JP3754023B2 - 光ファイバスイッチ及び関連する方法 - Google Patents
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Description
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19A1と光入力19B1の間に経路が決められうる。光信号は、光入力19B1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19A1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19A1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)
- 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、
各光入力と各光出力との間の夫々の経路を同一平面上に決めるよう前記第1及び第2の複数の回転可能な反射体の対を互いに向けて方向付けるための複数の反射体ドライバと、
を含み、
前記支持体は、前記第1の複数の回転可能な反射体を第1の略半円形のパターンに配置して支持する第1の支持部と、前記第2の複数の回転可能な反射体を、前記第1の略半円形のパターンと対をなす第2の略半円形のパターンに配置して支持する、前記第1の支持部に隣接する第2の支持部とを含む光ファイバスイッチ。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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前記第1の支持部上に支持し、前記複数の光出力を略半円形のパターンで前記第2の支持部上に支持する、請求項1記載の光ファイバスイッチ。
- 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反射体と、
各光入力と各光出力との間の夫々の経路を同一平面上に決めるよう前記複数の回転可能な反射体を対となるよう互いに向けて方向付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、
を含み、
前記支持体は、前記複数の回転可能な反射体の一部を第1の略半円形のパターンに配置して支持する第1の支持部と、前記複数の回転可能な反射体の別の一部を、前記第1の略半円形のパターンと対をなす第2の略半円形のパターンに配置して支持する、前記第1の支持部に隣接する第2の支持部とを含む光ファイバスイッチ。 - 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。
- 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。
- 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前記第1の支持部上に支持し、前記複数の光出力を略半円形のパターンで前記第2の支持部上に支持する、請求項7記載の光ファイバスイッチ。
- 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る段階と、
各光入力と各光出力との間の夫々の経路を同一平面上に決めるために回転可能な反射体の対を互いに向けて方向付ける段階と、
を含み、
前記複数の回転可能な反射体の一部は、第1の略半円形のパターンに配置され、また、前記複数の回転可能な反射体の別の一部は、前記第1の略半円形のパターンと対をなす第2の略半円形のパターンに配置されることを特徴とする方法。 - 各回転可能な反射体を方向付ける段階は、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る段階を含み、
前記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請求項11記載の方法。 - 前記複数の回転可能な反射体の一部は、前記複数の光入力に関連付けられ、
前記複数の回転可能な反射体の別の一部は、前記複数の光出力に関連付けられ、
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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