JP2004519703A - 光ファイバスイッチ及び関連する方法 - Google Patents

Abstract

光ファイバスイッチは、支持体によって担持される複数の光入力及び複数の光出力を含む。スイッチは、夫々が各光入力に関連付けられる第１の複数の回転可能な反射体と、夫々が各光出力に関連付けられる第２の複数の回転可能な反射体とを含む。複数の反射体ドライバは、光入力と光出力との間の夫々の経路を決定するために第１及び第２の複数の回転可能な反射体の選択された対を向ける。各入力と出力の間を伝達される自由空間を伝搬する光ビームは、略コリメートされたビームを生じさせるマイクロレンズによって形成され、従って様々なルーティング経路間の相対的な経路長の差による光学的な性能の不利な条件を最小とする。

Description

【０００１】
本発明は、光ファイバ通信に係り、特に、２以上のチャネル間の光ファイバ通信システムにおいて光信号をスイッチングする光スイッチング装置に関連する。
【０００２】
光ファイバケーブルは、通信網中で光ビームとして伝送される音声信号、ビデオ信号、及び他のデータ信号を搬送するために使用される。電子信号を搬送するために銅線を用いた通信網の場合と同様に、光ファイバケーブル線は通信網全体に亘る様々な場所に配置されるスイッチを介して相互接続される。通信信号の全光ルーティング及び再ルーティングを達成するために、光マトリックススイッチ又はＭ×Ｎクロスバースイッチが使用される。全光スイッチは、光信号をまず電気信号に変換し所望のルーティングを実行し電気信号を光信号に戻るよう変換する他のスイッチング技術と混同されてはならない。
【０００３】
全光スイッチの例として、米国特許第６，００９，２１９号明細書には、第１及び第２の光チャネルを選択的に結合するための固体屈折スイッチング素子を用いる光スイッチング装置を開示する。固体屈折スイッチング素子は第１及び第２の屈折面を第１及び第２の光チャネルに隣接して配置するよう動かされる。
【０００４】
他の例は、米国特許第５，９６０，１３２号明細書に開示のものである。光スイッチは、光ビームを第１の方向に進行させることを許すか、光ビームを第１の方向から第２の方向へ方向を変化させることを許す反射パネルを含む。
【０００５】
しかしながら、従来の光ファイバスイッチは、チャネル密度が低く、挿入損が高く、静的状態の電力消費でありえ、また、比較的かさばるものでありうる。スイッチング速度、信頼性、波長範囲、及び、費用は、やはり特定の適用に依存すると考えられうる他の要因である。特に、波長分割多重（ＷＤＭ）の使用は、チャネル数の莫大な増加により従来のスイッチ技術の能力にひどく重い負担をかけており、現在では、全ての適用に対して最適であるとされるようなスイッチ技術は一つもない。従って、チャネル密度が増え、波長依存性が低下し、サイズが小さくなり、挿入損が低下し、信頼性が高く、静的電力消費が減少した光ファイバスイッチが要請されている。
【０００６】
本発明は、支持体と、支持体によって担持される複数の光入力と、支持体によって担持される複数の光出力と、各光入力に夫々関連付けられる第１の複数の回転可能な反射体と、各光出力に夫々関連付けられる第２の複数の回転可能な反射体と、光入力と光出力の間の夫々の経路を決めるよう第１及び第２の複数の回転可能な反射体の対を向けるための複数の反射体ドライバとを含む、光ファイバスイッチを含む。
【０００７】
本発明はまた、複数の光入力及び複数の光出力を含む光ファイバ通信システムにおいて光信号をルーティングする方法であって、光入力及び光出力のうちの１つに夫々関連付けられる複数の回転可能な反射体を設け、光入力と前記光出力の間の夫々の経路を決めるために回転可能な反射体の対を互いに向けることを特徴とする方法を含む。
【０００８】
本発明は、全光ファイバスイッチのチャネル密度、波長からの独立性、及び信頼性を高め、一方で、その挿入損、サイズ、電力消費を小さくすることを目的とする。
【０００９】
有利には、本発明は、支持体によって担持される複数の光入力及び複数の光出量を含む光ファイバスイッチを提供する。スイッチは、各光入力に夫々関連付けられる第１の複数の回転可能な反射体と、各光出力に夫々関連付けられる第２の複数の回転可能な反射体とを含む。また、複数の反射体ドライバは、光入力と光出力の間の夫々の経路を決めるよう第１及び第２の複数の回転可能な反射体の選択された対を向ける。
【００１０】
複数の光入力及び光出力は夫々、レンズ、光コネクタ、及び光ファイバを含む。コンパクトさと良い性能のために、レンズは屈折率分布マイクロレンズであってもよいが、より広い範囲の波長動作可能性は特別に設計されたアクロマティック・マイクロレンズを用いて実現されうる。いずれの場合も、光入力及び出力レンズ２０は、実質的に見分けのつかないものであり、２つのレンズ間で光の略コリメートされたビームを効率的に伝達するために製造によって調整される。本発明は、自由空間を伝搬する光ビームが干渉なしに経路を通りうるという利点がある。また、第１及び第２の複数の回転可能な反射体の夫々は回転可能なミラーを含み、複数の反射体ドライバは夫々モータを含み、モータは例えばコンパクトさのためにマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）モータである。本発明の最終的なコンパクトさは、ミラーを回転させるモータのサイズによってのみ主に制限されており、これはモータ技術の状態によりやがて変化するものである。また、ラッチ可能なモータは、静的な動作中の電力消費についての必要性を少なくするか、なくしうる。スイッチは、光入力と光出力の間に所望のルーティング経路を生じさせるために複数の反射体ドライバを制御するコントローラを含みうる。
【００１１】
複数の光入力及び光出力は、支持体に略円形のパターンで配置されることが望ましい。支持体は、複数の光入力を略半円形のパターンで支持する第１の支持部と、第１の支持部に隣接し複数の光出力を略半円形のパターンで支持する第２の支持部とを含みうる。
【００１２】
本発明の目的、特徴、及び利点は、複数の光入力及び複数の光出力を含む光ファイバ通信システムにおいて光信号をルーティングする方法によって与えられる。方法は、夫々が複数の光入力及び光出力のうちの対応する一つに関連付けられる複数の回転可能な反射体を設け、光入力と光出力の間の夫々の経路を決めるよう一対の回転可能な反射体を向ける。
【００１３】
夫々の反射体を向けることは、回転可能な反射体をミラーで回転させることによって行われてもよく、複数の回転可能な反射体は略円形のパターンに配置されることが望ましい。複数の回転可能な反射体を設けるときに、複数の光入力に関連付けられる回転可能な反射体を略円形のパターンに配置し、複数の光入力に関連付けられた回転可能な反射体に隣接し複数の光出力に関連付けられる回転可能な反射体を略半円形のパターンに配置しうる。
【００１４】
本発明の光ファイバスイッチ及び方法は、チャネル密度を高め、サイズを小さくし、挿入損を低下させ、波長性能の範囲を広くし、信頼性を高め、静的電力消費を減少させる。
【００１５】
以下、例として添付の図面を参照し、本発明について説明する。図１を参照するに、光通信システム４は、一般的には（しかしこれに限られるものではない）、複数の波長分割多重装置（ＷＤＭ）８とＭ×Ｎ光ファイバスイッチ１０を介して相互の通信のために接続されるネットワーク６を含む。図２及び図３を参照するに、光ファイバスイッチ１０について説明する。光ファイバスイッチ１０は、かかる光ファイバ通信システム４において使用されるための全光マトリックススイッチ又はＭ×Ｎのクロスバースイッチである。スイッチ１０は、複数の光出力１９Ａ及び複数の光入力１９Ｂを支持するための支持体又は枠体１２を含む。支持体は、複数の光出力１９Ａを半円形のパターンに支持する第１の支持部１１Ａと複数の光入力１９Ｂを複数の光入力に隣接する望ましい半円形のパターンに支持するための第２の支持部１１Ｂとを含みうる。このように、複数の光入力及び光出力は、経路距離のばらつきを最小化し、全ての可能なルーティング間の視野方向を改善するために、望ましい略円形のパターンに配置される。これにより、光ファイバスイッチ１０を介して接続されうるチャネルの数が最大化され、それによりそのチャネル密度が増加する。特定の適用についての要件によっては、略線形のパターンといった他のパターンもまた使用されうる。
【００１６】
光出力１９Ａ及び１９Ｂは夫々、コリメーティング・マイクロレンズ２０、光コネクタ２２、及び光ファイバケーブル２４を含みうる。レンズ２０、コネクタ２２及びケーブル２４は、当業者により周知である。望ましくは、レンズ２０は、スイッチ、スプリッタ、アイソレータ、ＷＤＭ、サーキュレータといった光ファイバ部品に広く用いられる屈折率分布（ＧＲＩＮ）マイクロレンズである。コンパクトさ及び良い性能のために、レンズ２０は屈折率分布マイクロレンズであってもよいが、より広い範囲の波長動作可能性は特別に設計されたアクロマティック・マイクロレンズを用いて実現されうる。いずれの場合も、光入力及び出力レンズ２０は、実質的に見分けのつかないものであり、２つのレンズ間で光の略コリメートされたビームを効率的に伝達するために製造によって調整される。本発明は、自由空間を伝搬する光ビームが干渉なしに経路を通りうるという利点を用いる。
【００１７】
スイッチ１０はまた、夫々が複数の光出力１９Ａのうちの１つに関連付けられる第１の複数の回転可能な反射体１８Ａと、夫々が複数の光入力１９Ｂのうちの１つに関連付けられる第２の複数の回転可能な反射体１８Ｂとを含む。回転可能な反射体１８Ａ及び１８Ｂは、当業者によって理解されるように望ましくはミラーである。回転可能な反射体１８Ａ及び１８Ｂは、駆動シャフト１６を介してモータ１４によって駆動される。簡単化のために、反射体１８Ａ及び１８Ｂは、モータ１４自体のシャフト１６にベベルをつけること、研磨すること、及び反射率の高い層を蒸着させることによって形成されうる。モータ１４は、ステッパモータであってもよく、及び／又は、回転可能な反射体１８Ａ及び１８Ｂは、回転可能な反射器による制御を助けるために位置決め機構（例えば移動止め又はツメ）を含みうる。モータ１４はまた、スイッチ１０のサイズを更に小さくするためにマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）モータであってもよい。モータ１４は、反射体１８Ａ及び１８Ｂの選択された対を回転させ、光出力１９Ａと光入力１９Ｂの間の夫々のルーティング経路を決めるよう所望の方向に光を向けるために、コントローラ２６によって向けられる。
【００１８】
例えば、図３に示すように、経路は、夫々の反射体１８Ａ及び１８Ｂを互いに向けることにより光出力１９Ａ_１と光入力１９Ｂ_１の間に経路が決められうる。光信号は、光入力１９Ｂ_１の光ファイバ２４、光コネクタ２２、及びレンズ２０を通って伝送されうる。次に、光信号は、所望の光出力１９Ａ_１の他の回転可能な反射体１８Ａへ向かって回転可能な反射体１８Ｂによって反射される。反射体１８Ａは、光信号を、レンズ２０へ向けて、また光出力１９Ａ_１の光コネクタ２２と光ファイバケーブル２４とを通して反射する。反射体１８Ａ、１８Ｂが回転するにつれ、空間中を掃引された関連する自由空間光ビーム経路は固有の平面を画成する。このような全ての回転する反射体１８Ａ，１８Ｂに関連付けられるビーム経路が、許容される製造公差の範囲内で同一平面にあることにより、光入力及び出力の経路の全ての可能な組み合わせが与えられる。
【００１９】
入力光信号はこのスイッチ１０内で経路が切り換えられるため、コリメートされた光ビームは、一般的には出力に関連付けられる幾つかの第２の複数の反射体１８Ａに亘って掃引する。この動作中の他の出力への望ましくない光カップリング又はクロストークの問題は、出力反射体１８Ａからの光を関連する出力ファイバ２４に結合するマイクロレンズ２０の高い指向性の感度によって打ち消される。従って、再ルーティングは、設定されている経路の位置及び量については、経路に対する干渉が静的なままであるかどうかを問わずに、任意に実行されうる。
【００２０】
上述の光ファイバスイッチ１０は、チャネル密度が高く、サイズがそれに対応して減少され、高い信頼性でより良い性能であり、静的電力消費が低い。
【００２１】
本発明による光ファイバ通信システムにおける光信号のルーティングの方法について説明する。光ファイバ通信システムは、複数の出力１９Ａと複数の入力１９Ｂとを含む。方法は、夫々が光出力１９Ａ又は光入力１９Ｂのいずれかに関連付けられる複数の回転可能な反射体１８Ａ及び１８Ｂを設け、光入力と光出力の間の夫々の経路を決めるよう回転可能な反射体の対を向けることを含む。換言すれば、上述の例で述べたように、光信号は複数の光入力１９Ｂのうちの１つを通って伝送され、関連付けられる回転可能な反射体１８Ｂによって所望の回転可能な反射器１８Ａへ向かって反射され、次に、複数の光出力１９Ａの夫々へ反射される。
【００２２】
夫々の回転可能な反射体１８Ａ及び１８Ｂの方向を決めるには、シャフト１６を介してモータ１４で回転可能な反射体を回転させてもよい。また、複数の反射体１８Ａ及び１８Ｂは、望ましくは、しかし必ずしもそうである必要はないが、略円形のパターン中に配置される。例えば、複数の光出力１９Ａに関連付けられる回転可能な光反射体１８Ａは略半円形のパターンに配置されえ、複数の光入力１９Ｂに関連付けられる回転可能な光反射体１８Ｂは光出力に関連付けられる回転可能な反射体に隣接する略半円形のパターンに配置されうる。上述のように、光ファイバスイッチ１０を介して接続されうる出力１９Ａ及び入力１９Ｂの数は最大化され、スイッチのチャネル密度は増加される。
【００２３】
本発明の方法は、チャネル密度を増加させ、スイッチ１０のサイズを減少させ、より高い信頼性でより良い性能を与え、静的電力消費を減少させる。
【００２４】
光ファイバスイッチは、支持体によって担持される複数の光入力及び複数の光出力を含む。スイッチはまた、夫々が各光出力に関連付けられる第１の複数の回転可能な反射体と、夫々が各光出力に関連付けられる第２の複数の回転可能な反射体とを含む。複数の反射体ドライバは、光入力と光出力の間で夫々の経路を決めるよう第１及び第２の複数の回転可能な反射対の選択された対を向ける。各入力と出力の間で伝達される自由空間を伝搬する光ビームは、略コリメートされたビームを生じさせるマイクロレンズによって形成され、従って様々なルーティング経路間の相対的な経路の長さの差による光学的な性能の不利な条件を最小とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】
光ファイバスイッチを含む光通信システムを示す概略図である。
【図２】
光ファイバスイッチを示す概略的な断面図である。
【図３】
図２の光ファイバスイッチの光ファイバチャネルのパターンを示す概略図である。

Claims (13)

1. 支持体と、前記支持体によって担持される複数の光入力と、前記支持体によって担持される複数の光出力と、各光入力に夫々関連付けられる第１の複数の回転可能な反射体と、各光出力に夫々関連付けられる第２の複数の回転可能な反射体と、前記光入力と前記光出力の間の夫々の経路を決めるよう前記第１及び第２の複数の回転可能な反射体の対を向けるための複数の反射体ドライバとを含む、光ファイバスイッチ。
2. 前記光入力及び前記光出力は夫々、レンズ及び光コネクタを含み、前記光入力及び前記光出力は夫々、光ファイバを更に含む、請求項１記載の光ファイバスイッチ。
3. 前記レンズはコリメーティング・マイクロレンズを含み、前記第１及び第２の複数の回転可能な反射体の夫々は回転可能なミラーを含む、請求項２記載の光ファイバスイッチ。
4. 前記複数の反射体ドライバは夫々、モータを含み、前記モータはマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）モータを含む、請求項１記載の光ファイバスイッチ。
5. 前記複数の反射体ドライバを制御するコントローラを更に含み、前記光入力及び前記光出力は略円形のパターンで前記支持体によって担持され、前記支持体は略円形でありうる、請求項１記載の光ファイバスイッチ。
6. 前記支持体は、前記複数の光入力を略半円形のパターンで支持する第１の支持部と、前記第１の支持部に隣接し前記複数の光出力を略半円形のパターンで支持する第２の支持部とを含む、請求項１記載の光ファイバスイッチ。
7. 複数の光入力と、複数の光出力と、前記複数の光入力及び前記複数の光出力を略円形のパターンで支持する支持体と、前記光入力及び前記光出力の夫々のうちの１つに関連付けられる複数の回転可能な各反射体と、前記光入力と前記光出力の間の夫々の経路を決めるよう前記第１及び第２の複数の回転可能な反射体の対を向けるための複数の反射体ドライバと、前記複数の反射体ドライバを制御するコントローラとを含む、光ファイバスイッチ。
8. 前記光入力及び前記光出力は夫々、レンズ及び光コネクタを含み、前記光入力及び前記光出力は夫々、光ファイバを更に含み、前記レンズはコリメーティング・マイクロレンズを含む、請求項７記載の光ファイバスイッチ。
9. 前記複数の回転可能な反射体は夫々、回転可能なミラーを含み、前記複数の反射体ドライバは夫々、モータを含み、前記モータはマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＡＳ）モータを含む、請求項７記載の光ファイバスイッチ。
10. 前記支持体は、前記複数の光入力を略半円形のパターンで支持する第１の支持部と、前記第１の支持部に隣接し前記複数の光出力を略半円形のパターンで支持する第２の支持部とを含む、請求項７記載の光ファイバスイッチ。
11. 複数の光入力及び複数の光出力を含む光ファイバ通信システムにおいて光信号をルーティングする方法であって、
    前記光入力及び前記光出力のうちの１つに夫々関連付けられる複数の回転可能な反射体を設け、前記光入力と前記光出力の間の夫々の経路を決めるために回転可能な反射体の対を互いに向けることを特徴とする方法。
12. 各回転可能な反射体を向けるときに、前記回転可能な反射体をマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＡＳ）モータを含むモータで回転させ、前記複数の回転可能な反射体は前記複数の回転可能な反射体を略円形のパターンに配置する、請求項１１記載の方法。
13. 前記複数の回転可能な反射体を設けるときに、前記複数の光入力に関連付けられる前記回転可能な反射体を略半円形のパターンに配置し、前記複数の光入力に関連付けられた前記回転可能な反射体に隣接し前記複数の光出力に関連付けられる前記回転可能な反射体を略半円形のパターンに配置し、前記複数の光入力及び光出力は、レンズと、光コネクタと、光ファイバとを含み、前記レンズはコリメーティング・マイクロレンズを含み、前記複数の回転可能な反射体の夫々は回転可能なミラーを含むことを特徴とする、請求項１１記載の方法。

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