JP2016519783A - 統合されたチャネルモニタを有する波長選択スイッチ - Google Patents

Abstract

光学装置は、光ビームを受信するための第１及び第２の光入力部を有すると共に、切替え機能に対応する複数の第１光出力部及びチャネル監視機能に対応する複数の第２光出力部を有する光ポート配列を有する。分散体は、入力部からの光ビームを受信すると共に、該ビームを複数の波長成分に空間的に分離する。焦点調節体は、波長成分の焦点を調節する。光路変換システムは、上記複数の波長成分を受信すると共に、該波長成分の各々を、光ポートの所定の１つへ選択的に向かわせる。光検出器は、上記複数の第２光出力部内の１つの光出力部にその各々が対応し、該光出力部からの波長成分を受信する。制御部は、上記光路変換システムに対し、上記波長成分の各々を、上記複数の第２光出力部内の異なる１つの光出力部へ同時に向かわせる。【選択図】図１

Description

本発明は、統合されたチャネルモニタを有する波長選択スイッチに関する。

一般的に、光ファイバ通信システムでは、スペクトルにより分離された多くの独立の光チャネルを伝送する光ファイバを使用するための技術である波長分割多重（ＷＤＭ）が利用される。波長領域では、上記光チャネルは、高密度の波長分割多重（ＷＤＭ）システムが、概して２５、５０、１００または２００ＧＨｚの間隔を有する、離れたチャネル波長に集中している。光チャネルにより伝送される情報の中身は、チャネル間隔よりも一般的に狭い有限波長帯域に拡散される。

光チャネルの監視技術は、通信事業者や光ファイバシステムを用いた様々なサービスのオペレータにより、ますます利用されつつある。光ネットワーク上のトラフィックが増えるに連れて、ネットワークの監視及び管理は、ますます重要な課題となっている。ネットワークを監視するためには、該ネットワーク内の特定の地点におけるコンポジット信号のスペクトル特性が、特定され分析されなければならない。この情報は、その後、上記ネットワークの性能を最適化するために使用することができる。光チャネルの監視技術は、再構成可能かつ自己管理された光ファイバネットワークを利用する近年の光ネットワークにとって、特に重要である。

例えば、個別波長チャネルがネットワーク上で送信される際に該個別波長チャネルを操作するために使用される、再構成可能光挿抜多重装置（ＲＯＡＤＭ）及び光クロスコネクトは、光チャネルモニタを必要とする。ＲＯＡＤＭは、ネットワーク上の中間ノードにおいて追加または除去されるべき波長チャネルの動的かつ再構成可能な選択を可能とする。ＲＯＡＤＭにおいて、例えば、光チャネルモニタは、送信チャネルの一覧だけでなく、受信チャネルの一覧も提供することができる。また、光チャネルモニタは、追加されたチャネルのパワーを通過チャネルと等しくすることができる様に、チャネルパワー情報を可変光減衰器（ＶＯＡ）制御電子装置に提供する。

ある種類の光チャネルモニタは、波長チャネル単位の光スイッチングを実現する様に構成されたスイッチの一種であり、一般的に、入力ファイバにおける如何なる波長チャネルをも所望の出力ファイバにスイッチング可能な波長選択スイッチ（ＷＳＳ）を用いる。従って、１×ＮタイプのＷＳＳは、入力ファイバを伝わるＷＤＭ入力信号の如何なる波長チャネルをも、上記ＷＳＳに接続されたＮ個の出力ファイバの何れかに切り替えることができる。

（特許文献１）は、ＷＳＳ内に組み込まれる光チャネルモニタを開示している。この光チャネルモニタは、１×ＮタイプのＷＳＳにおいて利用可能な１×１タイプのスイッチの機能を用いて実現される。特に、該１×１タイプのスイッチの出力は、光ダイオードにより終端する。この様にして、あらゆる個別チャネルのパワーが測定可能となる。

光チャネルモニタ（ＯＣＭ）を構成する際に１×１タイプのＷＳＳを使用することは、光スイッチング技術が十分に高速である場合には有益であるが、かかる技術は、応答時間があまり高速でないスイッチと共に使用する場合には適していない。特に、光スイッチング時間、フォトダイオード整定時間、及び監視されているチャネルの数は、上記ＯＣＭのループ速度、すなわち、各チャネルを１回ずつ監視するのに要する時間を決定する。多くの出願では、ＯＣＭのループ速度は、１秒未満、理想的には０．１秒未満であることが望まれている。従って、スイッチ及びフォトダイオードの整定時間は、合計で１００近くあるいは１００以上に達する多くのチャネルから情報を得るのに十分速くなければならない。フォトダイオードの整定時間が１ｍｓでありチャネル数が１００である場合に０．２秒のループ速度を達成するためには、光スイッチング時間は、１ｍｓでなければならない。この時間は、例えば、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の様な幾つかの技術を用いて実現可能であるが、例えば、液晶技術や反射型液晶素子（ＬＣｏＳ）技術の様な他の技術によっては実現されていない。

米国特許出願公開第２０１０／００４６９４４号明細書

本発明の１つの側面によれば、光学装置が提供される。該光学装置は、光ポート配列、分散体、焦点調節体、光路変換システム、複数の光検出器、及び制御部を有する。上記光ポート配列は、光ビームを受信するための第１及び第２の光入力部を少なくとも有すると共に、切替え機能に対応する複数の第１光出力部及びチャネル監視機能に対応する複数の第２光出力部を少なくとも有する。上記分散体は、光入力部からの光ビームを受信すると共に、該光ビームを複数の波長成分に空間的に分離する。上記焦点調節体は、上記複数の波長成分の焦点を調節する。上記光路変換システムは、上記複数の波長成分を受信すると共に、該波長成分の各々を、光ポートの所定の１つへ選択的に向かわせる。上記複数の光検出器は、上記複数の第２光出力部内の１つの光出力部にその各々が対応し、該光出力部からの波長成分を受信する。上記制御部は、上記光路変換システムに対し、複数の波長成分の各々を、上記複数の第２光出力部内の異なる１つの光出力部へ同時に向かわせる。

統合されたチャネルモニタを有する波長選択スイッチ（ＷＳＳ）の一例を示す機能ブロック図である。 は、各々が５つの出力ポートを有する一連のＮ個（但し、Ｎは２以上）のＷＳＳを有する装置、及びＮ個の出力ポートから光を受信するＮ個のフォトダイオードを有するＯＣＭに関連して使用可能なシーケンスの一例を示す。 本発明の実施形態と共に使用可能な自由空間スイッチの様な簡易光学装置の一例を示す上面図及び側面図である。 本発明の実施形態と共に使用可能な自由空間スイッチの様な簡易光学装置の一例を示す上面図及び側面図である。 は、本発明の実施形態と共に使用可能な自由空間スイッチの様な簡易光学装置の別の例を示す側面図である。

図１は、統合されたチャネルモニタを有する波長選択スイッチ（ＷＳＳ）１００の一例を示す機能ブロック図である。図１に示す様に、３つの異なる機能として：ＷＳＳ１１０、１２０により示される２つの１×ｎタイプのＷＳＳ、及び光チャネルモニタ１３０（ＯＣＭ）が図示されている。但し、以下に記載する様に、これらの機能とは異なる機能が、１つの物理的スイッチング装置内に組み込まれるものとしてもよい。

ＷＳＳ１１０は、入力ポート１１２及び出力ポート１１４_１、１１４_２、１１４_３、１１４_４、１１４_５（“１１４”）を有する。スイッチング構造１１６は、入力ポート１１２にて受信された光信号が、スイッチ制御器１４０の制御に従って出力ポート１１４の１つに選択的に向けられる様に、入力ポート１１２を出力ポート１１４に光学的に結合する。同様に、ＷＳＳ１２０は、入力ポート１２２及び出力ポート１２４_１、１２４_２、１２４_３、１２４_４、１２４_５（“１２４”）を有する。スイッチング構造１２６は、入力ポート１２２にて受信された光信号が、スイッチ制御器１４０の制御に従って出力ポート１２４の１つに選択的に向けられる様に、入力ポート１２２を出力ポート１２４に光学的に結合する。

ＯＣＭ１３０は、その出力ポートの各々が、例えばフォトダイオードの様な光検出器において終端する点を除き、ＷＳＳ１１０、１２０と同様である。特に、ＯＣＭ１３０は、入力ポート１３２及び出力ポート１３４_１、１３４_２、１３４_３、１３４_４、１３４_５（“１３４”）を有する。スイッチング構造１３６は、入力ポート１３２にて受信された光信号が、スイッチ制御器１４０の制御に従って出力ポート１３４の１つに選択的に向けられる様に、入力ポート１３２を出力ポート１３４に光学的に結合する。フォトダイオード１５０_１、１５０_２、１５０_３、１５０_４、１５０_５はそれぞれ、光出力１３４_１、１３４_２、１３４_３、１３４_４、１３４_５から光を受信する。

ここで、ＷＳＳ１１０、１２０及びＯＣＭ１３０は５つの出力ポートを有するものとして図示されているが、一般的には如何なる数の出力ポートを使用してもよい。また、出力ポートの数は、３つの機能要素間で、同一であっても異なっていてもよい。すなわち、ＷＳＳ１１０、１２０及びＯＣＭ１３０は、同数または異なる数の出力ポートをもつものとしてもよい。

上記ＯＣＭは、各々がフォトダイオードを備える複数の出力ポートを有するので、複数のチャネルが同時に監視可能となり、その結果、ＯＣＭのループ速度は上昇する。例えば、１つのフォトダイオードのみにより１００チャネル分の測定を行うには、１つのスイッチに連続する１００のサンプル、及び各サンプル間の整定時間が必要となるであろう。例えば、もし、２０個のフォトダイオードを有する１×２０タイプのＷＳＳが使用された場合、各フォトダイオードは、並行して検出されている２０個のチャネルと共に、ほぼ同時にサンプリング可能となるであろう。これにより、ループ時間は、従来の配列において必要とされた時間と比較して、２０倍も短くなるであろう。この様な方法により、１ｍｓの整定時間を伴う０．２秒の目標ループ時間が、３９ｍｓのスイッチング時間を達成可能とするであろう。この様なスイッチング時間は、液晶ベースのスイッチング技術の使用に際して有用である。

個別のチャネルは、多様な異なる方法により、監視を行うＯＣＭ１３０に向けて同時に送出されるものとしてもよい。図２は、各々が５つの出力ポートを有する一連のＮ個（但し、Ｎは２以上）のＷＳＳを有する装置、及び出力ポートから光を受信するＮ個のフォトダイオードを有するＯＣＭに関連して使用可能なシーケンスの一例を示す。図２に示す様に、チャネル波長１、２、３、４、５は、第１のＷＳＳの５つの出力に向けて順次送出される。波長６、７、８、９、１０は、第２のＷＳＳの５つの出力に向けて順次送出される。かかる送出プロセスは、最終の波長Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２、Ｎ＋３、Ｎ＋４、Ｎ＋５が、第Ｎ番目のＷＳＳの５つの出力に向けて順次送出されるまで、各ＷＳＳ毎に継続して実行される。

上記ＯＣＭは、Ｎ個の出力を有するため、Ｎ個のＷＳＳの各々からの１つずつのチャネルを同時に監視することができる。例えば、この様な配列により、チャネルまたは波長１、６、１１、１６、…、Ｎは、同時に監視可能となる。次に、これらのチャネルが監視された後に、チャネル２、７、１２、１７、…、Ｎ＋１は、同時に監視可能となり、これに続いて、チャネル３、８、１３、１８、…、Ｎ＋２等も監視可能となる。最終的に、監視シーケンスは、チャネル５、１０、１５、２０、…、Ｎ＋４の同時監視終了後に全てのシーケンスが繰り返されたことを以って、完了するものとしてもよい。

多くの出願では、複数のフォトダイオードを有するＯＣＭに専用の複数ポートＷＳＳを製造するのに多大なコストが掛かることがある。しかしながら、ＷＳＳ内で使用される殆どの光学素子がＯＣＭの機能を実行するためにも使用される場合に、１つ以上のＷＳＳの機能を有する装置の付属物として、ＯＣＭの機能を組み込み可能なとき、上記コストは大幅に低減される。この場合、複数のフォトダイオードを有するＯＣＭを、実行可能な代替手段として用いることで、ＷＳＳの追加に伴って増加するコストを抑制することが可能である。

図３及び図４を参照して、上述したタイプの光チャネルモニタを組み込み可能な波長選択スイッチの一例について説明する。この選択スイッチに関する更なる詳細については、“ＬＣｏＳ装置を用いると共にクロストークを低減した波長選択スイッチ”という名称を有する同時係属中の米国出願［整理番号２０６２／１７］に開示されている可能性がある。

図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ、本発明の実施形態と共に使用可能な自由空間ＷＳＳ１００の様な簡易光学装置の一例を示す上面図及び側面図である。光は、例えば、入力及び出力ポートとしての機能を果たす光ファイバの様な光導波路を通って、ＷＳＳ１００に入力及び出力される。図３Ｂにおいて最もよく示される様に、ファイバコリメータ配列１０１は、その各々が、コリメータ１０２_１、１０２_２、１０２_３にそれぞれ接続された複数のファイバ１２０_１、１２０_２、１２０_３を有するものとしてもよい。１つ以上のファイバ１２０からの光は、コリメータ１０２により、自由空間光束（ビーム）に変換される。ポート配列１０１から送出される光は、ｚ軸に平行である。図３Ｂでは、ポート配列１０１は、３組の光ファイバ／コリメータのみを示すが、より一般的には、如何なる適切な数の組の光ファイバ／コリメータを用いることができる。

一組の望遠鏡または光ビーム拡大器は、ポート配列１０１からの自由空間光束を拡大する。第１の望遠鏡または光ビーム拡大器は、光学素子１０６、１０７により形成され、第２の望遠鏡または光ビーム拡大器は、光学素子１０４、１０５により形成される。

図３Ａ及び図３Ｂでは、２つの軸の光に作用する光学素子は、両凸の目として、双方の図面において実線により図示されている。これに対して、１つの軸の光にのみ作用する光学素子は、影響を受ける軸における平凸レンズとして、実線により図示されている。また、１つの軸の光にのみ作用する光学素子は、これらの光学素子が作用しない軸においては、破線により図示されている。例えば、図３Ａ及び図３Ｂでは、光学素子１０２、１０８、１０９、１１０は、双方の図面において実線により描かれている。これに対して、光学素子１０６、１０７は、（ｙ軸に沿った焦点調節能力を有するため、）図３Ａでは実線により描かれると共に、（ｘ軸に沿った作用をビームに与えないままとするため、）図３Ｂでは破線により描かれている。光学素子１０４、１０５は、（ｘ軸に沿った焦点調節能力を有するため、）図３Ｂでは実線により描かれると共に、（ｙ軸における作用をビームに与えないままとするため、）図３Ａでは破線により描かれている。

各望遠鏡は、ｘ方向及びｙ方向毎に異なる拡大係数を用いて、生成されるものとしてもよい。例えば、光学素子１０４、１０５により形成され、ｘ方向の光を拡大する望遠鏡の拡大率は、光学素子１０６、１０７により形成され、ｙ方向の光を拡大する望遠鏡の拡大率よりも低いものとしてもよい。

一組の望遠鏡は、ポート配列１０１からの光ビームを拡大すると共に、これらの光ビームを、自由空間光束をこれらの構成要素としての波長またはチャネルに分離する波長分散体１０８（例えば、回折格子またはプリズム）に光学的に結合させる。波長分散体１０８は、ｘ−ｙ平面上の異なる方向の光を、その波長に応じて分散させる様に作用する。上記分散体からの光は、ビーム焦点調節目１０９に向けられる。

ビーム焦点調節目１０９は、波長分散体１０８からの波長成分を、光路変換システムに結合させる。この例では、光路変換システムは、プログラム可能な光位相変調器であり、例えば、ＬＣｏＳ装置１１０の様な、液晶をベースにした位相変調器であってもよい。上記波長成分は、波長分散の方向または軸としてみなされるｘ軸に沿って分散される。従って、所定の波長を有する波長成分の各々は、ｙ方向に延びるピクセル配列に集中する。一つの例として、これに限定される訳ではないが、λ_１、λ_２、λ_３により示される中心波長を有するその様な３つの波長成分は、図３Ａに示す様に、波長分散軸（ｘ軸）に沿って、ＬＣｏＳ装置１１０に集中している。

図３Ｂにおいて最もよく示される様に、ＬＣｏＳ装置１１０からの反射後には、波長成分の各々は、ビーム焦点調節目１０９、波長分散体１０８及び光学素子１０６、１０７を経由して、ポート配列１０１内で選択されたファイバに再び結合可能である。上述した同時係属中の米国出願においてより詳細に記載されている様に、ｙ軸におけるピクセルを適切に操作することで、各波長成分を、選択された出力ファイバへ、選択的かつ自律的に誘導することが可能となる。

特定の一実施形態では、ＬＣｏＳ装置１１０は、ｘ−ｙ平面上に無くなり、その結果、光がポート配列１０１から伝搬する際に沿うｚ軸に直交しなくなる様に、ｘ軸を中心軸として傾けられる。換言すれば、傾斜角度は、ｚ軸、及び波長分散軸に垂直な変調器の平面内の方向の間で形成される。この様な実施形態は、図３Ｂに示した側面図と同様の側面図である図４に示されている。図４並びに図３Ａ及び図３Ｂでは、同様の構成要素は、同様の参照番号により示されている。この様にＬＣｏＳ装置１１０を傾斜させることにより、散乱光から生じるクロストークを低減することができる。

図３Ａ、図３Ｂ及び図４に示す特定の波長選択スイッチにて使用される光路変換システムは、プログラム可能な光位相変調器（例えば、ＬＣｏＳ装置）ベースのものであるが、例えば、ＤＭＤの様なＭＥＭベースの装置等を含む、より一般的な他の技術が代用されるものとしてもよい。

Claims (5)

1. 光ビームを受信するための第１及び第２の光入力部を少なくとも有すると共に、切替え機能に対応する複数の第１光出力部及びチャネル監視機能に対応する複数の第２光出力部を少なくとも有する光ポート配列と；
   光入力部からの光ビームを受信すると共に、該光ビームを複数の波長成分に空間的に分離する分散体と；
   前記複数の波長成分の焦点を調節するための焦点調節体と；
   前記複数の波長成分を受信すると共に、該波長成分の各々を、光ポートの所定の１つへ選択的に向かわせるための光路変換システムと；
   前記複数の第２光出力部内の１つの光出力部にその各々が対応し、該光出力部からの波長成分を受信するための複数の光検出器と；
   前記光路変換システムに対し、複数の波長成分の各々を、前記複数の第２光出力部内の異なる１つの光出力部へ同時に向かわせるための制御部と：
   を有する光学装置。
2. 前記複数の第２光出力部は、Ｎ個の光出力部を有し、
   前記Ｎは２以上の整数であり、
   前記制御部は更に、前記光路変換システムに対し、第１の一連のＮ個の波長成分を、前記Ｎ個の光出力部の１つへ同時に向かわせると共に、これに続いて、第２の一連のＮ個の波長成分を、前記Ｎ個の光出力部の１つへ同時に向かわせる様に構成される、請求項１に記載の光学装置。
3. 前記光路変換システムは、プログラム可能な光位相変調器を有する、請求項１に記載の光学装置。
4. 前記プログラム可能な光位相変調器は、該光位相変調器が延在する平面に垂直であり、かつ、前記光ビームが前記光ポート配列から出力及び入力される際に沿う方向に平行でない軸を有する、請求項３に記載の光学装置。
5. 前記プログラム可能な光位相変調器は、シリコン（ＬＣｏＳ）素子上の液晶である、請求項３に記載の光学装置。

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