KR20170138518A

KR20170138518A - 단일 포토다이오드를 사용하는 파장 선택성 스위치를 위한 광 채널 모니터

Info

Publication number: KR20170138518A
Application number: KR1020177033355A
Authority: KR
Inventors: 제퍼슨 엘. 와그너; 브래드포드 스미스
Original assignee: 니스티카, 인코포레이티드
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2017-12-15
Also published as: EP3289702B1; KR102010292B1; AU2016254131A1; US20160323034A1; CN107667492A; JP6688809B2; CN107667492B; US9680570B2; JP2018520537A; WO2016176536A1; EP3289702A1; EP3289702A4

Abstract

파장 선택성 스위치(WSS)를 통해 라우팅 되는 WDM 광 신호의 적어도 하나의 광 파장 성분을 모니터링 하는 방법은, 상기 WSS의 주어진 입력 포트로부터의 광 파장 성분을 선택된 출력 포트로 선택 감쇠량을 가진 채 지향시키는 단계를 포함한다. 상기 선택 감쇠량을 발생시키는 상기 광 파장 성분의 차단부는 상기 WSS의 다른 출력 포트와 연관된 광 모니터로 지향된다. 상기 광 파장 성분의 파워 레벨은, 상기 파장 성분의 파워 레벨과 상기 광 모니터로 지향되는 상기 차단부의 파워 레벨 간의 비례를 사전-보정함으로써 결정된다.

Description

단일 포토다이오드를 사용하는 파장 선택성 스위치를 위한 광 채널 모니터

본 발명은 광 채널 모니터(optical channel monitor)에 관한 것이다.

광섬유 광통신 시스템들은 일반적으로, 다수의 스펙트럼으로 분리된 독립적인 광 채널들을 이송하도록 광섬유를 사용하는 기술인, 파장 분할 멀티플렉싱(wavelength division multiplexing, WDM)을 이용한다. 파장 영역에서, 광학 채널들은 분리된 채널 파장들에 집중되고, 조밀 WDM(WDM)에서 시스템은 일반적으로 25, 50, 100 또는 200 GHz에 의하여 분리된다. 광학 채널에 의하여 이송되는 정보 내용은 채널들 사이의 공간에 비하여 일반적으로 좁은 유한한 파장 밴드를 넘어서 퍼진다.

광 채널 모니터링은, 광섬유 광학 시스템들의 원격통신 이송기들 및 다중 서비스 동작기들에 의하여 사용되는 것이 증가되고 있다. 광학 네트워크 상의 트래픽이 증가됨에 따라, 네트워크들의 모니터링과 관리가 중요한 문제가 되고 있다. 네트워크를 모니터 하기 위하여, 네트워크 내의 특정한 지점들에서의 복합 신호의 스펙트럼 특징들이 결정되어야 하고, 분석되어야 한다. 따라서, 이러한 정보는 상기 네트워크의 성능을 최적화하도록 사용될 수 있다. 광 채널 모니터링은, 재설정식 자기 관리 광섬유 광학 네트워크들을 사용하는 현대의 광학 네트워크들에 특히 중요하다.

예를 들어, 네트워크를 따라서 전송됨에 따라 개별적인 파장 채널들을 제어하도록 사용되는, 재설정식 광분기들(reconfigurable optical add/drop multiplexers, ROADMs) 및 광학 교차 접속기들은 광 채널 모니터를 요구한다. 상기 ROADM은 네트워크를 따라서 중간 노드들에서 추가되거나 감축되는 파장 채널들의 동적 및 재설정식 선택을 허용한다. 상기 ROADM에 있어서, 예를 들어, 광 채널 모니터는, 가변 광 감쇠기(variable optical attenuator, VOA) 제어 전자장치에 채널-파워(channel-power) 정보를 제공하도록, 인입되는 채널들의 목록 및 배출되는 채널들의 목록을 제공할 수 있고, 이에 따라 추가되는 채널들의 파워(power)를 통과 채널들과 동등하게 할 수 있다.

광 채널 모니터의 일 유형은 파장 선택성 스위치(WSS)를 사용하고, 상기 스위치는 단위 파장 채널을 기초로 하여 광학 스위칭을 수행하도록 구성된 스위치의 형태이고, 일반적으로 입력 광섬유에서 원하는 출력 광섬유로 모든 파장 채널을 스위칭 할 수 있다. 따라서, 1XN WSS는 상기 입력 광섬유를 따라서 전송되는 WDM 입력 신호의 파장 채널을 상기 WSS와 커플링된 N 개의 출력 광섬유들 중 어느 하나로 스위칭 할 수 있다.

미국 출원 일련번호[문서번호 2062/16]는 WSS에 통합된 OCM을 나타낸다. 일련의 포토다이오드들(photodiodes)이 제공되며, 각각의 포토다이오드는 OCM의 출력 포트들 중 하나의 포트로부터 광 파장들을 수신한다.

본 발명은 단일 포토다이오드를 사용하는 파장 선택성 스위치를 위한 광 채널 모니터를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 파장 선택성 스위치(WSS)를 통해 라우팅 되는 WDM 광 신호의 적어도 하나의 광 파장 성분을 모니터링 하는 방법이 제공된다. 상기 방법에 따르면, SLM에 의해 생성될 제1 위상 패턴이 제1 복수의 위상 패턴들 중에서 선택된다. 상기 제1 복수의 위상 패턴들의 각각은 (i) 상기 WSS의 제1 입력 포트로부터의 제1 광 파장 성분을 선택된 출력 포트로 지향시키고 (ii) 상기 제1 파장 성분이 제1 선택 감쇠량(a first selected amount of attenuation)을 겪게 한다. 상기 제1 위상 패턴은 상기 제1 위상 패턴은, 제1 선택 감쇠량을 발생시키는 제1 광 파장 성분의 제1 차단부(a first rejected portion)를 상기 WSS의 또 다른(another) 출력 포트와 연관된 광 모니터로 지향시키도록 더욱 선택된다. 상기 SLM의 제1 부분은 상기 제1 위상 패턴으로 주기적으로 프로그래밍 된다. 상기 SLM의 상기 제1 부분이 상기 제1 위상 패턴으로 주기적으로 구성되는 동안 상기 SLM의 상기 제1 부분에 상기 제1 광 파장 성분이 지향된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 광 포트 어레이, 광 검출기, 분산 소자, 집속 소자, 프로그램 가능한 광 위상 변조기 및 프로세서를 포함하는 광학 장치가 제공된다. 상기 광 포트 어레이는 광 빔을 수신하기 위한 적어도 하나의 광 입력 포트 및 복수의 광 출력 포트들을 갖는다. 상기 광 검출기는 상기 광 출력 포트들 중 제1 광 출력 포트에 광학적으로 결합된다. 상기 분산 소자는 상기 적어도 하나의 광 입력 포트로부터 상기 광 빔을 수신하고 상기 광 빔을 복수의 파장 성분들로 공간적으로 분리한다. 상기 집속 소자는 상기 복수의 파장 성분들을 집속한다. 상기 프로그램 가능한 광 위상 변조기는 상기 집속된 복수의 파장 성분들을 수신한다. 상기 변조기는 상기 파장 성분들을 상기 광 출력 포트들 중 선택된 출력 포트로 조향하도록 구성된다. 또한, 상기 광학 장치는, 실행되었을 때, 상기 프로그램 가능한 광 위상 변조기의 제1 부분을 제1 위상 패턴으로 프로그래밍 하게 구성되도록 상기 프로세서를 제어하는 명령어를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함한다. 상기 제1 위상 패턴은, (i) 상기 복수의 광 파장 성분들 중 제1 광 파장 성분을 상기 광 입력 포트 중 제1 광 입력 포트로부터 선택된 출력 포트로 지향시키고 (ii) 상기 제1 파장 성분이 제1 선택 감쇠량을 겪게 하는 제1 복수의 위상 패턴들 중에서 상기 프로세서에 의해 선택된다. 상기 제1 위상 패턴은, 상기 제1 선택 감쇠량을 발생시키는 상기 제1 광 파장 성분의 제1 차단부를 상기 제1 광 출력 포트로 지향시키도록, 더욱 선택된다.

도 1은 통합(integrated) 채널 모니터를 포함하는 파장 선택성 스위치(WSS)의 일례의 기능 블록도이다.
도 2는 y-축에서 LCoS 소자의 일 영역에 걸쳐 생성될 수 있는 주기적인, 계단식 위상 변화 프로파일(periodic, stepped phase shift profile)의 예를 도시한다.
도 3은 WDM 광 신호의 파장 성분들(λ1, λ2, λ3, λ4)을 WSS를 통해 그 입력 포트와 출력 포트 사이에서 라우팅 하는 데 사용될 수 있는 시퀀스(sequence)의 일례를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 실시예들과 함께 사용될 수 있는 자유공간(free-space) 스위치와 같은 단순화된 광학 소자의 일례의 정면도와 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들과 함께 사용될 수 있는, 자유공간 스위치와 같은 단순화된 광학 소자의 다른 예의 측면도이다.

도 1은 통합 채널 모니터를 포함하는 파장 선택성 스위치(WSS)(100)의 일례의 기능 블록도이다. 설명의 단순화를 위해, WSS(100)는 N 개의 입력 포트들(110₁, 110₂, 110₃, ... 110_n)("110") 및 2 개의 출력 포트들(120, 130)을 갖는 Nx2 스위치로 도시된다. 다른 구현예들에서, WSS는 2 개보다 많은 출력 포트들을 가질 수 있다.

스위칭 패브릭(switching fabric)(140)은 제어기 또는 프로세서(processor)(150)의 제어 하에 동작하여 입력 포트들(110)을 출력 포트들(120, 130)에 광학적으로 결합하므로, 입력 포트들(110) 중 임의의 포트에서 수신된 WDM 광 신호의 개별 파장 성분들 또는 채널들은 스위치 제어기(150)의 제어 하에서 출력 포트들(120, 130) 중 어느 하나의 포트에 선택적으로 지향될 수 있다.

도 1에 더 도시된 바와 같이, 출력 포트(130)는 포토다이오드와 같은 광 검출기(photodetector)(135)에서 종결된다. 후술하는 바와 같이, 광 검출기(135)는 입력 포트들(110) 중 임의의 포트로부터 출력 포트(120)로 지향되는 광 빔(optical beam)의 파워 레벨들(power levels) 및 가능하게는(possibly) 다른 신호 품질 인자들을 측정하기 위한 광 채널 모니터로서 사용될 수 있다. 한 개보다 많은 출력 포트가 제공되는 경우(OCM에 사용되는 출력 포트(130)에 추가적으로), 광 검출기(135)는 입력 포트들(110) 중 임의의 포트로부터 출력 포트들 중 임의의 포트로 지향되는 광 빔의 파워 레벨들 및 가능하게는 다른 신호 품질 인자들을 측정하기 위해 사용될 수 있다.

스위칭 패브릭(140)은 광 경로 변환계(optical path conversion system)로서 기능할 수 있는 공간 광 변조기(spatial light modulator)(SLM)를 포함할 수 있다. 공간 광 변조기(SLM)는, 각 픽셀(pixel)이 빛의 세기를 조정하거나 조절하기 위한 광 "밸브"로서 독립적으로 작동하는 광학 요소들(픽셀들)의 어레이(array)로 구성됩니다. 광 신호는 스펙트럼(spectral) 축 또는 방향을 따라 어레이 상에 분산되어, 그 신호 내의 개별 채널들이 광학 요소들 중 다수의 광학 요소들에 걸쳐 분산된다. 각각의 파장 성분 또는 채널, 또는 일군의 파장 성분들 또는 채널들은, 선택된 광학 요소들에 입사하는 채널의 일부가 복귀 경로(return path)로부터 멀어지게 지향되도록, 선택된 개수의 광학 요소들을 작동(actuating)시킴으로써 선택적으로 감쇠되거나 차단될 수 있다.

WSS 장치는 입력 포트들과 출력 포트들 사이의 라우팅을 수행하기 위해 LCoS(liquid crystal on silicon) 소자 또는 MEMS(micro-electromechanical) 미러(mirror) 어레이와 같은 공간 광 변조기에 종종 의존한다. 여기에 기술된 주제를 한정하기 위한 것은 아니며 단지 설명의 목적으로서, 공간 광 변조기로서 LCoS 소자를 사용하는 WSS가 설명될 것이다.

LCoS 소자는, 투명 전극을 갖는 투명 유리 층과, 독립적으로 어드레스 가능한(addressable) 픽셀들의 2차원 어레이로 분할된 실리콘 기판 사이에 끼워진 액정 물질을 포함한다. 각각의 픽셀은 광 신호에 국부적인 위상 변화를 제공하도록 전압 신호에 의해 개별적으로 구동 가능하므로, 위상 조작 영역들(phase manipulating regions)의 2차원 어레이를 제공한다. 광 신호가 회절 격자와 같은 회절 소자(diffractive element)에 의해 공간적으로 분리되었다면, 개별 스펙트럼 성분들의 조작이 가능하다. 스펙트럼 성분들의 공간적 분리는 LCoS 소자의 소정 영역들 상으로 지향되는데, 이는 대응하는 픽셀들을 미리 결정된 방식으로 구동함으로써 독립적으로 조작될 수 있다.

LCoS 소자와 같은 프로그램 가능한(programmable) 광 위상 변조기는 프로그램에 따라(programmatically) 결정되는 픽셀 어레이 내의 주어진 픽셀 위치에서 위상 변화를 일으킨다. 이러한 변조기는 다른 품목들 중에서 가상 렌즈(virtual lenses), 프리즘 또는 기울어진 거울을 형성하는 등 여러 가지 방법으로 사용될 수 있다. LCoS 소자의 제한된 두께 및 작동(actuation)으로 인해, 임의의 주어진 위치에서 달성될 수 있는 총(total) 위상 변화가 제한된다. 이 제한은 렌즈의 표면 파워(power)를 평평한(plano) 표면으로 압축함으로써 프레넬(Fresnel) 렌즈를 형성하는 데에 사용되는 것과 유사한 세분화 기법(segmentation technique)을 적용함으로써 LCoS 소자에서 회피될 수 있다. 특히, 원하는 총 위상 변화는 관심 파장(wavelength of interest)에서 통상적으로 모듈로(modulo) 2π이다. 그러므로 결과적인 위상은 항상 2π보다 작다. 유감스럽게도, 이 세분화 기법은, 세분화되지 않은 패턴이라면 생성하지 않을 방향들에서 빛의 산란을 도입한다. 이 산란광(scattered light)은 LCoS WSS에서 크로스토크(crosstalk)가 본래 더 높은 하나의 이유이다.

도 2를 참조하면, y-축에서 LCoS 소자(21)의 일 영역에 걸쳐 생성될 수 있는 주기적인, 계단식 위상 변화 프로파일(39)의 예가 도시되어 있다. 주기적인, 계단식 위상 변화 프로파일(39)은 누적 위상 프로파일(37)을 생성한다. 누적 조향(steering) 프로파일(37)은 원하는 위상 변화를 제공하도록 소정 전압으로 각 픽셀(19)을 구동함으로써 생성된다. 전압과 위상 간에 직접적인 관계가 있고 위상과 조향각(steering angle) 간에 직접적인 관계가 있기 때문에, 요구되는 전압 구동 신호를 원하는 조향각에 연관시키는 룩업 테이블(look-up table) 등이 생성될 수 있다. 위상의 주기성은, 요구되는 구동 전압을 감소시키는 데 활용된다. 따라서, 주기적인, 계단식 전압 신호는 주기적인, 계단식 위상 변화 프로파일(39)을 생성할 것이고, 이는 이어서 누적 위상 프로파일(37)을 생성하는데, 여기서 위상 리셋(phase resets)(41)이 2π 라디안(radians)의 배수들(multiples)에서 발생한다. 입사하는 파장 성분에 작용할 때, 위상 프로파일(37)은 θ에 비례하거나 θ와 동일한 조향각을 생성한다. 따라서, 주기적인, 계단식 위상 변화 프로파일을 적절히 조정함으로써, 파장 성분들은 광섬유들 중 원하는 하나의 광섬유에 선택적으로 지향될 수 있다.

광 빔(예를 들어, 광 파장 성분)을 특정 입력 포트로부터 특정 출력 포트로 지향시킬 때, 빔은, 예를 들어, 그것이 출력 포트와 완전히 중첩하지는 않도록 광 빔을 지향함으로써 바람직한 감쇠도(degree of attenuation)를 갖고 감쇠될 수 있다. 광 빔의 일부만이 출력 포트에 결합되도록 LCoS에 인가된 위상 패턴을 적절하게 조정함으로써 원하는 감쇠를 달성할 수 있다.

광 빔에 주어지는(imparted) 희망(desired) 감쇠량은 매우 다양한 상이한 위상 패턴들로 달성될 수 있다. 빔이 입사하는 LCoS의 부분에 상이한 위상 패턴들을 인가하면, 차단된 광(rejected light)(즉, 선택된 출력 포트로 지향되지 않은 광 빔의 일부분)은 상이한 방향들로 지향될 것이다.

도 1을 다시 참조하면, 실선(160)은 선택된 입력 포트(110_n)로부터 선택된 출력 포트(120)로 희망 감쇠량을 갖고 지향되는 광 빔을 나타낸다. 마찬가지로, 실선들(162)은 감쇠를 일으키는 차단된 광을 나타낸다. 도 1에 도시된 점선들은, LCoS에 의해 다른 입력 포트들(110)로부터 원하는 출력 포트(120)로 지향되는 광에서 발생하는 바람직하지 않은 크로스토크(crosstalk)를 나타낸다. 동일한 희망 감쇠량으로 광 빔을 지향시키는 다양한 위상 패턴들은 상이한 양의 크로스토크를 야기할 수 있다. 따라서, 포트 분리(port isolation)을 유지하기 위해 이러한 크로스토크를 감소시키는 위상 패턴을 선택하는 것이 일반적으로 바람직할 것이다.

희망 감쇠량을 생성하는 한편 선택된 한 쌍의 포트들 사이에서 광 빔을 지향시키기 위해 LCoS 또는 다른 SLM에 의해 생성될 적절한 위상 패턴을 선택할 때, 차단된 광은 그것을 포트들 중 임의의 포트로부터 멀어지도록 지향시킴으로써 간단히 손실될 수 있다. 이는 도 1에 차단된 광(162)으로 도시되어 있다. 대안적으로, 광 빔의 차단된 부분의 적어도 일부를 광 검출기(135)가 구비된 출력 포트(130)로 지향시키는, LCoS에 의해 생성될 위상 패턴이 선택될 수 있다. 선택된 한 쌍의 입력 포트와 출력 포트 사이에서 지향되는 광 빔의 나머지 부분에 대한 광 빔의 차단된 부분의 비율은 특정한 LCoS 위상 패턴에 대해 동일할 것이다. 따라서, 광 검출기(135)에 의해 측정된 광량은 선택된 출력 포트로 라우팅 되는 광량에 비례한다. 선택된 출력 포트로 라우팅 되는 실제 광량은 적절한 보정에 의해 결정될 수 있으며, 이는, 선택된 LCoS 위상 패턴에 대해 선택된 출력 포트와 광 검출기 모두에 의해 수신된 광파워(optical power)와 입력 빔의 광파워를 측정함으로써 달성될 수 있다.

상기 보정 프로세스를 사용하여, 희망 감쇠량(특정 LCoS 위상 패턴에 대응함)을 갖고 임의의 선택된 쌍의 포트들 사이에서 지향되는 광의 양이 광 검출기(135)에 의해 모니터링 될 수 있다. 선택된 감쇠도를 갖고 입력 포트로부터 출력 포트로 지향되는 각각의 파장은, 차단된 광을 광 검출기로 지향시키는 한편 선택된 감쇠도(degree of attenuation)를 발생시키는 LCoS 위상 패턴을 선택함으로써, 이 방식으로 순차적으로 모니터링 될 수 있다.

WSS를 통해 라우팅 되는 개별 파장 성분들은 다양하고 상이한 방법으로 광 검출기(135)에 의해 모니터링 될 수 있다. 도 3은 도 1의 WSS(100)와 관련하여 사용될 수 있는 시퀀스의 일례를 도시한다. 특히, 도 3은, WSS를 통해 그 입력 포트와 출력 포트 사이에서 라우팅 되는 WDM 광 신호의 파장 성분들(λ1, λ2, λ3, λ4)을 시간의 함수로서 나타낸다.

도 3에서, 화살표로 끝나는 수평 방향 선들은, 각각, 대응하는 파장 성분이 선택된 감쇠량을 갖고 WSS를 통해 라우팅 되는 시간의 길이(a period of time)를 나타낸다. 실선들은 대응하는 파장에 대한 차단된 광이 단순히 손실되는 시간의 길이를 나타낸다. 즉, 실선들은 차단된 광이 광 검출기(135)로 지향되고 있지 않기 때문에 대응하는 파장 성분들이 모니터링 되고 있지 않은 시간의 길이를 나타낸다. 반면, 점선들은 차단된 광이 광 검출기(135)로 지향되고 있기 때문에 대응하는 파장 성분들이 모니터링 되고 있는 시간의 길이를 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상이한 파장 성분들로부터의 차단된 광은 순차적으로 광 검출기로 라우팅 되므로, 다양한 파장 성분들이 주기적으로 모니터링 될 수 있다. 또한 도시된 바와 같이, 이 특정 구현예에서, 주어진 파장 성분이 모니터링 되고 있는 시간의 양은, 그것이 모니터링 되고 있지 않은 시간의 양보다 훨씬 적다. 이러한 방식으로 시스템은 WSS를 통해 라우팅 되는 모든 파장 성분들을 더 잘 모니터링 할 수 있다. 물론, 주어진 파장 성분을 모니터링 하는 데에 쓰이는 시간과 모니터링 하지 않는 데에 쓰이는 시간의 비율은 응용예마다 다를 수 있다. 또한, 다양한 구현예들에서, 파장 성분이 모니터링 되고 있는 시간의 양은 파장 성분마다 다를 수 있으며, 하나 이상의 파장 성분에 대해 시간에 따라 변할 수 있다.

많은 응용예들에서, 파장 성분들을 동시에 모니터링 하기 위한 광 검출기가 구비된 다수의 포트들을 제공하는 것에는 엄청난 비용이 소요될 수 있다. 따라서, 여기에 나타낸 장치의 한 가지 장점은, 다수의 파장 성분들을 모니터링 하는 데에, 단일 광 검출기가 장착된, 단일 포트가 사용될 수 있다는 것이다.

예시적인 파장 선택성 스위치

전술한 바와 같은 광 채널 모니터가 통합될 수 있는 파장 선택성 스위치의 일 예를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다. 이 광 스위치에 관한 추가적인 상세한 내용은, 동시 출원 중인, 발명의 명칭 "실리콘 상층 액정을 포함하고, 감소된 크로스토크를 가지는 파장 선택성 스위치(Wavelength Selective Switch Employing a LCoS Device and Having Reduced Crosstalk)"인, 미국 출원 일련번호[문서번호 2062/17] - 이는 그 전체가 참조에 의해 본원에 통합되었다 - 에서 발견될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 각각, 본 발명의 실시예들과 함께 사용될 수 있는 자유공간 WSS(100)와 같은 단순화된 광학 소자의 일례의 상면도와 측면도이다. 광은, 입력 및 출력 포트로서 기능하는 광섬유와 같은 광도파로(optical waveguides)를 통해 WSS(100)에 입력되고 출력된다. 도 4b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 광섬유 콜리메이터 어레이(fiber collimator array)(101)는 콜리메이터들(102₁, 102₂, 102₃)에 각각 결합된 복수의 개별 섬유(120₁, 120₂, 120₃)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 섬유(120)로부터의 광은 콜리메이터들(102)에 의해 자유공간 빔으로 변환된다. 포트 어레이(101)를 떠나는 광은 z-축에 평행하다. 포트 어레이(101)는 도 4b에서 세 개의 광섬유/콜리메이터 쌍만을 나타내지만, 더 일반적으로 임의의 적절한 개수의 광섬유/콜리메이터 쌍이 사용될 수 있다.

한 쌍의 텔레스코프(telescopes) 또는 광학 빔 확대기(optical beam expanders)가 포트 어레이(101)로부터의 자유공간 광 빔들을 확대한다. 제1 텔레스코프 또는 빔 확대기는 광학 요소들(106, 107)로 이루어지고 제2 텔레스코프 또는 빔 확대기는 광학 요소들(104, 105)로 이루어진다.

도 4a 및 도 4b에서, 두 축에서 광에 영향을 주는 광학 요소들은 두 도면 모두에서 양볼록 광학 장치(bi-convex optics)로서 실선으로 도시되어 있다. 반면, 한 축의 광에만 영향을 주는 광학 요소들은 영향을 받는 축에 평볼록 렌즈(plano-convex lenses)로서 실선으로 도시되어 있다. 한 축의 광에만 영향을 미치는 광학 요소들은 그것들이 영향을 주지 않는 축에 점선으로 또한 도시되어 있다. 예를 들어, 도 4a 및 도 4b에서, 광학 요소들(102, 108, 109, 110)은 두 도면 모두에서 실선으로 도시된다. 반면, 광학 요소들(106, 107)은 (그것들이 y-축을 따라 집속력(focusing power)를 갖기 때문에) 도 4a에서는 실선으로 도시되고 (그것들이 x-축을 따라 빔들에 영향을 주지 않으므로) 도 4b에서는 점선으로 도시된다. 광학 요소들(104, 105)은 (그것이 x-축을 따라 집속력을 갖기 때문에) 도 4b에서 실선으로 도시되고 (그것들이 y-축에서 빔들에 영향을 주지 않으므로) 도 4a에서 점선으로 도시된다.

각각의 텔레스코프는 x 및 y 방향에서 상이한 배율 인자들(magnification factors)을 가지도록 생성될 수 있다. 예를 들어, x-방향에서 광을 확대하는 광학 요소들(104, 105)로 이루어진 텔레스코프의 배율은, y-방향에서 광을 확대하는 광학 요소들(106, 107)로 이루어진 텔레스코프의 배율보다 작을 수 있다.

한 쌍의 텔레스코프는 포트 어레이(101)로부터의 광 빔들을 확대하고, 자유공간 광 빔들을 그 구성 파장들 또는 채널들로 분리하는 파장 분산 소자(108)(예를 들어, 회절 격자 또는 프리즘)에 그것들을 광결합시킨다. 파장 분산 소자(108)는 그 파장에 따라 x-y 평면 상에서 상이한 방향으로 광을 분산시키도록 작용한다. 분산 소자로부터의 광은 빔 집속 광학 장치(beam focusing optics)(109)로 지향된다.

빔 집속 광학 장치(109)는 파장 분산 소자(108)로부터의 파장 성분들을 광 경로 변환계(optical path conversion system)에 결합시킨다. 이 실시예에서, 광 경로 변환계는, 예를 들어 LCoS 소자(110)와 같은 액정 기반 위상 변조기일 수 있는, 프로그램 가능한(programmable) 광 위상 변조기이다. 파장 성분들은, 파장 분산 방향 또는 축으로 지칭되는, x-축을 따라 분산된다. 따라서, 주어진 파장의 각 파장 성분은 y-방향으로 연장하는 픽셀 어레이 상에 집속된다.

도 4b에 가장 잘 도시된 바와 같이, LCoS 소자(110)에서 반사된 후, 각각의 파장 성분은 빔 집속 광학 장치(109), 파장 분산 소자(108) 및 광학 요소들(106, 107)를 통해, 포트 어레이(101)의 선택된 섬유에 다시 결합될 수 있다. 전술한 동시 출원 계속 중인 미국 출원에 더 상세하게 설명된 바와 같이, y-축에서 픽셀들을 적절히 조정하면(manipulate) 선택된 출력 광섬유까지 각 파장 성분을 선택적이고 독립적으로 조향할 수 있다.

하나의 특정 실시예에서, LCoS(110)는 x-축을 중심으로 기울어져서 더 이상 x-y 평면에 있지 않으며, 따라서, 더 이상 z-축 - 이것을 따라 광이 포트 어레이(101)로부터 전파한다 - 에 수직하지 않다. 다르게 표현하자면, 파장 분산 축에 수직인 변조기(modulator)의 평면의 방향과 z-축 사이에 기울어진 각도(skewed angle)가 형성된다. 그러한 실시예가 도 5에 도시되어 있는데, 이는 도 4b에 도시된 측면도와 유사한 측면도이다. 도 5, 도 4a, 및 도 4b에서, 유사한 요소들은 유사한 참조부호로 표시된다. 이러한 방식으로 LCoS(110)을 기울임으로써, 산란광에서 발생하는 크로스토크(crosstalk)가 감소될 수 있다.

도 4 내지 도 5에 도시된 특정한 파장 선택성 스위치에 포함된 광 경로 변환계가 프로그램 가능한 광 위상 변조기(예를 들어, a LCoS 소자)에 기반한 것이지만, 더 일반적으로, 그 대신, 예를 들어 DMD와 같은 MEMS-기반 장치들을 포함하는 다른 기술들이 사용될 수 있다.

도 1에 도시된 제어기(150)는 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어(firmware) 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 하나 이상의 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적회로(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field programmable gate arrays, FPGA), 이산 로직(discrete logic) 또는 이들의 임의의 조합을 이용할 수 있다. 제어기가 부분적으로 소프트웨어로 구현되는 경우, 장치는 적절한, 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(computer-readable storage medium)에 그 소프트웨어에 대한 컴퓨터 실행 가능 명령(computer-executable instructions)을 저장할 수 있으며, 여기 개시된 기법을 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서를 사용하여 하드웨어에서 그 명령을 실행할 수 있다.

Claims

파장 선택성 스위치(WSS)를 통해 라우팅 되는 WDM 광 신호의 적어도 하나의 광 파장 성분을 모니터링 하는 방법으로서,
(i) 상기 WSS의 제1 입력 포트로부터의 제1 광 파장 성분을 선택된 출력 포트로 지향시키고 (ii) 상기 제1 파장 성분이 제1 선택 감쇠량(a first selected amount of attenuation)을 겪게 하는 제1 복수의 위상 패턴들 중에서 SLM에 의해 생성될 제1 위상 패턴을 선택하는 단계로서, 상기 제1 위상 패턴은, 제1 선택 감쇠량을 발생시키는 제1 광 파장 성분의 제1 차단부(a first rejected portion)를 상기 WSS의 또 다른(another) 출력 포트와 연관된 광 모니터로 지향시키도록 더욱 선택되는, 상기 제1 위상 패턴을 선택하는 단계;
상기 SLM의 제1 부분을 상기 제1 위상 패턴으로 주기적으로 프로그래밍 하는 단계; 및
상기 SLM의 상기 제1 부분이 상기 제1 위상 패턴으로 주기적으로 구성되는 동안 상기 SLM의 상기 제1 부분에 상기 제1 광 파장 성분을 지향시키는 단계
를 포함하는,
방법.
제1항에서,
(i) 상기 WSS의 상기 제1 입력 포트로부터의 적어도 제2 광 파장 성분을 제2 선택된 출력 포트로 지향시키고 (ii) 상기 제2 파장 성분이 제2 선택 감쇠량을 겪게 하는 제2 복수의 위상 패턴들 중에서 상기 SLM에 의해 생성될 제2 위상 패턴을 선택하는 단계로서, 상기 제2 위상 패턴은, 상기 제2 선택 감쇠량을 발생시키는 상기 제2 광 파장 성분의 제2 차단부를 상기 광 모니터로부터 멀어지게 지향시키도록 더욱 선택되는, 상기 제2 위상 패턴을 선택하는 단계;
상기 SLM의 제2 부분을 상기 제2 위상 패턴으로 주기적으로 프로그래밍 하는 단계; 및
상기 SLM의 상기 제2 부분이 상기 제2 위상 패턴으로 구성되고 상기 SLM의 상기 제1 부분이 상기 제1 위상 패턴으로 구성되는 동안 상기 SLM의 상기 제2 부분에 상기 제2 광 파장 성분을 지향시키는 단계
를 더 포함하는,
방법.
제1항에서,
상기 제1 복수의 위상 패턴들 중에서 상기 SLM에 의해 생성될 제3 위상 패턴을 선택하는 단계로서, 상기 제3 위상 패턴은, 상기 제1 파장 성분의 상기 제1 차단부를 상기 광 모니터로부터 멀어지게 지향시키도록 더욱 선택되는, 상기 제3 위상 패턴을 선택하는 단계;
상기 SLM의 상기 제1 부분을 상기 제3 위상 패턴으로 주기적으로 프로그래밍 하는 단계; 및
상기 SLM의 상기 제1 부분이 상기 제3 위상 패턴으로 주기적으로 구성되는 동안 상기 SLM의 상기 제1 부분에 상기 제1 파장 성분을 지향시키는 단계
를 더 포함하는,
방법.
제3항에서,
상기 제1 위상 패턴과 상기 제3 위상 패턴 사이에서 상기 SLM의 구성을 교번시키는(alternating) 동안 상기 SLM의 상기 제1 부분에 상기 제1 파장 성분을 주기적으로 지향시키는 단계
를 더 포함하는,
방법.
제2항에서,
상기 제1 복수의 위상 패턴들 중에서 상기 SLM에 의해 생성될 제3 위상 패턴을 선택하는 단계로서, 상기 제3 위상 패턴은, 상기 제1 파장 성분의 상기 제1 차단부를 상기 광 모니터로부터 멀어지게 지향시키도록 더욱 선택되는, 상기 제3 위상 패턴을 선택하는 단계;
상기 SLM의 상기 제1 부분을 상기 제3 위상 패턴으로 주기적으로 프로그래밍 하는 단계; 및
상기 SLM의 상기 제1 부분이 상기 제3 위상 패턴으로 주기적으로 구성되는 동안 상기 SLM의 상기 제1 부분에 상기 제1 파장 성분을 지향시키는 단계
를 더 포함하는,
방법.
제5항에서,
상기 제2 복수의 위상 패턴들 중에서 상기 SLM에 의해 생성될 제4 위상 패턴을 선택하는 단계로서, 상기 제4 위상 패턴은, 상기 제2 선택 감쇠량을 발생시키는 상기 제2 광 파장 성분의 상기 제2 차단부를 상기 광 모니터로 지향시키도록 더욱 선택되는, 상기 제4 위상 패턴을 선택하는 단계;
상기 SLM의 상기 제2 부분을 상기 제4 위상 패턴으로 주기적으로 프로그래밍하는 단계; 및
상기 SLM이 상기 제4 위상 패턴으로 주기적으로 구성되는 동안 상기 SLM의 상기 제2 부분에 상기 제2 광 파장 성분을 지향시키는 단계
를 더 포함하는,
방법.
제6항에서,
상기 제4 위상 패턴으로 구성된 상기 SLM의 상기 제2 부분에 상기 제2 파장 성분을 주기적으로 지향시키는 것과 교번하는 한편 상기 제1 위상 패턴으로 구성된 상기 SLM의 상기 제1 부분에 상기 제1 파장 성분을 주기적으로 지향시킴으로써 상기 제1 파장 성분을 광학적으로 모니터링 하는 것과 상기 제2 파장 성분을 광학적으로 모니터링 하는 것을 교번하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
제1항에서,
상기 광 모니터로 지향되는 상기 제1 광 파장 성분의 상기 제1 차단부의 파워 레벨(power level)을 측정하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
제8항에서,
상기 제1 광 파장 성분의 상기 제1 차단부의 측정된 파워 레벨에 기초하여 상기 선택된 출력 포트에 의해 수신되는 상기 제1 광 파장 성분의 파워 레벨을 결정하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
제9항에서,
상기 파워 레벨의 결정은, 상기 선택된 출력 포트로부터 수신되는 상기 제1 파장 성분의 파워 레벨과 상기 광 모니터로 지향되는 상기 제1 차단부의 파워 레벨 간의 비례(proportionality)를 사전-보정(pre-calibration)하는 단계를 포함하는,
방법.
제1항에서,
상기 WDM 광 신호의 모든 파장 성분을 상기 광 모니터로부터 멀어지도록 지향시키는 또 다른(another) 위상 패턴으로 상기 SLM의 상기 제1 부분을 주기적으로 프로그래밍 하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
제2항에서,
상기 적어도 제2 파장 성분은, 상기 제1 파장 성분을 제외한 상기 WDM 광 신호의 모든 파장 성분을 포함하는,
방법.
광학 장치로서,
광 빔을 수신하기 위한 적어도 하나의 광 입력 포트 및 복수의 광 출력 포트들을 갖는 광 포트 어레이;
상기 광 출력 포트들 중 제1 광 출력 포트에 광학적으로 결합된 광 검출기;
상기 적어도 하나의 광 입력 포트로부터 상기 광 빔을 수신하고 상기 광 빔을 복수의 파장 성분들로 공간적으로 분리하는 분산 소자(dispersion element);
상기 복수의 파장 성분들을 집속하기 위한 집속 소자(focusing element);
상기 집속된 복수의 파장 성분들을 수신하기 위한 프로그램 가능한 광 위상 변조기로서, 상기 광 위상 변조기는, 상기 광 출력 포트들 중 선택된 출력 포트로 상기 파장 성분들을 조향하도록 구성된, 상기 광 위상 변조기;
하나 이상의 프로세서;
실행되었을 때, 상기 하나 이상의 프로세서가 단계(A)를 수행하게 구성되도록 제어하는 명령어를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체로서, 단계(A)는, 상기 프로그램 가능한 광 위상 변조기의 제1 부분을 제1 위상 패턴으로 프로그래밍 하는 단계로서, 상기 제1 위상 패턴은, (i) 상기 복수의 광 파장 성분들 중 제1 광 파장 성분을 상기 광 입력 포트 중 제1 광 입력 포트로부터 선택된 출력 포트로 지향시키고 (ii) 상기 제1 파장 성분이 제1 선택 감쇠량을 겪게 하는 제1 복수의 위상 패턴들 중에서 상기 프로세서에 의해 선택되고, 상기 제1 위상 패턴은, 상기 제1 선택 감쇠량을 발생시키는 상기 제1 광 파장 성분의 제1 차단부를 상기 제1 광 출력 포트로 지향시키도록, 더욱 선택되는, 상기 프로그래밍 하는 단계인, 상기 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체
를 포함하는,
광학 장치.
제13항에서,
상기 프로그램 가능한 광 위상 변조기는 액정 기반 위상 변조기를 포함하는,
광학 장치.
제14항에서,
상기 액정 기반 위상 변조기는 LCoS 소자인,
광학 장치.
제13항에서,
상기 분산 소자는 회절 격자 및 프리즘으로 구성된 군으로부터 선택되는,
광학 장치.
제13항에서,
상기 광 포트 어레이로부터 수신된 상기 광 빔을 확대하고 상기 확대된 광 빔을 상기 분산 소자로 지향하기 위한 광학계(optical system)를 더 포함하는,
광학 장치.
제17항에서,
상기 광학계는 제1 방향의 제1 배율 인자와, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향의 제2 배율 인자를 가지며, 상기 제1 배율 인자는 상기 제2 배율 인자와 다른,
광학 장치.
제18항에서,
상기 제1 방향은 파장 분산 축 - 상기 파장 분산 축을 따라 상기 광 빔이 공간적으로 분리된다 - 에 평행하되, 상기 제1 배율 인자는 상기 제2 배율 인자보다 작은,
광학 장치.
제13항에서,
상기 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는,
실행되었을 때, 상기 광 모니터로 지향되는 상기 제1 광 파장 성분의 상기 제1 차단부의 파워 레벨을 측정하도록 상기 하나 이상의 프로세서가 구성되게 제어하는, 명령어를 더 포함하는,
광학 장치.
제20항에서,
상기 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는,
실행되었을 때, 상기 제1 광 파장 성분의 상기 제1 차단부의 측정된 파워 레벨에 기초하여 상기 선택된 출력 포트에 의해 수신되는 상기 제1 광 파장 성분의 파워 레벨을 결정하도록 상기 하나 이상의 프로세서가 구성되게 제어하는, 명령어를 더 포함하는,
광학 장치.
제21항에서,
상기 파워 레벨의 결정은, 상기 선택된 출력 포트로부터 수신되는 상기 제1 파장 성분의 파워 레벨과 상기 광 모니터로 지향되는 상기 제1 차단부의 파워 레벨 간의 비례(proportionality)를 사전-보정(pre-calibration)하는 단계를 포함하는,
광학 장치.
파장 선택성 스위치(WSS)를 통해 라우팅 되는 WDM 광 신호의 적어도 하나의 광 파장 성분을 모니터링 하는 방법으로서,
상기 WSS의 주어진 입력 포트로부터의 상기 적어도 하나의 광 파장 성분을 선택된 출력 포트로 선택 감쇠량을 가진 채(with a selected amount of attenuation) 지향시키는 단계; 및
상기 선택 감쇠량을 발생시키는 상기 적어도 하나의 광 파장 성분의 차단부를 상기 WSS의 또 다른(another) 출력 포트와 연관된 광 모니터로 지향시키는 단계; 및
상기 적어도 하나의 파장 성분의 파워 레벨과 상기 광 모니터로 지향되는 상기 차단부의 파워 레벨 간의 비례를 사전-보정함으로써 상기 적어도 하나의 광 파장 성분의 파워 레벨을 결정하는 단계
를 포함하는,
방법.
제23항에서,
상기 적어도 하나의 광 파장 성분을 선택된 출력 포트로 지향시키는 단계는,
상기 적어도 하나의 광 파장 성분을 상기 선택된 출력 포트로 지향시키기 위해, 상기 적어도 하나의 광 파장 성분을 공간 광 변조기(spatial light modulator, SLM)로 지향시키는 단계와 상기 SLM을 위상 패턴으로 프로그래밍 하는 단계를 더 포함하는,
방법.
제24항에서,
상기 차단부가 상기 광 모니터로 지향되고 다른 곳으로는 지향되지 않도록, 상기 선택 감쇠량을 발생시키는 복수의 위상 패턴들 중에서 상기 위상 패턴을 선택하는 단계를 더 포함하는,
방법.