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技術 光スイッチング・ゲ—トおよびそのシステム

出願人 ジェイディーエスファイテルインコーポレイテッド
発明者 ロバートアイマクドナルドヨゼフシュトラウス
出願日 1999年9月22日 (22年1ヶ月経過) 出願番号 1999-268647
公開日 2000年4月7日 (21年6ヶ月経過) 公開番号 2000-098437
状態 拒絶査定
技術分野 光偏向、復調、非線型光学、光学的論理素子 レーザ(2) レーザ(2)
主要キーワード ブロッキング動作 減衰応答 各出力モジュール デストリビュータ 各入力モジュール 無閉塞 信号導波路 透過伝送
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課題

小型安価で高性能のEANDゲート・スイッチ・マトリックス20を提供する。

課題

複数の入力ポート22と複数の出力ポート24をスプリッタ16を介してエルビウム添加導波路11で連結する。各入力ポート22は全ての出力ポートに連通させる。エルビウム添加導波路11の両端側は能動セレクタスイッチ26を介してポンプ14に接続する。能動セレクタスイッチ26を操作してポンプ光を選択したエルビウム添加導波路11に注入する。両端がポンプ光によって励起されたエルビウム添加導波路11は信号透過性となり、選択された入力ポートの光を選択された出力ポートへスイッチする。ポンプ光によって励起されないエルビウム添加導波路11は減衰性を有して信号伝送を阻止する。

概要

背景

処理速度と使用可能なバンド幅を増加するために光ネットワークの光スイッチを提供することが望まれている。光スイッチの種々の形態が知られており、例えばロビンソンによる1986年4月8日登録の米国特許第4,580,873号、権利者AT&Tベルラボラトリーズ、およびジャッケル他による米国特許第4,988,157号がある。しかし、これらのスイッチは市場化されておらず、その性能は未だ知られていない。現時点において、大型のl×nクロスポイント光スイッチはしばしばn×mマトリックス・スイッチの機能性が得られる形態に構成される。n×m形態においてこの「旧式の」技術を使用する根拠は往々にして信頼性とコストからきている。

従って、現時点で、目下利用可能な光スイッチング・マトリックスは単段アーキテクチャを使用することによって製造されており、P×Pマトリックスの入力側および出力側両方が1×Pの回転スイッチからなり、この種のスイッチはダック他による米国特許第4,378,144号に開示されている。複数の1×P回転スイッチを単段のP×Pスイッチに組み込むことには次のような制限がある。

すなわち、
a)P×Pマトリックスはモジュラーではなく、修理が必要なときには、スイッチ全体を作らなければならない。

b)スイッチのコストは必要とするレンズ対ファイバーユニットの数のコストに大きく影響を受ける。

c)要素1×Pの回転スイッチの最大再形成時間はマトリックスのデメンションに直接依存し、また機械的システムのために遅い。

一般的に、光スイッチは効率がよく、高速で、コンパクトなのが好ましい。通信ネットワークは何年もの間発展し、より複雑になり、多数の他のファイバーの一つを別のものと光学的に結合可能なマトリックス・スイッチ・システムの必要性が生じてきた。

さらに、スイッチ・システムを「非ブロッキング無閉塞)」にすることが望まれる、すなわち、一つの入力ファイバー出力ファイバーにスイッチすることが他の入力ファイバーの他の出力ファイバーへの光伝送干渉してはならないことが望まれる。

本出願人による米国特許出願第08/915,675号において、モジュラー多段非ブロッキング・スイッチ・アーキテクチャが開示されている。このSKOLアーキテクチャは、単段スイッチに要求されるよりも小さいスイッチ・ユニットを使用する、より効率的な構造を提供する。しかし、SKOLアーキテクチャの一つの欠点は経路パス)ロスが増大することである。各信号はSDSRマトリックスより3倍多い1×Nのスイッチを通過させる必要がある。ここではスイッチがパスロスを支配している。

概要

小型安価で高性能のEANDゲート・スイッチ・マトリックス20を提供する。

複数の入力ポート22と複数の出力ポート24をスプリッタ16を介してエルビウム添加導波路11で連結する。各入力ポート22は全ての出力ポートに連通させる。エルビウム添加導波路11の両端側は能動セレクタスイッチ26を介してポンプ14に接続する。能動セレクタスイッチ26を操作してポンプ光を選択したエルビウム添加導波路11に注入する。両端がポンプ光によって励起されたエルビウム添加導波路11は信号透過性となり、選択された入力ポートの光を選択された出力ポートへスイッチする。ポンプ光によって励起されないエルビウム添加導波路11は減衰性を有して信号伝送を阻止する。

目的

エルビウム添加ファイバー(エルビウムドープファイバー)が、好ましくは伝送された信号から異なる周波数の光を有するレーザによって励起(「ポンプ」)されたときに信号増幅器を提供するように光増幅器として使用される。マトリックス・スイッチ・デバイスは、信号エネルギを分割する受動デストリビュータ分配装置)からロスを受け、また能動セレクターからもロスを導入する。エルビウムドープファイバー増幅器はマトリックス・スイッチに使用され、ロスを補償する。

本発明は上記事情に鑑み成されたものであり、その目的は従来の問題点を解決して小型安価でクロストークを回避し、経路(パス)ロスの小さい高性能の光ANDゲート、EANDゲート・スイッチ・マトリックスおよびそれらの一方又は両方の素子を使用したシステム(光スイッチシステム)を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

各部が第1状態において信号波長減衰伝導性を有し、第2状態においてポンプ光からの励起応答して信号波長で透過な伝導性を有する第1応答部および第2応答部を含む導波路と;ポンプ光を選択的に注入して第1応答部を励起するために導波路の第1端に光学的に結合された第1ポンプ手段と;ポンプ光を選択的に注入して第2応答部を励起するために導波路の第2端に光学的に結合された第2ポンプ手段と;を備え、導波路の第1および第2応答部が第2状態に励起されたときに信号が伝送され、また、第1状態における第1応答部または第2応答部の減衰が、不要な信号を実質的に消滅させることを特徴とする光システム中の光信号を選択的に伝送するための光ANDゲート

請求項2

導波路の少なくとも一部が希土類でドープされていることを特徴とする請求項1記載の光ANDゲート。

請求項3

希土類がエルビウムであることを特徴とする請求項2記載の光ANDゲート。

請求項4

第1応答部と第2応答部が導波路の連続する長さを構成していることを特徴とする請求項3記載の光ANDゲート。

請求項5

第1応答部と第2応答部が導波路内の分離した部分を構成していることを特徴とする請求項3記載の光ANDゲート。

請求項6

光信号を受信し、伝送するための複数の第1ポートと;光信号を受信し、伝送するための複数の第2ポートと;第1ポートの各々と第2ポートの全てを結合し、信号波長において伝送を減衰する第1の状態と、信号波長においてポンプ光からの励起に応答して透過な伝送性を提供する第2の状態を有する各媒介導波路と;媒介導波路の第1部分を励起するためにポンプ光を注入する第1ポンプと;選択された第1ポートに結合された媒介導波路に第1ポンプ光を方向付けるための第1スイッチ手段と;媒介導波路の第2部分を励起するためにポンプ光を注入する第2ポンプと;選択された第2ポートに結合された媒介導波路に第2ポンプ光を方向付けるための第2スイッチ手段と;を備え、選択された第1ポートと選択された第2ポートを結合する共通の媒介導波路の第1および第2ポンプによる励起が、選択された第1ポートから選択された第2ポートへ光信号をスイッチするための透過な伝送経路を提供することを特徴とする光信号を選択された位置にスイッチするためのEANDゲート・スイッチ・マトリックス

請求項7

媒介導波路はその長さの少なくとも一部が希土類でドープされていることを特徴とする請求項6記載のEANDゲート・スイッチ・マトリックス。

請求項8

導波路がエルビウムでドープされ、ドープされた導波路の第1および第2部分が、不要な信号を除去する目的で信号を実質上消滅させるのに十分な減衰特性を第1状態においてそれぞれ有していることを特徴とする請求項7記載のEANDゲート・スイッチ・マトリックス。

請求項9

ドープされた導波路の第1部分および第2部分が一つに合わさって媒介導波路の実質上全長を構成していることを特徴とする請求項7記載のEANDゲート・スイッチ・マトリックス。

請求項10

第2スイッチ手段は複数の選択された第2ポートに結合された媒介導波路にポンプ光を方向付けて選択された第1ポートから選択された複数の第2ポートに信号を配信するセレクタ手段を構成していることを特徴とする請求項6記載のEANDゲート・スイッチ・マトリックス。

請求項11

R個のスイッチ・モジュールを有するシステムであって、少なくともR個の入力スイッチ・モジュールが非ブロッキング方式で出力モジュール上の少なくともP個の位置にP個の光信号をスイッチするためのものであり、前記少なくともR個の入力モジュールの各々は、M=シーリング[P/R]としたとき、各入力Mにつき1×(2M−1)の光信号パワー分割器を含む第1段と;M個のパワー分割器の各々の出力にそれぞれ結合された(2M−1)個のEANDゲート・スイッチ・マトリックスを含む第2段と、を有し、EANDゲート・スイッチ・マトリックスの各々は、M個の第1ポートおよびR個の第2ポートと;各々が信号波長で減衰伝導性を有し、ポンプ光からの励起に応答して信号波長で透過な伝送を行うために第1ポートの各々を第2ポートの全てに結合する複数の媒介導波路と;媒介導波路のいくつかの第1部分を励起するためにポンプ光を注入する第1ポンプと;選択された第1ポートに結合された媒介導波路に第1ポンプ光を方向付けるための第1スイッチ手段と;媒介導波路の第2部分を励起するためにポンプ光を注入するための第2ポンプと;選択された第2ポートに連結された媒介導波路に第2ポンプ光を方向付けるための第2スイッチ手段と;を有し、選択された第1ポートと選択された第2ポートに結合される共通の媒介導波路上の第1および第2ポンプの励起作動が、選択された第1ポートからの光信号を選択された第2ポートにスイッチするための透過伝送経路を提供し、入力モジュールの第2ポートが、出力モジュールの少なくともいくつかに結合されていることを特徴とする、2R個のスイッチ・モジュールを有するシステム。

請求項12

第2スイッチ手段は、ポンプ光を複数の選択された第2ポートに結合された媒介導波路に方向付け、選択された第1ポートから選択された複数の第2ポートへ信号を配信するセレクタ手段を有していることを特徴とする請求項11記載のシステム。

請求項13

R個の入力モジュールのEANDゲート・スイッチのR個の第2ポートに光学的に結合するために少なくともP個の位置を含んでいるR個の出力モジュールをさらに含み、前記各出力モジュールは、入力モジュールからの信号を受信し、これをM個の端子分配するためのデメンションがR×Mのパワー分割器からなる(2M−1)個のパワー分割器の第1段と;M(2M−1)個の端子からの信号を選択された位置Pに結合するための(2M−1)×1の能動セレクタの第2段と;を備えて成ることを特徴とする請求項11記載のシステム。

請求項14

入力モジュールの第2スイッチ手段が、ポンプ光を複数の選択された第2ポートに結合された中間導波路に方向付けし、選択された第1ポートからの信号を選択された複数の第2ポートに配信するセレクタ手段を構成し、これによってP個の信号の少なくとも一つが複数の位置にスイッチされることを特徴とする、請求項13記載のシステム。

請求項15

パワー分割器がEORゲートを有し、R個の入力モジュールのブロッキングEANDゲート・スイッチ・マトリックスの一つからの単一信号を受信するためのR個の入力ポートと、M個の出力ポートが信号波長で減衰する伝導性を有するとともに、信号波長における透過伝送のためにポンプ光からの励起に応答する導波路を含んでおり、能動セレクタがポンプを選択された出力ポートに結合して信号を選択された位置Pに結合することを特徴とする、請求項13記載のシステム。

請求項16

パワー分割器がスターカプラーであることを特徴とする請求項13記載のシステム。

請求項17

R個の入力モジュールに光学的に結合するためのR個の出力モジュールをさらに含み、前記各出力モジュールがR個の入力モジュールに対して実質上対称的であり、入力モジュールのEANDゲート・スイッチ・マトリックスの第2ポートが出力モジュールのEANDゲート・スイッチ・マトリックスの第2ポートに結合されていることを特徴とする請求項11記載のシステム。

請求項18

入力モジュールと出力モジュールが機能的に同一であることを特徴とする請求項17記載のシステム。

技術分野

0001

本発明はエルビウムドープ導波路と本発明の光ゲートから構成されたスイッチ・マトリックスと、スイッチ・マトリックスと結合される非ブロッキング光スイッチ・システムとを含む完全ブロッキング光ゲートに関し、より詳細には、光ANDゲートと、ENDゲート・スイッチ・マトリックスと、それらのゲートを含む(使用した)システム(スイッチシステム)に関するものである。

背景技術

0002

処理速度と使用可能なバンド幅を増加するために光ネットワークの光スイッチを提供することが望まれている。光スイッチの種々の形態が知られており、例えばロビンソンによる1986年4月8日登録の米国特許第4,580,873号、権利者AT&Tベルラボラトリーズ、およびジャッケル他による米国特許第4,988,157号がある。しかし、これらのスイッチは市場化されておらず、その性能は未だ知られていない。現時点において、大型のl×nクロスポイント光スイッチはしばしばn×mマトリックス・スイッチの機能性が得られる形態に構成される。n×m形態においてこの「旧式の」技術を使用する根拠は往々にして信頼性とコストからきている。

0003

従って、現時点で、目下利用可能な光スイッチング・マトリックスは単段アーキテクチャを使用することによって製造されており、P×Pマトリックスの入力側および出力側両方が1×Pの回転スイッチからなり、この種のスイッチはダック他による米国特許第4,378,144号に開示されている。複数の1×P回転スイッチを単段のP×Pスイッチに組み込むことには次のような制限がある。

0004

すなわち、
a)P×Pマトリックスはモジュラーではなく、修理が必要なときには、スイッチ全体を作らなければならない。

0005

b)スイッチのコストは必要とするレンズ対ファイバーユニットの数のコストに大きく影響を受ける。

0006

c)要素1×Pの回転スイッチの最大再形成時間はマトリックスのデメンションに直接依存し、また機械的システムのために遅い。

0007

一般的に、光スイッチは効率がよく、高速で、コンパクトなのが好ましい。通信ネットワークは何年もの間発展し、より複雑になり、多数の他のファイバーの一つを別のものと光学的に結合可能なマトリックス・スイッチ・システムの必要性が生じてきた。

0008

さらに、スイッチ・システムを「非ブロッキング(無閉塞)」にすることが望まれる、すなわち、一つの入力ファイバー出力ファイバーにスイッチすることが他の入力ファイバーの他の出力ファイバーへの光伝送干渉してはならないことが望まれる。

0009

本出願人による米国特許出願第08/915,675号において、モジュラー多段非ブロッキング・スイッチ・アーキテクチャが開示されている。このSKOLアーキテクチャは、単段スイッチに要求されるよりも小さいスイッチ・ユニットを使用する、より効率的な構造を提供する。しかし、SKOLアーキテクチャの一つの欠点は経路パス)ロスが増大することである。各信号はSDSRマトリックスより3倍多い1×Nのスイッチを通過させる必要がある。ここではスイッチがパスロスを支配している。

発明が解決しようとする課題

0010

エルビウム添加ファイバー(エルビウムドープファイバー)が、好ましくは伝送された信号から異なる周波数の光を有するレーザによって励起(「ポンプ」)されたときに信号増幅器を提供するように光増幅器として使用される。マトリックス・スイッチ・デバイスは、信号エネルギを分割する受動デストリビュータ分配装置)からロスを受け、また能動セレクターからもロスを導入する。エルビウムドープファイバー増幅器はマトリックス・スイッチに使用され、ロスを補償する。

0011

エルビウムでドープされたファイバーまたは導波路が「ポンプ(励起)」されていない(エネルギが供給されていない)ときは、信号の波長減衰が生じる。ファイバー中のドーパントのレベル、およびファイバーの長さは信号による利得や減衰の大きさを決定する。

0012

ソトムに対して1996年10月29日に発行されたアルカテルN.V.による米国特許第5,570,218号には、光スイッチ・マトリックスにエルビウム添加導波路を使用してクロストークを減少させることが開示されている。このソトムのスイッチ・マトリックスは出力ポートのそれぞれに分配するためにエルビウム・ファイバー増幅器に信号を分配する1×nスプリッタに結合された入力導波路を構成している。

0013

スプリッタの一つの増幅ファイバーは能動セレクタによって出力導波路に選択的に結合される。この能動セレクタは、選択された増幅ファイバーを介して単一レーザ・ポンプのポンプ光の伝送を許容して同じファイバーを介して伝送される信号を増幅するスイッチである。この信号はまた能動セレクタによって、選択された出力ポートにスイッチされる。1×nスプリッタからの他の信号は増幅されない。この結果、選択された信号は、クロストークを生じさせるおそれのある不要な信号より相当強くなる。

0014

しかし、このスイッチは完全に満足のいくものではない。光セレクタはポンプと信号波長の両者で動作できなければならない。これは多くの光セレクタ技術にとって難しい条件である。必要とされるエルビウム・ドープ増幅器の数はスイッチ・ポイントの数の2乗に等しくなる。これらの増幅器は一般的に安価ではないので、小さいサブユニットから大きいスイッチを構成すると好都合である。

0015

ここでは必要とされる増幅器の数は、サブユニットをブロッキング・スイッチにすれば、ソトムの設計で考えられたよりも少なくすることができることは明らかである。本発明において、ブロッキング・スイッチのサブユニットを使用することは、簡易パワー分割装置を使用するスイッチ構造とすることができ、入力信号の一つを多くの出力ポートに配信できる。

0016

信号パス中に能動スイッチ素子を有することなく、信号に対して受動的に光スイッチングする光スイッチを設けることが望ましい。また、完全ブロッキング光スイッチ素子を提供してクロストークを回避することがさらに望まれる。

0017

本発明は上記事情に鑑み成されたものであり、その目的は従来の問題点を解決して小型安価でクロストークを回避し、経路(パス)ロスの小さい高性能の光ANDゲート、EANDゲート・スイッチ・マトリックスおよびそれらの一方又は両方の素子を使用したシステム(光スイッチシステム)を提供することにある。

課題を解決するための手段

0018

論理ANDゲートは、対向端でレーザ・ポンプされることによって励起できる減衰導波路の長さを持つエルビウム・ファイバー(EAND)中に作ることができる。ファイバーの全長が、両端でレーザ・ポンプが作用されたときにのみ信号伝送のために透過になる。もし一方又はいずれの端もポンプ(励起)されていなければ、信号はスイッチ位置に到達する前に実質上完全に減衰する。

0019

論理ORゲートもエルビウム・ファイバー(EOR)で作ることができる。この場合ただ一つのレーザ・ポンプが所望の信号経路を選択し、かつ、導波路を励起して透過にするために必要である。

0020

スイッチ・マトリックスはEANDゲートによって相互結合された複数の入力と出力ポートを含んで構成することができる。入力と出力での一対のレーザ・ポンプは選択された入力ポートと出力ポートを方向付けすることができる。両端から透過状態にポンプ(励起)された相互接続導波路は、受動的に信号をスイッチするためのユニークな経路を提供する。レーザ・ポンプ光は一つまたはそれ以上の出力ポートに方向付けすることができ、従って信号を複数の位置(出力位置)に分配することができる。好都合にも、スイッチ・マトリックスは他の相互結合EANDゲートをブロックし、両端(他の相互結合の両端)でポンプされず、他の信号を消滅させる。

0021

単一レーザからのポンプ光が選択された添加導波路(エルビウム添加導波路)に方向付けされたときに、添加導波路に結合された一つまたはそれ以上の導波路から信号をスイッチするようにエルビウム・ファイバー中の同様のEORゲート・マトリックスが複数の添加導波路の一つを選択する。他の減衰分配導波路中の光はスイッチ位置に到達する前に消滅される。

0022

上記の事項踏まえて構成された本発明の光システム中の光信号を選択的に伝送するための光ANDゲートは、各部が第1状態において信号波長で減衰伝導性を有し、第2状態においてポンプ光からの励起に応答して信号波長で透過な伝導性を有する第1応答部および第2応答部を含む導波路と;ポンプ光を選択的に注入して第1応答部を励起するために導波路の第1端に光学的に結合された第1ポンプ手段と;ポンプ光を選択的に注入して第2応答部を励起するために導波路の第2端に光学的に結合された第2ポンプ手段と;を備え、導波路の第1および第2応答部が第2状態に励起されたときに信号が伝送され、また、第1状態における第1応答部または第2応答部の減衰が、不要な信号を実質的に消滅させることを特徴とする。

0023

光信号を少なくとも一つの選択された位置でスイッチするための本発明のEANDゲート・マトリックス(EANDゲート・スイッチ・マトリックス)は、光信号を受信し伝送するための複数の第1ポートと;光信号を受信し伝送するための複数の第2ポートと;第2ポートの各々を第1ポートの各々に結合させるための複数の媒介導波路で、信号波長において減衰伝導性を有し、また、信号波長における透過な伝導性のためにポンプ光からの励起に応答する、第1応答部と第2応答部を有する各媒介導波路各部と;媒介導波路の第1部(第1部分)を励起するためにポンプ光を注入する第1ポンプと;選択された第1ポートに結合された媒介導波路に第1ポンプ光を方向付けするための第1スイッチ手段と;媒介導波路の第2部(第2部分)を励起するためにポンプ光を注入する第2ポンプと;選択された第2ポートに結合された媒介導波路に第2ポンプ光を方向付けするための第2スイッチ手段と;を備え、これによって、選択された第1ポートと選択された第2ポートを結合する共通の媒介導波路上の第1および第2応答部に第1および第2ポンプからのポンプ光を注入すると、選択された第1ポートから選択された第2ポートへの光信号をスイッチするための透過な伝送経路が提供され、また、これによって媒介導波路の減衰応答部が、第1および第2ポンプ両者によって選択されていない他の第1ポートと他の第2ポート間の伝送をブロックすることを特徴とする。

0024

さらに本発明の2R個のスイッチ・モジュールを有するシステムは、少なくともR個の入力スイッチ・モジュールが非ブロッキング方式で出力モジュール上の少なくともP個の位置にP個の光信号をスイッチするためのものであり、前記少なくともR個の入力モジュールの各々は、M=シーリング[P/R]としたとき、各入力Mにつき1×(2M−1)の光信号パワー分割器を含む第1段と;M個のパワー分割器の各々の出力にそれぞれ結合された(2M−1)個のEANDゲート・スイッチ・マトリックスを含む第2段と、を有し、EANDゲート・スイッチ・マトリックスの各々は、M個の第1ポートおよびR個の第2ポートと;各々が信号波長で減衰伝導性を有し、ポンプ光からの励起に応答して信号波長で透過な伝送を行うために第1ポートの各々を第2ポートの全てに結合する複数の媒介導波路と;媒介導波路のいくつかの第1部分を励起するためにポンプ光を注入する第1ポンプと;選択された第1ポートに結合された媒介導波路に第1ポンプ光を方向付けるための第1スイッチ手段と;媒介導波路の第2部分を励起するためにポンプ光を注入するための第2ポンプと;選択された第2ポートに連結された媒介導波路に第2ポンプ光を方向付けるための第2スイッチ手段と;を有し、選択された第1ポートと選択された第2ポートに結合される共通の媒介導波路上の第1および第2ポンプの励起作動が、選択された第1ポートからの光学的信号を選択された第2ポートにスイッチするための透過伝送経路を提供し、入力モジュールの第2ポートが、出力モジュールの少なくともいくつかに結合されていることを特徴とする。

0025

都合よく、EANDエルビウム・ファイバー構造は信号経路中に伝幡する他の信号をブロックするので、クロストークが本質的に除去される。

0026

さらなる利点は、光学的信号が受動的に所望の位置(選択位置)にスイッチされることである。

0027

エルビウム添加導波路内での増幅は、好都合に経路ロス、特にそのロスが主として光経路中でスイッチの数が増えるためである多段スイッチ・アーキテクチャ中の補正に適用できる。

0028

さらに付加的な利点は、次に示す図面を参照して、例によってのみ示している好適な詳細な実施形態例の説明から当該技術に習熟した人には理解できるであろう。

発明を実施するための最良の形態

0029

以下、本発明の実施形態例を図面に基づき説明する。

0030

図1は本発明に係る光ANDゲートとして機能するEANDゲートの概念構成例を示すもので、三つのエルビウム添加導波路(エルビウムドープ導波路)11を有し、それぞれ各端でエルビウム光ANDゲート(EANDゲート)10を構成するレーザ・ポンプ14と結合されている。一番上の第1導波路11においては、ポンプ手段として機能する両方のポンプ14がオフ光エネルギを導波路に提供していない(図でポンプの黒塗りはオフを、白抜きはオンを示している)。導波路11は非伝導の状態である。上から2番目の第2導波路11は左端側の第1ポンプ14がオフで、右端側の第2ポンプがオンで光エネルギを導波路11の一部に提供していることを示す。第2ポンプが導波路11の一部のみを励起しており、導波路11はなお非伝導性である。一番下の第3導波路11は両ポンプ14がオンで、導波路11が透過性にポンプされていることを示す。

0031

図2は本発明の同様の構成を示す。しかし、共同するレーザ・ポンプ14に関連する各導波路11′の一部の要素12のみがドープ(エルビウムドープ)されている。応答部として機能する要素12は、クロストークを許容レベルに低下させるのに十分な減衰性を提供する長さを有している。本発明に基づいて有効なスイッチ・ゲートを提供するために、約25dBまたはそれ以上の減衰が不用な信号を実質的に消滅するので好ましい。もちろん、許容できる減衰度のレベルは異なる適用例によって変わる。

0032

エルビウム・ドープは本明細書を通して、例えばレーザからの十分な強度のあるポンプ光源による励起に応答して伝送を提供し、また励起されていない状態では減衰するように適用された導波路(応答部を持つ導波路)について用いる。他の希土物質によるドーピングも使用できる。エルビウム添加ファイバーの増幅特性はスイッチ誘導ロスを補正する利点で使用できるのに対して、エルビウム添加ファイバーの減衰と伝導特性選択性があり、現行の光ゲートに機能性を提供する。

0033

図3はブロッキング・スイッチ・マトリックス20中の要素としてのEANDゲート10を示す。信号経路からの三つの入力ポート22が、エルビウム添加(ドープ)導波路又はファイバー11によって三つの出力ポート24に相互結合されている。媒介導波路として機能するエルビウム添加導波路11は各入力ポート22を全ての出力ポート24に結合している。各端におけるレーザ・ポンプ14がスイッチ手段(セレクタ手段)としての能動セレクタ・スイッチ26を含みポンプ光をセレクタ・ポート22と24に方向付けている。好都合に、ポンプ光波長(例えば980nm)で、より速い速度とより大きい信頼性を有するポリマー・スイッチが使用できる。

0034

これらのスイッチは、より長い波長(例えば、1500+nm)を有する信号波長においてこのような特性を提供しないが、スイッチ26はこの設計に対する信号経路にはなく、また信号に悪影響を与えることはない。信号導波路のいずれか一つからの信号がレーザ・ポンプ・スイッチによって選択され、ポンプ光が選択されたポートに方向付けられる。ポンプ信号波長分割マルチプレクサデマルチプレクサ25がポンプ光を選択された信号導波路に結合させる。相互結合された添加導波路(エルビウム添加導波路)11がスプリッタ16によって入力および出力ポート22、24のそれぞれに結合される。

0035

図3から分るように、ポンプ光はスプリッタを介して各出力ポート24に方向付けられる(破線によって示す)。対向端(反対端)におけるポンプ14およびスプリッタ16は同様に、所望の出力ポート24を選択し、媒介導波路(エルビウム添加導波路)11を介してポンプ光を配信する(破線によって示す)。ポンプ光は添加導波路11の一部のみを励起するのに十分である。選択された入力ポートと選択された出力ポート(太線で示す)間の両端の応答部でポンプされた媒介導波路11のみが完全に透過で信号を伝送する。信号は同様にしてスプリッタ16を介して各出力ポートの方に向けられる。透過な導波路中の信号のみがスイッチされる。スプリッタ16からの他の信号は、出力ポート24に到達する前に減衰される。従って、入力ポート3からの信号は出力ポート2に受動的にスイッチされる。

0036

上述したようにEANDゲート・マトリックス20もその入力信号の内の一つを出力ポートの全てへと複数の信号を配信する能力を有している。図3から分るように、ポンプ光を選択された入力と結合し、またポンプ光を数個の出力と結合することによって、単一の信号を選択された全ての出力に分配することが可能である。ポンプ・レベルはロスのないポイントから単一ポイント操作を提供するポンプ・レベルと同じである。

0037

図4は本実施形態例のEORゲート・スイッチ・マトリックス120を示し、その単一ポンプ14は複数の添加ファイバー111の一つにスイッチすることができる。ファイバー(エルビウムドープファイバー)111は、単一レーザ・ポンプ14によって励起されたときに完全に透過になる。選択されたファイバー又は導波路111からの信号が、複数の出力112に分配されるようにスターカプラーのようなスプリッタ16に伝送される。選択された入力添加ファイバー111のどれか一つが全ての出力ファイバー112へ信号を分配できる。別の方法として、レーザ・ポンプ14によって選択されたときに一つのまたはそれ以上のファイバー112からの信号は複数の添加ファイバー111のうちの一つにスイッチされる。

0038

図5は強度にドープされたエルビウム・ファイバーの長さに対するパワー減衰グラフ状に示す。5m長の市場で入手可能なエルビウム添加ファイバーは、両端から弱くポンプされたときに約0dBゲインを呈するが、一端からのみポンプされたときは60dBを超えるロスを有する。従って、非選択導波路中の信号は、一端のみでポンプされるか、またはまったくポンプされていないものであり、どの不要な信号も実質上ブロックするように減衰する。このシステムはまた透過な伝導を提供し、僅かな又は、まったくゲインのない状態で選択された信号をスイッチする。これは極めて小さいパワー、例えばほんの10mWで達成することができる。エルビウム添加導波路はエルビウム添加ファイバーの代わりに使用でき、スイッチ構造をコンパクトに作ることができる。

0039

EANDゲートは図3に示すようにスイッチ・マトリックス(ENDゲート・スイッチ・マトリックス)20のようなN×Nマトリックスの制御素子として使用することができる。このスイッチ・ユニットは例えばSKOLスイッチ・アーキテクチャに有利に使用され、ここでレーザ・ポンプのためのスイッチがレーザ・ポンプとファイバーをレンズ結合に対して最小使用となるように効率的に配置され、図6に示したように迅速な光スイッチを提供することができる。ブロッキングEANDゲート・スイッチ・マトリックス20は、非ブロック多段スイッチ・アーキテクチャにおいて望ましい機能性を提供する。

0040

図6に示す実施形態例のスイッチのシステムは、SKOL光スイッチ・アーキテクチャに基づく2段スイッチ・モジュールを含んでいる。この場合において、二つの入力モジュール30は二つの出力モジュール32と相互結合されている。各モジュール30のM個の入力の第1段が、(2M−1)個の第2段EANDゲート・マトリックス38の第2段にスイッチされる。各EANDゲート・マトリックス38がR個の出力を有し、ここでRは、出力モジュール32の数である。Mは1より大きい整数であり、少なくともP/Rで、ここでPは、スイッチのための入力の総数である。パワー分割器の出力モジュール32は各々M個の第2段出力46に相互結合された(2M−1)R個の第1段入力44を各々含んでいる。

0041

各入力モジュール30は、M=3個の信号入力ポート34を有しており、ここからそれぞれ信号がスプリッタ36に伝送される。パワー分割器としてのスプリッタ36は各信号を分割し、これがEANDマトリックスをブロックする5個の第2段スイッチ38に送信される。EANDマトリックス38はM個の入力(モジュール30の入力ポートの数に対応する)と、R個の出力(出力モジュール32の数に対応する、この場合R=2)とを有する。これらのM個の入力とR個の出力は図3に示したように、媒介導波路としてのエルビウム添加導波路によって相互結合されている。

0042

第1ポンプ(第1ポンプ手段)40がポンプ光を提供して各EANDマトリックス38のための所望の入力ポートMを選択する。従って、所望の分配信号が選択される。第2ポンプ(第2ポンプ手段)42がポンプ光を提供してEANDマトリックス38の所望の出力ポートRを選択する。このことが信号を所望の出力モジュール32にスイッチする。従って、選択された入力ポートMと出力ポートRとの間の共通のエルビウム添加導波路(媒介導波路)10が、EANDマトリックス38を通してただ一つの伝導性導波路である。他の信号はブロックされる。

0043

三つの信号のみがモジュールを通過できるので、三つのポンプ40と三つのポンプ42のみが5個のEANDマトリックス38に供給するのに必要である。ポンプ光が図7に示したように、別のスイッチ・マトリックスを介してスイッチされ、光を選択されたEANDマトリックス38に方向付け、能動セレクタ26によるさらなるスイッチ操作が所望の入力Mおよび出力Rを選択する。

0044

図7はクロスポイント・マトリックス70に相互結合された三つのレーザ・ポンプ14を示す。5個のポンプ出力72が5個のEANDマトリックス38に選択的に結合される。このようにして、ポンプ光は5個のEANDマトリックス38のどれか三つに方向付けられる。この光が、選択されたEANDマトリックス38のセレクタ・スイッチ26を介して入力され、マトリックス38のM個の入力のどれとR個の出力のどれをポンプ(励起)するかが選択される。ポリマー・スイッチがレーザ・ポンプ光のための好ましいスイッチであるが、当該技術において公知である他の光学電子スイッチまたは機械的スイッチも使用することができる。二つのこの種のシステムが各モジュール30に必要である。

0045

EANDマトリックス38が完全にブロックされると、選択された信号のみが選択された出力モジュール32に伝送される。ある信号は出力モジュール32に入ってパワー分割器の第1段として機能するスター・カプラー44に結合される。スイッチ100においては、スター・カプラー44は入力モジュール30のブロッキングEANDゲート38からの一つの信号のみを受信するように構成される。このスター・カプラー44は、各出力導波路50に関連する出力端子45の各グループに信号を伝送する。ここで各出力導波路50に関連する(2M−1)×1の能動セレクタ・スイッチ46がパワー分割器の第2段出力として機能して所望の出力信号を選択された出力導波路50に結合する。この多段スイッチは、単段スイッチと比較して非ブロッキング動作を必要とするレーザ・ポンプ14の数を減じる。

0046

スター・カプラーは能動セレクタに結合したEORゲートから構成でき、付加的なレーザ・ポンプが利用できれば、出力信号をよりよく遮断する。EORゲートはエルビウム添加導波路により構成されるR個の入力モジュールとM個の出力ポートのブロッキングEANDゲートの一つから単一信号を受信するためのR個の入力ポートを含んでいる。能動セレクタがレーザ・ポンプを選択された出力ポートに結合して信号を選択された位置Pに結合する。

0047

SKOLアーキテクチャに基づく2方向性スイッチを作ることができる。この場合入力と出力モジュールは、入力モジュール30と同様であり、入力モジュールと出力モジュールは対称配置となる。そして、入力モジュールのEANDゲート・スイッチ・マトリックスの第2ポートが出力モジュールのEANDゲート・スイッチ・マトリックスの第2ポートに結合される。スイッチはレーザ・ポンプの数の2倍必要である。好都合にも、本質的にクロストークはスイッチされた信号中に発生しない。これは入力および出力モジュール上のスイッチ素子が完全にブロックされるからである。

0048

EANDゲート・マトリックスの配信機能は、SKOLマトリックス内で配信機能を提供することができ、これによってどの入力も複数出力のいずれの部分にも配信することができる。

0049

もちろん、多数の他の実施形態例も添付の請求の範囲に規定したように本発明の概念と範囲から外れることなく推察できる。

図面の簡単な説明

0050

図1本発明のEANDゲートの概略図である。
図2媒介導波路中にドープされた部分を含む、本発明の他のEANDゲートの概略図である。
図3図1のEANDゲートと併用されるEANDゲート・スイッチ・マトリックスの動作中の概略図である。
図4本発明に基づくEORゲート・スイッチ・マトリックスの概略図である。
図5デシベルによる信号パワーとエルビウム添加導波路の長さとの関係を示すグラフである。
図6本発明に基づくSKOLスイッチ・マトリックスを示す図である。
図7図6のスイッチ・マトリックスに使用するためのレーザ・ポンプ・スイッチ形態を示す図である。
図8図6のSKOLスイッチに関連したEANDゲート・スイッチ・マトリックスを示す図である。

--

0051

10 ENDゲート
11、11′、111、導波路(媒介導波路)
14、40、42ポンプ
26 能動セレクタスイッチ
30入力モジュール
32出力モジュール
38 EANDゲート・マトリックス

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