JPH11231232A - 自由空間光信号切り替え装置 - Google Patents
自由空間光信号切り替え装置Info
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- JPH11231232A JPH11231232A JP10344997A JP34499798A JPH11231232A JP H11231232 A JPH11231232 A JP H11231232A JP 10344997 A JP10344997 A JP 10344997A JP 34499798 A JP34499798 A JP 34499798A JP H11231232 A JPH11231232 A JP H11231232A
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- H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
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- H04Q2011/0007—Construction
- H04Q2011/0026—Construction using free space propagation (e.g. lenses, mirrors)
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Steering Controls (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光送信器ビームの方向付けのみを用いた自由
空間光切り替えアレイ装置を提供する。 【解決手段】 自由空間N対M(NおよびMは1より大
きい)の光信号切り替え(OXC)は、送信器からの光
信号をどの受信器に差し向けるかを制御するための送信
器ビーム方向付けのみを必要とする。好適な実施形態で
は、送信器は単一モード光信号を処理し、受信器は多モ
ード光信号を処理する。OXCは、M個の光信号の各々
をそれらの各受信器に更に差し向けるため、単一の固定
共有レンズまたは複数のM個の光エレメントのいずれか
を用いて実装される固定光ユニットを、任意選択的に含
んでも良い。
空間光切り替えアレイ装置を提供する。 【解決手段】 自由空間N対M(NおよびMは1より大
きい)の光信号切り替え(OXC)は、送信器からの光
信号をどの受信器に差し向けるかを制御するための送信
器ビーム方向付けのみを必要とする。好適な実施形態で
は、送信器は単一モード光信号を処理し、受信器は多モ
ード光信号を処理する。OXCは、M個の光信号の各々
をそれらの各受信器に更に差し向けるため、単一の固定
共有レンズまたは複数のM個の光エレメントのいずれか
を用いて実装される固定光ユニットを、任意選択的に含
んでも良い。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自由空間光切り替
え装置に関し、更に特定すれば、光送信器ビームの方向
付けのみを用いた自由空間光切り替えアレイ装置に関す
る。
え装置に関し、更に特定すれば、光送信器ビームの方向
付けのみを用いた自由空間光切り替えアレイ装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】単
一モード(SM)ファイバは、精密な位置合わせの許容
度およびそれに対応した高いコストのコンポーネントに
もかかわらず、実質的に無制限の帯域幅を有することに
よって、電気通信の標準になっている。しかしながら、
多モード(MM)ファイバの位置合わせの許容度は、典
型的に、SMファイバよりも10倍以上、ゆるいもので
ある。残念ながら、標準の62.5ミクロン・コアのM
Mファイバは、典型的に160ないし600MHz−k
mの限定された帯域距離積を有する。これが意味するの
は、10GHzの信号は、16ないし60メートルの距
離を伝送した後、許容できない程度に劣化してしまうと
いうことである。
一モード(SM)ファイバは、精密な位置合わせの許容
度およびそれに対応した高いコストのコンポーネントに
もかかわらず、実質的に無制限の帯域幅を有することに
よって、電気通信の標準になっている。しかしながら、
多モード(MM)ファイバの位置合わせの許容度は、典
型的に、SMファイバよりも10倍以上、ゆるいもので
ある。残念ながら、標準の62.5ミクロン・コアのM
Mファイバは、典型的に160ないし600MHz−k
mの限定された帯域距離積を有する。これが意味するの
は、10GHzの信号は、16ないし60メートルの距
離を伝送した後、許容できない程度に劣化してしまうと
いうことである。
【0003】光切り替えアレイ(ここでは、光の交差接
続(OXC)または光クロスバーとも呼ぶ)を用いて、
光ファイバ間に切り替え可能な交差接続を与える。図1
に例示的に示す従来技術の光クロスバーの1つが、19
96年6月4日にAstarte社に発行された米国特
許第5,524,153号に記載されている。この光ク
ロスバーは、平行な入力ファイバと出力ファイバとの間
に、自由空間光接続のアレイを設ける。図1を参照する
と、このシステムは、入力ファイバ例えば101を、い
ずれかの出力ファイバ例えば110に選択的に切り替え
可能とする。切り替えを行うには、圧電側方アクチュエ
ータ(図示せず)を用いて、入力ファイバ101を、視
準レンズ例えば103の軸に対して側方に移動させ(1
02)、これによって、光ビーム104を、視準レンズ
例えば105に方向付けるすなわち差し向けることを可
能とし、別の圧電アクチュエータがファイバ110を正
しい位置内に移動させ(111)、光ビーム104を受
信する。
続(OXC)または光クロスバーとも呼ぶ)を用いて、
光ファイバ間に切り替え可能な交差接続を与える。図1
に例示的に示す従来技術の光クロスバーの1つが、19
96年6月4日にAstarte社に発行された米国特
許第5,524,153号に記載されている。この光ク
ロスバーは、平行な入力ファイバと出力ファイバとの間
に、自由空間光接続のアレイを設ける。図1を参照する
と、このシステムは、入力ファイバ例えば101を、い
ずれかの出力ファイバ例えば110に選択的に切り替え
可能とする。切り替えを行うには、圧電側方アクチュエ
ータ(図示せず)を用いて、入力ファイバ101を、視
準レンズ例えば103の軸に対して側方に移動させ(1
02)、これによって、光ビーム104を、視準レンズ
例えば105に方向付けるすなわち差し向けることを可
能とし、別の圧電アクチュエータがファイバ110を正
しい位置内に移動させ(111)、光ビーム104を受
信する。
【0004】望ましくないのは、これらの従来技術の光
クロスバー(OXC)が、入力ファイバおよび出力ファ
イバの各々においてビーム方向付けユニットを必要とす
ることである。コストが高いことの他に、これらのビー
ム方向付けユニットの物理的サイズは、光クロスバーの
全体的なサイズに影響を及ぼす。コスト削減および小型
化は依然として重要であるので、コストが低く小型化し
た光クロスバーが望まれる。
クロスバー(OXC)が、入力ファイバおよび出力ファ
イバの各々においてビーム方向付けユニットを必要とす
ることである。コストが高いことの他に、これらのビー
ム方向付けユニットの物理的サイズは、光クロスバーの
全体的なサイズに影響を及ぼす。コスト削減および小型
化は依然として重要であるので、コストが低く小型化し
た光クロスバーが望まれる。
【0005】本発明によれば、送信器ビームの方向付け
のみを必要とする、自由空間N対M(ここで、Nおよび
Mは1より大きい)の光信号切り替え装置(OXC)が
開示される。より具体的には、この自由空間光信号切り
替え装置は、各々光信号を出力するN個の光信号送信器
と、各々光信号を受信するM個の光信号受信器と、各々
送信器に関連付けられ、当該送信器から光信号を受信す
ると共に当該光信号をM個の受信器のうちどれに差し向
けるかを制御するN個の制御可能光信号方向付けユニッ
トと、を備える。好適な実施形態では、送信器は単一モ
ード光信号を受信し、受信器は多モード光信号を受信す
る。
のみを必要とする、自由空間N対M(ここで、Nおよび
Mは1より大きい)の光信号切り替え装置(OXC)が
開示される。より具体的には、この自由空間光信号切り
替え装置は、各々光信号を出力するN個の光信号送信器
と、各々光信号を受信するM個の光信号受信器と、各々
送信器に関連付けられ、当該送信器から光信号を受信す
ると共に当該光信号をM個の受信器のうちどれに差し向
けるかを制御するN個の制御可能光信号方向付けユニッ
トと、を備える。好適な実施形態では、送信器は単一モ
ード光信号を受信し、受信器は多モード光信号を受信す
る。
【0006】別の実施形態によれば、OXCは、N個の
制御可能光信号方向付けユニットとM個の受信器との間
に介在された固定の光ユニットを含み、複数の光信号の
各々をそれぞれの受信器に更に差し向ける。光ユニット
は、M個の光信号の各々をそれぞれの受信器に更に差し
向けるために、単一の固定共有レンズまたは複数のM個
の光エレメントを用いて実装し得る。
制御可能光信号方向付けユニットとM個の受信器との間
に介在された固定の光ユニットを含み、複数の光信号の
各々をそれぞれの受信器に更に差し向ける。光ユニット
は、M個の光信号の各々をそれぞれの受信器に更に差し
向けるために、単一の固定共有レンズまたは複数のM個
の光エレメントを用いて実装し得る。
【0007】他の実施形態では、少なくとも単一モード
・ファイバ、多モード・ファイバ、レーザまたは発光ダ
イオードを含む光信号源の群から、1つ以上の送信器を
選択し、少なくとも単一モード・ファイバ、多モード・
ファイバまたは光信号検出器を含む光信号ユニットの群
から、1つ以上の受信器を選択する。
・ファイバ、多モード・ファイバ、レーザまたは発光ダ
イオードを含む光信号源の群から、1つ以上の送信器を
選択し、少なくとも単一モード・ファイバ、多モード・
ファイバまたは光信号検出器を含む光信号ユニットの群
から、1つ以上の受信器を選択する。
【0008】更に別の実施形態では、少なくとも、
(1)固定平行光ビームおよび傾斜ミラー、(2)固定
平行光ビームおよび旋回プリズム、(3)傾斜可能平行
ビームおよびレンズの組み合わせ、(4)固定レンズに
対して側方に移動可能な光源、(5)固定光源および側
方に移動可能なレンズ、を含む群から、送信器および光
信号方向付けユニットの組み合わせを選択する。
(1)固定平行光ビームおよび傾斜ミラー、(2)固定
平行光ビームおよび旋回プリズム、(3)傾斜可能平行
ビームおよびレンズの組み合わせ、(4)固定レンズに
対して側方に移動可能な光源、(5)固定光源および側
方に移動可能なレンズ、を含む群から、送信器および光
信号方向付けユニットの組み合わせを選択する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下の説明では、各図の各項目ま
たはブロックは関連する参照符号を有し、その最初の数
字は当該項目が初めに位置する図を示している(例えば
210は図2に位置する)。
たはブロックは関連する参照符号を有し、その最初の数
字は当該項目が初めに位置する図を示している(例えば
210は図2に位置する)。
【0010】図2を参照すると、本発明による光信号ク
ロスバー切り替えの例示的なブロック図が示されてい
る。この光クロスバー(OXC)は、複数のN個の送信
器210を含むように示されており、この送信器210
は各々、関連する制御可能ビーム方向付けユニット22
0および受信器230を有する。ビーム方向付けユニッ
ト220の各々は、外部制御信号の制御のもとに動作
し、関連する送信器からの光ビームをM個の受信器のい
ずれかに方向付ける。のちの節で述べるが、このOXC
は、光信号をM個の受信器に更に合焦し差し向けること
ができる光ユニット240を任意選択的に含んでも良
い。
ロスバー切り替えの例示的なブロック図が示されてい
る。この光クロスバー(OXC)は、複数のN個の送信
器210を含むように示されており、この送信器210
は各々、関連する制御可能ビーム方向付けユニット22
0および受信器230を有する。ビーム方向付けユニッ
ト220の各々は、外部制御信号の制御のもとに動作
し、関連する送信器からの光ビームをM個の受信器のい
ずれかに方向付ける。のちの節で述べるが、このOXC
は、光信号をM個の受信器に更に合焦し差し向けること
ができる光ユニット240を任意選択的に含んでも良
い。
【0011】多くのネットワークの用途では、光移動ユ
ニット(OTU)250および260を用いて、光信号
をOXCにインタフェースしている。これらのOTU
は、本質的に中継器であり、ある範囲内の波長の入力光
信号を受信し、別の波長の出力光信号を発生する。例え
ば、OTU250を用いて、ネットワークが用いる光信
号を、OXCが利用する光信号のタイプに変換し、更
に、OTU260を用いて、OXC光信号をネットワー
クが用いる光信号のタイプに変換し直す。OTUは、光
信号の光波長を変換する場合があり、または、単一モー
ド(SM)信号を多モード(MM)信号に変換するか、
もしくはその逆の場合もある。したがって、OTUの使
用によって、ネットワーク・サービスのプロバイダは、
いくつかのベンダーからの機器を組み合わせて適合させ
ることが容易となり、また、多数のコンポーネントによ
る通過帯域の狭帯域化から生じる問題が軽減される。
ニット(OTU)250および260を用いて、光信号
をOXCにインタフェースしている。これらのOTU
は、本質的に中継器であり、ある範囲内の波長の入力光
信号を受信し、別の波長の出力光信号を発生する。例え
ば、OTU250を用いて、ネットワークが用いる光信
号を、OXCが利用する光信号のタイプに変換し、更
に、OTU260を用いて、OXC光信号をネットワー
クが用いる光信号のタイプに変換し直す。OTUは、光
信号の光波長を変換する場合があり、または、単一モー
ド(SM)信号を多モード(MM)信号に変換するか、
もしくはその逆の場合もある。したがって、OTUの使
用によって、ネットワーク・サービスのプロバイダは、
いくつかのベンダーからの機器を組み合わせて適合させ
ることが容易となり、また、多数のコンポーネントによ
る通過帯域の狭帯域化から生じる問題が軽減される。
【0012】ネットワーク上の光伝送にはSMファイバ
が用いられるが、OTU250および260によって、
OXC内で用いるファイバのタイプに関して設計の自由
が可能となることが認識されている。したがって、例え
ば、OXC内の短距離光リンクにMMファイバを用い、
OTU260を用いて信号をSM信号に変換して、接続
ネットワークのSMファイバ上を伝送することができ
る。この手法を用いて、本発明によれば、このOXC
は、コストの高い単一モード・コンポーネントの利用数
を減ずるように設計される。
が用いられるが、OTU250および260によって、
OXC内で用いるファイバのタイプに関して設計の自由
が可能となることが認識されている。したがって、例え
ば、OXC内の短距離光リンクにMMファイバを用い、
OTU260を用いて信号をSM信号に変換して、接続
ネットワークのSMファイバ上を伝送することができ
る。この手法を用いて、本発明によれば、このOXC
は、コストの高い単一モード・コンポーネントの利用数
を減ずるように設計される。
【0013】前述のように、光ネットワークのある用途
では、 SMファイバを用いてOC−192(10GH
z)データを搬送する。これに対して、標準MMファイ
バは、典型的に160ないし600MHz−km間の限
定された帯域距離積を有する。これが意味するのは、M
Mファイバ上を伝わる10GHzの信号は、16ないし
60メートルの距離を伝送した後、許容できない程度に
劣化するということである。MMファイバに比べてSM
ファイバの範囲が大きいのは、SMビームが小さく(す
なわち焦点直径がより小さい)、単一光モード信号しか
許容しないからである。単一モード・ファイバは単一光
モード信号のみを用いるので、クロストークが受信器に
とって問題となる程度まで信号が分散しないうちに、信
号はファイバに沿って一層遠くまで伝搬することができ
る。
では、 SMファイバを用いてOC−192(10GH
z)データを搬送する。これに対して、標準MMファイ
バは、典型的に160ないし600MHz−km間の限
定された帯域距離積を有する。これが意味するのは、M
Mファイバ上を伝わる10GHzの信号は、16ないし
60メートルの距離を伝送した後、許容できない程度に
劣化するということである。MMファイバに比べてSM
ファイバの範囲が大きいのは、SMビームが小さく(す
なわち焦点直径がより小さい)、単一光モード信号しか
許容しないからである。単一モード・ファイバは単一光
モード信号のみを用いるので、クロストークが受信器に
とって問題となる程度まで信号が分散しないうちに、信
号はファイバに沿って一層遠くまで伝搬することができ
る。
【0014】OXC内の光接続は全て、16メートルと
いうMMビームの限定に比べて短いので、MMファイバ
・リンクを用いることは充分に許容可能であることが認
識されている。更に、多モード(MM)ファイバの位置
合わせの許容度は、典型的にSMファイバの10倍以上
ゆるいので、安価かつ小型のOXC設計が可能となる。
例えば、本発明によれば、OXCの受信器においてMM
ファイバを用いることで、受信器ビームの方向付け(す
なわち、先に参照したAstarteの特許のレンズ1
05の使用および側方移動111の供給)の必要性がな
くなる。結果として、図2を参照すると、本発明のOX
Cでは、送信器ビーム方向付け220のみが利用されて
いる。これが意味するのは、送信器ビーム方向付け22
0のみとMM受信器230(例えばMMファイバ)とを
用い、OTU260によってMM信号をSM信号に変換
するこのOXCは、入力SMファイバおよび出力SMフ
ァイバを用いるネットワークとインタフェースするため
充分に機能するように製造可能であるということであ
る。
いうMMビームの限定に比べて短いので、MMファイバ
・リンクを用いることは充分に許容可能であることが認
識されている。更に、多モード(MM)ファイバの位置
合わせの許容度は、典型的にSMファイバの10倍以上
ゆるいので、安価かつ小型のOXC設計が可能となる。
例えば、本発明によれば、OXCの受信器においてMM
ファイバを用いることで、受信器ビームの方向付け(す
なわち、先に参照したAstarteの特許のレンズ1
05の使用および側方移動111の供給)の必要性がな
くなる。結果として、図2を参照すると、本発明のOX
Cでは、送信器ビーム方向付け220のみが利用されて
いる。これが意味するのは、送信器ビーム方向付け22
0のみとMM受信器230(例えばMMファイバ)とを
用い、OTU260によってMM信号をSM信号に変換
するこのOXCは、入力SMファイバおよび出力SMフ
ァイバを用いるネットワークとインタフェースするため
充分に機能するように製造可能であるということであ
る。
【0015】図3を参照して、送信器210におけるS
M信号および受信器250におけるMM信号の使用が、
図2のOXCの設計においてどのように許容度を緩和す
るかを説明する。図3に示すように、今日、通常に使用
されているMMファイバは、62.5または50ミクロ
ンのコア直径を有するのに対し、SMファイバは10ミ
クロンのコア直径を有する。関連する光信号受信角度
は、MMファイバでは典型的にそれぞれ0.29および
0.20であり、SMファイバでは0.13である。結
果として、SMファイバから送信される光信号は約10
ミクロンの伝搬モード領域の直径を有するのに対し、M
Mファイバは、(特定のファイバおよび波長によって)
約50ないし63ミクロンの伝搬モード領域の直径を有
する。更に、MMファイバの受信角度が大きくなると、
MM−MMファイバ接続は、SM−SMファイバ接続よ
りも、不整合および信号損失を生じにくくなる。
M信号および受信器250におけるMM信号の使用が、
図2のOXCの設計においてどのように許容度を緩和す
るかを説明する。図3に示すように、今日、通常に使用
されているMMファイバは、62.5または50ミクロ
ンのコア直径を有するのに対し、SMファイバは10ミ
クロンのコア直径を有する。関連する光信号受信角度
は、MMファイバでは典型的にそれぞれ0.29および
0.20であり、SMファイバでは0.13である。結
果として、SMファイバから送信される光信号は約10
ミクロンの伝搬モード領域の直径を有するのに対し、M
Mファイバは、(特定のファイバおよび波長によって)
約50ないし63ミクロンの伝搬モード領域の直径を有
する。更に、MMファイバの受信角度が大きくなると、
MM−MMファイバ接続は、SM−SMファイバ接続よ
りも、不整合および信号損失を生じにくくなる。
【0016】しかしながら、このOXC設計において、
混合モードの手法、すなわち、MM光信号出力(受信
器)に対してSM光信号入力(送信器)を用いることが
好ましい場合があることを注記した。図2を参照する
と、この発明の一実施形態では、このOXC切り替え
は、標準SMタイプOTU250からのSM入力を用
い、OXCの出力はMMファイバ270を介して出力O
TU260に接続する。出力OTU260は、MM信号
を、接続ネットワークが必要とするSM信号に変換する
ことができる。出力OTU260がOXCの部分として
パッケージ化されている場合、ファイバがあらゆる仕様
を満足するものであれば、製造業者は、OXCの内部で
どのファイバを用いるかを完全に自由に規定することが
できる。OXCが、外部のベンダーからのOTUを使用
可能であるように設計されている場合、そういったOT
Uにいかなる標準が規定されていても、OXCの出力は
それと適合可能でなければならない。モード領域の直径
が充分に小さいものであれば、あるタイプのMMファイ
バ270をOXC内部で用いて所望の基準を満たすこと
が可能であり得る。
混合モードの手法、すなわち、MM光信号出力(受信
器)に対してSM光信号入力(送信器)を用いることが
好ましい場合があることを注記した。図2を参照する
と、この発明の一実施形態では、このOXC切り替え
は、標準SMタイプOTU250からのSM入力を用
い、OXCの出力はMMファイバ270を介して出力O
TU260に接続する。出力OTU260は、MM信号
を、接続ネットワークが必要とするSM信号に変換する
ことができる。出力OTU260がOXCの部分として
パッケージ化されている場合、ファイバがあらゆる仕様
を満足するものであれば、製造業者は、OXCの内部で
どのファイバを用いるかを完全に自由に規定することが
できる。OXCが、外部のベンダーからのOTUを使用
可能であるように設計されている場合、そういったOT
Uにいかなる標準が規定されていても、OXCの出力は
それと適合可能でなければならない。モード領域の直径
が充分に小さいものであれば、あるタイプのMMファイ
バ270をOXC内部で用いて所望の基準を満たすこと
が可能であり得る。
【0017】なお、図2、図4、および図9は入力1−
Nおよび出力1−Mの1−Dアレイを示すが、実際に
は、2−Dアレイおよび2軸のビーム方向付けアクチュ
エータを使用可能であり、これが好ましいことを注記し
ておく。
Nおよび出力1−Mの1−Dアレイを示すが、実際に
は、2−Dアレイおよび2軸のビーム方向付けアクチュ
エータを使用可能であり、これが好ましいことを注記し
ておく。
【0018】図4を参照すると、本発明のNxM自由空
間プリズム−スキャナを基本とするクロスバーOXCの
例示的な一実施形態が示されている。このタイプのOX
Cの用途のスキャナに好ましい特性は、(1)高い解像
度、(2)広い走査角度範囲、(3)低い収差、およ
び、とりわけ、(4)平行ビームの直径に対する小さい
サイズ、である。最後の点は、収差および回折の影響に
よって許容不可能なほどの損失またはクロストークが生
じる前に、平行ビームはその直径に対して限定された距
離しか伝搬することができないという点で、重要であ
る。平行ビームの直径に対してスキャナ(ファイバ、コ
リメータ、および駆動モータ)のピッチが小さくなる
と、切り替え可能な入力の数が増大する。
間プリズム−スキャナを基本とするクロスバーOXCの
例示的な一実施形態が示されている。このタイプのOX
Cの用途のスキャナに好ましい特性は、(1)高い解像
度、(2)広い走査角度範囲、(3)低い収差、およ
び、とりわけ、(4)平行ビームの直径に対する小さい
サイズ、である。最後の点は、収差および回折の影響に
よって許容不可能なほどの損失またはクロストークが生
じる前に、平行ビームはその直径に対して限定された距
離しか伝搬することができないという点で、重要であ
る。平行ビームの直径に対してスキャナ(ファイバ、コ
リメータ、および駆動モータ)のピッチが小さくなる
と、切り替え可能な入力の数が増大する。
【0019】クロスバーのサイズが大きくなると、クロ
スバーが光信号を伝達しなければならない光距離Lは、
適度に効率的であり信頼性の高い単一モード・ファイバ
接続と適合可能な長さよりも長くなることを注記してお
く。かかる状況では、単一モード入力源(例えばSMフ
ァイバ)および多モード・ファイバ出力宛先(例えばM
Mファイバ)を用いることが有利である。
スバーが光信号を伝達しなければならない光距離Lは、
適度に効率的であり信頼性の高い単一モード・ファイバ
接続と適合可能な長さよりも長くなることを注記してお
く。かかる状況では、単一モード入力源(例えばSMフ
ァイバ)および多モード・ファイバ出力宛先(例えばM
Mファイバ)を用いることが有利である。
【0020】図2および図4のOXCを共に参照する
と、図2の送信器210は図4の入力ファイバ401に
よって表され、ビーム方向付けユニット(ここではスキ
ャナとも呼ぶ)220はプリズム・スキャナ・ユニット
402を用いて実装して示されており、任意選択的な光
ユニット240は単一のレンズ404を用いて表されて
おり、受信器230は出力ファイバ405によって表さ
れている。
と、図2の送信器210は図4の入力ファイバ401に
よって表され、ビーム方向付けユニット(ここではスキ
ャナとも呼ぶ)220はプリズム・スキャナ・ユニット
402を用いて実装して示されており、任意選択的な光
ユニット240は単一のレンズ404を用いて表されて
おり、受信器230は出力ファイバ405によって表さ
れている。
【0021】プリズム・スキャナ・ユニット402の各
々は、ビーム偏向を与える視準レンズおよび旋回プリズ
ムを含む。旋回プリズムは、1997年4月15日に
J.E.Fordに発行された米国特許第5,621,
829号に記載されている種類のものとすれば良い。こ
の用途では、かかるスキャナはいくつかの利点を有す
る。すなわち、収差が低く、大きい走査角度が可能であ
り、駆動モータの精度を充分に利用可能である。更に重
要なのは、図4に示されるように、回転のための手段を
小型化するか、またはビーム経路外に位置させることが
可能ならば、平行ビームの開口全体のうち一層多くの部
分を利用可能であり得ることである。したがって、この
設計を用いて、巨視的な大きさの光コンポーネントを有
するOXC切り替えの製造が実行可能となり得る。
々は、ビーム偏向を与える視準レンズおよび旋回プリズ
ムを含む。旋回プリズムは、1997年4月15日に
J.E.Fordに発行された米国特許第5,621,
829号に記載されている種類のものとすれば良い。こ
の用途では、かかるスキャナはいくつかの利点を有す
る。すなわち、収差が低く、大きい走査角度が可能であ
り、駆動モータの精度を充分に利用可能である。更に重
要なのは、図4に示されるように、回転のための手段を
小型化するか、またはビーム経路外に位置させることが
可能ならば、平行ビームの開口全体のうち一層多くの部
分を利用可能であり得ることである。したがって、この
設計を用いて、巨視的な大きさの光コンポーネントを有
するOXC切り替えの製造が実行可能となり得る。
【0022】光距離Lおよび受光ファイバの開口数が充
分に大きい場合は、N対MのOXC切り替えを実装する
ために、受信器405の位置に制御可能ビーム方向付け
は必要でないことを注記しておく。OXCが占める体積
を小さくするために、本発明の別の実施形態(図9に示
す)は折り返し式のシステムを示す。これにおいて、送
信器アレイおよび受光ファイバ束は同一側上にあり、ミ
ラーを用いて光経路を折り返す。
分に大きい場合は、N対MのOXC切り替えを実装する
ために、受信器405の位置に制御可能ビーム方向付け
は必要でないことを注記しておく。OXCが占める体積
を小さくするために、本発明の別の実施形態(図9に示
す)は折り返し式のシステムを示す。これにおいて、送
信器アレイおよび受光ファイバ束は同一側上にあり、ミ
ラーを用いて光経路を折り返す。
【0023】図4に示されているのは本発明の一実施形
態であり、任意選択的な光ユニット(図2の240)は
単一の固定共有レンズ404を用いて実装されている。
このレンズは、受信したビーム403を合焦すると共
に、「受信器」ファイバ405を用いたそれぞれの受信
器ユニット(図2の230)上に差し向ける。効率を最
大にし、損失および収差を低減させるために、受光ファ
イバ束405は、送光ファイバ・アレイ401に対して
中央に配置されている。単一の共有受光レンズ404
は、入来する平行ビームの全てを、共有レンズ404上
の位置および当該ビームがレンズ404の光軸と共に形
成する角度に応じて、受光ファイバ405の磨き面上に
合焦する。受光ファイバ405は、先に参照したFordの
特許に記載された方法で、束にし、更に磨いても良い。
態であり、任意選択的な光ユニット(図2の240)は
単一の固定共有レンズ404を用いて実装されている。
このレンズは、受信したビーム403を合焦すると共
に、「受信器」ファイバ405を用いたそれぞれの受信
器ユニット(図2の230)上に差し向ける。効率を最
大にし、損失および収差を低減させるために、受光ファ
イバ束405は、送光ファイバ・アレイ401に対して
中央に配置されている。単一の共有受光レンズ404
は、入来する平行ビームの全てを、共有レンズ404上
の位置および当該ビームがレンズ404の光軸と共に形
成する角度に応じて、受光ファイバ405の磨き面上に
合焦する。受光ファイバ405は、先に参照したFordの
特許に記載された方法で、束にし、更に磨いても良い。
【0024】ユニットを構成する際にレンズの位置は固
定されるので、送信器ビーム走査を変更する場合、再度
位置決めする必要はない。これによって、従来技術のA
starteのOXC切り替えにおけるような、受信器
ビームの方向付けを生成するのに必要な、コストの高い
アクチュエータおよび制御回路が除去される。したがっ
て、NxMの切り替えでは、このOXC切り替えは、A
starteのOXCにおけるようにN個の入力および
M個の出力の双方でビーム方向付けを必要とするのでは
なく、N個の入力におけるビーム方向付けまたは走査ユ
ニット402のみを必要とする。
定されるので、送信器ビーム走査を変更する場合、再度
位置決めする必要はない。これによって、従来技術のA
starteのOXC切り替えにおけるような、受信器
ビームの方向付けを生成するのに必要な、コストの高い
アクチュエータおよび制御回路が除去される。したがっ
て、NxMの切り替えでは、このOXC切り替えは、A
starteのOXCにおけるようにN個の入力および
M個の出力の双方でビーム方向付けを必要とするのでは
なく、N個の入力におけるビーム方向付けまたは走査ユ
ニット402のみを必要とする。
【0025】図4のOXCは、ビーム方向付け(または
走査)にプリズム・スキャナ402を用いるものとして
記載されているが、この機能のために、Astarte
の特許において記載されたファイバ移動アクチュエータ
も利用可能であることを注記しておく。更に一般的に
は、移動アクチュエータを用いて平行入力ビームをレン
ズに対して移動させるか、または小さい電気モータを用
いてレンズをビームに対して移動することができる。あ
るいは、固定平行ビームおよび傾斜ミラーを用いるか、
または傾斜可能平行ビームおよびレンズを組み合わせる
等、他の走査技法も利用可能である。
走査)にプリズム・スキャナ402を用いるものとして
記載されているが、この機能のために、Astarte
の特許において記載されたファイバ移動アクチュエータ
も利用可能であることを注記しておく。更に一般的に
は、移動アクチュエータを用いて平行入力ビームをレン
ズに対して移動させるか、または小さい電気モータを用
いてレンズをビームに対して移動することができる。あ
るいは、固定平行ビームおよび傾斜ミラーを用いるか、
または傾斜可能平行ビームおよびレンズを組み合わせる
等、他の走査技法も利用可能である。
【0026】加えて、送信器(図2の210)は、入力
ファイバ401(これは、多モード・ファイバまたは好
ましくは単一モード・ファイバとすることができる)を
用いて例示的に実装しているが、送信器は、レーザまた
は発光ダイオード等の他のタイプの光信号源を用いて実
装しても良いことをは理解されよう。
ファイバ401(これは、多モード・ファイバまたは好
ましくは単一モード・ファイバとすることができる)を
用いて例示的に実装しているが、送信器は、レーザまた
は発光ダイオード等の他のタイプの光信号源を用いて実
装しても良いことをは理解されよう。
【0027】更に、受信器(図2の230)は、出力フ
ァイバ405(これは、単一モード・ファイバまたは好
ましくは多モード・ファイバとすることができる)を用
いて実装しているものと説明するが、受信器は、図5に
501によって示されるような、多くのタイプの光信号
検出器を用いて実装しても良い。これらの図には一次元
(1−D)アレイの受信器が示されているが、受信器の
数が多い場合、1−Dアレイ受信器の実施形態よりも、
二次元(2−D)受信器アレイの使用の方が好ましいこ
とを注記しておく。
ァイバ405(これは、単一モード・ファイバまたは好
ましくは多モード・ファイバとすることができる)を用
いて実装しているものと説明するが、受信器は、図5に
501によって示されるような、多くのタイプの光信号
検出器を用いて実装しても良い。これらの図には一次元
(1−D)アレイの受信器が示されているが、受信器の
数が多い場合、1−Dアレイ受信器の実施形態よりも、
二次元(2−D)受信器アレイの使用の方が好ましいこ
とを注記しておく。
【0028】加えて、光ユニット(図2の240)およ
び受信器(図2の230)の組み合わせは、(1)図6
に示されるような、各々がファイバ束602の各ファイ
バ(または検出器)のためのものである複数の個別の固
定レンズ601、(2)図7に示されるような、各々が
その端部に形成された半球形合焦レンズを有するファイ
バ(SMまたはMMタイプ)の束701、または(3)
図8に示されるような、ビーム方向付けユニット801
およびファイバ束(SMまたはMMタイプ)を用いて、
実装することができる。この場合も、これらの図では一
次元(1−D)アレイのファイバ束(およびレンズ)が
示されているが、ファイバ(およびレンズ)の数が多い
場合には、1−Dアレイのファイバ(およびレンズ)よ
りも二次元(2−D)受信器アレイの使用の方が好まし
いことを注記しておく。
び受信器(図2の230)の組み合わせは、(1)図6
に示されるような、各々がファイバ束602の各ファイ
バ(または検出器)のためのものである複数の個別の固
定レンズ601、(2)図7に示されるような、各々が
その端部に形成された半球形合焦レンズを有するファイ
バ(SMまたはMMタイプ)の束701、または(3)
図8に示されるような、ビーム方向付けユニット801
およびファイバ束(SMまたはMMタイプ)を用いて、
実装することができる。この場合も、これらの図では一
次元(1−D)アレイのファイバ束(およびレンズ)が
示されているが、ファイバ(およびレンズ)の数が多い
場合には、1−Dアレイのファイバ(およびレンズ)よ
りも二次元(2−D)受信器アレイの使用の方が好まし
いことを注記しておく。
【0029】図9に示されているのは、好適な実施形態
となり得るOXC切り替えの代替的な幾何学的形状であ
る。図示のように、この装置は図4のコンポーネントの
全てを含み、更に折り返しミラー901を含む。別個の
送信器および受信器デバイス・アレイ401および40
5は、ミラー901をこの2つの中間に配置し、反射状
の幾何学的形状を用いることによって、単一の面に組み
合わせることができる。所望ならば、入力および出力フ
ァイバ・アレイを交互配置することも可能である。図9
のOXC装置は、図4のOXCに比べ、OXCの長さを
ほぼ半分縮小する。加えて、固定バイアス・プリズム
(図示せず)によって走査範囲の中心を出力ファイバ4
05アレイに置くことで、ビーム偏向の部分を達成可能
である。なお、他の実施形態では、プリズムを用いて、
走査範囲の中心を置くことが可能であることを注記して
おく。
となり得るOXC切り替えの代替的な幾何学的形状であ
る。図示のように、この装置は図4のコンポーネントの
全てを含み、更に折り返しミラー901を含む。別個の
送信器および受信器デバイス・アレイ401および40
5は、ミラー901をこの2つの中間に配置し、反射状
の幾何学的形状を用いることによって、単一の面に組み
合わせることができる。所望ならば、入力および出力フ
ァイバ・アレイを交互配置することも可能である。図9
のOXC装置は、図4のOXCに比べ、OXCの長さを
ほぼ半分縮小する。加えて、固定バイアス・プリズム
(図示せず)によって走査範囲の中心を出力ファイバ4
05アレイに置くことで、ビーム偏向の部分を達成可能
である。なお、他の実施形態では、プリズムを用いて、
走査範囲の中心を置くことが可能であることを注記して
おく。
【0030】本発明の別の態様によれば、極めて大きい
構造を形成するためにシステムの空間効率を最大に高め
るように、多くのモジュラー送信器アレイに加えて、単
一の極めて大きい受信器モジュールを利用しても良い。
かかる装置を図10に示す。図10には、複数の送信器
アレイ1001および1つの受信器モジュール1002
が示されている。かかる装置によって、OXC切り替え
への入力Nの数を、モジュラー式に増大可能である。図
示のように、例として示す4つの送信器アレイの各々
を、受信器アレイまたは束が実質的に円の中心となって
いる円形の面上に、配置することができる。送信器モジ
ュール・アレイが二次元アレイである場合には、送信器
モジュールを球面上に配置し、受信器アレイを球の中央
に配置することができる。
構造を形成するためにシステムの空間効率を最大に高め
るように、多くのモジュラー送信器アレイに加えて、単
一の極めて大きい受信器モジュールを利用しても良い。
かかる装置を図10に示す。図10には、複数の送信器
アレイ1001および1つの受信器モジュール1002
が示されている。かかる装置によって、OXC切り替え
への入力Nの数を、モジュラー式に増大可能である。図
示のように、例として示す4つの送信器アレイの各々
を、受信器アレイまたは束が実質的に円の中心となって
いる円形の面上に、配置することができる。送信器モジ
ュール・アレイが二次元アレイである場合には、送信器
モジュールを球面上に配置し、受信器アレイを球の中央
に配置することができる。
【0031】図11に示されているのは、折り返しミラ
ー1101を含む装置である。折り返しの実装によっ
て、受光ファイバ束は、円形面の光軸上の小さい領域内
に位置することになる。この場合も、送信器モジュール
・アレイが二次元アレイである場合には、送信器モジュ
ールは球面上に配置し、受信器アレイは球の中央に配置
する。
ー1101を含む装置である。折り返しの実装によっ
て、受光ファイバ束は、円形面の光軸上の小さい領域内
に位置することになる。この場合も、送信器モジュール
・アレイが二次元アレイである場合には、送信器モジュ
ールは球面上に配置し、受信器アレイは球の中央に配置
する。
【0032】これまで説明してきたことは、本発明の原
理の適用を例示したに過ぎない。本発明の精神および範
囲から逸脱することなく、当業者によって他の装置およ
び方法を実装することができる。
理の適用を例示したに過ぎない。本発明の精神および範
囲から逸脱することなく、当業者によって他の装置およ
び方法を実装することができる。
【図1】従来技術の光信号クロスバー切り替えの例示的
なブロック図である。
なブロック図である。
【図2】本発明による光信号クロスバー切り替えの例示
的なブロック図である。
的なブロック図である。
【図3】SMファイバおよびMMファイバの直径および
開口角度を比較する例示的な図である。
開口角度を比較する例示的な図である。
【図4】図1の光クロスバー切り替えの具体的な実施形
態を示す図である。
態を示す図である。
【図5】光信号検出器の堆積を用いて実装した受信器を
示す図である。
示す図である。
【図6】各々が、各光信号をファイバ束のうち関連ファ
イバ上に合焦するレンズを含む受信器を示す図である。
イバ上に合焦するレンズを含む受信器を示す図である。
【図7】各々がファイバ束のファイバを含み、各ファイ
バがその端部に、当該ファイバに光信号を合焦するため
に形成されたレンズを有する受信器を示す図である。
バがその端部に、当該ファイバに光信号を合焦するため
に形成されたレンズを有する受信器を示す図である。
【図8】各々が、各光信号をファイバ束のうち関連ファ
イバ上に合焦するビーム指向装置を含む受信器を示す図
である。
イバ上に合焦するビーム指向装置を含む受信器を示す図
である。
【図9】折り返しミラーを用いたクロスバー切り替えの
具体的な実施形態を示す図である。
具体的な実施形態を示す図である。
【図10】モジュラー送信器ユニットおよび単一の受信
器ユニットを利用したクロスバー切り替え装置を示す図
である。
器ユニットを利用したクロスバー切り替え装置を示す図
である。
【図11】モジュラー送信器ユニット、折り返しみミラ
ー、および単一の受信器ユニットを利用したクロスバー
切り替え装置を示す図である。
ー、および単一の受信器ユニットを利用したクロスバー
切り替え装置を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョセフ アール フォード アメリカ合衆国 07755 ニュージャーシ ィ,オークハースト,ウエスト リンカー ン アヴェニュー 446
Claims (15)
- 【請求項1】 N対Mの、自由空間光信号切り替え装置
であって、NおよびMは1より大きく、 各々、光信号を出力するN個の光信号送信器と、 各々、光信号を受信するM個の光信号受信器と、 各々、送信器に関連付けられ、該送信器から光信号を受
信すると共に、該光信号を前記M個の受信器のうちどれ
に差し向けるかを制御するN個の制御可能光信号方向付
けユニットと、を備えることを特徴とする自由空間光信
号切り替え装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の自由空間光信号切り替
え装置であって、更に、 前記N個の制御可能光信号方向付けユニットと前記M個
の受信器との間に介在され、複数の光信号の各々をそれ
らの各受信器に更に差し向ける固定光ユニットを備える
ことを特徴とする自由空間光信号切り替え装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載の自由空間光信号切り替
え装置において、前記固定光ユニットが共有合焦レンズ
であることを特徴とする自由空間光切り替え装置。 - 【請求項4】 請求項2に記載の自由空間光信号切り替
え装置において、前記固定光ユニットが、 M個の光信号の各々をそれらの各受信器に更に差し向け
るM個の光合焦レンズを含むことを特徴とする自由空間
光切り替え装置。 - 【請求項5】 請求項1に記載の自由空間光信号切り替
え装置において、前記M個の受信器群の各受信器が、そ
の受信端部に形成された凸レンズを有する光ファイバを
含み、受信した光信号を前記光ファイバに差し向けるこ
とを特徴とする自由空間光切り替え装置。 - 【請求項6】 請求項1に記載の自由空間光信号切り替
え装置において、送信された光信号が単一モード信号で
あり、前記M個の受信器のうち1つが多モード信号を受
信することを特徴とする自由空間光切り替え装置。 - 【請求項7】 請求項1に記載の自由空間光信号切り替
え装置において、前記N個の送信器のうち1つ以上が、
少なくとも単一モード・ファイバ、多モード・ファイ
バ、レーザ、または発光ダイオードを含む光信号源の群
から選択されることを特徴とする自由空間光切り替え装
置。 - 【請求項8】 請求項1に記載の自由空間光信号切り替
え装置において、前記M個の受信器のうち1つ以上が、
少なくとも単一モード・ファイバ、多モード・ファイ
バ、または光信号検出器を含む光信号ユニット群から選
択されることを特徴とする自由空間光切り替え装置。 - 【請求項9】 請求項1に記載の自由空間光信号切り替
え装置において、前記送信器および光信号方向付けユニ
ットの組み合わせが、少なくとも、(1)固定光源およ
び傾斜ミラー、(2)固定光源および旋回プリズム、
(3)傾斜可能光源およびレンズの組み合わせ、(4)
固定レンズに対して側方に移動可能な光源、(5)固定
光源および側方に移動可能なレンズ、を含む群からそれ
ぞれ選択されることを特徴とする自由空間光切り替え装
置。 - 【請求項10】 請求項1に記載の自由空間光信号切り
替え装置において、 前記N個の送信器およびM個の受信器は、(1)単一モ
ード送信器および受信器、(2)単一モード送信器およ
び多モード受信器、(3)多モード・モード送信器およ
び単一モード受信器、または(4)多モード・モード送
信器および多モード受信器、を含む群から選択されるこ
とを特徴とする自由空間光切り替え装置。 - 【請求項11】 請求項2に記載の自由空間光信号切り
替え装置であって、更に、 前記N個の制御可能光方向付けユニットから受信した前
記光信号を、前記固定光ユニットに反射するように配置
された光折り返しミラーを備えることを特徴とする自由
空間光切り替え装置。 - 【請求項12】 請求項1に記載の自由空間光信号切り
替え装置において、Nに対するMの比は、(1)1に等
しい、または(2)1より大きい、を含む群から選択さ
れることを特徴とする自由空間光切り替え装置。 - 【請求項13】 モジュラー式である請求項1に記載の
自由空間光信号切り替え装置において、前記M個の送信
器は複数のモジュラー送信器群に構成され、各送信器群
の各送信器は、そのそれぞれの光信号方向付けユニット
によって当該送信器がその光信号を前記M個の受信器の
いずれかに送信可能であるように構成されていることを
特徴とする自由空間光切り替え装置。 - 【請求項14】 N対Mの、自由空間光信号切り替え装
置であって、NおよびMは1より大きく、 各々、単一モード光信号を出力するN個の光信号送信器
と、 各々、多モード光信号を受信するM個の光信号受信器
と、 各々、送信器に関連付けられ、該送信器から単一モード
光信号を受信すると共に、該単一モード光信号を前記M
個の受信器のうちどれに差し向けるかを制御するN個の
制御可能光信号方向付けユニットと、を備えることを特
徴とする自由空間光信号切り替え装置。 - 【請求項15】 請求項14に記載の自由空間光信号切
り替え装置であって、更に、 各々、前記M個の受信器のうち1つの前に配置され、受
信した光信号を関連付けられた受信器に更に差し向ける
制御可能光信号方向付けユニット群を備えることを特徴
とする自由空間光信号切り替え装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US985618 | 1997-12-05 | ||
US08/985,618 US6002818A (en) | 1997-12-05 | 1997-12-05 | Free-space optical signal switch arrangement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11231232A true JPH11231232A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=25531644
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10344997A Pending JPH11231232A (ja) | 1997-12-05 | 1998-12-04 | 自由空間光信号切り替え装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6002818A (ja) |
EP (1) | EP0921702A3 (ja) |
JP (1) | JPH11231232A (ja) |
CA (1) | CA2253752C (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007120997A (ja) * | 2005-10-25 | 2007-05-17 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | X線ビームの走査方法及び装置 |
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