專利名稱：用于處理光鏈路上故障的系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及光通信領(lǐng)域。更確切地說(shuō)，本發(fā)明公開(kāi)一種用于對(duì)光鏈路上的故障起反應(yīng)而重新安排光通信的系統(tǒng)。
2.問(wèn)題說(shuō)明光波分多路復(fù)用已逐漸成為光纖通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)骨干網(wǎng)。WDM(波分多路復(fù)用)系統(tǒng)采用包含許多不同波長(zhǎng)的光信號(hào)的信號(hào)(通稱為載波信號(hào)或信道)以便經(jīng)光纖傳輸信息。每個(gè)載波信號(hào)由一個(gè)或多個(gè)信息信號(hào)調(diào)制。從而，利用WDM技術(shù)可以經(jīng)過(guò)單根光纖傳輸大量的信息信號(hào)。
盡管利用WDM技術(shù)可獲得顯著較高的光纖帶寬，但是要使這些系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)可行性，就必須克服許多嚴(yán)重的問(wèn)題，例如多路復(fù)用，多路分解和實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的路由選擇。波長(zhǎng)域的加入會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜性，因?yàn)楝F(xiàn)在處理過(guò)程同時(shí)包括了濾波和路由選擇。多路復(fù)用涉及將多個(gè)信道(分別由各自的光譜定義)組合成單一的WDM信號(hào)。多路分解是反向過(guò)程，其中把單一WDM信號(hào)分解成一些單獨(dú)的信道或一些信道組。這些單獨(dú)的信道在空間上是分離的，并與特定的輸出端口耦合。路由選擇不同于多路分解，其中路由器根據(jù)控制信號(hào)在空間上將輸入光信道分離到輸出端口并置換這些信道，以便在輸入信道與輸出端口之間建立所期望的耦合。
光纖通信網(wǎng)通常設(shè)置有許多拓?fù)渑渲弥腥魏我环N拓?fù)渑渲眯问降慕K端。最簡(jiǎn)單的配置是經(jīng)光鏈路交換數(shù)據(jù)的兩個(gè)終端。它可以被擴(kuò)展為雛菊鏈配置，其中將三個(gè)或三個(gè)以上的終端通過(guò)多個(gè)光鏈路串聯(lián)起來(lái)。環(huán)形配置以及其他二維網(wǎng)絡(luò)也常被采用。在各種情況中，兩終端之間的光鏈路通常都包括用于雙向通信的許多光纖，以便在一個(gè)或多個(gè)所述光纖發(fā)生故障時(shí)提供冗余并且用于將來(lái)的擴(kuò)容。
光纖上的故障可以通過(guò)接收終端檢測(cè)信號(hào)丟失或信號(hào)功率的嚴(yán)重下降來(lái)檢測(cè)。通過(guò)監(jiān)視所接收數(shù)據(jù)中的誤碼率可以檢測(cè)光纖上更輕微的故障。無(wú)論如何，針對(duì)這類故障的常規(guī)方法已經(jīng)可以將整個(gè)WDM信號(hào)從故障光纖重選路由到未用的光纖之一。它還可以要求通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)或多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，對(duì)WDM信號(hào)重選路由。在環(huán)形配置中，針對(duì)故障的一種方法是在圍繞環(huán)的反方向上重新安排通信，以避開(kāi)所述環(huán)的故障段。
另一種方法是將WDM信號(hào)從故障光纖重選路由到具有未用容量的第二光纖。例如，被中斷的信號(hào)可以被轉(zhuǎn)換到未用的頻帶并采用頻分多路復(fù)用方式經(jīng)過(guò)第二光纖發(fā)送。同樣地，被中斷的信號(hào)可以被分配到未用的時(shí)隙并采用時(shí)分多路復(fù)用方式經(jīng)過(guò)第二光纖傳輸。所有的現(xiàn)有方法都要求大量的開(kāi)銷，來(lái)動(dòng)態(tài)地分配未用的光纖，頻率和/或時(shí)隙，然后將信號(hào)重選路由到適當(dāng)?shù)墓饫w。3.其他相關(guān)技術(shù)本申請(qǐng)人的美國(guó)專利No.5,724,165和No.5,694,233，和序列號(hào)為08/739,424的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)岢隽藘煞N用于高性能信號(hào)路由選擇(美國(guó)專利No.5.724,165)和波分多路復(fù)用(序列號(hào)08/739,424和美國(guó)專利號(hào)5,694,233)的方法。在美國(guó)專利No.5.724,165中，公開(kāi)了一種用于實(shí)現(xiàn)光交換的新結(jié)構(gòu)(路由器)，這些新結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了很高的消光比。但是，這些交換是與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)的。在序列號(hào)08/739,424的美國(guó)專利申請(qǐng)和美國(guó)專利No.5,694,233中，公開(kāi)一些提供波長(zhǎng)多路分解和路由選擇的功能的光系統(tǒng)。
涉及本專業(yè)的其他相關(guān)技術(shù)包括如下內(nèi)容發(fā)明人專利號(hào)發(fā)布日期
Fee5,777,761 1998年7月7日Fee5,731,887 1998年3月24日Ogura 5,517,489 1996年5月14日Glance 5,488,500 1996年1月20日Shiragaki 5,457,556 1995年10月l0日Yamane 5,434,691 1995年7月18日Patel等人 5,414,541 1995年5月9日Goosen等人 5,396,357 1995年5月7日Meadows5,381,250 1995年1月10日DeJule等人 5,363,228 1994年11月9日l(shuí)ino等人 5,343,464 1994年8月30日Flanagan等人 5,159,595 1992年10月27日Cozic 5,081,452 1992年1月14日Nelson 4,919,522 1990年4月24日Ammann，“具有規(guī)定的傳輸與電壓關(guān)系特征曲線的光電開(kāi)關(guān)的合成法”Journal of the Optical Society of Ameriea vol.56，no.8，pp.1081-1088(1966年8月)Harris等人“利用雙折射晶體的光網(wǎng)絡(luò)的合成｜等長(zhǎng)晶體的無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)的合成”Journal of the Optical Society of Ameriea vol.54，no.10，pp.1267-1279(1964年10月)美國(guó)專利No.5,777,761和No.5,731,887(Fee)公開(kāi)了一種光網(wǎng)絡(luò)，其中在發(fā)生鏈路故障的情況下控制器通過(guò)保護(hù)鏈路對(duì)信號(hào)重選路由。如有需要，所述控制器可以通過(guò)頻率轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)重選路由。
Ogura公開(kāi)了一種信道(即時(shí)隙)是動(dòng)態(tài)地分配的雙向光環(huán)。
Glance公開(kāi)了一種采用1×N光交換裝置、波長(zhǎng)光柵路由器(WGR)以及多路復(fù)用器的可調(diào)諧加入/引出(add/drop)濾光器。WGR輸出端包括一組直接與多路復(fù)用器耦合的保留輸出端以及一個(gè)引出輸出端。按規(guī)定路線發(fā)送至所述引出輸出端的特定WDM頻率分量由接收所述WDM信號(hào)的WGR輸入端口確定。1×N交換裝置向適當(dāng)?shù)腤GR輸入端提供WDM信號(hào)，以便向所述引出輸出端提供所選擇的頻率。保留信號(hào)和任何加入的信號(hào)都通過(guò)所述多路復(fù)用器來(lái)完成多路復(fù)用。
Shiragaki公開(kāi)了一種采用空分和波分交換來(lái)修復(fù)光通信網(wǎng)中的故障的光交叉連接系統(tǒng)。
Yamane公開(kāi)了一種采用時(shí)分多路復(fù)用實(shí)現(xiàn)保護(hù)的光通信系統(tǒng)的范例。
Patel等人公開(kāi)了采用一系列雙折射層和鐵電單元將輸入光束按規(guī)定路由發(fā)送到多個(gè)輸出位置的任何一個(gè)的光交換裝置。
Goosen等人公開(kāi)了一種單光纖的環(huán)配置，其中在所述環(huán)上沿著相反方向發(fā)送兩個(gè)離散波長(zhǎng)的光信號(hào)。這就確保了環(huán)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)接收到完全相同的數(shù)據(jù)，而不受環(huán)上任何單個(gè)點(diǎn)的故障的影響。
Meadows公開(kāi)了一種2×2光電交換裝置，它采用介質(zhì)薄膜偏振分束器和可交換光電延遲器。
DeJule等人公開(kāi)一種光交換裝置，它采用許多以陣列形式設(shè)置的與偏振無(wú)關(guān)的交換單元。每個(gè)交換單元包括空間光調(diào)制器和多個(gè)可用于沿著兩個(gè)軸中任一個(gè)選擇性地引導(dǎo)輸入光束的偏振分束器。
lino等人公開(kāi)了一種交換系統(tǒng)，它包括保護(hù)交換裝置，運(yùn)行時(shí)利用時(shí)分多路復(fù)用將工作傳輸線路切換到保護(hù)傳輸線路。
Flanagan和Cozic等人公開(kāi)了一種環(huán)形通信系統(tǒng)，其中在發(fā)生故障時(shí)沿著相反方向重新按規(guī)定路由發(fā)送信號(hào)。
Nelson公開(kāi)一種光交換裝置，它采用光電晶體，當(dāng)所述晶體置于正交電場(chǎng)中時(shí)在兩個(gè)不同光路的每一個(gè)光路中呈現(xiàn)雙折射。每一個(gè)光路對(duì)這兩個(gè)電場(chǎng)中的一個(gè)敏感，且具有各自的快慢軸組。
Ammann和Harris等人提供濾光器設(shè)計(jì)領(lǐng)域的普遍性背景。4.問(wèn)題的解決方案上述的參考技術(shù)都沒(méi)有顯示用于在兩終端之間的光鏈路上發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)多路復(fù)用和重新引導(dǎo)WDM信號(hào)的本發(fā)明的系統(tǒng)。在本發(fā)明的正常運(yùn)行情況下，WDM信號(hào)經(jīng)過(guò)終端之間的兩條光纖以兩組獨(dú)立而互斥的信道的形式傳送。例如，兩組信道可以叉指式地互相間隔。如果在一條光纖上檢測(cè)到故障，則發(fā)送終端將兩組信道組合，然后通過(guò)無(wú)故障的第二光纖按規(guī)定路由發(fā)送組合的信道。接收終端將所述組合信道多路分解，重構(gòu)第一和第二組信道以便通過(guò)光網(wǎng)絡(luò)中其他鏈路進(jìn)行后續(xù)傳輸。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種用于處理波分多路復(fù)用(WDM)光通信中故障的系統(tǒng)。兩個(gè)終端通過(guò)至少兩條光纖連接，且這兩條光纖上的通信狀態(tài)受到監(jiān)視。如果兩光纖都正常工作，則通過(guò)第一光纖按規(guī)定路由發(fā)送第一組信道，而通過(guò)第二光纖按規(guī)定路由發(fā)送第二組信道(與第一組信道互為不相容的)。但是，如果任何一條光纖上檢測(cè)到故障，則第一終端將第一和第二組信道組合起來(lái)，然后通過(guò)余下的一條光纖將組合的信道按規(guī)定路由發(fā)送到第二終端。第二終端將所述組合信道分離，重構(gòu)第一和第二組信道。可利用波長(zhǎng)分離器在這兩個(gè)終端上多路復(fù)用和多路分解信道。這種體系結(jié)構(gòu)使第一和第二組信道可以被叉指式地互相間隔。通過(guò)下面的詳細(xì)說(shuō)明和附圖，本發(fā)明的這些和其他的優(yōu)點(diǎn)，功能和目的將會(huì)更易于理解。
圖2是第一故障狀態(tài)(所述第一光纖存在故障)時(shí)的光通信系統(tǒng)的方框示意圖。
圖3是第二故障狀態(tài)(所述第二光纖存在故障)時(shí)的光通信系統(tǒng)的方框示意圖。
圖4是說(shuō)明波長(zhǎng)分離器功能的簡(jiǎn)化方框圖。
圖5是波長(zhǎng)分離器的方框示意圖。
圖6是用于將相鄰的50GHz的輸入信道分離成兩組輸出信道的波長(zhǎng)分離器的傳輸功能的光譜圖。
圖7是第一控制狀態(tài)下的1×2光學(xué)路由選擇交換裝置的方框示意圖。
圖8是第二控制狀態(tài)下的1×2光學(xué)路由選擇交換裝置的方框示意圖。
發(fā)明詳述

圖1-3是說(shuō)明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的三種工作方式的示意圖。如圖所示，終端1從輸入端口21和22接收輸入的WDM信號(hào)，并通過(guò)至少兩條光纖11和12將這些WDM信號(hào)傳送到終端2。終端2在輸出端口23和24處輸出這兩組WDM信號(hào)。終端1和2，以及光纖11和12就可以構(gòu)成點(diǎn)到點(diǎn)通信，或者它們也可以是更大的光通信網(wǎng)的一條鏈路。例如，終端1，2以及光纖11，12可以是一組光鏈路中的一條鏈路。
WDM信號(hào)包括多個(gè)信道，同時(shí)每一個(gè)信道具有各自的波長(zhǎng)或頻率范圍。此處所用的術(shù)語(yǔ)“信道”或“光譜帶”指的是用于定義單值的信息信號(hào)的特定頻率或波長(zhǎng)范圍。雖然并非必需的，但各個(gè)信道一般都均勻地與相鄰的信道相互間隔。例如，圖1-3和4中所示的波長(zhǎng)分離器可以根據(jù)圖6所示方式相鄰信道之間間隔50GHz來(lái)分離信道。不均勻的間隔可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)上的某些復(fù)雜性，但是，正如下面將看到的，本發(fā)明也適合于這種信道系統(tǒng)。信道分布設(shè)置大多根據(jù)發(fā)射機(jī)(即，激光二極管)和檢測(cè)器的技術(shù)能力決定，在此方面靈活性很重要，所以靈活性是一個(gè)相當(dāng)重要的因素。
返回圖1-3，圖1中說(shuō)明了本發(fā)明的正常工作。終端1在輸入端口21處接收到第一組輸入的WDM信道，在輸入端口22接收第二組輸入信道。第一和第二信道是互相不相容的的，即分配給這兩組信道的頻帶中不存在交疊。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，第一和第二組信道按照?qǐng)D4所示叉指式地相互間隔。例如，第一組中相鄰信道間的間隔可以為100GHz，第二組中相鄰信道間的間隔可以為100GHz。組合第一和第二組后所得到信道間叉指式間隔為50GHz。
圖4是說(shuō)明作為圖1-3所示整體系統(tǒng)的組件的個(gè)體波長(zhǎng)分離器的一般功能的方框示意圖。利用常規(guī)光信號(hào)耦合技術(shù)將輸入的WDM信號(hào)與波長(zhǎng)分離器100的輸入端口耦合。波長(zhǎng)分離器100將輸入信號(hào)分離成兩組信道，然后按照?qǐng)D4所示的方式將其按規(guī)定路由發(fā)送到各個(gè)輸出端口。在最佳實(shí)施例中，波長(zhǎng)分離器100將交錯(cuò)相鄰的輸入信道分離成第一和第二組信道。圖6說(shuō)明具有50GHz信道間隔的波長(zhǎng)分離器的傳輸特性。各個(gè)波長(zhǎng)分離器100固有地是雙向的，因此可以以可互換的方式或者用于將輸入信號(hào)分離(或多路分解)成兩組輸出信道、或者用于將兩組輸入信道組合(或多路復(fù)用)成組合的輸出WDM信號(hào)。下面參照?qǐng)D5更全面地討論波長(zhǎng)分離器的一種實(shí)現(xiàn)形式的結(jié)構(gòu)和操作的細(xì)節(jié)。
在圖1-3中，終端1中的波長(zhǎng)分離器101和102安排成組合(或多路復(fù)用)任何在其各自輸入端口(波長(zhǎng)分離器101，102的左邊所示的)接收的WDM信號(hào)。各波長(zhǎng)分離器101，102的輸出端口與1×2光學(xué)路由選擇交換裝置201，201連接。這兩個(gè)1×2交換裝置的狀態(tài)都由控制器51來(lái)控制。這兩個(gè)1×2交換裝置根據(jù)系統(tǒng)的控制狀態(tài)，將波長(zhǎng)分離器101和102的輸出WDM信號(hào)按規(guī)定路由發(fā)送到光纖11，12或者對(duì)置的波長(zhǎng)分離器102，101的輸入端口，更具體的細(xì)節(jié)將在下面予以說(shuō)明。下面參照?qǐng)D7和圖8詳細(xì)討論1×2光學(xué)路由選擇交換裝置的一種可能的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作。
在接收終端2進(jìn)行逆向處理過(guò)程。波長(zhǎng)分離器103和104分離(或多路分解)所接收的信道，以重構(gòu)第一和第二組信道。檢測(cè)器53和54監(jiān)視所接收的WDM信號(hào)以判斷光纖11和12是否有一條發(fā)生故障。如果檢測(cè)到故障，則控制器52切換1×2光學(xué)路由選擇交換裝置203和204的控制狀態(tài)，以便將WDM信號(hào)按規(guī)定路由發(fā)送到適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)分離器103和104來(lái)進(jìn)行多路分解，下面將就此予以更具體地說(shuō)明。故障狀態(tài)也向上游傳達(dá)至第一終端1的控制器51(例如，通過(guò)單獨(dú)的光鏈路，未顯示)，以便對(duì)其1×2光學(xué)路由選擇交換裝置進(jìn)行相應(yīng)的配置。
圖1說(shuō)明本發(fā)明系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)，其中兩條光纖11和12都工作正常(即，無(wú)故障)。在終端1處，第一組信道輸入到波長(zhǎng)分離器101的第一輸入端口，第二組信道輸入到波長(zhǎng)分離器102的第二輸入端口。光交換裝置201將波長(zhǎng)分離器101的輸出WDM信號(hào)(即，第一組信道)按規(guī)定路由發(fā)送到第一光纖11。同樣地，光交換裝置202將從波長(zhǎng)分離器102的輸出WDM信號(hào)(即，第二組信道)按規(guī)定路由發(fā)送到第二光纖12。在終端2處，光交換裝置203將通過(guò)光纖11接收的WDM信號(hào)(即，第一組信道)按規(guī)定路由發(fā)送到波長(zhǎng)分離器103的輸入端口。由于其傳輸特征的原因，所有第一組信道都被輸出到波長(zhǎng)分離器103的第一輸出端口23，而完全不會(huì)從波長(zhǎng)分離器103的第二輸出端口輸出到光交換裝置204。同樣地，光交換裝置204將通過(guò)光纖12接收的WDM信號(hào)(即，第二組信道)按規(guī)定路由發(fā)送到波長(zhǎng)分離器104的輸入端口24，如圖1所示。
圖2說(shuō)明第一光纖發(fā)生故障的第一故障狀態(tài)。例如，這種狀態(tài)可以通過(guò)在檢測(cè)器53處所接收的信號(hào)的丟失來(lái)識(shí)別。相應(yīng)地，控制器52改變終端2中的光交換裝置203的控制狀態(tài)，并且控制器51改變終端1中光交換裝置201的控制狀態(tài)，如圖2所示。由于這種交換配置的結(jié)果，波長(zhǎng)分離器101的輸出WDM信號(hào)(即第一組信道)由光交換裝置201按規(guī)定路由發(fā)送到波長(zhǎng)分離器102的第一輸入端口，并與在波長(zhǎng)分離器102的第二輸入端口22輸入的第二組信道組合。波長(zhǎng)分離器102輸出的組合信道由光交換裝置202通過(guò)第二光纖12按規(guī)定路由發(fā)送到終端2。
在終端2處，將多路復(fù)用處理過(guò)程顛倒、以重構(gòu)第一和第二組信道。組合的信道組經(jīng)光纖12被光交換裝置204和波長(zhǎng)分離器104接收。波長(zhǎng)分離器104將組合的信道分離成第一組信道(在第一輸出端口輸出)和第二組信道(在第二輸出端口24輸出)。第一組信道被光交換裝置203按規(guī)定路由發(fā)送到波長(zhǎng)分離器103的輸入端口，然后波長(zhǎng)分離器103將所述第一組信道在其第一輸出端口23輸出，如圖2所示。
圖3說(shuō)明第二光纖發(fā)生故障的第二故障狀態(tài)。這種狀態(tài)可以通過(guò)在檢測(cè)器54處所接收信號(hào)的丟失來(lái)識(shí)別?？刂破?2改變終端2中的光交換裝置204的控制狀態(tài)，并且控制器51改變終端1中光交換裝置202的控制狀態(tài)，如圖3所示。作為這種切換配置的結(jié)果，波長(zhǎng)分離器102的輸出WDM信號(hào)(即第二組信道)由光交換裝置202按規(guī)定路由發(fā)送到波長(zhǎng)分離器101的第二輸入端口，并與在波長(zhǎng)分離器101的第一輸入端口21輸入的第一組信道組合。波長(zhǎng)分離器101輸出的組合信道被光交換裝置201經(jīng)第一光纖11按規(guī)定路由發(fā)送到終端2。
在終端2，組合的信道通過(guò)光纖11被光交換裝置203和波長(zhǎng)分離器103接收。波長(zhǎng)分離器103將組合信道分離成第一組信道(在其第一輸出端口23輸出)和第二組信道(在其第二輸出端口輸出)。第二組信道被光交換裝置204按規(guī)定路由發(fā)送到波長(zhǎng)分離器104的輸入端口，然后波長(zhǎng)分離器104將所述第二組信道在其第二輸出端口24輸出，如圖3所示。
根據(jù)需要，可以擴(kuò)展本發(fā)明來(lái)處理終端之間兩根以上的光纖。例如，可以將三組互不相容的信道分別分配到三根光纖中的每一根。如果一根或兩根光纖發(fā)生故障，則可以將兩組或所有三組信道組合，并通過(guò)剩余的光纖傳送到接收終端。然后，接收終端按如上所述將所述組合的信道多路分解，以重構(gòu)所有三組信道。
上述討論假設(shè)第一和第二組信道叉指式地互相間隔，如圖4所示。但是，也可以采用其他信道配置，只要存在至少兩組互不相容的信道即可。例如，可以采用交錯(cuò)的信道塊來(lái)定義第一和第二組信道。
其他類型的頻率多路復(fù)用器和多路分解器可以容易地取代圖1-3中的波長(zhǎng)分離器101-104。例如，可以采用偏振旋轉(zhuǎn)器和偏振分束器來(lái)組合第一和第二組信道，以取代終端1中的波長(zhǎng)分離器101和102。多路分解可以通過(guò)濾光器或衍射光柵來(lái)實(shí)現(xiàn)，雖然這種方法會(huì)導(dǎo)致較低的效率和較高的成本。
波長(zhǎng)分離器圖5是波長(zhǎng)分離器100的詳細(xì)示意圖。每條光路或者用表示某點(diǎn)光信號(hào)中水平光偏振的水平雙箭頭線、或者用表示某點(diǎn)光信號(hào)中垂直偏振的垂直雙箭頭線、或者用表示某點(diǎn)光信號(hào)中混合的水平和垂直光偏振的水平和垂直兩種雙箭頭線標(biāo)出。
輸入信號(hào)311進(jìn)入第一雙折射元件330，后者用于在空間上分離輸入信號(hào)的水平和垂直偏振分量。第一雙折射元件330包含一種材料，這種材料使光信號(hào)的垂直偏振部分可以不改變傳送方向地通過(guò)、因?yàn)樗鼈兪谴穗p折射元件330中的尋常波。相反，水平偏振波則按一定角度改變方向，因?yàn)殡p折射的離散效果所致。改變方向的角度是所選擇的特定材料的眾所周知的功能。適合構(gòu)成雙折射元件的材料的范例包括方解石，金紅石，鈮酸鋰，YVO4基晶體等。水平偏振分量作為第一雙折射元件330中的非尋常信號(hào)沿著路徑401傳送，同時(shí)，垂直偏振分量402作為尋常信號(hào)傳送和通過(guò)而沒(méi)有在空間上改變方向。所得到的信號(hào)401和402都攜帶有輸入信號(hào)311的全頻譜。
光束分量401和402中至少有一個(gè)耦合到偏振旋轉(zhuǎn)器340，所述偏振旋轉(zhuǎn)器340按預(yù)定量選擇性地旋轉(zhuǎn)束分量401或402的偏振狀態(tài)。在最佳實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)器340按0°(即不旋轉(zhuǎn))或90°旋轉(zhuǎn)信號(hào)。在圖5中，垂直偏振分量402被按90°旋轉(zhuǎn)，這樣射出偏振旋轉(zhuǎn)器340的信號(hào)403和404都具有水平偏振。同樣，在此階段，水平和垂直分量402和403兩者都包含輸入的WDM信號(hào)311中各信道的完整頻譜。
多層波片元件361是層疊的多片雙折射波片，它具有選擇的方向，可產(chǎn)生兩種特征態(tài)。第一特征態(tài)攜帶具有與輸入時(shí)相同偏振的第一組信道，而第二特征態(tài)攜帶正交偏振的互補(bǔ)信道組。入射光束的偏振和兩個(gè)輸出偏振構(gòu)成了一對(duì)光譜響應(yīng)，(H，H)和(V，V)攜帶來(lái)自輸入光譜的第一組信道，而(H，V)和(V，H)攜帶輸入光譜的互補(bǔ)的(第二)組信道，其中V和H分別是垂直和水平偏振。對(duì)于輸入到圖5所示的第一多層波片的水平偏振光403和404，屬于水平偏振的第一組信道和屬于垂直偏振的第二組信道都產(chǎn)生正交垂直和水平偏振。
返回到圖5，由第一多層波片元件361輸出的光響應(yīng)對(duì)(the pairs ofoptical responses)405和406耦合到第二雙折射元件350。所述雙折射元件350具有類似于第一雙折射元件330的結(jié)構(gòu)，并且在空間上將輸入光信號(hào)405和406的水平和垂直偏振分量分離。如圖5所示，光信號(hào)405和406被分拆為包含第二組信道的垂直偏振分量407和408以及包含第一組信道的水平偏振分量409和410。由于雙折射離散效果，攜帶水平偏振的第一組信道409和410以及垂直偏振的第二組信道407和408的兩個(gè)正交偏振通過(guò)第二雙折射元件350被分離。
在第二雙折射元件350之后，可以按相反的次序再次設(shè)置第二雙折射元件350的輸入端的那些光學(xué)元件，如圖5所示。第二多層波片元件362具有基本上與第一多層波片元件361相同的構(gòu)成。輸入到第二多層波片元件362的水平偏振光束409和410被進(jìn)一步地純化，當(dāng)它們射出第二多層波片元件362時(shí)保持其偏振方向。另一方面，當(dāng)垂直偏振光束407和408射出第二多層波片元件362時(shí)經(jīng)過(guò)90°的偏振旋轉(zhuǎn)，并且也被純化。90°偏振旋轉(zhuǎn)是由于垂直偏振光束407和408攜帶第二組信道且處于多層波片元件362的互補(bǔ)狀態(tài)所致。在多層波片元件362的輸出端，所有的四個(gè)光束411，412，413和414都具有水平偏振。但是，由多層波片元件361和362的濾光器特性限定的光譜帶被分離為上層的第二組信道和下層的第一組信道。
為了重新組合兩組光束411與412，413與414的頻譜，采用了第二偏振旋轉(zhuǎn)器341和第三雙折射元件370。第二旋轉(zhuǎn)器341截取四個(gè)平行光束411-414中的至少兩個(gè)，并旋轉(zhuǎn)所述光束的偏振角度，以便在第二偏振旋轉(zhuǎn)器341的輸出端、對(duì)應(yīng)于各光譜帶產(chǎn)生正交偏振的光束對(duì)415與416，417與418。在圖5的情況中，光束411和413的偏振角度被旋轉(zhuǎn)90°，而光束412和414在不改變偏振角度的情況下通過(guò)。最后，第三雙折射元件370利用離散效果將這兩個(gè)正交偏振光束對(duì)415與416，417與418重新組合，以便分別產(chǎn)生兩組在輸出端口314和313射出的信道。
1×2光學(xué)路由選擇交換裝置圖7和圖8顯示根據(jù)本發(fā)明的1×2光學(xué)路由選擇交換裝置200的兩種控制狀態(tài)下的示意圖。交換裝置200包括光輸入/輸出端口211，用于從光纖(范例，未顯示)接收光信號(hào)。光信號(hào)可被控制，以便按規(guī)定路由發(fā)送到用于向其他光纖(未顯示)發(fā)送已交換的信號(hào)的光學(xué)輸出端口212和213之一。
光信號(hào)通過(guò)端口211進(jìn)入交換裝置200，并被雙折射元件230分離成兩個(gè)正交偏振光。雙折射元件230的光軸相對(duì)于光束傳播方向傾斜地取向，使得在射出所述雙折射元件230時(shí)光信號(hào)被分解為正交偏振的平行光束對(duì)。用于構(gòu)成雙折射元件230的雙折射晶體的刻面(facet)可以(但不是必需的)與光束的傳播方向垂直。雙折射元件230包括這樣一種材料，它使光信號(hào)的垂直偏振部分可以在不改變傳送方向的情況下通過(guò)，因?yàn)樗鼈兪谴穗p折射元件230中的尋常波。相反，水平偏振波被按一定角度改變方向，因?yàn)殡p折射離散效果所致。改變方向的角度是所選擇的特定材料的眾所周知的功能。
偏振轉(zhuǎn)換器240分為兩個(gè)子元件，如圖7和圖8所示的左右半邊。這兩個(gè)子元件這樣配置、其中一個(gè)為通(on)(以剖面線表示)，一個(gè)為偏離(off)。這種設(shè)置使得兩種光束在射出偏振轉(zhuǎn)換器240時(shí)都變成垂直偏振(圖8所示的)或水平偏振(圖7所示的)。
作為圖7和圖8的一個(gè)特定范例，第二雙折射元件250包括類似于第一雙折射元件230的材料。第二雙折射元件250這樣取向，使得其特征平面與第一雙折射元件230的特征平面垂直。因?yàn)檫M(jìn)入第二雙折射元件250的兩束光束具有相同的偏振角度，所以都不受干擾地通過(guò)(圖7)或都向上改變方向(圖8)。元件250的物理尺寸決定了所產(chǎn)生的改變方向的量。
射出第二雙折射元件350的兩束光束進(jìn)入第二偏振旋轉(zhuǎn)器陣列260。這種偏振旋轉(zhuǎn)器陣列160包括兩個(gè)類似前面討論過(guò)的第一旋轉(zhuǎn)器陣列240的兩個(gè)子元件，用于適應(yīng)射出第二雙折射元件250的可能的兩對(duì)光路，通過(guò)比較圖7和圖8可以明白?？梢赃@樣控制第二偏振旋轉(zhuǎn)器陣列260，使得其通/偏離狀態(tài)與第一偏振旋轉(zhuǎn)器陣列240的通/偏離狀態(tài)相反或互補(bǔ)。這種互補(bǔ)配置使得射出第二偏振旋轉(zhuǎn)器陣列260的各個(gè)光信號(hào)部分具有與進(jìn)入第一偏振旋轉(zhuǎn)器陣列240之前射出的偏振角度相反的偏振角度。
第三雙折射元件270包括一種類似上述雙折射元件230和250的材料和結(jié)構(gòu)。第三雙折射元件250這樣取向，使得其偏振特征平面與第一雙折射元件230的偏振特征平面平行，而與第二雙折射元件250的偏振特征平面垂直。最后的雙折射元件270用于將兩種光信號(hào)部分重新組合成或者與輸出端口213(圖7)或者與輸出端口212(圖8)對(duì)齊的單個(gè)信號(hào)，具體取決于1×2光學(xué)路由選擇交換裝置200的控制狀態(tài)。
因?yàn)樵?30，240，250，260和270中的每一個(gè)都是雙向裝置，所以整個(gè)1×2光學(xué)路由選擇交換裝置200在兩個(gè)方向上的操作效果是一樣的。換言之，端口212和213可以用作輸入端將信號(hào)傳播到端口211，因此1×2光學(xué)路由選擇交換裝置200可以用于在任何給定時(shí)間選擇哪個(gè)信號(hào)與端口211耦合。
上述公開(kāi)的內(nèi)容提出了本發(fā)明的許多實(shí)施例。在本發(fā)明技術(shù)前提和符合后面的權(quán)利要求書的前提下，可以進(jìn)行前面未提出的其他設(shè)置或?qū)嵤├?br> 權(quán)利要求
1.一種用于利用包含多個(gè)信道的波分多路復(fù)用(WDM)信號(hào)通過(guò)第一光纖和第二光纖從第一終端向第二終端進(jìn)行光通信的方法，所述方法包括監(jiān)視所述第一光纖的狀態(tài)，以便確定所述第一光纖處于正常工作的正常狀態(tài)以及所述第一光纖有故障的故障狀態(tài)；在所述正常狀態(tài)下，通過(guò)所述第一光纖按規(guī)定路由發(fā)送所述第一組信道，并且通過(guò)所述第二光纖按規(guī)定路由發(fā)送所述第二組信道，其中所述第一組信道和所述第二組信道是互不相容的；以及在所述故障狀態(tài)下(a)在所述第一終端組合所述第一和第二組信道；(b)通過(guò)所述第二光纖將所述組合的信道按規(guī)定路由發(fā)送到所述第二終端；以及(c)在所述第二終端將所述組合的信道分離成所述第一和第二組信道。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述第一組信道和所述第二組信道叉指式地相互間隔。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于在所述第一終端組合所述第一組信道和所述第二組信道的所述步驟是通過(guò)至少一個(gè)波長(zhǎng)分離器來(lái)完成的。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于在所述第二終端分離所述組合的信道的所述步驟是通過(guò)至少一個(gè)波長(zhǎng)分離器來(lái)完成的。
5.一種用于利用包含多個(gè)信道的波分多路復(fù)用(WDM)信號(hào)通過(guò)第一光纖和第二個(gè)光纖從第一終端向第二終端進(jìn)行光通信的方法，所述方法包括監(jiān)視所述第一光纖和所述第二光纖的狀態(tài)，以便確定所述第一光纖處于正常工作的正常狀態(tài)、所述第一光纖有故障的第一故障狀態(tài)和所述第二光纖有故障的第二故障狀態(tài)；在所述正常狀態(tài)下，通過(guò)所述第一光纖按規(guī)定路由發(fā)送所述第一組信道并且通過(guò)所述第二光纖按規(guī)定路由發(fā)送所述第二組信道，其中所述第一組信道和所述第二組信道是互不相容的；在所述第一故障狀態(tài)下(a)在所述第一終端組合所述第一組信道和所述第二組信道；(b)通過(guò)所述第二光纖將所述組合的信道按規(guī)定路由發(fā)送到所述第二終端；以及(c)在所述第二終端將所述組合的信道分離成所述第一和第二組信道；在所述第二故障狀態(tài)下(a)在所述第一終端組合所述第一組信道和所述第二組信道；(b)通過(guò)所述第一光纖將所述組合的信道按規(guī)定路由發(fā)送到第二終端；以及(c)在所述第二終端將所述組合的信道分離成所述第一和第二組信道。
6.權(quán)利要求5的方法，其特征在于所述第一和第二組信道是叉指式地相互間隔的。
7.權(quán)利要求5的方法，其特征在于在所述故障狀態(tài)下，在所述第一終端組合所述第一組信道和所述第二組信道的所述步驟是通過(guò)至少一個(gè)波長(zhǎng)分離器來(lái)完成的。
8.權(quán)利要求5的方法，其特征在于在所述故障狀態(tài)下，在所述第二終端分離所述組合的信道的所述步驟是通過(guò)至少一個(gè)波長(zhǎng)分離器來(lái)完成的。
9.一種經(jīng)至少第一光纖和第二光纖提供從第一終端向第二終端的光通信的光通信系統(tǒng)，所述第一和第二光纖傳輸包含第一和第二組信道的波分多路復(fù)用(WDM)信號(hào)，其中所述第一和第二組信道是互不相容的，并且所述光通信系統(tǒng)包括控制器，用于監(jiān)視所述第一光纖和所述第二光纖的狀態(tài)，所述控制器確定所述第一和第二光纖都正常工作的正常狀態(tài)、所述第一光纖有故障的第一故障狀態(tài)和所述第二光纖有故障的第二故障狀態(tài)；所述第一終端具有(a)第一多路復(fù)用器，用于組合來(lái)自第一輸入端口和第二輸入端口的光信號(hào)，其中所述第一輸入端口接收所述第一組信道；(b)第二多路復(fù)用器，用于組合來(lái)自第一輸入端口和第二輸入端口的光信號(hào)，其中所述第二輸入端口接收所述第二組信道；(c)第一光學(xué)交換裝置，用于選擇性地將來(lái)自所述第一多路復(fù)用器的所述組合光信號(hào)在所述正常狀態(tài)和所述第二故障狀態(tài)下按規(guī)定路由發(fā)送到所述第一光纖、而在所述第一故障狀態(tài)下按規(guī)定路由發(fā)送到所述第二多路復(fù)用器的所述第一輸入端口；(d)第二光學(xué)交換裝置，用于選擇性地將來(lái)自所述第二多路復(fù)用器的所述組合光信號(hào)在所述正常狀態(tài)和所述第一故障狀態(tài)下按規(guī)定路由發(fā)送到所述第二光纖、而在所述第二故障狀態(tài)下按規(guī)定路由發(fā)送到所述第一多路復(fù)用器的所述第二輸入端口；以及所述第二終端具有(a)第一多路分解器，用于將來(lái)自輸入端口的光信號(hào)分離成第一輸出端口的第一組信道和第二輸出端口的第二組信道；(b)第二多路分解器，用于將來(lái)自輸入端口的光信號(hào)分離成第一輸出端口的第一組信道和第二輸出端口的第二組信道；(c)第三光學(xué)交換裝置，用于選擇性地在所述正常狀態(tài)和所述第二故障狀態(tài)下將來(lái)自所述第一光纖的所述信道按規(guī)定路由發(fā)送到所述第一多路分解器的所述輸入端口、以及選擇性地在所述第一故障狀態(tài)下將來(lái)自所述第二多路分解器的所述第一輸出端口的所述第一組信道按規(guī)定路由發(fā)送到所述第一多路分解器的所述輸入端口；以及(d)第四光學(xué)交換裝置，用于選擇性地在所述正常狀態(tài)和所述第一故障狀態(tài)下將來(lái)自所述第二光纖的所述信道按規(guī)定路由發(fā)送到所述第二多路分解器的所述輸入端口、以及選擇性地在所述第二故障狀態(tài)下將來(lái)自所述第一多路分解器的所述第二輸出端口的所述第二組信道按規(guī)定路由發(fā)送到所述第二多路分解器的所述輸入端口。
10.權(quán)利要求9的光通信系統(tǒng)，其特征在于所述第一和第二組信道叉指式地相互間隔。
11.權(quán)利要求9的光通信系統(tǒng)，其特征在于所述第一多路復(fù)用器、第二多路復(fù)用器、第一多路分解器和第二多路分解器中至少一個(gè)包括波長(zhǎng)分離器。
12.權(quán)利要求11的光通信系統(tǒng)，其特征在于所述波長(zhǎng)分離器包括第一偏振相關(guān)路由選擇元件，用于在空間上將包含多個(gè)信道的輸入光束分離成一對(duì)正交偏振的光束；偏振旋轉(zhuǎn)器，用于旋轉(zhuǎn)所述一對(duì)正交偏振光束中的至少一束光束，以便產(chǎn)生具有相同偏振方向的第一和第二光束；波長(zhǎng)濾光器，它通過(guò)耦合從所述偏振旋轉(zhuǎn)器接收所述第一和第二光束，所述波長(zhǎng)濾光器具有與偏振方向有關(guān)的光傳輸功能，使得所述第一光束分解成其偏振方向彼此正交的第三和第四光束、所述第二光束分解成其偏振方向彼此正交的第五和第六光束，其中所述第三和第五光束攜帶第一偏振方向的所述第一組信道，所述第四和第六光束攜帶第二偏振方向的所述第二組信道，所述第一和第二偏振方向是正交的；第二偏振相關(guān)路由選擇元件，用于在空間上根據(jù)其偏振方向沿第一光路按規(guī)定路由發(fā)送攜帶所述第一組信道的所述第三和第五光束、沿第二光路按規(guī)定路由發(fā)送攜帶所述第二組信道的所述第四和第六光束。
13.權(quán)利要求12的光通信系統(tǒng)，其特征在于所述波長(zhǎng)濾光器包括層疊的多個(gè)雙折射波片，其中各波片按預(yù)定方向取向。
14.一種經(jīng)第一光纖和第二光纖提供從第一終端向第二終端的光通信的光通信系統(tǒng)，所述第一和第二光纖傳輸包含第一組信道和在所述第一組信道之間叉指式地相互間隔的第二組信道的波分多路復(fù)用(WDM)信號(hào)，其中所述光通信系統(tǒng)包括控制器，用于監(jiān)視所述第一光纖和所述第二光纖的狀態(tài)，所述控制器確定所述兩個(gè)光纖都處于正常工作的正常狀態(tài)、所述第一光纖有故障的第一故障狀態(tài)和所述第二光纖有故障的第二故障狀態(tài)；所述第一終端具有(a)第一波長(zhǎng)分離器，用于組合來(lái)自第一輸入端口和第二輸入端口的光信號(hào)，其中所述第一輸入端口接收所述第一組信道；(b)第二波長(zhǎng)分離器，用于組合來(lái)自第一輸入端口和第二輸入端口的光信號(hào)，其中所述第二輸入端口接收所述第二組信道；(c)第一光學(xué)交換裝置，用于選擇性地將來(lái)自所述第一波長(zhǎng)分離器的所述組合光信號(hào)在所述正常狀態(tài)和所述第二故障狀態(tài)下按規(guī)定路由發(fā)送到所述第一光纖、而在所述第一故障狀態(tài)下按規(guī)定路由發(fā)送到所述第二波長(zhǎng)分離器的所述第一輸入端口；以及(d)第二光學(xué)交換裝置，用于選擇性地將來(lái)自所述第二波長(zhǎng)分離器的所述組合光信號(hào)在所述正常狀態(tài)和所述第一故障狀態(tài)下按規(guī)定路由發(fā)送到所述第二光纖、而在所述第二故障狀態(tài)下按規(guī)定路由發(fā)送到所述第一波長(zhǎng)分離器的所述第二輸入端口；所述第二終端具有(a)第三波長(zhǎng)分離器，用于將來(lái)自輸入端口的光信號(hào)分離成第一輸出端口的第一組信道和第二輸出端口的第二組信道；(b)第四波長(zhǎng)分離器，用于將來(lái)自輸入端口的光信號(hào)分離成第一輸出端口的第一組信道和第二輸出端口的第二組信道；(c)第三光學(xué)交換裝置，用于選擇性地在所述正常狀態(tài)和所述第二故障狀態(tài)下將來(lái)自所述第一光纖的信道按規(guī)定路由發(fā)送到所述第三波長(zhǎng)分離器的所述輸入端口、以及在所述第一故障狀態(tài)下將來(lái)自所述第四波長(zhǎng)分離器的所述第一輸出端口的所述第一組信道按規(guī)定路由發(fā)送到所述第三波長(zhǎng)分離器的所述輸入端口；以及(d)第四光學(xué)交換裝置，用于選擇性地在所述正常狀態(tài)和所述第一故障狀態(tài)下將來(lái)自所述第二光纖的信道按規(guī)定路由發(fā)送到所述第四波長(zhǎng)分離器的所述輸入端口、并且選擇性地在所述第二故障狀態(tài)下將來(lái)自所述第三波長(zhǎng)分離器的所述第二輸出端口的所述第二組信道按規(guī)定路由發(fā)送到所述第四波長(zhǎng)分離器的所述輸入端口。
15.權(quán)利要求14的光通信系統(tǒng)，其特征在于所述波長(zhǎng)分離器中的至少一個(gè)包括第一偏振相關(guān)路由選擇元件，用于在空間上將包含多個(gè)信道的輸入光束分離成一對(duì)正交偏振光束；偏振旋轉(zhuǎn)器，用于旋轉(zhuǎn)所述一對(duì)正交偏振光束中至少一束光束，以便產(chǎn)生具有相同偏振方向的第一和第二光束；波長(zhǎng)濾光器，它通過(guò)耦合從所述偏振旋轉(zhuǎn)器接收所述第一和第二光束，所述波長(zhǎng)濾光器具有與偏振方向有關(guān)的光傳輸功能，使得所述第一光束分解成其偏振方向彼此正交的第三和第四光束、而所述第二光束分解成其偏振方向彼此正交的第五和第六光束，其中所述第三和第五光束攜帶具有第一偏振方向的所述第一組信道、而所述第四和第六光束攜帶具有第二偏振方向的所述第二組信道，所述第一和第二偏振方向是正交的；以及第二偏振相關(guān)路由選擇元件，用于在空間上根據(jù)其偏振方向沿第一光路按規(guī)定路由發(fā)送攜帶所述第一組信道的所述第三和和第五光束、沿第二光路按規(guī)定路由發(fā)送攜帶所述第二組信道的所述第四和第六光束。
16.權(quán)利要求15的光通信系統(tǒng)，其特征在于所述波長(zhǎng)濾光器包括層疊的多個(gè)雙折射波片，其中各波片按預(yù)定方向取向。
全文摘要
一種處理通過(guò)至少兩條光纖(11,12)連接的兩終端(1,2)之間波分多路復(fù)用(WDM)光通信中的故障的系統(tǒng),該系統(tǒng)監(jiān)視經(jīng)過(guò)兩光纖的通信狀態(tài)。如果兩光纖(11,12)都正常工作,則經(jīng)第一光纖(11)按規(guī)定路由發(fā)送第一組信道,而經(jīng)第二光纖(12)按規(guī)定路由發(fā)送第二組信道(與第一組信道互不相容)。但是,如果在任何一條光纖(11,12)上檢測(cè)到故障,則第一終端(1)將第一和第二組信道組合起來(lái),并通過(guò)余下的一條光纖將組合的信道按規(guī)定路由發(fā)送到第二終端(2)。第二終端(2)將組合的信道分離,以重構(gòu)第一和第二組信道。波長(zhǎng)分離器(101－104)可用于在兩個(gè)終端多路復(fù)用和多路分解信道。這種體系結(jié)構(gòu)使第一和第二組信道可以叉指式地相互間隔。
文檔編號(hào)H04J14/02GK1333960SQ99815477
公開(kāi)日2002年1月30日 申請(qǐng)日期1999年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月12日
發(fā)明者劉建羽, 伍光義 申請(qǐng)人:喬拉姆技術(shù)有限公司