(57)【要約】  ネットワーク内の他のノードから複数の異なる波長を有する光エネルギーを受信するためのネットワーク入力ポートと；ネットワーク内の宛先ノードに結合するためのネットワーク出力ポートと；ネットワーク内の他のノードに送信するためにローカルソースから複数の異なる波長を有する光エネルギーを受信するためのアドポートと、ローカル処理のためにネットワーク内の他のノードから光エネルギーを受信するためのドロップノードとを有するアド／ドロップユニットを含む、複数のノードを有する光通信システム。ネットワーク入力ポートによって受信される複数の波長を分離するために波長デマルチプレクサが含まれ、ネットワーク出力ポートに供給してネットワーク内の他のノードに送信するために、電子制御式ビームステアラから受信される複数の波長を合成するための波長マルチプレクサが含まれる。
2009545771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アド／ドロップユニットであって、
入力ポートと、
出力ポートと、
アドポートと、
ドロップポートと、
前記入力ポートにおいて光エネルギーを受信し、前記アドポートにおいて光エネルギーを受信し、選択的に、前記入力ポートにおける前記光エネルギーを前記出力ノード又は前記ドロップポートに誘導し、前記光エネルギーを前記アドポートから前記出力ポートに誘導するための電子制御式ビームステアラと、
を備えたアド／ドロップユニット。
【請求項２】
前記ビームステアラは光フェーズドアレイを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
波長マルチプレクサ／デマルチプレクサはエシェル格子を用いる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
光通信システムであって、
アド／ドロップユニットを備え、該ユニットは、
ソースノードから複数の異なる波長を有する光エネルギーを受信するための入力ポートと、
宛先ノードに結合するための出力ポートと、
前記宛先ノードに送信するための前記複数の異なる波長を有する光エネルギーを受信するためのアドポートと、
ドロップポートと、
前記入力ポートにおいて前記複数の異なる波長を有する前記光エネルギーを受信し、前記アドポートから前記複数の異なる波長を有する前記光エネルギーを受信し、選択的に、前記入力ポートにおける前記複数の異なる波長を有する前記光エネルギーを前記出力ポート又は前記ドロップポートに誘導し、前記複数の異なる波長を有する前記光エネルギーを前記アドポートから前記出力ポートに誘導するための電子制御式ビームステアラと、
を備えた光通信システム。
【請求項５】
前記波長デマルチプレクサ及び前記波長マルチプレクサはエシェル格子を用いる、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記ビームステアラは光フェーズドアレイを含む請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
光通信システムであって、
アド／ドロップユニットを備え、該ユニットは、
ソースノードに結合するためのネットワーク入力ポートと、
宛先ノードに結合するためのネットワーク出力ポートと、
光チャネルを付加的なネットワークノードに送信するためのアドポートと、
前記付加的なネットワークノードから前記光チャネルを受信するためのドロップポートと、
前記光チャネルを合成／分離するための波長マルチプレクサ／デマルチプレクサと、
前記ネットワーク入力ポートにおいて光エネルギーを受信し、前記アドポートから光エネルギーを受信し、選択的に、前記ネットワーク入力ポートにおける前記光エネルギーを前記ネットワーク出力ポート又は前記ドロップポートに誘導し、前記光エネルギーを前記アドポートから前記ネットワーク出力ポートに誘導するための電子制御式ビームステアラと、
を備えた光通信システム。
【請求項８】
前記波長デマルチプレクサ及び前記波長マルチプレクサはエシェル格子を用いる、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ビームステアラは光フェーズドアレイを含む請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
光通信システムであって、
複数のポートを有するランチャであって、該ポートはそれぞれ複数の光波長で情報を搬送するように構成され、該ポートのうちの第１の組のポートはネットワーク入力タイプポートであり、第２の組のポートはネットワーク出力タイプポートであり、第３の組のポートはチャネルアドタイプポートであり、第４の組のポートはチャネルドロップタイプポートである、ランチャと、
光システムとを備え、該光システムは、
電子制御式ビームステアリングシステムであって、該システムが複数のセクションを有し、該セクションはそれぞれ、前記ランチャタイプポートのうちの対応する１つのポートに関連付けられ、該セクションはそれぞれ複数のビームステアラを有し、該ビームステアラはそれぞれ、該光通信システムにおいて用いられる前記光波長のうちの１つに対応する、電子制御式ビームステアリングシステムと、
前記各ランチャポートにおける光エネルギーを前記ビームステアリングシステムの前記複数のセクションのうちの関連付けられるセクションに誘導するための光システムであって、そのように誘導される光エネルギーの前記複数の光波長はそれぞれ、該複数の光波長に関連付けられる前記ビームステアラのうちの対応するビームステアラに誘導される、光システムと、
を備え、
前記誘導されたエネルギーを受信する、前記ビームステアリングシステムの前記複数のセクションのうちの前記関連付けられるセクションは、複数のシステム機能のうちのそのような１つに従って選択的に、そのように受信された光エネルギーを前記ビームステアリングシステムの前記セクションのうちの別のセクションに再誘導し、
前記再誘導された光エネルギーの前記複数の光波長はそれぞれ、該複数の光波長のうちの１つに関連付けられる前記ビームステアリングシステムの複数のセクションのうちの前記別のセクションの前記ビームステアラの対応するビームステアラに再誘導され、
前記ビームステアリングシステムの前記複数のセクションのうちの前記別のセクションは、前記ランチャポートタイプのうちの対応するタイプに再誘導する、光通信システム。
【請求項１１】
前記波長デマルチプレクサ／マルチプレクサはエシェル格子を用いる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
アド／ドロップユニットであって、
ネットワーク入力ポートと、
ネットワーク出力ポートと、
複数のアドポートと、
複数のドロップポートと、
前記ネットワーク入力ポート、前記ネットワーク出力ポート、前記複数のアドポート及び前記複数のドロップポートにおける波長を合成／分離するために、該ネットワーク入力ポート、該ネットワーク出力ポート、該複数のアドポート及び該複数のドロップポートに結合される波長マルチプレクサ／デマルチプレクサと、
前記波長マルチプレクサ／デマルチプレクサに結合され、前記ネットワーク入力ポートにおいて光エネルギーを受信し、前記アドポートにおいて光エネルギーを受信し、選択的に、前記ネットワーク入力ポートにおける前記光エネルギーを光チャネル毎に前記ネットワーク出力ポートに、又は前記ドロップポートに誘導し、前記光エネルギーを前記アドポートから前記ネットワーク出力ポートに誘導するための電子制御式ビームステアラと、
を備える、アド／ドロップユニット。
【請求項１３】
前記電子制御式ビームステアラは光フェーズドアレイを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記波長マルチプレクサ／デマルチプレクサはエシェル格子を用いる、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
複数のネットワークノードを有する光通信システムであって、そのようなノードのうちの１つがアド／ドロップノードであり、該光通信システムは、
ソースノードから複数の異なる波長を有する光エネルギーを受信するためのネットワーク入力ポートと、
宛先ノードに結合するためのネットワーク出力ポートと、
前記ネットワークノードの他のノードに送信するために異なる波長の光エネルギーを受信するための複数のアドポートと、
前記ネットワークノードのうちのさらに他のノードから受信される異なる波長の光エネルギーを供給するための複数のドロップポートと、
電子制御式ビームステアラに供給するために、前記ネットワーク入力ポートから受信される前記複数の異なる波長を分離するための波長デマルチプレクサと、
前記ネットワーク出力ポートに供給するために、前記電子制御式ビームステアラから受信される前記複数の異なる波長を合成するための波長マルチプレクサと、
を備え、前記電子制御式ビームステアラは、前記ネットワーク入力ポートにおいて前記複数の波長を有する光エネルギーを受信し、前記アドポートから前記複数の異なる波長を有する光エネルギーを受信して、選択的に、前記ネットワーク入力ポートにおける前記複数の異なる波長を有する光エネルギーを前記ネットワーク出力ポート又は前記ドロップポートに誘導し、且つ前記複数の異なる波長を有する光エネルギーを前記アドポートから前記ネットワーク出力ポートに誘導する、光通信システム。
【請求項１６】
前記波長デマルチプレクサ及び前記波長マルチプレクサはエシェル格子を用いる、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記ビームステアラは光フェーズドアレイを含む請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
光通信システムであって、
アド／ドロップユニットを備え、該ユニットは、
ソースノードに結合するためのネットワーク入力ポートと、
宛先ノードに結合するためのネットワーク出力ポートと、
光チャネルを付加的なネットワークノードに送信するための複数のアドポートと、
前記付加的なネットワークノードから前記光チャネルを受信するための複数のドロップノードと、
前記光チャネルを合成／分離するための波長マルチプレクサ／デマルチプレクサと、
前記ネットワーク入力ポートにおいて光エネルギーを受信し、前記アドポートから光エネルギーを受信し、選択的に、前記ネットワーク入力ポートにおける前記光エネルギーを前記ネットワーク出力ポート又は前記ドロップポートに誘導し、前記光エネルギーを前記アドポートから前記ネットワーク出力ポートに誘導するための電子制御式ビームステアラと、
を備えた光通信システム。
【請求項１９】
前記波長デマルチプレクサ及び前記波長マルチプレクサはエシェル格子を用いる、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ビームステアラは光フェーズドアレイを含む請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】
光通信システムであって、
ネットワーク内の別のノードから複数の異なる波長を有する光エネルギーを受信するためのネットワーク入力ポートと、
前記ネットワーク内の宛先ノードに結合するためのネットワーク出力ポートと、
前記ネットワーク内の他のノードに送信するためにローカルソースから前記複数の異なる波長を有する光エネルギーを受信するための複数のアドポートと、及び
ローカル処理のために前記ネットワーク内の他のノードから光エネルギーを受信するための複数のドロップノードと、
前記ネットワーク入力ポートによって受信される前記複数の波長を分離するための波長デマルチプレクサと、
前記ネットワーク入力ポートによって受信される前記複数の波長を個別に処理するための電子制御式ビームステアラと、
前記ネットワーク出力ポートに供給して前記ネットワーク内の他のノードに送信するために、前記電子制御式ビームステアラから受信される前記複数の波長を合成するための波長マルチプレクサと、
を備えた光通信システム。
【請求項２２】
前記電子制御式ビームステアラは、前記ネットワーク入力ポートにおいて前記複数の波長を有する光エネルギーを受信し、複数のアドポートから複数の異なる波長を有する光エネルギーを受信して、選択的に、前記ネットワーク入力ポートにおける前記複数の異なる波長を有する光エネルギーを前記ネットワーク出力ポート又は前記ドロップポートに誘導し、前記複数の異なる波長を有する光エネルギーを前記アドポートから前記ネットワーク出力ポートに誘導する、請求項２１に記載の光通信システム。
【請求項２３】
前記ビームステアラは光フェーズドアレイ素子を含む、請求項２２に記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概括的には光通信システムに関し、より詳細には、そのようなシステムにおいて用いられる光アド（add）／ドロップ(drop）マルチプレクサ（ＯＡＤＭ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野において既知であるように、光通信システムが広く用いられるようになってきた。そのようなシステムでは、情報は光エネルギーに変調され、そのようなエネルギーは光ケーブル又は光ファイバケーブルによって通信システムのノードからノードへ搬送される。そのような通信システムはノードのネットワークから構成される。情報は、ノードにおいてネットワークに挿入されるか、又はネットワークから取り出され、光ファイバを用いてノード間で転送される。したがって、ネットワークノードは、それらのノードが提供する２つの一般的な機能を支援する２つの汎用のポート：システムに情報を挿入するか、又はシステムから情報を取り出すためのアクセス（アド及びドロップ）ポート、並びに隣接するノードとの間で、システム内の情報を送信及び受信するための転送ポートを有する。
【０００３】
高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）通信光システムが、単一のファイバ内で多数の（典型的には１０〜１００）の独立した光チャネルを搬送することも当該技術分野において既知である。各光チャネルは、特定の波長において、光波によって転送される。使用される波長は、国際電気通信連合−電気通信標準化部門（ＩＴＵ−Ｔ）によって指定されている。ＤＷＤＭネットワークでは、ファイバが多数のノードを接続し、各ノードでは、個々のファイバ内の光チャネルの一部（２０〜３０％）だけが取り出される（drop：ドロップ）されるか、挿入される（add：アド）か、又は置換（交換）される必要がある。ノードにおいて光チャネルを取り出す（分岐する）には、ローカルノードにおいて処理するために隣接するノードからの情報を搬送している伝送ファイバから、その光チャネルを取り出す必要がある。光チャネルを挿入するには、ローカルノードにおいて生成された新たなチャネルを、隣接するノードに情報を搬送している伝送ファイバに挿入する必要がある。特定の波長のみを用いることができるため、アド操作及びドロップ操作はいずれも同じ波長において実行することができる。チャネルを「交換する」ことは、受信したチャネルを分岐すること、及び隣接するノードに送信するために同じ波長において新たなチャネルを挿入することから成る。
【０００４】
光通信システム内のノードは多くの場合に、アド／ドロップマルチプレクサ（ＡＤＭ）を備えることも当該技術分野において既知である。ノードにあるＡＤＭは、上記のアド機能、ドロップ機能及び交換機能を実行するように構成される。これらの機能を実行する１つの実現可能な手法は、各チャネルを光学的領域から電気的領域に変換し、その後、出力される各チャネルを電気的領域から光学的領域に変換することによって、入力される全てのチャネルをノードにおいて終端することである。全てのチャネルを終端することによってＡＤＭを実施するには非常に費用がかかる。なぜなら、遠隔のノードに送信することを意図しており、ローカルノードにおいて電子的な処理を必要としない場合であっても、コストがかかる広帯域の装置をチャネル毎に必要とするためである。
【０００５】
遠隔のノードに送信することを意図した他のチャネルが、電子的に変換することなく、ローカルノードの中を「通過（express：エクスプレス）」するようにしながら、チャネルのうちのいくつかを分岐、挿入又は交換することができるようにすることによって、光アド／ドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）が多額の費用を節約することができることが当該技術分野において既知である。エクスプレスチャネルは、光学的領域のままであり、電子的領域において処理する必要はない。ＯＡＤＭは、ローカルノード内で接続するための光ファイバに接続されるアドポート及びドロップポート（クライアントインターフェースとも呼ばれる）を通じて、転送システムにチャネルを挿入し／転送システムからチャネルを分岐する。低コストであり、チャネルを挿入されるか、分岐されるか、又は通過するように構成変更するために高い費用がかかる人手を介入させる必要がなく、遠隔電子制御で、任意の光チャネルを任意のファイバに接続することができる、実用的で、自由度があり、動的なＯＡＤＭが必要とされている。さらに、そのようなＯＡＤＭは、光性能監視（ＯＰＭ）を組み込むことが望ましい。稼動中ＯＰＭは、サービスを中断することなく、種々の光チャネルの通信状態を明らかにし、サービス品質を保証することができるようにする重要な担い手である。また、そのようなＯＡＤＭは、マルチキャスティング（単一の光チャネルを多数の出力方向に送信すること）を組み込むのを容易にし、且つシステムの信頼性を高めるための光学的な保護切替を容易にすることも望ましい。
【０００６】
いくつかのタイプの光アド／ドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）が使用されていることも当該技術分野において既知である。１つのそのようなＯＡＤＭは固定型ＯＡＤＭである。固定型ＯＡＤＭは現在使用されており、初期コストが低い。しかしながら、自由度がないため、所望のチャネルがノードにおいて挿入されるか、分岐されるか、又はノードを通過するようにチャネルを構成するのに、高い費用をかけて人手を介入させる必要がある。再構成可能型ＯＡＤＭ（ＲＯＡＤＭ）が、最近になって入手することができるようになってきた。これらのＯＡＤＭは、遠隔地から電子的に構成を変更することができるため、人手を使う必要はない。しかしながら、特定の光ファイバに特定の波長しか入力又は出力することができない。光チャネルと、そのチャネルによって用いられる波長との間に一対一の関係があるため、システム内のチャネル毎に、各ノードに１つのアドポート及びドロップポートを必要とし、遠隔地からの構成変更を利用するために、費用がかかる予備のアド／ドロップ送受信機を予め配置する必要がある。光チャネルの数が１００個に達すると、１００個のドロップポート及び１００個のアドポートを設備及び管理する必要があるため、深刻な費用及びファイバ管理の問題が生じる。動的で、自由度があるＯＡＤＭは、遠隔電子制御下で、システム内の任意の光チャネルを、ノード内の任意のアドファイバ又はドロップファイバに接続することができるため、それらの要件を満たす。したがって、そのようなＯＡＤＭは、分岐又は挿入されるべきチャネルの数と同じ数のドロップポート及びアドポートしか必要としない。しかしながら、これまでの動的ＯＡＤＭ設計は非常に費用がかかっており、また、システムの中に導入される損失があまりにも大きいため、高額な光増幅器を追加しなければ使用することができなかった。さらに、既存の設計は、稼動中ＯＰＭを組み込まない。
【０００７】
上記で簡潔に言及されたように、別のタイプのＯＡＤＭが再構成可能型ＯＡＤＭ（ＲＯＡＤＭ）である。ＲＯＡＤＭは、ノードにおいて挿入又は分岐されるべきチャネルを電子的に変更するように遠隔制御することができる。本明細書では、ＲＯＡＤＭは、システムにおいて任意のチャネル（波長）を挿入又は分岐することができるデバイスと定義されるが、各チャネルは所定のアドポート又はドロップポートを行き来しなければならない。したがって、ＲＯＡＤＭは自由度を欠いており、システム内の波長毎にアド／ドロップポートを必要とする。システム内の波長（すなわち、チャネル）の数が２０〜３０まで増えると、ＲＯＡＤＭのコスト、サイズ及びファイバ管理の問題が深刻になる。長距離ＤＷＤＭシステムでは、これらの水準を既に超えており、メトロポリタンシステムにおいても、間もなく、この水準に達するであろう。ＲＯＡＤＭの別の不都合な点は、１つのノードにおいて特定の波長のための送受信機を設置し、そのノードにおいて、その波長を発着信することができるようにするために、依然として技術者を必要とすることである。そのノードにおいてその波長が必要とされる時点を見越して、大量の装置を予め配置すると、受け入れられないほどの資本コストが生じる。
【発明の概要】
【０００８】
本発明によれば、隣接するノードから光チャネルを受信するためのネットワーク入力ポートと、隣接するノードに光チャネルを送信するためのネットワーク出力ポートと、隣接するノードに情報を挿入するためのアドポートと、隣接するノードから情報を取り出すためのドロップポートとを有する、光アド／ドロップマルチプレクサユニットが提供される。当該ユニットは、ネットワーク入力ポートにおいて多数のチャネルの光エネルギーを受信し、アドポートにおいて光エネルギーを受信し、ネットワーク入力ポートにおいて選択されたチャネルの光エネルギーを、ユニットを通過させるためにネットワーク出力ポート又はドロップポートに誘導(指向）し、且つアドポートからの光エネルギーをネットワーク出力ポートに誘導するための電子制御式ビームステアラを備える。
【０００９】
一実施の形態では、光チャネルを選択的に誘導するために用いられるビームステアラは、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）を含む。
【００１０】
一実施の形態では、アド／ドロップノードを有する光通信システムが提供される。アド／ドロップノードは、システム内の隣接するノードから光学的情報を受信するためのネットワーク又はシステム入力ポートと、システム内の宛先（行先）ノードに結合するためのネットワーク又はシステム出力ポートと、付加的な光チャネルをシステムに結合するためのアドポートと、転送ネットワークから光チャネルを取り出して結合するためのドロップポートとを含む。当該通信システムは、ネットワーク又はシステム入力ポートにおいて光エネルギーを受信し、アドポートから光エネルギーを受信し、ネットワーク又はシステム入力ポートに入射する光エネルギーを、ネットワーク若しくはシステム出力ポート又はドロップポートに選択的に誘導し、且つアドポートにおける光エネルギーをネットワーク又はシステム出力ポートに誘導するための電子制御式ビームステアラを含む。
【００１１】
一実施の形態では、アド／ドロップノードを有する光通信システムが提供される。アド／ドロップノードは、ネットワーク内の他のノードから複数の異なる光波長を有する光エネルギーを受信するためのネットワーク又はシステム入力ポートと、ネットワーク内の宛先ノードに結合するためのネットワーク又はシステム出力ポートと、ネットワークに挿入するために複数の異なる光波長を有する光エネルギーを受信するためのアドポートと、ネットワークからの光エネルギーをローカルに利用することができるようにするドロップポートとを備える。また、ネットワーク又はシステム入力ポートにおいて複数の異なる光波長を有する光エネルギーを受信し、アドポートから複数の異なる波長を有する光エネルギーを受信し、ネットワーク又はシステム入力ポートにおける複数の異なる光波長を有する光エネルギーを、ネットワーク若しくはシステム出力ポート又はドロップポートに選択的に誘導し、且つアドポートからの複数の異なる光波長を有する光エネルギーをネットワーク又はシステム出力ポートに誘導するための電子制御式ビームステアラも提供される。
【００１２】
こうして、本発明によれば、必要な機能を有するが、相対的に安価な固定型ＯＡＤＭのコストにおいて、動的で自由度のあるＯＡＤＭが提供される。低コストは、ＯＰＡの自己調整能力によって組立公差を緩和することができるようになることと合わせて、ＯＰＡを製造するために発達した半導体及び液晶ディスプレイ処理技術を用いることに起因する。さらに、本発明によるＯＡＤＭは、固定型ＯＡＤＭに相当する相対的に低い挿入損失を有し、それによって、高額な光増幅器の必要性が低くなる。本発明によるＯＡＤＭは、波長マルチプレクサ／デマルチプレクサの機能と、光クロスコネクトの機能とを一体にする。本発明の一実施の形態では、波長マルチプレクサ／デマルチプレクサは、バルクエシェル回折格子を用いて、非常に低コストで、高スループット及び低偏光感度を提供する。光クロスコネクトは、光フェーズドアレイ（ＯＰＡ）を用いて、個々の光チャネルに対応するＯＡＤＭに供給される光エネルギービームを誘導（ステアリング）する。ＯＰＡは、安定して正確な、光エネルギー（すなわち、光）ビームの開ループステアリングを提供し、電子レンズ及びビームスプリッタとして動作することもできるため、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースのデバイスよりも優れている。ＯＡＤＭとの関連でＭＥＭＳを用いるという試みがなされてきたが、そのようなシステムの商品化に成功しているかは依然としてはっきりしていない。ＯＰＡの電子制御式レンズとしての機能は、自由伝搬するビームと光ファイバとの間の光波信号の結合を最適化及び制御するのを支援する。監視するために、光チャネルから光検出器に信号電力のうちのわずかな部分を誘導することによって、ＯＰＡのビームスプリッタとしての能力が稼動中ＯＰＭを可能にする。ＯＰＡのこの能力によって、そのデバイスは、光マルチキャストのためのチャネルの１対多数のファンアウトも提供することができるようになる。さらに、ＯＰＡベースのデバイスでは、３次元ＭＥＭＳによって必要とされる閉ループ制御が不要であり、２次元ＭＥＭＳよりも位置合わせ許容範囲が大きく、あらゆるＭＥＭＳベースのデバイスよりも光電力処理能力が高い。
【００１３】
本発明は、最も複雑で、能力が高いタイプである動的ＯＡＤＭに関して説明するが、静的なタイプ、再構成可能なタイプ、及び全てのさらに簡単なタイプのＯＡＤＭにも当てはまる。以下に説明するように、アド／ドロップ／エクスプレスと、光性能監視機能とを一体にすることによって、このＯＰＡの使用は、従来技術において記述されるスイッチング（たとえば、光クロスコネクト）の使用を超えて広がる。マルチプレクサ／デマルチプレクサに関連付けられる機能を追加するには、スイッチングのために用いられる設計とは全く異なる設計が必要とされる。
【００１４】
本発明の１つ又は複数の実施形態の細部を、添付図面及び以下の説明において述べる。本発明の他の特徴、目的及び利点は、その説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
種々の図面において、同様の参照符号は同様の構成要素を示す。
【図１】本発明による光通信システムの概略図である。
【図２】本発明による、図１のシステムのノードにおいて用いられる光アド／ドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）の概略図である。
【図２Ａ】図２のＯＡＤＭにおいて用いられるランチャを示す図である。
【図２Ｂ】図２のＯＡＤＭにおいて用いられるビームステアリングシステムを示す図である。
【図３Ａ】アド操作を実行する、図２のＯＡＤＭの動作を示す機能図の平面図である。
【図３Ｂ】アド操作を実行する、図２のＯＡＤＭの動作を示す機能図の側面図である。
【図４Ａ】ドロップ操作を実行する、図２のＯＡＤＭの動作を示す機能図の平面図である。
【図４Ｂ】ドロップ操作を実行する、図２のＯＡＤＭの動作を示す機能図の側面図である。
【図５Ａ】エクスプレス操作を実行する、図２のＯＡＤＭの動作を示す機能図の平面図である。
【図５Ｂ】エクスプレス操作を実行する、図２のＯＡＤＭの動作を示す機能図の側面図である。
【図６Ａ】ドロップ、アド及びエクスプレスを組み合わせた操作を実行する、図２のＯＡＤＭの動作を示す機能図の平面図である。
【図６Ｂ】ドロップ、アド及びエクスプレスを組み合わせた操作を実行する、図２のＯＡＤＭの動作を示す機能図の側面図である。
【図７】図２のＯＡＤＭのマルチキャスト動作を示す機能図の平面図である。
【図８】図２のＯＡＤＭの両方向において同じ波長を用いる単一ファイバ双方向動作を示す機能図の側面図である。
【図９】図２のＯＡＤＭの各方向において異なる波長を用いる単一ファイバ双方向動作を示す機能図の側面図である。
【図１０】図２のＯＡＤＭの故障の場合でも引き続き動作を保証する保護切替システムのブロック図である。
【図１１】通常動作において図２のＯＡＤＭを用いる２ファイバ一方向ＤＷＤＭリングの図である。
【図１２Ａ】通常動作における図１１のＯＡＤＭ１の動作を示す機能図である。
【図１２Ｂ】通常動作における図１１のＯＡＤＭ２の動作を示す機能図である。
【図１３】ファイバ切断が生じている、図２のＯＡＤＭを用いる２ファイバ一方向ＤＷＤＭリングの図である。
【図１４Ａ】ファイバ切断時の図１３のＤＷＤＭリングのためのＯＡＤＭ１の構成の機能図である。
【図１４Ｂ】ファイバ切断時の図１３のＤＷＤＭリングのためのＯＡＤＭ２の構成の機能図である。
【図１５】図１のシステムの光性能監視を実行するために、図２のＯＡＤＭをいかに構成することができるかを示す機能図である。
【図１６】電力等化動作時の図２のＯＡＤＭの反射モード実施形態を示す図である。
【図１７】Ｃバンド及びＬバンドの場合のＩＴＵ−Ｔ  ２００ＧＨｚ間隔ＤＷＤＭデータ波長を、１５１０ｎｍ及び１６２５ｎｍ光サービスチャネル（ＯＳＣ）の位置及び不確定性と比較する図である。
【図１８】光サービスチャネル（ＯＳＣ）を管理するように構成される図２のＯＡＤＭにおいて用いられるようなランチャアレイの図である。
【図１９】光サービスチャネル（ＯＳＣ）を管理するように構成される図２のＯＡＤＭにおいて用いられる光アレイ（ＯＰＡ）システムの平面の図である。
【図２０Ａ】ＯＳＣを挿入する過程（実線）及び分岐する過程（破線）を示す、ＯＳＣを管理するように構成される図２のＯＡＤＭの動作を示す機能図の平面図である。
【図２０Ｂ】ＯＳＣを挿入する過程（実線）及び分岐する過程（破線）を示す、ＯＳＣを管理するように構成される図２のＯＡＤＭの動作を示す機能図の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで図１を参照すると、光ファイバケーブル１１によって相互接続される複数の類似するノード１２を含む光通信システム１０が示される。説明のために、ここでは、ノードのうちの３つ、すなわち１２ａ、１２ｂ及び１２ｃを付したノードについて考えることにする。ノード１２ｃに対して、ノード１２ａはソースノードと呼ばれ、１２ｂは宛先（行先）ノードと呼ばれる。しかしながら、ノード１２間の通信は双方向であることは理解されたい。また、ノード１２は、図２においてさらに詳細に示される光アド／ドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）１４を含むことにも留意されたい。しかしながら、ここでは、ＯＡＤＭ１４は、ノード１２ｃの場合に図示されるような４つのタイプのポート：入力ポート（ＩＮポート、Ｓｙｓｔｅｍ−Ｉｎポート又はネットワーク入力ポートとも呼ばれる場合がある）と、出力ポート（ＯＵＴポート、Ｓｙｓｔｅｍ−Ｏｕｔポート又はネットワーク出力ポートとも呼ばれる場合がある）と、ＡＤＤ（アド）ポートと、ＤＲＯＰ（ドロップ）ポートとを有することを言うに留めておく。コントローラ５０からＯＡＤＭ１４に供給される電気信号に応答して、ＯＡＤＭ１４は、以下の機能：複数のｍ個（ただし、ｍは整数）の異なる光波長又はチャネルのサブセット内の光エネルギーが、ノードを通過する（たとえば、ソースノード１２ａから、ノード１２ｃを通って、宛先ノード１２ｂまで進む）「エクスプレス」機能；複数のｍ個の異なる光波長又はチャネルのサブセット内の光エネルギーが、ＩＮポートからＤＲＯＰポートに進む「ドロップ」機能；複数のｍ個の異なる光波長又はチャネルのサブセット内の光エネルギーが、ＡＤＤポートからＯＵＴポートに進む「アド」機能を実行するように構成される。以下に説明されるように、ＯＡＤＭ１４は、これらの機能の種々の組み合わせを実行するように構成される。
【００１７】
ここで図２を参照すると、ＯＡＤＭ１４は、複数のポート２２を有するランチャ２０を備える。より詳細には、ここで、この例において、ランチャ２０は、概ねＹ−Ｚ平面内に配置される６行のポート２２を含むことに留意されたい。ここで、上２行のポート２２はそれぞれ、たとえば、５個のポート２２を有し、一番上の行において２２ａ１〜２２ａ５、及び上から２番目の行において２２’ａ１〜２２’ａ５として図２Ａに示されるＡＤＤポートである。上２行のポート２２はＡＤＤポートに対応する。ここで、下２行のポート２２はそれぞれ、たとえば、５個のポート２２を有し、下から２番目の行において２２ｄ１〜２２ｄ５、及び一番下の行において２２’ｄ１〜２２’ｄ５として図２Ａに示される。下２行のポート２２はＤＲＯＰポートである。この例では、ランチャ２０の上から３番目の行内に１つのポート２２があり、これはＯＵＴポート、ここではポート２２ｏである。最後に、この例では、ランチャ２０の上から４番目の行内に１つのポート２２があり、これはＩＮポートであり、ここでは２２ｉを付される。
【００１８】
ＩＮポート及びＡＤＤポート２２に供給される光エネルギーは、複数、ここではｍ個のチャネルを搬送するように構成される。各チャネルは、複数の光波長、すなわち波長λ１〜λｍのうちの異なる波長の上に変調される情報を搬送する。再び、ＩＮポート及びＯＵＴポートという呼称が用いられるが、ポート２０は双方向であることに留意されたい。
【００１９】
ＯＡＤＭ１４（図２）は、電子的に操作可能な光ビームステアリングシステム２４を含む。ここで、ビームステアリングシステム２４は、コントローラ５０によって供給される電気制御信号に応答して、光周波数エネルギーの入射ビーム、すなわち光を、方位角（すなわち、Ｘ−Ｙ平面）及び仰角（すなわち、Ｘ−Ｚ平面）において操作するように構成される２次元ビームステアリングシステムである。１つのそのようなビームステアリングシステムが、１９９２年３月３日に発行された、発明人Dorschner他による「Optical Beam Steerer Having Subaperture Addressing」と題する米国特許第５，０９３，７４０号、１９９９年１０月５日に発行された、発明人Dorschner他による米国特許第５，９６３，６８２号、及び２００４年３月９日に発行された、発明人Dorschner他による米国特許第６，７０４，４７４号に記載されており、これらの特許は全て本特許出願の譲受人に譲渡され、全てのそのような米国特許の主題全体が、参照により本明細書に援用される。本明細書で説明されるように、ビームステアリングシステムは、光移相器のアレイを含む。各移相器を通過する光エネルギーのビームの部分に与えられる位相シフトは、ここではコントローラ５０によって移相器に供給される電気制御信号によって選択される。それによって、レーザから生じるような、光エネルギーの入射ビームは、移相器のアレイによって与えられる空間的に変化する位相シフトに従って、角度を変更される（すなわち、偏向する）。他のタイプの電子制御式ビームステアラを用いてもよい。
【００２０】
ここで、ビームステアリングシステム２４は、図示されるように、行として配列される４つのセクション２６ｄ、２６ｉ、２６ｏ及び２６ａを有する。セクション２６ａ、２６ｏ、２６ｉ及び２６ｄのそれぞれが、ランチャ２０の４つのタイプのランチャポート２２（すなわち、それぞれＡＤＤポート、ＯＵＴポート、ＩＮポート、ＤＲＯＰポート）のうちの１つに対応する。したがって、ランチャ２０のＡＤＤポート、ＯＵＴポート、ＩＮポート、ＤＲＯＰポートはそれぞれ、セクション２６ａ、２６ｏ、２６ｉ及び２６ｄに対応する。さらに、Gordon Love著による論文「Liquid crystal phase modulator for unpolarized light」（Applied Optics, Vol. 32, No. 13, May 1993）に記載されているようなＬｏｖｅミラー３６が含まれる。ビームステアリングシステム２４で処理された光波は、その後、Ｌｏｖｅミラー３６に進み、反射して、ビームステアリングシステムの同じ部分を通って戻される。ビームステアリングシステム２４が偏光の影響を受けやすい特性がある場合でも、任意の偏光の所与の光波ビームが、その偏光に関係なく誘導されるように、Ｌｏｖｅミラーは偏光を反転させる。好ましい実施形態では、垂直又は水平のいずれかの方向におけるビームステアリングは、２つの一次元ビームステアラによって達成され、Ｌｏｖｅミラーが２つのビームステアラの積層体の背後に配置される。こうして、入射ビームが、２つのビームステアラを通過し、Ｌｏｖｅミラーから反射し、その後、同じ２つのビームステアラを通過して戻された後に現れる。
【００２１】
ビームステアリングシステム２４の各行、すなわち、各セクション２６ｄ、２６ｉ、２６ｏ、２６ａは、図２Ｂに示されるように、複数、ここではｍ個のビームステアラ２６を含む。ｍ個の各ビームステアラ２６は、ｍ個の光チャネル又は波長λ１〜λｍのうちの対応する光チャネル又は波長に関連付けられる。こうして、セクション２６ｄはそれぞれ、ｍ個の波長λ１〜λｍのうちの対応する波長のビームを誘導するためのビームステアラ２６ｄλ１〜２６ｄλｍを含み、同様に、セクション２６ｉ、２６ｏ及び２６ａも波長毎のビームステアラを含む。
【００２２】
分散素子３０、好ましくはエシェル回折格子及びミラー３２、３４及び３６を有する光学装置（図２）が、ランチャポート２２タイプ（すなわち、ＤＲＯＰポート、ＩＮポート、ＯＵＴポート及びＡＤＤポート）と、複数のビームステアリングセクション２６ｄ、２６ｉ、２６ｏ、２６ａのうちの関連付けられるビームステアリングセクションとの間で光エネルギーを誘導するために設けられ、ＩＮポート及びＡＤＤポートにおける、そのように誘導された光エネルギーの複数の光波長λ１〜λｍの各波長が、複数の光波長λ１〜λｍのうちのそのような１つの光波長にそれぞれ関連付けられるビームステアラ２６ｄλ１〜２６ａλｍのうちの対応するビームステアラに誘導される。上述したように、各セクション２６ｄ、２６ｉ、２６ｏ、２６ａは、ランチャ２０の４つのタイプのランチャポート２２（すなわち、ＤＲＯＰポート、ＩＮポート、ＯＵＴポート及びＡＤＤポート）のうちの１つに対応する。したがって、ランチャ２０のＤＲＯＰポート、ＩＮポート、ＯＵＴポート及びＡＤＤポートは、ＤＲＯＰセクション２６ｄ、ＩＮセクション２６ｉ、ＯＵＴセクション２６ｏ、及びＡＤＤセクション２６ａに対応する。分散素子３０として、エシェル格子、バーチャリ・イメージド・フェーズド・アレイ（ＶＩＰＡ：Virtually Imaged Phased Array）タイプの分散素子、標準的な回折格子、又は他の格子タイプを用いることができる。
【００２３】
より詳細には、分岐されるか、又は通過することになる、図１の光通信システムのノード１２ａからの光エネルギーは，ポートタイプＩＮに供給される。図１のノード１２ｂの方向において光通信システムに挿入されることになる光エネルギーはポートタイプＡＤＤに供給される。ポートタイプＩＮのエネルギーは、上述したように、セクション２６ｉに誘導され、ポートタイプＡＤＤのエネルギーは、ビームステアラセクション２６ａに誘導される。複数のビームステアリングシステムセクション２６ｉ及び２６ａのうちの関連付けられるセクション（すなわち、セクション２６ｉはＩＮポートタイプに関連付けられるか、又はセクション２６ａはＡＤＤポートタイプに関連付けられる）がそれぞれ、格子（又は他の分散素子）３０及びミラー３２を介して、誘導された、すなわち入射するエネルギーを受信し、システム機能のうちの選択された機能（すなわち、出力又は分岐）を提供するためにコントローラ５０によってビームステアリングシステム２４に供給される電気信号に従って選択的に、入射する光エネルギーを、ミラー３４を介して、複数の機能のうちの選択された機能に関連付けられるタイプのランチャポート２２のうちの１つ（すなわち、ＤＲＯＰポート又はＯＵＴポート）に対応するセクション２６ｄ、２６ｏのうちの１つに、より詳細には、そのようなエネルギーの波長に関連付けられるセクション２６ｄ、２６ｏのうちのそのような１つのセクションの中にあるビームステアラ２６に再誘導する。そのエネルギーは、コントローラ５０によって与えられる電気信号に従って選択的にビームステアリングシステム２４によって誘導され、そのような誘導されたエネルギーが、ミラー３２及びエシェル回折格子３０を介して、システム機能のうちの選択された機能に関連付けられるランチャポート２２タイプのうちの１つに進むようになる。こうして、「エクスプレス」動作の場合、セクション２６ｉ上に入射するエネルギーが、ビームステアリングシステム２４によって誘導され、ミラー３２及び格子３０によってポートタイプＯＵＴに誘導されることになり、「アド」動作の場合、セクション２６ａ上に入射するエネルギーが、ビームステアリングシステム２４によって誘導され、ミラー３２及び格子３０によってポートタイプＯＵＴに誘導されることになり、「ドロップ」動作の場合、セクション２６ｉ又は２６ａ上に入射するエネルギーが、ビームステアリングシステム２４によって誘導され、ミラー３２及び格子３０によってポートタイプＤＲＯＰに誘導されることになる。
【００２４】
ここで、アド機能について考える。ここでは、ＡＤＤポート２２におけるエネルギーは、ランチャ２０のＯＵＴポート２２に結合されることになる。したがって、ここで、たとえば、波長λ１を有する光エネルギーは、ＡＤＤポート２２のうちの１つ、ここではポート２２ａとして示されるポートに供給される。このエネルギーは、たとえば、図１において、ノード１２ａから到来することがある。波長λ１を有するポート２２ａの光エネルギーの経路は、図２において１を付される矢印によって示される。こうして、そのようなエネルギーは格子３０に進み、格子３０において、ミラー３２に誘導される。ミラー３２は、そのエネルギーをビームステアリングシステム２４に、より詳細にはセクション２６ａに、さらに詳細には、波長λ１に関連付けられるセクション２６ａ内のビームステアラのうちの１つ２６ａλ１に再誘導する。プロセッサ５０からの制御信号に応答して、ビームステアリングシステム２４は、その上に入射するエネルギーを、ミラー３６及び３４を介して、セクション２６ｏ（すなわち、ランチャのＯＵＴポート２２に関連付けられるセクション２６ｏ）に、さらに詳細には、波長λ１に関連付けられるセクション２６ｏ内のビームステアラのうちの１つ２６ｏλ１に誘導する。その後、ビームステアリングシステム２４は、そのビームを、ミラー３２及び格子３０を介して、セクション２６ｏからＯＵＴポートに誘導する。
【００２５】
本明細書において説明する実施形態は、単一のＩＮポート及び単一のＯＵＴポートを有するが、多数のＡＤＤポート及びＤＲＯＰポートに対応するように、多数のそのようなポートを備えることができることに留意されたい。この結果として、システムが、マルチポート波長選択スイッチの機能を有することになり、ＡＤＤポート又はＩＮポートにおいて挿入される所与の波長を、電子制御下で、１つのＤＲＯＰポート若しくはＯＵＴポートに、又は多数のポートに同時に誘導することができる。
【００２６】
同様に、図２には他の例も示されている。セクション２６ｉに入射し、その後、セクション２６ｏに誘導され、さらにその後、ＯＵＴポート２２に誘導されるエネルギーを有する２を付された経路によって示されるように、ＩＮポート２２の波長λ２のエネルギーが、ＯＵＴポート２２に結合されて、「エクスプレス」動作が達成される。セクション２６ｉに入射し、その後、セクション２６ｄに誘導され、その後、ＤＲＯＰポート２２に誘導されるエネルギーを有する３を付された経路によって示されるように、ＩＮポート２２の波長λ３のエネルギーが、ＤＲＯＰポート２２に結合されて、「ドロップ」動作が達成される。
【００２７】
より詳細には、図２には１つのランチャ２０が示されるが、１つ又は複数のランチャ２０が用いられてもよい。ランチャ２０は、Ｓｙｓｔｅｍ−Ｉｎ及びＡｄｄ光ファイバから発する光エネルギーをデバイス入力内に概ねコリメートするマイクロレンズ、レンズレット、又はＧＲＩＮレンズのアレイであることが好ましい。したがって、各レンズレットは、ポート２２のうちの１つに対応する。さらに、それらは、ランチャ２０に到達する概ねコリメートされた光エネルギーを、システム出力及びドロップタイプのポート２２（すなわち、ＯＵＴポート及びＤＲＯＰポート）に合焦させる。ＯＡＤＭ１４に入るか、又はＯＡＤＭ１４から出る全ての光ビームが、ランチャ２０によって、そのように処理される。光ファイバと、ＯＡＤＭ１４に入るか、又はＯＡＤＭ１４から出るビームとの間のランチャ２０におけるこれらの接続はそれぞれ、上述したように、ポート２２と呼ばれる。
【００２８】
各ランチャは双方向デバイスであること、すなわち、光波が所与のランチャに取り付けられるファイバから自由空間ビームに結合されることがあるか、又は、外部からランチャ上に入射する光波がランチャに取り付けられるファイバに結合されることがあることに留意されたい。これらのランチャは「単一モード」デバイスであり、すなわち、光波ビームが所与のランチャのファイバに結合されるために、そのビームは、正確な角度で、且つ正確な位置に入射しなければならない。
【００２９】
上述したように、アドファイバに対応するポート２２（ＡＤＤポート）の複数のアレイが存在し、ドロップファイバに対応するポート（すなわち、ＤＲＯＰポート）の複数のアレイが存在するようにランチャ２０が設計される。好ましい実施形態では、所与のＡｄｄポート又はＤｒｏｐポートにおいて所与の時点に１つの波長（光チャネル）しか存在しないが、そのシステム内の任意の波長から特定の波長を選択することができる。そのシステムは、所与のポートにおいて多数の波長が存在することができる場合を含む。大抵の用途の場合、ＡＤＤポート２２の数は、ＤＲＯＰポート２２の数に等しいであろう。しかしながら、本発明は、それらの数が等しくない場合も含むことは理解されたい。また、上記のように、１つ又は複数のＩＮポート２２及び１つ又は複数のＯＵＴポート２２も存在することがあり、それらのポートはデバイスを、隣接するネットワークノード１２に接続する伝送ファイバケーブル１１（図１）に取り付ける。これらのポートは、波長多重化ビームを搬送する。図２は、デバイスの効率を高め、デバイスの構成を簡単にするために、規則的なアレイとして互いにグループ化されるＡＤＤ，ＤＲＯＰ、ＩＮ及びＯＵＴポート２２を示すが、本発明は、複数のタイプのポートが互いに混在するか、又はそれらのアレイが互いに異なる構成を有する実施態様も含む。
【００３０】
図２のシステムは１つのエシェル回折格子３０を示すが、２つ以上の回折格子３０が用いられてもよいことは理解されたい。それらの格子は、概ねリトロー（Littrow）条件において動作する（すなわち、格子によって回折される光が入射光と概ね逆の方向に進行する）バルクエシェル回折格子３０であることが好ましく、異なる波長の光エネルギーを分散又は合成するために含まれる。ＡＤＤポート２２及びＩＮポート２２からの光エネルギーは、格子上に入射し、異なる波長は異なる角度で回折する。ＤＲＯＰポート２２及びＯＵＴポートに向かうことになっているＯＰＡシステム２４からの光エネルギーは、異なる角度で格子上に入射し、適切なＤＲＯＰポートの中に回折するか、又はＯＵＴポートの中に合成される。エシェル回折格子の回折効率は、他のタイプの格子よりも、偏光に影響を受けにくいため、エシェル回折格子が用いられる。同様に、ＶＩＰＡデバイスを用いることができ、同様の性能上の利点を与える。図２では、格子溝は垂直であり（すなわち、Ｚ軸に沿っており）、結果として、異なる波長の分散は水平（すなわち、Ｘ−Ｙ平面内）である。本発明は、溝が他の方向に向けられる実施形態を含む。図２は、反射モードにおいて動作する格子を示すが、透過モードにおいて動作することもできる。
【００３１】
ミラー３２は、１つ又は複数のミラーとすることができ、ここでは凹面鏡であり、格子３０から回折する光エネルギーをＯＰＡシステム２４及びミラー３６上に誘導し、ＯＰＡシステム２４からの光エネルギーを格子３０に誘導する。本発明の好ましい実施形態では、ミラー３２の曲率及び位置は、それらのミラーが格子及びＯＰＡシステム２４アレイの平面から１焦点距離だけ離隔するように選択される。これは、１つの平面におけるビーム角が他の平面におけるビーム空間位置に変換されるという目的を果たす。位置及び焦点距離の他の構成が本発明に含まれる。これらのミラーの機能は、レンズによって実行することもできる。
【００３２】
ＯＰＡシステム２４アパーチャ（すなわち、ビームステアラ２６）の１つ又は複数のアレイを用いて、ビームを誘導し、ＯＰＭ及び光マルチキャスティングのためにビームを分割する。ＯＰＡシステム２４アパーチャ（すなわち、ビームステアラ２６）は列及び行として配列される。アパーチャは英字、すなわちｄ、ｉ、ｏ又はａ、及び波長指示子、すなわちλ１、λ２、λｍによって指定される。こうして、ｄ行及びλ１列のアパーチャは２６ｄλ１で指定される。アレイの各列（たとえば、そのような列は図２Ｂにおいてセクション２６λ１内に配置される）は、格子が水平方向（すなわち、Ｘ−Ｙ平面）において分散するように配置される場合には、光学システムの特定の波長に対応する。各行（たとえば、そのような行は、図２Ｂにおいてセクション２６ａ内に配置される）は、ビーム状態：システム入力、システム出力、アド及びドロップに対応する。
【００３３】
より詳細には、ランチャアレイから到来するビーム毎に、各ランチャの垂直角（すなわち、ＸＹ平面から離れる角度）によって、ビームがビームステアリングシステムに突き当たる垂直位置が支配される。すなわち、ランチャ垂直角は、ビームステアリングシステム行と一対一の関係にある。水平角（すなわち、ＸＺ平面から離れる角度）は、回折格子によって課せられる、波長に依存する角偏向によって制御され、それによって、ビームがビームステアリングシステムのいずれの列に突き当たるかを支配し、それゆえ、波長と一対一の関係にある。これらの一対一の関係は、光ビームがランチャアレイからビームステアリングシステムまで進行する場合、及び光ビームが逆の方向に進行する場合の両方に当てはまる。１つのタイプのランチャ、たとえば、ＩＮＰＵＴポートから到来する所与の波長の所与のビームが、ＯＵＴＰＵＴポートに送信されるか、又はＤＲＯＰポートに送信されるかは、ビームがＩＮＰＵＴ行内のＯＰＡによって誘導される角度による。このＯＰＡは、波長に依存する水平角を相殺するように水平方向に誘導し、且つビームがミラー３４から反射した後に、同じ行内、及び選択された（それぞれ、ＯＵＴＰＵＴ又はＤＲＯＰ）列内のＯＰＡに突き当たるようになる垂直偏向角を適用するように制御される。最後に、そのＯＰＡは、選択されたランチャの垂直位置に対応するように正確な垂直角と同時に、後に格子においてビームが受けることになる偏向を相殺する水平角と、所望のＯＵＴＰＵＴポート又はＤＲＯＰポートの正確な水平位置をそれぞれ選択するように選択された付加的な水平角とを課さなければならない。特定のビームによって用いられる列は、その波長によって指示され、そのデバイス内で変化しない。光サービスチャネルビームを誘導するために、付加的なＯＰＡが含まれることがある。ここで２組のＯＰＡ及び１つのＬｏｖｅミラーを含み、図２に示されるビームステアリングシステムは、反射モードにおいて動作する。透過モードにおいて動作するビームステアリングシステムを用いることもできる。
【００３４】
上記の動作の結果として、２つの異なる信号源（たとえば、ＡＤＤ及びＩＮＰＵＴ）からの同じ所与の波長の信号を単一の出力に結合することができなくなることに留意されたい。ＡＤＤ行内の所与の波長におけるＯＰＡが、そのビームを（ミラー３４を介して）、たとえばＯＵＴＰＵＴ行に誘導し、同時に、ＩＮＰＵＴ行内の所与の波長におけるＯＰＡも、そのビームをＯＵＴＰＵＴ行に誘導する場合であっても、ＯＵＴＰＵＴ行内のＯＰＡは、そこに入射する２つのビームに、或る選択された垂直角偏向を課すであろう。それによって、異なる角度において入射する２つのビームは、２つの異なる角度において出射することになり、それゆえ、ランチャアレイ上の異なる位置に誘導されることになり、同じランチャには誘導されることはない。同様に、ランチャは単一モードデバイス（上記のとおり）であるため、所与の波長を有するビームが、他の何らかの波長に対応する列から送信される場合には、いかなるランチャにも結合することができないことは明らかであろう。これは、システム内の光波の伝搬が、任意の所与の経路に沿って、光波が左から右に進行しているか、又は右から左に進行しているかには依存しないという事実を利用することによって、最も容易に明らかになる。ミラー３２及び格子３０の動作から、所与のランチャから発する所与の波長の光波ビームが単一のＯＰＡに直接接続されることが明らかである。こうして、光波が逆の方向に、すなわちランチャに向かって伝搬している場合、その所与の波長を有し、その単一のＯＰＡから到来する光波だけが、所与のランチャに結合されるであろう。
【００３５】
１つのミラー３４を示すが、システムは２つ以上のそのようなミラーを含むことができる。このＯＡＤＭ１４には、１つ又は複数のフォールディングミラー３４、ここではプラノミラーが含まれる。これらのミラー３４の目的は、そのミラーに入射する光エネルギーの経路を折り返して、ＯＡＤＭ１４を通じて光エネルギーを戻し、光チャネルをルーティングするために必要とされるビーム操作を完成させることである。フォールディングミラー３４を用いることによって、大部分の構成要素を２回通るため、デバイスのサイズが小さくなり、構成要素の数が削減される。本発明は、フォールディングミラーを使用しないか、又はそれらのミラーの代わりにレンズを用いる他の構成も含む。
【００３６】
ＯＡＤＭ１４には、偏光依存損失（ＰＤＬ）のための補償器を含めることができる。回折格子及び他の光学構成要素が、残留ＰＤＬを生成することがある。これは、一次的には、ＯＡＤＭ１４内の対称な平面において、光エネルギーの偏光面を回転させるための機構を導入することによって補償することができる。折返し設計では、最適な位置はフォールディングミラーにある。透過設計では、最適な位置は等価の位置にあり、それは、デバイスの中心面である。
【００３７】
ビームステアリングシステム２４のための電子コントローラ５０（図２）が、システムによって要求されるビーム操作機能を、ＯＰＡシステム２４のビームステアラ２６の電極に印加される電圧に変換する。
【００３８】
再び図２を参照すると、上流、すなわちソースネットワークノード１２ａ（図１）からの光エネルギー（すなわち、光）が、ランチャアレイ２０上のＩＮポート２２を介して、ＯＡＤＭ１４に入り、回折格子３０に誘導される。このビームは、多くの波長多重化光チャネルから成る。これらのチャネルは格子において分散し、各波長が異なる角度で回折する。凹面鏡３２がこれらのビームをＯＰＡシステム２４のＳｙｓｔｅｍ−Ｉｎ行に誘導し、各光チャネルが、その波長のためのアパーチャ（すなわち、ビームステアラ２６）に誘導される。各ＯＰＡアパーチャ２６は、入射ビームに、そのビームの意図した配置に対応する垂直偏向（すなわち、Ｘ−Ｚ平面における偏向、仰角）を与える。そのビームが分岐（ドロップ）されることになる場合には、ランチャ２０のＩＮポート２２のエネルギーはセクション２６ｉに誘導され、その際、ＯＰＡシステム２４は上方への偏向を生成し、それによって、そのエネルギーはフォールディングミラー３４から反射し、ＯＰＡシステム２４のドロップ行（すなわち、セクション２６ｄ）内の対応する列に突き当たる。それによって、ドロップ行（すなわち、セクション２６ｄ）に入射するビームは適切な垂直方向及び水平方向の傾斜を与えられ、曲面ミラー３２から反射され、格子３０によって回折した後に、それらのビームは、ランチャアレイ２０にある選択されたＤＲＯＰポートに到達するようになる。ビームがノードを通過することになる場合には、ＯＰＡシステム２４は、システムＩＮ行（すなわち、セクション２６ｉ）において下方への偏向を引き起こし、そのビームをフォールディングミラー３４を介してＯＵＴ行、すなわちＯＰＡ２４の２６ｏに誘導し、それによって、ビームがＯＵＴポート２２に突き当たる。これらのアパーチャ（すなわち、セクション２６ｏ内のビームステアラ２６）は、これらの別個のビームが格子において１つのビームに合成され、ＯＵＴポートに誘導されるための正確な偏向を与える。同じようにして、ＡＤＤポートから発するビームは格子において回折し、曲面ミラー３２によって、ＡＤＤ行（すなわち、セクション２６ａ）内のその波長に対応するアパーチャ上に誘導される。これらのアパーチャ２６は、ビームがフォールディングミラー３４から反射し、ＯＵＴ行２６ｏに突き当たるようにする垂直偏向を与える。この点から、アドビームは、エクスプレスチャネルの場合に上記で説明されたのと同じ経路に従う。それらのビームは格子において１つに合成され、ＯＵＴポートに誘導される。光エネルギーの大部分がＯＵＴポートに誘導されるようにしながら、入射する光エネルギーのわずかな部分をＭｏｎｉｔｏｒポートに回折させるように、適切なＯＰＡアパーチャ２６に指示することによって、光エネルギーは、図１５〜図１９との関連でさらに詳細に説明するＭｏｎｉｔｏｒポートに誘導される。図２の折返し設計に加えて、本発明の他の実施形態は、種々の組み合わせにおいて、ミラーの代わりにレンズを、反射性格子の代わりに透過性格子を、また反射性ＯＰＡの代わりに透過性ＯＰＡを用いることができる。
【００３９】
図２の実施形態によれば、同じノードにおいて、チャネルを挿入し、且つチャネルを分岐することができる。この特定の実施形態は、或る波長を通過させようと試みながら、その波長を挿入しようとする誤った状態を許容しない。アドチャネル及びエクスプレスチャネルはいずれもＳｙｓｔｅｍ−Ｏｕｔ行内の同じＯＰＡアパーチャに到達することになるが、垂直方向の傾斜によって、２つのうちの一方しかＯＵＴポートに誘導するように設定することができない。それらのビームのうちの一方は捨てられることになり、両方が伝送ファイバに結合され、その波長を終端する下流ノードにおいて干渉が生じるのを防ぐ。
【００４０】
図２に示される実施形態は、ミラーを使用し、反射モードのＯＰＡを操作して、デバイスの構成要素数を削減し、全体サイズを小さくする。しかしながら、本発明は、透過性の構成要素を用いる実施形態にも同じく当てはまる。これを例示するために、そして、透過動作を図示及び説明するのはさらに容易であるため、上記の本発明の詳細な動作が使用され、また以下の説明は透過モード設計を使用することになる。
チャネルアド動作
ここで図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、そのような図面は、光チャネルを挿入する過程を例示する透過モードＯＡＤＭ１４のそれぞれ平面機能図及び側面機能図である。図２と同じことが、２つのＯＰＡシステム２４の平面間の等距離にフォールディングミラー３４を配置することによって確立され、一方の面５１は、レンズ（すなわち、図２のミラー）３２からの入射エネルギーを表し、他方の面５３は、ミラー３４からの入射エネルギーを表す。図３Ａ以降の図面には、ミラー３４の位置は示されないことに留意されたい。この折返し面は、後続の全てのそのような図の中央に存在することは理解されたい。こうして、図３Ａにおいて、このミラー面の右に進む伝搬は、図２における先行する素子を通って戻る伝搬に対応する。折返し設計及び透過設計が細部にわたって同等である場合、図３Ａの中央面の右側の構成要素及びその配置は、左側のそれらと同じでなければならない。しかしながら、これは、透過設計の一般的な実施形態の場合には不要である。格子３０は透過モードにおいて示され、曲面を成す凹面鏡３２は、その透過性に対応する正のレンズによって置き換えられている。図２では反射モードにあるが、ＯＰＡも透過モードにおいて示される。透過モードと反射モードとの間で変換するとき、そのタイプの構成要素が、他方のモードにおいて等価である構成要素に（たとえば、レンズからミラーに）変更され、構成要素の位置も互いに配列し直される。図を解釈するのが容易であるため、チャネル操作の詳細が透過モードの実施形態を用いて例示される。
【００４１】
上述したように、セクション２６ｄ、２６ｉ、２６ｏ、２６ａはそれぞれ、ランチャ２０の４つのタイプのランチャポート２２（すなわち、それぞれＤＲＯＰポート、ＩＮポート、ＯＵＴポート、ＡＤＤポート）のうちの１つに対応する。したがって、ランチャ２０のＤＲＯＰポート、ＩＮポート、ＯＵＴポート、ＡＤＤポートはそれぞれ、ＤＲＯＰセクション２６ａ、ＩＮセクション２６ｉ、ＯＵＴセクション２６ｏ及びＡＤＤセクション２６ａに対応する。図３ＡにおけるＯＰＡの異なる数字による表示は、それらの個々の波長（図２の列）を示しており、４つのＯＰＡシステム行又はセクション、すなわち、ＤＲＯＰセクション２６ｄ、ＩＮセクション２６ｉ、ＯＵＴセクション２６ｏ及びＡＤＤセクション２６ａは重ね合わせられる。この例では、４つのＡＤＤタイプランチャ２０のポート２２が示される。図示されるような各ポートは、４つの取り得るチャネル、すなわち波長λ１、λ２、λ３及びλ４を受信する。これは、ＡＤＤポートが任意の波長を利用することができることを示す。実際の操作では、必ずしも図示される全ての波長が存在するとは限らない。上述したように、ビームステアラ２６はそれぞれ、波長λ１、λ２、λ３及びλ４のうちの対応する波長に関連付けられる。したがって、ここで、この例では、波長λ１、λ２、λ３及びλ４はそれぞれ、ビームステアラ２６（ｄ、ｉ、ｏ又はａ）λ１、２６（ｄ、ｉ、ｏ又はａ）λ２、２６（ｄ、ｉ、ｏ又はａ）λ３及び２６（ｄ、ｉ、ｏ又はａ）λ４として示されるビームステアラ２６に対応する。波長λ１のエネルギーは、ＯＰＡシステム２４のＡＤＤセクション２６ｄのビームステアラ２６ａλ１に誘導されることに留意されたい。ポートを特定するには、図２Ａも参照されたい。同様に、波長λ２のエネルギーは、ＯＰＡ２４のＡＤＤセクション２６ｄのビームステアラ２６ａλ２に誘導され、波長λ３のエネルギーは、ＯＰＡ２４のＡＤＤセクション２６ａのビームステアラ２６ａλ３に誘導され、波長λ４のエネルギーは、ＡＤＤセクション２６ａのビームステアラ２６ａλ４に誘導される。
【００４２】
ビームステアリングシステム２４によってミラー３２に誘導され、その後、ミラー３４によって反射された後に、波長λ１のエネルギーは、ＯＰＡシステム２４のＡＤＤセクション２６ａのビームステアラ２６ａλ１から、ＯＰＡシステム２４のＯＵＴセクション２６ｏのビームステアラ２６ｏλ１に誘導される。同様に、波長λ２のエネルギーは、ＯＰＡ２４のＡＤＤセクション２６ａのビームステアラ２６ａλ２から、ＯＰＡ２４のＯＵＴセクション２６ｏのビームステアラ２６ｏλ２に誘導され、波長λ３のエネルギーは、ＯＰＡ２４のＡＤＤセクション２６ａのビームステアラ２６ａλ３から、ＯＰＡシステム２４のＯＵＴセクション２６ｏのビームステアラ２６ｏλ２に誘導され、波長λ４のエネルギーは、ＡＤＤセクション２６ａのビームステアラ２６ａλ４から、ＯＰＡシステム２４のＯＵＴセクション２６ｏのビームステアラ２６ｏλ４に誘導される。
【００４３】
図３ＢのＯＰＡシステム２４は、４つのビーム状態行（２６ｄ、２６ｉ、２６ｏ、２６ａ）を示すが、この側面図では、異なる波長のためのＯＰＡは重ね合わせられる。右上隅に示される軸方向は、図２に示される軸方向と一致する。光エネルギーはＸ方向において伝搬し、格子はＹ方向において分散し、ＯＰＡ行、たとえば２６ａはＹ軸に平行であり、所与の波長のためのＯＰＡ列は、Ｚ軸に平行である。
【００４４】
入力ビームが、ランチャ２０面内のＡＤＤポートから発し、格子３０に突き当たる。図３Ｂでは、ランチャはＸ−Ｚ面において、或る角度を成すことに留意されたい。上記のように、この角度の結果として、ＡＤＤビームは全て、ＯＰＡのＡＤＤ行、すなわち２６ａ上に当たることになる。格子はアドビームを分散し、ｘ−ｙ平面において、各波長に異なる角度を与える（この図では、波長経路は並んでいるため、全ての波長が同じ経路を共有するように示される）。ＡＤＤポート毎に多数の波長が示されるが、実際には、ポート当たり１つだけを用いることが好ましいことがある。本発明は、両方の方法に対応する。図３Ｂでは、波長を切り離して表すことができないが、異なる波長のためのビームが別個である領域は、互いに極めて近接して描かれる線によって示される。図３Ａは、格子３０とＯＰＡ面との間での角度／位置変換を示しており、それは、レンズ３２によって与えられる。したがって、いずれのポートから発したかにかかわらず、特定の波長が同じＯＰＡアパーチャ上に合焦されるであろう。しかしながら、その入射角は、そこからその波長が到来するポートによるであろう。各ＯＰＡは、そのビームを、ｙ方向にさらに変位しないように（すなわち、この様々な入射角を相殺するように）誘導し、そのビームが、その波長のための第２のＯＰＡに（すなわち、ミラー３４から反射した後に）突き当たるようにする。また、それは、ｚ方向（図３Ｂ）における誘導も提供し、ビームがＡＤＤ行からＯＵＴ行に移行するようにする。ＯＰＡ２４と２度目に突き当たるときには、ＯＰＡは、ビームをｚ方向（図３Ｂ）にさらに変位しないように誘導する。図３Ａにおいて、２度目に突き当たったミラー３２は、異なる波長のための平行なビームを格子上の同じスポットに合焦し（角度／位置変換）、格子は、ＯＵＴポートに誘導される単一のビームにおいて重ね合わせるために必要とされる量だけ、各波長を回折させる。これは、上記のように、逆方向の伝搬について考えれば、さらに容易に理解される。これはまさに、格子が入力波長において実行した時間反転動作であるため、格子は、出て行く各波長を正確な量だけ回折させる。
チャネルドロップ動作
高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）システムから光チャネルが分岐される過程が図４Ａ及び図４Ｂに示されており、図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれ、右上に示される座標軸によって示されるような平面図及び側面図である。上流ノードからのＤＷＤＭチャネルが、システムＩＮポート２２ｉにおいてＯＡＤＭ１４に入り、そこから単一のビームとして格子まで伝搬する。図４Ａに示されるように、その中の各チャネルが異なる角度で回折するように、格子はこのビームを分散する。レンズ３２は、これらのビームを、ＯＰＡシステム２４の「入力」行２６ｉ上に（図４Ｂ）、さらに波長毎に適したアパーチャに（図４Ａ）誘導する。全てのビームが格子上の同じ点から発するため、それらのビームは、レンズ３２によって屈折した後に平行になることに留意されたい。ＯＰＡシステム２４は、分岐されることになるチャネルに、ｘ−ｚ平面内で上方への角度を与え、それによって、それらのチャネルは、ドロップ行の対応するＯＰＡアパーチャ上に、すなわち、第２のＯＰＡ面のセクション２６ｄ上に突き当たる。１つのチャネルのために用いられることになる個々のＤＲＯＰポート２２ｄ１〜２２’ｄ５は、第２のＯＰＡ面内のアパーチャによってビームに与えられる垂直角及び水平角の組み合わせによって決定される。図４Ａは、任意の波長を任意のＤＲＯＰポートに送信することができることを示すが、いつでも、各アパーチャは通常、単一のＤＲＯＰポートを用いることになる。図４Ａ及び図４Ｂから、それぞれが異なるＯＰＡアパーチャから到来する２つ以上の光チャネルを所与のＤＲＯＰポートに送信することができることは明らかである。オペレータがＤＲＯＰポートの数を最小限に抑えると共に、チャネルを分離するためにデバイスの外部でデマルチプレクサを使用することを意図する場合には、これは望ましい機構であり得る。意図せずに行なわれた場合には、その結果として、１つの受信機上に多数の光チャネルが入射するという誤った条件が生じるであろう。デバイスプロセッサ５０（図２）を管理するソフトウエアシステムは、これらの状況を区別し、誤りに繋がる構成を阻止する。
チャネルエクスプレス動作
図５Ａ及び図５Ｂは、ＤＷＤＭチャネルが、図１のノード１２ｃを通過する機構を示す。光チャネルを終端し、電子的に再送することなく、ノードを通過させる能力は、ＯＡＤＭを開発する根本的な理由である。波長多重化ビームは、Ｓｙｓｔｅｍ−Ｉｎポートを介してデバイスに入り、回折して多数のビームになり、それらのビームが第１のＯＰＡ面のシステム入力行に突き当たる。ここから、それらのビームは、第２のＯＰＡ面のシステム出力行に向かって下方に誘導される。第２のレンズは、全てのビームを第２の格子上の同じスポットに合焦し、その後、第２の格子は、それらのビームを回折して１つのビームにし、そのビームはＳｙｓｔｅｍ−ＯＵＴポートを通って出る。
ドロップ／アド／エクスプレス動作を組み合わせた例
稼動中のＤＷＤＭシステム内に配置されるとき、ＯＡＤＭは、種々の光チャネルにおける上記の種々の動作：すなわち、アドを伴うドロップ（交換）、アドを伴わないドロップ（ドロップ）、ドロップを伴わないアド（アド）及びエクスプレスを同時に実行するであろう。図６Ａ及び図６Ｂは、そのような組み合わせ動作の一例を示す。ここでは、波長λ２の光エネルギーが、ＡＤＤポート２２ａ２に供給され、波長λ４の光エネルギーが、ＡＤＤポート２２’ａ５に供給される。波長λ１、λ’２及びλ３の光エネルギーがＩＮポート２２ｉに供給される。２つの信号λ２、λ’２の物理的な波長は同じであるが、ここでは、読者がシステムを通じて種々の信号を追跡することができるようにするために、その表記法が選択されることに留意されたい。ここでは、ＯＰＡシステム２４への信号によって、ＡＤＤポート２２ａ２の波長λ２のエネルギーが、ＯＵＴポート２２ｏに進むことができるようになり、ＩＮポート２２ｉの波長λ’２のエネルギーが、ＤＲＯＰポート２２’ｄ４に進むことができるようになり、ＩＮポート２２ｉの波長λ１のエネルギーが、ＤＲＯＰポート２２ｄ１に進むことができるようになり、ＩＮポート２２ｉの波長λ３のエネルギーが、ＯＵＴポート２２ｏに進むことができるようになり、ＡＤＤポート２２’ａ５の波長λ４のエネルギーが、ＯＵＴポート２２ｏに進むことができるようになる。
【００４５】
上流ノードからのＤＷＤＭ信号は、ＩＮポート２２ｉの光信号に対応するチャネルから成る。波長λ１、λ’２及びλ３のチャネルは、ＩＮポート２２ｉに供給される。波長λ３のそのようなＩＮポート２２ｉにおける光信号は通過することになり、一方、波長λ’２のチャネルは分岐され、波長λ２を有するＡＤＤポート２２ａ２における光信号によって交換され、チャネルλ１は、交換されることなく分岐されることになる。波長λ４のＡＤＤポート２２’ａ５における信号は、上流ノードから受信される信号の中にはない信号であり、出力（すなわち、ＯＵＴポート）に追加されることになる。第１の格子は、ＩＮポート２２ｉにおいてデバイスに入力される光を分散して、その成分である複数の光チャネルを生成し、各光チャネルを第１のＯＰＡ面のシステム入力行の適切なアパーチャに送信する。波長λ１及びλ’２のチャネルは、ＯＰＡ面と１度目に突き当たることによって、第２のＯＰＡ面のドロップ行に誘導され、一方、λ３を有するチャネルはシステム出力行に誘導される。そこから、波長λ１及びλ’２を有するチャネルは、その指定されたＤＲＯＰポートに送信される。そのＤＲＯＰポートは別個にすることも（ここで図示される）、同じにすることもできる。挿入されることになるチャネルλ２及びλ４は、別個のＡＤＤポートを通ってＯＡＤＭ１４に入り、第１のＯＰＡ面のアド行内の個々のアパーチャに誘導され、そこから、第２のＯＰＡ面のシステム出力行に誘導される。それらのチャネルは、同じＡＤＤポートを通って入ることもできる。システム出力行からのチャネルλ２、λ３及びλ４は、第２のレンズ３２（図２）によって格子３０上に合焦され、格子３０は、それらのチャネルを合成して１つのビームにし、そのビームはＳｙｓｔｅｍ−ＯＵＴポートを介して、下流ノードに送信される。
光マルチキャストのための動作
図７は、他の能力を低下させることなく、本発明を光マルチキャストモードにおいていかに用いることができるかを示す。波長λ１、λ３及びλ４のチャネルが上流ノードから受信され、Ｓｙｓｔｅｍ−ＩＮポートにおいてデバイスに入る。この例では、λ３は通過することになり、λ４は単一のＤＲＯＰポートにおいて分岐されることになり、λ１は、３つのＤＲＯＰポートにマルチキャストされることになる。同時に、ＡＤＤポートにおけるチャネルλ２は、挿入されることになる。第２のＯＰＡ面のドロップ行におけるλ１を除く全てのビームが、概ね上記のように操作される。ここでは、ＯＰＡ電極を用いてビームを単一の方向に誘導する代わりに、異なる位相プロファイルが用いられる。１つのビームをいくつかのビームに分散させることができるようにするために、当該技術分野においてダマン格子プロファイルのようなプロファイルが既知である。位相回復を含む、既知である手段によって、他のプロファイルを計算することもできる。入射電力を多数の方向に分散させるために、この「ファンアウト」プロファイルがＯＰＡに適用される。ビーム方向、及び各ビーム内に誘導される電力は、電極に印加される電圧パターンによって正確に規定される。図７では、λ２は３つのＤＲＯＰポートに送信される。このようにして生成することができるビームの数に基本的な制限はない。ＯＡＤＭに適用されるときに、典型的な動作は、そのノードにおいて分岐されるチャネルをファンアウトすることである。本発明の双方向の実施形態は２つのＳｙｓｔｅｍ−ＯＵＴポートを有するため、挿入されるチャネルを２つの方向に分割することでき、各Ｓｙｓｔｅｍ−ＯＵＴポートに１つずつ進むようにする。これは、チャネルを２つの異なる宛先に送信するために、又は１＋１光保護方式における経路ダイバーシティのために用いることができる。ポートの数に制限はないため、１つ又は複数のＳｙｓｔｅｍ−ＯＵＴポートを追加することによって、一方向の用途においても同じ能力を与えることができる。
双方向伝送のための動作
ＤＷＤＭシステムのための標準的な設計は、２つのノードを接続するリンク上の２つの伝搬方向に対して別個のファイバを用いることである。これは、最良の性能を提供し、伝送区間を設計するのを容易にする。伝送方向毎に１つのファイバを用いるシステムの場合、本発明を用いてＯＡＤＭ機能を得るための好ましい方法は、ファイバ（すなわち、伝搬方向）毎に１つのデバイスを用いることである。しかしながら、単一のファイバ内で双方向に伝搬させることがコスト効率の良い手法であるという状況があり、たとえば、ファイバの数が限られているか、又はファイバのリースコストが非常に高いときがそれに該当する。同じ波長において信号を逆方向に伝搬させることは技術的には可能であるが、設計を深刻なほど複雑にし、性能を劣化させるため、これはめったに行なわれない。ファイバの双方向動作へのさらに一般的な手法は、逆方向に進行しているチャネルを異なる波長帯に分離することか、又は逆方向に伝搬している光チャネルの波長をインターリーブすることである。波長帯は、指定された波長範囲内の全ての許される波長を含む一群の光チャネルである。波長帯手法の一例は、東から西に進行する（「西行きの」）チャネルの場合に、８個の隣接する一群の波長スロットを予約し、一方、西から東に進行する（「東行きの」）チャネルの場合に、別個の８個の隣接する一群の波長スロットを用いることである。インターリービング手法では、一方の方向に進行する光チャネルのために、１つ置きの波長スロットが用いられ、逆の方向に進行するチャネルために別の１つ置きのスロットが用いられる。
【００４６】
入力ポートと出力ポートとの間に鏡面対称性があり、各ポートが両方の機能を同時に実行することができるようにするため、本発明は単一のファイバの双方向動作に容易に適合される。本発明の１つの具体的な構成の場合、同じ波長の逆方向に伝搬する光チャネルは、デバイスを通って同じ経路に従うが、逆方向に進行するであろう。この挙動が図８に示されており、東行きのチャネルが細い実線又は太い実線で示され、西行きのチャネルが破線又は点線で示される。２つの波長が示されており、１つは細線（実線又は点線）で、１つは太線（実線又は破線）で示される。図８は、同じ波長を逆方向に伝搬する単一ファイバ双方向システムの制約も示す。ＯＡＤＭは、両方の伝搬方向の場合に、所与の波長において同じ機能を実行しなければならない。したがって、所与の波長が１つの方向において通過する場合には、その波長は逆の方向においても通過しなければならない。１つの方向において分岐される波長は、同じ波長が逆方向に伝搬する場合にも分岐されなければならない。いずれの方向においても、フルドロップ及び交換動作が実行される必要はないことに留意されたい。システム内に何もない場合には、交換又は挿入されることなく、波長を分岐することができる。図８から明らかな別の制約は、１つの方向に進行しているチャネルのためのＡＤＤポートが、反対の方向に進行している同じチャネルのためのＤＲＯＰポートでなければならないことである。したがって、本発明は、所与の波長をいずれのポートに割り当てることができるかに関して十分に自由度が高いままであるものの、１つの伝搬方向のための割当てによって、逆方向も同じ１組のポートに割り当てられる。同じクライアントインターフェースにおいて入力及び出力を分離するには、光サーキュレータを使用する必要があり、それは、両方向において同じ波長を使用する双方向システムにおいて常に必要とされる。
【００４７】
図９は、方向毎に異なる波長が予約されている、単一ファイバ双方向システムにおいて用いられる本発明の例示である。この例では、東行き波長λ１及びλ３が、そのノードを西に位置する隣接ノードに接続する転送ファイバからデバイスに入り、西行き波長λ２は、そのノードを東に位置するノードに接続する転送ファイバからデバイスに入る。東行き波長λ１は、交換を伴って分岐され、東行き波長λ３は、そのノードを通過する。西行きトラフィックの場合、波長λ２は、交換を伴うことなく分岐され、波長λ４は挿入される。本発明は本質的に双方向であるため、各波長がいつでも一方向においてのみ用いられる場合には、同じ実施形態が、同じ機能及び自由度で一方向トラフィック又は双方向トラフィックに対応することができる。本発明の操作は、双方向トラフィックが波長帯内にあるか、インターリーブされるかによって影響を与えられない。
保護切替のための動作
サービスプロバイダは、通信システムが非常に高い可用性、典型的には９９．９９９％以上の可用性を有することを要求する。この目的は、信頼性が高い装置を冗長に配置することを通じて達成される。ＯＰＡベースのＯＡＤＭは、可動部品がなく、完全に電子制御であり、成熟した半導体及び液晶ディスプレイ技法を用いて製造されるため、本質的に信頼性が高い。さらに、そのようなデバイスを、ＯＡＤＭそのもの、ＯＡＤＭに接続される送受信機、又はネットワーク内でＯＡＤＭを接続する伝送リンクの故障に対して保護を与えるように設置及び構成することができる。
ＯＡＤＭ故障
本発明は、ＯＡＤＭ故障の場合にバックアップを提供する冗長なユニットを用いる標準的な方法に容易に適合される。図１０は、１つの稼動中のユニット及び１つの保護ユニットを用いる、１つのそのような適合形態を示す。伝送ファイバからノードへの入力は最初に、１×２スイッチを通過する。通常、そのスイッチは、多重化された光チャネルを稼動中のＯＡＤＭ又は一次ＯＡＤＭに誘導するように設定される。アド及びドロップは、Ｎ×２Ｎスイッチを通過する。ただし、このノードにおけるアド又はドロップの数はＮ未満である。これらのスイッチは、全てのＮアドを１つのブロックとして一次ユニット又はバックアップユニットのいずれかに接続する。同様に、Ｎドロップの信号源は、一次ユニット又はバックアップユニットのいずれかであるように選択される。２つのＯＡＤＭの出力は、２×１スイッチに接続され、そのスイッチは、稼動中のユニットを伝送ファイバに接続するように設定される。冗長性に対するこの手法は、保護されるＯＡＤＭだけを二重にする。アド及びドロップのための送受信機は二重にはされず、適切なＯＡＤＭに切り替えられる。この目的を果たすために、低コスト、高信頼性のスイッチが用いられる。
送受信機故障
送受信機故障に対する保護は、各ノードにおいてアドファイバ及びドロップファイバに接続されるスペアユニットを設けることによって容易に達成される。稼動中のユニットが故障する場合には、そのユニットの代わりにスペアを用いるように切り替えられる。動的なＯＡＤＭは任意のものを接続するため、波長が別の接続のために未だ用いられていない限り、そのスペアは、その異なる波長において動作することができる。スペアユニットを図１０のスペアアド及びドロップファイバに取り付けることによって、送受信機及びＯＡＤＭ保護を同時に達成することができる。
スパン障害
インテリジェントノードは、ネットワークの伝送スパン（区間）内の障害に対してもシステムを保護しなければならない。これらは通常、ファイバ破損に起因するが、そのネットワークのためのノード又は他のメンテナンスアクセスポイントにおいてファイバジャンパが手動で誤って接続されることによって引き起こされることもある。本発明の種々の実施形態は、その動作に区間保護を組み込む。図１１は、その通常動作におけるＤＷＤＭリングの一例である。明確にするために、２ファイバ、２ノードリングが検討されるが、３つ以上のファイバ及び３つ以上のノードを有するリニアシステム、リングシステム及びメッシュシステムに拡張されるのは明らかである。図１１のシステムは、２つのファイバを有し、稼動中ファイバは反時計回りにおいて動作し、保護ファイバは時計回りにおいて動作する。通常動作では、稼動中ファイバだけが、ノード間でトラフィックを搬送する。各ノードは、波長を挿入及び分岐するために用いられるクライアントインターフェースを有する。
【００４８】
図１２Ａ及び図１２Ｂはそれぞれ、ＯＰＡベースのＯＡＤＭ１及びＯＡＤＭ２のための構成例を示す。この例では、いずれのＯＡＤＭとも、λ４チャネルのドロップ及び交換を実行するが、ＯＡＤＭ１はλ１チャネルを挿入し、ＯＡＤＭ２は、λ１チャネルを、交換を伴うことなく分岐する。いずれのＯＡＤＭもλ２エクスプレスチャネル及びλ３エクスプレスチャネルを有するが、それらは管理を例示するためにすぎない。実際には、ノードが３つ未満のシステム内にはエクスプレスチャネルは存在することができないため、これらのエクスプレスチャネルは、ノードが３つ以上のシステムにおいて本発明の動作を理解するのを助けるためだけに示される。図６Ａと、図１２Ａ及び図１２Ｂとを比較すると、伝送区間を保護する能力を追加するのに必要とされるのは、本発明の他の実施形態に１つの入力ポート及び１つの出力ポートを追加するだけであることが明らかである。Ｓｙｓｔｅｍ−Ｉｎ一次ポート及びＳｙｓｔｅｍ−Ｏｕｔ一次ポートが稼動中ファイバに接続され、Ｓｙｓｔｅｍ−Ｉｎバックアップポート及びＳｙｓｔｅｍ−Ｏｕｔバックアップポートが保護ファイバに接続される。
【００４９】
図１３は、ファイバ破損が生じたときの同じリングの動作を示す。ノード１からノード２まで進むトラフィックはもはや稼動中ファイバを利用することができないため、そのリングの反対側にある保護ファイバに切り替えられている。図１３は、これによって、ＯＡＤＭ１のＳｙｓｔｅｍ−Ｏｕｔ一次ポート上に存在しているトラフィックが、Ｓｙｓｔｅｍ−Ｏｕｔバックアップに切り替えられなければならないこと、及び、Ｓｙｓｔｅｍ−Ｉｎ一次ポート上で受信されていたトラフィックが現在、Ｓｙｓｔｅｍ−Ｉｎバックアップポート上で受信されるように、ＯＡＤＭ２の構成が変更されなければならないことが要求されることを示す。追加の要件として、各ノードにおいて挿入される波長及び分岐される波長は変更されてはならない。
【００５０】
図１４Ａ及び図１４Ｂはそれぞれ、ＯＡＤＭ１及びＯＡＤＭ２の新たな構成を示す。ＯＡＤＭ１の場合、デバイスへの入力が、通常動作の場合と同じポート上に存在するが、全ての出力チャネルがＳｙｓｔｅｍ−Ｏｕｔバックアップポートに誘導され、それによって、それらのチャネルは、損傷を受けていないファイバに接続される。挿入されるチャネル及び分岐されるチャネルは、上記のように同じポート上でデバイスに出入りするため、クライアントインターフェースの構成を変更する必要はない。図１４Ｂは、ＯＡＤＭ２の場合に、保護ファイバからの入力がＳｙｓｔｅｍ−Ｉｎバックアップポートにおいてデバイスに入り、出力がＳｙｓｔｅｍ−Ｏｕｔ一次を通って出ること、そして稼動中ファイバの損傷を受けていない区間に接続されることを示す。ＯＡＤＭ１の場合と同様に、アド及びドロップの構成に支障はない。
【００５１】
本発明のこの実施形態は、外部スイッチを必要とすることなく、伝送区間保護を提供する。クライアントインターフェースは、保護切替イベントによって影響を受けることはなく、上記のように、同じ波長を同じポート上で挿入及び分岐することができる。この手法を用いる区間保護のために、バックアップ送受信機は不要である。この機能を提供するために必要とされる本発明の変更は軽微であり、単一のデバイスにおいて、この実施形態を他の実施形態と組み合わせて、多数の機能を実行することができる。
光性能監視のための動作
サービスプロバイダは、顧客に与えるサービス品質保証が確実に満たされているようにする必要がある。光ネットワーク上で搬送されるサービスは益々増えており、これらのネットワークは、さらに光学的にトランスペアレントになってきた。これは、電気信号に変換される前に、光チャネルがさらに遠くまで進行し、さらに多くのネットワークノードを横切ることを意味する。性能監視に対する大部分の手法が電気的領域において信号を解析することを必要とするため、サービスプロバイダが、光路端点間の信号の状態を評価すること、及び障害が生じたときに、その障害の場所を特定することが益々難しくなっている。これによって、典型的には信号のわずかな量だけタップし、光学的領域又は電気的領域において、その信号を解析することによって、光信号の通信状態を解析することが必要とされている。その解析は、信号の損失を検出するのと同程度に簡単にすることができるか、又は光学的な信号対雑音比を測定すること、ビット誤り率を調べること、又はＱ値を求めることと同程度に複雑にすることができる。これまで、大部分の光性能監視システムは、切替装置及び伝送装置の外部にあり、光学的なタップによってシステムに接続されなければならないアドオンボックスである。これは、サービスプロバイダの資本及び運用の両方のコストを増やすだけでなく、貴重な空間を占有し、且つ技術者へのさらなるトレーニングを必要とする。
【００５２】
ＯＰＡが１つの光ビームを多数のビームに分割し、各ビームの電力及び方向の両方を個別に制御する能力が、上記のマルチキャストとの関連で検討された。この能力は、出力ポートに１つ又は複数のＭｏｎｉｔｏｒポートを追加することによって、光性能監視を組み込む本発明の実施形態において利用することができる。そのようなデバイスの動作が図１５に示されており、図１５は、要求される方向において電力の大部分を保持しながら、指定された光チャネル内のエネルギーのわずかな量をいかに切り離し、すなわち「タップ」し、Ｍｏｎｉｔｏｒポートに誘導することができるかを示す。Ｍｏｎｉｔｏｒポートとして、ファイバを用いて、タップされた信号を遠隔した解析装置に転送する通常のドロップポートを用いることができるか、又は関連付けられる電子回路によって処理するために、光信号を電気信号に変換する光検出器を用いることができる。任意のチャネルを監視することができ、ＯＰＡコントローラへの電子的な命令によって、いつでも監視されるべき特定のチャネルを指定することができる。図１５は、第２のＯＰＡ面によって生成されるタップを示すが、これは第１のＯＰＡチャネルにおいて生成することもできる。
【００５３】
ＯＰＡが、タップされる電力の部分を変更することができることによって、性能監視動作を広範な条件に適合することができるようになる。たとえば、監視解析のタイプが異なると、異なる量の光出力を必要とし、異なるチャネルは、ノードにおいて異なる電力レベルを有するであろう。いかなるタップであっても信号に悪影響を与えるため、ＯＰＡはＭｏｎｉｔｏｒポートに、測定を行なうのに必要とされる最小限の電力を誘導することができる。全てのチャネルが監視される必要があるとは限らない。一般的に、そのノードにおいて分岐される光チャネルが、電気信号に変換されることになる場合には、受信機が信号品質解析を提供するため、監視する必要はない。エクスプレスチャネル、及び挿入されるチャネルに加えて、分岐されたチャネルが光学的領域のままであり、電子的に信号を処理することなく他のシステムに挿入される場合には、監視を必要とすることがある。挿入されるチャネルを監視することは、それらのチャネルが十分な電力及び信号品質でシステムに挿入されていることを確実にするために有用である。
【００５４】
デバイス内にいくつのＭｏｎｉｔｏｒポートを含むかを判断するには、コスト−性能のトレードオフを分析する必要がある。システム内の光チャネル毎に１つのポートを設けることは、一般的には、不要でありコストがかかる。ポートを１つだけにするには、単一のノードで、監視されるべきチャネルを周期的に繰り返す必要があるため、結果として、任意の所与のチャネルの解析間の間隔が許容することができないほど長くなることがある。監視装置がファイバによって、そのデバイスに接続される場合には、ＭｏｎｉｔｏｒポートとＤｒｏｐポートとを区別する必要はない。これによって、局所的な事情に応じて、任意のポートをいずれかの機能に割り当てることができるようになる。
チャネル等化のための動作
光増幅器を用いる光ネットワークの動作における非常に重要な検討事項は、システム内の多数の光チャネル間の電力バランスを維持することである。光増幅器がシステムチャネルに供給することができる電力の量には制限があるため、光増幅器の利得が飽和する。いくつかのチャネルが、ＤＷＤＭシステム内の他のチャネルよりも著しく高い電力を有する場合には、それらのチャネルは、より弱いチャネルを犠牲にして、増幅器からより多くの電力を引き出すことになり、結果として、より弱いチャネルの信号対雑音比が劣化することになる。チャネル電力が初期に不均一である理由は、システム内の任意の場所において存在するチャネルが、異なるノードから発しており、その場所に達するために異なる距離だけ進行してきたためである。理想的には、それぞれがその個々の受信機において同じ信号対雑音比を有するように、チャネル電力を調整すべきである（プリエンファシス）。現在のネットワークにおいて、これは実用的ではないため、光増幅器に入る前に同じ電力を有するように各チャネルを調整するというより簡単な手法（等化）が用いられる。これは典型的には、全ての他のチャネルを、最も弱いチャネルの電力まで低減することによって果たされる。等化は、各チャネルの電力を測定する手段と、各チャネルの電力を所望の値に個別に減衰させる手段とを必要とする。典型的には、これは、この目的を果たすために形成される外部装置を用いて果たされ、その装置は、光増幅器の全て又は一部に先行して、光システムに挿入されなければならない。
【００５５】
ＯＰＡが１つの光ビームを多数のビームに分割し、各ビームの電力及び方向の両方を個別に制御する能力によって、ＯＰＡベースのＯＡＤＭに、等化操作を組み込むことができるようになる。この重要な機能をＯＡＤＭに組み込むことによって、サービスプロバイダの資本及び運用のコストが下げられ、空間利用が改善され、技術者のトレーニングが削減される。図１６は、等化機能を提供する、反射設計を用いる本発明の一実施形態を示す。これは、この機能を実行するための本発明の１つの構成の一例である。透過設計を含む他の実施形態でも、この機能を実行することができる。図１６には、１つのエクスプレスチャネルだけが示される。アドチャネル及びドロップチャネルへの拡張は簡単である。図１６では、ここで説明する動作を、より明確に説明するために、図２に示されるデバイスが簡単にされている。ビーム８０がＯＡＤＭに入り、（格子（図示せず）を介して）第１のＯＰＡ（又は他のビームステアリングシステム実施形態）に誘導される。第１のＯＰＡは、必要とされるビームの一部を分割して、それを指定された電力まで低減し、この一部を、吸収するためのビームダンプに誘導する。その目的が電力等化である場合には、排除される部分は、このチャネルの電力を、システム内のこの場所において最も弱いチャネルの電力まで低減するために必要とされる部分になるであろう。その連続ビームはミラーから反射し、第２のＯＰＡ上に突き当たり、そのビームのわずかな部分が電力監視検出器又は性能監視ポートに誘導されて、必要な減衰量が求められる。この構成によれば、このチャネル内の電力を、転送ファイバに戻す前に、フィードバックループを用いて制御することができるようになる。図１６は、第１のＯＰＡがビームを減衰させて、第２のＯＰＡが、監視するために、そのビームをタップすることを示すが、これらの役割は入れ替えることができるか、又はいずれかのＯＰＡを用いて、両方の機能を実行することができる。
光チャネルの管理
光サービスチャネル（ＯＳＣ）は、テレメトリ、障害及び性能監視、並びに管理及び制御のために特に、ネットワーク要素間に光リンクを与えることを意図している。ＯＳＣはデータチャネルと同じファイバ上であるが、異なる波長において搬送される。全てのネットワーク要素間で通信を提供するために、ベアラトラフィックが光学的領域のままであるネットワーク要素においても、全てのネットワーク要素においてＯＳＣは終端及び再送される。ＯＳＣ帯域幅はデータリンクに比べて狭く、典型的には１．５Ｍｂ／ｓ〜２Ｍｂ／ｓであるが、１５５Ｍｂ／ｓまでの速度を提供する製造業者もある。ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．６９２「Optical Interfaces for Multichannel Systems with Optical Amplifiers」は、ＯＳＣを、１５１０±１０ｎｍ又は１４８０±１０ｎｍにすることができることを規定する。これらの波長に加えて、多くの製造業者が、ＯＳＣを１６２５ｎｍに設定している。その位置がＣバンド及びＬバンド外にあることと共に、ＯＳＣの波長が大きく不安定であることによって、データチャネルと同じ高い分解能でＯＳＣを管理するのは現実的ではない。この困難性が、図１７に図で示されており、図１７は、１５１０ｎｍ及び１６２５ｎｍのＯＳＣのための許容される波長範囲と共に、ＩＴＵ−Ｔグリッド上で、たとえば２００ＧＨｚだけ、隔置されるデータチャネルを有するＣバンド及びＬバンドを示す。データチャネルを分離するだけの十分な分散を与える格子は、波長許容範囲が厳密でないＯＳＣを処理するために必要とされる分散よりも、大きな分散を有する。この問題を克服するために、本発明は、格子を用いて、ＯＳＣをデータチャネルから分離するが、格子の分散効果を相殺して、波長とは無関係にＯＳＣを処理することができるようにする。
【００５６】
ＯＳＣの実用的な管理のための本発明の好ましい実施形態は、基本設計への拡張を用いるが、その拡張は本発明の他のいかなる用途も制限しないか、又はそのコストを大きく増加させることはない。各転送ファイバが１つのＯＳＣを含むものと仮定される。各ファイバ上で多数のＯＳＣが搬送される場合には、それらのＯＳＣは、本発明の単一ＯＳＣ設計への自明の変更を使用して管理することができる。図１８は、これらの拡張のためのランチャアレイ面を示す。Ｄａｔａ  Ａｄｄポート、Ｄａｔａ  Ｄｒｏｐポート、Ｓｙｓｔｅｍ−Ｉｎポート、Ｓｙｓｔｅｍ−Ｏｕｔポートに加えて、ＯＳＣ−Ａｄｄポート及びＯＳＣ−Ｄｒｏｐポートが追加される。ＯＳＣ−Ａｄｄミラー及びＯＳＣ−Ｄｒｏｐミラーも、ランチャ面に追加される。
【００５７】
図１９は、ＯＳＣを管理するために必要とされる適合を加えているＯＰＡ面を示す。本発明の他の実施形態の場合と同様に、そのＯＰＡ面は、行及び列に配列されるＯＰＡアパーチャを有し、４つの行はそれぞれ１つの機能に対応し、各列はシステム内のデータ長に対応する。さらに、ＯＰＡアレイの左と右にミラーが配置されている。アレイの左にある２つのミラーは１６２５ｎｍＯＳＣ用であり、一方、アレイの右にある２つのミラーは、１５１０ｎｍＯＳＣ用である。ミラーの中心が、１６２５ｎｍ及び１５１０ｎｍの光エネルギーを格子がそれぞれ回折させることになる位置にくるように、ミラーは水平方向に位置付けられる。ミラーの水平方向の幅は、ＯＳＣのためのスペクトル許容範囲（±１０ｎｍ）よりもわずかに大きな値に相当する。ＯＳＣ波長毎に、２つのミラーが存在する。上側のミラーには、上流ノードから到来するＯＳＣが突き当たり、下側のミラーには、下流ノードに向かうことになっている、出て行くＯＳＣが突き当たる。本発明の入力／出力の対称性から、入力及び出力の両方の機能のために、十分な高さの単一のミラーを用いることもできる。また、ＯＰＡ面には、ＯＳＣを挿入するための用いられる、データドロップ行の上方に配置される２つの付加的なＯＰＡアパーチャと、ＯＳＣを分岐するためにデータアド行の下方にある２つのＯＰＡアパーチャが追加される。図１９のＯＰＡアパーチャの場所は、例示するだけであり、本発明の実施態様に関する特定の利点を提供しながら、本発明は、ＯＰＡアパーチャ配置の他の構成にも適用される。
【００５８】
図２０Ａ及び図２０Ｂは、ＯＳＣを挿入及び分岐するための本発明の操作を示す、概念的な平面図及び側面図である。本発明のこの実施形態は、データチャネルを挿入及び分岐する能力も同時に保持するが、明確にするために、これは図２０Ａ及び図２０Ｂには示されない。図２０Ａでは、上流ノードからの全ての光チャネルが、Ｓｙｓｔｅｍ−Ｉｎポートを通って本発明に入り、それらのチャネルは、そのポートにおいてコリメートされる。次に、それらのチャネルは、その波長に応じて各チャネルを分散させる回折格子上に突き当たる。ＯＳＣ波長は、データ波長の範囲を超えているため、ＯＳＣチャネルは、データチャネルの範囲外に回折し、示される上側１６２５ｎｍミラー又は上側１５１０ｎｍミラー上のいずれかに突き当たるであろう。これらのミラーは、ＯＳＣの場合の標準的な許容範囲内の任意の波長を捕らえるだけの十分な幅を有する。それらのミラーは、ＯＳＣの経路を反転し、分散が相殺される格子を通じて戻すために用いられる。それらのミラーは、わずかな水平方向の傾斜を有し、戻っているＯＳＣ光エネルギーがＳｙｓｔｅｍ−Ｉｎポートを外れて、代わりに、それに隣接するＯＳＣ−Ｄｒｏｐミラーに突き当たるようにする。図２０Ａは、１６２５ｎｍ及び１５１０ｎｍの両方のＯＳＣのための経路を示す。２度目に格子を通過すると、分散が相殺されているため、ＯＳＣは、その波長に関係なく、同じ位置及び角度において、ＯＳＣ−Ｄｒｏｐミラーに常に突き当たるであろう。ＯＳＣ−Ｄｒｏｐミラーは下方への傾斜を与え、それは、反射したビームが、レンズ１（図２０Ｂ）上に突き当たる前に、格子の下方を通過するのに十分な傾斜である。ＯＡＤＭの全レイアウトによって、ＯＳＣビームが格子を外れることができるようにするのに、不都合なほど大きな角度が要求される場合には、ＯＳＣ信号の伝搬方向を所望の値に調整するために、第２のミラーが格子の真下に配置されることがあることに留意されたい。そのレンズは、ＯＳＣビームを、第１のＯＳＣ−Ｄｒｏｐ  ＯＰＡアパーチャに誘導し、その後、そのＯＳＣビームは、第２のＯＳＣ−Ｄｒｏｐ  ＯＰＡアパーチャに送られる。ＯＳＣは常に分岐されることになるため、データチャネルの場合と同様に、そのビームのための大きな角度のステアリングを与えるために、ＯＰＡは必要とされない。データチャネルの場合と同様に、それらは、入力ポートと出力ポートとの間の結合を最適化するために、細かい位置合わせ及び合焦を提供する。第２のＯＳＣ−Ｄｒｏｐ  ＯＰＡを出た後に、そのＯＳＣビームは、再び格子を外れて、レンズ２によってＯＳＣ−Ｄｒｏｐポートに誘導される。
【００５９】
ＯＳＣ−Ａｄｄ処理過程は、ドロップ処理過程の逆である。ビームが、ＯＳＣ−Ａｄｄポートを通って本発明に入り、格子から外れて、レンズ１によって第１のＯＳＣ−Ａｄｄ  ＯＰＡに誘導される。そこから、そのビームは、第２のＯＳＣ−Ａｄｄ  ＯＰＡに進み、その後、レンズ２に進み、そこから、格子の上方を通って、ＯＳＣ−Ａｄｄミラーに突き当たる。このミラーは、ビームを、ビームを分散させる格子に反射させ、その後、そのビームはレンズ２に進み、そのビームは下側１６２５ｎｍミラー又は１５１０ｎｍミラーに突き当たるようになる。このミラーは、ビームが突き当たる場所をＯＳＣ−ＡｄｄミラーからＳｙｓｔｅｍ−Ｏｕｔポートにシフトする傾斜を導入した後に、レンズ及び格子を通じてビームを戻し、そのビームは、そのポートからデータチャネルと共に本発明を出る。
【００６０】
データチャネルと同様に、単一モードファイバへの結合を最適化するために必要とされる角度及び位置の個別の制御を与えるために、ビーム毎に２つのＯＰＡアパーチャが必要とされる。図２０Ａから明らかなように、ＯＳＣ−Ａｄｄミラー及びＯＳＣ−Ｄｒｏｐミラーは、小さな水平方向の傾斜を用いて、第１のＯＳＣ−ＯＰＡアパーチャから第２のＯＳＣ−ＯＰＡアパーチャにビームを誘導するのを容易にすることができる。さらに、垂直方向に角度を成すＯＳＣ−Ａｄｄポート及びＯＳＣ−Ｄｒｏｐポートは、ビームが必要に応じて格子の上方又は下方を通過するために必要とされる垂直方向の偏向を与えるのを助ける。
偏光依存損失の補償
偏光依存損失（ＰＤＬ）は光路に沿って累積し、ファイバ内の偏光状態が時間と共にドリフトするために信号フェージングを引き起こすことがあるため、光ネットワーク内の装置にとって最小限に抑えられなければならない。ＯＰＡにおいて用いられるネマティック液晶の偏光依存性は、光エネルギーが、液晶の異常軸に対して互いに９０°に向けられる２つのＯＰＡを横切るようにすることによって、透過モードにおいて相殺することができる。上記で参照されたLoveによる論文は、セルとミラーとの間に４分の１波長板を有するミラーを用いて、光エネルギーを液晶セルの中に２回通過させることによって、液晶の偏光依存性を反射構造においていかに補償することができるかを記載している。これによって、光エネルギーは、最初に１つの偏光状態でセルを横切り、その後、９０°だけ回転した状態でセルを横切る。
【００６１】
ＰＤＬの第２の主な発生源は格子である。エシェル回折格子であっても、或る残留の偏光依存性を有する。デバイスの他の構成要素からのこれ及びＰＤＬは、一次的には、デバイスの中央面に、折返し設計のフォールディングミラーに対応する偏光回転子を配置することによって補償することができる。折返し設計が用いられる場合には、図２のフォールディングミラーの前方に４分の１波長板を置くか、又はそのフォールディングミラーに４分の１波長板を取り付けることによって、上記で参照された論文において記載されているLoveの方法を適用することができる。これによって、光エネルギーは、その偏光状態が９０°だけ回転した状態で、デバイスの中を戻るように伝搬する。同じ構成要素を横切ることによって、２つの偏光状態は概ね同じ損失を受けていることになるため、これによって、偏光感度が細部わたって相殺されるはずである。透過設計の場合、この中央面に半波長板が配置される。これによって、光エネルギーは、その偏光状態が９０°だけ回転した状態で、デバイスの残りの半分を横切る。しかしながら、２つの偏光状態は、構成要素は同じであるが、異なる部品を横切ることになるため、一般的な偏光感度しか補償することができない。
【００６２】
ＯＰＡは電子レンズとして動作することができるため、それらのＯＰＡに基づくデバイスの組立公差は著しく緩和することができる。ランチャ、格子及びレンズの組み合わせのための目標精度において必要とされるのは、ＯＰＡのアパーチャ内のＯＰＡ面上にビームが突き当たるのに十分であることだけである。その際、ＯＰＡは、位置合わせ不良を補償し、ビームを、その宛先ポートに正確に誘導する。ＯＰＡがビームを合焦及び誘導するため、それらのＯＰＡは、ランチャ及びレンズ内の合焦誤差を補償することができる。別の能力は、最適な位置合わせのために必要とされる補正を学習することによって、ＯＰＡデバイスが自動位置合わせすることができることである。これは、組立の最終ステップとして、又は予定されるメンテナンスとして周期的に、又はディザリング及びフィードバックループを通じて稼動中に果たすことができる。したがって、本発明の種々の実施形態は、機械的な公差で組み立てることができ、その後、光学的な許容範囲に基づいて位置合わせして動作することができる。
【００６３】
本発明の多数の実施形態を説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、種々の変更を加えることができることは理解されよう。したがって、他の実施形態も、特許請求の範囲に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【国際調査報告】
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