(57)【要約】      （修正有）【課題】機械的可動部を持たず構造が簡単であり、チャンネル数も数百〜数千チャンネルと超大規模なＷＤＭ伝送装置に対応でき、更にはスイッチング速度も非常に高速で処理することができる、オプティカルクロスコネクト装置を得る。【解決手段】Ｍ個の入力用光ファイバー１とＮ個の出力用光ファイバー２と、この中間に設置されるスペックルモード変換のためのマルチモード光導波路に電極１０を形成したマルチモード光導波路と、アドレス選択のためのホログラムを形成する非線形光学結晶又は有機材料から成るホログラフィックフィルター５と、予めホログラムを形成するための光源として均一モードのレーザービームを発振するレーザー装置と、レーザービーム平行及び分割するためのレンズ系，ビームスプリッター，反射ミラー等の光学部品と、アドレス光を検出するためのアドレス光検出器１４及び電極に電圧を印加する電源装置８にて構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ個の入力用光ファイバー（１）とＮ個の出力用光ファイバー（２）と、この中間に設置されるスペックルモード変換のためのマルチモード光導波路支持基板（３）に電極（１０）を形成したマルチモード光導波路（４）と、アドレス選択のためのホログラムを形成する非線形光学結晶又は有機材料から成るホログラフィックフィルター（５）と、予めホログラムを形成するための光源として均一モードのレーザービームを発振するレーザー装置（６）と、レーザービームを平行及び分割するためのレンズ系（７ａ），ビームスプリッター（７ｂ），反射ミラー（７ｃ）等の光学部品と、アドレス光を検出するためのアドレス光検出器（１４）及び電極（１０）に電圧を印加する電源装置（８）からなることを特徴とする、オプティカルクロスコネクト装置。
【請求項２】
入力光を指定のアドレスにスイッチング出力するホログラムを予め形成するため、均一モードのレーザービームを発振するレーザー装置（６）と、該レーザー装置（６）から発振されたレーザービーム（９）を均一な平行光とするレンズ系（７ａ）と、該レーザービーム（９）を二つの経路に分割するビームスプリッター（７ｂ）と、ホログラフィックフィルター（５）を照射するため前記ビームスプリッター（７ｂ）で分割されたレーザービーム（９ｂ）を反射する反射ミラー（７ｃ）からなることを特徴とする、オプティカルクロスコネクト装置。
【請求項３】
Ｍ個の入力用光ファイバー（１）に入力されたレーザービーム（９ａ）は、マルチモード光導波路（４）に形成された電極（１０）の印加電圧Ｖｉ（ｉ＝１，２，…）により、夫々のマルチモード光導波路（４）には相互に異なるスペックルパターンを生じ、ホログラフィックフィルター（５）のパターンと一致した箇所のみ出力用光ファイバー（２）に選択的にレーザービームが送られること即ちマルチモードのスペックルパターンとの一致によって入力光を所定のアドレスにスイッチング出力することができることを特徴とする、オプティカルクロスコネクト装置。
【請求項４】
入力光を制御するマルチモード光導波路（４）を形成したマルチモード光導波路支持基板（３）は、入力する光信号λｉ（ｉ＝１，２，…）に対応した数の層で構築し、各層の上部には特定形状をした数個の電極（１０）と、下部には対極としての電極（１０ａ）を形成し、夫々のマルチモード光導波路（４）上の電極（１０）に電源装置（８）から出力される制御用電圧を印加することを特徴とする、オプティカルクロスコネクト装置。
【請求項５】
夫々のマルチモード光導波路（４）を通過するレーザービーム（９ａ）は上部の電極（１０）の印加電圧と個数に応じたスペックルパターンを発生し、該レーザービームが出力側のホログラフィックフィルター（５）に入力される時は、それぞれ個別に発生したスペックルパターンが線形的に合成されることを特徴とする、オプティカルクロスコネクト装置。
【請求項６】
線形的に合成されたスペックルパターンが、予め形成されたホログラフィックフィルター（５）のスペックルパターンと一致するか否かの選択によって出力用光ファイバー（２）にスイッチング出力することができることを特徴とする、オプティカルクロスコネクト装置。
【請求項７】
多くの異なるスペックルパターンを発生させるため、上部の電極（１０）は複数個が配列され、夫々の電極（１０）にはバイナリー方式で一定の電圧を印加し若しくは必要なアナログ電圧を印加し、該印加電圧により高速な電気光学効果により電極（１０）の下にあるマルチモード光導波路（４）内を通過するレーザービームには夫々の条件で決まるスペックルパターンが発生し、該スペックルパターンが入力光を選択的にスイッチングすることができることを特徴とする、オプティカルクロスコネクト装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光バックボーン・ネットワークにおける高速伝送技術であるＷＤＭ（波長分割多重：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送装置内において、光信号を電気信号に変換処理することなく直接経路変換することができる、オプティカルクロスコネクト装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インターネット接続を行うためのパソコンや携帯電話の爆発的な普及に伴い、通信インフラにおいてもブロードバンドによる高帯域化やｘＤＳＬ等による高速化及び常時接続が普及し始め、更には次世代インターネットや次世代携帯電話の発展・普及を円滑にすべくバックボーン・ネットワークの大幅な速度向上が望まれている。
【０００３】
光ファイバーケーブルで信号を伝送する場合、従来のＴＤＭ（時分割多重：ｔｉｍｅ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式では１本の光ファイバーケーブルに１波長しか伝送できないが、ＷＤＭ方式では波長が個々に異なる多数の波長が伝送できるため既設の光ファイバーケーブルを利用して帯域及び伝送速度を大幅に向上させることができる。該ＷＤＭ技術を利用したＷＤＭ伝送装置において、入力側光信号と出力側光信号とを高速に経路変換即ちクロスコネクトさせるためには、光信号を電気信号に変換処理することなく直接経路変換することができる光スイッチが必要不可欠なものとなる。
【０００４】
現時点における光スイッチの方式としては、「ミラー型」と呼ばれるＳｉ基板等でできた微小ミラーを回転若しくは上下移動させることにより入射光を特定の反射角で反射させて経路変換を行ったり、「平面光導波路型」と呼ばれる基板内にヒーターを埋め込んだ交差部を有する導波路において該ヒーターを加熱させることにより光の屈折率を変えて経路変換を行ったり、「バブル型」と呼ばれる前記ヒーターの代わりに液体を満たした溝を設け、該溝内の泡の発生を制御することにより光の反射角を変えて経路変換を行ったり、「メカニカル型」と呼ばれる光ファイバーケーブルを電磁石等で曲げて経路変換を行う方法の４種類がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記各種方法において「ミラー型」はチャンネル数が数百チャンネルと現時点では最も大規模なものであるが、光信号の経路変換を行うためには微小ミラーの回転若しくは上下移動による機械的可動を伴うため、耐久性に問題があった。更に、スイッチング速度も５０ｍｓｅｃ程度と低速であるという問題点があった。また、「メカニカル型」はスイッチング速度が１０ｍｓｅｃ以下と比較的高速であるがチャンネル数が数チャンネルしか構成できなく、小規模な用途にしか利用できないといった問題点があった。また、「平面光導波路型」や「バブル型」もスイッチング速度が１０ｍｓｅｃ程度と比較的高速でありチャンネル数も数十チャンネルの構成が可能であるが、基板内にヒーターや液体を満たした溝を埋設する構造であるため、耐久性に多少の不安があった。また、機械的可動は無いものの多少の機械構成要素が必要であり、構造が複雑になってしまうといった問題点もあった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解決するために成されたものであり、機械的可動部を持たず構造が簡単であり、チャンネル数も数百〜数千チャンネルと超大規模なＷＤＭ伝送装置に対応でき、更にはスイッチング速度も非常に高速で処理することができ、次世代フォトニック・ネットワーク構築を急速に推進させることができる、オプティカルクロスコネクト装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明のオプティカルクロスコネクト装置全体の概念図であり、図２は本発明のオプティカルクロスコネクト装置におけるマルチモード光導波路に電気光学効果を施すための光スイッチの概念図である。図１に示すように、入力用光ファイバー１から入力された入力光はＡＷＧ型合分波器１２及びダイクロイックミラー１３を経由し、マルチモード光導波路４に入力される。そして、ホログラフィックフィルター５によりスイッチングされた入力光は更にダイクロイックミラー１３及びＡＷＧ型合分波器１２を経由して出力用光ファイバー２に出力される。該図から明らかなように本発明のオプティカルクロスコネクト装置の構成は、駆動部分が一切なく光学材料のみである。
【０００８】
マルチモード光導波路４はマルチモード光導波路支持基板３上に電気光学効果を有する非線形光学結晶又は有機材料で形成し、該マルチモード光導波路４の上部にはスペックルパターンを制御するのに最適な形状の電極１０と、下部には対極としての電極１０ａを配置する。図では例として三角形状の電極１０を示した。そして、該電極１０に電圧を印加することにより電極１０の下にあるマルチモード光導波路４を通るレーザービーム９ａは電気光学効果により条件に対応したスペックルパターンを発生する。該スペックルパターンは、電極１０の構造や印加電圧及びマルチモード光導波路４の光学的特性によって一次的に決まる。発生したスペックルパターンは外部環境が変わらなければ経時変化は起こらない。このため、簡単な構造で信頼性が高く経済性のある安定した装置を実現することができる。また、図３は図２における電気光学効果用の電極とマルチモード光導波路の位置関係を示した断面図であり、電極１０とマルチモード光導波路４の位置関係を分かり易く示した。また、図４はシングルモードで入力したレーザービームがマルチモード光導波路内で電極によって定まるスペックルパターンを発生し、マルチモード光導波路よりホログラフィックフィルターに入力される様子を概念的に示した平面図であり、マルチモード光導波路４で形成されるスペックルパターンはマルチモード光導波路４’にそのまま合流し、その一本のマルチモード光導波路４’からホログラフィックフィルター５に入力される様子を分かり易く示した。
【０００９】
図５は本発明のオプティカルクロスコネクト装置におけるホログラフィックフィルターを作成するときの光学系の配置図であり、光スイッチング機能を付加するため、レーザー装置６とレンズ系７ａとビームスプリッター７ｂ及びホログラフィックフィルター５に平行移動する反射ミラー駆動装置７ｄに取り付けた反射ミラー７ｃで構成した光学系により、該ホログラフィックフィルター５に予めホログラムを形成する。これはオプティカルクロスコネクト装置がシステム内で稼動する前に行われるため、ホログラム形成記録に要する時間は光通信のスイッチング速度には何ら影響しない。このため、該工程でレーザー装置６は高出力でなく、ホログラフィックフィルター５も必ずしも高感度である必要がない。従って、本発明のオプティカルクロスコネクト装置は経済性が高く、ホログラフィックフィルター５の材料の選択肢も多くあることが特徴である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図５の本発明のオプティカルクロスコネクト装置におけるホログラフィックフィルターを作成するときの光学系の配置図に基づいて説明する。まず、ホログラフィックフィルター５の作成工程として、レーザー装置６から発振されるレーザービーム９を、レンズ系７ａにより一定の径の均一な平行光とし、該平行光を信号の入力用光ファイバー１とホログラフィックフィルター５とする非線形光学結晶又は有機材料に照射するため、ビ−ムスプリッター７ｂで二つの経路に分割する。分割された一方の平行光９ａはレンズアレイ７ｅを経由して直接入力用光ファイバー１に入力される。他の平行光９ｂはホログラフィックフィルター５に平行且つ左右に移動する反射ミラー駆動装置７ｄに取り付けられた反射ミラー７ｃにより非線形光学結晶又は有機材料を照射する。このようにして、同一光源から出力した２光路の光は非線形光学結晶又は有機材料の中で交差して光干渉し、ホログラムを形成する。その結果、本発明のオプティカルクロスコネクト装置に必要となるホログラムが予めホログラフィックフィルター５に記録されることになる。
【００１１】
次に、非線形光学結晶又は有機材料にホログラムを形成する手段について、更に詳細に説明する。各種各様のスペックルパターンを発生させる基本的手段はマルチモード光導波路４の上に形成された電極１０の形状及びその個数と、該電極１０に印加される電圧によって決まる。スイッチングの条件を設定して非線形光学結晶又は有機材料に一定の間隔でホログラムを形成する。これをホログラフィックフィルター５とすることにより、光の経路を選択的に定めることができる。先に述べたように、ホログラムを形成するのは通信の実働中ではないので、形成又は消去に時間的制約はない。
【００１２】
ホログラフィックフィルター５の完成後は、ホログラムの形成に用いたレーザー装置６，レンズ系７ａ，ビームスプリッター７ｂ，反射ミラー７ｃ及び反射ミラー駆動装置７ｄはオプティカルクロスコネクト装置の通信系から取り除く。このため、極めて簡単で保守性がよく且つ経済性のあるシステムにすることができる。
【００１３】
次に、本発明のオプティカルクロスコネクト装置の心臓部となる光スイッチング機能について述べる。基本原理は「光導波路から射出されるレーザースペックルパターンの相関一致」の応用である。この場合、相互相関関数（Ｃｒｏｓｓ‐Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）は数１で与えられる。
【００１４】
【数１】
Ｃｉ，ｊ＝Ｐｉ×Ｐｊ
Ｃｉ，ｊ：相互相関関数
Ｐｉ：外部からの印加電圧がない時のマルチモード光導波路からでるスペックルパターン
Ｐｊ：外部から印加電圧を加えた時のマルチモード光導波路からでるスペックルパターン
【００１５】
定理により、ｉ＝ｊの時  １（ＭＡＸ）  即ちパターンが一致した時最大
ｉ≠ｊの時  ０（ＭＩＮ）  即ちパターンが一致しない時最小
となる。そして、入力用光ファイバー１から入った光信号は、マルチモード光導波路４の上の電極１０に印加する制御電圧により必要とするスペックルパターンを発生し、ホログラフィックフィルター５によりアドレスが選択され出力用光ファイバー２に接続される。
【００１６】
前項で示した方式を具体的な事例でその機能を説明する。
【００１７】
【ホログラフィックフィルターの作成】
図６はホログラフィックフィルターの作成原理を示した図であり、ホログラムＨ１を形成する場合、レーザー装置６から出力したレーザービーム９ａをビームスプリッター７ｂで分割した一方のビームを入力側から信号制御用の電極１０の下部にあるマルチモード光導波路４に通過させ、夫々の印加電圧に対応したスペックルパターンを発生させる。ここで、Ｖ１１としてこれらを一つのマルチモード光導波路４に纏めると、ここから射出するビームのスペックルパターンＳ１は図に示したように夫々のスペックルパターンの和となる。これにビームスプリッター７ｂで分割したもう一方のビームを参照光Ｒ１としてＳ１からのビームに直角に照射するとこの交点で光干渉が起こりホログラムが形成される。同様にしてＶ２１としてスペックルパターンＳ２を発生し、参照波Ｒ２と干渉させてホログラムＨ２を形成する。以下同様の方法で、必要な数のホログラムを形成して一つのホログラフィクフィルター５を完成する。
【００１８】
【ホログラフィックフィルターによる光の回折】
図７はホログラフィックフィルターによる光の回折原理を示した図であり、今、二つの入力信号が夫々Ｖ１２とＶ２１の印加電圧を受けたとすると、ホログラフィックフィルター５に入力されるスペックルパターンはＳとなる。既成のホログラムＨ１とホログラムＨ２を通過するとき、先に示した相互相関関数の条件を満たした箇所でビームは回折され、出力側の光導波路に入射する。即ち、電極１０の印加電圧を制御することによりビームは必要な箇所にスイッチングされることになる。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のオプティカルクロスコネクト装置をＷＤＭ伝送装置における光スイッチに使用すれば、光電効果の利用により高速にスペックルパターンを変化させて、予め設定してあるホログラフィックフィルターを通過させるだけで入力側光信号と出力側光信号とを高速に経路変換即ちクロスコネクトを行わせることができる。該ホログラフィックフィルターは装置の稼動以前に形成してあることが特徴であり、故に稼動中のスイッチング速度に何ら影響を与えない優れた特徴がある。前記スペックルパターンは必要に応じて多数作っておくことができるため、チャンネル数も数百〜数千チャンネルと超大規模なＷＤＭ伝送装置に対応でき、更にはスイッチング速度も非常に高速で処理することができるため、次世代フォトニック・ネットワーク構築を急速に推進させることができるという絶大なる効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオプティカルクロスコネクト装置全体の概念図である。
【図２】本発明のオプティカルクロスコネクト装置におけるマルチモード光導波路に電気光学効果を施すための光スイッチの概念図である。
【図３】図２における電気光学効果用の電極とマルチモード光導波路の位置関係を示した断面図である。
【図４】シングルモードで入力したレーザービームがマルチモード光導波路内で電極によって定まるスペックルパターンを発生し、マルチモード光導波路よりホログラフィックフィルターに入力される様子を概念的に示した平面図である。
【図５】本発明のオプティカルクロスコネクト装置におけるホログラフィックフィルターを作成するときの光学系の配置図である。
【図６】ホログラフィックフィルターの作成原理を示した図である。
【図７】ホログラフィックフィルターによる光の回折原理を示した図である。
【符号の説明】
１  入力用光ファイバー
２  出力用光ファイバー
３  マルチモード光導波路支持基板
４  マルチモード光導波路
５  ホログラフィックフィルター
６  レーザー装置
７ａ  レンズ系
７ｂ  ビームスプリッター
７ｃ  反射ミラー
７ｄ  反射ミラー駆動装置
７ｅ  レンズアレイ
８  電源装置
９  レーザービーム
１０  電極
１１  スリッター
１２  ＡＷＧ型合分波器
１３  ダイクロイックミラー
１４  アドレス光検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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