JP2014533018A - 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

Abstract

拡張可能光スイッチを含む電気通信スイッチであって、拡張可能光スイッチが、Ｎ入力?Ｍ出力のスイッチを、新たな数のＮ個の入力および／または新たな数のＭ個の出力に任意に拡張できるようにする電気通信スイッチが提示される。信号バイパスラインを制御する内部スイッチブロックを有するスイッチも提供され、これらのスイッチは、拡張可能スイッチに有用である。

Description

関連出願の相互参照
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。

本発明の技術分野は、光通信システム用の所望のスイッチング機能を実現するために、スイッチシステムを拡張するようにモジュール形態で構成された光スイッチデバイスに基づく光スイッチのスケーラブルシステムに関する。本発明は、さらに、拡張可能なモジュール式の光スイッチング機能を組み込む光ネットワークに関する。

現代の光通信ネットワークは、テレフォニー、デジタルビデオ、インターネット、および他のタイプのデジタルデータの多様なストリームを方向付けるために、遠距離、地域、およびメトロポリタン通信ハブを相互接続するために一般的に使用されている。これらのネットワークに対するますます高まる容量面および速度面での要求を最も効率的かつ経済的に管理するための手段として、多くの通信チャネルが、毎秒最大１０ギガビットをそれぞれ搬送するストリームに集約され、現在では、毎秒４０〜１００ギガビットのものが登場しており、将来的には、集約データストリーム当たり毎秒数百ギガビットが見込まれる。これらのデータストリームの多くは、波長分割多重（ＷＤＭ）を利用するネットワークにおいて、各ファイバを介して同時に伝送され、ここで、各ストリームは、ファイバ内の他のストリームに関する全ての他の波長とわずかに異なるが、十分に区別可能な光波長を有する光信号によって搬送される。これらの光ストリームは通常、光ファイバリンクの各端部にある様々なよく知られている光学フィルタ構成要素によって、必要に応じて複合および分離される。

これらの光ネットワークは、光ファイバが「ノード」で交差する多くの位置を含む。これらのノードは、多くの点で、複雑な幹線道路システムの交差点と同様である。多くのトラフィックが各ファイバに沿ってノードに達するが、任意のファイバ上の全てのトラフィックが、必ずしも同じ宛先に向けられるわけではない。トラフィックのいくらかは、ノードに対してローカルな宛先に向けられていることがあり、ノードに対してローカルで生じる新たなトラフィックが存在することがあり、他のトラフィックは、ノードから様々なアウトバウンドファイバを介して独立して再経路指定する必要があることがある。これらのノードでのトラフィックの必要な再構成の実施は、スイッチによって提供される。

近年まで、そのようなスイッチングを提供するための主な手段は、電子的なものである。これを達成するために、各ファイバでのあらゆる波長が、個々の物理的チャネルに分離され、次いで、それらの波長それぞれでのデータが、光受信機によって２値電気データに変換される。全てのデータが電子形態になった後、データを、多数の取り得る構成の任意のもので電子スイッチングマトリックスにパイプして、複数の出力チャネルでの適切なグループに再編成することができる。次いで、各出力チャネルでのデータが、特定の所定の波長を有する各出力で光送信機によって光学データに再び変換され、各出力ファイバに向けられた異なる波長でのデータストリームが、再び多重化され、そのファイバに挿入される。また、ローカルトラフィックに関連付けられる入力および出力データストリームが存在することもあり、これは、スイッチングマトリックスでの追加のポートを使用して、ノードを通過するデータと一体化することができる。各波長で使用されるデータレートで、電子／光受信機および送信機は、純粋に光学的なディスパッチに比べて、比較的高価であり、嵩張り、電力を消費する。また、電気スイッチマトリックス内部で、マトリックスを通るあらゆるデータビットをプッシュするために電力が必要とされ、マトリックスを通って移動する毎秒数千億または数兆のビットが存在することがある。原理的には、電子スイッチングは、再構成、フォーマット化、同期、および送信前のデータの提示の他の最適化において最高のフレキシビリティを提供することができる。しかし、現代のノードを通過するデータの量に関して、これまで、全てを電子的にスイッチすることは簡単には実用的でなく、基本的なハードウェアを提供するための電子回路もサポート可能でない。さらに、ノードを通過する帯域幅は、時と共に増加すると予想される。

本出願の十数年前から、電子スイッチングを補完するために光スイッチング技術が登場し、実際、ノードを通過するデータの帯域幅の増加を可能にしている。光スイッチングは、一般に、各波長を一まとまりとして扱い、各波長をノード内のその宛先に、すなわちローカルトラフィックに関連付けられる出力ファイバまたは波長チャネルに透明に渡す。透明な光スイッチは、指定された入力ファイバでの指定された波長での光が所望の出力ファイバまたはローカルポートに線形に直接渡されるようにする物理的な経路を効果的に確立する。そのようなスイッチは、本質的には、その光学チャネルに関して指定された光波長範囲内にある限り、フォーマットまたは内容に関係なく、任意の光学データを渡す。光スイッチは、光波長内部の詳細なデータを変更することができないので、電子スイッチほどフレキシブルではない。しかし、より重要なことには、その波長に関するデータをスイッチするのに必要とされる電力は、スイッチを介する光学経路を確立して維持するのに必要とされる電力の量にすぎず、これは一般に、同じデータを電子的にスイッチするのに必要なよりも数桁小さい。電力消費は、しばしば、ノードによって管理することができる帯域幅に関する制限要因であるので、光スイッチングは、遠隔構成の好適な方法であるだけでなく、明らかに、光ネットワークの現在および将来のパフォーマンスレベルを可能にする。

米国特許出願公開第２００９／００６７８４５号

Ｍ．Ｆｅｕｅｒ他、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．Ｂ，Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，Ｃｈａｐｔｅｒ ８，２００８ Ｓ．Ｇｒｉｎｇｅｒｉ他、ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｎ．Ｍａｇ．，ｐ．４０，Ｊｕｌｙ ２０１０ Ｌ．Ｎｅｌｓｏｎ他、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｐ．２９３３，２０１０ Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ他、ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ，ｐａｐｅｒ ＯＴｕＤ３，２０１１

電子スイッチングが実用的なスケーラビリティを提供する１つの良く受け入れられる手法は、モジュール式の拡張によるものである。中くらいのサイズのスイッチの要件をサポートする基本的なスイッチングモジュールが提供される。より大きなサイズのスイッチが望まれるとき、新たな望まれるスイッチサイズを提供するさらなる構成要素を作成するのではなく、拡張可能スイッチの複数のモジュールを相互接続することができ、モジュール間の通信により、モジュールのセットが、より大きなスイッチとして働くことができるようになる。本発明の以前には、光スイッチング構成要素は、有用な同様の機能を提供することができなかった。光スイッチング構成要素は、一般に、１つの構成要素の標準的な出力をさらなる構成要素の標準的な入力に接続することによってカスケード化可能である。しかし、これは、幾何学的な拡張しか提供せず、すなわち、１つの１×８スイッチから８個の１×８スイッチをカスケード化して、１×６４スイッチを作成することができる。この幾何学的な進行は、非常に速く大きくなりすぎるため有用なものとならず、モジュール式の拡張可能スイッチでの要件を実際には提供しない。本発明の目的は、集積光スイッチングアレイおよびモジュールの線形的な拡張をサポートするための手段を提供することである。これらの革新の技術的な知見は、光スイッチング構成要素に関する主要な光学回路の概略的周縁部にある追加の光学回路要素の小さな区域が拡張ポートを提供することができ、これらが、複数のモジュールを線形構成で相互接続させることを可能にし、これらの拡張ポートにより、線形拡張を成すための光スイッチング構成要素間の所要の通信が実用的なものになることを表す。本明細書で述べる革新の原理は、様々な共通の光スイッチングアーキテクチャに拡張機能を提供するために適用することができる。したがって、本発明の革新は、本明細書で述べる光スイッチアーキテクチャの基本的なクラスの任意のものに関して、線形に拡張可能な光スイッチングモジュールからのスケーラブル光スイッチングシステムを可能にする。本明細書で述べるアーキテクチャへの本発明の適用は例示的なものであり、これらの教示の利益を受ける当業者は、本発明を光スイッチアーキテクチャの他の構成に適用することが可能である。

第１の態様では、本発明は、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に関する。フォトニクス集積回路は、Ｎ（Ｎ＞１）個の入力光学ポートと、各入力ポートに関連付けられる入力光路と、Ｍ（Ｍ≧１）個の光学出力ポートと、各出力ポートに関連付けられる出力光路と、各出力ポートに関連付けられるバイパス光スイッチボックスと、Ｐ（Ｐ≧１）個の拡張入力ポートと、各拡張入力ポートに関連付けられ、関連のバイパススイッチブロックに接続する拡張光路と、前記入力光路と出力光路に関連付けられるバイパス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備える。

さらなる態様では、本発明は、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に関する。フォトニクス集積回路が、Ｎ（Ｎ＞１）個の入力光学ポートと、各入力ポートに関連付けられる入力光路と、Ｍ（Ｍ≧１）個の光学出力ポートと、各出力ポートに関連付けられる出力光路と、各入力ポートに関連付けられるバイパス光スイッチボックスと、Ｑ（Ｑ≧１）個の拡張出力ポートと、各拡張出力ポートに関連付けられ、関連のバイパススイッチブロックに接続する拡張光路と、入力光路に関連付けられるバイパススイッチブロックと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関連の光路とを備える。

さらなる態様では、本発明は、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デバイスに関する。スイッチデバイスは、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_Ｌ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、Ｎ_Ｌの和が、入力ポートの選択された数に等しい。先頭モジュールでない各光スイッチングモジュールは、それぞれの出力ポートにバイパススイッチを介して結合された１組の拡張入力ポートを有することができ、末尾モジュールでない各光学モジュールは、別のモジュールの拡張入力ポートに結合された１組の出力ポートを有することができる。

他の態様では、本発明は、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作用を動的に構成するための拡張可能光スイッチデバイスであって、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、末尾モジュール、および任意選択の中間モジュールを有する構成を形成する拡張可能光スイッチデバイスに関する。各光スイッチングモジュールＬは、Ｎ個の入力ポートおよびＭ_Ｌ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ることができ、Ｍ_Ｌの和が、出力ポートの前記選択された数に等しい。末尾モジュールでない各光スイッチングモジュールは、それぞれの入力ポートにバイパススイッチを介して結合された１組の拡張出力ポートを有することができ、先頭モジュールでない各光学モジュールは、別のモジュールの拡張出力ポートに結合された１組の入力ポートを有することができる。

さらに、本発明は、複数のノードと、ノードに接続された２つの別個の光学リングと、各光学リングとＮ個の出力光学ラインとの間の光学接続を提供する各ノードでの光学ブランチとを備える光学リングネットワークであって、光学ブランチが、それぞれのリングにそれぞれ接続される２つの１×Ｎ光スイッチと、それぞれの１×Ｎ光スイッチとＮ個の光学ラインとを接続するＮ個の２×１バイパススイッチとを備える光学リングネットワークに関する。

さらに、本発明は、Ｎ個の光学光路と、Ｎ’×Ｍ’クロスコネクトスイッチ（ＯＸＣ）と、Ｎ’’×Ｍ’’マルチキャストスイッチ（ＭＣＳ）と、１組のバイパススイッチと、ＯＸＣ出力とバイパススイッチとの間の１組のバイパス光路とを備える光ネットワークスイッチングノードであって、バイパススイッチがＭＣＳ出力にも接続される光ネットワークスイッチングノードに関する。

さらなる態様では、本発明は、Ｎ個の入力光路と、ドロップバンクと、コンテンション緩和構造とを備える光ネットワークスイッチングノードであって、ドロップバンクが、マルチキャストスイッチ（ＭＣＳ）を備え、コンテンション緩和構造が、選択光スイッチを備え、選択光スイッチからの出力が、ＭＣＳの入力に光チャネルを介して方向付けられ、Ｎ個の入力光路が、コンテンション緩和構造への入力を提供するサブセットと、ドロップバンクへの入力を提供するさらなるサブセットとに分割される光ネットワークスイッチングノードに関する。

Ｎ個の入力とＭ個の出力とを有する光スイッチを示す図である。 拡張ポートに具備された少なくとも１つのスイッチを有するスイッチアセンブリを示す図である。 拡張ポートに具備された少なくとも１つのスイッチを有するスイッチアセンブリの代替実施形態を示す図である。 Ｎ×Ｍスイッチを提供するために相互接続された４つのモジュールを示す図である。 拡張可能スイッチングモジュールを示す図である。 複数のバイパスラインを有する拡張可能スイッチを示す図である。 一体に組み立てられた１グループの拡張可能スイッチを示す図である。 拡張可能マルチキャストスイッチを示す図である。 拡張可能マルチキャストスイッチのアセンブリを示す図である。 図８のスイッチの下位区域を示す図である。 マルチキャストスイッチに関する代替の拡張可能４×１回路を示す図である。 マルチキャストスイッチに関する別の代替の拡張可能４×１回路を示す図である。 拡張可能４×３平坦光導波路回路（ＰＬＣ）クロスコネクトの概念的な配置を示す図である。 拡張可能ＰＬＣに関するレイアウトの一実施形態を示す図である。 拡張可能スイッチの機能図である。 図１５のスイッチの光学モジュールの機能図である。 図１５のスイッチのモジュールの接続の機能図である。 カードの表側のモデルの斜視図である。 図１８Ａのカードの裏側の斜視図である。 図１８Ａのカードのサブアセンブリの平面図である。 図１８Ａのカードのサブアセンブリの斜視図である。 図１８Ａのカードのサブアセンブリの斜視図である。 図１８Ａのカードのサブアセンブリの斜視図である。 図１８Ａのカードの拡張可能スイッチに関するレイアウトの上面図である。 マルチキャストスイッチの一実施形態を示す図である。 マルチキャストスイッチの代替実施形態を示す図である。 ＣＲでの受信された光パワーのグラフである。 交差スイッチロードバランサを有するマルチキャストＲＯＡＤＭの一実施形態を示す図である。 様々なマルチキャストスイッチタイプおよびドロップ率を使用するＲＯＡＤＭコストの棒グラフである。 ８個のプログラム可能なスプリッタを使用するＲＯＡＤＭに関する改良されたアーキテクチャを示す図である。 ＭＺＩベースのプログラム可能なスプリッタおよび例示的な仕様を示す図である。 初期トラフィックフローがただ１つの方向から来る場合に関するＭＣＳを示す図である。 初期トラフィックフローが均一に全ての方向から来る場合に関するＭＣＳを示す図である。 完全に自動のフレキシビリティが提供される場合に関するＭＣＳを示す図である。 様々なハードウェアコンテンション緩和オプションの概略図である。 コンテンション緩和機能を有するＣＤアーキテクチャの概略図である。 １組のノードを接続する並列光学経路を有するリングネットワークの概念図である。 ノード構造の一例を示す図である。

スケーラブル光スイッチモジュールが、多数の光学経路を備えることができる光ネットワーク用の光スイッチング機能を提供する。スイッチモジュールは、作動可能な１：２光スイッチ要素と、２：２光スイッチと、スプリッタと、結合器とのアレイを備えることができ、１次元での統合機能のための３組の光学ラインへの接続、または２次元での統合機能のための４組の光学ラインへの接続を提供することができる。スイッチング機能を定義する２つの基本的な次元は、入力光学ラインと、出力光学ラインとを含む。いくつかの実施形態では、光スイッチングモジュールは、バイパススイッチを有することができ、モジュールのアレイへの統合時に、モジュール内部の特定の入出力ラインに関してスイッチング機能が行われない場合に、スイッチ要素を通る伝送による対応する光損失を減少させるように光学回路要素のストリングのバイパスを提供する。損失を減少させた光スイッチモジュールを利用できることにより、スケーラブル光スイッチング機能をより活用することができるネットワークアーキテクチャを設計することができる。したがって、スケーラブル光スイッチの使用に基づいて、光ネットワークアーキテクチャのより単純なスケーリングを実現することができる。純粋に光学的なスイッチを使用して大きなスケールの光スイッチングを行うことができることに基づいて、ネットワーク内部の光／電気変換器の数を大幅に減少させることができ、これは、資本経費を大幅に減少させ、かつ電力消費を大幅に減少させる。拡張可能スイッチは、平坦な光回路の形態で好適に構成することができるが、これらの設計はまた、光ファイバと接続された１×２または２×２スイッチなど、自由空間構成要素から構成することもできる。拡張可能スイッチは、平坦な光回路の形態で好適に構成することができるが、これらの設計はまた、光ファイバと接続された１×２または２×２スイッチなど、自由空間構成要素から構成することもできる。

全ての通信ネットワークと同様に、光ネットワークは、伝送の経路指定を可能にするために様々な接続を提供するようにスイッチング機能を統合する。例えば、より長距離の伝送経路は、送信側と受信側に関連付けられる最終的な経路の間で光信号を方向付けるために、ブランチによって接続される。特定の通信またはそれらの一部分の分離は、より長距離のトランクを介して送信される複合伝送、すなわち複合信号、ラインでの波長および／または時間微分に基づくことができる。ネットワーク上のある位置で、光帯域内の特定の信号を隔離して経路指定するために光帯域を分割することができ、同様に、複合信号ラインを介する伝送のために個々の通信が複合される。光スイッチング機能は、まず、適切な受信機によって光信号を電子信号に変換することによって、電子スイッチングを使用して行うことができる。しかし、電子信号への光信号の変換を減少させて効率的な光スイッチングを行うことができる場合、最終的にコストをかなり減少させることができ、および／またはスイッチング能力を大幅に高めることができる。本明細書で述べる光スイッチングモジュールは、光学回路要素のアレイと共に、平坦な光学回路の複数の次元に沿って光学接続を提供することによって、望ましいスケーラビリティを提供する。

光スイッチングを適切にスケール調整することができない場合、光スイッチングは、限られたネットワークアーキテクチャでしか使用することができない。したがって、次数４のスイッチングノードに基づくスイッチング機能を提供するために、メッシュ光ネットワークが述べられている。参照により本明細書に援用するＰｒａｓａｎｎａ他の”Ｖｅｒｓａｔｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ ａｎｄ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ ＷＳＳ Ｂａｓｅｄ ＲＯＡＤＭ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，”ＣＯＭＳＮＥＴ ２００９ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｊａｎｕａｒｙ ２００９，Ｂａｎｇａｌｏｒｅ，Ｉｎｄｉａを参照されたい。平坦な光学回路は、単一のウェハ上での１６×１６光学マトリックススイッチングに対応するように設計されている。参照により本明細書に援用するＧｏｈ他の”Ｌｏｗ Ｌｏｓｓ ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ Ｒａｔｉｏ Ｓｔｒｉｃｔｌｙ Ｎｏｎ−Ｂｌｏｃｋｉｎｇ １６ ｘ １６ Ｔｈｅｒｍｏｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｓｗｉｔｃｈ ｏｎ ａ ６−ｉｎ Ｗａｆｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｓｉｌｉｃａ−Ｂａｓｅｄ Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，”Ｊ．ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９（３），ｐｐ ３７１−３７９（Ｍａｒｃｈ ２００１）を参照されたい。しかし、Ｇｏｈ他の文献に記載されている１６×１６光スイッチの設計は、簡単なスケーリングを提供しない。本明細書で述べる光スイッチング回路は、回路内に接続性の追加層を導入することによって高度なスケーラビリティを提供し、ここで、個々の光学回路はそれぞれ、スイッチのｎ×ｍアレイを提供する。ｎ×ｍアレイは、ｎ個の入力光学ポートと、ｍ個の出力光学ポートとに関連付けることができる。スイッチング機能は、ネットワーク内部で所望のスイッチングを提供するために、Ｎ個の入力ラインとＭ個の出力ラインに参照付けることができ、Ｎ×Ｍスイッチング機能は、個々のモジュールのｎ×ｍスイッチング機能の適切な統合によって達成することができる。

光スイッチングと電子スイッチングは、スイッチングノードで補完し合う。改良が引き続き行われているが、電子スイッチングの基本的な特徴はよく確立されている。しかし、光スイッチングの技術は依然として開発途上であり、期待される分野に光スイッチングデバイスが完全に対応し始めるためには、様々な革新が依然として必要とされている。一般に、現在および将来の光スイッチングシステムは、いくつかの基本的なアーキテクチャクラスに入る。これらのクラスの間に明確な普遍的に受け入れられる境界はないが、一般には、以下のようなものである。基本的な再構成可能な光学アド−ドロップマルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）；波長選択スイッチ（ＷＳＳ）；光クロスコネクト（ＯＸＣ、またはそれほど一般ではないが、ＯＣＸ）；単一のブランチング（１×Ｎ、Ｎ×１）；およびマルチキャストスイッチ（ＭＣＳ）。これらのクラスそれぞれに関する根本的な動作特性は、よく確立されている。

要約すると、基本的なＲＯＡＤＭは、入力ファイバでの各波長に関して、その波長が、対応する出力ファイバに経路指定されるか、またはローカルポートもしくは異なるファイバ対にドロップされるかを独立して判断することができる機能を提供する。さらに、基本的なＲＯＡＤＭにおいて、ドロップされ、したがって直接的には出力に経路指定されない任意の波長を使用して、ローカルポートまたは他のファイバ対から出力ファイバに新たな光学データストリームを導入することができる。光ネットワーキング技術において、「ＲＯＡＤＭ」と呼ばれる２つの非常に異なるものが存在するという好ましくない状況がある。ＲＯＡＤＭ構成要素は、前述したようなものであるが、より高度なＲＯＡＤＭシステムも存在し、そのようなＲＯＡＤＭシステムは、より多数の入出力ファイバ対の間で個々の波長を選択的にドロップする、または経路指定して通すために使用することができる。本来、ＲＯＡＤＭシステムは、単に、ＲＯＡＤＭ構成要素と、それらをつなぎ合わせる制御システムとの集合体であり、共通の名前でも問題なかった。しかし、これらのより高次のＲＯＡＤＭは進化しており、しばしば、例えばＷＳＳ、ＯＸＣ、およびＭＣＳを含む他のクラスの光スイッチのいくつかを備える。レガシーＲＯＡＤＭ構成要素は依然として存在するが、現在、用語「ＲＯＡＤＭ」は、より一般的により高次のシステムを表す。したがって、用語「ＲＯＡＤＭ」は、特に「ＲＯＡＤＭ構成要素」と記載しない限り、より高次のＲＯＡＤＭシステムを表すものとする。拡張可能ＭＣＳを組み込むＲＯＡＤＭと共に、拡張可能ＯＸＣおよびＭＣＳの特定の実施形態を以下に提示する。

現在のＷＳＳクラススイッチは、単一の入力と複数の出力とを有し、入力での各波長は、任意の出力に独立して経路指定することができ、各出力は、入力ファイバでの任意の数の波長に対応することができる。ＷＳＳは、ほとんどのクラスの透明な光スイッチと同様に、入力から出力に伝播する光信号または同じ出力から入力に伝播する光信号に関して、入力と出力の間の接続を同等に良好に提供する。したがって、用語「入力」および「出力」は、動作原理を述べるために単に便宜的に使用されるが、実際には、それらは、記載通りに使用されることも、逆向きに使用されることもある。また、現在、単一の構成要素が複数の入力と複数の出力との間で波長を経路指定することができる将来のＷＳＳクラススイッチに関する考察も多く成されているが、現在のところ、複数のディスクリート構成要素を使用するより高次のシステムとしてそのような機能を提供することしか実用的でない。

ＯＸＣは、以下に説明するように、任意の順序の一連の入力ポートを、通常は同数の出力ポート（しかし、より一般的には、異なる数の出力ポート）に対して提供する。これは、例えば、１つの特定のファイバからのただ１つの特定の波長を各ポートが搬送する１組の入力ポートを、任意のファイバからの任意の波長を搬送するように各出力ポートをプログラムすることができる１組の出力ポートに変換することができる。単純なブランチングスイッチは、基本的な１×Ｎスイッチングを提供し、単一の入力ポートでの光信号全てが、Ｎ個の出力ポートの１つにまとめて経路指定される。このスイッチは逆にすることもでき、Ｎ個の個別の光信号がＮ個のポートに入り、スイッチが、それらのポートのただ１つからの信号を、出力として単一の「入力」ポートに経路指定されるように選択する。

Ｍ×Ｎマルチキャストスイッチは、Ｍ個の入力チャネルでＭ個の１×Ｎスプリッタを使用して、各入力ポートでの光信号全てをＮ個の出力それぞれに向けて分散させる。Ｎ個の出力はそれぞれ、その独自のＭ×１セレクタスイッチを有して、所望の入力ポートからの信号を隔離する。ＭＣＳは、光学フィルタリングを有さないという基本的な利点を有し、したがって、各波長でのデータに対して透明であるだけでなく、波長セット構成自体に対して透明であり（「無色」）、すなわち、任意の特定の波長グリッド仕様またはチャネル帯域幅に波長チャネルが適合する必要がない。この透明性の追加による主な犠牲は、入力ステージでの光分割による信号パワーの減少であり、いくつかの用途でのＭＣＳは、信号レベルをブーストし、各入力に関するさらなる損失を補償するために、光増幅器のアレイを含む。

通信ネットワークでの光学ノードは、これらのクラスの１つまたは複数からの光スイッチング構成要素の１つまたは複数を備えることができる。ネットワークがより大きく、かつより複雑になるにつれて、スケーラビリティが、一般に大きな問題になることがあり、スイッチング機能に関して特に重要である。所望の光学ノードは、以下にさらに説明するように、無色、無指向性、および無コンテンションとなるように構成される。これらのネットワークの性質において、これらのノードそれぞれに関する公称で最良の構成の大きな変化がある。光スイッチング構成要素に関する現況技術では、各製品が特定のポート数をサポートする傾向があり、異なるポート数を提供する同様の構成要素を実現するには別途の製品開発が必要である。これは、様々な光学ノードの要件に最も適切に対応する多様化を妨げ、ノード設計を、あまり効率的でない「ｏｎｅ−ｓｉｚｅ−ｆｉｔｓ−ａｌｌ（フリーサイズ）」手法に向かわせる。基本的な光スイッチングクラスの任意の１つまたは複数を使用する光スイッチングマトリックスのサイズをよりフレキシブルに適応させるための手段が明らかに現在必要である。本明細書で述べる拡張可能スイッチは、適応可能なノード設計に関する重要な革新性のある構成要素を提供する。

本明細書で述べる光スイッチング機能は、個々のスイッチングモジュールを、個々の光学回路モジュールから組み立てられた効率的なより大きなスイッチングアレイに統合することによって、スケール調整することができる。スケーラビリティを提供するためのモジュールの統合は、１次元または２次元で行うことができる。１次元での統合を行うために、光学回路は、寸法（ｂ・ｎ）×ｍのスイッチングを有する効果的な拡張アレイを形成するためには、ｎ個の入力光学ポートに対応する追加の１組のポートを用いて設計することができ、または寸法ｎ×（ｃ・ｍ）のスイッチングを有する効果的な拡張アレイを形成するためには、ｍ個の出力光学ポートに対応する追加の１組のポートを用いて設計することができる。パラメータｂは、ｎ×ｍ光学回路の数であり、これらの回路は、拡張スイッチングアレイを形成するために入力ラインに関して相互接続され、同様に、パラメータｃは、ｎ×ｍ光学回路の数であり、これらの回路は、拡張スイッチングアレイを形成するために出力ラインに関して相互接続される。２次元での光学的統合に関して、光学回路モジュールは、４組の光学ポートを用いて、すなわち２組のｎ個のポートと、２組のｍ個のポートを用いて形成される。このとき、これらの光学回路は、（ｂ・ｎ）×（ｃ・ｍ）スイッチング機能を備える拡張アレイに組み立てることができる。パラメータｎは、パラメータｍと等しくてよいが、必ずしも等しくなくてもよい。

個々の光学回路は、ｎ個の入力をｍ個の出力と接続する（２×２または２×１）光スイッチのアレイを備えることができる。各２×２（または２×１）光スイッチは、入力ラインと出力ラインの間の作動可能なスイッチを提供する。適切な作動可能な光スイッチを以下にさらに述べる。一般に、作動可能な光スイッチは、電子的に制御されて、相互接続構成間でスイッチをトグルする。モジュール内の作動可能な光スイッチのアレイにより、ｎ個の入力ポートの１つに関連付けられる信号は、作動可能な光スイッチのアレイを通過することによって、ｍ個の出力ポートの１つに経路指定することができる。第２の光学回路の入力ポートに別の組のｎ個のポートを接続することによる別の光学回路との統合は、ｎ×ｍ（２×２または２×１）光スイッチの第２のアレイへのアクセスを提供し、それにより、統合された拡張アレイにおいて、別のｍ個の出力ポートに効果的にアクセスすることができる。統合を続けることができる。同様に、さらなる１組のｍ個のポートによる別の光学回路との統合は、統合された拡張アレイ内の第２の組のｎ個の入力ポートへのｍ個の出力ポートのアクセスを提供することができる。統合を続けることで、（ｂ・ｎ×ｃ・ｍ）のスケーラビリティをもたらすことができ、ここで、パラメータｂ、ｃ、またはｂとｃの両方が、１よりも大きい。統合された拡張アレイにおいて、ｂ・ｎ個の入力をｃ・ｍ個の出力と接続する作動可能な光スイッチの効果的なアレイが存在する。したがって、拡張可能光学回路設計は、大きなスケーラビリティ機能を提供する。光学回路モジュールのスケーリングを目標のネットワークスイッチング機能に合致させるために、一般に、（ｂ−１）・ｎ＜Ｎ≦ｂ・ｎ、および（ｃ−１）・ｍ＜Ｍ≦ｃ・ｍであり、ここで、Ｎはネットワーク入力であり、Ｍはネットワーク出力である。同様の論拠から、数「ｎ」と「ｍ」が、拡張アレイの全ての構成要素にわたって同じである必要はなく、実現可能な構成よりもさらに大きなフレキシビリティを提供することを示すことができる。

作動可能な光スイッチング要素の任意の妥当な設計は、以下にさらに述べるように、アレイに組み立てることができる。追加の１組または２組の光学ポートを有するスイッチングデバイスのために設計された光学回路は、非常に望ましいスケーリング機能を提供するが、２×２または２×１光スイッチの拡張アレイを通る信号の通過は、望ましくないレベルの光損失をもたらすことがある。具体的には、作動可能な光スイッチを通る光信号の通過は、一般に、スイッチが、「スルー（ｔｈｒｏｕｇｈ）」または非スイッチングモードである場合でさえ、いくらかの光損失をもたらす。スケール調整された統合されたスイッチにおいて、光信号は、スイッチングが作動可能な光スイッチの１つのみで行われる場合でさえ、かなりの数の作動可能なスイッチを通過することがある。したがって、いくつかの実施形態では、平坦な光学回路または他の拡張可能スイッチ設計は、バイパス光学経路を備え、バイパス光学経路は、その時点で特定のモジュールの内部で特定の入力または出力ラインが任意のスイッチングを行われない場合に、対応する損失を減少させるために、１組の作動可能な光スイッチをバイパスすることができる機能を提供する。代替として、バイパス経路またはスイッチ経路に沿った光信号の方向の制御は、それ自体、単一の１×２光スイッチによって制御することができる。バイパス機能は、入力ライン、出力ライン、またはそれら両方に関して確立することができる。

作動可能スイッチのレイアウトのトポロジーの説明において、用語「アレイ」は、その一般的な意味合いで使用し、必ずしもマトリックスレイアウトを表さない。２つの特定の実施形態を、以下でより詳細に説明する。拡張可能クロスコネクトスイッチの一実施形態は、クロスコネクトｎ×ｍ拡張可能スイッチの論理的またはトポロジー的レイアウトにおいて、２×２スイッチのマトリックスを有する。別の実施形態では、拡張可能マルチキャストスイッチが、スプリッタのブランチングレイアウトと共に述べられ、スプリッタは、２×１スイッチのアレイと合わさって、拡張されたｎ×ｍ分割入力をｍ個の出力に結合し、ここでは、スイッチのアレイは、マトリックス構成で配置されない。当然、実際のデバイスの物理的レイアウトは、アスペクト比、実装密度、および他の実用上の考慮事項により、デバイスのトポロジーレイアウトとは一般に類似していない。

スケーラブル光スイッチは、無色、無指向性、および無コンテンション（ＣＤＣ）ネットワークノードへの統合のために設計することができる。無色への言及は、任意のポートで、特定の光波長をドロップまたはアドすることができることを表す。無指向性への言及は、ローカルトランスポンダから全ての方向に接続することができることを表し、各「方向」は、ノードに接続する特定のインバウンド／アウトバウンドファイバ対に直接対応する。無コンテンションへの言及は、２つの異なる光信号が異なるファイバでのノードに収束するが、同じ波長を含み、共通の光学経路に向けられるという問題をノードが解決することができることを示す。これは、一般に、波長の１つをローカルトラフィックに再経路指定することによって解決され、ここで、その波長を別の利用可能な波長に電子的にスイッチし、アウトバウンドファイバに一般に接続されている所望の経路に再び挿入することができる。本発明で述べるスケーラブルスイッチデバイスは、一般に、これらの機能を満たし、それに対応して、ＣＤＣネットワークノードに統合することができる。

光ネットワーク内部のＮ×Ｍ光スイッチングクロスコネクト（ＯＸＣ）の概略図が図１に概略的に示される。Ｎ×Ｍ光スイッチ１００は、Ｎ個の入力光学ライン１０２（例えば光ファイバ）と、Ｍ個の出力ライン１０４（例えば光ファイバ）とに光学的に接続される。Ｎ（入力ラインの数）は、Ｍ（出力ラインの数）と等しくても、等しくなくてもよい。本明細書で述べる光スイッチング機能のスケーラビリティにより、ＮとＭは、一般に比較的大きくすることができ、特に興味深い実施形態では、ＮとＭは、独立して、それぞれ少なくとも約８であり、さらなる実施形態では、少なくとも約１６であり、他の実施形態では、少なくとも約３２以上、または中間の偶数もしくは奇数の整数値である。入力ラインおよび出力ラインの範囲に関する同様のことが、本明細書で述べる他のスイッチング実施形態にも当てはまる。上記の明示的な範囲内で光学ラインのさらなる範囲が企図され、本開示内にあることを当業者は理解されよう。

一般に、光スイッチングデバイスは、光ネットワーク内部の任意の好都合な位置に配置することができる。その観点から、個々の入力ラインおよび出力ラインの内部で伝送される信号は、個々の通信を搬送することを意図されていることも、そのようには意図されていないこともあり、これらの信号は、ある波長帯域内で搬送される複合信号であることがある。いくつかの実施形態では、光スイッチは、ＭＵＸ／ＤｅＭＵＸ機能に関連付けられて、ある光帯域内の光信号を分割および／または複合する。表現「ＭＵＸ」および「ｄｅＭＵＸ」は、本明細書では、当技術分野で一般に受け入れられるように、それぞれ多重化機能および逆多重化機能に関して使用する。ＭＵＸおよびＤｅＭＵＸ機能は、平坦なアレイ導波路格子（ＡＷＧ）または他の所望の分散要素によって実施することができる。いくつかの実施形態では、入力信号は、１組のユーザ向けの信号を備えることができ、出力ラインは、特定のユーザに方向付けられた光学ブランチを表し、これは、エンドユーザに信号を方向付けるための光ネットワークの端部でのスイッチング要素の使用に対応する。入力および出力という呼称は、スイッチを介していずれかの方向で信号を方向付けることができるという意味合いで任意のものでよく、したがって、スイッチング機能は、光学的に逆にすることもできる。しかし、入力および出力という呼称は、伝送の方向に関係なく互いの間で経路指定される光学ラインのグループ化を表すために使用される。他の実施形態では、スイッチは、光ネットワークに沿ったブランチで、多重化または複合信号を任意のユーザに向かないように方向付けるために使用することができる。

本発明は、光スイッチングの様々な手段を改良するために採用することができるが、本明細書で述べるスケーラブル光スイッチは、光学回路のアセンブリの例示である。光学回路は、それに対応して、スケーラビリティを提供するために適切な接続性で設計される。光学回路は、所望のレベルの光スイッチングを提供するために、モジュールとして相互接続される。本発明は、光学回路が平坦な光学回路として統合されるときに特に有利となり得る。

図２に、入力ラインに関してスケーリングを提供するための２つの光学回路の相互接続が、概念的なフレームワークで概略的に示されており、このフレームワークを、いくつかの特定の実施形態の文脈で詳細に述べる。光スイッチング機能は、例えば、光学回路１１０を有する第１のスイッチ１０９と、光学回路１１２を有する第２のスイッチ１１１とを有するアセンブリ１０８によって達成される。回路１１０は、Ｎ個の入力ポート１０７と、Ｍ個の出力ポート１２１と、Ｍ個の拡張入力ポート１２３とを備える。同様に、回路１１２は、Ｎ個の入力ポート１１８と、Ｍ個の出力ポート１２０とを備える。第１のスイッチ１０９のＭ個の拡張入力ポートが光学相互接続１１４（例えば光ファイバまたは他の適切な光学接続）を介して第２のスイッチ１１１のＭ個の出力ポートと接続されることによって、回路１１０、１１２が相互接続される。Ｎ_１個の入力光学ライン１１６が、平坦な光学回路１１０に接続され、Ｎ_２個の入力光学ライン１１７が、平坦な光学回路１１２に接続される。回路１１０のＭ個のポート１２１が、出力ライン１２５を有する。したがって、光学回路１１０、１１２のアセンブリ１０８は、全体として、Ｎ_１＋Ｎ_２個の入力ポートとＭ個の出力との間のスイッチングを提供する。この概略図は、合計の入力の数（Ｎ_１＋Ｎ_２）が、スイッチされる出力の総数よりも大きい場合を示す。この実施形態は、より低い容量を個々に有することがある利用可能な特定のサイズのスイッチを用いて入力の数を効果的に増加させるために、拡張入力ポートを使用することができる様式を示す。例えば、アセンブリ内で拡張ポートを有するスイッチを使用することが、４×６スイッチを８×６スイッチに変更し、これは、スイッチされる入力の数を倍にした。

出力ラインに関するスケーラビリティが、図３に概略的に示される。図３の実施形態では、光スイッチングは、スイッチ１２８と１２９の統合を有するアセンブリ１２７によって提供される。スイッチ１２８は、光学回路１３０を備える。スイッチ１２９は、光学回路１３２を備える。回路１３０は、Ｎ個の入力ポート１３４と、Ｍ個の出力ポート１３６と、Ｍ個の拡張出力ポート１３８とを備える。同様に、回路１３２は、Ｎ個の入力ポート１４０と、Ｍ個の出力ポート１４２とを備える。回路１３０、１３２は、光学相互接続１４４を介する入力１４０への拡張出力ポート１３８によって相互接続される。また、Ｎ_２個の光学入力ライン１４６と、Ｍ_２個の光学出力ライン１４８とが、回路１３０に接続される。さらに、Ｍ_１個の出力ライン１５０が、回路１３２に接続される。この実施形態は、合計の出力の数（Ｍ_１＋Ｍ_２）が入力の総数（Ｎ_１またはＮ_２）よりも大きい場合を示すが、代替実施形態は、出力よりも多いまたは等しい数の入力を含むことがある。また、この実施形態は、拡張出力ポートを使用して出力の実効数を拡張することができる様式を示す。具体的には、拡張ポートを有するスイッチの使用を使用して、４×６スイッチを４×１２スイッチに変更し、これは、スイッチされる出力の数を倍加した。

図４は、入力ラインと出力ラインの両方に関するスケーラビリティを提供する、それぞれ光学回路を備える４つのモジュール１４９、１５１、１５３、１５５の接続を示す。スイッチング機能は、光学回路１５０、１５２、１５４、１５６によって提供される。光学回路１５０、例えば光学回路は、Ｎ_１個の接続によって光学回路１５２に光学的に接続され、Ｍ_１個の接続によって光学回路１５４に光学的に接続される。数Ｎ_１およびＭ_１は、それぞれＮ_１ｉ〜Ｎ_１ｔおよびＭ_１ｉ〜Ｍ_１ｔで変化する。光学回路１５４は、Ｎ_２個の接続によって光学回路１５６に光学的に接続され、光学回路１５２は、Ｍ_２個の接続によって光学回路１５６に光学的に接続される。数Ｎ_２およびＭ_２は、それぞれＮ_２ｉ〜Ｎ_２ｔおよびＭ_２ｉ〜Ｍ_２ｔで変化する。Ｎがユーザ入力接続の総数である場合、Ｎ_１＋Ｎ_２＝Ｎであり、または、統合されたモジュールが余剰の未使用の容量を有する場合には、Ｎ_１＋Ｎ_２は、Ｎよりも大きい。同様に、Ｍがユーザ出力接続の総数である場合、Ｍ_１＋Ｍ_２＝Ｍであり、または、統合されたモジュールが余剰の未使用の容量を有する場合には、Ｍ_１＋Ｍ_２は、Ｍよりも大きい。光学回路１５０は、Ｎ_１個の入力ラインとＭ_１個の光学出力ラインとの間の光スイッチングを提供し、光学回路１５２は、Ｎ_１個の光学入力ラインとＭ_２個の光学出力ラインとの間の光スイッチングを提供する。対応して、光学回路１５４は、Ｎ_２個の入力ラインとＭ_１個の光学出力ラインとの間の光スイッチングを提供し、光学回路１５６は、Ｎ_２個の光学入力ラインとＭ_２個の光学出力ラインとの間の光スイッチングを提供する。したがって、平坦な光学回路であることがある光学回路１５０、１５２、１５４、１５６は、全体として、Ｎ個の入力光学経路とＭ個の出力光学経路との間でのスイッチングを提供する。モジュールの相互接続のスケーラブルな態様は、ＮとＭを独立して選択することができることを提供し、例えば、Ｎ＝Ｍ、Ｎ＞Ｍ、またはＮ＜Ｍである。図４は、４つの拡張可能光学回路を示すが、拡張機能は、それに対応してさらなる光学回路を相互接続して、入力機能、出力機能、または入力機能と出力機能の両方をさらに高めることができることを提供する。

図２〜図４は、図１の光スイッチ１００の文脈での光スイッチングのスケーラビリティを概略的に示す。特に、入力ラインの数および／または出力ラインの数に関する拡張に対応するために、モジュールとしての統合のために平坦な光スイッチが設計される。図２〜図４は、入力次元での２つのモジュールおよび／または出力次元での２つのモジュールに関する統合を開示することを対象とするが、同様に、各次元で２つよりも多いスイッチングモジュール、例えば３つのモジュールや４つのモジュールなどを含むように、入力次元および／または出力次元でスケーラビリティを拡げることもできる。図２〜図４に関して、個々のスイッチングモジュールが概略的に示されている。

スイッチングモジュールの一例は、光スイッチのアレイである。これらの実施形態では、スイッチングモジュールはそれぞれ、一般に、入力光学ラインから出力光学ラインへの任意選択のスイッチングを提供する（２×２）作動可能光スイッチのｎ×ｍアレイを備える。図５は、４つの入力チャネル５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃ、５０４ｄと、４つのダウンストリーム拡張出力チャネル５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、および５０６ｄと、３つのドロップポート５０８ａ、５０８ｂ、および５０８ｃとを有するスイッチングモジュール５０２を示す。入力チャネル５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃ、５０４ｄは、それぞれ経路５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、および５１０ｄによってダウンストリーム拡張出力チャネル５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃ、および５０６ｄに接続される。各入力チャネル５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃ、５０４ｄは、経路５１２ａ、５１２ｂ、および５１２ｃによって各ドロップポート５０８ａ、５０８ｂ、および５０８ｃにスイッチ可能に接続される。経路５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、および５１０ｄが経路５１２ａ、５１２ｂ、および５１２ｃに交差する点に、クロスポイントスイッチ５１６が位置される。

基本的なスイッチマトリックスの動作は単純である。クロスポイントスイッチ５１６は、通常は、互いに影響を受けないように光学経路を交差させるように設計することができ、任意の所与の構成に関して、マトリックス内のスイッチの大半がこの状態でよい。特定の入力チャネル５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃ、５０４ｄが特定のドロップポート５０８ａ、５０８ｂ、または５０８ｃに経路指定されるように選択されるとき、それら２つの導波路に関する単一の交差点にあるスイッチ５１６は、入力チャネルを再経路指定するように活動化される。クロスコネクトスイッチに関する任意の有効な構成に関して、図５に示されるように、任意の行または任意の列にある１つだけのスイッチが、完全にスイッチ作動状態である。スイッチがスイッチ作動状態であるとき、そのドロップポートに関する入力からの信号も、その入力チャネルのダウンストリーム部分に再経路指定され、それにより、機能的に、デバイスは、アドとドロップの両方を同時に行うことができる。この挙動は、ほとんどの任意の光スイッチングソリューションによって提供することができるが、あるとしてもめったになく、したがって、一般に望まれないと考えられる。この挙動はまた、より複雑なスイッチングアセンブリで、特定の他の機能をサポートすることもできる。

いくつかの実施形態では、拡張可能スイッチは、複数のバイパスラインを有する。バイパスラインの１つの利点は、信号損失を減少させるために、信号がスイッチ／ジャンクションをバイパスすることができることである。バイパスラインの一実施形態は、特定の回路内の特定のラインに関してスイッチングが行われないときに関して回路のバイパスを提供するために、１×２（または２×１）バイパススイッチが入力ラインおよび／またはドロップラインに配置されることを提供する。平坦な光学回路に関して、Ｎ×Ｍ拡張可能スイッチと同じ光学回路チップ上に、または別個の光学回路チップ上に、バイパス１×２光スイッチのアレイを配置することができる。その入力チャネルに関する所期のドロップポートが現在のモジュールにある場合、信号は、通常通り、スイッチの行に経路指定される。そうでない場合、信号チャネルは、全てのスイッチを介さずに、バイパスチャネルを通って拡張出力ポートに経路指定される。同様に、各ドロップポートは、２×１スイッチによって接続することができる。そのドロップポートに関して意図される入力チャネルが現在のモジュールにある場合、２×１スイッチは、そのポートに関するクロスポイントスイッチの列からの導波路を選択する。そうでない場合、拡張入力ポートからのチャネルを選択し、クロスポイントスイッチの列をバイパスする。

複数のバイパスラインを有する拡張可能スイッチの一実施形態が、図６に示される。拡張可能スイッチ６００は、入力チャネル選択可能ライン６０６とドロップライン６０８のクロスポイントに配置された光学クロスポイントスイッチ６０４のアレイ６０２を備える。図示される実施形態では、チャネル選択可能ライン６０６とドロップライン６０８とは、選択可能ライン６０６および／またはドロップライン６０８での信号がスイッチされずに通過できるようにするための位置を有する複数のクロスポイントスイッチ６０４を通過する。１つまたは複数のチャネルラインおよび／または１つまたは複数のドロップラインに関して、１つまたは複数のバイパスラインが提供されることがある。図６では、チャネルバイパスライン６１０およびドロップバイパスライン６１２が存在する。入力１×２スイッチ６１４は、入力ライン６１５がスイッチ６１４に接続できるようにし、それにより、スイッチ６１４は、入力ライン６１５からチャネルバイパスライン６１０またはチャネル選択可能ライン６０６に光をスイッチするように動作可能である。ドロップ２×１スイッチ６１８は、ドロップライン６０８またはドロップバイパスライン６１２が選択されて、出力ライン６１７に渡されるようにする。代替として、連続調節可能性を有するスイッチが提供されることがあり、それにより、スイッチは、ラインをどちらも選択しない、または両方のラインを選択するために、限度内で入力信号を方向付けることができる。バイパスラインは、一端で拡張ポートに接続可能であり、他端でバイパススイッチに接続される。チャネルバイパスライン６０６は、拡張出力ポート６２０で接続性を有し、または、他の接続性デバイスが、別の拡張可能スイッチまたは何らかの他のデバイスへの接続のために提供される。ドロップバイパスライン６１２は、拡張入力ポート６２２で入力を受信するための接続性を有する。使用時、１つまたは複数の拡張可能スイッチ６００は、入力ライン６１５と光学的に通信する拡張出力ポート６２０、および／または拡張入力ライン６２２と光学的に通信する出力ライン６１７に接続される。複数の拡張可能スイッチの組立て後、スイッチ６１４に入る信号は、所望のドロップポートがスイッチにある場合にはドロップポートに経路指定され、または、別のスイッチへのバイパスラインを介して通される。入力ラインおよびドロップラインとしての呼称は、いずれかの方向に光を通すスイッチを有するデバイスに関して任意のものである。したがって、入力ラインとドロップラインは、逆にされることもある。図面を単純にするために、等価な構成要素の一部のみに参照番号が付されている。

図７は、一体に組み立てられた１グループの拡張可能スイッチを示す。スイッチアセンブリ７００は、拡張可能スイッチモジュール７２０、７４０、７６０、７８０を有する。拡張可能スイッチモジュール７２０、７４０、７６０、７８０は、入力チャネル選択可能ライン７２６、７４６、７６６、７８６とドロップライン７２８、７４８、７６８、７８８とのクロスポイントに配置された光学クロスポイントスイッチ７２４、７４４、７６４、７８４のアレイ７２２、７４２、７６２、７８２、チャネルバイパスライン７３０、７５０、７７０、７９０、およびドロップバイパスライン７３２、７５２、７７２、７９２を備える。入力１×２スイッチ７３３、７５３、７７３、７９３は、入力ライン７３４、７５４、７７４、７９４からチャネルバイパスライン７３０、７５０、７７０、７９０またはチャネル選択可能ライン７２６、７４６、７６６、７８６に光信号をスイッチするために接続される。ドロップ２×１スイッチ７３５、７５５、７７５、７９５は、ドロップライン７２８、７４８、７６８、７８８またはドロップバイパスライン７３２、７５２、７７２、７９２が選択されて、出力ライン７３６、７５６、７７６、７９６に渡されるようにする。代替として、連続範囲スイッチング機能を提供するスイッチが提供される。

チャネルバイパスライン７３０、７７０は、それぞれ入力ライン７５４、７９４に光学的に接続される。ドロップ２×１スイッチ７３５、７５５は、ドロップバイパスライン７７２、７９２に信号を渡すために光学的に接続される。ポート（光学経路に交差するスイッチの縁部として概略的に示す）が、ユーザデバイス、および／または他の拡張可能モジュールへの接続のために提供される。用語「ユーザデバイス」は、ネットワーク、サブネットワーク、ノード、専用デバイス、ネットワーク通信デバイス、およびエンドユーザデバイスを包含する広範な用語である。入口ポートは、入力ライン７３４、７５４、７７４、７９４への光学接続を提供する。この実施形態では、ライン７３４および７７４は、ユーザデバイスへの接続に利用可能であり、入力ライン７７４および７９４に関するポートは、他の拡張モジュールに接続される。拡張入力ポートは、ドロップバイパスライン７３２、７５２、７７２、７９２への光学接続可能性を提供する。この実施形態では、ライン７３２は休止状態であり、ライン７７２は、拡張入力ポートからの光信号を受信するために利用可能であり、入力７３４から出力７７６に信号を方向付けることができるようにする。拡張出力ポートは、チャネルバイパスライン７３０、７５０、７７０、７９０への光学接続可能性を提供する。この実施形態では、ライン７５０および７９０は休止状態であり、ライン７３０および７７０に関するポートは、拡張出力ポートを介してそれぞれスイッチ７４０および７８０の入力ポートに接続される。

実際のチップレイアウトでは、入力ポートでのスイッチは、１ステージをアドし、ドロップポートでのスイッチも１ステージをアドする。このようにすると、より大きなスイッチマトリックスを、単一の共通のモジュールから（少なくとも機能的な幾何形状に関して）任意にスケールアップすることができる。

また、各モジュールが２つのダウンストリームドロップモジュールに接続できるようにするために、スイッチモジュールの拡張出力端子に１×２スイッチを統合することができ、同様に、拡張入力端子が２×１スイッチを有することができ、それにより各モジュールが２つの追加のチャネルブロックからドロップチャネルを転送することができることも考えられる。これは、単一のモジュールタイプから、順次レイアウトではなくツリー幾何形状のブランチに沿ってマトリックスを構成することができるようにし、多くの場合、全体の光学的効率を改良する。また、拡張ポートでのスイッチが入力ポートおよびドロップポートでのスイッチに重畳し、したがって、平坦な統合モジュール内の物理的回路にステージを追加せず、したがって、平坦なチップのサイズの増加はほとんどない。

図８は、拡張可能マルチキャストスイッチの一実施形態を示す。スイッチの構成要素は、それらの相互接続を例示するように、また、マルチキャスト用途で拡張可能性を提供するために協働するように経路、スイッチ、スプリッタを作成することができる様式を例示するように配置されている。この例示を見れば、当業者は、以下にさらに述べる物理的デバイスレイアウトを作成することができよう。拡張可能マルチキャストスイッチ８００は、スプリッタツリー８０２と、スイッチング区域８０４とを有する。スプリッタツリー８０２は、光学入力ａ、ｂ、ｃ、ｄを多重化し、各入力が各光学出力ラインＸ１〜Ｘ８に接続されるようにする。デバイスインターフェースから入力ａ〜ｄへの光学接続を提供するために、入力ポート（図示せず）が提供される。スプリッタツリー８０２は、信号を適切な数の光学経路に適切に分割するために３つのレベルを有するが、入力ラインの数、および特定の出力光学ラインへの望みのマルチキャスティングに応じて異なる数のレベルを使用することができる。レベル１は、各入力での光学スプリッタを有し、スプリッタ８１１ａ、８１１ｂ、８１１ｃ、８１１ｄは、それぞれ入力ラインａ、ｂ、ｃ、ｄを分割し、それにより、各入力に関して２つのブランチ、すなわち合計８つのブランチを作成する。分割された信号は、レベル２スプリッタ８２１ａ、８２１ｂ、８２１ｃ、８２１ｄ、８２２ａ、８２２ｂ、８２２ｃ、８２２ｄに渡され、これらのスプリッタは、そのレベルへの各入力に関して２つのブランチに信号を分割し、合計１６個のブランチおよび各入力ａ〜ｄに関して合計４つの信号にする。次いで、分割された信号は、レベル３スプリッタ８３１ａ、８３１ｂ、８３１ｃ、８３１ｄ、８３１ａ’、８３１ｂ’、８３１ｃ’、８３１ｄ’、８３２ａ、８３２ｂ、８３２ｃ、８３２ｄ、８３２ａ’、８３２ｂ’、８３２ｃ’、８３２ｄ、８３３ａ、８３３ｂ、８３３ｃ、８３３ｄ、８３３ａ’、８３３ｂ’、８３３ｃ’、８３３ｄ、８３４ａ、８３４ｂ、８３４ｃ、８３４ｄ、８３４ａ’、８３４ｂ’、８３４ｃ’、８３１ｄ’に渡され、これらのスプリッタはそれぞれ、各入力に関して２つのブランチに信号を分割し、それにより、３２個のブランチおよび各入力ａ〜ｄに関して合計８つの信号を形成する。スイッチング区域８０４は、バイパスライン８０６に接続された拡張入力ポート（対応する光学経路の端部として概略的に示される）を有し、これらは、以下に述べるように、バイパススイッチに接続される。符号Ｘ１〜Ｘ８を付された出力ライン８０８は、それぞれ、出力ポート（出力ラインの端部として概略的に示される）に光学的に接続される。スイッチングブロック８４１、８４１’、８４２、８４２’、８４３、８４３’、８４４、８４４’は、スプリッタツリー８０２から出力ライン８０８へのスイッチ可能な接続を提供した。各スイッチングブロックは、入力ａ〜ｄをバイパススイッチ８５１、８５１’、８５２、８５２’、８５３、８５３’、８５４、８５４’に接続し、それらのバイパススイッチは、光学的に接続され、バイパスライン８０６のスプリッタツリー８０２からの信号の間でスイッチして、出力ライン８０８に渡す。具体的には、例えば、ブロック８４１に関して、光スイッチ８４１ａｂは、入力ａまたはｂが選択されるようにし、選択された信号ａ／ｂが、スイッチ８４１ｂｃに渡され、スイッチ８４１ｂｃは、ａ／ｂまたはｃのスイッチングを提供し、選択された信号ａ／ｂ／ｃが、スイッチ８４１ｃｄに渡され、スイッチ８４１ｃｄは、ａ／ｂ／ｃとｄとの間のスイッチングを提供する。次いで、スイッチングブロック８４１は、信号ａ〜ｄの１つをバイパススイッチ８５１に渡し、バイパススイッチ８５１は、ａ／ｂ／ｃ／ｄと、符号Ｂ８を付されたバイパス経路８０６との間の選択を提供する。次いで、バイパススイッチ８５１によって選択された信号が、符号Ｘ８を付された出力ライン８０８に渡る。使用時、１つまたは複数の拡張可能スイッチが、符号Ｂ１〜Ｂ８を付された拡張入力ポートと光学的に通信する符号Ｘ１〜Ｘ８を付された出力と接続されることがある。入力ａ〜ｄは、任意の出口Ｘ１〜Ｘ８が入力ａ〜ｄの任意の１つを搬送することができるようにスイッチングに利用可能である。代替形態として、出口Ｘ１〜Ｘ８は、拡張入力ポートから受信された信号を搬送することができる。使用時、光学接続は、１つまたは複数の拡張入力ポート、１つまたは複数の入力ポート、および１つまたは複数の出口ポートに形成される。入力ポートおよび／または拡張入力ポートに渡る信号は、任意の出力８０８から出るように選択される。また、入力信号と拡張入力信号とのさらなる組合せが望まれる用途をサポートするために、連続範囲スイッチングを提供するバイパススイッチ８５１に対する制限はないことに留意されたい。

図８は、特定の数の入力光学ラインおよび出力光学ラインを用いて示されているが、同様に、他の実施形態は、異なる数の入力および出力を用いて設計することもできる。スプリッタツリーは、それに対応して変更することができ、好適なスプリッタツリーが出力ラインよりも多数の光学ラインを提供する場合には冗長分割光学ラインを形成することができる。冗長光学ラインは、休止状態でよく、単に、任意の干渉する伝播を受けないように任意の光信号を案内することができる。スイッチングブロックの代替設計を以下に述べる。

図９は、末尾拡張可能スイッチモジュール９２０と、先頭拡張可能スイッチモジュール９１０とのアセンブリ９００を示し、各拡張可能スイッチモジュールは、本質的に、図８に示される実施形態のものである。先頭モジュール９１０の出力９１３は、光路９０２によって、末尾モジュール９２０の対応する拡張入力ポート９２２に光学的に結合される。拡張可能スイッチモジュール９１０と９２０は、例えば、フォトニクス集積回路（ＰＩＣ）内の共通の平坦基板上の個々の設計セルでよく、相互接続する光路９０２は、同じ基板上の光導波路でよい。別の例では、拡張可能スイッチモジュール９１０と９２０は、例えば、個別のＰＩＣに基づく個々にパッケージングされたスイッチモジュールでよく、相互接続する光路は、１組の個々のストランドとして、またはファイバリボンとしてのシングルモード光ファイバでよい。出力セット９２３での各出力は、図８の説明で詳述したように、ローカル入力の１つに接続するために符号９２４ａ〜ｇでの関連のバイパススイッチを設定することによって、末尾モジュール９２０の入力９２１の１つに選択的に接続するように構成することができる。代替として、出力セット９２３での各出力は、図８の説明で詳述したように、関連の拡張入力ポートに接続するために符号９２４ａ〜ｇでの関連のバイパススイッチを設定し、次いでさらに、入力９１１からの選択された入力を、拡張入力ポート９２２での対応する拡張入力ポートに接続された出力９１３での出力に接続するために、スイッチモジュール９１０での適切なスイッチ要素を設定することによって、先頭モジュール９１０の入力９１１の１つに選択的に接続するように構成することができる。それにより、４×８拡張可能ＭＣＳ９２０は、第２の４×８ＭＣＳ９１０を拡張入力ポート９２２に取り付けて、２つの４×８スイッチモジュールのアセンブリ９００を形成することによってアップグレードすることができ、これは、専用の８×８ＭＣＳと同じ機能を提供する。

図１０は、図８の下位部分の拡大図であり、分割ツリーをバイパススイッチと接合するスイッチングブロック８４１、８４１’を示す。矢印ａ、ｂ、ｃ、ｄは、分割ツリーのレベル３から渡される入力を示す。この実施形態では、各スイッチングブロックは、利用可能なことがある４つの入力ａ〜ｄそれぞれから１つの入力を受信する。各バイパススイッチは、ａ〜ｄの１つまたはバイパスラインでの信号を出力するという選択肢を提供する。スイッチングブロックは、直列構成で配置されて、追加される光学ラインからの信号との間で順次に選択する。

図１１は、拡張可能スイッチに関する代替の下位部分である。スイッチングブロック１１０２、１１０４は、ツリー構成で配置され、図１０のスイッチングブロック８４１および８４１’と機能的に等価な代替形態である。ブロック１１０２で、スイッチ１１０６は、ａとｂの入力の間で選択可能であり、出力ａ／ｂを提供し、スイッチ１１０８は、ｃとｄの入力の間で選択可能であり、出力ｃ／ｄを提供する。スイッチ１１１０は、ａ／ｂとｃ／ｄの間で選択可能であり、出力ａ／ｂ／ｃ／ｄを提供し、これがスイッチ１１１２に渡され、スイッチ１１１２がさらに、ａ／ｂとｃ／ｄまたはバイパスＢ１信号の間で選択可能である。同様に、スイッチ１１１４、１１１６、１１１８、１１２０は、ａ〜ｄの任意のものとＢ２との間の選択性を提供するように構成される。

図１２は、拡張可能スイッチに関する代替の下位部分である。スイッチングブロック１２０８、１２１０は、ツリー構成で配置され、図１１でのスイッチングブロック１１０２および１１０４の代替の分散レイアウトを示す。スイッチングブロック１２０８は、バイパススイッチ１２１４に関連付けられるスイッチ１２１０、１２１１、１２１２を有する。スイッチングブロック１２１５は、バイパススイッチ１２２２に関連付けられるスイッチ１２１６、１２１８、１２２０を有する。スイッチ１２１０は、ａとｂの間で選択可能であり、ａ／ｂをスイッチ１２１２に渡す。スイッチ１２１１は、ｃとｄの間で選択可能であり、出力ｃ／ｄを提供し、これがスイッチ１２１２に渡され、スイッチ１２１２がさらに、ａ／ｂとｃ／ｄの間で選択する。関連のバイパススイッチ１２１４は、ａ／ｂ／ｃ／ｄとＢ１との間で選択可能である。スイッチングブロック１２１４および関連のバイパススイッチ１２２２は、ａ／ｂ／ｃ／ｄ／Ｂ２を出力１２２４に方向付けるように同様に選択可能である。

拡張可能４×３平坦光導波路回路（ＰＬＣ）クロスコネクトの概念的な配置が、図１３に示される。拡張可能４×３ＰＬＣクロスコネクト１３００は、Ｎ_ｉ個の入力１３０２と、Ｎ_ｅ個の拡張入力１３０３とを有する。スイッチ１３００は、Ｍ_ｏ個の出力１３０８と、Ｍ_ｅ個の拡張出力１３０９とを有する。バイパススイッチ１３１２、１３１４は、それぞれ入力１３０２および１３０８をサービスする。留意すべき重要な特徴は、コンパクトな構成において、導波路アレイの長さが、ステージの数がＭ＋Ｎ−１である一連のスイッチングステージをサポートすることである。現在のフィーチャサイズに基づいて、４×４よりも大きいスイッチは、ＰＬＣチップ上に導波路を巻き付けることを含む。８×８ＰＬＣクロスコネクトスイッチは、Ｇｏｈ他の”Ｌｏｗ Ｌｏｓｓ ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ Ｒａｔｉｏ Ｓｔｒｉｃｔｌｙ Ｎｏｎｂｌｏｃｋｉｎｇ １６ ｘ １６ Ｔｈｅｒｍｏｏｐｔｉｃ Ｍａｔｒｉｘ Ｓｗｉｔｃｈ ｏｎ ａ ６−ｉｎ Ｗａｆｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｓｉｌｉｃａ Ｂａｓｅｄ Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １９（３）：３７１−３７９（Ｍａｒｃｈ ２００１）に記載されている。Ｇｏｈの記事に記載されているレイアウトにほぼ従う本明細書で述べるＰＬＣの大まかなレイアウトが図１４に示される。スイッチ１４００は、入力１４０２と出力１４０４とを有し、符号＃１〜＃１５を付されたスイッチング／干渉モジュール１４０６を備える。１組のバイパススイッチ１４０８が、入力１４０２をスイッチするために提供され、出力バイパス１４１０が、出力１４０４の近くに提供される。前に述べたように、このタイプの物理的レイアウトに本発明を適用する際、本発明の拡張導波路およびバイパススイッチは、既存の導波路およびスイッチに隣接して経路指定することができ、既存のステージングを保ち、それにより、必要な集積チップのサイズをほとんどまたは全く増加しない。

マルチキャストスイッチ（ＭＣＳ）設計
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ＭＣＳ設計が図１５〜図２３に示されている。分かりやすくするために、スケーラビリティ機能は、図１５にのみ示されている。これらの図での設計は、例えば、２つの光学マルチキャストスイッチ機能１５０２（それぞれ、光学スプリッタ１０５４のアレイ、光スイッチ１５０６のアレイ、およびそれら２つの間の相互接続１５０８からなる）と、３２個の光学タップカプラ１５１０と、３２個のフォトダイオード１５１２と、３２個のフォトダイオードと、３２個の光アイソレータ１５１４と、１６個の利得等化フィルタ１５１６と、１６個のエルビウム添加ファイバスプール１５１８と、２つの１×８同調可能スプリッタ１５２０と、上記の機能全てと電気制御電子回路との間の相互接続とを示す。スイッチ／スプリッタ１５２２（図１５）が採用されることがあり、複数のＭＣＳ１５００がその下流にある。これらの図に示される実施形態では、機能は、個別のモジュール１５３０、１５４０、１５５０に効率的に区分化され、モジュール間にファイバ相互接続１５５２、１５５２’を有する。１つのモジュール１５３０は、光学機能の平坦導波路回路（ＰＬＣ）ベースのモノリシック集積と、フォトダイオードハイブリッド集積と、電気制御とを備える。第２のモジュール１５４０は、第１のモジュールと第２のモジュールとの間の効率的なファイバ相互接続を可能にするようにアレイ配置されたディスクリート構成要素を備える。第３のモジュール１５５０は、波長分割多重化装置、例えばアレイ導波路回折格子などと、同調可能スプリッタ（ＴＳＰＬ）とを備えることができる。図１８〜図２３は、デバイスを形成する組み立てられたモジュールの一実施形態の様々な図を示す。

一般に、図１〜図１３に概略的に示される拡張可能スイッチング要素は、光ファイバと接続された自由空間光学構成要素を使用して効果的に形成することができる。適切な個々のスイッチ、光学スプリッタ、光ファイバコネクタ、および他の付随構成要素は市販されており、改良されたバージョンが引き続き開発されている。しかし、適切なチップ上で平坦な光学回路としてデバイスを集積することが望ましいことがある。したがって、拡張可能スイッチは、適切なパッケージングを有する個々の平坦なデバイスとして形成することができ、適切なコネクタを使用して複数のスイッチを接続して、拡張機能を利用することができる。平坦なチップ上での多数の接続のレイアウトは、利用可能な機能全てを備える適当に小さいフットプリントを得るための技術である。そのようなレイアウトの一例は、図２３に示される。

ＰＬＣを形成するための材料は、ＣＶＤ法、その変形、火炎加水分解法、または他の適切な堆積手法を使用して、基板上に堆積することができる。適切な基板は、例えば、比較的高い処理温度に適切に耐えられる材料、例えばシリコンや、シリカまたはアルミナなどのセラミックを含む。いくつかの実施形態では、適切な二酸化ケイ素前駆体を導入することができ、所望の屈折率および処理特性を提供するためにシリカガラスをドープすることができる。パターン形成は、フォトリソグラフィまたは他の適切なパターン形成技法を用いて行うことができる。例えば、ＰＬＣ用の上部クラッド層として使用するための、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）に基づくＧｅ、Ｐ、およびＢでドープされたシリカガラスの形成は、参照により本明細書に援用する「ＧＥＢＰＳＧ Ｔｏｐ Ｃｌａｄ ｆｏｒ ａ Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ」という名称のＺｈｏｎｇ他への米国特許第７，１６０，７４６号に記載されている。同様に、光学平坦導波路用のコアの形成は、例えば、参照により本明細書に援用する「ＧＥＰＳＧ Ｃｏｒｅ ｆｏｒ ａ Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ」という名称のＺｈｏｎｇ他への米国特許第６，６１５，６１５号に記載されている。適切な導波路アレイの形成のためのパラメータが当技術分野で知られている。同様の処理は、ＩｎＰガラスまたは他の光学ガラス材料を使用して行うことができる。

一般に、スイッチを通過する光信号は、減衰された信号を有することがある。本明細書での拡張設計は、そのような減衰を減少させることができるが、拡張可能スイッチを適切な光増幅器に関連付けることが望ましいことがある。したがって、スイッチの入力に結合された光増幅器のアレイを積層化することが望ましいことがあるが、厳密な構造は、システムに適切となるように設計することができる。特に、ＲＯＡＤＭの文脈でいくつかの構造を以下に説明する。

マルチキャストスイッチを有するＲＯＡＤＭアーキテクチャ
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。

図１８Ａは、ＭＣＳベースのフレキシブル−リジッドＣＤＣ ＲＯＡＤＭカード１８００を示し、これは、表側１８０２と、ヒートシンク１８０４と、ラインカード１８０６と、マルチキャストスイッチモジュール１８０８と、アイソレータ／ＥＤＦトレイ１８１０と、ファイバ管理トレイ１８１２と、カバーファイバ管理トレイ１８１４とを有する。図１８Ｂは、カード１８００の別の側からの斜視図であり、ファイバ１８１６と、ファイバ管理トレイ１８１８と、プロテクタファイバスプライシング１８２０とをさらに示す。図１９は、カード１８００のサブアセンブリ１８０１の平面図であり、侵入不可領域１８２２を示す。図２０は、サブアセンブリ１８０１の斜視図であり、侵入不可領域１８２２の上で、マルチキャストスイッチモジュール１８０８を定位置で示す。図２１は、アイソレータ／ＧＦＦ／ＥＤＦトレイ１８２４と、ファイバ１８１６と、プロテクタファイバスプライシング１８２０とを有するサブアセンブリ１８０１の平面図である。図２２は、ファイバ管理トレイ１８１８を有するサブアセンブリ１８０１を示す。ヒートシンク１８０４は、カードの上部付近に配置される。入出力ファイバは、ＭＣＳ／ＴＳＰＬモジュールの底部からある角度で出て、フェースプレートバルクヘッドに引き回される。図２３は、平坦に統合された４×１６拡張可能ＭＣＳに関する大まかなレイアウトを示し、いくつかの取り得る相対寸法および他の大まかな詳細を含むが、具体的なレイアウトは、一般に設計者の特定の嗜好を含む。

Ｍ×Ｎマルチキャストスイッチに基づく基本的なＣＤＣ ＲＯＡＤＭアーキテクチャ
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。

独立型のＭＣＳは、いくつかの理由により、他次数のＣＤＣアド／ドロップ機能を完成することができない。まず、１×Ｎスプリッタの損失が、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）によって補償されることがある。第２に、ＭＣＳ当たりの限られた出力ポート（今日の平坦導波路回路またはＭＥＭＳ技術を使用して、Ｎ≦２４）により、複数のＭＣＳカードが、ｐａｙ−ａｓ−ｙｏｕ−ｇｒｏｗ（システム規模に応じた支払い）方式で追加されなければならない。合計３８４個のλに関して、３８４／１６＝２４個の８×１６ＭＣＳカードを使用する必要がある。その結果、各方向からの入射する９６個のλをその２４個の出力ポートに分割し、最も重要なことには、出力ポート当たりのλの最大数（Ｎ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}）を制御するために、各ドロップファイバと２４個のＭＣＳカードとの間で１×２４ＷＳＳを使用することができる。基本的なＣＤＣ ＲＯＡＤＭアーキテクチャは、８個の１×２４ＷＳＳの上層と、１９２個のＥＤＦＡの第２の層と、２４個の８×１６ＭＣＳカードの下層とを有することがあり、８つの方向の任意の方向から３８４個のλをコンテンションなしでドロップできるようにする。余剰の増幅ＭＣＳカードを図２４ａに追加することによってホットスタンバイ保護を実現することができ、それにより、アクティブな増幅ＭＣＳカードが故障した場合に、上層のＷＳＳは、対応するトラフィックを保護カードに再経路指定することができる。同様のアーキテクチャが、アド方向に関して必要とされる。この基本的なアーキテクチャでは、多数のＥＤＦＡおよび大きなポート数のＷＳＳが、コスト、空間、および電力消費の問題を引き起こすことがあることに留意されたい。

上述したパラメータＮ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}は、以下の条件を満たさなければならない。（ｉ）Ｎ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}≦Ｎ_ＣＲ。ここで、Ｎ_ＣＲは、許容できる程度に低いＯＳＮＲペナルティでＣＲによって取り扱うことができる同時のλの最大数である［４］。この条件は、ＣＲによってＮ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}個のλが全て受信されるので必要とされる。（ｉｉ）Ｎ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}＝Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}。ここで、Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}は、ポストＥＤＦＡ分割ポートの総数である（図２４ａでは、Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}＝１６）。この条件は、λがただ１つの方向から増幅ＭＣＳに到着するときに、最悪の不均一なトラフィックに対処するために必要とされ、各ＣＲが一意の波長を選択する。Ｎ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}＞Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}の場合、これは、（Ｎ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}−Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}）個のλが、出られる出力ポートを有さないことを示唆し、Ｎ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}＜Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}は、入射するλがただ１つの方向から流入し続けるときに、元のカードに依然として空のポートが残っているときでさえ、新たな増幅ＭＣＳカードを追加しなければならないことを示唆する。したがって、理想的な条件は、Ｎ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}＝Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}である。（ｉｉｉ）各ＥＤＦＡは、ＣＲでのλ（Ｐ_ｒｅｃ）当たりの十分な光パワーを有するＮ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}個のλを提供すべきであり、これは、１００Ｇ ＤＰ−ＱＰＳＫに関して−２０ｄＢｍの典型的な受信機感度を有する。条件（ｉ）と（ｉｉ）を組み合わせると、以下のような式で表すことができる。
Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}＝Ｎ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}≦Ｎ_ＣＲ 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、
Ｐ_ｒｅｃ＝Ｐ_ＥＤＦＡ−１０・ｌｏｇ（Ｎ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}）−１０・ｌｏｇ（Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}）−ＩＬ_{ｅｘｃｅｓｓ} （２）
ここで、Ｐ_ＥＤＦＡは、各ＥＤＦＡの総出力パワーであり、ＩＬ_{ｅｘｃｅｓｓ}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Ｎ_{ＷＳＳ，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、Ｎ_{ＷＳＳ，ｕｎｉｆ}＝９６・５０％／２４＝２が得られ、したがってη＝Ｎ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}／Ｎ_{ＷＳＳ，ｕｎｉｆ}＝１６／２＝８である。

Ｍ×Ｎマルチキャストスイッチに基づくＣＤＣ ＲＯＡＤＭアーキテクチャ
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）

図２４ａに示される例では、Ｊ＝２（８個のＥＤＦＡが、１６個のＭＣＳアド／ドロップポートに対応する）およびＫ＝２（８個のＷＳＳアド／ドロップポートが、１６個のＭＣＳアド／ドロップポートに対応する）である。ここで、問題は、Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}を増加することによってＪとＫをさらに増加させることができるかどうかであり、したがって、より多くのＭＣＳアド／ドロップポートが、より高次層のＥＤＦＡおよびＷＳＳのコストを共有することができる。１つの手法は、ＭＣＳのアド／ドロップポート数を増加することであるが、現在、ＭＣＳ当たりの最大ポート数は、≦２４である。別の手法は、図１ｂ（Ｌ＝１）に示されるように、ＥＤＦＡとＭＣＳの間に１×２^Ｌ（Ｌ＝１、２、３、…）スプリッタを挿入することである（したがって、Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}＝Ｎ×２^Ｌ）。図２４ａと図２４ｂを比較することによって観察することができるように、図２４ｂでの１×２スプリッタ層の追加は、効果的に、増幅ＭＣＳを８×３２モジュールにして、これにより、増幅ＭＣＳカードおよびＷＳＳポートの数の５０％の減少が可能になることに留意されたい。他方、Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}は、非常に大きくはできない。その上限は、Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}＝Ｎ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}およびＰ_ＥＤＦＡ＝２１ｄＢｍとすることによって式（２）から得ることができ、その結果が、図２５に示される。Ｐ_ｒｅｃ＝−１６ｄＢｍ（これは、典型的なＣＲに関して４ｄＢの差を与える）を仮定すると、ＭＣＳ余剰損失に応じて、Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}は、≦３２（例えば、１×２スプリッタを有するデュアル８×１６ＭＣＳを使用する）または≦４８（例えば、１×２スプリッタを有するデュアル８×２４ＭＣＳを使用する）となり得ることが分かる。

今日、典型的なＮ_ＣＲは、≦１２〜１６であり、したがって、式（１）でのＮ_ＣＲは、実際には、将来の独自仕様のデジタル信号処理アルゴリズムによって制約を緩和することができるにせよ、Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}に対して式（２）よりも厳しい制約を設定する。式（１）はまた、Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}が倍になるたびにＰ_ｒｅｃが３ｄＢではなく６ｄＢ減少されるように、Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}とＮ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}が密結合されることを示す。しかし、式（１）によって設定されるＮ_{ｓｐｌｉｔ}に対する制約を緩和するためにいくつかのアーキテクチャ手法が存在する。第１の手法は、ＭＣＳとＣＲの間で同調可能フィルタアレイ（ＴＦＡ）を使用するものであり、Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}＝Ｎ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}が大きいにせよ、ＣＲでの受信されたλの数が、≦Ｎ_ＣＲであることを保証する［５］。この手法の欠点は、ＴＦＡのコストが、ドロップポート当たりのコストに直接加わり、ＴＦＡの約２ｄＢの挿入損失が、ＥＤＦＡコストを実質的に高める可能性があることである。第２の手法は、増幅ＭＣＳカードでのＥＤＦＡが、同調可能１×Ｍスプリッタを介して１つまたは２つのポンプレーザを共有し、それにより、ＥＤＦＡの大半は、Ｎ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}個のλの全負荷を増幅する必要がなく、したがってコストを節約するというものである［３］。この方法の欠点は、動的なλアド／ドロップに関して、ＥＤＦＡによって共有されるポンプをフレキシブルに調節するのが難しいことである。また、この方法は、大きなＮ_{ｓｐｌｉｔ}が式（３）でのＫを増加させることがない。本発明者らの手法は、式（１）で、Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}をＮ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}から減結合し、それにより、Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}を独立して増加させることができるようにすることである。ＯＸＣロードバランサ（１００％ドロップ）を有するＭＣＳベースのＣＤＣ ＲＯＡＤＭ２４４８を示す図２６に示されるように、Ｎ×Ｎ（Ｎ＝６４）光クロスコネクト（ＯＸＣ）２４５０が、ＷＳＳ２４５２とＥＤＦＡ２４５２層の間に挿入され、Ｎ_{ｓｐｌｉｔ}が動的に４×２４＝９６に増加される。ＯＸＣは、「ロードバランサ」（ＬＢ）として働き、すなわち、最初の９６個のλがただ１つの方向（例えば西方向）から到着しているときでさえ、ロードバランサは、８個の西方向のＷＳＳ出力ポート（ポート当たり１２個のλを有する）を最前行にシャッフルし直し、それにより、複数ではなくただ１つの増幅されたＭＣＳカードを使用すればよい。図２６でのＲＯＡＤＭは、以下の特徴を有する。（ａ）１００％アド／ドロップを可能にし、それにより、そのコストを最大７８４個のアド／ドロップポートによって共有することができる。（ｂ）優れたη＝１を示す。（ｃ）ＣＲ（Ｎ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}＝１２）での少数の一致チャネルを使用し、約２ｄＢのその挿入損失は、コスト増加なしで、後続のＥＤＦＡによって容易に補償することができる。（ｄ）ポストＥＤＦＡ分割を９６へ大幅に増加するが、依然として、妥当なＰ_ｒｅｃ＝−１５ｄＢｍで動作する（式（２）から、Ｐ_ＥＤＦＡ＝２１ｄＢｍおよびＩＬ_{ｅｘｃｅｓｓ}＝５ｄＢで得られる）。また、式（１）でのＪおよびＫは、ここで１２に増加され、これは、図２７に示されるように、最小の全体の材料費をもたらす（「８×９６＋ＬＢ」参照）。また、図２７には、５０％アド／ドロップで従来の手法を使用した他のタイプのＭＣＳの相対コストが示されている。ロードバランサが８×１６ＭＣＳベースのＲＯＡＤＭの総コストを例えば約７０％減少させることができる主な理由は、ドロップ方向で、１９２個の１５ｄＢｍのＥＤＦＡが、６４個の２１ｄＢｍ ＥＤＦＡに減少され、ＷＳＳポートの数が１９２から６４に減少されるからである。図２７での公正な比較に関して、８×１２および８×１６ＭＣＳは、現在のところ１×３２および１×２４ＷＳＳが利用可能でないので５０％アド／ドロップを全く実現できず、８×２４および８×３２ＭＣＳは、そのＮ_{ＷＳＳ，ｍａｘ}が現在の１２〜１６のＮ_ＣＲを超えるので、特定のＯＳＮＲペナルティを受けることがある。

図２８は、様々なネットワーク構成に統合されたＲＯＡＤＭを示す。拡張可能マルチキャストスイッチの使用は、望ましい経路指定フレキシビリティを提供する。ＲＯＡＤＭ２８００は、プログラム可能なスプリッタ２８０２を有し、スプリッタ２８０２は、休止チャネルへの光パワーの分散および関連の浪費を回避するようにプログラム可能である。プログラム可能なスプリッタ２８０２は、例えば、一方向トラフィック２８０４のためのパワー分散を動的に再構成することができ、符号２８０２ａが分割効果を示す。スプリッタ２８０２は、例えば、均一に全ての方向からのトラフィックのためにプログラム可能であり（２８０６）、符号２８０２ｂ、２８０２ｂ’が例示的な信号フローを示す。スプリッタ２８０２は、任意のトラフィック２８０８に関してプログラム可能であり、符号２８０２ｃ、２８０２ｃ’、２８０２ｃ’’が例示的な信号フローを示す。

図２９は、プログラム可能なスプリッタとして使用される連続的なスイッチの一実施形態を示す。ＭＺＩベースのプログラム可能なスプリッタ２９００は、入力Ｎ（２９０２）を有し、これは、１６個の出力２８０４に動的に分割される。そのようなスプリッタは、マルチキャストスイッチに関する、例えば上述した特定の実施形態に関するスプリッタツリーとして使用することができる。一般に、連続範囲光スイッチは、マッハ−ツェンダー干渉計から形成することができ、その移相器へのドライブ電圧の連続的な範囲を受け入れる。本明細書で述べるアーキテクチャに関する光スイッチ、例えば、１×２、２×１、および２×２スイッチも同様に、マッハ−ツェンダー干渉計構造に基づくことができる。代替の光スイッチ設計は、ＭＥＭｓ技術および／または他の機械的な構造、例えば、圧電ベースの構造、電気光効果、磁気光効果、それらの組合せなどに基づくことができる。一般に、光スイッチ設計は、当技術分野で知られており、引き続きさらなる開発が行われている。

図３０は、図２４ａのＲＯＡＤＭ設計の代替実施形態を示す。この実施形態では、ＲＯＡＤＭ３０００は、波長選択スイッチ（ＷＳＳ）３００４とＭＣＳ回路３００６との間に配置されたプラグ可能な増幅器カード３００２を備える。ＭＣＳ回路３００６は、スプリッタ３００８およびスイッチバンク３０１０を備える。増幅器は、各入力信号をＭＣＳに増幅させることができる。図３１は、図２８を参照して、均一に全ての方向からのトラフィックを有するネットワークと共に使用するための低出力増幅器を備える実施形態の変形形態を示す。

図３２は、ロードバランスのための、ＯＸＣクロスコネクトスイッチ３０２２への入力を提供する入力３０２１に接続された１組の８個の１×２０ＷＳＳ３０２０を有するＲＯＡＤＭの一実施形態を示す。プラグ可能な増幅器プール３０２４が、ＷＳＳからの信号の増幅を提供する。いくつかの実施形態では、ＯＸＣ３０２０からの出力の一部３０３０は、ＭＣＳ３０２８の入力ポートに向けることができ、ＯＸＣの出力の第２の部分３０３２は、ＭＣＳの拡張入力ポート３０３４に向けることができ、拡張入力ポート３０３４は、バイパススイッチ３０３８につながるバイパス光路３０３６に接続される。この実施形態は、完全に自動でありフレキシブルなスイッチングの提供を含む。

ＲＯＡＤＭ内部の代替経路を使用するＲＯＡＤＭ設計が、図３３に示される。パネル（ｃ）のアーキテクチャは、予め設置された多数のＤＷＤＭトランスポンダおよび光輸送ネットワークスイッチポートに基づくコンテンション緩和機能を備えるＲＯＡＤＭと対比され、そのＲＯＡＤＭは、パネル（ａ）に概略的に示され、パネル（ｂ）のクライアント側ファイバクロスコネクトに基づく。本明細書で述べる拡張可能スイッチは、これらのアーキテクチャの任意のもので効果的に使用することができるが、パネル（ｃ）での設計は、有意でない確率までコンテンションを緩和するために、スイッチのコンテンション減少バンクを通る再経路指定を含む。ＲＯＡＤＭの一実施形態のアーキテクチャが、図３４に示される。

図３４に示されるように、コンテンション減少バンクは、最大Ｎ−１個のコンテンション緩和（ＣＭ）スイッチ構造を備えることができ、ここで、Ｎは、ＲＯＡＤＭへの入力の数である。各ＣＭスイッチ構造は、Ｎ×Ｍスイッチ、例えばクロスコネクトスイッチまたは他の同様のスイッチ機能を備えることができる。図３４に示されるように、各スイッチ構造は、１×８パワーカプラと、１×１６パワースイッチとを備え、これらがクロスコネクト機能を提供する。さらに、ＲＯＡＤＭは、Ｍ個のドロップバンクを備える。図３４に示されるように、ＷＳＳからの出力は、Ｍ個の（１×Ｎ）パワーカプラに進み、これらは、ＭＣＳスイッチに入力を提供し、コンテンションバンクからの出力もＭＣＳ入力に向けられる。本明細書で述べる拡張可能ＭＣＳスイッチ設計に基づく代替実施形態では、コンテンションバンクからの出力は、ＭＣＳスイッチの拡張入力ポートに向けることができ、ＷＳＳの出力は、カプラを使用せずに、ＭＣＳスイッチの入力に直接向けることができる。提供される負荷の関数としてのブロック率は、実質的にコンテンションのないものであることがあり、例えば、比較的多数のコンテンションバンク、具体的には５〜７個のコンテンションバンクで、ブロック率は１０−７よりもはるかに低い。

リング光ネットワークは、かなりのロバストネスを提供することができる。なぜなら、ラインの断絶が生じた場合、信号伝送は、代替として、断絶の位置に関係なく並列リングによって行うことができるからである。１組のノードを接続する２つの並列光学経路を備えるリングネットワークの概念図が、図３５に示される。そのようなリングネットワークは、例えば、ノード当たり約４〜８個のポート、８８個のＤＷＤＭ波長、および無色ＲＯＡＤＭを備えるネットワークメトロエッジとして使用することができる。いくつかの実施形態では、リングネットワークは、主要ノードおよび関連のサブノードを備える集中型リングネットワークとして使用することができる。可能なノード構造が、図３６に示される。

図３６を参照すると、ノード３６０２は、ＡＤＤおよびＤＲＯＰ機能を行うための２つの平行な構造を備える。各並列光学ライン３６０４および３６０６は、１×２ＷＳＳによって、ノードのＡＤＤ（３６０８、３６１０）側およびＤＲＯＰ（３６１２、３６１４）側に接続する。ノードのＡＤＤ側は、それぞれＷＳＳ３６０８、３６１０に接続された２つのＭＣＳ３６２０、３６２２を備え、ＭＣＳ３６２０、３６２２は、１組の２×１バイパススイッチ２６２４で接続する。同様に、ノードのＤＲＯＰ側は、それぞれＷＳＳ３６１２、３６１４に接続された２つのＭＣＳ３６４０、３６４２を備え、ＭＣＳ３６４０、３６４２は、１組の２×１バイパススイッチ２６４４で接続する。統合された拡張可能ＭＣＳが使用される場合、ＭＣＳの対（３６２０＋３６２２または３６４０＋３６４２）の一方からの出力を他のＭＣＳスイッチの拡張入力ポートに向けて、所望の機能を提供するために拡張可能スイッチのバイパススイッチを利用することができる。

上述した実施形態は、例示的なものであり、限定ではないものと意図される。さらなる実施形態が特許請求の範囲内にある。さらに、本発明を、特定の実施形態を参照して説明してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく形態および詳細に変更を施すことができることを当業者は理解されよう。上記の文献の参照による任意の組込みは、本明細書での明示的な開示に反する主題が組み込まれないように限定される。

参照により本明細書に援用する参考文献：［１］Ｍ．Ｆｅｕｅｒ他、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．Ｂ，Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，Ｃｈａｐｔｅｒ ８，２００８（非特許文献１）；［２］Ｓ．Ｇｒｉｎｇｅｒｉ他、ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｎ．Ｍａｇ．，ｐ．４０，Ｊｕｌｙ ２０１０（非特許文献２）；［３］Ｓ．ＺｈｏｎｇおよびＪ．Ｂａｏ、米国特許出願公開第２００９／００６７８４５号（特許文献１）；［４］Ｌ．Ｎｅｌｓｏｎ他、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｐ．２９３３，２０１０（非特許文献３）；［５］Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ他、ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ，ｐａｐｅｒ ＯＴｕＤ３，２０１１（非特許文献４）。

１００・・・光スイッチ１００、
１０２・・・入力光学ライン、
１０４・・・出力ライン。

Claims (36)

1. 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、各入力ポートに関連付けられる入力光路と、Ｍ（Ｍ≧１）個の光学出力ポートと、各出力ポートに関連付けられる出力光路と、各出力ポートに関連付けられるバイパス光スイッチボックスと、Ｐ（Ｐ≧１）個の拡張入力ポートと、各拡張入力ポートに関連付けられ、関連のバイパススイッチブロックに接続する拡張光路と、前記入力光路と出力光路に関連付けられるバイパス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備える光スイッチングデバイス。
2. 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。
3. 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１または２に記載の光スイッチングデバイス。
4. 光学スプリッタのツリー構造および関連の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、出力光路に関連付けられる前記バイパススイッチに関連付けられ、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関連付けられ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。
5. 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。
6. 各入力が、Ｋ個のブランチに接続され、Ｋ＜Ｍであり、前記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。
7. 出力に接続される特定のバイパススイッチに関連付けられるスイッチングブロックが、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。
8. 出力に接続される特定のバイパススイッチに関連付けられるスイッチングブロックが、Ｌ（Ｌ＝最小の整数≧ｌｏｇ_２（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。
9. 前記複数の光スイッチング要素および関連の光路が、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。
10. 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関連付けられる拡張出力光路と、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関連の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。
11. 前記バイパススイッチが、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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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、各入力ポートに関連付けられる入力光路と、Ｍ（Ｍ≧１）個の光学出力ポートと、各出力ポートに関連付けられる出力光路と、各入力ポートに関連付けられるバイパス光スイッチボックスと、Ｑ（Ｑ≧１）個の拡張出力ポートと、各拡張出力ポートに関連付けられ、関連のバイパススイッチブロックに接続する拡張光路と、入力光路に関連付けられる前記バイパス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関連の光路とを備える光スイッチングデバイス。
17. 前記複数の光スイッチング要素および関連の光路が、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。
18. 光学結合器のツリー構造および関連の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関連付けられ、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。
19. 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。
20. 前記バイパススイッチが、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。
21. 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。
22. 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。
23. 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デバイスであって、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_Ｌ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、Ｎ_Ｌ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い各光スイッチングモジュールが、バイパススイッチを介してそれぞれの出力ポートに結合される１組の拡張入力ポートを有し、末尾モジュールでない各光学モジュールが、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デバイス。
24. 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スイッチ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デバイス。
25. 光スイッチングモジュールが、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光スイッチデバイスを備える請求項２３に記載の拡張可能光スイッチ。
26. 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デバイスであって、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Ｍ_Ｌ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、Ｍ_Ｌ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い各光スイッチングモジュールが、バイパススイッチを介してそれぞれの入力ポートに結合される１組の拡張出力ポートを有し、先頭モジュールでない各光学モジュールが、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デバイス。
27. 光スイッチングモジュールが、請求項１６〜２２のいずれか一項に記載の光スイッチデバイスを備える請求項２６に記載の拡張可能光スイッチ。
28. 複数のノードと、前記ノードに接続された２つの別個の光学リングと、各光学リングとＮ個の出力光学ラインとの間の光学接続を提供する各ノードでの光学ブランチとを備える光学リングネットワークであって、前記光学ブランチが、それぞれのリングにそれぞれ接続される２つの１×Ｎ光スイッチと、前記それぞれの１×Ｎ光スイッチと前記Ｎ個の光学ラインとを接続するＮ個の２×１バイパススイッチとを備える光学リングネットワーク。
29. 各１×Ｎ個の光スイッチが、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、グループに編成された複数の光スイッチング要素とを備え、スイッチグループの各要素が、前記光学スプリッタ構造とバイパススイッチとの間に接続された光路に関連付けられる請求項２８に記載の光学リングネットワーク。
30. 請求項１〜２２のいずれか一項に記載の光スイッチングデバイスを備える請求項２８に記載の光学リングネットワーク。
31. Ｎ個の光学光路と、Ｎ’×Ｍ’のクロスコネクトスイッチ（ＯＸＣ）と、Ｎ’’×Ｍ’’のマルチキャストスイッチ（ＭＣＳ）と、１組のバイパススイッチと、ＯＸＣ出力とバイパススイッチとの間の１組のバイパス光路とを備える光ネットワークスイッチングノードであって、バイパススイッチがＭＣＳ出力にも接続される光ネットワークスイッチングノード。
32. 請求項１〜２２のいずれか一項に記載の光スイッチングデバイスを備える請求項３１に記載の光ネットワークスイッチングノード。
33. Ｎ個の入力光路と、ドロップバンクと、コンテンション緩和構造とを備える光ネットワークスイッチングノードであって、前記ドロップバンクが、マルチキャストスイッチ（ＭＣＳ）を備え、前記コンテンション緩和構造が、選択光スイッチを備え、前記選択光スイッチからの出力が、前記ＭＣＳの入力に光チャネルを介して方向付けられ、前記Ｎ個の入力光路が、前記コンテンション緩和構造への入力を提供するサブセットと、前記ドロップバンクへの入力を提供するさらなるサブセットとに分割される光ネットワークスイッチングノード。
34. 請求項１〜２２のいずれか一項に記載の光スイッチングデバイスを備える請求項３３に記載の光ネットワークスイッチングノード。
35. 前記ＭＣＳが、出力光路と、拡張入力ポートと、前記拡張入力ポートに接続されたバイパス光路と、出力光路に光信号を選択的に送信するために前記バイパス光路および前記出力光路に光学的に接続されたバイパススイッチとを備え、前記選択光スイッチが、前記ＭＣＳの前記拡張入力ポートに光学的に接続された出力光路を備える請求項３３に記載の光ネットワークスイッチングノード。
36. 前記選択光スイッチが、前記ＭＣＳの入力ポートに光学的に結合された拡張出力ポートを備える請求項３３または３５に記載の光ネットワークスイッチングノード。

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