用于波長分割多路復用選擇的電全息波長選擇光子開關的制作方法

專利名稱：用于波長分割多路復用選擇的電全息波長選擇光子開關的制作方法
技術領域：
和背景本發明涉及一種在基于波長分割多路復用(WDM)的光學通信中有用的開關陣列，更具體地說，涉及一種波長選擇的交叉連接及其使用方法。
光纖通信信道是一種在介質(比如光纖)中傳播的光束，根據要在該信道上傳輸的數據實時地調制該光束的強度。在WDM中，在相同的光纖上以不同的載波波長傳輸N個信道中的每個信道。在當前的技術發展狀況下，通過對應于可以小到100GHz的頻率間隔的波長差Δλ間隔開的80種分立的波長，這種WDM鏈接能夠高達80個信道。
高速多維開關實質上是在高速數據通信系統、多媒體服務或高性能并行計算機中的構造塊。然而，電子地實施這種開關受到它們的固有的限制。已經顯示，通過已有的電子開關技術不可能滿足所出現的寬帶通信的應用的需要。此外，電子開關裝置并不能與光纖通信系統直接集成，而光纖通信系統正成為重要的通信技術。光學地實施開關裝置相對于電子地實施的開關裝置在幾方面擁有固有的優點。
近年來已經將全息光學元件和體積全息照相用于在光學互連網絡中光束的二維控制，尤其是用于高度并行的計算機互連。然而，這種系統通常(至少是在體積全息照相的情況下)依賴于許多固定全息圖的使用，在此其中所需的一個全息圖是借助于它的波長或入射方向應用所選擇的參考光束重現的，或在要執行每次控制動作之前立即實時地重寫所需的全息圖。因此，這種全息照相并不是可直接電切換的，因此并不能提供簡單的系統結構和高速的操作。
由于通過應用WDM增加了在光纖通信系統中的位吞吐率，人們已經研制了一種具有很窄的譜線寬度的成本效率合算的光源。用于光通信的這種激光的開發使得可以應用體積(厚)全息圖作為選擇裝置。因為這種全息圖固有地對波長非常敏感，所以以前在商業上應用它們還不可行。如今厚全息圖的應用使得能夠將不同的WDM通信信道導向到在相同的網絡中的不同的目的地，由此可以進行三維控制。然而，到迄今為止，基于應用已有技術的全息圖的不能直接電切換的光學開關都既不具有足夠高的速度也不具有足夠低的串擾電平，因此都不能夠應用于當前正在使用或在開發的光通信系統中。
電全息照相技術(electroholography)是一種基于通過將電場應用于包含光柵的介質中控制體積光柵中的衍射的一般束切換方法。通過在順電光折射晶體中實現的電壓控制的光折射效應可以實施電全息照相，在該順電光折射晶體中電光效應是二次的。這里光柵起先以光折射空間電荷的形式存儲在介質中，這種空間電荷產生了感應的偏振光柵，隨后在將電場施加到介質中時通過二次電光效應將其轉換為折射率(雙折射)光柵。可替換的是，還可以以如下的電介質光折射效應實施電全息照相這里光柵首先以介電常數的光柵的形式存儲，在將電場施加到介質中時通過二次電光效應將其轉換為折射率(雙折射)光柵。在后一種情況中，可以通過形成在晶體中的化學成分的空間變化產生介質光柵，因為這種化學成分的空間能夠引起相變溫度的空間變化。
Aharon Agranat等人在PCT/IL99/00368(以引用參考的方式將其結合在本申請中，如同在此描述了該申請的全部內容一樣)中教導了一種在光通信中特別有用的電全息開關。電全息照相技術使得通過外部施加的電場能夠控制體積全息圖的再現過程。電全息照相技術基于在順電相(paraelectric phase)中應用電壓控制的光折射效應，其中電光效應是二次的。通過給晶體施加電場可以再現在順電晶體中以空間電荷的空間分布的方式存儲的體積全息圖。這種電場激活了決定傳輸數據光束的路線的預先存儲的全息圖。
基于電全息照相技術的裝置的實施要求應用具有適合的特性的順電光折射晶體，比如鈮酸鉭酸鉀(KTN)、鈮酸鋇鍶(SBN)或特別是鈮酸鉭酸鋰鉀(KLTN)，如Hofmeister等人在美國專利US5,614,129和US5,785,989中所教導，以引用參考的方式將這兩篇美國專利結合在本申請中，如同在此全部描述了它們的內容一樣。摻有銅和釩的KLTN尤其是適合于用作電全息裝置的介質。
常規的全息存儲部件基于常規的光折射晶體并且僅能夠以可見光寫入和讀取，與這種常規的全息存儲部件不同的是，基于KLTN及其類似的材料的電全息裝置能夠以包括1.3微米和1.55微米的近紅外區的光譜操作，這種光譜如今普遍地應用在標準的通信系統中。
附

圖1A和1B所示為Agranat等人的電全息1×2開關100的兩種狀態的示意圖，這種開關基于并入了預先存儲的電全息(EH)光柵的單個的順電光折射晶體10。一對電極12，14附著在晶體10的兩個相對的表面上。順電光折射晶體10可以是比如KTN、SBN或特別是KLTN的材料。當電壓V施加在電極12，14上時，從空間調制的空間電荷場中形成空間調制的晶體10的折射率，該電場是根據先前寫入到晶體10中的體積全息圖所攜帶的信息創建的。因此，通過施加到電極對12-14的電壓差V在晶體10中有效地建立了衍射光柵17。
附圖1A所示為通過將電壓V0(即V＝V0)施加到晶體10啟動這種開光100的一種狀態。在這種狀態中，沿著路徑16輸入的光學信號傳輸到輸出端口18中。在這種情況下，在輸入光束中殘余的剩余功率傳輸到輸出端口20。附圖1B所示為這種開關100的第二種狀態。在此將零電壓(即V＝0)施加到晶體10。沿著路徑16輸入的光學信號傳輸到輸出端口20。在這兩種狀態下，在其載波波長λ不受光柵17影響(通過布拉格條件確定)的信道上所傳輸的光學信號不經切換傳輸到端口20。可以將光檢測器21放置在由端口20所限定的光路中，在這種情況下在輸入束16穿過這個開關100之后仍然殘留的剩余功率可以用于管理和監視的目的，詳細描述參見IL125241。
附圖1C和1D所示為Agranat等人的電全息1×2開關100的兩種狀態的示意圖，這種開關基于兩個順電光折射晶體10和11。每個晶體10或11都并入了預先存儲的電全息(EH)光柵，并且電極對12，14附著在晶體10的兩個相對的表面上，電極對13，15附著在晶體11的兩個相對的表面上。順電光折射晶體10和11可以是比如KTN、SBN或特別是KLTN的材料。當電壓V0施加在兩對電極12，14和13，15中的任一對電極上時，從空間調制的空間電荷場中形成相應的晶體折射率的空間調制，該電場是根據先前寫入到晶體10或11中的體積全息圖所攜帶的信息創建的。因此，通過給相應的晶體的電極施加電壓在晶體10或11中有效地建立了衍射光柵(在晶體10中為17，在晶體11中為19)。
附圖1C所示為通過將電壓V0(即V1＝V0)施加到晶體10并將零電壓(即V2＝0)施加到晶體11來啟動這種開光100的一種狀態。在這種狀態中，沿著路徑16輸入的光學信號傳輸到輸出端口18中。附圖1D所示為這種開關100的第二種狀態。在此將零電壓(即V1＝0)施加到晶體10，而將電壓V0(即V2＝V0)施加到晶體11。在此沿著路徑16輸入的光學信號傳輸到輸出端口20。在這兩種狀態下，在輸入束中殘留的剩余功率被塊21所阻塞。塊21可以由光檢測器替代，在這種情況下在輸入束16穿過這個開關100之后仍然殘留的剩余功率可以用于管理和監視的目的，詳細描述參見IL125241。
如果將V1和V2都設置為等于V0，然后使部分光信號折射到輸出端口18，則沒有折射到輸出端口18的剩余光信號折射到輸出端口20。如果以不同的光柵間隙建立衍射光柵17和19以衍射不同波長的光，則附圖1C和1D的開關100具有串聯地配置的附圖1A和1B的兩個開關100的功能。
正如A.J.Agranat，V.Leyva和A.Yariv在“Voltage-controlledphotorefractive effect In paraelectric KTa1-xNbxO3CuV”(OpticsLetters，vol.14 pp.1017-1019(1989))中所描述，電全息開關工作機理是基于應用電壓控制的光折射效應。通過響應它所吸收的能量空間地調制它的折射率，順電效應能夠在晶體中記錄光學信息。所吸收的光使來自它們的陷阱的電荷載流子光電離成導帶(電子)和價帶(空穴)。遷移光電離的電荷載流子并最終重新俘獲，形成了與激勵照明空間相關的空間電荷場，并通過電光效應對折射率進行調制。這種機理是以相位全息圖的形式存儲信息的基礎，通過以適當的波長和角度施加再現(讀取)光束可以有選擇性地獲得這種相位全息圖。
最近，已經顯示，通過采用較低頻率的介電常數的空間調制還可以將雙極性全息光柵引入到光折射晶體中。A.J.Agranat，M.Razvag和M.Balberg在“Dipolar holographic gratings Induced by thepholorefractive process in potassium lithium tantalateniobate at the paraelectric phase”(Journal of the OpticalSociety of America B，vol.14 pp.2043-2048(1997))中已經描述了這種效果。
在順電相中，通過在讀取(再現)的階段中在晶體上施加外部電場可以控制這種效應的效率。電全息是基于這種能力。
如上文所指出，電全息的物理基礎是電壓控制的光折射(PR)效應。一般來說，通過響應晶體吸收的光能量空間調制晶體的折射率，PR效應能夠將光信息記錄在晶體中。在它的最簡單的形式中，通過以兩個互相相干光束的干涉圖照亮晶體來使光折射開始。所吸收的光使來自它們的陷阱的電荷載流子光電離成導帶(電子)和價帶(空穴)。遷移光電離的電荷載流子并最終重新俘獲，形成了與激勵照明空間相關的空間電荷場，并通過電光效應對晶體的折射率進行調制。
在大多數的PR晶體中，電光效應是線性的。然而，在PR晶體中，在順電相中電光效應是二次效應。因此，所產生的折射率的變化如下Δn=12n03geff.P2-----(1)]]>這里Δn是所產生的折射率的變化，n0是折射率，geff是有效的二次電光系數，以及p是低頻率電極化度。當在晶體中形成空間電荷場Esc(r)時，極化度成為P＝ε[E0+Esc(r)] (2)這里ε電介電常數(接近相變的電介電常數符合ε/ε0＞＞1，ε0是真空的介電常數，8.854×10-12F/m)，E0是外部施加的電場，以及假設極化度是處于線性區域，這里P＝ε0(ε/ε0-1)E。將等式(2)代入等式(1)中得到包括3項的空間電荷場的空間分布的表達式Δn(r-)=12n03ϵ2[E02+2E0Esc(r-)+Esc2(r-)]-----(3)]]>考慮波長λ的光束的折射并滿足下式給出的布喇格條件(Braggcondition)的情況，該光束以角度θ入射在該晶體上，Λ＝λ/2n0sinθ (4)這里Λ是通過PR過程所形成的光柵的周期，以及n0是折射率。在等式(3)中的第一項在空間是均勻的因此對衍射沒有貢獻。在原理上，這一項通過使布喇格條件失調應該對折射率有影響，因為它影響體積折射率n0。然而，在對稱的透射光柵中，通過在它進入晶體時由光束的折射所引起的入射的內部角度的變化(斯涅耳定律snell’s law)可以消除布喇格條件的失調。在等式(3)中的第三項產生Λ/2的周期。因此，這種光柵不是與入射束相匹配的布拉格光柵，因此對衍射沒有作用。因此，在等式(3)中只有第二項對一衍射有作用。通過下式給出它所產生的折射率光柵的振幅δ[Δn(r-)=n03geffϵ2E0Esc(r-)-----(5)]]>可以看出，將空間電荷場的空間分布轉換為僅在存在外部施加的電場時使光折射的折射率的調制。
在H.Koglenik的“Coupled wave for thick hologram grating”(Bell Syst.Tech.J.vol.48 pp.2909-2949，1969)中給出了通過在順電相存儲的正弦相位透射光柵衍射的平面波的衍射效率。η=exp(-αd)sin2(πdλcosθn03gϵ2E0Esc)-----(6)]]>這里，d是晶體的厚度，并且認為滿足布喇格條件。注意的是，這種衍射效率的定義并沒有包括由晶體的缺陷所引起的散射和從晶體小面的反射。從等式(6)中可以看出，所施加的外部電場E0控制由空間電荷所產生的光柵的衍射效率。
因此，應用二次光電效應使得能夠對該信息再現進行模擬控制。這就是上文所討論的電壓控制的PR效應。
如上文所解釋，除了對稱的透射全息圖以外，由于在等式(3)中的第一項的原因，在包含以分布的空間電荷形式的全息圖的晶體上施加電場還可能使布喇格條件失調。在M.Balberg，M.Razvag，E.Refaelli和A.J.Agranat的“Electric field multiplexing ofvolumo holograms in paraelectric crystals”(AppliedOptics，vol.37，pp.841-847(1998))中已經詳細描述了這種現象。
KLTN是一種用于在順電相中運行的光折射晶體，在其中光折射效應是電壓控制的。在美國US5,614,129和US5,785,898中描述了這種晶體的制造方法和成分。在開關100中使用的KLTN晶體的優選化學成份為K0.9945Li0.0055Ta0.65Nb0.35O3。由依賴于介電常數的溫度的測量所確定的使用的KLTN晶體的相變溫度Tc＝26℃。為改善晶體的性能，在寫全息圖之前，對晶體進行極性還原過程，在這個過程中在2.1kV/cm的外部電場下從40℃到10℃以0.5℃/分鐘的速率將晶體逐漸冷卻，然后以相同的速率將其加熱到可操作溫度。在操作的過程中，將晶體保持在高于它的相變溫度6℃的32℃，并正好處于順電相中。該溫度通過與晶體10和11并列的穩定的熱電元件(未示)保持。
發明概述根據本發明提供一種將多個分立的波長中的任何波長的光切換到多個輸出管路中的任何輸出管路中的裝置，該裝置包括(a)對于每個波長和每個輸出管路，將每個波長的光的可控制部分切換到每個輸出管路中的電全息開關，光學地耦合的共用輸出管路的電全息開關，光學地耦合的共用波長的電全息開關。
根據本發明提供一種將多個分立的波長中的任何波長的光切換到多個輸出管路中的任何輸出管路中的方法，該方法包括如下步驟(a)對于每個波長和每個輸出管路，提供相應的電全息開關；(b)對于每個波長，將每個波長的光轉向到每個波長的電全息開關；以及(c)對于每個電全息開關，設置每個開關的狀態以進一步將每個開關的相應的波長的光的所需部分轉向到每個開關的相應輸出管路中。
根據本發明提供一種將多個分立的波長中的任何波長的光切換到第一和第二多個輸出管路中的任何輸出管路中的裝置，該裝置包括(a)第一模塊，該第一模塊包括(i)對于每個波長和第一多個輸出管路的每個輸出管路，將每個波長的光的可控制部分切換到第一多個輸出管路的每個輸出管路中的電全息開關，第一多個輸出管路的共用輸出管路的電全息開關光學地耦合，共用波長的電全息開關光學地耦合；以及(b)第二模塊，該第二模塊包括(i)對于每個波長和第二多個輸出管路的每個輸出管路，將每個波長的光的可控制部分切換到第二多個輸出管路的每個輸出管路中的電全息開關，第二多個輸出管路的共用輸出管路的電全息開關光學地耦合，共用波長的電全息開關光學地耦合。
根據本發明提供一種將第一和第二多個分立的波長中的任何波長的光切換到第一和第二多個輸出管路中的任何輸出管路中的裝置，該裝置包括(a)上行鏈路管路；(b)第一模塊，該第一模塊包括(i)對于第一多個波長的每個波長和第一多個輸出管路的每個輸出管路，將每個波長的光的可控制部分切換到每個輸出管路中的電全息開關，共用輸出管路的電全息開關光學地耦合，共用波長的電全息開關光學地耦合；以及(ii)對于第一多個波長的每個波長，這樣的一種機構，在將每個波長的光的可控制部分切換到第一多個輸出管路中之后該機構將剩余的每個波長的光轉向到該上行鏈路管路中；以及(c)第二模塊，該第二模塊包括(i)對于第二多個波長的每個波長和第二多個管路的每個輸出管路，將每個波長的光的可控制部分切換到每個輸出管路中的電全息開關，共用輸出管路的電全息開關被光學地耦合，共用波長的電全息開關被光學地耦合；以及(ii)對于第二多個波長的每個波長，光學地耦合到上行鏈路管路的機構，在傳輸所有的其它的波長的光的同時該機構將每個波長的光轉向到該相應的電全息開關中。
根據本發明提供一種將第一和第二多個分立的波長中的任何波長的光切換到多個輸出管路中的任何輸出管路中的裝置，該裝置包括(a)第一模塊，該第一模塊包括(i)對于第一多個波長中的每個波長和每個輸出管路，將第一多個波長中的每個波長的光的可控制部分切換到每個輸出管路中的電全息開關，共用輸出管路的電全息開關光學地耦合，第一多個波長中的共用波長的電全息開關光學地耦合；以及(b)第二模塊，該第二模塊包括(i)對于第二多個波長中的每個波長和每個輸出管路，將第二多個波長中的每個波長的光的可控制部分切換到每個輸出管路中的電全息開關，共用輸出管路的電全息開關光學地耦合，第二多個波長中的共用波長的電全息開關光學地耦合。
根據本發明提供一種從多個輸入管路的至少一個管路中將多個分立的波長中的任何波長的光切換到多個輸出管路中的任何一個輸出管路中的裝置，該裝置包括(a)對于每個輸入管路，一個模塊，該模塊包括(i)對于每個波長和每個輸出管路，將每個波長的光的可控制部分切換到每個輸出管路中的電全息開關，共用輸出管路的電全息開關光學地耦合，共用波長的電全息開關光學地耦合；以及(ii)對于每個波長，這樣的一種機構，在傳輸所有的其它的波長的光的同時該機構從每個輸入管路中將每個波長的光轉向到相應的全息開關中；以及(b)對于每個輸出管路，將所有的相應的電全息開關的輸出組合到每個輸出管路中的多路復用器。
根據本發明提供一種將第一多個分立的波長中的任何波長的光轉換為第二多個分立的波長中的任何波長的光然后將第二多個分立的波長的光切換到多個輸出管路的任何管路中的裝置，該第一多個波長的數量等于該第二多個波長的數量，該裝置包括(a)第一模塊，該第一模塊包括(i)其數量等于第一多個波長的數量的多個轉發器，每個轉發器輸出第二多個波長的相應的波長的光，和(ii)對于第一多個波長中的每個波長和每個轉發器，將第一多個波長中的每個波長的光的可控制部分切換到每個轉發器中的電全息開關，共用轉發器的電全息開關光學地耦合，第一多個波長中的共用波長的電全息開關光學地耦合；以及(b)第二模塊，該第二模塊包括(i)對于第二多個波長中的每個波長和每個輸出管路，將第二多個波長中的每個波長的光的可控制部分切換到每個輸出管路中的電全息開關，共用轉發器的電全息開關光學地耦合，第二多個波長中的共用波長的電全息開關光學地耦合。
根據本發明，提供一種在光通信系統中使用的插入-分出多路復用器(add-drop multiplexer)，在該光通信系統中在多個信道中傳輸信號，每個信道包括相應的分立的波長的光，這種插入-分出多路復用器用于在相應的次多個(subplurality)的信道上將至少一個輸入信號用對應的至少一個輸出信號替換，該插入-分出多路復用器包括(a)上行鏈路管路；(b)分出模塊，該分出模塊包括(i)多個轉向管路，(ii)對于次多個波長中的每個波長和每個轉向管路，將次多個波長中的每個波長的光的可控制部分切換到每個轉向管路中的電全息開關，共用轉向管路的電全息開關光學地耦合，次多個波長中的共用波長的電全息開關光學地耦合；以及(iii)在將所有的其它的波長的光傳輸到上行鏈路管路的同時將次多個波長中的每個波長的光轉向到該相應的電全息開關的機構；以及(c)插入模塊，該插入模塊包括(i)多個替代管路，以及(ii)從每個替代管路將次多個波長中的波長的光轉向到上行鏈路管路中的機構。
根據本發明，提供一種在光通信系統中用于對信道進行分接的裝置，在該光通信系統中通過共用管路在多個信道中傳輸信號，每個信道具有相應的不連續的波長，這種裝置包括(a)對于每個信道，從共用管路轉向每個信道的信號的可控制部分的相應的電全息開關。
根據本發明提供一種用于切換一定波長的光的電全息開關，該電全息開關包括(a)光折射材料的晶體，該晶體包括多個電全息光柵，在該晶體內該電全息光柵橫向地間隔開；以及(b)對于每個電全息光柵，用于啟動每個光柵的兩個電極。
根據本發明提供一種包括順電光折射材料的光開關，在這種材料中存儲了通過所施加的電場可控制其再現的多個疊加的全息圖。
根據本發明提供一種方法，該方法用于確定將光信號切換到初級輸出管路的光信號的放大等級，該方法包括如下的步驟(a)提供用于將光信號切換到初級輸出管路的至少一個電全息開關；(b)通過電全息開關將光信號的第一部分轉向到初級輸出管路和通過該電全息開關將光信號的第二部分轉向到次級輸出管路；(c)檢測第二部分的功率；以及(d)基于所檢測的第二部分功率，調節第一部分的功率。
根據本發明提供一種分析光信號的至少一種質量特性的方法，該方法包括如下的步驟(a)提供用于轉向至少一部分的光信號以便進行分析的電全息開關；(b)轉向至少一部分的光信號以進行分析；以及(c)分析至少一部分的光信號以確定至少一種質量特性。
根據本發明提供一種通信的方法，其中通過光通信網絡傳輸光信號，在多個信道中對在光介質中傳播的光信號進行編碼，該方法包括如下的步驟(a)僅對在每個信道的一部分光信號進行轉向而同時在每個信道中的其余的光信號繼續在該光介質中傳播；(b)將每部分轉換為電子信號；以及(c)根據電子信號管理網絡。
本發明的基本裝置從輸入管路中接收多個并行的WDM數據流(信道)i、以從沒有轉向到幾乎完全轉向中的所需的程度將一個或多個數據流轉向到一個或多個輸出管路以及將未轉向的剩余的數據流傳輸到共用輸出管路，其中每個數據流以不同載波波長λi傳輸數據。最典型的情況是，輸入和輸出管路都是光纖。
附圖2所示為本發明的基本裝置的基本實施例。裝置110從輸入光纖102中接收多個并行WDM數據流。將其載波波長為λ1和λ2的兩個數據流部分地或全部地轉向到輸出光纖104a和104b中。剩余的輸入數據流未經轉向進入到共用輸出光纖106中。
裝置110包括兩個波長特定的濾光器112a和112b和如在附圖1中所示的類型的四個開關即開關100aa、開關100ab、開關100ba和開關100bb，如圖所示這些開關以矩陣的形式設置。濾光器112a將其載波波長為λ1的數據流轉向到開關100aa和開關100ab。濾光器112b將其載波波長為λ2的數據流轉向到開關100ab和開關100bb。濾光器112是解復用窄帶濾光器，例如干涉濾光鏡或布拉格光柵濾光器。這些濾光器在本領域中都是公知的，例如在從E-TEK dynamics，Inc.Of SanJose CF，USA購買的解復用器的DWDM1F系列中使用。可替換的是，濾光器112是光折射晶體，如晶體10和11，具有衍射光柵比如并入在其中并通過適當的電壓啟動以使它們相應的數據流幾乎完全轉向的光柵17和19。
如圖所示的開關100以方格的形式設置。通常，根據布拉格條件，選擇開關100的全息光柵的柵格角度和光柵間隙，使柵格傾斜，以使開關100aa和100ba僅對載波波長λ1周圍的較窄的波帶(窄于Δλ)中的光起作用并通過所有的其它的波長的光，以及使開關100ab和100bb僅對在載波波長λ2周圍的較窄的波帶中的光起作用并通過所有的其它的波長的光。在裝置110的優選實施例中，柵格實際上是方形(或者，更一般地，矩形；柵格角度為90度)，以便獲得盡可能緊湊的裝置110并在準直和準直的問題方面簡化裝置110的制造。選擇全息光柵的光柵間隙以獲得相對于相應的波長45度的布拉格角度。
通過適當地調節施加到開關100aa和100ba的電壓，以從沒有轉向到幾乎完全轉向中的所需的程度將載波波長λ1的數據流轉向到輸出光纖104中的兩個或任一個光纖中。類似地，通過適當地調節施加到開關100ab和100bb的電壓，載波波長λ2的數據流可以所需的程度，從沒有轉向到幾乎完全轉向，轉向到光纖104中的兩個或任一個光纖中。相似地，載波波長λ1的數據流的轉向完全獨立于載波波長λ2的數據流的轉向。輸出光纖104的每個光纖都可以僅接收載波波長λ1的數據、載波波長λ2的數據或兩種數據流或沒有數據流。開關100ab和100bb對載波波長λ1的數據沒有影響，因此載波波長λ1的數據不受影響地穿過開關100ab和100bb。因此，在裝置110中的每行開關100起光藕合器的作用。
在裝置110的最佳優選實施例中，所有的四個開關100都以相同的光折射晶體制造。這種電全息開關的陣列或矩陣獨立地構成了本發明。
在裝置110的一種增強的實施例中，開關100的列以檢測器結束，該檢測器接收未被開關100轉向的波長λ1和λ2的光。這些檢測器將未轉向的光轉換為與未轉向的光的強度成比例的電壓。這些檢測器通常集成在電子裝置中，該電子裝置執行系統功能比如誤差檢測、網絡監視和分析以及數據監視和分析。
在裝置110的第二增強的實施例中，開關100的列以附加的電全息開關結束，該附加的電全息開關將沒有經過開關100轉向的波長λ1和λ2的光轉向到共用上行鏈路管路中。
裝置110的第三和第四增強的實施例包括驗證開關100是否實際地按照預期地切換數據流的機構。在第三增強的實施例中，轉向機構比如分束器或另一電全息開關在開關100的每行和對應的輸出光纖104之間介入。轉向機構優選將從開關100的行中發出的光的可控制部分轉向到檢測器。在裝置110的第四增強的實施例中，開關100的每個列具有以除了由開關100的列所開關的波長以外的波長發射相干光的光源。通過該列的開關100的全息光柵在除了行的方向以外的方向上至少部分地轉向這種光以通過適當的檢測器檢測。
本發明的復合裝置基于用作模塊的本發明的基本裝置。
在基于兩個模塊的本發明的第一復合裝置中，第二模塊沒有濾光器112，沒有被第一模塊的開關100的列所切換的光直接進入第二模塊的開關100的列中以全部或部分地被切換到第二模塊的輸出光纖104中。
在還是基于兩個模塊的本發明的第二復合裝置中，第一模塊是增強的模塊，上面已述，其中開關100的列以附加的電全息開關結束，該附加的電全息開關將從該列中發出的光轉向到共用上行鏈路管路中。然后上行鏈路管路起第二模塊的輸入管路102的作用。
在還是基于兩個模塊的本發明的第三復合裝置中，兩個模塊都是如上文所描述的增強的模塊，在這些增強的模塊中開關100的列以附加的電全息開關結束，該附加的電全息開關將從該列中發出的光轉向到共用上行鏈路管路中，兩個模塊共享該上行鏈路管路。此外，通過將第一模塊的開關100的行光學地耦合到第二模塊的開關100的行或通過在y-接頭上將第一模塊的輸出光纖104連接到第二模塊的輸出光纖104，可以將兩個模塊的開關100的行耦合到共用的輸出光纖104中。
在本發明的基于幾個模塊的第四復合裝置中，每個模塊利用其本身的與各種模塊的輸出光纖104相對應的輸入光纖102通向共用多路復用器。然后每個多路復用器的輸入組合到從該多路復用器中引出的共用輸出光纖中。
在基于兩個模塊的本發明的第五復合裝置中，第一模塊具有相等的行數和列數的開關100，第一模塊的輸出管路不是光纖104，而是轉發器，每個轉發器將輸入光轉換為相應輸出波長的類似的光。每個轉發器光學地耦合到第二模塊的開關100的相應的列中。
本發明的插入-分出多路復用器包括分出模塊和插入模塊，插入-分出多路復用器用于從包括這些波長和其它波長的數據流的并行數據流匯集中移去載波波長λ1和λ2的數據流并將它們替換為在該載波波長λ1和λ2下的其它的數據流。分出模塊是本發明的基本裝置。分出模塊的輸出光纖104是將所分出的數據流傳輸到它們的相應目的地的轉向管路。插入模塊接收從分出模塊中接收余存的數據流，并且還從傳輸在它們的相應的載波波長λ1或λ2的替代數據流的替代管路中接收輸入。應用光學部件比如y-接頭或可替換的是應用與在裝置10的第二增強的實施例中所使用的電全息開關類似的電全息開關，將替代數據流和來自分出模塊的輸入合并以將波長λ1和λ2的未轉向的光合并到共用上行鏈路管路中。
本發明的全息分接頭應用特定的電全息開關100將從共用光纖中所選擇的信道的部分轉向到所選擇的信道的載波波長。通過適合的檢測器將所轉向到光轉換為電子信號，并且將該信號用于網絡管理等功能。例如，在放大器的下游的全息分接頭中，施加到開關100的電壓被調整以使在所分接的信道中的功率相等。
波長特定的光子開關技術提供了“訪問”光傳輸但不干涉所有的光路(即數據通路)的方法。這可以通過應用在電全息開關中的光信號的切換中剩余的(“殘余的”)信號來實現。剩余的信號是原始信號的明確的部分，因此能夠應用它來恢復原始波形的特征以進行網絡管理分析。將剩余波長轉向到輸出管路中作為光信號和/或通過檢測器轉換為電信號以進行功率、誤差和數據分析。因此，通過網絡管理裝置可以分析這些信號，該網絡管理裝置能夠根據剩余波長的分析確定傳輸的效率。
如下文更詳細地描述，光開關的許多不同的實施例都適合與這些網絡管理裝置一起使用，當然還可以使用光開關的其它的實施方式。可以應用本發明的網絡管理裝置來確保光信號傳輸的質量并檢測在任一光開關中這種傳輸質量何時降低到最低水平以下。
應該理解的是，本發明的裝置的增強的和復合的實施例的各種特征都可以在本發明的單個增強的/復合的裝置中一起使用。
附圖概述參考附圖，下文僅通過實例描述本發明，在附圖中附圖1示意地示出了本發明所基于的已有技術的電全息開關的操作；附圖2所示為本發明的基本裝置的最基本的實施例的示意圖；附圖3所示為附圖2的增強型實施例的示意圖；附圖4所示為附圖2的另一增強型實施例的示意圖；附圖5所示為附圖2的第三增強型實施例的示意圖；附圖6所示為本發明的復合裝置的示意圖；附圖7所示為本發明的另一復合裝置的示意圖；附圖8所示為本發明的第三復合裝置的示意圖；附圖9所示為本發明的第四復合裝置的示意圖；附圖10所示為本發明的第五復合裝置的示意圖；附圖11所示為本發明的第六復合裝置的示意圖；附圖12所示為應用本發明的電全息分接頭進行功率均衡的示意圖；附圖13所示為本發明的插入-分出多路復用器的示意圖；附圖14所示為附圖13的插入-分出多路復用器的替換插入模塊的示意圖；附圖15所示為附圖13的插入-分出多路復用器的功率均衡的替換方法；附圖16A和16B為在相同的光折射晶體上制造的兩個電全息開關的側視圖和正視附圖17所示為根據本發明的優選的檢測模塊的示意方塊圖；附圖18所示為根據本發明優選的光信號功率電平確定器的示意方塊圖；附圖19所示為根據本發明專用于單個信道的管理分析器的第一優選的實施例；附圖20所示為根據本發明能夠切換信道的管理分析器的第二優選的實施例；附圖21所示為根據本發明在混合結構中的管理分析器的第三優選的實施例。
優選實施例的詳細描述本發明是能夠用于在多個輸出信道中切換輸入光學數據流的波長特定的交叉連接。具體地說，本發明可用于分組、廣播和多信道廣播的交叉連接的信道。
參考附圖和相關的描述可以更好地理解根據本發明的波長特定的交叉連接的原理和工作。
在此為簡化說明僅參考兩行和兩列的開關100描述本發明的基本裝置。通常，本發明的基本裝置包括32個列和8個行的開關100。
再次參考附圖，附圖3所示為本發明的基本裝置的增強實施例120的示意圖。除了裝置110的部件以外，裝置120還包括在開關100的相應列的輸出端上的兩個檢測器114比如光電二極管、在開關100的相應行的輸出端上的兩個分束器116和與檢測器114類似的檢測器118，該檢測器118用于從到達相應的輸出光纖104中接收通過分束器116轉向的光。
檢測器114a檢測通過濾光器112a轉向到開關100aa和100ba但不通過開關100aa和100ba轉向到輸出光纖104的光的強度。類似地，檢測器114b檢測通過濾光器112b轉向到開關100ab和100bb但不通過開關100ab和100bb轉向到輸出光纖104的光的強度。檢測器114將所入射的光轉換為與該光的強度成比例的電壓。這些檢測器通常集成在執行系統功能比如誤差檢測、網絡監視和分析以及數據監視和分析的電子裝置中。因此，這些檢測器使得能夠實施非干涉的網絡管理。在網絡管理的已有技術的方法中將光信道轉換為電子信號，通過控制這些電子信號來實施網絡管理功能，并且最后將這些電子信號再轉換回光信號，與這些已有技術的方法不同的是，本發明的網絡管理方法是基于對從光信道的轉向部分中所產生的電子信號的控制，而同時光信道的未轉向部分繼續傳播到網絡的光纖中。
這種檢測器114和相關的電子裝置的一種應用是用于使功率均衡化。通過開關100中的任一開關所轉向的光的部分(fraction)是所施加到開關的電壓的已知函數。因此，從通過檢測器114所獲得的強度讀數中可以計算切換到輸出光纖104中的信道的功率。然后在反饋環中調整施加到開關100的電壓以使在輸出光纖104中的載波波長λ1和λ2的信道功率均衡。
分束器116a將從開關100aa和100ab中所出現的一部分光轉向到檢測器118a。類似地，分束器116b將從開關100ba和100bb中所出現的一部分光轉向到檢測器118b。應用通過檢測器118所測量的強度來檢驗開關100是否實際地按照施加到開關100的電壓的函數將從濾光器112中所接收的光的所需的比例轉向到輸出光纖104。還以自測試的模式應用通過檢測器114和118所產生的電信號以檢驗施加到開關100的電壓是否真正地啟動所需的(行，列)對。
可替換的是，應用寬帶電全息開關來替代分束器116。寬帶電全息開關是一種類似于開關100的電全息開關，但它具有一種全息光柵，其在每個入射角度上作用和衍射比間隔不同的載波波長的波長差Δλ更寬范圍的波長。寬帶電全息開關相對于可調的分束器116具有的優點是通過調整施加到開關的電壓可調整轉向到檢測器118的光比例(fraction)。
附圖4所示為本發明的基本裝置的增強型實施例130的示意圖。裝置130除了包括裝置110的部件以外還包括相干光束126的兩個光源122和四個檢測器124。光源122可以例如包括適合的激光器和適合的準直光學裝置。光源122a將在波帶λ1±Δλ/2之外的波長的相干光的準直的光束126a導向到開關100的左手側的列中。通過開關100aa和100ba的全息光柵衍射光束126a，由此通過開關100aa和100ba至少部分地轉向到相應的檢測器124aa和124ba。因為光束126a的波長不同于λ1，所衍射的光束128aa和128ba以一個相對于入射束126a的根據布拉格條件的角度從開關100aa和100ba中發出，該角度不同于開關100aa和100ba將從濾光器112a中所接收的光朝輸出光纖104轉向的角度，為說明這種差別，附圖4所示為這樣的情況開關100aa和100ba將從濾光器112a所接收的光的角度轉向為直角，并且在入射束126a和衍射束128aa和128ba之間的角度為斜角。類似地，光源122b將在波帶λ2±Δλ/2之外的波長的相干光的準直的光束126b導到沿著開關100的右手的列。光束126b被開關100ab和100bb的全息光柵所衍射，由此至少部分地被開關100aa和100ba轉向到相應的檢測器124ab和124bb。因為光束126a的波長不同于λ2，所衍射的光束128ab和128bb以相對于入射束126b的一個角度從開關100ab和100bb中發出，該角度不同于開關100ab和100bb將從濾光器112b中所接收的光朝輸出光纖104轉向的角度。此外，由于光束126a和126b的波長分別不同于λ1和λ2，所以光束126a和126b通過濾光器112而不朝共用輸出光纖106轉向。因此，沒有來自光源122的光進入輸出光纖104和106而污染在其中傳播的數據流。如在附圖3的檢測器118所示的情況下，應用通過檢測器124所測量的強度來檢驗開關100是否作為施加到開關100的電壓的函數實際地將從濾光器112中所接收的所需的部分的光轉向到輸出光纖104。
附圖5所示為本發明的基本裝置的增強型實施例140的示意圖。裝置140除了包括裝置110的部件以外還包括在開關100的相應的列的輸出端上的另兩個的電全息開關100′和從開關100′接收光的上行鏈路光纖136。相似地，開關100′a是專用于波長為λ1的光并將從開關100aa和100ba中發出的波長為λ1的光導向到上行鏈路光纖136中。類似地，開關100′b是專用于波長為λ2的光并將從開關100ab和100bb中發出的波長為λ2的光導向到上行鏈路光纖136中。共用輸出光纖106繞回以成為開關100′的輸入光纖。因此，從在除了λ1和λ2以外的波長下從輸入光纖102進入裝置140的光與沒有轉向到輸出光纖104的波長為λ1和λ2的光合并，上行鏈路136起裝置140的實際的共用輸出光纖的作用。
在包括附圖3的實施例120和附圖5的實施例140的特征的本發明的基本裝置的實施例中，施加到開關100′的電壓僅將從開關100的它們的相應的列發出的光的一部分導向到上行鏈路光纖136中。其余的這些光通過檢測器比如檢測器114檢測。
附圖6所示為本發明的復合裝置150的示意圖，該復合裝置基于兩個模塊即幾乎與裝置110相同的模塊110′和與裝置120類似的模塊120′，但沒有濾光器112、分束器116和檢測器118。模塊110′包括用于切換波長為λ1的光的兩個開關100aa和100ba和用于切換波長為λ2的光的兩個開關100ab和100bb。模塊120′包括用于切換波長為λ1的光的兩個開關100ca和100da和用于切換波長為λ2的光的兩個開關100cb和100db。與裝置110中一樣，開關100aa和100ab將一部分它們相應的輸入轉向到輸出光纖104a，開關100ba和100bb將一部分它們相應的輸入轉向到輸出光纖104b。類似地，開關100ca和100cb將一部分它們相應的輸入轉向到輸出光纖104c，開關100da和100db將一部分它們相應的輸入轉向到輸出光纖104d。開關100aa和100ba通過中間光纖142a光學地耦合到開關100ca和100da。類似地，開關100ab和100bb通過中間光纖142b光學地耦合到開關100cb和100db。可選擇的是，模塊110′的開關100通過自由空間耦合到模塊120′的開關100，而沒有中間光纖142的介入。因此，裝置150起著具有兩倍數量的輸出光纖104的本發明的基本裝置的作用。
附圖7所示為基于用作模塊的兩個裝置140的本發明的復合裝置160的示意圖。左手的模塊140的上行鏈路光纖136導引到右邊模塊140的輸入光纖102中以給右邊的模塊140提供輸入。如在附圖5的裝置140一樣，左邊的模塊140的濾光器112分別轉向波長λ1和λ2的光。右邊的模塊140的濾光器112分別轉向兩個其它波長λ3和λ4的光。因此，裝置160起著將兩倍的數據流切換到兩倍的輸出光纖104的本發明的基本裝置的作用。
附圖8所示為本發明的復合裝置170的示意圖，該復合裝置170基于與裝置140幾乎相同的兩個模塊140′和140″。模塊140′包括將波長為λ1的光轉向到兩個開關100aa和100ba的波長特定的濾光器112a和將波長為λ2的光轉向到兩個開關100ab和100bb的波長特定的濾光器112b。開關100aa和100ab將它們所接收的所有的或部分的光轉向到中間光纖164a。開關100ba和100bb將它們所接收的所有的或部分的光轉向到中間光纖164b。通過中間光纖162將沒有經過濾光器112a和112b轉向的光傳導到模塊140″，在模塊140″中波長特定的濾光器112c將波長為λ3的光轉向到兩個開關100ac和100bc，而波長特定的濾光器112d將波長為λ4的光轉向到兩個開關100ad和100bd。開關100ac和100ad將它們所接收的所有的或部分的光轉向到輸出光纖104a。開關100bc和100bd將它們所接收的所有的或部分的光轉向到輸出光纖104b。沒有經過濾光器112c和112d轉向的光進入共用輸出光纖106。中間光纖164a將開關100aa和100ab光學地耦合到濾光器100ac和100ad，經過中間光纖164a通過開關100aa和100ab轉向到濾光器100ac和100ad的光經過濾光器100ac和100ad傳輸到輸出光纖104a。類似地，中間光纖164b將開關100ba和100bb光學地耦合到濾光器100bc和100bd，經過中間光纖164b通過開關100ba和100bb轉向到濾光器100bc和100bd的光經過濾光器100bc和100bd傳輸到輸出光纖104b。如裝置140一樣，共用輸出光纖106繞回成為輸入光纖134，通過模塊140′從輸入光纖134中接收的光加入到要通過電全息開關100′a和100′b導向到中間光纖166的但沒有由開關100aa、100ba、100ab和100bb轉向的光中。在模塊140″中，從中間光纖166中所接收的光加入到要通過電全息開關100′c和100′d導向到上行鏈路光纖136的但沒有由開關100ac、100bc、100ad和100bd轉向的光中。因此，裝置170起將兩倍的數據流切換到相同數量的輸出光纖中的本發明的基本裝置的作用。
附圖9所示為耦合模塊140′和140″以形成本發明的復合裝置180的另外的方法的示意圖。不是中間光纖164耦合到模塊140″的濾光器100，而是在y-接頭172a和172b上直接耦合到輸出光纖104。此外，模塊140′和140″的上行鏈路光纖136在y-接頭172c上相互耦合。因此，裝置180類似于將兩倍的數據流切換到相同數量的輸出光纖的本發明的基本裝置。
附圖10所示為基于用作模塊的三個裝置110的本發明的復合裝置190的示意圖。所有的三個輸出光纖140a都通向多路復用器182a，多路復用器182a接收在裝置110中切換到輸出光纖104a的數據流并在共用輸出光纖184a中將這些數據流組合成組合的數據流。類似地，所有的三個輸出光纖140b都通向多路復用器182b，多路復用器182b接收在裝置110中切換到輸出光纖104b的數據流并在共用輸出光纖184b中將這些數據流組合成組合的數據流。裝置190起從三個輸入中將兩個波長交叉連接到兩個輸出的3×2×2光學交叉接頭的作用。
附圖11所示為基于兩個模塊110″和110的本發明的復合裝置220的示意圖。模塊110與裝置110幾乎相同。在裝置110″中，波長特定的濾光器112a將波長λ1的光轉向到兩個開關100aa和100ba中，波長特定的濾光器112b將波長λ2的光轉向到兩個開關100ab和100bb中。開關100aa和100ab將它們接收的所有的或部分的光轉向到轉發器222a中。通常，轉發器是一種在接收到正確的查詢信號時自動地發射信號的接收器-發射器裝置。在這種情況下，轉發器222a對它所接收的信號進行整形、再生以及可選擇地重新定時并應用波長不同于λ1或λ2的波長λ3的載波輸出這些信號。類似地，開關100ba和100bb將它們接收的所有的或部分的光轉向到轉發器222b中，轉發器222b對它所接收的信號進行整形、再生以及可選擇地重新定時并應用波長不同于λ1或λ2或λ3的波長λ4的載波輸出這些信號。模塊110與裝置110類似，但沒有波長特定的濾光器112。作為替代，轉發器222a所發出的光穿過專門用于波長λ3的光的開關100ac、100ad和100ae的列，而轉發器222b所發出的光穿過專門用于波長λ4的光的開關100bc、100bd和100be的列。開關100ac和100bc將它們接收的所有的或部分的光轉向到輸出光纖104c中；開關100ad和100bd將它們接收的所有的或部分的光轉向到輸出光纖104d中；以及開關100ae和100be將它們接收的所有的或部分的光轉向到輸出光纖104e中。注意，如在附圖11中所示，在模塊110中開關100的行和列的順序相對于在模塊110″中開關100的行和列的順序互換。如在基本實施例140一樣，模塊110″的共用輸出光纖106起用于上行鏈接目的的模塊110的輸入光纖134的作用。
如在附圖3中的基本實施例120一樣，模塊110″的列和模塊110的行端接在檢測器114和115中，該檢測器114和115通常集成在執行系統功能比如誤差檢測、網絡監視和分析和數據監視和分析的電子裝置中。
裝置220的目的是波長轉換。在本申請中，模塊110″必需僅僅在交叉連接的模式中運行，而不能在廣播或多播的模式中運行每列僅一個開關100和每行僅一個開關100可以被啟動。波長轉換由所啟動的開關100確定。如果開關100aa和100bb都啟動，則將部分或所有的載波波長λ1的數據流轉換為載波波長λ3的數據流，將部分或所有的載波波長λ2的數據流轉換為載波波長λ4的數據流。類似地，如果開關100ab和100ba都啟動，則將部分或所有的載波波長λ1的數據流轉換為載波波長λ4的數據流，將部分或所有的載波波長λ2的數據流轉換為載波波長λ3的數據流。裝置110實現載波波長λ3和λ4的數據流的交叉連接、廣播和多播。
附圖12所示為本發明的電全息分接頭200的示意圖，這種電全息分接頭200用于均衡載波波長λ1、λ2和λ3的信道的功率，在被放大器202(比如摻鉺的光纖放大器)已經放大這些信號之后，將它們傳播到共用光學管路比如光纖206的右邊。因為放大器202通常具有作為波長函數的非平坦的響應，所以這種均衡化是需要的。因此，即使三個信道具有相同的功率進入到放大器202中，但是從放大器202中出來時這些信道仍然可能具有不同的功率。電全息分接頭200包括三個電全息開關100和與檢測器114類似的三個檢測器210，每個開關100專用于三種波長λ1、λ2和λ3中的一種波長。由開關100a將進入分接頭200中的一部分波長λ1的光轉向到檢測器210a中，由開關100b將進入分接頭200中的一部分波長λ2的光轉向到檢測器210b中，以及由開關100c將進入分接頭200中的一部分波長λ3的光轉向到檢測器210c中。從左邊進入分接頭200的其它的光從分接頭200中出來到右邊并繼續在光纖206中傳播。
在附圖12還示出了用于功率均衡的控制模塊212，該控制模塊212從檢測器210中接收電子信號并給開關100施加電壓。檢測器210和控制模塊212的組合形成了使載波波長λ1、λ2和λ3的信道的功率均衡化的反饋環。控制模塊212從檢測器210中接收電信號，該電信號代表由開關100轉向到檢測器210的光的強度。控制模塊212調整施加到開關100的電壓以使在光纖206中的載波波長λ1、λ2和λ3的信道的功率均衡化。
附圖13所示為本發明的插入-分出多路復用器230的示意圖。插入-分出多路復用器230基于兩個模塊即分出模塊231和插入模塊234，該分出模塊231與裝置140相同。插入-分出多路復用器的作用是從出現在輸入光纖102上的多個并行WDM數據流中移去具有載波波長λ1和λ2的數據流，并將這些數據流以具有載波波長λ1和λ2的其它的數據流替代。輸出光纖104a和104b起轉向管路的作用通過分出模塊231將具有載波波長λ1和λ2的輸入數據流轉向到輸出光纖104a和104b中的任一光纖或兩者之中。
剩余的數據流經過上行鏈路光纖136行進到插入模塊234中。還將兩種替代數據流輸入到插入模塊234中，這兩種替代數據流中的一種是具有載波波長λ1的數據流，而另一種是載波波長λ2的數據流。將具有載波波長λ1的替代數據流通過用作替代管路的輸入光纖236a輸入到插入模塊234中。將具有載波波長λ2的替代數據流通過用作替代管路的輸入光纖236b輸入到插入模塊234中。
插入模塊234包括兩個光學部件232a和232b，其將通過輸入光纖236進入插入模塊234并具有載波波長λ1和λ2的數據流與通過上行鏈路光纖236進入插入模塊234的數據流進行合并。通過光學部件232使兩種替代數據流與其它的數據流合并，所有的數據流通過上行鏈路光纖136的延伸部分240輸入到插入模塊234，該延伸部分用作插入-分出多路復用器230的輸出管路。
光學部件232有三種可能的實施方式。在第一種實施方式中，光學部件232是與附圖9的裝置180的y-接頭類似的y-接頭。在第二種實施方式中，光學部件232是寬帶電全息開關。在第三種實施方式中，光學部件232是窄帶電光開關比如電全息開關100。
在光學部件232的第二和第三種實施方式中，上行鏈路光纖136以與附圖5的上行鏈路光纖136光學地耦合到電全息開關100″的方式相同的方式光學地耦合到部件232；輸入光纖236a以與開關100aa和100ba光學地耦合到附圖5的電全息開關100′a的方式相同的方式光學地耦合到部件232a；以及輸入光纖236b以與開關100ab和100bb光學地耦合到附圖5的電全息開關100′b的方式相同的方式光學地耦合到部件232b。在光學部件232的第二種實施方式中，根據寬帶電光開關232的帶寬的不同，每種輸入光纖都可以傳輸幾種載波波長(例如，在輸入光纖236a上的λ1a、λ1b等和在輸入光纖236b上的λ2a、λ2b等)的幾種數據流，只要兩組載波波長是分開的即可。
優選的是，在光學部件232的第二和第三實施方式中，分出模塊231包括裝置140和裝置120兩者的特征。寬帶或窄帶電光開關232僅將來自相應的輸入光纖236的一部分光轉向到延伸部分240中。通過與檢測器114和118類似的檢測器238檢測沒有通過開關232轉向的光，并且通過控制系統應用來自檢測器114、118和238的電信號調整施加到分出模塊231的電全息開關100和電光開關232的電壓，以使具有它們所替代的數據流的功率的替代數據流的功率均衡化。
將會認識到的是，插入模塊234可以起附圖10的裝置190的多路復用器182的作用。
附圖14所示為本發明的另外的插入模塊234′的示意圖。插入模塊234′將附圖3和5的基本實施例120和140的特征相結合以在一個裝置中形成插入模塊234的第二和第三實施方式的不同的優點。輸入光纖236a和輸入光纖236b傳輸兩種載波波長λ1和λ2的替代數據流。通過電全息開關100aa、100ab、100ba和100bb將這些數據流的可控制部分導向到電全息開關100′a和100′b。替代數據流的其它數據流繼續向右傳輸以丟棄或為了網絡管理的目的通過類似于檢測器114的檢測器(未示)進行檢測。開關100′a和100′b將從下面入射的數據流的可控制部分與通過上行鏈路光纖236進入左邊的數據流合并，經合并的數據流通過延伸部分240從右邊出來。從下面入射到開關100′a和100′b的數據流的部分沒有與從右邊通過上行鏈路光纖136進入的數據流合并，通過與檢測器238類似的檢測器238′a和238′b分別檢測這部分的數據流；將所得到的電子信號用于網絡管理功能比如功率均衡化。
附圖15所示為在插入-分出多路復用器230中實施功率均衡化的另一個方法。分出模塊231的輸出光纖104和插入模塊234的相應的輸入光纖236具有相應的電全息分接頭200′和200″，該電全息分接頭200′和200″共享從分接頭200′和200″的檢測器中接收電子信號并控制施加到分接頭200′和200″的電全息開關的電壓的共用控制模塊212。控制模塊212從分接頭200′的檢測器接收的信號中推斷在輸出光纖104中的數據流的功率電平。然后控制模塊應用來自分接頭200″的檢測器的反饋調整施加到分接頭200″的電全息開關的電壓，以使在輸入光纖236中的替代數據流的功率電平等于在輸出光纖104中的相應數據流的功率電平。
本發明的范圍還包括電全息開關，在該電全息開關中順電光折射晶體10或11包括幾個疊加的全息光柵17或19以根據布拉格條件切換幾種不同的波長的光，每個光柵17和19具有不同的間隔。附圖1說明了這些類型的開關，如參考標號17和19所示，不是單個全息光柵而是幾個疊加的全息光柵。應該注意的是通過在相同的電極對12，14或13，15上的相同電壓差一起啟動所有的疊加的光柵。這種開關給裝置130的開關100提供了一種替換方案。具體地說，以每個晶體10或11兩個全息光柵17或19并且每個光柵具有不同的間隔來制造每種替換全息開關。應用一個光柵來實施電全息開關的開關功能，即切換波長λ1和λ2的光的功能。應用另一個光柵以與將載波波長λ1和λ2的數據流轉向到輸出光纖104的程度成比例的程度地轉向光束126。這種替換允許檢測器124相對于相應的電全息開關更加靈活地放置。
附圖16A和16B所示分別為在單個光折射晶體250內和上制造的電全息開關100aa和100ba的側視圖和正視圖。開關100aa包括夾在晶體250的相對表面252和254上的兩個電極12aa和14aa之間并在晶體250內的全息光柵17aa和夾在晶體250的相對表面252和254上的兩個電極15aa和13aa之間并在晶體250內的全息光柵19aa。類似地，開關100ba包括夾在晶體250的相對表面252和254上的兩個電極12ba和14ba之間并在晶體250內的全息光柵17ba和夾在晶體250的相對表面252和254上的兩個電極15ba和13ba之間并在晶體250內的全息光柵19ba。已經發現，通過施加在相應的電極對12aa-14aa，13aa-15aa，12ba-14ba和13ba-15ba上的電壓差在光柵17aa，19aa，17ba或19ba上所建立的電場限制在該光柵17aa，19aa，17ba或19ba的附近，而不會對其它的光柵產生串擾。可取的是，為確保在光柵之間沒有串擾，使連續電極對的極性交錯，如圖所示，在表面252上的連續電極是接地電極15aa、有效電極12aa、接地電極15ba和有效電極12ba；而在表面254上的連續電極是有效電極13aa、接地電極14aa、有效電極13ba和接地電極14ba。在此所使用的術語“有效電極”是指相對于地施加了電壓V的電極，如在附圖1中所示。
為簡化說明，附圖16僅示出了在單個晶體250中所制造的裝置110的開關100的單列。將會理解到，在單個的光折射晶體上可以制造裝置110的所有的四個開關100。還會理解到，在將濾光器112作為電全息開關實施的裝置110的實施例中，還可以在相同的光折射晶體中將濾光器112制造成開關100。
在開關100aa和100ba的替換的實施例中，將電極12和14設置在晶體250的相同側面上，將電極13和15設置在晶體250的相同側面(不必是在其上設置電極12和14的側面)上。
除了用于波長特定的光子開關的本發明的裝置的各種實施例以外，在本發明的范圍內還考慮幾種管理裝置。為了網絡管理的目的比如光信號的誤差檢測，這些管理裝置使得能夠分析原始的(或說未轉向的)信號。在附圖17-21中示出了管理裝置的優選實施例，這些優選實施例包括根據本發明(附圖17)的優選的檢測模塊和實例性的輸出；根據本發明(附圖18)的優選的光信號功率電平確定器；以及根據本發明(附圖19-21)的管理分析器的三個優選實施例。應該理解的是，雖然上文具體地參考在附圖14中所描述的波長特定的光子開關，但是附圖17-21的管理裝置也可選擇地與其它類型的光開關裝置一同使用。正如在下文中將會詳細描述到，這些管理裝置中的每個管理裝置都能夠確定光信號的質量特性。
附圖17所示為根據本發明實例性的檢測模塊的示意性方塊圖。根據本發明的檢測模塊300與根據本發明的電光開關進行通信，比如例如附圖1-14中的電光開關中的任一電光開關。開關接口302從電光開關(未示)中接收剩余信號，該電光開關對該光信號的這部分進行分解以便進行分析。然后開關接口302將剩余的信號傳輸到光檢測器304中。可選擇的且可取的是，開關接口302連接到多個光檢測器304，如果電光開關是波長特定的開關則每個光檢測器304對應于特定的波長。
每個光檢測器304將從剩余信號中所接收的光轉換為電壓。然后將該電壓傳輸到多個電壓比較器中的每個電壓比較器中，如圖所示這些電壓比較器包括高壓比較器306和低壓比較器308。高壓比較器306和低壓比較器308共同地組成了根據本發明的分析器的實例。高壓比較器306將所接收的電壓與預先設置的最大的高閾值進行比較。如果所接收的電壓大于這個高壓閾值，則通過高壓比較器306產生高壓指示。該高壓指示表明開關磁芯的輸入信號的電平飽和，因此這種飽和是光信號的質量特性。
例如，高壓比較器306可以使LED點亮。作為另一實例，高壓比較器306可以將這種高壓指示輸送到主機接口309。主機接口309優選具有能夠從高壓比較器306中接收高壓信號的第一電子硬件輸入310的特征。這種高壓信號是確定高功率指示的比較的數字結果。主機接口309還優選具有在已經接收到高電壓指示時通知系統管理員或網絡的其它部件的輸出報警模塊312的特征。輸出報警模塊312可選擇以軟件、硬件或固件或這些的結合的方式實施。
類似地，低壓比較器308將所接收的電壓與預先設置的最小的低閾值進行比較。如果所接收的電壓小于這個低壓閾值，則通過低壓比較器308產生低壓指示。該低壓指示表明到光開關磁芯的輸入信號的電平在最小值之下，因此這種低電平是光信號的質量特性。與上文的高壓比較器306一樣，這種低壓比較器308可以使LED點亮，或可替換的是低壓比較器308可以將這種低壓指示輸送到主機接口309。主機接口309優選具有能夠從高壓比較器306中接收低壓信號的第二電子硬件輸入314的特征。主機接口309還優選具有在已經接收到高電壓指示時通知系統管理員或網絡的其它部件的輸出報警模塊312的特征。
可取的是，主機接口309還能夠配置分別用于高壓比較器306和低壓比較器308的高和低電壓檢測閾值。通過將參考電壓的電平設置到比較器來確定該閾值。通過可變電阻器或D/A可以提供這種參考電壓。更為可取的是，主機接口309能夠從外部源比如系統管理員(未示)中接收配置指令以確定如何配置這些閾值。例如，系統管理員可以可選擇地請求主機接口309來降低高壓比較器306的閾值和/或增加低壓比較器308的閾值，以便更精確地控制光信號。當然，還可以選擇只調整高壓比較器306和/或低壓比較器308中的一個比較器的閾值。
附圖18所示為根據本發明的光信號的功率電平的確定器的示意方塊圖。信號功率電平確定器316也是與根據本發明的電光開關(比如例如附圖1-14中的電光開關中的任何電光開關)進行通信。信號功率電平確定器316與開關接口302進行通信，該開關接口302可以與附圖17的開關接口相同或不同。開關接口302再次從電光開關(未示)中接收剩余信號，該電光開關分解光信號的這部分以便進行分析。然后開關接口302將剩余信號傳輸到晶體管318。晶體管318將所接收的剩余光信號轉換為電壓。然后通過A/D(模擬到數字)轉換器320將該電壓轉換為數字信號，根據該系統的要求確定該A/D轉換器的分辨率。晶體管318和A/D轉換器320一起構成了根據本發明的分析器的另一實例。
將接收的光信號的功率的數字值鎖存在每個信道寄存器322中，以使這種功率是光信號的質量特性。然后將來自寄存器322的值傳輸到主機接口309中，然后根據主機的請求傳輸到主機(未示)。主機請求包括本身來自主機的命令，這些命令規定所選擇的信道或所選擇的波長的數量。選擇(未示)這些信息并將其傳輸到主機。
可選擇的且可取的是，信號功率電平確定器316還具有可配置的閾值指示器(未示)作為附圖17的檢測模塊300。可配置的閾值指示器將所接收的數字信號與預先確定的高閾值和預先確定低閾值進行比較，然后，更為可取的是，根據需要產生相同的報警指示和/或狀態寄存器。最為可取的是，閾值指示器是完全可配置的，因為這種可配置性是進行功率檢測的細微調節和從光信號的預期功率電平中檢測細小的偏差所必需的。
可選擇的是，將A/D(模擬到數字)轉換器320和閾值轉換器都以DSP或模擬ASIC芯片的方式實施。可選擇的是，將檢測器的輸出用作應用SONET/SDH數據開銷監視器的專用裝置的誤差檢測的輸入。
可選擇的是，檢測器的輸出用于確定應用時鐘和數據恢復的專用裝置的數據率和協議。
附圖19-21所示為根據本發明的實例性的管理分析器的三個不同的優選實施例。每個這種管理分析器能夠分析光信號以便評價信號質量并執行誤差檢測，以便確定光信號的指令特性。雖然下文的描述以網絡模型的物理層(第1層)的光信號的分析為中心，但是應該理解的是這種分析還可以用于更高層的協議和數據結構，比如在網絡上發送的IP包(第3層)。
附圖19所示為根據本發明的實例性的管理分析器的第一實施例。在本實施例中，管理分析器324專用于特定波長的光信號。管理分析器324再次與根據本發明的光電開關或分接頭(比如例如附圖1-14的電光開關的任何電光開關)進行通信。這種通信通過開關接口302實現，開關接口302也可以與附圖17或18的開關接口相同或不同。開關接口302再次從電光開關(未示)中接收剩余信號，該電光開關分解這部分光信號以便進行分析。然后開關接口302將剩余的信號傳輸到接收器326，接收器326將該光信號轉換為電子數字信號，可取的是還應用時鐘328執行時鐘恢復。在本實施例中，接收器326專用于單個波長的光。通過數據轉換器330將串行(單-位)電子信號轉換為8，16或32位信號的并行格式。接收器326、時鐘328和數據轉換器330一起構成了根據本發明的分析器的另一實例。
然后將經轉換的數據傳輸到分析引擎332。分析引擎332對經轉換的數據執行任何所需的統計分析以評價光信號。例如，分析引擎332通過評價高閾值功率過載的相對頻率來確定可用的帶寬，因為這種過載表示電光開關以及網絡的飽和。此外，分析引擎332計算在光信號中的相對變化，這種變化是對通過光學網絡信號傳導變換的控制的評價并且還是光信號的另一質量特性。
根據分析引擎332的優選實施例，采集的有關光信號的信息相對較簡單，例如通過傳輸量計數器所提供的信息。這種信息優選通過主機接口309輸送到主機，然后以預定的采樣速率下載。可取的是，應用恢復的時鐘識別數據率。可選擇的且可取的是，分析引擎332被配置成DSP、CPU、和ASIC芯片和/或固件的組合，以便給數據分析提供至少2.5Gbps的持續數據率。可選擇的且可取的是，分析引擎332被用于接收光信號的多個不同的波長的光的多個接收器326共享。
附圖20所示為根據本發明的實例性的管理分析器的第二實施例。在本實施例中實例性的管理分析器334再次連接到開關接口302，如在附圖19中所示的實施例一樣。然而，現在管理分析器334具有連接到光信道選擇器338的單個接收器336的特征。光信道選擇器338選擇光信道并將該波長的光導向到接收器336。可取的是，光信道選擇器338以循環復用選擇的方式依次從每個信道中選擇光。可選擇的且可取的是，光信道選擇器338是可配置的，例如通過經過主機接口309來自主機(未示)的指令。管理分析器334的其它的部件包括時鐘328、數據變換器330和分析引擎332都與附圖19一樣地實施。可選擇的且可取的是，光信道選擇器是一種電全息開關。
附圖21所示為根據本發明的管理分析器的第三實例性的實施例，這種管理分析器具有允許光信號分析的單信道選擇和連續光信號監視的混合配置。可選擇的是，該分析器并入了功率電平監視的功能。可選擇的且更為可取的是，還具有誤差檢測的功能的特征。管理分析器340再次連接到開關接口302，如在附圖19和20中所示的實施例一樣。至于附圖20，管理分析器340仍然具有連接到光信道選擇器338的單個接收器336的特征。光信道選擇器338再次選擇光信道并將該波長的光導向到接收器336。管理分析器340的其它的部件包括主機接口309、時鐘328、數據轉換器330和分析引擎332都與附圖19和20一樣地實施。
為提供連續的光信號監視，管理分析器340具有光檢測器342的特征，光檢測器342將所接收的光信號轉換為數字電壓信號以進一步分析。可取的是，分析引擎332能夠檢測在可接收的范圍之外(不管高于或低于該范圍)的功率電平的任何變化。可選擇的且更為可取的是，應用這種選擇來識別數據率并檢測數據誤差，這種數據率和數據誤差都是光信號的質量特性的進一步實例。更為可取的是，這種檢測耦合到閾值分析，以便如果光信號傳輸到可接收的范圍之外則以聲音報警。最為可取的是，為更精確地確定光信號的功率電平，分析引擎332能夠包括對由光開關所引起的光的衰減的估計。
雖然參考有限數量的實施例已經描述了本發明，但是應該理解的是還可以作出本發明的許多變型、改進和其它的應用。
權利要求
1.一種將多個分立的波長中的任何波長的光切換到多個輸出管路中的任何輸出管路中的裝置，該裝置包括(a)對于每個波長和每個輸出管路，將所述每個波長的光的可控制部分切換到所述每個輸出管路的電全息開關，共用輸出管路的所述電全息開關光學地耦合，共用波長的所述電全息開關光學地耦合。
2.權利要求1的裝置，進一步包括(b)對于每個波長，將所述每個波長的光轉向到所述相應的電全息開關而同時通過所有的其它波長的光的機構。
3.權利要求2的裝置，其中所述機構包括濾光器。
4.權利要求3的裝置，其中每個所述電全息開關包括至少一個光折射晶體，該光折射晶體包括特定于通過所述每個電全息開關切換的所述波長的光柵。
5.權利要求4的裝置，其中所述光柵作為全息圖存儲在所述晶體中。
6.權利要求4的裝置，其中每個所述光折射晶體包括從鈮鉭酸鉀、鈮酸鋇鍶和鈮鉭酸鋰鉀組成的組中選擇的一種光折射材料。
7.權利要求6的裝置，其中所述光折射晶體包括摻有銅和釩的鈮鉭酸鋰鉀。
8.權利要求4的裝置，其中每個所述光柵以基本等于90°的角度實施所述切換。
9.權利要求1的裝置，進一步包括(b)對于波長的至少一部分的每個波長，用于接收在所述每個波長的可控制部分的光切換到輸出管路中之后的所述每個剩余波長的光的檢測器。
10.權利要求9的裝置，其中所述檢測器進一步包括(i)開關接口，該開關接口連接到所述電全息開關并接收在所述每個波長的可控制部分的光切換到輸出管路中之后的所述每個剩余波長的光；以及(ii)分析器，該分析器根據在所述每個波長的可控制部分的光切換到輸出管路中之后的所述每個剩余波長的光從所述開關接口接收光信號并將所述光信號轉換到電壓以進行分析。
11.權利要求10的裝置，其中所述分析器進一步包括(1)光檢測器，該光檢測器從所述開關接口接收所述光信號并將所述光信號轉換到所述電壓；(2)高閾值電壓比較器，該高閾值電壓比較器比較所述電壓和高壓閾值，以便如果所述電壓高于所述高壓閾值則給出高壓指示；以及(3)低閾值電壓比較器，該低閾值電壓比較器比較所述電壓和低壓閾值，以便如果所述低壓低于所述低壓閾值則給出低壓指示。
12.權利要求11的裝置，其中所述低壓指示和所述高壓指示中的至少一種指示是LED。
13.權利要求12的裝置，其中該裝置與主機進行通信，以及其中該裝置進一步包括用于將信息發送到所述主機的主機接口，以使所述低壓指示和所述高壓指示中的至少一種指示是用于發射給所述主機的報警指示。
14.權利要求10的裝置，其中該裝置與主機進行通信，以及其中該裝置進一步包括將信息傳輸到所述主機的主機接口，以及其中所述分析器進一步包括(1)從所述開關接口接收光信號并將光信號轉換到所述電壓的晶體管；和(2)將所述電壓轉換到數字信號并通過所述主機接口將所述數字信號傳輸到所述主機的模擬到數字(A/D)轉換器。
15.權利要求14的裝置，其中一旦所述A/D轉換器通過所述主機接口從所述主機接收到請求該A/D轉換器就將所述數字信號傳輸到所述主機。
16.權利要求9的裝置，其中所述檢測器進一步包括(i)開關接口，該開關接口連接到所述電全息開關并接收在所述每個波長的可控制部分的光切換到輸出管路中之后的所述每個剩余波長的光；以及(ii)管理分析器，該管理分析器分析至少一個波長的光信號以確定光信號的質量。
17.權利要求16的裝置，其中所述光信號由多個波長組成以及所述檢測器進一步包括將所述光信號中的所述多個波長的一種波長的光信號切換到所述管理分析器的電全息開關。
18.權利要求17的裝置，其中所述管理分析器進一步包括(1)至少一個接收器，用于接收單一波長的所述光信號并將所述單一波長的所述光信號轉換為數字信號；以及(2)分析引擎，該分析引擎分析所述數字信號以確定所述光信號的所述質量。
19.權利要求18的裝置，其中來自所述接收器的所述數字信號是串行數字信號并且所述管理分析器進一步包括(3)數據轉換器，該數據轉換器將所述串行數字信號轉換為并行數字信號，并將所述并行數字信號傳輸到所述分析引擎。
20.權利要求17的裝置，其中所述管理分析器進一步包括(1)選擇所述光信號的波長的光信號波長選擇器；(2)單個接收器，用于接收所說波長的所述光信號并將所述波長的所述光信號轉換為數字信號；以及(3)分析引擎，該分析引擎分析所述數字信號以確定所述光信號的所述質量。
21.權利要求20的裝置，其中所述管理分析器進一步包括(4)光檢測器，該光檢測器監視來自所述光信號波長選擇器的所述光信號的功率。
22.權利要求20的裝置，其中所述光信號波長選擇器是電全息開關。
23.權利要求1的裝置，進一步包括(b)對于每個波長，這樣的一種機構在所述每個波長的所述可控制部分的光切換到輸出管路中之后將所述每個剩余波長的光轉向到上行鏈路管路。
24.權利要求23的裝置，其中將所述剩余的光轉向到所述上行鏈路管路的所述機構包括電全息開關。
25.權利要求1的裝置，其中至少一個所述輸出管路包括轉發器，該轉發器接收切換到所述至少一個輸出管路的光的所述可控制部分并發射單一輸出波長的對應的光。
26.權利要求1的裝置，進一步包括(b)對于輸出管路中的至少一部分的每個輸出管路(i)檢測器；以及(ii)用于將切換到所述每個輸出管路的光的每個所述可控制部分的次部分光轉向到所述檢測器的機構。
27.權利要求26的裝置，其中用于轉向所述次部分光的所述機構包括從由分束器和電全息開關組成的組中選擇的部件。
28.權利要求1的裝置，進一步包括(b)對于所述波長中的至少一部分的每個波長(i)發射除了所述每個波長以外的波長的光的光源；以及(ii)對于每個所述輸出管路，從電全息開關中接收所述其它的波長的所述光的檢測器，該電全息開關將所述每個波長的所述光的所述可控制部分切換到所述每個輸出管路中。
29.一種將多個分立的波長中的任何波長的光切換到多個輸出管路中的任何輸出管路中的方法，該方法包括如下步驟(a)對于每個波長和每個輸出管路，提供相應的電全息開關；(b)對于每個波長，將所述每個波長的光轉向到所述每個波長的所述電全息開關；以及(c)對于所述每個電全息開關，設置所述每個開關的狀態以進一步將所述每個開關的所述相應的波長的光的所需部分轉向到所述每個開關的所述相應輸出管路中。
30.權利要求29的方法，其中所述每個開關的所述狀態的所述設置通過如下的方式實施給所述每個開關施加有效電壓以進一步將所述每個開關的所述相應的波長的光的所述所需部分轉向到所述每個開關的所述相應的輸出管路。
31.權利要求29的方法，進一步包括如下的步驟(d)對于每個波長，在將所述每個波長的光的所述所需的部分轉向到輸出管路之后測量剩余的所述每個波長的光的強度；以及(e)基于所述測量的強度調節所述電壓。
32.權利要求29的方法，進一步包括如下步驟(d)對于每個輸出管路，檢驗每個波長的所述所需部分已經轉向到所述每個輸出管路。
33.權利要求32的方法，對于每個輸出管路，其中通過如下的應。一般來說，通過響應晶體吸收的光能量空間調制晶體的折射率，PR效應能夠將光信息記錄在晶體中。在它的最簡單的形式中，通過以兩個互相相干光束的干涉圖照亮晶體來使光折射開始。所吸收的光使來自它們的陷阱的電荷載流子光電離成導帶(電子)和價帶(空穴)。遷移光電離的電荷載流子并最終重新俘獲，形成了與激勵照明空間相關的空間電荷場，并通過電光效應對晶體的折射率進行調制。在大多數的PR晶體中，電光效應是線性的。然而，在PR晶體中，在順電相中電光效應是二次效應。因此，所產生的折射率的變化如下Δn=12n03geff.P2-----(1)]]>這里Δn是所產生的折射率的變化，n0是折射率，geff是有效的二次電光系數，以及p是低頻率電極化度。當在晶體中形成空間電荷場Esc(r)時，極化度成為P＝ε[E0+Esc(r)](2)這里ε電介電常數(接近相變的電介電常數符合ε/ε0＞＞1，ε0是真空的介電常數，8.854×10-12F/m)，E0是外部施加的電場，以及假設極化度是處于線性區域，這里P＝ε0(ε/ε0-1)E。將等式(2)代入等式(1)中得到包括3項的空間電荷場的空間分布的表達式Δn(r-)=12n03gϵ2[E02+2E0Esc(r-)+Esc2(r-)]-----(3)]]>考慮波長λ的光束的折射并滿足下式給出的布喇格條件(Braggcondition)的情況，該光束以角度θ入射在該晶體上，Λ＝λ/2n0sinθ (4)這里Λ是通過PR過程所形成的光柵的周期，以及n0是折射率。在等式(3)中的第一項在空間是均勻的因此對衍射沒有貢獻。在原理上，這一項通過使布喇格條件失調應該對折射率有影響，因為它影響體積折射率n0。然而，在對稱的透射光柵中，通過在它進入晶體時由光束的折射所引起的入射的內部角度的變化(斯涅耳定律snell’s law)可以消除布喇格條件的失調。在等式(3)中的第三項產生Λ/2的周期。因此，這種光柵不是與入射束相匹配的布拉格光柵，因此對衍射沒有作用。因此，在等式(3)中只有第二項對一衍射有作用。通過下式給出它所產生的折射率光柵的振幅δ[Δn(r-)=n03geffϵ2E0Esc(r-)]-----(5)]]>可以看出，將空間電荷場的空間分布轉換為僅在存在外部施加的電場時使光折射的折射率的調制。在H.Koglenik的“Coupled wave for thick hologram grating”(Bell Syst.Tech.J.vol.48 pp.2909-2949，1969)中給出了通過在順電相存儲的正弦相位透射光柵衍射的平面波的衍射效率。η=exp(-αd)sin2(πdλcosθn03gϵE0Esc)-----(6)]]>這里，d是晶體的厚度，并且認為滿足布喇格條件。注意的是，這種衍射效率的定義并沒有包括由晶體的缺陷所引起的散射和從晶體小面的反射。從等式(6)中可以看出，所施加的外部電場E0控制由空間電荷所產生的光柵的衍射效率。因此，應用二次光電效應使得能夠對該信息再現進行模擬控制。這就是上文所討論的電壓控制的PR效應。如上文所解釋，除了對稱的透射全息圖以外，由于在等式(3)中的第一項的原因，在包含以分布的空間電荷形式的全息圖的晶體上施加電場還可能使布喇格條件失調。在M.Balberg，M.Razvag，E.Refaelli和A.J.Agranat的“Electric field multiplexing ofvolume holograms in paraelectric crystals”(AppliedOptics，vol.37，pp.841-847(1998))中已經詳細描述了這種現象。KLTN是一種用于在順電相中運行的光折射晶體，在其中光折射效應是電壓控制的。在美國US5,614,129和US5,785,898中描述了這種晶體的制造方法和成分。在開關100中使用的KLTN晶體的優選化學成份為K0.9945Li0.0055Ta0.65Nb0.35O3。由依賴于介電常數的溫度的測量所確定相應的多個波長中的每個波長(ii)將所述相應的多個波長中的所述每個波長的光轉向到所述相應的電全息開關同時通過所有的其它的波長的光的機構。
41.權利要求39的裝置，其中，對于每個輸出管路，所述第一模塊的所述相應電全息開關光學地偶合到所述第二模塊的所述相應的電全息開關。
42.權利要求39的裝置，進一步包括(c)上行鏈路管路；以及其中每個所述模塊進一步包括，對于相應的多個波長中的每個波長(iii)在將所述相應的多個波長中的每個波長的光的可控制部分切換到輸出管路中之后將剩余的所述相應多個波長中的每個波長的光轉向到所述上行鏈路管路中的機構。
43.一種從多個輸入管路的至少一個管路中將多個分立的波長中的任何波長的光切換到多個輸出管路中的任何一個輸出管路中的裝置，該裝置包括(a)對于每個輸入管路，一個模塊，該模塊包括(i)對于每個波長和每個輸出管路，將所述每個波長的光的可控制部分切換到所述每個輸出管路中的電全息開關，共用輸出管路的所述電全息開關光學地耦合，共用波長的所述電全息開關光學地耦合，以及(ii)對于每個波長，這樣的一種機構，從所述每個輸入管路中將所述每個波長的光轉向到所述相應的全息開關中同時通過所有的其它的波長的光的機構；(b)對于每個輸出管路，將所有的所述相應的電全息開關的輸出組合到所述每個輸出管路中的多路復用器。
44.一種裝置，將第一多個分立的波長中的任何波長的光轉換為第二多個分立的波長中的任何波長，所述第一多個波長的數量等于所述第二多個波長的數量，然后將第二多個分立的波長的光切換到多個輸出管路的任何管路中，該裝置包括(a)第一模塊，該第一模塊包括(i)多個轉發器，其數量等于第一多個波長的數量，所述每個轉發器輸出第二多個波長的相應的波長的光，和(ii)對于第一多個波長中的每個波長和每個轉發器，將第一多個波長中的所述每個波長的光的可控制部分切換到所述每個轉發器的電全息開關，共用轉發器的所述電全息開關光學地耦合，第一多個波長中的共用波長的所述電全息開關光學地耦合；以及(b)第二模塊，該第二模塊包括(i)對于第二多個波長中的每個波長和每個輸出管路，將第二多個波長中的所述每個波長的光的可控制部分切換到所述每個輸出管路的電全息開關，共用轉發器的所述電全息開關光學地耦合，第二多個波長中的共用波長的所述電全息開關光學地耦合。
45.權利要求44的裝置，其中所述第一模塊進一步包括，對于第一多個波長中的每個波長(iii)將第一多個波長中的所述每個波長的光轉向到所述相應的全息開關同時通過所有的其它的波長的光的機構。
46.權利要求44的裝置，其中所述第一模塊進一步包括(iii)對于第一多個波長的至少一部分波長中的每個波長，用于接收在所述每個波長的光的所述可控制部分切換到轉發器之后的所述每個剩余波長的光的檢測器。
47.權利要求46的裝置，其中所述第二模塊進一步包括(ii)對于第二多個波長的至少一部分波長中的每個波長，用于接收在所述每個波長的光的所述可控制部分切換到輸出管路之后的所述每個剩余波長的光的檢測器。
48.在光通信系統中，其中在多個信道中傳輸信號，每個信道包括相應的分立的波長的光，一種插入-分出多路復用器，用于在相應的次多個信道上將至少一個輸入信號用對應的至少一個輸出信號替換，該插入-分出多路復用器包括(a)上行鏈路管路；(b)分出模塊，該分出模塊包括(i)多個轉向管路，(ii)對于次多個波長中的每個波長和所述每個轉向管路，將次多個波長的所述每個波長的光的可控制部分切換到所述每個轉向管路中的電全息開關，共用轉向管路的所述電全息開關光學地耦合，次多個波長中的共用波長的所述電全息開關光學地耦合，以及(iii)將所述次多個波長中的所述每個波長的光轉向到所述相應的電全息開關同時將所有的其它的波長的光傳輸到所述上行鏈路管路的機構；以及(c)插入模塊，該插入模塊包括(i)多個替代管路，以及(ii)從每個所述替代管路中將次多個波長的光轉向到所述上行鏈路管路中的機構。
49.權利要求48的插入-分出多路復用器，其中從每個所述替代管路中將次多個波長的光轉向到所述上行鏈路的所述機構包括用于每個所述替代管路的一個y-接頭。
50.權利要求48的插入-分出多路復用器，其中從每個所述替代管路中將次多個波長的光轉向到所述上行鏈路的所述機構包括用于每個所述替代管路的一個寬帶開關。
51.權利要求48的插入-分出多路復用器，其中從每個所述替代管路中將次多個波長的光轉向到所述上行鏈路的所述機構包括用于每個所述替代管路的一個電全息開關。
52.在一種通訊系統中，其中，通過共用管路在多個信道中傳輸信號，每個信道具有相應的分立的波長，一種用于分接信道裝置，包括(a)對于每個信道，從共用管路轉向所述每個信道的所述信號的可控制部分的相應的電全息開關。
53.權利要求52的裝置，進一步包括(b)對于每個信道，測量所述每個信道的所述信號的所述可控制部分的強度的機構。
54.權利要求53的裝置，進一步包括(c)位于所述電全息開關的上游用于放大該信道的強度的放大器；以及(d)位于所述放大器的上游用于根據所述信號的所述可控制部分的所述測量的強度調節該信道的強度的機構。
55.一種用于切換一定波長的光的電全息開關，該電全息開關包括(a)光折射材料的晶體，該晶體包括多個電全息光柵，在所述晶體內所述電全息光柵橫向地間隔開；以及(b)對于每個所述電全息光柵，用于啟動每個所述光柵的兩個電極。
56.權利要求55的裝置，其中所述光折射材料從鈮鉭酸鉀、鈮酸鋇鍶和鈮鉭酸鋰鉀組成的組中選擇。
57.一種包括順電光折射材料的光開關，在這種材料中存儲了通過所施加的電場可控制其再現的多個疊加的全息圖。
58.一種用于確定將光信號切換到初級輸出管路的光信號的放大等級的方法，該方法包括如下的步驟(a)提供用于將光信號切換到初級輸出管路的至少一個電全息開關；(b)通過所述電全息開關將光信號的第一部分轉向到初級輸出管路和通過所述電全息開關將光信號的第二部分轉向到次級輸出管路；(c)檢測所述第二部分的功率；以及(d)基于所述第二部分的所述檢測的功率，調節所述第一部分的功率。
59.權利要求58的方法，其中通過將相應的電壓施加到所述至少一個電全息開關的每個電全息開關來實現所述第一部分的所述功率的所述調節。
60.權利要求58的方法，其中光信號包括多個波長，通過相應的電全息開關將所述多個波長中的每個波長的光信號切換到相應的初級輸出管路。
61.一種分析光信號的至少一種質量特性的方法，該方法包括如下的步驟(a)提供用于轉向至少一部分的光信號以便進行分析的電全息開關；(b)轉向所述至少一部分的光信號以進行分析；以及(c)分析所述至少一部分的光信號以確定至少一種質量特性。
62.權利要求61的方法，其中所述至少一種質量特性是到所述電全息開關的光信號的水平的飽和度，其中步驟(c)進一步包括如下的步驟(i)將所述至少一部分光信號轉換為電壓；(ii)將所述電壓與最大預先設置的高閾值進行比較；以及(iii)如果所述電壓大于所述最大預先設置的高閾值，則確定到所述電全息開關的所述光信號的電平被飽和。
63.權利要求61的方法，其中所述至少一種質量特性是到所述電全息開關的光信號的低電平，其中步驟(c)進一步包括如下的步驟(i)將所述至少一部分光信號轉換為電壓；(ii)將所述電壓與預先設置的最小低壓閾值進行比較；以及(iii)如果所述電壓小于所述最小預先設置的低閾值，則確定到所述電全息開關的光信號的所述電平處于所述低電平。
64.權利要求61的方法，其中所述至少一種質量特性是到所述電全息開關的光信號的功率，其中步驟(c)進一步包括如下的步驟(i)將所述至少一部分光信號轉換為電壓；(ii)將所述電壓轉換為數字信號；以及(iii)從所述數字信號中確定光信號的所述功率。
65.權利要求61的方法，其中所述至少一種質量特性是光信號的衰減。
66.權利要求61的方法，其中光信號包括多個波長，以及步驟(a)進一步包括提供多個電全息開關的步驟，所述多個電全息開關的每個電全息開關專用于所述多個波長中的一種波長，以使對于所述多個波長中的每種波長執行步驟(b)和(c)。
67.權利要求66的方法，其中對于所述多個波長中的每種波長順序地執行步驟(b)和(c)。
68.權利要求66的方法，其中對于所述多個波長中的至少兩種波長基本同時地執行步驟(b)和(c)。
69.一種通信的方法，其中通過光通信網絡傳輸光信號，在多個信道中對在光介質中傳播的光信號進行編碼，該方法包括如下的步驟(a)僅對在每個信道的一部分光信號進行轉向而同時在每個信道中的其余的光信號繼續在該光介質中傳播；(b)將每部分轉換為電子信號；以及(c)根據所述電子信號管理網絡。
全文摘要
一種將多個分立的波長中的一種波長的光切換到一個或多個輸出管路(106)中的裝置(110)。該裝置(110)包括用于每個波長和每個輸出管路(106)的光纖(a－b)、將每個波長的光的可控制部分切換到每個輸出管路(106)中的電全息開關(100aa－ab),共用輸出管路(106)的電全息開關(100aa－ab)光學地耦合,共用波長的電全息開關(100aa－ab)光學地耦合。
文檔編號H04Q11/00GK1376274SQ00813374
公開日2002年10月23日 申請日期2000年7月19日 優先權日1999年7月26日
發明者A·J·阿格拉納特, E·里特維茨, M·拉滋瓦格, A·魯比薩 申請人:特雷里斯光學有限公司