用于波长分割多路复用选择的电全息波长选择光子开关
专利汇可以提供用于波长分割多路复用选择的电全息波长选择光子开关专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种将多个分立的 波长 中的一种波长的光切换到一个或多个输出管路(106)中的装置(110)。该装置(110)包括用于每个波长和每个输出管路(106)的光纤(a－b)、将每个波长的光的可控制部分切换到每个输出管路(106)中的电全息 开关 (100aa－ab),共用输出管路(106)的电全息开关(100aa－ab)光学地耦合,共用波长的电全息开关(100aa－ab)光学地耦合。，下面是用于波长分割多路复用选择的电全息波长选择光子开关专利的具体信息内容。
1.一种将多个分立的波长中的任何波长的光切换到多个输出 管路中的任何输出管路中的装置，该装置包括：
(a)对于每个波长和每个输出管路，将所述每个波长的光的可 控制部分切换到所述每个输出管路的电全息开关，共用输出管路的 所述电全息开关光学地耦合，共用波长的所述电全息开关光学地耦 合。
2.权利要求1的装置，进一步包括：
(b)对于每个波长，将所述每个波长的光转向到所述相应的电 全息开关而同时通过所有的其它波长的光的机构。
3.权利要求2的装置，其中所述机构包括滤光器。
4.权利要求3的装置，其中每个所述电全息开关包括至少一 个光折射晶体，该光折射晶体包括特定于通过所述每个电全息开关 切换的所述波长的光栅。
5.权利要求4的装置，其中所述光栅作为全息图存储在所述 晶体中。
6.权利要求4的装置，其中每个所述光折射晶体包括从铌钽 酸钾、铌酸钡锶和铌钽酸锂钾组成的组中选择的一种光折射材料。
7.权利要求6的装置，其中所述光折射晶体包括掺有铜和钒 的铌钽酸锂钾。
8.权利要求4的装置，其中每个所述光栅以基本等于90°的 角度实施所述切换。
9.权利要求1的装置，进一步包括：
(b)对于波长的至少一部分的每个波长，用于接收在所述每个 波长的可控制部分的光切换到输出管路中之后的所述每个剩余波长 的光的检测器。
10.权利要求9的装置，其中所述检测器进一步包括：
(i)开关接口，该开关接口连接到所述电全息开关并接收在所 述每个波长的可控制部分的光切换到输出管路中之后的所述每个剩 余波长的光；以及
(ii)分析器，该分析器根据在所述每个波长的可控制部分的 光切换到输出管路中之后的所述每个剩余波长的光从所述开关接口 接收光信号并将所述光信号转换到电压以进行分析。
11.权利要求10的装置，其中所述分析器进一步包括：
(1)光检测器，该光检测器从所述开关接口接收所述光信号并 将所述光信号转换到所述电压；
(2)高阈值电压比较器，该高阈值电压比较器比较所述电压和 高压阈值，以便如果所述电压高于所述高压阈值则给出高压指示； 以及
(3)低阈值电压比较器，该低阈值电压比较器比较所述电压和 低压阈值，以便如果所述低压低于所述低压阈值则给出低压指示。
12.权利要求11的装置，其中所述低压指示和所述高压指示中 的至少一种指示是LED。
13.权利要求12的装置，其中该装置与主机进行通信，以及其 中该装置进一步包括用于将信息发送到所述主机的主机接口，以使 所述低压指示和所述高压指示中的至少一种指示是用于发射给所述 主机的报警指示。
14.权利要求10的装置，其中该装置与主机进行通信，以及其 中该装置进一步包括将信息传输到所述主机的主机接口，以及其中 所述分析器进一步包括：
(1)从所述开关接口接收光信号并将光信号转换到所述电压的 晶体管；和
(2)将所述电压转换到数字信号并通过所述主机接口将所述数 字信号传输到所述主机的模拟到数字(A/D)转换器。
15.权利要求14的装置，其中一旦所述A/D转换器通过所述主 机接口从所述主机接收到请求该A/D转换器就将所述数字信号传输 到所述主机。
16.权利要求9的装置，其中所述检测器进一步包括：
(i)开关接口，该开关接口连接到所述电全息开关并接收在所 述每个波长的可控制部分的光切换到输出管路中之后的所述每个剩 余波长的光；以及
(ii)管理分析器，该管理分析器分析至少一个波长的光信号 以确定光信号的质量。
17.权利要求16的装置，其中所述光信号由多个波长组成以及 所述检测器进一步包括将所述光信号中的所述多个波长的一种波长 的光信号切换到所述管理分析器的电全息开关。
18.权利要求17的装置，其中所述管理分析器进一步包括：
(1)至少一个接收器，用于接收单一波长的所述光信号并将所 述单一波长的所述光信号转换为数字信号；以及
(2)分析引擎，该分析引擎分析所述数字信号以确定所述光信 号的所述质量。
19.权利要求18的装置，其中来自所述接收器的所述数字信号 是串行数字信号并且所述管理分析器进一步包括：
(3)数据转换器，该数据转换器将所述串行数字信号转换为并 行数字信号，并将所述并行数字信号传输到所述分析引擎。
20.权利要求17的装置，其中所述管理分析器进一步包括：
(1)选择所述光信号的波长的光信号波长选择器；
(2)单个接收器，用于接收所说波长的所述光信号并将所述波 长的所述光信号转换为数字信号；以及
(3)分析引擎，该分析引擎分析所述数字信号以确定所述光信 号的所述质量。
21.权利要求20的装置，其中所述管理分析器进一步包括：
(4)光检测器，该光检测器监视来自所述光信号波长选择器的 所述光信号的功率。
22.权利要求20的装置，其中所述光信号波长选择器是电全息 开关。
23.权利要求1的装置，进一步包括：
(b)对于每个波长，这样的一种机构：在所述每个波长的所述 可控制部分的光切换到输出管路中之后将所述每个剩余波长的光转 向到上行链路管路。
24.权利要求23的装置，其中将所述剩余的光转向到所述上行 链路管路的所述机构包括电全息开关。
25.权利要求1的装置，其中至少一个所述输出管路包括转发 器，该转发器接收切换到所述至少一个输出管路的光的所述可控制 部分并发射单一输出波长的对应的光。
26.权利要求1的装置，进一步包括：
(b)对于输出管路中的至少一部分的每个输出管路：
(i)检测器；以及
(ii)用于将切换到所述每个输出管路的光的每个所述可控制 部分的次部分光转向到所述检测器的机构。
27.权利要求26的装置，其中用于转向所述次部分光的所述机 构包括从由分束器和电全息开关组成的组中选择的部件。
28.权利要求1的装置，进一步包括：
(b)对于所述波长中的至少一部分的每个波长：
(i)发射除了所述每个波长以外的波长的光的光源；以及
(ii)对于每个所述输出管路，从电全息开关中接收所述其它 的波长的所述光的检测器，该电全息开关将所述每个波长的所述光 的所述可控制部分切换到所述每个输出管路中。
29.一种将多个分立的波长中的任何波长的光切换到多个输出 管路中的任何输出管路中的方法，该方法包括如下步骤：
(a)对于每个波长和每个输出管路，提供相应的电全息开关；
(b)对于每个波长，将所述每个波长的光转向到所述每个波长 的所述电全息开关；以及
(c)对于所述每个电全息开关，设置所述每个开关的状态以进 一步将所述每个开关的所述相应的波长的光的所需部分转向到所述 每个开关的所述相应输出管路中。
30.权利要求29的方法，其中所述每个开关的所述状态的所述 设置通过如下的方式实施：给所述每个开关施加有效电压以进一步 将所述每个开关的所述相应的波长的光的所述所需部分转向到所述 每个开关的所述相应的输出管路。
31.权利要求29的方法，进一步包括如下的步骤：
(d)对于每个波长，在将所述每个波长的光的所述所需的部分 转向到输出管路之后测量剩余的所述每个波长的光的强度；以及
(e)基于所述测量的强度调节所述电压。
32.权利要求29的方法，进一步包括如下步骤：
(d)对于每个输出管路，检验每个波长的所述所需部分已经转 向到所述每个输出管路。
33.权利要求32的方法，对于每个输出管路，其中通过如下的 应。一般来说，通过响应晶体吸收的光能量空间调制晶体的折射率， PR效应能够将光信息记录在晶体中。在它的最简单的形式中，通过以 两个互相相干光束的干涉图照亮晶体来使光折射开始。所吸收的光使 来自它们的陷阱的电荷载流子光电离成导带(电子)和价带(空穴)。 迁移光电离的电荷载流子并最终重新俘获，形成了与激励照明空间相 关的空间电荷场，并通过电光效应对晶体的折射率进行调制。
在大多数的PR晶体中，电光效应是线性的。然而，在PR晶体中， 在顺电相中电光效应是二次效应。因此，所产生的折射率的变化如下：
这里Δn是所产生的折射率的变化，n0是折射率，geff是有效的二 次电光系数，以及p是低频率电极化度。当在晶体中形成空间电荷场 Esc( r)时，极化度成为：
P＝ε[E0+Esc( r)] (2)
这里ε电介电常数(接近相变的电介电常数符合ε/ε0＞＞1，ε0 是真空的介电常数，8.854×10-12F/m)，E0是外部施加的电场，以及 假设极化度是处于线性区域，这里P＝ε0(ε/ε0-1)E。将等式(2) 代入等式(1)中得到包括3项的空间电荷场的空间分布的表达式：
考虑波长λ的光束的折射并满足下式给出的布喇格条件(Bragg condition)的情况，该光束以角度θ入射在该晶体上，
Λ＝λ/2n0sinθ (4)
这里Λ是通过PR过程所形成的光栅的周期，以及n0是折射率。在 等式(3)中的第一项在空间是均匀的因此对衍射没有贡献。在原理上， 这一项通过使布喇格条件失调应该对折射率有影响，因为它影响体积 折射率n0。然而，在对称的透射光栅中，通过在它进入晶体时由光束 的折射所引起的入射的内部角度的变化(斯涅耳定律snell’s law)可 以消除布喇格条件的失调。在等式(3)中的第三项产生Λ/2的周期。 因此，这种光栅不是与入射束相匹配的布拉格光栅，因此对衍射没有 作用。因此，在等式(3)中只有第二项对一衍射有作用。通过下式给 出它所产生的折射率光栅的振幅：
可以看出，将空间电荷场的空间分布转换为仅在存在外部施加的 电场时使光折射的折射率的调制。
在H.Koglenik的“Coupled wave for thick hologram grating” (Bell Syst.Tech.J.vol.48 pp.2909-2949，1969)中给出了通 过在顺电相存储的正弦相位透射光栅衍射的平面波的衍射效率。
这里，d是晶体的厚度，并且认为满足布喇格条件。注意的是，这 种衍射效率的定义并没有包括由晶体的缺陷所引起的散射和从晶体小 面的反射。从等式(6)中可以看出，所施加的外部电场E0控制由空间 电荷所产生的光栅的衍射效率。
因此，应用二次光电效应使得能够对该信息再现进行模拟控制。 这就是上文所讨论的电压控制的PR效应。
如上文所解释，除了对称的透射全息图以外，由于在等式(3)中 的第一项的原因，在包含以分布的空间电荷形式的全息图的晶体上施 加电场还可能使布喇格条件失调。在M.Balberg，M.Razvag， E.Refaelli和A.J.Agranat的“Electric field multiplexing of volume holograms in paraelectric crystals”(Applied Optics，vol.37，pp.841-847(1998))中已经详细描述了这种现象。
KLTN是一种用于在顺电相中运行的光折射晶体，在其中光折射效 应是电压控制的。在美国US5,614,129和US5,785,898中描述了这种 晶体的制造方法和成分。在开关100中使用的KLTN晶体的优选化学成 份为K0.9945Li0.0055Ta0.65Nb0.35O3。由依赖于介电常数的温度的测量所确定 相应的多个波长中的每个波长：
(ii)将所述相应的多个波长中的所述每个波长的光转向到所 述相应的电全息开关同时通过所有的其它的波长的光的机构。
41.权利要求39的装置，其中，对于每个输出管路，所述第一 模块的所述相应电全息开关光学地偶合到所述第二模块的所述相应 的电全息开关。
42.权利要求39的装置，进一步包括：
(c)上行链路管路；
以及其中每个所述模块进一步包括，对于相应的多个波长中的每 个波长：
(iii)在将所述相应的多个波长中的每个波长的光的可控制部 分切换到输出管路中之后将剩余的所述相应多个波长中的每个波长 的光转向到所述上行链路管路中的机构。
43.一种从多个输入管路的至少一个管路中将多个分立的波长 中的任何波长的光切换到多个输出管路中的任何一个输出管路中的 装置，该装置包括：
(a)对于每个输入管路，一个模块，该模块包括：
(i)对于每个波长和每个输出管路，将所述每个波长的光的可 控制部分切换到所述每个输出管路中的电全息开关，共用输出管路 的所述电全息开关光学地耦合，共用波长的所述电全息开关光学地 耦合，以及
(ii)对于每个波长，这样的一种机构，从所述每个输入管路 中将所述每个波长的光转向到所述相应的全息开关中同时通过所有 的其它的波长的光的机构；
(b)对于每个输出管路，将所有的所述相应的电全息开关的输 出组合到所述每个输出管路中的多路复用器。
44.一种装置，将第一多个分立的波长中的任何波长的光转换 为第二多个分立的波长中的任何波长，所述第一多个波长的数量等 于所述第二多个波长的数量，然后将第二多个分立的波长的光切换 到多个输出管路的任何管路中，该装置包括：
(a)第一模块，该第一模块包括：
(i)多个转发器，其数量等于第一多个波长的数量，所述每个 转发器输出第二多个波长的相应的波长的光，和
(ii)对于第一多个波长中的每个波长和每个转发器，将第一 多个波长中的所述每个波长的光的可控制部分切换到所述每个转发 器的电全息开关，共用转发器的所述电全息开关光学地耦合，第一 多个波长中的共用波长的所述电全息开关光学地耦合；以及
(b)第二模块，该第二模块包括：
(i)对于第二多个波长中的每个波长和每个输出管路，将第二 多个波长中的所述每个波长的光的可控制部分切换到所述每个输出 管路的电全息开关，共用转发器的所述电全息开关光学地耦合，第 二多个波长中的共用波长的所述电全息开关光学地耦合。
45.权利要求44的装置，其中所述第一模块进一步包括，对于 第一多个波长中的每个波长：
(iii)将第一多个波长中的所述每个波长的光转向到所述相应 的全息开关同时通过所有的其它的波长的光的机构。
46.权利要求44的装置，其中所述第一模块进一步包括：
(iii)对于第一多个波长的至少一部分波长中的每个波长，用 于接收在所述每个波长的光的所述可控制部分切换到转发器之后的 所述每个剩余波长的光的检测器。
47.权利要求46的装置，其中所述第二模块进一步包括：
(ii)对于第二多个波长的至少一部分波长中的每个波长，用 于接收在所述每个波长的光的所述可控制部分切换到输出管路之后 的所述每个剩余波长的光的检测器。
48.在光通信系统中，其中在多个信道中传输信号，每个信道 包括相应的分立的波长的光，一种插入-分出多路复用器，用于在相 应的次多个信道上将至少一个输入信号用对应的至少一个输出信号 替换，该插入-分出多路复用器包括：
(a)上行链路管路；
(b)分出模块，该分出模块包括：
(i)多个转向管路，
(ii)对于次多个波长中的每个波长和所述每个转向管路，将 次多个波长的所述每个波长的光的可控制部分切换到所述每个转向 管路中的电全息开关，共用转向管路的所述电全息开关光学地耦 合，次多个波长中的共用波长的所述电全息开关光学地耦合，以及
(iii)将所述次多个波长中的所述每个波长的光转向到所述相 应的电全息开关同时将所有的其它的波长的光传输到所述上行链路 管路的机构；以及
(c)插入模块，该插入模块包括：
(i)多个替代管路，以及
(ii)从每个所述替代管路中将次多个波长的光转向到所述上 行链路管路中的机构。
49.权利要求48的插入-分出多路复用器，其中从每个所述替 代管路中将次多个波长的光转向到所述上行链路的所述机构包括用 于每个所述替代管路的一个y-接头。
50.权利要求48的插入-分出多路复用器，其中从每个所述替 代管路中将次多个波长的光转向到所述上行链路的所述机构包括用 于每个所述替代管路的一个宽带开关。
51.权利要求48的插入-分出多路复用器，其中从每个所述替 代管路中将次多个波长的光转向到所述上行链路的所述机构包括用 于每个所述替代管路的一个电全息开关。
52.在一种通讯系统中，其中，通过共用管路在多个信道中传 输信号，每个信道具有相应的分立的波长，一种用于分接信道装置， 包括：
(a)对于每个信道，从共用管路转向所述每个信道的所述信号 的可控制部分的相应的电全息开关。
53.权利要求52的装置，进一步包括：
(b)对于每个信道，测量所述每个信道的所述信号的所述可控 制部分的强度的机构。
54.权利要求53的装置，进一步包括：
(c)位于所述电全息开关的上游用于放大该信道的强度的放大 器；以及
(d)位于所述放大器的上游用于根据所述信号的所述可控制部 分的所述测量的强度调节该信道的强度的机构。
55.一种用于切换一定波长的光的电全息开关，该电全息开关 包括：
(a)光折射材料的晶体，该晶体包括多个电全息光栅，在所述 晶体内所述电全息光栅横向地间隔开；以及
(b)对于每个所述电全息光栅，用于启动每个所述光栅的两个 电极。
56.权利要求55的装置，其中所述光折射材料从铌钽酸钾、铌 酸钡锶和铌钽酸锂钾组成的组中选择。
57.一种包括顺电光折射材料的光开关，在这种材料中存储了 通过所施加的电场可控制其再现的多个叠加的全息图。
58.一种用于确定将光信号切换到初级输出管路的光信号的放 大等级的方法，该方法包括如下的步骤：
(a)提供用于将光信号切换到初级输出管路的至少一个电全息 开关；
(b)通过所述电全息开关将光信号的第一部分转向到初级输出 管路和通过所述电全息开关将光信号的第二部分转向到次级输出管 路；
(c)检测所述第二部分的功率；以及
(d)基于所述第二部分的所述检测的功率，调节所述第一部分 的功率。
59.权利要求58的方法，其中通过将相应的电压施加到所述至 少一个电全息开关的每个电全息开关来实现所述第一部分的所述功 率的所述调节。
60.权利要求58的方法，其中光信号包括多个波长，通过相应 的电全息开关将所述多个波长中的每个波长的光信号切换到相应的 初级输出管路。
61.一种分析光信号的至少一种质量特性的方法，该方法包括 如下的步骤：
(a)提供用于转向至少一部分的光信号以便进行分析的电全息 开关；
(b)转向所述至少一部分的光信号以进行分析；以及
(c)分析所述至少一部分的光信号以确定至少一种质量特性。
62.权利要求61的方法，其中所述至少一种质量特性是到所述 电全息开关的光信号的水平的饱和度，其中步骤(c)进一步包括如 下的步骤：
(i)将所述至少一部分光信号转换为电压；
(ii)将所述电压与最大预先设置的高阈值进行比较；以及
(iii)如果所述电压大于所述最大预先设置的高阈值，则确定 到所述电全息开关的所述光信号的电平被饱和。
63.权利要求61的方法，其中所述至少一种质量特性是到所述 电全息开关的光信号的低电平，其中步骤(c)进一步包括如下的步 骤：
(i)将所述至少一部分光信号转换为电压；
(ii)将所述电压与预先设置的最小低压阈值进行比较；以及
(iii)如果所述电压小于所述最小预先设置的低阈值，则确定 到所述电全息开关的光信号的所述电平处于所述低电平。
64.权利要求61的方法，其中所述至少一种质量特性是到所述 电全息开关的光信号的功率，其中步骤(c)进一步包括如下的步骤：
(i)将所述至少一部分光信号转换为电压；
(ii)将所述电压转换为数字信号；以及
(iii)从所述数字信号中确定光信号的所述功率。
65.权利要求61的方法，其中所述至少一种质量特性是光信号 的衰减。
66.权利要求61的方法，其中光信号包括多个波长，以及步骤 (a)进一步包括提供多个电全息开关的步骤，所述多个电全息开关 的每个电全息开关专用于所述多个波长中的一种波长，以使对于所 述多个波长中的每种波长执行步骤(b)和(c)。
67.权利要求66的方法，其中对于所述多个波长中的每种波长 顺序地执行步骤(b)和(c)。
68.权利要求66的方法，其中对于所述多个波长中的至少两种 波长基本同时地执行步骤(b)和(c)。
69.一种通信的方法，其中通过光通信网络传输光信号，在多 个信道中对在光介质中传播的光信号进行编码，该方法包括如下的 步骤：
(a)仅对在每个信道的一部分光信号进行转向而同时在每个信 道中的其余的光信号继续在该光介质中传播； (b)将每部分转换为电子信号；以及 (c)根据所述电子信号管理网络。
本发明涉及一种在基于波长分割多路复用(WDM)的光学通信中有 用的开关阵列，更具体地说，涉及一种波长选择的交叉连接及其使用 方法。
光纤通信信道是一种在介质(比如光纤)中传播的光束，根据要 在该信道上传输的数据实时地调制该光束的强度。在WDM中，在相同 的光纤上以不同的载波波长传输N个信道中的每个信道。在当前的技 术发展状况下，通过对应于可以小到100GHz的频率间隔的波长差Δλ 间隔开的80种分立的波长，这种WDM链接能够高达80个信道。
高速多维开关实质上是在高速数据通信系统、多媒体服务或高性 能并行计算机中的构造块。然而，电子地实施这种开关受到它们的固 有的限制。已经显示，通过已有的电子开关技术不可能满足所出现的 宽带通信的应用的需要。此外，电子开关装置并不能与光纤通信系统 直接集成，而光纤通信系统正成为重要的通信技术。光学地实施开关 装置相对于电子地实施的开关装置在几方面拥有固有的优点。
近年来已经将全息光学元件和体积全息照相用于在光学互连网络 中光束的二维控制，尤其是用于高度并行的计算机互连。然而，这种 系统通常(至少是在体积全息照相的情况下)依赖于许多固定全息图 的使用，在此其中所需的一个全息图是借助于它的波长或入射方向应 用所选择的参考光束重现的，或在要执行每次控制动作之前立即实时 地重写所需的全息图。因此，这种全息照相并不是可直接电切换的， 因此并不能提供简单的系统结构和高速的操作。
由于通过应用WDM增加了在光纤通信系统中的位吞吐率，人们已 经研制了一种具有很窄的谱线宽度的成本效率合算的光源。用于光通 信的这种激光的开发使得可以应用体积(厚)全息图作为选择装置。 因为这种全息图固有地对波长非常敏感，所以以前在商业上应用它们 还不可行。如今厚全息图的应用使得能够将不同的WDM通信信道导向 到在相同的网络中的不同的目的地，由此可以进行三维控制。然而， 到迄今为止，基于应用已有技术的全息图的不能直接电切换的光学开 关都既不具有足够高的速度也不具有足够低的串扰电平，因此都不能 够应用于当前正在使用或在开发的光通信系统中。
电全息照相技术(electroholography)是一种基于通过将电场 应用于包含光栅的介质中控制体积光栅中的衍射的一般束切换方法。 通过在顺电光折射晶体中实现的电压控制的光折射效应可以实施电全 息照相，在该顺电光折射晶体中电光效应是二次的。这里光栅起先以 光折射空间电荷的形式存储在介质中，这种空间电荷产生了感应的偏 振光栅，随后在将电场施加到介质中时通过二次电光效应将其转换为 折射率(双折射)光栅。可替换的是，还可以以如下的电介质光折射 效应实施电全息照相：这里光栅首先以介电常数的光栅的形式存储， 在将电场施加到介质中时通过二次电光效应将其转换为折射率(双折 射)光栅。在后一种情况中，可以通过形成在晶体中的化学成分的空 间变化产生介质光栅，因为这种化学成分的空间能够引起相变温度的 空间变化。
Aharon Agranat等人在PCT/IL99/00368(以引用参考的方式将 其结合在本申请中，如同在此描述了该申请的全部内容一样)中教导 了一种在光通信中特别有用的电全息开关。电全息照相技术使得通过 外部施加的电场能够控制体积全息图的再现过程。电全息照相技术基 于在顺电相(paraelectric phase)中应用电压控制的光折射效应， 其中电光效应是二次的。通过给晶体施加电场可以再现在顺电晶体中 以空间电荷的空间分布的方式存储的体积全息图。这种电场激活了决 定传输数据光束的路线的预先存储的全息图。
基于电全息照相技术的装置的实施要求应用具有适合的特性的顺 电光折射晶体，比如铌酸钽酸钾(KTN)、铌酸钡锶(SBN)或特别是 铌酸钽酸锂钾(KLTN)，如Hofmeister等人在美国专利US5,614,129 和US5,785,989中所教导，以引用参考的方式将这两篇美国专利结合 在本申请中，如同在此全部描述了它们的内容一样。掺有铜和钒的KLTN 尤其是适合于用作电全息装置的介质。
常规的全息存储部件基于常规的光折射晶体并且仅能够以可见光 写入和读取，与这种常规的全息存储部件不同的是，基于KLTN及其类 似的材料的电全息装置能够以包括1.3微米和1.55微米的近红外区的 光谱操作，这种光谱如今普遍地应用在标准的通信系统中。
附图1A和1B所示为Agranat等人的电全息1×2开关100的两 种状态的示意图，这种开关基于并入了预先存储的电全息(EH)光栅 的单个的顺电光折射晶体10。一对电极12，14附着在晶体10的两个 相对的表面上。顺电光折射晶体10可以是比如KTN、SBN或特别是KLTN 的材料。当电压V施加在电极12，14上时，从空间调制的空间电荷场 中形成空间调制的晶体10的折射率，该电场是根据先前写入到晶体10 中的体积全息图所携带的信息创建的。因此，通过施加到电极对12-14 的电压差V在晶体10中有效地建立了衍射光栅17。
附图1A所示为通过将电压V0(即V＝V0)施加到晶体10启动这种 开光100的一种状态。在这种状态中，沿着路径16输入的光学信号传 输到输出端口18中。在这种情况下，在输入光束中残余的剩余功率传 输到输出端口20。附图1B所示为这种开关100的第二种状态。在此将 零电压(即V＝0)施加到晶体10。沿着路径16输入的光学信号传输到 输出端口20。在这两种状态下，在其载波波长λ不受光栅17影响(通 过布拉格条件确定)的信道上所传输的光学信号不经切换传输到端口 20。可以将光检测器21放置在由端口20所限定的光路中，在这种情 况下在输入束16穿过这个开关100之后仍然残留的剩余功率可以用于 管理和监视的目的，详细描述参见IL125241。
附图1C和1D所示为Agranat等人的电全息1×2开关100的两种 状态的示意图，这种开关基于两个顺电光折射晶体10和11。每个晶体 10或11都并入了预先存储的电全息(EH)光栅，并且电极对12，14 附着在晶体10的两个相对的表面上，电极对13，15附着在晶体11的 两个相对的表面上。顺电光折射晶体10和11可以是比如KTN、SBN或 特别是KLTN的材料。当电压V0施加在两对电极12，14和13，15中 的任一对电极上时，从空间调制的空间电荷场中形成相应的晶体折射 率的空间调制，该电场是根据先前写入到晶体10或11中的体积全息 图所携带的信息创建的。因此，通过给相应的晶体的电极施加电压在 晶体10或11中有效地建立了衍射光栅(在晶体10中为17，在晶体 11中为19)。
附图1C所示为通过将电压V0(即V1＝V0)施加到晶体10并将零电 压(即V2＝0)施加到晶体11来启动这种开光100的一种状态。在这种 状态中，沿着路径16输入的光学信号传输到输出端口18中。附图1D 所示为这种开关100的第二种状态。在此将零电压(即V1＝0)施加到 晶体10，而将电压V0(即V2＝V0)施加到晶体11。在此沿着路径16输 入的光学信号传输到输出端口20。在这两种状态下，在输入束中残留 的剩余功率被块21所阻塞。块21可以由光检测器替代，在这种情况 下在输入束16穿过这个开关100之后仍然残留的剩余功率可以用于管 理和监视的目的，详细描述参见IL125241。
如果将V1和V2都设置为等于V0，然后使部分光信号折射到输出端 口18，则没有折射到输出端口18的剩余光信号折射到输出端口20。 如果以不同的光栅间隙建立衍射光栅17和19以衍射不同波长的光， 则附图1C和1D的开关100具有串联地配置的附图1A和1B的两个开 关100的功能。
正如A.J.Agranat，V.Leyva和A.Yariv在“Voltage-controlled photorefractive effect In paraelectric KTa1-xNbxO3CuV”(Optics Letters，vol.14 pp.1017-1019(1989))中所描述，电全息开关工作 机理是基于应用电压控制的光折射效应。通过响应它所吸收的能量空 间地调制它的折射率，顺电效应能够在晶体中记录光学信息。所吸收 的光使来自它们的陷阱的电荷载流子光电离成导带(电子)和价带(空 穴)。迁移光电离的电荷载流子并最终重新俘获，形成了与激励照明 空间相关的空间电荷场，并通过电光效应对折射率进行调制。这种机 理是以相位全息图的形式存储信息的基础，通过以适当的波长和角度 施加再现(读取)光束可以有选择性地获得这种相位全息图。
最近，已经显示，通过采用较低频率的介电常数的空间调制还可 以将双极性全息光栅引入到光折射晶体中。A.J.Agranat，M.Razvag和 M.Balberg在“Dipolar holographic gratings Induced by the pholorefractive process in potassium lithium tantalate niobate at the paraelectric phase”(Journal of the Optical Society of America B，vol.14 pp.2043-2048(1997))中已经描 述了这种效果。
在顺电相中，通过在读取(再现)的阶段中在晶体上施加外部电 场可以控制这种效应的效率。电全息是基于这种能力。
如上文所指出，电全息的物理基础是电压控制的光折射(PR)效 应。一般来说，通过响应晶体吸收的光能量空间调制晶体的折射率， PR效应能够将光信息记录在晶体中。在它的最简单的形式中，通过以 两个互相相干光束的干涉图照亮晶体来使光折射开始。所吸收的光使 来自它们的陷阱的电荷载流子光电离成导带(电子)和价带(空穴)。 迁移光电离的电荷载流子并最终重新俘获，形成了与激励照明空间相 关的空间电荷场，并通过电光效应对晶体的折射率进行调制。
在大多数的PR晶体中，电光效应是线性的。然而，在PR晶体中， 在顺电相中电光效应是二次效应。因此，所产生的折射率的变化如下：
这里Δn是所产生的折射率的变化，n0是折射率，geff是有效的二 次电光系数，以及p是低频率电极化度。当在晶体中形成空间电荷场 Esc( r)时，极化度成为：
P＝ε[E0+Esc( r)] (2)
这里ε电介电常数(接近相变的电介电常数符合ε/ε0＞＞1，ε0 是真空的介电常数，8.854×10-12F/m)，E0是外部施加的电场，以及 假设极化度是处于线性区域，这里P＝ε0(ε/ε0-1)E。将等式(2) 代入等式(1)中得到包括3项的空间电荷场的空间分布的表达式：
考虑波长λ的光束的折射并满足下式给出的布喇格条件(Bragg condition)的情况，该光束以角度θ入射在该晶体上，
Λ＝λ/2n0sinθ (4)
这里Λ是通过PR过程所形成的光栅的周期，以及n0是折射率。在 等式(3)中的第一项在空间是均匀的因此对衍射没有贡献。在原理上， 这一项通过使布喇格条件失调应该对折射率有影响，因为它影响体积 折射率n0。然而，在对称的透射光栅中，通过在它进入晶体时由光束 的折射所引起的入射的内部角度的变化(斯涅耳定律snell’s law)可 以消除布喇格条件的失调。在等式(3)中的第三项产生Λ/2的周期。 因此，这种光栅不是与入射束相匹配的布拉格光栅，因此对衍射没有 作用。因此，在等式(3)中只有第二项对一衍射有作用。通过下式给 出它所产生的折射率光栅的振幅：
可以看出，将空间电荷场的空间分布转换为仅在存在外部施加的 电场时使光折射的折射率的调制。
在H.Koglenik的“Coupled wave for thick hologram grating” (Bell Syst.Tech.J.vol.48 pp.2909-2949，1969)中给出了通 过在顺电相存储的正弦相位透射光栅衍射的平面波的衍射效率。
这里，d是晶体的厚度，并且认为满足布喇格条件。注意的是，这 种衍射效率的定义并没有包括由晶体的缺陷所引起的散射和从晶体小 面的反射。从等式(6)中可以看出，所施加的外部电场E0控制由空间 电荷所产生的光栅的衍射效率。
因此，应用二次光电效应使得能够对该信息再现进行模拟控制。 这就是上文所讨论的电压控制的PR效应。
如上文所解释，除了对称的透射全息图以外，由于在等式(3)中 的第一项的原因，在包含以分布的空间电荷形式的全息图的晶体上施 加电场还可能使布喇格条件失调。在M.Balberg，M.Razvag， E.Refaelli和A.J.Agranat的“Electric field multiplexing of volumo holograms in paraelectric crystals”(Applied Optics，vol.37，pp.841-847(1998))中已经详细描述了这种现象。
KLTN是一种用于在顺电相中运行的光折射晶体，在其中光折射效 应是电压控制的。在美国US5,614,129和US5,785,898中描述了这种 晶体的制造方法和成分。在开关100中使用的KLTN晶体的优选化学成 份为K0.9945Li0.0055Ta0.65Nb0.35O3。由依赖于介电常数的温度的测量所确定 的使用的KLTN晶体的相变温度Tc＝26℃。为改善晶体的性能，在写 全息图之前，对晶体进行极性还原过程，在这个过程中在2.1kV/cm 的外部电场下从40℃到10℃以0.5℃/分钟的速率将晶体逐渐冷却， 然后以相同的速率将其加热到可操作温度。在操作的过程中，将晶体 保持在高于它的相变温度6℃的32℃，并正好处于顺电相中。该温度 通过与晶体10和11并列的稳定的热电元件(未示)保持。
发明概述
根据本发明提供一种将多个分立的波长中的任何波长的光切换到 多个输出管路中的任何输出管路中的装置，该装置包括：(a)对于每 个波长和每个输出管路，将每个波长的光的可控制部分切换到每个输 出管路中的电全息开关，光学地耦合的共用输出管路的电全息开关， 光学地耦合的共用波长的电全息开关。
根据本发明提供一种将多个分立的波长中的任何波长的光切换到 多个输出管路中的任何输出管路中的方法，该方法包括如下步骤：(a) 对于每个波长和每个输出管路，提供相应的电全息开关；(b)对于每 个波长，将每个波长的光转向到每个波长的电全息开关；以及(c)对 于每个电全息开关，设置每个开关的状态以进一步将每个开关的相应 的波长的光的所需部分转向到每个开关的相应输出管路中。
根据本发明提供一种将多个分立的波长中的任何波长的光切换到 第一和第二多个输出管路中的任何输出管路中的装置，该装置包括： (a)第一模块，该第一模块包括：(i)对于每个波长和第一多个输 出管路的每个输出管路，将每个波长的光的可控制部分切换到第一多 个输出管路的每个输出管路中的电全息开关，第一多个输出管路的共 用输出管路的电全息开关光学地耦合，共用波长的电全息开关光学地 耦合；以及(b)第二模块，该第二模块包括：(i)对于每个波长和 第二多个输出管路的每个输出管路，将每个波长的光的可控制部分切 换到第二多个输出管路的每个输出管路中的电全息开关，第二多个输 出管路的共用输出管路的电全息开关光学地耦合，共用波长的电全息 开关光学地耦合。
根据本发明提供一种将第一和第二多个分立的波长中的任何波长 的光切换到第一和第二多个输出管路中的任何输出管路中的装置，该 装置包括：(a)上行链路管路；(b)第一模块，该第一模块包括： (i)对于第一多个波长的每个波长和第一多个输出管路的每个输出管 路，将每个波长的光的可控制部分切换到每个输出管路中的电全息开 关，共用输出管路的电全息开关光学地耦合，共用波长的电全息开关 光学地耦合；以及(ii)对于第一多个波长的每个波长，这样的一种 机构，在将每个波长的光的可控制部分切换到第一多个输出管路中之 后该机构将剩余的每个波长的光转向到该上行链路管路中；以及(c) 第二模块，该第二模块包括：(i)对于第二多个波长的每个波长和第 二多个管路的每个输出管路，将每个波长的光的可控制部分切换到每 个输出管路中的电全息开关，共用输出管路的电全息开关被光学地耦 合，共用波长的电全息开关被光学地耦合；以及(ii)对于第二多个 波长的每个波长，光学地耦合到上行链路管路的机构，在传输所有的 其它的波长的光的同时该机构将每个波长的光转向到该相应的电全息 开关中。
根据本发明提供一种将第一和第二多个分立的波长中的任何波长 的光切换到多个输出管路中的任何输出管路中的装置，该装置包括： (a)第一模块，该第一模块包括：(i)对于第一多个波长中的每个 波长和每个输出管路，将第一多个波长中的每个波长的光的可控制部 分切换到每个输出管路中的电全息开关，共用输出管路的电全息开关 光学地耦合，第一多个波长中的共用波长的电全息开关光学地耦合； 以及(b)第二模块，该第二模块包括：(i)对于第二多个波长中的 每个波长和每个输出管路，将第二多个波长中的每个波长的光的可控 制部分切换到每个输出管路中的电全息开关，共用输出管路的电全息 开关光学地耦合，第二多个波长中的共用波长的电全息开关光学地耦 合。
根据本发明提供一种从多个输入管路的至少一个管路中将多个分 立的波长中的任何波长的光切换到多个输出管路中的任何一个输出管 路中的装置，该装置包括：(a)对于每个输入管路，一个模块，该模 块包括：(i)对于每个波长和每个输出管路，将每个波长的光的可控 制部分切换到每个输出管路中的电全息开关，共用输出管路的电全息 开关光学地耦合，共用波长的电全息开关光学地耦合；以及(ii)对 于每个波长，这样的一种机构，在传输所有的其它的波长的光的同时 该机构从每个输入管路中将每个波长的光转向到相应的全息开关中； 以及(b)对于每个输出管路，将所有的相应的电全息开关的输出组合 到每个输出管路中的多路复用器。
根据本发明提供一种将第一多个分立的波长中的任何波长的光转 换为第二多个分立的波长中的任何波长的光然后将第二多个分立的波 长的光切换到多个输出管路的任何管路中的装置，该第一多个波长的 数量等于该第二多个波长的数量，该装置包括：(a)第一模块，该第 一模块包括：(i)其数量等于第一多个波长的数量的多个转发器，每 个转发器输出第二多个波长的相应的波长的光，和(ii)对于第一多 个波长中的每个波长和每个转发器，将第一多个波长中的每个波长的 光的可控制部分切换到每个转发器中的电全息开关，共用转发器的电 全息开关光学地耦合，第一多个波长中的共用波长的电全息开关光学 地耦合；以及(b)第二模块，该第二模块包括：(i)对于第二多个 波长中的每个波长和每个输出管路，将第二多个波长中的每个波长的 光的可控制部分切换到每个输出管路中的电全息开关，共用转发器的 电全息开关光学地耦合，第二多个波长中的共用波长的电全息开关光 学地耦合。
根据本发明，提供一种在光通信系统中使用的插入-分出多路复用 器(add-drop multiplexer)，在该光通信系统中在多个信道中传输 信号，每个信道包括相应的分立的波长的光，这种插入-分出多路复用 器用于在相应的次多个(subplurality)的信道上将至少一个输入信 号用对应的至少一个输出信号替换，该插入-分出多路复用器包括： (a)上行链路管路；(b)分出模块，该分出模块包括：(i)多个转 向管路，(ii)对于次多个波长中的每个波长和每个转向管路，将次 多个波长中的每个波长的光的可控制部分切换到每个转向管路中的电 全息开关，共用转向管路的电全息开关光学地耦合，次多个波长中的 共用波长的电全息开关光学地耦合；以及(iii)在将所有的其它的波 长的光传输到上行链路管路的同时将次多个波长中的每个波长的光转 向到该相应的电全息开关的机构；以及(c)插入模块，该插入模块包 括：(i)多个替代管路，以及(ii)从每个替代管路将次多个波长中 的波长的光转向到上行链路管路中的机构。
根据本发明，提供一种在光通信系统中用于对信道进行分接的装 置，在该光通信系统中通过共用管路在多个信道中传输信号，每个信 道具有相应的不连续的波长，这种装置包括：(a)对于每个信道，从 共用管路转向每个信道的信号的可控制部分的相应的电全息开关。
根据本发明提供一种用于切换一定波长的光的电全息开关，该电 全息开关包括：(a)光折射材料的晶体，该晶体包括多个电全息光栅， 在该晶体内该电全息光栅横向地间隔开；以及(b)对于每个电全息光 栅，用于启动每个光栅的两个电极。
根据本发明提供一种包括顺电光折射材料的光开关，在这种材料 中存储了通过所施加的电场可控制其再现的多个叠加的全息图。
根据本发明提供一种方法，该方法用于确定将光信号切换到初级 输出管路的光信号的放大等级，该方法包括如下的步骤：(a)提供用 于将光信号切换到初级输出管路的至少一个电全息开关；(b)通过电 全息开关将光信号的第一部分转向到初级输出管路和通过该电全息开 关将光信号的第二部分转向到次级输出管路；(c)检测第二部分的功 率；以及(d)基于所检测的第二部分功率，调节第一部分的功率。
根据本发明提供一种分析光信号的至少一种质量特性的方法，该 方法包括如下的步骤：(a)提供用于转向至少一部分的光信号以便进 行分析的电全息开关；(b)转向至少一部分的光信号以进行分析；以 及(c)分析至少一部分的光信号以确定至少一种质量特性。
根据本发明提供一种通信的方法，其中通过光通信网络传输光信 号，在多个信道中对在光介质中传播的光信号进行编码，该方法包括 如下的步骤：(a)仅对在每个信道的一部分光信号进行转向而同时在 每个信道中的其余的光信号继续在该光介质中传播；(b)将每部分转 换为电子信号；以及(c)根据电子信号管理网络。
本发明的基本装置从输入管路中接收多个并行的WDM数据流(信 道)i、以从没有转向到几乎完全转向中的所需的程度将一个或多个数 据流转向到一个或多个输出管路以及将未转向的剩余的数据流传输到 共用输出管路，其中每个数据流以不同载波波长λi传输数据。最典型 的情况是，输入和输出管路都是光纤。
附图2所示为本发明的基本装置的基本实施例。装置110从输入 光纤102中接收多个并行WDM数据流。将其载波波长为λ1和λ2的两个 数据流部分地或全部地转向到输出光纤104a和104b中。剩余的输入 数据流未经转向进入到共用输出光纤106中。
装置110包括两个波长特定的滤光器112a和112b和如在附图1 中所示的类型的四个开关即开关100aa、开关100ab、开关100ba和开 关100bb，如图所示这些开关以矩阵的形式设置。滤光器112a将其载 波波长为λ1的数据流转向到开关100aa和开关100ab。滤光器112b将 其载波波长为λ2的数据流转向到开关100ab和开关100bb。滤光器112 是解复用窄带滤光器，例如干涉滤光镜或布拉格光栅滤光器。这些滤 光器在本领域中都是公知的，例如在从E-TEK dynamics，Inc.Of San Jose CF，USA购买的解复用器的DWDM1F系列中使用。可替换的是， 滤光器112是光折射晶体，如晶体10和11，具有衍射光栅比如并入在 其中并通过适当的电压启动以使它们相应的数据流几乎完全转向的光 栅17和19。
如图所示的开关100以方格的形式设置。通常，根据布拉格条件， 选择开关100的全息光栅的栅格角度和光栅间隙，使栅格倾斜，以使 开关100aa和100ba仅对载波波长λ1周围的较窄的波带(窄于Δλ)中 的光起作用并通过所有的其它的波长的光，以及使开关100ab和100bb 仅对在载波波长λ2周围的较窄的波带中的光起作用并通过所有的其它 的波长的光。在装置110的优选实施例中，栅格实际上是方形(或者， 更一般地，矩形；栅格角度为90度)，以便获得尽可能紧凑的装置110 并在准直和准直的问题方面简化装置110的制造。选择全息光栅的光 栅间隙以获得相对于相应的波长45度的布拉格角度。
通过适当地调节施加到开关100aa和100ba的电压，以从没有转 向到几乎完全转向中的所需的程度将载波波长λ1的数据流转向到输出 光纤104中的两个或任一个光纤中。类似地，通过适当地调节施加到 开关100ab和100bb的电压，载波波长λ2的数据流可以所需的程度， 从没有转向到几乎完全转向，转向到光纤104中的两个或任一个光纤 中。相似地，载波波长λ1的数据流的转向完全独立于载波波长λ2的数 据流的转向。输出光纤104的每个光纤都可以仅接收载波波长λ1的数 据、载波波长λ2的数据或两种数据流或没有数据流。开关100ab和 100bb对载波波长λ1的数据没有影响，因此载波波长λ1的数据不受影响 地穿过开关100ab和100bb。因此，在装置110中的每行开关100起 光藕合器的作用。
在装置110的最佳优选实施例中，所有的四个开关100都以相同 的光折射晶体制造。这种电全息开关的阵列或矩阵独立地构成了本发 明。
在装置110的一种增强的实施例中，开关100的列以检测器结束， 该检测器接收未被开关100转向的波长λ1和λ2的光。这些检测器将未 转向的光转换为与未转向的光的强度成比例的电压。这些检测器通常 集成在电子装置中，该电子装置执行系统功能比如误差检测、网络监 视和分析以及数据监视和分析。
在装置110的第二增强的实施例中，开关100的列以附加的电全 息开关结束，该附加的电全息开关将没有经过开关100转向的波长λ1 和λ2的光转向到共用上行链路管路中。
装置110的第三和第四增强的实施例包括验证开关100是否实际 地按照预期地切换数据流的机构。在第三增强的实施例中，转向机构 比如分束器或另一电全息开关在开关100的每行和对应的输出光纤 104之间介入。转向机构优选将从开关100的行中发出的光的可控制部 分转向到检测器。在装置110的第四增强的实施例中，开关100的每 个列具有以除了由开关100的列所开关的波长以外的波长发射相干光 的光源。通过该列的开关100的全息光栅在除了行的方向以外的方向 上至少部分地转向这种光以通过适当的检测器检测。
本发明的复合装置基于用作模块的本发明的基本装置。
在基于两个模块的本发明的第一复合装置中，第二模块没有滤光 器112，没有被第一模块的开关100的列所切换的光直接进入第二模块 的开关100的列中以全部或部分地被切换到第二模块的输出光纤104 中。
在还是基于两个模块的本发明的第二复合装置中，第一模块是增 强的模块，上面已述，其中开关100的列以附加的电全息开关结束， 该附加的电全息开关将从该列中发出的光转向到共用上行链路管路 中。然后上行链路管路起第二模块的输入管路102的作用。
在还是基于两个模块的本发明的第三复合装置中，两个模块都是 如上文所描述的增强的模块，在这些增强的模块中开关100的列以附 加的电全息开关结束，该附加的电全息开关将从该列中发出的光转向 到共用上行链路管路中，两个模块共享该上行链路管路。此外，通过 将第一模块的开关100的行光学地耦合到第二模块的开关100的行或 通过在y-接头上将第一模块的输出光纤104连接到第二模块的输出光 纤104，可以将两个模块的开关100的行耦合到共用的输出光纤104 中。
在本发明的基于几个模块的第四复合装置中，每个模块利用其本 身的与各种模块的输出光纤104相对应的输入光纤102通向共用多路 复用器。然后每个多路复用器的输入组合到从该多路复用器中引出的 共用输出光纤中。
在基于两个模块的本发明的第五复合装置中，第一模块具有相等 的行数和列数的开关100，第一模块的输出管路不是光纤104，而是转 发器，每个转发器将输入光转换为相应输出波长的类似的光。每个转 发器光学地耦合到第二模块的开关100的相应的列中。
本发明的插入-分出多路复用器包括分出模块和插入模块，插入- 分出多路复用器用于从包括这些波长和其它波长的数据流的并行数据 流汇集中移去载波波长λ1和λ2的数据流并将它们替换为在该载波波 长λ1和λ2下的其它的数据流。分出模块是本发明的基本装置。分出模 块的输出光纤104是将所分出的数据流传输到它们的相应目的地的转 向管路。插入模块接收从分出模块中接收余存的数据流，并且还从传 输在它们的相应的载波波长λ1或λ2的替代数据流的替代管路中接收 输入。应用光学部件比如y-接头或可替换的是应用与在装置10的第 二增强的实施例中所使用的电全息开关类似的电全息开关，将替代数 据流和来自分出模块的输入合并以将波长λ1和λ2的未转向的光合并 到共用上行链路管路中。
本发明的全息分接头应用特定的电全息开关100将从共用光纤中 所选择的信道的部分转向到所选择的信道的载波波长。通过适合的检 测器将所转向到光转换为电子信号，并且将该信号用于网络管理等功 能。例如，在放大器的下游的全息分接头中，施加到开关100的电压 被调整以使在所分接的信道中的功率相等。
波长特定的光子开关技术提供了“访问”光传输但不干涉所有的 光路(即数据通路)的方法。这可以通过应用在电全息开关中的光信 号的切换中剩余的(“残余的”)信号来实现。剩余的信号是原始信 号的明确的部分，因此能够应用它来恢复原始波形的特征以进行网络 管理分析。将剩余波长转向到输出管路中作为光信号和/或通过检测 器转换为电信号以进行功率、误差和数据分析。因此，通过网络管理 装置可以分析这些信号，该网络管理装置能够根据剩余波长的分析确 定传输的效率。
如下文更详细地描述，光开关的许多不同的实施例都适合与这些 网络管理装置一起使用，当然还可以使用光开关的其它的实施方式。 可以应用本发明的网络管理装置来确保光信号传输的质量并检测在任 一光开关中这种传输质量何时降低到最低水平以下。
应该理解的是，本发明的装置的增强的和复合的实施例的各种特 征都可以在本发明的单个增强的/复合的装置中一起使用。
附图概述
参考附图，下文仅通过实例描述本发明，在附图中：
附图1示意地示出了本发明所基于的已有技术的电全息开关的操 作；
附图2所示为本发明的基本装置的最基本的实施例的示意图；
附图3所示为附图2的增强型实施例的示意图；
附图4所示为附图2的另一增强型实施例的示意图；
附图5所示为附图2的第三增强型实施例的示意图；
附图6所示为本发明的复合装置的示意图；
附图7所示为本发明的另一复合装置的示意图；
附图8所示为本发明的第三复合装置的示意图；
附图9所示为本发明的第四复合装置的示意图；
附图10所示为本发明的第五复合装置的示意图；
附图11所示为本发明的第六复合装置的示意图；
附图12所示为应用本发明的电全息分接头进行功率均衡的示意 图；
附图13所示为本发明的插入-分出多路复用器的示意图；
附图14所示为附图13的插入-分出多路复用器的替换插入模块的 示意图；
附图15所示为附图13的插入-分出多路复用器的功率均衡的替换 方法；
附图16A和16B为在相同的光折射晶体上制造的两个电全息开关 的侧视图和正视图；
附图17所示为根据本发明的优选的检测模块的示意方块图；
附图18所示为根据本发明优选的光信号功率电平确定器的示意方 块图；
附图19所示为根据本发明专用于单个信道的管理分析器的第一优 选的实施例；
附图20所示为根据本发明能够切换信道的管理分析器的第二优选 的实施例；
附图21所示为根据本发明在混合结构中的管理分析器的第三优选 的实施例。
优选实施例的详细描述
参考附图和相关的描述可以更好地理解根据本发明的波长特定的 交叉连接的原理和工作。
在此为简化说明仅参考两行和两列的开关100描述本发明的基本 装置。通常，本发明的基本装置包括32个列和8个行的开关100。
再次参考附图，附图3所示为本发明的基本装置的增强实施例120 的示意图。除了装置110的部件以外，装置120还包括在开关100的 相应列的输出端上的两个检测器114比如光电二极管、在开关100的 相应行的输出端上的两个分束器116和与检测器114类似的检测器 118，该检测器118用于从到达相应的输出光纤104中接收通过分束器 116转向的光。
检测器114a检测通过滤光器112a转向到开关100aa和100ba但 不通过开关100aa和100ba转向到输出光纤104的光的强度。类似地， 检测器114b检测通过滤光器112b转向到开关100ab和100bb但不通 过开关100ab和100bb转向到输出光纤104的光的强度。检测器114 将所入射的光转换为与该光的强度成比例的电压。这些检测器通常集 成在执行系统功能比如误差检测、网络监视和分析以及数据监视和分 析的电子装置中。因此，这些检测器使得能够实施非干涉的网络管理。 在网络管理的已有技术的方法中将光信道转换为电子信号，通过控制 这些电子信号来实施网络管理功能，并且最后将这些电子信号再转换 回光信号，与这些已有技术的方法不同的是，本发明的网络管理方法 是基于对从光信道的转向部分中所产生的电子信号的控制，而同时光 信道的未转向部分继续传播到网络的光纤中。
这种检测器114和相关的电子装置的一种应用是用于使功率均衡 化。通过开关100中的任一开关所转向的光的部分(fraction)是所 施加到开关的电压的已知函数。因此，从通过检测器114所获得的强 度读数中可以计算切换到输出光纤104中的信道的功率。然后在反馈 环中调整施加到开关100的电压以使在输出光纤104中的载波波长λ1 和λ2的信道功率均衡。
分束器116a将从开关100aa和100ab中所出现的一部分光转向到 检测器118a。类似地，分束器116b将从开关100ba和100bb中所出 现的一部分光转向到检测器118b。应用通过检测器118所测量的强度 来检验开关100是否实际地按照施加到开关100的电压的函数将从滤 光器112中所接收的光的所需的比例转向到输出光纤104。还以自测试 的模式应用通过检测器114和118所产生的电信号以检验施加到开关 100的电压是否真正地启动所需的(行，列)对。
可替换的是，应用宽带电全息开关来替代分束器116。宽带电全息 开关是一种类似于开关100的电全息开关，但它具有一种全息光栅， 其在每个入射角度上作用和衍射比间隔不同的载波波长的波长差Δλ 更宽范围的波长。宽带电全息开关相对于可调的分束器116具有的优 点是：通过调整施加到开关的电压可调整转向到检测器118的光比例 (fraction)。
附图4所示为本发明的基本装置的增强型实施例130的示意图。装 置130除了包括装置110的部件以外还包括相干光束126的两个光源 122和四个检测器124。光源122可以例如包括适合的激光器和适合的 准直光学装置。光源122a将在波带λ1±Δλ/2之外的波长的相干光的 准直的光束126a导向到开关100的左手侧的列中。通过开关100aa和 100ba的全息光栅衍射光束126a，由此通过开关100aa和100ba至少部 分地转向到相应的检测器124aa和124ba。因为光束126a的波长不同于 λ1，所衍射的光束128aa和128ba以一个相对于入射束126a的根据布 拉格条件的角度从开关100aa和100ba中发出，该角度不同于开关100aa 和100ba将从滤光器112a中所接收的光朝输出光纤104转向的角度， 为说明这种差别，附图4所示为这样的情况：开关100aa和100ba将从 滤光器112a所接收的光的角度转向为直角，并且在入射束126a和衍射 束128aa和128ba之间的角度为斜角。类似地，光源122b将在波带λ2 ±Δλ/2之外的波长的相干光的准直的光束126b导到沿着开关100的 右手的列。光束126b被开关100ab和100bb的全息光栅所衍射，由此 至少部分地被开关100aa和100ba转向到相应的检测器124ab和 124bb。因为光束126a的波长不同于λ2，所衍射的光束128ab和128bb 以相对于入射束126b的一个角度从开关100ab和100bb中发出，该角 度不同于开关100ab和100bb将从滤光器112b中所接收的光朝输出光 纤104转向的角度。此外，由于光束126a和126b的波长分别不同于λ 1和λ2，所以光束126a和126b通过滤光器112而不朝共用输出光纤106 转向。因此，没有来自光源122的光进入输出光纤104和106而污染在 其中传播的数据流。如在附图3的检测器118所示的情况下，应用通过 检测器124所测量的强度来检验开关100是否作为施加到开关100的电 压的函数实际地将从滤光器112中所接收的所需的部分的光转向到输出 光纤104。
附图5所示为本发明的基本装置的增强型实施例140的示意图。装 置140除了包括装置110的部件以外还包括在开关100的相应的列的输 出端上的另两个的电全息开关100′和从开关100′接收光的上行链路光纤 136。相似地，开关100′a是专用于波长为λ1的光并将从开关100aa和 100ba中发出的波长为λ1的光导向到上行链路光纤136中。类似地，开 关100′b是专用于波长为λ2的光并将从开关100ab和100bb中发出的波 长为λ2的光导向到上行链路光纤136中。共用输出光纤106绕回以成为 开关100′的输入光纤。因此，从在除了λ1和λ2以外的波长下从输入光纤 102进入装置140的光与没有转向到输出光纤104的波长为λ1和λ2的光 合并，上行链路136起装置140的实际的共用输出光纤的作用。
在包括附图3的实施例120和附图5的实施例140的特征的本发明 的基本装置的实施例中，施加到开关100′的电压仅将从开关100的它们 的相应的列发出的光的一部分导向到上行链路光纤136中。其余的这些 光通过检测器比如检测器114检测。
附图6所示为本发明的复合装置150的示意图，该复合装置基于两 个模块即几乎与装置110相同的模块110′和与装置120类似的模块 120′，但没有滤光器112、分束器116和检测器118。模块110′包括用于 切换波长为λ1的光的两个开关100aa和100ba和用于切换波长为λ2的光 的两个开关100ab和100bb。模块120′包括用于切换波长为λ1的光的两 个开关100ca和100da和用于切换波长为λ2的光的两个开关100cb和 100db。与装置110中一样，开关100aa和100ab将一部分它们相应的 输入转向到输出光纤104a，开关100ba和100bb将一部分它们相应的输 入转向到输出光纤104b。类似地，开关100ca和100cb将一部分它们相 应的输入转向到输出光纤104c，开关100da和100db将一部分它们相应 的输入转向到输出光纤104d。开关100aa和100ba通过中间光纤142a 光学地耦合到开关100ca和100da。类似地，开关100ab和100bb通过 中间光纤142b光学地耦合到开关100cb和100db。可选择的是，模块 110′的开关100通过自由空间耦合到模块120′的开关100，而没有中间 光纤142的介入。因此，装置150起着具有两倍数量的输出光纤104的 本发明的基本装置的作用。
附图7所示为基于用作模块的两个装置140的本发明的复合装置 160的示意图。左手的模块140的上行链路光纤136导引到右边模块140 的输入光纤102中以给右边的模块140提供输入。如在附图5的装置140 一样，左边的模块140的滤光器112分别转向波长λ1和λ2的光。右边的 模块140的滤光器112分别转向两个其它波长λ3和λ4的光。因此，装置 160起着将两倍的数据流切换到两倍的输出光纤104的本发明的基本装 置的作用。
附图8所示为本发明的复合装置170的示意图，该复合装置170基 于与装置140几乎相同的两个模块140′和140″。模块140′包括将波长为 λ1的光转向到两个开关100aa和100ba的波长特定的滤光器112a和将 波长为λ2的光转向到两个开关100ab和100bb的波长特定的滤光器 112b。开关100aa和100ab将它们所接收的所有的或部分的光转向到中 间光纤164a。开关100ba和100bb将它们所接收的所有的或部分的光转 向到中间光纤164b。通过中间光纤162将没有经过滤光器112a和112b 转向的光传导到模块140″，在模块140″中波长特定的滤光器112c将波 长为λ3的光转向到两个开关100ac和100bc，而波长特定的滤光器112d 将波长为λ4的光转向到两个开关100ad和100bd。开关100ac和100ad 将它们所接收的所有的或部分的光转向到输出光纤104a。开关100bc和 100bd将它们所接收的所有的或部分的光转向到输出光纤104b。没有经 过滤光器112c和112d转向的光进入共用输出光纤106。中间光纤164a 将开关100aa和100ab光学地耦合到滤光器100ac和100ad，经过中间 光纤164a通过开关100aa和100ab转向到滤光器100ac和100ad的光 经过滤光器100ac和100ad传输到输出光纤104a。类似地，中间光纤 164b将开关100ba和100bb光学地耦合到滤光器100bc和100bd，经过 中间光纤164b通过开关100ba和100bb转向到滤光器100bc和100bd 的光经过滤光器100bc和100bd传输到输出光纤104b。如装置140一 样，共用输出光纤106绕回成为输入光纤134，通过模块140′从输入光 纤134中接收的光加入到要通过电全息开关100′a和100′b导向到中间 光纤166的但没有由开关100aa、100ba、100ab和100bb转向的光中。 在模块140″中，从中间光纤166中所接收的光加入到要通过电全息开关 100′c和100′d导向到上行链路光纤136的但没有由开关100ac、100bc、 100ad和100bd转向的光中。因此，装置170起将两倍的数据流切换到 相同数量的输出光纤中的本发明的基本装置的作用。
附图9所示为耦合模块140′和140″以形成本发明的复合装置180的 另外的方法的示意图。不是中间光纤164耦合到模块140″的滤光器100， 而是在y-接头172a和172b上直接耦合到输出光纤104。此外，模块140′ 和140″的上行链路光纤136在y-接头172c上相互耦合。因此，装置180 类似于将两倍的数据流切换到相同数量的输出光纤的本发明的基本装 置。
附图10所示为基于用作模块的三个装置110的本发明的复合装置 190的示意图。所有的三个输出光纤140a都通向多路复用器182a，多 路复用器182a接收在装置110中切换到输出光纤104a的数据流并在 共用输出光纤184a中将这些数据流组合成组合的数据流。类似地，所 有的三个输出光纤140b都通向多路复用器182b，多路复用器182b接 收在装置110中切换到输出光纤104b的数据流并在共用输出光纤 184b中将这些数据流组合成组合的数据流。装置190起从三个输入中 将两个波长交叉连接到两个输出的3×2×2光学交叉接头的作用。
附图11所示为基于两个模块110″和110的本发明的复合装置 220的示意图。模块110与装置110几乎相同。在装置110″中，波长 特定的滤光器112a将波长λ1的光转向到两个开关100aa和100ba 中，波长特定的滤光器112b将波长λ2的光转向到两个开关100ab和 100bb中。开关100aa和100ab将它们接收的所有的或部分的光转向 到转发器222a中。通常，转发器是一种在接收到正确的查询信号时自 动地发射信号的接收器-发射器装置。在这种情况下，转发器222a对 它所接收的信号进行整形、再生以及可选择地重新定时并应用波长不 同于λ1或λ2的波长λ3的载波输出这些信号。类似地，开关100ba和 100bb将它们接收的所有的或部分的光转向到转发器222b中，转发器 222b对它所接收的信号进行整形、再生以及可选择地重新定时并应用 波长不同于λ1或λ2或λ3的波长λ4的载波输出这些信号。模块110 与装置110类似，但没有波长特定的滤光器112。作为替代，转发器 222a所发出的光穿过专门用于波长λ3的光的开关100ac、100ad和 100ae的列，而转发器222b所发出的光穿过专门用于波长λ4的光的开 关100bc、100bd和100be的列。开关100ac和100bc将它们接收的 所有的或部分的光转向到输出光纤104c中；开关100ad和100bd将它 们接收的所有的或部分的光转向到输出光纤104d中；以及开关100ae 和100be将它们接收的所有的或部分的光转向到输出光纤104e中。注 意，如在附图11中所示，在模块110中开关100的行和列的顺序相 对于在模块110″中开关100的行和列的顺序互换。如在基本实施例140 一样，模块110″的共用输出光纤106起用于上行链接目的的模块110 的输入光纤134的作用。
如在附图3中的基本实施例120一样，模块110″的列和模块110 的行端接在检测器114和115中，该检测器114和115通常集成在执 行系统功能比如误差检测、网络监视和分析和数据监视和分析的电子 装置中。
装置220的目的是波长转换。在本申请中，模块110″必需仅仅在 交叉连接的模式中运行，而不能在广播或多播的模式中运行：每列仅 一个开关100和每行仅一个开关100可以被启动。波长转换由所启动 的开关100确定。如果开关100aa和100bb都启动，则将部分或所有 的载波波长λ1的数据流转换为载波波长λ3的数据流，将部分或所有的 载波波长λ2的数据流转换为载波波长λ4的数据流。类似地，如果开关 100ab和100ba都启动，则将部分或所有的载波波长λ1的数据流转换 为载波波长λ4的数据流，将部分或所有的载波波长λ2的数据流转换为 载波波长λ3的数据流。装置110实现载波波长λ3和λ4的数据流的交 叉连接、广播和多播。
附图12所示为本发明的电全息分接头200的示意图，这种电全 息分接头200用于均衡载波波长λ1、λ2和λ3的信道的功率，在被放 大器202(比如掺铒的光纤放大器)已经放大这些信号之后，将它们传 播到共用光学管路比如光纤206的右边。因为放大器202通常具有作 为波长函数的非平坦的响应，所以这种均衡化是需要的。因此，即使 三个信道具有相同的功率进入到放大器202中，但是从放大器202中 出来时这些信道仍然可能具有不同的功率。电全息分接头200包括三 个电全息开关100和与检测器114类似的三个检测器210，每个开关 100专用于三种波长λ1、λ2和λ3中的一种波长。由开关100a将进入 分接头200中的一部分波长λ1的光转向到检测器210a中，由开关100b 将进入分接头200中的一部分波长λ2的光转向到检测器210b中，以 及由开关100c将进入分接头200中的一部分波长λ3的光转向到检测 器210c中。从左边进入分接头200的其它的光从分接头200中出来到 右边并继续在光纤206中传播。
在附图12还示出了用于功率均衡的控制模块212，该控制模块212 从检测器210中接收电子信号并给开关100施加电压。检测器210和 控制模块212的组合形成了使载波波长λ1、λ2和λ3的信道的功率均 衡化的反馈环。控制模块212从检测器210中接收电信号，该电信号 代表由开关100转向到检测器210的光的强度。控制模块212调整施 加到开关100的电压以使在光纤206中的载波波长λ1、λ2和λ3的信 道的功率均衡化。
附图13所示为本发明的插入-分出多路复用器230的示意图。插 入-分出多路复用器230基于两个模块即分出模块231和插入模块 234，该分出模块231与装置140相同。插入-分出多路复用器的作用 是从出现在输入光纤102上的多个并行WDM数据流中移去具有载波波 长λ1和λ2的数据流，并将这些数据流以具有载波波长λ1和λ2的其它 的数据流替代。输出光纤104a和104b起转向管路的作用：通过分出 模块231将具有载波波长λ1和λ2的输入数据流转向到输出光纤104a 和104b中的任一光纤或两者之中。
剩余的数据流经过上行链路光纤136行进到插入模块234中。还 将两种替代数据流输入到插入模块234中，这两种替代数据流中的一 种是具有载波波长λ1的数据流，而另一种是载波波长λ2的数据流。将 具有载波波长λ1的替代数据流通过用作替代管路的输入光纤236a输 入到插入模块234中。将具有载波波长λ2的替代数据流通过用作替代 管路的输入光纤236b输入到插入模块234中。
插入模块234包括两个光学部件232a和232b，其将通过输入光 纤236进入插入模块234并具有载波波长λ1和λ2的数据流与通过上 行链路光纤236进入插入模块234的数据流进行合并。通过光学部件 232使两种替代数据流与其它的数据流合并，所有的数据流通过上行链 路光纤136的延伸部分240输入到插入模块234，该延伸部分用作插 入-分出多路复用器230的输出管路。
光学部件232有三种可能的实施方式。在第一种实施方式中，光 学部件232是与附图9的装置180的y-接头类似的y-接头。在第二种 实施方式中，光学部件232是宽带电全息开关。在第三种实施方式中， 光学部件232是窄带电光开关比如电全息开关100。
在光学部件232的第二和第三种实施方式中，上行链路光纤136 以与附图5的上行链路光纤136光学地耦合到电全息开关100″的方式 相同的方式光学地耦合到部件232；输入光纤236a以与开关100aa和 100ba光学地耦合到附图5的电全息开关100′a的方式相同的方式光学 地耦合到部件232a；以及输入光纤236b以与开关100ab和100bb光 学地耦合到附图5的电全息开关100′b的方式相同的方式光学地耦合到 部件232b。在光学部件232的第二种实施方式中，根据宽带电光开关 232的带宽的不同，每种输入光纤都可以传输几种载波波长(例如，在 输入光纤236a上的λ1a、λ1b等和在输入光纤236b上的λ2a、λ2b等) 的几种数据流，只要两组载波波长是分开的即可。
优选的是，在光学部件232的第二和第三实施方式中，分出模块 231包括装置140和装置120两者的特征。宽带或窄带电光开关232 仅将来自相应的输入光纤236的一部分光转向到延伸部分240中。通 过与检测器114和118类似的检测器238检测没有通过开关232转向 的光，并且通过控制系统应用来自检测器114、118和238的电信号调 整施加到分出模块231的电全息开关100和电光开关232的电压，以 使具有它们所替代的数据流的功率的替代数据流的功率均衡化。
将会认识到的是，插入模块234可以起附图10的装置190的多路 复用器182的作用。
附图14所示为本发明的另外的插入模块234′的示意图。插入模块 234′将附图3和5的基本实施例120和140的特征相结合以在一个装 置中形成插入模块234的第二和第三实施方式的不同的优点。输入光 纤236a和输入光纤236b传输两种载波波长λ1和λ2的替代数据流。 通过电全息开关100aa、100ab、100ba和100bb将这些数据流的可控 制部分导向到电全息开关100′a和100′b。替代数据流的其它数据流继 续向右传输以丢弃或为了网络管理的目的通过类似于检测器114的检 测器(未示)进行检测。开关100′a和100′b将从下面入射的数据流的 可控制部分与通过上行链路光纤236进入左边的数据流合并，经合并 的数据流通过延伸部分240从右边出来。从下面入射到开关100′a和 100′b的数据流的部分没有与从右边通过上行链路光纤136进入的数据 流合并，通过与检测器238类似的检测器238′a和238′b分别检测这部 分的数据流；将所得到的电子信号用于网络管理功能比如功率均衡 化。
附图15所示为在插入-分出多路复用器230中实施功率均衡化的 另一个方法。分出模块231的输出光纤104和插入模块234的相应的 输入光纤236具有相应的电全息分接头200′和200″，该电全息分接头 200′和200″共享从分接头200′和200″的检测器中接收电子信号并控制 施加到分接头200′和200″的电全息开关的电压的共用控制模块212。 控制模块212从分接头200′的检测器接收的信号中推断在输出光纤 104中的数据流的功率电平。然后控制模块应用来自分接头200″的检 测器的反馈调整施加到分接头200″的电全息开关的电压，以使在输入 光纤236中的替代数据流的功率电平等于在输出光纤104中的相应数 据流的功率电平。
本发明的范围还包括电全息开关，在该电全息开关中顺电光折射 晶体10或11包括几个叠加的全息光栅17或19以根据布拉格条件切 换几种不同的波长的光，每个光栅17和19具有不同的间隔。附图1 说明了这些类型的开关，如参考标号17和19所示，不是单个全息光 栅而是几个叠加的全息光栅。应该注意的是通过在相同的电极对12， 14或13，15上的相同电压差一起启动所有的叠加的光栅。这种开关给 装置130的开关100提供了一种替换方案。具体地说，以每个晶体10 或11两个全息光栅17或19并且每个光栅具有不同的间隔来制造每种 替换全息开关。应用一个光栅来实施电全息开关的开关功能，即切换 波长λ1和λ2的光的功能。应用另一个光栅以与将载波波长λ1和λ2 的数据流转向到输出光纤104的程度成比例的程度地转向光束126。这 种替换允许检测器124相对于相应的电全息开关更加灵活地放置。
附图16A和16B所示分别为在单个光折射晶体250内和上制造的 电全息开关100aa和100ba的侧视图和正视图。开关100aa包括夹在 晶体250的相对表面252和254上的两个电极12aa和14aa之间并在 晶体250内的全息光栅17aa和夹在晶体250的相对表面252和254上 的两个电极15aa和13aa之间并在晶体250内的全息光栅19aa。类似 地，开关100ba包括夹在晶体250的相对表面252和254上的两个电 极12ba和14ba之间并在晶体250内的全息光栅17ba和夹在晶体250 的相对表面252和254上的两个电极15ba和13ba之间并在晶体250 内的全息光栅19ba。已经发现，通过施加在相应的电极对12aa-14aa， 13aa-15aa，12ba-14ba和13ba-15ba上的电压差在光栅17aa，19aa， 17ba或19ba上所建立的电场限制在该光栅17aa，19aa，17ba或19ba 的附近，而不会对其它的光栅产生串扰。可取的是，为确保在光栅之 间没有串扰，使连续电极对的极性交错，如图所示，在表面252上的 连续电极是接地电极15aa、有效电极12aa、接地电极15ba和有效电 极12ba；而在表面254上的连续电极是有效电极13aa、接地电极 14aa、有效电极13ba和接地电极14ba。在此所使用的术语“有效电 极”是指相对于地施加了电压V的电极，如在附图1中所示。
为简化说明，附图16仅示出了在单个晶体250中所制造的装置110 的开关100的单列。将会理解到，在单个的光折射晶体上可以制造装 置110的所有的四个开关100。还会理解到，在将滤光器112作为电 全息开关实施的装置110的实施例中，还可以在相同的光折射晶体中 将滤光器112制造成开关100。
在开关100aa和100ba的替换的实施例中，将电极12和14设置 在晶体250的相同侧面上，将电极13和15设置在晶体250的相同侧 面(不必是在其上设置电极12和14的侧面)上。
除了用于波长特定的光子开关的本发明的装置的各种实施例以 外，在本发明的范围内还考虑几种管理装置。为了网络管理的目的比 如光信号的误差检测，这些管理装置使得能够分析原始的(或说未转 向的)信号。在附图17-21中示出了管理装置的优选实施例，这些优 选实施例包括根据本发明(附图17)的优选的检测模块和实例性的输 出；根据本发明(附图18)的优选的光信号功率电平确定器；以及根 据本发明(附图19-21)的管理分析器的三个优选实施例。应该理解的 是，虽然上文具体地参考在附图14中所描述的波长特定的光子开关， 但是附图17-21的管理装置也可选择地与其它类型的光开关装置一同 使用。正如在下文中将会详细描述到，这些管理装置中的每个管理装 置都能够确定光信号的质量特性。
附图17所示为根据本发明实例性的检测模块的示意性方块图。根 据本发明的检测模块300与根据本发明的电光开关进行通信，比如例 如附图1-14中的电光开关中的任一电光开关。开关接口302从电光开 关(未示)中接收剩余信号，该电光开关对该光信号的这部分进行分 解以便进行分析。然后开关接口302将剩余的信号传输到光检测器304 中。可选择的且可取的是，开关接口302连接到多个光检测器304，如 果电光开关是波长特定的开关则每个光检测器304对应于特定的波 长。
每个光检测器304将从剩余信号中所接收的光转换为电压。然后 将该电压传输到多个电压比较器中的每个电压比较器中，如图所示这 些电压比较器包括高压比较器306和低压比较器308。高压比较器306 和低压比较器308共同地组成了根据本发明的分析器的实例。高压比 较器306将所接收的电压与预先设置的最大的高阈值进行比较。如果 所接收的电压大于这个高压阈值，则通过高压比较器306产生高压指 示。该高压指示表明开关磁芯的输入信号的电平饱和，因此这种饱和 是光信号的质量特性。
例如，高压比较器306可以使LED点亮。作为另一实例，高压比 较器306可以将这种高压指示输送到主机接口309。主机接口309优 选具有能够从高压比较器306中接收高压信号的第一电子硬件输入 310的特征。这种高压信号是确定高功率指示的比较的数字结果。主机 接口309还优选具有在已经接收到高电压指示时通知系统管理员或网 络的其它部件的输出报警模块312的特征。输出报警模块312可选择 以软件、硬件或固件或这些的结合的方式实施。
类似地，低压比较器308将所接收的电压与预先设置的最小的低 阈值进行比较。如果所接收的电压小于这个低压阈值，则通过低压比 较器308产生低压指示。该低压指示表明到光开关磁芯的输入信号的 电平在最小值之下，因此这种低电平是光信号的质量特性。与上文的 高压比较器306一样，这种低压比较器308可以使LED点亮，或可替 换的是低压比较器308可以将这种低压指示输送到主机接口309。主机 接口309优选具有能够从高压比较器306中接收低压信号的第二电子 硬件输入314的特征。主机接口309还优选具有在已经接收到高电压 指示时通知系统管理员或网络的其它部件的输出报警模块312的特 征。
可取的是，主机接口309还能够配置分别用于高压比较器306和 低压比较器308的高和低电压检测阈值。通过将参考电压的电平设置 到比较器来确定该阈值。通过可变电阻器或D/A可以提供这种参考电 压。更为可取的是，主机接口309能够从外部源比如系统管理员(未 示)中接收配置指令以确定如何配置这些阈值。例如，系统管理员可 以可选择地请求主机接口309来降低高压比较器306的阈值和/或增加 低压比较器308的阈值，以便更精确地控制光信号。当然，还可以选 择只调整高压比较器306和/或低压比较器308中的一个比较器的阈 值。
附图18所示为根据本发明的光信号的功率电平的确定器的示意方 块图。信号功率电平确定器316也是与根据本发明的电光开关(比如 例如附图1-14中的电光开关中的任何电光开关)进行通信。信号功率 电平确定器316与开关接口302进行通信，该开关接口302可以与附 图17的开关接口相同或不同。开关接口302再次从电光开关(未示) 中接收剩余信号，该电光开关分解光信号的这部分以便进行分析。然 后开关接口302将剩余信号传输到晶体管318。晶体管318将所接收 的剩余光信号转换为电压。然后通过A/D(模拟到数字)转换器320 将该电压转换为数字信号，根据该系统的要求确定该A/D转换器的分 辨率。晶体管318和A/D转换器320一起构成了根据本发明的分析器 的另一实例。
将接收的光信号的功率的数字值锁存在每个信道寄存器322中， 以使这种功率是光信号的质量特性。然后将来自寄存器322的值传输 到主机接口309中，然后根据主机的请求传输到主机(未示)。主机 请求包括本身来自主机的命令，这些命令规定所选择的信道或所选择 的波长的数量。选择(未示)这些信息并将其传输到主机。
可选择的且可取的是，信号功率电平确定器316还具有可配置的 阈值指示器(未示)作为附图17的检测模块300。可配置的阈值指示 器将所接收的数字信号与预先确定的高阈值和预先确定低阈值进行比 较，然后，更为可取的是，根据需要产生相同的报警指示和/或状态寄 存器。最为可取的是，阈值指示器是完全可配置的，因为这种可配置 性是进行功率检测的细微调节和从光信号的预期功率电平中检测细小 的偏差所必需的。
可选择的是，将A/D(模拟到数字)转换器320和阈值转换器都以 DSP或模拟ASIC芯片的方式实施。可选择的是，将检测器的输出用作 应用SONET/SDH数据开销监视器的专用装置的误差检测的输入。
可选择的是，检测器的输出用于确定应用时钟和数据恢复的专用 装置的数据率和协议。
附图19-21所示为根据本发明的实例性的管理分析器的三个不同 的优选实施例。每个这种管理分析器能够分析光信号以便评价信号质 量并执行误差检测，以便确定光信号的指令特性。虽然下文的描述以 网络模型的物理层(第1层)的光信号的分析为中心，但是应该理解 的是这种分析还可以用于更高层的协议和数据结构，比如在网络上发 送的IP包(第3层)。
附图19所示为根据本发明的实例性的管理分析器的第一实施例。 在本实施例中，管理分析器324专用于特定波长的光信号。管理分析 器324再次与根据本发明的光电开关或分接头(比如例如附图1-14的 电光开关的任何电光开关)进行通信。这种通信通过开关接口302实 现，开关接口302也可以与附图17或18的开关接口相同或不同。开 关接口302再次从电光开关(未示)中接收剩余信号，该电光开关分 解这部分光信号以便进行分析。然后开关接口302将剩余的信号传输 到接收器326，接收器326将该光信号转换为电子数字信号，可取的是 还应用时钟328执行时钟恢复。在本实施例中，接收器326专用于单 个波长的光。通过数据转换器330将串行(单-位)电子信号转换为8， 16或32位信号的并行格式。接收器326、时钟328和数据转换器330 一起构成了根据本发明的分析器的另一实例。
然后将经转换的数据传输到分析引擎332。分析引擎332对经转换 的数据执行任何所需的统计分析以评价光信号。例如，分析引擎332 通过评价高阈值功率过载的相对频率来确定可用的带宽，因为这种过 载表示电光开关以及网络的饱和。此外，分析引擎332计算在光信号 中的相对变化，这种变化是对通过光学网络信号传导变换的控制的评 价并且还是光信号的另一质量特性。
根据分析引擎332的优选实施例，采集的有关光信号的信息相对 较简单，例如通过传输量计数器所提供的信息。这种信息优选通过主 机接口309输送到主机，然后以预定的采样速率下载。可取的是，应 用恢复的时钟识别数据率。可选择的且可取的是，分析引擎332被配 置成DSP、CPU、和ASIC芯片和/或固件的组合，以便给数据分析提供 至少2.5Gbps的持续数据率。可选择的且可取的是，分析引擎332被 用于接收光信号的多个不同的波长的光的多个接收器326共享。
附图20所示为根据本发明的实例性的管理分析器的第二实施例。 在本实施例中实例性的管理分析器334再次连接到开关接口302，如在 附图19中所示的实施例一样。然而，现在管理分析器334具有连接到 光信道选择器338的单个接收器336的特征。光信道选择器338选择 光信道并将该波长的光导向到接收器336。可取的是，光信道选择器 338以循环复用选择的方式依次从每个信道中选择光。可选择的且可取 的是，光信道选择器338是可配置的，例如通过经过主机接口309来 自主机(未示)的指令。管理分析器334的其它的部件包括时钟328、 数据变换器330和分析引擎332都与附图19一样地实施。可选择的且 可取的是，光信道选择器是一种电全息开关。
附图21所示为根据本发明的管理分析器的第三实例性的实施例， 这种管理分析器具有允许光信号分析的单信道选择和连续光信号监视 的混合配置。可选择的是，该分析器并入了功率电平监视的功能。可 选择的且更为可取的是，还具有误差检测的功能的特征。管理分析器 340再次连接到开关接口302，如在附图19和20中所示的实施例一 样。至于附图20，管理分析器340仍然具有连接到光信道选择器338 的单个接收器336的特征。光信道选择器338再次选择光信道并将该 波长的光导向到接收器336。管理分析器340的其它的部件包括主机接 口309、时钟328、数据转换器330和分析引擎332都与附图19和20 一样地实施。
为提供连续的光信号监视，管理分析器340具有光检测器342的 特征，光检测器342将所接收的光信号转换为数字电压信号以进一步 分析。可取的是，分析引擎332能够检测在可接收的范围之外(不管 高于或低于该范围)的功率电平的任何变化。可选择的且更为可取的 是，应用这种选择来识别数据率并检测数据误差，这种数据率和数据 误差都是光信号的质量特性的进一步实例。更为可取的是，这种检测 耦合到阈值分析，以便如果光信号传输到可接收的范围之外则以声音 报警。最为可取的是，为更精确地确定光信号的功率电平，分析引擎 332能够包括对由光开关所引起的光的衰减的估计。
虽然参考有限数量的实施例已经描述了本发明，但是应该理解的 是还可以作出本发明的许多变型、改进和其它的应用。
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