JP2000098437A - 光スイッチング・ゲ―トおよびそのシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型安価で高性能のＥＡＮＤゲート・スイッ
チ・マトリックス２０を提供する。 【課題】 複数の入力ポート２２と複数の出力ポート２
４をスプリッタ１６を介してエルビウム添加導波路１１
で連結する。各入力ポート２２は全ての出力ポートに連
通させる。エルビウム添加導波路１１の両端側は能動セ
レクタスイッチ２６を介してポンプ１４に接続する。能
動セレクタスイッチ２６を操作してポンプ光を選択した
エルビウム添加導波路１１に注入する。両端がポンプ光
によって励起されたエルビウム添加導波路１１は信号透
過性となり、選択された入力ポートの光を選択された出
力ポートへスイッチする。ポンプ光によって励起されな
いエルビウム添加導波路１１は減衰性を有して信号伝送
を阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエルビウムドープ導
波路と本発明の光ゲートから構成されたスイッチ・マト
リックスと、スイッチ・マトリックスと結合される非ブ
ロッキング光スイッチ・システムとを含む完全ブロッキ
ング光ゲートに関し、より詳細には、光ＡＮＤゲート
と、ＥＮＤゲート・スイッチ・マトリックスと、それら
のゲートを含む（使用した）システム（スイッチシステ
ム）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】処理速度と使用可能なバンド幅を増加す
るために光ネットワークの光スイッチを提供することが
望まれている。光スイッチの種々の形態が知られてお
り、例えばロビンソンによる１９８６年４月８日登録の
米国特許第４，５８０，８７３号、権利者ＡＴ&Ｔベル
・ラボラトリーズ、およびジャッケル他による米国特許
第４，９８８，１５７号がある。しかし、これらのスイ
ッチは市場化されておらず、その性能は未だ知られてい
ない。現時点において、大型のｌ×ｎクロスポイント光
スイッチはしばしばｎ×ｍマトリックス・スイッチの機
能性が得られる形態に構成される。ｎ×ｍ形態において
この「旧式の」技術を使用する根拠は往々にして信頼性
とコストからきている。

【０００３】従って、現時点で、目下利用可能な光スイ
ッチング・マトリックスは単段アーキテクチャを使用す
ることによって製造されており、Ｐ×Ｐマトリックスの
入力側および出力側両方が１×Ｐの回転スイッチからな
り、この種のスイッチはダック他による米国特許第４，
３７８，１４４号に開示されている。複数の１×Ｐ回転
スイッチを単段のＰ×Ｐスイッチに組み込むことには次
のような制限がある。

【０００４】すなわち、 ａ）Ｐ×Ｐマトリックスはモジュラーではなく、修理が
必要なときには、スイッチ全体を作らなければならな
い。

【０００５】ｂ）スイッチのコストは必要とするレンズ
対ファイバー・ユニットの数のコストに大きく影響を受
ける。

【０００６】ｃ）要素１×Ｐの回転スイッチの最大再形
成時間はマトリックスのデメンションに直接依存し、ま
た機械的システムのために遅い。

【０００７】一般的に、光スイッチは効率がよく、高速
で、コンパクトなのが好ましい。通信ネットワークは何
年もの間発展し、より複雑になり、多数の他のファイバ
ーの一つを別のものと光学的に結合可能なマトリックス
・スイッチ・システムの必要性が生じてきた。

【０００８】さらに、スイッチ・システムを「非ブロッ
キング（無閉塞）」にすることが望まれる、すなわち、
一つの入力ファイバーを出力ファイバーにスイッチする
ことが他の入力ファイバーの他の出力ファイバーへの光
伝送を干渉してはならないことが望まれる。

【０００９】本出願人による米国特許出願第０８／９１
５，６７５号において、モジュラー多段非ブロッキング
・スイッチ・アーキテクチャが開示されている。このＳ
ＫＯＬアーキテクチャは、単段スイッチに要求されるよ
りも小さいスイッチ・ユニットを使用する、より効率的
な構造を提供する。しかし、ＳＫＯＬアーキテクチャの
一つの欠点は経路（パス）ロスが増大することである。
各信号はＳＤＳＲマトリックスより３倍多い１×Ｎのス
イッチを通過させる必要がある。ここではスイッチがパ
スロスを支配している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】エルビウム添加ファイ
バー（エルビウムドープファイバー）が、好ましくは伝
送された信号から異なる周波数の光を有するレーザによ
って励起（「ポンプ」）されたときに信号増幅器を提供
するように光増幅器として使用される。マトリックス・
スイッチ・デバイスは、信号エネルギを分割する受動デ
ストリビュータ（分配装置）からロスを受け、また能動
セレクターからもロスを導入する。エルビウムドープフ
ァイバー増幅器はマトリックス・スイッチに使用され、
ロスを補償する。

【００１１】エルビウムでドープされたファイバーまた
は導波路が「ポンプ（励起）」されていない（エネルギ
が供給されていない）ときは、信号の波長で減衰が生じ
る。ファイバー中のドーパントのレベル、およびファイ
バーの長さは信号による利得や減衰の大きさを決定す
る。

【００１２】ソトムに対して１９９６年１０月２９日に
発行されたアルカテルＮ．Ｖ．による米国特許第５，５
７０，２１８号には、光スイッチ・マトリックスにエル
ビウム添加導波路を使用してクロストークを減少させる
ことが開示されている。このソトムのスイッチ・マトリ
ックスは出力ポートのそれぞれに分配するためにエルビ
ウム・ファイバー増幅器に信号を分配する１×ｎスプリ
ッタに結合された入力導波路を構成している。

【００１３】スプリッタの一つの増幅ファイバーは能動
セレクタによって出力導波路に選択的に結合される。こ
の能動セレクタは、選択された増幅ファイバーを介して
単一レーザ・ポンプのポンプ光の伝送を許容して同じフ
ァイバーを介して伝送される信号を増幅するスイッチで
ある。この信号はまた能動セレクタによって、選択され
た出力ポートにスイッチされる。１×ｎスプリッタから
の他の信号は増幅されない。この結果、選択された信号
は、クロストークを生じさせるおそれのある不要な信号
より相当強くなる。

【００１４】しかし、このスイッチは完全に満足のいく
ものではない。光セレクタはポンプと信号波長の両者で
動作できなければならない。これは多くの光セレクタ技
術にとって難しい条件である。必要とされるエルビウム
・ドープ増幅器の数はスイッチ・ポイントの数の２乗に
等しくなる。これらの増幅器は一般的に安価ではないの
で、小さいサブユニットから大きいスイッチを構成する
と好都合である。

【００１５】ここでは必要とされる増幅器の数は、サブ
ユニットをブロッキング・スイッチにすれば、ソトムの
設計で考えられたよりも少なくすることができることは
明らかである。本発明において、ブロッキング・スイッ
チのサブユニットを使用することは、簡易なパワー分割
装置を使用するスイッチ構造とすることができ、入力信
号の一つを多くの出力ポートに配信できる。

【００１６】信号パス中に能動スイッチ素子を有するこ
となく、信号に対して受動的に光スイッチングする光ス
イッチを設けることが望ましい。また、完全ブロッキン
グ光スイッチ素子を提供してクロストークを回避するこ
とがさらに望まれる。

【００１７】本発明は上記事情に鑑み成されたものであ
り、その目的は従来の問題点を解決して小型安価でクロ
ストークを回避し、経路（パス）ロスの小さい高性能の
光ＡＮＤゲート、ＥＡＮＤゲート・スイッチ・マトリッ
クスおよびそれらの一方又は両方の素子を使用したシス
テム（光スイッチシステム）を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】論理ＡＮＤゲートは、対
向端でレーザ・ポンプされることによって励起できる減
衰導波路の長さを持つエルビウム・ファイバー（ＥＡＮ
Ｄ）中に作ることができる。ファイバーの全長が、両端
でレーザ・ポンプが作用されたときにのみ信号伝送のた
めに透過になる。もし一方又はいずれの端もポンプ（励
起）されていなければ、信号はスイッチ位置に到達する
前に実質上完全に減衰する。

【００１９】論理ＯＲゲートもエルビウム・ファイバー
（ＥＯＲ）で作ることができる。この場合ただ一つのレ
ーザ・ポンプが所望の信号経路を選択し、かつ、導波路
を励起して透過にするために必要である。

【００２０】スイッチ・マトリックスはＥＡＮＤゲート
によって相互結合された複数の入力と出力ポートを含ん
で構成することができる。入力と出力での一対のレーザ
・ポンプは選択された入力ポートと出力ポートを方向付
けすることができる。両端から透過状態にポンプ（励
起）された相互接続導波路は、受動的に信号をスイッチ
するためのユニークな経路を提供する。レーザ・ポンプ
光は一つまたはそれ以上の出力ポートに方向付けするこ
とができ、従って信号を複数の位置（出力位置）に分配
することができる。好都合にも、スイッチ・マトリック
スは他の相互結合ＥＡＮＤゲートをブロックし、両端
（他の相互結合の両端）でポンプされず、他の信号を消
滅させる。

【００２１】単一レーザからのポンプ光が選択された添
加導波路（エルビウム添加導波路）に方向付けされたと
きに、添加導波路に結合された一つまたはそれ以上の導
波路から信号をスイッチするようにエルビウム・ファイ
バー中の同様のＥＯＲゲート・マトリックスが複数の添
加導波路の一つを選択する。他の減衰分配導波路中の光
はスイッチ位置に到達する前に消滅される。

【００２２】上記の事項を踏まえて構成された本発明の
光システム中の光信号を選択的に伝送するための光ＡＮ
Ｄゲートは、各部が第１状態において信号波長で減衰伝
導性を有し、第２状態においてポンプ光からの励起に応
答して信号波長で透過な伝導性を有する第１応答部およ
び第２応答部を含む導波路と；ポンプ光を選択的に注入
して第１応答部を励起するために導波路の第１端に光学
的に結合された第１ポンプ手段と；ポンプ光を選択的に
注入して第２応答部を励起するために導波路の第２端に
光学的に結合された第２ポンプ手段と；を備え、導波路
の第１および第２応答部が第２状態に励起されたときに
信号が伝送され、また、第１状態における第１応答部ま
たは第２応答部の減衰が、不要な信号を実質的に消滅さ
せることを特徴とする。

【００２３】光信号を少なくとも一つの選択された位置
でスイッチするための本発明のＥＡＮＤゲート・マトリ
ックス（ＥＡＮＤゲート・スイッチ・マトリックス）
は、光信号を受信し伝送するための複数の第１ポート
と；光信号を受信し伝送するための複数の第２ポート
と；第２ポートの各々を第１ポートの各々に結合させる
ための複数の媒介導波路で、信号波長において減衰伝導
性を有し、また、信号波長における透過な伝導性のため
にポンプ光からの励起に応答する、第１応答部と第２応
答部を有する各媒介導波路各部と；媒介導波路の第１部
（第１部分）を励起するためにポンプ光を注入する第１
ポンプと；選択された第１ポートに結合された媒介導波
路に第１ポンプ光を方向付けするための第１スイッチ手
段と；媒介導波路の第２部（第２部分）を励起するため
にポンプ光を注入する第２ポンプと；選択された第２ポ
ートに結合された媒介導波路に第２ポンプ光を方向付け
するための第２スイッチ手段と；を備え、これによっ
て、選択された第１ポートと選択された第２ポートを結
合する共通の媒介導波路上の第１および第２応答部に第
１および第２ポンプからのポンプ光を注入すると、選択
された第１ポートから選択された第２ポートへの光信号
をスイッチするための透過な伝送経路が提供され、ま
た、これによって媒介導波路の減衰応答部が、第１およ
び第２ポンプ両者によって選択されていない他の第１ポ
ートと他の第２ポート間の伝送をブロックすることを特
徴とする。

【００２４】さらに本発明の２Ｒ個のスイッチ・モジュ
ールを有するシステムは、少なくともＲ個の入力スイッ
チ・モジュールが非ブロッキング方式で出力モジュール
上の少なくともＰ個の位置にＰ個の光信号をスイッチす
るためのものであり、前記少なくともＲ個の入力モジュ
ールの各々は、Ｍ＝シーリング［Ｐ／Ｒ］としたとき、
各入力Ｍにつき１×（２Ｍ−１）の光信号パワー分割器
を含む第１段と；Ｍ個のパワー分割器の各々の出力にそ
れぞれ結合された（２Ｍ−１）個のＥＡＮＤゲート・ス
イッチ・マトリックスを含む第２段と、を有し、ＥＡＮ
Ｄゲート・スイッチ・マトリックスの各々は、Ｍ個の第
１ポートおよびＲ個の第２ポートと；各々が信号波長で
減衰伝導性を有し、ポンプ光からの励起に応答して信号
波長で透過な伝送を行うために第１ポートの各々を第２
ポートの全てに結合する複数の媒介導波路と；媒介導波
路のいくつかの第１部分を励起するためにポンプ光を注
入する第１ポンプと；選択された第１ポートに結合され
た媒介導波路に第１ポンプ光を方向付けるための第１ス
イッチ手段と；媒介導波路の第２部分を励起するために
ポンプ光を注入するための第２ポンプと；選択された第
２ポートに連結された媒介導波路に第２ポンプ光を方向
付けるための第２スイッチ手段と；を有し、選択された
第１ポートと選択された第２ポートに結合される共通の
媒介導波路上の第１および第２ポンプの励起作動が、選
択された第１ポートからの光学的信号を選択された第２
ポートにスイッチするための透過伝送経路を提供し、入
力モジュールの第２ポートが、出力モジュールの少なく
ともいくつかに結合されていることを特徴とする。

【００２５】都合よく、ＥＡＮＤエルビウム・ファイバ
ー構造は信号経路中に伝幡する他の信号をブロックする
ので、クロストークが本質的に除去される。

【００２６】さらなる利点は、光学的信号が受動的に所
望の位置（選択位置）にスイッチされることである。

【００２７】エルビウム添加導波路内での増幅は、好都
合に経路ロス、特にそのロスが主として光経路中でスイ
ッチの数が増えるためである多段スイッチ・アーキテク
チャ中の補正に適用できる。

【００２８】さらに付加的な利点は、次に示す図面を参
照して、例によってのみ示している好適な詳細な実施形
態例の説明から当該技術に習熟した人には理解できるで
あろう。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態例を図面
に基づき説明する。

【００３０】図１は本発明に係る光ＡＮＤゲートとして
機能するＥＡＮＤゲートの概念構成例を示すもので、三
つのエルビウム添加導波路（エルビウムドープ導波路）
１１を有し、それぞれ各端でエルビウム光ＡＮＤゲート
（ＥＡＮＤゲート）１０を構成するレーザ・ポンプ１４
と結合されている。一番上の第１導波路１１において
は、ポンプ手段として機能する両方のポンプ１４がオフ
で光エネルギを導波路に提供していない（図でポンプの
黒塗りはオフを、白抜きはオンを示している）。導波路
１１は非伝導の状態である。上から２番目の第２導波路
１１は左端側の第１ポンプ１４がオフで、右端側の第２
ポンプがオンで光エネルギを導波路１１の一部に提供し
ていることを示す。第２ポンプが導波路１１の一部のみ
を励起しており、導波路１１はなおも非伝導性である。
一番下の第３導波路１１は両ポンプ１４がオンで、導波
路１１が透過性にポンプされていることを示す。

【００３１】図２は本発明の同様の構成を示す。しか
し、共同するレーザ・ポンプ１４に関連する各導波路１
１′の一部の要素１２のみがドープ（エルビウムドー
プ）されている。応答部として機能する要素１２は、ク
ロストークを許容レベルに低下させるのに十分な減衰性
を提供する長さを有している。本発明に基づいて有効な
スイッチ・ゲートを提供するために、約２５ｄＢまたは
それ以上の減衰が不用な信号を実質的に消滅するので好
ましい。もちろん、許容できる減衰度のレベルは異なる
適用例によって変わる。

【００３２】エルビウム・ドープは本明細書を通して、
例えばレーザからの十分な強度のあるポンプ光源による
励起に応答して伝送を提供し、また励起されていない状
態では減衰するように適用された導波路（応答部を持つ
導波路）について用いる。他の希土物質によるドーピン
グも使用できる。エルビウム添加ファイバーの増幅特性
はスイッチ誘導ロスを補正する利点で使用できるのに対
して、エルビウム添加ファイバーの減衰と伝導特性は選
択性があり、現行の光ゲートに機能性を提供する。

【００３３】図３はブロッキング・スイッチ・マトリッ
クス２０中の要素としてのＥＡＮＤゲート１０を示す。
信号経路からの三つの入力ポート２２が、エルビウム添
加（ドープ）導波路又はファイバー１１によって三つの
出力ポート２４に相互結合されている。媒介導波路とし
て機能するエルビウム添加導波路１１は各入力ポート２
２を全ての出力ポート２４に結合している。各端におけ
るレーザ・ポンプ１４がスイッチ手段（セレクタ手段）
としての能動セレクタ・スイッチ２６を含みポンプ光を
セレクタ・ポート２２と２４に方向付けている。好都合
に、ポンプ光波長（例えば９８０ｎｍ）で、より速い速
度とより大きい信頼性を有するポリマー・スイッチが使
用できる。

【００３４】これらのスイッチは、より長い波長（例え
ば、１５００＋ｎｍ）を有する信号波長においてこのよ
うな特性を提供しないが、スイッチ２６はこの設計に対
する信号経路にはなく、また信号に悪影響を与えること
はない。信号導波路のいずれか一つからの信号がレーザ
・ポンプ・スイッチによって選択され、ポンプ光が選択
されたポートに方向付けられる。ポンプ信号波長分割マ
ルチプレクサ／デマルチプレクサ２５がポンプ光を選択
された信号導波路に結合させる。相互結合された添加導
波路（エルビウム添加導波路）１１がスプリッタ１６に
よって入力および出力ポート２２、２４のそれぞれに結
合される。

【００３５】図３から分るように、ポンプ光はスプリッ
タを介して各出力ポート２４に方向付けられる（破線に
よって示す）。対向端（反対端）におけるポンプ１４お
よびスプリッタ１６は同様に、所望の出力ポート２４を
選択し、媒介導波路（エルビウム添加導波路）１１を介
してポンプ光を配信する（破線によって示す）。ポンプ
光は添加導波路１１の一部のみを励起するのに十分であ
る。選択された入力ポートと選択された出力ポート（太
線で示す）間の両端の応答部でポンプされた媒介導波路
１１のみが完全に透過で信号を伝送する。信号は同様に
してスプリッタ１６を介して各出力ポートの方に向けら
れる。透過な導波路中の信号のみがスイッチされる。ス
プリッタ１６からの他の信号は、出力ポート２４に到達
する前に減衰される。従って、入力ポート３からの信号
は出力ポート２に受動的にスイッチされる。

【００３６】上述したようにＥＡＮＤゲート・マトリッ
クス２０もその入力信号の内の一つを出力ポートの全て
へと複数の信号を配信する能力を有している。図３から
分るように、ポンプ光を選択された入力と結合し、また
ポンプ光を数個の出力と結合することによって、単一の
信号を選択された全ての出力に分配することが可能であ
る。ポンプ・レベルはロスのないポイントから単一ポイ
ント操作を提供するポンプ・レベルと同じである。

【００３７】図４は本実施形態例のＥＯＲゲート・スイ
ッチ・マトリックス１２０を示し、その単一ポンプ１４
は複数の添加ファイバー１１１の一つにスイッチするこ
とができる。ファイバー（エルビウムドープファイバ
ー）１１１は、単一レーザ・ポンプ１４によって励起さ
れたときに完全に透過になる。選択されたファイバー又
は導波路１１１からの信号が、複数の出力１１２に分配
されるようにスター・カプラーのようなスプリッタ１６
に伝送される。選択された入力添加ファイバー１１１の
どれか一つが全ての出力ファイバー１１２へ信号を分配
できる。別の方法として、レーザ・ポンプ１４によって
選択されたときに一つのまたはそれ以上のファイバー１
１２からの信号は複数の添加ファイバー１１１のうちの
一つにスイッチされる。

【００３８】図５は強度にドープされたエルビウム・フ
ァイバーの長さに対するパワー減衰をグラフ状に示す。
５ｍ長の市場で入手可能なエルビウム添加ファイバー
は、両端から弱くポンプされたときに約０ｄＢゲインを
呈するが、一端からのみポンプされたときは６０ｄＢを
超えるロスを有する。従って、非選択導波路中の信号
は、一端のみでポンプされるか、またはまったくポンプ
されていないものであり、どの不要な信号も実質上ブロ
ックするように減衰する。このシステムはまた透過な伝
導を提供し、僅かな又は、まったくゲインのない状態で
選択された信号をスイッチする。これは極めて小さいパ
ワー、例えばほんの１０ｍＷで達成することができる。
エルビウム添加導波路はエルビウム添加ファイバーの代
わりに使用でき、スイッチ構造をコンパクトに作ること
ができる。

【００３９】ＥＡＮＤゲートは図３に示すようにスイッ
チ・マトリックス（ＥＮＤゲート・スイッチ・マトリッ
クス）２０のようなＮ×Ｎマトリックスの制御素子とし
て使用することができる。このスイッチ・ユニットは例
えばＳＫＯＬスイッチ・アーキテクチャに有利に使用さ
れ、ここでレーザ・ポンプのためのスイッチがレーザ・
ポンプとファイバーをレンズ結合に対して最小使用とな
るように効率的に配置され、図６に示したように迅速な
光スイッチを提供することができる。ブロッキングＥＡ
ＮＤゲート・スイッチ・マトリックス２０は、非ブロッ
ク多段スイッチ・アーキテクチャにおいて望ましい機能
性を提供する。

【００４０】図６に示す実施形態例のスイッチのシステ
ムは、ＳＫＯＬ光スイッチ・アーキテクチャに基づく２
段スイッチ・モジュールを含んでいる。この場合におい
て、二つの入力モジュール３０は二つの出力モジュール
３２と相互結合されている。各モジュール３０のＭ個の
入力の第１段が、（２Ｍ−１）個の第２段ＥＡＮＤゲー
ト・マトリックス３８の第２段にスイッチされる。各Ｅ
ＡＮＤゲート・マトリックス３８がＲ個の出力を有し、
ここでＲは、出力モジュール３２の数である。Ｍは１よ
り大きい整数であり、少なくともＰ／Ｒで、ここでＰ
は、スイッチのための入力の総数である。パワー分割器
の出力モジュール３２は各々Ｍ個の第２段出力４６に相
互結合された（２Ｍ−１）Ｒ個の第１段入力４４を各々
含んでいる。

【００４１】各入力モジュール３０は、Ｍ＝３個の信号
入力ポート３４を有しており、ここからそれぞれ信号が
スプリッタ３６に伝送される。パワー分割器としてのス
プリッタ３６は各信号を分割し、これがＥＡＮＤマトリ
ックスをブロックする５個の第２段スイッチ３８に送信
される。ＥＡＮＤマトリックス３８はＭ個の入力（モジ
ュール３０の入力ポートの数に対応する）と、Ｒ個の出
力（出力モジュール３２の数に対応する、この場合Ｒ＝
２）とを有する。これらのＭ個の入力とＲ個の出力は図
３に示したように、媒介導波路としてのエルビウム添加
導波路によって相互結合されている。

【００４２】第１ポンプ（第１ポンプ手段）４０がポン
プ光を提供して各ＥＡＮＤマトリックス３８のための所
望の入力ポートＭを選択する。従って、所望の分配信号
が選択される。第２ポンプ（第２ポンプ手段）４２がポ
ンプ光を提供してＥＡＮＤマトリックス３８の所望の出
力ポートＲを選択する。このことが信号を所望の出力モ
ジュール３２にスイッチする。従って、選択された入力
ポートＭと出力ポートＲとの間の共通のエルビウム添加
導波路（媒介導波路）１０が、ＥＡＮＤマトリックス３
８を通してただ一つの伝導性導波路である。他の信号は
ブロックされる。

【００４３】三つの信号のみがモジュールを通過できる
ので、三つのポンプ４０と三つのポンプ４２のみが５個
のＥＡＮＤマトリックス３８に供給するのに必要であ
る。ポンプ光が図７に示したように、別のスイッチ・マ
トリックスを介してスイッチされ、光を選択されたＥＡ
ＮＤマトリックス３８に方向付け、能動セレクタ２６に
よるさらなるスイッチ操作が所望の入力Ｍおよび出力Ｒ
を選択する。

【００４４】図７はクロスポイント・マトリックス７０
に相互結合された三つのレーザ・ポンプ１４を示す。５
個のポンプ出力７２が５個のＥＡＮＤマトリックス３８
に選択的に結合される。このようにして、ポンプ光は５
個のＥＡＮＤマトリックス３８のどれか三つに方向付け
られる。この光が、選択されたＥＡＮＤマトリックス３
８のセレクタ・スイッチ２６を介して入力され、マトリ
ックス３８のＭ個の入力のどれとＲ個の出力のどれをポ
ンプ（励起）するかが選択される。ポリマー・スイッチ
がレーザ・ポンプ光のための好ましいスイッチである
が、当該技術において公知である他の光学電子スイッチ
または機械的スイッチも使用することができる。二つの
この種のシステムが各モジュール３０に必要である。

【００４５】ＥＡＮＤマトリックス３８が完全にブロッ
クされると、選択された信号のみが選択された出力モジ
ュール３２に伝送される。ある信号は出力モジュール３
２に入ってパワー分割器の第１段として機能するスター
・カプラー４４に結合される。スイッチ１００において
は、スター・カプラー４４は入力モジュール３０のブロ
ッキングＥＡＮＤゲート３８からの一つの信号のみを受
信するように構成される。このスター・カプラー４４
は、各出力導波路５０に関連する出力端子４５の各グル
ープに信号を伝送する。ここで各出力導波路５０に関連
する（２Ｍ−１）×１の能動セレクタ・スイッチ４６が
パワー分割器の第２段出力として機能して所望の出力信
号を選択された出力導波路５０に結合する。この多段ス
イッチは、単段スイッチと比較して非ブロッキング動作
を必要とするレーザ・ポンプ１４の数を減じる。

【００４６】スター・カプラーは能動セレクタに結合し
たＥＯＲゲートから構成でき、付加的なレーザ・ポンプ
が利用できれば、出力信号をよりよく遮断する。ＥＯＲ
ゲートはエルビウム添加導波路により構成されるＲ個の
入力モジュールとＭ個の出力ポートのブロッキングＥＡ
ＮＤゲートの一つから単一信号を受信するためのＲ個の
入力ポートを含んでいる。能動セレクタがレーザ・ポン
プを選択された出力ポートに結合して信号を選択された
位置Ｐに結合する。

【００４７】ＳＫＯＬアーキテクチャに基づく２方向性
スイッチを作ることができる。この場合入力と出力モジ
ュールは、入力モジュール３０と同様であり、入力モジ
ュールと出力モジュールは対称配置となる。そして、入
力モジュールのＥＡＮＤゲート・スイッチ・マトリック
スの第２ポートが出力モジュールのＥＡＮＤゲート・ス
イッチ・マトリックスの第２ポートに結合される。スイ
ッチはレーザ・ポンプの数の２倍必要である。好都合に
も、本質的にクロストークはスイッチされた信号中に発
生しない。これは入力および出力モジュール上のスイッ
チ素子が完全にブロックされるからである。

【００４８】ＥＡＮＤゲート・マトリックスの配信機能
は、ＳＫＯＬマトリックス内で配信機能を提供すること
ができ、これによってどの入力も複数出力のいずれの部
分にも配信することができる。

【００４９】もちろん、多数の他の実施形態例も添付の
請求の範囲に規定したように本発明の概念と範囲から外
れることなく推察できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＥＡＮＤゲートの概略図である。

【図２】媒介導波路中にドープされた部分を含む、本発
明の他のＥＡＮＤゲートの概略図である。

【図３】図１のＥＡＮＤゲートと併用されるＥＡＮＤゲ
ート・スイッチ・マトリックスの動作中の概略図であ
る。

【図４】本発明に基づくＥＯＲゲート・スイッチ・マト
リックスの概略図である。

【図５】デシベルによる信号パワーとエルビウム添加導
波路の長さとの関係を示すグラフである。

【図６】本発明に基づくＳＫＯＬスイッチ・マトリック
スを示す図である。

【図７】図６のスイッチ・マトリックスに使用するため
のレーザ・ポンプ・スイッチ形態を示す図である。

【図８】図６のＳＫＯＬスイッチに関連したＥＡＮＤゲ
ート・スイッチ・マトリックスを示す図である。

【符号の説明】

１０ ＥＮＤゲート １１、１１′、１１１、 導波路（媒介導波路） １４、４０、４２ ポンプ ２６ 能動セレクタスイッチ ３０ 入力モジュール ３２ 出力モジュール ３８ ＥＡＮＤゲート・マトリックス

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年１１月１５日（１９９９．１１．
１５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】図６に示す実施形態例のスイッチ１００の
システムは、ＳＫＯＬ光スイッチ・アーキテクチャに基
づく２段スイッチ・モジュールを含んでいる。この場合
において、二つの入力モジュール３０は二つの出力モジ
ュール３２と相互結合されている。各モジュール３０の
Ｍ個の入力の第１段が、（２Ｍ−１）個の第２段ＥＡＮ
Ｄゲート・マトリックス３８の第２段にスイッチされ
る。各ＥＡＮＤゲート・マトリックス３８がＲ個の出力
を有し、ここでＲは、出力モジュール３２の数である。
Ｍは１より大きい整数であり、少なくともＰ／Ｒで、こ
こでＰは、スイッチのための入力の総数である。パワー
分割器の出力モジュール３２は各々Ｍ個の第２段出力４
６に相互結合された（２Ｍ−１）個の第１段入力４４を
各々含んでいる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】図８に示すように、第１ポンプ（第１ポン
プ手段）４０がポンプ光を提供して各ＥＡＮＤマトリッ
クス３８のための所望の入力ポートＭを選択する。従っ
て、所望の分配信号が選択される。第２ポンプ（第２ポ
ンプ手段）４２がポンプ光を提供してＥＡＮＤマトリッ
クス３８の所望の出力ポートＲを選択する。このことが
信号を所望の出力モジュール３２にスイッチする。従っ
て、選択された入力ポートＭと出力ポートＲとの間の共
通のエルビウム添加導波路（媒介導波路）１０が、ＥＡ
ＮＤマトリックス３８を通してただ一つの伝導性導波路
である。他の信号はブロックされる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４５】ＥＡＮＤマトリックス３８が完全にブロッ
クされると、選択された信号のみが選択された出力モジ
ュール３２に伝送される。ある信号は出力モジュール３
２に入ってパワー分割器の第１段として機能するスター
・カプラー４４に結合される。スイッチ１００において
は、スター・カプラー４４は入力モジュール３０のブロ
ッキングＥＡＮＤゲート３８からの一つの信号のみを受
信するように構成される。このスター・カプラー４４
は、各出力導波路５０に関連する出力端子４５の各グル
ープに信号を伝送する。ここで各出力導波路５０に関連
する（２Ｍ−１）×１の能動セレクタ・スイッチ４６が
パワー分割器の第２段出力として機能して所望の出力信
号を選択された出力導波路５０に結合する。この多段ス
イッチは、単段スイッチと比較して非ブロッキング動作
を必要とするレーザ・ポンプ１４（４０，４２）の数を
減じる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597175606 570 Ｗｅｓｔ Ｈｕｎｔ Ｃｌｕｂ Ｒ ｏａｄ，Ｎｅｐｅａｎ，Ｏｎｔａｒｉｏ, Ｃａｎａｄａ Ｋ２Ｇ５Ｗ８ (72)発明者 ヨゼフ シュトラウス カナダ オンタリオ州 Ｋ２Ａ ２Ｎ２ オッタワ ヒルクレストロード 691

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各部が第１状態において信号波長で減衰
   伝導性を有し、第２状態においてポンプ光からの励起に
   応答して信号波長で透過な伝導性を有する第１応答部お
   よび第２応答部を含む導波路と；ポンプ光を選択的に注
   入して第１応答部を励起するために導波路の第１端に光
   学的に結合された第１ポンプ手段と；ポンプ光を選択的
   に注入して第２応答部を励起するために導波路の第２端
   に光学的に結合された第２ポンプ手段と；を備え、導波
   路の第１および第２応答部が第２状態に励起されたとき
   に信号が伝送され、また、第１状態における第１応答部
   または第２応答部の減衰が、不要な信号を実質的に消滅
   させることを特徴とする光システム中の光信号を選択的
   に伝送するための光ＡＮＤゲート。
2. 【請求項２】 導波路の少なくとも一部が希土類でドー
   プされていることを特徴とする請求項１記載の光ＡＮＤ
   ゲート。
3. 【請求項３】 希土類がエルビウムであることを特徴と
   する請求項２記載の光ＡＮＤゲート。
4. 【請求項４】 第１応答部と第２応答部が導波路の連続
   する長さを構成していることを特徴とする請求項３記載
   の光ＡＮＤゲート。
5. 【請求項５】 第１応答部と第２応答部が導波路内の分
   離した部分を構成していることを特徴とする請求項３記
   載の光ＡＮＤゲート。
6. 【請求項６】 光信号を受信し、伝送するための複数の
   第１ポートと；光信号を受信し、伝送するための複数の
   第２ポートと；第１ポートの各々と第２ポートの全てを
   結合し、信号波長において伝送を減衰する第１の状態
   と、信号波長においてポンプ光からの励起に応答して透
   過な伝送性を提供する第２の状態を有する各媒介導波路
   と；媒介導波路の第１部分を励起するためにポンプ光を
   注入する第１ポンプと；選択された第１ポートに結合さ
   れた媒介導波路に第１ポンプ光を方向付けるための第１
   スイッチ手段と；媒介導波路の第２部分を励起するため
   にポンプ光を注入する第２ポンプと；選択された第２ポ
   ートに結合された媒介導波路に第２ポンプ光を方向付け
   るための第２スイッチ手段と；を備え、選択された第１
   ポートと選択された第２ポートを結合する共通の媒介導
   波路の第１および第２ポンプによる励起が、選択された
   第１ポートから選択された第２ポートへ光信号をスイッ
   チするための透過な伝送経路を提供することを特徴とす
   る光信号を選択された位置にスイッチするためのＥＡＮ
   Ｄゲート・スイッチ・マトリックス。
7. 【請求項７】 媒介導波路はその長さの少なくとも一部
   が希土類でドープされていることを特徴とする請求項６
   記載のＥＡＮＤゲート・スイッチ・マトリックス。
8. 【請求項８】 導波路がエルビウムでドープされ、ドー
   プされた導波路の第１および第２部分が、不要な信号を
   除去する目的で信号を実質上消滅させるのに十分な減衰
   特性を第１状態においてそれぞれ有していることを特徴
   とする請求項７記載のＥＡＮＤゲート・スイッチ・マト
   リックス。
9. 【請求項９】 ドープされた導波路の第１部分および第
   ２部分が一つに合わさって媒介導波路の実質上全長を構
   成していることを特徴とする請求項７記載のＥＡＮＤゲ
   ート・スイッチ・マトリックス。
10. 【請求項１０】 第２スイッチ手段は複数の選択された
    第２ポートに結合された媒介導波路にポンプ光を方向付
    けて選択された第１ポートから選択された複数の第２ポ
    ートに信号を配信するセレクタ手段を構成していること
    を特徴とする請求項６記載のＥＡＮＤゲート・スイッチ
    ・マトリックス。
11. 【請求項１１】 ２Ｒ個のスイッチ・モジュールを有す
    るシステムであって、少なくともＲ個の入力スイッチ・
    モジュールが非ブロッキング方式で出力モジュール上の
    少なくともＰ個の位置にＰ個の光信号をスイッチするた
    めのものであり、前記少なくともＲ個の入力モジュール
    の各々は、Ｍ＝シーリング［Ｐ／Ｒ］としたとき、各入
    力Ｍにつき１×（２Ｍ−１）の光信号パワー分割器を含
    む第１段と；Ｍ個のパワー分割器の各々の出力にそれぞ
    れ結合された（２Ｍ−１）個のＥＡＮＤゲート・スイッ
    チ・マトリックスを含む第２段と、を有し、ＥＡＮＤゲ
    ート・スイッチ・マトリックスの各々は、Ｍ個の第１ポ
    ートおよびＲ個の第２ポートと；各々が信号波長で減衰
    伝導性を有し、ポンプ光からの励起に応答して信号波長
    で透過な伝送を行うために第１ポートの各々を第２ポー
    トの全てに結合する複数の媒介導波路と；媒介導波路の
    いくつかの第１部分を励起するためにポンプ光を注入す
    る第１ポンプと；選択された第１ポートに結合された媒
    介導波路に第１ポンプ光を方向付けるための第１スイッ
    チ手段と；媒介導波路の第２部分を励起するためにポン
    プ光を注入するための第２ポンプと；選択された第２ポ
    ートに連結された媒介導波路に第２ポンプ光を方向付け
    るための第２スイッチ手段と；を有し、選択された第１
    ポートと選択された第２ポートに結合される共通の媒介
    導波路上の第１および第２ポンプの励起作動が、選択さ
    れた第１ポートからの光信号を選択された第２ポートに
    スイッチするための透過伝送経路を提供し、入力モジュ
    ールの第２ポートが、出力モジュールの少なくともいく
    つかに結合されていることを特徴とする、２Ｒ個のスイ
    ッチ・モジュールを有するシステム。
12. 【請求項１２】 第２スイッチ手段は、ポンプ光を複数
    の選択された第２ポートに結合された媒介導波路に方向
    付け、選択された第１ポートから選択された複数の第２
    ポートへ信号を配信するセレクタ手段を有していること
    を特徴とする請求項１１記載のシステム。
13. 【請求項１３】 Ｒ個の入力モジュールのＥＡＮＤゲー
    ト・スイッチのＲ個の第２ポートに光学的に結合するた
    めに少なくともＰ個の位置を含んでいるＲ個の出力モジ
    ュールをさらに含み、前記各出力モジュールは、入力モ
    ジュールからの信号を受信し、これをＭ個の端子に分配
    するためのデメンションがＲ×Ｍのパワー分割器からな
    る（２Ｍ−１）個のパワー分割器の第１段と；Ｍ（２Ｍ
    −１）個の端子からの信号を選択された位置Ｐに結合す
    るための（２Ｍ−１）×１の能動セレクタの第２段と；
    を備えて成ることを特徴とする請求項１１記載のシステ
    ム。
14. 【請求項１４】 入力モジュールの第２スイッチ手段
    が、ポンプ光を複数の選択された第２ポートに結合され
    た中間導波路に方向付けし、選択された第１ポートから
    の信号を選択された複数の第２ポートに配信するセレク
    タ手段を構成し、これによってＰ個の信号の少なくとも
    一つが複数の位置にスイッチされることを特徴とする、
    請求項１３記載のシステム。
15. 【請求項１５】 パワー分割器がＥＯＲゲートを有し、
    Ｒ個の入力モジュールのブロッキングＥＡＮＤゲート・
    スイッチ・マトリックスの一つからの単一信号を受信す
    るためのＲ個の入力ポートと、Ｍ個の出力ポートが信号
    波長で減衰する伝導性を有するとともに、信号波長にお
    ける透過伝送のためにポンプ光からの励起に応答する導
    波路を含んでおり、能動セレクタがポンプを選択された
    出力ポートに結合して信号を選択された位置Ｐに結合す
    ることを特徴とする、請求項１３記載のシステム。
16. 【請求項１６】 パワー分割器がスター・カプラーであ
    ることを特徴とする請求項１３記載のシステム。
17. 【請求項１７】 Ｒ個の入力モジュールに光学的に結合
    するためのＲ個の出力モジュールをさらに含み、前記各
    出力モジュールがＲ個の入力モジュールに対して実質上
    対称的であり、入力モジュールのＥＡＮＤゲート・スイ
    ッチ・マトリックスの第２ポートが出力モジュールのＥ
    ＡＮＤゲート・スイッチ・マトリックスの第２ポートに
    結合されていることを特徴とする請求項１１記載のシス
    テム。
18. 【請求項１８】 入力モジュールと出力モジュールが機
    能的に同一であることを特徴とする請求項１７記載のシ
    ステム。