DE69617407T2

DE69617407T2 - Anordnung zur abstimmung eines integrierten optischen schaltelementes

Info

Publication number: DE69617407T2
Application number: DE69617407T
Authority: DE
Inventors: V. Attanasio; R. Hare; L. Smith; E. Watson
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1995-03-22
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 2002-07-25
Anticipated expiration: 2016-02-15
Also published as: EP0815487A1; JPH11502319A; WO1996029625A1; US5566263A; EP0815487B1; DE69617407D1

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft generell integrierte optische Vorrichtungen und insbesondere ein System zum Abstimmen elektrooptisch aktivierter optischer Schaltelemente zwecks Optimierung der Schaltleistung der Vorrichtung.

2. Hintergrund der Erfindung

Optische Schaltelemente, z. B. direktionale Koppler, X-Abzweig-, Y-Abzweig- und ausgeglichene Brücken-Optikschalter, sind weithin bekannt. Typischerweise ist ein integriertes optisches Schaltelement aus elektrooptischem Material wie z. B. Lithiumniobat gebildet, das mindestens einen Wellenleiter aufweist, der in einem Interaktionsbereich des elektrooptischen Materials definiert ist, um Lichtsignale durch den Interaktionsbereich zu leiten. Damit der Wellenleiterkanal bzw. die Wellenleiterkanäle aus optisches Schaltelement konfiguriert sein kann bzw. können, müssen ein erster Eingangs-Port, in den ein Lichtsignal selektiv ausgegeben werden kann, und ein zweiter Eingangs-Port vorhanden sein. Es wird mindestens ein Paar von Elektroden verwendet, um an dem Interaktionsbereich selektiv ein elektrisches Feld zu erzeugen, das in elektrooptischer Weise einen gewünschten Schaltzustand an dem optischen Schaltelement aktiviert.
Die üblichsten Konfigurationen optischer Schaltelemente sind ein 2 · 1-Element, z. B. ein "Y-Abzweig"-Schalter oder ein ausgeglichenes Brücken-Schaltelement, und ein 2 · 2-Element, z. B. ein direktionaler Koppler oder ein "X-Abzweig"- Optikschaltelement. In jedem Fall existieren zwei "Eingangs"-Ports, die ein Lichtsignal empfangen können und dann selektiv das Lichtsignal in dem Interaktionsbereich des Schaltelements auf einen der "Ausgangs"-Ports schalten. Da optische Schalter generell bidirektional sind, indem Licht in jeder Richtung durch den Schalter hindurchtreten kann, ist die Bestimmung, ob ein Port eines optischen Schaltelements ein Eingangs-Port oder ein Ausgangs-Port ist, eine reine Definitionssache. Ein Port, der in einem bestimmten Kontext als Eingangs-Port definiert ist, kann in einem anderen Kontext als Ausgangs-Port definiert sein, falls z. B. das Lichtsignal an der anderen Seite des Interaktionsbereichs in das Schaltelement eintritt.
Die in dem elektrooptischen Material definierten Wellenleiterkanäle übertragen Lichtsignale von den Eingangs-Ports durch den Interaktionsbereich, wobei die Lichtsignale zu jedem der Ausgangs-Ports hin oder von diesem weg geleitet werden können, und zwar in Abhängigkeit von dem gewünschten Schaltzustand des elektrischen Felds, das durch eine am Interaktionsbereich der Vorrichtung an die Elektroden angelegte Spannung erzeugt wird. Beispielsweise kann ein Lichtsignal, das in einen Eingangs-Port für einen ersten Wellenleiterkanal eintritt, innerhalb eines 2 · 2-Direktionalkopplers derart übertragen werden, das es an einem Ausgangs-Port für einen zweiten Wellenleiterkanal austritt, wobei man in diesem Fall davon spricht, dass sich das Schaltelement in einem "Überkreuzungszustand" befindet. Alternativ kann das Lichtsignal, das in den Eingangs-Port für den ersten Wellenleiterkanal eintritt, derart durch den 2 · 2-Direktionalkoppler geleitet werden, dass es in dem ersten Wellenleiterkanal bleibt und an einem Ausgangs-Port für den ersten Wellenleiterkanal austritt, wobei man in diesem Fall davon spricht, dass sich das Schaltelement in einem "Linien-Zustand" befindet.
Idealerweise ist ein elektrooptisch aktiviertes optisches Schaltelement derart konzipiert, dass es in Reaktion auf ein elektrisches Feld, das an dem Interaktionsbereich appliziert wird, an dem die Wellenleiterkanäle einander schneiden oder sehr nahe beieinander liegen, die Lichtsignale elektrooptisch zwischen den gewünschten Schaltzuständen schaltet. In diesem Bereich sind die Wellenleiterkanäle derart ausgebildet, dass sie das Lichtsignal nicht restriktiv dahingehend beeinflussen, dass es in einem bestimmten Wellenleiterkanal bleibt. Folglich ist ein durch den Wellenleiterkanal tretendes Lichtsignal frei, innerhalb eines Wellenleiterkanals zu blieben, zu einem anderen Wellenleiterkanal zu wechseln oder beides zu tun, je nach den optischen Übertragungseigenschaften der Wellenleiterkanäle innerhalb des Interaktionsbereichs. Wenn ein elektrisches Feld an dem Interaktionsbereich eines elektrooptischen Materials appliziert wird, verändert das elektrische Feld die optischen Übertragungseigenschaften der Wellenleiterkanäle. Somit kann auch die Art, in der das Lichtsignal durch den Interaktionsbereich tritt, verändert werden. Beispiele der Ausgestaltung und der Arbeitsweise existierender elektrisch aktivierter optisches Schaltelemente sind in den U. S. -Patenten Nr. 5,050,947 und 5,255,334 aufgeführt.
Während es wünschenswert wäre, dass optische Schaltelemente vollständig in digitaler Weise arbeiten würden, wobei sie sich entweder im vollständigen Einschalt- oder im vollständigen Auschalt-Zustand befänden, ist die Steuerung des Lichtsignals, während dieses durch das optische Schaltelement tritt, nicht derart einfach. In der Praxis verhält sich eine elektrooptisch aktiviertes optisches Schaltelement eher wie ein undichtes Ventil, wobei der Großteil des Lichts durch den gewünschten Wellenleiterkanal übertragen wird, etwas Licht jedoch in den oder die anderen Wellenleiterkanäle hinein entweicht. Solange die relative Differenz zwischen der zu den Ausgängen sämtlicher Wellenleiterkanäle ausgegebenen Lichtenergie groß genug ist, ist es noch möglich, das optisches Schaltelement in digitaler Weise zu verwenden. Wenn diese relative Differenz zwischen der Lichtenergie sämtlicher Ausgänge als Verhältnis ausgedrückt wird, wird sie häufig als Schaltlösch-Verhältnis des optischen Schaltelements bezeichnet.
Obwohl es wünschenswert wäre, dass nur die den Elektroden zugeführten Spannungen die relative Differenz zwischen den optischen Ausgängen beeinflussen würden, existieren tatsächlich zahlreiche Faktoren, die das als Schaltlösch-Verhältnis des optischen Schaltelements beeinträchtigen können. Einige dieser Faktoren können mittels des Designs des optischen Schaltelements kontrolliert werden, etwa die physikalischen Eigenschaften des optisches Schaltelement einschließlich der Wellenleiterkanal-Längen- und -Trennungen, der Eigenschaften des elektrooptischen Materials und der Art, in der die Wellenleiterkanäle in dem elektrooptischen Material erzeugt werden. Es existieren jedoch andere Faktoren, die sich nicht über das Design des optischen Schaltelements kontrollieren lassen, wie z. B. die Umgebungsbedingungen, unter denen das optische Schaltelement verwendet wird.
Vor diesem Hintergrund werden im folgenden einige der verschiedenen bisher unternommenen Versuche zusammengefasst, mit denen die Arbeitsweise elektrooptisch aktivierter integrierter optischer Schalter gesteuert werden sollte.
Das U. S. -Patent Nr. 5,283,842 beschreibt ein Verfahren zum physischen Trimmen oder Ändern der Wellenleiterkanäle zwecks Beeinflussung der Arbeitsweise des optischen Schaltelements. Die U. S. -Patente Nr. 4,769,534 und 5,023,445 beschreiben Verfahren zum Erzeugen eines Feedback-Signals aus dem Photodetektor an einem Ausgangs-Port des optischen Schaltelements. Das Feedback-Signal wird zum Maskieren eines Lasers verwendet, der dem Eingangs-Port des optischen Schaltelements in Situationen zugeführt wird, in denen das optische Schaltelement als Teil eines optischen Zeitdomänen- Reflektometers (OTDR) verwendet wird. In keiner dieser Schriften wird jedoch auf die Steuerung der Spannungen eingegangen, die den Elektroden zugeführt werden, welche zum elektrooptischen Ändern des gewünschten Schaltzustands des optisches Schaltelement verwendet werden.
Die Steuerung der Spannungen, die den Elektroden eines integrierten optischen Schalters zugeführt werden, war generell auf Techniken beschränkt, welche zum Steuern oder Minimieren von spannungsinduziertem Drift verwendet werden, z. B. gemäß der Beschreibung in den U. S. -Patenten Nr. 5,020,872 und 5,218,468. Bei jedem dieser Patente werden die Eingangsspannungen für ein Paar von Elektroden, die im Verbindung mit einem optischen Schaltelement verwendet werden, derart geändert, dass über der Zeit ein Null-Mittelwert der Eingangsspannungen existiert. Durch Verwenden einer durchschnittlichen Potenzialdifferenz zwischen den Eingangsspannungen, die im wesentlichen null beträgt, versuchen diese Patente in den gewünschten Betriebspunkt- Spannungen des optischen Schaltelements jegliches Drift zu minimieren, das durch Zuführen einer nicht null betragenden Durchschnittsspannung zu den Elektroden über eine lange Zeitperiode herbeigeführt werden könnte. Bei jedem der Patente wird die Null-Mittelwertbildung des Steuerspannungen ohne die Verwendung irgendeines Typs von Feedback vom optischen Schaltelement erzielt.
Die Verwendung eines Eingangs-Abzapfens von einer optischen Vorrichtung als Teil eines Mechanismus zum Steuern eines optischen Schaltelements ist beschrieben in dem U. S-Patent Nr. 5,218,198. Bei dem in diesem Patent beschriebenen System erfolgt ein Abzapfen eines Teils eines Eingangssignals, der einer elektronischen Schaltung zugeführt wird, um das Eingangssignal zu überwachen und dadurch festzustellen, ob ein Schalten des optischen Schaltelements erforderlich ist. Während das Abzapfsignal und die zugehörige elektronische Schaltung zum Steuern des gewünschten Schaltzustands des optischen Schaltelements verwendet werden, wird diese Steuerung als Reaktion auf in dem Eingangssignal enthaltene Information durchgeführt, und es wird kein Versuch unternommen, die Elektrodenspannungen dahingehend zu steuern, dass andere Faktoren ausgeglichen würden, die den Betrieb des optischen Schaltelements beeinträchtigen könnten.
Bei dem U. S. -Patent Nr. 5,259,044 wird in dem Versuch des Steuern eines Gleichstrom-Vorspann-Spannung, die an Steuer-Elektroden der Vorrichtung angelegt wird, die Streuung eines Lichtsignals seitens einer optischen Vorrichtung verwendet, die kein optisches Schaltelement ist. Bei der optischen Vorrichtung handelt es sich um einen optischen Ein-Eingang-/Ein-Ausgang-Mach- Zehnder-Modulator, der derart arbeitet, dass das Lichtsignal entweder von dem Eingangs-Port durch den Modulator zu dem Ausgangs-Port durchgelassen wird oder gedämpft wird. Bei diesem Patent ist ein Photodetektor an der Ausgangs-Seite des Interaktionsbereichs angeordnet, der an einer Seitenfläche oder an einem Ausgangs-Port der Mach-Zehnder-Optikvorrichtung angebracht wird. Der Zweck dieses Photodetektors besteht in der Detektion einer Streuung des Lichts durch die Vorrichtung am Ausgangssport. Dieses Streulicht wird zum Zweck des Steuers einer Gleichstrom-Vorspann-Spannung überwacht, die zwischen einer ersten und einer zweiten Steuer-Elektrode appliziert wird. Da ein Mach-Zehnder-Optikmodulator keine "Schalt"-Funktion durchführt, und da das gestreute Licht niemals zurück durch den Interaktionsbereich der Vorrichtung läuft, ist die von diesem Patent gelehrte Art des Detektierens und Überwachens des gestreuten Lichts wenig zweckmäßig zum Steuern des Betriebs einer integrierten optischen Schaltelements.
Trotz des steigenden Interesses an der Verwendung elektrooptisch aktivierter integrierter optischer Schaltelemente für optische Vorrichtungen und Systeme sind wenig Anstrengungen im Zusammenhang mit der Weise unternommen worden, in der derartige optische Vorrichtungen zwecks Optimierung ihrer Leistung gesteuert werden könnten. Folglich besteht Bedarf an einem System zum Abstimmen eines integrierten elektrooptisch aktivierten optischen Schaltelements dahingehend, dass die Leistung des integrierten optischen Schaltelements optimiert wird.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung gemäß der Definition durch den Gegenstand von Anspruch 1 besteht in einem ein System zum Abstimmen eines integrierten optischen Schaltelements durch Verwenden eines Reflexion von eines Lichtsignals, die in einen ersten Eingangs-Port reflektiert wird, der an einer Seite eines Interaktionsbereichs des optischen Schaltelements definiert ist. Die Reflexion erfolgt an einer Seite des Interaktionsbereichs, die derjenigen Seite gegenüberliegt, an der das Lichtsignal eingeführt wird. Die Detektion der Reflexion erfolgt an einem zweiten Eingangs-Port des optischen Schaltelements, der auf der gleichen Seite des Interaktionsbereichs liegt wie die Lichteinführungsseite. Die Reflexion wird dazu verwendet, das optische Schaltelement auf einen gewünschten Schaltzustand abzustimmen, indem die an dem zweiten Eingangs- Port detektierte Reflexion minimiert wird. Durch Minimieren der an dem zweiten Eingangs-Port detektierten Reflexion für einen gewünschten Schaltzustand wird die Stärke des optischen Signals, das durch die Wellenleiterkanäle tritt, die zum Übermitteln des Lichtsignals in dem gewünschten Schaltzustand verwendet werden, maximiert. Somit wird das Schaltlösch-Verhältnis für das optische Schaltelement in dem gewünschten Schaltzustand maximiert. Das System kann zum selektiven Abstimmen eines einzelnen optischen Schaltelements verwendet werden, oder es kann zum selektiven Abstimmen mehrerer optischer Schaltelemente verwendet werden, die z. B. eine optische Schalt- Matrix auf einem gemeinsamen Substrat bilden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Abstimmen mindestens eines integrierten optischen Schaltelements geschaffen. Jedes optische Schaltelement besteht aus einem elektrooptischen Material. das einen Interaktionsbereich und mindestens einen durch den Interaktionsbereich verlaufenden Wellenleiterkanal aufweist. Mindestens ein erster Eingangs-Port und ein zweiter Eingangs-Port sind an einer ersten Seite des Interaktionsbereichs definiert, an der ein Lichtsignal eintritt. An der zweiten Seite des Interaktionsbereichs, aus der das Lichtsignal selektiv austritt, ist mindestens ein Ausgangs-Port definiert. Mindestens ein Paar von Elektroden erzeugt an dem Interaktionsbereich selektiv ein elektrisches Feld, das elektrooptisch einen gewünschten Schaltzustand des optischen Schaltelements aktiviert. Das System weist eine optische Lichtquelle auf, die ein Lichtsignal in einen ersten Eingangs-Port eines optischen Schaltelements eingibt. Als Reaktion auf ein elektrisches Feld an einem Interaktionsbereich wird das Lichtsignal durch mindestens einen Wellenleiterkanal zu einem Ausgangs-Port geleitet. Das System enthält ferner eine Vorrichtung, die bewirkt, dass hinter einer zweiten Seite eines Interaktionsbereichs eine Reflexion mindestens eines Teils des Lichtsignals auftritt, die durch mindestens einen Wellenleiterkanal zurückgeleitet wird. Ein Photodetektor, der betriebsmäßig mit einem zweiten Ein Photodetektor, der betriebsmäßig mit einem zweiten Eingangs-Port eines optischen Schaltelements gekoppelt ist, detektiert einen Teil der Reflexion. Eine Feedback-Vorrichtung, die mit dem Photodetektor und mindestens einem optischen Schaltelement gekoppelt ist, steuert als Reaktion auf den von dem Photodetektor detektierten Teil der Reflexion mindestens eine Spannung, die dem mindestens einen Elektroden-Paar zugeführt wird, um den Teil der Reflexion zu minimieren und dadurch selektiv mindestens ein optisches Schaltelement auf einen gewünschten Schaltzustand abzustimmen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein gemäß dem Gegenstand von Anspruch 14 definiertes Verfahren zum Abstimmen mindestens eines integrierten optischen Schaltelements geschaffen. Jedes optische Schaltelement besteht aus einem elektrooptischen Material, das einen Interaktionsbereich und mindestens einen durch den Interaktionsbereich verlaufenden Wellenleiterkanal aufweist. Mindestens ein erster Eingangs-Port und ein zweiter Eingangs-Port sind an einer ersten Seite des Interaktionsbereichs definiert, an der ein Lichtsignal eintritt. An der zweiten Seite des Interaktionsbereichs, aus der das Lichtsignal selektiv austritt, ist mindestens ein Ausgangs- Port definiert. Mindestens ein Paar von Elektroden erzeugt an dem Interaktionsbereich selektiv ein elektrisches Feld, das elektrooptisch einen gewünschten Schaltzustand des optischen Schaltelements aktiviert. Das Verfahren enthält einen Schritt (a), in dem als Reaktion auf das an dem Interaktionsbereich existierende elektrische Feld in einen ersten Eingangs-Port ein Lichtsignal eingegeben wird, das sich durch mindestens einen Wellenleiterkanal zu einem Ausgangs-Port ausbreitet. In Schritt (b) wird veranlasst, dass eine Reflexion mindestens eines Teil des Lichtsignals hinter einer zweiten Seite des Interaktionsbereichs auftritt, wobei diese Reflexion durch den mindestens einen Wellenleiterkanal zurückgeleitet wird. In Schritt (c) wird ein Teil der Reflexion von Schritt (b) an einem zweiten Eingangs-Port detektiert. Schließlich werden in Schritt (d) als Reaktion auf den in Schritt (c) detektierten Teil der Reflexion eine oder mehr Spannungen, die dem mindestens einen Elektroden-Paar zugeführt werden, derart gesteuert, dass der in Schritt (c) detektierte Teil der Reflexion minimiert wird, um dadurch mindestens ein optisches Schaltelement auf den gewünschten Schaltzustand abzustimmen.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein abstimmbares integriertes optisches Schaltelement geschaffen, das aus einem elektrooptischen Material besteht, welches einen Interaktionsbereich und mindestens einen durch den Interaktionsbereich verlaufenden Wellenleiterkanal aufweist. Mindestens ein erster Eingangs-Port und ein zweiter Eingangs-Port sind an einer ersten Seite des Interaktionsbereichs definiert, an der ein Lichtsignal eintritt. An der zweiten Seite des Interaktionsbereichs, aus der das Lichtsignal selektiv austritt, ist mindestens ein Ausgangs-Port definiert. Mindestens ein Paar von Elektroden erzeugt an dem Interaktionsbereich selektiv ein elektrisches Feld, das elektrooptisch einen gewünschten Schaltzustand des optischen Schaltelements aktiviert. Innerhalb der Vorrichtung ist eine Einrichtung vorgesehen, die hinter der zweiten Seite des Interaktionsbereichs das Auftreten einer Reflektion mindestens eines Teils des Lichtsignals bewirkt, wobei diese Reflexion durch den mindestens einen Wellenleiterkanal zurückgeleitet wird. Ein Photodetektor ist optisch mit dem zweiten Eingangs-Port des optischen Schaltelements gekoppelt, um einen Teil der Reflexion, die zurückgeleitet wird, zu detektieren.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine abstimmbare integrierter optischer Schalt-Matrixvorrichtung ein Substrat auf, das aus einem elektrooptischen Schalt-Material gebildet ist, das mehrere in dem Substrat definierte optische Schaltelemente aufweist, wobei mindestens einige der optischen Schaltelemente optisch miteinander gekoppelt sind. Jedes optische Schaltelement weist einen Interaktionsbereich und mindestens einen durch den Interaktionsbereich verlaufenden Wellenleiterkanal auf. Mindestens ein erster Eingangs-Port und ein zweiter Eingangs-Port sind an einer ersten Seite des Interaktionsbereichs definiert, an der selektiv ein Lichtsignal für jedes optische Schaltelement eintritt. An der zweiten Seite des Interaktionsbereichs, aus der das Lichtsignal selektiv austritt, ist mindestens ein Ausgangs-Port definiert. Mindestens ein Paar von Elektroden erzeugt an dem Interaktionsbereich selektiv ein elektrisches Feld, das elektrooptisch einen gewünschten Schaltzustand des optischen Schaltelements aktiviert. Innerhalb der optischen Schaltermatrix-Vorrichtung ist eine Einrichtung vorgesehen, die hinter der zweiten Seite eines Interaktionsbereichs eines zweiten optischen Schaltelements das Auftreten einer Reflektion mindestens eines Teils eines Lichtsignals bewirkt, die in den ersten Eingangs-Port eines ersten optischen Schaltelements eintritt. Ein Photodetektor ist optisch mit dem zweiten Eingangs-Port eines optischen Schaltelements gekoppelt, um einen Teil der Reflexion zu detektieren. Eine Feedback-Vorrichtung ist betriebsmäßig mit dem Photodetektor und den mehreren optischen Schaltelementen verbunden, um als Reaktion auf den von dem Photodetektor detektierten Teil der Reflexion eine oder mehr Spannungen zu steuern, die dem mindestens einen Elektroden-Paar zugeführt werden, und dadurch selektiv mindestens eines der mehreren optischen Schaltelemente auf einen gewünschten Schaltzustand abzustimmen.
Es sind alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, bei denen das optische Schaltelement nur einen einzigen Ausgangs-Port hat und das Lichtsignal selektiv zu dem einen Ausgangs-Port geleitet wird, indem der gewünschte Schaltzustand aktiviert wird, oder bei denen das optische Schaltelement zwei Wellenleiterkanäle, einen ersten Ausgangs-Port und einen zweiten Ausgangs-Port aufweist, und das Lichtsignal selektiv primär zu dem ersten Ausgangs-Port geleitet wird, indem ein erster gewünschter Schaltzustand aktiviert wird, und selektiv primär zu dem zweiten Ausgangs-Port geleitet wird, indem ein zweiter gewünschter Schaltzustand aktiviert wird. Bei einer Ausführungsform ist das optische Schaltelement ein 2 · 2-Direktional-Koppler, bei dem eine umgekehrte Propagationskonstanten-(Δß-)Steuerung verwendet wird und die gewünschten Schaltzustände, auf die der direktionale Koppler abgestimmt wird, ein Linien-Zustand und ein Überkreuzungszustand sind.
Ferner sind alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgesehen, bei denen die Reflexion, die von der vorliegenden Erfindung zum Abstimmen des optischen Schaltelements auf den gewünschten Schaltzustand verwendet wird, eine Teilreflexion ist, die innerhalb des optischen Schaltelements oder an einem Grenzbereich des optischen Schaltelement auftritt, oder eine Teilreflexion oder eine vollständige Reflexion ist, die außerhalb des optischen Schaltelements auftritt. Bei einer weiteren Anzahl alternierender Ausführungsformen ist der Photodetektor auf einem gemeinsamen Substrat mit dem optischen Schaltelement angeordnet und optisch mit dem zweiten Eingangs-Port gekoppelt, oder der Photodetektor ist auf einem Substrat angeordnet, das separat von einem Substrat vorgesehen ist, auf dem das optische Schaltelement angeordnet ist, und das Substrat und der Photodetektor sowie das optische Schaltelement sind Teil eines Mehr-Chip-Moduls, bei dem der Photodetektor optisch mit dem zweiten Ausgangs-Port des optischen Schaltelements gekoppelt ist, oder der Photodetektor physisch getrennt von dem optischen Schaltelement angeordnet und über eine optische Faser optisch mit dem zweiten Eingangs-Port gekoppelt ist.
Vorzugsweise werden die Spannungen durch das Abstimmsystem gemäß der vorliegenden Erfindung derart gesteuert, dass die an dem zweiten Eingangs- Port detektierte Reflexion auf weniger als einen Minimal-Prozentanteil des in den ersten Eingangs-Port eingeleiteten Lichtsignals reduziert wird, wobei der maximale Prozentanteil durch ein gewünschtes Löschverhältnis für das optische Schaltelement definiert ist. Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet für Anwendungsfälle integrierter optischer Schaltungen in optischen Zeitdomänen-Reflektometern (OTDRs), bei denen das OTDR-Optikdetektionssystem und die Software als Photodetektor und Feedback-Steuerung verwendet werden können, mittels derer die Betriebsspannungen des optischen Schaltelements abgestimmt werden. Das Abstimmsystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch nur ein Mai für ein bestimmtes optisches Schaltelement verwendet werden, wie z. B. in einer Werks-Situation, um zu Anfang eine gewünschte Anzahl von Betriebsspannungen für das bestimmte optische Schaltelement zu kalibrieren, oder die vorliegende Erfindung kann als Teil eines optischen Schaltelement einbezogen werden, um das optische Schaltelement dynamisch abzustimmen, während das optische Schaltelement vor Ort in Betrieb ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein integriertes optisches Delta-beta- Umkehrungs-Direktional-Koppler-Schaltelement, mit Elektroden, die in geeigneter Weise für z-geschnittenes LiNbO&sub3; konfiguriert sind.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf ein für X-Abweig ausgelegtes integriertes optisches Schaltelement.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf ein für Y-Abweig ausgelegtes integriertes optisches Schaltelement.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf ein für ausgeglichene Brücke ausgelegtes integriertes optisches Schaltelement.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Systems zum Abstimmen eines integrierten optischen Schaltelements, wobei das optische Schaltelement zwei Eingangs- und zwei Ausgangs-Wellenleiter aufweist.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Systems zum Abstimmen eines integrierten optischen Schaltelements, wobei das optische Schaltelement zwei Eingangs- und einen Ausgangs-Wellenleiter aufweist.
Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf ein integriertes optisches Schaltelement, bei dem eine gemäß der Erfindung ausgebildete Vorrichtung zum Bewirken einer Reflexion in dem Schaltelement positioniert ist.
Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf ein integriertes optisches Schaltelement, bei dem eine gemäß der Erfindung ausgebildete Vorrichtung zum Bewirken einer Reflexion an einem Grenzbereich des Schaltelements positioniert ist.
Fig. 9 zeigt eine Draufsicht auf ein integriertes optisches Schaltelement, bei dem eine gemäß der Erfindung ausgebildete Vorrichtung zum Bewirken einer Reflexion außerhalb des Schaltelements positioniert ist.
Fig. 10 zeigt eine Draufsicht auf ein gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildetes System mit einem Photodetektor, der auf einem gemeinsamen Substrat mit einem zweiten Eingangs-Port des optischen Schaltelements angeordnet ist.
Fig. 11 zeigt eine Draufsicht auf ein gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildetes System mit einem Photodetektor, der auf einem separaten Substrat nahe einem Substrat eines zweiten Eingangs-Ports des optischen Schaltelements angeordnet ist.
Fig. 12 zeigt eine Draufsicht auf ein gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildetes System mit einem Photodetektor, der physisch von dem optischen Schaltelement entfernt ist und optisch mit einem zweiten Eingangs-Port des optischen Schaltelements verbunden ist.
Fig. 13 zeigt eine schematische Darstellung eines gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Systems zum Abstimmen einer optischen Schalt-Matrix.
Fig. 14 zeigt eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Systems zum Abstimmen einer optischen Schalt-Matrix.
Fig. 15 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Systems zum Abstimmen einer optischen Schalt-Matrix.
Fig. 16 zeigt eine schematische Darstellung des gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Systems bei Implementierung durch die Verwendung eines integrierten 2 · 2-Optikschaltungselements in einem optischen Zeitdomänen-Reflektometer (OTDR).
Fig. 17 zeigt ein Diagramm der gemessenen Lösch-Verhältnisse des direktionalen Kopplers gemäß Fig. 16.
Fig. 18 zeigt einen Vergleich zwischen der gemessenen reflektierten Energie und dem Schalt-Lösch-Verhältnis gemäß Fig. 17 bei dem direktionalen Koppler gemäß Fig. 16.
Fig. 19 zeigt die gemessene reflektierte Energie bei dem direktionalen Koppler gemäß Fig. 16.
Fig. 20 zeigt ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Feedback-Entscheidungsvorgangs gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 21 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Steuer-Elektronik der Feedback-Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

In der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird zunächst eine Erläuterung der verschiedenen Typen von Schaltelementen gegeben, die mittels der vorliegenden Erfindung abgestimmt werden können. Als nächstes werden die Techniken zum Abstimmen eines 2 · 1- und eines 2 · 2-Optikschaltelements erläutert, einschließlich Variationen der Art, in der in verschiedenen alternativen Ausführungsformen die Abstimm- Reflexion erzeugt und detektiert wird. Schließlich werden die Abstimmtechniken gemäß der vorliegenden Erfindung bei Anwendung für eine optische Schalt-Matrix erläutert, die mehrere optische Schaltelemente aufweist.
Es existieren zwei grundlegende Arten optischer Schaltelemente, auf die die vorliegende Erfindung primär abzielt. Ein 2 · 1-Schaltelement weist zwei Eingangs-Ports, jedoch nur einen Ausgangs-Port auf, und das Lichtsignal wird durch Aktivieren des gewünschten Schaltzustands selektiv entweder zu dem einen Ausgangs-Port oder von diesem weg geleitet. Bei einem 2 · 2-Optikschalter existieren zwei Eingangs-Ports, zwei Wellenleiterkanäle, und ein erster Ausgangs-Port und ein zweiter Ausgangs-Port. Das Lichtsignal in einem 2 · 2- Optikschalter wird selektiv primär zu einem ersten Ausgangs-Port ausgegeben, indem ein erster gewünschter Schaltzustand aktiviert wird, und selektiv primär zu einem zweiten Ausgangs-Port ausgegeben, indem ein zweiter gewünschter Schaltzustand aktiviert wird.
Ein Beispiel eines 2 · 2-Optikschaltelements ist ein herkömmlicher 2 · 2-Direktional-Koppler, wie er z. B. in Fig. 1 gezeigt ist. Bei dem direktionalen Koppler 100 weist eine Eingangs-Seite 101 ein Paar Einmoden-Wellenleiter 102 und 103 einschließlich Wellenleiterabschnitten 104 und 105 auf, die Lichtsignale von Eingangs-Ports 106 bzw. 108 zu einem Interaktionsbereich 110 leiten. In ähnlicher Weise weist eine Ausgangs-Seite 111 Wellenleiterabschnitte 112 und 114 auf, die Lichtsignale von dem Interaktionsbereich 110 zu Ausgangs-Ports 116 bzw. 118 leiten. Ein Lichtsignaleintrittskoppler 100 an dem Port 106 kann innerhalb des Kopplers 100 derart verlagert werden, dass er durch einen Wellenleiterabschnitt 114 an einem Port 118 aus dem zweiten Wellenleiter 103 austritt (wobei sich in diesem Fall der Koppler 100 im "Überkreuzungszustand" befindet), oder das Lichtsignal kann derart durch den Koppler 100 geleitet werden, dass es in dem ersten Wellenleiter 102 durch den Wellenleiterabschnitt 112 verbleibt und an dem Port 116 austritt (wobei sich in diesem Fall der Koppler 100 im "Linear"-Zustand befindet. Da die Lichtsignale in beiden Richtungen durch den Koppler 100 geleitet werden können, könnte ein Lichtsignal auch an dem Port 116 in den Wellenleiter eintreten und derart weitergeleitet werden, dass es an dem zweiten Wellenleiter 103 an dem Port 108 (dem "Überkreuzungs"-Port) austritt, oder derart durchgeleitet werden, dass es in dem ersten Wellenleiter 102 verbleibt und an dem Port 106 (dem "Linear"- Port) austritt.
Zur Erleichterung der Erläuterung werden im folgenden die grundlegenden Betriebsprinzipien elektrooptisch gesteuerter optischer Schaltelemente anhand des direktionalen Kopplers 100 beschrieben, obwohl darauf hingewiesen wird, dass die gleichen Betriebsprinzipien auch für sämtliche anderen optischen Schaltelemente verwendet werden können, auf die die vorliegende Erfindung abzielt. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist zwecks Erleichterung der Erklärung jeder Wellenleiter 102, 103 in eine Anzahl von Abschnitten unterteilt, obwohl darauf hingewiesen wird, dass diese Abschnitte miteinander integriert sind, so dass sie als Lichtleiter eines optischen Schaltelements arbeiten.
Innerhalb des Interaktionsbereichs 110 des Kopplers 100 sind Wellenleiterkanalabschnitte 120 und 122 angeordnet, die miteinander gekoppelt sind, indem mindestens eine Länge (L) der Kanalabschnitte 120 und 122 mit einer effektiven Trennung (G) sehr nahe aneinander positioniert ist. In dem Interaktionsbereich 100 sind die Wellenleiterkanalabschnitte 120 und 122 derart ausgebildet, dass sie das Lichtsignal nicht dahingehend einschränken, dass es innerhalb eines bestimmten Wellenleiterkanals verbleibt. Folglich bleibt ein durch den Interaktionsbereich 110 hindurchtretendes Lichtsignal entweder in einem Wellenleiterkanal, oder es wechselt zu dem anderen Wellenleiterkanal über, oder es macht beides, je nach den optischen Übertragungseigenschaften der Wellenleiterkanalabschnitte 120 und 122 innerhalb des Interaktionsbereichs 110. Bei Abwesenheit eines applizierten elektrischen Felds wird die charakteristische Länge, die ein Lichtsignal benötigt, um von einem Wellenleiterkanal zum anderen überzuwechseln, als die effektive Kopplungslänge (I) bezeichnet. Wenn an dem Interaktionsbereich 110 ein elektrisches Feld appliziert wird, verändert das elektrische Feld die optischen Übertragungseigenschaften der Wellenleiterkanalabschnitte 120 und 122. Folglich kann auch die Weise, in der das Lichtsignal durch den Interaktionsbereich 110 tritt, verändert werden.
Bei einem herkömmlichen elektrooptisch geschalteten direktionalen Koppler 100 werden die Wellenleiterkanalabschnitte 120 und 122 in einem elektrooptisch aktiven Substrat 124 hergestellt, indem der Brechungsindex des Substrats 124 in den Wellenleitern vergrößert wird. Da die Wellenleiterkanalabschnitte 120 und 122 in dem Interaktionsbereich 110 physisch nahe beieinanderliegen, überlappen die schwindend kleinen optischen Felder der beiden Wellenleiterkanalabschnitte 120 und 122 einander, mit dem Resultat einer optischen Kopplung zwischen den Wellenleiterkanalabschnitten 120 und 122. Der Effekt der Kopplung zwischen den Wellenleiterkanalabschnitten 120 und 122 kann selektiv gesteuert werden, indem der Brechungsindex in dem Interaktionsbereich 110 durch ein elektrisches Feld modifiziert wird, das von den Steuer-Elektroden 130, 132 und 134 erzeugt wird, die in dem Interaktionsbereich 110 nahe den Wellenleiterkanalabschnitten 120 und 122 gelegen sind.
Zwei unabhängige Steuer-Elektroden (130 und 132) und eine einzelne gemeinsame Elektrode (134) bilden effektiv zwei Elektroden-Paare, die den Brechungsindex des Interaktionsbereichs 110 elektrooptisch steuern können. Alternativ kann die gemeinsame Elektrode 134 in Form zweier separater gemeinsamer Elektroden implementiert sein. Die in dieser Weise erfolgende Verwendung zweier unabhängiger Elektroden wird bezeichnet als ein direktionaler Koppler mit umgekehrter Differential-Propagationskonstanten-(Δß-)Steuerung.
Es werden zwei Steuer-Elektroden-Paare anstelle eines einzelnen Elektroden- Paars verwendet, um eines bessere Steuerung des Schaltzustands des direktionalen Kopplers 100 zu erzielen. Zur detaillierteren Erläuterung einer umgekehrten Differential-Propagationskonstanten-(äß-)Steuerung mittels zweier Elektroden wird verwiesen auf R. V. Schmidt und H. Kogelnik, "Electro-optically switched coupler with stepped Δß reversal using Ti-diffused LiNbO&sub3; wave guides", Applied Physics Letters, Vol. 28, Nr. 9, 1. Mai 1976, pp. 503-506.
Obwohl es wünschenswert wäre, dass sich der Koppler 100 exakt wie ein digitaler Schalter verhielte, der sich entweder stets im Einschalt-Zustand (Linear- Zustand) oder stets im Ausschalt-Zustand (Überkreuzungs-Zustand) befindet, ist die Steuerung des Lichtsignals, während dieses durch den Koppler 100 tritt, nicht derart einfach. In der Praxis verhält sich der Koppler 100 eher wie ein undichtes Zweiwege-Ventil, wobei der Großteil des Lichts durch den gewünschten Wellenleiterkanal übertragen wird, etwas Licht jedoch aus dem anderen Wellenleiterkanal heraus entweicht. Solange jedoch die relative Differenz zwischen der zu den Ausgängen sämtlicher Wellenleiterkanäle ausgegebenen Lichtenergie groß genug ist, ist es noch möglich, den Koppler 100 als effektiven optischen Schalter mit zwei Betriebzuständen zu verwenden, dem Linear-Zustand und dem Überkreuzungs-Zustand.
Es ist typisch, den Betriebszustand eines direktionalen Kopplers 100 durch das Verhältnis der optischen Energie zu definieren, die als Reaktion auf ein Lichtsignal, das auf den optischen Port 106 auftrifft, aus den beiden optischen Ports 116 und 118 austritt. Wenn die relative Differenz zwischen der optischen Ausgangsenergie der beiden Wellenleiterkanäle als Verhältnis ausgedrückt wird, wird dieses als Schaltlösch-Verhältnis des direktionalen Kopplers 100 bezeichnet. Herkömmlicherweise wird das Schaltlösch-Verhältnis eines Umkehr-Δß- Direktional-Kopplers dahingehend definiert, dass es gleich 10log&sub1;&sub0;(c/b) ist, wobei b die Ausgangsenergie des Linear-Ports ist und c die Ausgangsenergie des Überkreuzungs-Ports ist. Wenn der direktionale Koppler 100 sich in der gewünschten Weise eines digitalen Schalters verhält, ist das Löschverhältnis nicht größer als ein Wert, der von den Erfordernissen des Systems diktiert ist, in das das optische Schaltelement integriert ist. Beispielweise kann in einem typischen Anwendungsfall der Wert des erforderlichen Löschverhältnisses 15 dB betragen, was bedeutet, dass weniger als ungefähr 1/30 des Lichtsignals aus dem nicht gewünschten Port des direktionalen Kopplers 100 austritt. Um einen direktionalen Koppler 100 in der gewünschten Weise als elektronischen Schalter zu betreiben, existiert ein Set von Überkreuzungszustands-Spannungen V1c und V2c, die die Betriebsspannungen repräsentieren, welche den Elektroden 130 und 132 zugeführt werden sollten, um einen bestimmten direktionalen Koppler 100 dazu zu veranlassen, in dem Überkreuzungs-Zustand zu arbeiten. Zusätzlich existiert ein Set von Linear-Spannungen V1b und V2b, die den Spannungen entsprechen, welche den Elektroden 130 und 132 zugeführt werden sollten, um den gleichen direktionalen Koppler 100 dazu zu veranlassen, im Linear-Zustand zu arbeiten.
Anhand Fig. 2 wird nun ein X-Abzweig-Optikschaltelement 140 beschrieben. Das X-Abzweig-Optikschaltelement 140 ist dem direktionalen Koppler 100 mit Ausnahme der Tatsache ähnlich, dass zur elektrooptischen Steuerung ein einzelnes Steuer-Elektroden-Paar 142 und 144 statt der zwei Steuer-Elektroden- Paare 130, 132 und 134 bei dem direktionalen Koppler 100 verwendet wird. Sämtliche übrigen Merkmale des X-Abzweig-Optikschaltelements 140 gleichen den mit gleichen Bezugszeichen versehenen Elementen des direktionalen Kopplers 100. Es wird jedoch ersichtlich sein, dass die Topologie der Wellenleiterkanäle 102, 104, 112 und 114 etwas einfacher ist als bei dem direktionalen Koppler 100. Innerhalb des Interaktionsbereichs 110 kreuzen die Wellenleiterkanalabschnitte 146 und 148 einander, anstelle der im wesentlichen planaren Konfiguration, die sich bei den Wellenleiterkanalabschnitten 122 und 124 des direktionalen Kopplers 100 findet.
Anhand Fig. 3 wird nun ein Y-Abzweig-Optikschaltelement 150 beschrieben. Bei dem Y-Abzweig-Optikschaltelement 150 existieren zwei Wellenleiterkanalabschnitte 104 und 105 an der Eingangs-Seite 101; an der Ausgangs-Seite 111 sind jedoch nur ein einziger Wellenleiterkanalabschnitt 152 und ein Ausgangs-Port 154 vorgesehen. Somit ist anders als der direktionale Koppler 100 und das X-Abzweig-Optikschaltelement 140, bei denen es sich um 2 · 2-Schaltelemente handelt, das Y-Abzweig-Optikschaltelement ein 2 · 1-Schaltelement. Bei einem typischen Y-Abzweig-Optikschaltelement 150 ist der Interaktionsbereich 110 primär entlang den Punkten definiert, an denen die Wellenleiterkanalabschnitte 156 und 158 konvergieren. Die anderen Elemente des Y-Abzweig-Optikschaltelements 150 gleichen den mit gleichen Bezugszeichen versehenen Elementen in dem direktionalen Koppler 100.
Anhand Fig. 4 wird nun ein optisches Schaltelement 170 mit ausgeglichener Brücke beschrieben. Wie bei dem Y-Abzweig-Optikschaltelement 150 handelt es sich bei dem optisches Schaltelement 170 mit ausgeglichener Brücke um ein 2 · 1-Optikschaltelement, das nur einen einzigen Ausgangswellenleiterkanalabschnitt 152 und einen Ausgangs-Port 154 aufweist. Bei einem typischen optischen Schaltelement 170 mit ausgeglichener Brücke weisen gemäß Fig. 4 die Wellenleiterkanalabschnitte 172 und 174 eine Topologie auf, die einen ersten Interaktionsbereich 180, bei dem die Wellenleiterkanalabschnitte 172 und 174 nahe aneinander positioniert sind, jedoch nicht innerhalb des Einflussbereiches der Steuer-Elektroden 176 und 178 liegen, und einen zweiten Interaktionsbereich 182 bildet, bei dem die Wellenleiterkanalabschnitte 172 und 174 nicht so nahe aneinander positioniert sind, jedoch innerhalb des Einflussbereiches der Steuer-Elektroden 176 und 178 liegen. Auf diese Weise ändert das durch die Steuer-Elektroden applizierte elektrische Feld elektrooptisch die Ausbreitungseigenschaften innerhalb des zweiten Bereiches 182 zwecks Steuerung der relativen optischen Phase der optischen Signale, die aufgeteilt oder kombiniert werden.
Vor dem Hintergrund der Arbeitsweise optischer Schaltelemente ist es nun möglich, die vorliegende Erfindung, die zum Abstimmen optischer Schaltelement vorgesehen ist, generell zu beschreiben. In Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Systems 200 zum Abstimmen eines integrierten optischen Schaltelements 100 gezeigt. In Fig. 5 ist das optische Schaltelement 100 ein 2 · 2-Optikschaltelement mit zwei Wellenleiterkanälen 102 und 103, mit zwei Wellenleiterkanalabschnitten 104, 105 und zwei Ports 106,108 an einer Eingangs-Seite 101 und zwei Wellenleiterkanalabschnitten 112,114 und zwei Ports 116,118 an einer Ausgangs- Seite 111. Beispiele eines derartigen 2 · 2-Optikschaltelements sind das optische Schaltelement 100 gemäß Fig. 1, das optische Schaltelement 140 gemäß Fig. 2 oder jedes Äquivalent dieser Elemente.
Eine optische Lichtquelle 202 führt ein Lichtsignal 204 in den ersten Eingangs- Port 106 des optischen Schaltelements 100 ein. Das Lichtsignal 204 breitet sich als Reaktion auf ein elektrisches Feld an dem Interaktionsbereich 110 durch mindestens einen Wellenleiterkanalabschnitt 206,208 innerhalb des Interaktionsbereichs 110 zu einem der Ausgangs-Ports 116 oder 118 aus. Ein optischer Reflektor 210 bewirkt, dass an der Ausgangs-Seite 111 des optischen Schaltelements 100 eine Reflexion 212 mindestens eines Teils eines Lichtsignals 204 auftritt, die zurück durch den Interaktionsbereich 110 zu mindestens einem Wellenleiterkanalabschnitt 104, 105,206,208 geleitet wird. Wie noch erläutert wird, kann der optische Reflektor 210 in einer Vielzahl von Positionen angeordnet werden, solange sich der optische Reflektor 210 zumindest jenseits der Seite des Interaktionsbereichs 110 befindet, aus der das Lichtsignal 204 heraustritt. Ein Photodetektor 220 ist betriebsmäßig mit einem zweiten Eingangs-Port 108 des optischen Schaltelements 100 verbunden, um einen Teil 214 der Reflexion 212 zu detektieren. Die Feedback-Steuerschaltung 222 ist betriebsmäßig mit dem Photodetektor 220 und dem optischen Schaltelement 100 verbunden, um mindestens eine Spannung zu steuern, die als Reaktion auf den Teil 214 der Reflexion 212 mindestens einem Paar von Elektroden 224,226 zugeführt wird. Die Feedback-Steuerschaltung 222 ist derart ausgelegt und wird derart betätigt, dass der Teil 214 der Reflexion minimiert 212 wird, wodurch das optische Schaltelement 100 effektiv auf einen gewünschten Schaltzustand abgestimmt wird. Wenn mehr als ein gewünschter Schaltzustand existiert, hat die Feedback-Steuerschaltung 222 die Möglichkeit, unter gewünschten Schaltzuständen zu wählen.
Für das Verständnis der Weise, in der die Feedback-Steuerschaltung 222 das optische Schaltelement 100 abstimmen kann, ist es erforderlich, zu verstehen, wie das Licht durch das optische Schaltelement 100 hindurchtritt, wenn sich das optische Schaltelement 100 in unterschiedlichen Schaltzuständen befindet. In einem ersten Schaltzustand bei einem 2 · 2-Optikschaltelement, bei dem es sich in diesem Beispiel um den "Überkreuzungs"- oder "normalen" Zustand handelt, wird typischerweise keine Spannung oder eine relativ kleine Spannung an den Elektroden 224 und 226 appliziert. Bei diesem Beispiel wären die Ausbreitungseigenschaften der Wellenleiterkanalabschnitte 206,208 derart ausgelegt, dass das Lichtsignal 204 dazu tendieren würde, von dem Wellenleiterkanalabschnitt 206 zu dem Wellenleiterkanalabschnitt 208 überzuwechseln, während es sich durch den Interaktionsbereich 110 bewegt. In diesem ersten Zustand ist beabsichtigt, dass das Lichtsignal 204 in den Port 106 eintritt, sich durch die Kanalabschnitte 104, 206, 208 und 114 bewegt und aus dem Port 118 austritt, wobei es effektiv eine "kreuzende" Linie durch das optische Schaltelement 100 verfolgt. Wie bereits beschrieben verbleibt jedoch selbst unter den besten Umständen bei diesem ersten Schaltzustand ein Teil des Lichtsignals 204 in dem Wellenleiterkanalabschnitt 206 im Interaktionsbereich 110, ohne wie beabsichtigt den Wellenleiterkanal 208 zu kreuzen, und bewegt sich durch den Wellenleiterkanalabschnitt 112 zu dem Austritts-Port 116. Idealerweise sollte der Teil, der aus dem nicht gewünschten Ausgangs-Port austritt, bei dem es sich in diesem Fall um den Port 116 handelt, so klein wie möglich sein, damit das Schaltelement 100 ein so großes Löschverhältnis wie möglich hat.
Umgekehrt wird in einem zweiten Schaltzustand bei einem 2 · 2-Schaltelement, bei dem es sich in diesem Beispiel um den "Linear"- oder "modifizierten Schaltzustand handelt, an die Elektroden 224 und 226 eine Spannung angelegt, die die Ausbreitungseigenschaften entsprechend ausgebildeter Wellenleiterkanalabschnitte 206 und 208 elektrooptisch derart steuert, dass, wenn sich das Lichtsignal durch den Interaktionsbereich 110 ausbreitet, das Signal gerade durchläuft und das Lichtsignal 204 dazu tendiert, innerhalb des Wellenleiterkanals 206 zu verbleiben und sich in den Wellenleiterkanal 112 zu bewegen. In diesem zweiten Zustand ist beabsichtigt, dass das Lichtsignal 204 in den Port 106 eintritt, sich durch die Kanalabschnitte 104, 206 und 112 bewegt und aus dem Port 116 austritt, wobei es effektiv eine "gerade" Linie durch das optische Schaltelement 100 verfolgt. Wiederum verhält sich nicht das gesamte Lichtsignal in der gewünschten Weise, und das Ideal besteht darin, dass der Teil des Lichtsignals 204, der aus dem Ausgangs-Port austritt, bei dem es sich in diesem Fall um den Port 116 handelt, in diesem zweiten Schaltzustand so groß wie möglich sein sollte.
Die Wahl der Elektrodenspannungen und der Design-Parameter bei dem beschriebenen Beispiel hat lediglich illustrativen Charakter. Es wird darauf hingewiesen, dass der Aspekt, welcher Betriebspunkt oder Schaltzustand sich auf der Null-Spannung befindet und wie die applizierte Spannung beschaffen ist, eine Sache der Design-Wahl ist, und dass gleichermaßen die Möglichkeit besteht, beide Schaltzustände auf irgendeiner positiven oder negativen applizierten Spannung zu betreiben.
Normalerweise müssen, wenn das Schaltelement 100 z. B. in einer Fabrik abgestimmt werden soll, zum Erreichen eines optimierten Löschverhältnisses für den ersten Schaltzustand Photodetektoren mit den Ausgangs-Ports 116 und 118 verbunden werden, und die zum Steuern der Elektroden 224 und 226 applizierten Spannungen würden manuell eingestellt, bis das Löschverhältnis, das zwischen den Ausgangs-Ports 116 und 118 gemessen wird, maximiert ist. Wie in dem Abschnitt zum Hintergrund dieser Anmeldung erläutert wurde, kann dieser Vorgang nur geleistet werden, wenn das Schaltelement 100 nicht als Schalter verwendet wird und stattdessen mit Mess-Photodetektoren verbunden worden ist, um das Schaltzustands-Verhältnis der Vorrichtung zu bestimmen. Das Messen der optischen Ausgangsstärke des Lichtsignals 204, das aus dem Austritts-Port 118 austritt, während das Schaltelement 100 als aktiver Schalter verwendet wird, würde einen mit dem Ausgangs-Port 118 verbundenen zusätzlichen optischen Splitter erfordern, der dann an einem Ausgang mit einem Photodetektor verbunden würde, um die Stärke des durch den Ausgangs-Port 118 empfangenen Lichtsignals 204 zu messen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird der optische Reflektor 210 verwendet, um einen Teil 212 des Lichtsignals 204 in dem Wellenleiterkanalabschnitt 114 zurück durch den Interaktionsbereich 110 zu reflektieren. In dem zweiten Schaltzustand verbleibt der Großteil des reflektierten Teils 212 in dem Wellenleiterkanalabschnitt 108, und ein kleiner Anteil 214 des reflektierten Teils 212 kann dann von dem Photodetektor 220 detektiert werden. Je kleiner der Teil des Lichts ist, der von dem Photodetektor 220 als Teil 214 detektiert wird, desto kleiner ist der Teil des Lichts, der als reflektierter Teil 212 von dem optischen Reflektor 210 reflektiert wurde; und je kleiner der Betrag des reflektierten Teils 212 ist, desto kleiner ist der Teil des Lichtsignals 204, der bei diesem zweiten Schaltzustand aus dem nicht gewünschten Ausgangs-Port 118 austritt. Folglich werden durch das Minimieren des reflektierten Teils 214, das mittels Änderung der dem Steuer-Elektroden 224 und 226 zugeführten Spannungen gesteuert durch die Feedback-Steuerung 220 erfolgt, die Betriebsübertragungseigenschaften des Schaltelements 100 in dem zweiten Schaltzustand optimiert.
Im Falle des ersten Schaltzustands ist es nicht erforderlich, die Position des optischen Reflektors 210 zu verändern, so dass der optische Reflektor 210 innerhalb des nicht gewünschten Wellenleiterkanals angeordnet ist. Stattdessen wechselt in dem ersten Schaltzustand der Großteil des Lichtsignals 204 zu den Wellenleiterkanalabschnitten 208 und 114 über. Wiederum wird ein Teil 212 reflektiert und kehrt durch den Interaktionsbereich 110 zurück, und aufgrund des ersten Schaltzustands wechselt er im wesentlichen in die ersten Wellenleiterkanalabschnitte 206 und 104 über, wobei sich nur ein kleiner Teil weiter in den Wellenleiterkanalabschnitt 105 bewegt. Bei der vorliegenden Erfindung wird, statt als Test der Vorwärts-Übertragungseigenschaften des Schaltelements 100 zu messen, wie klein das Ausgangs-Lichtsignal an dem Ausgangs- Port 116 ist, ein Bestimmungsvorgang durchgeführt, um festzustellen, wie klein der nicht kreuzende Teil 214 des reflektierten Teils 212 des Lichtsignals 204 als Funktion der Umkehr-Übertragungseigenschaften des Schaltelements 100 ist. Da die Vorwärts- und Umkehr-Übertragungseigenschaften optischer Schaltelemente im wesentlichen identisch sind, wird durch das Optimieren der Leistung des optischen Schaltelements 100 hinsichtlich der Umkehr-Übertragungseigenschaften, das durch Einstellen der den Steuer-Elektroden 224 und 226 zugeführten Spannungen zwecks Minimieren des detektierten Teils 214 vorgenommen wird, auch die Leistung des optischen Schaftelements 100 für die Vorwärtsübertragung optimiert.
Eine Analyse der von dem System 200 entwickelten Löschverhältnisse ist auch hilfreich für das Verständnis der gewünschten Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung. Wie bereits erläutert, ist das Löschverhältnis x für das Schaltelement 100 definiert als:
x = 10 log (Pc/Pb) Gleichung (1),
wenn ein Lichtsignal 204 der optischen Energie Po in den Eingangs-Port 106 eingegeben wird und die optischen Leistungen Pb und Pc an den Ausgangs- Ports 116 und 118 gemessen werden (die "Linear"- bzw. "Überkreuzungs"- Wege). Falls ein reflektiertes Signal 212 der Stärke "r" entweder für den Linear-Weg (d. h. den Wellenleiterkanalabschnitt 112, den Ausgangs-Port 116 oder die optischen Fasern oder Kanäle, die mit dem Ausgangs-Port 116 verbunden sind) oder den Überkreuzungs-Weg (d. h. den Wellenleiterkanalabschnitt 114, den Ausgangs-Port 118 oder die optischen Fasern oder Kanäle, die mit dem Ausgangs-Port 118 verbunden sind) erzeugt wird, und sämtliche anderen Reflexionen und Kopplungsverluste vernachlässigt werden, folgt daraus, dass die optische Energie, die auf den Photodetektor 220 an dem Eingangs-Port 108 auftrifft, gegeben ist durch:
Pdet = (r PO) / (2 + 10x/10 + 10-x/10) Gleichung (2).
Durch Analysieren von Gleichung (2) ist ersichtlich, dass beide Bedingungen der hohen Kreuzungszustands-Löschung (große positive x-Werte) und der Zustände hoher Linear-Zustands-Löschung (große negative x-Werte) den lokalen Minimalwerte in Pdet entsprechen. Somit können, wenn die Lichtquelle 202 aktiviert wird, die an den Steuer-Elektroden 224 und 226 applizierten Spannungen abgestimmt werden, indem man die Feedback-Steuerschaltung 222 nach Spannungswerten suchen lässt, die Pdet minimieren. Es ist ersichtlich, dass die Gleichung (2) unabhängig davon, ob sich der optische Reflektor 210 in dem Linear- oder dem Überkreuzungs-Weg befindet, gleichermaßen gilt. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass die Gleichung (2) bei 2 · 1-Optikschalterelementen Anwendung findet, wie noch zu beschreiben ist.
Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung besteht darin, das das System 200 zum Abstimmen des optischen Schaltelements 100 kontinuierlich betrieben werden kann und z. B. nicht auf eine "Anfangs-Werkseinstellung" beschränkt ist. Indem der optische Reflektor 210 in geeigneter Weise gewählt wird (z. B. mit einer Reflexion von weniger als einigen Prozent des Lichtsignals), wird die Übertragungseigenschaften-Leistung des optischen Schaltelement 100 nicht signifikant beeinträchtigt und wird leicht aufgrund der Fähigkeit des Systems 200 kompensiert, das Schaltelement 100 kontinuierlich mit optimalem Löschverhältnis zu betreiben. Somit kann das System 200 in relativ unkomplizierter Weise eine kontinuierliche Feedback-Steuerung über die Leistungs-Eigenschaften des optischen Schaltelements 100 hinweg durchführen, um Veränderungen in den Betriebsbedingungen, den Eingangslichtsignal- Bedingungen, der Spannungs-Drift und dgl. zu kompensieren.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie das Abstimmen eines optischen Schaltelements ermöglicht, ohne dass die Notwendigkeit zusätzlicher Kosten und Komplexität besteht, die mit dem Hinzufügen optischer Splitter oder Detektoren einhergehen, um die Übertragungseigenschaften des Schalters 100 von der Ausgangs-Seite 111 zu überwachen. In Situationen wie bei dem im folgenden zu beschreibenden optischen Zeitdomänen-Reflektometer (OTDR) kann die Erfindung auch existierende Detektoren und Detektionsschaltungen nutzen, um die Funktionen des Detektors 220 der vorliegenden Erfindung zu erfüllen.
Im folgenden wird anhand Fig. 6 ein gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildetes System 230 zum Abstimmen eines 2 · 1-Optikschaltelements 150 beschrieben. Zum größten Teil ist die Arbeitsweise des Systems 230 identisch mit derjenigen des Systems 200, und über sämtliche Ausführungsformen hinweg werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In Fig. 6 ist das optischen Schaltelement 150 ein 2 · 1-Optikschaltelement mit zwei Wellenleiterkanalabschnitten 102, 103 und zwei Ports 106,108 an einer Eingangs-Seite 101 und einem Wellenleiterkanalabschnitt 152 und einem Port 156 an einer Ausgangs-Seite 111. Beispiele eines derartigen 2 · 1-Optikschaltelements sind das optische Schaltelement 150 gemäß Fig. 3, das optische Schaltelement 170 gemäß Fig. 4 oder jedes Äquivalent dieser Elemente.
Eine optische Lichtquelle 202 führt ein Lichtsignal 204 in den ersten Eingangs- Port 106 des optischen Schaltelements 150 ein. Das Lichtsignal 204 breitet sich als Reaktion auf ein elektrisches Feld an dem Interaktionsbereich 110 selektiv durch mindestens einen Wellenleiterkanalabschnitt 206,208 innerhalb des Interaktionsbereichs 110 zu dem Ausgangs-Port 156 aus. Ein optischer Reflektor 210 bewirkt, dass an der Ausgangs-Seite 111 des optischen Schaltelements 200 eine Reflexion 212 mindestens eines Teils eines Lichtsignals 204 auftritt, die zurück durch den Interaktionsbereich 110 zu mindestens einem Wellenleiterkanalabschnitt 104, 105, 206, 208 geleitet wird. Wie noch erläutert wird, kann der optische Reflektor 210 in einer Vielzahl von Positionen angeordnet werden, solange sich der optische Reflektor 210 zumindest jenseits der Seite des Interaktionsbereichs 110 befindet, aus der das Lichtsignal 204 heraustritt. Ein Photodetektor 220 ist betriebsmäßig mit einem zweiten Eingangs-Port 108 des optischen Schaltelements 150 verbunden, um einen Teil 214 der Reflexion 212 zu detektieren. Die Feedback-Steuerschaltung 222 ist betriebsmäßig mit dem Photodetektor 220 und dem optischen Schaltelement 150 verbunden, um mindestens eine Spannung zu steuern, die als Reaktion auf den Teil 214 der Reflexion 212 mindestens einem Paar von Elektroden 224,226 zugeführt wird. Die Feedback-Steuerschaltung 222 ist derart ausgelegt und wird derart betätigt, dass der Teil 214 der Reflexion minimiert 212 wird, wodurch das optische Schaftelement 100 effektiv auf einen gewünschten Schaltzustand abgestimmt wird.
Im Gegensatz zu den "Überkreuzungs"- und "Linear"-Schaltzuständen bei einem 2 · 2-Optikschaltelement werden die ersten und zweiten Schaltzustände eines 2 · 1-Optikschaltelements eines 2 · 1-Optikschaltelements 150 generell als "Einschalt"- und "Ausschalt"-Zustände bezeichnet, z. B. im Zusammenhang mit einem ersten der Eingangs-Ports 106,108.
In der folgenden Erläuterung der Verwendung des reflektierten Signals 212 zur Zeitsteuerung des 2 · 1-Schalters wird der "Ein"-Zustand als der Schaltzustand definiert, der den niedrigsten Verlust an Licht ermöglicht, das sich von dem Port 106 zu dem Port 156 (oder von dem Port 156 zu dem Port 106) ausbreitet. Dieser Zustand ist auch der Zustand des höchsten Verlustes von Licht, das sich von dem Port 156 zu dem Port 108 (oder von dem Port 108 zu dem Port 156) ausbreitet. Der "Aus"-Zustand wird als der Zustand definiert, der den niedrigsten Verlust an Licht, das sich von dem Port 108 zu dem Port 156 (oder von dem Port 156 zu dem Port 108) ausbreitet, und den höchsten Verlust an Licht bewirkt, das sich von dem Port 106 zu dem Port 156 (oder von dem Port 156 zu dem Port 106) ausbreitet.
Die Zeitsteuerung des Schalters 150 auf den optimalen "Ein"-Zustand läuft dann wie folgt ab. Im Ein-Zustand breitet sich das aus 202 in den Port 106 eingegebene Lichtsignal 204 mit niedrigem Verlust durch den Interaktionsbereich 110 in den Wellenleiterkanalabschnitt 152 aus. Ein Teil 212 des Lichtsignals 204 wird mittels des optischen Reflektors 210 zurück durch den Wellenleiterkanalabschnitt 152 in den Interaktionsbereich 110 reflektiert. Da sich der Schalter im Ein-Zustand befindet, wird der Großteil des reflektierten Signals 212 in den Wellenleiterkanalabschnitte 102 geleitet, wobei sich nur ein kleiner Teil des Lichts in dem Wellenleiterkanalabschnitt 104 befindet, so dass von dem Detektor 220 ein minimales Signal detektiert wird. Je kleiner das bei 220 detektierte Signal ist, desto besser ist die Zeitsteuerung des "Ein"-Zustandes. Somit werden durch das Minimieren des bei 220 detektierten Signals die Übertragungseigenschaften des Schalters im "Ein"-Zustand optimiert.
Die Zeitsteuerung des Schalters 150 auf den optimalen "Aus"-Zustand erfolgt in ähnlicher Weise. In diesem Fall erfährt das in den Port 106 eintretende Lichtsignal 204 einen hohen Verlust in dem Interaktionsbereich 110; je höher der Verlust ist, desto besser ist der "Aus"-Zustand. Ein kleiner Teil 212 des durch den Interaktionsbereich 110 gelangenden Lichtsignals wird mittels des Reflektors 210 zurück in den Interaktionsbereich 110 reflektiert. Dieses kleine Signal wird im Aus-Zustand detektiert und gelangt mit niedrigem Verlust in den Wellenleiterkanalabschnitt 104 und aus dem Port 108 zu dem Detektor 220. Da jedoch die Lichtmenge, die zur Reflexion an dem Reflektor 210 zu Verfügung steht, durch den hohen Verlust des Wegs zwischen den Ports 106 und 156 im Aus-Zustand beschränkt ist, werden durch das Minimieren des Signals, das aus dem Port 108 austritt und mittels des Detektors 220 detektiert wird, die Übertragungseigenschaften des Schalters im "Aus"-Zustand optimiert.
Fig. 7, 8 und 9 sind Draufsichten dreier verschiedener Ausführungsformen eines integrierten optischen Schaltelements 150, bei dem der optische Reflektor 210 in bezug auf den Interaktionsbereich 110 in unterschiedlichen Positionen angeordnet ist. In Fig. 7 ist der optische Reflektor 210 innerhalb des Wellenleiterkanalabschnitts 152 auf dem Substrat aus elektrooptischem Material angeordnet, das das optische Schaltelement 150 aufweist. Bei dieser Ausführungsform kann der optische Reflektor 210 durch eine Vielzahl von Mitteln implementiert sein, zu denen geometrische, strukturelle oder chemische Veränderungen des Wellenleiterkanalabschnitts 152 oder eine Auskleidungsschicht zählen, die den Wellenleiterkanalabschnitt 152 umgibt, etwa durch Ätzen zur Bildung eines Interferenz-Gitters, Dotieren des elektrooptischen Materials innerhalb des Wellenleiterkanalabschnitts 152 zur Veränderung der Lichtausbreitungseigenschaften zwecks Erzeugens des gewünschten reflektierten Signals 212, elektrooptisches Ändern der Ausbreitungseigenschaften des Wellenleiterkanalabschnitt 152 mittels eines weiteren Satzes von Elektroden, die jenseits des Interaktionsbereichs 110 positioniert sind, durch Interaktion mit einer akustischen Welle oder lichtinduzierter Indexveränderungen.
In Fig. 8 ist ein optischer Reflektor 210 an dem Ausgangs-Port 156 am Grenzbereich des optischen Schaltelements 150 angeordnet. In einer typischen Situation würde bei dieser Ausführungsform ein leichtes Missverhältnis in dem Grenzbereich am Ausgangs-Port 156 existieren, das darin resultiert, dass eine kleine Reflexion an dem Grenzbereich auftritt. Falls beispielsweise ein leichtes Missverhältnis zwischen dem optischem Index des Wellenleiterkanalabschnitts 152 und des an den Port 156 angeschlossenen Lichtleitwegs existiert, kann dieses Missverhältnis das gewünschte reflektierte Signal 212 erzeugen. Alternativ könnte das reflektierte Signal 212 auch als Ergebnis einer reflektierenden Beschichtung erzeugt werden, die auf die Chipfacette des Ausgangs-Ports 156 aufgetragen ist. Zu weiteren Variationen dieser Ausführungsform zählen eine vorübergehende oder fest erstellte Abstimm-Version, bei der ein Voll- Reflektor, z. B. ein Spiegel oder dgl., oder sogar ein Teil-Reflektor direkt mit dem Ausgangs-Reflektor 156 verbunden ist, mit dem Zweck des Anfangs- Abstimmens oder Erstellens der optimalen Übertragungseigenschaften des optischen Schaltelements 150.
In Fig. 9 ist der optische Reflektor 210 außerhalb des optischen Schaltelements 150 positioniert. Bei dieser Ausführungsform wird für das Steuersystem jede Anzahl von Reflexionen ausgenutzt, die innerhalb des optischen Netzwerks auftreten können und die außerhalb des optischen Netzwerks erfolgen.
Beispielsweise kann der optische Reflektor 210 eine nicht perfekte Bedingung der Gleichförmigkeit innerhalb der optischen Faser 240 aufweisen, die mit dem Ausgangs-Port 156 verbunden ist. Alternativ kann der optische Reflektor 210 eine beliebige der bereits beschriebenen Optik-Interface-Missverhältnis-Situationen aufweisen, die ein reflektiertes Signal erzeugen können. Dem Fachmann auf dem Gebiet wird ersichtlich sein, dass zahlreiche Mechanismen und Techniken existieren, mit denen ein wirksamer optischer Reflektor 210 entweder zeitweilig oder dauerhaft als Teil eines optischen Netzwerks erzeugt werden kann, um das für die Zwecke der vorliegenden Erfindung erforderliche reflektierte Signal zu erzeugen.
Es versteht sich, dass es für die zum fortlaufenden Betrieb ausgelegten Ausführungsformen der Steuersysteme 200,230 vorzuziehen ist, dass der optische Reflektor 210 zur Erzeugung eines reflektierten Signals 212 ausreicht, dass mittels der Ansprechbarkeit des Photodetektors 220 gemessen werden kann, wenn das optische Schaltelement 100,150 in einem optimalen Modus mit hoher Löschung arbeitet. Im Zusammenhang mit der Ansprechbarkeit derzeitiger Photodetektoren weist das reflektierte Signal vorzugsweise z. B. zwischen 1% und 50% des optischen Signals 204 in dem Wellenleiterkanal 156 auf. Wenn das reflektierte Signal in diesen Bereichen arbeitet, beträgt der reflektierte Teil 214, der den Photodetektor 220 bei einem optischen Schaltelement mit einem Schaltbeschränkungsverhältnis von 30 dB erreicht, zwischen 0,001% und 0,05%, unter Ignorierung von Verlusten. Bei einem Kombination aus einem Reflektor 210 in einem LiNbO&sub3;-Optikschaltelement und derzeitigen Silicium- Detektoren beträgt das optische Signal vorzugsweise zwischen ungefähr 0,1% und 10% und liegt idealerweise bei ungefähr 4%, so dass der Teil des Lichtsignals 204, der von dem reflektierten Signal verzehrt wird, signifikant genug ist, um detektiert zu werden, jedoch nicht groß genug ist, um den wirkungsvollen Betrieb des Schaltelements zu beeinträchtigen. Während das Verhältnis zwischen dem reflektierten Signal 214 und dem Lichtsignal 204 vorzugsweise linear ist, um das Steuersystem der Feedback-Steuerschaltung 222 zu vereinfachen, wird darauf hingewiesen, dass dieses Verhältnis auch nichtlinear sein kann, solange das Verhältnis im wesentlichen stabil ist und der Feedback- Steuerschaltung 222 bekannt ist.
Fig. 10, 11 und 12 zeigen Draufsichten eines Abstimm-Systems 230 gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem die Photodetektoren in bezug auf das optische Schaltelement 150 in verschiedenen Positionen angeordnet sind.
In Fig. 10 ist der Photodetektor 220 auf dem gleichen elektrooptischen Substrat 124 wie der Interaktionsbereich 110 des optischen Schaltelements 150 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform kann der Photodetektor 222 in den Wellenleiterkanal 104 integriert werden. Beispiele der Weise, in der dies erfolgen kann, sind z. B. in den U. S. -Patenten Nr. 5,065,201 und 5,261,014 beschrieben.
In Fig. 11 ist der Photodetektor 222 auf einem Substrat 242 angeordnet, das von dem elektrooptischem Substrat 124, auf dem das optische Schaltelement 150 angeordnet ist, getrennt ist und nahe an diesem Substrat liegt. Diese Mehr-Chip-Modul-Ausführungsform kann verwendet werden, um die Vorteile der Ausführungsform gemäß Fig. 10 zu erreichen, dabei jedoch die Herstellungs- und Montagetechniken des Abstimm-Systems 230 zu vereinfachen. Bei dieser Ausführungsform wäre es z. B. auch möglich, als weiteres auf dem gemeinsamen Substrat 242 enthaltenes Modul die Steuer-Elektronik einzubeziehen, die der Feedback-Steuerschaltung 222 und den Steuer-Elektroden 224 und 226 zugehört.
In Fig. 12 ist der Photodetektor 220 physisch entfernt von dem optischen Schaltelement 150 angeordnet und ist optisch mit dem zweiten Eingangs-Port 108 verbunden, z. B. durch eine Optikfaser 244.
Anhand Fig. 13, 14 und 15 wird nun ein Abstimm-System 250, 260, 270 zur Verwendung in einer optischen Schalt-Matrix 300 beschrieben. Die optische Schalt-Matrix 300 weist mindestens zwei optischen Schaltelemente 310, 320 auf, die mit Ausgangs-Ports und Eingangs-Ports versehen sind, welche zur Bildung einer Schalt-Matrix miteinander verbunden sind. Als Minimalbedingung für eine derartige optische Schalt-Matrix ist mindestens ein Ausgangs-Port des Matrix-Elements 310 mit einem Eingangs-Port des Matrix-Elements 320 verbunden. Beispiele von Schalt-Matrizes dieses Typs sind bekannt aus: Thylen, L. und Granestand, P.: "Switch Arrays for Photonic Switching: Status Review and Prospects", IEEE Globecom '90 Conf. Proc., Vol. 2, Dez. 1990, pp. 1296- 1300, und Zucker, J. und Alerness, R., "Photonic Switch Arrays Set to Prosper", Physics World, Vol. 4, Nr. 9, pp. 57-62. Fachleuten auf dem Gebiet ist ersichtlich, dass die optischen Schaltmatrizes 300, bei denen das Steuersystem 250 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, in Form mehrere alternativer Ausführungsformen ausgebildet werden kann, z. B. innerhalb eines gemeinsamen Substrats, oder in einem Mehrfach-Substrat, einer Mehrfach-Chip-Modul-Vorrichtung, oder sogar in Form einzelner diskreter Matrix-Elemente 310,320, die durch optische Fasern oder andere Wellenleiterkanäle optisch miteinander verbunden sind.
In Fig. 13 wird ein Lichtsignal 204 von einer Lichtquelle 202 erzeugt und in einen Eingangs-Port 312 des Matrix-Elements 310 geleitet. Der Ausgangs-Port 316 ist optisch mit dem Eingangs-Port 322 des Matrix-Elements 320 verbunden, bei dem ein optischer Reflektor 252 jenseits einer Ausgangs-Seite eines Interaktionsbereichs dieses Matrix-Elements angeordnet ist. Gemäß Fig. 13 ist der optische Reflektor 252 außerhalb des Matrix-Elements 320 angeordnet, obwohl jede der anhand Fig. 10, 11 und 12 beschriebenen positionalen Ausgestaltungen für das Abstimm-System 250 verwendbar ist. Durch diese Ausführungsform kann eine Anzahl verschiedener Feedback-Steueranordnungen erzielt werden. Falls beispielsweise das Matrix-Element 320 derart gesteuert wird, dass es sich in einem Idealzustand befindet, in dem das Lichtsignal 204 zu dem Ausgangs-Port 324 geleitet wird, dann imitiert das durch den optischen Reflektor 210 bewirkte reflektierte Signal im wesentlichen das Signal, das durch eine außerhalb des Ports 316 erfolgende Reflexion erzeugt würde, und die Feedback-Steuerschaltung 222 kann diese Information verwenden, um das Matrix-Element 310 isoliert abzustimmen. Alternativ kann, falls das Matrix-Element 320 derart gesteuert wird, dass es sich in einem Zustand befindet, in dem der Großteil des Lichtsignals 204 von dem Eingangs-Port 322 zu dem Ausgangs-Port 325 geleitet wird, dann das von dem optischen Reflektor 252 reflektierte Signal verwendet werden, um die Übertragungseigenschaften der kombinierten Schaltmatrizes 310 und 320 zu optimieren. In dieser Ausführungsform steuert die Feedback-Steuerschaltung gleichzeitig die Spannungselektroden für beide Matrix-Elemente 310 und 320. Es ist eine wiederum weitere Ausführungsform möglich, bei der das Matrix-Element 310 im voraus optimiert worden ist und das Matrix-Element 320 der Fokus der Feedback- Steuerschaltung 222 ist. In dieser Situation werden die optimierten Steuerspannungen dem Matrix-Element 310 zugeführt, und die Steuerspannungen werden an dem Matrix-Element 320 dahingehend geändert, dass das an dem Detektor 220 gemessene reflektierte Signal immer noch minimiert wird.
Es ist ersichtlich, dass bei dieser Ausführungsform der optische Reflektor 252 mehr als einen einzelnen Reflexionsmechanismus aufweisen kann, der zum Erzeugen eines reflektierten Signals 254 arbeiten kann, das von dem Photodetektor 220 detektiert wird. Obwohl für das reflektierte Signal 254 mehrere Reflexionspunkte vorgesehen sein können, bleibt die Grundvoraussetzung unverändert, dass das reflektierte Signal 254 durch das Abstimm-System 250 minimiert werden soll. In diesem Fall der Schalt-Matrix besteht die Aufgabe darin, sämtliche der von der Schalt-Matrix 300 präsentierten möglichen Schalt- Kombinationen auszuführen und für jede derartige Kombination das kombinierte Signal, das von dem Photodetektor 220 detektiert wird, zu minimieren. Bei einer optischen Schalt-Matrix 300 mit mehreren Schalt-Elementen 310, in die ein Lichtsignal 204 ausgegeben werden könnte, ist im Zusammenhang mit dieser Ausführungsform ersichtlich, dass mit einem Ausgangs-Port 314 jedes Matrix-Elements 310 ein Photodetektor 220 verbunden werden muss. Dies kann entweder dadurch erfolgen, dass für jedes Matrix-Element 310 separate Photodetektoren 220 vorgesehen werden, oder dass ein einzelner Photodetektor 220 und entsprechende optische Schaltvorrichtungen unter Steuerung durch die Feedback-Steuerschaltung 222 vorgesehen werden, um das reflektierte Signal 254 aus dem zu testenden Matrix-Element 310 zu dem Photodetektor 220 zu leiten.
In Fig. 14 ist der Photodetektor 220 mit einem Eingangs-Port 328 des Matrix- Elements 320 verbunden. Im Gegensatz zu der Situation gemäß Fig. 13, in der die Umkehr-Übertragungseigenschaften jedes Matrix-Elements 310,320 durch das Abstimm-System 250 optimiert wurden, werden bei der in Fig. 14 gezeigten Ausführungsform des Abstimm-Systems 260 die Vorwärts-Übertragungseigenschaften des Matrix-Elements 310 und die Umkehr-Übertragungseigenschaften von 310 und die Umkehr-Übertragungseigenschaften des Matrix-Elements 320 verwendet, um die Feedback-Optimierung zu erzielen. Mit anderen Worten können die Übertragungseigenschaften des Matrix-Elements 310 optimiert werden durch Maximieren oder Minimieren des Betrags des aus dem Ausgangs-Port 306 austretenden Lichtsignals 204, das nun das Eingangs- Lichtsignal für den Eingangs-Port 322 des Matrix-Elements 320 wird. Das Matrix-Element 320 seinerseits wird optimiert durch Messen der Umkehr-Übertragungseigenschaften, die bei dem reflektierten Signals 264 am Detektor 220 auftreten.
Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsform des Abstimm-Systems 270, das eine optische Matrix 300 aufweist, die mindestens drei Schalter tief ist. Bei dieser Ausführungsform sind zusätzlich zu den Matrix-Elemente 310 und 320 ein oder mehrere Matrix-Elemente 330 zwischen dem Matrix-Element 310, in das das Lichtsignal 204 ausgegeben wird, und dem Matrix-Element 320 angeordnet, jenseits dessen der optische Reflektor 272 positioniert ist. Unabhängig von der Konfiguration jeglicher zwischenliegender Matrix-Elemente 330 liegt die Aufgabe des Abstimm-Systems 270 darin, das an dem Photodetektor 220 detektierte reflektierte Signal 274 zu minimieren. Es ist ersichtlich, dass jede der Ausführungsformen der Positionen des Photodetektors 220, die in Fig. 13 und Fig. 14 gezeigt sind, in dem Abstimm-System 270 verwendet werden kann. Alternativ kann die Position der Matrix-Elemente 310 und 330 derart umgekehrt werden, dass das Lichtsignal 204 aus der Lichtquelle 202 in die "Mitte" der Schalt-Matrix 300 eingeführt wird. Bei dieser Ausführungsform jedoch muss der Detektor an einem Eingangs-Port des Matrix-Elements 330 positioniert werden, um das Matrix-Element 330 in den Umfang der Matrix- Elemente einzubeziehen, die von dem Abstimm-System 270 abgestimmt werden können. Es versteht sich, dass die effektive Tiefe der Matrix-Elemente 310, 320 und 330, die von einem Abstimm-System 270 abgestimmt werden können, primär eine Funktion der Anzahl und Größe inhärenter Reflexionen innerhalb der Matrix 300 ist, die von dem Abstimm-System 270 detektiert werden können, und der Empfindlichkeit des Photodetektors 220, sehr kleine Variationen in dem reflektierten Signal 254 präzise messen und unterscheiden zu können.
Ein Anwendungsfall, bei dem das Abstimmen eines optischen Schaltelements besonders zweckmäßig ist, besteht in einem optischen Zeitdomänen-Reflektometer-(OTDR-)System, mittels dessen Tests auf Mängel oder Fehler in optischen Fasern oder Kanälen vorgenommen werden. Es ist weithin bekannt, dass optische Schaltelemente die Leistung eines OTDR-Systems verbessern können, indem sie das von dem OTDR-System verwendete, einen hohen Verstärkungsfaktor aufweisende optische Detektionssystem selektiv vor übermäßig starken Reflexionen schützen, die andernfalls das Detektorsystem sättigen würden und eine "tote Zone" erzeugen würden, in denen keine Reflexionen von anderen Faser-Merkmalen oder -Fehlern durch das OTDR erkannt werden können. Beispiele von OTDRs und der Verwendung optischer Schaltelemente in einem OTDR sind aufgeführt in den U. S. -Patenten Nr. 5,149,961; 5,144, 125; 5,093,568; 5,072,111; 5,045,689; 5,028,775; 5,023,445; 5,013,907; 4,968,880 und 4,960,989.
Die typische Konfiguration eines integrierten optischen Schalters in einem OTDR ist in Fig. 16 gezeigt. Eine zu testendes Faser 300 ist mit einem Ausgangs-Port 116,118 eines Pigtail-LiNbO&sub3;-Direktional-Kopplers 100 verbunden. Eine Laser-Diode 222 und ein Detektor 220 sind mit den Eingangs-Ports 112 bzw. 114 verbunden. Die an die Steuer-Elektroden 130 und 132 angelegten Spannungen V&sub1; und V&sub2; werden unter Steuerung durch die Feedback-Steuerschaltung 222 derart variiert, dass der Schalter in einen optimalen Überkreuzungs- oder Linear-Zustand versetzt wird. Der Linear-Zustand wird verwendet, um die Licht in die Faser einzuleiten; der Überkreuzungs-Zustand ermöglicht, dass Reflexionen von den in der Fasern vorhandenen Merkmalen den Detektor zur Analyse erreichen.
Ein leichter Zugang zum Verständnis der Arbeitsweise des direktionalen Kopplerelements 100 im Zusammenhang mit seinem Löschverhältnis besteht in der Untersuchung der "Übertragungsfunktion" des optischen Schalters. Zu den Zwecken der vorliegenden Erfindung ist die Übertragungsfunktion eines zweidimensionale Abbildung der Betriebszustände des direktionalen Kopplers für sämtliche möglichen Kombinationen von Betriebsspannungen V&sub1; und V&sub2;. Es versteht sich, dass für unterschiedliche Elektroden-Konfigurationen des direktionalen Kopplers (z. B. ein Paar von Elektroden oder drei oder mehr Paare von Elektroden) der Satz von Betriebsspannungen für die Überkreuzungs-Zustände und die Linear-Zustände der Vorrichtung eine Anzahl von Spannungen enthält, die der Anzahl von Elektrodenpaar-Kombinationen gleich ist.
Zum Erzeugen der Übertragungsfunktion wird das Löschverhältnis für repräsentative Werte der Betriebsspannungen V&sub1; und V&sub2; gemessen, und die Ergebnisse werden als im Wert gleiche Konturen auf einem Kontur-Schaubild abgebildet, z. B. in der in Fig. 17 für ein polarisiertes TE-Lichtsignal gezeigten Weise, entsprechend der Messung in bezug auf das Schaltelement gemäß Fig. 16. Wo eine positive Kontur vorhanden ist (d. h. ein Verhältnis größer als 1), zeigt dies Kombinationen von Spannungen V&sub1; und V&sub2; an, die bei dem direktionalen Koppler zu Überkreuzungs-Zuständen führen, wenn der Großteil des Lichts von dem ersten Wellenleiterkanal zu dem zweiten Wellenleiterkanal überwechselt, während des den direktionalen Koppler durchläuft. Wo eine negative Kontur vorhanden ist (d. h. ein Verhältnis kleiner als 1), zeigt dies Kombinationen von Spannungen V&sub1; und V&sub2; an, die zu Linear-Zuständen führen, wenn der Großteil des Lichts innerhalb des ersten Wellenleiterkanals verbleibt, während des den direktionalen Koppler durchläuft. Bereiche des Kontur-Schaubilds, die Hochqualitäts-Überkreuzungszustände repräsentieren, sind als Peaks oder Grate zu erkennen, und Bereiche des Kontur-Schaubilds, die Hochqualitäts-Linearzustände repräsentieren, sind als Täler zu erkennen. Typischerweise beträgt das erforderliche Löschverhältnis für Hochqualitäts-Überkreuzungszustände mindestens 15 dB, obwohl selbstverständlich für unterschiedliche Anwendungsfälle oder Verwendungen eines direktionalen Kopplers unterschiedliche erforderliche für das Erzielen eines Hochqualitäts-Überkreuzungszustands benötigt werden.
Es ist anzumerken, dass in Fig. 17 die gemessenen Löschverhältnisse des direktionalen Kopplers 100 für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung nicht optimiert werden, da keine Vorkehrungen getroffen worden sind, um Reflexionen von dem Faser-/Chip-Interface an den Ausgangs-Port 116 und 118 zu verhindern. Wenn als Lichtsignal 204 kohärentes Licht verwendet wird, lassen sich signifikante Reflexionen von beiden Ausgangs-Ports 116 und 118 beobachten, und Oszillationen in dem wahrnehmbaren Löschverhältnis, wie es gemessen wird, können sich aufgrund von interferometrischen Effekten ergeben.
Fig. 18 zeigt einen Vergleich zwischen der berechneten reflektierten Energie, basierend auf der Gleichung (2), und dem gemessenen Schalt-Löschverhältnis aus Fig. 17 für den direktionalen Koppler 100 gemäß Fig. 16. In diesem Fall wird angenommen, dass die Reflexion an jedem Faser-/Chip-Interface an den Ausgangs-Ports 116 und 118 auf 3,6% liegt und die Eingangs-Energie von Po auf -10dB liegt. Der Faserkopplungsverlust und die interferometrischen Effekte sind außer Acht gelassen worden.
Fig. 19 zeigt die gemessene reflektive Energie bei dem direktionalen Koppler 100 gemäß Fig. 16. Es ist ersichtlich, dass trotz der bei 310 gezeigten "Vertikal-Linear"-Verzerrungen, die aufgrund der mehrfachen kohärenten Reflexionen auftreten, der optimale Überkreuzungs-Zustand bei (V&sub1; = 0, V&sub2; = 0) und der optimale Linear-Zustand (V&sub1; = 23, V&sub2; = 22) mit der vorliegenden Erfindung immer noch präzise angeordnet sind.
Zur Verbesserung der Leistung der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, die verschiedenen Reflexionsquellen innerhalb des gesamten abzustimmenden optischen Systems zu steuern. Eine praktische Technik zum Steuern von Reflexionen besteht darin, die Chip-/Faser-Interface-Reflexionen zu unterdrücken und für eine externe Reflexion zu sorgen, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Eine gesteuerte Reflexion zum Abstimmen könnte für das OTDR-System gemäß Fig. 16 z. B. dadurch erzielt werden, dass der Ausgangs-Port 118 der Luft gegenüber offen gelassen wird (14% Reflexion), oder eine mit totem Ende versehene Faser-Länge mit dem Port 118 verbunden wird (4% Reflexion), oder den Ausgangs-Port 118 zur zusätzlichen Reflexion beschichtet wird, oder einfach den Konnektor zwischen dem Ausgangs-Port 116 und der zu testenden Faser 300 während des Abstimm-Vorgangs abgekoppelt belassen wird (ungefähr 4% Reflexion).
Bei der OTDR-Anwendung ist das von der zu testenden Faser reflektierte Licht von variierender Polarisierung, so dass der Schalter sowohl für TE- als auch für TM-Polarisierungen ein hohes Löschverhältnis erbringen muss. Vorzugsweise wird dies erreicht, indem ein polarisationsunabhängiges Schaltelement 100 gemäß den Lehren der bereits angeführten mitanhängigen Anmeldung mit dem Titel "POLARIZATION-INDEPENDENT ELECTRO-OPTICALLY SWITCHED DIRECTIONAL COUPLER" geschaffen wird. Um eine Abstimmung auf Zustände hoher Löschung für sowohl TE- als auch TM-Polarisierungen vornehmen zu können, so dass polarisationsunabhängige Schaltvorgänge erzielt werden können, ist es wünschenswert, zu gewährleisten, dass beträchtliche Mengen sowohl von TE- als auch von TM-Licht in das Schaltelement 100 hinein reflektiert werden. Dies kann erreicht werden durch Verwendung einer Standard-Einmoden-Faser zwischen der Lichtquelle 202 und dem Schalt-Element 100, wobei ein Paddel-Typ-Polarisierungs-Controller derart eingestellt wird, dass er entweder ein zirkulär polarisiertes Lichtsignal 204 oder ein linear polarisiertes Lichtsignal 204 ausgegeben wird, das mit 45 Grad von der Oberfläche des Schaltelements 100 ausgerichtet ist. Eine wiederum andere Technik zum Erzielen der Polarisationsunabhängigkeit besteht in der Verwendung einer Polarisationsaufrechterhaltungs-(PM-)Faser zwischen der Lichtquelle 202 und dem Schaltelement 100, wobei das Lichtsignal 204 unter 45 Grad zu der PM-Faser- Doppelbrechungs-Achse ausgerichtet ist und die PM-Faser mit ihrer Doppelbrechungs-Achse entlang einer Hauptachse des Schaltelements 100 ausgerichtet ist, oder das Lichtsignal 204 entlang der Achse der PM-Faser ausgegeben wird und die Faser-Achse unter 45 Grad in bezug auf die Hauptachse des Schaltelements 100 ausgerichtet ist. Andere Alternativen bestehen in der Verwendung eines Typs von Polarisierungs-(PZ-)Faser mit einer Faserpolarisationsachse, die mit der Polarisation des Lichtsignals 204, jedoch unter 45 Grad zu den Achsen des Schaltelements 100 ausgerichtet ist.
Bei der OTDR-Anwendung werden die besten Ergebnisse erzielt, falls die Ergebnisse des Abstimm-Systems 200 unmittelbar vor der Mess-Routine einer zu testenden Faser 300 erbracht werden. Ein praktischer und exemplarischer Vorgang zum Betreiben der Feedback-Steuerschaltung 222 dahingehend, dass die Optimierung des Schalt-Überkreuzungszustandes durch Minimierung der zu dem Detektor reflektierten Energie erzielt wird, ist in dem Flussdiagramm gemäß Fig. 20 beschrieben. In Schritt 400 werden Anfangs-Werte von (V&sub1;, V&sub2;), die dem Überkreuzungs-Zustand approximiert sind, gebildet, und zwar entweder aus den letzten bekannten optimierten Überkreuzungszustands-Werten, oder aus den besten Werten, die auf der Basis des Designs des abzustimmenden direktionalen Kopplers 100 geschätzt wurden. In Schritt 402 wird ein Lichtimpulssignal 204 (oder eine Serie von Impulsen) aus der Lichtquelle 202 ausgegeben, und die optische Energie von 1% wird an dem Detektor 220 überwacht. Dann stellt in Schritt 404 die Feedback-Steuerschaltung 222 die Spannungswerte (V&sub1;, V&sub2;) mit einem vorbestimmten Inkrement ein. In Schritt 406 wird ein weiteres Lichtimpulssignal 204 (oder eine Serie von Impulsen) ausgegeben, und die reflektierte optische Energie wird an dem Detektor 220 gemessen. In Schritt 408 werden die beiden Detektionswerte aus den Schritten 402 und 406 verglichen, und in Schritt 412 werden die Spannungswerte (V&sub1;, V&sub2;), die der kleineren überwachten optischen Energie Pb entsprechen, als die neuen Anfangs-Werte gespeichert. Bei der Entscheidung 414 wird der Steuervorgang auf den Schritt 402 zurückgeführt, bis das vorbestimmte inkrementale Verfolgungs-Muster erschöpft ist und/oder das Minimum gefunden worden ist, oder die neuen abgestimmten Überkreuzungszustands-Betriebswerte für die Spannungen (V&sub1;, V&sub2;) gespeichert sind und die Feedback-Routine in dem Schritt 416 ausgeführt wird. Die gleiche Routine kann ausgehend von approximativen Linear-Zustands-Spannungen verwendet werden, um die Linear-Zustands-Betriebsspannungen zu optimieren.
Fig. 21 zeigt ein Blockschaltbild einer Feedback-Steuerschaltung 222 zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung. Die Steuerspannungen für jede der drei Steuer-Elektroden 130, 132 und 134 des direktionalen Kopplers 100 werden durch drei Digital-/Analog-Konverter 410 erzeugt, die jeweils mit Treiberverstärkern 412 verbunden sind. Das Eingangssignal jedes D/A ist eines von zwei Spannungspegeln, gewählt von einem Puffer 416 in Abhängigkeit davon, welcher Zustand, Überkreuzungs-Zustand (= ON) oder Linear-Zustand (= OFF) des Schaltelements 100 abgestimmt wird. Aufwärts-/Abwärts-Zähler 418 werden zum Halten der sechs Spannungspegel verwendet, die den ON- oder OFF- Pegeln der drei Steuerelektroden 130, 132 und 134 entsprechen. Der gewünschte Zustand des Schalters für Abstimmungszwecke wird als Eingangssignal in einen Mikroprozessor 420 eingegeben, in diesem Fall durch einen A/D 422 und einen UART 424. Der UART 424 toggelt ferner Puffer 416 zwischen ON- und OFF-Zuständen. Der Mikroprozessor 420 verfolgt die von dem Photodetektor 220 detektierten Lichtpegel und verändert die in den Aufwärts-/Abwärts-Zählern 418 gespeicherten Spannungspegel um kleine, feste Beträge entsprechend Schritten von ungefähr 0,2 V in jeder von acht symmetrischen Richtungen, getrennt um 45 Grad (in dem zweidimensionalen Spannungsraum gemäß Fig. 19), um den derzeit gespeicherten "besten Betriebspunkt". Jedes Mal, wenn eine Abnahme in der detektierten Ausgangsenergie festgestellt wird, werden die neuen Spannungspegel in den Aufwärts-/Abwärts-Zählern gespeichert.

Claims

1. System zum Abstimmen mindestens eines integrierten optischen Schaltelements (100), wobei jedes optische Schaltelement aus einem elektrooptischen Material gebildet ist, das aufweist: einen Interaktionsbereich (110) und mindestens einen durch den Interaktionsbereich (110) verlaufenden Wellenleiterkanal (206, 208), mindestens einen ersten Eingangs- Port (106) und einen zweiten Eingangs-Port (108), die an einer ersten Seite des Interaktionsbereichs definiert sind, in die ein Lichtsignal eintritt, mindestens einen Ausgangs-Port (116, 118), der an einer zweiten Seite des Interaktionsbereichs definiert ist, aus der das Lichtsignal selektiv austritt, und mindestens ein Paar von Elektroden (224, 226), um über dem Interaktionsbereich selektiv ein elektrisches Feld zu erzeugen, das einen gewünschten Schaltzustand des optischen Schaltelements elektrooptisch erzeugt, wobei das System aufweist:

eine optische Lichtquelle (202) zum Einleiten eines Lichtsignals (204) in einen ersten Eingangs-Port (106) eines optischen Schaltelements (100), wobei sich auf ein elektrisches Feld an dem Interaktionsbereich (110) hin das Lichtsignal durch mindestens einen Wellenleiterkanal (206, 208) zu einem Ausgangs-Port (116, 118) ausbreitet,

dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner aufweist:

eine Einrichtung (210) zum Verursachen des Auftretens einer Reflexion (212) mindestens eines Teils des Lichtsignals hinter einer zweiten Seite des Interaktionsbereichs (110), wobei die Reflexion durch mindestens einen Wellenleiterkanal (104, 105, 206, 208) zurückgeleitet wird, einen Lichtdetektor (220), der zur Verbindung mit dem zweiten Eingangs- Port (108) des integrierten optischen Schaltelements (100) angeordnet ist, um einen Teil (214) der Reflexion (212) zu detektieren, und

eine betriebsmäßig mit dem Lichtdetektor (220) und mindestens einem optischen Schaltelement (100) verbundenen Rückkopplungseinrichtung (222) zum Steuern mindestens einer an das mindestens eine Paar von Elektroden (224, 226) angelegten Spannung auf den von dem Lichtdetektor (220) detektierten Teil (214) der Reflexion (212) hin, um den Teil (214) der Reflexion (212) zu minimieren und dadurch selektiv mindestens eines der integrierten optischen Schaltelemente (100) auf einen gewünschten Schaltzustand abzustimmen.

2. System nach Anspruch 1, bei dem mindestens eines der integrierten optischen Schaltelemente nur einen Ausgangs-Port (152) aufweist und bei dem durch Aktivieren des gewünschten Schaftzustands das Lichtsignal selektiv aus dem Ausgangs-Port austritt und durch Aktivieren des gewünschten zweiten Schaltzustands selektiv aus dem einen Ausgangs-Port ausgeschlossen wird.

3. System nach Anspruch 1, bei dem mindestens eines der integrierten optischen Schaltelemente zwei sich durch den Interaktionsbereich (110) erstreckende Wellenleiterkanäle (120,122) aufweist, wobei sich ein erster Wellenleiterkanal zwischen dem ersten Eingangs-Port (106) und dem ersten Ausgangs-Port (116) erstreckt, und sich ein zweiter Wellenleiterkanal zwischen dem zweiten Eingangs-Port (108) und dem zweiten Ausgangs- Port (118) erstreckt, und bei dem das Lichtsignal selektiv durch Aktivieren eines ersten gewünschten Schaltzustands primär aus dem ersten Ausgangs-Port (116) austritt und selektiv durch Aktivieren eines zweiten gewünschten Schaltzustands primär aus dem zweiten Ausgangs-Port (118) austritt.

4. System nach Anspruch 1, bei dem das integrierte optische Schaltelement aus der Gruppe gewählt ist, die einen Y-Abzweig-Schalter (150), einen Schalter (170) mit abgeglichener Brücke, einen X-Abzweig-Schalter (140) oder einen Richtkoppler (100) aufweist.

5. System nach Anspruch 1, bei dem die zum Verursachen einer Reflexion (212) vorgesehene Einrichtung (210) an einer Position angeordnet ist, die aus der Gruppe gewählt ist, welche eine Position innerhalb eines optischen Schaltelements, eine Position an einem Grenzbereich eines optischen Schaltelements oder eine Position außerhalb mindestens eines optischen Schaltelements aufweist.

6. System nach Anspruch 1, bei dem die Position des Lichtdetektors (220) aus der Gruppe gewählt ist, die aufweist: eine Position auf einem mit dem zweiten Eingangs-Port des integrierten optischen Schaltelements (100) gemeinsamen Substrat, das mit dem zweiten Eingangs-Port (108) des integrierten optischen Schaltelements (100) optisch verbunden ist; eine Position auf einem Substrat, das von einem Substrat getrennt ist, auf der der zweite Eingangs-Port (108) des integrierten optischen Schaltelements (100) angeordnet ist, wobei das Substrat des Lichtdetektors (220) und das Substrat des integrierten optischen Schaltelements (100) beide Teil eines Mehrfachchipmoduls sind, bei dem der Lichtdetektor (220) mit dem zweiten Eingangs-Port (108) des integrierten optischen Schaltelements (100) optisch verbunden ist; und einer Position, die physisch von einem integrierten optischen Schaltelements getrennt ist, das den zweiten Eingangs-Port (108) aufweist, der über eine Optikfaser (224) oder ein anderes optisches Element mit dem Lichtdetektor (220) optisch verbunden ist.

7. System nach Anspruch 1, bei dem der Interaktionsbereich jedes optischen Schaltelements definiert ist durch den größeren von (a) einem Bereich, der entlang mindestens eines Wellenleiterkanals definiert ist, in dem Modifikationen optischer Eigenschaften mindestens eines Wellenleiterkanals zwecks Steuern von Lichtsignalen in mindestens einem Wellenleiterkanal existieren, und b) einem Bereich, in dem das elektrische Feld zwecks Steuern von Lichtsignalen in mindestens einem Wellenleiterkanal aufgebracht wird.

8. System nach Anspruch 1, bei dem das Lichtsignal in einen ersten Eingangs-Port (106) eines ersten integrierten optischen Schaltelements eintritt und die Reflexion hinter einer zweiten Seite eines Interaktionsbereiches eines zweiten optischen Schaltelements auftritt, die mit dem ersten optischen Schaltelement optisch verbunden ist.

9. System nach Anspruch 1, bei dem das Lichtsignal in einen ersten Eingangs-Port (312) eines ersten integrierten optischen Schaltelements (310) eintritt und der Teil der Reflexion an einem zweiten Eingangs-Port eines zweiten integrierten optischen Schaltelements (320) detektiert wird, der mit dem ersten optischen Schaltelement optisch verbunden ist.

10. System nach Anspruch 9, bei dem die Reflexion hinter einer zweiten Seite eines Interaktionsbereichs eines dritten integrierten optischen Schaltelements (330) auftritt.

11. System nach Anspruch 10, bei dem die Rückkopplungseinrichtung mindestens ein Schaltelement durch Anlegen der Spannungen an mindestens ein Paar von Elektroden steuert, die aus der Gruppe gewählt sind, welche mindestens ein Paar von Elektroden des ersten integrierten optischen Schaltelements (310); mindestens ein Paar von Elektroden des zweiten integrierten optischen Schaltelements (320); mindestens ein Paar von Elektroden des dritten integrierten optischen Schaltelements (330); oder eine beliebige Kombination derselben aufweist.

12. System nach Anspruch 1, bei dem mehrere optische Schaltelemente vorgesehen sind und bei dem mehrere Lichtdetektoren vorgesehen sind, von denen jeder mit einem zweiten Eingangs-Port eines bestimmten der mehreren optischen Schaltelemente optisch verbunden ist, und bei dem die Rückkopplungseinrichtung die von den mehreren Lichtdetektoren detektierten Reflexionen selektiv verwendet.

13. System nach Anspruch 1, bei dem mindestens ein optisches Schaltelement Teil eines optischen Zeitdomänen-Reflektometers (OTDR) ist, und bei dem die optische Lichtquelle eine Laserlichtquelle in dem OTDR ist, der Lichtdetektor ein Lichtdetektor in einem optischen Detektionssystem des OTDR ist, und die Rückkopplungseinrichtung ein Software-Programm aufweist, das in einem Computer-Prozessor in dem OTDR ausgeführt wird und mindestens eine Schaltungseinrichtung zum Einstellen der dem mindestens einen Elektrodenpaar des optischen Schaltelements zugeführten Spannungen steuert.

14. Verfahren zum Abstimmen mindestens eines integrierten optischen Schaltelements (100), wobei jedes optische Schaltelement aus einem elektrooptischen Material gebildet ist, das aufweist: einen Interaktionsbereich (110) und mindestens einen durch den Interaktionsbereich (110) verlaufenden Wellenleiterkanal (206, 208), mindestens einen ersten Eingangs-Port (106) und einen zweiten Eingangs-Port (108), die an einer ersten Seite des Interaktionsbereichs definiert sind, in die ein Lichtsignal eintritt, mindestens einen Ausgangs-Port (116, 118), der an einer zweiten Seite des Interaktionsbereichs definiert ist, aus der das Lichtsignal selektiv austritt, und mindestens ein Paar von Elektroden (224, 226), um an dem Interaktionsbereich selektiv ein elektrischen Feld zu erzeugen, das einen gewünschten Schaltzustand des optischen Schaltelements elektrooptisch erzeugt, mit den folgenden Schritten:

(a) Einleiten eines Lichtsignals (204) in den ersten Eingangs-Port (106), wobei sich auf ein elektrisches Feld an dem Interaktionsbereich (110) hin das Lichtsignal durch den mindestens einen Wellenleiterkanal (206, 208) zu dem Ausgangs-Port (116, 118) ausbreitet,

wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

(b) Verursachen des Auftretens einer Reflexion (212) mindestens eines Teils des Lichtsignals hinter einer zweiten Seite des Interaktionsbereichs (110), wobei die Reflexion durch mindestens einen Wellenleiterkanal (104, 105, 206, 208) zurückgeleitet wird,

(c) Detektieren eines Teils (214) der Reflexion (212) von Schritt (b) an dem zweiten Eingangs-Port (108); und

(d) Steuern einer oder mehrerer an das mindestens einen Paar von Elektroden (224, 226) angelegter Spannungen auf den in Schritt (c) detektierten Teil (214) der Reflexion (212) hin, um den Teil (214) der in Schritt (c) detektierten Reflexion zu minimieren und dadurch selektiv mindestens ein optisches Schaltelement (100) auf den gewünschten Schaltzustand abzustimmen.