DE3020461C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Vermittlungseinrichtung oder Umschaltanordnung für eine sehr große Zahl von Faseroptik- Übertragungswegen, besonders zur Verbindungsherstellung zwischen Wegen in einer Telefonvermittlungsstelle.

Die gegenwärtig in Telefonvermittlungsstellen verwendeten Ver­ mittlungseinrichtungen sind entweder elektromechanische oder elektronische Einrichtungen, jedoch muß man selbst im Falle von elektronischen Vermittlungsstellen, wenn man eine große Zahl von Verbindungsmöglichkeiten erhalten möchte, die Vermittlungsein­ richtung räumlich erheblich vergrößern, was oft unerwünscht ist. Andererseits hat die voraussehbare Verknappung der Rohstoff­ quellen für Kupfer und der immer stärkere Bedarf an Bandbreiten der Informationsübertragungskanäle die Hersteller von Übertra­ gungsleitungen dazu veranlaßt, die Verwendung einer durch eine Glasfaser geleiteten optischen Trägerwelle vorzusehen, was gegenwärtig als die am meisten versprechende Lösung erscheint.

Ein großer Teil der zur Realisierung eines optischen Netzes er­ forderlichen Bauteile, wie Lichtleitfasern mit geringen Verlusten, Lichtquellen, Detektoren, Kopplungsglieder, Modulatoren, Deflek­ toren usw. befinden sich bereits in einem fortgeschrittenen Ent­ wicklungsstadium. Dagegen befinden sich die Vermittlungseinrich­ tungen oder Umschaltanordnungen, welche eines der wesentlichen Elemente eines Fernmeldenetzes bilden, gegenwärtig ganz am An­ fang ihrer Entwicklung, und ihre Leistungen erreichen bei weitem noch nicht die der elektronischen Vermittlungssysteme.

In DE 24 49 266 C 2 ist eine Vorrichtung zur Auswahl von über optische Wellenleiter in einem Raumvielfachverfahren über­ tragene Programme beschrieben. Dieser optische Programmwähler dient dazu, einen Ausgangswellenleiter mit einem aus einer Viel­ zahl eingehender Wellenleiter ausgewählten Eingangswellenleiter zu verbinden. Der Programmwähler kann entweder als akusto­ optischer Lichtablenker oder als eine Drehspiegelanordnung aus­ gebildet sein.

Die DE 28 12 910 A1 beschreibt eine elektro-optische Schalt­ vorrichtung, mittels welcher auf optischem Wege wenigstens eine lichtemittierende Schaltung mit wenigstens einer Schaltung einer Gruppe von lichtempfangenden Schaltungen, die in einer Matrix angeordnet sind, verbunden werden kann. In dieser Vorrichtung ist eine Eingangsverbindung mit einer lichtemittierenden Foto­ diode verbunden, deren Lichtstrahl gesammelt wird, um eine Wahl­ matrix zu beleuchten, und eine Linse bildet von dieser Matrix ein Bild im Unendlichen. Man erhält so einen Emittor-Modul. Eine mehreren Modulen gemeinsame Linse bündelt die von den Modulen ausgesandten Lichtstrahlen auf einer Empfängermatrix, die aus Fotodioden gebildet ist, die jede mit einer Ausgangsschaltung versehen sind. Diese bekannte Einrichtung benötigt also für jede Eingangsverbindung eine lichtemittierende Fotodiode und anderer­ seits eine Matrix von lichtempfangenden Fotodioden.

Diese bekannten Schaltvorrichtungen erfüllen wegen ihrer Kom­ plexität und ihres Raumbedarfs noch nicht die gestellten An­ forderungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Vermitt­ lungseinrichtung zu schaffen, welche eine sehr große Zahl von Wegen verbinden kann und Umschalteigenschaften ähnlich oder besser als die einer elektronischen Vermittlungseinrichtung auf­ weist, dabei jedoch einen geringeren Raumbedarf bei äquivalenter Kapazität hat.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine optische Vermittlungsein­ richtung, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße optische Vermittlungseinrichtung ermöglicht die Herstellung der Verbindung zwischen irgendeiner beliebigen von N Lichtleitfasern einer ersten Anordnung von Lichtleitfasern und einer beliebigen von N Lichtleitfasern einer zweiten Anord­ nung von solchen, wobei die Enden der optischen Fasern oder Licht­ leitfasern, beispielsweise Glasfasern, jeder der beiden Anord­ nungen vorzugsweise koplanar und in einer Matrix angeordnet sind, die beiden so gebildeten Matrizen sich mit einem Abstand von vor­ teilhafterweise in der Größenordnung von 1 bis 2 Metern gegen­ überstehen und im Zwischenraum zwischen den beiden Matrizen eine optische Umschaltanordnung angeordnet ist, die jeder Lichtleit­ faser jeder Matrix zugeordnet einen Ausbreitungsmode-Umwandler und jeder Lichtleitfaser mindestens einer der beiden Matrizen zu­ geordnet einen Deflektor mit seinem Steuerteil und eine Adressen­ detektorvorrichtung des gewünschten Weges und zugehörig zu einem oder mehreren Deflektoren einen logischen Steuerkreis des Steuer­ teils aufweist, wobei die logischen Kreise und die Adressendetek­ torvorrichtungen mit einem Rechner zusammenwirken.

Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist. Hierin zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen optischen Vermittlungseinrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Schnitts einer De­ flektorvorrichtung, die in der Vermittlungseinrichtung der Fig. 1 verwendbar ist, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vervollkommnung der Vermittlungseinrichtung der Fig. 1.

Die in Fig. 1 schematisch gezeigte optische Vermittlungseinrich­ tung 1 ist eine Vermittlungseinrichtung eines Telefonvermittlungs­ amts für z. B. 10 000 Wege (Leitungen oder Kanäle), jedoch ist die Erfindung nicht auf die Anwendung als Vermittlungseinrichtung für eine Telefonvermittlungsstelle beschränkt.

Die Vermittlungseinrichtung 1 ist angeschlossen zwischen dem Ende eines ersten Bündels 2 von N Lichtleitfasern (optischen Fasern) und dem Ende eines zweiten Bündels 3 von N Lichtleitfasern, wobei diese Lichtleitfasern z. B. Glasfasern sind und nur einige von ihnen dargestellt sind, um die Klarheit der Zeichnung nicht zu beeinträchtigen. Es ist jedoch durchaus nicht notwendig, daß die­ se beiden Bündel jeweils die gleiche Zahl von Glasfasern ent­ halten.

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind die Enden der Glasfasern ein und desselben Bündels alle koplanar, jedoch kön­ nen in bestimmten Fällen diese Enden in mehreren Ebenen ange­ ordnet sein. Außerdem sind alle Enden der Glasfasern jedes Bündels regelmäßig in Reihen oder Zeilen und Spalten angeordnet und durch geeignete Mittel fixiert, so daß sie eine fiktive Matrix 4 bzw. 5 bilden, in der jedes Faserende durch seine Koordinaten leicht be­ zeichnet werden kann, wobei die zwei so festgelegten Matrizen un­ tereinander parallel sind und sich in einem Abstand von etwa 1 bis 2 Metern gegenüberstehen. Die Enden der verschiedenen Fasern jedes Bündels sind durch irgendein geeignetes Mittel in ihrer Stellung gehalten, z. B. mittels einer entsprechend der gewünschten Matrix gelochten Platte, durch deren Löcher man die verschiedenen Fasern führt. Es wird angenommen, daß das Lichtsignal vom Bündel 2 zum Bündel 3 umgeschaltet oder vermittelt wird.

Gegenüber dem Ende jeder Faser des Bündels 2 ist eine Lichtübertragungsvorrichtung angeordnet, von der nur eine ein­ zige Vorrichtung 6 gezeigt ist, um die Zeichnung nicht zu über­ laden. Gegenüber dem Ende jeder Faser des Bündels 3 ist eben­ falls eine Lichtübertragungsvorrichtung 7 angeordnet, wovon zur Klarheit der Zeichnung wiederum nur eine dargestellt ist.

Die Lichtübertragungsvorrichtungen 6 und 7 sind an sich bekannte Vorrichtungen. Sie dienen dazu, den Übergang von einer gelenkten Lichtfortpflanzung in der Glasfaser zu einer gerich­ teten Lichtfortpflanzung im freien Raum, d. h. als Lichtstrahl, und umgekehrt zu bewirken. Im einfachsten Fall enthalten solche Vorrichtungen im wesentlichen eine optische Linse, deren Brenn­ punkt am Ende der entsprechenden Faser angeordnet ist. Um einen minimalen Raumbedarf der Vermittlungseinrichtung mit einem ge­ nügend kleinen Wert des Divergenzwinkels der erhaltenen Licht­ strahlen zu vereinigen, sind die optischen Umwandler so ausge­ bildet, daß der Durchmesser der Lichtstrahlen beispielsweise in der Größenordnung von 1 bis 2 mm für eine Lichtwellenlänge von etwa 1 µm (10 000Å) beträgt.

Die Lichtübertragungsvorrichtungen 6 senden bei ihrer An­ steuerung jedesmal einen Lichtstrahl 8 zu einem Deflektor 9 aus, und die Lichtübertragungsvorrichtungen 7 empfangen dann jedesmal einen Lichtstrahl 10 von einem Deflektor 11. Die Deflektoren 9 und 11 können Lichtstrahlendeflektoren von bekanntem Typ sein. Ein Ausführungsbeispiel eines Lichtdeflektors ist in Fig. 2 ge­ zeigt und im folgenden genauer beschrieben. In dem in Fig. 1 ge­ zeigten Beispiel lenkt der Deflektor 9 den Lichtstrahl 8 ab in einen Lichtstrahl 12, der vom Deflektor 11 aufgefangen und zur Lichtübertragungsvorrichtung 7 umgelenkt wird, wobei der Licht­ strahl zwischen 11 und 7 die Bezeichnung 10 trägt, wie oben angegeben.

Jeder Deflektor 9 oder 11 ist von einem Steuerteil oder Inter­ face 13 bzw. 14 gesteuert, und dieser Steuerteil ist selbst von einem logischen Kreis 15 bzw. 16 gesteuert. Jedoch kann ein einziger logischer Kreis 15 oder 16 und selbst ein einzelner Steuerteil 13 oder 14 mit mehreren Deflektoren 9 oder 11 zu­ sammenwirken. Ein Detektor 17 wirkt mit jedem Lichtstrahl 8 zu­ sammen, um von dem vom Strahl 8 getragenen Signal die Information zu entnehmen, welche der gewünschten Wegadresse des Bündels 3 ent­ spricht, d. h. in dem in Fig. 1 gezeigten Fall der Adresse des Deflektors 11. Im Fall, daß die Vermittlungseinrichtung zweiseitig gerichtet ist, d. h. im Fall, daß der gewünschte Weg sowohl zum Bündel 2 als auch zum Bündel 3 gehören kann, wirkt ein Detektor 18, der dem Detektor 17 ähnlich ist, mit jedem Lichtstrahl 10 zu­ sammen. Die logischen Kreise 15 und 16 sind mit einem zentralen Rechner 19 verbunden, der zusammen mit ihnen den Gesamtbetrieb der Funktionen der Vermittlungseinrichtung steuert. Der Rechner kann entweder derjenige der Vermittlungsstelle oder ein speziell der Vermittlungseinrichtung zugeordneter Rechner sein.

Die Detektoren 17 und 18 können beispielsweise jedesmal aufweisen: Einen halbdurchlässigen Spiegel 27 und 28, der einen Teil des entsprechenden Lichtstrahls abnimmt, eine opto-elektronische Vorrichtung zur Um­ wandlung des abgenommenen Teils des Lichtstrahls in ein elektri­ sches Signal, und eine Decodierungsvorrichtung für dieses elektri­ sche Signal, um daraus die Adresseninformation zu entnehmen. Die Decodierungsvorrichtung kann entweder eine gesonderte Unteranord­ nung bilden und mit dem entsprechenden logischen Kreis 15 oder 16 oder direkt mit dem Rechner 19 verbunden sein, oder mit dem logischen Kreis 15 oder 16 oder dem Rechner 19 integriert sein.

Die in Fig. 2 stark vergrößert gezeigte Deflektorvorrichtung 9 (oder 11) arbeitet als Ablenkprisma nach dem Prinzip des Dreh­ keilpaars und weist im wesentlichen zwei identi­ sche Prismen 20, 21 auf, die in geringem Abstand voneinander Rücken an Rücken angeordnet und um eine und die gleiche Achse 22, die zu ihren beiden gegenüberliegenden Seiten senkrecht verläuft, drehbar sind. Die Theorie des Drehkeilpaars ist wohlbekannt und wird im folgenden nicht erläutert. Die Prismen 20 und 21 sind je­ weils in Ringen 23, 24 montiert, die zur Achse 22 koaxial sind und durch einen gemeinsamen Halter 25 gehalten sind, von dem nur der zum Deflektor 9 gehörende Teil gezeigt ist. Dieser Halter 25 ist ein gemeinsamer Halter für alle Deflektoren 9 (oder 11). Die relative Anordnung der Deflektoren an ihrem gemeinsamen Halter 25 ist selbstverständlich die gleiche wie die der Enden der Fasern des entsprechenden Bündels, d. h. eine Matrix-Anordnung. Die Ringe 23 und 24 sind angetrieben entweder durch (nicht gezeigte) Einzel­ motoren, die eine genaue Winkeleinstellung ermöglichen, wie Schrittmotoren, oder durch sehr genau wirkende Bremsvorrichtungen, welche sie nach Belieben mit einer dauernd umlaufenden einzigen Motorwelle kuppeln können, wie im System "Rotary". Da die Prismen identisch und zu ihrer Trennebene symmetrisch angeordnet sind, kann man sowohl das Prisma 20 wie das Prisma 21 in Richtung auf den entsprechenden Modenwandler orientieren. In bestimmten Anwen­ dungen kann das eine der beiden Prismen feststehend und das andere beweglich sein.

Es sei jedoch bemerkt, daß als Deflektor nicht nur ein Drehkeil­ paar sondern auch jeder andere Typ von Deflektor verwendbar ist, der die präzise Ablenkung eines Lichtstrahls in eine große An­ zahl von Richtungen ermöglicht und dabei einen geringen Raumbedarf hat. Im Fall von einseitig gerichteten Vermittlungseinrichtungen kann man die empfangenden Deflektoren 11, sowie ihre Steuerteile 14 und 16 durch einfache passive Allrichtungs-Empfänger ersetzen.

Bei Beendigung einer zwischen einem Weg des Bündels 2 und einem Weg des Bündels 3 mittels der entsprechenden Deflektoren herge­ stellten Verbindung kehren letztere in die Ruhe- oder Neutral­ stellung zurück, in welcher keine Verbindung hergestellt wird, und diese Stellung ist entweder mechanisch, z. B. mittels eines rückziehbaren Anschlags, oder elektrisch oder elektronisch je nach dem Typ des verwendeten Deflektors festgelegt.

Durch die vorliegende Erfindung kann man eine Vermittlungsein­ richtung mit sehr großer Kapazität bei sehr geringem Raumbedarf erhalten. Wie oben dargelegt haben die Lichtstrahlen, die sich zwischen den Modenumwandlern und den Deflektoren fortpflanzen, einen Durchmesser in der Größenordnung von mm, während die Moden­ umwandler ebenfalls einen Durchmesser in der gleichen Größen­ ordnung haben können und man Drehkeilpaar-Deflektoren mit einem Querschnitt von etwa 1 cm² herstellen kann. Man kann so auf einer Matrix von 1 m² mehrere Tausend Fasern anordnen, wobei der Ab­ stand zwischen den Matrizen 4 und 5 etwa 1 bis 2 m ist.

Im Fall der Verwendung mechanischer Deflektoren, kommt wegen ihrer verhältnismäßig langen Ansprechzeit eine Raum-Zeit-Multi­ plexierung nicht in Frage. Wenn man eine solche Multiplexierung vornehmen will, muß man nicht mechanische Deflektoren verwenden, z. B. vom Typ akusto-optische Deflektoren auf der Grundlage der Wechselwirkung Photonen-Phononen im Inneren eines kristallinen Milieus. Sehr gute Leistungen erhält man mit einem Block aus Bleimolybdat, der durch einen Transductor aus Lithiumniobat er­ regt ist. Man kann 150 Lichtstrahlen unabhängig voneinander ab­ gelenkt mit einer optischen Ausbeute von besser als 90% erhalten. Im hier betrachteten Fall einer kartesischen Matrix xy muß man zwei solche Deflektoren kreuzweise anordnen. Die Gesamtausbeute (etwa 81%) bleibt annehmbar, jedoch ist bei der gegenwärtigen Technologie der Raumbedarf der Vermittlungseinrichtung größer als im Fall von Drehkeilpaar-Deflektoren. Man kann jedoch den Raumbedarf der Anordnung mit akusto-optischen Deflektoren ver­ ringern, indem man die Wege gemäß einer linearen Konfiguration anordnet. Entsprechend der Geometrie der die Deflektoren bei dieser linearen Konfiguration bildenden Materialien kann man für ein und denselben Block bis zu 1200 Lichtstrahlen unabhängig voneinander mit einer noch annehmbaren optischen Ausbeute von besser als 60% erhalten.

In Fig. 3 ist ganz schematisch eine Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vermittlungseinrichtung dargestellt, mit der man gleichzeitig mehrere Verbindungen zwischen mehreren Teilnehmern herstellen kann, z. B. für eine Tele-Konferenz. Die in Fig. 3 ge­ zeigte Vermittlungseinrichtung weist im Raum zwischen den Matrizen 4 und 5 die gleichen Elemente 6 bis 18 wie die Vermittlungsein­ richtung der Fig. 1 auf, und es sind in Fig. 3 nicht alle diese Elemente dargestellt, sondern es ist einfach durch einige Linien 26 die Funktion der optischen Vermittlung symbolisiert.

Bestimmte Bereiche der Grenzflächen 4 und 5, z. B. die Bereiche 27 bzw. 28 sind mit Schleifenverbindungen 29 versehen. In den Matrizen 4 und 5 sind symbolisch durch Kreuze, die in einer kartesischen Matrix von z. B. 10 Zeilen und 10 Spalten angeordnet sind, die Enden der Lichtleitfasern der entsprechenden Bündel an­ gegeben. Die Fasern oder die entsprechenden Wege der Bündel 2 und 3 sind jeweils mit 2 und 3 unter Beifügung eines aus zwei Zahlen be­ stehenden Indexes numeriert, wobei die erste Indexzahl der Ordi­ nate und die zweite der Abszisse entspricht.

Beispielsweise sei die Faser 2 _7,5 betrachtet, die optisch mit der Faser 3 _1,4 verbunden wird, welche einen Teil der Zone 28 bildet. Diese Faser 3 _1,4 ist wie alle Fasern der Zone 28 mit dem Eingang einer Vermittlungsmatrix 30 verbunden, deren Ausgänge mit den Fasern der Zone 27 verbunden sind. Um die Zeichnung zu verein­ fachen sind nur drei dieser Fasern der Zone 27, nämlich die Fa­ sern 2 _1,7, 2 _1,6 und 2 _1,5 dargestellt, die jeweils optisch mit den Fasern 3 _4,6, 3 _8,9 und 3 _9,6 verbunden werden. So können die Teilnehmer, deren Anschlüsse mit den Fasern 2 _7,5, 3 _4,6, 3 _8,9 und 3 _9,6 verbunden sind, gleichzeitig miteinander in einer Telekon­ ferenz sprechen. Die Vermittlungsmatrix 30 weist im gezeigten Beispiel im wesentlichen auf der Seite ihrer Eingänge Vorrich­ tungen 31, wie Dioden für die Umwandlung von optischen in elektri­ sche Signale und auf der Seite ihrer Ausgänge Vorrichtungen 32, wie Dioden, für die Umwandlung elektrischer in optische Signale auf, und die Vermittlung (Schaltung) zwischen diesen beiden Arten von Umwandlungsvorrichtungen erfolgt elektrisch in an sich be­ kannter Weise gesteuert durch den Rechner 19. Da die Matrix 30 die Verbindung zwischen mindestens einer Eingangsfaser und mehre­ ren Ausgangsfasern herstellt, wird die Vermittlung (Schaltung) vorzugsweise wie beschrieben auf elektrische Weise vorgenommen, um die eintretende Lichtstärke nicht aufzuteilen. Jedoch kann die Matrix 30 auch eine rein optische Vermittlung gewährleisten.

Claims (5)

1. Optische Vermittlungseinrichtung für Faseroptik-Übertragungs­ wege, welche die Schaltung zwischen einer beliebigen von N Licht­ leitfasern einer ersten Anordnung von Lichtleitfasern und einer beliebigen von N Lichtleitfasern einer zweiten Anordnung von Licht­ leitfasern ermöglicht, wobei die Enden der Lichtleitfasern, die z. B. Glasfasern sind, vorzugsweise koplanar und in einer Matrix gruppiert sind, und die zwei so gebildeten Matrizen (4, 5) einander gegenüberliegen und in dem zwischen ihnen befindlichen Raum eine optische Vermittlungsanordnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Vermittlungsanordnung für jede Faser (2, 3) jeder Matrix (4, 5) und mit dieser zusammenwirkend eine Lichtübertragungsvorrichtung (6, 7) und für jede Faser mindestens einer der zwei Matrizen und mit dieser zu­ sammenwirkend einen Deflektor (9, 11) mit seinem Steuerteil (13, 14) und eine Adressendetektorvorrichtung (17, 18) des gewünschten We­ ges und für einen Deflektor oder für mehrere Deflektoren und mit die­ sem oder mit diesen zusammenwirkend einen logischen Steuerkreis (15, 16) des Steuerteils (13, 14) aufweist, wobei die logischen Kreise und die Adressendetektorvorrichtungen (17, 18) mit einem Rechner (19) zusammen­ wirken.

2. Optische Vermittlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lichtübertragungsvorrichtung (6, 7) eine optische Vorrichtung ist, die im wesentlichen eine optische Linse aufweist, deren Brennpunkt am Ende der entsprechenden Faser (2, 3) angeordnet ist.

3. Optische Vermittlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deflektor (9, 11) vom Typ Drehkeilpaar (20, 21) ist.

4. Optische Vermittlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressendetektorvorrich­ tung (17, 18) einen halbdurchlässigen Spiegel (27, 28), der im Strahlen­ gang der sich zwischen einer Lichtübertragungsvorrichtung (6, 7) und dem entsprechenden Deflektor (9, 11) fortpflanzenden Licht­ strahlen (8, 10) angeordnet ist, eine opto-elektronische Umwand­ lungsvorrichtung und eine Adressendecodiervorrichtung aufweist.

5. Optische Vermittlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Fasern (2 _1,5; 3 _1,4) der Matrizen (4, 5) mit Schleifenverbindungen (29) versehen sind, und daß diese Schleifenverbindungen eine Vermittlungsmatrix (30) aufweisen.