JP2000244953A - 制御可能な波長選択光クロスコネクト - Google Patents

制御可能な波長選択光クロスコネクト

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JP2000244953A JP2000040416A JP2000040416A JP2000244953A JP 2000244953 A JP2000244953 A JP 2000244953A JP 2000040416 A JP2000040416 A JP 2000040416A JP 2000040416 A JP2000040416 A JP 2000040416A JP 2000244953 A JP2000244953 A JP 2000244953A
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テー． ファテヒ モハメッド
Sungho Jin
ジン サンギョー
Wayne Harvey Knox
ハーヴェイ ノックス ウェイン
Hareesh Mavoori
マヴォーリ ハレーシュ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、多波長光信号をルーティングする
光クロスコネクトに関する。 【解決手段】 本発明によれば、光クロスコネクトスイ
ッチは、多波長光入力信号を分配する光ルーターと、ス
イッチの出力ポートから多波長信号を供給する光コンバ
イナーと、光ルーターと光コンバイナーを相互接続する
光ファイバとを含む。選択された相互接続用光ファイバ
は、制御可能な波長選択素子、たとえば磁気的に制御可
能なファイバ回折格子を含む。このファイバ回折格子
は、特定波長を有する選択されたチャンネルが、スイッ
チの入力ポートのいずれかから出力ポートのいずれかへ
ルーティングされるように、多波長光信号内の個別チャ
ンネルを伝達または反射することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願のクロスリファレンス】この出願は、１９９
９年月１９日に出願された同一題目の米国仮出願第６０
／１２０，６９７号の恩恵を請求するものである。
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明は、多波長光信号をル
ーティングする光クロスコネクトに関し、特に、磁気的
に制御可能な波長選択光クロスコネクトに関する。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】最新の
通信ネットワークにおいて、光ファイバは、一般に、そ
の高速および高帯域幅のために、伝送媒体として好適で
ある。より良い速度と帯域幅の増大する要求を満足する
ために、１本の光ファイバでの伝送のために異なる波長
で多数の光信号を合成する波長分割多重化（ＷＤＭ）が
使用されている。
【０００４】たとえば、ＷＤＭを使用する通信ネットワ
ークでは、個々の光信号は、異なる宛て先に選択的にル
ーティングする必要がある。通信ネットワークにおいて
相互接続されたノードを介して信号を選択的にルーティ
ングするのに必要な構成要素は、大容量マトリクスすな
わち、クロスコネクトスイッチである。目下、光通信ネ
ットワークに使用されているたいていのクロスコネクト
スイッチは、手動なものかまたは電子的なもののどちら
かである。電子的スイッチは、多数の光−電気変換と電
気−光変換を必要とする。光形式の情報の伝送と関連す
る速度と帯域幅の利点のため、全光ネットワーク構成要
素は、ＷＤＭベースの光ネットワークに好適な解決法と
して浮かび上がっている。また、全光ネットワーク構成
要素は、光レイヤにおける帯域幅を（たとえば、波長毎
を基準として）管理する融通性を提供するのに必要とさ
れる。
【０００５】全光クロスコネクトおよびスイッチを開発
するように努力されたが、これらの努力は、もっと良い
速度と帯域幅の常に増加する要求と歩調がそろわなかっ
た。たとえば、クロスコネクト配置の中には、従来シス
テムの速度および損失問題に取り組むためにリチウム
ニオブ酸塩（ＬｉＮｂＯ3 ）スイッチアレイと光ファイ
バ増幅器の組み合わせを企図したものがあった。リチウ
ム ニオブ酸塩スイッチアレイは、高速スイッチング能
力を提供し、光ファイバ増幅器は、ＬｉＮｂＯ 3 のロス
のある特性を補償することができるが、これらのタイプ
のクロスコネクトは、帯域幅を効果的に管理するのに必
要な波長選択を提供しない。他のタイプの光クロスコネ
クト配置では、波長チャンネルは、波長変化素子を用い
て共通の宛て先にしたがって再配置される。特に、多波
長光信号は、異なる波長を有する個別の光信号に多重分
離され、この個別の光信号は、異なる波長の各々に対応
する空間スイッチ構造の別々のレイヤを用いてスイッチ
ングされる。デマルチプレクサと、スイッチ構造の別々
のレイヤの使用の結果、このタイプのクロスコネクト配
置は、提供するのにコストがかかり複雑になる。同様
に、スイッチ構造の多段を用いた他のタイプの光クロス
コネクト配置も、コストがかかり複雑になることが知ら
れている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、光クロ
スコネクトスイッチは、多波長光入力信号を分配する光
ルーターと、スイッチの出力ポートから多波長信号を供
給する光コンバイナーと、光ルーターと光コンバイナー
を相互接続する光ファイバとを含む。選択された相互接
続用光ファイバは、制御可能な波長選択的素子、たとえ
ば磁気的に制御可能なファイバ回折格子を含む。このフ
ァイバ回折格子は、特定波長を有する選択されたチャン
ネルが、スイッチの入力ポートのいずれかから出力ポー
トのいずれかへルーティングされるように、多波長光信
号内の個別チャンネルを伝達または反射することができ
る。
【０００７】一実施例において、光ルーター部は複数の
入力光カップラを含み、各入力光カップラは、光スイッ
チの対応する入力ポートと関連している。同様に、光コ
ンバイナー部は複数の出力光カップラを含み、各出力光
カップラは、光スイッチの対応する出力ポートと関連し
ている。各入力光カップラは、相互接続用光ファイバ上
のその関連ファイバ回折格子と共に、入力ポートを介し
て受け取った信号を分配するのに使用され、各出力光カ
ップラは、その関連ファイバ回折格子と共に、スイッチ
の出力ポートから供給される信号を合成するのに使用さ
れる。ファイバ回折格子の伝達および反射動作モードを
制御することによって、ファイバ回折格子は、波長毎を
基準として多波長光信号の個別チャンネルのスイッチン
グを促進するのに使用される。
【０００８】光クロスコネクトスイッチは、光−電気変
換および電気−光変換を必要とせず、その結果、光形式
だけの情報の伝送と関連して速度および帯域幅の利点を
実現することができる。また、一連の高速で磁気的に調
整可能かつラッチ可能なファイバ回折格子を使用してス
イッチング機能を促進することによって、光スイッチ
は、たとえば波長毎を基準として光レイヤの帯域幅を最
適に管理するのに必要な波長選択性を有する。また、こ
の光スイッチは、従来配置よりコストがかからずかつ複
雑ではない。この光スイッチは、動作が速く、スイッチ
ング状態を維持するのに電力を要しない。さらに、この
スイッチは、スイッチ性能と波長選択性が周囲温度の変
化の影響を受けないように、組み立ててパッケージ化す
ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の原理のさらに完全な理解
は、図面に関する以下の詳細な説明の考察から得られ
る。図面において、同じ構成要素は同じ参照数字を用い
ている。図面は、本発明の概念を説明するためのもので
あり、グラフを除いて縮尺されていないことが理解され
るべきである。
【００１０】この開示は、４つの部分に分割されてい
る。パートＩは、本発明による光クロスコネクトスイッ
チを説明する。パートＩＩは、上記スイッチに役立つ磁
気可変回折格子の構造および動作を説明する。パートＩ
ＩＩは、本発明のスイッチの他の実施例を説明する。パ
ートＩＶは、スイッチをパッケージ化する配置を説明す
る。
【００１１】Ｉ．光クロスコネクトスイッチ 図面を参照すると、図１は、波長分割多重（ＷＤＭ）光
信号等の多波長光信号の個別チャンネルをスイッチング
できる２×２光スイッチ１００の一実施例を示す。
【外１】
【００１２】光スイッチ１００は、光ルーター部１５０
と光コンバイナー部１５１とを含む。光ルーター部１５
０は、方向性光転送デバイス１０１および１０２を含
み、多波長光入力信号Ｉ1 およびＩ2 を分配する。光コ
ンバイナー部１５１は、方向性光転送デバイス１０３お
よび１０４を含み、多波長光信号を合成して、出力信号
Ｏ1 およびＯ2 として出力する。より詳細には、方向性
光転送デバイス１０１および１０２は、それぞれ入力光
ファイバ１０６および１０７を介して多波長光入力信号
Ｉ1 およびＩ2 を受信する。同様に、方向性光転送デバ
イス１０３および１０４は、それぞれ、出力光ファイバ
１０８および１０９に接続されている。出力光ファイバ
１０８および１０９は、それぞれ、多波長光出力信号Ｏ
1 およびＯ 2 を供給する。方向性光転送デバイス１０１
〜１０４は光サーキュレーターからなる。光サーキュレ
ーターは、方向性を持って光エネルギーを転送または結
合することができる技術上周知の光サーキュレーターま
たは何か他の知られているデバイスとすることができ
る。説明を簡単にするために、以下、光サーキュレータ
ー１０１〜１０４について述べる。
【００１３】光サーキュレーター１０１〜１０４は、相
互接続する光ファイバ１２５〜１２８を介して互いに接
続される。光ファイバ１２５および１２６は、その中に
配置される波長選択素子１０５を含む波長選択光ファイ
バである。波長選択素子１０５は、技術上周知の可変フ
ァイバ ブラッグ回折格子または何か他の知られている
波長選択フィルタからなる。説明を簡単にするために、
以下、ファイバ回折格子１０５について述べる。図示の
ように、光ファイバ１２５はファイバ回折格子１０５Ａ
を含み、光ファイバ１２６はファイバ回折格子１０５Ｂ
を含む。図示のように、光サーキュレーター１０１のポ
ート１１０は、波長選択光ファイバ１２５を介する貫通
パスにより光サーキュレーター１０３のポート１１５に
接続される。光サーキュレーター１０１のポート１１１
は、光ファイバ１２７を介する交差パスにより光サーキ
ュレーター１０４のポート１１８に接続される。同様
に、光サーキュレーター１０２のポート１１３は、波長
選択光ファイバ１２６を介する貫通パスにより光サーキ
ュレーター１０４のポート１１７に接続される。また、
光サーキュレーター１０２のポート１１２は、光ファイ
バ１２８を介する交差パスにより光サーキュレーター１
０３のポート１１６に接続される。
【００１４】従来の光スイッチングおよびクロスコネク
トシステムと対照的に、本発明の原理による光スイッチ
１００は、可変ファイバ回折格子を用いて、波長選択ス
イッチング機能を促進する。詳細には、ファイバ回折格
子１０５は、多波長光入力信号Ｉ1 およびＩ2 からいず
れかの特定の波長を有する光チャンネルを反射または伝
達するように調整することができる。一例において、フ
ァイバ回折格子１０５は、少なくとも１つのファイバ回
折格子１０５が、光スイッチの入力から出力へルーティ
ングされるべき各々の特定の波長のために使用されるよ
うに、調整するか、さもなければプログラムすることが
できる。ファイバ回折格子１０５は、帯域反射フィルタ
または帯域通過フィルタのどちらかとして動作すること
ができる。帯域反射フィルタとしてのファイバ回折格子
１０５は、多波長光信号におけるいずれかの特定の波長
または複数の波長を反射させるために使用することがで
きる。対称的に、帯域通過フィルタとしてのファイバ回
折格子１０５は、いずれかの特定の波長または複数の波
長を通過させるために使用することができる。
【００１５】製作技術または他の調整プログラミング技
術を使用してファイバ回折格子を適応させる方法は周知
である。ここで説明されている実施例では、ファイバ回
折格子１０５は、ファイバに直接エッチングされるかま
たは他の知られている技術で組み込まれるるかのどちら
かによってファイバパスに結合することができる。波長
選択素子としてのファイバ回折格子の使用に関するさら
なる背景情報については、たとえば、Hubner et al., S
trong Bragg Gratings in Non Sentitized LowLoss Pla
nar Waveguides as Building Blocks for WDM Network
Components, SPIE Vol. 2998, No, 12, Photonics West
97, San Jose, CA, 1997を参照されたい。動作時、光
スイッチ１００は、波長選択付加／落下原理を用いて、
従来のクロスバースイッチと同じスイッチング機能を実
行する。より詳細には、各々が特定の波長を有する個別
チャンネルからなる多波長光信号は、光ファイバ１０６
から光サーキュレーター１０１の入力Ｉ1 として供給さ
れる。光サーキュレーター１０１は、ポート１１０より
波長選択パス１２５上に多波長光信号を転送する。ファ
イバ回折格子１０５Ａの伝達帯域内にある波長を有する
これらの個別チャンネルは、“スルー"接続として光サ
ーキュレーター１０３のポート１１５に伝送され、多波
長出力信号Ｏ1 の一部として供給される。この“スル
ー"ルーティングは、クロスバースイッチのバー状態と
機能的に同じものになるだろう。ファイバ回折格子１０
５Ａの反射帯域内にある波長を有するこれらの波長チャ
ンネルは、反射して光サーキュレーター１０１のポート
１１０に戻される。そして、これらのチャンネルは、光
サーキュレーター１０１のポート１１１から交差光ファ
イバ１２７を介して光サーキュレーター１０４のポート
１１８へルーティングされ、多波長出力信号Ｏ2 の一部
として供給される。要するに、ファイバ回折格子１０５
Ａは、信号がクロスバースイッチのクロス状態にクロス
コネクトされるのと同じように、これらの反射されたチ
ャンネルをクロスコネクトするのを支援するのに使用さ
れる。同じ動作原理は、光サーキュレーター１０１に入
る光信号Ｉ2 にも適用するが、簡潔にするためここでは
繰り返し述べない。
【００１６】図示のように、ファイバ回折格子１０５の
うちの選択された回折格子は、多波長光信号内の個別チ
ャンネルの適切な“スルー"ルーティングおよび“クロ
スコネクト"ルーティングを促進するように制御される
ことがもくろまれている。図１は、それにより、ファイ
バ回折格子１０５が、連動スイッチ１２１〜１２２の構
成を用いた１つのコントローラ１２０で制御される１つ
のあり得る制御実行を示す。詳細には、スイッチ１２１
は、光ファイバ１２５からのファイバ回折格子１０５Ａ
を制御すると同時に、光ファイバ１２６からのファイバ
回折格子１０５Ｂを制御するのに使用されるが、スイッ
チ１２２は、光ファイバ１２５からの他のファイバ回折
格子１０５Ａを制御すると同時に、光ファイバ１２６か
らの他のファイバ回折格子１２５Ｂを制御するのに使用
される。多波長光信号Ｉ1 およびＩ2 の両方におけるチ
ャンネルのために同一波長を用いることができるこの実
施例では、この制御方式は、各光ファイバで運ばれる対
応する波長チャンネルが、同一光ファイバにおいて同一
波長を有するいずれかの２チャンネル間の干渉を回避す
るために同時にスイッチングされることを確実にするべ
く、好適に使用される。
【００１７】可変ファイバ回折格子１０５は、個々にア
ドレスされ、次いで適切になるように制御される（すな
わち、個別に制御可能になる）。適切な制御基準は、各
ファイバ回折格子が、当業者に周知の技術を用いて個別
的に調整されるかまたは（ＯＮ／ＯＦＦ効果を達成する
ために）その伝達および反射動作状態の間で選択的にス
イッチングされることを含む。詳細には、回折格子は、
熱的に、圧電的に、磁歪的に（１９９８年９月２２日に
エー・エム・グラス等に発行された米国特許第５，８１
２，７１１号参照）、または磁気的に（１９９８年７月
１４日にエス・ジン等に発行された米国特許第５，７８
１，６７７号参照）、調整することができる。これらの
技術の中で、磁気的調整は、このアプリケーションに対
して最も好適であると思われる。
【００１８】ＩＩ．スイッチ用の磁気可変ファイバ回折
格子 図面を参照すると、図２は、屈折率摂動を有する回折格
子１２を含む１本の光ファイバ１１からなる再形成可能
なファイバ回折格子デバイス１０の一例を概略的に示
す。ファイバは、回折格子の領域において、プログラム
可能な磁石１４と、磁力を磁石１４から回折格子１２へ
伝える案内容器１６との間に、接合１３または機械的取
付で固定される。容器１６に接合された第２の磁石１５
は、磁石１４に磁力を加えるために備えられている。磁
石は、案内される円筒形状を有するが、処理またはサー
ビスの間のファイバねじれを最小限にするためには、丸
くない断面形状が好適である。磁石間に制御可能な磁界
を提供するために、１個以上の電磁石（ソレノイド）１
７が磁石の近傍に配置される。案内容器１６は、好適に
は管であるが、他の形状でも良く、たとえば、ｕ状の底
部と上部を有する２部品アセンブリから構成しても良
い。
【００１９】案内容器１６は、典型的には、ガラス、石
英、金属またはプラスチックで作られた管である。ファ
イバ回折格子は、機械的締付け、またはエポキシ樹脂も
しくはハンダによる接合のどちらかで磁石１４と案内容
器１６に取り付けられる。ハンダの使用時、ファイバ表
面は、望ましくは、ハンダ接合強度を改善するために金
属層で被覆される。ここでは、接着剤は、接合１３とし
て示されている。
【００２０】図２に示されているように、磁石１４，１
５は、それらの間のわずかな空隙で整列されている。磁
石は、好適には、反対の磁極が近くなる（Ｎの近くに
Ｓ）ように方向付けられ、電磁石１７からの磁界が回折
格子上に引張り力を生じる。案内容器１６に接合されて
いない磁石１４は、好適に、ストッパー１８で押さえら
れている。磁石長（磁石１５）の熱膨張関連変化と、そ
の結果生じる磁石間の空隙の変化、したがって磁力とフ
ァイバ変形をなくすために、磁石容器接合位置は、でき
るだけ空隙の近くになるように選ばれ、接合から空隙ま
での間隔は、磁石長の５％以下、好適には２％以下にさ
れる。動作時、磁石１４，１５および１７から回折格子
へ伝えられる力は、回折格子の波長応答を変える変形を
発生する。２つの引き合う磁石間の力は、空隙における
磁石の断面積（Ａ）で乗算される磁気誘導（Ｍ）の２乗
にほぼ比例している（Ｆ∝Ｍ2 ・Ａ）。したがって、も
っと強い磁石（もっと高いＭ）またはもっと大きな磁石
（もっと大きなＡ）はもっと強い力を与える。しかしな
がら、高保磁力を有する強い磁石は、プログラムまたは
調整するのが難しい。ファイバ回折格子が、たとえば長
さの１％引張られたり縮められたりした場合（ε＝Δｌ
／ｌ＝０．０１）、回折格子の周期数Λも変化する。し
かしながら、共振するブラッグ反射波長λは、ちょうど
１％の変化にならないだろう。なぜなら、ガラスの原子
間距離も、弾性変形の影響を受け、その結果、屈折率ｎ
が変わるからである。屈折率に関するこの変形効果は、
光弾性定数Ｐε で表すことができる。光弾性定数Ｐ ε
は、典型的には、ＳｉＯ2 ファイバで約０．２２であ
る。したがって、磁気的に加えられる変形ε（ε＝Δｌ
／ｌ）で生じる波長変化は、Δλ／λ＝（Δｌ／ｌ）
（１−Ｐε ）＝ε（１−Ｐε ）のように表される。変
形εは、加えられた応力（σ）と弾性係数（Ｅ）で決定
され、すなわち、ε＝σ／Ｅとなる。ファイバへの応力
は、力（Ｆ）割る断面積（πｒ2 ）であり、ここで、ｒ
はファイバ回折格子の半径である。これらの式を再配置
すると、Δλ／λ＝（Ｆ／πｒ2 ）（１／Ｅ）（１−Ｐ
ε ）となる。たとえば、λ＝１５５０ｎｍに対して、
Ｆ＝１２００ｇｍは、波長の変化Δλ＝１６．１ｎｍの
変動、すなわち約１％の変動を与える。０．８ｎｍの波
長分割多重チャンネル間隔に対して、この引き起こされ
たΔλは、２０チャンネルスパンにわたってフィルタさ
れた波長を変えるのに十分である。
【００２１】光ファイバは、約６％以下の引張り力で破
損する傾向があるので、総合引張り力の限界を自動的に
提供する可変回折格子デザインを有するのが大いに望ま
しい。図２のアセンブリ形態は、２つの磁石間の予め設
定された空隙が上限として役立つので、このような利点
を提供する。ファイバが磁力で引張られ、磁石が結局互
いに接触した場合、ファイバの引張り伸びは、続くこと
ができなくなる。図２の２つの磁石間の望ましい空隙長
（ファイバ伸びの上限）は、典型的に、引張られている
ファイバの４％以下であり（たとえば、回折格子を含む
２"長ファイバに対しては、空隙は、〜８０ｍｉｌ以下
に設定される）、好適には、回折格子付きファイバの長
さの２％以下である。後者の値は、ファイバ破損強度の
約１／３に等しい。
【００２２】また、ねじり力が、所定の引張り力に対す
るファイバ破損強度を減らし、光信号を歪ませることが
あるので、ファイバ回折格子がねじれ変形にさらされな
いことを確かめることが重要である。ねじれ変形をなく
すかまたは軽減するために、円形の断面積の容器の場合
は案内レールを追加するか、または、移動磁石が横方向
回転なしに移動するように非円形容器を用いるかのどち
らかによって、磁石用の案内メカニズムが提供される。
【００２３】図３ａ、３ｂおよび３ｃは、本発明に関す
る３つの異なるタイプの磁石についてのＭ対Ｈヒステリ
シスループを性質的に示す。再形成可能な回折格子デバ
イスの重要な利点は、回折格子周期数の引き起こされる
変化、したがって引き起こされる波長シフトを維持する
ために、連続パワーを必要としないことである。これ
は、平方ループ磁石１４，１５の磁力の締付けのために
可能である。このデバイスは、２つの波長の間で２安定
的に調整することができる。強い異方性と、光ファイバ
軸と平行に整列された磁極とを有する磁性材料は、図３
ａに示されるように方形のヒステリシスループを有す
る。Jin et al., IEEE Trans. Magn., MAG-23, No. 5,
p. 3187 (1987)を参照されたい。これは参照によりここ
に含まれる。変形成長したＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏ合金の使用
は、このようなループ形状を示す磁石に好適である。
【００２４】平方のヒステリシスループを示す磁石で、
２つの波長、たとえば、ゼロ変形ブラッグ反射波長λ0
と飽和変形反射波長λ1 とをスイッチングする２安定変
形デバイスを作ることができる。λ0 は、ＡＣ消磁界を
印加することにより達成される。λ0 は、磁石を飽和さ
せるのに十分なＤＣパルス電流により達成される。２安
定デバイスの利点は、印加電流または迷走磁界に対して
軽減された感度である。
【００２５】波長の連続調整のために、ファイバ変形対
印加磁界の方形ループ特性は、図３ａの曲線の急勾配の
側面が、ある中間の変形がたとえば多チャンネルスパン
にわたる調整に向けられている場合に制御問題を提起す
ることがあるので、必ずしも望ましいとは限らない。フ
ァイバ回折格子の変形の制御を容易にするために、Ｍ−
Ｈおよびε−Ｈループは図３（ｂ）のように曲げること
ができる。これは、磁石の自己消磁界を増加させること
により、たとえば、磁石の有効直径を増加させるかまた
は長さを減らす、したがって磁石長対直径アスペクト比
を減らすかのどちらかにより達成される。ループの最適
曲がりは、図３ｂに示される通りである。すなわち、印
加磁界が除去された場合の残留磁気または残留ファイバ
変形は、まだ本質的に飽和値（少なくとも９０％）と同
じになっており、磁界が反対にされた場合のＭまたはε
の急速な減少の始まる磁界は、ほぼゼロ磁界であり、多
分保磁力の±３０％の範囲内にあり、さらにより好適に
は保磁力（Ｈc ）の±１０％の範囲内にある。図３
（ｃ）に示されるようなＭ−Ｈまたはε−Ｈループは、
これが回折格子において引き起こされる変形の締付けの
悪化を生じるので、望ましくない。ラッチ可能な変形の
このような悪化は、図３（ｃ）において矢印で示され
る。
【００２６】故意のループ曲げの一例は次の通りであ
る。７０ＯｅのＨc を有する平方Ｍ−Ｈループを生じる
ように変形成長したＦｅ−２８％Ｃｒ−７％Ｃｏ合金に
対して、０．１８０"直径と４"長の寸法は、図３（ｂ）
と同じＭ−Ｈループを発生する、〜６０ＯｅだけＭ−Ｈ
ループの曲げを導く。
【００２７】図２の磁気的に調整可能かつ好適にラッチ
可能な光ファイバ回折格子を作るのに好適な組み立てス
テップは、次の通りである。このような可変回折格子デ
バイスを組み立てる第１のステップは、光ファイバ回折
格子、たとえば、ある波長成分を削除したり付加したり
するのに望ましいブラッグ反射波長を有するブラッグ回
折格子を用意することである。たとえば、１５５０ｎｍ
の中心光ビーム波長に対して、ＳｉＯ2 ベースのファイ
バ（屈折率ｎ〜１．４５を有する）におけるブラッグ周
期数Λは、５００ｎｍである。磁気可変回折格子アセン
ブリに組み込まれるべき各光ファイバ回折格子の長さ
は、典型的には５ｎｍから２０ｎｍの範囲内にあり、好
適には１０〜１００ｎｍの範囲内にある。短いファイバ
回折格子に対して、回折格子外の通常のファイバの領域
は、磁気素子または案内容器（または基板）のどちらか
に取り付けるために使用される。
【００２８】次のステップは、ファイバ回折格子に取り
付けられるべき磁気素子と案内容器を用意することであ
る。少なくとも２つの磁気素子は、各々、１個の部品か
または集合体のどちらかが必要とされる。これらは、フ
ァイバ回折格子の軸線と好適に平行な磁極で方向付けら
れている。本発明の可変回折格子では、各磁気素子の少
なくとも一部は、残留磁気でセミハードまたは永久的に
される。それにもかかわらず、少なくとも１つの磁石の
その強度は、印加磁界を変えることにより、プログラム
でき、消すことができ、そして再プログラムができるも
のにされる。２つの磁石は、互いに向かい合う反対磁
極、たとえば、Ｓ極に対するＮ極を有する場合、互いに
引き合う。磁石の１つと案内容器とに取り付けられたフ
ァイバ回折格子は、引張り応力を受けており、引張り弾
性力εは、応力σの増加に比例して増加する（ε＝σ／
Ｅ、ここで、シリカガラスに関する弾性率Ｅ＝１．５×
１０ 6 ｐｓｉ）。
【００２９】第３のステップは、磁石の１つと案内容器
とに回折格子を整列させて取り付けることである。強い
接合を確実にし、接合界面の力加減を維持するために、
機械的に強い非熱可塑性接着剤、または比較的高い溶融
点、高い機械的強度および高いクリープ抵抗力を有する
ハンダの使用が望ましい。取り付けられるべきファイバ
表面は、望ましくは、ハンダ接合強度を改善するために
金属化層で被覆される。
【００３０】所定体積の磁石の磁力を最大にするため
に、向かい合う磁極間の空隙は非常に狭くすべきであ
る。空隙が広がるにつれて、磁力は減少する。望ましい
空隙は、約８０ｍｉｌ以下であり、好適には２０ｍｉｌ
以下、さらに好適には１０ｍｉｌ以下である。ファイバ
回折格子における最大引張り力が約〜２％以下に保たれ
るように、空隙を設定するのが望ましく、それにより、
ファイバ破損の危険が最小限になる。
【００３１】好適な磁石材料は、磁気特性がパルス磁界
で変更できるものである。適当な磁石のいくつかの例
は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ（アル
ニコ）、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ（Ｃｕｎｉｆｅ）、Ｃｏ−Ｆ
ｅ−Ｖ（Ｖｉｃａｌｌｏｙ）、特殊処理された低保磁力
（Ｈc ）希土類元素コバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）またはＮｄ
−Ｆｅ−Ｂ磁石や、Ｂａ−フェライトまたはＳｒフェラ
イト磁石である。プログラム可能な磁石の望ましい保磁
力範囲は、ソレノイドパルス磁界を用いた再磁化による
プログラミングを容易にするために、典型的には５００
Ｏｅ以下であり、好適には１００Ｏｅ以下である。保磁
力は、残留磁気の安定性を維持すると共に、迷走磁界に
起因する消磁化に対する安定性も維持するために、典型
的には１０Ｏｅ以上であり、好適には３０Ｏｅ以上であ
る。磁界が除去された時のファイバ変形のラッチ能力を
満足するために、プログラム可能な磁石は、少なくとも
０．８５、好適には少なくとも０．９０、さらに好適に
は少なくとも０．９５の方形度（残留磁気／飽和磁気）
を有する方形の磁気ヒステリシスループを持つべきであ
る。図２に示される望ましい棒状外形に形作るには、Ｆ
ｅ−Ｃｒ−Ｃｏ、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ等
の機械的に引き伸ばせて、容易に形成可能なまたは機械
加工可能な磁石合金が特に望ましい。Ｓｍ−ＣｏやＮｄ
−Ｆｅ−Ｂ等の高保磁力（たとえば、Ｈc ＞１０００Ｏ
ｅ）を有する安定な永久磁石は、望ましい低磁界を用い
た残留磁気を再プログラムするのが難しいため、（より
低い保磁力を示すように変更されない限り）あまり望ま
しくない。しかしながら、これらの安定な磁石は、プロ
グラム可能な磁石と組み合わせて、基準（またはバイア
ス）磁界を供給するのに使用することができる。
【００３２】次の組み立てステップは、磁気素子の回り
に少なくとも１つのソレノイド巻線を追加し、プログラ
ムされたパルスすなわち短時間の磁界を印加して、磁石
の残留磁気を除去することである。この調整は、回折格
子における力と変形、したがって光信号波長または振幅
を変える。また、パルス磁界に代えて、一定のＤＣ磁界
を用いることもできるが、ＤＣパルス磁界の使用は、ソ
レノイドへの電流の一定供給が避けられるので好適であ
る。パルス磁界の望ましい持続時間または速度は、典型
的には、１０〜１０-8秒、好適には１０〜１０-6秒、さ
らに好適には１０-1〜１０-4秒の範囲内にある。厚い磁
石外形に対しては、早過ぎるパルスの使用は、渦電流損
失のため望ましくない。電流パルスの形状は、予め決め
られた残留磁気の消磁に必要な最大磁界が達成される限
り、矩形、または整流された正弦波形、または不規則な
波形でも良い。
【００３３】最後のステップは、複数の磁気可変および
ラッチ可能な回折格子をサーキュレータおよび他の光素
子と接続し、波長選択光クロスコネクトシステムを提供
することである。
【００３４】例１ 可変光ファイバ回折格子は、次の通り組み立てられた。
回折格子は，１５４９．７ｎｍの引張られていないブラ
ッグ反射波長を有する。Ｈc 〜８５および〜０．９７の
方形比Ｍr ／Ｍs （残流磁気／飽和磁気）を有する方形
磁気ヒステリシスループを示すように変形成長させるこ
とにより、Ｆｅ−２８ｗｔ％Ｃｒ−７ｗｔ％Ｃｏ合金棒
（０．１０８インチ径）が作られた。磁石棒の長さは、
Ｍ−Ｈループが〜３０Ｏｅだけ曲げられるように、２．
２インチに縮められた。以下に説明されるように、図２
に概略的に示されている通り、ファイバ回折格子の一方
の端部は、プログラム可能な磁石の空隙に近い端部にエ
ポキシ樹脂で接合され、他方の端部は、ステンレススチ
ール管（〜０．１５０インチ内径）に接合された。他の
プログラム可能な磁石（図２の左側の磁石）は、右側の
磁石の隣に６ｍｉｌの空隙を持って配置され、ステンレ
ススチール管にエポキシ樹脂で接合された。このアセン
ブリは、ソレノイド中に置かれ、電流が流されて磁界が
印加され、ファイバ回折格子の残留引張り力をを生じる
ために動かされた。
【００３５】図４に示されているのは、この（６チャン
ネルシフターモジュール）回折格子を用いて得られる波
長シフトである。０．８，１．６，２．４，３．２およ
び４．０の波長シフトが、それぞれ、１０５，１１８，
１２７，１３８および１６８Ｏｅの磁界で得られ、磁界
の除去後保持される。
【００３６】本発明の可変およびラッチ可能な回折格子
の動作に関して、適切な強度の磁界が、ある可変状態の
磁化、異なる可変状態の再磁化、または引張り力を完全
に除去するための消磁化のために印加される必要があ
る。ソレノイドに必要なパワー（電流）の大きさを減ら
して、あるレベルの磁界を得るのが望ましい。
【００３７】多くの波長選択クロスコネクトシステムに
関して、回折格子の波長に必要なシフトは、比較的控え
めにすることができる。たとえば、図１の２×２スイッ
チ（または、一般にＮ×Ｎクロスコネクトスイッチのい
ずれか）におけるブラッグ回折格子は、望ましい波長チ
ャンネルからわずかに離れて、たとえば２つの隣接光チ
ャンネル波長の間で、ある波長に置くことができる。こ
れらのタイプのアプリケーションに対して、図２のタイ
プの可変回折格子の代わりに、波長可変の範囲はより広
い、図５に示されるような２安定可変回折格子デバイス
を使用しても良い。
【００３８】図５は、屈折率摂動の回折格子５２を含む
１本の光ファイバからなる２安定ファイバ回折格子５０
の一例を概略的に示す。回折格子の領域のファイバは、
磁石５４から回折格子５２へ磁力を伝えるために切替可
能な磁石５４と案内容器５６の間に接合５３または機械
的取付によって固定される。容器５６に接合された切替
できない磁石５５は、切替可能な磁石５４に引力または
反発力を加えるために備えられる。切替可能な磁石は、
案内される円筒形状を持つことができるが、処理または
サービスの間のファイバねじれを最小限にするために、
丸くない断面形状が好適である。１つ以上の電磁石（ソ
レノイド）５７は、望む時に極性を切り替えて十分な磁
界を供給するために磁石５４に隣接して配置される。案
内容器５６は、好適には管であるが、他の形状のもので
も良く、たとえば、ｕ形状の底部部品と上部部品を有す
る２部品アセンブリから構成しても良い。
【００３９】動作時、切替可能かつ移動可能な磁石５４
は、周囲のソレノイド５７による磁化の極性に依存して
左側の切り替えできない磁石または右側の切り替えでき
ない磁石のどちらかと引き合ってカチッと当たる。磁極
配置によって、切り替え可能な磁石は、切り替えできな
い磁石の１つで跳ね返されるが、他方の切り換えできな
い磁石は、切り替え可能な磁石を引き合う。移動可能な
磁石の固定位置は２つだけなので、引張り力の固定状態
は２つだけであり、したがって、取り付けられた光ファ
イバ回折格子の回折格子波長状態も２つ存在する。固定
磁石５５と移動磁石１４間の予め設定された空隙は、こ
の２安定（デジタル的に可変）デバイスの回折格子波長
のシフト度合いを決定する。図５に示されるデバイスの
重要な利点は、シフトされた波長のラッチ能力と安定性
である。ソレノイドへのパルスすなわち短時間電流が作
動のために印加された後、移動磁石は、２つの位置の一
方にラッチされ、電気的パワーは、もはや連続供給する
必要がなくなる。
【００４０】ねじり力が回折格子に印加される変形量を
変え、所定の引張り力に対するファイバ破損強度を減ら
し、光信号を歪ませることがあるので、ファイバ回折格
子が、ねじれ変形にさらされないことを確かめるのが重
要である。ねじれ変形をなくすかまたは軽減するため
に、円形断面の容器の場合には案内レールを追加する
か、あるいは、非円形断面の容器と非円形断面の磁石、
たとえば楕円もしくは方形断面の容器または磁石を用い
るかのどちらかによって、移動磁石用案内メカニズムが
備えられる。ファイバは、磁石外、または磁石の穴もし
くは溝内のどちらに配置しても良い。
【００４１】例２ ２安定可変光ファイバ回折格子デバイスは、次の通り図
５の形態に組み立てられた。この回折格子は、１５５
６．４８０ｎｍのブラッグ反射波長を有する。Ｈ c 〜９
３および〜０．９７の方形比Ｍr ／Ｍs （残流磁気／飽
和磁気）を有する方形磁気ヒステリシスループを示すよ
うに変形成長させることにより、Ｆｅ−２８ｗｔ％Ｃｒ
−７ｗｔ％Ｃｏ合金棒（０．０９５インチ径）が作ら
れ、図５の移動可能かつ切り替え可能な磁石として使用
された。磁石棒の長さは約２インチであった。切り替え
できない磁石（長さ０．２５インチで直径が０．１２５
インチの２つのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石）が、ステンレスス
チール管の両端に取り付けられた。図５に概略的に示さ
れるように、ファイバ回折格子の一方の端部は、切り替
え可能な磁石の左側端部にエポキシ樹脂で接合され、他
方の端部は、ステンレススチール管に接合された。この
アセンブリは、ソレノイド中に置かれ、電流が通されて
磁界が印加され、左側のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ永久磁石または
右側のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石のどちらかにカチッと当たる
ように、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏの切り替え可能な磁石の残留
磁気の極性を切り替えるために動かされた。
【００４２】図６は、上述の２安定回折格子デバイスに
おいて（ソレノイドの〜１ミリ秒パルス電流で供給され
る±２００Ｏｅの印加磁界で実験的に得られた波長シフ
トを示すグラフである。Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ磁石が、左側
（Ｈ＝＋２００Ｏｅ）にカチッと当たった場合、ファイ
バ回折格子の波長は１５５７．４２０ｎｍであったが、
切り替えられた場合（Ｈ＝−２００Ｏｅ）の場合は、１
５５６．４８０ｎｍに変わり、左側にカチッと当たっ
た。Δλ＝０．９４０ｎｍの波長シフトが、±２００Ｏ
ｅの多くの回数の切り替えにより再生可能であった。
【００４３】光ファイバにおいて磁気的変形を得る他の
実施例は、図７（ａ）および７（ｂ）に示されるよう
に、ファイバの曲がりすなわちたわみを利用している。
図７（ａ）に示されるように、回折格子７２を含む１本
の光ファイバ７１が、接合７３により支持フレーム７６
の両側に取付られている。回折格子７２をラッチ的に変
形させるために、機械的アーム７４が備えられている。
ファイバ回折格子は、好適には能動回折格子領域のわず
かに外側で、機械的または磁気的のどちらかで押し下げ
られ（または引き上げられ）、その結果、引張り力が回
折格子に引き起こされ、共振波長（ブラッグ型回折格子
のブラッグ反射波長、または長周期型回折格子のピーク
結合波長）が変わる。引き起こされる力と波長シフト
は、たとえば、機械的バネラッチ型構造、または図７
（ｂ）に示されるように磁気的引力もしくは反発力を使
用することにより、ラッチ可能に作られるのが好適であ
る。可動磁石７７は、バネアーム７８で支持フレームに
結合され、プログラム可能な磁石７９の磁化の大きさに
依存して、磁気的に引き合ったり、部分的に解放された
り、十分に解放されたりする。
【００４４】本発明による２安定可変回折格子デバイス
は、いくつかの利点を有する。含められる波長シフト
は、印加磁界が除去された後ラッチ可能であり、したが
って、波長シフトを維持するために、連続的な電力消費
を要しない。このデバイス構造は比較的簡単であり、切
り替え作動のためにソレノイドに印加される電流（また
は電圧は、起こる切り替え動作のためのある最少値“よ
り大きな"電流（または電圧）を印加する必要があるだ
けであるという点で、重要ではない。波長シフト（すな
わち、チャンネル付加／削除）の速度は、比較的早く、
たとえば１０ミリ秒より早くすることができる。
【００４５】ここに説明される回折格子は、マルチプレ
クサ／デマルチプレクサデバイスを使用する波長分割多
重通信システムに特に有効である。このようなシステム
では、“中継"ファイバは、いくつかの波長λ 1，λ
2，．．．λ nの光信号チャンネルを伝達し、中継ファ
イバから１つの波長チャンネルを引き出したり、中継フ
ァイバ上に１つの波長チャンネルを付加したりするのが
望ましい。このような広範囲のさまざまなデバイスが、
光サーキュレーターとファイバ回折格子を相互接続する
ことにより作られる。典型的には、回折格子で反射され
るチャンネルは、中継ファイバに対して落とされたり付
加されたりする。ここに説明される回折格子は、チャン
ネルが落とされたり付加されたりする回折格子における
選択を可能にする。一連の２安定可変回折格子は、一対
のサーキュレーターの間に配置することができ、これら
の回折格子の波長はチャンネル間波長に位置する。波長
の半チャンネルシフトに望まれる回折格子の作動は、隣
接通信チャンネルを削除したり付加したりする。
【００４６】図１に戻って参照すると、光ルーター部１
５０と光コンバイナー１５１の間に相互接続用光ファイ
バ１２５〜１２８に沿って配置された磁気的に制御可能
なファイバ回折格子１０５は、波長毎を基準としてスイ
ッチング機能を促進する。より詳細には、多波長光信号
の個別チャンネルのルーティングは、ファイバ回折格子
１０５が、伝達モードにあるか（すなわち、特定波長の
チャンネルが回折格子を通して伝送される）、反射モー
ドにあるか（すなわち、特定波長のチャンネルが反射さ
れる）に基づいて、相互接続用光ファイバ１２５〜１２
８に沿って制御される。
【００４７】ＩＩＩ．スイッチの他の実施例 図８（ａ）は、本発明の原理による２×２光スイッチの
他の実施例を示す。図１に示される実施例と同様に、光
スイッチ２００は、光ルーター部２７０および光コンバ
イナー部２７１からなる。光ルーター部２７０は、光カ
ップラ２０１および２０２を含み、多波長光入力信号Ｉ
1 およびＩ2 を分配する。光コンバイナー部２７１は、
光カップラ２０３および２０４を含み、多波長光信号を
合成し、出力信号Ｏ1 およびＯ2 として出力する。より
詳細には、光カップラ２０１および２０２は、それぞ
れ、多波長入力信号Ｉ1 およびＩ2 を受信し、光カップ
ラ２０３および２０４は、それぞれ、多波長光出力信号
Ｏ1 およびＯ2 を供給する。光カップラ２０１〜２０４
は、受動光カップラ、たとえば技術上周知の受動スター
カップラ、または光エネルギーを結合できる何か他の知
られているデバイスからなる。説明を簡単にするため
に、以後、スターカップラ２０１〜２０４について述べ
る。
【００４８】スターカップラ２０１〜２０４は、その中
に配置された波長選択素子２１０を含む相互接続用光フ
ァイバ２０５〜２０８を介して互いに接続される。波長
選択素子２１０は、技術上周知の可変ファイバ ブラッ
グ回折格子または何か他の知られている波長選択フィル
タからなる。説明を簡単にするために、以下、ファイバ
回折格子２１０について述べる。図示のように、光ファ
イバ２０５はファイバ回折格子２１０Ａを含み、光ファ
イバ２０６はファイバ回折格子２１０Ｂを含み、光ファ
イバ２０７はファイバ回折格子２１０Ｃを含み、光ファ
イバ２０８はファイバ回折格子２１０Ｄを含む。図示の
ように、スターカップラ２０１は、波長選択光ファイバ
２０５を介する貫通パスによりスターカップラ２０３に
接続される。スターカップラ２０１は、光ファイバ２０
６を介する交差パスによりスターカップラ２０４に接続
される。同様に、スターカップラ２０２は、波長選択光
ファイバ２０８を介する貫通パスによりスターカップラ
２０４に接続される。また、スターカップラ２０２は、
光ファイバ２０７を介する交差パスによりスターカップ
ラ２０３に接続される。
【００４９】図８（ａ）に示されるように、任意の光ア
イソレータ２２０も、スターカップラの選択された入力
および出力ポートに接続され、たとえば、いくつかの構
成要素を傷つけることがある光信号の逆散乱すなわち反
射に対して保護する。したがって、任意の光アイソレー
タ２２０は、不必要な反射（たとえば、逆伝播信号）か
らの干渉を軽減するために使用される。
【００５０】スターカップラ２０１および２０２は１×
２カップラとすることができ、それにより、入力として
受信した光信号は、全出力に分配される。スターカップ
ラ２０３および２０４は２×１カップラであり、それに
より、１つの出力は、全入力を合成して形成される。ス
ターカップラの動作は周知である。たとえば、１×Ｍ光
カップラは、そのＭ個の出力ポートの各々に多波長光信
号等の１つの入力を平等に分配する。図８Ａに示される
実施例は、１×２および２×１スターカップラを使用し
ているが、本発明の原理は、どんなサイズのスターカッ
プラにも適用できることが注目されるべきである。した
がって、ここに示され説明される実施例は、例示であ
り、制限されないものであることを意味する。たとえ
ば、以下にもっと詳細に説明されるように、どんなサイ
ズのクロスコネクトも、光ルーター部２７０が一方のス
テージ（信号をルーティングする）に相当しかつ光コン
バイナー部２７１が他方のステージ（信号を合成する）
に相当する、本発明の原理による基本的な２ステージク
ロスコネクト構成を使用して実現できる。その結果、こ
の構成は、スイッチ構造の多ステージを要する従来の配
置より複雑でなくかつ安価である。
【００５１】再び図８（ａ）を参照すると、スターカッ
プラ２０１の各出力ポートは、全多波長光信号Ｉ1 （す
なわち、全波長λ1 乃至λn ）の光エネルギーの一部を
伝達し、スターカップラ２０２の各出力ポートは、全多
波長光信号Ｉ2 （すなわち、全波長λ1 乃至λn ）の光
エネルギーの一部を伝達する。したがって、多波長光入
力信号Ｉ1 は、スターカップラ２０１を介して波長選択
光ファイバ２０５および２０６の両方に伝達され、入力
信号Ｉ2 は、スターカップラ２０２を介して波長選択光
ファイバ２０７および２０８の両方に伝達される。
【００５２】全多波長信号は、対応するスターカップラ
の全出力に伝達されるので、ファイバ回折格子２１０
は、スターカップラ２０１〜２０４を相互接続する波長
選択光ファイバの全部に配置される。ファイバ回折格子
２１０は、特定波長の選択されたチャンネルがスターカ
ップラ２０１〜２０４間を相互接続する光ファイバ２０
５〜２０８に適切なものとして伝達されたり反射された
りするように、各パスに必要とされる。図８（ａ）に示
される特定の実施例において、ファイバ回折格子２１０
は、多波長光信号Ｉ1 およびＩ2 から特定波長の選択さ
れたチャンネルを通すように調整される帯域通過フィル
タとして動作することができる。たとえば、ファイバ回
折格子２１０Ａは、スターカップラ２０１からスターカ
ップラ２０３へ選択された波長のみを通すように調整す
ることができる。同様に、ファイバ回折格子２１０Ｂ
は、スターカップラ２０１からスターカップラ２０３へ
他の選択された波長を通すように調整することができ
る。また、ファイバ回折格子２１０Ｃおよび２１０Ｄ
も、望み通りの選択された波長を通すように適当に調整
することができる。
【００５３】動作時、光スイッチ２００は、スターカッ
プラが光サーキュラーに対抗するものとして使用される
点で、光スイッチ１００（図１）と異なる。より詳細に
は、各々が特定波長を有する個別チャンネルからなる多
波長光信号が、光ルーター部２７０におけるスターカッ
プラ２０１の入力Ｉ1 として供給される。スターカップ
ラ２０１は、全多波長光信号（すなわち、波長λ1 乃至
λn を有する全チャンネル）を波長選択光ファイバ２０
５および２０６に伝達すなわちルーティングする。ファ
イバ回折格子２１０Ａの伝達帯域内にある波長を有する
これらの個別チャンネルは、“スルー"接続としてスタ
ーカップラ２０３へ伝送される。この“スルー"ルーテ
ィングは、クロスバースイッチのバー状態と同じ機能に
なる。ファイバ回折格子２１０Ａの反射帯域内にある波
長を有するこれらの波長チャンネルは、スターカップラ
２０１に反射される。同様に、ファイバ回折格子２１０
Ｂの伝達帯域内にある波長を有するこれらの個別チャン
ネルは、波長選択光ファイバ２０６を介してスターカッ
プラ２０４へ伝送される。スターカップラ２１０および
２０４間のこのクロスコネクションルーティングスル
ー"ルーティングは、クロスバースイッチのクロス状態
と同じ機能になる。ファイバ回折格子２１０Ｂの反射帯
域内にある波長を有するこれらのチャンネルは、スター
カップラ２０１に反射される。同じ動作原理が、スター
カップラ２０２に入る光信号Ｉ2 にも適用されるが、簡
潔にするため、ここでは繰り返して述べない。
【００５４】光コンバイナー部２７１において、スター
カップラ２０３は、スターカップラ２０１から光ファイ
バ２０５に沿った“スルー"パスにルーティングされる
特定波長の個別チャンネルを受信する。また、スターカ
ップラ２０３は、スターカップラ２０２から光ファイバ
２０７に沿った“クロスコネクション"パスにルーティ
ングされる特定波長の個別チャンネルも受信する。スタ
ーカップラ２０３は、その全入力から異なる波長の個別
チャンネルを合成し、合成した多波長光信号を出力Ｏ1
として供給する。同じ動作原理が、スターカップラ２０
４にも適用されるが、簡潔にするため、ここでは繰り返
して述べない。要するに、出力信号Ｏ1は、入力信号Ｉ1
とからの個別チャンネル（“スルー"チャンネル）ばか
りでなく入力信号Ｉ2とからの個別チャンネル（“クロ
スコネクト"チャンネル）も含むことができる。
【００５５】図８（ｂ）は、多波長光信号Ｉ1 が２つの
個別チャンネル（波長λ1 およびλ 2 ）を含むと共に、
多波長光信号Ｉ2 が２つの個別チャンネル（波長λ3 お
よびλ4 ）を含む、光スイッチ２００の動作の特定例の
略図を示す。図示のように、出力信号Ｏ1 として波長チ
ャンネルλ1 およびλ3 を含むと共に、出力信号Ｏ2と
して波長チャンネルλ2 およびλ4 を含むのが望ましい
クロスコネクト状況を仮定する。したがって、光スイッ
チ（図８（ａ））は、ファイバ回折格子２１０Ａがλ1
に関して伝達性になり、λ2 に関して反射性になるよう
に構成される。ファイバ回折格子２１０Ｂは、λ2 に関
して伝達性になり、λ1 に関して反射性になる。同様
に、ファイバ回折格子２１０Ｃは、λ3 に関して伝達性
になり、λ 4 に関して反射性になり、ファイバ回折格子
２１０Ｄは、λ4 に関して伝達性になり、λ3 に関して
反射性になる。
【外２】
【００５６】上述の説明の観点で、ファイバ回折格子２
１０Ａ〜２１０Ｄは、光ルーター部２７０に関して多波
長光信号内の個別波長チャンネルのルーティング（たと
えば、伝達、分配等）を促進するのに使用されることが
わかる。また、同じ回折格子２１０Ａ〜２１０Ｄは、光
コンバイナー部２７１に関して多波長光信号内の個別波
長チャンネルの合成（たとえば、多重化、結合等）を促
進するのにも使用される。したがって、スターカップラ
２０１〜２０４を相互接続する波長選択光ファイバ２０
５〜２０８の各々の中に可変ファイバ回折格子２１０を
含めることにより、光スイッチ２００は、非常に融通性
のあるは中お洗濯クロスコネクト能力を提供する。
【００５７】本発明の他の態様によれば、図８（ａ）
は、波長選択局部付加／削除能力を提供するためのスタ
ーカップラ２０１〜２０４の前使用されていないポート
の使用を示す。図示のように、前使用されていない入力
ポート２５０は、特定波長の個別チャンネルを多波長光
信号に付加するためにスターカップラ２０１および２０
２で使用することができる。同様に、前使用されていな
い出力ポート２６０は、多波長光信号から特定波長を有
する個別チャンネルを削除するためにスターカップラ２
０３および２０４で使用することができる。
【００５８】動作時、図８（ａ）に示される実施例によ
るスターカップラを用いた削除機能は、落とされるべき
望みの波長チャンネルをろ波するために、フィルタや他
の波長選択素子等の付加構成要素を必要とすることがあ
る。たとえば、λ1 に対して伝達性になるだけの波長選
択フィルタは、多波長光信号から波長チャンネルλ1だ
けを削除するために、削除パス２６０に必要となる。ま
た、図８（ａ）に示される付加／削除構成は、例示的な
ものであることを意味するだけであるが注目される。こ
のように、当業者は、スターカップラ２０１〜２０４の
利用可能なポートのどんな組み合わせも、望み通りに付
加または削除パスに使用することができることがわか
る。単なる例として、スターカップラ２０１および２０
２は、ポートの利用可能性に依存して削除機能を支援す
ることもできる。
【００５９】スターカップラの設計融通性とファイバ回
折格子の波長選択能力の利点を得ることにより、プログ
ラム可能な付加／削除能力は、基本スイッチ構造を変え
ることなく拡張することができる。特に、付加／削除能
力は、スターカップラが後で使用するために追加のポー
トを持つように設計できるという点で拡張可能であり、
ファイバ回折格子が選択された波長チャンネルを削除し
たり付加したりするように調整または相応しくプログラ
ムすることができるという点でプログラム可能になって
いる。
【００６０】図９は、Ｋ×Ｍ光クロスコネクト配置３０
０を示す。以下に述べることを除いては、２×２光スイ
ッチ２００（図９Ａ）について前述した動作原理が、こ
こで説明されるＫ×Ｍ光クロスコネクト配置３００に同
様に適用する。
【００６１】要約すると、光クロスコネクト配置３００
は、入力として、各々が異なる波長の個別チャンネルを
有するＫ個の多波長光信号を受信し、Ｋ個のクロスコネ
クト入力とＭ個のクロスコネクト出力間で多波長光信号
の個別チャンネルをルーティングし、出力として、Ｍ個
の多波長光信号を供給する。光クロスコネクト配置３０
０は、光ルーター部３４０および光コンバイナー部３４
１からなる。光ルーター部３４０は、光カップラ３１０
を含み、Ｋ個のクロスコネクト入力ポート３０５から受
信した多波長光信号Ｉ1 ，Ｉ2 乃至ＩK を分配する。光
コンバイナー部３４１は、光カップラ３２０を含み、多
波長光信号を合成し、これらをＭ個のクロスコネクト出
力ポート３１５から出力Ｏ1 ，Ｏ2 乃至ＯM として供給
する。ファイバ回折格子３３０は、光ルーター部３４０
と光コンバイナー部３４１間の多波長光信号の個別チャ
ンネルのルーティングを促進するために、相互接続光フ
ァイバ３２５に沿って備えられている。
【００６２】図９の例示を簡単にするために、入力Ｉ
1 ，Ｉ2 およびＩK と出力Ｏ1 ，Ｏ2およびＯM のみが
示されており、入力Ｉ3 乃至ＩK-1 と出力Ｏ3 乃至Ｏ
M-1 は省略されている。さらに、各々の入力および出力
信号は、説明を簡単にするため、Σで表される同一波長
群を含むように示されているが、容易に異なる波長群に
することができる。
【００６３】Ｋ個のクロスコネクト入力ポート３０５
は、多波長光入力信号Ｉ1 ，Ｉ2 乃至ＩK を受信するた
めに入力光ファイバ３０１〜３０３に接続される。入力
光カップラ３１０は、ここでは１個の入力ポートとＭ個
の出力ポートを有する１×Ｍスターカップラとして示さ
れており、光ルーター部３４０のクロスコネクト入力ポ
ート３０５の各々と関連付けられている。各入力光カッ
プラ３１０は、その１個の入力ポートからそのＭ個の出
力ポートへ多波長光信号を分配することができる。光ク
ロスコネクト配置３００の光コンバイナー部３４１にお
いて、複数のクロスコネクト出力ポート３１５は出力光
ファイバ３５０〜３５２に接続され、出力光ファイバ３
５０〜３５２は、ルーティングされた多波長光信号を伝
達する。出力光カップラ３２０は、ここではＫ個の入力
ポートと１個の出力ポートを有するＫ×１スターカップ
ラとして示されており、クロスコネクト出力ポート３１
５の各々と関連付けられている。各出力光カップラ３２
０は、その入力ポートの全部から受信した個々の波長チ
ャンネルを合成することができる。
【００６４】入力光カップラ３１０と出力光カップラ３
２０は、相互接続用波長選択光ファイバ３２５を介して
互いに接続される。波長選択光ファイバ３２５は、他の
実施例について前述したのと同じ仕方で多波長光信号の
個別波長チャンネルのいずれかを伝達したり反射したり
するための可変ファイバ回折格子等の波長選択素子３３
０を含む。相互接続用波長選択光ファイバ３２５は、多
波長光入力信号Ｉ1 ，Ｉ2 乃至ＩK のどれかが、非遮蔽
を基本としてクロスコネクト出力ポート３１５のどれか
にルーティングされるのを許す、十分に接続可能なスイ
ッチ構造を提供する。
【００６５】前の実施例について説明されたのと同じ仕
方で、ファイバ回折格子３３０は、光ルーター部３４０
と共に多波長光信号内の個別波長チャンネルのルーティ
ング（たとえば、伝達、分配等）を促進するために使用
される。また、同じファイバ回折格子３３０が、光コン
バイナー部３４１と共に多波長光信号内の個別波長チャ
ンネルの合成（たとえば、多重化、結合等）を促進する
ために使用される。したがって、１０および３２０を相
互接続する波長選択光ファイバ３２５の各々内に可変フ
ァイバ回折格子３３０を含めることにより、光クロスコ
ネクト配置３００は、非常に融通性のある波長選択クロ
スコネクト能力を提供する。
【００６６】図９に示されるように、Ｋ×Ｍスイッチ構
造について、光ルーター部３４０と光コンバイナー部３
４１を相互接続するＫ−Ｍ波長選択光ファイバ３２５が
ある。ここで、Ｋはクロスコネクト入力ポート３０５の
数を表し、Ｍは、クロスコネクト出力ポート３１５の数
を表す。Ｋ＝Ｍの場合は、図９は、同数の入力および出
力ポートをゆうする対称的なスイッチを示す。その結
果、図９の配置に基づく３×３クロスコネクトについ
て、９個の波長選択光ファイバの全体に関して、各入力
光カップラ３１０と各出力光カップラ３２０間に３本の
波長選択光ファイバ３２５がある。しかしながら、Ｋ＝
Ｍの方形スイッチマトリクスであろうとＫ≠Ｍの非方形
スイッチマトリクスであろうと、どんなサイズのクロス
コネクト配置も、本発明を実現するために使用すること
ができることが注目されるべきである。重要なことに、
図９に示される実施例は、光ルーター部３４０が一方の
ステージ（Ｋ個の多波長光入力信号を受信してルーティ
ングする）に相当すると共に、光コンバイナー部３４１
が他方のステージ（Ｍ個の多波長光出力信号を合成して
供給する）に相当する、本発明の原理による基本的な２
ステージクロスコネクト構成を用いていずれかのサイズ
のクロスコネクトがどのように実現できるのかを示して
いる。示されているように、このクロスコネクト構成
は、信号をルーティングするためにスイッチ構造の複数
ステージを使用する従来の配置より安価であり、複雑で
はない。
【００６７】また、可変ファイバ回折格子３３０の数
は、クロスコネクト配置ばかりでなく、特定のファイバ
回折格子設計の実行によっても変わることがある。たと
えば、Ｎ個の波長の各々に対して、別々の可変ファイバ
回折格子３３０を用いることができ、あるいは、Ｎ個の
波長の１つ以上を通したり反射したりするために、１個
の可変ファイバ回折格子３３０を用いることができる。
さらに、波長選択光ファイバ３２５は、たとえば、ゲイ
ン平坦化等の他の目的用の他のファイバ回折格子を含む
ことができる。各可変ファイバ回折格子３３０がＮ個の
波長チャンネルの１つに対応する例を用いると、Ｎ個の
波長チャンネルを有する多波長光信号の個別チャンネル
のスイッチングを実行するのに必要なファイバ回折格子
３３０の数は、Ｋ・Ｍ・Ｎである。たとえば、３×３ク
ロスコネクトを使用する４波長システムでは、すなわ
ち、Ｋ＝Ｍ＝３かつＮ＝４では、９本の波長選択光ファ
イバの全体に対して、各入力光カップラ３１０と各出力
光カップラ３２０間に３本の波長選択光ファイバ３２５
がある。各パスは、４つの波長の各々を反射／通過させ
ることができなければならないので、３６個の磁気可変
ファイバ回折格子が必要とされる。また、上述の実施例
の他の修正または変形が、本発明の正信および範囲から
逸脱することなく可能である。
【００６８】クロスコネクトスイッチ構造が大きい場
合、すなわち、Ｋ・Ｍが大きい場合は、信号が光カップ
ラで分配されたり合成されたりするときに生じることが
ある挿入および他の損失を補償するために、増幅が必要
とされることがある。多くの異なる増幅方式を、本発明
の教示と共に使用することができる。たとえば、種々の
半導体光増幅器および光ファイバ増幅器使用することが
できる。ファイバ増幅器、特にエルビウムドープ式ファ
イバ増幅器の使用が技術上周知であり、以下に説明され
る例で使用される。エルビウムドープ式ファイバ増幅器
は，本発明における増幅を改善するのに特に良く適して
おり、ここで説明されるが、他の適切な希土類元素、た
とえば、プラセオジミウム、ネオジム等も使用すること
ができることが注目されるべきである。
【００６９】本発明の原理によれば、光ファイバ増幅
は、多くの異なる形態を使用して組み込むことができ
る。たとえば、光ファイバ増幅器（図示しない）は、光
ルーター部３４０の入力光カップラ３１０の前または光
コンバイナー部３４１の出力光カップラ３２０の後に配
置することができる。かけがえとして、光ファイバ増幅
器（図示しない）は、参照によりここに含まれる１９９
６年１２月３１日出願の我々の同時係属米国出願第０８
／７７７，８９０号に説明されているものと同じよう
に、波長選択光ファイバ３２５内に分散することができ
る。さらに他の形態では、光ファイバ増幅器（図示しな
い）は、両方共参照によりここに含まれる、両方共１９
９７年８月２９日出願の我々の同時係属米国出願第０８
／９２０，３９０号および０８／９２０３９１号に説明
されているように、波長選択光ファイバ３２５に沿って
可変ファイバ回折格子３３０と賢明に一体化することが
できる。
【００７０】図８および図９には明確に示されていない
が，それぞれファイバ回折格子２１０および３３０のう
ちの選択されたものは、多波長光信号内の個別チャンネ
ルの適切な“スルー"ルーティングまたは“クロスコネ
クト"ルーティングを促進するように制御することがで
きる。したがって、図１に関して前述した種々の制御技
術は、図８および図９に示される実施例に同様に適用す
る。
【００７１】図１０（ａ）は、光クロスコネクト配置３
００（図９）の光ルーター部３４０からの入力光カップ
ラ３１０の１つを示す。図１０（ａ）の構成は、本質的
に、Ｋ×Ｍ波長選択クロスコネクト配置のための基本的
構築ブロックである１×Ｍ波長選択光分配器に相当す
る。前述のように、各入力光カップラ３１０は、典型的
に、１つの入力信号がＭ個の出力の中で分配される受動
スターカップラ等の１×Ｍ光カップラとして構成され
る。実際上、１×Ｍスターカップラ等の１×Ｍ光カップ
ラは、典型的に、Ｍ個の入力とＭ個の出力があるよう
に、Ｍ個の光カップラを互いに連結することにより製作
される。要するに、１×Ｍ光カップラは、本質的にＭ×
Ｍ光カップラである。このように、１×Ｍ光カップラ
は、Ｍ×Ｍ光カップラの同じ損失と近い実行コストとを
有する。しかし、１×Ｍ光カップラの入力のうちの１つ
だけが、入力信号を受信するのに使用され、入力信号は
Ｍ個の出力に分配される。
【００７２】この例を基礎にして、図１０（ａ）は、前
に使用されていないポートが光カップラ３１０において
どのように使用されて追加機能を提供するかを示す。入
力光ファイバ３０１より多波長光信号を受信するクロス
コネクト入力ポート３０５に加えて、前に使用されてい
ない入力ポート４０１は、光ファイバ増幅器（図示しな
い）のためのポンプ源（図示しない）からポンプ光を供
給するのに使用することができる。また、他の前に使用
されていない入力ポートは、多波長光信号に波長チャン
ネルを付加するための局部付加ポートとして使用するこ
とができる。波長選択光ファイバ３２５を介して多波長
光信号を分配するのに使用される出力ポートに加えて、
前に使用されていない出力ポートは、同様に、個別波長
チャンネルを削除するための局部削除ポート４０３とし
て、または性能監視アプリケーション等のためのアクセ
スポート４０４として使用することができる。また、光
アイソレータ−４２０は、前述のように反射に対する保
護を必要とするこれらのアプリケーションのために示さ
れている。
【００７３】同様に、図１０（ｂ）は、光クロスコネク
ト配置３００（図９）の光コンバイナー部３２１からの
出力光カップラ３２０の１つを示す。この図１０（ｂ）
の構成は、本質的に、Ｋ×Ｍ波長選択クロスコネクト配
置の他の基本的構築ブロックであるＫ×１波長選択光コ
ンバイナーに相当する。前述のように、各出力光カップ
ラ３２０は、典型的に、１つの出力信号がＫ個の入力信
号から合成される受動スターカップラ等のＫ×１光カッ
プラとして構成される。図示のように、出力光カップラ
３２０の前に使用されていない入力および出力ポート
は、図１０（ａ）の入力光カップラ３１０について前述
したのと同じように、追加の能力を提供するのに使用す
ることができる。たとえば、光カップラ３２０は、局部
付加ポート４０５、局部削除ポート４０６、ポンプ源用
ポート４０７および性能監視用ポート４０８を含むこと
ができる。
【００７４】本発明の原理による波長選択光クロスコネ
クト配置は、どんなサイズ（すなわち、どんな数の波長
とどんな数の入力および出力）の多波長システムでも支
援できるばかりでなく、スイッチ構造の相当な変更なし
に追加のサービス要求に適応できるという点から、かな
りの設計融通性を持っている。前述のように、このクロ
スコネクト配置は、付加／削除要求に依存して動的に仕
立てることができるという拡張性の付加／削除能力も支
援している。また、このクロスコネクト配置は、分配用
途ばかりでなく削除および継続用途にも有効なものであ
る。
【００７５】ＩＶ．スイッチのパッケージ化 光ファイバ回折格子の性能は、周囲温度が変化すると変
化することが知られている。たとえば、１９９７年１２
月２日にディー・エイ・フレミング（D.A.Fleming ）等
に発行された米国特許第５，６９４，５０３号を参照さ
れたい。ブラッグ回折格子では、ｎeff およびΛは共に
温度依存性であり、シリカベースのファイバにおける回
折格子の温度依存性は、典型的に、λ＝１５５０ｎｍに
対して約＋０．０１１５ｎｍ／℃になる。反射波長の温
度誘導シフトは、典型的に、主に温度によるｎeff の辺
かに起因している。Λの熱膨張誘導変化は、従来のＳｉ
Ｏ 2 ベースのファイバーにおける回折格子の温度依存性
のわずかな部分のみに原因がある。光ネットワーク化に
おける波長選択光クロスコネクトシステムの信頼性およ
び反復性を保証するために、周囲温度の変化によって生
じるような性能の変化の可能性は、最小限にされるかま
たはなくされるべきである。本発明では、さらなる実施
例が、クロスコネクトシステムを本質的に周囲温度変化
に無関係にするために組み込まれる。この目的のため
に、以下の３つの方法が使用される。
【００７６】１）周囲温度の変化をなくすることを保証
するデバイスシステムパッケージ化…これに関しては、
図１１（ａ）に示されるように、磁気制御可能な回折格
子はすべて、たとえば摂氏４０度の固定温度で動作する
１個の一定温度オーブン１３０の内部に都合良くパッケ
ージされる。あるいは、図１１ｂに示されるように、光
クロスコネクトシステム全体をオーブン１３０内に配置
することができる．かけがえとして、全ての回折格子ま
たはクロスコネクトシステムは、どんな望ましい温度、
たとえば摂氏零度でも維持することができるように、熱
電冷却器（L.A.Johnson, Lasers and Optoelectronics,
April, 1988, p.109や、J.R.Hobbs, Laser Focus Worl
d, February, 1993, P.117による記事を参照）と接触し
てまたは近接してパッケージ化することができる。温度
帰還と関連温度調整メカニズムの使用は、都合良く組み
込むことができる。
【００７７】２）周囲温度変化の影響を受けた場合に磁
気的に調整される回折格子波長の状態に基づく帰還を提
供し、波長を光チャンネル通過または排除のための正し
い値に自動的に補正するデバイスシステムパッケージ
化。適当な回折格子ソレノイド中で必要な磁気パルス動
作を行う信号帰還システムと共に光スペクトラムアナラ
イザーまたはスペクトラルタップデバイスと、任意的に
温度センサとを使用することができる。このような帰還
システムの利点は、温度依存波長ドリフトばかりでな
く，たとえば機械的衝撃、エポキシ樹脂等のパッケージ
用接合材料のクリープ変形で生じる全ての望ましくない
波長ドリフトの補正を提供することである。
【００７８】３）磁気可変回折格子構造における自動
（受動）温度補償を提供するデバイスパッケージ化。回
折格子の温度上昇は、主にｎeff の温度依存増加に起因
するブラッグ波長λの増加になるので、回折格子周期数
Λを減らして、その効果を補償し、λを温度依存させる
ことが必要である。これは、たとえば、ファイバ回折格
子を最初に予め応力を与えておくことにより、たとえば
張力により、または、磁気的に変形調整された状態に
し、次いで、周囲温度が上昇するにつれて本質的に比例
して張力を緩んだ状態になるようにせしめることにより
（もしくは、温度が下降するにつれて張力をもっと強く
せしめることにより）達成される。ゲルマニウムドープ
されたコアを有する典型的なシリカベースの光ファイバ
回折格子に関して、温度に不感のブラッグ波長を維持す
るために加熱に基づいて必要な寝付収縮変形の程度は、
１００℃の温度変化に対して約９００×１０-6、すなわ
ち、約−９×１０-6／℃の有効ＣＴＥになる。
【００７９】受動温度補償能力を可変回折格子（連続的
かつ２安定の形態）に与える本発明は、以下の４タイプ
のメカニズムに基づいている。すなわち、（ｉ）ファイ
バ回折格子における引張り力を減らし、回折格子の共振
波長の温度誘導増加を消すように特別に選ばれたＣＴＥ
を有する１つ以上の構成要素を介して可動磁石にファイ
バ回折格子を取り付ける、（ｉｉ）たとえば、磁気構成
要素の１つが取り付けられる支持フレームの熱膨張によ
る、合わせた磁極間の磁気ギャップの温度誘導増加を利
用し、それに伴って磁力を軽減し、したがってファイバ
回折格子の弾性変形の度合いを軽減する、（ｉｉｉ）そ
の熱膨張を利用することによる伸張および変形軽減装置
のような、ファイバ回折格子を案内管に取り付けるため
の少なくとも１つの細長い部材を組み込み、取り付けら
れた回折格子の熱変形を軽減する、（ｉｖ）固有熱散乱
損失によるか、または漏洩磁束を増やして磁極ギャップ
の磁束を減らすように熱膨張ギャップ材料を組み込むこ
とによるかのどちらかによる、プログラム可能な磁石の
磁力の温度誘導損失を利用して、磁気引力を軽減し、し
たがって回折格子の温度誘導引張り力を軽減する。
【００８０】一例として、２安定回折格子構造（２つの
固定回折格子波長を磁気的に切り替えできるもの）を受
動的に温度補償するパッケージ化は、図１２（ａ）に概
略的に示される。ここでは、負ＣＴＥ部材２０が、ファ
イバ回折格子２２と可動磁石２４（その磁化でプログラ
ム可能かつラッチ可能なもの）の間に挿入され接合され
る。温度補償パッケージは、その長さが加熱により収縮
する、すなわち、正味の負の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有
する構造または構造の構成要素を含める必要がある。し
たがって、このような負のＣＴＥ値を有する材料または
組み立て構造が、波長可変ファイバ回折格子における温
度補償部材として望まれる。望ましい負ＣＴＥ材料の例
は、たとえばＺｒＰ2 Ｏ7 ，ＺｒＶ2-x Ｐx Ｏ7 および
ＺｒＷ2Ｏ8 等のセラミック材料（C.Martinek et al.,
J. Am. Ceram. Soc., Vol. 51,p. 227, 1968や、T.A.Ma
ry et al., Science, Vol. 272, p. 9, 1995や、V.Kort
huis et al., Chem. of Materials, Vol. 7, p. 412, 1
995による記事を参照されたい）を含む。また、これら
は、Ｎｉ−Ｔｉ合金（４８〜６４ｗｔ％Ｎｉ），Ｃｕ−
Ａｌ−Ｚｎ合金（１〜１０％Ａｌ，２０〜４０％Ｚｎ，
ｂａｌ．Ｃｕ），Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金（１０〜２０％
Ａｌ，１〜５％Ｎｉ，ｂａｌ．Ｃｕ），Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓ
ｉ合金（３０〜４０％Ｚｎ，０．５〜１．５％Ｓｉ，ｂ
ａｌ．Ｃｕ），Ｃｕ−Ｓｎ合金（２０〜３０％Ｓｎ，ｂ
ａｌ．Ｃｕ）等の負ＣＴＥ金属材料（１９９７年１０月
２７日にディー・エイ・フレミング（D.A.Fleming ）に
より出願された米国特許出願第０８／９５７，９５３号
参照）も説明している。金属、セラミックまたは複合材
料の材料化学現象および加工を制御して、望ましいレベ
ルの負ＣＴＥを得ることができる。
【００８１】図１２（ａ）のデバイスの温度補償効果
は、次の方法で得られる。可動磁石が、図１２（ａ）の
ような右側の磁石２５に対する右側位置に切り替えられ
ると、温度効果は、２つの主要因、すなわち、回折格子
における温度誘導波長増加と負ＣＴＥ部材の熱収縮で決
定される。また、（可動磁石の長さのわずかな部分と、
永久磁石の短い長さと、台座２８からなる）２つの右側
接合間のわずかな間隔は、熱膨張の一因となるが、その
影響はわずかであり、負ＣＴＥ部材の長さまたはＣＴＥ
を調整することにより容易に達成することができる。負
ＣＴＥを約−９ｐｐｍ／℃の望ましい値に合わせること
によって、受動温度補償効果が実現される。
【００８２】次に、図１２（ａ）のデバイスが、図１２
（ｂ）に示されるより高い波長に切り替えられると、可
動磁石は、左側の永久磁石に磁気的にくっつく。この状
態では、プログラム可能な磁石と支持フレームの両方の
熱膨張が、温度効果に関与しており、引張り力と回折格
子波長に影響を及ぼす。本発明は、プログラム可能な磁
石２４と支持フレーム２６のＣＴＥ合わせ（他の小さな
構成要素、長さの差等を合わせるためのわずかな調整を
伴う）の使用を要する。この場合には、ジグザグに配置
されたプログラム可能な磁石と支持フレームに起因する
熱膨張効果が相殺される。１個の負ＣＴＥ部材に代え
て、コンパクトなジグザグ形態に配置された３個の正ま
たはゼロＣＴＥ材料からなる負ＣＴＥ複合物は、図１２
の１個の負ＣＴＥ部材と置換できる。第３の直線本体上
に取り付けられた平行形態の２個の直線本体の異なるＣ
ＴＥを利用することにより、加熱による有効熱収縮が得
られる。
【００８３】上述の特定の実施例は、本発明の単なる例
示であり、種々の修正が、本発明の精神および範囲から
逸脱することなく当業者により行なわれ得ることがわか
る。たとえば、リチウム ニオブ酸塩、シリコン光ベン
チ、半導体システム等を含むがこれらに限らない前述の
実施例を実行するために使用することができるいくつか
の適切な材料システムがあることが注目されるべきであ
る。これらの例は、例示であり制限されないので、実施
例の種々の修正が、本発明の教示により企図される。し
たがって、本発明の範囲は、付随の請求項によってのみ
制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理による２×２波長選択光スイッチ
の一実施例を示す図である。
【図２】波長のいくつかの値で連続的に調整可能かつラ
ッチ可能な、磁気可変ファイバ回折格子デバイスの一例
を概略的に示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、方形のＭ対Ｈヒ
ステリシスループ、最適に曲がったＭ対Ｈヒステリシス
ループおよび過度に曲がったＭ対Ｈヒステリシスループ
を示す図である。
【図４】異なる強度のパルス化磁界を用いた連続的に可
変ファイバ回折格子で得られるラッチされた波長シフト
の実験データを示す図である。
【図５】二安定の磁気可変ファイバ回折格子デバイスの
略図である。
【図６】反対符号の磁界を用いた二安定の磁気可変デバ
イスで繰り返し得られる２つの波長の実験データを示す
図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、回折格子を含むファイ
バの磁気的に制御されるたわみを用いることによりファ
イバ回折格子に変形の影響を与えるデバイス構造の変形
例を示す図である。
【図８】本発明の原理による２×２波長選択光スイッチ
の他の実施例を示す図である。
【図９】図２Ａに示される２×２波長選択光スイッチの
動作の一例を示す簡易線図である。
【図１０】本発明の原理によるＫ×Ｍ波長選択光クロス
コネクト配置の一実施例を示す図である。
【図１１】図３のＫ×Ｍ波長選択光クロスコネクト配置
の１×Ｍ波長選択光ルーター部を示す図である。
【図１２】図３のＫ×Ｍ波長選択光クロスコネクト配置
のＫ×１波長選択光コンバイナー部を示す図である。
【図１３】（ａ）磁気的に制御可能な回折格子または
（ｂ）光クロスコネクトシステム全体を、１つの一定温
度オーブン内にパッケージ化することにより、周囲温度
変動に対して安定化するための、簡単かつ低コストで実
際的な方法を示す図である。
【図１４】（ａ）磁気的に制御可能な回折格子または
（ｂ）光クロスコネクトシステム全体を、１つの一定温
度オーブン内にパッケージ化することにより、周囲温度
変動に対して安定化するための、簡単かつ低コストで実
際的な方法を示す図である。
【図１５】（ａ）〜（ｂ）は、負熱膨張素子を組み込む
ことにより温度不感にされた、二安定の磁気可変回折格
子の略図を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サンギョー ジン アメリカ合衆国 07946 ニュージャーシ ィ，ミリントン，スカイライン ドライヴ 145 (72)発明者 ウェイン ハーヴェイ ノックス アメリカ合衆国 07733 ニュージャーシ ィ，ホルムデル，クラウフォーズ コーナ ー ロード 165 (72)発明者 ハレーシュ マヴォーリ アメリカ合衆国 08854 ニュージャーシ ィ，ピスカッタウェイ，プリーザントヴュ ー ドライヴ 245−ビー

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多波長光信号を受信するための複数の入
    力ポートと，光スイッチからの出力として多波長光信号
    を供給するための複数の出力ポートを含む制御可能な波
    長選択光クロスコネクトスイッチであって、各多波長光
    信号が複数のチャンネルを含み、チャンネルが特定の波
    長と関連している光クロスコネクトスイッチにおいて、 複数の入力ポートに接続され、入力ポートから多波長光
    信号を分配する光ルーター部と、 複数の出力ポートに接続され、多波長光信号を合成する
    光コンバイナー部と、 光ルーター部と光コンバイナー部を相互接続する複数の
    光ファイバとからなり、光ファイバのうちの選択された
    光ファイバは、複数のチャンネルの中のいずれかのチャ
    ンネルを、複数の入力ポートの中のいずれかの入力ポー
    トから複数の出力ポートの中のいずれかの出力ポートへ
    供給できるように、複数のチャンネルの中のいずれかの
    チャンネルを通したり反射したりすることができる、波
    長選択でき磁気的に調整可能なファイバ回折格子を含む
    光クロスコネクトスイッチ。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の光クロスコネクトスイッ
    チにおいて、波長選択構成要素は、その波長が磁気的に
    変更可能なファイバブラッグ回折格子からなる光クロス
    コネクトスイッチ。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の光クロスコネクトスイッ
    チにおいて、調整は、隣接する磁極の磁力相互作用を使
    用して実行される光クロスコネクトスイッチ。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の光クロスコネクトスイッ
    チにおいて、波長選択は、作動後にラッチ可能であり、
    選択された波長を維持するためにさらなる電力を要しな
    い光クロスコネクトスイッチ。
  5. 【請求項５】 請求項２記載の光クロスコネクトスイッ
    チにおいて、波長選択は、望ましい磁界強度で磁気作動
    により連続的な波長スペクトラムから望ましい波長を選
    択することにより行なわれるひかりクロスコネクトスイ
    ッチ。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の光クロスコネクトスイッ
    チにおいて、波長選択は、ファイバ回折格子構造の設計
    および組み立て時に予め設定されたデジタル的に利用可
    能な波長から望ましい波長を選択することにより行なわ
    れる光クロスコネクトスイッチ。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の光クロスコネクトスイッ
    チにおいて、光ルーター部は、複数の入力光カップラを
    含み、各入力光カップラは、複数の入力ポートの中の対
    応する入力ポートと関連しており、光コンバイナー部
    は、複数の出力光カップラを含み、各出力光カップラ
    は、複数の出力ポートの中の対応する出力ポートと関連
    している光クロスコネクトスイッチ。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の光クロスコネクトスイッ
    チにおいて、複数の入力光カップラと複数の出力光カッ
    プラは、スターカップラからなる光クロスコネクトスイ
    ッチ。
  9. 【請求項９】 請求項８記載の光クロスコネクトスイッ
    チにおいて、複数の入力光カップラは各々、１×Ｍ光カ
    ップラであり、複数の出力光カップラは各々、Ｋ×１光
    カップラであり、ここで、Ｋは入力ポート数に一致する
    整数であり、Ｍは出力ポート数に一致する整数であり、
    各々の多波長光信号はＮチャンネルからなり、Ｎチャン
    ネルを有する多波長光信号は、Ｋ×Ｍクロスコネクト形
    態におけるＫ個の入力ポートとＭ個の出力ポート間でル
    ーティングされる光クロスコネクトスイッチ。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の光クロスコネクトスイ
    ッチにおいて、Ｋ＝Ｍである光クロスコネクトスイッ
    チ。
  11. 【請求項１１】 請求項１記載の光クロスコネクトスイ
    ッチにおいて、さらに、命令信号に応じて、複数のチャ
    ンネルの中のいずれかのチャンネルを反射したり通した
    りするように可変ファイバ回折格子を選択的に制御する
    コントローラを含む光クロスコネクトスイッチ。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載の光クロスコネクトス
    イッチにおいて、ファイバ回折格子は、磁気的に調整可
    能なファイバ回折格子であり、コントローラは、磁界を
    印加することによりファイバ回折格子を選択的に調整す
    る光クロスコネクトスイッチ。
  13. 【請求項１３】 請求項１１記載の光クロスコネクトス
    イッチにおいて、コントローラは、ファイバ回折格子を
    伝達動作状態と反射動作状態に選択的に切り替える光ク
    ロスコネクトスイッチ。
  14. 【請求項１４】 請求項１１記載の光クロスコネクトス
    イッチにおいて、ファイバ回折格子の中の選択された回
    折格子は、グループとして制御される光クロスコネクト
    スイッチ。
  15. 【請求項１５】 請求項１１記載の光クロスコネクトス
    イッチにおいて、各々のファイバ回折格子は、個別的に
    制御可能である光クロスコネクトスイッチ。
  16. 【請求項１６】 請求項１記載の光クロスコネクトスイ
    ッチにおいて、スイッチ性能が周囲温度に無関係になる
    ように、温度補償パッケージに収納されている光クロス
    コネクトスイッチ。
  17. 【請求項１７】 請求項１６記載の光クロスコネクトス
    イッチにおいて、周囲温度への非依存性は、光クロスコ
    ネクトを収容する少なくとも１つの一定温度オーブンを
    備えることにより達成される光クロスコネクトスイッ
    チ。
  18. 【請求項１８】 請求項１６記載の光クロスコネクトス
    イッチにおいて、周囲温度への非依存性は、クロスコネ
    クトの近傍に少なくとも１つの熱電冷却器を備えること
    により達成される光クロスコネクトスイッチ。
  19. 【請求項１９】 請求項１６記載の光クロスコネクトス
    イッチにおいて、周囲温度への非依存性は、波長検出お
    よび帰還システムを備え、磁気パルス作動により可変回
    折格子の波長を能動的に再調整することにより達成され
    る光クロスコネクトスイッチ。
  20. 【請求項２０】 請求項７記載の光クロスコネクトスイ
    ッチにおいて、複数の入力光カップラと複数の出力光カ
    ップラは各々、多波長光信号に特定波長の個別チャンネ
    ルを選択的に付加できる、前に使用されていないポート
    を含む光クロスコネクトスイッチ。
  21. 【請求項２１】 請求項７記載の光クロスコネクトスイ
    ッチにおいて、複数の入力光カップラと複数の出力光カ
    ップラは各々、多波長光信号から特定波長の個別チャン
    ネルを選択的に削除する、前に使用されていないポート
    を含む光クロスコネクトスイッチ。
  22. 【請求項２２】 請求項７記載の光クロスコネクトスイ
    ッチにおいて、さらに、複数の入力光カップラの各々に
    接続され、複数の入力光カップラの中の対応する入力光
    カップラで受信された多波長光信号を光増幅する希土類
    元素ドープ式ファイバ増幅器を含む光クロスコネクトス
    イッチ。
  23. 【請求項２３】 請求項７記載の光クロスコネクトスイ
    ッチにおいて、さらに、複数の出力光カップラの各々に
    接続され、複数の出力光カップラの中の対応する出力光
    カップラより供給された多波長光信号を光増幅する複数
    の希土類元素ドープ式ファイバ増幅器を含む光クロスコ
    ネクトスイッチ。
  24. 【請求項２４】 請求項７記載の光クロスコネクトスイ
    ッチにおいて、さらに、波長選択素子を有する複数の光
    ファイバの中の選択された光ファイバ内に結合された複
    数の希土類元素ドープ式ファイバ増幅器を含み、希土類
    元素ドープ式ファイバ増幅器は各々、複数の入力光カッ
    プラと複数の出力光カップラ間の多波長光信号を光増幅
    する光クロスコネクトスイッチ。
  25. 【請求項２５】 各々が、各チャンネルが特定の波長と
    関連している複数のチャンネルを含む多波長光信号を受
    信できる、少なくとも２つの入力方向性光転送デバイス
    と、 各々が、多波長光信号を光クロスコネクトスイッチの出
    力として供給できる、少なくとも２つの出力方向性光転
    送デバイスと、 少なくとも２つの入力方向性光転送デバイスと少なくと
    も２つの出力方向性光転送デバイスを相互接続する複数
    の光ファイバとからなり、複数の光ファイバの中の選択
    された光ファイバは、複数のチャンネルの中のいずれか
    のチャンネルを、少なくとも２つの入力方向性光転送デ
    バイスの中のいずれかの入力方向性光転送デバイスから
    少なくと２つの出力方向性光転送デバイスの中のいずれ
    かの出力方向性光転送デバイスへルーティングすること
    ができるように、複数のチャンネルの中のいずれかのチ
    ャンネルを通したり反射したりすることができる少なく
    とも１つの磁気的に制御可能な波長選択素子を含む光ク
    ロスコネクト。
  26. 【請求項２６】 請求項２５記載の光クロスコネクトに
    おいて、波長選択素子は、磁気的に調整可能かつラッチ
    可能なファイバ回折格子である光クロスコネクト。
  27. 【請求項２７】 請求項２５記載の光クロスコネクトに
    おいて、少なくとも２つの入力方向性光転送デバイスと
    少なくと２つの出力方向性光転送デバイスは各々、光サ
    ーキュレーターからなる光クロスコネクト。
  28. 【請求項２８】 請求項２５記載の光クロスコネクトに
    おいて、少なくとも２つの入力方向性光転送デバイスと
    少なくと２つの出力方向性光転送デバイスは各々、光カ
    ップラからなる光クロスコネクト。
  29. 【請求項２９】 請求項２６記載の光クロスコネクトに
    おいて、さらに、命令信号に応じて、複数のチャンネル
    の中のいずれかのチャンネルを反射したり通したりする
    ように磁気可変ファイバ回折格子を選択的に制御するコ
    ントローラを含む光クロスコネクト。
  30. 【請求項３０】 請求項２９記載の光クロスコネクトに
    おいて、ファイバ回折格子は可変ファイバ回折格子であ
    り、コントローラは、パルス磁界を印加することにより
    ファイバ回折格子を選択的に調整する光クロスコネク
    ト。
  31. 【請求項３１】 請求項２９記載の光クロスコネクトに
    おいて、コントローラは、ファイバ回折格子を伝達動作
    状態と反射動作状態に選択的に切り替える光クロスコネ
    クト。
  32. 【請求項３２】 請求項２９記載の光クロスコネクトに
    おいて、ファイバ回折格子の中の選択されたファイバ回
    折格子は、連結された配置のグループとして制御される
    光クロスコネクト。
  33. 【請求項３３】 請求項２９記載の光クロスコネクトに
    おいて、各ファイバ回折格子は、個別的に制御可能であ
    る光クロスコネクト。
  34. 【請求項３４】 請求項１６記載の光クロスコネクトに
    おいて、光クロスコネクトスイッチにおける温度依存波
    長変化は、０．５ｎｍ／１００℃以下、好適には０．０
    ５ｎｍ／１００℃以下である光クロスコネクト。
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