JP4366384B2 - 波長選択スイッチモジュール - Google Patents

Description

本発明は、波長選択スイッチモジュールに関し、光スイッチの温度変動、経年変動による特性変化を補償する波長選択スイッチモジュールに関する。

大容量光通信網を構築する有力な手段として波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式があり、近年、インターネットの爆発的な普及とともに、そのトラフィックが爆発的に増加している。

上述のＷＤＭ方式による基幹光ネットワークとしての一般的な光クロスコネクト（ＯＸＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｎｎｅｃｔ）システムは、複数の光信号交換装置が光ファイバにより相互に接続されてなるものである。光信号交換装置は、波長多重された光信号が光ファイバを通じて入力されると、波長単位で光信号の方路を切り替えるとともに、同一方路の光信号について波長多重して伝送し得るものである。

このような光クロスコネクト装置においては、ある通信ルートをなす光ファイバに障害が発生した場合、即時に予備の光ファイバや別ルートの光ファイバに自動的に迂回してシステムを高速に復旧させることができる他、波長単位での光パスの編集が可能である。

ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）光スイッチにおいては、光出力レベルが所望のレベルとなるようにフィードバック制御を行うが、温度特性、経年変化により初期値電圧がずれるとフィードバック制御を行って挿入損失が最小となる電圧まで追い込む必要があるため、切替え時間が長くなるという問題がある。

また、光スイッチの後段に光アンプが接続される場合には、光スイッチのＶＯＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）機能を用いて光アンプに入力する各波長の光レベルが同じになるようにレベル等化を行うが、初期値電圧がずれるとこのＶＯＡ機能が正常に動作せず、光アンプに入力するある波長の光レベルが過大となって光サージを発生する原因となる場合がある。

従来のＭＥＭＳを用いた光スイッチでは、特許文献１に記載のように、カプラを介して入力ポートのすべてに光源を接続し、光スイッチの出力レベルが所望のレベルとなるようにフィードバック制御を行い、初期値電圧のずれを補正する制御を行っている。

なお、特許文献２には、光検出手段で検出される出力光レベルを所望の光出力レベルに制御する制御手段を備えた光スイッチが記載されている。

また、特許文献３には、校正光波長誤差と校正光出力とに基づいて校正光の波長ずれを補償することが記載されている。
特開２００４−４８１８７号公報 特開２００５−２７５０９４号公報 特開２００５−１９５４７４号公報

特許文献１の従来技術でも、ＭＥＭＳ光スイッチの温度特性、経年変化による初期値電圧のずれを補正することができるが、全パスの試験を行う必要があるため、初期値電圧の補正の高速化が困難であった。また、チャネル数分の試験光の光源が必要であるため、装置の低コスト化、サイズの小型化が困難であるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、初期値電圧の補正時間を短縮でき、試験光の光源が１つで済み、装置の低コスト化及びサイズの小型化が可能な波長選択スイッチモジュールを提供することを目的とする。

本発明の一実施態様による波長選択スイッチは、
波長多重光を波長毎に分波し、分波した各波長を波長毎に偏向手段に供給し、各偏向手段の偏向制御量を設定して複数の出力ポートのいずれかより出力する波長選択スイッチモジュールにおいて、
試験光を発生する試験光発生手段と、
前記試験光を前記波長多重光と合波する合波手段と、
前記複数の出力ポートのうちの２つの出力ポートの出力光から前記試験光を分波する分波手段と、
前記分波手段で分波した２つの出力ポートにおける試験光の光レベルが最大となるよう前記試験光の波長の偏向手段に対する偏向制御量のフィードバック制御を行うフィードバック制御手段と、
前記２つの出力ポートにおける試験光の光レベルが最大となる前記試験光の波長の偏向手段に対する偏向制御量から前記試験光の波長の偏向手段のすべての出力ポートに対する偏向制御量及び前記波長多重光に含まれるすべての波長の偏向手段のすべての出力ポートに対する偏向制御量を計算する偏向制御量計算手段を有することにより、初期値電圧の補正時間を短縮でき、試験光の光源が１つで済み、装置の低コスト化及びサイズの小型化が可能となる。

前記波長選択スイッチモジュールにおいて、
前記試験光発生手段は、前記波長多重光に含まれるすべての波長と異なる波長の試験光を発生する構成としても良い。

前記波長選択スイッチモジュールにおいて、
前記偏向制御量計算手段は、前記２つの出力ポートにおける試験光の光レベルが最大となる前記試験光の波長の偏向手段に対する偏向制御量から前記試験光の波長の偏向手段のすべての出力ポートに対する偏向制御量を線形近似する構成としても良い。

前記波長選択スイッチモジュールにおいて、
前記複数の出力ポートは、１つの支持部材に一列に並べて設けられており、
前記前記２つの出力ポートは、前記複数の出力ポートの両端の出力ポートである構成としても良い。

前記波長選択スイッチモジュールにおいて、
前記偏向制御量計算手段は、前記２つの出力ポートにおける試験光の光レベルが最大となる前記試験光の波長の偏向手段に対する偏向制御量がβとγであり、出力ポート数がｎであるとき、出力ポート番号をｐとして、
θｐ＝β＋（γ−β）・（ｐ−１）／（Ｎ−１）
で表されるθｐを前記試験光の波長の偏向手段に対する前記複数の出力ポートの偏向制御量とする構成としても良い。

前記波長選択スイッチモジュールにおいて、
前記偏向制御量計算手段は、前記試験光の波長の偏向手段に対する前記複数の出力ポートの偏向制御量であるθｐに対応する制御電圧と、予め各波長の偏向手段に設定されている係数を用いて、前記波長多重光に含まれるすべての波長の偏向手段のすべての出力ポートに対する偏向制御量を計算する構成としても良い。

前記波長選択スイッチモジュールにおいて、
前記偏向制御量計算手段は、前記複数の出力ポートそれぞれにおける各波長の光レベルが同じになるようにレベル等化を行って、前記波長多重光に含まれるすべての波長の偏向手段のすべての出力ポートに対する偏向制御量を計算する構成としても良い。

前記波長選択スイッチモジュールにおいて、
前記偏向手段は、ＭＥＭＳミラーである構成としても良い。

本発明によれば、初期値電圧の補正時間を短縮でき、試験光の光源が１つで済み、装置の低コスト化及びサイズの小型化が可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

<波長選択スイッチモジュールの構成>
図１は、本発明の一実施形態にかかる波長選択スイッチモジュールの構成図を示す。波長選択スイッチモジュールは、入力光信号の波長毎に所望のスイッチングを行って任意の波長の信号を所望の出力ポートに選択的に出力するものである。

同図中、波長選択スイッチモジュール１０は、光ファイバ１１から波長λ１〜λｍが多重された波長多重光を供給され、この波長多重光は波長フィルタ１２に供給される。波長フィルタ１２には試験光源であるレーザダイオード１３の発生する波長λ０の試験光が供給されており、波長フィルタ１２は波長多重光に試験光を多重して波長選択スイッチ光学系１５に供給する。

波長選択スイッチ光学系１５は、図２の構造図に示すように、レンズアレイ２０、回折格子２１、ＭＥＭＳ部２２から構成されている。支持部材としてのレンズアレイ２０には入力ポート２３のレンズ、及び出力ポート２４−１〜２４−ｎのレンズが一列に並べて設けられている。

レンズアレイ２０の入力ポート２３に入射された波長多重光は回折格子２１に供給されて波長毎に分波された後、波長λ０の試験光はＭＥＭＳ部２２のＭＥＭＳミラー２２−０に入射され、波長λ１〜λｍの信号光それぞれはＭＥＭＳミラー２２−１〜２２−ｍに入射される。

ＭＥＭＳ部２２の偏向手段としてのＭＥＭＳミラー２２−０〜２２−ｍそれぞれは図１に示す制御回路３１の制御により駆動されており、ＭＥＭＳミラー２２−０は入射された波長λ０の試験光をレンズアレイ２０の出力ポート２４−１，２４−ｎのいずれか（もしくはレンズアレイ２０以外の光終端部）に偏向して反射し、ＭＥＭＳミラー２２−１〜２２−ｍは入射された波長λ１〜λｍの信号光それぞれをレンズアレイ２０の出力ポート２４−１〜２４−ｎのいずれか（もしくはレンズアレイ２０以外の光終端部）に偏向して反射する。

出力ポート２４−１〜２４−ｎではＭＥＭＳ部２２から入射された波長λ１〜λｍの信号光を出力する。なお、出力ポート２４−１，２４−ｎでは波長λ１，λｍの信号光に波長λ０の試験光を多重して出力する。

図１に戻って説明するに、波長選択スイッチ光学系１５の出力ポート２４−１，２４−ｎの出力光は波長フィルタ１６，１７に供給される。波長フィルタ１６，１７は波長λ０と波長λ１〜λｍを分波して、波長λ０の試験光をフィードバック制御系３０の制御回路３１に供給し、波長λ１〜λｍの信号光を光ファイバ１８−１〜１８−ｎの任意のファイバより出力する。波長選択スイッチ光学系１５の出力ポート２４−２〜２４−（ｎ−１）の出力光は光ファイバ１８−２〜１８−（ｎ−１）それぞれに出力される。

制御回路３１は、例えば試験光の光強度レベルに応じた電気信号（フォトカレント；電流信号）を出力するフォトダイオード、及び、フォトカレントを電圧信号に変換して出力する電流／電圧変換器により構成される光検出手段を含んでいる。

制御回路３１は、上記光検出手段からの検出結果と、初期値メモリ３２に格納されているＭＥＭＳミラー毎の初期値電圧とに基づいて、ＭＥＭＳ部２２のＭＥＭＳミラー２２−０〜２２−ｍそれぞれの偏向状態を制御するものであり、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙｓ）等のＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により構成されている。

<光出力レベルの分布>
図１に示す波長選択スイッチ光学系１５内のＭＥＭＳミラー２２−０〜２２−ｍそれぞれは入射光を出力ポート２４−１〜２４−ｎ方向に回転する軸を有しており、例えばＭＥＭＳミラー２２−０での出力ポート方向の偏向制御量（角度）と各出力ポート２４−１〜２４−ｎにおける透過光強度（すなわち光出力レベル）の関係は図３に示すように、各出力ポート２４−１〜２４−ｎにおいて透過光強度が最大（つまり挿入損失が最小）となる偏向制御量は等間隔となる。

この関係はすべてのＭＥＭＳミラー２２−０〜２２−ｍで成立するため、波長λ０の試験光で所望の出力ポートに出力するために必要な偏向制御量を測定すれば、その他の波長についても偏向制御量が求まる。

図４に示すように、入力ポート２３及び出力ポート２４−１〜２４−ｎは支持部材としてのレンズアレイ２０に等間隔で配設されおり、偏向制御量のずれは、入力ポート２３及び出力ポート２４−１〜２４−ｎを配設したレンズアレイ２０が線形に伸縮することにより生じるため、入力ポート２３を基準とする出力ポート２４−２〜２４−ｎそれぞれのずれ量は出力ポート２４−１のずれ量ａに比例したものとなる。このため、波長λ０の試験光に対応する偏向手段（ＭＥＭＳミラー２２−０，２２−ｍ）で両端の出力ポート２４−１，２４−ｎの透過光強度が最大となる偏向制御量を測定し、それらの間に位置する出力ポート２４−２〜２４−（ｎ−１）それぞれの偏向制御量は補間計算により求めることができる。

図５では入力ポート２３及び出力ポート２４−１〜２４−ｎの初期位置を破線で示し、経年変化や温度変化後の状態を実線で示す。例えば、図５に示す変化後の状態で、入力ポート２３から入力した波長λ０の試験光を出力ポート２４−１から出力するための偏向制御量がβ、出力ポート２４−ｎから出力するための偏向制御量がγである場合、その間の出力ポート番号をｐとすると、出力ポートｐに光信号を出力するために必要な偏向制御量θｐは（１）式で与えられる。

θｐ＝β＋（γ−β）・（ｐ−１）／（ｎ−１） …（１）
なお、測定するポートは出力ポートの両端ではなく、任意の２ポートであればよい。また、補間計算については、（１）式のような線形近似の他、多項式近似等の様々な方法を用いてよい。（１）式を用いると出力ポート数がｎの場合、２ポートのみ測定してその他のポートは補間計算を行うので、すべてのポートを測定する場合に比して測定偏向制御量の補正時間を（２／ｎ）に短縮することが可能となる。

このようにして、試験光に対応するＭＥＭＳミラー２２−０の偏向制御量を測定することで、すべてのＭＥＭＳミラー２２−０〜２２−ｍの偏向制御量（角度）を計算することができる。

なお、各ＭＥＭＳミラー２２−０〜２２−ｍの制御電圧Ｖと偏向制御量θとの関係、つまりＶ−θ特性は（２）式で与えられる。ＭＥＭＳミラー番号をｉとすると、α_ｉは各ＭＥＭＳミラー２２−０〜２２−ｍそれぞれで異なる係数であるが既知の値であり、初期値メモリ３２に予め格納されている。

θ＝α_ｉＶ^２ …（２）
従って、ＭＥＭＳミラー２２−０〜２２−ｍのθｐに対応する制御電圧Ｖは、（１）式の係数α_ｉを考慮することで求めることができる。

<制御方法>
図６は、制御回路３１が実行する試験制御のフローチャートを示す。ここでは、両端の出力ポート２４−１，２４−ｎを試験ポートとする場合のフローチャートを示している。

まず、ステップＳ１１で試験光源のレーザダイオード１３を発光し、ステップＳ１２で波長λ０の試験光に対応するＭＥＭＳミラー２２−０の出力ポートを出力ポート２４−１に設定する。このとき、設定する初期値電圧は初期値メモリ３２から読み出される。この後、ステップＳ１３で後述するフィードバック制御を行って、光出力レベルが最大となる初期値電圧（最適点）を測定する。

ＭＥＭＳミラー２２−０〜２２−ｍそれぞれのＶ−θ特性はそれぞれ異なるため、ステップＳ１４で試験光に対応するＭＥＭＳミラー２２−０のＶ−θ特性に基づいて、測定した最適点電圧を角度情報βに換算し、ステップＳ１５で初期値電圧（最適点）と角度情報βを制御回路３１の内蔵メモリに保存する。

その後、ステップＳ１６で波長λ０に対応するＭＥＭＳミラー２２−０の出力ポートを出力ポート２４−ｎに設定し、ステップＳ１７でフィードバック制御を行って、光出力レベルが最大となる初期値電圧（最適点）を測定する。

そして、ステップＳ１８で試験光に対応するＭＥＭＳミラー２２−０のＶ−θ特性に基づいて、測定した初期値電圧（最適点）を角度情報γに換算し、続いて（１）式に基づいて他の出力ポートｐ（ｐ＝２４−１〜２４−ｎ）に光信号を出力するために必要な偏向制御量θｐを計算し、（２）式を用いて各θｐに対応する初期値電圧を計算する。さらに、上記各波長λ１〜λｍに対応するＭＥＭＳミラー２２−１〜２２−ｍそれぞれのＶ−θ特性から、ＭＥＭＳミラー２２−１〜２２−ｍそれぞれの各θｐに対応する初期値電圧を求める。

各波長の出力光レベルが同じになるようにレベル等化を行うためのＶＯＡデータについては、図３の偏向制御量と透過光強度の関係から所望の出力光レベルとするための最適点からの偏向制御量が既知であるため、ステップＳ１９で最適点からの偏向制御量の情報と各波長に対応するＭＥＭＳミラーのＶ−θ特性から各波長の出力光レベルが同じになるように初期値電圧を計算する。

次に、ステップＳ２０ですべてのＭＥＭＳミラーの各θｐに対応する初期値電圧を初期値メモリ３２に格納して更新し、この処理を終了する。

<フィードバック制御>
図７は、制御回路３１が実行するフィードバック制御のフローチャートを示す。同図中、ステップＳ３１で初期値メモリ３２からＭＥＭＳミラー２２−０の出力ポート２４−０（または２４−ｎ）の初期値電圧を読み取り、波長選択スイッチ光学系１５のＭＥＭＳミラー２２−０を駆動する。

次に、ステップＳ３２で偏向制御量（角度）を微小量ｄだけ増加させてＭＥＭＳミラー２２−０を駆動し、ステップＳ３３で波長フィルタ１６（または１７）から供給される波長λ０の光検出手段による検出レベルが増大したか否かを判別する。

ここで、検出レベルが増大した場合は、ステップＳ３４において偏向制御量をさらに微小量ｄだけ増加させてＭＥＭＳミラー２２−０を駆動し、ステップＳ３５で波長フィルタ１６（または１７）から供給される波長λ０の光検出手段による検出レベルが増大したか否かを判別し、検出レベルが増大した場合はステップＳ３４に進んでステップＳ３４，Ｓ３５を繰返し、検出レベルが増大しない場合はこの処理を終了する。

一方、検出レベルが増大しない場合は、ステップＳ３６において偏向制御量をさらに微小量ｄだけ減少させてＭＥＭＳミラー２２−０を駆動し、ステップＳ３７で波長フィルタ１６（または１７）から供給される波長λ０の光検出手段による検出レベルが増大したか否かを判別し、検出レベルが増大した場合はステップＳ３６に進んでステップＳ３４，Ｓ３５を繰返し、検出レベルが増大しない場合はこの処理を終了する。

このように、本実施形態によれば、両端の出力ポート２４−１，２４−ｎの透過光強度が最大となる電圧を測定し、それらの間に位置する出力ポート２４−１，２４−ｎは補間計算により求めるため、偏向制御量の更新時間を短縮することが可能となる。また、試験光の光源は１個で良いため、波長選択スイッチモジュールの低コスト化及び小型化が可能となる。

なお、図３の関係はすべてのＭＥＭＳミラーで成立するため、試験用の出力ポートを設けてＶＯＡデータを含め図３の関係（試験用の出力ポートに対する偏向制御量）をすべてのＭＥＭＳミラーについて測定し、その偏向制御量情報から、その他の波長に対応するＭＥＭＳミラーの初期値電圧を計算してもよい。また、補間式は線形近似、多項式近似などのいずれでもよく、試験用の出力ポートに関しても、任意の２ポートを選択してよい。

なお、レーザダイオード１３が請求項記載の試験光発生手段に相当し、波長フィルタ１２が合波手段に相当し、フィードバック制御系３０がフィードバック制御手段に相当し、制御回路３１が偏向制御量計算手段に相当する。

本発明の一実施形態にかかる波長選択スイッチモジュールの構成図である。 波長選択スイッチ光学系従来の一実施形態の構造図である。 偏向制御量と透過光強度の関係を示す図である。 偏向制御量のずれを説明するための図である。 出力ポートｐの偏向制御量θｐの補間計算を説明するための図である。 試験制御のフローチャートである。 フィードバック制御のフローチャートである。

符号の説明

１０ 波長選択スイッチモジュール
１１ 光ファイバ
１２ 波長フィルタ
１３ レーザダイオード
１５ 波長選択スイッチ光学系
２０ レンズアレイ
２１ 回折格子
２２ ＭＥＭＳ部
２２−０〜２２−ｍ ＭＥＭＳミラー
２３ 入力ポート
２４−１〜２４−ｎ 出力ポート
３０ フィードバック制御系
３１ 制御回路
３２ 初期値メモリ

Claims (8)

1. 波長多重光を波長毎に分波し、分波した各波長を波長毎に偏向手段に供給し、各偏向手段の偏向制御量を設定して複数の出力ポートのいずれかより出力する波長選択スイッチモジュールにおいて、
   試験光を発生する試験光発生手段と、
   前記試験光を前記波長多重光と合波する合波手段と、
   前記複数の出力ポートのうちの２つの出力ポートの出力光から前記試験光を分波する分波手段と、
   前記分波手段で分波した２つの出力ポートにおける試験光の光レベルが最大となるよう前記試験光の波長の偏向手段に対する偏向制御量のフィードバック制御を行うフィードバック制御手段と、
   前記２つの出力ポートにおける試験光の光レベルが最大となる前記試験光の波長の偏向手段に対する偏向制御量から前記試験光の波長の偏向手段のすべての出力ポートに対する偏向制御量及び前記波長多重光に含まれるすべての波長の偏向手段のすべての出力ポートに対する偏向制御量を計算する偏向制御量計算手段を
   有することを特徴とする波長選択スイッチモジュール。
2. 請求項１記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
   前記試験光発生手段は、前記波長多重光に含まれるすべての波長と異なる波長の試験光を発生することを特徴とする波長選択スイッチモジュール。
3. 請求項１または２記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
   前記偏向制御量計算手段は、前記２つの出力ポートにおける試験光の光レベルが最大となる前記試験光の波長の偏向手段に対する偏向制御量から前記試験光の波長の偏向手段のすべての出力ポートに対する偏向制御量を線形近似することを特徴とする波長選択スイッチモジュール。
4. 請求項３記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
   前記複数の出力ポートは、１つの支持部材に一列に並べて設けられており、
   前記前記２つの出力ポートは、前記複数の出力ポートの両端の出力ポートであることを特徴とする波長選択スイッチモジュール。
5. 請求項４記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
   前記偏向制御量計算手段は、前記２つの出力ポートにおける試験光の光レベルが最大となる前記試験光の波長の偏向手段に対する偏向制御量がβとγであり、出力ポート数がｎであるとき、出力ポート番号をｐとして、
   θｐ＝β＋（γ−β）・（ｐ−１）／（Ｎ−１）
   で表されるθｐを前記試験光の波長の偏向手段に対する前記複数の出力ポートの偏向制御量とすることを特徴とする波長選択スイッチモジュール。
6. 請求項５記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
   前記偏向制御量計算手段は、前記試験光の波長の偏向手段に対する前記複数の出力ポートの偏向制御量であるθｐに対応する制御電圧と、予め各波長の偏向手段に設定されている係数を用いて、前記波長多重光に含まれるすべての波長の偏向手段のすべての出力ポートに対する偏向制御量を計算することを特徴とする波長選択スイッチモジュール。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
   前記偏向制御量計算手段は、前記複数の出力ポートそれぞれにおける各波長の光レベルが同じになるようにレベル等化を行って、前記波長多重光に含まれるすべての波長の偏向手段のすべての出力ポートに対する偏向制御量を計算することを特徴とする波長選択スイッチモジュール。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項記載の波長選択スイッチモジュールにおいて、
   前記偏向手段は、ＭＥＭＳミラーであることを特徴とする波長選択スイッチモジュール。

Images