(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルーティングすべきパケットの宛先を決定するステップと、
該宛先に関連する周波数を有する搬送波信号を生成するステップと、
該搬送波信号を前記ルーティングすべきパケットで変調するステップと、
前記変調された搬送波信号を偏光するステップと、
前記偏光された変調された搬送波信号を周波数ルーティング装置に加えるステップと、
前記周波数ルーティング装置により、前記変調された搬送波信号をスペクトル構成要素に分解するステップと、
前記スペクトル構成要素の少なくとも１つを前記周波数ルーティング装置内の特定の宛先に配向するステップと
を含む、ルーティング方法。
【請求項２】
前記周波数ルーティング装置は、
少なくとも１つの入力導波管と、
該少なくとも１つの入力導波管に接続された第１の自由空間領域と、
該第１の自由空間領域に接続された第１の複数の出力導波管と、
複数の不均等な長さの導波管を含む前記第１の複数の出力導波管に接続された光学回折格子と、
該光学回折格子に接続された複数の入力導波管と、
前記複数の入力導波管に接続された第２の自由空間領域と、
該第２の自由空間領域に接続された第２の複数の出力導波管と、
を備え、前記偏光された変調された搬送波信号が該少なくとも１つの入力導波管に加えられる請求項１記載の方法。
【請求項３】
複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを備える周波数ルータと、
それぞれ複数の変調器に連結された複数のチューナブルレーザを備える複数の送信器であって、前記複数の送信器はそれぞれ前記複数の入力ポートに連結されている、複数の送信器と、
前記複数の送信器と前記複数の入力ポートとの間に接続される偏光コントローラと、
前記複数の出力ポートにそれぞれ連結される複数の受信器と、
前記送信器および前記受信器にクロック信号を提供する共通クロックと、
前記送信器に連結されるスケジューラと、
を備え、
意図される宛先を有するデータパケットが、宛先を特定する周波数を有する搬送波信号上に変調されて、該変調された搬送波信号が前記周波数ルータの適切な出力ポートに現れるように、前記周波数ルータの適切な入力ポートに与えられる、光ルータ。
【請求項４】
前記周波数ルータは、
少なくとも１つの入力導波管と、
該少なくとも１つの入力導波管に接続された第１の自由空間領域と
該第１の自由空間領域に接続された第１の複数の出力導波管と、
複数の不均等な長さの導波管を含む前記第１の複数の出力導波管に接続された光学回折格子と、
該光学回折格子に接続された複数の入力導波管と、
前記複数の入力導波管に接続された第２の自由空間領域と、
該第２の自由空間領域に接続された第２の複数の出力導波管と、
を備え、該少なくとも１つの入力導波管は前記複数の入力ポートに接続され、前記第２の複数の出力導波管は前記複数の出力ポートに接続される請求項３記載の光ルータ。
【請求項５】
ルーティング方法であって、
ルーティングすべきパケットの宛先を決定するステップと、
該宛先に関連する周波数を有する搬送波信号を生成するステップと、
該搬送波信号を前記ルーティングすべきパケットで変調するステップと、
前記変調された搬送波信号を偏光するステップと、
前記偏光された変調された搬送波信号を周波数ルーティング装置に加えるステップと、
を含み、前記周波数ルーティング装置は、
少なくとも１つの入力導波管と、
該少なくとも１つの入力導波管に接続された第１の自由空間領域と、
該第１の自由空間領域に接続された第１の複数の出力導波管と、
複数の不均等な長さの導波管を含む前記第１の複数の出力導波管に接続された光学回折格子と、
該光学回折格子に接続された複数の入力導波管と、
前記複数の入力導波管に接続された第２の自由空間領域と、
該第２の自由空間領域に接続された第２の複数の出力導波管と、
を備え、前記偏光された変調された搬送波信号が該少なくとも１つの入力導波管に加えられる、ルーティング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、包括的には電気通信の分野に関し、特に、インターネットワーキング、例えば、インターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワークにおける使用に特に適した光ルータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの急激な成長は、新しくかつ高度に効率的なインターネットワーキング構成要素に対する途方もなく大きな需要を生み出した。インターネットワーキングに特に重要なコンポーネントは、ルータであるが、これは、ネットワークからネットワークに、適宜トラフィックをルーティングする装置である。
【０００３】
【発明の解決しようとする課題】
現行世代のルータは、電子装置であり、急速にトラフィックをルーティングする能力が限界に達しつつある。その結果、光ルータは増大し続けるインターネットトラフィック量のサポートに適した能力および性能を提供するであろうとの信念から、光ルータに多大な関心が寄せられている。本明細書では、新規の光学インターネットワーキングルータを提示する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
Ｎ×Ｎ光周波数ルータと、Ｎ個の高速チューナブルレーザおよびＮ個の高速変調器を含むＮ個の高速送信器と、を利用する光ルータを開発した。ルーティングは、ルーティングすべきパケットの意図される宛先を決定し、宛先を特定する様式でパケットを適宜「色付け」してから、色付けしたパケットを、所望の宛先にルーティングする周波数ルータを通して伝送することで、行われる。従来技術によるルーティング方法および装置とは異なり、本発明のルーティングは、アドレスによってではなく、パケットの色すなわち周波数に従って行われる。
【０００５】
本発明のさらなる特徴および利点、ならびに本発明の各種実施形態の構造および動作について、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
背景として、従来では、光学的な多重化および多重分離化は、スターカプラの入力と連絡する多数の密に間隔をあけられた入力導波管を備える相互接続装置を使用することで、達成されていた。スターカプラの出力は、一連の光学導波管を有する光学回折格子と連絡するが、これら導波管はそれぞれ、最近隣の導波管に対して、所定の固定量だけ長さが異なる。回折格子はさらに、第２のスターカプラの入力に結合され、第２のスターカプラの出力は、スイッチング装置、多重化装置、および多重分離装置の出力を形成する。
【０００７】
かかる相互接続装置の一例は、米国特許第５，００２，３５０号、および第５，１３６，６７１号に開示されている。かかる装置の幾何学的形状は、それぞれ装置の別個かつ離散した入力ポートにラウンチングされる多数の別個かつ離散した波長が、すべて結合され、出力ポートのうちの所定の１つに現れるようなものであっても良い。この様式では、装置は、多重化機能を行い、また多重分離機能も有利に行うことができる。この多重分離化状況では、複数の入力波長が、装置の入力ポートのうち所定の１つに配向される。入力波長はそれぞれ、互いに分離されて、装置の出力ポートのうちの所定の１つに配向される。有利なことに、入力波長を適宜選択することにより、任意の選択された入力ポートと任意の選択された出力ポート間で切り替えができるようになる。したがって、これらの装置は、周波数ルーティング装置と呼ばれる。
【０００８】
次に図１を参照すると、かかる波長ルータを、それぞれ２つの特定のポート間の総合的な透過係数に寄与する多くの「アーム」を含む、一般化したマッハ−ツェンダー構成として見ることができる。具体的に、ルーティング装置１００は、自由空間領域９８の入力サークル９５に接続された複数の入力ポート２i（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）を含む。複数の出力ポート３０は、自由空間領域９８の出力サークル９７から延出し、光学回折格子３２に接続される。光学回折格子３２は、別の自由空間領域４６の入力サークル３３に接続された不均等な長さの複数の導波管３４を備える。自由空間領域４６の出力サークル３５は、複数の出力ポート４k（ｋ＝１、２、．．．、Ｎ）に接続される。通常、導波管から様々な入力ポートおよび出力ポートが形成される。
【０００９】
理解できるように、これらの周波数ルーティング装置は、光周波数のマルチプレクサおよびデマルチプレクサとして動作することができる。例えば、振幅Ａの信号が入力ポート２1に加えられると、振幅ＡＴ11、ＡＴ12、．．．、ＡＴ1Nの信号が出力ポートで生成される（但し、Ｔikは入力ポート２iおよび出力ポート４kの透過係数の値である）。これら周波数ルーティング装置に関するさらなる詳細は、参照として本明細書に組み込まれる上記参照した特許において見出される。
【００１０】
次に、図２を参照すると、本発明によるルーティング装置が概略形式で示される。具体的には、ルータ２００は、３つの入力ポート２０２（１）、２０２（２）、および２０２（３）と、３つの出力ポート２０４（１）、２０４（２）、および２０４（３）とを有するルータ本体２０１を備える。ルーティング装置についての先の考察から明白なように、任意の入力ポート２０２（１）、２０２（２）、２０２（３）を通してルータ２００に入る光信号は、各自の構成要素である波長に分波され、これが次に波長に従って適切な出力ポート２０４（１）、２０４（２）、２０４（３）にルーティングされる。これらの特性を念頭において、光データ信号（おそらくはデータパケット２１０を表す）のルーティングが必要になると、データの該パケットを適宜「色付け」して、どの入力ポート２０２（１）、２０２（２）、２０２（３）が該パケット２１０を受信したか、およびパケットが何色であるかに応じて、適切な出力ポート２０４（１）、２０４（２）、２０４（３）にルーティングする。理解できるように、かかるデータまたはデータパケットは、各自意図される宛先に従って色付けすることができる。入力周波数から周波数ルータの出力ポートへのより具体的なマッピングすなわちアドレス指定について、図３に概略的に示す。もちろん、当業者は、特定のポートに適用された波長コーム（wavelength comb)は、別のポートに適用される波長コームと同じものである必要がないことを容易に理解しよう。
【００１１】
次に、図４を参照して、図２に示すルータ２００の入力ポート２０２（１）、．．．、２０２（Ｎ）への提供に先立ち、如何にしてデータまたはデータパケットを宛先に従って色付けするかを示す。具体的には、インターネットプロトコル（ＩＰ）等のパケット４０５は、通常発信源および宛先の各識別子を双方とも含むヘッダ部分４１２と、データ部分４１４と、チェック部分４１０と、を含む。特に、ヘッダ部分４１２に含まれる発信源識別子は、パケットの発信源すなわち発信元を識別し、宛先識別子は、そのパケットの意図される宛先を識別する。パケットのデータ部分４１４は、発信源から宛先に伝送されるデータを含み、チェック部分４１０は、通常、パケット４０５および伝送されるデータが宛先において正確に受信されたか否かを決定するために、宛先によって用いられる。
【００１２】
本発明によれば、パケット４０５の宛先（ヘッダ部分４１２に含まれる）が、その宛先に従って「色付け」される。すなわち、このパケットを伝送するために適切な波長すなわち色の光を用い、これに従って周波数ルータを介して特定の出力ポートにルーティングする。
【００１３】
特に、宛先決定が一旦行われ、適切な色が選択されると、例えば、チューナブル送信器４２０を含むチューナブル送信器アセンブリ４３５が、その適切な色に同調され、データパケット４２５が、変調器４３０によってその適切な色のパケット信号に変調される。この色付けされたパケット信号は、本発明によるルータの入力ポートに加えられ、ルータの所望かつ特定の出力ポートに現れる。
【００１４】
次に、図５を参照すると、本明細書において先に述べた要素を多数含むすべてが光学的であるインターネットワークルータの概略図が示される。基本的な形態において、光学インターネットワークルータ５００は、Ｎ個の入力ポート５０８（１）、．．．、５０８（Ｎ）およびＮ個の出力ポート５１０（１）、．．．、５１０（Ｎ）を有するＮ×Ｎ周波数ルータ５０１と、Ｎ個の個々のチューナブル送信器５０２（１）、．．．、５０２（Ｎ）を含む送信器アレイ５０２と、Ｎ個の個々の変調器５０４（１）、．．．、５０４（Ｎ）を含む変調器アレイ５０４と、Ｎ個の個々の受信器５１２（１）、．．．、５１２（Ｎ）を含む受信器アレイ５１２と、共通クロック５２０と、スケジューラ５４０と、を含む。
【００１５】
図５に示すように、送信器アレイ５０２の個々の送信器５０２（１）、．．．、５０２（Ｎ）は、変調器アレイ５０４の個々の変調器５０４（１）、．．．、５０４（Ｎ）それぞれに光学的に連結され、変調器アレイ５０４の個々の変調器５０４（１）、．．．、５０４（Ｎ）は同様に、周波数ルータ５０１の個々の入力ポート５０８（１）、．．．、５０８（Ｎ）にそれぞれ連結される。同様に、周波数ルータ５０１の個々の出力ポート５１０（１）、．．．、５１０（Ｎ）は、それぞれ受信器アレイ５１２の個々の各受信器５１２（１）、．．．、５１２（Ｎ）に連結される。共通クロック５２０は、共通クロック信号を送信器アレイ５０２、変調器アレイ５０４、および受信器アレイ５１２に提供する。
【００１６】
送信器アレイ５０２の個々のチューナブル送信器５０２（１）、．．．、５０２（Ｎ）はそれぞれ、個々のチューナブルレーザを備えてもよい。個々のレーザそれぞれによる波長出力は、データまたはデータパケット（図５に図示せず）の宛先アドレスに従って個々のレーザを同調する中央スケジューラ５４０の制御下にある。
【００１７】
動作において、個々のデータまたはデータパケットを、光学インターネットワークルータに与える前に、バッファ５５０に格納してもよい。データまたはパケットの宛先により色が決定され、それに基づいてルータを介して伝送される。したがって、宛先が決定され、適切な色が選択されると、適切なレーザがその適切な色に同調され、スケジューラ５４０が適切な変調器でその変調を制御する。有利なことに、中央スケジューラ５４０は、一度に１つのデータパケットのみがルータに与えられ、次に受信器アレイ５１２で受信されるよう保証することができる。さらに、変調器、チューナブルレーザ、および受信器は、共通クロック５２０の制御下にあるため、受信器アレイ５１２においてデータパケットを同期することが可能である。もちろん、レーザおよび変調器は、明確にするため図面の別個の要素として図示されている。所望の作用をもたらすために、レーザを直接変調してしてもよいことは明白であり、当業者はこのことを認識するであろう。
【００１８】
さらに、本発明において用いられるもの等の周波数ルータでは、隣接する周波数間で光学的クロストークが生じても良い。この望ましくない属性を最小限に抑えるために、個々の制御可能な偏光子５０６（１）、．．．、５０６（Ｎ）のアレイを含む偏光子アレイ５０６は、変調された光信号を、周波数ルータ５０１に入力する前に、適宜偏光しても良い。
【００１９】
当業者は、本発明の様々なさらなる変更を行いうる。特に、可変波長の放射が用いられる場合において特に、形状および寸法が異なるモード変換器も考えられる。それでもやはり、基本的に、当分野がそれを介して発展してきた原理およびそれらの同等物に依拠する本明細書の具体的な教示からの逸脱はすべて、記載されると共に特許請求される本発明の範囲内にあるものと当然考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による光周波数ルーティング装置の一例を示す。
【図２】Ｎ＝３である、本発明による例示的なＮ×Ｎルータの概略図である。
【図３】本発明による例示的なＮ×Ｎルータの概略図である。
【図４】本発明による例示的なチューナブル送信器および変調器の概略図である。
【図５】本発明によるＮ×Ｎ光学インターネットワークルータの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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