(57)【要約】全光クロスコネクト装置は、第１及び第２の複数のマルチポート光素子を備える。第１の複数のマルチポート光素子は、ＷＤＭ光信号を受け取る少なくとも１つの入力ポートと、光信号の１つ以上の波長成分を選択的に受け取る複数の出力ポートとを有する、第２の複数のマルチポート光素子は、光信号の１つ以上の波長成分を選択的に受け取る複数の入力ポートと、光信号の１つ以上の波長成分を受け取る少なくとも１つの出力ポートとを有する。第１の複数のマルチポート光素子及び第２の複数のマルチポート光素子の少なくとも一方は、全ての各波長成分を他の全ての波長成分とは独立してルーティングする。第２の複数のマルチポート光素子の複数の各入力ポートは、第１の複数のマルチポート光素子の複数の出力ポートの１つにそれぞれに光学的に接続されている。
2004536484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の複数のマルチポート光素子を備え、上記第１の複数のマルチポート光素子は、ＷＤＭ光信号を受け取る少なくとも１つの入力ポートと、光信号の１つ以上の波長成分を選択的に受け取る複数の出力ポートとを有し、上記第２の複数のマルチポート光素子は、光信号の１つ以上の波長成分を選択的に受け取る複数の入力ポートと、光信号の１つ以上の波長成分を受け取る少なくとも１つの出力ポートとを有し、上記第１の複数のマルチポート光素子及び第２の複数のマルチポート光素子の少なくとも一方は、全ての各波長成分を他の全ての波長成分とは独立してルーティングする全光スイッチであり、
上記第２の複数のマルチポート光素子の複数の各入力ポートは、上記第１の複数のマルチポート光素子の複数の出力ポートの１つにそれぞれに光学的に接続されている全光クロスコネクト装置。
【請求項２】
上記第１の複数のマルチポート光素子及び第２の複数のマルチポート光素子の少なくとも一方とは異なる他方の複数のマルチポート光素子は、全ての各波長成分を他の全ての波長成分とは独立してルーティングする全光スイッチであることを特徴とする請求項１記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項３】
上記第１の複数のマルチポート光素子及び第２の複数のマルチポート光素子の少なくとも一方とは異なる他方の複数のマルチポート光素子は、カプラであることを特徴とする請求項１記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項４】
上記全光スイッチは、
上記少なくとも１つの入力ポートが受け取った複数の波長成分のうちからチャンネル波長をそれぞれ選択する複数の波長成分選択素子と、
上記複数の波長成分選択素子に対応し、該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他のチャンネル波長とは独立して任意の出力ポートに向ける複数の光素子とを備えることを特徴とする請求項１記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項５】
上記全光スイッチのそれぞれは、
上記少なくとも１つの入力ポートが受け取った複数の波長成分のうちからチャンネル波長をそれぞれ選択する複数の波長成分選択素子と、
上記複数の波長成分選択素子に対応し、該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他の波長成分とは独立して任意の出力ポートに向ける複数の光素子とを備えることを特徴とする請求項２記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項６】
上記光素子は、それぞれ傾斜ミラーを備えることを特徴とする請求項４記載の全光クロスコネクト装置。
【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４記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項８】
上記光素子は、上記チャンネル波長を逆反射することを特徴とする請求項４記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項９】
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薄膜フィルタであることを特徴とする請求項４記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項１０】
上記光素子は、複数の位置に亘って選択的に傾斜可能なミラーであり、該各位置において、該ミラーは、入力した波長成分を上記出力ポートのうちの選択された任意の１つの出力ポートに反射することを特徴とする請求項４記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項１１】
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１０記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項１２】
上記反射ミラーアセンブリは、逆反射ミラーアセンブリであることを特徴とする請求項１１記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項１３】
上記反射ミラーは、逆反射光アセンブリの一部であることを特徴とする請求項１０記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項１４】
上記反射ミラーは、それぞれ圧電アクチュエータを備えることを特徴とする請求項１０記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項１５】
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、上記複数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ことを特徴とする請求項７記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項１６】
上記光学的にトランスペアレントな基板は、光信号を伝搬する空気を媒体として含むことを特徴とする請求項１５記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項１７】
上記光学的にトランスペアレントな基板は、シリカガラス基板であることを特徴とする請求項１５記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項１８】
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１５記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項１９】
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１８記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項２０】
上記各波長成分選択素子と、該各波長成分選択素子に対応する光素子との間に配設されたコリメートレンズを備え、上記各光素子は、対応するコリメートレンズの焦点位置に配設されていることを特徴とする請求項４記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項２１】
ｍを３以上（ｍ∞３）とし、それぞれがＷＤＭ光信号の１つ以上の波長成分を受け取るように予め設定された少なくとも（ｍ＋１）個のポートを有し、該予め設定されたポートの１つからの任意の波長成分を該予め設定されたポートの他の全ての波長成分とは独立して残りの予め設定されたポートの１つにルーティングするｍ個の再構成可能な全光スイッチから構成される全光スイッチの第１の組と、
ＷＤＭ光信号の１つ以上の波長成分を受け取る少なくとも（ｍ＋１）個の特定のポートを有し、該特定のポートの１つからの波長成分を他の波長成分とは独立して残りの特定のポートのうちの１つにルーティングするｍ個の再構成可能な全光スイッチから構成される全光スイッチの第２の組とを備え、
上記第１の組内の各再構成可能な全光スイッチの予め設定された各ポートは、上記第２の組内の異なる再構成可能な全光スイッチの特定のポートの１つに光学的に接続されている全光クロスコネクト装置。
【請求項２２】
上記第１の組内のｍ個の再構成可能な全光スイッチのそれぞれは、少なくとも（ｍ＋２）個の予め設定されたポートを備え、上記第２の組内のｍ個の再構成可能な全光スイッチのそれぞれは、少なくとも（ｍ＋２）個の特定のポートを備えることを特徴とする請求項２１記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項２３】
上気全光スイッチのそれぞれは、
上記少なくとも１つの入力ポートが受け取った複数の波長成分のうちから波長成分をそれぞれ選択する複数の波長成分選択素子と、
上記複数の波長成分選択素子に対応し、該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他の波長成分とは独立して任意の出力ポートに向ける複数の光素子とを備えることを特徴とする請求項２１記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項２４】
上記光素子は、それぞれ傾斜ミラーを備えることを特徴とする請求項２３記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項２５】
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２３記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項２６】
上記光素子は、上記チャンネル波長を逆反射することを特徴とする請求項２３記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項２７】
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薄膜フィルタであることを特徴とする請求項２３記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項２８】
上記光素子は、複数の位置に亘って選択的に傾斜可能なミラーであり、該各位置において、該ミラーは、入力した波長成分を上記出力ポートのうちの選択された任意の１つの出力ポートに反射することを特徴とする請求項２３記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項２９】
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２８記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項３０】
上記反射ミラーアセンブリは、逆反射ミラーアセンブリであることを特徴とする請求項２９記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項３１】
上記反射ミラーは、逆反射光アセンブリの一部であることを特徴とする請求項２８記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項３２】
上記反射ミラーは、それぞれ圧電アクチュエータを備えることを特徴とする請求項２８記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項３３】
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、上記複数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ことを特徴とする請求項２５記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項３４】
上記光学的にトランスペアレントな基板は、光信号を伝搬する空気を媒体として含むことを特徴とする請求項３３記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項３５】
上記光学的にトランスペアレントな基板は、シリカガラス基板であることを特徴とする請求項３３記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項３６】
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３３記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項３７】
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３６記載の全光クロスコネクト装置。
【請求項３８】
上記各波長成分選択素子と、該各波長成分選択素子に対応する光素子との間に配設されたコリメートレンズを備え、上記各光素子は、対応するコリメートレンズの焦点位置に配設されていることを特徴とする請求項２３記載の全光クロスコネクト装置。
【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、波長多重光通信システムに使うことができるモジュール式全光クロスコネクト装置（modular, all-optical cross-connect）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】
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。図１に示す従来のクロスコネクト装置１００は、それぞれがＮ個のチャンネル又は波長λ１〜λＮを通信する２個の入力ポート１０１１、１０１２と、出力ポート１０３１、１０３２を備える。各ＷＤＭ入力ポートと出力ポートは、それぞれ分波器と合波器に接続されている。具体的には、クロスコネクト装置１００は、分波器１０５１、１０５２と、合波器１０７１、１０７２とを備える。更に、クロスコネクト装置１００は、Ｍ×Ｍスイッチング機構（switching fabric）１０９を備え、ここでＭは、ＷＤＭの入出力ポートの数（ｍ）のＮ倍の数である。図１に示す具体例では、Ｍは２Ｎである。スイッチング機構１０９は、伝統的には、デジタルクロスコネクト等の電子スイッチングコア（electronic switching core）が用いられてきたが、現在の大容量の光システムに対応するために、光スイッチング方式に置き換えられている。
【０００５】
しかしながら、現在のＯＸＣ光スイッチは、比較的挿入損失が大きいため、クロスコネクトとの間に光／電気インタフェースと再生器を設ける必要がある。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。
【０００６】
上述した従来のＯＸＣの更なる制約として、ＯＸＣが最初に設置されて運用中に、容量の追加が必要となった場合に、入力ポートと出力ポートの数を増加させることが困難であるという問題がある。このような状況に対応するモジュール性を実現するためには、スイッチング機構１０９の最初に設置する際に、予想される最大の容量を確保する必要がある。このように最大の容量を確保しておかなければ、損失及び接続の数が急速に増加してしまうためである。換言すれば、モジュール式Ｍ×Ｍスイッチング機構を提供することは、実用的ではない。このような制約は、モジュール内のＭ×Ｍスイッチング機構の外部に、増設することができる分波器及び監視検出器（monitoring detector）を実装することによって若干緩和されるが、スイッチング機構は、ＯＸＣのなかでも最も高価な部品であり、従来のモジュール構成のＯＸＣを提供する利点は、制限される。
【０００７】
そこで、比較的容易且つ低コストに、モジュール機能が実現された低損失光クロスコネクト装置が望まれている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る全光クロスコネクト装置は、第１及び第２の複数のマルチポート光素子を備える。第１の複数のマルチポート光素子は、ＷＤＭ光信号を受け取る少なくとも１つの入力ポートと、光信号の１つ以上の波長成分を選択的に受け取る複数の出力ポートとを有する。第２の複数のマルチポート光素子は、光信号の１つ以上の波長成分を選択的に受け取る複数の入力ポートと、光信号の１つ以上の波長成分を受け取る少なくとも１つの出力ポートとを有する。第１の複数のマルチポート光素子及び第２の複数のマルチポート光素子の少なくとも一方は、全ての各波長成分を他の全ての波長成分とは独立してルーティングする。第２の複数のマルチポート光素子の複数の各入力ポートは、第１の複数のマルチポート光素子の複数の出力ポートの１つにそれぞれに光学的に接続されている。
【０００９】
本発明の一側面においては、第１及び第２の複数のマルチポート光素子は、いずれも全ての各波長成分を他の全ての波長成分とは独立してルーティングする全光スイッチである。また、これに代えて、一方の複数のマルチポート光素子は、カプラであってもよい。
【００１０】
本発明の他の側面においては、全光スイッチは、少なくとも１つの入力ポートが受け取った複数の波長成分のうちからチャンネル波長をそれぞれ選択する複数の波長成分選択素子を備える。複数の光素子は、複数の波長成分選択素子に対応している。各光素子は、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他のチャンネル波長とは独立して任意の出力ポートに向ける。
【００１１】
本発明の他の側面として、本発明に係る全光クロスコネクト装置は、ｍを３以上（ｍ∞３）として、ｍ個の再構成可能な全光スイッチから構成される全光スイッチの第１の組を有する。各再構成可能な全光スイッチは、ＷＤＭ光信号の１つ以上の波長成分を受け取るように予め設定された少なくとも（ｍ＋１）個のポートを有する。再構成可能な全光スイッチは、予め設定されたポートの１つからの任意の波長成分を予め設定されたポートの他の全ての波長成分とは独立して残りの予め設定されたポートの１つにルーティングする。更に、この全光クロスコネクト装置は、ＷＤＭ光信号の１つ以上の波長成分を受け取る少なくとも（ｍ＋１）個の特定のポートを有するｍ個の再構成可能な全光スイッチから構成される全光スイッチの第２の組を備える。第２の組の再構成可能な全光スイッチは、特定のポートの１つからの波長成分を他の波長成分とは独立して残りの特定のポートのうちの１つにルーティングする。第１の組内の各再構成可能な全光スイッチの予め設定された各ポートは、第２の組内の異なる再構成可能な全光スイッチの特定のポートの１つに光学的に接続されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、合分波機能と波長選択経路選択機能の両方を有する全光スイッチング素子である再構成可能なスイッチング素子を用いたモジュール式全光ＯＸＣを提供する。本発明により、上述した従来のＯＸＣにおいて必要とされた個別の合分波素子とスイッチング素子は不要となる。本発明では、このような再構成可能なスイッチング素子を採用しているので、ＯＸＣの容量をモジュール的に増加させることができる。更に、再構成可能な全光スイッチによって、上述した従来のＯＸＣに比べて挿入損失が小さく、低コストなＯＸＣを構成することができる。
【００１３】
本発明に採用でき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図２を用いて後に説明する。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モジュール式全光ＯＸＣ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。
【００１４】
図２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対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３１５〜３１８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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、選択された出力ポートに向けられる。
【００１７】
図３は、本発明に基づくモジュール構成のｍ×ｍ全光クロスコネクト装置（modular, all-optical, mxm cross-connect：以下、ＯＸＣという。）４００の構成を示している。ＯＸＣ４００は、ｍ個の入力ポート４１２の任意のいずれかに入力された波長をｍ個の出力ポート４２２のうちの任意のいずれかにそれぞれ個別にルーティングすることができる。図３に示す具体例では、例示的に、ｍを８としている。なお、ここで用いる「ルーティングする（route）」という用語は、選択された１つ以上の波長を所定の経路に沿って選択的に向ける能力だけではなく、これと同じ経路に向けられていない他の全ての波長の伝播を阻止する能力をも意味する。
【００１８】
クロスコネクト装置４００は、光スイッチ４１０１、４１０２、・・・、４１０ｍから構成される第１の列と、光スイッチ４２０１、４２０２、・・・、４２０ｍから構成される第２の列とを備える。再構成可能な光スイッチ４１０、４２０は、図２に示すような種類の光スイッチであってもよい。第１の列に含まれる再構成可能な各光スイッチ４１０は、入力ポート４１２と、ｍ個の出力ポート４１４とを備える。例えば、図３に示す具体例では、光スイッチ４１０１は、図から明らかなように、入力ポート４１２１と、出力ポート４１４１１、４１４１２、・・・、４１４１ｍとを備える。第１の列のなかの他の光スイッチも同様な構成を有している。同様に、第２の列に含まれる光スイッチ４２０は、出力ポート４２２と、ｍ個の入力ポート４２４とを備えている。図３に示す具体例では、光スイッチ４２０ｍは、図から明らかなように、出力ポート４２２ｍと、入力ポート４２４ｍ１、４２４ｍ２、・・・、４２４ｍｍとを備える。光スイッチの第１及び第２の列に含まれる再構成可能な光スイッチは、以下に説明するように相互接続されている。第１の列の各光スイッチの出力ポートは、第２の列の光スイッチの入力ポートに順番に接続されている。例えば、図３に示すように、スイッチ４１０１の出力ポート４１４１１〜４１４１ｍは、それぞれスイッチ４２０ｍ〜４２０１の入力ポート４２４ｍ１〜４２４ｍｍに接続されている。このようにして、光スイッチの第１の列のｍ２個の出力ポートは、光スイッチの第２の列のｍ２個の入力ポートに接続され、これによりｍ２個の内部光接続が構成されている。ここで、上述したような採用されているスイッチの、光増幅器に対する相対的なコストに応じて、入力側又は出力側の光スイッチの列を１×ｍ個の受動カプラに置き換えてもよい。入力側の光スイッチを受動カプラに置き換えた場合、この受動カプラは、全ての入力ファイバに入力された全ての波長のコピーを光スイッチの第２の列にルーティングし、この第２の列の光スイッチが、必要な信号のみを選択的に通過させる。これに代えて、第１の列の光スイッチにおいて適切な信号を選択し、各波長を波長毎に所定の受動カプラにスイッチングして所定の出力ファイバから出力するようにしてもよい。この受動カプラは、各スイッチからの波長を１つの出力ファイバに受動的に結合する。受動カプラは、光スイッチより安価であるが、損失が大きく、その結果、高価な増幅器が必要となる。したがって、最適な構成は、光スイッチと、光増幅器と、クロスコネクトされるＷＤＭファイバの数（すなわち、ｍ）とに依存することになる。
【００１９】
図１に示すＯＸＣに対する図３に示す全光ＯＸＣの重要な利点は、多数のＷＤＭチャンネルが使用される場合、図３に示す全光ＯＸＣの方が図１に示すＯＷＣに比べて、内部光接続の数を圧倒的に少なくできるという点である。光伝送システムにおいて使用されるＷＤＭチャンネルの数が近年になって１６チャンネルから３２チャンネルに増え、更に最近では１６０チャンネルにまで増えており、このような利点は、重要性を増している。例えば、図１に示すようなＯＸＣでは、内部光接続の数は２ｍＮであり、ここで、ｍはＯＸＣがＷＤＭ光信号を入出力するための入力ポートと出力ポートの数であり、ＮはＷＤＭ光信号内の最大チャンネル数である。一方、図３に示す本発明に基づくＯＸＣの内部光接続の数はｍ２である。換言すれば、本発明では、相互接続の数は、チャンネル数ではなく、ＷＤＭ入力及び出力ポートの数に比例する（scale）。図４は、Ｎチャンネルのクロスコネクト及びｍ個のＷＤＭ入出力ポートを備える所定の光クロスコネクトについて、図１と図３に示すＯＸＣのいずれが要求する光接続がより少なくなるかを示している。特に、ＷＤＭ入出力ポートの数が総チャンネル数の２倍より少ない場合、本発明に基づくＯＸＣが要求する光接続の数が少なくなり、したがって、コストが安くなり、及びＯＸＣが占める物理的空間が小さくなる。通信設備は、坪単価が高い土地に確保された特別な設備内に設けられることが多く、したがって、物理的空間を縮小することは、通信設備にとって多くの場合、特に重要である。図５は、チャンネル数がＷＤＭ入出力ポートの数よりも急速に増加する現在のネットワークにおいて、本発明に基づく全光ＯＸＣと従来のＯＸＣとを採用した場合の接続の数の相異がいかに大きくなるかを示している。図５では、従来のＯＸＣと、本発明に基づく全光ＯＸＣとにおける、ＷＤＭ入出力ポートの数を２、４、８とした場合の様々なチャンネル数について必要とされる内部光接続の数を示している。例えば、４個の入出力ポートを備える従来の３２チャンネルＯＸＣは、３２個のチャンネルを合波する合波器と、３２個のチャンネルを分波する分波器と、１２８×１２８デジタルスイッチング機構とが必要であり、これによる内部光接続の総数は２５６となる。一方、本発明に基づく全光ＯＸＣでは、８個の再構成可能な光スイッチにより同様の機能が実現でき、この場合の内部光接続の総数は１６である。更に、本発明に基づくＯＸＣは、従来より小さく、製造も容易であり、損失も低減できる。
【００２０】
図１に示す従来のＯＸＣに対する図３に示す本発明に基づく全光ＯＸＣの更なる利点は、本発明に基づく全光ＯＸＣは、モジュール式に設置又は増設ができるという点である。特に、ＯＸＣに対して最初にｘ個のＷＤＭ入出力ポートが与えられ、したがって、２ｘ個の再構成可能な光スイッチが設けられている場合、（ｍ−ｘ）個の更なる再構成可能な光スイッチを追加することにより、ＷＤＭ入出力ポートの数をｍ（ｘ＜ｍ）個に拡張することができる。勿論、これは、元のｘ個の光スイッチには、最初からｍ個の出力ポート（ＷＤＭ入力ポートに接続される光スイッチの第１の列の場合）と、ｍ個の入力ポート（ＭＤＭ出力ポートに接続される光スイッチの第２の列の場合）とが設けられている必要がある。これらの更なる（ｍ−ｘ）個のポートは、拡張ポートとして機能し、これらの拡張ポートには、容量の追加が必要となったときに、更なる（ｍ−ｘ）個の再構成可能な光スイッチを接続することができる。図６は、最初に４個のＷＤＭ入力ポート及び出力ポートが設けられた本発明に基づくＯＸＣの具体例を示している。図６に示すように、再構成可能な光スイッチ６１０、６２０は、拡張ポート６３０を備え、拡張ポート６３０は、ＯＸＣに更なる再構成可能な光スイッチを追加する場合に使用される。
【００２１】
本発明によって提供されるモジュール機能は、任意のＷＤＭ入力ポートと任意のＷＤＭ出力ポート間の全ての各チャンネル用の通信経路を確立するために必要な内部光接続の数が１個のみでよいという理由によって実現される。例えば、合計で９ポートの再構成可能な光スイッチでは、１個のポートをＯＸＣへの入力又は出力ポートとして確保し、残りのポートをＯＸＣ内の他の光スイッチへの内部光接続を確立するために用いることもできる。このような特徴により、本発明は、容量の追加が必要となった場合に、更なる再構成可能な光スイッチを追加するだけで容量を簡単に拡大することができるモジュール式ＯＸＣを提供する。図１に示すようなＯＸＣでは、ＯＸＣを最初に設置する時点で、容量を増加することに伴う全体の費用の相当な部分が必要であったが、本発明では、容量を実際に追加することが必要となるまでは、容量の追加に関連した投資費用の大半を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の光クロスコネクト装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に採用できる再構成可能な全光スイッチの具体例を示す図である。
【図３】本発明に基づく全光クロスコネクト装置の構成を示す図である。
【図４】様々なチャンネル数に対して、図１及び図３に示す各光クロスコネクト装置のいずれが内部光接続の数を少なくできるかを示すグラフ図である。
【図５】図１に示すＯＸＣと、図３に示す本発明に基づく全光ＯＸＣとにおける、ＷＤＭ入出力ポートの数を２、４、８とした場合の様々なチャンネル数について必要とされる内部光接続の数を比較して示すグラフ図である。
【図６】再構成可能な光スイッチを追加することにより、モジュール式にクロスコネクトの容量を増加させるための拡張ポートが使用可能な、本発明に基づく光クロスコネクト装置の構成を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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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】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明に採用でき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図２を用いて後に説明する。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モジュール式全光ＯＸＣ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。


【手続補正２】
【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】
図２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３１５〜３１８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３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
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４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
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、選択された出力ポートに向けられる。


【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
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【国際調査報告】
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