JP2006303877A

JP2006303877A - 波長ルーティング装置

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Publication number: JP2006303877A
Application number: JP2005122307A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Katsunuma; 淳勝沼
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】装置コストを抑えつつアッテネーション機能を有する波長ルーティング装置を提供する。
【解決手段】１個の入力ポートと、複数の出力ポートと、前記入力光を分光し波長光ごとに減衰しうる分光アッテネーション手段と、前記波長光を前記出力ポートのいずれかに向かうよう偏向させる波長選択スイッチを単数または複数有する受信段と、少なくとも1つのポートが前記受信段の出力ポートと光経路によって連結された少なくとも１個の出力ポートと、前記入力ポートからの入力光をモニタする分光モニタ装置と、前記入力ポートから入射した波長光を前記出力ポートに向かうよう偏向させる偏向手段とを有する波長選択スイッチを、単数または複数有する送信段と、前記分光モニタ装置でモニタされた分光特性に基づいて、前記分光アッテネーション手段に前記波長要素ごとの減衰量を指示する分光アッテネーション制御ユニットを有する制御装置とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は波長多重光通信（以下ＷＤＭと記載する）技術において、送信段と受信段の２段に別れた波長選択スイッチ（WSS）を用いての、波長別に伝送経路を振り分ける波長ルーティング装置に関する。

しかるに、従来のこの種の技術においてはイコライジングに必要な分光情報の取得とイコライジング動作についての統合的な手法について、明確に示されたものはなかった。基本的には、ＷＤＭ信号伝送路中でＷＤＭ信号光（以下信号光と記載する）の一部をタッピング、分光計測することによってイコライジングに必要な情報を取得し、受信段または送信段の波長選択スイッチ内に設けられた波長別アッテネーション機能を動作させるか、波長ルーティング装置とは独立したダイナミックゲインイコライザを用いることによりイコライズさせることが想定されていた。

本発明の発明者による特許文献２には、逆分散型二重分光装置において、信号光を分光して、其々の波長に対応するマイクロミラーアレイの個々のミラーエレメントに入射させ、信号光をイコライジングする構成が開示されている。また、イコライジングに際し、波長分散部で回折された光のうち信号光として使用する回折光以外の次数の回折光の光路にモニタ光学系を配置し、逆分散型二重分光装置に入力する信号光、または逆分散型二重分光装置から出力される信号光の、各波長光の強度をモニタしている。このような構成とすれば、信号光をタッピングすることなく信号光のモニタが行えるので、モニタにともなう信号光の損失はない。
米国特許公報ＵＳ６６２５２４６特開２００４−２３３３４１公報

しかし、特許文献１においては、波長ルーティング装置の他に、イコライジングに必要な分光情報を得るための波長モニタやダイナミックゲインイコライザが余計必要になり、装置全体のコストを上昇させる要因になるという問題があった。特許文献２によればイコライジング機能を有する波長分割多重装置を実現できるが、波長ルーティング装置の構成は考慮されていなかった。

本発明は、装置全体のコストを抑えつつ、アッテネーション機能を有する波長ルーティング装置を構成することを目的とする。

課題を解決するために、本発明の請求項１の波長ルーティング装置は、少なくとも１個の入力ポートと、複数の出力ポートと、前記入力ポートから入力された信号光を波長要素ごと複数の波長光に分光し、波長光ごとに減衰操作を行う分光アッテネーション手段と、前記波長光を前記出力ポートのいずれかに向かうよう偏向させる偏向手段とを有する波長選択スイッチを、単数または複数有する受信段と、少なくとも1つのポートが前記受信段の出力ポートと光経路によって連結された複数の入力ポートと、少なくとも１個の出力ポートと、前記入力ポートからの入力光の分光特性をモニタする分光モニタ装置と、前記入力ポートから入射した波長光を前記出力ポートに向かうよう偏向させる偏向手段とを有する波長選択スイッチを、単数または複数有する送信段と、前記分光モニタ装置でモニタされた分光特性に基づいて、前記分光アッテネーション手段に前記波長要素ごとの減衰量を指示する分光アッテネーション制御ユニットを有する制御装置と、を有するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の波長ルーティング装置において、前記送信段および前記受信段の波長選択スイッチは、前記入力ポートからの入力光を、前記入力光を構成する個々の波長要素に分波する分波手段と、前記波長要素のそれぞれに対応して配置され、対応する波長光を前記出力ポートのいずれかに向かわせる前記偏向手段と、前記偏向手段によって偏向した前記個々の波長光を受けて、同じ出力ポートに向かう波長光どうしを合波する合波手段とを有するものである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の波長ルーティング装置において、前記受信段の波長選択スイッチの前記偏向手段は、前記波長要素のそれぞれに対応して配列され、対応する波長光の伝搬方向を制御可能に構成されたビームステアリングエレメントのアレイであり、更に、前記波長光の伝搬方向を波長要素ごとに独立してかつ連続的に偏向するよう前記ビームステアリングエレメントのそれぞれを駆動させるビームステアリングエレメントアレイ駆動手段を有し、前記分光モニタ装置は、前記送信段の波長選択スイッチの合波手段から発生する前記合波光とは異なる回折次数の光を受光して分光特性をモニタし、前記分光アッテネーション制御ユニットは、前記分光モニタ装置でモニタされた前記分光特性に基づいて、前記ビームステアリングエレメントアレイ駆動装置を制御するものである。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の波長ルーティング装置において、前記受信段を形成する波長選択スイッチは更に、該波長選択スイッチの合波手段による合波光とは異なる回折次数の回折光を入射して、前記ビームステアリングエレメントアレイの共役像を形成するビームステアリングモニタ光学系と、前記共役像から前記ビームステアリングモニタ光学系の光軸方向に一定距離離れた位置に設置され、前記ビームステアリングエレメントの個々に対応する波長光を受光して、各々の波長光の重心位置を検出するビームステアリングセンサと、を有するビームステアリングモニタを有するものである。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の波長ルーティング装置において、前記制御装置は更に、前記ビームステアリングモニタからの出力に基づいて前記ビームステアリングエレメントアレイ駆動装置を制御するビームステアリング制御ユニットを有するものである。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の波長ルーティング装置において、前記受信段を構成する波長選択スイッチと送信段を構成する波長選択スイッチとの少なくとも一方は、前記偏向手段の直前に設置され、前記偏向手段に向かう前記波長要素ごとに配置され、前記偏向手段に向かう波長要素を遮断するシャッターエレメントからなるシャッターエレメントアレイと、前記シャッターエレメントアレイを駆動するシャッターエレメントアレイ駆動装置とを有し、前記制御装置は、前記シャッターエレエレメントアレイ駆動装置を制御するシャッターエレメントアレイ制御ユニットを有するものである。

請求項７に記載の発明は請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の波長ルーティング装置において、前記受信段は複数の前記波長選択スイッチから構成され、前記送信段は複数の前記波長選択スイッチから構成され、前記受信段の各波長選択スイッチの前記複数の出力ポートと、前記送信段の前記各波長選択スイッチの前記複数の入力ポートとが接続されていて、前記受信段の全ての波長選択スイッチと、前記送信段の全ての波長選択スイッチとのいかなる組み合わせをも実現されているものである。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の波長ルーティング装置において、前記受信段は１つの波長選択スイッチを有し、該波長選択スイッチの前記複数の出力ポートのうち、１つはエクスプレスポートであり、それ以外のポートはドロップポートであり、前記送信段は１つの波長選択スイッチを有し、該波長選択スイッチの前記複数の入力ポートのうち、１つのポートはエクスプレスポートであり、それ以外のポートはアドポートであって、前記受信段のエクスプレスポートと前記送信段波長スイッチのエクスプレスポートとが光伝送路で接続されるものである。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の波長ルーティング装置において、前記受信段のエクスプレスポートと前記送信段のエクスプレスポートとの間の光伝送経路に光増幅器を有し、前記分光アッテネーション制御ユニットは、前記送信段の分光モニタ装置によって得られた分光特性に基づいて、前記分光アッテネーション手段を制御し、前記エクスプレスポートから入力された信号光の強度と、前記アドポートから入力された信号光の強度に基づいて前記光増幅器による増幅量を制御するものである。

本発明による波長ルーティング装置によれば、装置全体のコストを抑えつつ、アッテネーション機能を有する波長ルーティング装置を構成することができる。
さらに、本発明に記載のＲＯＤＭによれば、受信段と送信段間の信号経路途中に容易に光増幅器を挿入できるため、ＲＯＡＤＭだけで強度が所定の範囲内でそろったＡＤＤ−信号光と通過信号光をＯＵＴポートから出力できるので、合理的なシステム設計を可能にするという効果がある。

図１に本発明の実施形態の波長ルーティング装置を示す。また、図２（ａ）、（ｂ）は、図１の波長ルーティング装置の受信段１を構成する波長選択スイッチの受信段入出力ポートアレイ１０１部分、図３は、受信段ビームステアリングエレメントアレイ１０６部分の拡大図である。

図１の受信段１を構成する波長選択スイッチ１ａにおいて、受信段入出力ポート１０１の入力ポート、すなわち、図２（ａ）に示した受信段入力ポート１０１０３からＷＤＭ信号光が入力する。入力したＷＤＭ信号光は、受信段入力ポートに対応するレンズエレメント１０２０３によってコリメートされ、受信段リレーレンズ１０３により受信段中間像Ｉ１１の位置に、受信段入力ポート１０１０３の射出端の第１の共役像を形成する。中間像Ｉ１１を形成した信号光は受信段リトローレンズ１０４によって再びコリメートされ、受信段反射グレーティング１０５で分光される。分光された信号光は再びリトローレンズ１０４に戻り、受信段ビームステアリングエレメントアレイ１０６上に、波長毎に、受信段入力ポート１０１０３の射出端の第２の共役像を再形成する。このとき、信号光はその構成波長ごとに分離され、受信段ビームステアリングエレメントアレイ１０６の個々の受信段ビームステアリングエレメントに対して１波長づつ対応して結像する。

前記受信段ビームステアリングエレメントは図３に示すような、ＭＥＭＳミラーエレメント１０６０１である。各々のＭＥＭＳミラーエレメントは紙面に垂直な軸を中心として回転可能に構成され、入射したビームの反射方向を調整して、任意のビーム偏向角度とする作用を受け持つ。

制御装置３は後に説明する分光アッテネーション制御ユニット３０１とビームステアリング制御ユニット３０２とシャッター制御ユニット３０３とを含む。
制御装置３の分光アッテネーション制御ユニット３０１は、不図示の外部制御装置４から、受信段１に入射した信号光を構成する波長ごとにどの受信段出力ポートへ、どの程度の量を出力させるべきか指令を受ける。制御装置３の分光アッテネーション制御ユニット３０１はこの指令に基づき、受信段ビームステアリングエレメントアレイドライバ１０７に対して個々の波長ごとにビーム偏向角度を指示し、それを受けて受信段ビームステアリングエレメントアレイドライバ１０７が受信段ビームステアリングエレメントアレイ１０６を駆動する。

個々の波長に分離された前記信号光は、受信段ビームステアリングエレメントアレイ１０６から受信段リトローレンズ１０４へ戻りコリメートされた後、受信段反射グレーティング１０５で合波作用を受ける。ここで合波作用を受けるのは、同じ出力ポートに向かう信号光どうしである。

その後、合波作用を受けた信号光は、受信段リトローレンズ１０４に戻り、前記受信段第一中間像Ｉ１１の位置に受信段入力ポート１０１０３の射出端の第３の共役像を形成する。図２（ａ）において、例えば、出力ポート１０１０１に出力するビームは、前記受信段第一中間像Ｉ１１の位置を通過したビームのうち外部制御装置４から受信段出力ポート１０１０１に結合するよう指令された、ひとつまたは複数の波長光のものである。第３の共役像を形成した後、受信段出力ポートへ向かう信号光は、受信段リレーレンズ１０３でコリメートされ、うち、受信段出力ポート１０１０１へ出力される信号光は、受信段出力ポートに対応するレンズエレメント１０２０１で受信段出力ポート１０１０１の入射端に受信段入力ポート１０１０３の射出端の第４の共役像を形成する。

ここで、受信段出力ポート１０１０１に入射する信号光のうち、後に詳しく説明するアッテネーションにより強度を減衰すべき波長光は、この波長光に対応する前記受信段ビームステアリングエレメントの角度調整によって、図２（ｂ）に示すように、波長光の一部が出力ポート１０１０１に対応するレンズエレメント１０２０１に入射し、受信段出力ポート１０１０１の入射端に受信段入力ポート１０１０３の射出端の第４の共役像を形成する。一方、残りの波長光は廃棄ポート１０１０２に対応するレンズエレメント１０２０２に入射して、廃棄ポート１０１０２の入射端に受信段入力ポート１０１０３の射出端の第４の共役像を形成して、廃棄ポート１０１０２から廃棄される。この廃棄ポートはそれぞれの受信段出力ポートに対して少なくとも１つ隣接して配置されている。また、受信段廃棄ポート１０１０２は図示例ではオプティカルファイバであるが、光トラップのようなものでも良い。

受信段出力ポート１０１０１は光ファイバーの入射端であり、他端は、送信段２を構成する送信段入出力ポートアレイ２０１内の所定の入力ポートの射出端となっている。前記入射端から出力された信号光は、波長選択スイッチ２ａの入力ポートの射出端から送信段２に入力する。また、前記受信段出力ポート１０１０１以外の受信段出力ポートの入射端からも出力ポート１０１０１と同様に、ひとつまたは複数の波長光からなる信号光が出力され、各々の信号光が、それぞれの入射端に対応する射出端、すなわち波長選択スイッチ２ａの入出力ポートアレイ２０１内の所定の入力ポートから、送信段２に入力する。一方、廃棄ポートは廃棄ポートに入射した光が入射端から戻らないように終端が処理されており、送信段のどの入力ポートとも接続されていない。

その後、波長選択スイッチ２ａに入力した各々の信号光は波長選択スイッチ１ａのときと同様に、送信段レンズアレイ２０２の中の該当レンズエレメントを通過し、送信段リレーレンズ２０３、送信段第一中間像Ｉ２１、送信段リトローレンズ２０４を経て、送信段反射グレーティング２０５で分光される。分光された光は、再び送信段リトローレンズ２０４を経て、送信段ビームステアリングエレメントアレイ２０６を構成する各ビームステアリングエレメント１つに対して１つの波長要素が対応するように入射し、ここで、個々の波長光ごとに偏向作用を受ける。

波長選択スイッチ２ａの出力ポートが複数あり、各々の波長光の出力先を可変に設定する場合には、送信段の偏光手段としてビームステアリングエレメントアレイ２０６と駆動するための送信段ビームステアリングアレイドライバ２０７が設けられ、受信段ビームステアリングアレイドライバ１０７と同様に、制御装置３により出力先が制御される。ここでの偏向動作は、外部制御装置４から制御装置３のビームステアリング制御ユニット３０２に対して、どの波長光を波長選択スイッチ２ａのどの出力ポートから出力させるか、の指令をきっかけとして作動する。前記指令に基づき、制御装置３のビームステアリング制御ユニット３０２が送信段ビームステアリングエレメントアレイドライバ２０７に対して駆動指令を出す。次に駆動指令に応じて、送信段ビームステアリングエレメントアレイドライバ２０７が送信段ビームステアリングエレメントアレイ２０６を駆動する。

送信段ビームステアリングエレメントアレイ２０６によって個々の波長ごとに偏向作用を受けたＷＤＭ信号光は、送信段リトローレンズ２０４を経て送信段反射グレーティング２０５に入射し、同じ送信段出力ポートに向かう信号光どうしが合波作用を受ける。合波作用を受けた信号光は、再び送信段リトローレンズ２０４、送信段第一中間像Ｉ２１、送信段リレーレンズ２０３を経た後、送信段入出力ポートアレイ２０１内の外部制御装置４から指定された出力ポートに対応する送信段レンズアレイ２０２内のレンズエレメントの中心を通過し、各々の出力ポートへ結合する。出力ポートはオプティカルファイバの入射端であり、出力された信号光は前記オプティカルファイバ内を伝播して行く。

次に、信号光に対するアッテネーション動作について述べる。本発明のような波長ルーティング装置に対しては単に波長ごとのルーティング作用だけでなく、波長ごとの連続的アッテネーション動作も求められることが多い。信号光の増幅器として一般的に用いられるエルビウム添加型オプティカルファイバ増幅器（EDFA）は、信号光の複数の波長光間で強度差がありすぎると、強度の弱い波長光については増幅作用が得られなくなる性質を有するため、この増幅器に信号光を入力するまえに信号光に含まれる波長光の強度をそろえる、すなわちイコライジングを行う必要があるからである。イコライジングを行うには、まずシステムへ入力された信号光の分光特性を把握する必要がある。次いで得られた入力光分光特性をもとに波長ごとのアッテネーション量を算出し、波長ごとに所定のアッテネーション動作を実行することになる。本発明における、受信段入力ポート１０１からの入力光の分光特性の測定は以下の通り行われる。

受信段１の波長選択スイッチ１ａによって信号光が波長ごとに所定の出力ポートに振り分けられた後、送信段２の波長選択スイッチ２ａへ再入力する分に着目する。図１に示すように波長選択スイッチ２ａの入出力ポートアレイ２０１のうち１つのポートから再入力した信号光は、先に述べた通りの経路で、送信段ビームステアリングエレメントアレイ２０６まで達し、波長ごとに偏向作用を受ける。

次いで、送信段リトローレンズ２０４を介して送信段反射グレーティング２０５に至る。送信段反射グレーティング２０５によって発生する複数の回折光のうち、送信段第一中間像Ｉ２１へ向う光以外の回折次数光（本例では０次回折光）を分光モニタ装置で受光する。分光モニタ装置は、分光モニタ光学系２０８と、制御装置３に接続された分光モニタの１次元デテクタアレイ２０９とで構成されている。分光モニタ光学系２０８は分光モニタの１次元デテクタアレイ２０９上に送信段ビームステアリングエレメントアレイ２０６の像を形成するよう配置されている。したがって、分光モニタの１次元デテクタアレイ２０９上では、送信段２に入力した信号光が構成波長ごとに分離されて結像し、分光特性（波長とその強度）が測定される。言うまでもなく、分光モニタ光学系２０８の開口は、送信段ビームステアリングエレメントアレイ２０６による偏向範囲をすべて覆うような大きさを有しているので、各波長光は、前記偏向にかかわらず分光モニタ１次元デテクタアレイ２０９上の所定位置に結像する。

分光モニタ１次元デテクタアレイ２０９で得られた分光情報は、制御装置３の分光アッテネーション制御ユニットへ送られ、この分光情報に基づいて波長ごとに必要なアッテネーション量が算出される。制御装置３の分光アッテネーション制御ユニット３０１では、算出された前記分光アッテネーション量をもとに受信段ビームステアリングエレメントアレイドライバ１０７へ波長要素ごとにビーム偏向量を指令する。受信段ビームステアリングエレメントアレイドライバ１０７は指令に基づきビームステアリングエレメントアレイ１０６を駆動する。

ある波長光を例に取って実際のアッテネーション動作を見てみる。前述のように、図２（ｂ）に示す被アッテネーション波長光は、受信段レンズアレイ１０２に戻った時、指定された受信段出力ポート１０１０１に対応する受信段出力ポート対応レンズエレメント１０２０１の中心ではなく少々ずれた位置に戻る。その結果、前記波長光は受信段出力ポート対応レンズエレメント１０２０１と受信段廃棄ポート対応レンズエレメント１０２０２とにまたがり、一部が受信段出力ポート１０１０１に結合し、一部が廃棄ポート１０１０２に結合する。受信段出力ポート１０１０１に結合した光は送信段２へ入力し、波長選択スイッチ２ａの送信段入力ポート２０１を経て、先述の通り分光モニタ１次元デテクタアレイ２０９で分光特性が測定される。測定された分光特性は、制御装置３にフィードバックされ所定のアッテネーション量が達成されているか否かが判定され、もし達成されていなければ達成されるまで上記動作を繰り返す。

以上述べたように本発明においては、送信段２において入力した信号光の分光特性をモニタし、受信段１において波長ごとに必要なアッテネーション動作を行う。したがって、送信段ビームステアリングエレメントアレイ２０６の各ビームステアリングエレメントは必ずしも連続的な偏向動作は要求されず、少なくとも指令された出力ポート中心にビームを向ける動作が可能であれば良いのに対して、受信段ビームステアリングエレメントアレイ１０６は連続的なアッテネーション動作を要求されるためビーム偏向も連続的でなければならない。また、受信段ビームステアリングエレメントアレイ１０６の各エレメントはさまざまなビーム偏向角度を保ったまま必要時間停止している必要がある。このような要求から、受信段ビームステアリングエレメントアレイ１０６の各エレメントのビーム偏向動作をモニタし、所定の偏向状態が正しく保持できているかが分光モニタとは独立してモニタできると有益である。

前記に鑑みて、本実施例では更に、受信段１の波長選択スイッチ１ａ内に、ビームステアリングモニタ光学系１０８と、ビームステアリングモニタ１０９とからなるビームステアリングモニタ装置を設けた。以下に、ビームステアリングモニタ光学系１０８について説明する。ビームステアリングモニタ１０９は制御装置３のビームステアリング制御ユニット３０２に接続された１次元または２次元デテクタアレイである。ビームステアリングモニタ１０９はビームステアリングモニタ光学系１０８によって形成される受信段ビームステアリングエレメントアレイ１０６の共役像Ｉ１２から所定量デフォーカスした位置に設置される。波長選択スイッチ１ａに入力した信号光は前述のように受信段ビームステアリングエレメントアレイ１０６によって波長ごとに所定の偏向作用を受け、受信段リトローレンズ１０４を経て受信段反射グレーティング１０５に戻る。このとき、第一中間像Ｉ１１の位置に向かう以外の回折次数の光（本例の場合は０次回折光）を受光する位置にビームステアリングモニタ光学系１０８が配置される。ビームステアリングモニタ光学系１０８は、受信段ビームスレアリングエレメントアレイ１０６で偏向される各波長光の偏向角度を覆える開口の大きさを持つ。

ビームステアリングモニタ光学系１０８に入射した回折光は受信段ビームステアリングエレメントアレイ共役像Ｉ１２位置においては、波長ごとに決まった位置を通過するが、ビームステアリングモニタ１０９の位置では、波長ごとにビーム偏向角度に応じた位置を取る。このビーム位置を前記ビームステアリングモニタ１０９で測定し、その情報を制御装置３のビームステアリング制御ユニット３０２にフィードバックし、制御装置３において波長光ごとに受光された光の重心位置を算出することにより、正しい偏向角度になっているかを判定する。ここで、制御装置３は、波長毎に受光された光の重心位置をモニタするので、前述のビームステアリングエレメントアレイ１０６の共役像Ｉ１２に対するビームステアリングモニタ光学系１０８の光軸方向の位置は、ビームステアリングエレメントの偏向範囲において、異なる波長光どうしが重ならない位置が好ましい。

判定の結果、正しい偏向角度からずれが存在する場合は、制御装置３のビームステアリング制御ユニット３０２は、受信段ビームステアリングエレメントアレイドライバ１０７に対して補正指令を出し、受信段ビームステアリングエレメントアレイドライバ１０７は、受信段ビームステアリングエレメントアレイ１０６を補正駆動する。上記動作は、前記ビームステアリングモニタから送られる情報によって制御装置３で計算される重心位置が正しいと判定されるまで、すなわち、正しい偏向角度が達成されるまで繰り返される。

さらに、結合していたポートから新しく結合しようとするポートへの切り替え動作中には、切り替えを行う波長光が関係ないポート上をよぎることが避けられない場合が一般的である。しかしながら切り替え動作を行う波長光以外の波長光は、通常通信中であるので、関係ないポート上を切り替え波長光ビームがよぎることでこの波長光が他の波長光に混入すると通信の妨げとなり好ましくない。

本発明においては、波長光の出力先を切り替えるときに発生する誤通信を防ぐために、受信段ビームステアリングエレメントアレイ１０６と送信段ビームステアリングエレメントアレイ２０６の直前に、それぞれ、受信段シャッターエレメントアレイ１１０と送信段シャッターエレメントアレイ２１０とを設置した。これら、受信段シャッターエレメントアレイ１１０および送信段シャッターエレメントアレイ２１０には、波長光ビームごと独立に光路を開閉するシャッターエレメントが配列されている。受信段シャッターエレメントアレイ１１０は受信段シャッターエレメントアレイドライバ１１１によって駆動し、送信段シャッターエレメントアレイ２１０は、送信段シャッターエレメントアレイドライバ２１１によって駆動する。受信段シャッターエレメントアレイドライバ１１１および送信段シャッターエレメントアレイドライバ２１１は制御装置３からの指令で動作する。

ある波長光について、外部制御装置４から制御装置３へ出力先ポートの切り替え指令が出されると、制御装置３は受信段シャッターエレメントアレイドライバ１１１と送信段シャッターエレメントアレイドライバ２１１に対して該当波長チャネルの閉鎖を指令する。

図４に示すように受信段シャッターエレメントアレイドライバ１１１と送信段シャッターエレメントアレイドライバ２１１は、それぞれ受信段シャッターエレメントアレイ１１０と送信段シャッターエレメントアレイ２１０を指令通り駆動し、該当波長光に対応するシャッターエレメント１１０１とシャッターエレメント２１０１を閉にする。受信段シャッターエレメントアレイドライバ１１１と送信段シャッターエレメントアレイドライバ２１１はそれぞれの動作が完了すると、制御装置３へ完了信号を返す。そこから制御装置３はポート切り替え動作に入る。ポート切り替え動作が完了すると、制御装置３は、受信段シャッターエレメントアレイドライバ１１１と送信段シャッターエレメントアレイドライバ２１１に対して該当波長チャネルを開くよう指令する。この指令を受けて受信段シャッターエレメントアレイドライバ１１１と送信段シャッターエレメントアレイドライバ２１１はそれぞれシャッターエレメント１１０１とシャッターエレメント２１０１を開く。

上記のように、受信段１および送信段２のそれぞれのビームステアリングエレメントアレイ１０６、２０６の前にシャッターエレメントアレイ１１０、２１０を配置することによって、波長光の偏向方向を切り替えるにあたり、この波長光が光路をよぎる際に、意図しない出力先に出力されるのを防ぐことができる。

本実施例においては、出力光の一部をレンズアレイ２０２のうちの出力ポートに対応するレンズではなく、隣接するレンズに入射させることによって、アッテネーション操作を行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、出力ポートの先に特許文献２に開示されるように、分光された信号光の光路に沿って配置したトラップミラーに波長光の一部が入るようにビームステアリングエレメントによって波長光を偏向させ、トラップミラーを反射した光を光トラップに入射させる構成としてもよいし、濃度可変フィルタによる透過率制御によりアッテネーション制御をおこなってもよい。

本発明による第一の実施例を図５に示す。本実施例の波長ルーティング装置は、受信段１と送信段２とに、それぞれ波長選択スイッチ（WSS）を複数台づつ用いてオプティカルクロスコネクト（以下ＯＸＣと記載）を構成している。図５のＯＸＣは、４台の波長選択スイッチ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄからなる受信段１と、４台の波長選択スイッチ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄからなる送信段２と、外部制御装置４に接続された制御装置３とから構成されている。

各波長選択スイッチはそれぞれ５本のオプティカルファイバが接続されている。うち、受信段１を構成する波長選択スイッチ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄには入力ポートとして、それぞれ１本づつのオプティカルファイバが接続されている。したがって本ＯＸＣは計４本の入力ポートを持つ。また、送信段２を構成する波長選択スイッチ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄには出力ポートとして、それぞれ１本づつオプティカルファイバが接続されている。したがって本ＯＸＣは計４本の出力ポートを持つ。

さらに、各波長選択スイッチは、それぞれ残りの４ポートを用いて、受信段１を構成する波長選択スイッチ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄと送信段２を構成する波長選択スイッチ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとがオプティカルファイバによってそれぞれ一対一で接続するように構成されている。受信段の各波長選択スイッチ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの構成は前実施形態の送信段の波長選択スイッチと同様の構成であり、前実施形態と同様の機能を有するビームステアリングモニタおよびシャッターエレメントアレイが設けられている。また、送信段の各波長選択スイッチ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの構成は、前実施形態の受信段の波長選択スイッチの構成と同様であり、前実施形態と同様の機能を有する分光モニタおよびシャッターエレメントアレイが設けられている。

このＯＸＣにおいて、外部制御装置４から制御装置３へ、波長選択スイッチ１ａの入力ポート１０１０３から入力する入力光のうち、波長Ａの信号光を波長選択スイッチ２ｄの出力ポート２０１０３から出力するように指令が出されたとする。制御装置３は、波長選択スイッチ１ａに対して、送信段の波長選択スイッチ２ｄに接続しているポート１０１０５から、波長Ａを出力するよう指令し、同時に波長選択スイッチ２ｄに対しては受信段の波長選択スイッチ１ａに接続されているポート１０１０５と出力ポート２０１０３とを波長Ａの信号光に対して連結するよう指令する。各指令に基づいて、波長選択スイッチ１ａ、２ｄに設けられたビームステアリングエレメントアレイドライバ１０７、２０７は其々、波長Ａに対応するビームステアリングエレメントの偏向角度を調整する。

一方、送信段２では、波長選択スイッチ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのそれぞれに配置された分光モニタ装置（分光モニタ光学系２０８、分光モニタデテクタアレイ２０９）により、送信段出力ポートに向かわない次数の回折光を受光して、各送信段入力ポートからの入力光の分光特性をモニタし、制御装置３へフィードバックする。そのうち、送信段２ｄから入力してきた波長Ａの信号光の強度が所定の強度より強い場合、制御装置３は受信段１ａに対して適切な出力強度になるまで波長Ａの信号光に対してアッテネーションをかけるよう指令する。受信段の波長選択スイッチ１ａの受信段ビームステアリングエレメントアレイドライバ１０７は、制御装置３からの前記指令を受けて、波長Ａに対応する受信段の波長選択スイッチ１ａのビームステアリングエレメント角度を調整して受信段出力ポート１０１０５から出力される波長Ａの信号光の強度が適正になるようにアッテネーションをかける。なお、一般に光通信システムでは光アンプで増幅されるなどして、伝送される光強度はどこでも一定の水準以上を維持するよう制御されているので、本ＯＸＣに入力して来る波長Ａの信号光が所定の強度より弱いということは想定しなくて良い。

受信段の各波長選択スイッチ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに設けられたビームステアリングモニタは波長光ごとに入射光を検出して制御装置３に送り、各波長光の重心位置から各波長スイッチに入力した信号光の各々の波長光が送信段の波長選択スイッチ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのうちのどれに向かうかがモニタされる。なお、ビームステアリングモニタによって、受信段への入力光分光特性情報が得られることはもちろんである。

外部制御装置４から制御装置３へ出力先ポートの切り替え指令が出されると、制御装置３は該当する信号光を受け持つ受信段波長選択スイッチのシャッターエレメントアレイドライバ１１１と、送信段波長選択スイッチのシャッターエレメントアレイドライバ２１１に対して該当波長チャネルの閉鎖を指令する。ポートの切り替えに係るシャッター機構の動作は前実施形態と同様である。

受信段波長選択スイッチの経路切り替えが完了したら、着目波長光に対応する受信段のシャッターエレメントを開けて、該波長光の強度をビームステアリングモニタによって測定する。その情報を元に必要に応じて該波長光に対して概略適当なアッテネーション操作を施してから送り先の送信段波長選択スイッチへ送り出す。次に受け手の送信段波長選択スイッチの該当シャッターエレメントを開けて送信段の内部の分光モニタを動作させ、より正確なアッテネーション操作を施す。以上の手順で光路切り替え及びシャッターエレメントを操作するのがシステムの安定動作上好ましい。

本実施例においては、複数の波長選択スイッチを組み合わせた受信段と、受信段波長スイッチと同数の波長選択スイッチを組み合わせた送信段により波長ルーティング装置を構成し、受信段でアッテネーション操作を行い、送信段で波長モニタを行うようにしたので、装置全体のコストを抑えつつ、複数の波長選択スイッチ同士で入出力が可能でかつアッテネーション機能を有した波長ルーティング装置を構成することができる。また信号光の分光エネルギーを損なうことなく分光計測ができるため、装置全体のスループット向上を向上させることができる。

図６に、本発明による、ＲＯＡＤＭ機能を有する波長ルーティング装置を図６に示す。
この波長ルーティング装置は、受信段１、送信段２、外部制御装置４と接続された制御装置３から構成される。受信段１及び送信段２は、それぞれ1つづつ波長選択スイッチを有している。受信段１の波長選択スイッチ１ａは前述の実施例と同じ構成である。また、送信段２の波長選択スイッチ２ａも前述の実施例と同じ構成である。

波長選択スイッチ１ａは、オプティカルファイバのＩＮポート１０１０３と、１つまたは複数のオプティカルファイバのＤＲＯＰポートと、オプティカルファイバのエクスプレスポート１０１０１を有する。説明のため、図６では複数のドロップポートを配置し、これらのドロップポートのうち、任意の１つを代表として選んで、ＤＲＯＰポート１０１０２としてある。波長選択スイッチ２ａは、前記オプティカルファイバのエクスプレスポート１０１０１と接続されたポートと、オプティカルファイバのＯＵＴポート２０１０１と、複数のオプティカルファイバのＡＤＤポートを有する。説明のため、図６では、複数のＡＤＤポートのうち、任意の１つを代表として選びＡＤＤポート２０１０２としてある。

ＩＮポート１０１０３から、波長ルーティング装置へ入力した複数の波長光からなる信号光にはＤＲＯＰさせる信号光と、波長ルーティング装置を通過だけさせて前記ＯＵＴポート２０１０１から出力させる信号光が混じっている。ＤＲＯＰさせる信号光については、波長ごとに、外部制御装置４から制御装置３に対して、ＤＲＯＰポートが指定される。これに応じて制御装置３はビームステアリングエレメントアレイドライバ１０７を介してビームステアリングエレメントアレイ１１０の前記波長に対応するエレメントに、波長選択スイッチ１ａの出力ポートを設定する。そして、例えばＤＲＯＰポート１０１０２から波長光ＣがＤＲＯＰされる。一方、波長ルーティング装置を通過させる信号光波長についても外部制御装置４から制御装置３に指示が下る。制御装置３は指定された波長について、エクスプレスポート１０１０１に結合するようポート設定を行う。

前記ＤＲＯＰポート１０１０２の延長には例えば受信素子があり光信号を電気信号に変換する。このような場合はもちろんＤＲＯＰポート１０１０２には１つの波長光のみがＤＲＯＰされる。

一方、波長選択スイッチ２ａに対しては、エクスプレスポート１０１０１から送信段２に入力する信号光すべてをＯＵＴポート２０１０１から出力するよう制御装置３から指令され、波長選択スイッチ２ａはそのようにポート設定が行われる。

前記ＤＲＯＰポートのポート数に応じて１つまたは複数存在するＡＤＤポートは、１ポートに１波長が対応して信号光発信源が接続されている。制御装置３は前記ＡＤＤポート個々の波長に応じてすべてがＯＵＴポート２０１０１に結合するよう波長選択スイッチ２ａに対して指令する。そして波長選択スイッチ２ａは例えば任意のＡＤＤポート２０１０２から発せられた所定の単波長信号光を前記ＯＵＴポート２０１０１から出力するようポート設定を行う。

ＯＵＴポート２０１０１からは、受信段１を経てエクスプレスポート１０１０１から入力された波長ルーティング装置を通過する信号光と、波長選択スイッチ２ａのＡＤＤポートから入力された信号光とが合波されて出力される。この出力される信号光について、波長選択スイッチ２ａの分光モニタ装置により、上述の２つの実施例と同様にその分光特性を測定する。モニタ結果は、制御装置３へフィードバックされ、制御装置３から波長選択スイッチ１ａに対して分光特性のイコライジング指令が出され、それを受けての波長選択スイッチ１ａはイコライジングを実行して、波長選択スイッチ２ａへ通過信号光を出力する。

また、波長選択スイッチ１ａに設けられたビームステアリングモニタ装置は、入力した信号光に含まれる複数の波長光のうち、どの波長光がエクスプレスポートに出力されるか、また、どの波長光がどのＤＲＯＰポートに出力されているか、をモニタする。

外部制御装置４から、波長別光路切り替え装置に波長光の出力先の切り替えが指令された場合には、ビームステアリングエレメント１０６、２０６が光路を切り替える間に、切り替える波長光に対応する波長選択スイッチ１ａまたは波長選択スイッチ２ａ、或いはその両方のシャッターエレメントが光路を遮断する。

本実施例によれば、装置全体のコストを抑えつつ、アッテネーション機能とアドドロップ機能を有する波長ルーティング装置を構成することができる。また信号光の分光エネルギーを損なうことなく分光計測ができるため、装置全体のスループット向上を向上させることができる。

図７に本発明による第３の実施例を示す。図７に示したものは実施例２における受信段１と送信段２の間に制御装置３によって制御される光増幅器５を挿入したものである。その動作詳細については発明の実施の形態における記述と重複するので割愛する。

本実施例は、ＲＯＡＤＭの受信段１の受信段エクスプレスポート１０１０１の次に光増幅器５が接続され、光増幅器５の出力部と送信段２に入力する送信段エクスプレスポート２０１０３とを接続された構成となっている。光増幅器５は制御装置３と接続され、制御装置３により増幅率が制御されている。

実施例２のＲＯＡＤＭでは、通過ＷＤＭ信号光の方は長距離オプティカルファイバ内を伝送されてから本ＲＯＡＤＭに入力するので、光源部から直接的に波長選択スイッチ２ａに入力される前記ＡＤＤ信号光に比べて光強度がずっと弱い場合が多い。そこで、制御装置３は、波長選択スイッチ２ａの分光モニタにおいて計測され制御装置３にフィードバックされたエクスプレス信号光とＡＤＤ信号光の分光特性情報をもとに、波長選択スイッチ１ａに対して通過ＷＤＭ信号光に対する適切なイコライジング動作を指令するとともに、光増幅器５を制御し前記ＡＤＤ信号光と強度差が所定の範囲内に収まるよう通過ＷＤＭ信号光を増幅するように制御する。

本実施例においては、更に、受信段１を経て送信段２に入力されたエクスプレス信号光の強度をイコライジングするとともに、受信段１と送信段２とのあいだに設けられた増幅器によって、送信段２にＡＤＤされた信号光と同等の強度に揃えることができるので、均一な強度を有する複数の波長成分からなるエクスプレス信号光を生成することができ、かつアドドロップ機能を有する波長ルーティング装置を構成することができる。

上述の3つの実施形態において、制御装置は外部制御装置４に接続した制御装置３の中に各制御ユニット３０１、３０２、３０３を内蔵したものについて説明したが、本発明の各制御ユニットの配置はこの形態にとらわれるものではない。

・・・本発明の波長ルーティング装置の全体構成を示す図である。・・・受信段入出力ポート部の拡大図である。・・・受信段ビームステアリングエレメントアレイ部を説明する図である。・・・シャッターエレメントアレイ部を説明する図である。・・・実施例１の全体構成を示すブロック図である。・・・実施例２の全体構成を示すブロック図である。・・・実施例３の全体構成を示すブロック図である。

符号の説明

１受信段、２送信段、３制御装置、４外部制御装置、５光増幅器、１０１受信段入出力ポートアレイ、１０２受信段レンズアレイ、１０３受信段リレーレンズ、１０４受信段リトローレンズ、１０５受信段反射グレーティング、１０６受信段ビームステアリングエレメントアレイ、１０７受信段ビームステアリングエレメントアレイドライバ、１０８ビームステアリングモニタ光学系、１０９ビームステアリングモニタ、１１０受信段シャッターエレメントアレイ、１１１受信段シャッターエレメントアレイドライバ、２０１送信段入出力ポートアレイ、２０２送信段レンズアレイ、２０３送信段リレーレンズ、２０４送信段リトローレンズ、２０５送信段反射グレーティング、２０６送信段ビームステアリングエレメントアレイ、２０７送信段ビームステアリングエレメントアレイドライバ、２０８分光モニタ光学系、２０９分光モニタ１次元デテクタアレイ、２１０送信段シャッターエレメントアレイ、２１１送信段シャッターエレメントアレイドライバ、３０１分光アッテネーション制御ユニット、３０２ビームステアリング制御ユニット、３０３シャッター制御ユニット、１１０１受信段シャッターエレメント、２１０１送信段シャッターエレメント、Ｉ１１信段第一中間像、Ｉ１２受信段ビームステアリングエレメントアレイ共役像、Ｉ２１送信段第一中間像

Claims

少なくとも１個の入力ポートと、複数の出力ポートと、前記入力ポートから入力された信号光を波長要素ごと複数の波長光に分光し、波長光ごとに減衰操作を行う分光アッテネーション手段と、前記波長光を前記出力ポートのいずれかに向かうよう偏向させる偏向手段とを有する波長選択スイッチを、単数または複数有する受信段と、
少なくとも1つのポートが前記受信段の出力ポートと光経路によって連結された複数の入力ポートと、少なくとも１個の出力ポートと、前記入力ポートからの入力光の分光特性をモニタする分光モニタ装置と、前記入力ポートから入射した波長光を前記出力ポートに向かうよう偏向させる偏向手段とを有する波長選択スイッチを、単数または複数有する送信段と、
前記分光モニタ装置でモニタされた分光特性に基づいて、前記分光アッテネーション手段に前記波長要素ごとの減衰量を指示する分光アッテネーション制御ユニットを有する制御装置と、を有する波長ルーティング装置。
前記送信段および前記受信段の波長選択スイッチは、前記入力ポートからの入力光を、前記入力光を構成する個々の波長要素に分波する分波手段と、前記波長要素のそれぞれに対応して配置され、対応する波長光を前記出力ポートのいずれかに向かわせる前記偏向手段と、前記偏向手段によって偏向した前記個々の波長光を受けて、同じ出力ポートに向かう波長光どうしを合波する合波手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の波長ルーティング装置。
前記受信段の波長選択スイッチの前記偏向手段は、前記波長要素のそれぞれに対応して配列され、対応する波長光の伝搬方向を制御可能に構成されたビームステアリングエレメントのアレイであり、
更に、前記波長光の伝搬方向を波長要素ごとに独立してかつ連続的に偏向するよう前記ビームステアリングエレメントのそれぞれを駆動させるビームステアリングエレメントアレイ駆動手段を有し、
前記分光モニタ装置は、前記送信段の波長選択スイッチの合波手段から発生する前記合波光とは異なる回折次数の光を受光して分光特性をモニタし、
前記分光アッテネーション制御ユニットは、前記分光モニタ装置でモニタされた前記分光特性に基づいて、前記ビームステアリングエレメントアレイ駆動装置を制御することを特徴とする請求項２に記載の波長ルーティング装置。
前記受信段を形成する波長選択スイッチは更に、
該波長選択スイッチの合波手段による合波光とは異なる回折次数の回折光を入射して、前記ビームステアリングエレメントアレイの共役像を形成するビームステアリングモニタ光学系と、前記共役像から前記ビームステアリングモニタ光学系の光軸方向に一定距離離れた位置に設置され、前記ビームステアリングエレメントの個々に対応する波長光を受光して、各々の波長光の重心位置を検出するビームステアリングセンサと、を有するビームステアリングモニタを有することを特徴とする請求項３に記載の波長ルーティング装置。
前記制御装置は更に、前記ビームステアリングモニタからの出力に基づいて前記ビームステアリングエレメントアレイ駆動装置を制御するビームステアリング制御ユニットを有することを特徴とする請求項４に記載の波長ルーティング装置。
前記受信段を構成する波長選択スイッチと送信段を構成する波長選択スイッチとの少なくとも一方は、前記偏向手段の直前に設置され、前記偏向手段に向かう前記波長要素ごとに配置され、前記偏向手段に向かう波長要素を遮断するシャッターエレメントからなるシャッターエレメントアレイと、前記シャッターエレメントアレイを駆動するシャッターエレメントアレイ駆動装置とを有し、
前記制御装置は、前記シャッターエレエレメントアレイ駆動装置を制御するシャッターエレメントアレイ制御ユニットを有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の波長ルーティング装置。
前記受信段は複数の前記波長選択スイッチから構成され、
前記送信段は複数の前記波長選択スイッチから構成され、
前記受信段の各波長選択スイッチの前記複数の出力ポートと、前記送信段の前記各波長選択スイッチの前記複数の入力ポートとが接続されていて、前記受信段の全ての波長選択スイッチと、前記送信段の全ての波長選択スイッチとのいかなる組み合わせをも実現されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の波長ルーティング装置。
前記受信段は１つの波長選択スイッチを有し、該波長選択スイッチの前記複数の出力ポートのうち、１つはエクスプレスポートであり、それ以外のポートはドロップポートであり、
前記送信段は１つの波長選択スイッチを有し、該波長選択スイッチの前記複数の入力ポートのうち、１つのポートはエクスプレスポートであり、それ以外のポートはアドポートであって、
前記受信段のエクスプレスポートと前記送信段波長スイッチのエクスプレスポートとが光伝送路で接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の波長ルーティング装置。
前記受信段のエクスプレスポートと前記送信段のエクスプレスポートとの間の光伝送経路に光増幅器を有し、
前記分光アッテネーション制御ユニットは、前記送信段の分光モニタ装置によって得られた分光特性に基づいて、前記分光アッテネーション手段を制御し、前記エクスプレスポートから入力された信号光の強度と、前記アドポートから入力された信号光の強度に基づいて前記光増幅器による増幅量を制御することを特徴とする請求項８に記載の波長ルーティング装置。