JP3998694B2 - 光スイッチ装置 - Google Patents

Description

本発明は、波長多重光伝送システムに用いられる光スイッチ装置に関する。

近年の情報通信ニーズの高まりに伴い、通信システムの伝送能力の拡大や、その管理システムの整備が急がれている。旧来の音声を主体とする通信システムでは、交換網によりエンド・ツウ・エンドのコネクションを設定することができれば十分であった。これに対し、インターネットやＬＡＮ（Local Area Network）などデータ主体の通信においては、回線容量をフレキシブルに変更したり、伝送経路を切り替えるといったサービスが不可欠である。

このような要求に応えうる伝送システムとして、波長多重光伝送システムが注目されている。最近ではＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing）により光伝送路を大容量化し、光スイッチにより各波長光の経路を切り替えるというシステムが提案されている。この種のシステムにあっては、波長光の経路を光信号のまま切り替えることができる光スイッチ装置がキーデバイスとなる。現状では、バブル（気泡）による光反射素子を用いた装置や、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）技術を適用した２次元（２Ｄ）、または３次元（３Ｄ）の光スイッチ装置が知られている。

図１２は、従来の光スイッチ装置の概略構成を示す図である。この光スイッチ装置は、入力ポートＩ１〜Ｉ３と、出力ポートＯ１〜Ｏ３と、基板上に形成される複数のミラー素子とを備える。各ミラー素子は、入力ポートＩ１〜Ｉ３の延長線と出力ポートＯ１〜Ｏ３の延長線との交点上に、アレイ状に配列される。各ミラー素子はアクティブまたはインアクティブの２つの状態をとる。各ミラー素子は、アクティブ状態において基板上に立ち上がり、インアクティブ状態において基板上に倒れる。
上記構成において、ミラー素子のアクティブまたはインアクティブ状態を個別に制御することにより、光の経路を自在に変化させることができる。

ところで、上記構成においては、以下に示すような不具合が有る。すなわち、各ミラー素子は機械的に動作するために、弾性振動を生じることが避けられない。特に問題となるのは、状態がインアクティブからアクティブへと変わる場合である。このような場合には、振動している状態のミラー素子によって光が反射されるため、出力レベルに鋭いピークを生じることが有る。この種の波形のピークは、グリッジと称される。

図１３は、グリッジの発生について説明するための図である。図中縦軸は出力光強度（Ｐｏ）、横軸は時間（ｔ）である。図１３（ａ）に示されるように、入力光を出力ポートに接続するためにミラー素子がアクティブにされると、過渡現象としてグリッジが生じる。出力ポートに接続される出力光ファイバの直径が小さいと、たとえ振動がわずかであっても、光出力の変動は非常に大きくなる。なお図１３（ｂ）に示されるように、ミラー素子をインアクティブにして出力光をＯＦＦにする場合には、グリッジは生じない。

多くの場合、光スイッチ装置において生じるロスを補償するために、光スイッチ装置の出力側に光増幅器が接続される。もし、グリッジを伴う光が入力されると光増幅器の光出力にサージ（すなわち高出力の光パルス）が発生する可能性が有る。光サージが生じると、光受信回路などを損傷する虞が有る。

また、グリッジの発生により、これを検出したデバイスにおいて誤った警報が発生される可能性がある。誤警報が生じると、これをもとに動作する監視制御システムの誤動作などを招くので、ネットワークの運用上極めて好ましくない。

さらに、図１２に示されるように、従来の光スイッチ装置においては、全てのミラー素子がインアクティブであると、如何に入力ポートから光が入力されようとも出力ポートから光が出力されることはない。よって、仮に、光伝送装置の立ち上げの際に全てのミラー素子がインアクティブの状態であると、内部配線の正常性を確認することができないことになる。

これに対し、いくつかのミラー素子がアクティブのままで光伝送装置が起動されると、本来のスイッチング設定が完了するまでの間に予期せぬ出力ポートから光が出力されてしまい、保安などの面から極めて好ましくない。さらに通常の運用状態に至っても、いずれかの出力ポートが未使用であると、すなわち光が出力されない出力ポートが有ると、そのポートの正常性を確認することができない。

このような事情のため、従来の光スイッチ装置を使用する場合には、内部配線を一旦取り外し、個々の線路に光源を接続して、受信端における光パワーを確認するという作業を事前に実施しなければならない。このような作業は全ての配線について実施することが望ましく、従ってそのための作業が極めて煩雑である。しかも近年では光スイッチ装置の規模が著しく大きくなってきているため、配線確認作業はますます煩雑にならざるを得ない。

以上述べたように従来の光スイッチ装置には、配線確認作業が煩雑であるという不具合が有る。
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、装置内部の配線の正常性を手軽に確認することが可能な光スイッチ装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、ｎ（ｎは自然数）個の入力ポートと、ｍ（ｍは自然数）個の出力ポートと、光反射状態、光通過状態のいずれかの状態をとるｎ×ｍ個の光反射素子がｎ行ｍ列にマトリクス状に配置され、前記入力ポートからの光が任意の出力ポートに導かれるように光反射素子を選択的に反射状態にすることで、前記入力ポートおよび出力ポート間で任意の光伝搬経路を形成する光スイッチ部と、ｎ個の前記光反射素子からなるｍ列の光反射素子群の各列ごとに参照光を発生して、これらの参照光を、各列の前記光反射素子群を経由して前記ｍ個の出力ポートのそれぞれに向け照射する参照光発生手段とを具備することを特徴とする光スイッチ装置が提供される。

このような構成において、光反射素子が光通過状態（例えばインアクティブ状態）であれば、参照光は出力ポートから透過的に出力される。すなわち光伝送装置の立ち上げ時、あるいは光スイッチ装置のスイッチング状態が未設定である場合には、光スイッチ装置から参照光が出力される。これにより、光スイッチ装置それ自体、および光スイッチ装置の出力ポートから別の機能への接続の正常性を確認することが可能となる。従って、装置内部の配線の正常性を手軽に確認できるようになる。

この発明によれば、装置内部の配線の正常性を手軽に確認することが可能な光スイッチ装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わる波長多重光伝送システムの構成を示す図である。このシステムは、複数の光伝送装置（以下ノード：Ｎｏｄｅと称する）Ａ〜Ｄと、ノードＡ〜Ｄをリング状に接続する光伝送路ＦＬとを備える。光伝送路ＦＬは、異なる波長の光信号が波長多重される波長多重光を伝送する。各ノードＡ〜Ｄは交換機などの低次群装置Ｘに接続され、波長多重光から所定波長の光信号を分離して低次群装置Ｘに送出するとともに、低次群装置Ｘからの波長光を光伝送路ＦＬに送出する。

光伝送路ＦＬは、時計回り（Clockwise）方向の回線と、半時計回り（Counter Clockwise）方向の回線とを備える。便宜上、各ノードから見て時計回り方向をEAST、反時計回り方向をWESTと称する。例えばノードＡに着目すると、ノードＢへの向きがEAST、ノードＤへの向きがWESTである。

図２は、図１のノードＡの構成を示す図である。ノードＢ〜Ｄも同様の構成である。図２においてノードＡは、波長多重部１０１１，１０１２と、波長分離部１０１０，１０１３と、光スイッチ部１０３０と、制御部１０４０とを備える。波長多重部１０１１，１０１２は、光スイッチ部１０３０から入力される互いに異なる波長の光信号λ１〜λｎを波長多重して、それぞれ伝送路ファイバ１００２，１００３に送出する。波長分離部１０１０，１０１３は、それぞれ伝送路ファイバ１００１，１００４から導入される波長多重光を個々の波長の光信号λ１〜λｎに分離し、光スイッチ部１０３０に入力する。

光スイッチ部１０３０には、図示しない低次群装置Ｘなどから所定の波長の光信号λｉ，λｊ，λｋが導入される。光スイッチ部１０３０は、信号の交換接続を波長単位で実施する。すなわち光スイッチ部１０３０は、波長分離部１０１０，１０１３または低次群装置Ｘから入力される光信号の経路を制御部１０４０の制御のもとに交換して、波長多重部１０１１，１０１２や低次群装置Ｘなどに送出する。

なお以下の説明では、伝送路ファイバ１００１をＷＥＳＴ ＩＮ、伝送路ファイバ１００２をＷＥＳＴ ＯＵＴ、伝送路ファイバ１００３をＥＡＳＴ ＯＵＴ、伝送路ファイバ１００４をＥＡＳＴ ＩＮと、それぞれ表記する。また低次群装置Ｘに係わる波長チャネルをそれぞれＬＳ１，ＬＳ２，…，ＬＳｍと表記して区別し、これらのチャネルに係わる信号インタフェースをＬＳ（Low Speed）インタフェースと称する。

図３は、光マトリクススイッチの一般的な構成を示す図である。この光マトリクススイッチは、入力ポート１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、出力ポート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、これらのポートの間の光伝搬経路にマトリクス状に配列されるミラー素子３とを備える。図３に示される構成は４×４規模と称され、１６個のミラー素子３が備えられる。

ミラー素子３は、それぞれアクティブまたはインアクティブのいずれかの状態をとる。アクティブ状態では、ミラー素子３は入力ポート方向から到来する光を出力ポート方向に反射する。インアクティブ状態ではミラー素子３は光を反射せず、通過させる。反射機能を実現するには、ＭＥＭＳやバブルなどの技術が適用される。

各ミラー素子３の状態は制御部１０４０により個別に制御され、波長パスの設定要求に応じて、任意の入力ポートと任意の出力ポートとが光学的に接続される。

図４は、図３の光マトリクススイッチをＡｄｄ／Ｄｒｏｐ接続とした場合のミラー素子３の状態を示す図である。Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ接続とは、伝送路ファイバから入力される任意波長の光信号をＬＳインタフェースに接続するとともに、ＬＳインタフェースから入力される任意波長の光信号を伝送路ファイバに接続するといった接続形態である。図４においては、ＷＥＳＴ ＩＮがＬＳ１ ＯＵＴに、ＥＡＳＴ ＩＮがＬＳ２ ＯＵＴに、ＬＳ１ ＩＮがＷＥＳＴ ＯＵＴに、ＬＳ２ ＩＮがＥＡＳＴ ＯＵＴに、それぞれ接続されるとする。

この状態を実現するには、入力ポート１ａと出力ポート２ｃとを結ぶ格子点上のミラー素子、入力ポート１ｂと出力ポート２ｄとを結ぶ格子点上のミラー素子、入力ポート１ｃと出力ポート２ａとを結ぶ格子点上のミラー素子、および、入力ポート１ｄと出力ポート２ｂとを結ぶ格子点上のミラー素子のみが、アクティブとされる。これにより上記各ポートが光学的に接続され、Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ接続が実現される。

図５は、図３の光マトリクススイッチをパススルー接続とした場合のミラー素子３の状態を示す図である。パススルー接続とは、ＷＥＳＴから入力される光信号をＥＡＳＴ側に出力するとともに、ＥＡＳＴ側から入力される光信号をＷＥＳＴ側に出力するといった接続形態である。すなわち、ＷＥＳＴ ＩＮがＥＡＳＴ ＯＵＴに、ＥＡＳＴ ＩＮがＷＥＳＴ ＯＵＴにそれぞれ接続される。

この状態を実現するには、入力ポート１ａと出力ポート２ｂとを結ぶ格子点上のミラー素子、および、入力ポート１ｂと出力ポート２ａとを結ぶ格子点上のミラー素子のみが、アクティブとされる。これにより上記各ポートが光学的に接続され、パススルー接続が実現される。

図６は、本発明に係わる光スイッチ装置の実施形態における構成を示す図である。図６の光スイッチ装置は、入力ポート１−１〜１−ｎと、出力ポート２−１〜２−ｍと、ｎ×ｍのミラー素子３と、ｍの副ミラー素子４とを備える。

副ミラー素子４はミラー素子３と共通の基板（図示しない）上に、出力ポート２−１〜２−ｍのそれぞれ毎に形成される。好ましくは副ミラー素子４をミラー素子３と同じ形態の光学デバイスとして形成すると良い。すなわち副ミラー素子４を、（ｎ＋１）×ｍ規模の光マトリクススイッチの一部として形成すると良い。このようにすることで製造工程を簡略化できる。

副ミラー素子４は、ミラー素子３で反射されいずれかの出力ポート２−１〜２−ｍに向かおうとする光信号を一定の期間だけ遮断するもので、その動作タイミングは制御部１０４０により制御される。

図７は、図６の光スイッチ装置が動作する様子を示す模式図である。図７（ａ）に示されるように、光信号（ここでは入力ポート１−ｎから入力される光信号とする）を出力ポート２−ｍに接続するには、まず、出力ポート２−ｍに対応する副ミラー素子４をアクティブにする。これにより出力ポート２−ｍへと向かう光信号が出力ポート２−ｍ以外の方向へと反射される状態となる。すなわち出力ポート２−ｍに向かおうとする光が発生しても、図７（ａ）の状態においては、この光は遮断される。

次に、図７（ｂ）に示されるように、入力ポート１−ｎと出力ポート２−ｍの交点に位置するミラー素子３をアクティブにし、入力ポート１−ｎからの光信号を出力ポート２−ｍに導く。この瞬間に、グリッジが生じる。しかしながら、副ミラー素子４により光信号が遮断されているので、グリッジを伴う光信号は出力されない。

そして図７（ｃ）に示されるように、ミラー素子３の弾性振動が終息し、安定した光出力が得られるようになった段階で、副ミラー素子４がインアクティブとされる。これにより入力ポート１−ｎと出力ポート２−ｍとが光学的に接続され、入力ポート１−ｎから入力された光信号が出力ポート２−ｍから出力される。

副ミラー素子４の性質として、アクティブからインアクティブへと変化する場合においては、グリッジを生じない。従って、入力ポート１−ｎから入力された光信号を、グリッジを全く伴わずに出力ポート２−ｍから出力させることが可能になる。

図８は、図６の光スイッチ装置の動作手順を示すフローチャートである。任意の入力ポートからの光信号を任意の出力ポートに接続するには、まず、図８のステップＳ１において、少なくとも光信号を接続しようとする出力ポートに対応する副ミラー素子４がアクティブとされる。この状態から、次のステップＳ２において、所望の入出力ポートの交点に位置するミラー素子３がアクティブにされる。そうして、ステップＳ３において、ミラー素子３の振動が収まるまでの規定時間が経過したのちに、副ミラー素子４がインアクティブにされる。

このように本実施形態では、マトリクス状に配列されたミラー素子３をアクティブまたはインアクティブに個別に制御して入力ポートからの光信号を任意の出力ポートに接続する光スイッチ装置にあって、各出力ポートごとに副ミラー素子４を設ける。ミラー素子３をインアクティブからアクティブへと遷移させる場合には、それに先立って、少なくとも同じ列に属する副ミラー素子４をアクティブとしてミラー素子３の反射光を遮断させる。そして、ミラー素子３の反射光にグリッジを生じている期間を経過したのちに、副ミラー素子４をインアクティブとして光信号を通過させ、入力ポートと出力ポートとを光学的に接続するようにしている。

このように、ミラー素子３から反射された光信号にグリッジを生じている間は、副ミラー素子４により光信号を遮断するようにしている。また副ミラー素子４をアクティブからインアクティブとすることで、光信号を出力ポートに接続するようにしている。これらのことから、グリッジを防止することが可能になる。

これらのことから、本実施形態に係わる光スイッチ装置を光伝送装置や光クロスコネクト装置などに適用すると、以下に示すような利点を得ることができる。すなわち、光伝送装置などにおいては、光スイッチ装置などで生じる損失を補償するための光増幅器が随所に設置されている。本実施形態の光スイッチ装置によればグリッジを抑圧できるため、光増幅器の光出力にサージが生じることを防止できる。また、光伝送装置や光クロスコネクト装置などの装置自身において、あるいは、外部に接続される低次群装置Ｘなどにおいて誤警報が検出されることを、防止することができる。

（変形例）
次に、本発明の変形例につき説明する。
近年では、光スイッチ装置が備える入出力ポートの数はますます多くなってきている。このような光スイッチ装置を光伝送装置に組み込んで使用するには、光スイッチ装置の入出力ポートと光伝送装置の各ポートとの接続の正常性や、光スイッチ装置自体のミラー素子と各入出力ポートとの位置関係の正常性など、要するに光伝送装置における内部配線の正常性を、運用前に確認することが重要である。
そこで、この変形例においては、装置内部の配線の正常性を手軽に確認することが可能な光スイッチ装置を開示する。

図９は、本発明の変形例に係わる光スイッチ装置の構成を示すブロック図である。なお図９において図６と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。

図９に示される光スイッチ装置は、ｎ×ｍのミラー素子３に加え、参照光源１０を備える。ミラー素子３は、入力ポート１−１〜１−ｎと出力ポート２−１〜２−ｍとの交点に、ｎ行ｍ列にマトリクス状に配列される。各ミラー素子３のアクティブ状態またはインアクティブ状態が個別に制御され、任意の入力ポートと出力ポートとが接続される。参照光源１０は、ｍ系統の参照光Ｌ１〜Ｌｍを発生する。参照光Ｌ１〜Ｌｍは、同一の光源から出射される光をｍ系統に分岐したものでも良い。あるいは、参照光Ｌ１〜Ｌｍごとに波長や変調信号などが異なっていても良い。

各参照光Ｌ１〜Ｌｍは、それぞれｎ個のミラー素子３を経由するかたちで、出力ポート２−１〜２−ｍに照射される。すなわち、経由するミラー素子３のいずれもがインアクティブであれば、参照光は出力ポートから透過的に出力される。一方、アクティブであるミラー素子３が経路中にひとつでもあれば、参照光は遮断され、出力ポートに達しない。

図１０は、図９の光スイッチ装置の初期状態を示す模式図である。ここでは、入力ポート数、出力ポート数ともに４である４×４規模の光マトリクススイッチを例として採りあげる。
装置立ち上げ時などの、いわゆる初期状態ではミラー素子３がすべてインアクティブであることが多い。このような場合、全ての出力ポート２−１〜２−ｍ、すなわちＷＥＳＴ ＯＵＴ，ＥＡＳＴ ＯＵＴ，ＬＳ１ ＯＵＴ，ＬＳ２ ＯＵＴから参照光が出力される。

図１１は、図９の光スイッチ装置がパススルー接続にある状態を示す模式図である。この場合、ＷＥＳＴ ＩＮから入力された光信号がＥＡＳＴ ＯＵＴから出力され、ＥＡＳＴ ＩＮから入力された光信号がＷＥＳＴ ＯＵＴから出力される。また、ＬＳ１ ＯＵＴおよびＬＳ２ ＯＵＴから、参照光が出力される。

以上をまとめると、この変形例においては、ミラー素子３がいずれもインアクティブである列の出力ポートからは、参照光源１０で発生された参照光が透過的に出力される。よって、光伝送装置の立ち上げ時、あるいは光スイッチ装置のスイッチング状態が未設定である場合には、光スイッチ装置から参照光が出力される。これにより、光スイッチ装置それ自体、および光スイッチ装置の出力ポートから別の機能への接続の正常性を確認することが可能となる。従って、装置内部の配線の正常性を手軽に確認できるようになる。

より具体的には、本変形例の光スイッチ装置においては、全てのミラー素子３がインアクティブの状態で装置を立ち上げても、光スイッチ装置から参照光が出力される。このため光スイッチ装置の機能の正常性や、光スイッチ装置の出力ポート２−１〜２−ｍから例えば低次群装置ＸやＬＳインタフェースなどへの信号接続状態の正常性を確認することができる。

また、本変形例の光スイッチ装置によれば、全てのミラー素子３をインアクティブとして装置を立ち上げても、何ら問題はない。これにより、装置に入力された伝送光信号が予期せぬ方向に出力されてしまうといった、いわゆる誤接続状態（ミスコネクト）を防止することができる。

また、本変形例の光スイッチ装置によれば、伝送光信号が接続されていない出力ポートが有る場合でも、出力ポートより光信号が出力される。このため、光スイッチ装置の正常性や、光スイッチ装置の出力ポート２−１〜２−ｍから例えば低次群装置ＸやＬＳインタフェースなどへの信号接続状態の正常性を確認することができる。これらのことから、装置内部の配線の正常性を手軽に確認することが可能な光スイッチ装置を提供できる。

また、本変形例の光スイッチ装置によれば、装置内部の配線の正常性を確認するために入力光信号を分岐し、分岐光を伝送光信号が接続されていない出力ポートに入力するなどの手段を採る必要が無い。これにより光信号の減衰を最小限に抑えることができる。

さらに、本変形例の光スイッチ装置によれば、光スイッチ装置からの光信号が常時安定的に出力されるようにすることができる。このため光スイッチ装置の後段に接続される光増幅器の光出力に光サージが生じることを防止できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば実施形態では、副ミラー素子４をミラー素子３と共通の基板上に形成した。これに限らず、副ミラー素子４を後付けのかたちで接続するようにしても良い。すなわち既存の光マトリクススイッチに、副ミラー素子４の列を新たに付加するようにしても良い。このようにすることで、既存の資源を有効に活用することができる。また、副ミラー素子４を各出力ポート２−１〜２−ｍごとに個別に設けずとも、各列の出力光をまとめて遮断する光ゲート素子などを使用しても良い。
このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施を行うことができる。

本発明の実施の形態に係わる波長多重光伝送システムの構成を示す図。 図１に示されるノードＡ〜Ｄの構成を示す図。 光マトリクススイッチの一般的な構成を示す図。 図３の光マトリクススイッチをＡｄｄ／Ｄｒｏｐ接続とした場合のミラー素子３の状態を示す図。 図３の光マトリクススイッチをパススルー接続とした場合のミラー素子３の状態を示す図。 本発明に係わる光スイッチ装置の実施形態における構成を示す図。 図６の光スイッチ装置が動作する様子を示す模式図。 図６の光スイッチ装置の動作手順を示すフローチャート。 本発明の変形例に係わる光スイッチ装置の構成を示す図。 図９の光スイッチ装置の初期状態を示す模式図。 図９の光スイッチ装置がパススルー接続にある状態を示す模式図。 従来の光スイッチ装置の概略構成を示す図。 グリッジについて説明するための図。

符号の説明

１−１〜１−ｎ…入力ポート、２−１〜２−ｍ…出力ポート、Ａ〜Ｄ…光伝送装置、ＦＬ…光伝送路、Ｘ…低次群装置、Ｌ１〜Ｌｍ…参照光、３…ミラー素子、４…副ミラー素子、１０…参照光源、１００１〜１００４…伝送路ファイバ、１０１０、１０１３…波長分離部、１０１１、１０１２…波長多重部、１０３０…光スイッチ部、１０４０…制御部

Claims (4)

1. ｎ（ｎは自然数）個の入力ポートと、
   ｍ（ｍは自然数）個の出力ポートと、
   光反射状態、光通過状態のいずれかの状態をとるｎ×ｍ個の光反射素子がｎ行ｍ列にマトリクス状に配置され、前記入力ポートからの光が任意の出力ポートに導かれるように光反射素子を選択的に反射状態にすることで、前記入力ポートおよび出力ポート間で任意の光伝搬経路を形成する光スイッチ部と、
   ｎ個の前記光反射素子からなるｍ列の光反射素子群の各列ごとに参照光を発生して、これらの参照光を、各列の前記光反射素子群を経由して前記ｍ個の出力ポートのそれぞれに向け照射する参照光発生手段とを具備することを特徴とする光スイッチ装置。
2. 前記参照光発生手段は、同一の光源から出射される光をｍ系統に分岐して前記参照光を発生することを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ装置。
3. 前記参照光発生手段は、前記ｍ列の光反射素子群の各列ごとに異なる波長の参照光を発生することを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ装置。
4. 前記参照光発生手段は、前記ｍ列の光反射素子群の各列ごとに異なる変調信号で変調した参照光を発生することを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ装置。

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