JP4448721B2 - 波長分波ユニット - Google Patents
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Description
尚、各単波長光の波長は、ITU(International Telecommunication Union:国際電気通信連合)によって標準化されたITUグリッドと呼ばれる仕様に規定されており、フォトニックネットワークシステムは、波長多重数をこの規定にしたがって決定する。
次に、メッシュ型ネットワークに波長選択スイッチを設けた場合について説明する。
図11はメッシュ型ネットワークに設けられた波長選択スイッチを説明するための図である。この図11に示すネットワーク100はメッシュ型のものであり、また、図11において、201〜204は波長選択スイッチ、205は合波器、206、207は波長選択スイッチ203についての入力ポート、208、209は出力ポートを示す。
図12は波長選択スイッチ203として、2×2スイッチ(2×2SW)を用いた場合の説明図である。図12において、204a、204bは分波部、205は2×2スイッチ、204c、204dは合波部を示す。尚、2×2スイッチとしてMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いることができ、分波部、合波部の双方を兼ねるものとして反射型回折格子を用いることができる。
波長多重信号光W1(単波長λ2,λ5、λ6の光信号を含む),W2(単波長λ1、λ3、λ4、λ7の光信号を含む)はそれぞれ分波部204a,204bにより分波され、分波光は単波長毎に設けられた2×2スイッチ205のそれぞれに入力される。2×2スイッチ205は、入力された単波長の信号光をいずれの出力部から出力するかを選択する。尚、2×2スイッチの第1の出力部(図12では上方の出力部)から出力された単波長光は、合波器204cに入力され、第2の出力部(図12では下方の出力部)から出力された信号光は、合波部204dに入力される。尚、2×2スイッチ205に減衰機能がある場合には、選択時に同時に減衰量を調整することで、合波部204c、204dの入力時点において、各単波長のパワーを略同一化することができ、合波部204c、204dにおける合波後に単一の増幅器(不図示)により各波長に均一にパワー制御をかけることができる。
(X3)モニタ機能付き波長選択スイッチ
以上が、波長選択スイッチ203の主要な動作の説明であるが、波長選択後の信号光のモニタによる2×2スイッチ205の制御に焦点を当てて更に詳しく説明する。
図13において、210a、210bはサーキュレータ、211a、211bは光信号を分岐する光カプラ、212a、212bは入力光のスペクトルを観測するためのスペクトルモニタ、213は2×2スイッチ(例えば、MEMS)のミラーの角度制御を行なう制御回路、214a〜214dは、各波長(この場合4波長)に対応するMEMSミラーに対して角度制御を行なうために駆動電圧を出力する駆動回路(ドライバ)、215は集光レンズ、216は分波部204a、204b、合波部204c、204dの機能を実現する分波器、217は入出力光学系、218a、218bはそれぞれ第1入出力部、第2入出力部を示す。
先に説明したように波長多重信号光(W1、W2)は光ファイバ接続により入力ポート206、207に入力される。そして、それぞれサーキュレータ210a、210bを介して第1入出力部218a、第2入出力部218bに入力される。入力された光信号は、入出力光学系217によりコリメート光に変換されて入出力されることとなる。即ち、入出力光学系では、各光ファイバの先端部にコリメータを配置して、コリメート化を図るものである。
分波されたそれぞれの波長の光は、集光レンズ215により、2×2スイッチ205を構成するMEMSミラーの各々に集光される。ここでは、簡単のためにMEMSミラーは4つ設けられ、W1、W2では互いに重複する波長の光信号は存在しないものとする。
ここで、入力ポート206から入力された波長多重信号光(W1)に含まれる単波長光(λ1)を出力ポート209に出力する場合について、図4(a)を用いて説明する。
図4(a)では、入力ポート206から入力された波長多重信号光(W1)は、サーキュレータ11aを介して第1入出力部31aに入力され、分波器5で分波され、λ1の波長の単波長光は、集光レンズ6を介して2×2スイッチ205(λ1用のMEMSミラー81)に照射される。
図4(b)では、入力ポート206から入力された波長多重信号光(W1)は、サーキュレータ11aを介して第1入出力部31aに入力され、分波器5で分波され、単波長光(λ1)は、集光レンズ6を介して2×2スイッチ205(λ1用のMEMSミラー81)に照射される。
しかし、このようにして2×2スイッチ205における角度制御により所望の伝送路に各波長の光信号を切り替えて出力可能であるが、その角度の制御は微妙であり、適確な角度に設定されているかどうかを監視し、最適化を図る制御が必要となる。
そこで、従来技術としては、図13のように、スペクトルモニタ212a、212bを設け、カプラ211a、211bにより分岐した波長選択後の光信号のモニタを行なう。即ち、各波長の信号光のパワーを測定し、測定結果を制御回路213に与える。
制御回路213は、各波長の測定結果に基づき、各波長に割当てられたMEMSミラーに対応する駆動回路214a〜214dを制御して駆動電圧を調整し、MEMSミラーの角度を最適な角度に制御するいわゆるフィードバック制御をかける。
以上が、従来技術の説明であるが、波長選択スイッチに関する技術は多数提案されており、特に、モニタ機能を有し回折格子を用いて波長多重信号光の信号を分離するWSR(wavelength-separating-routing)装置は、例えば特許文献1に記載され、波長分波素子として、VIPA(Virtually Imaged Phase Array)を用いたものは非特許文献2、フォトニック結晶技術を用いて製造された分波器を用いたものは非特許文献3に開示されている。
本発明は、波長選択スイッチ等のように分波後の各波長の信号光に対して個別に偏向制御を行なうユニットにおいて構成部品の有効利用又はモニタ部分も含めた波長選択スイッチの小型化を図ることを1つの目的とする。尚、上記目的に限らず、後述する発明を実施するための最良の形態に示す各構成により導かれる効果であって、従来の技術によっては得られない効果を奏することも本発明の目的の1つとして位置付けることができる。
(3)また、前記偏向制御手段における偏光制御をMEMSミラーの角度制御により行なってもよい。
(4)さらに、前記第2の空間位置は所定の空間位置であり、該偏向制御後の複数の信号光が多重された該波長多重光が該第2の空間位置に照射されることで分波されることとなる信号光を受信可能な所定の位置に複数の光パワー検出部を設けてもよい。
(A)第一実施形態の説明
(1)ネットワーク構成
第一実施形態におけるネットワーク構成は、図13において説明した構成と同様であるからここでは説明を省略する。
図13において説明した波長選択スイッチ201〜204として適用可能な第一実施形態に係る波長選択スイッチについて説明する。
図1は本発明の第一実施形態に係るモニタ機能を備えた波長選択スイッチの構成を示す図である。
次に、動作について説明する。
先に説明したように波長多重信号光(W1、W2)は光ファイバ接続により入力ポート206、207に入力される。そして、それぞれサーキュレータ11a、11bを介して伝送光入出力部3の第1入出力部31a、第2入出力部31bに入力される。入力された波長多重光信号は、入出力光学系2に設けられたコリメータにより、コリメート光に変換されて入出力されることとなる。
ここで、入出力光学系2の内部構成について簡単に説明しておく。
図2は本発明の一実施形態に係る入出力光学系2の内部構成を示す図であり、サーキュレータ11a、11bと接続された光ファイバ15aを金属筒15c内に挿入し、かつ、光ファイバ(又はフェルール)15aの側面に塗布された接着剤により金属筒15cに固定されている。そして、分波器5側の入出力端側には、レンズ15bが設けられており、入出力光はこのレンズ15bによりコリメート化される。好ましくは、図3(a)〜図3(c)に示すように、基板22にV溝を複数(この場合は3つ)並列に設け、左2つの溝をモニタ光用、右1つの溝を伝送光用として割当て、サーキュレータ11a、11b、光カプラ12a、12bからの光ファイバ芯線17aをV溝の溝に乗せ、上側から基板21を被せて光ファイバ芯線17aをはさみ込む。そして、光ファイバ芯線17aの端面側にV溝間隔に合わせて配置されたコリメータとしてのレンズを収納したレンズアレイ(レンズアレイブロック)23を取り付けて入出力光学系2を得る。このようにすることで、入出力部の部材において伝送光、モニタ光の共用が図られることとなる。この場合、分波器5を伝送光、モニタ光用で共用とすることが好ましいが、別個としてもよい。
MEMSミラー81〜84に照射された単波長光は、対応するMEMSミラーで反射されて、再度集光レンズを介して分波器5に照射される。
ここで、入力ポート206から入力された波長多重信号光(W1)に含まれる単波長光(λ1)を出力ポート209に出力する場合について、図4(a)を用いて説明する。なお、図4(a),図4(b)に示すもので上述したものと同一符号を有するものは同一のものを表す。
そして、その単波長光(λ1)は、制御部10の制御に基づいて、駆動回路101(図1)から出力される制御電圧に従って角度制御されたMEMSミラー81により反射され、集光レンズ6を介して分波器5に照射される。この時照射されるスポットは、分波器5における反射により、第2入出力部31bに導かれる位置であり、MEMSミラー81の角度は、第2入出力部31bに接続された光ファイバに戻るように制御されることとなる。
図4(b)では、入力ポート31aから入力された波長多重信号光(W1)は、サーキュレータ11aを介して第1入出力部31aに入力され、分波器5で分波され、単波長光(λ1)は、集光レンズ6を介してMEMSミラー81に照射される。
以上のように、MEMS8で反射された光信号は、反射角に応じて第1入出力部31a、第2入出力部31bのいずれかから出力され、サーキュレータ11aまたは11bを介して出力ポート208または209に出力される。もちろん、第2入出力部31bから光多重信号も入力されるが、第1入出力部31bと立場を置き換えたものとなるので、説明は省略する。
従って、波長選択後の各波長の信光信号のパワーを測定し、測定結果に基づいて、MEMS8の制御を行なう必要があるが、本実施例では、波長選択に用いる分波器5等を有効に利用する。
これについて以下に詳述する。
MEMSミラー81〜84における反射制御により波長選択された光信号は、分波器5を介して再度多重化されて、サーキュレータ11a、11bに入力され、それぞれ光カプラ12a、12bで分岐され、モニタ光入出力部4の第3入出力端子41a、第4入出力端子41bのそれぞれに入力される。
尚、MEMSミラーの最適角としては、結合損失が最も少なくなる角度だけでなく、単波長光の光パワーの減衰量を可変にする、VOA(Variable Optical Attenuator)機能を実現する場合には、MEMSミラーの傾斜角を最適点(結合損失が最小となる角度)からずらすことにより、意図的に単波長光の損失を増加させる角度も考えられる。
(6)MEMSの構成
図5は本発明の一実施形態に係るMEMS8の構成を説明するための上面図である。
図5において、811は入力された光信号を反射するためのMEMSミラー(マイクロミラー)であり、支持棒812を回転軸として回転可能な構成となっている。支持棒812は、MEMSミラー811に対して固定的な関係であり、内側枠814に形成された軸受け溝上で軸を中心として回転可能である。そして支持棒813は、内側枠814に対して固定的な関係であり、外側枠815に形成された軸受け溝上で軸を中心として回転可能である。
一方、電極817a、817bのペアは支持棒813を軸としてMEMSミラー811を回転させる場合に用い、正又は負の電圧を与えた側の電極側にMEMSミラーが回転する。
以降、第一実施形態における考えられる種々の変形例について説明する。
(7)入出力光学系2の変形例
入出力光学系2の変形例として、二次元コリメータアレイを用いた構成にすることもできる。
従って、入出力光学系が、一体化された一次元コリメータアレイ又は一体化された二次元コリメータアレイを用いて構成されている。
分波器5として、VIPA(Virtually Imaged Phase Array)を用いることもできる。
図8(a)は本発明の一実施形態に係るVIPAの構成図である。この図8(a)に示すVIPA12aは、波長分散素子の一つであり、VIPAの光学配置(入射角度等)と同等の光学配置を有する回折格子と比較して、10〜20倍の大きな角度分散を実現するものである。図8(a)に示す符号31を付したものはシリンドリカル・レンズであって、入射光を一方向に通過させるものである。また、符号32は、反射率100%の光反射膜32aをシリンドリカル・レンズ31の入射側表面の上部半面に接着させた光反射膜付きガラス板であり、光反射膜32aが接着されていない下部半面は反射率0%(R=0)であり反射がなく、その部分のガラス板32は素通しになっている。さらに、シリンドリカル・レンズ31の出射側表面には高い反射率(〜95%)を有する光反射膜32bが接着されている。そして、シリンドリカル・レンズ31から入射された波長多重信号光は、光反射膜付きガラス板32を通過すると波長毎に分離した光が出力されるようになっている。尚、第一実施形態の変形例として使用する場合には、VIPAのガラス板32の横幅を広げて、4つのシリンドリカル・レンズ31からそれぞれ2系統のモニタ光、2系統の伝送光を入力し、これらを分波するようにすることが好ましい。
このように、多重反射の結果、全体の系はフェーズド・アレイ光源と等価になり、この仮想的フェーズド・アレイ光源の光は、干渉しあって、コリメート光として出射され、その出射方向は回折格子のブラッグ角に相当する方向となる。以上のように、VIPAにより極めて単純な構造で光分波が可能になる。
また、分波器12はプリズムを用いることもできる。プリズムは、三角柱状のガラスからなり、回折格子と同様に、一定の角度で入射される176波の波長成分に対して、波長毎に異なる出射角度を与えるものである。尚、伝送光、モニタ光で入力する位置を変えることで互いに干渉なく分離できる。
図10は本発明が適用される光ネットワークの他の例を示す図である。この図10に示す光ネットワーク150は、波長多重信号光の波長選択機能を有するリング型フォトニックネットワークであって、例えば3台のOADMノード#1〜#3が接続されている。なお、176波のうちの5波だけが表示されている。
また、各OADMノード#1〜#3は、いずれも、アドドロップ機能を有する。
具体的には、各OADMノード#1〜#3は、伝送路から受信した波長多重信号光が自ノードであるか否かを判定し、自ノードでない場合はその波長多重信号光を通過させて隣接するノードに送信する。一方、受信した波長多重信号光が自ノードである場合はその波長多重信号光のうちの1波以上の単波長光をドロップし、ドロップした1以上の単波長光をパケット変換する。これとは逆に、各OADMノード#1〜#3は、受信した単波長光を波長多重信号光に挿入する場合には、受信したパケットを信号光に所定の波長に変換してその変換した信号光を受信した波長多重信号光に挿入する。
また、このようにして、ネットワーク形状の差異にかかわらず、本発明の光スイッチ装置,光モニタ種類および光スイッチ方法は、いずれのネットワークにおいても適用できる。さらに、これにより、上記の利点が得られる。
本発明は上述した実施態様およびその変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
上記の分波器12は、アレイ導波路型波長合分波器(Arrayed Waveguide Grating:AWG)を用いることができる。このAWGは、チップ状の平面基板上の光導波路によって構成されるアレイ導波路回折格子を用いたものである。AWGは、例えばシリコン基板上にフォトリソグラフィを用いて一括生成された光導波路からなり、入力導波路,入力スラブ(入力側スラブ導波路),n本のチャネル導波路からなるアレイ導波路(チャネル導波路アレイ),出力スラブ(出力側スラブ導波路),n本の導波路からなる出力導波路をそなえて構成されている。同一基板上に形成された同様の構成をした複数のAWGをそれぞれ伝送光用、モニタ光用に用いることもできる。
2 入出力光学系
3 伝送光入出力部
4 モニタ光入出力部
5 分波器
6,7a,7b 集光レンズ
8 スイッチ部(偏向手段)
9,9a 光パワー検出部
10 制御回路
11a,11b サーキュレータ
12a,12b 光カプラ
13 VIPA
15a 光ファイバ
15b レンズ
15c 金属筒
17 二次元コリメータアレイ
17a 光ファイバ芯線
17b 光ファイバ固定用部材
17c レンズアレイ
22 基板
23 レンズアレイ(レンズアレイブロック)
31 シリンドリカル・レンズ
31a 第1入出力部
31b 第2入出力部
32 光反射膜付きガラス板
32a,32b 光反射膜
41a 第3入出力部
41b 第4入出力部
81〜84 MEMSミラー(スイッチ素子)
91a〜94a,91b〜94b フォトダイオード(光パワー検出素子)
101〜104 駆動回路
Claims (7)
- 波長多重光が入力される複数の入力ポートと、
前記複数の入力ポートからの該波長多重光を複数の伝送光入出力部へそれぞれ入力する複数のサーキュレータと、
前記複数の伝送光入出力部から入力され第1の空間位置に照射された該波長多重光を分波する合分波手段と、
該合分波手段により分波された信号光の偏向方向を個別に制御して該合分波手段の前記第1の空間位置に折り返す偏向制御手段と、
該合分波手段が該偏向制御手段から折り返された複数の信号光をそれぞれ合波することにより生成した波長多重光を、前記複数の伝送光入出力部及び前記複数のサーキュレータを経由して受けるとともに、当該波長多重光を分岐する複数の光カプラと、
前記複数の光カプラにより分岐された波長多重光を出力する複数の出力ポートと、
前記複数の光カプラにより分岐された波長多重光を前記合分波手段の該第1の空間位置とは異なる第2の空間位置に照射する複数のモニタ光入出力部と、
前記複数のモニタ光入出力部から該第2の空間位置に照射され該合分波手段により分波された信号光をモニタし、前記偏向制御手段の制御に反映させる反映手段と、
を備えたことを特徴とする、波長分波ユニット。 - 前記合分波手段として1枚の回折格子又は1つのVIPAを用いる、
ことを特徴とする、請求項1記載の波長分波ユニット。 - 前記偏向制御手段における偏向制御をMEMSミラーの角度制御により行なう、
ことを特徴とする、請求項1記載の波長分波ユニット。 - 前記第2の空間位置は所定の空間位置であり、該偏向制御後の複数の信号光が多重された該波長多重光が該第2の空間位置に照射されることで分波されることとなる信号光を受信可能な所定の位置に複数の光パワー検出部を設けた、
ことを特徴とする、請求項1記載の波長分波ユニット。 - 波長多重光が入力される複数の入力ポートと、
前記複数の入力ポートからの該波長多重光を複数の伝送光入出力部へそれぞれ入力する複数のサーキュレータと、
前記複数の伝送光入出力部から入力され第1の空間位置に照射された該波長多重光を分波する合分波手段と、
該合分波手段により分波された信号光の偏向方向を個別に制御して該合分波手段の前記第1の空間位置に折り返す偏向制御手段と、
該合分波手段が該偏向制御手段から折り返された複数の信号光をそれぞれ合波することにより生成した波長多重光を、前記複数の伝送光入出力部及び前記複数のサーキュレータを経由して受けるとともに、当該波長多重光を分岐する複数の光カプラと、
前記複数の光カプラにより分岐された波長多重光を出力する複数の出力ポートと、
前記複数の光カプラにより分岐された波長多重光を前記合分波手段の該第1の空間位置とは異なる第2の空間位置又は他の分波手段であって近傍に配置された分波手段に照射する複数のモニタ光入出力部と、
前記複数のモニタ光入出力部から該第2の空間位置に照射され該合分波手段又は該分波手段により分波された信号光をモニタするモニタ手段と、
該モニタ結果を前記偏向制御手段の制御に反映させる反映手段と、
を備えたことを特徴とする、波長分波ユニット。 - 前記複数の伝送光入出力部と前記複数のモニタ光入出力部とが共通部材からなる、
ことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の波長分波ユニット。 - 該偏向制御手段と該モニタ手段とが共通部材上に配置された、
ことを特徴とする、請求項5記載の波長分波ユニット。
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