型(Pass·through)2×2光信號交換模塊架構(gòu)。
圖5為上下兩路之間的雙向(Bidirectional)、穿透型2×2光信號交換模塊架構(gòu)，其操作原理完全同于圖4。
圖6、圖7和圖8分別為一組路由(反向原理也同)的5波長WDM光信號經(jīng)過反射型光信號交換模塊架構(gòu)的頻譜圖，其中圖6是輸入5波長信號，圖7是未交換的三個信號，圖8是交換的兩個信號。
參見圖1所示的傳統(tǒng)型的2×2分波多任務(wù)光信號交換架構(gòu)，兩個組背對背(Back-to-back)解多任務(wù)器(Demux)分別將上下兩個路由中的N個信號分開，再利用一個N×N空間多任務(wù)切換器(Space division switch)將兩組路由間的光信號作部份或全部的交換，空間多任務(wù)切換器為一個二維矩陣(Two-dimensionMatrix)，其目的是用以交換兩個光路由中的某些信號，且被交換的光信號之間是為同一波長(如入1=入1’，入2=入2’，以及入n=入n’…)但傳送不同信號，如圖1所示，假如交換光信號之前，上路由原本傳送的光信號為入1入2入3…入n，下路由原本傳送的光信號為入1’入2’入3’…入n’，經(jīng)過空間多任務(wù)切換器之后，例如也許入2與入2’，以及入n與入n’作交換，再分別藉由兩個多任務(wù)器(Mux)分別將兩個路由的N個光信號重新組合在一起。此時上、下兩個路由的光信號已變?yōu)槿?入2’入3…入n’及入1’入2入3’…入n，故已有入2…入n及入2’…入n’等光信號交換到對方的路由。光信號交換的數(shù)目可以由0、1個到N個，這個要看系統(tǒng)與光網(wǎng)絡(luò)的要求，不過整體交換系統(tǒng)價格稍嫌貴，且光信號之間有串音(cross-talk)及過大插入損失(Insertion loss)的問題，一般而言，整個系統(tǒng)造成的頻道插入損失約9-10dB，這個要看看制作技術(shù)與使用材料的不同而定。
參見圖2、圖3所示的本實(shí)用新型的反射型光信號交換模塊架構(gòu)，所謂反射型交換模塊架構(gòu)是表示特定波長但帶有不同信息的上下路由信號，藉由光纖光柵的反射而得到對方路由完成信號交換目的。兩個光回旋器位于模塊的兩端緊接于路由上作光信號的輸入與輸出用途，以及連結(jié)上下兩個路由之用，兩組光信號入1入2入3…入n及入1’入2’入3’…入n’是分別由兩個光回旋器的端口1端進(jìn)入，經(jīng)端口2端進(jìn)入光信號交換模塊中，若光信號i經(jīng)光纖光柵i反射則由同一個光回旋器的端口3端離開光回旋器而進(jìn)入對方的路由。反之，若光信號i不是經(jīng)過光纖光柵i，而是走單模光纖的一側(cè)則直接穿透光交換模塊到達(dá)對面的光回旋器的端口2端，再由端口3端出去繼續(xù)同一路由的傳送，例如將光纖光柵2(FBG2)左右兩邊的1×2或2×2的光切換器同時切換到連接光纖光柵2的一邊，則因?yàn)槿?及入2’的中心波長和光纖光柵2一樣，所以同時被光纖光柵2所反射，分別是入2由O2出去走到下路由，入2’由O1出去走到上路由，如此即完成光信號交換的目的，即可達(dá)成系統(tǒng)設(shè)計的功能與要求。同時間上下兩個路由中異于入2及入2’的光信號，因波長不對應(yīng)于路徑上的光纖光柵2而將穿透光纖光柵2，即經(jīng)過此單元而不被反射，繼續(xù)走向下一個單元內(nèi)含光纖光柵3與單模光纖，相同原理也可同時交換2到N個信號，此2×2系統(tǒng)架構(gòu)經(jīng)適當(dāng)設(shè)計可擴(kuò)展到N×N規(guī)模，即N個路由器中任1～多個信號做交換。
圖4所示為本實(shí)用新型上下兩路之間的同向(Unidirectional)、穿透型(Pass-through)2×2光信號交換模塊架構(gòu)，所謂穿透型交換模塊架構(gòu)是表示相同波長但帶有不同信息的光信號入i與入i’，藉由單模光纖穿透到對方路由而達(dá)成不同路由之間光信號交換的目的。連接兩個路由之間為兩個3支接腳的光回旋器，接于其后為1×2光切換器，每個選取單元包含一條中心波長匹配于光信號i(1≤i≤N)的光纖光柵i，一段單模光纖及夾于左右兩端的1×2或2×2光切換器所組成，假定每個路由為N波長的分波多任務(wù)系統(tǒng)，則利用N條光纖光柵，每條光纖光柵FBG1、FBG2…的反射中心波長需和此多波道波長入1入2…分別對應(yīng)，假設(shè)光信號入1入2入3…入n由I1輸入OC1的端口1(Port 1)端，光信號入1’入2’入3’…入n’由I2輸入OC2的端口1(Port 2)端，部份或全部光信號因?yàn)榇┩竼文９饫w而完成光信號的交換，若由O1離開OC1的端口3(Port 3)端及由O2離開OC2的端口3端的光信號分別為入1入2’入3…入n’及入1’入2入3’…入n，表示光信號入2及入n等及入2’及入n’等光信號之間已作交換。其中OC1/OC2:3端口光回旋器；SMF單模光纖；FBGi光纖光柵i；1×2/2×2OSW:1×2/2×2機(jī)械式光切換器；I1/I2上/下路由的輸入端。O1/O2上/下路由的輸出端。
圖5所示為上下兩路之間的雙向(Bidirectional)、穿透型2×2光信號交換模塊架構(gòu)，其操作原理完全同于圖4，此光信號交換功能可以操作在順向或反向，這個要看光回旋器端口1至端口3的擺放位置或光纖跳線的拉放位置而定。
在此穿透型光信號交換模塊架構(gòu)，兩個回旋器位于模塊的兩端作光信號的輸入與輸出用途，以及連結(jié)兩個不同路由之用，兩組光信號入1入2入3…入n及入1’入2’入3’…入n’是分別由兩個光回旋器的端口1端進(jìn)入，經(jīng)端口2端進(jìn)入光信號交換模塊中，若光信號I不經(jīng)光纖光柵i而穿過平行的單模光纖，則可到達(dá)另一個光回旋器的端口3端，并離開光回旋器而進(jìn)入對方的路由。反之，若光信號i走光纖光柵i的一側(cè)而被反射，則將循原路徑到達(dá)同一個光回旋器的端口2端，再由端口3端出去繼續(xù)同一路由的傳送，例如將光纖光柵2(FBG2)左右兩邊的1×2或2×2的光切換器切換到連接光纖光柵2的一邊，則因?yàn)槿?及入2’的中心波長和光纖光柵2一樣，所以同時被光纖光柵2所反射，分別是入2由01出去走到上路由，入2’由02出去走到下路由，如此光信號即循原路徑傳輸而不交換，同時間上下兩個路由異于入2及入2’的光信號，因波長不對應(yīng)于路徑上的光纖光柵2而將穿透光纖光柵2，即經(jīng)過此單元而不被反射，繼續(xù)往對方的路由方向傳送，直至遇到其波長與入n相同的第N個交換單元才決定此信號是否被交換。反之，若1×2或2×2光切換器切換到和光纖光柵2并排的單模光纖，則入2因此穿過光信號模塊而完成光信號交換的功能，同理也可交換2到N個信號，此2×2系統(tǒng)架構(gòu)經(jīng)適當(dāng)設(shè)計可擴(kuò)展到N×N規(guī)模。兩個路由之間1至N個光信號可同時交換或完全不交換，而可視系統(tǒng)的需要與光切換器的切換狀態(tài)而定，簡單的機(jī)械式光切換器的切換速度為0.1-0.5秒，可滿足低速傳輸時信號的品質(zhì)要求，高速光通信時則需要利用到切換速度為毫秒級的電光切換器(Electro-Opticalswitch)，配合系統(tǒng)需要，我們建議所使用的光纖光柵與光信號的中心波長能滿足國際電信聯(lián)盟(International Telecommunication Union,ITU)的草擬規(guī)格(頻道間距為1.6nm或其倍數(shù))，利用斜角(Angle physical contact,APC)的接頭(Connector)作連接光組件可使光纖中光信號的背向反射值(Backreflection)低于＜60dB。
下面配合圖6-圖8說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果單一路由器的光信號經(jīng)過反射型光信號交換模塊架構(gòu)的頻譜圖，當(dāng)一組5波長的光信號由上路由的I1輸入如圖6，經(jīng)過同向、反射型的光信號交換模塊，假如欲交換其中2個波長，(圖6)由I1端口看到的輸入5個光信號頻譜，(圖7)由01端口看繼續(xù)走原路由的信號1,3及5,及(圖8)由02端口看已交換至下路由的信號2及4。所以為了防止或降低信號之間的干擾，本架構(gòu)中光纖光柵的選取宜用高反射率與窄反射頻寬者，一般市售的光回旋器由端口1到端口2，或由端口2到端口3，均有約1.0dB的插入損失及45dB的光反向隔離特性，光切換器的共同端(Common port)至任一輸入/輸出端口約有0.5dB的插入損失。
本實(shí)用新型姐妹型光信號交換模塊架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)如下1．功能多元化比之傳統(tǒng)型光信號交換模塊架構(gòu)僅能作同方向路由之間的光信號交換功能，本實(shí)用新型架構(gòu)可作雙向或同方向光信號交換，這要視光網(wǎng)絡(luò)的需求而定，此特性顯現(xiàn)本實(shí)用新型架構(gòu)的彈性及多元性。2．方法簡單價格便宜傳統(tǒng)光信號交換模塊作光信號交換時，需要先將所有的光信號分開，再取其需要的光信號作交換，必需利用昂貴的多任務(wù)解器及多任務(wù)器去分離光信號，本實(shí)用新型架構(gòu)可在光纖內(nèi)直接進(jìn)行光信號的交換。3．低串音因?yàn)楣饫w光柵是非常窄頻寬的組件，它們可濾除絕大部份旁帶的光信號，若使用高反射率的光纖光柵(例如99.5％)可進(jìn)一步提升系統(tǒng)品質(zhì)。4．光回旋器、光切換器及光纖光柵造成的差入損失小，且個別波道插入損失值與平均值差異極微，即損失值的方差變異(Variation)非常小，此是因?yàn)楣饣匦骷肮馇袚Q器在1550nm波段的光信號損失是平坦整齊的。5．光纖光柵的波長及規(guī)格經(jīng)由國際電信聯(lián)盟規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化后，價格可望更便宜，且光信號交換模塊的相關(guān)設(shè)備如光切換器及光回旋器價格可望因大量使用而更低廉。6．由于插入損失低及架構(gòu)相當(dāng)簡單，本實(shí)用新型架構(gòu)可串接成多級或由文中舉例的2×2規(guī)模擴(kuò)展成N×N規(guī)模的架構(gòu)。
總而言之，上述兩種姐妹型的光信號交換模塊架構(gòu)，是利用光信號被光纖光柵反射或直接穿透光纖光柵或單模光纖而到達(dá)不同路由器，進(jìn)而達(dá)成光信號交換的目的，并實(shí)際驗(yàn)證5波長系統(tǒng)中作光信號交換的可行性，理論上此姐妹型架構(gòu)可同時交換1到N個頻道信息而不需先經(jīng)信號多任務(wù)及解多任務(wù)的步驟。此種動態(tài)型光信號交換模塊架構(gòu)融合了低串音、低插入損失及良好的光譜平坦度及低成本等優(yōu)點(diǎn)，可提升分波多任務(wù)網(wǎng)絡(luò)上的光信號傳輸彈性與信息互換功能并擴(kuò)充與升級光網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模。
權(quán)利要求1.一種在分波多任務(wù)系統(tǒng)中的兩種光信號交換模塊架構(gòu)，其特征在于其包含兩個3端口光回旋器；兩個光路由器，連接于兩個3端口光回旋器的輸入端口及輸出端口之間，供信號輸入與輸出；以及一光信號交換模塊，連接于兩個3端口光回旋器的2個端口之間，是由2個1×2光切換器、N一1個2×2光切換器、N條單模光纖及N條反射式光纖光柵組成，其中光切換器不限定為機(jī)械式光切換器，可為連續(xù)更快支電光切換器；單模光纖及光纖光柵是連結(jié)于相鄰兩個光切換器之間，作為光信號穿透或交換之用。
2.如權(quán)利要求1所述的在分波多任務(wù)系統(tǒng)中的兩種光信號交換模塊架構(gòu)，其特征在于其中輸入及輸出端口的選取可彈性配合上下兩個光路由器作同向或反向傳輸。
3.如權(quán)利要求1所述的在分波多任務(wù)系統(tǒng)中的兩種光信號交換模塊架構(gòu)，其特征在于上述所提的2×2架構(gòu)為基礎(chǔ)，可擴(kuò)展成N×N規(guī)模。
專利摘要一種在分波多任務(wù)系統(tǒng)中的兩種光信號交換模塊架構(gòu),是利用光纖光柵3端口光回旋器及光切換器提出的兩種姐妹型的分波多任務(wù)光信號交換模塊架構(gòu),可動態(tài)選擇性在光網(wǎng)絡(luò)上交換不同路由之間的光信號。此架構(gòu)可同時交換1到N個頻道的光信號而不需先作光信號多任務(wù)及解多任務(wù)的步驟,此動態(tài)型光信號交換模塊融合了低串音、低插入損失、良好的光譜平坦度及低成本等優(yōu)點(diǎn),可提升分波多任務(wù)網(wǎng)絡(luò)的存活性及彈性擴(kuò)充系統(tǒng)規(guī)模,有利于網(wǎng)絡(luò)升級及增加其附加應(yīng)用價值。
文檔編號H04B10/12GK2456381SQ0026823
公開日2001年10月24日 申請日期2000年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月26日
發(fā)明者廖顯奎, 許光裕, 祁甡 申請人:廖顯奎, 許光裕