JP5498553B2

JP5498553B2 - 空間光スイッチ

Info

Publication number: JP5498553B2
Application number: JP2012223230A
Authority: JP
Inventors: イブラヒムサラ; 徹瀬川; 泰正須崎
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2012-10-05
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2032-10-05
Also published as: JP2014074856A

Description

本発明は、波長選択型光スイッチを用いた空間光スイッチに関する。

空間光スイッチは光電融合型ルータの基本部品であり、光パケットを所望の出力ポートにスイッチする機能を有する。応用範囲を拡大するため、空間光スイッチのポート数の増大が求められている。

図５に、従来の分配選択型光スイッチと波長スイッチを組み合わせたノンブロッキング光スイッチの構成を示す。ノンブロッキング光スイッチ５００は、入力ポートユニット５１０、分配選択型光スイッチユニット５２０、ＡＷＧユニット５３０からなる。入力ポートユニット５１０は、ＡＷＧユニット５３０がＮ個のＭ入力Ｍ出力（Ｍ×Ｍ）ＡＷＧ５３１−１〜５３１−Ｎから構成された場合、Ｍ×Ｎ個の可変波長コンバータ５１１−１〜５１１−Ｍ×Ｎからなり、各可変波長コンバータ５１１は、波長がλ_１〜λ_Ｍの光信号を出力する。このとき分配選択型光スイッチユニット５２０は、Ｍ個のＮ入力Ｎ出力の分配選択型光スイッチサブユニット５２１−１〜５２１−Ｍを含み、各分配選択型光スイッチサブユニット５２１は、Ｎ個の１入力Ｎ出力の分配選択型光スイッチ５２２−１〜５２２−Ｎと、Ｎ個のＮ入力１出力の光合波器５２５−１〜５２５−Ｎからなる。

各分配選択型光スイッチ５２２は、１つの１入力Ｎ出力の光分波器５２３とＮ個の電界吸収型光変調器（ＥＡＭ）５２４−１〜５２４−Ｎからなり、光分波器５２３の入力端は入力ポートユニット５１０の入力ポートの１つに接続されている。光分波器５２３は、入力ポートから入射される光信号を複製してＮ個のＥＡＭ５２４−１〜５２４−Ｎに同じ光信号を分波する。

各分配選択型光スイッチ５２２の電界吸収型光変調器（ＥＡＭ）５２４−１〜５２４−Ｎの出力端は、それぞれ異なる光合波器５２５−１〜５２５−Ｎの入力端に接続され、光合波器５２５−１〜５２５−Ｎの出力端は各分配選択型光スイッチサブユニット５２１のＮ個の出力端にそれぞれ接続さている。各分配選択型光スイッチサブユニット５２１のＮ個の出力端は、それぞれ異なるＡＷＧ５３１−１〜５３１−Ｎの同じポート番号の入力ポートに接続され、分配選択型光スイッチサブユニット５２１−１〜５２１−Ｍは、それぞれＡＷＧ５３１−１〜５３１−Ｎの異なるポート番号の入力ポートに接続されている。

この構成において単一のスイッチングプレーンのポート数を増大させるためには、ＡＷＧ５３１の数Ｎを大きくするか、ＡＷＧ５３１の入出力ポート数Ｍを大きくする必要があるが、Ｎ、Ｍを大きくすると分配選択型光スイッチユニット５２０が複雑になるため、その大きさには限界がある。

図６に、２ブロック構成によるノンブロッキング光スイッチの構成を示す。従来のノンブロッキング光スイッチでポート数を増大させる直截的な手法としては、Ｑ個のノンブロッキング光スイッチ５００−１〜５００−Ｑを用意し、Ｑ個の入力ポートユニット５１０−１〜５１０−ＱとＱ個の分配選択型光スイッチユニット５２０−１〜５２０−Ｑとの間に、セカンドステージ（中間ステージ）となるＱ個の第２分配選択型光スイッチユニット５４０を導入する方法が考えられる。

第２分配選択型光スイッチユニット５４０は、（Ｍ×Ｎ）個の分配選択型光スイッチサブユニット５４１−１〜５４１−（Ｍ×Ｎ）を備えており、各分配選択型光スイッチサブユニット５４１はＱ個の分配選択型光スイッチ５４２−１〜５４２−Ｑと、Ｑ入力１出力の光合波器５４５−１〜５４５−Ｑからなる。各分配選択型光スイッチ５４２は、１つの１入力Ｑ出力の光分配器５４３とＱ個の電界吸収型光変調器（ＥＡＭ）５４４−１〜５４４−Ｑからなり、光分波器５４３の入力端は入力ポートユニット５１０の１つの入力ポートに接続されている。各分配選択型光スイッチ５４２のＥＡＭ５４４−１〜５４４−Ｑの出力端は、それぞれ異なる光合波器５４５−１〜５４５−Ｑの入力端に接続され、光合波器５４５−１〜５４５−Ｑの出力端は各第２分配選択型光スイッチサブユニット５４１のＱ個の出力端にそれぞれ接続さている。各分配選択型光スイッチサブユニット５４１のＱ個の出力端は、それぞれ異なる分配選択型光スイッチユニット５２０−１〜５２０−Ｑの入力端に接続されている。

Lian-Wee Luo, Salah Ibrahim, Arthur Nitkowski, Zhi Ding, Carl B. Poitras, S. J. Ben Yoo, Michal Lipson, "High bandwidth on-chip silicon photonic interleaver", OPTICS EXPRESS, 2010, Vol.18, No.22, p.23080-23087

しかしながら、セカンドステージを導入すると、装置は複雑化し、ノンブロッキング光スイッチ５００のＥＡＭ５２４に加えて、セカンドステージのＥＡＭ５４４の分だけ消費電力が増大するという課題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、単一ステージで入出力ポート数を容易に増大可能な空間光スイッチを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、空間光スイッチであって、可変波長コンバータユニットをＭ個有する入出力ポートユニットであって、前記可変波長コンバータユニットはＭ個の波長の光信号を出力可能な可変波長コンバータをＮ個含む、入出力ポートユニットと、Ｎ入力Ｎ出力の分配選択型光スイッチサブユニットをＭ個有する分配選択型光スイッチユニットであって、前記分配選択型光スイッチサブユニットは、１入力Ｎ出力の分配選択型光スイッチをＮ個とＮ入力１出力の光合波器をＮ個含み、前記各分配選択型光スイッチは、１入力Ｎ出力の光分波器と非対称光インターリーバユニットをＮ個含み、前記各非対称光インターリーバユニットはＭ個の波長の光信号に対応した所望の単一波長のみを遮断可能な非対称光インターリーバをＭ個直列接続した、前記Ｍ個の波長の光信号を一波長毎に個別に遮断可能なものであり、前記各分配選択型光スイッチの出力端はそれぞれ異なる前記光合波器の入力端に接続されている、分配選択型光スイッチユニットと、Ｍ入力Ｍ出力のＡＷＧをＮ個有するＡＷＧユニットであって、前記各分配選択型光スイッチサブユニットの出力端が、それぞれ異なる前記ＡＷＧの入力ポートに接続されている、ＡＷＧユニットとを備え、前記可変波長コンバータの出力端は、それぞれ異なる前記各分配選択型光スイッチサブユニットの入力端に接続されたことを特徴する。

請求項２に記載の発明は、空間光スイッチであって、可変波長コンバータユニットをＭ個有するＱ個の入出力ポートユニットであって、前記可変波長コンバータユニットはＭ個の波長の光信号を出力可能な可変波長コンバータをＮ個と１入力Ｑ出力の第１光分波器をＮ個含む、Ｑ個の入出力ポートユニットと、Ｎ入力Ｎ出力の分配選択型光スイッチサブユニットをＭ個有するＱ個の分配選択型光スイッチユニットであって、前記分配選択型光スイッチサブユニットは、Ｑ入力１出力の第１光合波器をＮ個と１入力Ｎ出力の分配選択型光スイッチをＮ個とＮ入力１出力の第２光合波器をＮ個含み、前記各分配選択型光スイッチは、１入力Ｎ出力の第２光分波器と非対称光インターリーバユニットをＮ個含み、前記各非対称光インターリーバユニットはＱ×Ｍ個の波長の光信号に対応した所望の単一波長のみを遮断可能な非対称光インターリーバをＱ×Ｍ個直列接続した、前記Ｑ×Ｍ個の波長の光信号を一波長毎に個別に遮断可能なものである、Ｑ個の分配選択型光スイッチユニットと、Ｍ入力Ｍ出力のＡＷＧをＮ個有するＱ個のＡＷＧユニットであって、前記各分配選択型光スイッチサブユニットの出力端が、それぞれ異なる前記ＡＷＧの入力ポートに接続されている、Ｑ個のＡＷＧユニットとを備え、前記可変波長コンバータが出力可能なＭ個の波長は、前記Ｑ×Ｍ個の波長の内のＭ個の波長であり、前記各第１光分波器のＱ個の出力端は、それぞれ異なる前記分配選択型光スイッチユニットのＱ個の前記分配選択型光スイッチサブユニットの入力端に接続され、前記各分配選択型光スイッチサブユニットの各入力端は、異なる前記入出力ポートユニットのＱ個の前記第１光分波器の出力端に接続されたことを特徴する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の空間光スイッチであって、前記ＡＷＧは、周回性を有することを特徴とする。

本発明は、セカンドステージを設けることなく、単一ステージで入出力ポート数を容易に増大可能にする。

（ａ）は本発明の実施形態１に係る波長選択型光スイッチを用いた空間光スイッチの構成を示す図であり、（ｂ）は本発明の実施形態２に係る波長選択型光スイッチの非対称光インターリーバユニットの構成を示す図である。（ａ）は本発明の実施形態２に係る波長選択型光スイッチを用いた空間光スイッチの構成を示す図であり、（ｂ）は本発明の実施形態２に係る波長選択型光スイッチの非対称光インターリーバユニットの構成を示す図である。非対称光インターリーバユニットの動作を説明するための図である。分配選択型光スイッチの動作を説明するための図である。従来の分配選択型光スイッチと波長スイッチを組み合わせたノンブロッキング光スイッチの構成を示す図である。２ブロック構成によるノンブロッキング光スイッチの構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（実施形態１）
図１（ａ）に、本発明の実施形態１に係る波長選択型光スイッチを用いた空間光スイッチの構成を示す。

空間光スイッチ１００は、入力ポートユニット１１０、分配選択型光スイッチユニット１２０、ＡＷＧユニット１３０からなる。入力ポートユニット１１０は、ＡＷＧユニット１３０がＮ個のＭ入力Ｍ出力（Ｍ×Ｍ）のＡＷＧ１３１−１〜１３１−Ｎから構成された場合、Ｍ個の可変波長コンバータユニット１１１−１〜１１１−Ｍからなる。各可変波長コンバータユニット１１１は、Ｎ個の可変波長コンバータ１１２−１〜１１２−Ｎからなり、各可変波長コンバータ１１２は波長λ_１〜λ_Ｍの光信号を出力することが可能である。

分配選択型光スイッチユニット１２０は、Ｍ個のＮ入力Ｎ出力の分配選択型光スイッチサブユニット１２１−１〜１２１−Ｍからなり、各分配選択型光スイッチサブユニット１２１は、Ｎ個の１入力Ｎ出力の分配選択型光スイッチ１２２−１〜１２２−Ｎ、Ｎ個のＮ入力１出力の光合波器１２６−１〜１２６−Ｎからなる。各可変波長コンバータユニット１１１の出力端は、それぞれ各分配選択型光スイッチサブユニット１２１の入力端にそれぞれ接続されている。

各分配選択型光スイッチ１２２は、１つの１入力Ｎ出力の光分波器１２３と、Ｎ個の非対称光インターリーバユニット１２４−１〜１２４−Ｎからなり、光分波器１２３の入力端は可変波長コンバータユニット１１１の出力端の１つに接続されている。

図１（ｂ）に、本発明の実施形態１に係る波長選択型光スイッチの非対称光インターリーバユニットの構成を示す。各非対称光インターリーバユニット１２４は、所望の単一波長のみを遮断可能なＭ個の非対称光インターリーバ１２５−１〜１２５−Ｍを直列に接続したものであり、各可変波長コンバータ１１２から出力された波長λ_１〜λ_Ｍの光信号を１波長毎に個別に遮断することが可能である。各非対称光インターリーバ１２５は、数ｎｓで遮断／透過のオン／オフが可能である（非特許文献１参照）。この構成により、各非対称光インターリーバユニット１２４は、波長λ_１〜λ_Ｍの光信号の各々に対して個別に遮断／透過の制御が可能である。各分配選択型光スイッチ１２２の非対称光インターリーバユニット１２４−１〜１２４−Ｎの出力端は、それぞれ異なる光合波器１２６−１〜１２６−Ｎの入力端に接続され、光合波器１２６−１〜１２６−Ｎの出力端は、各分配選択型光スイッチサブユニット１２１のＮ個の出力端にそれぞれ接続されている。

各分配選択型光スイッチサブユニット１２１のＮ個の出力端は、それぞれ異なるＡＷＧ１３１−１〜１３１−Ｎの同じポート番号の入力ポートに接続され、分配選択型光スイッチサブユニット１２１−１〜１２１−Ｍは、それぞれＡＷＧ１３１−１〜１３１−Ｎの異なるポート番号の入力ポートに接続されている。

各非対称光インターリーバユニット１２４から出力された波長λ_１〜λ_Ｍのいずれかの光信号は、ＡＷＧ１３１の入力ポートの１つに入力されるが、その光信号が出力されるＡＷＧ１３１の出力ポートはその波長に応じて異なる。

これにより、各可変波長コンバータ１１２から出力した光信号を、ＡＷＧユニット１３０の（Ｍ×Ｎ）個の出力ポートの内の任意の出力ポートにのみ出力させることができる。

（実施形態２）
図２（ａ）に、本発明の実施形態２に係る波長選択型光スイッチを用いた空間光スイッチの構成を示す。

空間光スイッチ２００は、入力ポートユニット２１０−１〜２１０−Ｑ、分配選択型光スイッチユニット２２０−１〜２２０−Ｑ、ＡＷＧユニット２３０−１〜２３０−Ｑからなる。各ＡＷＧユニット２３０がＮ個のＭ入力Ｍ出力（Ｍ×Ｍ）周回性ＡＷＧ２３１−１〜２３１−Ｎから構成されるとすると、空間光スイッチ２００は、実施形態１の空間光スイッチ１００のＱ倍の入出力ポートを備えている。このように本発明は、図６に示したようなセカンドステージを設けることなく入出力ポート数を容易に増大させることが可能な構成となっている。

各入力ポートユニット２１０は、各ＡＷＧユニット２３０がＮ個のＭ入力Ｍ出力（Ｍ×Ｍ）周回性ＡＷＧ２３１−１〜２３１−Ｎから構成された場合、Ｍ個の可変波長コンバータユニット２１１−１〜２１１−Ｍからなる。各可変波長コンバータユニット２１１は、Ｎ個の可変波長コンバータ２１２−１〜２１２−ＮとＮ個の１入力Ｑ出力の光分波器２１３−１〜２１３−Ｎからなる。

各可変波長コンバータ２１２は、入力ポートユニット２１０−１〜２１０−Ｑのそれぞれにおいて異なる波長の光信号を出力するように設定されている。すなわち、入力ポートユニット２１０−１の各可変波長コンバータ２１２は、波長λ_１〜λ_Ｍの光信号を出力し、入力ポートユニット２１０−２の各可変波長コンバータ２１２は、波長λ_Ｍ＋１〜λ_２Ｍの光信号を出力し、入力ポートユニット２１０−Ｑの各可変波長コンバータ２１２は、波長λ_{（Ｑ−１）×Ｍ＋１}〜λ_Ｑ×Ｍの光信号を出力するよう設定されている。

各光分波器２１３のＱ個の出力端は、それぞれ異なる分配選択型光スイッチユニット２２０−１〜２２０−Ｑの入力端に接続されている。

各分配選択型光スイッチユニット２２０は、Ｍ個の分配選択型光スイッチサブユニット２２１−１〜２２１−Ｍからなる。各分配選択型光スイッチサブユニット２２１は、Ｎ個のＱ入力１出力の光合波器２２７−１〜２２７−Ｎと、Ｎ個の分配選択型光スイッチ２２２−１〜２２２−Ｎと、Ｎ個のＮ入力１出力の光合波器２２６−１〜２２６−Ｎからなる。各分配選択型光スイッチ２２２は、１つの１入力Ｎ出力の光分波器２２３と、Ｎ個の非対称光インターリーバユニット２２４−１〜２２４−Ｎからなる。各光合波器２２７は、異なる入力ポートユニット２１０−１〜２１０−Ｑから１つずつの計Ｑ個の出力端と接続されており、各光合波器２２７の出力端は、各分配選択型光スイッチ２２２の入力端に接続されている。

図２（ｂ）に、本発明の実施形態２に係る波長選択型光スイッチの非対称光インターリーバユニットの構成を示す。非対称光インターリーバユニット各非対称光インターリーバユニット２２４は、Ｑ×Ｍ個の非対称光インターリーバ２２５−１〜２２５−（Ｑ×Ｍ）を直列に接続したものであり、各可変波長コンバータ２１２から出力された波長λ_１〜λ_Ｑ×Ｍの光信号を１波長毎に個別に遮断することが可能である。各分配選択型光スイッチ２２２の非対称光インターリーバユニット２２４−１〜２２４−Ｎの出力端は、それぞれ異なる光合波器２２６−１〜２２６−Ｎの入力端に接続され、光合波器２２６−１〜２２６−Ｎの出力端は、各分配選択型光スイッチサブユニット２２１のＮ個の出力端にそれぞれ接続されている。

各分配選択型光スイッチサブユニット２２１のＮ個の出力端は、それぞれ異なる周回性ＡＷＧ２３１−１〜２３１−Ｎの同じポート番号の入力ポートに接続され、分配選択型光スイッチサブユニット２２１−１〜２２１−Ｍは、それぞれ周回性ＡＷＧ２３１−１〜２３１−Ｎの異なるポート番号の入力ポートに接続されている。

図３に、非対称光インターリーバユニットの動作を説明するための図を示す。図３では、例示的に、非対称光インターリーバユニットは１６個の非対称光インターリーバを直列接続したものとする。例えば、非対称光インターリーバユニットに波長λ_３、λ_１２の光信号を合波した波長多重信号が入射したとき、波長λ_３に対応する非対称光インターリーバのみをオンすると、波長λ_３の光信号のみ遮断され、波長λ_１２の光信号は透過する。逆に波長λ_１２に対応する非対称光インターリーバのみをオンすると、波長λ_１２の光信号のみ遮断され、波長λ_３の光信号は透過する。

図４に、分配選択型光スイッチの動作を説明するための図を示す。図４では、例示的に、分配選択型光スイッチ２２２を、光分波器２２３と１６個の非対称光インターリーバを直列接続した非対称光インターリーバユニット２２４−１〜２２４−４からなるものとする。例えば、波長λ_１、λ_３、λ_１２の光信号を合波した波長多重信号が光分波器２２３に入射し、波長多重信号が非対称光インターリーバユニット２２４−１〜２２４−４のそれぞれに入射したとき、図４のように各非対称光インターリーバをオン・オフすることで、非対称光インターリーバユニット２２４−１からは波長λ_１、λ_１２の光信号を出力し、非対称光インターリーバユニット２２４−４からは波長λ_３の光信号を出力するという制御が可能である。

このようにして空間光スイッチ２００は、各非対称光インターリーバユニット２２４を制御することにより、各可変波長コンバータ２１２から出力された光信号をＡＷＧユニット２３０−１〜２３０−Ｑの任意の出力ポートに出力することが可能である。

１００、２００空間光スイッチ
１１０、２１０、５１０入力ポートユニット
１１１、２１１可変波長コンバータユニット
１１２、２１２可変波長コンバータ
１２０、２２０分配選択型光スイッチユニット
１２１、２２１分配選択型光スイッチサブユニット
１２２、２２２分配選択型光スイッチ
１２３、２１３、２２３、５２３、５４３光分波器
１２４、２２４非対称光インターリーバユニット
１２５、２２５非対称光インターリーバ
１２６、２２１、２２６、２２７、５２５光合波器
１３０、２３０、５３０ＡＷＧユニット
１３１、５３１ＡＷＧ
２３１周回性ＡＷＧ
５２０分配選択型光スイッチユニット
５２１、５４１分配選択型光スイッチサブユニット
５２２、５４２分配選択型光スイッチ
５２４、５４４ＥＡＭ
５４０第２分配選択型光スイッチユニット

Claims

可変波長コンバータユニットをＭ個有する入出力ポートユニットであって、前記可変波長コンバータユニットはＭ個の波長の光信号を出力可能な可変波長コンバータをＮ個含む、入出力ポートユニットと、
Ｎ入力Ｎ出力の分配選択型光スイッチサブユニットをＭ個有する分配選択型光スイッチユニットであって、前記分配選択型光スイッチサブユニットは、１入力Ｎ出力の分配選択型光スイッチをＮ個とＮ入力１出力の光合波器をＮ個含み、前記各分配選択型光スイッチは、１入力Ｎ出力の光分波器と非対称光インターリーバユニットをＮ個含み、前記各非対称光インターリーバユニットはＭ個の波長の光信号に対応した所望の単一波長のみを遮断可能な非対称光インターリーバをＭ個直列接続した、前記Ｍ個の波長の光信号を一波長毎に個別に遮断可能なものであり、前記各分配選択型光スイッチの出力端はそれぞれ異なる前記光合波器の入力端に接続されている、分配選択型光スイッチユニットと、
Ｍ入力Ｍ出力のＡＷＧをＮ個有するＡＷＧユニットであって、前記各分配選択型光スイッチサブユニットの出力端が、それぞれ異なる前記ＡＷＧの入力ポートに接続されている、ＡＷＧユニットと
を備え、前記可変波長コンバータの出力端は、それぞれ異なる前記各分配選択型光スイッチサブユニットの入力端に接続されたことを特徴する空間光スイッチ。
可変波長コンバータユニットをＭ個有するＱ個の入出力ポートユニットであって、前記可変波長コンバータユニットはＭ個の波長の光信号を出力可能な可変波長コンバータをＮ個と１入力Ｑ出力の第１光分波器をＮ個含む、Ｑ個の入出力ポートユニットと、
Ｎ入力Ｎ出力の分配選択型光スイッチサブユニットをＭ個有するＱ個の分配選択型光スイッチユニットであって、前記分配選択型光スイッチサブユニットは、Ｑ入力１出力の第１光合波器をＮ個と１入力Ｎ出力の分配選択型光スイッチをＮ個とＮ入力１出力の第２光合波器をＮ個含み、前記各分配選択型光スイッチは、１入力Ｎ出力の第２光分波器と非対称光インターリーバユニットをＮ個含み、前記各非対称光インターリーバユニットはＱ×Ｍ個の波長の光信号に対応した所望の単一波長のみを遮断可能な非対称光インターリーバをＱ×Ｍ個直列接続した、前記Ｑ×Ｍ個の波長の光信号を一波長毎に個別に遮断可能なものである、Ｑ個の分配選択型光スイッチユニットと、
Ｍ入力Ｍ出力のＡＷＧをＮ個有するＱ個のＡＷＧユニットであって、前記各分配選択型光スイッチサブユニットの出力端が、それぞれ異なる前記ＡＷＧの入力ポートに接続されている、Ｑ個のＡＷＧユニットと
を備え、前記可変波長コンバータが出力可能なＭ個の波長は、前記Ｑ×Ｍ個の波長の内のＭ個の波長であり、前記各第１光分波器のＱ個の出力端は、それぞれ異なる前記分配選択型光スイッチユニットのＱ個の前記分配選択型光スイッチサブユニットの入力端に接続され、前記各分配選択型光スイッチサブユニットの各入力端は、異なる前記入出力ポートユニットのＱ個の前記第１光分波器の出力端に接続されたことを特徴する空間光スイッチ。
前記ＡＷＧは、周回性を有することを特徴とする請求項２に記載の空間光スイッチ。