JP2012510080A - スペクトル帯域管理のための方法および装置 - Google Patents

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Abstract

方法は、伝送スペクトルにわたって分布される複数の帯域幅を有する光信号を受信する過程と、第１光路に沿って第１幅を有する第１帯域を方向付ける過程と、第２航路に沿って第２幅を有する第２帯域を方向付ける過程と、を具備し、第１幅および第２幅は、異なることを特徴とする光信号を案内し、第１および第２光路の両方に沿って第３帯域を方向付ける過程をさらに具備し、第１および第２光路のうち１つに沿って第４帯域を方向付ける過程をさらに具備し、第４帯域は、第１幅とは異なる第４幅を有する。

Description

本発明の実施形態は一般に、光通信システムおよびコンポーネントに関し、具体的にスペクトル帯域管理のための方法および装置に関する。
波長分割多重化（ＷＤＭ）光通信システムにおいて、情報は、複数チャネルによって搬送され、各チャネルは、固有の波長を有する。ＷＤＭは、同一の光ファイバリンク上で同時に異なるソースからデータの伝送を可能にする。各データソースは、専用チャネルを割り当てられるからである。結果は、ＷＤＭ信号に組み込まれる、波長、即ちチャネル数と共に増加する情報搬送キャパシティを備えた光通信リンクである。このように、ＷＤＭ技術は、複数の光リンクまたはファイバを通常必要とするが代わりに１つのみ必要としうる利用可能光ファイバインフラストラクチャの使用を最大化する。
光通信ネットワークの需要が増加すると、光ファイバの転送効率、即ち光ファイバによって搬送される情報量を増加するのが望ましい。これは、ファイバによって搬送されるＷＤＭ信号のチャネル数を増加することによって、および／またはデータシグナリングレート、即ちＷＤＭ信号のビットレートを増加することによって達成されることができる。
チャネル空間は、ＷＤＭ通信システムの各チャネルに割り当てられる帯域幅の量であり、隣接光チャネルの中心周波数間の空間として定義される。ＷＤＭ信号のチャネル数を増加するために、チャネル空間が低減される。例えば、ファイバは、１００ＧＨｚのチャネル空間を備え、１０波長チャネルからなるＷＤＭ信号を搬送することができる。ＷＤＭ信号のチャネル空間が５０ＧＨｚに低減される時、同一のファイバは代わりに、２０チャネルを搬送することができる。故に、比較的高いスペクトル効率を備えた変調フォーマットを使用して光信号を伝送する時、比較的狭い帯域幅は、各チャネルに必要であり、ＷＤＭ信号のためのチャネル空間が低減されることができる。
光搬送信号のデジタル変調のための異なる変調フォーマットは、ゼロ復帰（ＲＺ）、非ゼロ復帰（ＮＲＺ）、デュアルバイナリ（ＤＢ）、差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）、４相位相変調（ＱＰＳＫ），およびバイナリ位相変調（ＢＰＳＫ）その他を含む。所定のビットレートを有する光搬送信号では、各変調フォーマットは、異なる変調帯域幅を生成することができ、“変調帯域幅”は、ピーク高さの５０％における変調信号のピーク幅、即ち半値全幅（ＦＷＨＭ）として定められる。例えば、１０ギガビット毎秒（Ｇｐｂｓ）ＤＢ信号は、ＮＲＺでフォーマットされる１０Ｇｂｐｓ信号の帯域幅と比較して約１／３の帯域幅を占め、結果として、１０ＧｂｐｓＤＢ信号の変調帯域幅は、１０ＧｂｐｓＮＲＺ信号の帯域幅の約１／３である。
ＷＤＭ信号のビットレートを増加することはまた、信号の転送効率を改善することができる。単位時間当たり同じファイバ上でより多くのデータを伝送するからである。しかし、変調信号の変調帯域幅は、ビットレートと共に増加することが分かる。故に、ＷＤＭ信号のビットレートが増加する時、ＷＤＭ信号の各チャネルの変調帯域幅が広がり、隣接チャネル間の十分な隔離を保証するために比較的広いチャネル空間を必要としうる。
要するに、光通信ネットワークの情報搬送キャパシティは、チャネル空間を低減することにより、ビットレートを増加することにより、および／またはＷＤＭ信号の変調フォーマットを変更することにより、光通信ネットワークのファイバ数を置換または増加することなく改善されることができる。
しかし、既存の光通信ネットワークを変換して比較的狭いチャネル空間、比較的高いビットレート、および／または異なる変調フォーマットを有するＷＤＭ信号を処理するために、複数のネットワークコンポーネントは、レーザ、波長ロッカー（wavelength locker）、および光切替（optical switch）その他を含んで置換されねばならない。かなり役立つ耐用年数を有することができる既存の光ネットワークコンポーネントの劣化を回避するために、およびオーバーホール等に関連するネットワーク休止時間を最小化するために、ネットワークは代わりに、異成分からなる複数の光信号を伝送するように修正されることができる。故に既存のネットワークハードウェアは、ＷＤＭ信号のチャネルを１つのビットレートおよび変調フォーマットで伝送および受信することができる一方、新たに導入されたネットワークハードウェアは、以下説明の通り、比較的高い速度および／または異なる変調フォーマットを利用するように選択されることができる。
図１Ａは、光通信ネットワークで使用される光ファイバの利用可能伝送スペクトル１０４の概略表示を示す。グラフは、光搬送信号１００が複数の伝送帯域１０１を含む水平位置（Ｘ）に対する逆多重化光搬送信号１００の光強度（Ｉ）分布を描く利用可能伝送スペクトル１０４上に重ねられる。各帯域の水平位置は、利用可能伝送スペクトル１０４の特定部分に対応し、各伝送帯域１０１は、波長チャネル１０９によって占められる。波長チャネル１０９は各々、同一の変調帯域幅１０２を実質的に有し、伝送帯域１０１は、均一波長グリッド１０５上に分布し、即ち各伝送帯域１０１は、例えば５０ＧＨｚであるチャネル空間１０３によって隣接帯域から分離される。チャネル空間１０３は、変調帯域１０２より大きくなるように選択され、各波長チャネル１０９が逆多重化後に各隣接波長チャネルから十分隔離されることを保証する。図示の通り、光搬送信号１００の伝送帯域１０１は、光搬送信号１００に割り当てられる全体の利用可能伝送スペクトル１０４を占めず、利用可能伝送スペクトル１０４の余剰キャパシティ１０８の領域を残す。故に、光搬送信号１００は、図１Ｂに示す通り、追加チャネルを含むために拡張されることができる。
図１Ｂは、逆多重化された後の水平位置に対する光搬送信号１１０の光強度分布の概略表示を示す。光搬送信号１１０は、光搬送信号１００からの複数の伝送帯域１０１だけでなく追加帯域１１１Ａ、１１１Ｂも含む。利用可能伝送スペクトル１０４の余剰キャパシティ１０８を利用するために、追加帯域１１１Ａ、１１１Ｂは、余剰キャパシティ１０８の領域で均一波長グリッド１０５上に位置決めされる。光搬送信号１１０の一部として、追加チャネル１１９Ａ、１１９Ｂは、図示の通り追加帯域１１１Ａ、１１１Ｂを占め、オリジナル（original）光ネットワークに追加されているコンポーネントを用いて波長チャネル１０９と同じ光ファイバ上で伝送および受信される。例えば、光ネットワークは、追加チャネル１１１Ａ、１１１Ｂを伝送および受信する追加ノードを用いて改善されることができる。従って、追加チャネル１１９Ａ、１１９Ｂに含まれるトラフィックを搬送するための追加ファイバリングを導入する代わりに、オリジナルファイバの利用可能伝送スペクトル１０４が利用される。
追加チャネル１１９Ａ、１１９Ｂは、波長チャネル１０９より高いビットレートで情報を伝送するので、波長チャネル１０９の変調帯域幅１０２より広い変調帯域幅１１２を有する。例えば、波長チャネル１０９は、１０ＧＨｚＤＰＳＫ信号であり、追加チャネル１１９Ａ，１１９Ｂは、４０ＧＨｚＤＰＳＫ信号であり、一方チャネル空間１０３は、５０ＧＨｚである。図１Ｂに示す通り、チャネル空間１０３は、狭すぎることにより追加チャネル１１９Ａ，１１９Ｂを収容できないので、その間で重なり合うことになる。波長チャネル間のそのような干渉は、光ネットワークに非常に望まれることでなく、比較的広いチャネル空間は、適切に機能するために光搬送信号１１０に必要とされる。
図１Ｃは、逆多重化された後の水平位置に対する光搬送信号１２０の光強度分布の概略表示を示す。光搬送信号１２０は、波長チャネル１０９および光搬送信号１１０からの追加チャネル１１９Ａ、１１９Ｂを含む。光搬送信号１２０では、波長チャネル１０９および追加チャネル１１９Ａ，１１９Ｂは各々、拡張された帯域１３０のうち１つに含まれる。図示の通り、拡張された帯域１３０は、均一波長グリッド１２５上に分布し、図１Ａ，１Ｂの均一波長グリッド１０５のチャネル空間１０３よりも広いチャネル空間１２３を有する。比較的広いチャネル空間１２３は、追加チャネル１１９Ａ、１１９Ｂ間の干渉を防ぐ。拡張された帯域１３０の比較的広いチャネル空間１２３を用いて、波長チャネル１０９より広い変調帯域幅を有する波長チャネルは、光搬送信号１２０によって搬送されることができる。従って、追加チャネル１１９Ａ，１１９Ｂは、図１Ａの余剰キャパシティ１０８のような光ファイバの余剰キャパシティを利用するために光搬送信号１２０に含まれることができ、追加チャネル１１９Ａ，１１９Ｂは、波長チャネル１０９に対して高いビットレートおよび／または異なる変調フォーマットを有する波長チャネルを含むことができる。
しかし、均一波長グリッド１２５上で帯域１０１および追加帯域１１１Ａ，１１１Ｂを均一に分布させて、異なる変調帯域幅を有するチャネルが単一の光搬送信号に含まれることができるようにするために、利用可能伝送スペクトル１０４の他の部分は、効率的に使用されない。波長チャネル１０９の変調帯域幅１０２が比較的広いチャネル空間１２３より実質的に狭いので、拡張された帯域１３０は、波長チャネル１０９の伝送を収容するのに必要な帯域より大きい。結果として、波長チャネル１０１間に配置される帯域幅セグメント１２９は、使用されないままであり、光信号を伝送するために利用されない。故に、従来から知られる光ネットワークは、異成分からなる波長チャネルの集合、即ち異なる変調帯域幅を有する複数の波長チャネルを収容する帯域で構成されることがあるが、ただ一方で光ファイバの使用可能帯域幅の全部分を効率的に利用しない態様である。
従って、異なる変調帯域幅を有する波長チャネルを搬送するためにファイバが使用される時、光ファイバの利用可能伝送帯域幅を効率的に利用するための方法および装置のための技術に対する必要性がある。
本発明の実施形態は、光搬送信号での帯域を選択的に切り替えるための方法および装置を意図する。第１の実施形態による、光信号を案内するための方法は、伝送スペクトルにわたって分布する複数の帯域を有する光信号を受信する過程と、第１光路に沿って第１幅を有する第１帯域を方向付ける過程と、第２光路に沿って第２幅を有する第２帯域を方向付ける過程と、を具備し、第１幅および第２幅が異なる。第２の実施形態による、光信号を案内するための方法は、伝送スペクトルにわたって分布する異なる帯域幅の複数の伝送帯域を有する光信号を受信する過程と、選択された光路に沿って帯域のグループを方向付ける過程と、を具備し、グループにおける少なくとも２つの帯域の幅が異なる。
本発明の実施形態による光装置は、伝送スペクトルにわたって分布する異なる幅の複数の帯域を有する光信号を受信するための入力ポートと、第１光路に沿って第１グループの帯域および第２光路に沿って第２グループの伝送帯域を方向付けるよう構成される切り替えアセンブリとを具備する。２つのグループにおける帯域数は、異なってもよく、２つのグループにおける帯域の幅は、異なってもよい。
本発明の上記説明した特徴がより詳細に理解されうる方法、上記で簡潔に要約された本発明のより特定の記載が実施形態を参照して行われて、そのいくつかが添付図面で示される。しかし、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみ示すので、その範囲の限定と考えるべきでなく、よって本発明は、他の均等で有効な実施形態を含むことが分かる。
図１Ａは、水平位置に対する逆多重化光搬送信号の光強度分布の概略表示を示す。 図１Ｂは、水平位置に対する逆多重化光搬送信号の光強度分布の概略表示を示す。 図１Ｃは、水平位置に対する逆多重化光搬送信号の光強度分布の概略表示を示す。 図２Ａは、本発明の実施形態による、光通信ネットワークで使用される光ファイバの利用可能伝送帯域幅の概略表示を示す。 図２Ｂは、本発明の実施形態による、その上に重ねられる光搬送信号の光強度分布のグラフを用いて光ファイバの利用可能伝送帯域幅を概略的に示す。 図２Ｃは、本発明の実施形態による、異なる光路に沿って光搬送信号の一部を選択的に方向付けることによって生成される２つの合成光信号を概略的に示す。 図２Ｄは、本発明の実施形態による、２つの異なる光路に沿って光搬送信号の一部を選択的に方向付ける一方で、両光路に沿って光搬送信号の他の一部をブロードキャストすることによって生成される２つの合成光信号を概略的に示す。 図３は、本発明の実施形態による、不均一波長グリッドを有する光搬送信号を伝送するように構成される光ネットワークを概略的に示す。 図４は、本発明の実施形態による、光切替装置に組み込まれることができるＬＣベースの光切替の断面図を概略的に示す。 図５Ａは、本発明の１つの実施形態による、ＬＣベースの光切替装置の上部を概略的に示す。 図５Ｂは、本発明の１つの実施形態による、ＬＣベースの光切替装置の側面を概略的に示す。 図５Ｃは、図５Ａで示したように、切断線ａ−ａで取られるＬＣアレイの断面図を概略的に示す。
明確性のために、同一の参照番号が使用され、図の間で共通する同一の要素を示すように適用できる。１つの実施形態の特徴は、さらに記載することなく他の実施形態に組み込まれてもよいことが分かる。
本発明の実施形態は、光搬送信号での帯域を選択的に切り替えるための方法および装置を意図する。光搬送信号が逆多重化される時、光ファイバの利用可能伝送帯域幅を構成する帯域は、不均一な帯域幅となり、不均一な波長グリッド上で配置されることがあるので、光ファイバ帯域幅の一部は、未使用で残されない。光切替装置は、本発明の実施形態によると、各帯域の帯域幅に基づき逆多重化光搬送信号のために波長グリッドを配置するために使用され、各帯域は、１つまたは複数の波長チャネルによって占められることができる。１つの実施形態では、光切替装置は、複数の独立制御可能ピクセル要素、即ちサブピクセルを含み、それらは、各帯域の帯域幅または各帯域を占める波長チャネルの変調帯域幅に関わらず、所望のように各帯域を光学的に切り替えるために適切なジオメトリのマクロピクセルを形成するために必要に応じて結合されることができる。
図２Ａは、光通信ネットワークで使用される光ファイバの利用可能伝送スペクトル２０４の概略表示を示す。グラフは、光搬送信号２００が複数の帯域２０１Ａ〜Ｄ，２０２Ａ〜Ｂ、および２０３Ａ〜Ｃを含み、各帯域の水平位置が利用可能伝送スペクトル２０４の特定セグメントに対応する、水平位置（Ｘ）に対する逆多重化光搬送信号２００の光強度（Ｉ）分布を描く利用可能伝送スペクトル２０４上に重ねられる。説明の目的で、各帯域２０１Ａ〜Ｄ、２０２Ａ〜Ｂ、および２０３Ａ〜Ｃは、波長チャネルを含んで描かれる。しかし、本発明の実施形態はまた、１つまたは複数の帯域が波長チャネルで占められないかまたは複数の波長チャネルで占められる光搬送信号を意図する。
光搬送信号２００が逆多重化されるので、そこに含まれる帯域、即ち帯域２０１Ａ〜Ｄ、２０２Ａ〜Ｂ、および２０３Ａ〜Ｃは、空間的に分散される。図示の通り、帯域２０１Ａ〜Ｄは、比較的狭い変調帯域幅２１１を有する波長チャネルで各々占められる。帯域２０１Ａ〜Ｄは、相応する狭いチャネル空間２５１で利用可能伝送スペクトル２０４の領域１に位置付けられる。同様に、帯域２０２Ａ〜Ｂは、比較的広い変調帯域幅２１２を有する波長チャネルで各々占められる。帯域２０２Ａ〜Ｂは、相応する広いチャネル空間２５２で利用可能伝送スペクトル２０４の領域２に位置付けられる。帯域２０３Ａ〜Ｃは、変調帯域幅２１３を有する波長チャネルで各々占められ、適切な広さのチャネル空間２５３で利用可能伝送スペクトル２０４の領域３に位置付けられる。
変調帯域幅２１１、２１２および２１３間の違いは、帯域２０１Ａ〜Ｄ、２０２Ａ〜Ｂおよび２０３Ａ〜Ｃを占める波長チャネルの異なるビットレートおよび／または変調フォーマットに起因することができる。例えば、帯域２０２Ａ〜Ｂに含まれる波長チャネルは、４０ＧｂｐｓＤＰＳＫ信号の場合がある一方、帯域２０３Ａ〜Ｃに含まれる波長チャネルは、１０ＧｂｐｓＤＰＳＫ信号の場合があり、実質上比較的狭い変調帯域幅を有する。代わりに、帯域２０１Ａ〜Ｄを占める波長チャネルは、１つの変調フォーマット、例えばＤＢで伝送される場合があり、帯域２０２Ａ〜Ｂを占める波長チャネルは、もう１つの変調フォーマット、例えばＮＲＺで伝送される場合があり、一方で帯域２０３Ａ〜Ｃに含まれる波長チャネルは、第３の変調フォーマット、例えばＤＰＳＫで伝送される場合がある。当業者であれば、当該技術で一般に知られるように、利用可能伝送スペクトル２０４は、均一な波長グリッド上にわたり分布する帯域から構成されないことが分かる。むしろ、帯域２０１Ａ〜Ｄ、２０２Ａ〜Ｂ、および２０３Ａ〜Ｃは、利用可能伝送スペクトル２０４が最も効率的に利用されるよう必要に応じて異なる帯域幅を有する。
本発明の１つの実施形態によると、光搬送信号２００に含まれる帯域２０１Ａ〜Ｄ、２０２Ａ〜Ｂおよび２０３Ａ〜Ｃは、図２Ｂに示す通り、より一般的な態様で配置されることができる。図２Ｂは、その上に重ねられる光搬送信号２００の光強度分布のグラフで利用可能伝送スペクトル２０４を概略的に示し、光搬送信号２００は、任意的な態様で配置される複数の帯域２０１Ａ〜Ｄ、２０２Ａ〜Ｂおよび２０３Ａ〜Ｃを含む。図示の通り、帯域２０２Ａ〜Ｂのような類似の帯域幅を有する帯域は、共にグループ化される必要が無く、帯域２０１Ａ〜Ｄ，２０２Ａ〜Ｂおよび２０３Ａ〜Ｃが配置される波長グリッドは、利用可能伝送スペクトル２０４が効率的に利用されるようかなり不均一である。
図２Ｃは、本発明の実施形態による、異なる光路に沿って光搬送信号２００の一部を選択的に方向付けることによって生成される２つの合成光信号２９１、２９２を概略的に示す。合成光信号２９１は、光搬送信号２００からの複数の帯域、即ち帯域２０１Ａ〜Ｂ，２０２Ａ〜Ｂおよび２０３Ｂを含む。合成光信号２９２は、光搬送信号からの残りの帯域、即ち帯域２０１Ｃ〜Ｄ，２０３Ａおよび２０３Ｃを含む。合成光信号２９１、２９２は、図５Ａ〜Ｃと共に以下に示す光切替装置３４１、３４２のような光切替装置に方向付けられる時、異なる光路に沿って選択的に方向付けられる。図示の通り、何れかの合成光信号２９１または２９２に含まれる帯域は、単一の帯域幅に限定されない。また、前記帯域は、利用可能伝送スペクトル２０４の特定位置に限定されず、即ち何れかの合成光信号２９１または２９２に含まれる帯域は、利用可能伝送スペクトル２０４の単一の隣接部分から選択される必要が無い。また、合成光信号２９１、２９２に含まれる各帯域は、１つまたは複数の波長チャネルによって占められることができる。合成光信号２９１は、合成光信号２９２を占める波長チャネルよりも、異なる宛先ノードに案内されるべき１つまたは複数の波長チャネルで占められた帯域を含むことができる。代わりに、合成光信号２９１は、“落とされた（dropped）”波長チャネルによって占められた帯域を含んでもよく、この場合の合成光信号２９１は、光ダンプ（light dump）に方向付けられる。
図２Ｄは、本発明の実施形態による、２つの異なる光路に沿って光搬送信号２００の一部を選択的に方向付ける一方で両光路に沿って光搬送信号２００の他の部分をブロードキャストすることによって生成される２つの合成光信号２９３、２９４を概略的に示す。合成光信号２９３、２９４は、帯域２０１Ｃおよび２０３Ａに含まれる光エネルギの一部が各光路に沿って向けられることを除き、図２Ｃの合成光信号２９１、２９２に類似する。故に、各合成光信号２９３、２９４は、帯域２０１Ｃおよび２０３Ａを含む。図２Ｄに示す通り、帯域２０１Ｃおよび２０３Ａが２つの光路に沿ってブロードキャストされる時、帯域２０１Ｃおよび２０３Ａを占める波長チャネルの強度は、約半分まで低減されるが、周知技術手段によって後続的に増幅されることができる。
図３は、本発明の実施形態による、不均一波長グリッドを有する光搬送信号２００を伝送するよう構成された光ネットワーク３００を概略的に示す。光ネットワーク３００は、光リング３１０、３２０および３３０を含み、それらは、図示の通り光切替装置３４１、３４２を介して光学的にリンクされる。光リング３１０は、伝送ノード３１１および受信ノード３１２および３１３を含む。光リング３２０は、受信ノード３２１および伝送ノード３２３を含む。光リング３３０は、受信ノード３３１および伝送ノード３３２を含む。光通信ネットワークの光コンポーネントは、一般的にほぼ双方向なので、両方向、即ち伝送ノード、例えば伝送ノード３１１から受信ノード、例えば受信ノード３３１へ、またはその逆で光信号を配信することが分かる。分かりやすくするため、光ネットワーク３００の動作は、伝送ノードから受信ノードへの一方向光路を用いて説明される。
受信ノード３１２、３１３、３２１および３３１は各々、図３に示す通り、光逆多重化器３５１および１つまたは複数の光受信器３５２を含み、各受信ノードは、そのノードで各光波長チャネルが受信されるように１つの光受信器３５２で構成される。例えば、受信ノード３１３は、３つの帯域を受信するように構成され、光逆多重化器３５１および３つの光受信器３５２を含む。類似に、伝送ノード３１１、３２３および３３２は各々、光多重化器３５３および１つまたは複数の光伝送器３５４を含み、１つの光伝送器３５４は、帯域ごとに各ノードそれぞれから伝送する。
光ネットワーク３００の伝送および受信ノードは、各々が固定光波長および変調フォーマットを有し、利用可能伝送スペクトル２０４の帯域に位置決めされる波長チャネルを伝送または受信するようそれぞれ構成される。しかし、光ネットワーク３００が光切替装置３４１、３４２で構成されるので、光ネットワーク３００上で伝送される光搬送信号を構成する波長チャネルを含む帯域は、均一な波長グリッドに沿って配置される必要が無い。結果として、光ネットワーク３００の各伝送ノードは、異なる帯域幅の帯域を介して波長チャネルを伝送することができる。故に、異なる変調フォーマットおよび／またはビットレートを有する波長チャネルは、利用可能伝送スペクトル２０４を効率的に利用するように配置されることができる。例えば、伝送ノード３１１は、帯域２０１Ａ〜Ｄを占める波長チャネルを伝送するように構成されることができ、伝送ノード３３２は、図２Ｂの帯域２０２Ａ〜Ｂを占める波長チャネルを伝送するように構成されることができ、伝送ノード３２３は、図２Ｂの帯域２０３Ａ〜Ｃを占める波長チャネルを伝送するように構成されることができる。図２Ａおよび２Ｂと共に説明した通り、帯域２０１Ａ〜Ｄの帯域幅は、帯域２０２Ａ〜Ｂおよび帯域２０３Ａ〜Ｃの帯域幅より異なることができる。故に、光伝送器３５４の各々は、固有の中心周波数および変調帯域幅を有する１つの波長チャネルを伝送するように構成されることができ、各チャネルは、必要な帯域幅を有する光搬送信号２００の帯域に含まれる。当業者であれば、光搬送信号２００の利用可能伝送スペクトル２０４を効率的に利用するように配置される帯域に光搬送信号２００が分割されるように、光ネットワーク３００の各光伝送器３５４の構成を選択できることが分かる。上記説明の通り、図２Ａおよび２Ｂは、帯域２０１Ａ〜Ｄ、２０２Ａ〜Ｂおよび２０３Ａ〜Ｃの２つのそのような配置を示す。
類似に、光ネットワーク３００の各受信ノードは、光ネットワーク３００の他の受信ノードのために構成される帯域よりも異なる帯域幅を有する利用可能伝送スペクトル２０４の帯域に位置決めされる波長チャネルを受信するように構成されることができる。例えば、受信ノード３２１は、帯域２０１Ａ〜Ｂに位置決めされる波長チャネルを受信するように構成されてもよく、受信ノード３３１は、帯域２０１Ｃ〜Ｄに位置決めされる波長チャネルを受信するように構成されてもよく、受信ノード３１２は、帯域２０２Ａ〜Ｂに位置決めされる波長チャネルを受信するように構成されてもよく、受信ノード３１３は、帯域２０３Ａ〜Ｃに位置決めされる波長チャネルを受信するように構成されてもよい。
動作中、光ネットワーク３００の各伝送ノードにおいて、例えば伝送ノード３１１において、１つまたは複数の波長チャネルが伝送され、対応光リング、例えば光リング３１０上で循環される光搬送信号に多重化される。光切替装置３４１、３４２は、循環された光搬送信号を入力信号として受信し、個々の波長チャネルに各入力信号を逆多重化し、宛先に基づき波長チャネルをソートし、ソートされた波長チャネルを適切な光リングに沿って多重化および伝送する。
光切替装置３４１、３４２は、不均一波長グリッド上に配置される利用可能伝送スペクトル２０４の帯域をソートするように構成され、従来の光ネットワークに対する光ネットワーク３００の利点が３倍になる。第１に、異なる変調帯域幅を有する波長チャネルは、波長グリッドを拡大して広い変調帯域幅でチャネルを収容する必要なく、同時に光ネットワーク３００上で伝送されることができる。これにより伝送および受信ノードは、利用可能伝送帯域幅を効率的に利用するために光ネットワーク３００に追加されることができ、追加されたノードは、最新のビットレートおよび／または変調フォーマットで動作することができる。故に、既存のノードコンポーネントは、定位置に残されてもよく、比較的遅いビットレートおよび／または異なる変調フォーマットで動作する波長チャネルは、新たに追加された波長チャネルと同時に使用されることができる。第２に、既存の光リングの利用可能伝送帯域幅を効率的に利用することにより、導入すべき追加のファイバリングの必要性を回避することができる。第３に、図４および図５Ａ〜５Ｃと共に以下に説明するように、光切替装置のいくつかの実施形態は、“オンザフライ（on-the-fly）”で再構成されることができる。即ち、ネットワークアーキテクチャが動的に修正される時、例えば異なる波長チャネルを伝送および受信するために１つまたは複数のノードが追加され、除去され、または再構成される時、本明細書で説明する光切替装置で構成される光ネットワークは、動的に再構成されることができる。このように、任意の所望の変調帯域幅の波長チャネルは、光切替装置３４１、３４２のコンポーネントに対する機械的修正または置換に起因してネットワーク動作に干渉せずに管理および案内されることができる。これは、光切替装置のマクロピクセルを構成する光ビーム偏向サブピクセルがソフトウェアのみ使用して新たな構成に統合できることによる。光切替装置の１つの実施形態に含まれる光ビーム偏向サブピクセルおよびマクロピクセルは、図４および図５Ａ〜Ｃと共に以下説明される。
１つの実施形態では、光切替装置３４１、３４２は、従来技術の波長選択切替と動作および構成が類似しているので、光搬送信号を構成する各帯域を占める光、即ち個々の波長チャネルを光ネットワークの１つのノードからもう１つのノードに案内する。例えば、光切替装置３４１は、光リング３１０上で伝送ノード３１１から伝送される波長チャネルを逆多重化し、適切な受信ノードによって受信するために光リング３２０に波長チャネルを案内することができる。また、光切替装置３４１、３４２は、図２Ａ、２Ｂに示す通り、不均一な波長グリッドに沿って配置される帯域を波長チャネルが占める時、光搬送信号の波長チャネルを案内する。そのためには、光切替装置３４１、３４２は、複数の独立した制御可能なピクセル要素、即ちサブピクセルを有する光ビーム偏向器のアレイで構成される。サブピクセルは、任意の所望の帯域幅の逆多重化帯域を方向付けるために必要なジオメトリを有するマクロピクセルを形成するように構成されることができる。故に、光切替装置３４１、３４２は、均一な波長グリッドによって定義されないことができるか、およびその代わり光切替装置３４１、３４２を介して案内される各波長チャネルの変調帯域幅によって定義されることができる、構成可能なチャネル空間を有する。
光切替装置３４１、３４２でサブピクセルとして使用するのに適当な光ビーム偏向器は、液晶（ＬＣ）、微小電子機器システム（ＭＥＭＳ）マイクロミラー、および任意の他の光切替装置を含み、電子光学および磁気光学切替のようにサブピクセルアレイにおける構成を許容するのに必要な程度まで小型化されることができる。１例として、ＬＣベースの光切替装置は、図３に示す通り、本明細書で説明され、光ネットワーク３００に組み込むことができる。本明細書で説明されるＬＣベース光切替装置は、光ビーム偏向器として供するためにビームステアリング装置と共に液晶偏光変調を使用する一方で、当業者は、反射ＬＣ装置がまた光ビーム偏向器として使用できることが分かる。
図４は、本発明の実施形態による光切替装置、例えば光切替装置３４１または３４２に組み込むことができるＬＣベース光切替の断面図を概略的に示す。本明細書で説明するＬＣ光切替４００は、光ビーム偏向サブピクセルとして供することができ、ＬＣアセンブリ４０１およびビームステアリングユニット４０２を含む。例示では、ＬＣアセンブリ４０１は、２つの透明板４０３、４０４を含み、それらは、共に積層されてＬＣキャビティ４０５を形成する。ＬＣキャビティ４０５は、ＬＣキャビティ４０５にわたって印加される電位差の関数として直線偏光の入射ビームの偏光を変調、即ち回転するＬＣ材料を含む。ＬＣアセンブリ４０１はまた、２つの透明電極４０６、４０７を含み、それらは、ＬＣキャビティ４０５にわたって電位差を印加するように構成されるので、ＬＣアセンブリ４０１のＬＣを第１方向、第２方向、またはこれら２つの方向の間のどこかに向けるように整列する。このように、ＬＣアセンブリ４０１は、ｓ−およびｐ−偏光状態の間で所望の通りに入射光の偏光を変調することができる。透明電極４０６、４０７は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層だけでなく他の透明導電材料から模様付けされる。ビームステアリングユニット４０２は、ＹＶ０４キューブまたはWollastonプリズムのような複屈折ビームディスプレイサでもよい。ビームステアリングユニット４０２は、２つの偏光ビーム４０９Ａ、４０９ＢにＬＣアセンブリ４０１から向けられた直線偏光ビーム４１１を分離するように方向付けられ、各々は、他方に対して垂直な、即ちｐ−およびｓ−偏光された偏光状態を有する。図４に示す例では、偏光ビーム４０９Ａは、ｐ−偏光され（偏光ビーム４０９Ａを示す矢印を介して垂線によって表示される）、偏光ビーム４０９Ｂは、ｓ−偏光される（ドットによって表示される）。
動作中、ＬＣ光切替４００は、図４に示す通り、１つまたは２つの偏光ビーム４０９Ａ、４０９Ｂを形成するために、直線偏光入力ビーム４０８を調節する。ＬＣ光切替４００はその後、光路４１０Ａに沿って偏光ビーム４０９Ａを方向付けし、光路４１０Ｂに沿って偏光ビーム４０９Ｂを方向付けする。切り替え動作では、ビームは、２つの光路のうち１つに沿って案内され、ＬＣ光切替４００は、入力ビーム４０８の全ての光エネルギを偏光ビーム４０９Ａまたは４０９Ｂの何れかに変換する。減衰動作では、ＬＣ光切替４００は必要に応じて、入力ビーム４０８の光エネルギの１部分を偏光ビーム４０９Ａに変換し、１部分を偏光ビーム４０９Ｂに変換し、偏光ビーム４０９Ｂはその後、光シンクに向けられる。ブロードキャスト動作では、ＬＣ光切替４００は、入力ビーム４０８の実質的に等しい部分を偏光ビーム４０９Ａおよび偏光ビーム４０９Ｂに変換する。
図４に示す例では、入力ビーム４０８は、ｐ−偏光された光のビームであり、入力ビーム４０８を示す矢印を介して垂線によって表示される。入力ビーム４０８は、ＬＣアセンブリ４０１を介して通過し、直線偏光ビーム４１１を生成するために、ＬＣキャビティ４０５に含まれるＬＣを介して方向付けられる。入力ビーム４０８がＬＣキャビティ４０５を介して通過する時、ビームの偏光状態は、ＬＣキャビティ４０５に含まれるＬＣ材料の分子配向に依存して、９０°回転され、何も変更されず、即ち０°回転され、またはその間のどこかで変調されてもよい。従って、直線偏光ビーム４１１は、ｓ−偏光コンポーネントおよびｐ−偏光コンポーネントを含むことができる。ビームステアリングユニット４０２は、図４に示す通り、直線偏光ビーム４１１のｐ−偏光コンポーネントから偏光ビーム４０９Ａと、直線偏光ビーム４１１のｓ−偏光コンポーネントから偏光ビーム４０９Ｂとを生成する。ビームステアリングユニット４０２は、光路４１０Ａに沿って偏光ビーム４０９Ａを向け、光路４１０Ｂに沿って偏光ビーム４０９Ｂを向けるように方向付けられ、光路４１０Ａ、４１０Ｂは、変位Ｄによって分離される平行な光路である。変位Ｄの大きさは、ビームステアリングユニット４０２のジオメトリおよび方向によって決定される。
図５Ａおよび５Ｂは、本発明の１実施形態に従う、ＬＣベースの光切替装置の上面および側面をそれぞれ概略的に示す。図５Ａおよび５Ｂに示す例では、光切替装置５００は、光入力ポート５０１、回折格子５０２、レンズ５０３、ＬＣアレイ５０４、ビームステアリング装置５０５、および出力／損失ポートアセンブリ５０６を含む。
ＷＤＭ入力信号、ビーム５１０は、光入力ポート５０１によって回折格子５０２に光学的に結合される。回折格子５０２は、ビーム５１０を複数のＮ個の波長チャネルλ１〜λＮに逆多重化し、各波長チャネルλ１〜λＮは、図５Ａに示す通り、固有の光路に沿って他のチャネルから空間的に分離される。例で示す通り、波長チャネルλ１〜λＮが続く固有の光路は、同一の水平面に位置決めされる。波長チャネルλ１〜λＮは、レンズ５０３によってＬＣアレイ５０４に光学的に結合され、各々は、それに関連付けられる固有のチャネル空間を有することができる。各波長チャネル間の空間分離Ｓは、各波長チャネルλ１〜λＮの間でチャネル空間に比例する。例えば、１００ＧＨｚチャネル空間を備えた２つの逆多重化波長チャネル間の空間分離Ｓは、５０ＧＨｚチャネル空間のそれより２倍である。図２Ａ、２Ｂと共に上記説明した通り、チャネル空間、従って任意の２つの波長チャネル間の空間分離Ｓは、ＬＣアレイ５０４上に発射される時、不均一になりうる。
ＬＣアレイ５０４は、複数のＬＣマクロピクセル５０４Ａ〜５０４Ｎを含み、各々は、波長チャネルλ１〜λＮのうち１つに対応するように位置決めされる。ＬＣアレイ５０４の各ＬＣマクロピクセル５０４Ａ〜５０４Ｎは、図４のＬＣアセンブリ４０１に実質的に類似した構成および動作にすることができる１つまたは複数のＬＣサブピクセルを含み、各々のサブピクセルは、独立して制御されるが、単一のマクロピクセルとして機能するように隣接のサブピクセルと統合されることができる。ＬＣアレイ５０４のＬＣサブピクセルおよびＬＣマクロピクセル５０４Ａ〜５０４Ｎの機構は、図５Ｃと共に以下に説明される。波長チャネルλ１〜λＮがＬＣアレイ５０４を介して通過する時、各波長チャネルの偏光は、所望のように関連マクロピクセルによって調節される。図４と共に上記説明したように、切り替え動作では、ＬＣアレイ５０４の対応ＬＣマクロピクセルは、ｓ−偏光またはｐ−偏光に波長チャネルの光エネルギの全てを変換する。減衰動作では、対応ＬＣマクロピクセルは、必要に応じて、波長チャネルの１部をｓ−偏光および１部をｐ−偏光に変換する。故に、各波長チャネル、即ち出力ポート５０６Ａに案内されるべきその一部は、第１偏光状態で調節され、各波長チャネル、即ち出力ポート５０６Ｂに案内されるべきその一部は、第１のものと垂直な第２偏光状態で調節される。例えば、出力ポート５０６Ａに向かう波長チャネルは、ｐ−偏光されてもよく、出力ポート５０６Ｂに向かう波長チャネルは、ｓ−偏光されてもよく、その逆でもよい。
ＬＣアレイ５０４による調節後、波長チャネルλ１〜λＮは、図４のビームステアリングユニット４０２に実質的に類似するビームステアリング装置５０５を介して通過する。従って、各波長チャネルの偏光状態に依存して、ビームステアリング装置５０５は、図５Ｂに示す通り、上側光路に沿って、下側光路に沿って、または一部で両方に沿って各波長チャネルを導く。このように、ビームステアリング装置５０５は、１つの出力ポートにｓ−偏光ビームを、他の出力ポートにｐ−偏光ビームを方向付けし、即ち波長チャネルλ１Ａ〜λＮＡは、出力ポート５０６Ａに向けられ、波長チャネルλ１Ｂ〜λＮＢは、出力ポート５０６Ｂに向けられる。光切替装置５００が波長チャネルλ１〜λＮ上で減衰動作を実行する時、出力ポート５０６Ａ、５０６Ｂの１つは、損失ポートとして、他のポートが従来の出力ポートとして供しうることが分かる。
図５Ｃは、図５Ａに示す通り、切断線ａ−ａで取られるＬＣアレイ５０４の断面図を概略的に示す。ＬＣアレイ５０４は、ＬＣ材料を含むＬＣキャビティ５２０、共通の水平電極５２１、および垂直電極５３０Ａ〜５３０Ｍのアレイ５３０を含み、Ｍは、ＬＣアレイ５０４のＬＣサブピクセル数に等しい。共通の水平電極５２１は、ＬＣキャビティ５２０の後ろに位置決めされ、図４と共に上記説明した、透明電極４０６と構成において実質類似することができる。図５Ｂに示す例では、共通の水平電極５２１は、ＬＣアレイ５０４の全ＬＣサブピクセル５０４Ａ〜５０４Ｍ（影領域）に対して電極として供する。垂直電極５３０Ａ〜５３０Ｍのアレイ５３０は、隣接ＬＣキャビティ５２０および共通水平電極５２１に対向する。垂直電極５３０Ａ〜５３０Ｍは、間隙によって互いに電気的に絶縁され、各垂直電極は、図４の透明電極４０７に類似する、ＬＣアレイ５０４のＬＣサブピクセルに対する第２電極として供する。故に、各ＬＣサブピクセル５０４Ａ〜５０４Ｍは、共通水平電極５２１とアレイ５３０の垂直電極のうち１つとの間に位置決めされるＬＣキャビティ５２０の領域によって定めされ、適切な垂直電極に印加される電圧に基づき独立に制御されることができる。例えば、ＬＣマクロピクセル５０４Ａは、共通水平電極５２１と垂直電極５３０Ａとの間にあるＬＣキャビティ５２０の一部に対応する図５Ｂの影領域である。
図５Ａと共に上記説明した通り、ＬＣアレイ５０４の各ＬＣマクロピクセル５０４Ａ〜Ｎは、１つまたは複数のサブピクセルから構成され、単一のマクロピクセルとして動作するために共に統合されたサブピクセル数は、ＬＣアレイ５０４上に向けられた各波長チャネル、即ち波長チャネルλ１〜λＮのチャネル空間に基づく。また、各ＬＣマクロピクセル５０４Ａ〜Ｎは、必要な波長チャネルに空間的に対応するように位置決めされる。故に、ＷＤＭ入力信号、即ちビーム５１０に含まれる波長チャネルは、任意の態様にて配置可能であり、均一な波長グリッドに沿って分布される必要が無い。例えば、ＬＣマクロピクセル５０４Ａは、５つのＬＣサブピクセルを含むことができる一方、隣接ＬＣマクロピクセル５０４Ｂは、単一のＬＣサブピクセルのみ含むことができる等である。
当業者であれば、上記説明した伝送分極ベースの光ビーム偏向器の代わりに、反射光ビーム偏向器が本明細書で説明した通りに光切替装置の一部として使用できることが分かる。例えば、ＭＥＭＳマイクロミラーアレイは、多数の個々に制御可能なピクセル要素を構成するので、そのようなアレイはまた、光ビーム偏向器の再構成可能アレイとして考慮される。本発明の実施形態は、ＭＥＭＳマイクロミラーアレイまたはＬＣアレイに依存する光切替装置の構成に限定されないことが分かる。
上記説明は、本発明の実施形態に向けられるが、本発明のその他およびさらなる実施形態がその基本範囲から逸脱することなく発明することができ、その範囲は、添付の特許請求の範囲により定められる。

Claims (20)

  1. 伝送スペクトルにわたって分布する複数の帯域を有する光信号を受信する過程と、
    第１光路に沿って第１幅を有する第１帯域を方向付ける過程と、
    第２航路に沿って第２幅を有する第２帯域を方向付ける過程と、を具備し、
    第１幅および第２幅は、異なることを特徴とする光信号を案内するための方法。
  2. 第１および第２光路の両方に沿って第３帯域を方向付ける過程をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 第１および第２光路のうち１つに沿って第４帯域を方向付ける過程をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 第４帯域は、第１幅とは異なる第４幅を有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 帯域は、光反射要素を使用して方向付けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 帯域は、光偏光要素を使用して方向付けられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 伝送スペクトル上に分布される異なる帯域幅の複数の帯域を有する光信号を受信する過程と、
    選択された光路に沿って前記帯域のグループを方向付ける過程と、を具備し、
    前記グループの少なくとも２つの帯域の幅は、異なることを特徴とする光信号を案内するための方法。
  8. 異なる光路に沿って前記帯域の異なるグループを方向付ける過程をさらに具備することを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. ２つのグループの帯域数は、異なることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 前記異なるグループの少なくとも２つの帯域の幅は、異なることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  11. ２つのグループのいくつかの帯域は、選択された光路と異なる光路との両方に沿って方向付けられることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  12. 前記グループの少なくとも２つの帯域の幅は、同じであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  13. 伝送スペクトル上に分布される異なる幅の複数の帯域を有する光信号を受信するための入力ポートと、
    第１光路に沿って第１グループの帯域を、第２光路に沿って第２グループの帯域を方向付けるように構成される切替アセンブリと
    を具備することを特徴とする光装置。
  14. 光ビーム偏向器のアレイの第１ピクセルに対する第１帯域と光ビーム偏向器のアレイの第２ピクセルに対する第２帯域とを光学的に結合するための光要素を含み、第１ピクセルは、第１帯域の帯域幅に比例するサブピクセル数で構成され、第２ピクセルは、第２帯域の帯域幅に比例するサブピクセル数で構成されることを特徴とする請求項１３に記載の光装置。
  15. その波長コンポーネントに光信号を空間的に分離するための回折要素をさらに具備し、第１帯域は、第１組の波長コンポーネントを具備し、第２帯域は、第１組とは異なる第２組の波長コンポーネントを具備することを特徴とする請求項１４に記載の光装置。
  16. サブピクセルは、光反射要素を具備することを特徴とする請求項１４に記載の光装置。
  17. サブピクセルは、光偏光要素を具備することを特徴とする請求項１４に記載の光装置。
  18. 切替アセンブリは、光ビーム偏向器のアレイの第１ピクセルに対する第１グループの帯域と光ビーム偏向器のアレイの第２ピクセルに対する第２グループの帯域とを光学的に結合するための光要素を含み、第１ピクセルは、第１グループの帯域の帯域幅に比例するサブピクセル数で構成され、第２ピクセルは、第２グループの帯域の帯域幅に比例するサブピクセル数で構成されることを特徴とする請求項１３に記載の光装置。
  19. 第１および第２グループの帯域数は、異なることを特徴とする請求項１３に記載の光装置。
  20. 第１および第２グループの帯域のうち前記１つにおける帯域は、異なる帯域幅を有することを特徴とする請求項１９に記載の光装置。
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