(57)【要約】【課題】【解決手段】通信リンクによって相互接続された複数のノードを含む波長多重光通信システム（１０）の通信ノードは、複数の入力ポート（２４）と、少なくとも１つの出力ポート（２６）とを有する再構成可能な光スイッチ（２）と、それぞれが入力ポートの１つに接続された、複数の送信機（２０）とを備える。各送信機は、互いに異なるチャンネル波長を有し、情報を運ぶ光信号を生成する。光スイッチは、任意の入力ポートにおいて、複数の送信機が動作する任意のチャンネル波長を受け取り、チャンネル波長を少なくとも１つの出力ポートに向ける。光スイッチの入力ポートには、複数の送信機が動作するチャンネル波長のいずれにもチューニング可能なチューナブルレーザを有する少なくとも１つのバックアップ送信機が接続されている。光スイッチは、任意の入力ポートにおいて受け取った任意のチャンネル波長のうち、少なくとも１つのチャンネル波長を選択する少なくとも１つの波長成分選択素子を備える。【選択図】図２
2004533150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信リンクによって相互接続された複数のノードを含む波長多重光通信システムの通信ノードにおいて、
複数の入力ポートと、少なくとも１つの出力ポートとを有する再構成可能な光スイッチと、
上記光スイッチの入力ポートの１つに接続され、それぞれが互いに異なるチャンネル波長を有し、情報を運ぶ光信号を生成する複数の送信機を備え、
上記再構成可能な光スイッチは、任意の入力ポートにおいて、上記複数の送信機が動作する任意のチャンネル波長を受け取り、該チャンネル波長を上記少なくとも１つの出力ポートに向け、
当該通信ノードは、更に、上記光スイッチの入力ポートの１つに接続され、上記複数の送信機が動作するチャンネル波長のいずれにもチューニング可能なチューナブルレーザを有する少なくとも１つのバックアップ送信機を備え、
上記再構成可能な光スイッチは、任意の入力ポートにおいて受け取った任意のチャンネル波長のうち、少なくとも１つのチャンネル波長を選択する少なくとも１つの波長成分選択素子と、上記波長成分選択素子に対応し、それぞれ対応する波長成分選択素子によって選択された波長成分を、上記出力ポートに、他の波長成分とは独立して向け、該選択されて出力ポートに向けられたチャンネル波長成分が該出力ポートにおいて結合する複数の光素子とを備える通信ノード。
【請求項２】
上記波長成分選択素子は、それぞれ上記複数の波長成分のうちの異なる１つの波長成分を透過させ、残りの波長成分を反射する複数の薄膜フィルタを備えることを特徴とする請求項１記載の通信ノード。
【請求項３】
上記光素子は、複数の位置に亘って選択的に傾斜可能な反射ミラーであり、該各位置において、該反射ミラーは、入力した波長成分を上記出力ポートに反射することを特徴とする請求項１記載の通信ノード。
【請求項４】
上記光素子は、複数の位置に亘って選択的に傾斜可能な反射ミラーであり、該各位置において、該反射ミラーは、入力した波長成分を上記出力ポートに反射することを特徴とする請求項２記載の通信ノード。
【請求項５】
上記反射ミラーは、マイクロエレクトロメカニカル（microelectromechanical：ＭＥＭ）反射ミラーアセンブリの一部であることを特徴とする請求項３記載の通信ノード。
【請求項６】
上記少なくとも１つの波長成分選択素子は、バルク回析グレーティングであることを特徴とする請求項１記載の通信ノード。
【請求項７】
上記入力ポートと波長成分選択素子との間に配設された自由空間領域を備える請求項２記載の通信ノード。
【請求項８】
上記自由空間領域は、互いに平行な第１及び第２の面を有する光学的にトランスペアレントな基板であり、上記少なくとも１つの波長成分選択素子は、互いに平行な第１及び第２の面にそれぞれ配列された第１及び第２のアレーとして形成されている複数の波長成分選択素子であることを特徴とする請求項７記載の通信ノード。
【請求項９】
上記第１及び第２のアレーは、配列方向に沿って相対的に位置をずらして配設されていることを特徴とする請求項８記載の通信ノード。
【請求項１０】
上記第１のアレー内に配設された各波長成分選択素子は、選択した波長成分を上記第２のアレー内に配設された波長成分選択素子に向けることを特徴とする請求項９記載の通信ノード。
【請求項１１】
通信リンクによって相互接続された複数のノードを含む波長多重光通信システムの通信ノードにおいて、
Ｎを２以上の整数として、（ｉ）最大（Ｎ−１）個のチャンネル波長を有する波長多重光信号を受け取るＮ個の入力ポートと、（ｉｉ）少なくとも１つの出力ポートと、（ｉｉｉ）該入力ポートと少なくとも１つの出力ポートとの間で、それぞれ選択した１つのチャンネル波長の向き定める少なくとも（Ｎ−１）個の光素子を有するスイッチング機構とを備える再構成可能な光スイッチと、
上記光スイッチのＮ個の入力ポートに接続され、上記（Ｎ−１）個のチャンネル波長のうちの任意の波長にチューニング可能なチューナブルレーザを有するＮ個の送信機とを備え、
上記再構成可能な光スイッチは、任意の入力ポートにおいて、上記複数の送信機が動作する任意の各チャンネル波長を受け取り、該各チャンネル波長の向きを定める上記光素子の再構成によって、該各チャンネル波長を上記少なくとも１つの出力ポートに向ける通信ノード。
【請求項１２】
任意の入力ポートにおいて受け取った任意のチャンネル波長のうち、少なくとも１つのチャンネル波長を選択する少なくとも（Ｎ−１）個の波長成分選択素子を備え、
上記（Ｎ−１）個の光素子は、上記（Ｎ−１）個の波長成分選択素子に対応し、それぞれ対応する波長成分選択素子によって選択された波長成分を、上記出力ポートに、他の波長成分とは独立して向け、該選択されて出力ポートに向けられたチャンネル波長成分が該出力ポートにおいて結合することを特徴とする請求項１１記載の通信ノード。
【請求項１３】
上記波長成分選択素子は、それぞれ上記複数の波長成分のうちの異なる１つの波長成分を透過させ、残りの波長成分を反射する複数の薄膜フィルタを備えることを特徴とする請求項１２記載の通信ノード。
【請求項１４】
上記光素子は、複数の位置に亘って選択的に傾斜可能な反射ミラーであり、該各位置において、該反射ミラーは、入力した波長成分を上記出力ポートに反射することを特徴とする請求項１１記載の通信ノード。
【請求項１５】
上記光素子は、複数の位置に亘って選択的に傾斜可能な反射ミラーであり、該各位置において、該反射ミラーは、入力した波長成分を上記出力ポートに反射することを特徴とする請求項１２記載の通信ノード。
【請求項１６】
上記反射ミラーは、マイクロエレクトロメカニカル（microelectromechanical：ＭＥＭ）反射ミラーアセンブリの一部であることを特徴とする請求項１４記載の通信ノード。
【請求項１７】
上記少なくとも１つの波長成分選択素子は、バルク回析グレーティングであることを特徴とする請求項１２記載の通信ノード。
【請求項１８】
上記入力ポートと波長成分選択素子との間に配設された自由空間領域を備える請求項１２記載の通信ノード。
【請求項１９】
上記自由空間領域は、互いに平行な第１及び第２の面を有する光学的にトランスペアレントな基板であり、上記少なくとも１つの波長成分選択素子は、互いに平行な第１及び第２の面にそれぞれ配列された第１及び第２のアレーとして形成されている複数の波長成分選択素子であることを特徴とする請求項１８記載の通信ノード。
【請求項２０】
上記第１及び第２のアレーは、配列方向に沿って相対的に位置をずらして配設されていることを特徴とする請求項１９記載の通信ノード。
【請求項２１】
上記第１のアレー内に配設された各波長成分選択素子は、選択した波長成分を上記第２のアレー内に配設された波長成分選択素子に向けることを特徴とする請求項２０記載の通信ノード。
【請求項２２】
複数の出力ポートと少なくとも１つの入力ポートとを有する第２の再構成可能な光スイッチと、
それぞれ上記再構成可能な光スイッチの出力ポートの１つに接続され、互いに異なるチャンネル波長で、情報を運ぶ光信号を受け取る複数の受信機とを備え、
上記第２の再構成可能な光スイッチは、任意の入力ポートにおいて、上記複数の送信機が動作する任意のチャンネル波長を受け取り、該チャンネル波長を上記出力ポートに向け、
当該通信ノードは、更に、上記第２の再構成可能な光スイッチの出力ポートの１つに接続された少なくとも１つのバックアップ受信機を備えることを特徴とする請求項１記載の通信ノード。
【請求項２３】
Ｎを２以上の整数として、（ｉ）最大（Ｎ−１）個のチャンネル波長を有する波長多重光信号を送信するＮ個の出力ポートと、（ｉｉ）少なくとも１つの入力ポートと、（ｉｉｉ）該入力ポートと少なくとも１つの出力ポートとの間で、それぞれ選択した１つのチャンネル波長の向き定める少なくとも（Ｎ−１）個の光素子を有するスイッチング機構とを備える第２の再構成可能な光スイッチと、
上記第２の再構成可能な光スイッチのＮ個の出力ポートにそれぞれ接続されたＮ個の受信機とを備え、
上記第２の再構成可能な光スイッチは、任意の入力ポートにおいて、上記複数の送信機が動作する任意の各チャンネル波長を受け取り、該各チャンネル波長の向きを定める上記光素子の再構成によって、該各チャンネル波長を上記少なくとも１つの出力ポートに向けることを特徴とする請求項１１記載の通信ノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００１年３月１６日に米国特許商標庁に出願された同時に係続中の米国仮特許出願第６０／２７６，３１０号「再構成可能な光システム（Reconfigurable Optical System）」の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、波長多重光通信システムに関し、詳しくは、チューナブルレーザを組み込んだバックアップ送信機に接続された再構成可能な光スイッチを備える波長多重光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
波長多重（wavelength division multiplexing：以下、ＷＤＭという。）は、データ及び音声トラヒック用途の急増に対応するために、光ファイバネットワークの通信容量を増加させる手法として開発された。ＷＤＭシステムは、複数の光チャンネルを使用し、各チャンネルには特定のチャンネル波長が割り当てられる。ＷＤＭシステムにおいては、複数のチャンネルが生成され、合波され、単一の導波路を介して伝送されて、各チャンネル波長を指定された受信機にルーティングするために分波される。例えばドープファイバ増幅器等の光増幅器を使用することにより、複数の光チャンネルが同時に直接増幅され、これにより長距離光システムにおいてＷＤＭシステムを容易に用いることができる。
【０００４】
提案されている波長多重光通信システムは、一般的に、光通信システムにおいて、定められた数の光チャンネルのみしか使用できない合分波スイッチング素子（multiplexer and demultiplexer switching element）を備える。例えば、ある光通信システムにおいて、波長多重信号は、集積周波数ルータ分波器（integrated frequency router demultiplexer）を用いることによって、波長多重信号を構成する複数の光信号に分離される。周波数ルータは、シリコン基板上にリンが添加された複数のシリカ導波路を設けるシリコン光ベンチ技術（silicon optical bench technology）を用いている。光スター（optical star）は、隣接した光路長がｑ波長分ずつ異なるＮ本の導波路のアレーに光信号を出力し、この導波路アレーは、Ｎ×Ｎスター（NxN star）に光信号を供給する。光通信システム用に設計されたこのような周波数ルータは、アレクサンダー（Alexander）他著、ジェイ・ライトウェーブ・テック（J. Lightwave Tech.）、Ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．５／６,１９９３年５／６月、ｐ．７１４に開示されている。入力側においてｌ×Ｎの構成を用いることによって、周波数が異なる光を含む波長多重光信号（multiplexed optical signal）は、出力側のＮ×Ｎスターから延びる各導波路において、その成分周波数に分離される。このような構成により、周波数が異なる光を適切に分離することができるが、集積化光設計では、出力チャンネルの数及び各波長の両方が固定されてしまう。したがって、光ネットワークに新たな分波スイッチング素子を設けない限り、光チャンネルの数を追加又は削減したり、チャンネル波長を変更したりすることはできない。換言すれば、スイッチング素子が柔軟性に欠けるため、このようなネットワークの拡張性（scalability）は制限されている。
【０００５】
この柔軟性の欠如によって生じる１つの問題は、機器が故障した場合のネットワークを介したパックアップ経路の提供に関するものである。例えば、上述したＷＤＭ伝送システムにおいては、各チャンネル波長は、スイッチング素子を介してそれ自身の経路に割り当てられているため、所定の波長信号を生成する送信機に障害が発生した場合であっても、この所定のチャンネル波長を異なる経路に変更することができない。特に、故障した送信機が動作する波長とは異なるチャンネル波長で、バックアップ送信機自体が動作しない限り、故障した送信機の代わりに、他のスイッチング素子の入力ポートに接続されているバックアップ送信機を用いることはできない。この結果、バックアップ送信機の使用が必要となった場合、チャンネル波長の変更に対応するために、全体のネットワークに亘って新たな経路を確立しなくてはならない。ここで、バックアップ経路の確立は、ノード間の通信及び処理を必要とする時間が掛かる処理であり、復旧処理を遅らせるだけではなく、システム内の他のトラヒックを妨害する虞もある。
【０００６】
そこで、送信機又は受信機に障害が発生した場合に、バックアップ経路を提供でき、上述のようなシステムに比べてより速く、且つ他のトラヒックへの影響がより少ない復旧を行うことができる光通信システムの実現が望まれている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る通信ノードは、通信リンクによって相互接続された複数のノードを含む波長多重光通信システムの通信ノードにおいて、複数の入力ポートと、少なくとも１つの出力ポートとを有する再構成可能な光スイッチを備える。通信ノードは、更に、それぞれが光スイッチの入力ポートの１つに接続された、複数の送信機を備える。各送信機は、互いに異なるチャンネル波長を有し、情報を運ぶ光信号を生成する。再構成可能な光スイッチは、任意の入力ポートにおいて、複数の送信機が動作する任意のチャンネル波長を受け取り、チャンネル波長を少なくとも１つの出力ポートに向ける。更に、光スイッチの入力ポートには、少なくとも１つのバックアップ送信機が接続されている。バックアップ送信機は、複数の送信機が動作するチャンネル波長のいずれにもチューニング可能なチューナブルレーザを有する。再構成可能な光スイッチは、任意の入力ポートにおいて受け取った任意のチャンネル波長のうち、少なくとも１つのチャンネル波長を選択する少なくとも１つの波長成分選択素子を備える。更に、光スイッチは、波長成分選択素子に対応する複数の光素子を備える。各光素子は、それぞれ対応する波長成分選択素子によって選択された波長成分を、出力ポートに、他の波長成分とは独立して向ける。この選択されて出力ポートに向けられたチャンネル波長成分が出力ポートにおいて結合される。
【０００８】
本発明の一具体例においては、波長成分選択素子は、それぞれ複数の波長成分のうちの異なる１つの波長成分を透過させ、残りの波長成分を反射する複数の薄膜フィルタを備える。
【０００９】
本発明の一具体例においては、光素子は、複数の位置に亘って選択的に傾斜可能な反射ミラーであり、各位置において、反射ミラーは、入力した波長成分を出力ポートに反射する。
【００１０】
更に、本発明の一具体例においては、入力ポートと波長成分選択素子との間に自由空間領域を設ける。
【００１１】
本発明の他の側面として、本発明に係る通信ノードは、通信リンクによって相互接続された複数のノードを含む波長多重光通信システムの通信ノードであって、再構成可能な光スイッチを備える。再構成可能な光スイッチは、Ｎを２以上の整数として、（ｉ）最大（Ｎ−１）個のチャンネル波長を有する波長多重光信号を受け取るＮ個の入力ポートと、（ｉｉ）少なくとも１つの出力ポートと、（ｉｉｉ）入力ポートと少なくとも１つの出力ポートとの間で、それぞれ選択した１つのチャンネル波長の向き定める少なくとも（Ｎ−１）個の光素子を有するスイッチング機構とを備える。通信ノードは、更に、光スイッチのＮ個の入力ポートにそれぞれ接続されたＮ個の送信機を備える。各送信機は、（Ｎ−１）個のチャンネル波長のうちの任意の波長にチューニング可能なチューナブルレーザを有する。再構成可能な光スイッチは、任意の入力ポートにおいて、複数の送信機が動作する任意の各チャンネル波長を受け取り、各チャンネル波長の向きを定める光素子の再構成によって、各チャンネル波長を少なくとも１つの出力ポートに向ける。光信号の受信側に同様の再構成可能な光スイッチを設け、受信信号をバックアップ用の受信機に向けてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、経路を動的に変更して、所定の波長をルーティングすることができる再構成可能なスイッチング素子を備えたＷＤＭ光伝送システムを提供する。このようなスイッチング素子を採用することにより、本発明は、送信機に障害が発生した場合に、故障した送信機の波長とは異なるチャンネル波長で動作するバックアップ送信機を用いた従来の設備に比べて、応答が速く、他のトラヒックに与える影響が少なく設備を復旧させる。
【００１３】
近年、ある程度の再構成可能性を有するスイッチング素子が入手可能になった。これらの再構成可能な光素子は、所定の波長がルーティングされる経路を動的に変えることができ、これにより、ネットワークのトポロジを必要に応じて効果的に変化させ、需要の変化に対応し、又はネットワークの障害時にサービスを復旧することができるようになった。再構成可能な光素子としては、光分岐挿入装置（Optical Add/Drop Multiplexers：以下、ＯＡＤＭという。）及び光クロスコネクト装置（Optical Cross-Connects：以下、ＯＸＣという。）等がある。ＯＡＤＭは、ＷＤＭ光信号から１つ以上の波長成分を分離（separate）又は分岐（drop）し、この成分を別の経路に向けるために使用されるものである。幾つかのケースでは、分岐された波長成分は、共通のファイバ経路に向けられることもあり、他のケースでは、分岐された各波長成分がそれぞれの別のファイバ経路に向けられることもある。ＯＸＣは、ＯＡＤＭより柔軟性が高いデバイスであり、実質的に、任意の構成の複数の入力ＷＤＭ光信号の成分を多くの数の出力経路に再分配することができる。しかしながら、現在のＯＸＣ光スイッチは、多くの場合、それらの中心にデジタルクロスコネクトを採用しており、したがって、クロスコネクトとの間に光／電気インタフェースが必要である。このような構成では、例えば、光信号が３つの個別部品を通過しなくてはならないため、挿入損失が大きいことを含め、幾つかの制約がある。更に、これらの部品が比較的高価であるにもかかわらず、任意のいかなる２つのポート間においても光を伝送できる完全な柔軟性は実現されない。更に、損失が大きく、同じパワーのチャンネルを設ける必要があるため、このようなＯＸＣは、通常、少なくとも出力側に、多くの場合は入力側にも、光電気再生器（optoelectronic regenerator）を備えている必要がある。このような再生器を設けることにより、挿入損失の問題は解消され、スイッチング機構を通過する信号の波長変換が効果的に行われるが、この手法では、ネットワークにおいて使用されている全ての波長のそれぞれに対して再生器を設けなくてはならず、既に高価なスイッチング機構のコストを大幅に高めてしまうという問題がある。
【００１４】
更に、より柔軟な手法として、上述のＯＸＣよりも挿入損失が小さく、より安価な、再構成可能な全光スイッチを用いる手法もある。再構成可能な全光スイッチの様々な具体例は、参照によりその全文が本願に援用される米国特許出願番号［ＰＨ−０１−００−０１］号明細書に説明されており、特に、この文献のＦＩＧ．２〜ＦＩＧ．４に示されている。ここに開示されている再構成可能なスイッチング素子では、いかなる電気／光変換を行うこともなく、任意の波長成分を他の波長成分のルーティングから独立して、任意の入力ポートから任意の出力ポートに選択的に向けることができる。参照によりその全文が本願に援用される米国特許出願番号［ＰＨ−０１−００−０２］号明細書には、更なる機能を有する他の再構成可能な全光スイッチが開示されている。この文献は、全ての波長成分のそれぞれを、何の制約なしに、任意のポートから他の任意のポートに向けることができる光スイッチング素子を開示している。より具体的には、大部分の光スイッチとは異なり、このスイッチは、入力ポートのサブセットと出力ポートのサブセットとの間の接続に制限されることはない。むしろ、このスイッチでは、同じサブセット（入力ポート、出力ポートのいずれであってもよい）内の２つのポート間を接続することもできる。本発明には、上述した再構成可能な光スイッチのいずれを採用してもよいが、ここで説明する具体例では、米国特許出願番号［ＰＨ−０１−００−０２］号明細書に開示されている光スイッチを採用し、このスイッチの構成を後に説明する。
【００１５】
添付の図面では、同様の又は類似する要素については共通の符号を付している。図１は、本発明に基づく波長多重（wavelength division multiplexed：以下、ＷＤＭという。）光通信システム１０の構成を示している。光通信システム１０は、複数の光送信機２０を備え、各光送信機２０は、情報を運ぶ光信号を、送信機毎に異なる光チャンネル波長で出射する。なお、ここで用いる「情報を運ぶ光信号」とは、これらに限定されるものではないが、オーディオ信号、ビデオ信号、コンピュータデータを含む情報によって符号化された光信号を指す。本発明に基づくＷＤＭ光通信システム１０は、Ｎ個のチャンネルを有し、ここで、Ｎは２以上の整数を表す。Ｎの具体的な値としては、例えば４、８、１６等がある。図１に示す具体例では、図を簡潔にするために、Ｎを４としている。
【００１６】
なお、本発明の適用範囲は、図１に示すような、光ファイバの１セグメント以上の間隔で配設されたエンド端末又はノードを含むポイントツーポイント構成を有するＷＤＭシステムに限定されるものではない。例えば、近年、大都市部では、リング構成又はループ構成を有するＷＤＭシステムが開発されている。このようなシステムは、一般的、リングに沿って配設された複数のノードを含んでいる。通常、各ノードに対応する少なくとも１つの光分岐挿入素子（optical add/drop element）が光コネクタでリングに接続されている。光分岐挿入素子により、リングにチャンネルを挿入し、及びリングからチャンネルを分岐することができる。ハブ又は電話局ノードと呼ばれる１つのノードは、通常、リングを介して他のノードに及び他のノードから対応する複数のチャンネル波長を送信及び受信する対応した複数の光分岐挿入素子を備える。勿論、本発明は、このようなリングトポロジに加えて、例えばメッシュトポロジ等、他のネットワークトポロジにも同様に適用することができる。
【００１７】
図１に示す具体例において、各光送信機２０は、ＤＦＢ半導体レーザ等のレーザと、レーザコントローラと、情報を運ぶ光信号を生成するための変調器とを備える。一具体例においては、送信機のレーザは、様々な業者から市販されている１つ以上のＩＩＩ−Ｖ半導体材料からなるＤＦＢ半導体ダイオードレーザである。レーザは、そのチャンネルに割り当てられている特定の波長で、光搬送波信号を出力する。レーザコントローラは、必要とされるレーザバイアス電流をレーザに供給するとともに、レーザの熱的制御を行う。この熱的制御により、通常、１Å幅以下の精度で、レーザの精密な動作波長が維持される。
【００１８】
光送信機２０は、光搬送波信号に情報を与える変調器を備える。変調器の具体例としては、印加された電界によって屈折率が変化する導波性媒体、すなわち電気光学効果を示す材料を用いたマッハツェンダ形変調器（Mach-Zehnder modulator）等の外部変調器を用いてもよい。マッハツェンダ形変調器を用いた構成は、光干渉計の２つの光路（optical interferometer path）を備える。入力光搬送波信号は、２つの光路に分岐される。そして、干渉計の少なくとも１つの光路の光搬送波信号が位相変調される。出力側において信号が再結合されるとき、光路からの光は、搬送波が伝搬している間に電極の周囲に印加された電界によって、肯定的に（constructively）又は否定的に（destructively）干渉する。この再結合により、振幅変調された出力光信号が生成される。幾つかのシステム応用例では、これに代えて、光搬送波信号を直接変調してもよい。上述の送信機は、例示的なものであり、本発明に基づくＷＤＭシステムでは、光通信システムにおいて用いることができる光信号を生成することができるいかなる送信素子を使用してもよい。
【００１９】
一般的に、光送信機２０から出射される波長は、シリカを用いたファイバにおける信号の減衰が最少となる１５００ｎｍ帯から選択される。特に、光送信機２０から出射される波長は、１５４０ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長帯域から選択される。なお、本発明に基づくＷＤＭシステムでは、例えば１３００〜１５００ｎｍ帯及び１６００ｎｍ帯等を使用してもよい。
【００２０】
光送信機２０によって生成された情報を表す各光信号は、光システム１０におけるチャンネルを構成する。ＷＤＭシステムにおいて、各チャンネルは、一般的に、それぞれ固有の波長に関連付けられている。図１に示す具体例では、４個の光送信機２０１、２０２、２０３、２０４が設けられ、これにより４チャンネルの波長多重光通信システムが実現される。光送信機２０１、２０２、２０３、２０４は、それぞれチャンネル波長（２）１、（２）２、（２）３、（２）４で動作する。これらの光信号チャンネルは、送信機２０から出力され、光スイッチ３０に一緒に入力され、出力ポート２６を介して、光導波路４０に導かれる。
【００２１】
光スイッチ３０は、送信機２０からの複数の光チャンネルを単一の出力に結合し、波長多重光信号を生成する。光スイッチ３０は、４つの入力ポートを有し、これらの入力ポートは、光導波路２２を介して４つの光送信機２０に光学的に接続されている。これらのチャンネルを組み合わせることにより、波長多重光信号が形成され、波長多重光信号は、出力ポート３６を介して、光伝送路４０に出力される。光伝送路４０は、通常、光導波路であり、光通信システムにおける主要な（principal）伝送媒体である。光導波路は、通常、単一モード光導波路から選択されるが、光システム１０の導波路４０としては、複数の光波長を伝えることができるいかなる光導波性媒体を用いてもよい。
【００２２】
オプションとして、光伝送路４０には、１つ以上の光増幅器５０を挿入してもよい。光増幅器５０としては、光／電気変換を必要とすることなく、複数の光信号の強度を直接高めるいかなる装置を用いてもよい。多くの場合、光増幅器５０は、導波路内においてレーザ作用（laser action）を引き起こすことができる材料が添加された光導波路から選択される。このような材料としては、例えば、エルビウム、ネオジム、プラセオジム、イッテルビウム、又はこれらの混合物等の希土類ドーパントが含まれる。ドープ導波路を特定の励起波長で励起することにより、ドーパントの電子エネルギ準位間で反転分布が起こり、これにより波長多重光信号が光増幅される。ドーパントとしてエルビウムを使用したドープファイバ増幅器では、このドープファイバを励起すると、約１５００ｎｍ〜約１５９０ｎｍの波長帯域の光信号に対して利得を有する。
【００２３】
導波路４０に沿った波長多重光信号の伝送及び増幅の後、各チャンネルを分波し、特定の光信号チャンネル用に指示された受信機にルーティングする必要がある。波長多重光信号は、光スイッチ８０に入力される。本発明の好ましい具体例においては、光スイッチ８０も再構成可能な光スイッチである。光スイッチ８０は、入力ポート９６を介して、波長多重光信号を受信し、個々のチャンネルを出力ポート９２から出力する。出力ポート９２は、それぞれ光導波路１２２を介して、受信機１２０に接続されている。受信機１２０は、通常フォトダイオード素子を用いて、光信号を検出し、この光信号を電気信号に変換する。
【００２４】
上述のように、従来のＷＤＭ光通信システムにおいては、光スイッチ３０、８０は、所定の波長が常に同じ経路を介してルーティングされる固定波長依存素子（fixed wavelength-dependent element）である合波器及び分波器を用いている。しかしながら、本発明においては、この固定波長依存素子に代えて、より柔軟な光スイッチを使用する。このような光スイッチは、所定の波長を送る光路を動的に変更することできる再構成可能な素子である。後述するように、所定の波長をルーティングする光路を動的に変更でき、ネットワークのトポロジを効果的に再構築できる再構成可能な光スイッチを用いることは、特に１つ以上の送信機又は受信機に障害が生じた際に有効である。
【００２５】
上述のように、本発明の例示的な具体例においては、図３に示すような、上述した米国特許出願番号［ＰＨ−０１−００−０１］号明細書に開示されている再構成可能な光スイッチを用いることができる。勿論、本発明は、任意の入力ポートに入力された任意の波長成分を他の波長成分のルーティングから独立して任意の出力ポートに選択的に向けることができるどんな再構成可能な光スイッチを採用した光通信システムにも同様に適用できることは、当業者にとって明らかである。図３に示す再構成可能な光スイッチ３００は、光学的にトランスペアレントな基板３０８と、複数の誘電体薄膜フィルタ３０１、３０２、３０３、３０４と、複数のコリメートレンズ３２１１・３２１２、３２２１・３２２２、３２３１・３２３２、３２４１・３２４２と、複数の傾斜ミラー（tiltable mirror）３１５、３１６、３１７、３１８と、複数の出射ポート３４０１、３４０２、・・・、３４０ｎとを備える。第１のフィルタアレーは、薄膜フィルタ３０１、３０３から構成され、第２のフィルタアレーは、薄膜フィルタ３０２、３０４から構成されている。コリメートレンズ３２１〜３２４及び傾斜ミラー３１５〜３１８は、それぞれ各薄膜フィルタ３０１〜３０４に対応している。各薄膜フィルタ３０１〜３０４と、対応するコリメートレンズ３２１〜３２４及び傾斜ミラー３１５〜３１８は、狭波長帯域の自由空間スイッチ（narrow band free space）、すなわち個々のチャンネル又は波長成分を異なる経路にルーティングするスイッチを構成する。傾斜ミラーは、例えばマイクロエレクトロメカニカル（micro-electromechanical：ＭＥＭ）方式のミラーのようなマイクロミラーである。これに代えて、例えば圧電アクチュエータ等の他のメカニズムによってミラーの位置を制御してもよい。
【００２６】
動作時には、異なる波長成分λ１、λ２、λ３、λ４から構成されるＷＤＭ光信号が光入射ポート３１２からコリメートレンズ３１４に向けて入射される。ＷＤＭ光信号は、基板３０８を透過して薄膜フィルタ３０１に入射される。ここで、薄膜フィルタ３０１の特性により、波長成分λ１は薄膜フィルタ３０１を透過し、他の波長成分は、薄膜フィルタ３０１で反射され、基板３０８を介して薄膜フィルタ３０２に向けられる。薄膜フィルタ３０１を透過した波長λ１の成分は、コリメートレンズ３２１１によって、傾斜ミラー３１５に集光される。傾斜ミラー３１５は、適切に傾斜されており、波長成分λ１を反射し、反射された波長成分λ１は、それぞれ波長成分λ１を反射する薄膜フィルタ３０２〜３０４を介して出射ポート３４０１〜３４０ｎのうちの選択された１つの出射ポートに入射される。波長成分λ１が入射される特定の出射ポートは、傾斜ミラー３１５の向きによって選択される。
【００２７】
上述のように、残りの波長成分λ２、λ３、λ４は、薄膜フィルタ３０１で反射されて、コリメートレンズ３２１２を透過し、基板３０８に戻され、薄膜フィルタ３０２に向けられる。波長成分λ２は、薄膜フィルタ３０２及びコリメートレンズ３２２１を透過し、傾斜ミラー３１６により、波長成分λ２を反射する薄膜フィルタ３０３、３０４を介して、選択された出射ポートに入射される方向に向けられる。同様に、他の全ての波長成分は、薄膜フィルタ３０３、３０４によって順次分離され、傾斜ミラー３１７、３１８によって、選択された出射ポートに向けられる。このように、傾斜ミラー３１５〜３１８を適切に駆動することにより、各波長成分は、他の全ての波長成分から独立して、選択された出射ポートに向けられる。
【００２８】
上述のように、図１に示す具体例では、光送信機２０１、２０２、２０３、２０４は、それぞれチャンネル波長（２）１、（２）２、（２）３、（２）４で動作する。送信機の１つが故障した場合に、システムの信頼性を保証するために、追加的な送信機が予備送信機として確保され、この予備送信機は、故障した送信機が修理又は交換されるまでのバックアップ送信機として機能する。固定波長依存スイッチング素子を用いた従来の通信システムにおいては、バックアップ送信機は、故障した送信機とは異なるチャンネル波長で動作し、したがって、システムに亘って、エンドツーエンドのバックアップ経路を必要とした。例えば、図１に示すネットワークにおいてバックアップ送信機が採用されているとすると、バックアップ送信機は、チャンネル波長（２）５で動作することになる。したがって、元のデータ経路は、異なるチャンネル波長で動作するバックアップ経路に再構築する必要がある。上述のように、このような手法の問題の１つは、経路の再構築により、ノード間の通信及び処理が必要であり、処理に時間がかかるという点である。更に、経路の再構築により、システム内の他のトラヒックが妨害される場合もある。
【００２９】
本発明者らは、送信機に障害が発生した際にバックアップチャンネル用の経路を再構築するよりも、故障した送信機に関連したスイッチにおいて設備の再構成のみを行い、元の経路を維持することが望ましい場合が多いことを見出した。このような再構成処理は、固定波長依存光スイッチでは不可能であるが、任意の２つのポート間で任意の波長を選択的にルーティングできる上述した再構成可能な光スイッチを用いれば容易に実現することができる。
【００３０】
図２は、送信機２０１〜２０４が動作するチャンネル波長のいずれにもチューニングすることができるチューナブルレーザを備えるバックアップ送信機２０５を含むＷＤＭ光通信システムの構成を示している。これにより、バックアップ送信機２０５は、主となるいずれの送信機の代用としても用いることができる。光スイッチ３０は、任意の入力ポートにおいて任意の波長を受信することができるので、光スイッチ３０を再構成して、バックアップ送信機２０５が接続された入力ポート２４５を介して、波長（２）１〜（２）４のうちのいずれかの波長を選択的に受信するようにすることができる。例えば、送信機２０２が故障したとする。この障害に応じて、バックアップ送信機２０５をチャンネル波長（２）２にチューニングする。次に、光スイッチ３０を内部的に再構成して、入力ポート２４５が波長（２）２を受信し、この波長（２）２を出力ポート２６に向けるようにする。これにより、送信機の障害は、ネットワーク内の他の送信機にとってはトランスペアレントになり、したがって、ネットワークにおける経路の再構築は不要となる。なお、図２では、１つのバックアップ送信機２０５のみを示しているが、２つ以上の送信機が同時に故障するという比較的発生しがたい状況にも対応できるようにするために、更なるバックアップ送信機を設けてもよいということは、当業者にとって明らかである。
【００３１】
受信機１２０の１つに障害が発生した場合、送信機における場合と同様の再構築問題が生じる。したがって、本発明では、受信機を再構成可能な光スイッチに接続することにより、故障した受信機のチャンネル波長をバックアップ受信機に向け直すことができる。すなわち、例えば受信機１２０３が故障した場合、光スイッチ８０を内部的に再構成して、チャンネル波長（２）３を出力ポート９２３から、バックアップ受信機１２０５が接続された出力ポート９２５に向け直すことができる。なお、受信機は、通常、ネットワークにおいて使用可能な全てのチャンネル波長を検出するため、バックアップ送信機の場合とは異なり、受信機を通常チューナブル受信機とする必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に基づく波長多重光通信システムの構成を示す図である。
【図２】本発明に基づく波長多重光通信システムの構成を示す図である。
【図３】本発明に採用できる再構成可能な光スイッチの具体例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年10月14日(2002.10.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
更に、より柔軟な手法として、上述のＯＸＣよりも挿入損失が小さく、より安価な、再構成可能な全光スイッチを用いる手法もある。再構成可能な全光スイッチの様々な具体例は、参照によりその全文が本願に援用される米国特許出願番号０９／５７１，８３３号明細書に説明されており、特に、この文献のＦＩＧ．２〜ＦＩＧ．４に示されている。ここに開示されている再構成可能なスイッチング素子では、いかなる電気／光変換を行うこともなく、任意の波長成分を他の波長成分のルーティングから独立して、任意の入力ポートから任意の出力ポートに選択的に向けることができる。参照によりその全文が本願に援用される米国特許出願番号０９／６９１，８１２号明細書には、更なる機能を有する他の再構成可能な全光スイッチが開示されている。この文献は、全ての波長成分のそれぞれを、何の制約なしに、任意のポートから他の任意のポートに向けることができる光スイッチング素子を開示している。より具体的には、大部分の光スイッチとは異なり、このスイッチは、入力ポートのサブセットと出力ポートのサブセットとの間の接続に制限されることはない。むしろ、このスイッチでは、同じサブセット（入力ポート、出力ポートのいずれであってもよい）内の２つのポート間を接続することもできる。本発明には、上述した再構成可能な光スイッチのいずれを採用してもよいが、ここで説明する具体例では、米国特許出願番号０９／６９１，８１２号明細書に開示されている光スイッチを採用し、このスイッチの構成を後に説明する。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
光送信機２０によって生成された情報を表す各光信号は、光システム１０におけるチャンネルを構成する。ＷＤＭシステムにおいて、各チャンネルは、一般的に、それぞれ固有の波長に関連付けられている。図１に示す具体例では、４個の光送信機２０１、２０２、２０３、２０４が設けられ、これにより４チャンネルの波長多重光通信システムが実現される。光送信機２０１、２０２、２０３、２０４は、それぞれチャンネル波長λ１、λ２、λ３、λ４で動作する。これらの光信号チャンネルは、送信機２０から出力され、光スイッチ３０に一緒に入力され、出力ポート２６を介して、光導波路４０に導かれる。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
光スイッチ３０は、送信機２０からの複数の光チャンネルを単一の出力に結合し、波長多重光信号を生成する。光スイッチ３０は、４つの入力ポートを有し、これらの入力ポートは、光導波路２２を介して４つの光送信機２０に光学的に接続されている。これらのチャンネルを組み合わせることにより、波長多重光信号が形成され、波長多重光信号は、出力ポート２６を介して、光伝送路４０に出力される。光伝送路４０は、通常、光導波路であり、光通信システムにおける主要な（principal）伝送媒体である。光導波路は、通常、単一モード光導波路から選択されるが、光システム１０の導波路４０としては、複数の光波長を伝えることができるいかなる光導波性媒体を用いてもよい。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
上述のように、本発明の例示的な具体例においては、図３に示すような、上述した米国特許出願番号０９／５７１，８３３号明細書に開示されている再構成可能な光スイッチを用いることができる。勿論、本発明は、任意の入力ポートに入力された任意の波長成分を他の波長成分のルーティングから独立して任意の出力ポートに選択的に向けることができるどんな再構成可能な光スイッチを採用した光通信システムにも同様に適用できることは、当業者にとって明らかである。図３に示す再構成可能な光スイッチ３００は、光学的にトランスペアレントな基板３０８と、複数の誘電体薄膜フィルタ３０１、３０２、３０３、３０４と、複数のコリメートレンズ３２１、３２２、３２３、３２４と、複数の傾斜ミラー（tiltable mirror）３１５、３１６、３１７、３１８と、複数の出射ポート３４０１、３４０２、・・・、３４０ｎとを備える。第１のフィルタアレーは、薄膜フィルタ３０１、３０３から構成され、第２のフィルタアレーは、薄膜フィルタ３０２、３０４から構成されている。コリメートレンズ３２１〜３２４及び傾斜ミラー３１５〜３１８は、それぞれ各薄膜フィルタ３０１〜３０４に対応している。各薄膜フィルタ３０１〜３０４と、対応するコリメートレンズ３２１〜３２４及び傾斜ミラー３１５〜３１８は、狭波長帯域の自由空間スイッチ（narrow band free space）、すなわち個々のチャンネル又は波長成分を異なる経路にルーティングするスイッチを構成する。傾斜ミラーは、例えばマイクロエレクトロメカニカル（micro-electromechanical：ＭＥＭ）方式のミラーのようなマイクロミラーである。これに代えて、例えば圧電アクチュエータ等の他のメカニズムによってミラーの位置を制御してもよい。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
動作時には、異なる波長成分λ１、λ２、λ３、λ４から構成されるＷＤＭ光信号が光入射ポート３４０からコリメートレンズ３１４に向けて入射される。ＷＤＭ光信号は、基板３０８を透過して薄膜フィルタ３０１に入射される。ここで、薄膜フィルタ３０１の特性により、波長成分λ１は薄膜フィルタ３０１を透過し、他の波長成分は、薄膜フィルタ３０１で反射され、基板３０８を介して薄膜フィルタ３０２に向けられる。薄膜フィルタ３０１を透過した波長λ１の成分は、コリメートレンズ３２１によって、傾斜ミラー３１５に集光される。傾斜ミラー３１５は、適切に傾斜されており、波長成分λ１を反射し、反射された波長成分λ１は、それぞれ波長成分λ１を反射する薄膜フィルタ３０２〜３０４を介して出射ポート３４０１〜３４０ｎのうちの選択された１つの出射ポートに入射される。波長成分λ１が入射される特定の出射ポートは、傾斜ミラー３１５の向きによって選択される。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
上述のように、残りの波長成分λ２、λ３、λ４は、薄膜フィルタ３０１で反射されて、コリメートレンズ３２１を透過し、基板３０８に戻され、薄膜フィルタ３０２に向けられる。波長成分λ２は、薄膜フィルタ３０２及びコリメートレンズ３２２を透過し、傾斜ミラー３１６により、波長成分λ２を反射する薄膜フィルタ３０３、３０４を介して、選択された出射ポートに入射される方向に向けられる。同様に、他の全ての波長成分は、薄膜フィルタ３０３、３０４によって順次分離され、傾斜ミラー３１７、３１８によって、選択された出射ポートに向けられる。このように、傾斜ミラー３１５〜３１８を適切に駆動することにより、各波長成分は、他の全ての波長成分から独立して、選択された出射ポートに向けられる。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
上述のように、図１に示す具体例では、光送信機２０１、２０２、２０３、２０４は、それぞれチャンネル波長λ１、λ２、λ３、λ４で動作する。送信機の１つが故障した場合に、システムの信頼性を保証するために、追加的な送信機が予備送信機として確保され、この予備送信機は、故障した送信機が修理又は交換されるまでのバックアップ送信機として機能する。固定波長依存スイッチング素子を用いた従来の通信システムにおいては、バックアップ送信機は、故障した送信機とは異なるチャンネル波長で動作し、したがって、システムに亘って、エンドツーエンドのバックアップ経路を必要とした。例えば、図１に示すネットワークにおいてバックアップ送信機が採用されているとすると、バックアップ送信機は、チャンネル波長λ５で動作することになる。したがって、元のデータ経路は、異なるチャンネル波長で動作するバックアップ経路に再構築する必要がある。上述のように、このような手法の問題の１つは、経路の再構築により、ノード間の通信及び処理が必要であり、処理に時間がかかるという点である。更に、経路の再構築により、システム内の他のトラヒックが妨害される場合もある。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図２は、送信機２０１〜２０４が動作するチャンネル波長のいずれにもチューニングすることができるチューナブルレーザを備えるバックアップ送信機２０５を含むＷＤＭ光通信システムの構成を示している。これにより、バックアップ送信機２０５は、主となるいずれの送信機の代用としても用いることができる。光スイッチ３０は、任意の入力ポートにおいて任意の波長を受信することができるので、光スイッチ３０を再構成して、バックアップ送信機２０５が接続された入力ポート２４５を介して、波長λ１〜λ４のうちのいずれかの波長を選択的に受信するようにすることができる。例えば、送信機２０２が故障したとする。この障害に応じて、バックアップ送信機２０５をチャンネル波長λ２にチューニングする。次に、光スイッチ３０を内部的に再構成して、入力ポート２４５が波長λ２を受信し、この波長λ２を出力ポート２６に向けるようにする。これにより、送信機の障害は、ネットワーク内の他の送信機にとってはトランスペアレントになり、したがって、ネットワークにおける経路の再構築は不要となる。なお、図２では、１つのバックアップ送信機２０５のみを示しているが、２つ以上の送信機が同時に故障するという比較的発生しがたい状況にも対応できるようにするために、更なるバックアップ送信機を設けてもよいということは、当業者にとって明らかである。


【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
受信機１２０の１つに障害が発生した場合、送信機における場合と同様の再構築問題が生じる。したがって、本発明では、受信機を再構成可能な光スイッチに接続することにより、故障した受信機のチャンネル波長をバックアップ受信機に向け直すことができる。すなわち、例えば受信機１２０３が故障した場合、光スイッチ８０を内部的に再構成して、チャンネル波長λ３を出力ポート９２３から、バックアップ受信機１２０５が接続された出力ポート９２５に向け直すことができる。なお、受信機は、通常、ネットワークにおいて使用可能な全てのチャンネル波長を検出するため、バックアップ送信機の場合とは異なり、受信機を通常チューナブル受信機とする必要はない。




【国際調査報告】
2004533150.tif 000048