JP6244304B2 - スケーラブル光スイッチおよびスイッチングモジュール - Google Patents
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Description
本出願は、本願と同時係属の、2011年10月28日出願のVorobeichik他の「Scalable Optical Switches and Switching Modules」という名称の米国仮特許出願第61/552,616号明細書、2012年2月3日出願のWay他の「Scalable Optical Switches and Switching Modules」という名称の61/594,539号明細書、および2012年5月3日出願のWay他の「Scalable Optical Switches and Switching Modules」という名称の第61/642,280号明細書に対する優先権を主張するものである。上記の3つの特許出願全てを参照により本明細書に援用する。
適切にインターフェースする2つの平坦な導波路回路上に好適に配置することができる望ましいMCSスイッチ設計が開発されている。また、これらのMCSスイッチ設計は、各アド入力ラインまたはドロップ入力ラインに関して、任意選択での1×2スイッチまたは1×2光学スプリッタの使用によって拡張可能にすることができる。スイッチまたは分割された信号は、個別のMCSスイッチシステムに方向付けられる。これは、出力ラインでのスケーラビリティを提供する。同様に、入力ラインは、入力に関するラインを個別のMCSスイッチシステムに分割することによってスケール調整することができ、次いで、異なるMCSスイッチシステムからの対応する出力を再び結合することができる。
望ましい無色、無指向性、無コンテンション、およびフレキシブル−リジッドROADMアーキテクチャは、M×Nマルチキャストスイッチと、OXCロードバランサとに基づく。高速経路(express paths)内での(1×N光学カプラによる)ブロードキャストおよび(M×1波長選択スイッチ(WSS)による)選択アーキテクチャに基づく多次数の無色および無指向性ROADMが、ここ数年開発されている[1,2]。しかし、これまでのところ、ローカルアド/ドロップ経路に関して、着色波長(λ)または限られた数の無色λしか開発されていない。高速トラフィックの成長により、多数の無色、無指向性、および無コンテンション(CDC)波長を動的にアド/ドロップするために多次数のセントラルオフィス(CO)ノードが必要である[2]。一例として、8つの方向それぞれからの/それぞれへの96個のλを有する次数8のCOを考察すると、50%のアド/ドロップ率は、COが、96・8・50%=384個のλをアド/ドロップすることを必要とする。そのような多数のλをアド/ドロップするために、モジュール式およびスケーラブルM×Nマルチキャストスイッチ(MCS)が最も経済的な解決策を提供すると今日考えられている。本明細書では、MCSベースのフレキシブル−リジッドCDC ROADMのアーキテクチャを、そのコストが最小化されるように最適化するための方法を提示する。一実施形態が、図18〜図23に示されている。
基本的なM×NのMCS2400が、図24aのグレーカードに示されており[3]、一例として、M=8およびN=16を有する。8個のMCS入力ポート2402がそれぞれ、8つの方向の1つに接続される。MCSは、ローカル発振器として働く組込型の同調可能レーザを有する外部コヒーレント受信機(CR)に事前フィルタリングなしで「無色」ドロップを提供し、または代替として、外部同調可能チャネルフィルタが、単一波長チャネルを、標準の直接検出受信機に提供されるように隔離することができる。同調可能チャネルフィルタは、非常に低コストの技術を開発することができない限り、全体のコストをかなり増加する可能性があり、したがって、本発明者らは、コヒーレントシステムにのみ着目する。MCSは、「無指向性」である。なぜなら、任意の出力ポートが、任意の方向からの任意の入力信号を1×M選択スイッチによってドロップすることができるからである。MCSはまた「無コンテンション」でもある。なぜなら、各1×Mスイッチが、特定の方向からの信号のみを選択することができ、したがって、規定の動作に関して、異なる方向からの同じ色のλが互いに衝突するのを防止するからである。最後に、MCSは、CRのフィルタレス機能により、「フレキシブルグリッド」の機能も有し、これもまた、MCSベースのROADMを本来的に低コストにする。
Nsplit=NWSS,max≦NCR 増幅MCSカードでの全てのEDFAに関して (1)
したがって、条件(iii)から、
Prec=PEDFA−10・log(NWSS,max)−10・log(Nsplit)−ILexcess (2)
ここで、PEDFAは、各EDFAの総出力パワーであり、ILexcessは、10・log(N)にわたるMCS余剰損失であり、これは、3〜6dBの範囲内であることがある。式(1)および(2)は、図24でのあらゆるEDFAが、最悪の場合の不均一なトラフィック、すなわちλのNWSS,max個のチャネルを取り扱うように設計され、その結果、より高いパワーのEDFAおよびより高いコストを必要とすることを示唆する。不均一なトラフィックの影響は、均一なトラフィックに対する不均一トラフィックの比ηで表現することができる。例えば、図19aで、50%のドロップ率を有する均一なトラフィックから、NWSS,unif=96・50%/24=2が得られ、したがってη=NWSS,max/NWSS,unif=16/2=8である。
図24は、次数8の50%ドロップCDC ROADMを示す。図24aは、8個の1×24WSS2404と、24個の増幅された8×16MCS2406とを使用し、図24bは、EDFA2411とデュアルMCS2414との間に1×2スプリッタ2412を挿入することによって、8個の1×12WSS2408と、12個の増幅されたデュアル8×16カードとを使用する。符号「CR=」を付されたブロックは、コヒーレント受信機を示す。コストおよびサイズ減少のための、図24aにおける基本的なアーキテクチャのさらなる改良を以下に説明する。コストの観点から、アド/ポート当たりのCDC ROADMでのコストは、以下のように与えられる。
アド/ドロップポート当たりのコスト=MCSアド/ドロップポート当たりのコスト+EDFAコスト/J+WSSポートコスト/K (3)
102・・・入力光学ライン、
104・・・出力ライン。
Claims (25)
- フォトニクス集積回路を備える拡張接続を有する光スイッチングデバイスであって、前記フォトニクス集積回路が、N(N>1)個の入力光学ポートと、各入力ポートに接続する入力光路と、M(M≧1)個の光学出力ポートと、各出力ポートに接続する出力光路と、各出力ポートに接続するバイパス光スイッチブロックと、P(P≧1)個の拡張入力ポートと、各拡張入力ポートに接続し、バイパス光スイッチブロックに接続する拡張光路と、並びに、前記入力光路と出力光路に接続するバイパス光スイッチブロックとの間の接続のネットワークを形成する複数の光スイッチング要素および光路とを備える光スイッチングデバイス。
- P=mMであり、ここで、mが、≧2の整数であり、前記バイパス光スイッチブロックが、(m+1)×1の光スイッチングデバイスを備える請求項1に記載の光スイッチングデバイス。
- P=Mであり、前記バイパス光スイッチブロックが、2×1光スイッチを備える請求項1または2に記載の光スイッチングデバイス。
- 光学スプリッタのツリー構造および複数の光学光路をさらに備え、前記複数の光スイッチング要素がグループに編成され、各スイッチグループが、出力光路に接続する前記バイパス光スイッチブロックに接続し、前記分割された光学光路が、前記スイッチグループへの入力を提供し、スイッチグループへの各入力が、スプリッタの個別のツリーに接続する光路に接続される請求項1〜3のいずれか一項に記載の光スイッチングデバイス。
- 各入力が、K個のブランチに接続され、K≧Mであり、K>Mの場合、K−M個の光学経路が休止状態である請求項4に記載の光スイッチングデバイス。
- 各入力が、K個のブランチに接続され、K<Mであり、前記複数の光スイッチング要素が、信号を入力からK個の出力のサブセットに選択的に向けるように構成される請求項4に記載の光スイッチングデバイス。
- 特定のバイパス光スイッチブロックに接続する前記複数の光学スイッチング要素が、N−1個の順次に並べられた2×1光スイッチング要素を備える請求項4〜6のいずれか一項に記載の光スイッチングデバイス。
- 特定のバイパス光スイッチブロックに接続する前記複数の光学スイッチング要素が、L(L=最小の整数≧log2(N))個の順次レベルの2×1光スイッチング要素を備える請求項4〜6のいずれか一項に記載の光スイッチングデバイス。
- 前記複数の光スイッチング要素および光路が、各入力光路と各出力光路との間の接続を提供するスイッチの概念上の長方形マトリックスを有する請求項1〜3のいずれか一項に記載の光スイッチングデバイス。
- 1組のQ個の拡張出力光学ポートと、各拡張出力ポートに接続する拡張出力光路と、入力光路を拡張出力光路に接続するバイパス光スイッチと、光スイッチング要素および光路のネットワークとをさらに備える請求項1〜9のいずれか一項に記載の光スイッチングデバイス。
- 前記バイパス光スイッチブロックが、連続的に調節可能である請求項1〜10のいずれか一項に記載の光スイッチングデバイス。
- 前記フォトニクス集積回路が、平坦な基板上の導波路集積光学回路を備える請求項1〜11のいずれか一項に記載の光スイッチデバイス。
- 前記光スイッチング要素が、2×1光スイッチを備える請求項1〜12のいずれか一項に記載の光スイッチデバイス。
- 前記光スイッチング要素が、2×2光スイッチを備える請求項1〜12のいずれか一項に記載の光スイッチデバイス。
- 入力ラインまたは出力ラインに光学的に結合された光増幅器をさらに備える請求項1〜14のいずれか一項に記載の光スイッチングデバイス。
- フォトニクス集積回路を備える拡張接続を有する光スイッチングデバイスであって、前記フォトニクス集積回路が、N(N>1)個の入力光学ポートと、各入力ポートに接続する入力光路と、M(M≧1)個の光学出力ポートと、各出力ポートに接続する出力光路と、各入力ポートに接続するバイパス光スイッチブロックと、Q(Q≧1)個の拡張出力ポートと、各拡張出力ポートに接続し、バイパス光スイッチブロックに接続する拡張光路と、並びに、入力光路に接続する前記バイパス光スイッチブロックと前記出力ポートとの間の接続のネットワークを形成する複数の光スイッチング要素および光路とを備える光スイッチングデバイス。
- 前記複数の光スイッチング要素および光路が、各入力光路と各出力光路との間の接続を提供するスイッチの概念上の長方形マトリックスを有する請求項16に記載の光スイッチングデバイス。
- 光学結合器のツリー構造および複数の光学光路をさらに備え、前記複数の光スイッチング要素がグループに編成され、各スイッチグループが、入力ポートに接続された光路に接続し、スイッチグループの各出力が、個別の光学結合器ツリーのブランチに結合される請求項16に記載の光スイッチングデバイス。
- P=Mであり、前記バイパス光スイッチングブロックが、2×1光スイッチを備える請求項16〜18のいずれか一項に記載の光スイッチングデバイス。
- 前記バイパス光スイッチブロックが、連続的に調節可能である請求項16〜19のいずれか一項に記載の光スイッチングデバイス。
- 前記フォトニクス集積回路が、平坦な基板上の導波路集積光学回路を備える請求項16〜20のいずれか一項に記載の光スイッチデバイス。
- 入力ラインまたは出力ラインに光学的に結合された光増幅器をさらに備える請求項16〜21のいずれか一項に記載の光スイッチングデバイス。
- 選択された数の光学入力ポートとM個の光学出力ポートとの間の相互接続を動的に構成するための拡張可能光スイッチ構造であって、光学相互接続を有するZ(Z≧2)個の光スイッチングモジュールを備えて、先頭モジュールと、末尾モジュールと、任意選択の中間モジュールとを有する構成を形成し、各光スイッチングモジュールLが、NL個の入力ポートおよびM個の出力ポートと、前記入力ポートと出力ポートとの間の所望のスイッチング機能とを備え、NLの和が、入力ポートの前記選択された数に等しく、先頭モジュールでなく且つ請求項1〜15のいずれか一項に記載の(N=N L である)光スイッチングデバイスである各光スイッチングモジュールが、別のモジュールの拡張入力ポートに結合される1組の出力ポートを有する、拡張可能光スイッチ構造。
- 各スイッチングモジュールが、光学スプリッタおよび関連の複数の光路のツリー構造と、光学スプリッタと前記バイパス光スイッチブロックとの間の接続のネットワークを形成する複数の光スイッチング要素および関連の光路とをさらに備える請求項23に記載の拡張可能光スイッチ構造。
- N個の光学入力ポートと選択された数の光学出力ポートとの間の相互接続を動的に構成するための拡張可能光スイッチ構造であって、光学相互接続を有するZ(Z≧2)個の光スイッチングモジュールを備えて、先頭モジュールと、末尾モジュールと、任意選択の中間モジュールとを有する構成を形成し、各光スイッチングモジュールLが、N個の入力ポートおよびML個の出力ポートと、前記入力ポートと出力ポートとの間の所望のスイッチング機能とを備え、MLの和が、出力ポートの前記選択された数に等しく、末尾モジュールでなく且つ請求項16〜22のいずれか一項に記載の(M=M L である)光スイッチングデバイスである各光スイッチングモジュールが、別のモジュールの拡張出力ポートに結合される1組の入力ポートを有する、拡張可能光スイッチ構造。
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