JP2009508159A - 光波長選択ルータ - Google Patents

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Abstract

【課題】 光ファイバー波長選択スイッチ、特に、等化適用及びブロック適用においてチャネルルーティング用の光ファイバー波長選択スイッチを提供すること。
【解決手段】 入力信号は予め定義された偏光を有する光ビームに変換される。次いで、ビームは横方向に拡大され、ビーム拡大面で空間的に分散される。異なる波長成分は偏光回転装置を通して方向付けされ、各ピクセルは別個の波長で動作するように波長分散方向に沿ってピクセル化される。次いで、各ビームは望ましい出力ポートに各波長を方向付けるためにピクセル化ビーム操縦アレイに通される。ビーム操縦装置はＭＥＭＳベース、又はＬＣＯＳアレイにすることができる。適切な制御電圧がピクセル及びその関連ビーム操縦要素に印加されるとき、そのピクセルを通過する光信号の偏光が回転され、そのビームは選択出力ポートに接続するために操縦される。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、動作が波長依存である高速光スイッチに関し、特に、光通信システムの波長選択ルータ又はチャネルブロッカーとして使用するための高速光スイッチに関する。
デジタル情報又はアナログ情報を搬送する光キャリアとして光波長を使用することは、光通信分野で公知である。また、異なる波長は、１セット又は１チャネルの情報を別のものと区別するために使用できる。複数の波長が単一のファイバーで結合されるか、又は多重化されるとき、これは波長分割多重化（ＷＤＭ）と呼ばれている。そのようなＷＤＭの使用は、システムの全体的な帯域幅を増やす。
光信号の波長によって、1つのファイバーに沿って多数の他のファイバーのいずれかを通過させる光情報のパケットを交換するようなシステムの必要性がある。そのようなスイッチは、光ルータ又は波長選択スイッチとして知られている。多数の、波長に依存するスイッチ及びルータは、先行技術の中に存在する。参照によって全体的にここに組み込まれる同時係属のＰＣＴ出願であるＰＣＴ出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＩＬ２００２／００５１１、ＰＣＴ出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＩＬ２００３／０１００２及びＰＣＴ出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＩＬ２００６／００５９０のすべてにおいて、入力光信号が２つの望ましい垂直な面において空間的に波長分散されかつ偏光分割される波長選択スイッチが開示される。波長分散は回折格子によって望ましくは実行され、偏光分割は偏光ビームスプリッターによって望ましくは実行される。各ピクセルが別個の波長チャネルで動作するように波長分散方向に沿ってピクセル化された偏光回転装置、例えば液晶偏光変調器は、ピクセルに印加される制御電圧によって、各ピクセルを通過する光信号の偏光を回転させるために動作可能である。次いで、偏光変調信号は、入力信号を分散及び分割するためにそれぞれ使用された素子を類似の分散及び偏光の手段によって波長再結合及び偏光再結合される。出力偏光再結合器において、結果として生じる出力信号が指示される方向は、特定の波長チャネルの偏光が偏光変調器ピクセルで回転されたかどうかによって決定される。ＰＣＴ出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＩＬ２００３／０１００２及びＰＣＴ出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＩＬ２００６／００５９０も、偏光ビームの横方向の拡大を分散面に取り入れる。
かかる高速波長選択光スイッチ構造はＷＤＭスイッチング適用に使用できるが、チャネルブロッカー又は減衰器として使用される２×２形態に一般的に限定される。「波長操縦システム及び方法」というＳ．Ｊ．フリスケンによる米国特許第７，０９２，５９９号において、ＬＣＯＳフェーズドアレイを使用する波長操縦システムが記載され、その光学装置は、入力ビームの視準を維持しかつ分散の方向に垂直な方向に入力ビームの焦点を合わせる球面ミラー及び円筒形レンズを含む。「波長選択再構成可能な光交差接続」という公開された米国特許出願番号第２００６／００６７６１１号には、少なくとも円筒形ミラー及び円筒形レンズを含む光学装置を有するＬＣＯＳフェーズドアレイを使用する光結合装置が記載される。
したがって、アド及びドロップ機能を有する、チャネルルーティングアプリケーションに使用するための簡単な光学構造を有する新しい光マルチ経路波長選択スイッチ構造に対する必要性がある。
本明細書のこの部分及び他の部分において記載した各刊行物の開示内容は、参照によって全体としてここに取り入れられる。
ＰＣＴ出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＩＬ２００２／００５１１ ＰＣＴ出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＩＬ２００３／０１００２ ＰＣＴ出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＩＬ２００６／００５９０ 米国特許第７，０９２，５９９号公報 米国特許出願番号第２００６／００６７６１１号
本発明は、新しい光ファイバー、マルチウェイ、波長選択スイッチ（ＷＳＳ）構造、例えば光通信及び情報透過装置システムでチャネルルーティング及び／又はブロッキングアプリケーション用に使用されるものを提供することを目的とする。多数のポートから又は多数のポートへのアド及びドロップ作用は、このスイッチ構造で実現することもできる。スイッチは最小限の構成要素を使用し、したがってかかるシステムにおいて大規模な使用のわりには経済的に構成することができる。スイッチ構造は波長選択可変光減衰器として、それを通して転送ルート用にも使用できる。
スイッチ構造は、スイッチのいずれかのポートに入力される光信号を定められた偏光を有する光ビームに変換することを、望ましくは、ＷＳＳを横切るビームの光操作が行われるシステム面に対して所定の面に相互に配置される複屈折液晶の使用によって利用する。これの後に、この所定の面での偏光ビームの横方向の拡大が続く。この横方向の拡大は、公知である、円筒形レンズ望遠鏡システム又は単一プリズムのような、どんな代替方法でも利用することができるが、一対のアナモフィックプリズムによって望ましくは実行される。次いで、ビームは、望ましくは回折格子によって、ビーム拡大のそれと同じ所定の面で空間的に波長分散される。ビームの横方向の拡大は、横方向の拡大の分散と同じ面での分散と比較して、先行技術のスイッチに比較した利点をし、特に、使用可能なスイッチの高さの軽減に関する利点、また使用可能な増加波長分解能に関する利点をＷＳＳに提供する。光は、次いで、各々のピクセルが別々の波長に作用するように偏光回転装置（望ましくは波長分散的な方向に沿ってピクセル化される液晶（ＬＣ）電池）に方向付けされる。適当な制御電圧がピクセルに印加されるとき、そのピクセルを通過する光信号の偏光は回転し、それによってそのピクセルを通過する特定の波長チャネルをブロックするか、透過するか、減衰する。
ビーム偏光回転の後、各々のピクセルを通過する光は、ビーム操縦要素（beam steering element）を使用して角度偏向される。ビーム操縦要素は、各々のビーム操縦ピクセルも別々の波長で動作するように、波長分散的な方向に沿ってピクセル化される。適切な制御電圧がビーム操縦ピクセルに印加されるとき、その液晶ピクセルに関連した波長成分はビーム操縦ピクセルによってその望ましい方向に操縦される。ビームは、従来、スイッチ構造の水平方向と呼ばれている波長分散の面、又はスイッチ構造の垂直方向として知られている波長分散の面に垂直な面のいずれかにおいて操縦することができる。垂直操縦は、ビーム操縦よって生成される角度偏差が波長分散によって生成される角度偏差に干渉しないという点で利点があり、したがって構成を単純化する。
各ピクセルを通してビームを操縦することにより、異なる波長の光は、透過又は減衰後に、ビーム操縦角度によって規定される種々の経路に従って方向付けされ得る。また、特定の波長の光はブロックでき、その場合、ビーム操縦は行われない。
偏光回転ピクセルからの分散波長操縦ビームは、次いで、再結合され、引き続き、ビーム収縮し、出力複屈折水晶を通過してスイッチ出力の方に戻る。波長選択スイッチは反射型にすることでき、その場合には、操縦ビームはマルチ波長入力ビームを分散させるのに用いられたのと同じ装置によって、入力ビームを横方向に拡大するために使用された同じ横方向ビーム拡大器と入力ビームに使用された同じ偏光マニピュレータとを通して反射される。本発明のビーム操縦のため、角度的にずれた各操縦ビームは、ビーム操縦角度に従って、わずかにずれた位置でこれらの要素を通過し、出力コリメータのアレイ（array）は、操縦ビーム角度に従って、別個の出力ポートで各操縦ビームを収集するために、出力複屈折水晶の端部に配置される。代わりに、そして、望ましくは、ＷＳＳは透過型にすることができ、その場合には、操縦ビームは、装置から別々の分散要素、ビーム収縮要素、及び偏光操縦要素への出力である。
本発明のＷＳＳは、操縦ビームがその宛先出力ポート以外のいずれかの出力ポートに接続されることから防止されるように、偏光回転素子がビーム操縦装置に協働して動作することができるという点で先行技術のスイッチを越える重要な利点を有する。これは、望ましくない出力ポートへの出力が操縦ビームを通り過ぎるように望ましくない出力ポートへの経路の偏光回転装置の透過性を調節することによって達成される。このように、ヒットがないスイッチング形態は、一次元の操縦アレイのみを使用して達成することができる。
ビーム操縦要素は、それに衝突するビームの経路を逸らすことができるいずれかのミニチュア要素にすることができる。1つの好ましい実施例によると、小型電子機械式システム（ＭＥＭＳ）要素、例えばマイクロミラーは、操縦を生成するために使用される。かかるＭＥＭＳ要素の偏角は、望ましいビーム操縦角度を提供するために、電子的に制御することができる。
代わりに、また望ましくは、ビーム操縦は、液晶アレイピクセルの設定によって生成されるビームの異なる偏光に従ってその間を通過するビームに異なる伝播角度を発生させる一組の連続的に配置された液晶アレイ及びプリズム偏光セパレーター、例えば楔形状の複屈折ウォークオフ（walk-off）ことによって実行することができる。特定の液晶ピクセルを通り抜けるビームの操縦角度は、ビームが通る連続ＬＣピクセルの各々の偏光回転設定によって決定される。この実施例は、いかなる可動部分もなくビーム操縦を生成する利点を有するが、より複雑な制御システム及び場合によってはチャネル間のより高い漏話という不利な点を有する。
さらに好ましい実施例によると、ビーム操縦は、フェーズドアレイとして作用するシリコン上液晶（ＬＣＯＳ)空間光変調器の使用によって発生させることができる。ＬＣＯＳ装置において、光は、ＬＣ層の種々のピクセルをそれらの状態の間で駆動する回路アレイが実行されるＣＭＯＳ基板の正面で形成される反射型基板の上に配置された液晶材料層のピクセル化層に通される。これらの状態によると、光は偏向されず、その入射経路に沿って反射されるか、又は光がＬＣＯＳピクセルに到達したところから偏向され、従って異なる経路に沿って異なる光ポートへ戻るように反射され、各ピクセルを横断する。そのような装置のピクセルは一般的に小さいので、各々の波長成分は、最小の光学的大きさでさえ実用的である、いくつかのピクセルを覆う。完全な二次元ＬＣＯＳアレイは、次いで、ＬＣの種々のピクセルに適用される位相シフトに従って各波長ごとに望ましい方向に入力チャネルの種々の波長成分を方向付けるようにプログラムされている。
本発明の好ましいＷＳＳ実施例の全てにおいて、装置の動作は、スイッチング用信号が、「出力」ポートとして本出願において記載されたものを入力にすることができ、逆に、「入力」ポートと呼ばれていたもの出力にすることができるように本質的に相互交換できる。本出願における用語、入力及び出力は交換可能に使用でき、したがって、特許請求の範囲に記載され、また、本発明が特定のポートの方向の命名法によって制限されることを目的としないと理解されるべきである。特定のポートが入力又は出力用に使われることになっているところでは、信号分離装置、例えば循環器は入力を出力された方向信号から切り離すのに用いられなければならないことを理解すべきである。
チャネルスイッチングレートは、ＬＣブロック/透過/減衰要素及びビーム操縦装置の両方のスイッチングレートの遅い方によって決定される。ビームは両方によって処理されねばならないからである。ＭＥＭＳの場合、又はＬＣビーム操縦の場合のどちらにおいても達成できるレートは、ＷＤＭ又はＤＷＤＭスイッチングアプリケーションの使用に適する。
したがって、本発明の第１の好ましい実施例に従って、
（ｉ）少なくとも１つの第１のマルチ波長光信号を入力するための少なくとも１つの第１のポートと、
（ｉｉ）前記少なくとも１つの第１のマルチ波長光信号の異なる波長成分を出力するための複数の出力ポートと、
（ｉｉｉ）前記少なくとも１つの第１のマルチ波長光信号の各々を予め定められた面に配置されかつ同じ予め定義された偏光を持つ一対のマルチ波長光ビームに変換する偏光変換装置と、
（ｉｖ）予め定められた面で予め定義された偏光のマルチ波長光ビームを横方向に拡大するビームを拡大するビーム拡大装置と、
（ｖ）予め定義された偏光の横方向に拡大された光ビームを受け、予め定められた面でその波長成分を分散する波長分散素子と、
（ｖｉ）分散した光ビームの少なくとも1つの波長成分の偏光が少なくとも1つの波長成分が通過するピクセルに適用される制御信号に従って回転するように、ピクセルに適用される制御信号に従ってそのピクセルを通過する光の偏光を回転させる、分散方向にほぼ沿ってピクセル化される偏光回転素子と、
（ｖｉｉ）偏光素子のピクセルを通過する少なくとも1つの波長成分が少なくとも1つの波長成分に関連したビーム操縦装置のピクセルの設定に従ってその望ましい出力ポートの方向に操縦されるように配置されたピクセル化操縦要素とを含む、波長選択スイッチ(ＷＳＳ)が提供される。
上記のＷＳＳにおいて、少なくとも1つの波長成分は、少なくとも1つの波長成分に関連した偏光回転素子のピクセルに適用された制御信号に従って、望ましくは減らされる。ビーム操縦要素は、単一の回転軸を有する小型電子機械式システム（ＭＥＭＳ）ミラーのアレイ、又はシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）アレイ、又は一連の対の調整可能な偏光回転素子及び複屈折プリズムのいずれかにすることができ、前記少なくとも１つの波長成分は該少なくとも１つの波長成分が通過する調整可能な偏光回転素子の設定に従って操縦される。
本発明のさらに別の好ましい実施例に従って、上記のスイッチのいずれでも、拡大されたビームの分散波長成分をビーム操縦要素に集束させるために少なくとも1つの光学要素を望ましくはさらに含むことができる。この集束はレンズによって、又は光学焦点調整力も有する波長分散素子の使用によっても実行することができる。
また、上記のＷＳＳにおいて、偏光回転素子は液晶にすることができる。偏光変換装置は、その出力面の一部に配置された半波長板を有する複屈折ウォークオフ水晶にすることができる。ビーム拡大装置は、一対のアナモフィックプリズム、円筒形のレンズ望遠ミラーシステム、及び単一のプリズムのいずれか一つにすることができる。波長分散素子は回折格子にすることができる。
ＭＥＭＳアレイを使用する上記の実施例において、少なくとも1つの波長成分に関連した偏光回転素子のピクセルは、少なくとも1つの波長成分が望ましくない出力ポートを少なくとも交差するとき、切換の間に、少なくとも1つの波長成分の通過をブロックするために望ましくは制御することができる。
さらに好ましい実施例によると、どんなタイプのピクセル化ビーム操縦要素でも、操縦波長成分が他の望ましくない波長成分の経路に交差しないような方向に、少なくとも1つの波長成分を操縦するのに適する。
本発明のさらに別の好ましい実施例に従って、マルチ波長光ビームの寸法が分散面に垂直な方向に減らされるように配置されたビーム縮小器を含む上述のＷＳＳが提供される。
さらに、上記の実施例のいずれにおいても、ピクセル化ビーム操縦要素は、操縦ビームが、光信号を入力ポートからビーム操縦要素に方向付けるために使用される光学要素を通して該操縦ビームの宛先ポートにアクセスするような反射性要素、又は操縦ビームが、光信号をビーム操縦要素から出力ポートに方向付ける追加の光学要素を通して該操縦ビームの宛先ポートにアクセスするような透過性要素のいずれにもすることができる。
その上、上記の実施例のいずれも、いずれのポートの信号レベルを決定するために、ビーム監視アレイをさらに含むことができる。
本発明のさらに別の好ましい実施例に従って、
（ｉ）少なくとも１つの第１のマルチ波長光信号を入力するための少なくとも１つの第１のポートと、
（ｉｉ）前記少なくとも１つの第１のマルチ波長光信号の異なる波長成分を出力する複数の出力ポートと、
（ｉｉｉ）前記少なくとも１つの第１のマルチ波長光信号の各々を予め定められた面に配置された、同じ予め定義された偏光を持つ一対のマルチ波長光ビームに変換する偏光変換装置と、
（ｉｖ）予め定められた面で予め定義された偏光の前記マルチ波長光ビームを横方向に拡大するビーム拡大装置と、
（ｖ）予め定義された偏光の横方向に拡大された光ビームを受け、予め定められた面でその波長成分を分散する波長分散素子と、
（ｖｉ）ピクセル化シリコン上液晶（ＬＣＯＳ）アレイを含むビーム操縦要素とを含み、該ＬＣＯＳアレイは、波長成分の異なるものを出力ポートに適用される制御信号に従って出力ポートに方向付けるように構成されている、波長選択スイッチがさらに提供される。ピクセル化ＬＣＯＳアレイは、それに適用される制御信号に従って波長成分の異なるものを減衰するように望ましくは構成することができる。
ＬＣＯＳアレイを含む上記ＷＳＳのいずれも、望ましくは、操縦ビーム偏向角度を増加させるのに適しているビーム偏向素子をさらに含む。このビーム偏向素子は、回折光学素子、ホログラフィック素子、連続した一連の反射面、及び分散プリズム組立体のいずれか１つにすることができる。
本発明のさらに別の好ましい実施例に従って、
（ｉ）マルチ波長光信号を入力するための少なくとも１つの第１のポートと、
（ｉｉ）マルチ波長光信号の異なる波長成分を出力するための複数の出力ポートと、
（ｉｉｉ）予め定められた面で前記マルチ波長光ビームから生成される少なくとも1つのビームを横方向に拡大するビーム拡大装置と、
（ｖｉ）前記少なくとも1つの横方向に拡大された光ビームを受け、予め定められた面でその波長成分を分散させる波長分散素子と、
（ｖ）分散した波長成分に作用するピクセル化ビーム減衰アレイと、
（ｖｉ）分散した波長成分の少なくとも1つを望ましい出力ポートの方向に操縦するピクセル化ビーム操縦要素とを含み、前記ピクセル化ビーム減衰アレイは操縦ビームがその望ましい出力ポート以外のいずれかの出力ポートに接続されることから防止されるようにビーム操縦装置と協働して動作される、波長選択スイッチが提供される。
そのようなＷＳＳにおいて、操縦ビームが望ましい出力ポート以外の出力ポートへの経路を少なくとも横断する間、ピクセル化減衰アレイは、スイッチングの間に操縦ビームの透過をブロックするために好ましくは制御することができる。
本発明のさらに別の好ましい実施例に従って、マルチ波長入力光信号の選択波長成分を望ましい出力ポートにスイッチングする方法がさらに提供され、該方法は、
（ｉ）マルチ波長入力光信号から少なくとも1つのビームを生成すること、
（ｉｉ）予め定められた面で少なくとも1つのマルチ波長光ビームを横方向に拡大すること、
（ｉｉｉ）少なくとも1つのマルチ波長光ビームを、その波長成分を生成するために予め定められた面で空間的に分散させること、
（ｉｖ）分散した波長成分を減衰させるためにピクセル化ビーム減衰アレイを提供すること、
（ｖ）望ましい出力ポートに分散波長成分の少なくとも１つを操縦することを含み、操縦することは操縦ビームがその望ましい出力ポート以外のいずれかの出力ポートに接続されることから防止されるように減衰と協働して行われる。
この方法によれば、ピクセル化ビーム減衰アレイは、それが望ましい出力ポート以外の出力ポートを少なくとも横切る間に、スイッチングの間に少なくとも１つの操縦された波長成分の透過をブロックするために好ましくは制御することができる。
本発明のさらに別の好ましい実施例に従って、
（ｉ）少なくとも1つのマルチ波長光信号の各々の偏光を予め定義された偏光を有する一対のマルチ波長光ビームに変換すること、
（ｉｉ）予め定められた面の予め定義された偏光のマルチ波長光ビームを横方向に拡大すること、
（ｉｉｉ）予め定められた面に、横方向に拡大したマルチ波長光ビームを空間的に分離された一連の波長ビームに空間的に分散すること、
（ｖｉ）分散した光ビームの少なくとも1つの波長成分の偏光は、少なくとも1つの波長成分が通るピクセルに適用される制御信号に従って回転されるように、ピクセルに適用される制御信号に従ってそのピクセルを通過する光の偏光を回転させるための、分散の方向にほぼ沿ってピクセル化された偏光回転素子を利用すること、
（ｖ）前記ビーム操縦装置の前記少なくとも１つの波長成分に関連した前記ピクセルの設定に従ってその望ましい出力ポートの方向にピクセル化されたビーム操縦装置を使用することによって、偏光素子のピクセルを通過する少なくとも1つの波長成分を操縦することを含む、少なくとも１つのマルチ波長入力光信号の選択波長成分を望ましい出力ポートにスイッチングする方法がさらに提供される。
本発明のさらに好ましい実施例に従って、後述されるＷＳＳの実施例に関して記載された応用、付加、又は限定のいずれかを導入することによって改変される上記方法が提供される。
本発明は、図面とともに説明される、以下の詳しい記載からより十分に理解される。
図１を参照すると、単一の入力ポート、単一の主出力ポート及び多数のドロップポートを含む光波長ルータの機能のブロック図が概略的に示されている。光波長ルータの機能は、入力信号のいずれかの波長チャネルを透過すること、ブロックすること、又は減衰させることのいずれかであり、また透過されるか又は減衰されるならば、出力ポート又はドロップポートのいずれかにその信号を方向付けることである。
図２を参照すると、本発明の好適な実施例にしたがって実施された図１のルータ２０が、ルータの個々の動作部品の機能のブロック図で概略的に示されている。信号はファイバーインタフェースブロック２１を通してルータに入力され、ファイバーインタフェースブロック２１は入力信号を受け入れて、偏光処理、横方向の拡大及び空間操作のために自由空間ビームに変換する。本発明の好適な実施例によれば、自由空間ビームは、同様な偏光を有する所定の面に相互に配置された一対のビームを発生させるために偏光選択モジュール２２において最初に偏光処理され、次いで、先行技術における公知の方法の１つによってビーム拡大器ブロック２３によってその面において空間的に拡大される。次いで、空間的に拡大されたビームは、分散光モジュール２４の面で分散する。最後に、分散したビーム波長成分は焦点面ビーム操縦モジュール２５に方向付けされ、該焦点面ビーム操縦モジュール２５は、各々の波長チャネルごとに適用される光学透過率を選択するピクセルＬＣアレイとどの出力ポート又はドロップポートが波長チャネルごとに選択されるべきかに従って選択方向に各波長チャネルを方向付けるピクセル化ビーム操縦アレイとを含む。分散したビーム波長成分は、別個の集束素子、例えばレンズにすることができるか、又は光学焦点調節力も有する分散要素の使用によって実施することができる、プラスの屈折力を有する要素によって、焦点面ビーム操縦モジュール２５に好ましくは方向付けされる。
図２は、透過処理及びビーム操縦後に、各波長チャネルビームは、ビーム操縦モジュール２４に含まれる反射面の反射によりビーム拡大ブロック２２と入力目的の他に、切換ビームをそれらの選択出力ファイバーに出力するためにも動作可能であるファイバーインタフェースブロック２１とに分散光モジュール２２を通して戻されるという点で、図１の反射型の実施例の構造を概略的に示す。そのような反射型の構成は、この発明の最も費用効果がよくてコンパクトな実施例を提供する。しかし、図２の要素部品に基づく透過型の実施例は、ビーム操縦モジュール２４の後方に、分散光モジュール２３、ビーム拡大器ブロック２２、及びファイバーインタフェースブロック２１の順序で、すなわち図２のビーム操縦モジュール２４の右方に繰り返される、分散光モジュール２３、ビーム拡大器ブロック２２、及びファイバーインタフェースブロック２１で等しく実施可能であることが理解される。そのような透過型の実施例は、正確な光学的構成、すなわち透過型又は反射型は特定されない、本発明の一般化された実施例の全てに含まれると理解される。いくつかの反射型及び透過型の実施例の詳しい説明は、以下に示される。
図３を参照すると、本発明の別の好ましい実施例に従って構成され、動作可能である反射型波長選択ルーティングスイッチの好ましい要素位置及び配置を示す概略平面図が示される。図３の実施例は、偏光変換装置３０、例えば半波長板を出力の部分の上方に有する複屈折ウォークオフ水晶を含むファイバーインターフェース入出力ブロックを示す。このように発生する偏光のような自由空間ビームは、この実施例において一対のアナモルフィックプリズムとして示される、図の平面においてビームを拡大するために動作可能である一次元のビーム拡大器３１に通される。次いで、拡大ビームはこの実施例において反射格子として示される分散格子要素３２に方向付けされる。分散格子要素３２は、各入力ビームの波長成分をビームが生成されかつ拡大される面、すなわち図面の平面と同じ面で分散し、また、焦点レンズ３３は分離された波長成分を、添付図面により詳細に示される焦点面ビーム操縦モジュール３４に集中させる。波長選択ルータが上記説明される透過型の実施例において同様に実施できることを理解すべきである
図４Ａを参照すると、構成部品を詳細に示す、図３の反射波長選択ルータの別の概略平面図が示される。図４Ａはルータの単一のチャネル経路の平面図レイアウトを示す。各ポートの入力（又は出力）ビームは、ファイバーインタフェースブロックの入力（又は出力）であり、ファイバーインタフェースブロックは好ましくはポートごとにファイバーコリメータ４０を含み、その後に、好ましくは出力面の部分の上方に半波長板４２を有する複屈折ウォークオフ水晶４１、例えばＹＶＯ４水晶が続く。したがって、各チャネルの出力は、ビーム出力の各々に垂直線によって示されるように、また図４Ａに示される実施例において図面の平面にある予め定められた面に配置された、同じ偏光方向を有する一対のビームを含む。この偏光分解及び変換の後、これらのビームは図４Ａに示される好ましい実施例においてその同じ予め定められた面でアナモフィックプリズム対４３によって横方向に拡大される。これらの横方向に拡大したビームは、図４Ａに示される実施例において図面の平面にある同じ予め定められた面で再度、波長分散用格子４４に通される。分散波長成分は、次いで、ビームスイッチング操縦モジュール４６に焦点を合わせるレンズ４５に方向付けされる。各波長チャネルのビームは、そのチャネル用の望ましい伝送状態、すなわちブロック状態、完全透過状態又は減衰伝送状態を達成するためにピクセル化液晶（ＬＣ）アレイ４７によって切り換えられる。ＬＣアレイによって適切にビーム処理した後、ビームは、複屈折水晶の出力部分へのルータに戻し、そしてそこから各出力コリメータポートへ切換えられた各操縦ビームを反射するために動作可能な、図４Ａに反射性素子として示されるビーム操縦装置４８に通される。この操縦は、図面の平面に垂直な方向に行われる。１つの好ましい実施例に従って、ビーム操縦装置はミラーのＭＥＭＳアレイにすることができる。半波長板４２を有する複屈折ウォークオフ水晶４１は図４Ｂの端面図に拡大して示され、ビーム位置は２つの偏光規定並列ビーム４９への各入力ビームの分解後に見ることができる。図４Ａ及び図４Ｂに示される実施例において、ビーム操縦は図面の平面から外で、したがって図４Ｂに見られる、チャネルごとに一対のビームの垂直線によって行われる。上述のように、類似の透過型の実施例は同様に実施でき、その場合、反射性素子４８は透過性操縦要素４８によって置換でき、装置の上記入力要素は透過ビームの出力を扱うためにビーム操縦装置の右側に繰り返される。
図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、本発明のＷＳＳの一つの入力チャネルの用途に、ＭＥＭＳアレイの形態で、前図のビーム操縦焦点面モジュールの好ましい実施例の頂面及び側面からの概略図が各々示される。図５において、（ｉ）波長分散の方向５４にピクセル化され、各波長チャネルの望ましい透過状態、ブロック状態又は減衰状態を選択することに関与するＬＣ偏光回転アレイ５０、（ｉｉ）システムにおいて偏光選択組み合わせの消光比を増加させ、それによりブロッキングを改良することが機能である光学線形偏光素子５１、及び（ｉｉｉ）各々がＬＣアレイの対応ピクセルのすぐ背後に配列されたミラー５２の一次元ＭＥＭＳアレイが見られる。ＭＥＭＳアレイミラーは各ピクセルからそのピクセルを通して反射するよう操縦（ステアリング）されるが、各ピクセルはアレイのミラーごとにＭＥＭＳ制御部５３の設定に従って図面から操縦角度で操縦される。
図５Ｂは、図５Ａの構成と側面から、すなわち分散方向から見て、異なって表示された出力ポート１〜３への異なる操縦角度を見ることができる以外、同じ構成を示す。図５Ｂに示される実施例において、Ｉ／Ｏと表示される入力ポートは、当該技術分野において知られているように、ルータの入出力ポートに循環器を含むことによって出力ポートとして利用することもできる。図示される別の３つの出力がドロップポートとして使用することができ、それらは、機能的に、図示される入出力ポートと少しも異なって動作しないので、これは単に命名法の問題であり、装置は基本的に相互交換できる。
図５Ａ及び図５Ｂに示されるＭＥＭＳ形態において、ＭＥＭＳ要素がビームを、出力が要求されていない出力提供位置に掃引するので、ある出力から他の出力にビームを操縦する間に問題が生じる。したがって、たとえば、図５Ｂにおいて、いずれかの特定の波長を有するビームは、出力１，３の間に操縦されるとき、ビームは、内部にスプリアス信号を生成する出力２を瞬間的に横切る。
図５Ｃ〜図５Ｅを参照すると、この現象を回避しかつヒットしないビーム操縦形態として知られているものを提供する本発明の別の好ましい実施例が概略的に示される。
先行技術のスイッチング方法を示す図５Ｃを参照して、入力／出力ポートから出力３にビームを切り換えることは、出力ポート１，２の反転を含み、それらへのスプリアス信号を生じる。さらに、本発明の偏光回転減衰効果なしで、単一方向のビーム操縦だけを利用するようなシステムでは、透過ビームの減衰は透過ビーム５５を方向付けることによって成し遂げられ、それは宛先ポート５６に完全に重ならず、それによって信号の一部だけに結合する。しかし、これは、ビームの帯域通過形が減衰レベルで変化するという欠点を有する。
図５Ｄを参照すると、先行技術のスイッチがスプリアス信号の問題を克服する方法が示される。２次元ビームの操縦装置、例えばミラーピクセルごとに２本の回転軸線を有するＭＥＭＳミラーアレイを使用することによって、ビームは、ビームが他のいずれの出力ポートの方向にも照明しないように経路５７を通してそのターゲットポート５６に到達する前に偏向することができる。しかし、そのような対の操縦軸線ＭＥＭＳアレイは、単一の操縦軸線ＭＥＭＳアレイより、製造して、合体させるためにより高価であり、また制御することがより困難である。また、偏光回転減衰が使用されないとき、図５Ｃの実施例に関連して記載された不利益と同じ不利益が生じる。
図５Ｅを参照すると、本発明のＷＳＳのビーム操縦形態が先行技術方法の欠点を単一の軸線操縦を有する単純な一次元ＭＥＭＳミラーアレイの使用を控えることなく克服することができる方法が示される。図５Ｅの形態において、切換ビームは入力ポートと宛先ポート５６との間で直接、操縦されるが、ビームが切換プロセスの間に中間ポートを通過するときに、ビーム透過は、切り換えられた特定の波長成分に関連したＬＣ偏光回転ピクセルの設定を制御することによって妨げられる。切換プロセスが終了するとすぐに、また、望ましい宛先ポートとのビーム経路接続が完了すると、透過は非ブロック化にすることができ、スイッチはプログラムされるように動作できる。望ましくないポートへのブロックされた経路は、ブロッキング経路５８によって図５Ｅに概略的に示される。このようにして、スプリアス信号の問題は克服することができる。
さらにまた、本発明の偏光回転減衰要素の使用によって、切換ビーム５５はその宛先ポート５６に完全に接続でき、どんな望ましい減衰でも、チャネル減衰を直接的に制御するためにＬＣピクセル設定の調整によって成し遂げることができる。このように、図５Ｃ及び図５Ｄのスイッチングスキームに関連した帯域通過形状歪みも避けられる。
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、本発明の別の好ましい実施例に従って構成され、動作可能であるＬＣ／複屈折プリズムベースのビーム操縦焦点面モジュールの頂面及び側面からの概略図が各々示される。図示の目的だけのために、図６Ａの実施例は反射型の形態として示され、一方、図６Ｂにおいて透過型の形態が示されるが、いずれの形態も反射型又は透過型の実施例として採用することができることを理解すべきである。図６Ａにおいて、焦点面スイッチング及び操縦アレイの方にビームを方向付けるルータの焦点レンズ６０が示される。操縦が交互にピクセル化されたＬＣ水晶６２及び複屈折プリズム結晶６３（以下、ＬＣ/プリズム対と称され、連続的にビーム経路に配列される。）を使用して実行される間に、スイッチング機能それ自体、すなわち、特定の波長チャネルが透過、減衰又は完全ブロックされるかどうかについての決定が、ピクセル化される最後のＬＣ素子６１によって好ましくは実行される。各複屈折プリズム結晶は、それに衝突するビームをビームがｓ偏光を有するか、又はｐ偏光を有するかどうかについての決定に依存する角度で偏向し、特定のピクセルに衝突するビームがs偏光を有するか、又はp偏光を有するかどうかに関する決定はそのチャネルのために適当な制御電圧を先行のＬＣピクセルに印加することによって選択することができる。各々のプリズムが望ましくは２つの操縦角度の1つを選択するので（ＬＣが９０°の偏光回転を引き起こすように駆動されると仮定して）、可能性がある操縦角度の数は２nになる（nはルータで使われるＬＣ/プリズム組の数）。従って、３つのＬＣ/プリズム対のために、８方向の操縦が可能である。図６Ａにおいて、ミラー６５は、出力ビームをルータに通して反射させるための組立体の後方に示されている。
図６Ａの操縦焦点面モジュールの平面図において、ビーム偏向角度は、違って方向付けされたビームが識別できないように、図面の面に、又はそれの外にある。図６Ｂを参照すると、モジュールが入力チャネルを方向付ける異なる方向を示す図６Ａの平面図に図示された好ましい透過型ＬＣ／プリズム焦点面操縦アレイの概略側面図が示される。３つの対のＬＣ／プリズム６４の各々は、８つの異なる操縦方向が図示される３つのステージを備えているように、ビーム偏光に従い、２つの異なる方向のうちの1つへのビームを操縦することができる。厚板ではない複屈折プリズム６３は、複屈折されたビームの各々が異なる角度に向けられることを確実にするために使用され、ポートの間でチャネル分離を確実にする。さらに、各々のプリズムは、複屈折であるか否かに関わらず、各ステージから操縦ビームを角度的に分離することを確実にするために異なる楔角度θ1、θ２、θ３を望ましくは備える。スイッチング状態を選択するＬＣ素子６１は、ビーム操縦モジュール内部ではなく、チャネル漏話の原因となる、スイッチング要素によって引き起こされる偏光変化によるビーム操縦の干渉を回避するためにビーム操縦組立体の前方又は後方のいずれかに好ましくは配置される。

Figure 2009508159
表Ｉ
ビーム操縦モジュールの後のスイッチングＬＣ６１がいずれの出力ビームにも追加の偏光変化を提供しないように設定される、すなわちすべてのビームが十分に透過される状況の表Iを参照すると、図６Ｂの好ましい透過型実施例の出力１，２の偏光状態が示される。p偏光入力ビームのために、また、p偏光がs偏光ビームより偏向される図６Ｂに示されるＬＣビーム操縦セルの図示された設定のために、ポート１の出力はs偏光を持つが、ポート２の出力はp偏光を持つ。したがって、ビーム操縦モジュールが、スイッチングプロセスＬＣによって発生される偏光変化とは全く別に、出力信号偏光において偏光変化を生成するので、低い偏光依存損失（ｐｄｌ）格子は、分散成分が異なる偏光のビームを処理することができることを確実とするためにこれらの実施例において使用されなければならないことは明らかである。表Iの他のポート３〜８への出力は、同様に表示することができる。

後: 前:
Figure 2009508159
表ＩＩ
表ＩＩを参照すると、ビーム操縦モジュールの後方のスイッチングはいずれの出力ビームにも追加の偏光変化を提供しないために設定される状況のために再度、図６Ａの好ましい反射型実施例の出力１，２の偏光状態が示される。ｐ偏光入力ビームのために、また、図６Ｂに示されるＬＣビーム操縦セルの設定と同じＬＣビーム操縦セルの設定のために、出力ポート1が宛先であるビーム用のミラー６５の入射偏光はｓ偏光であるが、ポート２が宛先である入射偏光はｐ偏光を有する。しかし、ビームが現在、ミラーで反射されるので、ビームは、ビーム操縦モジュールの出力になるビーム操縦モジュールの入力へ逆の経路で戻り、入射経路において経験した偏光変化に対して戻り経路において逆の偏光変化を経験する。その結果、各々の反射出力ビームは入射ビームの偏光と同じ偏光を持ち、ビーム操縦モジュールそのものは出力信号偏光に少しの偏光変化も起こさない。したがって、スイッチングＬＣ６１が他のどの偏光変化も導入しない十分に透過された信号のために、高効率格子はチャネルの全ての同じように偏光された透過ビームを処理するために使用することができる。
図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、図６Ｂに図示される透過型ビーム操縦モジュールに類似する２つの代替の好ましい透過型ビーム操縦モジュールの概略図が示され、それら２つの透過型ビーム操縦モジュールは関連した複屈折結晶プリズム７１、７２、７３及びスイッチング液晶透過要素７４を有する液晶セル７０を有し、各プリズムは異なる楔角度を有するが、図７Ａに比較して、種々のプリズムの楔の方向が図７Ｂにおいて性能に影響を与えることなくどのように変更できるかを示す。図７Ｂに示される実施例に、プリズム７６の１つは、それが他のプリズムへの反対方向にビームを逸らすように整列される。必要とされるすべては、選択された偏向角度が出力ポートの間ではっきりしたビーム分離を提供しなければならないということである。
図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、本発明のさらに好ましい実施例に従って、ファイバー干渉及び偏光変換モジュールの概略図が示されている。図８Ａは側面図であり、図示した入出力ファイバーコリメータ８０がＹＶＯ４結晶として好ましくは示される複屈折偏光変換器８１に入出力ファイバーコリメータ８０のビームを方向付ける。図８Ｂには、複屈折結晶８１から出るビームのアレイ、一対からなる各コリメータが示され、半波長板８２は、公知であるように、いずれのポートの両ビームも、同じ偏光を有するようにこれらの出力ビームの１セットの偏光を９０°回転させるために複屈折結晶の出力の一側面を補う。
光信号は１つのファイバーコリメータからの入力又は出力であるとして図８Ａに概略的に示されるが、複数の信号を入力するか、又は出力するために公知の他のどの方法も本発明において使用することもできることを理解すべきである。入出力装置の重要な特徴は、構成要素の経費に関して伴う節約に関して、また通信システムのルータのために増加した実装密度に関して、できるだけ最もコンパクトなルータを提供するために、光チャネルができるだけ近い間隔で配置されるということである。このように、マイクロレンズアレイでも、又は入力/出力の全てに対して一つのレンズでも、より密度の高い実装を提供するためにＶ溝配列を使用することが可能である。同様に、導波入力装置が使用することができ、ファイバー入力/出力は画一的な導波管構造でより近くに統合され、例えばシリコン基板に製造することができる。より近い間隔でさえも、この手段で成し遂げられることができる。
図９を参照すると、入力ビームのアレイの高さを縮小するための逆望遠鏡９２を含む、図８Ａに示されるファイバーインターフェース入力及び偏光変換モジュール９０、９１の概略側面図である。この縮小は、横方向のビーム拡大が行われる面に対してほぼ垂直の平面にある。入力ファイバーコリメータの物理的サイズは、それらの間隔をルータの他の光モジュールにおいて要求された間隔よりかなり大きくするので、そのような縮小は好ましくは使用される。コリメータアレイ９０を出て行く及び入って来るビームの最初の高さ９３は、ルータ構成要素の残りに方向付けるために、かなり小さい大きさを有するビーム高さ９４に減少され、したがってかかるビーム縮小なしに達成される配置よりコンパクトなルータ配置の達成が可能になる。
図１０を参照すると、図９に示されるファイバーインターフェース入力モジュールの他の形態の側面図が概略的に示される。この好ましい実施例において、ビームアレイの高さ１０３を縮小するための逆望遠鏡ミラー１０１は、偏光変換複屈折水晶１０４への入力の前に配置され、この結晶も、残りのルータ要素に加えて、縮小されたビームの減少した高さ１０２に相応した高さを減らすことができた。
図１１Ａ及び図１１Ｂを参照すると、本発明の別の好ましい実施例に従って構成され、動作可能である波長選択アド／ドロップルータモジュールの概略図が各々示される。図１１Ａは機能ブロック図であり、一方、図１１ＢがＭＥＭＳミラーを使用するそのようなシステムでビーム操縦の実現を示す。このアド／ドロップルータは、ビーム操縦モジュール１１０、例えば本出願においてすでに記載された種々の実施例のいずれにも記載されるモジュールを使用する。反射型の実施例において入力を出力信号から切り離すために、循環器（図１１Ｂに示されていない）は主入出力ポートで必要とされる。かかる場合には、アドポート及びドロップポートの間の相違は本質的に命名法に過ぎない。入出力ポートと各々のアドポート又はドロップポートとの間の光学経路は、ビームスイッチング及びビーム操縦によってのみ決定され、これらは所望により選択することができる。
この特徴は、入力／出力ポートと他のポートのいずれかとの間のビームを方向付ける、ＭＥＭＳミラーアレイ１２０によって生成される異なる操縦角度を示す図１２において概略的に示される。どのポートがアドポート又はドロップポートであるかについての判断は信号が選択ポートへ伝送されるか又は選択ポートから伝送されるかどうかの方向によってのみ毛一定される。
別々の入出力ポートを使用して、循環器を必要とすることなく、本発明のさらに好ましい実施例に従って、アド／ドロップルータを構成することも可能であり、別々の入出力ポートの各々はビーム操縦モジュールにおいて別々の操縦角度を利用する。しかし、この場合、ビーム操縦モジュールは、各ポートが他のポートのいずれかに接続することができるようにプログラムされなければならないので、ビーム操縦アレイの制御及びプログラミングはかなりより複雑である。これも、十分な角度操縦分解を必要とされる操縦角度の増加数に対して提供することを確実にするためにＭＥＭＳミラーの目的を定める正確さをかなりより重要にする。
ビーム操縦モジュールの上記ＭＥＭＳ実施例において、ＭＥＭＳ装置は、ルータの反射型の実施例においてミラーアレイであり、出力ビームは入力ビームのそれらへの本質的に類似した経路を横断し、入力ビームに使用されたものと同じ要素を通過する。
図１３を参照すると、ルータの入出力部分が空間的に明瞭であるという点で、ミラーからの反射に基づくＭＥＭＳ装置がそれでもルータの透過型の実施例で使われる本発明のさらに好ましい実施例が示されている。図１３に示されるＷＳＳは、出力面の一部分に半波長板１３９を有する複屈折ウォークオフ水晶１３１と、ビーム拡大プリズム１３２と、分散要素１３３と、ＬＣ装置１３６及びＭＥＭＳアレイ１３０を含む、ビームをビームスイッチング及び操縦モジュールに焦点を合わせるレンズ１３４とが続くファイバーコリメータを有する、図４Ａの実施例に示される入力部分に類似する入力部分を含む。しかし、図４Ａの実施例とは異なり、図１３の操縦モジュールは、ＭＥＭＳミラーから反射されたビームは入力光学経路から離れる方向に変えられ、そして入力側で使用され、出力光学システムとして作用する光学要素にほぼ等しい光学要素１３５の完全に別々のセットの方へ変えられるように、垂直入射とかなり異なる角度に整列される。上述のように、個々のＭＥＭＳミラー１３０は、出力部分１３７上の望ましい経路に沿って個々のビームを操縦するために平均的整列方向のまわりに小さい角度で傾けられる。出力光学システムは、好ましい幾何学的な形態に従い、またその幾何学的な形態の実現可能性に従って、入力面から水平方向又は垂直方向のいずれかに変位できる。
図１４を参照すると、本発明の反射型の実施例に使用されるビーム操縦モジュールのさらに好ましい実施例が示されているこの実施例によると、ビーム操縦は波長成分ごとにフェーズド線形アレイを有するシリコン上フェーズドアレイ液晶（ＬＣＯＳ）装置の使用によって生成できる。次いで、線形フェーズドアレイは、波長ごとにフェーズド線形アレイの種々のピクセルに適用される位相シフトに従ってその波長に望ましい方向にビームを方向付けるためにプログラムされる。完全な二次元ＬＣＯＳアレイは、それから、装置の波長チャネルの全てを方向付けることができる。
図1４において、ＬＣＯＳビーム操縦組立体の単一の波長チャネルの概略図が示されている。この組立体は、各々の波長チャネルの望ましい透過、ブロック又は減衰状態を選択するピクセル化液晶偏光回転アレイ１４１と、システムで偏光選択の組合せの消光比を上昇させるオプションの線形偏光素子1４２と、図１４に示される特定の波長ピクセルからそのピクセルを通して選択操縦角度で戻るビームを反射的に操縦する、ピクセル化ＣＭＯＳ駆動アレイの上部に配置された液晶材料の薄膜を好ましくは含むＬＣＯＳアレイ１４３とを好ましくは含む。操縦角度は、ＬＣＯＳアレイのＣＭＯＳピクセルによってフェーズドアレイのＬＣ素子に印加される電界に依存し、各々の電界はＬＣＯＳアレイのＬＣ層を通過する光に異なる位相シフトを生成する。アレイの連続位相シフトの構成は、フェーズドアレイ技術において知られていているように操縦角度を規定する。
ＬＣＯＳビーム操縦フェーズドアレイの別の好ましい実施例によると、別個のピクセル化液晶偏光回転アレイ１４１の必要性をなしで済ませることができ、またＬＣＯＳアレイ上のＬＣ層によって減衰及び操縦機能の両方を実行することができる。望ましい減衰は、入射ビームの一部がＬＣＯＳアレイから鏡面的に反射されず、したがって切換ビームが操縦されることと同様に減衰もされるように、反射位相パターンを最適値未満になるように調節することによって、又は出力ビームが十分重複するように操縦方向をわずかに調節すること以外、最適効率でフェーズドアレイを操縦することによって、達成することができ、それにより出力ビームの一部のみが図５Ｃ及び図５Ｄの実施例に示されるように結合される。この実施例はビーム操縦モジュールを簡易にするが、その制御はより複雑である。
図1４の好ましい実施例において、ビーム操縦モジュールは1つの入力ポートと３つの出力ポートとで示されるが、本発明のＭＥＭＳの実施例に関して上述のように、この区分は名ばかりであり、入力ポートであるか出力ポートであるかを問わず、いずれのポートもいずれの機能に対しても使用することができる。ＷＳＳによって取り扱われる他の波長チャネルのためのビーム操縦アレイは、図１４の図面に対して垂直な方向に配置されている。
かかるＬＣＯＳフェーズドアレイで達成可能な操縦角度は非常に小さく、一般に数１０分の１度程度である。図1４において、この実施例の動作を見えるようにするために、偏向角度は誇張された。したがって、補助ビーム偏向素子１４４（その機能は、偏向ビームを分解でき、ビーム操縦アレイが事実上使用できるようにビーム偏向角を増加させることである）なしで実際にＬＣＯＳビーム操縦アレイを使用することは、通常、難しい。発明がこれらの解決に限られているはずでないことを理解すべきであるが、かかる偏向拡大装置は、回折光学素子（ＤＯＥ）、ホログラフィック素子、又は連続した一連の反射面（各連続反射器は達成される偏向角度を２倍にする）、又は発散プリズム構成を使用して望ましくは構成することができる。
本発明のＷＳＳの上記実施例のいずれでも、実用的なシステムで装置の有用性を強化する多数の補助機能を含むことができる。望ましくは出力ポート又はドロップポートで、チャネルパワー監視はビームパワーのわずかな比率を分離することによって実行することができ、外部へ接続されるこのパワーは各々のチャネルで出力パワーを決定するために使用される検出器アレイ上へ方向付けすることができる。その上、チャネル入力としてファイバーの平面配列を使用するそれらの実施例において、公知であるように、信号はＶ溝入力ブロックを使用することによって、予め定義された横方向の位置のＷＳＳに入力することができる。また、９ミクロン間隔のチャネルを有するシリコン導波アレイを入力で使用することができ、それにより、装置のサイズを軽減する。したがって、入力ビームを焦束するためのマイクロレンズアレイの使用は有利である。
当業者は、本発明がここに特に示されたこと及び記載されたことによって制限されないことを理解する。むしろ、本発明の範囲は、ここに記載される種々の特徴の組み合わせ及び部分組み合わせの両方、並びに、上記記載を理解するとき、先行技術でない、当業者が思いつく改変例及び修正例を含む。
本発明の第１の好ましい実施例に従う、光学的波長ルータの機能の概略ブロック図。 ビーム操縦を使用して図1の反射型の実施例の構造の概略図。 本発明の別の好ましい実施例に従って構成されかつ動作可能な反射型波長選択ルータの概略的な構成要素の配置を示す概略平面図。 構成要素を詳細に示す、図３の反射型波長選択ルータのさらに概略的な図。 構成要素を詳細に示す、図３の反射型波長選択ルータのさらに概略的な図。 図３のルータに使用されるＭＥＭＳベースのビーム操縦焦点面モジュールの頂部からの概略図。 図３のルータに使用されるＭＥＭＳベースのビーム操縦焦点面モジュールの側部からの概略図。 衝突しないビーム操縦形態を提供する、本発明の別の好ましい実施例の概略図。 衝突しないビーム操縦形態を提供する、本発明の別の好ましい実施例の概略図。 衝突しないビーム操縦形態を提供する、本発明の別の好ましい実施例の概略図。 図３のルータに使用される液晶/複屈折プリズムベースのビーム操縦焦点面モジュールの側部からの概略図。 図３のルータに使用される液晶/複屈折プリズムベースのビーム操縦焦点面モジュールの側部からの概略図。 図６Ｂに図示されるものに類似するが、異なる楔配置を示す透過性ビーム操縦モジュールの概略図。 図６Ｂに図示されるものに類似するが、異なる楔配置を示す透過性ビーム操縦モジュールの概略図。 本発明の好ましい実施例に従うルータのファイバーインタフェースモジュールの側部の概略図。 本発明の好ましい実施例に従うルータのファイバーインタフェースモジュールの前部の概略図。 入力ビームのアレイの高さを縮小する逆望遠鏡を含むファイバーインターフェース入力モジュールの概略側面図。 図９のファイバーインターフェース入力モジュールの逆望遠鏡の位置のための他の形態の概略側面図。 ビーム操縦を使用して、本発明の別の実施例に従って構成されかつ動作可能な波長選択アド／ドロップルータモジュールの概略図。 ビーム操縦を使用して、本発明の別の実施例に従って構成されかつ動作可能な波長選択アド／ドロップルータモジュールの概略図。 図１１Ａ及び図１１Ｂのルータの入力／出力ポートと他のポートのいずれかとの間のビームを方向付ける、ＭＥＭＳミラーによって発生される異なる操縦角度の図。 ミラーからの反射に基づいて、ＭＥＭＳ装置が本発明のルータの透過型の実施例において使用される、本発明の別の好ましい実施例の図。 シリコン上フェーズドアレイ液晶（ＬＣＯＳ）装置を使用して、本発明の反射型の実施例に使用されるビーム操縦モジュールの別の好ましい実施例の図。

Claims (48)

  1. 少なくとも１つの第１のマルチ波長光信号を入力するための少なくとも１つの第１のポートと、
    前記少なくとも１つの第１のマルチ波長光信号の異なる波長成分を出力するための複数の出力ポートと、
    前記少なくとも第１のマルチ波長光信号の各々を予め定められた面に配置された一対のマルチ波長光ビームに変換し、同じ予め定義された偏光を有する偏光変換装置と、
    前記予め定められた面に予め定義された偏光を有する前記マルチ波長光ビームを横方向に拡大するビーム拡大装置と、
    予め定義された偏光を有する前記横方向に拡大された光ビームを受け取り、前記予め定められた面において波長成分を分散する波長分散素子と、
    前記分散の方向にほぼ沿ってピクセル化された偏光回転素子であって前記分散した光ビームの少なくとも1つの波長成分の前記偏光が前記ピクセルに適用される前記制御信号に従って回転されるように前記ピクセルに適用された前記制御信号に従ってピクセルを通過する光の偏光を回転させる偏光回転素子と、
    前記偏光回転素子のピクセルを通過する少なくとも1つの波長成分が前記少なくとも1つの波長成分に関連した前記ビーム操縦装置の前記ピクセルの設定に従ってその望ましい出力ポートに向けられるように操縦されるように配置されたピクセル化ビーム操縦要素とを含む、波長選択スイッチ。
  2. 前記少なくとも１つの波長成分は、該少なくとも１つの波長成分に関連した前記偏光回転素子の前記ピクセルに適用される前記制御信号に従って減衰される、請求項1に記載の波長選択スイッチ。
  3. 前記ビーム操縦要素は微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）のアレイを含み、該アレイの各ミラーは単一の回転軸線を有する、請求項1に記載の波長選択スイッチ。
  4. 前記ビーム操縦要素はシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）アレイを含む、請求項1に記載の波長選択スイッチ。
  5. 前記操縦されたビーム偏向角度を増加させるビーム偏向素子を含む、請求項４に記載の波長選択スイッチ。
  6. 前記ビーム偏向素子は、回折光学素子、ホログラフィック素子、連続反射面、及び発散プリズム組立体のいずれかである、請求項５に記載の波長選択スイッチ。
  7. 前記ビーム操縦要素は、一連の対の調節可能な偏光回転素子及び複屈折プリズムを含み、前記少なくとも１つの波長成分は、該少なくとも１つの波長成分が通過する前記調節可能な偏光回転素子の設定に従って操縦される、請求項１に記載の波長選択スイッチ。
  8. 前記ビーム操縦要素上に前記拡大された光ビームの前記分散波長成分を集束する少なくとも１つの光学要素を含む、先行する請求項のいずれか１つに記載の波長選択スイッチ。
  9. 前記光学要素はレンズである、請求項８に記載の波長選択スイッチ。
  10. 前記集束することは、光の焦点を合わせる能力も有する波長分散素子の使用によって遂行される、請求項８に記載の波長選択スイッチ。
  11. 前記偏光回転素子は液晶素子である、先行する請求項のいずれか１つに記載の波長選択スイッチ。
  12. 前記偏光変換装置は、出力面に配置された半波長板を有する複屈折ウォークオフ液晶である、先行する請求項のいずれか１つの記載の波長選択スイッチ。
  13. 前記ビーム拡大装置は、一対のアナモルフィックプリズム、円筒形レンズ望遠鏡システム、及び単一プリズムのいずれか１つである、先行する請求項のいずれか１つに記載の波長選択スイッチ。
  14. 前記波長分散素子は回折格子である、先行する請求項のいずれか１つに記載の波長選択スイッチ。
  15. 前記少なくとも１つの波長成分が望ましくない出力ポートへの経路に交差するとき、前記少なくとも１つの波長成分に関連した前記偏光回転素子の前記ピクセルはスイッチングの間に前記少なくとも１つの波長成分の前記通路をブロックするために制御される、請求項３に記載の波長選択スイッチ。
  16. 前記ピクセル化されたビーム操縦要素は、前記操縦波長成分が他のいずれかの望ましくない波長成分の経路を横切らないような方向に前記少なくとも１つの波長成分を操縦する、先行する請求項のいずれか１つに記載の波長選択スイッチ。
  17. 前記多波長光ビームの前記寸法が前記分散面に垂直な前記方向に減少されるように配置されたビーム縮小器を含む、先行する請求項のいずれか１つに記載の波長選択スイッチ。
  18. 前記ピクセル化されたビーム操縦要素は、前記操縦されたビームが、前記入力ポートから前記ビーム操縦要素に前記光信号を方向付けるために使用される前記光学要素を通して、その宛先出力ポートにアクセスするような、反射性要素である、先行する請求項のいずれか１つに記載の波長選択スイッチ。
  19. 前記ピクセル化されたビーム操縦要素は、前記操縦されたビームが、前記入力ポートから前記ビーム操縦要素に前記光信号を方向付けるために使用される前記光学要素を通して、そのあて先出力ポートにアクセスするような、透過性要素である、先行する請求項のいずれか１つに記載の波長選択スイッチ。
  20. いずれかのポートの前記信号レベルを決定するビーム監視アレイを含む、先行する請求項のいずれか１つに記載の波長選択スイッチ。
  21. 少なくとも1つのマルチ波長入力光信号の選択波長成分を望ましい出力ポートにスイッチングする方法であって、
    複数の前記マルチ波長入力光信号の各々の偏光を予め定義された偏光を有する一対のマルチ波長光ビームに変換すること、
    予め定められた面で予め定義された偏光を有する前記マルチ波長光ビームを横方向に拡大すること、
    前記横方向に拡大したマルチ波長光ビームを一連の空間的に分離された波長ビームに前記予め定められた面で空間的に分散させること、
    前記分散の前記方向にほぼ沿ってピクセル化された偏光回転素子であって前記分散された光ビームの少なくとも１つの波長成分の前記偏光は、該少なくとも１つの波長成分の前記偏光が通過する前記ピクセルに適用される前記制御信号に従って回転されるようにそのピクセルに適用された制御信号に従って前記ピクセルを通過する光の偏光を回転させる偏光回転素子を利用すること、
    ピクセル化ビーム操縦装置の、前記少なくとも1つの波長成分に関連した前記ピクセルの設定に従ってその望ましい出力ポートの方へ、前記ピクセル化ビーム操縦装置の使用によって、前記偏光素子のピクセルを通過する前記少なくとも1つの波長成分を操縦することを含む、方法。
  22. 前記少なくとも１つの波長成分に関連した、前記偏光回転素子の前記ピクセルに適用された前記制御信号は、該少なくとも１つの波長成分の前記減衰を決定するために使用される、請求項２1に記載の方法。
  23. 前記操縦することは、小型電子機械式システム（ＭＥＭＳ）のアレイを使用することによって達成でき、該アレイの各ミラーは単一の回転軸線を有する、請求項２１に記載の方法。
  24. 前記操縦することはシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）アレイを使用することによって達成される、請求項２1に記載の方法。
  25. ビーム偏向素子を使用することによって前記操縦されたビーム偏向角度を増加させることを含む、請求項２４に記載の方法。
  26. 前記ビーム偏向素子は、回折光学素子、ホログラフィック素子、連続反射面、及び発散プリズム組立体のいずれか１つである、請求項２５に記載の方法。
  27. 前記ビーム操縦装置は、一連の対の調節可能な偏光回転素子及び複屈折プリズムを含み、前記少なくとも１つの波長成分は、該少なくとも１つの波長成分が通過する前記調節可能な偏光回転素子の設定に従って操縦される、請求項２１に記載の方法。
  28. 少なくとも１つの光学要素によって前記ビーム操縦要素上に前記拡大された光ビームの前記分散波長成分を集束することを含む、請求項２１から請求項２７のいずれか１つの記載の方法。
  29. 前記集束することはレンズの使用によって行われる、請求項２８に記載の方法。
  30. 前記集束することは、光集束パワーも有する波長分散要素の使用によって遂行される、請求項２８に記載の方法。
  31. 前記偏光回転素子は液晶要素である、請求項２１から請求項３０のいずれかに記載の波長選択スイッチ。
  32. 前記偏光変換装置は、出力面の部分に配置された半波長板を有する複屈折ウォークオフ水晶である、請求項２１から請求項３１のいずれかに記載の方法。
  33. 前記ビームを横方向に拡大することは、一対のアナモルフィックプリズム、円筒形レンズ望遠鏡システム、及び単一プリズムのいずれか１つを使用して行われる、請求項２１から請求項３２のいずれかに記載の方法。
  34. 前記空間的に分散することは回折格子を使用して行われる、請求項２１から請求項３３のいずれかに記載の方法。
  35. 前記少なくとも１つの波長成分が望ましくない出力ポートへの経路に交差するとき、前記少なくとも１つの波長成分に関連した前記偏光回転素子の前記ピクセルはスイッチングの間に前記少なくとも１つの波長成分の前記通路をブロックするために制御される、請求項２３に記載の方法。
  36. 前記ピクセル化されたビーム操縦要素は、前記操縦波長成分が他のいずれかの望ましくない波長成分の経路を横切らないような方向に前記少なくとも１つの波長成分を操縦する、請求項２１から請求項３５のいずれかに記載の方法。
  37. ビーム縮小器を使用することによって前記分散面に垂直な前記方向に前記多波長光ビームの寸法を減少させることを含む、請求項２１から請求項３６のいずれかに記載の方法。
  38. 前記ピクセル化されたビーム操縦要素は、前記操縦されたビームが、前記入力ポートから前記ビーム操縦要素に前記光信号を方向付けるために使用される前記光学要素を通して、その宛先出力ポートにアクセスするような、反射性要素である、請求項２１から請求項３７のいずれかに記載の方法。
  39. 前記ピクセル化されたビーム操縦要素は、前記操縦されたビームが、前記入力ポートから前記ビーム操縦要素に前記光信号を方向付けるために使用される前記光学要素を通して、その宛先出力ポートにアクセスするような、透過性要素である、請求項２１から請求項３８のいずれかに記載の方法。
  40. いずれかのポートの前記光信号のレベルを決定するために前記少なくとも１つの操縦された波長成分を監視することを含む、請求項２１から請求項３９のいずれかに記載の方法。
  41. 少なくとも１つの第１のマルチ波長光信号を入力するための少なくとも１つの第１のポートと、
    前記少なくとも１つの第１のマルチ波長光信号の異なる波長成分を出力するための複数の出力ポートと、
    複数の前記第１のマルチ波長光信号の各々を予め定められた面に配置された一対のマルチ波長光ビームに変換し、同じ予め定義された偏光を有する偏光変換装置と、
    前記予め定められた面に予め定義された偏光を有する前記マルチ波長光ビームを横方向に拡大するビーム拡大装置と、
    予め定義された偏光を有する前記横方向に拡大された光ビームを受け取り、前記予め定められた面に波長成分を分散する波長分散素子と、
    ピクセル化されたシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）アレイを含むビーム操縦要素とを含み、前記ＬＣＯＳアレイは前記波長成分の異なるものを出力ポートに適用される制御信号に従って前記出力ポートに方向付けするために構成される、波長選択スイッチ。
  42. 前記ピクセル化ＬＣＯＳアレイは前記波長成分の異なるものをそれに適用される制御信号に従って減衰するために構成される、請求項４１に記載の波長選択スイッチ。
  43. 前記操縦されたビーム偏向角度を増加させるビーム偏向素子を含む、請求項４１又は請求項４２に記載の波長選択スイッチ。
  44. 前記ビーム偏向素子は、回折光学素子、ホログラフィック素子、連続反射面、及び発散プリズム組立体のいずれかである、請求項４３に記載の波長選択スイッチ。
  45. 少なくとも１つの第１のマルチ波長光信号を入力するための少なくとも１つの第１のポートと、
    前記少なくとも１つの第１のマルチ波長光信号の異なる波長成分を出力するための複数の出力ポートと、
    予め定められた面に前記マルチ波長光信号から生成される少なくとも１つのビームを横方向に拡大するビーム拡大装置と、
    前記少なくとも１つの横方向に拡大された光ビームを受け取り、前記予め定められた面に波長成分を分散する波長分散素子と、
    前記分散された波長成分で動作するピクセル化ビーム減衰アレイと、
    前記分散された波長成分の少なくとも１つを望ましい出力ポートの方に操縦するピクセル化ビーム操縦要素と、
    前記ピクセル化ビーム減衰アレイは、前記操縦されたビームがその望ましい出力ポート以外のいずれかの出力ポートに接続されることから防止されるように前記ビーム操縦装置に協働して動作される、波長選択スイッチ。
  46. 前記ピクセル化ビーム減衰アレイが前記望ましい出力ポート以外の出力ポートへの前記経路を少なくとも横切るとき、前記ピクセル化ビーム減衰アレイは、スイッチングの間に前記少なくとも１つの操縦された波長成分の透過をブロックするために制御される、請求項４５に記載の波長選択スイッチ。
  47. マルチ波長入力光信号の選択波長成分を望ましい出力ポートにスイッチングする方法であって、
    前記マルチ波長光信号から少なくとも１つのビームを生成すること、
    予め定められた面に前記少なくとも１つのマルチ波長光ビームを横方向に拡大すること、
    前記少なくとも１つのマルチ波長光ビームをその波長成分を生成するために前記予め定められた面で空間的に分散すること、
    前記分散された波長成分を減衰するためにピクセル化ビーム減衰アレイを提供すること、
    前記望ましい波長成分の少なくとも１つを望ましい出力ポートの方に操縦することを含み、
    前記操縦することは、前記操縦されたビームがその望ましい出力ポート以外のいずれかの出力ポートに接続されることから防止されるように前記減衰することに協働して行われる、方法。
  48. 少なくとも前記ピクセル化ビーム減衰アレイが前記望ましい出力ポート以外の出力ポートへの前記経路を横切るとき、前記ピクセル化ビーム減衰アレイは、スイッチングの間に前記少なくとも１つの操縦された波長成分の透過をブロックするために制御される、請求項４７に記載の方法。
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