(57)【要約】  入力ポートと出力ポートとの間のマルチチャネル、マルチ波長光学信号のスペクトル・チャネルを切り替えるためのＲＯＡＤＭに関する波長選択性スイッチ・アーキテクチャ（１００）は、最適結合効率およびＩＴＵグリッド位置合わせに関する２軸ＭＥＭＳポート・ミラー・アレイ（１０６）と、細長いビーム・プロファイル（１４６）を作るために入力光学信号を拡大するためのアナモルフィックなビーム拡張器（１１０）、スペクトル・チャネルを空間的に分離するための回折格子（１１２）、アナモルフィックな合焦レンズ・システム（１１６）、２軸の細長いチャネルＭＥＭＳマイクロミラーのアレイ（１１８）、ビルトイン光学チャネル・モニタ、および電子装置フィードバック制御システムを用いる。２軸チャネル・マイクロミラーは、ポート間のスペクトル・チャネルを切り替えるための１つの軸を中心として回転可能であり、出力ポートへのスペクトル・チャネルの結合を変え、かつ完全な遮断または所定のパワー・レベルに関するスペクトル信号の減衰を制御するために、直交軸を中心として回転可能である。アーキテクチャは、フィードバック制御システムにより可能にされる最適結合効率を通して、ヒットレス切り替え、ほぼノッチレスの動作、ＩＴＵチャネル位置合わせ、高い通過帯域、広範な温度範囲にわたる安定性、および最小挿入損失を与える。
2008536168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる波長のスペクトル・チャネルを有するマルチチャネル光学信号を切り替えるための光学装置であって、
１つ以上の前記スペクトル・チャネルを有する光学信号用の複数の入力および出力ポートを提供するファイバ結合コリメータと、
該ファイバ結合コリメータの入力ポートから光学信号を受け、かつ該光学信号を所定のビーム・プロファイルを有するビームへ変換するように形成されたアナモルフィックなシステムと、
該ビームを構成スペクトル・チャネル・ビームに空間的に分離するための回折格子と、
該構成スペクトル・チャネルを細長いチャネル・ビーム・プロファイルを有するチャネル・ビームへ変換するための合焦光学装置と、
２軸チャネル・マイクロミラーのアレイと
を備え、該マイクロミラーは、前記細長いチャネル・ビーム・プロファイルに適合する細長い形状を有し、該アレイの各マイクロミラーは、１つの前記構成スペクトル・チャネルを受けるように位置決めされ、該マイクロミラーは、前記１つのスペクトル・チャネルを選択された出力ポートへ切り替えるために第１の切り替え軸を中心に回転可能であり、そのように選択されたポートにおいて該スペクトル・チャネル出力のパワー・レベルを制御するために、該選択された出力ポートへの該切り替えられたスペクトル・チャネルの結合を変更するように第２の減衰軸を中心に回転可能である、装置。
【請求項２】
前記合焦光学装置は、前記マイクロミラーの前記細長い形状に一致する細長いスポット形状を有する該マイクロミラー上に中心合わせされたスポットとして前記スペクトル・チャネル・ビームを合焦する、アナモルフィックな光学装置を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アナモルフィックなシステムおよび前記合焦光学装置は、直行する方向に異なる倍率を有するレンズを備え、前記倍率および前記マイクロミラーの前記細長い形状は、前記選択された出力ポートに前記スペクトル・チャネルを結合するための前記減衰軸を中心にするマイクロミラーの角度回転に対する第１の結合感度が、前記切り替え軸を中心にする該マイクロミラーの角度回転に対する第２の結合感度より低いように選択されて、該選択された出力ポートに該スペクトル・チャネルを切り替える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記アナモルフィックなシステムおよび前記合焦光学装置は、空気力学的クロストークを低減する前記マイクロミラー上のスポットの大きさにスペクトル・チャネル・ビームを合焦するように選択された前記倍率を有する請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記アナモルフィックなシステムおよび前記合焦光学装置は、マイクロミラーから前記選択された出力ポートへ反射されたスペクトル・チャネル・ビームを、隣接する出力ポートへの結合およびクロストークを低減するスポットの大きさに合焦するように選択された前記倍率を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記切り替えおよび減衰軸を中心とする前記チャネル・マイクロミラーの前記回転を制御するための制御システムをさらに備え、該制御システムは、スペクトル・チャネルを異なる出力ポートへ切り替えるための切り替え軸を中心とするチャネル・マイクロミラーの回転位置に対応する所定の値に応答し、制御電子装置は、前記スペクトル・チャネルにおける選択されたパワー・レベルに対して前記減衰軸を中心とする該チャネル・マイクロミラーの回転を制御するための該スペクトル・チャネルにおけるパワーの測定値に応答する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記所定の値は、出力ポートへのスペクトル・チャネルの公称最適結合に対応し、前記制御電子装置は、前記マイクロミラーの初期回転位置に対する該所定の値を使用して、該スペクトル・チャネルを該出力ポートへ切り替える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記制御システムは、ディザ・トーンでスペクトル・チャネルを変調し、前記制御電子装置は、前記出力ポートで該スペクトル・チャネルにおける該ディザ・トーン変調を検出し、かつ前記対応するチャネル・マイクロミラーを制御して、該出力ポートへの該スペクトル・チャネルの前記結合を最適化する、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記制御システムは、ディザ周波数で位相外れ制御信号を印加することによって、チャネル・マイクロミラーの前記切り替えおよび減衰軸をディザリングして、前記ディザ・トーン変調で前記マイクロミラーから反射された前記スペクトル・チャネル信号を変調し、前記制御電子装置は、ディザ変調の検出に応答して該マイクロミラーを該切り替え軸を中心に回転して、前記出力ポートへの該スペクトル・チャネル信号の前記結合を最適化する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御システムは、チャネル・マイクロミラーの前記切り替えおよび減衰軸をディザリングし、該軸の角度位置の異なる組み合わせにおけるパワー・レベルを測定し、各軸のパワーと回転角度との間の所定の関係に基づいてフィード・フォワード・アルゴリズムを用いて、最適な結合効率を提供する回転角度を予測し、かつ前記回転角度に該チャネル・マイクロミラーを回転して、最適な結合効率を達成する、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記制御システムは、出力ポートにおいてスペクトル・チャネルにおける前記パワーを測定するための光学チャネル・モニタを備え、前記制御電子装置は、該スペクトル・チャネルにおける前記測定されたパワーを、前記選択されたパワー・レベルと比較し、前記減衰軸を中心とする対応するチャネル・マイクロミラーを回転して、前記スペクトル・チャネル・パワー・レベルを該選択されたパワー・レベルに管理する、請求項６に記載の装置。
【請求項１２】
前記制御システムは、該制御プログラムは、ヒットレス切り替えのための前記スペクトル・チャネル信号の切り替えの間に、前記減衰軸を中心とする対応するチャネル・マイクロミラーの回転を制御して、前記マイクロミラーから反射されたスペクトル・チャネル信号を減衰する制御プログラムを備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記制御システムは、ヒットレス切り替えの間に前記チャネル・マイクロミラーを回転して、反射された光を実質的に遮断する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記制御システムは、自身の減衰軸を中心とするチャネル・マイクロミラーの回転を制御して、ノッチレス動作のために前記マイクロミラーからの光学信号の前記パワーを調整する制御プログラムを備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
ノッチレス動作のために、前記制御システムは、マイクロミラーの通過帯域におけるスペクトル・チャネルの前記パワーを、隣接するマイクロミラー間のノッチ領域における光学パワーの近似的なレベルに減衰する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記制御システムは、スペクトル・チャネルの所定のパワー・レベルのための前記減衰軸を中心とするチャネル・マイクロミラーの前記回転位置に対応する較正値が格納されたメモリを備え、前記制御電子装置は、前記スペクトル・チャネルの選択されたパワー・レベルに対応する前記値に対する該チャネル・マイクロミラーを回転するための前記較正値に応答する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記入力ポートから前記アナモルフィックなシステムへ前記光学信号を反射して、ポート・ミラーの回転角度によって決定されるマイクロミラー上のスペクトル・チャネル・ビームを該マイクロミラー上の位置に配置する、回転可能なポート・ミラーと、該ポート・ミラーの前記回転を制御するための前記入力ポートからの基準ビームの光検出器上の位置に応答して、前記マイクロミラー上に中心合わせされた前記チャネル・ビームの位置を位置合わせするポート・ミラー制御電子装置とをさらに備える、請求項２に記載の装置。
【請求項１８】
各ファイバ・コリメータ・ポートについて１つのポート・ミラーのアレイが存在し、前記装置は、前記光学信号を前記アナモルフィックなシステムへ通過させる一方、前記基準ビームを前記光検出器へ反射するために、該ポート・ミラーのアレイと該アナモルフィックなシステムとの間に配置されるビーム・スプリッタをさらに備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記ポート・ミラー制御電子装置は、前記光検出器上の前記基準ビームの異なる位置に対する前記マイクロミラー上の前記チャネル信号の位置合わせからの偏差を表す値が格納されたメモリを備え、制御回路は、前記アレイの該ポート・ミラーを制御するための所定位置からの該基準ビームの偏差に応答して、前記チャネル信号を再位置合わせする、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記ファイバコリメータと前記アナモルフィックなシステムとの間に光学的に配置された、各ファイバ・コリメータ・ポートについて１つのポート・ミラーのアレイが存在し、前記ポート・ミラー制御電子装置は前記ポート・ミラーを制御して、出力ポートへの反射された前記スペクトル・チャネルの最適な結合のために、前記マイクロミラー上にスペクトル・チャネル・ビームを位置決定する、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記ポート・ミラーは、２軸性であり、前記制御システムは、前記ポート・ミラーの直交軸をディザリングし、前記軸の角度位置の異なる組み合わせでの前記パワー・レベルを測定し、前記ポート・ミラーの各軸のパワーと回転角度との間の所定の関係に基づくフィード・フォワード・アルゴリズムを用いて最適な結合効率を提供する前記回転角度を予測し、かつ該ポート・ミラーを前記回転角度に回転して最適な結合効率を達成する、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記制御システムは、さらに、チャネル・マイクロミラーの前記切り替えおよび減衰軸をディザリングし、前記ポート・ミラーおよび前記チャネル・マイクロミラーの角度位置の異なる組み合わせにおける前記パワー・レベルを測定し、前記ポート・ミラーに対する前記所定の関係と、該チャネル・マイクロミラーの各軸のパワーおよび回転角度の間の他の所定の関係とに基づくフィード・フォワード・アルゴリズムを用いて最適な結合効率および選択されたパワーまたは減衰レベルを提供する前記回転角度を予測し、かつそのような回転角度に前記チャネル・ミラーおよび前記ポート・ミラーを回転して、最適な結合効率または選択されたパワーまたは減衰レベルを達成する、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
入力ポートと出力ポートとの間に異なる波長のスペクトル・チャネルを有するマルチチャネル光学信号の光学信号を切り替えのための光学装置を最適化する方法であって、
１つ以上の入力ポートからの該光学信号を所定のビーム・プロファイルを有するビームへ、垂直方向に該ビームをアナモルフィックに拡大することによって、変換する工程と、
前記ビームを細長いチャネル・ビーム・プロファイルを有する構成スペクトル・チャネル・ビームへ空間的に分離する工程と、
対応するチャネル・マイクロミラー上に細長いスポットとして、前記分離されたスペクトル・チャネル・ビームを合焦する工程であって、該チャネル・マイクロミラーは、前記細長いスポットの形状および大きさに適合する細長い形状および大きさを有し、前記合焦する工程は、前記対応するマイクロミラー上に中心合わせされるべき前記細長いスポットを位置合わせする工程を備える、前記分離されたスペクトル・チャネル・ビームを合焦する工程と、
対応するスペクトル・チャネルを選択された出力ポートに切り替えるために第１の軸を中心にしてチャネル・マイクロミラーを回転し、かつ該選択された出力ポートに結合される該スペクトル・チャネルのパワーを制御するために、第２の直交軸を中心として該チャネル・マイクロミラーを回転する工程と
を備える方法。
【請求項２４】
前記マイクロミラーを横切る前記構成スペクトル・チャネルの合焦された細長いスポットを移動する前記チャンネル・マイクロミラーの回転位置である、ポート・ミラーから前記光学信号を反射する工程と、前記チャネル・マイクロミラー上に該合焦した細長いスポットの前記位置を決定する工程と、該チャネル・マイクロミラー上に中心合わせされた該細長いスポットを維持する工程とをさらに備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記決定する工程は、検出器上の前記光学信号で、入力ポート内に注入された基準ビームの前記位置を決定する工程を備え、前記維持する工程は、該検出器上の所定の位置で該基準ビームを維持するために前記ポート・ミラーを制御する工程を備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記光学信号を所定の周波数のディザ・トーンで変調する工程と、出力ポートでスペクトル・チャネル上の該ディザ・トーン変調を検出する工程と、所定の検出されたディザ・トーン変調状況に対して前記チャネル・マイクロミラーを制御する工程とをさらに備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記変調する工程は、前記スペクトル・チャネルを位相の外れたディザ・トーンで変調することを備え、前記制御する工程は、複数の前記所定の周波数で検出されたディザ変調のために制御する工程を備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記光学信号を異なる所定の周波数のディザ・トーンで変調する工程と、出力ポートでスペクトル・チャネル上の該ディザ・トーン変調を検出する工程と、前記所定のディザ・トーン周波数からポートに結合された該スペクトル・チャネルを識別する工程とをさらに備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記ポート・ミラーは２軸性であり、前記方法は、前記ポート・ミラーの直交軸をディザリングする工程と、前記軸の角度位置の異なる組み合わせにおける前記パワー・レベルを測定する工程と、最適な結合効率を提供する回転角度を予測するために前記ポート・ミラーの各軸のパワーと回転角度との間の所定の関係に基づいてフィード・フォワード・アルゴリズムを使用する工程と、最適な結合効率を達成するために前記回転角度に該ポート・ミラーを回転する工程とをさらに備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
チャネル・マイクロミラーの直交する切り替えおよび減衰軸をディザリングする工程と、前記ポート・ミラーおよび前記チャネル・マイクロミラーの角度位置の異なる組み合わせにおける前記パワー・レベルを測定する工程と、最適な結合効率および選択されたパワーまたは減衰レベルを提供する前記回転角度を予測するために、前記ポート・ミラーに関する所定の関係と該チャネル・マイクロミラーの各軸のパワーおよび回転角度の間の他の所定の関係とに基づくフィード・フォワード・アルゴリズムを使用する工程と、前記最適な結合効率または選択されたパワーまたは減衰レベルを達成するために、そのような回転角度に前記チャネル・ミラーおよび前記ポート・ミラーを回転する工程とをさらに備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
第２の直交軸を中心にして前記マイクロミラーを回転することによって、最小のパワー・レベルに第１のポートにおいて前記スペクトル・チャネルにおける前記パワーを低減する工程と、前記最小のパワー・レベルを維持しながら第１の軸を中心にして前記チャネル・マイクロミラーを回転することによって、前記スペクトル・チャネルを第２のポートに切り替える工程と、前記直交軸を中心にして前記チャネル・マイクロミラーを回転することによって前記パワーを低パワー・レベルに増大する工程と、該第１の軸を中心にして回転することによって、前記低パワー・レベルで該第２のポートにおいて該スペクトル・チャネルの前記結合を最適化する工程と、該直交軸を中心にして該チャネル・マイクロミラーを回転することによって、前記パワー・レベルを選択されたパワー・レベルに増大する工程とをさらに備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記マルチチャネル光学信号の個別のスペクトル・チャネルの前記パワーを増大する工程と、前記個別のスペクトル・チャネルの所定のパワー・レベルに対して、前記チャネル・マイクロミラーの前記直交軸にフィードバック制御を適用する工程とをさらに備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記変換する工程は、各直交する方向における前記ビームに対して異なる倍率を適用する工程と、前記合焦された細長いスポットが、光学通過帯域を最適化する前記マイクロミラーに形状および大きさを有するように、前記倍率を選択する工程とを備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
前記選択する工程は、空気力学的クロストークを低減するマイクロミラー上のスポットの大きさに関する前記倍率を選択する工程を備える、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記選択する工程は、マイクロミラーから、前記反射されたビームから隣接する出力ポートへの結合およびクロストークを低減する前記選択された出力ポートへ反射された、スペクトル・ビームのスポットの大きさに関する前記倍率を選択する工程を備える、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記出力ポートに結合される前記スペクトル・チャネルの前記パワーを制御するために、第１および第２の軸の両方を中心にしてチャネル・マイクロミラーを回転する工程をさらに備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項３７】
異なる出力ポートへスペクトル・チャネルを切り替える光学装置におけるマイクロミラーのアレイの対応するチャネル・マイクロミラー上にマルチチャネル光学信号のスペクトル・チャネルを位置合わせする方法であって、
異なる中心波長を有する複数のスペクトル・チャネルからなるマルチチャネル光学信号および基準ビームを、入力ポートから回転可能なポート・ミラーへ向ける工程と、
該ポート・ミラーからの該マルチチャネル光学信号を構成スペクトル・チャネルへ空間的に分離する工程であって、該分離されたスペクトル・チャネルは、それらの中心波長にしたがって離間される、分離する工程と、
該分離されたスペクトル・チャネルをマイクロミラーのアレイの対応するチャネル・マイクロミラー上のスポットとして合焦する工程であって、該アレイの該マイクロミラーは、隣接する構成スペクトル・チャネル間の該分離にしたがって離間され、対応するマイクロミラー上のスポットの位置は、該ポート・ミラーの回転の角度によって決定される、合焦する工程と、
該ポート・ミラーの回転の角度によって決定される検出器上の位置を有する該基準ビームを、該検出器上に向ける工程と、
前記チャネル・マイクロミラー上の所定位置で対応する隣接チャネル・マイクロミラー上の隣接する分離されたスペクトル・チャネルを位置合わせする所定位置に、該検出器上に該基準ビームを位置決めするために該ポート・ミラーの回転を制御する工程と
を備える方法。
【請求項３８】
環境条件における変化によって引き起こされる前記基準ビームの前記所定位置からの偏差に対応する検出器電圧を格納する工程と、前記環境条件を監視する工程と、環境条件における前記変化を検出すると、前記対応するマイクロミラー上の前記所定位置に対する前記スペクトル・チャネルを再位置合わせするための前記格納された電圧を使用して前記ポート・ミラーを制御する工程とをさらに備える、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
ＩＴＵグリッド仕様に一致する前記スペクトル・チャネルを位置合わせする工程をさらに備える、請求項３７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、全体的に、波長分割多重化（ＷＤＭ）された光学ネットワークのための光学通信システムおよび方法に関し、より詳細には、マルチチャネル光学信号の個別スペクトル・チャネルのパワーを切り替えかつ管理するために最適化された光学性能を有する波長選択性スイッチのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明が関連するタイプのマルチチャネル光学信号は、複数のスペクトル・チャネルを含み、各スペクトル・チャネルは、異なる中心波長および関連する帯域幅を有する。隣接チャネルの中心波長は、所定の波長または周波数間隔で離間され、かつ複数のスペクトル・チャネルは、光学ネットワークの複合マルチチャネル光学信号を形成するために波長分割多重化される。各スペクトル・チャネルは、別個の独立した情報を担持する。光学ネットワークにおける様々な位置またはノードで、１つ以上のスペクトル・チャネルは、例えば再構成可能な光学アド・ドロップ・マルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）を使用することによって、複合マルチチャネル光学信号から削除、または複合マルチチャネル光学信号に追加される。再構成可能な光学アド・ドロップ・マルチプレクサ・アーキテクチャは、その開示が本願明細書に組み込まれる、共通して譲渡された米国特許第６５４９６９９号明細書、米国特許第６６２５３４６号明細書、米国特許第６６６１９４８号明細書、米国特許第６６８７４３１号明細書、および米国特許第６７６０５１１号明細書に開示される。
【０００３】
全ての光学切り替えノードは、ＡＤＤおよび／またはＤＲＯＰモジュールとして構成された１つ以上の波長選択性スイッチ（ＷＳＳ）を備える。参照された特許は、光学信号のための入力ポートおよび出力ポートとして作用するファイバ結合コリメータのアレイと、回折格子などの波長セパレータと、ビーム合焦器と、１つのマイクロミラーが各スペクトル・チャネルのためであるチャネル・マイクロミラーのアレイとを備える、波長選択性スイッチ装置および方法を開示する。動作において、入力ポートからの複合マルチ波長光学信号（本明細書において「マルチチャネル光学信号」とも呼ばれる）が、波長セパレータに供給される。波長セパレータは、自由空間マルチ波長光学信号を、構成スペクトル・チャネルの角度スペクトルに空間的に分離または多重化解除し、かつビーム合焦器は、スペクトル・チャネルを対応する１つのチャネル・マイクロミラー上に合焦する。チャネル・マイクロミラーは、各チャネル・マイクロミラーが、分離されたスペクトル・チャネル・ビームの割り当てられた１つを受けるように位置決めされる。マイクロミラーは、スペクトル・チャネル・ビームを選択された出力ポートに反射するように、個別に制御可能なかつ連続して旋回する（または回転可能である）。これは、各チャネル・マイクロミラーが、その対応するスペクトル・チャネルを任意の可能な出力ポートに向けることを可能にし、それによって、スペクトル・チャネルを任意の所望の出力ポートに切り替える。各出力ポートは、反射されかつそのように向けられたスペクトル・チャネルを受けない、または１つ、または１つより多くの反射されかつそのように向けられたスペクトル・チャネルを受ける。スペクトル・チャネルは、チャネルを異なる出力ポートに切り替えることによって、マルチチャネル信号から選択的に削除され、かつ新たな入力チャネルは、異なるマルチ波長複合信号を形成するために元のチャネルに選択的に追加されるまたは組み合わせられる。
【０００４】
いくつかのタイプの自由空間ビーム・セパレータは、市販で入手可能な、ホログラムで形成された高空間周波数格子などの反射格子、制御された格子であるエシェル格子などの低空間周波数格子、および様々なポリマーにホログラムで形成される透過格子を含むがこれらに制限されない。波長選択性分離ＷＳＳデバイスに使用される回折格子は、１つの偏光状態についてより高い回折効率を有する偏光感度である。したがって、許容可能なシステム挿入損失および偏光依存損失を維持するために、入力ビームの偏光状態は、その直交成分に分解され、かつより低い偏光成分効率が、回折のための最大の偏光状態効率で回転される場合に、偏光ダイバシティ戦略を用いることが必要である。これは、２つのビーム成分が、システムの光学装置中で管理されることを必要とし、デバイスの形状因子を増大する。
【０００５】
本発明が関連するタイプの波長選択性スイッチ・アーキテクチャにおいて、小さい形状因子を提供しながら、システムの光学および機械特徴を最適化することが望ましい。典型的に、知られている装置および方法において、波長セパレータへの入力ビームは、平行にされかつ断面において円形であるが、回折されたビームのいくつかの波長は、回折格子によって引き起こされるビームのアナモルフィックな拡大のために、断面において楕円でありかつ拡大されることがある。他の波長では、拡大が存在せず、さらに他の波長で、使用される格子のタイプ、および入射ならびに回折される角度に応じて圧縮される。また、チャネル・マイクロミラーでのビームの大きさは、入力ビームの大きさ、ビームのアナモルフィックな拡大または圧縮、および合焦光学装置の焦点長さの間の関係によって決定される。したがって、合焦光学装置への回折および入射の前に、ビームの大きさの制御が無いいくつかの波長スイッチにおいて、チャネル・マイクロミラー上でのスポットの大きさは、容易に制御可能ではない。これは、入力ビーム状態および合焦光学装置の可変合焦長さにおける可能な変化を収容するのに十分なマイクロミラーを大きさ決めすることが必要である。例えば、格子によって作られるアナモルフィックなビーム拡大を単に受けることは、高い通過帯域を作るためにチャネル・マイクロミラー上でのスポットの大きさを最小化するには不十分である。一般に、これらの要因は、通過帯域などのシステムの重要な光学パラメータ、およびミラーの質量に逆比例する共振周波数、ならびに第３のパワーに対するそれらの長さにほぼ比例するマイクロミラー間の空気力学的相互作用などのマイクロミラーの重要な機械パラメータの最適化を妨げる。したがって、従来技術で知られているいくつかのＷＳＳ設計において、入力ビームは、プリズム対のアナモルフィックなビーム拡大器を通してそれを通過させることによって修正される。これは、好ましくは、１つの方向におけるビームの拡大を増大する。しなしながら、形状因子を実質的に低減するために、伝播中のビームの大きさの光学制御が必要であり、１次元のアナモルフィックなビーム拡大器は不十分である。さらに、同時に（アナモルフィックなビーム拡大およびビームの大きさ制御を同時に）、ＭＥＭＳ（マイクロ電子機械システム）ポート・ミラーの角度回転の中継、および国際電気通信連合（ＩＴＵ）によって規定されるようなチャネル周波数整列を維持するために、この角度回転をチャネル・ミラーでのチャネルの変換へ光学的に変換することが好都合である。格子からまたはプリズム対からの前述のアナモルフィックなビーム拡大は、単独でこれを実行しない。
【０００６】
また、多数の理由のために、マルチ波長光学信号の個別のスペクトル・チャネルにおけるパワーを監視し、かつ制御することが望ましい。これは、特定のスペクトル・チャネルに含まれるパワーを完全に遮断する性能を含む。チャネルにおけるパワーを遮断するための１つの理由は、１つの出力ポートから異なる所望の出力ポートへ入力スペクトル・チャネル・ビームの再位置付けの間に、望ましくないクロストークを最小化するために「ヒットレス」切り替えをもたらす。再位置付けの間に、チャネル・マイクロミラーは、中間ポートを横切る（すなわち「ヒット」する）入力スペクトル・チャネル・ビームを走査し、望ましくない光を中間ポートに結合し、かつクロストークを引き起こす。したがって、望ましくない光結合が避けられるように、走査の間にビームにおけるパワーを完全に遮断するまたは実質的に減衰することが望ましい。チャネルの光学パワーの監視および制御の他の使用は、いくつかの所定レベルにそのチャネルの減衰をもたらすことである。
【０００７】
上記の米国特許は、スペクトル・チャネルに含まれるパワーを減衰または完全に遮断するために、液晶画素アレイなどの空間光変調器を用いるパワー管理およびヒットレス切り替えに対する１つの解決方法を開示する。液晶アレイにおける各画素は、１つのスペクトル・チャネルに関連付けられ、別個の合焦面は、各チャネルに対応するスペクトル・スポットが、その関連する画素に位置するように液晶アレイの位置に作られる。画素に与えられる電圧は、画素の光透過性を制御するので、画素は、適切な電圧を与えることによって、光の透過に対して透過性が少ないまたは不透明に作られ、したがって、その画素を通過するスペクトル・チャネルにおけるパワーを減衰しまたは完全に遮断する。しかしながら、この解決方法は、液晶アレイに合焦面を形成する中継レンズ・システム、液晶アレイ自体、および液晶アレイを制御するための電子装置を含む追加の構成部品を必要とする欠点を有する。そのような追加の構成部品についての追加のコストに加えて、より多くの物理的空間が、これら構成部品を収容するために必要であり、システムの全体の大きさおよび複雑性を増大する。
【０００８】
米国特許第６、５４９、６９９号明細書は、その切り替え軸（チャネル・マイクロミラーのアレイに平行な軸）を中心とするチャネル・マイクロミラーの回転が、その目的とする出力ポートに対する反射されたスペクトル・チャネル・ビームの空間位置を変更するように制御される。出力ポートに結合されるスペクトル・チャネルにおけるパワー量は、結合効率に応じるので、所望のパワー・レベルは、それを所望の出力パワー・レベルに対応する量だけ減衰するために、出力ポートに対する光学ビームを分離する所定の角度にチャネル・マイクロミラーを旋回することによって得ることができる。
【０００９】
この後者の解決方法の欠点は、スペクトル・チャネル・ビームの空間的な分離が、切り替え軸に沿ったビームの再位置決めである。隣接する出力ポートの物理的間隔に応じて、ビームの一部は、隣接する出力ポートに相互結合されることがあり、ポート間の有害なクロストークを引き起こす。相互結合を低減するためにポートの物理的間隔を増大することは、デバイスの物理的大きさを望ましくない程度まで増大する。さらに、この解決方法を使用して後でより詳細に記載されるように、切り替え軸を中心とするチャネル・ミラーの回転に結合する感度のために、スペクトル・チャネルのパワー出力レベルを正確に制御することは困難である。
【００１０】
１つの波長選択性スイッチ・システムに以下の機能が統合されることが望ましい。すなわち、デマルチプレクス、マルチプレクス、完全にフレキシブルな波長切り替え、非遮断ヒットレス切り替え、任意のプロファイルに対する動的チャネル等価、可変光学減衰、チャネル・パワー監視、波長遮断器、および波長接続性確認である。さらに、システムが、ＡＤＤまたはＤＲＯＰモジュールとして動作でき、かつ小さな形状因子および低コストを有する、スペクトル・チャネルの正確な減衰を達成するアーキテクチャが望ましい。最後に、全てのこれら機能は、同時に正確なＩＴＵチャネル位置合わせを維持しながら、低偏光依存損失、低挿入損失、および高光学通過帯域を有するシステム内で存在すべきである。当技術で知られている各前述の特許および実施形態は、波長選択性スイッチで望まれる統合された機能性のいくつかを対処するが、それらは、所望の機能性、性能、または制御の精度の統合の満足するレベルを達成することに失敗した。したがって、前述の特性および機能性を達成することを含む波長選択性スイッチのマルチ機能性を達成するために、小型、よりフレキシブル、およびよりコストに有効なアーキテクチャを提供することが望ましい。本発明が向けられるのは、これらの目的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
知られている方法および装置の前述の問題および欠点を解決しかつ他の有意な利点および利益を与える、マルチ波長光学信号の個別のスペクトル・チャネルのパワーまたは減衰レベルを管理する一方、光学および機械的特徴を最適化するマルチポート、マルチ波長光学信号のスペクトル・チャネルの波長切り替えのための新規で改善された方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの利点および利益は、以下を含む。すなわち、ＩＴＵチャネルの正確で安定した位置合わせ、高い光学通過帯域、ポートへのスペクトル・チャネルの最適結合、最適な機械特徴および形状因子、および環境状態の広範な範囲下のパワーまたは減衰レベルの正確で安定した制御である。本発明は、チャネルのヒットレス切り替えおよびほぼ「ノッチレス」な動作を与え、それによって、スペクトル・チャネルの通過帯域内のパワー・レベルが、隣接するチャネル間（２つの隣接ミラー間）の通過帯域の外側のパワー・レベルとほぼ同一にされる、マルチポート、マルチチャネル光学システムにおける個別のチャネルの減衰およびパワー・レベルの正確な制御を可能にする。これは、波長が、対象の波長帯域の上限と下限との間にある限り、波長または波長間の間隔に関わらず、任意の光学波長の透過（任意の特定のＩＴＵグリッドへの制約を必要としない）を可能にする。
【００１３】
本明細書で使用されるとき、用語「パワー」または「パワー・レベル」は、基準パワー・レベルに対する光学パワーを参照し、用語「減衰」は、基準レベルに対するパワーにおける減衰を参照する。基準パワー・レベルは、例えば、（例えばチャネルの）入力または出力のいずれかの最大（望ましくない）パワー・レベル、あるいは０ｄＢｍなどの絶対パワー・レベルである。
【００１４】
一態様において、本発明は、ファイバ結合コリメータによって提供される複数の入力および出力ポート間でマルチチャネル（マルチスペクトル）光学信号のスペクトル・チャネルを切り替えのための装置を提供する。アナモルフィックなシステムは、入力ポートからマルチチャネル光学信号を所定のビーム・プロファイルを有するビームへ変換する。ビームは、構成スペクトル・チャネル・ビームに空間的に分離され、構成スペクトル・チャネル・ビームは、細長いビーム・プロファイルを有する各チャネル・ビームで、２軸チャネル・マイクロミラーのアレイ上に合焦される。２軸チャネル・マイクロミラーのアレイの各マイクロミラーは、構成スペクトル・チャネル・ビームを受け、かつ細長いビーム・プロファイルに適合する形状を有する。チャネル・マイクロミラーは、スペクトル・チャネルを選択された出力ポートへ切り替えるために切り替え軸を中心に回転可能であり、そのような出力ポートでパワー・レベルを制御するために直交減衰軸を中心に回転可能である。
【００１５】
より詳細には、光学通過帯域は、ミラーの大きさで畳み込まれたスポットの大きさによってほぼ与えられる。したがって、スポットの大きさがより小さくなり、かつミラーの大きさがより大きくなると、通過帯域はより大きくなる。本発明の光学切り替え装置において、入力ポートからの光学信号は、アナモルフィックに拡大され、格子によって空間的に分離され、矩形形状および大きさならびに通過帯域を最適化するためにミラー間の狭い間隔を有する、対応するチャネル・マイクロミラー上に位置合わせされかつ中心合わせされた細長いスポットとして合焦される（合焦光学装置によって）。アナモルフィックな光学装置は、チャネル・マイクロミラーで小さなスポットの大きさを提供し、したがってさらに光学通過帯域を最適化するために、格子分散方向に沿って合焦光学装置に対する入力ビームの大きさを最適に拡大する。
【００１６】
他のより詳細な態様において、チャネル・マイクロミラーは、ファイバ結合コリメータ・アレイから外れた出力ビームを操縦するために、減衰軸を中心に回転可能である。これは、波長遮断を許容する。さらに、適切なシーケンスで各軸を中心に２軸チャネル・ミラーを回転することによって、システムは、ヒットレス再構成を達成することができる。
【００１７】
さらに、本発明は、マルチ波長信号のチャネル位置合わせを維持すること、およびマイクロミラー上のビームの大きさならびに位置を制御することを容易にする。これは、空気力学的クロストークを最小化し、ミラー共振周波数を制御（設計によって）し、かつ切り替えのために必要な電圧を最小化するために、チャネル・マイクロミラーの大きさが最適化されることを許容する。
【００１８】
他の態様において、本発明は、入力ポートからの光学信号が、所定のプロファイルを有するビームへアナモルフィックに拡大されかつ変換される光学切り替え装置における通過帯域を最適化する方法を提供する。ビームは、構成スペクトル・チャネル・ビームへ空間的に分離され、構成スペクトル・チャネル・ビームは、チャネル・ビームと適合する細長い形状および大きさを有する、対応するチャネル・マイクロミラー上に位置合わせされかつ中心合わせされる細長いスポットとして合焦される。
【００１９】
さらに他の態様において、本発明は、波長スイッチのチャネル・マイクロミラー上のスペクトル・チャネルを位置合わせする方法を与え、入力マルチチャネル光学信号（基準光学信号と組み合わされる）の構成スペクトル・チャネルは、ポート・ミラーの回転角度によって決定される位置でチャネル・マイクロミラー上の細長いスポットとして合焦される。ポート・ミラーの角度位置は、所定位置で隣接するチャネル・マイクロミラー上の隣接する分離されたスペクトル・チャネルを位置合わせするために、検出器上の基準ビームの位置によって制御される。
【００２０】
本発明の他のより特定の態様は、以下の記載および請求項に示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、信号が、例えば、容易にネットワークに追加される、またはネットワークから削除されるように、動的ネットワーク再構成を許容し、かつマルチ波長（マルチチャネル）光学信号の個別スペクトル・チャネルのパワーまたは減衰の管理を可能にする再構成可能な光学アド・ドロップ・マルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）で使用される波長選択性スイッチ（ＷＳＳ）に特に適用可能である。しかしながら、これが本発明の唯一の設備の例示であることが明らかになろう。
【００２２】
図１は、本発明による波長選択性スイッチ１００の一部のアーキテクチャを示す概略図である。図に示されかつＡＤＤまたはＤＲＯＰモジュールとして構成されたアーキテクチャを有する１つ以上の波長選択性スイッチは、例えば、波長分割多重化（ＷＤＭ）光学ネットワークのノードでＲＯＡＤＭに組み合わされる。図示されるように、ＷＳＳ１００は、ファイバ・コリメータ・アレイ１０２を備え、ファイバ・コリメータ・アレイ１０２は、複数の光学ファイバ１０４によってＷＳＳに入力されかつＷＳＳから出力される光学信号のための複数の入力および出力ポートを提供する。ファイバ・コリメータ・アレイ１０２は、複数の個別のファイバ結合コリメータを備え、１つのファイバ結合コリメータは、例えば図６〜図８に関連してより詳細に記載されるように、示されるように各光学ファイバに接続される。ＷＳＳ１００は、２軸ＭＥＭＳマイクロミラーなどの（例えば図７〜図８に示されるような）ポート・ミラーのアレイを備えるポート・ミラー・アレイ１０６、光学ビーム拡大器およびリレー・システム１１０、好ましくは回折格子である波長分離器１１２、ビーム合焦光学装置１１６、および図１に示されるように光学的に構成されるチャネル・マイクロミラーのアレイ１１８をさらに備える。
【００２３】
複数のスペクトル・チャネルを備える複合マルチ波長光学信号は、ファイバ・コリメータ・アレイ１０２の入力ポートに供給され、かつ回折格子１１２上にビーム拡大器およびリレー・システム１１０を通してポート・ミラー・アレイ１０６の対応するポート・ミラーによって反射されかつ位置合わせされる。説明を目的として、本発明によれば、ビーム拡大器およびリレー・システム１１０は、アナモルフィックなシステム、例えば、直交軸に沿って異なる倍率を提供するレンズである。回折格子は、空間分離されたスペクトル・チャネルのアレイを提供するために、マルチ波長光学信号の構成スペクトル・チャネルを角度分離する。好ましくはテレセントリックまたアナモルフィックなシステムである合焦光学装置１１６は、個別のスペクトル・チャネルを、チャネル・マイクロミラーのアレイ１１８の対応するチャネル・マイクロミラー上に所定のプロファイルを有するスペクトル・スポットに合焦する。中心波長λｉおよびλｊを有する２つのそのようなチャネルは、それぞれ対応するチャネル・マイクロミラー１２０および１２２上に合焦されて図において示される。チャネル・マイクロミラーは、各チャネル・マイクロミラーが、スペクトル・チャネルの１つを受けるように、回折格子および合焦光学装置によって引き起こされる複合マルチ波長光学信号のスペクトル・チャネルの空間分離にしたがって、アレイに空間的に配置される。スペクトル・チャネルは、マイクロミラーから光学システムを通って戻りファイバ・コリメータ・アレイへ反射される。チャネル・マイクロミラーは、反射時に、スペクトル・チャネルが、所望の結合効率または減衰を有するファイバ・コリメータ・アレイの所望の出力ポートへ向けられる、すなわち切り替えられるように、記載されるように個別に制御可能である。
【００２４】
各出力ポートは、任意の数の反射されたスペクトル・チャネルを受けかつ出力する。したがって、スペクトル・チャネルは、チャネルを１つ以上の「ドロップ」出力ポートへ切り替えることによって、複合マルチチャネル信号から選択的に削除され、残るチャネルを含むマルチチャネル信号は、「パス・スルー」ポートから出力される。さらに、新たな入力チャネルは、異なるマルチチャネル複合信号を形成するために、元のスペクトル・チャネルのサブセットで出力ポートにおいて選択的に追加されるまたは組み合わされる。マルチチャネル光学信号からチャネルを削除するＷＳＳ  ＤＲＯＰモジュール、およびマルチチャネル光学信号にチャネルを挿入するまたは追加するＷＳＳ  ＡＤＤモジュールの両方は、記載されるように図１に示されるアーキテクチャに類似するアーキテクチャを用いることができる。
【００２５】
一般的に、各スペクトル・チャネルについてアレイ１１８内の別個のチャネル・マイクロミラーが存在する。典型的なマルチチャネルＷＤＭ光学信号は、例えば、４５個または９６個のスペクトル・チャネルを有する。したがって、図１のアレイ１１８は、４５個または９６個のチャネル・マイクロミラーを備える。チャネル・マイクロミラーは、好ましくはシリコン微細加工ミラー（ＭＥＭＳミラー）を備え、各マイクロミラーは、好ましくは、２つの直交軸を中心に独立した連続回転移動可能な２軸デバイスである。より詳細に簡単に説明されるように、これは、チャネル・マイクロミラーが、選択された出力ポートへ対応するスペクトル・チャネルを反射するために第１の軸を中心に旋回されることを可能にし、かつその出力ポートに結合されるパワーの量を制御するために直交軸を中心に旋回されることを可能にする。
【００２６】
図１のＷＳＳは、ポート・ミラー・アレイと、アナモルフィックなビーム拡大器およびリレー・システム１１０との間の光学経路に配置されたビーム・スプリッタ１２４と、ビーム・スプリッタから反射された光ビームを受ける位置感度検出器（ＰＳＤ）１２６と、ポート・ミラー・アレイ１０６のミラーを制御するために、ＰＳＤからの信号に応答する結合される制御電子装置１２８をさらに備える。より詳細に記載されるように、この構成は、ポート・ミラーからのビームのチャネル・マイクロミラーの中心への位置合わせを可能にし、通過帯域を最適化しかつＩＴＵグリッド位置合わせを維持することに寄与する。
【００２７】
図２は、本発明による２軸チャネル・マイクロミラーの好ましい構造を示す。図は、複数のマイクロミラーのアレイ１１８の一対の隣接する２軸ＭＥＭＳチャネル・マイクロミラー１３０、１３１だけを示す。図によって示唆されるように、アレイの残るマイクロミラーは、マイクロミラー間に同じ側方間隔を有して、切り替え軸Ｙに沿って水平方向（図において）に延びる。アレイの全てのマイクロミラーは、同一の構造を有してもよい。各チャネル・マイクロミラーは、水平方向（図２において）「切り替え」軸Ｙを中心にする回転のために、内側ジンバル・フレーム１３４上に旋回可能に支持された平坦反射表面１３２のアセンブリを備える。ジンバル・フレーム１３４は、直交「減衰」軸Ｘを中心にする回転のために、外側フレーム１３６上に旋回可能に支持される。直交軸を中心にする反射ミラー表面１３２の旋回移動は、連続して可変であり、良く知られている方法で対向する制御電極の対（図示されていない）に電圧を印加することによって静電的に作動される。
【００２８】
図２に示されるように、チャネル・マイクロミラーの反射ミラー表面１３２は、細長い、好ましくは矩形形状を有し、水平切り替え軸Ｙに沿った、それらの細い大きさ例えば幅を有して、かつ垂直減衰軸Ｘに沿った、それらの長い大きさ例えば長さを有して向けられる。特定のマイクロミラー・プロファイルおよび直交軸に対する向きに関する多数の理由が存在する。この設計は、低い質量のマイクロミラーを与えることによって最適な機械性能、高共振周波数、および低い空力学的相互作用を与え、高通過帯域などの光学性能を最適化し、説明されるように減衰の正確な制御を与える。さらに、以下に示されるように、この細長い矩形マイクロミラー・プロファイルは、合焦光学装置１１６によって（図１）マイクロミラー上に合焦されたスペクトル・チャネルの細長い好ましくは楕円ビーム・プロファイルと適合可能である。
【００２９】
図１に戻って参照すると、チャネル・マイクロミラーのアレイ１１８の切り替え軸Ｙは、図１の平面に平行であるが、減衰軸Ｘは、図の平面内に延びる。これは、また、マイクロミラー１２２およびその対応するチャネル・ビームのビーム・プロファイル１４０の図示によって図１で概略的に示される。前に記載されたように、マイクロミラー上に合焦されたスペクトル・チャネル・ビームのプロファイルは、また、全般的にマイクロミラーの形状および大きさに一致するように細長くされかつ向けられることが望ましい。好ましくは、チャネル・ビームは、示されるように全体的に楕円形状を有する。さらに、望ましくないパワー損失を最小化しかつ通過帯域を最大化するように、マイクロミラーの大きさに対する対応するマイクロミラー上に合焦されるチャネル・ビームのスポットの大きさおよび位置を制御することが望ましい。一般に、格子分散方向に沿った合焦光学装置への入力ビーム１４６の大きさが大きくなると、光学通過帯域を最適化するチャネル・マイクロミラーでのスポットの大きさがより小さくなる。
【００３０】
ファイバ・コリメータ・アレイ１０２からの平行化された入力ビームは、一般的に円形断面を有する。したがって、マイクロミラー上に制御されたビーム形状および大きさを提供するために、ビーム拡大器およびリレー・システム１１０は、アナモルフィックに作られ、すなわちＸおよびＹ方向に異なる倍率を与える。図１に示されるように、アナモルフィックなビーム拡大器およびリレー・システム１１０は、焦点長さｆｘおよびｆ’ｘを有するレンズ１４２および１４３と、焦点長さｆｙおよびｆ’ｙを有するレンズ１４４および１４５とを含む、一連のレンズ１４２〜１４５を備える。レンズは、両円錐状、円筒状、または円環状レンズ、あるいはアナモルフィックな特徴を有するシステムを与える他の要素である。図１に示されるように、アナモルフィックなビーム拡大器およびリレー・システムは、細長いまたは全体的に楕円形状である、回折格子１１２でのビーム・プロファイル１４６を提供する。本発明の好ましい実施形態において、回折格子１１２は、好ましくは、わずかなまたは全くアナモルフィックなビーム拡張が無い、高い回折効率および低い偏光依存損失を有するように選択された透明格子である。したがって、アナモルフィックなビーム拡大器およびリレー・システム１１０は、実質的にビーム・プロファイル１４６を制御する。
【００３１】
回折格子から、分離された個別のスペクトル・チャネルに対応するビームは、上述のように好ましくは同様にアナモルフィックである、テレセントリックな合焦光学装置１１６によってチャネル・マイクロミラーに合焦される。図示されるように、合焦光学装置は、それぞれ焦点長さＦｘＦｙおよびＦ’ｘＦ’ｙを有するレンズ・システム１４８および１４９を備える。アナモルフィックなビーム合焦光学装置は、チャネル・マイクロミラー上のビーム・プロファイル１４０によって示されるように、マイクロミラー・プロファイルに適合する最適な大きさおよび適切な向きに、回折格子からのビーム・プロファイル１４６のスポットの大きさおよび向きを変更する。チャネル・ビームは、反射して光学システムを通してファイバ・コリメータ・アレイに戻り、アナモルフィックな光学装置は、出力ポートでそれらの特徴を決定する。チャネル・マイクロミラー設計が決定された後、アナモルフィックなビーム拡大器およびリレー・システム１１０ならびにアナモルフィックな合焦光学装置１１６の光学特徴は、チャネル・マイクロミラーならびに出力ポートで、所定の適合可能な大きさ、形状、および特徴を有するスペクトル・チャネル・ビームを提供するように選択される。記載されるように、最適な光学性能は、チャネル・ビーム・プロファイルおよびマイクロミラー上のそれらの位置合わせを最適化するために、光学システムを設計することによって大部分が与えられる。
【００３２】
本発明のアーキテクチャは、低挿入損失も達成する。アナモルフィックなビームが用いられる場合、自由空間光学波面は、最小波面収差、特にファイバ入力モード・フィールド（典型的にほぼガウシアン）に一致するモード・フィールドを有する出力光学ファイバに戻るように管理されなければならない。それぞれ円対称な光学要素に対して異なる入力の大きさまたはウエストを有する２つのビームは、異なる最小ウエスト、位置、発散、およびレーリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）範囲を有する。各ビームが、入力ファイバ源へ同じ位置でミラーから戻って反射される場合、それらは、異なるおよびより低い最適結合効率を有する。これは、ビームの１つの大きさが、互いに対してかつシステムの光学経路長さに対して低減されるとき、より明らかになる。（最終的に、システムの形状因子が波を識別するとき、設計に基づく光学装置は、光線光学装置設計と比較して性能を最適化するために用いられなければならない。）したがって、本発明による波長選択性スイッチの挿入損失を最小化するために、出力ファイバでのモード一致を達成するように、円筒状要素、レンズおよびまたはミラー、および円環状または両円錐状要素などの適切なアナモルフィック光学装置で、ビームの最小ウエストの大きさおよび各直交次元の位置を管理すべきである。これは、当業者に良く知られかつ本発明の光学設計で実現される光学設計技術を使用して達成される。
【００３３】
アナモルフィックなビーム拡大器およびリレー・システム１１０ならびにアナモルフィックな合焦光学装置１１６を備えるアナモルフィックな光学システムは、好ましくはいくつかの目的を果たすように設計される。これらは、マイクロミラーからシステムを通って戻って中継されるビームに関する出力ポート間のクロストークを低減すること、通過帯域を最適化するためにＹ方向（分散方向に沿って）でチャネル・マイクロミラー上のビームの大きさを制御すること、空力学クロストークを低減するのに十分に小さなチャネル・マイクロミラー長さを維持するために、Ｘ方向にチャネル・マイクロミラー上のビームの大きさを制御すること、結合の正確な閉鎖ループ制御を許容するために、チャネル・マイクロミラー回転からの結合の角度感度を低減することを含む。
【００３４】
ビームは、それが伝播するにつれ分散するので、特に小さなビームの大きさを有する、ビームの大きさは、ビームが、隣接するポート・クロストークを生成する隣接するポートに光を挿入または結合しないように、最小の波面誤差および適切な大きさを有する出力コリメータ・ポートに戻るようにシステム（光学要素を介して）全体を適切に伝播されなければならない。これは、ポートがその方向に互いに隣接して位置合わせされるので、ビームのＸ次元に関して特に正しく、システムの高さ、すなわち形状因子を最小化するために、ポート間の間隔を最小に維持することが望ましい。アナモルフィックなビーム拡大器およびリレー１１０は、好ましくは、スポットの大きさがチャネル・マイクロミラーで最小化され、大きな通過帯域を作ることを助長するように、Ｙ次元でビームを拡大するように設計され、またビームが、チャネル・マイクロミラー長さを低減するスポットの大きさに合焦されるように、Ｘ次元におけるビームをわずかに拡大するように設計される。Ｘ次元でスポットの大きさを制御することは、マイクロミラーの長さの第３のパワーに比例する空力学クロストークを制御することを可能にする。また、ビームは、格子の入力でアナモルフィックであり、かつ、所望のスポットの大きさを得てかつ前述の特性を達成することを容易にするチャネル・マイクロミラー位置の位置にビームのウエストを配置することが望ましいので、合焦光学装置１１６もアナモルフィックである。
【００３５】
アナモルフィックなビーム拡大器およびリレー・システム１１０は、また、格子上にポート・ミラー１１６の角度回転を同時に中継するように設計される。これは、格子上へのビームの入射角度を変更し、テレセントリックな合焦光学装置システム１１６は、角度変化をチャネル・マイクロミラー・アレイ上のスペクトル・チャネルの並進に変換する。これは、記載されるようにフィード・フォワード較正を介してＩＴＵ位置合わせを与える。
【００３６】
本発明のアーキテクチャは、光学性能が最適化されることを可能にしながら、前に知られているパワー管理に対する解決方法に関連する困難性および欠点を回避する、個別のスペクトル・チャネルのパワーを管理する簡単で有効な解決方法を与えるという点で重要である。本発明において、その減衰軸を中心にチャネル・マイクロミラーを回転することは、対応するスペクトル・チャネルの結合効率を低減し、出力ポートに結合される光の量を低減させる。減衰軸を中心とするチャネル・マイクロミラーの回転量が増大されると、光がもはや出力ポートに結合されなくなるまで、結合は連続して低減する。図３Ａは、直交軸Ｘを中心とするチャネル・マイクロミラーの回転角度に応じる結合における変動を代表する曲線である。チャネル・マイクロミラーが、最大結合効率に対応するゼロ度の角度から正または負のいずれかで回転するとき、結合は、迅速に低減し、ほぼプラスマイナス２．５度の角度で、出力ファイバに結合される光は実質的に存在しない。
【００３７】
図３Ｂは、その切り替え軸Ｙを中心とするチャネル・マイクロミラーの回転の類似する代表的な結合曲線である。図示されるように、２つの曲線に示される特定のマイクロミラー設計に関して、その切り替え軸を中心とするチャネル・マイクロミラーの角度回転に応じる結合効率は、その減衰軸を中心とするチャネル・マイクロミラーの回転に関する結合効率よりほぼ１０倍感度が高い。妥当な大きさおよび機械特徴を有するＭＥＭＳチャネル・マイクロミラーに関して、および対象の波長範囲、例えば１５５０ｎｍでの最適光学性能を与えるように設計された光学システムに関して、切り替え軸Ｙを中心とするチャネル・マイクロミラーの回転に関する結合効率は、図３Ｂの曲線に示されるようなものである。しかしながら、図３Ｂの曲線に示されるように、このマイクロミラーに関する切り替え軸Ｙを中心とする角度回転への結合効率の高い感度は、特に衝撃、振動、温度変動、および構成部品の経時変化などの悪い環境条件下で、この軸を使用してパワー・レベルを正確で安定して制御することを困難にする。むしろ、減衰軸Ｘに関して図３Ａで示される結合効率の感度を低減することは、通常の動作条件の範囲にわたってパワー・レベルのより安定して正確な制御を許容する。図２に示されるなどの細長いミラー・プロファイルに関して、チャネル・マイクロミラーから反射される光の結合効率は、次に説明されるように、図１のアナモルフィックなビーム拡大器およびリレー・システム１１０（ＷＳＳ）によって原理的に決定される。
【００３８】
ファイバは、チャネル・マイクロミラーと共役であるので、チャネル・マイクロミラーの回転は、ファイバでのビームの角度偏向、したがって結合変化をもたらす。このように、チャネル・マイクロミラーの回転は、ファイバでのビームの角度偏向、すなわち結合変化をもたらす。それぞれ直交ＸおよびＹ軸に沿った異なる焦点長さｆｘおよびｆｙを有するアナモルフィックなシステムに関して、ファイバでのビームの角度偏向、したがって直交軸を中心とする回転が異なる。チャネル・マイクロミラーの角度回転ΔθｘおよびΔθｙは、合焦光学装置の入口開口でΔθｘｆｘ＝ΔｘおよびΔθｙｆｙ＝Δｙのビームの変位ΔｘおよびΔｙをもたらす。これらの変位は、アナモルフィックなビーム拡大器によって出力ポート・コリメータ上に中継され、反対方向に動作するとき、倍率因子ＭｘおよびＭｙに逆比例する変位の縮小を引き起こす。出力ポート・コリメータは、角度偏差Δθｘｃｏｉｌ＝（Δｘ／Ｍｘ）／ｆｃｏｉｌおよびΔθｙｃｏｉｌ＝（Δｙ／Ｍｙ）／ｆｃｏｉｌを有する、出力ファイバ上に光を合焦する。一般に、ｆｘおよびｆｙは、１０％だけ異なることがあるが、ＭｘおよびＭｙは、１０倍またはそれ以上異なることがある。変位は異なるので、出力ファイバ上の直交軸方向のビームの角度は異なる。これは、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、チャネル・マイクロミラーの直交回転軸に対する異なる角度感度をもたらす。したがって、適切にアナモルフィックな光学装置の倍率因子を選択することによって、パワーの減衰および等価の正確な制御ならびに安定な動作を与える、直交切り替え軸に対する減衰軸に関する角度感度における低減が得られることができる。
【００３９】
出力ポート内へのスペクトル・チャネルの結合を最適化し、かつ各スペクトル・チャネルのパワー・レベルを正確に制御するために、本発明は、チャネル・マイクロミラーの軸を中心とする回転を制御するためにサーボベースのフィードバック制御システムを用いる。同じ制御システムは、好ましくは、必ずしも必要ではないが両方の直交軸を制御するために使用される。図４は、両方の軸を中心とする回転を制御するために使用される、本発明によるフィードバック制御システム１６０の実施形態を示す。図において、光学モジュール１６２は、図１に示される波長選択性スイッチＷＳＳ１００の光学システムを実質的に備える。光学モジュールは、入力複合マルチチャネル光学信号を受けるための入力ポート１６４を有し、かつスペクトル・チャネルまたは他のマルチチャネル光学信号の出力のための複数の出力パス・スルーまたはドロップ・ポート１６６を有するＤＲＯＰモジュールを備える。各出力ポートは、ポート上の光学信号出力のパワーの一部、例えば２％をサンプリングするファイバ光学装置カプラ（またはタップ）１７０を有する。ポートから出力される光学信号のサンプルは、ファイバ１７４上に出力される複合マルチチャネル信号を形成するために、光学結合器１７２内で結合される。複合マルチチャネル光学信号は、光学チャネル・モニタ（ＯＣＭ）１７６に供給され、光学チャネル・モニタ１７６は、各スペクトル・チャネル内の光学パワーを検出しかつ測定し、かつこの情報を電子装置モジュール１８０へ提供する。電子装置モジュールは、適切な静電制御信号を生成するためにパワー測定値を使用し、静電制御信号は、それらの減衰および切り替え軸を中心とするチャネル・マイクロミラーの回転を制御するために、１８２で光学モジュールにフィードバックされる。
【００４０】
図４に示されるように、光学チャネル・モニタは、光学結合器から複合マルチチャネル光学信号を受けるコリメータ１９０と、マルチチャネル光学信号を構成スペクトル・チャネルに空間的に分離する回折格子１９２と、各スペクトル成分の光学パワー・レベルを検出するフォトダイオード・アレイ（ＰＤＡ）１９６などの光学センサ上に、空間的に分離されたスペクトル・チャネルを撮像するレンズ・システム１９４とを備える。ＰＤＡ１９６は、各スペクトル・チャネルが、所定数のフォトダイオードの異なる組上でレンズ・システムによって撮像されるように、例えば、空間的に配置された従来の１×２５６または１×５１２のフォトダイオードのアレイを備える。各スペクトル・チャネルに結合される１組のフォトダイオード上の出力電圧は、電子装置モジュール１８０に供給され、そのチャネルの光学パワーの測定値を提供する。電子装置モジュールは、例えば、ＰＤＡからの光学パワー測定値を処理し、かつ光学モジュール１６２内のチャネル・マイクロミラーを制御するために適切な制御信号を生成するために、マイクロプロセッサ、メモリ、およびファームウエア内の信号処理プログラムなどの電子装置構成部品を備える。
【００４１】
光学チャネル・モニタ１７６は、別個のモジュールとして図４で示されているが、コリメータ１９０を、コリメータ・アレイ１０２の位置であるが、アレイの他のコリメータに対してある角度に配置することによって、光学チャネル・モニタ１７６は、コストおよび空間を節約するために光学モジュール１６２に統合される。ファイバとチャネル・マイクロミラーとの共役関係のために、コリメータ・アレイ１０２の他のコリメータに対するコリメータ１９０の角度回転は、チャネル・マイクロミラー・アレイ１１８でのコリメータ１９０からのビームの変位を引き起こす。ＰＤＡ１９６は、この変位された位置に配置され、それによって光学チャネル・モニタ１７６を光学モジュール１６２に統合する。
【００４２】
図４のフィードバック制御システム１６０は、それらの減衰軸を中心とするチャネル・マイクロミラーの回転を制御し、かつ出力ポートに結合される光学信号のパワー・レベルを管理する。制御システムは、各出力ポートで光学信号に関する事前設定されたパワー・レベルを維持するために使用される。電子装置モジュール内のメモリは、異なるパワー・レベルに対応する格納された較正値のテーブルを含む。各チャネルにおけるパワー・レベルを表す、光学チャネル・モニタ１７６のＰＤＡ１９６から電子装置モジュール１８０へ出力された電圧は、所望のチャネル・パワー・レベルに対応する電子装置モジュール内へ入れられた設定点と比較される。電子装置モジュールは、ミラーの減衰軸に結合されるチャネル・マイクロミラーの電極に適切な静電電圧を生成するために、パワー測定値および設定点を使用する。これは、その出力ポートへのスペクトル・チャネル信号の結合、したがって、ポートでの出力パワーを変更するために信号に印加される減衰を変更する。制御システム１６０のフィードバック・ループは、チャネルに関するＰＤＡからのパワー測定値を、パワー・レベル設定点と比較し、マイクロミラーを所望のパワー・レベルを得る結合へ駆動するために、結合されるチャネル・マイクロミラーの減衰電極へ印加される静電電圧を制御する。
【００４３】
制御システムは、動作の間、各チャネルの出力パワー・レベルを連続して監視し、かつ所望の減衰およびパワー・レベルを維持するためにチャネル・マイクロミラーの電極に印加される電圧を連続して調整する。図３Ａに示されるように、切り替え軸Ｙに対して感度が下げられた減衰軸Ｘに関する結合効率曲線を使用することによって、フィードバック制御システムは、衝撃および振動ならびに温度における変動によって引き起こされる悪条件の下であっても、各チャネルに関する事前設定されたパワー出力レベルを正確にかつ安定して維持することが可能である。さらに、簡単に記載されるように、制御システムは、事前設定されたパワー・レベルが、広い範囲にわたってチャネル毎の基礎で設定されかつ維持されることを可能にする。
【００４４】
それらの減衰軸を中心とするチャネル・マイクロミラーの移動を制御することに加えて、図４の制御システム１６０は、それらの切り替え軸Ｙを中心とするチャネル・マイクロミラーの回転も制御する。電子装置モジュール１８０は、最適なチャネル結合を維持するために、個別の基礎でチャネル・マイクロミラーの切り替え軸へフィードバック制御を提供するために、光学チャネル・モニタ１７６からの光学パワー測定値を使用する。
【００４５】
好ましくは、図４の制御システムは、入力から出力への最適な結合を達成しかつ維持するために、切り替え軸を中心とするチャネル・マイクロミラーの回転位置を制御するために交互または「ディザ」制御信号解決方法を用いる。チャネル・マイクロミラー間には相互作用が無いので、それらは独立し、かつそれぞれの結合を最適化するために電子装置モジュール１８０内の処理電子装置によって同時に制御される。各チャネル・マイクロミラーの１つの軸は、余弦波形でディザされ、一方、直交軸は、同一のディザ周波数の正弦波形でディザされる。光学チャネル・モニタは、最大結合に関するマイクロミラー電圧を決定するために、特定の波長チャネルにおけるディザおよびチャネルに関する出力パワーを検出しかつ測定する。これらの電圧は、システムの各ポートに関する開ループ目標電圧として、電子装置モジュール内のフラッシュ・メモリなどのメモリ内に格納される。１つのポートから他のポートへスペクトル・チャネルを切り替えることが望ましいとき、宛先ポートに関するフラッシュ・メモリ内に格納された電圧は、そのポートに対応するスペクトル・チャネル・マイクロミラーを初期に配置するために使用される。この開ループ切り替えが完了すると、フィードバック・ループは、再び可能にされることができ、ディザ・トーンは、そのポートにチャネルの最適ピーク結合を見出すために使用される。最適結合を達成することは、隣接するチャネル間でのクロストークを最小化すること、およびマイクロミラーの大きさを低減しかつＷＳＳの形状因子を改善するために、チャネル・マイクロミラーの幅（切り替え軸Ｙに沿って狭い次元）を最小化されることを可能にすることが重要である。
【００４６】
図４の制御システムは、好ましくは、独立してかつ交互にチャネル・マイクロミラーの減衰および切り替え軸を制御する。１つのポートから他のポートへのチャネルの切り替え、および直前に記載されたようなディザ・トーンを使用して結合を最適化の後、制御システムは、次に、例えば、上述のように所望のパワー・レベルに関するチャネル・マイクロミラーの減衰軸を制御するために、直線電圧フィードバック・ループに制御モードを切り替える。制御システムは、好ましくは、ミラーの回転が不安定性をもたらす最適結合から外れて移動するにつれ、ディザ振幅が増大するので、マイクロミラーの減衰軸を制御するためにディザ解決方法を使用しない。
【００４７】
ディザ周波数は、好ましくは、例えば約１００Ｈｚからほぼ２５０Ｈｚの範囲の低周波数トーンであり、かつ好ましくは、例えば、０．５％（０．０２ｄＢ）程度の光学パワーにおける小さな変動をもたらすのに十分な振幅を有する。チャネルの結合が最適ではないとき、光は、ディザ・トーンと同じ周波数で変調される。しかしながら、最適結合が達成されたとき、光は、ディザ・トーン周波数の２倍で変調される。電子装置モジュール１８０の処理電子装置は、光学チャネル・モニタによって作られるチャネル・パワー・レベル信号での振幅変動を同期して復調する。ディザ周波数のトーンが存在するとき、電子装置は、光学チャネル・モニタからの信号が、ディザ周波数の２倍での変調だけを含む最適結合の点にチャネル・マイクロミラーを移動するために、切り替え軸電極へ直流制御電圧を作ることができる。
【００４８】
ディザ制御解決方法は、図３Ａ〜図３Ｂに示されるように各軸を中心とする結合効率と角度回転との間のガウシアン関数関係を利用する代替解決方法によって増大され、または代替解決方法によって置き換えられることもできる。ガウシアン関数は、以下の形態である。すなわち
【００４９】
【数１】
2008536168.tif 000003
ここでｆ（α、β）は、特定のポートでの特定の波長チャネルの出力ポートであり、
αは、切り替え軸を中心とする回転の角度であり、
βは、減衰軸を中心とする回転の角度であり、
Ａは、切り替え軸を中心とする回転に関する感度を決定する定数であり、
Ｂは、減衰軸を中心とする回転に関する感度を決定する定数であり、
Ｃは、パワーの強度を規定する定数である。
【００５０】
上記等式で規定される関数関係は、最適結合位置でのチャネル・マイクロミラーを向ける角度αおよびβを決定するフィード・フォワード・アルゴリズムを構成するために使用される。これは、チャネル・マイクロミラーの現在の角度向きでのパワーをサンプリングすることによって、切り替え軸を中心とするマイクロミラーの角度位置を変更することによる一方の他の角度位置、および減衰軸を中心とするマイクロミラーの角度位置を変更することによる他方の他の角度位置の両方の他の角度位置によって、達成される。これは、αおよびβの３つの異なる組み合わせでのパワー読み取り値、および上述された関数関係ｆ（α、β）における３つの未知数に関して解くために使用される３つの等式を提供する。関数ｆ（α、β）のピークは、αおよびβに関するｆ（α、β）の１次導関数を取り、それをゼロに等しく設定し、かつ知られている解析または数値方法によってαおよびβに関して解くことによって決定される。この解決方法は、同様にポート・ミラー角度向きを含むように容易に拡張される。この場合に、ポート・ミラーの軸の回転の２つの追加の角度、および２つ以上の未知数が存在する。次に、関数関係が以下になる。
【００５１】
【数２】
2008536168.tif 000004
ここでγは、ポート・ミラーのＹ軸を中心とする回転であり、
δは、ポート・ミラーのＸ軸を中心とする回転であり、
Ｇは、ポート・ミラーのＹ軸を中心とする回転に関して感度を規定する定数であり、
Ｄは、ポート・ミラーのＸ軸を中心とする回転に関して感度を規定する定数である。
【００５２】
最適パワー位置を解くために、２つの追加のパワー読み取り値が、２つの追加の未知数ＧおよびＤを解くための２つの追加の等式を与える、２つの異なるγとδとの組み合わせで得られなければならない。他の等式および／または他の数値方法が、結合効率を最適化する角度位置を決定するために使用されることは、当業者には明らかである。これらの等式が、最適結合効率よりむしろ、選択されたパワーまたは減衰レベルに関して等式を解くことによって光学信号のパワーまたは減衰レベルを制御するために利用されることも、当業者には明らかである。
【００５３】
図４の制御システムの電子装置モジュールは、最適結合のためのチャネル・マイクロミラーの切り替え軸、および所望のパワー・レベルを維持するためにチャネル・マイクロミラーの減衰軸を交互にかつ定期的に制御する、制御プログラムおよびアルゴリズムを用いる。制御システムは、好ましくは、同時に両方の軸を制御しないが、制御システムの柔軟性は、同時に両方の軸が制御されることを可能にする。同様に簡単に記載されるように、電子装置モジュールは、ノッチレス動作、個々のチャネルの完全な遮断、およびヒットレス切り替えを与えるアルゴリズムを用いる。これらの概念を記載する前に、個別のスペクトル・チャネルのパワーが、本発明にしたがって管理される態様の説明が、図５を参照して第１に与えられる。
【００５４】
図５は、減衰（挿入損失）の異なるレベルの５つの隣接するスペクトル・チャネルに対応する、１５０ｎｍ波長帯域内の波長領域にわたる隣接するチャネル・マイクロミラーから反射されたパワーを表す、３つの異なる曲線の同一プロットを表す。曲線は、例えば調整可能なレーザを使用して生成される。上部の曲線２００は、最適結合およびゼロｄＢ減衰のための５つのチャネル・マイクロミラーから反射されたパワーを表す。図示されるように、反射されたパワーは、各チャネル・マイクロミラーの比較的広い波長領域にわたってほぼ４．０ｄＢの挿入損失に対応するレベルで実質的に一定である。これは、通過帯域領域と呼ばれ、切り替え軸Ｙの方向に沿ってチャネル・マイクロミラーの幅のほぼ７５％に対応する。曲線２００は、反射されたパワー・レベルにおいて低減が存在する場合に、隣接するマイクロミラー間の間隔の位置に対応する各チャネル・マイクロミラー間の領域２０２も示す。この領域は、「ノッチ」領域と呼ばれる。示されるように、ノッチ領域におけるパワーは、チャネル・マイクロミラーの中心で０ｄＢ減衰に対応するパワー・レベルから、結合ｄＢ（図においてほぼ２．０ｄＢ）だけ低下することがある。これは、マイクロミラーの縁部が、反射されたパワーがマイクロミラーの回転角度に応じてより小さい回折源であり、したがって、反射パワーが通過帯域内の平坦ミラー表面から減少するのと同じ方法で、増大した回転角度で減少しないからである。これは、曲線２０４によってさらに示され、曲線２０４は、比較的大きな量（図においてほぼ１４ｄＢ）だけパワー・レベルを減衰することによって、ノッチ領域が、通過帯域領域より多くのパワーを伝達することを示す。このノッチ領域パワーは、ほぼ１１．０ｄＢの挿入損失レベルでの図におけるピーク２０６によって示される。ピーク２０６によって示されるパワーは、マイクロミラーの縁部からの回折のためである。ピーク間の通過帯域領域２０８におけるパワー・レベルは、ほぼ１８．０ｄＢである。
【００５５】
図５における中間の曲線２１０は、ほぼ８．０ｄＢの挿入損失に対応する、約４．０ｄＢの減衰に関して、ノッチ領域におけるパワー・レベルは、通過帯域領域内のパワー・レベルにほぼ対応することを示す。これは、パワー・レベルが、隣接するマイクロミラーに対応する波長領域全体にわたって実質的に一定である、ほぼ「ノッチレス」動作状態を作る。これは、特に本発明の有利な特徴である。なぜなら、それは、任意の特定のＩＴＵグリッド間隔に一致する必要がない任意に離間された波長の伝達を可能にするからである。このように、本発明は、チャネル・マイクロミラーの同一の組が、５０、１００、または２００ＧＨｚのＩＴＵグリッド間隔での伝達波長、ならびに粗い波長分割多重化システムにおいて一般的である波長帯域に関して使用されることを可能にする。ノッチレス動作は、また有利には通過帯域の最適化を助長し、１０ＧＨｚまたは４０ＧＨｚなどの異なる変調を有する信号とともに使用することを容易にするチャネル間のパワー変動に関するＩＴＵ仕様を達成する。
【００５６】
図５から明らかなように、任意の特定のスペクトル・チャネルによって伝達されるパワー・レベルは、そのチャネルに印加される減衰の量を制御することによって個別に制御される。スペクトル・チャネルの光の完全な遮断は、所望の吸光率を達成するために必要な量だけその減衰軸を中心として対応するチャネル・マイクロミラーを回転することによって達成される。これは、例えば、「ヒットレス」チャネル切り替えに関して特に有用であり、「ヒットレス」チャネル切り替えで、切り替え回転を受けるマイクロミラーから反射されるスペクトル・チャネルにおけるパワーは、チャネル・ビームが１つのポートから他のポートに切り替えられるとき、完全に遮断されるまたは低いレベルに低減される。ヒットレス切り替えは、中間ポートへの望ましくない光の結合、および切り替えの間の望ましくないクロストークを避けるまたは最小化する。
【００５７】
図６Ａ〜図６Ｃは、スペクトル・チャネルが、１つ以上の入力ポート上のモジュールに入力され、出力ポートでの信号に追加される、すなわち組み合わせられるＡＤＤマルチプレクサ・モジュール２２０に関連するヒットレス切り替えを示す。図６Ａ〜図６Ｂは、図１の所定の要素が明瞭性のために省略された、図１のＷＳＳ１００の簡略された側面図を全体的に示す。
【００５８】
図６Ａ〜図６Ｂに示されるように、ＡＤＤマルチプレクサ２２０は、５つの入力ポートおよび１つの出力ポートを有する５×１デバイスを備える。ファイバ・コリメータ・アレイ１０２は、したがって、図示されるように６個のコリメータを備える。出力ポート２２２は、例えば、図示されるように第４のコリメータ・ポートである。図６Ａにおいて、第１（上部）コリメータ・ポート２２４は、アナモルフィックなビーム拡大器システム１１０によって回折格子１１２上に合焦されるスペクトル・チャネルλｉを入力する。回折格子は、スペクトル・チャネルλｉを他の波長チャネルから空間的に分離し、分離されたスペクトル・チャネルを、スペクトル・チャネルを対応するチャネル・マイクロミラー２２８上に合焦するアナモルフィックな合焦レンズ・システム１１６へ供給する。チャネル・マイクロミラーは、図６Ａに示されるように、入力スペクトル・チャネルλｉを、光学システムを通して戻し出力ポート２２２へ反射する（切り替える）ために、適切な角度位置にその切り替え軸を中心に回転される。
【００５９】
入力ポート２２４から出力ポート２２２へ入力スペクトル・チャネルλｉを切り替えることは、ヒットレス方法で行われる。ヒットレス切り替えで、チャネル・マイクロミラーが、ビームをポート２２２へ切り替えるために回転されるとき、ポート２２４での光入力は、中間ポート２３０および２３２を横切って走査されない。むしろ、ヒットレス切り替えに関して、光は、切り替えの間に実質的に減衰または遮断される。これを達成するために、チャネル・マイクロミラー２２８の切り替え軸を制御するサーボ制御ループが、第１に分離される。制御電圧は、遮断に必要な量だけその減衰軸を中心としてマイクロミラーを回転するために、チャネル・マイクロミラーに印加され、チャネル・マイクロミラーは、次に、切り替え軸に、図４の制御システムの電子装置モジュール・メモリ内の較正テーブルに格納される事前設定制御電圧を印加することによって、入力スペクトル・チャネルを出力ポート２２２へ反射するために、その切り替え軸を中心に回転される。マイクロミラー２２８は、次に、その減衰軸を中心に回転される公称最適結合状態に戻り、切り替え軸を制御するサーボ制御ループは、次に、最適結合効率を達成するためにマイクロミラーを制御するように再係合される。
【００６０】
図６Ｃは、光が、入力ポート２２４から出力ポート２２２へ切り替えられるときの処理を概略的に示す。遮断状態へ入力チャネルを減衰することは、図６Ｃに矢印２４０で表される。ポート２２２へマイクロミラー２２８を回転することによって入力チャネルを切り替えることは、矢印２４２で表され、矢印２４２は、光が入力ポート２２４と出力ポート２２２との間で切り替えられるとき、中間ポート２３０および２３２へ光が結合されないことを示す。矢印２４４は、その減衰軸を中心にしてチャネル・マイクロミラーを回転することによって、公称最適結合状態に戻る光の増大を示す。
【００６１】
図６Ｂは、ポート２３０上のＡＤＤマルチプレクサに入り、かつ出力ポート２２２へその対応するマイクロミラー２４６によって切り替えられる、異なる波長λｊでの第２のスペクトル・チャネルを示す。この切り替えは、同様にヒットレスであることができ、図６Ａに関連して上述された切り替えと同様の方法で達成される。図６Ｂにおけるポート２２２上の光学信号出力は、このように、ポート２２４上のλｉ入力とポート２３０上のλｊ入力との組み合わせを含む。同様の態様で、他の波長は、他の入力／アド・ポート上に入力され、かつ複合マルチチャネル信号を形成するために、出力ポート２２２に切り替えられる。
【００６２】
第１の減衰された状態から出力ポートでの第２の異なる減衰された状態へ切り替えるために、図６Ａ〜図６Ｂに示されるように光学信号を制御することは、異なる方法によって達成される。第１の方法にしたがって、入力ポートに入射光は、最大結合状態、すなわちフル・パワーである。次に、入力ポートから出力ポートへのヒットレス切り替えは、入力ビームが、上述のように出力ポートへヒットレスで切り替えられる一方、図６Ｃに示されるように、最大減衰に関する減衰軸を使用することによって達成される。ビームが出力ポートにあると、減衰軸は、ゼロ減衰に対応するフル・パワーに戻るように制御される。結合効率は、次にフル・パワー状態で最適化され、最適結合を達成したとき、ビームは、所望の出力パワー・レベルを提供するために、その減衰軸を中心としてチャネル・マイクロミラーの移動を制御することによって減衰される。
【００６３】
第２の方法は、最大結合効率へ第１に減衰しないことなく、入力ポートでの元の減衰された状態から、出力ポートでの所望の減衰された状態へ直接進む。この方法は、減衰軸を中心とする回転角度（例えば静電電圧）に応じて、各チャネル・マイクロミラーに関する減衰レベルを特定する、制御システムの電子装置モジュールのメモリ内のルックアップ・テーブル内に格納された較正電圧を用いる。
【００６４】
ヒットレス切り替えに関する第３の好ましい方法は、パワーを最小化するために、入力ポートでの減衰された状態から、減衰軸を中心とする回転によって出力ポートでの低光状態へ進む。次に、所望の宛先ポートへのヒットレス切り替えは、最小パワー、例えば遮断状態で保持される減衰軸で実行される。次に、宛先ポートに到達したとき、チャネル・マイクロミラーは、フル・パワーに戻るよりむしろ、例えば−２０ｄＢなどの低い光レベルに進むために、減衰軸を中心として回転され、低い光レベルでの結合効率は、次に、チャネル・マイクロミラー（および好ましくは、簡単に記載される方法で、同様に図１に示される対応するポート・ミラー１０６）の切り替え軸を使用して最適化される。次に、最適結合効率を達成すると、チャネル・マイクロミラーは、所望のパワー・レベルに関するその減衰軸を中心として回転される。
【００６５】
その切り替え軸を中心とするチャネル・マイクロミラーの回転を制御することによって、結合効率を制御することに加えて、各チャネルのスペクトル・ビームが、その対応するチャネル・マイクロミラー上に合焦される位置を制御することも望ましい。高い通過帯域および高いデータ伝送レートを与えるために、チャネルの中心波長は、チャネル・マイクロミラーの中心に位置合わせされるべきである。他のチャネルの中心波長は、それらの対応するマイクロミラーの中心に同様に位置合わせされるべきである。チャネル間隔が、ＩＴＵグリッド仕様によって特定され、チャネル・マイクロミラーは、入力マルチチャネル最適信号のＩＴＵグリッド間隔にしたがったアレイ内で側方に離間される。したがって、全てのチャネルの中心波長が、システムの通過帯域を最大化するためにそれらの対応するマイクロミラー上に中心合わせされたままであるように、ＩＴＵ位置合わせを維持することが望ましい。
【００６６】
本発明のＷＳＳシステムは、ＩＴＵ位置合わせが、悪い動作状態の下で確立されかつ維持されることを可能にする。前述のように、図１のＷＳＳ１００は、ポート・ミラー・アレイ１０６とアナモルフィックなビーム拡大器およびリレー・システム１１０との間の光学ビーム経路内に配置されたビーム・スプリッタ１２４を含む。例えば発光ダイオード（図示せず）からの１３１０ｎｍ波長の基準光は、ファイバ・コリメータ・アレイの入力ポートでの複合マルチ波長光学システム内に結合される。ビーム・スプリッタは、ＰＳＤ１２６へ１３１０ｎｍ波長の光ビームを好ましくは反射し、かつアナモルフィックなシステム１１０へスペクトル・チャネル波長、例えばＣ帯域を通過するように形成される。ＰＳＤは、４つの四分円光検出器、すなわち「クワッド・セル」の形態で配置された光セルのアレイを備えることができる。ビーム・スプリッタからＰＳＤ上に反射される１３１０ｎｍの基準光は、電圧電位が、ＰＳＤ上に当たる基準光ビームの重心位置を決定するために使用されるＰＳＤの各四分円内に展開されるようになる。重心位置は、ビームの位置合わせを決定するために使用される。
【００６７】
入力コリメータ１０２が指す方向は、温度に応じて変化することがあり、入力スペクトル・ビームがマイクロミラー上に合焦される位置が、マイクロミラーの中心からの偏差を引き起こし、ＩＴＵ位置合わせ外れを作り、かつチャネル通過帯域を狭くする。さらに、他の熱機械効果は、回折格子角度、チャネル・マイクロミラーの位置、および光学装置の焦点長さにおける変化を引き起こす。これらの効果各々は、またＩＴＵ位置合わせ外れおよび通過帯域を狭くすることを結果として生じる。ＩＴＵ位置合わせ外れを補償するために、ポート・ミラーが回転されて、チャネル中心波長をチャネル・マイクロミラーの中心に再位置合わせする。
【００６８】
図１に示されるＷＳＳの実施形態において、ポート・ミラーの角度位置は、テレセントリックな合焦光学装置の入口開口上に中継され、ポート・ミラーの回転位置における変化による、テレセントリックな光学システムへの入力での角度変化は、合焦面でのスポット位置における変化に変換される。したがって、ポート・ミラーまたは入力ビームの回転は、合焦光学装置の入口開口上のアナモルフィックなビーム拡大器によって中継される。これは、チャネル・マイクロミラーに対するチャネルの並進を導き、その関連するチャネル・マイクロミラーを横切ってチャネルを走査する。チャネルの中心波長が、ＩＴＵ位置合わせに対応するチャネル・マイクロミラーの中心に位置合わせされるとき、ビーム・スプリッタ１２４から反射される基準光ビームは、所定位置でＰＳＤ上に当たる。ビーム位置合わせを表すＰＳＤの４つの四分円によって生成される電圧は、制御電子装置１２８のメモリ内に格納され、かつチャネル・マイクロミラー上にビームを中心合わせするために、ポート・ミラーを制御するフィードバック信号として制御電子装置によって使用される、事前設定基準（較正）電圧と比較される。このように、ＰＳＤ上の基準光の位置は、ＩＴＵチャネル位置合わせのために使用される。この位置は、広範な環境状態の下でのＩＴＵ位置合わせを連続して維持するように、広範な動作状態に関して較正される。
【００６９】
コリメータ、または１つ以上の他の前述した要素の指す方向が、システム温度などの変化のために変わる場合、新たなポート・ミラー角度およびＰＳＤ上の基準光ビーム位置（ｘ１、ｙ１）は、ＩＴＵ位置合わせを維持するために必要である。一組の較正点が、ＩＴＵ位置合わせを維持するための温度、および制御電子装置１２８のメモリ内のテーブルに格納された較正点に応じた必要なＰＳＤスポット位置のために生成される。温度センサが、温度変化を監視するためにＷＳＳモジュール内に配置され、温度情報および較正テーブルからの設定点情報が、ＩＴＵ位置合わせを維持するために、アレイの全てのポート・ミラーを制御するために制御電子装置内のフィード・フォワード・サーボ・システムに供給される。ヒステリシスによる変動を考慮するために、例えば較正情報が、上昇した温度条件および低下した温度条件の両方に関してテーブル内に格納される。
【００７０】
本発明のアーキテクチャの他の利点は、それが、図６Ａ〜図６Ｂ（または簡単に記載される図７および図８）に示されるＡＤＤモジュールなど、ＡＤＤモジュールの様々な出力またはパス・スルー・ポート、あるいはＤＲＯＰモジュールの出力およびドロップ・ポートで、波長の分布を一致する能力を与えることである。波長識別は、例えば、ポート・マイクロミラーの小さな振幅ディザ回転を引き起こし、かつ図４のフィードバック制御システム内の変調を検出することによって、ポート・マイクロミラーから反射された光学信号に小さな振幅の低周波数ディザ変調を引き起こすことによって達成される。
【００７１】
ディザは、ポート・マイクロミラーのいずれかの回転軸について主張される。ディザ法は、そのポート・マイクロミラーによって反射された特定の出力またはパス・スルー・ポートに結合される光学信号を変調する。変調は、好ましくは、図４の光学チャネル・パワー・モニタ１７６内のフォトダイオード・アレイ１９６の画素で、ほぼ０．０５ｄＢの程度の信号におけるパワー変動を生じる。このパワー変動は、電気信号に変換され、ディザ回転を受けるポート・ミラーによって、出力またはパス・スルー・ポート内に向けられる光学信号波長を示すために、電子装置モジュール１８０内の制御ソフトウエアに供給される。ポート・ミラーのディザ周波数は、好ましくは、著しい雑音または乱れを引き起こさないように、光学信号によって伝送される通信信号の周波数と比べて低い周波数（ほぼ１００Ｈｚから２００Ｈｚ）である。
【００７２】
一般的なリング・ネットワークにおいて、同時に動作するいくつかの波長選択性スイッチ・モジュールが存在する。リング・ネットワークにおける各波長選択性スイッチ・モジュールが、ポート通過する波長を示すために同一のディザ周波数を用いる場合、通信信号におけるディザ周波数で雑音の著しい蓄積が存在する。したがって、リング・ネットワークにおける各モジュールに関して異なるディザ周波数を使用することが望ましい。これを達成するために、各ＷＳＳモジュールは、独特なディザ周波数が割り当てられ、好ましくは、リングおける他のＷＳＳモジュールのディザ周波数とは少なくとも５Ｈｚ異なる。周波数割り当て方法は、例えば、既に使用されているディザ周波数に関する電子探索を実行し、次に使用されていない周波数を割り当てることによって自動的である。
【００７３】
図６Ａ〜図６Ｂに示されるＡＤＤモジュール２２０の５×１（Ｎ×Ｍ）アーキテクチャは、典型的なＡＤＤモジュールであり、中心波長λ１からλｎを有する光学チャネル信号は、Ｎ個の入力およびアド・ポートを介する任意の組み合わせに入り、かつ１つ（Ｍ＝１）の出力ポートを介して出射する。このアーキテクチャにおけるインおよびアド・ポート（Ｎ）の数または波長の数に理論的な制限はない。しかしながら、特定の波長λｉが、１つのポートから入射するだけが可能である制限がある。複数のλは、これらのλが互いに異なる限り、入力ポートまたはアド・ポートのいずれかから入射することができる。
【００７４】
図７は、前述の制限を阻止するＡＤＤモジュール３００アーキテクチャの他の実施形態を示す簡略化された図である。（複数のマイクロミラーが、紙面内にある。）図示されるように、この実施形態は、奇数番号のポート（３０１、３０３、３０５、３０７、および３０９）が入力／アド・ポートであり、偶数番号のポート（３０２、３０４、３０６、３０８、および３１０）が出力ポートであるように配置された、５つの入力またはアド・ポート（ＩＮ１〜ＩＮ５）および５つの出力ポートを有する５×１および１×５モジュールである。しかしながら、この構成において、全てのポートであるが底部（図における）ポートＯＵＴ３１０は、これらのポートに進む光が消えることを意味する「ダーク」ポートである。図７の構成の利点は、それは、特定波長λｉの光学チャネルが、１つ以上の入力またはアド・ポートから入射することを可能にすることである。しかしながら、ただ１つの波長λｉのチャネルが、ＯＵＴポート３１０を通って出る。これは、波長λｉに結合されるチャネル・マイクロミラー３１２の角度が、ビームが反射する方向を決定するからである。これは、次にその波長λｉが通って出射する出力ポートを決定する。全ての他のλｊは、いくつかの他のダーク出力ポートを通ってまたは自由空間内に出る。例えば、ポート３０３を通って入射波長λｉの第２の信号は、チャネル・マイクロミラー３１２によってポート３０８へ向けられる。図７に示される構成は、例えば、任意の専用の波長なしに波長の単一の出力グループを形成するために、ともに波長の複数の入力グループを組み合わせることが望ましい場合に、光学通信システムに多数の適用を有する。
【００７５】
図８は、図７に示されるＡＤＤモジュール３００の実施形態への機能に類似する５×１のＡＤＤモジュール３４０の他の実施形態を示す。ＡＤＤモジュール３４０は、入力またはアド・ポート３４１〜３４５、および１ＯＵＴポート３４６を備えることができる。特定波長λｉが、入力またはアド・ポート３４１〜３４５の複数ポートから入射することができるＡＤＤモジュール３００に対する同様の利点を有する。しかしながら、波長λｉに結合されるチャネル・マイクロミラー３４８の角度に応じて、波長λｉの入射チャネルの１つだけが、ＯＵＴポート３４６を通って出る。全ての他の入射波長λｉは、自由空間へ出る。図７および図８の前の２つのＡＤＤモジュール構成間の原理的な差異は、異なる物理的レイアウトである。２つの動作は、実質的に同一である。
【００７６】
図４のフィードバック制御構成で示されるＷＳＳ光学モジュール１６２は、１つの入力ポートおよび複数の出力またはドロップ・ポートが存在する、典型的なＤＲＯＰモジュールである。ＤＲＯＰモジュールにおいて、出力光学チャネルのパワー管理は、図４に示されるように、各出力またはドロップ・ポートの出射ファイバからの光のあるパーセンテージをサンプリングし、かつ所望のパワー・レベルを得るために各チャネルの光学パワーを測定しかつ制御するために、前述したように制御システムでサンプルを使用することによって、図４に示されるように実施される。
【００７７】
図６〜図８に示されるなどＡＤＤモジュールの場合に、前述のようなチャネル位置合わせおよび出力チャネルのパワー・レベル制御の同一の方法が、また用いられる。しかしながら、ＡＤＤモジュールにおいて、パワー管理は、入力およびアド・ポートに入射する光学チャネルにさらに適用される。これは、入射光学信号に関する所望のパワー・レベルを得るようにチャネル・マイクロミラーを制御するために、入力およびアド・ポートに入射するスペクトル・チャネルからの光のあるパーセンテージをサンプリングし、図４に関連して記載された方法と同一の方法で複合マルチチャネル信号にサンプルを組み合わせ、かつ図４に関連して前述されたなど光学チャネル・モニタおよび制御システムに複合光学信号を提供することによって達成される。
【００７８】
ＡＤＤモジュールに関して、入力および出力チャネルの両方のパワー・レベル制御は、２つの異なる解決方法にいずれかによって実施される。１つの解決方法は、別個の光学チャネル・モニタを用いることがであり、１つの光学チャネル・モニタは、入力およびアド・ファイバにおける光パワーのためであり、１つの光学チャネル・モニタは、出力およびドロップ・ファイバにおける光のためである。２つのチャネル・モニタは、実質的に図４に示されかつ記載されたものと同じであり、チャネル・マイクロミラーの減衰軸を制御する同一または別個の電子装置モジュールを用いることができる。これは、入射かつ出射スペクトル・チャネルの両方のパワーの同時の監視および制御を可能にする。
【００７９】
第２の解決方法は、１つは入力およびアド・チャネルのためであり、１つは出力およびドロップ・チャネルのためである結合器１７２などの別個の結合器と、入力または出力結合器のいずれかからの複合信号を選択するための１×２スイッチと、スイッチの位置に応じて入射光または出射光を監視しかつ制御する、単一の光学チャネル・モニタおよび電子装置モジュールである。特定の減衰レベルが求められる場合、入射光およびパス・スルー光が監視され、特定のパワー・レベルが所望であるなら、出射光が監視される。
【００８０】
本発明によれば、ＡＤＤおよびＤＲＯＰモジュールの両方におけるＩＴＵグリッド位置合わせに関する、それらの結合されるチャネル・マイクロミラー上に中心合わせされたチャネル・ビームを維持する方法は、図１に関連して前述された方法と類似する。ＡＤＤモジュールにおいて、基準光が、前述のように１つの入射ファイバから入力光内に注入され（組み合わされる）、単一のクワッド・セル上に合焦される。しかしながら、他のアド・ポートは、他の入射スペクトル・チャネルも含むので、これらスペクトル・チャネルの位置合わせにおける任意の変化は、アド・ポートに結合されるポート・ミラー・アレイにおける各マイクロミラーの１つまたは両方の軸を中心とする較正された回転量によって補償される。すなわち、アド・ポートに結合されるポート・ミラー・アレイにおけるマイクロミラーは、全ての入力およびアド・ポート・マイクロミラーが、入力ポートの制御に基づいてともに制御されるように、入力ポートに結合されるポート・ミラー・アレイにおけるマイクロミラーにスレーブされる。
【００８１】
前記載から、本発明による再構成可能な光学アド・ドロップ・システムおよび方法が、多数の利点を有する単純化されかつ統合されたアーキテクチャを与えることが分かる。とりわけ、これらは、チャネル毎の基礎で個別スペクトル・チャネルのパワー管理の有効で、フレキシブルで、高い精度の方法、中間チャネルへのクロストークおよび干渉を避けるチャネルのヒットレス切り替え、チャネルを横切るパワーの正確な管理および様々な波長グリッド間隔での動作を可能にするノッチレス動作、高い通過帯域およびＩＴＵチャネル位置合わせを結果として生じる光学特徴の最適化、およびマイクロミラーなどのモジュールおよび構成部品の両方の最適な機械特徴を含む。
【００８２】
前の記載は、本発明の特定の実施形態を参照したが、特許請求の範囲に規定される本発明の精神および原理から逸脱せずに、これら実施形態で変更を行うことができることは、当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】ＲＯＡＤＭのＡＤＤまたはＤＲＯＰモジュールで用いられる、本発明による波長選択性スイッチ（ＷＳＳ）のアーキテクチャを示す概略図。
【図２】図１の波長選択性スイッチで用いられるマイクロミラー・アレイの隣接する２軸チャネル・マイクロミラーの対を示す図。
【図３Ａ】図２の２軸チャネル・マイクロミラーの直交減衰および切り替え軸を中心とする回転に応じる結合効率における差異を示す代表的曲線の図。
【図３Ｂ】図２の２軸チャネル・マイクロミラーの直交減衰および切り替え軸を中心とする回転に応じる結合効率における差異を示す代表的曲線の図。
【図４】マイクロミラーから反射されたマルチチャネル光学信号のスペクトル・チャネルのパワー・レベルおよび結合効率を管理するための、それらの切り替えおよび減衰軸を中心とするチャネル・マイクロミラーの回転を制御するために用いられるサーボ制御システムの概略図。
【図５】複数の隣接するチャネル・マイクロミラーの波長領域にわたる波長に応じるパワー・レベル（挿入損失として表される）のプロットであり、ノッチレス動作のためのチャネル・パワーの制御を示す図。
【図６Ａ】ＡＤＤモジュールの第１の実施形態における本発明によるヒットレス切り替えを示す概略図。
【図６Ｂ】ＡＤＤモジュールの第１の実施形態における本発明によるヒットレス切り替えを示す概略図。
【図６Ｃ】ＡＤＤモジュールの第１の実施形態における本発明によるヒットレス切り替えを示す概略図。
【図７】本発明において用いられることができるＡＤＤモジュールの第２の実施形態の概略図。
【図８】本発明において用いられることができるＡＤＤモジュールの第３の実施形態の概略図。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年9月28日(2007.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる波長のスペクトル・チャネルを有するマルチチャネル光学信号を切り替えるための光学装置であって、
１つ以上の前記スペクトル・チャネルを有する光学信号用の複数の入力および出力ポートを提供するファイバ結合コリメータと、
該ファイバ結合コリメータの入力ポートから光学信号を受け、かつ該光学信号を所定のビーム・プロファイルを有するビームへ変換するように形成されたアナモルフィックなシステムと、
該ビームを構成スペクトル・チャネル・ビームに空間的に分離するための回折格子と、
該構成スペクトル・チャネルを細長いチャネル・ビーム・プロファイルを有するチャネル・ビームへ変換するための合焦光学装置と、
２軸チャネル・マイクロミラーのアレイであって、該マイクロミラーは、前記細長いチャネル・ビーム・プロファイルに適合する細長い形状を有し、該アレイの各マイクロミラーは、１つの前記構成スペクトル・チャネルを受けるように位置決めされる、２軸チャネル・マイクロミラーのアレイと、
前記１つのスペクトル・チャネルを選択された出力ポートへ切り替えるために第１の切り替え軸を中心とする、前記１つのスペクトル・チャンネルを受ける前記アレイのチャンネル・ミラーの前記回転を制御する制御システムとを備え、そのように選択されたポートにおいて前記１つのスペクトル・チャネル出力のパワー・レベルを制御するために、該選択された出力ポートへの前記１つのスペクトル・チャネルの結合を変更するように第２の減衰軸を中心に、該チャンネル・ミラーの該回転を制御するための、装置。
【請求項２】
前記合焦光学装置は、前記マイクロミラーの前記細長い形状に一致する細長いスポット形状を有する該マイクロミラー上に中心合わせされたスポットとして前記スペクトル・チャネル・ビームを合焦する、アナモルフィックな光学装置を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アナモルフィックなシステムおよび前記合焦光学装置は、直行する方向に異なる倍率を有するレンズを備え、前記倍率および前記マイクロミラーの前記細長い形状は、前記選択された出力ポートに前記スペクトル・チャネルを結合するための前記減衰軸を中心にするマイクロミラーの角度回転に対する第１の結合感度が、前記切り替え軸を中心にする該マイクロミラーの角度回転に対する第２の結合感度より低いように選択されて、該選択された出力ポートに該スペクトル・チャネルを切り替える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記アナモルフィックなシステムおよび前記合焦光学装置は、空気力学的クロストークを低減する前記マイクロミラー上のスポットの大きさにスペクトル・チャネル・ビームを合焦するように選択された前記倍率を有する請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記アナモルフィックなシステムおよび前記合焦光学装置は、マイクロミラーから前記選択された出力ポートへ反射されたスペクトル・チャネル・ビームを、隣接する出力ポートへの結合およびクロストークを低減するスポットの大きさに合焦するように選択された前記倍率を有する、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記制御システムは、スペクトル・チャネルを異なる出力ポートへ切り替えるための切り替え軸を中心とするチャネル・マイクロミラーの回転位置に対応する所定の値に応答し、前記スペクトル・チャネルにおける選択されたパワー・レベルに対して前記減衰軸を中心とする該チャネル・マイクロミラーの回転を制御するための該スペクトル・チャネルにおけるパワーの測定値に応答する制御電子装置をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記所定の値は、出力ポートへのスペクトル・チャネルの公称最適結合に対応し、前記制御電子装置は、前記マイクロミラーの初期回転位置に対する該所定の値を使用して、該スペクトル・チャネルを該出力ポートへ切り替える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記制御システムは、ディザ・トーンでスペクトル・チャネルを変調し、前記制御電子装置は、前記出力ポートで該スペクトル・チャネルにおける該ディザ・トーン変調を検出し、かつ前記対応するチャネル・マイクロミラーを制御して、該出力ポートへの該スペクトル・チャネルの前記結合を最適化する、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記制御システムは、ディザ周波数で位相外れ制御信号を印加することによって、チャネル・マイクロミラーの前記切り替えおよび減衰軸をディザリングして、前記ディザ・トーン変調で前記マイクロミラーから反射された前記スペクトル・チャネル信号を変調し、前記制御電子装置は、ディザ変調の検出に応答して該マイクロミラーを該切り替え軸を中心に回転して、前記出力ポートへの該スペクトル・チャネル信号の前記結合を最適化する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御システムは、チャネル・マイクロミラーの前記切り替えおよび減衰軸をディザリングし、該軸の角度位置の異なる組み合わせにおけるパワー・レベルを測定し、各軸のパワーと回転角度との間の所定の関係に基づいてフィード・フォワード・アルゴリズムを用いて、最適な結合効率を提供する回転角度を予測し、かつ前記回転角度に該チャネル・マイクロミラーを回転して、最適な結合効率を達成する、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記制御システムは、出力ポートにおいてスペクトル・チャネルにおける前記パワーを測定するための光学チャネル・モニタを備え、前記制御電子装置は、該スペクトル・チャネルにおける前記測定されたパワーを、前記選択されたパワー・レベルと比較し、前記減衰軸を中心とする対応するチャネル・マイクロミラーを回転して、前記スペクトル・チャネル・パワー・レベルを該選択されたパワー・レベルに管理する、請求項６に記載の装置。
【請求項１２】
前記制御システムは、該制御プログラムは、ヒットレス切り替えのための前記スペクトル・チャネル信号の切り替えの間に、前記減衰軸を中心とする対応するチャネル・マイクロミラーの回転を制御して、前記マイクロミラーから反射されたスペクトル・チャネル信号を減衰する制御プログラムを備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記制御システムは、ヒットレス切り替えの間に前記チャネル・マイクロミラーを回転して、反射された光を実質的に遮断する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記制御システムは、自身の減衰軸を中心とするチャネル・マイクロミラーの回転を制御して、ノッチレス動作のために前記マイクロミラーからの光学信号の前記パワーを調整する制御プログラムを備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
ノッチレス動作のために、前記制御システムは、マイクロミラーの通過帯域におけるスペクトル・チャネルの前記パワーを、隣接するマイクロミラー間のノッチ領域における光学パワーの近似的なレベルに減衰する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記制御システムは、スペクトル・チャネルの所定のパワー・レベルのための前記減衰軸を中心とするチャネル・マイクロミラーの前記回転位置に対応する較正値が格納されたメモリを備え、前記制御電子装置は、前記スペクトル・チャネルの選択されたパワー・レベルに対応する前記値に対する該チャネル・マイクロミラーを回転するための前記較正値に応答する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記入力ポートから前記アナモルフィックなシステムへ前記光学信号を反射して、ポート・ミラーの回転角度によって決定されるマイクロミラー上のスペクトル・チャネル・ビームを該マイクロミラー上の位置に配置する、回転可能なポート・ミラーと、該ポート・ミラーの前記回転を制御するための前記入力ポートからの基準ビームの光検出器上の位置に応答して、前記マイクロミラー上に中心合わせされた前記チャネル・ビームの位置を位置合わせするポート・ミラー制御電子装置とをさらに備える、請求項２に記載の装置。
【請求項１８】
各ファイバ・コリメータ・ポートについて１つのポート・ミラーのアレイが存在し、前記装置は、前記光学信号を前記アナモルフィックなシステムへ通過させる一方、前記基準ビームを前記光検出器へ反射するために、該ポート・ミラーのアレイと該アナモルフィックなシステムとの間に配置されるビーム・スプリッタをさらに備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記ポート・ミラー制御電子装置は、前記光検出器上の前記基準ビームの異なる位置に対する前記マイクロミラー上の前記チャネル信号の位置合わせからの偏差を表す値が格納されたメモリを備え、制御回路は、前記アレイの該ポート・ミラーを制御するための所定位置からの該基準ビームの偏差に応答して、前記チャネル信号を再位置合わせする、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記ファイバコリメータと前記アナモルフィックなシステムとの間に光学的に配置された、各ファイバ・コリメータ・ポートについて１つのポート・ミラーのアレイが存在し、前記ポート・ミラー制御電子装置は前記ポート・ミラーを制御して、出力ポートへの反射された前記スペクトル・チャネルの最適な結合のために、前記マイクロミラー上にスペクトル・チャネル・ビームを位置決定する、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記ポート・ミラーは、２軸性であり、前記制御システムは、前記ポート・ミラーの直交軸をディザリングし、前記軸の角度位置の異なる組み合わせでの前記パワー・レベルを測定し、前記ポート・ミラーの各軸のパワーと回転角度との間の所定の関係に基づくフィード・フォワード・アルゴリズムを用いて最適な結合効率を提供する前記回転角度を予測し、かつ該ポート・ミラーを前記回転角度に回転して最適な結合効率を達成する、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記制御システムは、さらに、チャネル・マイクロミラーの前記切り替えおよび減衰軸をディザリングし、前記ポート・ミラーおよび前記チャネル・マイクロミラーの角度位置の異なる組み合わせにおける前記パワー・レベルを測定し、前記ポート・ミラーに対する前記所定の関係と、該チャネル・マイクロミラーの各軸のパワーおよび回転角度の間の他の所定の関係とに基づくフィード・フォワード・アルゴリズムを用いて最適な結合効率および選択されたパワーまたは減衰レベルを提供する前記回転角度を予測し、かつそのような回転角度に前記チャネル・ミラーおよび前記ポート・ミラーを回転して、最適な結合効率または選択されたパワーまたは減衰レベルを達成する、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
入力ポートと出力ポートとの間に異なる波長のスペクトル・チャネルを有するマルチチャネル光学信号の光学信号を切り替えのための光学装置を最適化する方法であって、
１つ以上の入力ポートからの該光学信号を所定のビーム・プロファイルを有するビームへ、垂直方向に該ビームをアナモルフィックに拡大することによって、変換する工程と、
前記ビームを細長いチャネル・ビーム・プロファイルを有する構成スペクトル・チャネル・ビームへ空間的に分離する工程と、
対応するチャネル・マイクロミラー上に細長いスポットとして、前記分離されたスペクトル・チャネル・ビームを合焦する工程であって、該チャネル・マイクロミラーは、前記細長いスポットの形状および大きさに適合する細長い形状および大きさを有し、前記合焦する工程は、前記対応するマイクロミラー上に中心合わせされるべき前記細長いスポットを位置合わせする工程を備える、前記分離されたスペクトル・チャネル・ビームを合焦する工程と、
対応するスペクトル・チャネルを選択された出力ポートに切り替えるために第１の軸を中心にしてチャネル・マイクロミラーを回転し、かつ該選択された出力ポートに結合される該スペクトル・チャネルのパワーを制御するために、第２の直交軸を中心として該チャネル・マイクロミラーを回転する工程と
を備える方法。
【請求項２４】
前記マイクロミラーを横切る前記構成スペクトル・チャネルの合焦された細長いスポットを移動する前記チャンネル・マイクロミラーの回転位置である、ポート・ミラーから前記光学信号を反射する工程と、前記チャネル・マイクロミラー上に該合焦した細長いスポットの前記位置を決定する工程と、該チャネル・マイクロミラー上に中心合わせされた該細長いスポットを維持する工程とをさらに備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記決定する工程は、検出器上の前記光学信号で、入力ポート内に注入された基準ビームの前記位置を決定する工程を備え、前記維持する工程は、該検出器上の所定の位置で該基準ビームを維持するために前記ポート・ミラーを制御する工程を備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記光学信号を所定の周波数のディザ・トーンで変調する工程と、出力ポートでスペクトル・チャネル上の該ディザ・トーン変調を検出する工程と、所定の検出されたディザ・トーン変調状況に対して前記チャネル・マイクロミラーを制御する工程とをさらに備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記変調する工程は、前記スペクトル・チャネルを位相の外れたディザ・トーンで変調することを備え、前記制御する工程は、複数の前記所定の周波数で検出されたディザ変調のために制御する工程を備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記光学信号を異なる所定の周波数のディザ・トーンで変調する工程と、出力ポートでスペクトル・チャネル上の該ディザ・トーン変調を検出する工程と、前記所定のディザ・トーン周波数からポートに結合された該スペクトル・チャネルを識別する工程とをさらに備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記ポート・ミラーは２軸性であり、前記方法は、前記ポート・ミラーの直交軸をディザリングする工程と、前記軸の角度位置の異なる組み合わせにおける前記パワー・レベルを測定する工程と、最適な結合効率を提供する回転角度を予測するために前記ポート・ミラーの各軸のパワーと回転角度との間の所定の関係に基づいてフィード・フォワード・アルゴリズムを使用する工程と、最適な結合効率を達成するために前記回転角度に該ポート・ミラーを回転する工程とをさらに備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
チャネル・マイクロミラーの直交する切り替えおよび減衰軸をディザリングする工程と、前記ポート・ミラーおよび前記チャネル・マイクロミラーの角度位置の異なる組み合わせにおける前記パワー・レベルを測定する工程と、最適な結合効率および選択されたパワーまたは減衰レベルを提供する前記回転角度を予測するために、前記ポート・ミラーに関する所定の関係と該チャネル・マイクロミラーの各軸のパワーおよび回転角度の間の他の所定の関係とに基づくフィード・フォワード・アルゴリズムを使用する工程と、前記最適な結合効率または選択されたパワーまたは減衰レベルを達成するために、そのような回転角度に前記チャネル・ミラーおよび前記ポート・ミラーを回転する工程とをさらに備える、請求項２４に記載の方法。
【請求項３１】
第２の直交軸を中心にして前記マイクロミラーを回転することによって、最小のパワー・レベルに第１のポートにおいて前記スペクトル・チャネルにおける前記パワーを低減する工程と、前記最小のパワー・レベルを維持しながら第１の軸を中心にして前記チャネル・マイクロミラーを回転することによって、前記スペクトル・チャネルを第２のポートに切り替える工程と、前記直交軸を中心にして前記チャネル・マイクロミラーを回転することによって前記パワーを低パワー・レベルに増大する工程と、該第１の軸を中心にして回転することによって、前記低パワー・レベルで該第２のポートにおいて該スペクトル・チャネルの前記結合を最適化する工程と、該直交軸を中心にして該チャネル・マイクロミラーを回転することによって、前記パワー・レベルを選択されたパワー・レベルに増大する工程とをさらに備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記マルチチャネル光学信号の個別のスペクトル・チャネルの前記パワーを増大する工程と、前記個別のスペクトル・チャネルの所定のパワー・レベルに対して、前記チャネル・マイクロミラーの前記直交軸にフィードバック制御を適用する工程とをさらに備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記変換する工程は、各直交する方向における前記ビームに対して異なる倍率を適用する工程と、前記合焦された細長いスポットが、光学通過帯域を最適化する前記マイクロミラーに形状および大きさを有するように、前記倍率を選択する工程とを備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
前記選択する工程は、空気力学的クロストークを低減するマイクロミラー上のスポットの大きさに関する前記倍率を選択する工程を備える、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記選択する工程は、マイクロミラーから、前記反射されたビームから隣接する出力ポートへの結合およびクロストークを低減する前記選択された出力ポートへ反射された、スペクトル・ビームのスポットの大きさに関する前記倍率を選択する工程を備える、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記出力ポートに結合される前記スペクトル・チャネルの前記パワーを制御するために、第１および第２の軸の両方を中心にしてチャネル・マイクロミラーを回転する工程をさらに備える、請求項２３に記載の方法。
【請求項３７】
異なる出力ポートへスペクトル・チャネルを切り替える光学装置におけるマイクロミラーのアレイの対応するチャネル・マイクロミラー上にマルチチャネル光学信号のスペクトル・チャネルを位置合わせする方法であって、
異なる中心波長を有する複数のスペクトル・チャネルからなるマルチチャネル光学信号および基準ビームを、入力ポートから回転可能なポート・ミラーへ向ける工程と、
該ポート・ミラーからの該マルチチャネル光学信号を構成スペクトル・チャネルへ空間的に分離する工程であって、該分離されたスペクトル・チャネルは、それらの中心波長にしたがって離間される、分離する工程と、
該分離されたスペクトル・チャネルをマイクロミラーのアレイの対応するチャネル・マイクロミラー上のスポットとして合焦する工程であって、該アレイの該マイクロミラーは、隣接する構成スペクトル・チャネル間の該分離にしたがって離間され、対応するマイクロミラー上のスポットの位置は、該ポート・ミラーの回転の角度によって決定される、合焦する工程と、
該ポート・ミラーの回転の角度によって決定される検出器上の位置を有する該基準ビームを、該検出器上に向ける工程と、
前記チャネル・マイクロミラー上の所定位置で対応する隣接チャネル・マイクロミラー上の隣接する分離されたスペクトル・チャネルを位置合わせする所定位置に、該検出器上に該基準ビームを位置決めするために該ポート・ミラーの回転を制御する工程と
を備える方法。
【請求項３８】
環境条件における変化によって引き起こされる前記基準ビームの前記所定位置からの偏差に対応する検出器電圧を格納する工程と、前記環境条件を監視する工程と、環境条件における前記変化を検出すると、前記対応するマイクロミラー上の前記所定位置に対する前記スペクトル・チャネルを再位置合わせするための前記格納された電圧を使用して前記ポート・ミラーを制御する工程とをさらに備える、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
ＩＴＵグリッド仕様に一致する前記スペクトル・チャネルを位置合わせする工程をさらに備える、請求項３７に記載の方法。
【国際調査報告】
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