JP2004500722A

JP2004500722A - Multi-wavelength cross-connect optical network

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Publication number: JP2004500722A
Application number: JP2000506740A
Authority: JP
Inventors: ウー，クアン−イー; リウ，ジャン−ユー
Original assignee: コーラム　テクノロジーズ　インコーポレイティド
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 2004-01-08
Also published as: CN1274494A; AU8666898A; CA2299402A1; EP1002383A1; WO1999008403A1; EP1002383A4

Abstract

光クロスコネクト・ネットワークは、１×２波長スイッチ・アーキテクチャの組合せに基づく光波長スイッチの相互接続アレイを使用して、ＷＤＭ信号を搬送する光ファイバの２つのアレイ間の光チャネルの波長ルーチングを提供する。クロスコネクト・ネットワークは、各々が３つの１×２波長スイッチ（１１、１２、１３）を結合することで製作される１×４波長スイッチ（１０、２０）の２つのアレイを相互接続することで製作される。各１×２光波長スイッチには、入力信号を２つの直交偏光ビームに分解し空間的に分離する偏光分離素子（３）と、１対のビームを分解し、第１偏光で第１スペクトル帯を搬送し直交偏光で第２スペクトル帯を搬送する２対の直交偏光ビームにする波長フィルタ（６１）とが含まれる。偏光依存ルーチング素子（５０）はこれらの４つのビームを４つの直交偏光成分に空間的に分離する。偏光結合素子（７０）は、波長スイッチの制御状態に基づいて出力ポートで、第１スペクトル帯を搬送するビームを再結合し、かつ第２スペクトル帯を搬送するビームを再結合する。Optical cross-connect networks use an interconnected array of optical wavelength switches based on a combination of 1x2 wavelength switch architectures to provide wavelength routing of optical channels between two arrays of optical fibers carrying WDM signals. I do. The cross-connect network interconnects two arrays of 1 × 4 wavelength switches (10, 20), each made by combining three 1 × 2 wavelength switches (11, 12, 13). Be produced. Each 1 × 2 optical wavelength switch has a polarization splitting element (3) for decomposing an input signal into two orthogonally polarized beams and spatially separating them, and a pair of beams for decomposing, and a first spectral band with a first polarization. And a wavelength filter (61) for carrying two pairs of orthogonally polarized beams carrying the second spectral band with orthogonally polarized light. A polarization dependent routing element (50) spatially separates these four beams into four orthogonal polarization components. A polarization combining element (70) recombines the beam carrying the first spectral band and the beam carrying the second spectral band at the output port based on the control state of the wavelength switch.

Description

【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は一般に光通信システムに関し、特に、波長分割多重化（ＷＤＭ）光通信のための光多波長クロスコネクト・ネットワークに関する。
【０００２】
２．問題の提示
数テラビット／秒までの速度で情報を伝えることのできるＷＤＭ光通信システムは光通信開発における次の波になりつつある。現在のＷＤＭシステムでは、情報は各ＷＤＭチャネル内で光符号化され、ネットワークはポイントツーポイント・アーキテクチャを使用してリンクされる。信号のルーチングと交換は電子的に行われる（すなわち、光情報は電子形式に変換されて戻された後各ネットワーク・ノードで処理される）。データ転送速度が増大するに連れて、こうした光−電子及び電子−光変換がネットワークにとってボトルネックになりつつある。ネットワークの効率を改善し費用を低減するためには、光領域で行われるルーチングと交換が好適である。
【０００３】
従って、全光ネットワークの全国的及び国際的な研究が光ファイバ産業における現在の焦点となっている。最近の技術的雑誌である「多重波長光技術及びネットワーク」、光波技術雑誌（第１４巻、第６号、１９９６年）は全光ネットワークの現状を概観する約４０の論文を集めている。ＷＤＭネットワークの基本的ビルディングブロックとして３つの基本的ＷＤＭクロスコネクト・ネットワークが列挙された（図１に先行技術として図示されている）。最近、全光ネットワークを研究する全国的な光多重波長光ネットワーク（ＭＯＮＥＴ）共同事業体が形成された。最近の実演では、ＷＤＭ長距離テストベッド、ＷＤＭクロスコネクト・テストベッド、及び市内交換テストベッドという、３つの全光テストベッドが構成された（Ｒ．Ｃ．Ａｌｆｅｒｎｅｓｓ他、「ＭＯＮＥＴ：ニュージャージー実演ネットワークの結果」、１９９７年度光ファイバ会議、論文ＷＩ１、及び「全光テストベッドによる全国的ネットワーキングの試験」、光波（１９９７年４月））。こうしたネットワークでは、光機械空間スイッチ及びＬｎＮｂＯ_３ベース・クロスコネクト・スイッチと共にアレイ導波管回折格子を使用する波長クロスコネクト・ネットワークが使用された。欧州委員会プロジェクトによって開始されたＡＣＴＳ（高度通信技術及びサービス）プログラムといった国際的な活動は、ＷＤＭを使用するヨーロッパ横断光転送ネットワークの問題に特に取り組んでいる（Ｍ．Ｂｅｒｇｅｒ他、「波長分割多重化を使用する汎欧州光ネットワーキング」、米国電気電子学会通信雑誌、８２ページ（１９９７年４月））。ＭＯＮＥＴプロジェクトと同様のアーキテクチャが提案されているが、この欧州の活動では、波長変換技術を使用する別のアプローチも計画されている。
【０００４】
３．問題の解決
本発明は、固有の１×Ｎ波長スイッチの２つのアレイを使用して波長クロスコネクト・ネットワークを形成する。波長フィルタリングと光スイッチングは同じ装置内で達成されるので、波長クロスコネクトを行うために必要なスイッチング素子は減少し最適化される。さらに、波長スイッチは組込み相補的スペクトル特性を有しており、そこでは波長スライシング概念が使用されるので、波長衝突が回避される。
【０００５】
発明の概要
本発明は、１×２波長スイッチ・アーキテクチャの組合せに基づく光波長スイッチの相互接続アレイを使用してＷＤＭ信号を伝える光ファイバの２つのアレイ間の光チャネルの波長ルーチングのための光クロスコネクト・ネットワークを提供する。例えば、クロスコネクト・ネットワークは、各々３つの１×２波長スイッチを結合することで製作される１×４波長スイッチの２つのアレイを相互接続することで製作される。１×２波長スイッチの木構造も使用される。１×２光波長スイッチは各々、入力ＷＤＭ信号を２つの直交偏光ビームに分解し空間的に分離する第１偏光分離素子（例えば、複屈折素子）を有する。第１偏光回転子は、外部制御信号に基づいてビームの一方の偏光を選択的に回転させ、他方のビームの偏光に一致させる。波長フィルタ（例えば、積層波長板）は、第１ビームが直交偏光を有する第３及び第４ビームに分解され、第２ビームが直交偏光を有する第５及び第６ビームに分解されるような偏光依存光伝送機能を提供する。第３及び第５ビームは第１偏光の第１スペクトル帯を搬送し、第４及び第６ビームは直交偏光の第２スペクトル帯を搬送する。偏光依存ルーチング素子（例えば、第２複屈折素子）はこれらの４つのビームを空間的に分離し、２対の水平偏光及び垂直偏光成分にする。第２偏光回転子は、第３及び第５ビームと、第４及び第６ビームが直交偏光となるようにビームの偏光を回転させる。偏光結合素子（例えば、第３複屈折素子）は第３及び第５ビーム（すなわち、第１スペクトル帯）を再結合し、かつ第４及び第６ビーム（すなわち、第２スペクトル帯）を再結合し、それらは波長スイッチの制御状態に基づいて出力ポートに結合される。
【０００６】
本発明のこれらと他の利点、特徴及び目的は、以下の詳細な説明と図面を考慮するとより容易に理解されるだろう。
発明の詳細な説明
図１ａ〜図１ｃは、ＷＤＭクロスコネクト・スイッチの３つの基本スキームを例示する単純化された構成図である。図１ａは、固定Ｎ×Ｎ×Ｍ波長クロスコネクト・ネットワークである。Ｍ個の光チャネルを伝えるＮ個の光ファイバが１×Ｍ波長フィルタの第１アレイ１０に入力される。第１アレイ１０の各波長フィルタはその入力ＷＤＭ信号をＭ個の出力チャネルに分離する。第１アレイ１０の出力は、図１ａに示されるように、一定の構成でＭ×１波長フィルタの第２アレイ２０の入力ポートに相互接続される。第２アレイ２０の各波長フィルタはＭ個の入力チャネルを１つの出力に結合する。図１ａと対照的に、図１ｂは、入力及び出力アレイ１０、２０間の波長チャネルを並べ換える空間分割光スイッチ２５を使用する再構成可能なＷＤＭクロスコネクト・ネットワークの構成図である。図１ｃは、波長変換器２７を使用する波長交換クロスコネクト・ネットワークである。
【０００７】
先行技術と対照的に、本発明はユニークな１×Ｎ波長スイッチを利用してクロスコネクト・ネットワークを構成する。本発明の好適実施形態はこの１×４波長スイッチの２つのアレイを使用する。図２は、図１ｂ及び図１ｃのフィルタ１０と空間分割スイッチ２５の組合せと同等の機能特性を有する波長スイッチ１００を例示する単純化された構成図である。図３ａは、１×２波長スイッチ１１、１２及び１３を使用する１×４波長スイッチをより詳細に示す。１×２波長スイッチ１１、１２、１３は各々１つの制御ビットによって制御されるので、２つの制御状態を有する。従って、１×４波長スイッチは３つの制御ビット（Ｃ０、Ｃ１及びＣ３）を有し、その結果は８つ（２３）の異なった出力の組合せとなる。この８つの組合せは、図３ｂではそれぞれ“ａ”〜“ｈ”として示される。
【０００８】
この１×４波長スイッチが使用され、図９に例示される４×４×４λ波長クロスコネクト・ネットワークを形成する。４つの１×４波長スイッチ１００、２００の２つのアレイを図９に示されるように背中合わせに配置することで、４×４×４λ光波長クロスコネクト・ネットワークが形成される。本発明の１×４波長スイッチは本質的に双方向なので、入力ポートと出力ポートの順序を逆転し、スイッチを通じて光をどちらの方向にも伝えることができることに注意されたい。この波長クロスコネクト・ネットワークの許容される状態が図１０に示されるが、そこでは“ａ”〜“ｈ”は、２つのアレイ１００、２００の各１×４波長スイッチについて図３ｂに記載された光チャネル構成を表す。波長衝突または再結合の問題に陥ることなく、合計３２の異なった組合せが許容される。
【０００９】
別個の波長フィルタと空間クロスバー・スイッチを使用する従来の設計では、合計８つの１×４波長フィルタと１つの１６×１６クロスバー・スイッチ（または４つの４×４スイッチ）が必要である。この設計は高度に自由なルーチングを提供するが、スイッチング状態の多くは冗長であるか、または波長衝突に帰結し、状態のいくつかを不安定にすることがある。この従来の構成で使用される構成要素の合計数も本発明より多いので、波長クロスバー・ネットワークの費用が増大する。
【００１０】
１×２波長スイッチ
図４ａ及び図４ｂは、図２の１×４波長スイッチ１００の構成で使用される基本ビルディング・ブロックの１つである１×２波長スイッチ１１、１２及び１３の２つの制御状態を例示する概略図である。１×２波長スイッチ１１、１２、１３は制御ビットからの二進制御の元にあるので、２つの制御状態を有する。１×２波長スイッチは、入力ポートに印加される波長スペクトルのチャネルを分離し、２つの出力ポートのどちらを各チャネルに結合するかを決定する役目を果たす。
【００１１】
図４ａ及び図４ｂでは、太い実線は入力ＷＤＭ信号中のチャネルの全スペクトルを含む光経路を示す。細い実線は、第１スペクトル帯と名付けられるチャネルの第１部分集合を含む信号の光経路を示す。細い点線は、第２スペクトル帯と呼ばれるチャネルの第２部分集合を伝える光チャネルを示す。各部分集合は１つより多いチャネルを含むことがあり、元のＷＤＭ信号より小さい帯域幅を有するもののそれ自体ＷＤＭ信号であり得ることを理解することが重要である。各光経路はさらに、水平偏光を示す水平な両方向矢印、または垂直偏光を示す垂直な両方向矢印、またはその箇所で光信号中に水平及び垂直偏光が混合されていることを示す水平及び垂直の２つの両方向矢印によって表示される。
【００１２】
入力ＷＤＭ信号は、入力ＷＤＭ信号の水平及び垂直偏光成分を空間的に分離する第１偏光分離素子３０（例えば、複屈折素子または偏光ビームスプリッタ）に入る。複屈折材料によって光信号の垂直偏光部分は、複屈折素子３０中の正常波であるため進路を変更せずに通過する。それと対照的に、水平偏光波は、複屈折ウォークオフ効果のためある角度で方向が変えられる。この方向変化の角度は選択された個々の材料の周知の関数である。複屈折素子の構成に適した材料の例には、方解石、金紅石、ニオブ酸リチウム、ＹＶＯ_４ベースの結晶等が含まれる。水平偏光成分は、第１偏光分離素子３０中の異常信号として経路１０１に沿って移動するが、一方垂直偏光成分１０２は正常信号として移動し、空間的方向変化なしに通過する。結果として得られる信号１０１及び１０２はどちらも入力ＷＤＭ信号の全周波数スペクトルを伝える。
【００１３】
水平及び垂直偏光成分１０１及び１０２は両方とも制御ビットの制御の元で切換可能偏光回転子４０に結合される。偏光回転子４０は、相補的な状態、すなわち一方がオンになれば他方がオフになる状態を形成する２つのサブエレメント回転子からなる。回転子４０は信号１０１または１０２の何れかの偏光状態を所定の量だけ選択的に回転させる。好適実施形態では、回転子４０は信号を０°（すなわち、回転なし）または９０°回転させる。例えば、偏光回転子４０は、ねじれ型ネマチック液晶回転子、強誘電体液晶回転子、パイセル・ベース液晶回転子、磁気光学ベース・ファラデー回転子、音響光学または電気光学ベース偏光回転子である。液晶技術に基づく市販の回転子が好適であるが、個々の適用業務の必要に応えるために他の回転子技術が応用されることもある。こうした素子のスイッチング速度は数ミリ秒から数ナノ秒の範囲であるので、個々の適用業務の必要に応えるため多様なシステムに応用可能である。これら及び同様の基本素子は均等であると考えられ、本発明の精神から離れることなく置換または交換が可能である。
【００１４】
図４ａは、回転子４０を出る信号１０３、１０４が両方とも水平偏光を有するように、信号１０２を９０°回転させる制御状態を例示する。図２ｂは、回転子４０を出る光信号１０３、１０４が両方とも垂直偏光を有するように、信号１０１の偏光を９０°回転させる第２制御状態を例示する。やはり、この段階でも、水平及び垂直両方の成分は、入力ＷＤＭ信号のチャネルの全周波数スペクトルを含む。
【００１５】
積層波長板素子６１は、２つの固有状態を発生する選択された方向の積層された複数の複屈折波長板である。第１固有状態は入力と同じ偏光方向で第１サブスペクトルを搬送し、第２固有状態は直角な偏光方向で残りのサブスペクトルを搬送する。入射ビームの偏光と２つの出力偏光は１対のスペクトル応答を形成するが、そこではＶとＨがそれぞれ垂直及び水平偏光である時（Ｈ、Ｈ）と（Ｖ、Ｖ）は入力スペクトルの第１部分を搬送し、（Ｈ、Ｖ）と（Ｖ、Ｈ）は入力スペクトルの残りの（第２）部分を搬送する。
【００１６】
これは図４ａと図４ｂを比較することによってよりよく理解される。図４ａに示されるように、水平偏光１０３、１０４が積層波長板素子６１に入力されると、第１スペクトル帯が水平偏光に属し、第２スペクトル帯が垂直偏光に属する直交垂直及び水平偏光が発生する。図４ｂに示されるように、垂直偏光１０３、１０４が積層波長板素子６１に入力されると、第１スペクトル帯が垂直偏光に属し、第２スペクトル帯が水平偏光に属する直交垂直及び水平偏光が発生する。
【００１７】
波長多重分離に適用する場合、積層波長板素子６１は、ほぼ平坦な頂部または方形波スペクトル応答を有するくし形フィルタ応答曲線を有する。ＷＤＭ光チャネルアド／ドロップに適用する場合、積層波長板素子６１は非対称フィルタ応答を有する。
図４ａに戻ると、積層波長板素子６１によって出力される光応答１０５、１０６の対は偏光依存ルーチング素子５０（例えば第２複屈折素子または偏光ビームスプリッタ）に結合される。この偏光依存ルーチング素子５０は、入力光信号１０５及び１０６の水平及び垂直偏光成分を空間的に分離する。図４ａに示されるように、光信号１０５、１０６は第２スペクトル帯を含む垂直偏光成分１０７、１０８と、第１スペクトル帯を含む水平偏光成分１０９、１１０とに分割される。複屈折ウォークオフ効果のため、水平偏光の第１スペクトル帯１０９、１１０と垂直偏光の第２組のスペクトル帯１０７、１０８とを搬送する２つの直交偏光は、偏光依存ルーチング素子５０によって分離される。
【００１８】
偏光依存ルーチング素子５０に続いて、図４ａ及び図４ｂで例示されているように、偏光依存ルーチング素子５０の入力側の光素子と同じものが逆の順序で繰り返される。第２積層波長板素子６２は、第１積層波長板素子６１とほぼ同じ構成を有する。第２積層波長板素子６２に入力される水平偏光ビーム１０９、１１０はさらに精製され、第２積層波長板素子６２を出る時その偏光方向を維持する。他方、垂直偏光ビーム１０７、１０８は、第２積層波長板素子６２を出る時９０°だけ偏光方向が回転し、同様に精製される。垂直偏光ビーム１０７、１０８が第２スペクトル帯を搬送するので、それは要素６２の第２の状態にあるということにより９０°の偏光の回転が起こる。積層波長板素子６２の出力では、４つのビーム１１１、１１２と１１３、１１４は全て水平偏光を有する。しかし、積層波長板素子６１、６２のフィルタ特性によって定められるスペクトル帯は分離され、第２スペクトル帯５０１が上になり、第２スペクトル帯５０２が下になる。
【００１９】
２組のビーム１１１、１１２及び１１３、１１４のスペクトルを再結合するために、第２偏光回転子４１と偏光結合素子７０（例えば第３複屈折素子または偏光ビームスプリッタ）が使用される。ここでも、第２回転子４１は、４つの平行ビーム１１１〜１１４をさえぎる２つのサブエレメントを有する。第２回転子４１の２つのサブエレメントは第１回転子４０に対して相補的な状態に設定されており、すなわち、第１回転子４０がオン／オフになると、第２回転子４１はオフ／オンになる。図４ａの場合、ビーム１１１及び１１３の偏光は９０°回転され、ビーム１１２及び１１４は偏光の変化なしに通過する。このため第２回転子４１の出力では各スペクトル帯について直交偏光の対１１５、１１６及び１１７、１１８が生じる。最後に、偏光結合素子７０（例えば第３複屈折素子）がウォークオフ効果を使用して２つの直交偏光１１５、１１６及び１１７、１１８を再結合し、それぞれポート１４及び１３を出る２つのスペクトルを発生する。これで１×２波長ルータの第１制御状態が完成する。
【００２０】
図４ｂは別の制御状態を示すが、そこでは２つの偏光回転子４０及び４１は、図４ａに示される状態と対照的に、その相補的な状態、すなわちオンからオフ、またはオフからオンに切り換わっている。全入力スペクトルはまず、第１偏光分離素子３０によって、１０１及び１０２で示されるような２つの直交状態、すなわち水平及び垂直偏光に分割される。第１偏光回転子４０はここで、どちらも垂直である出力偏光１０３及び１０４を有するよう設定される。第１積層波長板素子６１を通過した後、それぞれ第２及び第１スペクトル帯を伝える２つの直交（すなわち水平及び垂直）偏光が発生する。この動作状態では、水平偏光は入力ＷＤＭスペクトルの第２スペクトル帯を搬送するために使用され、垂直偏光は第１スペクトル帯を搬送するために使用される。次に２つのスペクトル帯は偏光依存ルーチング素子５０によって空間的に分離され、垂直偏光１０７、１０８は上向きとなり、水平偏光１０９、１１０は向きを変えずに通過する。従って、これにより２つのスペクトル帯はその偏光に応じて分離される。
【００２１】
結果として生じた４つのビーム１０７〜１１０は第２積層波長板素子６２に入り、さらにスペクトル精製される。素子６２のもう１つの重要な役割は、第２スペクトル帯に関する偏光の回転である。積層波長板６１、６２が２つの固有状態を有していることを想起されたい。第１帯に関しては、垂直偏光ビーム１０７、１０８は素子６２によって変更されない。しかし、第２スペクトル帯に関しては、水平偏光ビーム１０９及び１１０は素子６２を通過する際、積層波長板６２の第２状態にあるため９０°回転する。素子６２の出力では、全ての偏光は、図４ｂで第１スペクトル帯についてビーム１１１、１１２、また第２スペクトル帯についてビーム１１３、１１４が示すように垂直となる。２つのサブスペクトルを再結合するために、前に論じられたように第２偏光回転子４１と偏光結合素子７０が使用される。図４ｂの場合、第２回転子４１は、ビーム１１２及び１１４の偏光を９０°回転させ、ビーム１１１及び１１２を回転せずに通過させるよう設定される。結果として生じたビーム１１５〜１１８は偏光結合素子７０によって再結合され、それぞれ第１及び第２スペクトル帯用の出力ポート１及び２を出る。
【００２２】
図５ａ及び図５ｂは、１×２波長ルータ・スイッチの単純化された他の実施形態の２つの制御状態を示す。前に論じられた二段階設計と対照的に、図５ａ及び図５ｂに示される実施形態は、２つの点で変更された一段階切換可能波長ルータである。図４ａ及び図４ｂの第２積層波長板素子６２が除去され、第２偏光回転器４１が、図５ａ及び図５ｂに示されるように、ビーム１０８及び１０９をさえぎる２つのサブエレメントを有する受動偏光回転子に置き換えられている。
【００２３】
一段階波長回転子スイッチは、ビーム１０７〜１１０が偏光依存ルーチング素子５０を出るまでは、二段階ルータとほぼ同じ形で動作する。偏光依存ルーチング素子５０の出力では、分割された第１及び第２スペクトル帯がそれぞれ、２組の直交偏光ビーム１０７、１０８及び１０９、１１０によって搬送される。第１及び第２スペクトル帯の位置はビーム１０３及び１０４の偏光状態に依存する。第１スペクトル帯が第１回転子４０によって水平偏光になる場合、第１スペクトル帯は下部出力ポート２を出ることになり、第２スペクトル帯は上部出力ポート１を出る。第１スペクトル帯が第１回転子４０によって垂直偏光になる場合、第１スペクトル帯は上部出力ポート１を出ることになり、第２スペクトル帯は下部出力ポート２を出る。偏光依存ルーチング素子５０の複屈折ウォークオフ効果のため、垂直偏光光ビーム１０７、１０８は元の経路から逸脱して上向きに進み、水平偏光ビーム１０９、１１０は方向を変えることなく素子５０を通過する。偏光依存ルーチング素子５０を出る２対のビーム１０７、１０８及び１０９、１１０は同じ偏光を有するが、周波数は異なっている。
【００２４】
受動偏光回転子４１はビーム１０８及び１０９をさえぎる範囲でのみ偏光を回転させるようパターン成形されている。従って、回転子４１の出力では、ビームの直交偏光対１１５、１１６及び１１７、１１８が、第１及び第２スペクトル帯について発生する。これらのビーム１１５〜１１８はその後偏光結合素子７０によって再結合され、出力ポート２及び１を出る。
【００２５】
一段階切換可能波長ルータは、二段階ルータと比較すると必要とする構成要素が少ないという利点を有する。しかし、そのスペクトル純度は二段階ルータほど良好ではない。一段階と二段階のどちらのルータが好適かは個々のＷＤＭネットワークの適用分野と要求に依存する。
本発明の利点の１つは、入力ＷＤＭ信号中で得られる全光エネルギーをほぼ保存しつつルーチングが達成されることである。すなわち、入力ＷＤＭ信号中の信号の偏光状態と無関係に水平及び垂直偏光両方の成分が使用され、出力ポートで再結合される結果、ルータにおける損失が非常に低い。
【００２６】
波長フィルタで使用される各組の複屈折波長板は、偏光回転子４０の光軸に対して固有の光軸に方向付けられている。図７ａ及び図７ｂは、約８ｎｍのチャネル間隔を有する均等分離サブスペクトルを伴う積層波長板素子の伝送特性の例を示すグラフである。１ｍｍの厚さを有する３つのニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ３）波長板が積層されて、図７ａ及び図７ｂに示されるような扁平頂上の均等分割スペクトルを形成し、チャネル・クロストークは３０ｄＢ以下である。この実験結果は二段階切換可能ルータに基づいている。これは、一般に２０ｄＢのクロストークが得られる多層誘電体被覆を使用するような既存のフィルタ技術より性能が優れている。２つの出力ポートのスペクトルが均等な設計のため、この種の切換可能波長ルータはさらに縦続することができる。Ｎ段のルータを縦続すると、図３ａに例示されるように、合計２Ｎの出力ポートが得られる。この２ＮのポートはＮ個の出力信号によって出力スペクトルを並べ換えすることを可能にし、プログラム可能波長ルータを製作することができる。
【００２７】
この１×２波長スイッチは、前に論じたように本質的に双方向なので、光は入力ポートから出力ポートの方向と、出力ポートから入力ポートの方向のどちらにも通過する。このため、双方向１×４波長スイッチとクロスコネクト・ネットワークを製作する際この１×２波長スイッチを構成要素として使用することができる。
【００２８】
１×４波長スイッチ
図６は、木構造を使用する１×４波長スイッチの他の実施形態の単純化された概略図である。この木構造はＮ段の縦続を使用する１×２Ｎ幾何学的配置まで拡張できる。図６では、波長スイッチへの光入力は、第１偏光分離素子２１（例えば、第１複屈折素子）によって、ビームの直交偏光対に分割される。これら２つのビームは、２ピクセル偏光回転子２２を通過するが、そこでは２つのビームの偏光状態（ＳＯＰ）がスイッチの制御状態に応じたもの（すなわち垂直または水平の何れか）になるように、ビームの１つの偏光が回転させられる。その後両方のビームは第１波長フィルタ２３（例えば、前に論じられたような積層波長板素子）に入り、そこで入力スペクトルは２つの相補的固有状態に分離される。第１固有状態は入力と同じ偏光の第１サブスペクトルを搬送し、第２固有状態は直交偏光の相補サブスペクトルを搬送する。入射ビームの偏光と２つの出力偏光は１対のスペクトル応答を形成するが、そこでは（Ｈ、Ｈ）と（Ｖ、Ｖ）は入力スペクトルの第１部分を搬送し、（Ｈ、Ｖ）と（Ｖ、Ｈ）は入力スペクトルの相補的（第２）部分を搬送する。ＶとＨはそれぞれ垂直及び水平偏光を示す。例えば、水平偏光が第１波長フィルタ２３に入力されると、第１スペクトル帯が水平偏光に属し、第２スペクトル帯が垂直偏光に属する直交垂直及び水平偏光が発生する。また、垂直偏光が第１波長フィルタ２３に入力されると、第１スペクトル帯が垂直偏光に属し、第２スペクトル帯が水平偏光に属する直交垂直及び水平偏光が発生する。
【００２９】
第１波長フィルタ２３を出る２つの偏光符号化スペクトルは、偏光ビーム分離器２４（例えば、偏光ビームスプリッタ）によって分離される。これらのビームの水平偏光成分はスペクトルの第１部分を搬送し、偏光ビーム分離器２４を真っ直ぐ通過する。ビームの垂直偏光成分はスペクトルの第２部分を搬送し、９０度反射される。
【００３０】
偏光回転子２２の制御状態を切り換えることによって、これら２つのスペクトルは、それらの偏光状態が変化する時入れ替えられる。偏光ビーム分離器２４の右及び下の、図６に示される装置の両方の腕または分岐に適用される場合、この処理は相補的かつ対称的である。従って、以下の議論は装置の両方の腕に等しく適用可能である。
【００３１】
偏光分離器２４を出る両方のサブスペクトルは第２偏光回転子２５、３２によってさらに変調されるが、そこでは偏光が装置の制御状態によって０または９０度の何れかだけ回転される。従って、第２偏光回転子２５、３２の後２つのＳＯＰが可能である。次にビームは別の波長フィルタ２６、３３に入るが、これは第１波長フィルタ２３より狭いスペクトル応答を有し、スペクトルを小さい帯域幅にさらにスライスすることができる。この波長スライシング概念のより詳細な説明は、「プログラム可能波長ルータ」と題された本出願人の米国特許出願第０８／７３９，４２４号に示されている。第２波長フィルタ２６、３３によって発生するサブスペクトルの第３及び第４部分は直交偏光の中で符号化され、別の偏光分離器２７、３４によって空間的に分離される。垂直偏光ビームは偏光分離器２７、３４によって９０度反射される。ビームの１つの偏光はピクセル化偏光回転子３０、３７によって回転される。結果として生じる直交偏光は、偏光結合器３１、３８によって再結合され出力ポート１（３）から出る全スペクトルの４つの部分の第１（第３）のものを伝える。それと対照的に、水平偏光ビームは偏光分離器２７、３４を真っ直ぐ通過し、偏光回転器３８、３５によって変調される。光エネルギーのこの部分はスペクトルの第２（第４）部分を搬送し、偏光結合器２９、３６によって再結合されて出力ポート２（４）から出る。
【００３２】
この波長スイッチで使用される偏光回転子２２、２５及び３２に対する３つの制御ビットがあるので、合計２^３＝８の制御状態が存在する。この設計は、上記で論じられた１×２波長スイッチと比較して必要とする光学素子が少ない。しかし、各スペクトル・スライシングのために使用される波長フィルタが１つだけであるため、図４の二段階設計で可能なものと同等の高度なチャネル分離を達成するためには、各波長フィルタ２３、２６及び３３中の複屈折素子の数を増大しなければならない。
【００３３】
アド／ドロップ波長スイッチ
図１１は、クロスコネクト・ネットワーク構成で使用される光アド／ドロップ波長スイッチ２５０を示す単純化された構成図である。このアド／ドロップ波長スイッチ２５０は、図３ｂに示される制御状態の組合せを使用する多数の１×２波長スイッチ（図４ａ、図４ｂ、図５ａ及び図５ｂ参照）を結合することによって製作される。アド／ドロップ動作の場合、非対称スペクトル・スライシングが好適である。図８は、１×２波長スイッチ中の積層波長板素子によって発生する非対称サブスペクトルの例であるが、そこでは一方の出力ポートが伝えるスペクトル幅は他方のポートと比較してはるかに狭い。この設計は、光交換ノードで光チャネルの一部を合流または分岐する必要がある場合ＷＤＭネットワークに応用可能である。アド／ドロップ・フィルタは、システムの設計と要求によって受動的であることも能動的であることもある。切換素子（すなわち、切換可能偏光回転子アレイ）は、ポートの１つが常にアド／ドロップ・ポートに指定されるように、偏光回転子の各対応する位置にある２つの受動半波長板によって置き換えることができる。光チャネルの残りの部分は波長ルータを通過し、ＷＤＭネットワークに沿って伝播を続ける。
【００３４】
図１１に戻ると、入力ＷＤＭ信号８０は、第１の１×２波長スイッチ８１によって２つの部分に分割される。通過チャネル８２は最終１×２波長スイッチ８３を通過し、出力ポート８９を通じて遮断されずにネットワークに戻る。望ましい場合、分岐チャネル８４が、１×２波長スイッチ８５によってさらに２つのサブスペクトル８６に分割される。図１１に示される実施形態では、２つの合流チャネル８７が１×２波長スイッチ８８によって結合され、その後最終１×２スイッチ８３によって通過チャネル８２と結合される。
【００３５】
図１１で使用される波長スイッチは能動型または受動型または両者の組合せである。例えば、スイッチ８１及び８３は受動型であり１次アド／ドロップ・スペクトル分離器の役目を果たす。続く波長スイッチ８５及び８８は出力／入力ポート８６及び８７間のサブスペクトルを能動的に切り換える。例えば、１６の光チャネルがポート８０に入力される場合、アド／ドロップ波長スイッチはポート８４に出る８番目及び９番目のチャネルを分岐することができる。これら２つのチャネルは、１つの制御ビットの制御の元で、スイッチ８６の出力ポートでさらに交換可能である。
【００３６】
２×２光スイッチ
完全な順列が必要な場合、図１２に示されるように、２つの２×２光スイッチ９４及び９５を１×４波長スイッチに追加することができる。前に論じたように、各１×４波長スイッチは、４つの出力ポートで４つの光チャネルに分離されるＷＤＭ信号を受信する１つのポートを有する。Ｃ０、Ｃ１及びＣ２の３つの制御ビットによって、１×４波長スイッチの８つ（２３）の制御状態が得られる。しかし、上記で論じられた１×４波長スイッチの実施形態は、ＷＤＭ信号中の４つの光チャネルの２４（４！＝４×３×２）の可能な順列の全てを提供することはできない。２つの２×２光スイッチ９４、９５を追加することによって、１×４波長スイッチによって分離された光チャネルを何らかの望ましい順序に再配置することができる。例えば図３ｂでは、チャネル１及び３とチャネル１及び４は、波長スライシング順序によりポート１及び２に同時に出現することはできない。しかし、これは図１２に示される実施形態によって行うことができる。
【００３７】
この装置では、合計５つの切換素子が必要である。この結果３２（２５）の状態が得られるが、これは４つの波長の完全な順列（すなわち、２４の制御状態）を扱うのに十分である。このアーキテクチャでも、波長クロスコネクト・ネットワークのために使用される素子の数は従来のアプローチより少ない。
上記の開示は本発明の多数の実施形態を示している。他の装置または実施形態も、精密には示されていないが、本発明の教示の元でそして以下の請求項に示されているように実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】
ＷＤＭクロスコネクト・スイッチの３つの基本スキームの１つを例示する単純化された構成図で、固定Ｎ×Ｎ×Ｍ波長クロスコネクト・ネットワークである。
【図１ｂ】
ＷＤＭクロスコネクト・スイッチの３つの基本スキームの１つを例示する単純化された構成図で、空間分割スイッチ２５を使用する、再構成可能なＷＤＭクロスコネクト・ネットワークである。
【図１ｃ】
ＷＤＭクロスコネクト・スイッチの３つの基本スキームの１つを例示する単純化された構成図で、波長変換器２７を使用する波長交換クロスコネクト・ネットワークである。
【図２】
本発明で使用される１×Ｎ波長スイッチの単純化された構成図である。これは、図１ｂ及び図１ｃの光フィルタ１０と空間分割スイッチ２５の組合せと同様の特性を有する。
【図３ａ】
１×４波長スイッチの単純化された構成図である。
【図３ｂ】
図３ａに示される１×４波長スイッチ１００、２００の３つの制御ビットに対応する８つの固有状態の表である。
【図４ａ】
本発明による二段階１×２波長ルータ・スイッチ１１、１２、１３を例示する単純化された概略図である。
【図４ｂ】
本発明による二段階１×２波長ルータ・スイッチ１１、１２、１３を例示する単純化された概略図である。
【図５ａ】
本発明による一段階１×２波長ルータ・スイッチ１１、１２、１３を例示する単純化された概略図である。
【図５ｂ】
本発明による一段階１×２波長ルータ・スイッチ１１、１２、１３を例示する単純化された概略図である。
【図６】
木構造に基づく１×４波長スイッチである。
【図７ａ】
フィルタの設計中に３つのニオブ酸リチウム波長板を使用した実験結果を示すグラフで、スイッチング前後の出力ポート１のスペクトルが記録される。
【図７ｂ】
フィルタの設計中に３つのニオブ酸リチウム波長板を使用した実験結果を示すグラフで、スイッチング前後の出力ポート２の対応するスペクトルを示す。スペクトルはほぼ均等に分離されている。
【図８】
非対称スペクトルの設計を示すグラフであるが、そこでは狭い方のスペクトルはアド／ドロップ・ポートとして使用され、広い方のスペクトルは残りのＷＤＭ信号をネットワークに戻す。
【図９】
１×４波長スイッチ１００及び２００の２つの相互接続アレイを使用して実現される４×４×４λ波長クロスコネクト・ネットワークの単純化された構成図である。
【図１０】
図８の４×４×４λ波長クロスコネクト・ネットワークの入力アレイ１００の４つの１×４波長スイッチと出力アレイ２００の４つの１×４波長スイッチの３２の可能な制御状態の各々を示す表である。
【図１１ａ】
アド／ドロップ波長クロスコネクト・スイッチの単純化された構成図である。
【図１１ｂ】
アド／ドロップ波長クロスコネクト・スイッチの単純化された構成図である。
【図１２】
代替構成の単純化された構成図であるが、そこでは、２つの２×２波長スイッチ９４及び９５が１×４波長スイッチ１００に追加され、全波長の並べ換えを行う。[0001]
Background of the Invention
1. Field of the invention
The present invention relates generally to optical communication systems, and more particularly to an optical multi-wavelength cross-connect network for wavelength division multiplexing (WDM) optical communication.
[0002]
2. Presenting the problem
WDM optical communication systems capable of transmitting information at speeds up to several terabits / second are becoming the next wave in optical communication development. In current WDM systems, information is optically encoded within each WDM channel and networks are linked using a point-to-point architecture. Signal routing and exchange takes place electronically (ie, the optical information is converted back to electronic form and processed at each network node). As data rates increase, such opto-electronic and electro-optical conversions are becoming bottlenecks for networks. In order to improve network efficiency and reduce costs, routing and exchange performed in the optical domain is preferred.
[0003]
Therefore, national and international research on all-optical networks is the current focus in the fiber optics industry. A recent technical magazine, Multi-Wavelength Optical Technology and Networks, Lightwave Technology Magazine (Vol. 14, No. 6, 1996) has collected about 40 papers reviewing the current state of all-optical networks. Three basic WDM cross-connect networks have been enumerated as the basic building blocks of the WDM network (shown in FIG. 1 as prior art). Recently, a national Optical Multi-Wavelength Optical Network (MONET) consortium has been formed to study all-optical networks. In recent demonstrations, three all-optical testbeds were configured: a WDM long-distance testbed, a WDM cross-connect testbed, and a local exchange testbed (RC Alferness et al., MONET: New Jersey Demonstration Network). Results, 1997 Optical Fiber Conference, Paper WI1, and "Testing Nationwide Networking with All-Optical Testbeds," Lightwave (April 1997). In such networks, opto-mechanical space switches and LnNbO₃ A wavelength cross-connect network using an arrayed waveguide grating with a base cross-connect switch was used. International activities, such as the ACTS (Advanced Communications Technology and Services) program launched by the European Commission project, are specifically addressing the issue of trans-European optical transport networks using WDM (M. Berger et al., "Wavelength Division Multiplexing"). Pan-European Optical Networking Using Chemistry, "Institute of Electrical and Electronics Engineers, Communications Magazine, p. 82 (April 1997). An architecture similar to the MONET project has been proposed, but this European activity also plans another approach using wavelength conversion technology.
[0004]
3. Answer to a question
The present invention uses two arrays of unique 1 × N wavelength switches to form a wavelength cross-connect network. Since wavelength filtering and optical switching are achieved in the same device, the switching elements required to perform wavelength cross-connect are reduced and optimized. Furthermore, wavelength switches have built-in complementary spectral characteristics, where wavelength slicing concepts are used, so that wavelength collisions are avoided.
[0005]
Summary of the Invention
The present invention provides an optical cross-connect for wavelength routing of optical channels between two arrays of optical fibers carrying WDM signals using an interconnected array of optical wavelength switches based on a combination of 1x2 wavelength switch architectures. Provide a network. For example, a cross-connect network is made by interconnecting two arrays of 1x4 wavelength switches, each made by combining three 1x2 wavelength switches. A tree structure of 1 × 2 wavelength switches is also used. Each 1 × 2 optical wavelength switch has a first polarization splitting element (eg, a birefringent element) that splits the input WDM signal into two orthogonally polarized beams and spatially separates them. The first polarization rotator selectively rotates one polarization of the beam based on the external control signal to match the polarization of the other beam. The wavelength filter (e.g., a laminated wave plate) is polarized such that the first beam is split into third and fourth beams having orthogonal polarizations and the second beam is split into fifth and sixth beams having orthogonal polarizations. Provide dependent optical transmission function. The third and fifth beams carry a first spectral band of the first polarization, and the fourth and sixth beams carry a second spectral band of the orthogonal polarization. A polarization dependent routing element (eg, a second birefringent element) spatially separates these four beams into two pairs of horizontally and vertically polarized components. The second polarization rotator rotates the polarization of the beams so that the third and fifth beams and the fourth and sixth beams are orthogonally polarized. A polarization coupling element (eg, a third birefringent element) recombines the third and fifth beams (ie, the first spectral band) and recombines the fourth and sixth beams (ie, the second spectral band). And they are coupled to output ports based on the control state of the wavelength switch.
[0006]
These and other advantages, features and objects of the present invention will be more readily understood in view of the following detailed description and drawings.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIGS. 1a-1c are simplified block diagrams illustrating three basic schemes of a WDM cross-connect switch. FIG. 1a is a fixed N × N × M wavelength cross-connect network. N optical fibers carrying M optical channels are input to a first array 10 of 1 × M wavelength filters. Each wavelength filter of the first array 10 separates its input WDM signal into M output channels. The output of the first array 10 is interconnected to the input ports of a second array 20 of M × 1 wavelength filters in a fixed configuration, as shown in FIG. 1a. Each wavelength filter of the second array 20 couples M input channels to one output. In contrast to FIG. 1a, FIG. 1b is a block diagram of a reconfigurable WDM cross-connect network using a space division optical switch 25 that reorders the wavelength channels between the input and output arrays 10,20. FIG. 1 c is a wavelength switching cross-connect network using a wavelength converter 27.
[0007]
In contrast to the prior art, the present invention utilizes a unique 1 × N wavelength switch to construct a cross-connect network. The preferred embodiment of the present invention uses two arrays of this 1 × 4 wavelength switch. FIG. 2 is a simplified block diagram illustrating a wavelength switch 100 having functional characteristics equivalent to the combination of the filter 10 and the space division switch 25 of FIGS. 1b and 1c. FIG. 3a shows a 1 × 4 wavelength switch using 1 × 2 wavelength switches 11, 12 and 13 in more detail. The 1 × 2 wavelength switches 11, 12, and 13 are each controlled by one control bit, and thus have two control states. Thus, a 1x4 wavelength switch has three control bits (C0, C1 and C3), resulting in eight (23) different output combinations. These eight combinations are indicated as "a" to "h" in FIG. 3b, respectively.
[0008]
This 1 × 4 wavelength switch is used to form a 4 × 4 × 4λ wavelength cross-connect network illustrated in FIG. Placing two arrays of four 1 × 4 wavelength switches 100, 200 back to back as shown in FIG. 9 forms a 4 × 4 × 4λ optical wavelength cross-connect network. Note that because the 1x4 wavelength switch of the present invention is bidirectional in nature, the order of the input and output ports can be reversed and light can be transmitted through the switch in either direction. An acceptable state of this wavelength cross-connect network is shown in FIG. 10, where "a" to "h" are listed in FIG. 3b for each 1 × 4 wavelength switch of the two arrays 100, 200. 2 shows an optical channel configuration. A total of 32 different combinations are allowed without wavelength collision or recombination problems.
[0009]
Conventional designs using separate wavelength filters and spatial crossbar switches require a total of eight 1 × 4 wavelength filters and one 16 × 16 crossbar switch (or four 4 × 4 switches). Although this design provides a high degree of freedom, many of the switching states are redundant or may result in wavelength collisions, destabilizing some of the states. The total number of components used in this conventional configuration is also greater than in the present invention, thus increasing the cost of the wavelength crossbar network.
[0010]
1x2 wavelength switch
FIGS. 4a and 4b are schematic diagrams illustrating two control states of 1 × 2 wavelength switches 11, 12, and 13, which are one of the basic building blocks used in the configuration of the 1 × 4 wavelength switch 100 of FIG. FIG. The 1 × 2 wavelength switches 11, 12, 13 have two control states since they are under binary control from control bits. The 1 × 2 wavelength switch serves to separate the channels of the wavelength spectrum applied to the input ports and to determine which of the two output ports is coupled to each channel.
[0011]
4a and 4b, the bold solid line indicates the optical path including the entire spectrum of the channel in the input WDM signal. The thin solid line indicates the optical path of a signal that includes a first subset of the channels designated as the first spectral band. The thin dashed line indicates an optical channel that carries a second subset of channels called the second spectral band. It is important to understand that each subset may include more than one channel, and may have a smaller bandwidth than the original WDM signal, but may itself be a WDM signal. Each optical path may further include a horizontal double arrow indicating horizontal polarization, or a vertical double arrow indicating vertical polarization, or two horizontal and vertical arrows indicating that the horizontal and vertical polarizations are mixed in the optical signal at that point. Indicated by two double arrows.
[0012]
The input WDM signal enters a first polarization separation element 30 (eg, a birefringent element or a polarization beam splitter) that spatially separates the horizontal and vertical polarization components of the input WDM signal. Due to the birefringent material, the vertically polarized portion of the optical signal passes through the birefringent element 30 without changing its course because it is a normal wave in the birefringent element 30. In contrast, horizontally polarized waves are redirected at an angle due to the birefringent walk-off effect. The angle of this direction change is a well-known function of the particular material selected. Examples of suitable materials for the construction of the birefringent element include calcite, auburnite, lithium niobate, YVO₄ Base crystals and the like are included. The horizontal polarization component travels along path 101 as an anomalous signal in first polarization separation element 30, while the vertical polarization component 102 travels as a normal signal and passes through without a change in spatial direction. Both resulting signals 101 and 102 carry the full frequency spectrum of the input WDM signal.
[0013]
Both horizontal and vertical polarization components 101 and 102 are coupled to a switchable polarization rotator 40 under control of a control bit. The polarization rotator 40 consists of two sub-element rotators that form a complementary state, that is, one turns on and the other turns off. Rotator 40 selectively rotates the polarization state of either signal 101 or 102 by a predetermined amount. In the preferred embodiment, rotor 40 rotates the signal by 0 ° (ie, no rotation) or 90 °. For example, the polarization rotator 40 is a twisted nematic liquid crystal rotator, a ferroelectric liquid crystal rotator, a Pi-cell based liquid crystal rotator, a magneto-optic based Faraday rotator, an acousto-optic or electro-optic based polarization rotator. Commercially available rotors based on liquid crystal technology are preferred, but other rotor technologies may be applied to meet the needs of a particular application. The switching speed of such devices ranges from a few milliseconds to a few nanoseconds, so they can be applied to various systems to meet the needs of individual applications. These and similar basic elements are considered equivalent and can be replaced or exchanged without departing from the spirit of the invention.
[0014]
FIG. 4a illustrates a control state in which the signal 102 is rotated 90 ° so that both signals 103, 104 leaving the rotator 40 have horizontal polarization. FIG. 2b illustrates a second control state in which the polarization of signal 101 is rotated 90 ° so that both optical signals 103, 104 exiting rotator 40 have vertical polarization. Again, at this stage, both the horizontal and vertical components include the entire frequency spectrum of the channel of the input WDM signal.
[0015]
The laminated wave plate element 61 is a plurality of birefringent wave plates laminated in a selected direction that generates two eigenstates. The first eigenstate carries the first subspectrum in the same polarization direction as the input, and the second eigenstate carries the remaining subspectrum in the orthogonal polarization direction. The polarization of the incident beam and the two output polarizations form a pair of spectral responses, where (H, H) and (V, V) when V and H are vertical and horizontal polarization, respectively, of the input spectrum. (H, V) and (V, H) carry the remaining (second) part of the input spectrum.
[0016]
This can be better understood by comparing FIGS. 4a and 4b. As shown in FIG. 4A, when the horizontal polarizations 103 and 104 are input to the laminated wave plate element 61, the orthogonal vertical and horizontal polarizations in which the first spectral band belongs to horizontal polarization and the second spectral band belongs to vertical polarization. appear. As shown in FIG. 4b, when the vertically polarized lights 103 and 104 are input to the laminated wave plate element 61, the orthogonal vertical and horizontal polarized lights whose first spectral band belongs to the vertical polarized light and the second spectral band belongs to the horizontal polarized light. appear.
[0017]
When applied to wavelength demultiplexing, the laminated waveplate element 61 has a comb filter response curve with a substantially flat top or square wave spectral response. When applied to WDM optical channel add / drop, the laminated wave plate element 61 has an asymmetric filter response.
Returning to FIG. 4a, the pair of optical responses 105, 106 output by the stacked waveplate element 61 is coupled to a polarization dependent routing element 50 (eg, a second birefringent element or polarizing beam splitter). The polarization dependent routing element 50 spatially separates the horizontal and vertical polarization components of the input optical signals 105 and 106. As shown in FIG. 4a, the optical signals 105, 106 are split into vertical polarization components 107, 108 including the second spectral band and horizontal polarization components 109, 110 including the first spectral band. Due to the birefringence walk-off effect, the two orthogonal polarizations that carry the first spectral band 109, 110 for horizontal polarization and the second set of spectral bands 107, 108 for vertical polarization are separated by the polarization dependent routing element 50. .
[0018]
Following the polarization dependent routing element 50, the same optical elements on the input side of the polarization dependent routing element 50 are repeated in reverse order, as illustrated in FIGS. 4a and 4b. The second laminated wave plate element 62 has substantially the same configuration as the first laminated wave plate element 61. The horizontally polarized beams 109 and 110 input to the second laminated wave plate element 62 are further refined and maintain their polarization directions as they leave the second laminated wave plate element 62. On the other hand, the vertically polarized beams 107 and 108 rotate their polarization directions by 90 ° when they leave the second laminated wave plate element 62, and are similarly purified. As the vertically polarized beams 107, 108 carry the second spectral band, it is in the second state of the element 62, which results in a 90 ° rotation of polarization. At the output of the laminated wave plate element 62, the four beams 111, 112 and 113, 114 all have horizontal polarization. However, the spectral bands determined by the filter characteristics of the laminated wave plate elements 61 and 62 are separated, and the second spectral band 501 is located above and the second spectral band 502 is located below.
[0019]
To recombine the spectra of the two sets of beams 111, 112 and 113, 114, a second polarization rotator 41 and a polarization coupling element 70 (eg, a third birefringent element or polarization beam splitter) are used. Again, the second rotator 41 has two sub-elements that block the four parallel beams 111-114. The two sub-elements of the second rotor 41 are set to be complementary to the first rotor 40, that is, when the first rotor 40 is turned on / off, the second rotor 41 is turned off. / ON. In the case of FIG. 4a, the polarizations of the beams 111 and 113 are rotated by 90 ° and the beams 112 and 114 pass without change in polarization. Thus, at the output of the second rotator 41, orthogonal polarization pairs 115, 116 and 117, 118 occur for each spectral band. Finally, a polarization-coupling element 70 (eg, a third birefringent element) recombines the two orthogonal polarizations 115, 116 and 117, 118 using a walk-off effect to combine the two spectra exiting ports 14 and 13, respectively. appear. This completes the first control state of the 1 × 2 wavelength router.
[0020]
FIG. 4b shows another control state in which the two polarization rotators 40 and 41 have their complementary states, ie, from on to off or from off to on, in contrast to the state shown in FIG. 4a. Has switched. The entire input spectrum is first split by the first polarization splitting element 30 into two orthogonal states, indicated by 101 and 102, namely horizontal and vertical polarization. The first polarization rotator 40 is now set to have output polarizations 103 and 104, both of which are perpendicular. After passing through the first laminated wave plate element 61, two orthogonal (i.e., horizontal and vertical) polarizations are generated that carry the second and first spectral bands, respectively. In this operating state, horizontal polarization is used to carry a second spectral band of the input WDM spectrum and vertical polarization is used to carry a first spectral band. The two spectral bands are then spatially separated by the polarization dependent routing element 50, with the vertically polarized lights 107, 108 facing upward and the horizontally polarized lights 109, 110 passing unchanged. Thus, this separates the two spectral bands according to their polarization.
[0021]
The resulting four beams 107-110 enter the second laminated wave plate element 62 and are further spectrally refined. Another important role of element 62 is the rotation of the polarization about the second spectral band. Recall that the laminated wave plates 61, 62 have two eigenstates. For the first band, the vertically polarized beams 107, 108 are not modified by element 62. However, with respect to the second spectral band, the horizontally polarized beams 109 and 110 rotate by 90 ° when passing through the element 62 because they are in the second state of the laminated wave plate 62. At the output of element 62, all polarizations are vertical, as shown by beams 111, 112 for the first spectral band and beams 113, 114 for the second spectral band in FIG. 4b. To recombine the two sub-spectrums, a second polarization rotator 41 and a polarization coupling element 70 are used, as previously discussed. In the case of FIG. 4b, the second rotator 41 is set to rotate the polarization of the beams 112 and 114 by 90 ° and pass the beams 111 and 112 without rotation. The resulting beams 115-118 are recombined by polarization combining element 70 and exit output ports 1 and 2 for the first and second spectral bands, respectively.
[0022]
5a and 5b show two control states of another simplified embodiment of a 1 × 2 wavelength router switch. In contrast to the two-stage design previously discussed, the embodiment shown in FIGS. 5a and 5b is a two-stage modified one-stage switchable wavelength router. The second laminated wave plate element 62 of FIGS. 4a and 4b has been removed, and the second polarization rotator 41 has a passive polarization having two sub-elements that intercept the beams 108 and 109, as shown in FIGS. 5a and 5b. The rotor has been replaced.
[0023]
The single-stage wavelength rotator switch operates in much the same way as a two-stage router until the beams 107-110 leave the polarization dependent routing element 50. At the output of the polarization dependent routing element 50, the split first and second spectral bands are carried by two sets of orthogonally polarized beams 107, 108 and 109, 110, respectively. The position of the first and second spectral bands depends on the polarization state of beams 103 and 104. If the first spectral band becomes horizontally polarized by the first rotator 40, the first spectral band will exit the lower output port 2 and the second spectral band will exit the upper output port 1. If the first spectral band becomes vertically polarized by the first rotator 40, the first spectral band will exit upper output port 1 and the second spectral band will exit lower output port 2. Due to the birefringence walk-off effect of the polarization dependent routing element 50, the vertically polarized light beams 107, 108 travel upwards, deviating from the original path, and the horizontally polarized beams 109, 110 pass through the element 50 without changing direction. . The two pairs of beams 107, 108 and 109, 110 exiting the polarization dependent routing element 50 have the same polarization but different frequencies.
[0024]
The passive polarization rotator 41 is patterned so as to rotate the polarization only within a range that blocks the beams 108 and 109. Thus, at the output of the rotator 41, orthogonal polarization pairs 115, 116 and 117, 118 of the beam are generated for the first and second spectral bands. These beams 115-118 are then recombined by polarization combining element 70 and exit output ports 2 and 1.
[0025]
Single-stage switchable wavelength routers have the advantage of requiring fewer components as compared to two-stage routers. However, its spectral purity is not as good as a two-stage router. Whether a one-stage or two-stage router is preferred depends on the application and requirements of the particular WDM network.
One of the advantages of the present invention is that routing is achieved while substantially preserving the total optical energy available in the input WDM signal. That is, both horizontal and vertical polarization components are used regardless of the polarization state of the signal in the input WDM signal and are recombined at the output port, resulting in very low loss at the router.
[0026]
Each set of birefringent wave plates used in the wavelength filter is oriented to a unique optical axis with respect to the optical axis of the polarization rotator 40. 7a and 7b are graphs illustrating examples of transmission characteristics of a laminated wave plate element with equal separation sub-spectrum having a channel spacing of about 8 nm. Three lithium niobate (LiNb3) waveplates having a thickness of 1 mm are stacked to form a flat-top, evenly split spectrum as shown in FIGS. 7a and 7b, with channel crosstalk of 30 dB or less. . The experimental results are based on a two-stage switchable router. This outperforms existing filter technologies, such as those using multilayer dielectric coatings, which typically provide 20 dB crosstalk. This type of switchable wavelength router can be further cascaded due to the design of the spectrum of the two output ports being equal. Cascading N stages of routers results in a total of 2N output ports, as illustrated in FIG. 3a. The 2N ports allow the output spectrum to be reordered by the N output signals, making a programmable wavelength router.
[0027]
The 1 × 2 wavelength switch is essentially bidirectional, as discussed above, so that light passes both in the direction from the input port to the output port and in the direction from the output port to the input port. Thus, when fabricating a bidirectional 1.times.4 wavelength switch and cross-connect network, the 1.times.2 wavelength switch can be used as a component.
[0028]
1x4 wavelength switch
FIG. 6 is a simplified schematic diagram of another embodiment of a 1 × 4 wavelength switch using a tree structure. This tree structure can be extended to a 1 × 2N geometry using N cascades. In FIG. 6, the light input to the wavelength switch is split by a first polarization splitting element 21 (eg, a first birefringent element) into orthogonal polarization pairs of the beam. These two beams pass through a two-pixel polarization rotator 22, where the polarization state (SOP) of the two beams is dependent on the control of the switch (ie, either vertical or horizontal). , One polarization of the beam is rotated. Both beams then enter a first wavelength filter 23 (e.g., a laminated waveplate element as discussed above), where the input spectrum is split into two complementary eigenstates. The first eigenstate carries a first subspectrum of the same polarization as the input, and the second eigenstate carries a complementary subspectrum of the orthogonal polarization. The polarization of the incident beam and the two output polarizations form a pair of spectral responses, where (H, H) and (V, V) carry the first part of the input spectrum, and (H, V) (V, H) carries the complementary (second) part of the input spectrum. V and H indicate vertical and horizontal polarization, respectively. For example, when horizontal polarized light is input to the first wavelength filter 23, orthogonal vertical and horizontal polarized lights are generated in which the first spectral band belongs to horizontal polarized light and the second spectral band belongs to vertical polarized light. When the vertically polarized light is input to the first wavelength filter 23, orthogonal vertical and horizontal polarized lights are generated in which the first spectral band belongs to the vertical polarized light and the second spectral band belongs to the horizontal polarized light.
[0029]
The two polarization encoded spectra leaving the first wavelength filter 23 are separated by a polarization beam splitter 24 (eg, a polarization beam splitter). The horizontal polarization components of these beams carry the first part of the spectrum and pass straight through polarizing beam splitter 24. The vertical polarization component of the beam carries the second part of the spectrum and is reflected 90 degrees.
[0030]
By switching the control state of the polarization rotator 22, these two spectra are swapped when their polarization state changes. When applied to both arms or branches of the device shown in FIG. 6, to the right and below the polarizing beam separator 24, the process is complementary and symmetric. Thus, the following discussion is equally applicable to both arms of the device.
[0031]
Both sub-spectrums leaving polarization separator 24 are further modulated by second polarization rotators 25, 32, where the polarization is rotated by either 0 or 90 degrees depending on the control of the device. Therefore, two SOPs after the second polarization rotator 25, 32 are possible. The beam then enters another wavelength filter 26, 33, which has a narrower spectral response than the first wavelength filter 23, and can further slice the spectrum into a smaller bandwidth. A more detailed description of this wavelength slicing concept is provided in our U.S. patent application Ser. No. 08 / 739,424, entitled "Programmable Wavelength Router". The third and fourth parts of the sub-spectrum generated by the second wavelength filters 26, 33 are encoded in orthogonal polarizations and spatially separated by further polarization separators 27, 34. The vertically polarized beam is reflected 90 degrees by the polarization splitters 27 and 34. One polarization of the beam is rotated by the pixelated polarization rotators 30,37. The resulting orthogonally polarized light is recombined by the polarization combiners 31, 38 and carries the first (third) of the four parts of the total spectrum exiting output port 1 (3). In contrast, a horizontally polarized beam passes straight through polarization splitters 27, 34 and is modulated by polarization rotators 38, 35. This part of the light energy carries the second (fourth) part of the spectrum and is recombined by the polarization combiners 29, 36 out of the output port 2 (4).
[0032]
Since there are three control bits for the polarization rotators 22, 25 and 32 used in this wavelength switch, a total of 2³ = 8 control states exist. This design requires less optics compared to the 1 × 2 wavelength switch discussed above. However, since only one wavelength filter is used for each spectral slicing, to achieve the same high degree of channel separation that is possible with the two-stage design of FIG. , 26 and 33 must be increased.
[0033]
Add / drop wavelength switch
FIG. 11 is a simplified block diagram illustrating an optical add / drop wavelength switch 250 used in a cross-connect network configuration. This add / drop wavelength switch 250 is fabricated by combining a number of 1 × 2 wavelength switches (see FIGS. 4a, 4b, 5a and 5b) using the combination of control states shown in FIG. 3b. . For add / drop operations, asymmetric spectrum slicing is preferred. FIG. 8 is an example of an asymmetric subspectrum generated by a stacked waveplate element in a 1 × 2 wavelength switch, where the spectral width carried by one output port is much narrower than the other. This design is applicable to WDM networks when it is necessary to join or drop a part of an optical channel at an optical switching node. Add / drop filters may be passive or active depending on the design and requirements of the system. The switching element (ie, the switchable polarization rotator array) is replaced by two passive half-wave plates at each corresponding position of the polarization rotator such that one of the ports is always designated as an add / drop port. Can be. The rest of the optical channel passes through the wavelength router and continues to propagate along the WDM network.
[0034]
Returning to FIG. 11, the input WDM signal 80 is split into two parts by a first 1 × 2 wavelength switch 81. The pass-through channel 82 passes through the final 1 × 2 wavelength switch 83 and returns to the network without interruption through the output port 89. If desired, the branch channel 84 is further divided into two sub-spectrums 86 by a 1 × 2 wavelength switch 85. In the embodiment shown in FIG. 11, two merged channels 87 are combined by a 1 × 2 wavelength switch 88 and then to a pass channel 82 by a final 1 × 2 switch 83.
[0035]
The wavelength switches used in FIG. 11 are active or passive or a combination of both. For example, switches 81 and 83 are passive and act as primary add / drop spectral separators. Subsequent wavelength switches 85 and 88 actively switch the subspectrum between output / input ports 86 and 87. For example, if 16 optical channels are input to port 80, the add / drop wavelength switch can drop the eighth and ninth channels exiting port 84. These two channels are further interchangeable at the output port of switch 86 under the control of one control bit.
[0036]
2x2 optical switch
If a complete permutation is required, two 2 × 2 optical switches 94 and 95 can be added to the 1 × 4 wavelength switch, as shown in FIG. As discussed earlier, each 1x4 wavelength switch has one port that receives a WDM signal that is split into four optical channels at four output ports. The three control bits C0, C1 and C2 provide eight (23) control states of the 1 × 4 wavelength switch. However, the 1 × 4 wavelength switch embodiment discussed above cannot provide all 24 (4! = 4 × 3 × 2) possible permutations of the four optical channels in a WDM signal. By adding two 2 × 2 optical switches 94, 95, the optical channels separated by the 1 × 4 wavelength switch can be relocated in any desired order. For example, in FIG. 3b, channels 1 and 3 and channels 1 and 4 cannot appear simultaneously on ports 1 and 2 due to the wavelength slicing order. However, this can be done by the embodiment shown in FIG.
[0037]
This device requires a total of five switching elements. This results in 32 (25) states, which is sufficient to handle the complete permutation of the four wavelengths (ie, 24 control states). Even in this architecture, the number of elements used for the wavelength cross-connect network is less than in conventional approaches.
The above disclosure illustrates a number of embodiments of the present invention. Other devices or embodiments are not specifically shown, but can be implemented with the teachings of the present invention and as set forth in the following claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1a
FIG. 3 is a simplified block diagram illustrating one of three basic schemes of a WDM cross-connect switch, a fixed N × N × M wavelength cross-connect network.
FIG. 1b
FIG. 3 is a simplified block diagram illustrating one of three basic schemes of a WDM cross-connect switch, a reconfigurable WDM cross-connect network using a space division switch 25. FIG.
FIG. 1c
FIG. 3 is a simplified block diagram illustrating one of three basic schemes of a WDM cross-connect switch, a wavelength-switched cross-connect network using a wavelength converter 27;
FIG. 2
FIG. 3 is a simplified configuration diagram of a 1 × N wavelength switch used in the present invention. This has the same characteristics as the combination of the optical filter 10 and the space division switch 25 of FIGS. 1B and 1C.
FIG. 3a
FIG. 2 is a simplified configuration diagram of a 1 × 4 wavelength switch.
FIG. 3b
4 is a table of eight eigenstates corresponding to the three control bits of the 1 × 4 wavelength switch 100, 200 shown in FIG. 3a.
FIG. 4a
FIG. 2 is a simplified schematic diagram illustrating a two-stage 1 × 2 wavelength router switch 11, 12, 13 according to the present invention.
FIG. 4b
FIG. 2 is a simplified schematic diagram illustrating a two-stage 1 × 2 wavelength router switch 11, 12, 13 according to the present invention.
FIG. 5a
FIG. 1 is a simplified schematic diagram illustrating a one-stage 1 × 2 wavelength router switch 11, 12, 13 according to the present invention.
FIG. 5b
FIG. 1 is a simplified schematic diagram illustrating a one-stage 1 × 2 wavelength router switch 11, 12, 13 according to the present invention.
FIG. 6
It is a 1 × 4 wavelength switch based on a tree structure.
FIG. 7a
FIG. 4 is a graph showing the results of experiments using three lithium niobate waveplates during filter design, where the spectrum of output port 1 before and after switching is recorded.
FIG. 7b
FIG. 5 is a graph showing experimental results using three lithium niobate wave plates during filter design, showing corresponding spectra of output port 2 before and after switching. The spectra are almost equally separated.
FIG. 8
5 is a graph showing the design of an asymmetric spectrum, where the narrower spectrum is used as an add / drop port and the wider spectrum returns the rest of the WDM signal to the network.
FIG. 9
FIG. 3 is a simplified block diagram of a 4 × 4 × 4λ wavelength cross-connect network implemented using two interconnected arrays of 1 × 4 wavelength switches 100 and 200.
FIG. 10
8 is a table showing each of the 32 possible control states of the four 1 × 4 wavelength switches of the input array 100 and the four 1 × 4 wavelength switches of the output array 200 of the 4 × 4 × 4λ wavelength cross-connect network of FIG. is there.
FIG. 11a
FIG. 3 is a simplified block diagram of an add / drop wavelength cross-connect switch.
FIG.
FIG. 3 is a simplified block diagram of an add / drop wavelength cross-connect switch.
FIG.
FIG. 4 is a simplified block diagram of an alternative configuration, where two 2 × 2 wavelength switches 94 and 95 are added to the 1 × 4 wavelength switch 100 to perform full wavelength reordering.

Claims

An optical cross-connect network having an interconnected array of optical wavelength switches that provides wavelength routing of an optical channel between two arrays of optical fibers carrying WDM signals.
(A) an input port for transmitting a WDM signal;
(B) two output ports for carrying first and second spectral bands of the WDM signal;
(C) a polarization splitting element for splitting the input WDM signal into a first beam and a second beam having orthogonal polarization and spatially separated;
(D) a first control state in which the polarization of the first beam is rotated to substantially match the polarization of the second beam; and a rotation of the second beam to substantially match the polarization of the first beam. A first polarization rotator having a second control state, wherein the control state of the first polarization rotator is switchable by an external control signal;
(E) a wavelength filter coupled to receive the first and second beams from the first polarization rotator, wherein the wavelength filters include third and second beams whose first beams are orthogonal in polarization. The second beam has a polarization dependent light transmission function such that the second beam is decomposed into fifth and sixth beams whose polarizations are orthogonal to each other, wherein the third and fifth beams are The first and second beams carry a first spectral band of a first polarization, and the fourth and sixth beams carry a second spectral band of a second polarization, wherein the first and second spectral bands are substantially complementary; A wavelength filter in which the first and second polarizations are orthogonal,
(F) a polarization dependent routing element for spatially separating said third, fourth, fifth and sixth beams into two pairs of orthogonally polarized beams;
(G) a second polarization rotator for rotating the third, fourth, fifth and sixth beams such that the third and fifth beams are orthogonally polarized and the fourth and sixth beams are orthogonally polarized; When,
(H) receiving the third, fourth, fifth and sixth beams from the second polarization rotator and based on the control state of the first polarization rotator at one of the output ports and the first spectral band; And a polarization-coupling element for spatially recombining the third and fifth beams comprising: and the other of the output ports to spatially recombining the fourth and sixth beams comprising the second spectral band. A 1 × 2 optical wavelength switch having
Control means for controlling the control state of the first polarization rotator.

The first polarization rotator further comprises:
A first region for rotating the polarization of the first beam in the first control state, and passing the first beam without rotation in the second control state;
2. The optical cross-connect according to claim 1, further comprising: a second region that passes the second beam without rotating in the first control state and rotates the polarization of the second beam in the second control state. 3. network.

The second polarization rotator further comprises:
A first region for rotating the polarization of the fifth beam;
A second region for rotating the polarization of the sixth beam;
A third region through which the third beam passes without rotation;
An optical cross-connect network according to claim 1, comprising a fourth region for passing the fourth beam without rotation.

The optical cross-connect network according to claim 1, wherein the wavelength filter includes a plurality of stacked birefringent wave plates, each wave plate facing in a predetermined direction.

The optical cross-connect switch of claim 1, wherein the array of optical wavelength switches comprises a 1xN optical wavelength switch fabricated from a plurality of the 1x2 optical wavelength switches.

Wherein said array of optical wavelength switches comprises:
A first 1 × 2 optical wavelength switch for splitting the WDM signal into two spectral bands;
A 1 × 4 optical wavelength switch having respective parallel second and third 1 × 2 optical wavelength switches for dividing the two spectral bands from the first 1 × 2 optical wavelength switch into four optical channels; The optical cross-connect network of claim 1, comprising:

An optical cross-connect network having an interconnected array of optical wavelength switches that provides wavelength routing of an optical channel between two arrays of optical fibers carrying WDM signals.
(A) an input port for transmitting a WDM signal;
(B) two output ports for carrying first and second spectral bands of the WDM signal;
(C) a polarization splitting element for splitting the input WDM signal into a first beam and a second beam having orthogonal polarization and spatially separated;
(D) a first state in which the polarization of the first beam is rotated to substantially match the polarization of the second beam, and a rotation of the second beam to substantially match the polarization of the first beam; A first polarization rotator having a second state, wherein the control state of the first polarization rotator is switchable by an external control signal;
(E) a first wavelength filter coupled to receive the first and second beams from the first polarization rotator, wherein the first wavelength filter is configured such that the first beams have polarizations orthogonal to each other. Having a polarization-dependent light transmission function such that the second beam is decomposed into fifth and sixth beams whose polarizations are orthogonal to each other. A fifth beam carries a first spectral band of a first polarization, the fourth and sixth beams carry a second spectral band of a second polarization, and wherein the first and second spectral bands are substantially complementary. A first wavelength filter, wherein the first and second polarizations are orthogonal to each other;
(F) a polarization dependent routing element for spatially separating said third, fourth, fifth and sixth beams into two pairs of orthogonally polarized beams;
(G) a second wavelength filter having substantially the same transmission function as said first wavelength filter, wherein said second wavelength filter exits said polarization dependent routing element with said third, fourth, fifth and sixth beams. Rotating a second wavelength filter to return to the same polarization state as the second beam before entering the first wavelength filter;
(H) the third exiting the second wavelength filter by the control state of the first polarization rotator such that the third and fifth beams are orthogonally polarized and the fourth and sixth beams are orthogonally polarized. A second polarization rotator for rotating the polarization of the fourth, fifth and sixth beams;
(H) receiving the third, fourth, fifth and sixth beams from the second polarization rotator and based on the control state of the first polarization rotator at one of the output ports and the first spectral band; And a polarization-coupling element for spatially recombining the third and fifth beams comprising: and the other of the output ports to spatially recombining the fourth and sixth beams comprising the second spectral band. A 1 × 2 optical wavelength switch having
An improvement comprising control means for controlling the control state of the first polarization rotator and the second polarization rotator.

The first polarization rotator further comprises:
A first region for rotating the polarization of the first beam in the first control state, and passing the first beam without rotation in the second control state;
8. The optical cross-connect according to claim 7, further comprising: a second region that allows the second beam to pass through without rotating in the first control state and rotates the polarization of the second beam in the second control state. 9. network.

The second polarization rotator further comprises:
A first region for rotating the polarization of the fifth beam;
A second region for rotating the polarization of the sixth beam;
A third region through which the third beam passes without rotation;
The optical cross-connect network according to claim 7, further comprising: a fourth region through which the fourth beam passes without being rotated.

The optical cross-connect network of claim 7, wherein the first wavelength filter comprises a plurality of stacked birefringent wave plates, each wave plate oriented in a predetermined direction.

The optical cross-connect network of claim 7, wherein the second wavelength filter comprises a plurality of stacked birefringent wave plates, each wave plate facing a predetermined direction.

An optical cross-connect network interconnecting a first array and a second array of optical fibers carrying a WDM signal having N optical channels, said optical cross-connect network comprising:
A first array of 1 × N wavelength switches each providing wavelength routing between an input port and N output ports communicating with one of the first arrays of optical fibers for each of the optical channels; A first array of 1 × N wavelength switches having a plurality of control states, wherein the 1 × N wavelength switches selectively route different permutations of optical channels to the output ports;
A second array of 1 × N wavelength switches each providing wavelength routing between an input port and N output ports for communicating with one of the second arrays of optical fibers for each of the optical channels; A second array of 1 × N wavelength switches having a plurality of control states, wherein the 1 × N wavelength switches selectively route optical channels of different permutations to the output ports;
Interconnect means for providing optical communication between the output ports of the first array of 1 × N wavelength switches and the output ports of the second array of 1 × N wavelength switches; Control means for selecting the control state of the first and second arrays of 1 × N wavelength switches to provide a desired interconnection between the second arrays;
At this time, the 1 × N wavelength switch is
(A) a polarization splitting element for splitting an input WDM signal into a first beam and a second beam having orthogonal polarization and spatially separated;
(B) a first control state in which the polarization of the first beam is rotated to substantially match the polarization of the second beam; and a rotation of the second beam to substantially match the polarization of the first beam. A first polarization rotator having a second control state to be controlled, wherein the control state of the first polarization rotator is switchable by the control means;
(C) a wavelength filter coupled to receive the first and second beams from the first polarization rotator, wherein the wavelength filters include third and second beams whose first beams are orthogonal in polarization. The second beam has a polarization dependent light transmission function such that the second beam is decomposed into fifth and sixth beams whose polarizations are orthogonal to each other, wherein the third and fifth beams are The fourth and sixth beams carry a first spectral band of a first polarization, wherein the fourth and sixth beams carry a second spectral band of a second polarization, wherein the first and second spectral bands are substantially complementary and the second A wavelength filter in which the first and second polarized lights are orthogonal,
(D) a polarization dependent routing element for spatially separating said third, fourth, fifth and sixth beams into two pairs of orthogonally polarized beams;
(E) a second polarization rotation for rotating the polarization of the third, fourth, fifth and sixth beams so that the third and fifth beams are orthogonally polarized and the fourth and sixth beams are orthogonally polarized. With the child,
(F) receiving the third, fourth, fifth and sixth beams from the second polarization rotator and spatially recombining the third and fifth beams including the first spectral band; An optical cross-connect network including a plurality of 1x2 wavelength switches having a polarization coupling element for spatially recombining the fourth and sixth beams including a second spectral band.

The first polarization rotator further comprises:
A first region for rotating the polarization of the first beam in the first control state, and passing the first beam without rotation in the second control state;
13. The optical cross-connect according to claim 12, comprising: a second region that allows the second beam to pass through without rotating in the first control state and rotates the polarization of the second beam in the second control state. network.

The second polarization rotator further comprises:
A first region for rotating the polarization of the fifth beam;
A second region for rotating the polarization of the sixth beam;
A third region through which the third beam passes without rotation;
The optical cross-connect network according to claim 12, further comprising: a fourth region through which the fourth beam passes without being rotated.

13. The optical cross-connect network of claim 12, wherein the wavelength filter comprises a plurality of stacked birefringent waveplates, each waveplate oriented in a predetermined direction.

The 1 × N optical wavelength switch is a 1 × 4 optical wavelength switch;
A first 1 × 2 optical wavelength switch for splitting the WDM signal into two spectral bands;
13. The optical cross of claim 12, comprising parallel second and third 1x2 optical wavelength switches that divide the two spectral bands from the first 1x2 wavelength switch into four optical channels. Connect network.

The 1 × 4 optical wavelength switch further comprises:
A first 2 × 2 optical switch connected to selected first and second of said four optical channels, wherein said first 2 × 2 optical switch is under control of said control means; A first 2 × 2 optical switch for reversibly reversing the order of the first and second optical channels;
A second 2.times.2 optical switch connected to selected third and fourth of said four optical channels, wherein said second 2.times.2 optical switch is under control of said control means. 17. The optical cross-connect network of claim 16, comprising: a second 2x2 optical switch that reversibly reverses the order of the third and fourth optical channels.

The 1 × 4 optical wavelength switch further comprises:
A first 2 × 2 optical switch connected to selected first and second ones of said four optical channels, wherein said first 2 × 2 optical switch is controlled by said control means. A first 2 × 2 optical switch for reversing the order of the first and second optical channels so as to be switchable;
A second 2.times.2 optical switch connected to selected third and fourth of said four optical channels, wherein said second 2.times.2 optical switch is controlled by said control means. 7. The optical cross-connect network according to claim 6, further comprising: a second 2 × 2 optical switch for reversibly switching the order of the third and fourth optical channels.

The optical wavelength switch,
A first 1 × 2 optical wavelength switch for splitting the input WDM signal into a predetermined set of drop channels and a remaining set of pass channels;
The optical cross-connect network of claim 1, comprising a second 1x2 optical wavelength switch that couples the pass-through channel with a predetermined set of add channels to generate an output WDM signal.

20. The optical cross of claim 19, further comprising a third 1x2 optical wavelength switch that divides the drop channel into a predetermined first set of drop channels and a remaining second set of drop channels. Connect network.

Further, a third 1 × 2 combining the first set of add channels and the second remaining set of add channels to generate the add channel for the second 1 × 2 optical wavelength switch. 20. The optical cross-connect network of claim 19, comprising an optical wavelength switch.