JP5536843B2

JP5536843B2 - 空間光スイッチ

Info

Publication number: JP5536843B2
Application number: JP2012223235A
Authority: JP
Inventors: イブラヒムサラ; 裕士石川; 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: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-10-05
Also published as: JP2014075745A

Description

本発明は、光モードフィルタを用いたパッシブ回路を有する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３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を含む。

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、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４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を備えている。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５４３−１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、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。

C. R. Doerr, N. K. Fontain, M. Hirano, T. Sasaki, L. L. Buhl, P. J. Winzer, "Silicon photonic integrated circuit for coupling to a ring-core multimode fiber for space-division multiplexing", ECOC Postdeadline Papers, 2011 J. Leuthold, R. Hess, J. Eckner, P. A. Besse, H. Melchior, "Spatial mode filters realized with multimode interference couplers", OPTICS LETTERS, 1996, Vol.21, No.11, p.836-838

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、光モードフィルタを用いたパッシブ回路を有する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、Ｍ個の入力ポートサブユニットを有する入出力ポートユニットであって、前記入力ポートサブユニットは、Ｍ個の波長の光信号を出力可能な可変波長コンバータ、前記可変波長コンバータから出力される光信号をＮ分岐する１入力Ｎ出力の第１光分波器、前記第１光分波器から出力されるＮ個の光信号をＮ個の異なる伝播モードに変換する第１光モードコンバータユニット、前記第１光モードコンバータユニットから出力される光信号を選択的に出力可能な光ゲートスイッチユニット、および前記光ゲートスイッチユニットからの出力光を合波するＮ入力１出力の光合波器からなる、入出力ポートユニットと、前記各光合波器から出力された光信号をＮ分岐する１入力Ｎ出力の第２光分波器とその後段に接続された光モードフィルタサブユニットをＭ個有する光モードフィルタユニットであって、前記光モードフィルタサブユニットは、Ｎ個の異なるモードの光信号をそれぞれ透過するＮ個の光モードフィルタ、およびＮ個の異なるモードの光信号を基本伝播モードに変換する第２光モードコンバータユニットからなる、光モードフィルタユニットと、Ｍ入力Ｍ出力のＡＷＧをＮ個有するＡＷＧユニットであって、前記各光モードフィルタサブユニットのＮ個の出力ポートが、それぞれ異なる前記ＡＷＧの同一のポート番号の入力ポートに接続されている、ＡＷＧユニットとを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、Ｍ個の入力ポートサブユニットを有する入出力ポートユニットであって、前記入力ポートサブユニットは、Ｍ個の波長の光信号を出力可能な可変波長コンバータ、前記可変波長コンバータから出力される光信号をＮ分岐する１入力Ｎ出力の第１光分波器、前記第１光分波器から出力されるＮ個の光信号をＮ個の異なるモードに変換するＮ個の第１光モードコンバータと前記第１光モードコンバータから出力される光信号を選択的に出力可能なＮ個の第１光ゲートスイッチとで構成される第１光モードコンバータユニット、前記第１光モードコンバータユニットからの出力光を合波してＱ分岐するＮ入力Ｑ出力の第１光合分波器、および前記第１光合分波器から出力される光信号を選択的に出力可能なＱ個の第２光ゲートスイッチで構成された光ゲートスイッチユニットからなる、入出力ポートユニットをＱ個と、異なる前記入出力ポートユニット上の前記光ゲートスイッチユニットから出力された光信号の１つをＮ分岐するＱ入力Ｎ出力の第２光合分波器とその後段に接続された光モードフィルタサブユニットをＭ個有する光モードフィルタユニットであって、前記各光ゲートスイッチユニットの出力ポートが、それぞれ異なる前記光モードフィルタユニットの前記第２光合分波器に接続され、前記光モードフィルタサブユニットは、Ｎ個の異なるモードの光信号をそれぞれ透過するＮ個の光モードフィルタ、およびＮ個の異なるモードの光信号を単一モードに変換する第２光モードコンバータユニットからなる、光モードフィルタユニットをＱ個と、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ＡＷＧユニットは、それぞれ同一の前記光モードフィルタユニットに接続され、前記各光モードフィルタサブユニットのＮ個の出力ポートが、それぞれ異なる前記ＡＷＧの同一のポート番号の入力ポートに接続されている、ＡＷＧユニットをＱ個とを備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の空間光スイッチにおいて、前記第１光モードコンバータユニットは、（Ｎ−１）個の光モードコンバータからなり、光モードを変換しない光信号と前記光モードコンバータでモード変換した光信号とからなるＮ個の異なるモードの光信号を出力することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の空間光スイッチにおいて、前記第２光モードコンバータユニットは、（Ｎ−１）個の光モードコンバータからなり、光モードを変換しない光信号と前記光モードコンバータでモード変換した光信号とからなるＮ個の単一モードの光信号を出力することを特徴とする。

本発明は、光モードフィルタを用いたパッシブ回路を有することで電力消費を抑制し、入出力ポート数を容易に増大可能にする。

本発明の実施形態１に係る空間光スイッチの構成を示す図である。本発明の実施形態２に係る空間光スイッチの構成を示す図である。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に、本発明の実施形態１に係る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、光モードフィルタユニット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、波長λ_１〜λ_Ｍの基本伝播モードの光信号を出力する可変波長コンバータ１１１−１〜１１１−Ｍ、１入力Ｎ出力の光分波器１１２−１〜１１２−Ｍ、Ｎ入力Ｎ出力の光モードコンバータユニット１１３−１〜１１３−Ｍ、Ｎ入力１出力の光合波器１１４−１〜１１４−Ｍからなる。

光モードコンバータユニット１１３は、（Ｎ−１）個の光モードコンバータ１１５−１〜１１５−（Ｎ−１）とＮ個の光ゲートスイッチ１１６−１〜１１６−Ｎからなり、光分波器１１２から出力されたＮ個の光信号を各光モードコンバータ１１５で異なる高次の伝搬モードを有するＮ個の光信号に変換し（非特許文献１参照）、それらモード変換した光信号を各光ゲートスイッチ１１６によって選択的に出力することができる。この場合、１入力は光モードコンバータ１１５を設けずに基本伝播モードのまま透過させ、他の入力は光モードコンバータ１１５−１〜１１５−（Ｎ−１）で基本伝播モード以外の高次モードに変換させる構成としている。

光モードフィルタユニット１２０は、１入力Ｎ出力の光分波器１２１−１〜１２１−Ｍ、Ｎ入力Ｎ出力の光モードフィルタサブユニット１２２−１〜１２２−Ｍからなる。

各光モードフィルタサブユニット１２２は、入力ポートユニット１１０が出力可能なモードに対応した、各モードの光信号を個別に透過可能なＮ個の光モードフィルタ１２３−１〜１２３−Ｎ（非特許文献２参照）、入力ポートユニット１１０でモード変換された光信号を元のモードに変換する（Ｎ−１）個の光モードコンバータ１２４−１〜１２４−（Ｎ−１）からなる。この場合、基本伝播モードである１入力は光モードコンバータ１２４を設けずに光モードフィルタ１２３のみ透過させ、他の入力は光モードコンバータ１２４−１〜１２４−（Ｎ−１）で元のモードに変換させる構成としている。

各光モードフィルタサブユニット１２２のＮ個の出力端は、各光モードコンバータ１２４でモード変換される前のモード毎に異なるＡＷＧ１３１−１〜１３１−Ｎの同一のポート番号の入力ポートに接続されている。

本発明は、各光モードコンバータユニット１１３で選択したモードによってＡＷＧ１３１−１〜１３１−Ｎの１つを指定し、可変波長コンバータ１１１で選択した波長によって各ＡＷＧ１３１の出力ポートを指定することで、入力ポートユニット１１０の各入力ポートに入力された光信号を所望の出力ポートに出力することができる。

また、光モードフィルタユニット１２０およびＡＷＧユニット１３０は完全なパッシブ回路であるため空間光スイッチ１００全体の電力消費を抑制でき、スイッチングを制御する制御回路は従来の空間光スイッチに比べより簡単な構成とすることができる。

（実施形態２）
図２に、本発明の実施形態２に係る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、光モードフィルタユニット２２０−１〜２２０−Ｑ、ＡＷＧユニット２３０−１〜２３０−Ｑからなる。

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）のＡＷＧ２３１−１〜２３１−Ｎから構成された場合、波長λ_１〜λ_Ｍの光信号を出力する可変波長コンバータ２１１−１〜２１１−Ｍ、１入力Ｎ出力の光分波器２１２−２１２−Ｍ、Ｎ入力Ｑ出力の光モードコンバータユニット２１３−１〜２１３−Ｍ、Ｎ入力Ｎ出力の光合分波器２１４−１〜２１４−Ｍ、光ゲートスイッチユニット２１７−１〜２１７−Ｍからなる。

各光モードコンバータユニット２１３は、（Ｎ−１）個の光モードコンバータ２１５−１〜２１５−（Ｎ−１）とＮ個の光ゲートスイッチ２１６−１〜２１６−Ｎからなり、光分波器２１２から出力されたＮ個の光信号を各光モードコンバータ２１５で異なる高次モードを有するＮ個の光信号に変換し、それらモード変換した光信号を各光ゲートスイッチ２１６によって選択的に出力することができる。この場合、１入力は光モードコンバータ２１５を設けずに基本伝播モードのまま透過させ、他の入力を光モードコンバータ２１５−１〜２１５−（Ｎ−１）で基本伝播モード以外の高次モードに変換する構成としている。

また、各光モードコンバータユニット２１３は、入力ポートユニット２１０−１〜２１０−Ｑで同一の構成とし、変換するモードも全て同じものである。

各光ゲートスイッチユニット２１７は、Ｑ個の光ゲートスイッチ２１８−１〜２１８−Ｑからなり、各Ｎ入力Ｑ出力の光合分波器２１４のＱ個の出力端と、それぞれ異なる光モードフィルタユニット２２０−１〜２２０−Ｑの入力端とに接続されている。

各光モードフィルタユニット２２０は、Ｑ入力Ｎ出力の光合分波器２２１−１〜２２１−Ｍ、Ｎ入力Ｎ出力の光モードフィルタサブユニット２２２−１〜２２２−Ｍからなる。

各光モードフィルタサブユニット２２２は、入力ポートユニット２１０が出力可能なモードに対応した、各モードの光信号を個別に透過可能なＮ個の光モードフィルタ２２３−１〜２２３−Ｎ、入力ポートユニット２１０でモード変換された光信号を元のモードに変換する（Ｎ−１）個の光モードコンバータ２２４−１〜２２４−（Ｎ−１）からなる。この場合、基本伝播モードである１入力は光モードコンバータ２２４を設けずに光モードフィルタ２２３のみ透過させ、他の入力は光モードコンバータ２２４−１〜２２４−（Ｎ−１）で基本伝播モードに変換させる構成としている。

各光モードフィルタサブユニット２２２のＮ個の出力端は、各光モードコンバータ２２４でモード変換される前のモード毎に異なるＡＷＧ２３１−１〜２３１−Ｎの同一のポート番号の入力ポートに接続されている。

本発明は、各光ゲートスイッチユニット２１７によって光モードフィルタユニット２２０−１〜２２０−ＱおよびＡＷＧユニット２３０−１〜２３０−Ｑの１つを指定し、選択したモードによってＡＷＧ２３１−１〜２３１−Ｎの１つを指定し、可変波長コンバータ２１１で選択した波長によって各ＡＷＧ２３１の出力ポートを指定することで、入力ポートユニット２１０の各入力ポートに入力された光信号を所望の出力ポートに出力することができる。

また、光モードフィルタユニット２２０−１〜２２０−ＱおよびＡＷＧユニット２３０−１〜２３０−Ｑは完全なパッシブ回路であるため空間光スイッチ２００全体の電力消費を抑制でき、スイッチングを制御する制御回路は従来の空間光スイッチに比べより簡単な構成とすることができる。

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
１１２、２１２光分波器
１１３、２１３光モードコンバータユニット
１１４光合波器
１１５、２１５光モードコンバータ
１１６、２１６、２１８光ゲートスイッチ
１２０、２２０光モードフィルタユニット
１２１、２２１、５２３、５４３光分波器
１２２、２２２光モードフィルタサブユニット
１２３、２２３光モードフィルタ
１２４、２２４光モードコンバータ
１３０、２３０、５３０ＡＷＧユニット
１３１、２３１、５３１ＡＷＧ
２１４波長合分波器
２１７光ゲートスイッチユニット
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

Ｍ個の入力ポートサブユニットを有する入出力ポートユニットであって、前記入力ポートサブユニットは、Ｍ個の波長の光信号を出力可能な可変波長コンバータ、前記可変波長コンバータから出力される光信号をＮ分岐する１入力Ｎ出力の第１光分波器、前記第１光分波器から出力されるＮ個の光信号をＮ個の異なるモードに変換する第１光モードコンバータユニット、前記第１光モードコンバータユニットから出力される光信号を選択的に出力可能な光ゲートスイッチユニット、および前記光ゲートスイッチユニットからの出力光を合波するＮ入力１出力の光合波器からなる、入出力ポートユニットと、
前記各光合波器から出力された光信号をＮ分岐する１入力Ｎ出力の第２光分波器とその後段に接続された光モードフィルタサブユニットをＭ個有する光モードフィルタユニットであって、前記光モードフィルタサブユニットは、Ｎ個の異なるモードの光信号をそれぞれ透過するＮ個の光モードフィルタ、およびＮ個の異なるモードの光信号を単一モードに変換する第２光モードコンバータユニットからなる、光モードフィルタユニットと、
Ｍ入力Ｍ出力のＡＷＧをＮ個有するＡＷＧユニットであって、前記各光モードフィルタサブユニットのＮ個の出力ポートが、それぞれ異なる前記ＡＷＧの同一のポート番号の入力ポートに接続されている、ＡＷＧユニットと
を備えたことを特徴とする空間光スイッチ。
Ｍ個の入力ポートサブユニットを有する入出力ポートユニットであって、前記入力ポートサブユニットは、Ｍ個の波長の光信号を出力可能な可変波長コンバータ、前記可変波長コンバータから出力される光信号をＮ分岐する１入力Ｎ出力の第１光分波器、前記第１光分波器から出力されるＮ個の光信号をＮ個の異なるモードに変換するＮ個の第１光モードコンバータと前記第１光モードコンバータから出力される光信号を選択的に出力可能なＮ個の第１光ゲートスイッチとで構成される第１光モードコンバータユニット、前記第１光モードコンバータユニットからの出力光を合波してＱ分岐するＮ入力Ｑ出力の第１光合分波器、および前記第１光合分波器から出力される光信号を選択的に出力可能なＱ個の第２光ゲートスイッチで構成された光ゲートスイッチユニットからなる、入出力ポートユニットをＱ個と、
異なる前記入出力ポートユニット上の前記光ゲートスイッチユニットから出力された光信号の１つをＮ分岐するＱ入力Ｎ出力の第２光合分波器とその後段に接続された光モードフィルタサブユニットをＭ個有する光モードフィルタユニットであって、前記各光ゲートスイッチユニットの出力ポートが、それぞれ異なる前記光モードフィルタユニットの前記第２光合分波器に接続され、前記光モードフィルタサブユニットは、Ｎ個の異なるモードの光信号をそれぞれ透過するＮ個の光モードフィルタ、およびＮ個の異なるモードの光信号を単一モードに変換する第２光モードコンバータユニットからなる、光モードフィルタユニットをＱ個と、
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ＡＷＧユニットは、それぞれ同一の前記光モードフィルタユニットに接続され、前記各光モードフィルタサブユニットのＮ個の出力ポートが、それぞれ異なる前記ＡＷＧの同一のポート番号の入力ポートに接続されている、ＡＷＧユニットをＱ個と
を備えたことを特徴とする空間光スイッチ。
前記第１光モードコンバータユニットは、（Ｎ−１）個の光モードコンバータからなり、光モードを変換しない光信号と前記光モードコンバータでモード変換した光信号とからなるＮ個の異なるモードの光信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の空間光スイッチ。
前記第２光モードコンバータユニットは、（Ｎ−１）個の光モードコンバータからなり、光モードを変換しない光信号と前記光モードコンバータでモード変換した光信号とからなるＮ個の単一モードの光信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の空間光スイッチ。