JP5874970B2 - 光チャンネルモニタ - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００８年８月２１日に出願された、（特許文献１）の利益を主張し、その全開示を本願明細書にその全体に援用したものとする。

光ファイバ通信システムは一般的に波長分割多重化（ＷＤＭ）を使用し、それは多くのスペクトルで分離された独立の光チャンネルを運ぶ光ファイバを使用するための技法である。波長ドメインにおいて、光チャンネルは、高密度ＷＤＭにおいて（ＷＤＭ）システムが一般的に２５、５０、１００または２００ＧＨｚだけ離れて間隔を置かれる別々のチャンネル波長に集中している。光チャンネルによって運ばれる情報量は有限の波長帯域にわたって広げられ、それはチャンネル間の間隔より一般的に狭い。

光チャンネルモニタリングが、電気通信キャリアおよび光ファイバシステムの複合サービスオペレータによってますます使われている。光ネットワーク上のトラフィックが増大するにつれて、ネットワークのモニタリングおよび管理がますます重要な問題になる。ネットワークをモニタするために、ネットワーク内の特定の点の複合信号のスペクトル特性が、決定されて、分析されなければならない。この情報は、次いでネットワークの性能を最適化するのに用いられることができる。光チャンネルモニタリングは、再構成可能で自己調整された光ファイバネットワークを使用する現代の光ネットワークにとって特に重要である。

例えば、再構成可能な光挿入／分岐マルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）および光クロスコネクトが、それらがネットワークに沿って伝送されるにつれて個々の波長チャンネルを操作するために使われ、光チャンネルモニタを必要とする。ＲＯＡＤＭは、ネットワークに沿って中間ノードで挿入されるかまたは分岐されるべき波長チャンネルの動的で再構成可能な選択を可能にする。ＲＯＡＤＭでは、たとえば、光チャンネルモニタは入力チャンネルの在庫同じく出力チャンネルの在庫を供給することができ、および、挿入されるチャンネルの出力がパススルーチャンネルによって平均化されることができるように、可変光減衰器（ＶＯＡ）制御電子回路にチャンネル−出力情報を供給する。

理想的には、光通信システムのモニタリングは関連する波長の範囲全体にわたる実際の光信号波形の分析に基づかなければならない。この種類の分光分析は、種々の周知の信号およびスペクトル分析機器を使用して実行されることができる。例えば、光信号アナライザが、光信号の特性、例えば出力レベル、エンター波長、消光比、アイ開口率、信号対雑音比、偏波依存損失（ＰＤＬ）、分散などを決定するのに知られている。

複数の異なるデバイスが、光チャンネルモニタとして伝統的に使われてきた。たとえば、ＷＤＭ光通信システムのそれぞれのチャンネルをモニタするために平行検出モニタ（ＰＤＭ）が、任意の所望の範囲の波長にわたる波長の関数として、平均およびピーク出力レベルを決定するのに用いられることができる。ＰＤＭは、ＷＤＭ信号をその個々のチャンネルまたは波長に分割するかまたは非多重化する回折格子または他のデバイス、および各チャンネルまたは波長の出力を測定する一連の光検出器を使用する。代わりとして、同調可能フィルタモニタ（ＴＦＭ）が光検出器と共に固定フィルタ帯域幅、中心波長同調可能光フィルタを使用して実現されることができる。この種のフィルタは、伝送帯の狭い部分だけを伝送するかまたは反射し、それは次いで、検出器によって検出されることができる。伝送帯全体にわたってフィルタ中心波長を走査することによって、伝送帯の全分光画像が得られることができ、および、チャンネル情報（例えば波長、出力、ＯＳＮＲ）が適切な信号処理方法を使用して抽出されることができる。同調可能フィルタが、例えば薄膜技術を使用して実現され、液晶を使用して温度効果によって、または信号がフィルタに入射する角度を調整することによって達成される同調を伴う、ファブリペロータイプフィルタを作り出すことができる。同調可能フィルタを実現するための他の技術は、同調可能ブラッグ回折格子および音響光学効果に基づくフィルタを含むが、これに限定されるものではない。

米国特許仮出願第６１／０９０７２２号、名称「光チャンネルモニタ」 米国特許出願第１１／７８１，９３１号、名称「複数機能ディジタル光スイッチ」

上記のデバイスがある程度の光チャンネルモニタリングを可能にするとはいえ、それらは複数の欠点に苦しむ傾向がある。特に、これらのデバイスは特定の固定チャンネル計画を有する信号に対して較正される必要がある。チャンネル計画は、各チャンネルの中心周波数および帯域幅、チャンネル間の間隔、各チャンネルの出力レベルおよび各チャンネルによって使われる変調フォーマットのような複数のパラメータを明示することができる。ＰＤＭの場合では、チャンネル間隔および各チャンネルの帯域幅のようなフィルタ特性が、前もって両方とも選ばれなければならない。同調可能フィルタを使用するチャンネルモニタが波長全体に走査する能力を有し、したがって原則として不規則チャンネル間隔を備えたチャンネル計画がモニタされることを可能にするとはいえ、この種のモニタは、それでもチャンネル帯域幅および変調フォーマットについての事前の知識を必要とする。したがって、これらのデバイスはネットワークのチャンネル計画から独立に設計されることができない。

本発明に従って、ＷＤＭ光信号をモニタする１つの方法が提供される。この方法は、複数のチャンネルを有するＷＤＭ光信号を受信するステップと、同調可能フィルタによってＷＤＭ光信号にフィルタをかけた後に光信号を検出するステップと、少なくとも中心波長および同調可能フィルタ光伝達関数の帯域幅を再構成し、ＷＤＭ光信号の信号性能パラメータを決定するステップと、を含む。

本発明の別の態様に従って、WDM光信号を受信するための入力ポートと、プログラム可能な波長依存伝送を備え、少なくとも中心波長および光信号の光伝達関数の帯域幅を変える同調可能光フィルタとを含む光デバイスが提供される。光デバイスはさらに、同調可能光フィルタによって変調された後に光信号を受信するための検出器を含む。コントローラは、入力ポートと検出器との間の少なくとも第１および第２の光伝達関数を使用して、同調可能光フィルタが入力ポートとＷＤＭ光信号のスペクトルの異なる成分のサンプルをとる検出器との間の光伝達関数に配置されるように構成される。光伝達関数通過帯域特性が、ＷＤＭ光信号の異なるチャンネルまたは成分の測定確度を向上させるように最適化される。

光チャンネルモニタとして使われることができる光デバイスの一例のブロック図である。 図１の光デバイス内に使用されることができるＳＬＭの拡大部分投影図である。 図１の光デバイス内に使用されることができるＳＬＭの平面図を示す。 波長選択スイッチの側面図を示す。 図４内のライン２−２に沿っての、波長が入射するＳＬＭの表面の平面図を示す。 図４内のライン４−４に沿っての波長選択スイッチの別の側面図である。 反対方向に傾けられている２つのミラー素子によって、ＤＭＤ内の第１の単一ミラー素子から反射される第１の光路および、第２の単一ミラー素子から反射される第２の光路を例示する。 同じ方向に傾けられている２つのミラー素子によって、ＤＭＤ内の第１の単一ミラー素子から反射される第１の光路および、第２の単一ミラー素子から反射される第２の光路を例示する。 （図４のライン４−４に沿っての）波長選択スイッチの７つのファイバまたはポートを示し、そのいずれか３つが、中心ポートが入力ポートとして機能し、および、外側ポートが出力ポートとして機能する、１ｘ２スイッチとして機能することができる。 ３つのポートが１ｘ２スイッチとして機能し、および、２組の他のポート１１０_１および１１０_２が光チャンネルモニタとして機能する、図６のスイッチを示す。

種々の理由のために、ＷＤＭ光通信システムは異なるまたは様々なチャンネル計画を有するトラフィックを運ぶのにますます用いられている。たとえば、２．５、１０、４０および１００Ｇｂ／ｓさえ混合された伝送速度を有するトラフィックが、同じシステムで運ばれる場合がある。場合によっては、これらのチャンネル計画が時間とともに変化するかもしれない。たとえば、チャンネルが１００ＧＨｚの信号を必要とするサービスをサポートするのに用いられているが、あとで１０ＧＨｚの信号だけを必要とする場合、それが１０ＧＨｚの信号を運ぶのに用いられるだけのときに、そのチャンネルに割り当てられる帯域幅の量を減少させることが最も効率的であろう。他の場合には、トラフィックによって使用されるチャンネル計画が、トラフィックを運ぶネットワークのサービスオペレータに知られていないかもしれない。これは、たとえば、ネットワークが第三者サービスオペレータからのトラフィック（すなわち異質の波長）を運んでいる場合かもしれない。別の例として、システムが時間とともに変化を必要とするので、必要に応じて再プログラムされるかまたは変更されることができるプログラム可能なチャンネル計画の使用を通して、システムを再構成することが望ましい場合がある。

光通信システムが、運ぶ必要があるトラフィックの種類の柔軟性の向上のため、光チャンネルモニタは、それがネットワークのチャンネル計画から独立であるように理想的に設計されなければならない。すなわち、理想的なチャンネルモニタは、かつ好ましくは、チャンネル計画についてのいかなる先験的な知識もまたは光信号のその他の特性も有さずに、いかなる任意のまたはプログラム可能なチャンネル計画をも有するトラフィックを正確にモニタすることが可能でなければならない。これを達成するために、光チャンネルモニタは、信号を検出し、その特性（例えばチャンネル帯域幅）を決定し、かつこの特性評価に基づいて、その出力レベルのような信号に関する情報をすばやく、かつ正確に得るのに適切なフィルタを適用する必要がある。

より詳しくは、チャンネル計画から独立のモニタが光検出器と組み合わせて適切な同調可能フィルタから形成されることができる。フィルタの通過帯域が信号スペクトル全体に走査されるにつれて、同調可能フィルタが狭帯域フィルタとして最初に使われ、個々のチャンネルの帯域幅および位置を測定することによって信号を特徴づけることができる。このようにして、チャンネル計画が決定されることができる。チャンネル計画を前提として、たとえば、集積された信号出力レベルのような信号性能パラメータを単一測定で決定するのに適切な形状を有するように、同調可能フィルタが再構
成されることができる。すなわち、同調可能フィルタは、測定の精度に影響を与える信号の何の成分も取り除かれないように調整されるかまたは同調される。

本発明で使用されることができる同調可能フィルタの一例は、空間光変調器（ＳＬＭ）を組み込む。空間光変調器（ＳＬＭ）は、各画素が光の強度を調整するかまたは変調する光「バルブ」として独立に働く光素子（画素）のアレイから成る。光信号は、信号内の個々のチャンネルが光素子の複数のものにわたって広げられるような、分光軸または方向に沿ってアレイ上へ分散される。各チャンネルまたは一群のチャンネルが、それらの選択された光素子に入射するチャンネルの部分が戻り経路から離れて向けられるように、選択された数の光素子を作動させることによって選択的に減衰されるかまたは遮断されることができる。

図１は、光チャンネルモニタとして使われることができる光デバイス１００の一例のブロック図である。光デバイス１００は、入力光ビームまたは信号にフィルタをかけるための同調可能フィルタとして働くＳＬＭを使用する。光デバイス１００は、複数波長信号１１２をデバイス１００にもたらすことが可能な入力光ファイバ１０２およびデバイス１００から信号１１２の少なくとも一部を取り除くことが可能な出力光ファイバ１０４を含む。光検出器１２０が、出力ファイバ１０４からの光信号の一部を受信する。

光デバイス１００はさらに、第１の分散回折格子配置１１８ａおよび第２の分散回折格子配置を含む。この例では、第１の分散回折格子配置１１８ａは、複数波長信号１１２を個別波長またはチャンネル（λ_１−λ_ｎ）に分離して、波長をＳＬＭ１０８に焦点を合わせるように動作する。同様に、第２の分散回折格子配置１１８ｂはＳＬＭ１０８から反射された波長を出力複数波長光信号１１４に結合して、信号１１４を出力光ファイバ１０４に焦点を合わせるように動作する。第１および第２の分散回折格子配置は、回折格子、レンズ（例えばコリメーティングレンズ）、同じく他の光素子の組合せを含むことができる。

ＳＬＭ１０８は、光波長を空間的に変調するように操作可能である。ＳＬＭ１０８が同調可能フィルタとして働くように入力波長を調節している間は、ＳＬＭ１０８が反射によって光出力ファイバ１０４に光波長の１つ以上を選択的に伝達する。

マイクロミラーベースのＳＬＭの１つの種類が、ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）である。ＤＭＤは、各々がオン状態またはオフ状態で作動可能なマイクロミラーまたは画素の二次元アレイから成る。ここで使用しているように、ＤＭＤの場面で、用語「マイクロミラー」および「画素」が相互互換的に使われる。一般的に、ＤＭＤはごく小さいミラーのアレイ（一般的に、平方インチあたり数１００万）から成り、各ミラー素子の角度位置は、たとえば、ほぼ１０ないし２０度でお互いに角度でオフセットされる少なくとも２つの位置の間で、個々に制御可能である。ミラーベースが、ミラー素子の背後に位置する。個々にアドレス可能なミラー素子が機械ヒンジに傾動自在に取り付けられ、および、一般的に、ミラー素子のアレイが、その全てが半導体チップに取り付けられる、ミラーベース内の制御回路の層を覆う。ＤＭＤのミラー表面は、矩形のまたは正方形のミラー素子の概ね矩形の格子アレイから成る。典型的ミラー素子は約１６マイクロメートル平方であり、および、個々の素子は約１ミクロンの距離だけお互いに隔てられる。少なくとも１つの軸のまわりのアレイ内のミラー素子の個々に制御された傾斜によって、ミラー表面から反射されるエネルギーが所定のパターンに形成されることができる。更に、ミラー表面はディジタル信号に応答して実質的に即座に再構成され、異なるパターンを形成することができる。この種の再構成は、正確で再現可能で、一般に約２５マイクロ秒以下で達成されることができる。

図１の例では、ＳＬＭ１０８は画素が一連のマイクロミラー（図１内に視認できない）から形成されるＤＭＤである。一般的に、ＳＬＭ１０８によって受信される個々の波長はいくつかのマイクロミラーにわたって広げられ、マイクロミラー１１０が出力ファイバ１０４に連結する光量を制御することを可能にする。これは、ＳＬＭ１０８の拡大部分投影図である図２内に最も明確に見られる。明快さのために図２は、波長λ_１が入射するマイクロミラー１１０だけを示す。任意の光ビームと同様に、強度分布曲線１５０によって示唆されるように、波長λ_１の強度は空間的に分布する。示すように、強度分布曲線はしばしばガウス分布であるが、それに限定されない。動作中に、オン状態マイクロミラー１１０ａは出力ファイバ１０４に波長λ_１のエネルギーの少なくとも一部を選択的に反射するように動作する。加えて、オフ状態マイクロミラー１１０ｂは出力ファイバ１０４から離れて波長λ_１のエネルギーの一部を選択的に反射するように動作する。この例では、オフ状態マイクロミラー１１０ｂは分岐ポート１０６にエネルギーを反射する。このようにして、ＳＬＭ１０８はマイクロミラー１１０のいくつかの動作状態を選択的に変化させることによって出力ファイバ１０４に連結される波長λ_１の光出力を変化させることができる。波長λ_１は、λ_１がそれらのオフ状態でその上に入射する全てのマイクロミラー１１０を配置することによって完全に減衰されるかまたは遮断されさえすることができる。ＳＬＭ１０８によって出力ポート１０４に向けられる波長λ_２−λ_ｎの光出力は、減衰されることができるかまたはさもなければ類似した方法で変化されることができる。

図１内に示されるＳＬＭベースのチャンネルモニタの構造は、この用途で論じられる実施態様が適用されることができる光システムのほんの一例である。例えば、一部の用途では、同じ経路に沿って戻って反射ビームを向けて、出入ビームを分離するためにサーキュレータまたは他の手段を使用することが、望ましい場合がある。他の実施態様において、ＳＬＭ１０８が出力ファイバ１０４に反射の代わりに透過によって１つ以上の波長を選択的に伝えることができる。

図３は、図１の光デバイスに使用されるＳＬＭ２０８の平面図（すなわち図１のＳＬＭ１０８）、同じく第１の分散回折格子配置１１８ａによってＳＬＭ１０８に焦点を合わせられる空間的に分離された光波長λ_１、λ_２およびλ_３（それぞれ、ビーム３１０、３２０および３３０によって表される）を示す。図３はさらに、光波長λ_１、λ_２およびλ_３が入射するＳＬＭ１０８の個々の画素２２０（その内１つだけがラベルをつけられている）を示す。３つの波長が説明のために示されるとはいえ、さらに一般的にいえば、任意の数の波長がＳＬＭ２０８を横切って空間的に切り離されることができる。この例では、ＳＬＭ２０８の分光分散軸は水平方向にあると想定され、および、個々の波長が含まれる直交軸線は垂直方向にあると想定される。この直交軸線は、本願明細書においてビーム軸と称される。しかしながら、他の向きもまた、可能である。ＤＭＤの場合には、マイクロミラーの旋回軸は分光分散軸と概ね平行して延伸する。図３が示すように、この例では各波長に対するビーム直径は約１０画素にわたって延在する。

チャンネルモニタリングを実行するために、光デバイス１００内のＳＬＭ２０８が、フィルタ通過帯域と中心波長を独立に調整することができるプログラム可能なフィルタ関数を備えた同調可能フィルタとして使われることができる。光ダイオードによって終端されるときに、このデバイスは異なる帯域幅、異なる変調フォーマットおよび不規則チャンネル間隔を備えたチャンネルの出力をすばやくかつ正確に測定するのに用いられることができる。したがって、光伝達関数を完全にプログラムするこのフィルタの追加柔軟性はデバイスが変調フォーマットとチャンネル間隔を混合する将来のＷＤＭシステムフォーマットに適応することによって速度および精度を向上させることを可能にする。それが光モニタリング目的のための厳格なチャンネルガイドラインまたは前提条件を強制する必要性を回避するので、これは有益である。

本発明の１つの好ましい実施態様は、ＳＬＭデバイスを狭帯域フィルタとして使用して、最初に、限られた数（例えば１つ）の画素２２０の列をそれらのオン状態に作動させることによってモニタされる信号を特徴づけることである。すなわち、フィルタとして使われる時のＳＬＭ１０８の通過帯域は単一画素と同様に狭い可能性がある。ＳＬＭ１０８の通過帯域は、信号のチャンネル計画が決定されることができるように、画素の連続した列をそれらのオン状態に逐次的に作動させることによって信号スペクトル全体に走査されることができる。一旦信号がこの方法で特徴づけられると、ＳＬＭ１０８は集積された信号出力レベルが単一測定で正確に決定されることができるフィルタ特性を与えるように画素の適切な作動によって再構成されることができる。

上記した光デバイス１００が、任意のチャンネル計画を有する信号をモニタするチャンネルモニタとして使われることができる。有意に、モニタリング機能を実行するためにチャンネル計画についての何の事前の知識も必要でない。光デバイス１００のチャンネル計画独立性は、複数の画素にわたって単一光チャンネルを広げる能力から生じる。単に、例えばプログラマブルコントローラを通してＳＬＭ上で動作するソフトウェアを通して容易に達成されることができるＳＬＭ１０８の正確な調整によって、任意のチャンネル計画を備えた信号が、モニタされることができる。

上記の通りに、単一調整可能通過帯域を有する同調可能フィルタによって、チャンネルモニタのチャンネル計画独立性が達成されることができる。ＳＬＭ１０８はしかしながら、各々異なる形状を有する複数の通過帯域を含むより複雑なフィルタ特性を有するように構成されることができる。この能力は、多くの付加特徴を備えたチャンネルモニタを供給するのに用いられることができる。たとえば、ＳＬＭ１０８は全てのチャンネルを抑制するフィルタ特性を有するように構成されることができ、集積された増幅自然放出光（ＡＳＥ）が単一測定で検出されることを可能にする。逆に、ＳＬＭ１０８は、それが全てのＡＳＥを取り除いて、チャンネルが光検出器で測定されることだけを可能にするように、調整されることができる。

いくつかの実施態様において、追加機能を実行するデバイスと、光チャンネルモニタの機能が直接統合されることができる。この種のデバイスの一例は、波長選択スイッチのような光スイッチである。この種の統合化は空間要件の減少を含むいくつかの利点を提供し、かつ、さもなければ専用のチャンネルモニタによって占められるであろうネットワークラックの余分のスロットに対する必要性をおそらく除去しさえする。さらに、スイッチまたは他のデバイス内にＯＣＭを統合することによって、デバイス自体がシステム管理ソフトウェアの仲介なしでモニタによって供給される情報を直接利用することができる。例えば、光チャンネルモニタはスイッチからの出力信号を備えたチャンネルが等しい出力を有するかどうか調べるのに用いられることができ、もしそうでなければ必要等化を達成するためにフィードバックを与えることができる。

光スイッチまたは光チャンネルモニタと統合される他のデバイスの使用から生じる別の重要な利点は、フィルタの分離または鮮鋭度とその通過帯域の平坦度との間の通常のトレードオフに関する。特に、隣接チャンネル間を、または、チャンネルとノイズとの間を区別するために高い分離が必要である。一般に、チャンネルモニタ内に使用される同調可能フィルタが、光信号を処理するネットワーク内の他のデバイスによって使われるフィルタと同様に鮮鋭でなければならない。チャンネルモニタと光スイッチまたは他の光デバイスが同じ光素子の多く、特にフィルタリングを実行するのに用いられるものを共有する場合、この判定基準は自動的に満たされることができる。

上記した種類の光チャンネルモニタが組み込まれることができる波長選択スイッチの一例が、図４−９を参照して記載される。この光スイッチに関する追加的な詳細は、同時継続の（特許文献２）内に見いだされることができる。

図４は、波長選択スイッチ１００の第１の側面図を示す。スイッチは、ページから出てくる平面に並行な入出力光ポート（例えばファイバ）のアレイ１１０を含み、その１つだけが図４内に視認できる。コリメーティングレンズ１１５が、ファイバアレイ１１０から出る光を受光するように配置される。コリメーティングレンズ１１５は、ファイバアレイ１１０の中央のファイバから延出する光軸のまわりに中央に置かれる。このようにして、ファイバアレイ１１０内のファイバを出る光が、レンズ１１５によって平行にされる。平行にされた光は透過型回折格子１２０に次いで入射し、それは光をその成分波長λ_１、λ_２、λ_３、．．．λ_Ｎに空間的に分離して、第２のレンズ１２５を通してそれらを方向付ける。レンズ１２５は、レンズ平面の２本の軸内に異なる機能を実行する。図４内のページの平面で、レンズは分散された波長λ_１からλ_Ｎを平行にする。ページの外の平面でレンズは、平行ビームをＳＬＭ１０８の表面に焦点を合わせる。結果は、分散の軸に沿って平行にされる空間的に分離された波長のストライプであり、かつその軸に対して垂直に焦点を合わせられ、そこでストライプが、ミラーストリップ１４０（その内１つだけが、図４内に視認できる）の間に、かつ、ＳＬＭ１０８の表面上へ向けられる。

図５は、図４内のライン２−２に沿っての、波長が入射するＳＬＭ１０８の表面の平面図を示す。この例のＳＬＭ１０８は上記した種類のＤＭＤであり、それはマイクロミラーまたは画素１４５の二次元アレイを含む。破線１５０によって図５に指示したように、マイクロミラーの軸が１つのコーナから各ミラー素子の対向するコーナに斜めに延出する。

ミラーストリップ１４０_１および１４０_２（「ミラーストリップ１４０」）が、マイクロミラーデバイス１０８の表面の上に位置し、軸１５０と平行の方向に延在する。ミラーストリップ１４０は、従来のリソグラフィまたは他の技法を使用して透明ウィンドウまたは基板の下部表面上に直接製作されることができる。基板は、ＳＬＭデバイス１０８と統合され、単一の光学組立体を形成することができる。反射防止コーティングがウィンドウの上側表面に塗布され、後方反射を減少させることができる。同様に、反射防止コーティングが個々のミラーストリップ間の下部表面の無反射部分に塗布されることができる。

図６は、図４内のライン４−４に沿っての波長選択スイッチの第２の側面図である。この図は、波長λ_１がファイバアレイ１１０内の２つの出力ファイバ１１０_３および１１０_５の１つにファイバアレイ１１０内の入力ファイバ（すなわちファイバ１１０_４）から選択的に切替えられる方法を例示する。残りの波長λ_２−λ_Ｎは、類似した方法で、選択的にスイッチで切り替え可能である。

光がＤＭＤ１０８から回折されるように、スイッチ１００内に使用される光波長に対して、ＤＭＤ１０８内のミラー素子の寸法は十分に小さい。したがって、波長λ_１が入射するミラー素子の傾斜角に従い、ＤＭＤ１０８はブレーズド格子として機能し、および、光は経路１６０に沿って上および右に、またはあるいは、経路１６５に沿って上および左に回折される。回折された光は、それがミラーストリップ１４０_１または１４０_２の方へ戻って反射するにつれてそれ自体を補強し、さまざまな回折次数によって表される位置で一連の光の点を形成する。同様に、回折された光は次数の間でそれ自体を相殺する。したがって、ミラーストリップ１４０_１または１４０_２に到達する光を最大化するために、ミラーストリップは各々波長に対する回折次数の１つに位置しなければならない。図１内に示される特定の例では、ミラー１４０_１および１４０_２はそれぞれ、−２次数回折および＋２次数回折に位置する。すなわち、経路１６０および１６５に沿って回折される光は２次数回折を表す。さらに一般的にいえば、しかしながら、ミラーストリップ１４０_２および１４０_２は任意の適切な回折次数に位置することができる。

光がミラーストリップ１４０_１に入射する場合、それは経路１７５に沿ってＤＭＤ１０８へ反射される。他方、光がミラーストリップ１４０_２に入射する場合、それは経路１７０に沿ってＤＭＤ１０８へ反射される。最初の入力波長λ_１が経路１８０に沿って入射するミラー素子から、光線１７０または１７５が入射するミラー素子が反対側の位置に傾けられる場合、光は、経路１８０と平行である経路１８０または１８２に沿って第２のコリメーティングレンズ１２５へと反射される。これは図７ａ内に例示される。ここで、説明を簡単にするため、光路１８０が、ＤＭＤ１０８内の単一のミラー素子１４３から反射されて示され、および光路１８２が単一のミラー素子１４７から反射されて示される。示すように、ミラー素子１４３および１４７は反対方向に傾けられる。光ビームがＤＭＤの複数のミラーに入射する場合、出力１８０および１８２の両方にビームの異なる部分を同時に向けることが可能である点に注意する。この能力はプログラム可能マルチキャスティングと称され、それによって光線が効果的に分割されて、複数の出力ポートに連結されることができる。

再び図６を参照して、ＤＭＤ１０８から離れたその第２の反射の後で経路１８０または１８２に沿って進行したあと、光は次いで上で記載されているそれとは逆の方法で回折格子１２０および第１のコリメーティングレンズ１１５を横断する。光が経路１８２に沿ってＤＭＤ１０８から反射された場合、光は出力ポート１１０_５によって受光される。他方、光が経路１８４に沿ってＤＭＤ１０８から反射された場合、光は出力ポート１１０_３によって受光される。このようにして、波長λ_１は入力ポート１１０_４から出力ポート１１０_３および１１０_５の選択された１つに切替えられることができる。残りの波長λ_１−λ_Ｎは、類似した方法で切替えられることができる。

個々の波長は、比較的損失がない方法でまたは制御可能な量の減衰で入力ポート１１０_４から出力ポート１１０_３および１１０_５の１つに切替えられることができる。減衰は、切換え波長がミラーストリップ１４０_１および１４０２_２の１つから受光される選択された数のミラー素子を傾けることによって与えられることができる。これは入力光路１８０および出力光路１８２を示す図７ｂと関連して例示されることができる。図７ａと関連して前述したように、話を簡単にするために、光路１８０が単一ミラー素子１４３から反射されて示され、および光路１８２’が単一ミラー素子１４７から反射されて示される。図７ａでは、ミラー素子１４３および１４７は反対方向に傾けられている。他方図７ｂでは、ミラー素子１４３および１４７は同じ方向に両方とも傾けられ、および、結果として、光は経路１８２’に沿ってミラー素子１４７から反射され、ここで、それはファイバアレイ１１０から離れて向けられて、したがって失われる。ミラー素子１４７の場合のような、二度目にＤＭＤ１０８に入射する切換え波長の成分を反射する任意の選択された数のミラー素子を適切に傾けることによって、選択された出力ポートまたはファイバに向けられる光が、選択された量だけ減衰されることができる。より詳しくは、光は単一のミラー素子から反射される光量と等しい増分で減衰されることができる。図７ｂは、したがって波長選択スイッチ１００の汎用動作原理を例示する。切換え波長が離れて回折する第１の組のミラー素子（例えばミラー素子１４３）が、切換え波長が向けられる出力ポートを制御する。切換え波長が離れて回折する第２の組のミラー素子（例えばミラー素子１４７）が、切換え波長の減衰を制御する。ミラー素子１４７がオフまたはフロート状態で配置される場合、それが１つ以上の追加的な出力ポートに向け直されることができるＤＭＤ１０８へ、次に光を反射するミラーストリップ１４０の以降のもの上へ、光路１８２が反射されることができる点に注意する。

上記の通りに入力ポート１１０_４ならびに出力ポート１１０_３および１１０_５と関連して、波長選択スイッチが１ｘ２スイッチとして機能する。１ｘ２スイッチを基本基礎単位として使用して、多くの他のスイッチ構成が可能である。たとえば、任意の数のこの種の１ｘ２スイッチが、適切な数のミラーストリップ１４０が使用されるならば、単一のＤＭＤを使用して形成されることができる。図８では、例えば、７つのファイバまたはポートが示され、その任意の３つが、中心ポートが入力ポートとして機能し、および、外側ポートが出力ポートとして機能する、１ｘ２スイッチとして機能することができる。たとえば、入力ポートとして機能するポート１１０_２と共に、１つのスイッチがポート１１０_１、１０１_２および１１０_３によって形成されることができ、一方、他のスイッチが、入力ポートとして機能するポート１１０_６と共に、ポート１１０_５、１１０_６および１１０_７によって形成されることができる。図８はこの方法で構成されるときに、スイッチ１００を示す。図６と同様に、図８、同じく、以下に記載する図９は図４内のライン４−４に沿ってのスイッチ１００の側面図である。この例では、ポート１１０_１、１１０_２および１１０_３と関連する１ｘ２スイッチがミラーストリップ１４０_３および１４０_４を使用し、および、ポート１１０_５、１１０_６および１１０_７と関連する１ｘ２スイッチがミラーストリップ１４０_５および１４０_６を使用する。

光チャンネルモニタリングは、その一方が入力として機能し、およびその残りが、光検出器が配置されることができる出力ポートとして機能する、波長選択スイッチ１００内の任意の２つの隣接するポートを使用して実行されることができる。図９は、ポート１１０_３、１１０_４および１１０_５が１ｘ２スイッチとして機能し、および、ポート１１０_１および１１０_２が１つの光チャンネルモニタとして機能し、および、ポート１１０_６および１１０_７が別の光チャンネルモニタとして機能する、図６のスイッチ１００を示す。ポート１１０_２および１１０_６は入力として機能し、および、ポート１１０_１および１１０_７は検出器１１２および１１４が位置する出力として機能する。さらに一般的にいえば、波長選択スイッチ１００内の任意の２つの隣接するポートが１ｘ１スイッチとして機能することができる点に留意する必要がある。

さまざまな実施態様が、本願明細書において特に例示されて記載されているとはいえ、理解されるであろうことは、本発明の修正および変更は上記の教示によって包含され、本発明の趣旨および意図された有効範囲から逸脱することなく、添付の請求項の範囲内にあるということである。例えば、前述のように、光チャンネルモニタの機能は上記した光スイッチの他に他のデバイスと直接統合されることができる。この種のデバイスとしては、光増幅器、色分散コントローラ、光挿入／分岐マルチプレクサ、可変光減衰器、などが挙げられるが、これに限定されるものではない。

１００ 光デバイス 波長選択スイッチ
１０２ 入力光ファイバ
１０４ 出力光ファイバ
１０６ 分岐ポート
１０８ ＳＬＭ ＤＭＤ
１１０ マイクロミラー 入出力光ポートアレイ
１１０_１−１１０_７ ポート ファイバ
１１０ａ オン状態マイクロミラー
１１０ｂ オフ状態マイクロミラー
１１２ 波長信号
１１４ 波長光信号
１１５ コリメーティングレンズ
１１８ａ 第１の分散回折格子配置
１１８ｂ 第２の分散回折格子配置
１２０ 光検出器 回折格子
１２５ 第２のレンズ
１４０、１４０_１−１４０_６ ミラーストリップ
１４３、１４７ ミラー素子
１４５ 画素
１５０ 破線
１６０、１６５、１７５、１８０、１８２ 経路
１７０、１７５ 光線
１８０、１８２ 出力 光路
１８２’ 光路
２０８ ＳＬＭ
２２０ 画素
３１０、３２０、３３０ ビーム
λ_１−λ_ｎ 個別波長またはチャンネル

Claims (15)

1. ＷＤＭ光信号をモニタする方法であって、
   複数のチャンネルを有するＷＤＭ光信号を受光するステップと、
   前記ＷＤＭ光信号の１つのチャンネルプランを決定するため、逐次的に通過する波長を変化させることができる光学フィルタである同調可能フィルタによって前記ＷＤＭ光信号にフィルタをかけた後に前記光信号を検出するステップと、
   前記決定されたチャンネルプランを基に、前記同調可能フィルタ光伝達関数の少なくとも中心波長および帯域幅を再構成して前記ＷＤＭ光信号の信号性能パラメータを決定するステップと、を含み、
   前記同調可能フィルタが、前記光信号を複数の波長に空間的に分散させるための分散光素子と、画素のアレイを有する空間光変調器（ＳＬＭ）であって、前記画素の各々が、その上に入射する光エネルギーに異なる量の変調を与える状態の１つにある、空間光変調器（ＳＬＭ）を備え、
   さらに、各チャンネルが複数の画素に入射するように、前記ＳＬＭ上へ前記ＷＤＭ光信号を空間的に分散させるステップと、
   前記画素の選択的な調整によって前記同調可能フィルタを第１のまたは第２の状態に構成して、かつ再構成するステップと、を含む、方法。
2. 請求項１の方法であって、さらに、
   少なくとも第１の光伝達関数を有するように構成される同調可能フィルタによって前記光信号にフィルタをかけるステップと、
   前記フィルタをかけられた光信号を検出して前記ＷＤＭ光信号のチャンネルの信号性能パラメータを測定するように構成される第２の光伝達関数を決定するステップと、
   前記第２の光伝達関数を有するように構成される前記同調可能フィルタによって前記光信号にフィルタをかけるステップと、
   前記光信号が前記第２の光伝達関数によって構成される前記同調可能フィルタによってフィルタをかけられている間に、前記光信号を検出して前記ＷＤＭ光信号の信号性能パラメータを決定するステップと、を含む方法。
3. 請求項２の方法であって、さらに、前記ＷＤＭ光信号のスペクトル全体に前記第１の光伝達関数を走査するステップと、前記第１の光伝達関数が前記チャンネル計画を決定するように走査されるにつれて前記フィルタをかけられた光信号を検出するステップと、を含む方法。
4. 請求項２の方法であって、前記第１の光伝達関数が、前記光チャンネルの各々の帯域幅より狭い幅を有する、ことを特徴とする方法。
5. 請求項１の方法であって、前記決定される信号性能パラメータが、前記ＷＤＭ光信号の１つのチャンネル内の集積された出力である、ことを特徴とする方法。
6. 請求項１の方法であって、前記決定される信号性能パラメータが、前記光信号と関連する増幅自然放出光の除去の後の前記ＷＤＭ光信号内の集積された出力である、ことを特徴とする方法。
7. 請求項１の方法であって、前記決定される信号性能パラメータが、前記光信号と関連する前記光チャンネルの除去の後の前記ＷＤＭ光信号内の集積されたＡＳＥ出力である、ことを特徴とする方法。
8. 請求項１の方法であって、前記決定される信号性能パラメータが、前記光信号の個々のチャンネルと関連する増幅自然放出光である、ことを特徴とする方法。
9. 請求項１の方法であって、前記複数のチャンネルのうちの少なくとも１つが、異なる伝送速度を有する、ことを特徴とする方法。
10. 請求項１の方法であって、前記複数のチャンネルのうちの少なくとも１つが、異なる変調フォーマットを有する、ことを特徴とする方法。
11. 光デバイスであって、
    ＷＤＭ光信号を受光するための入力ポートと、
    前記光信号の前記光伝達関数の少なくとも中心波長および帯域幅を変えるプログラム可能な波長依存伝送を備えた逐次的に通過する波長を変化させることができる光学フィルタである同調可能光フィルタと、
    前記同調可能光フィルタによって変調された後に前記光信号を受信するための検出器と、
    前記入力ポートと前記検出器との間に配置された前記同調可能光フィルタが、少なくとも第１および第２の光伝達関数を使用して、前記第１の光伝達関数を使用して１つのチャンネル計画を決定し、前記第２の光伝達関数を使用してチャンネル計画の信号性能パラメータを測定するように構成され、前記第２の伝達関数は、前記同調可能光フィルタが前記第１の伝達関数として配置された時の光信号の観測によって少なくとも部分的に決定され、前記ＷＤＭ光信号のスペクトルの異なる成分をサンプルする、ためのコントローラと、
    前記光信号を複数の波長に空間的に分散させるための分散光素子と、
    前記空間的に分散された波長を受信するための表面を有するＳＬＭであって、前記波長の各々が、複数の画素に入射するように前記表面が前記画素のアレイを含み、前記画素の各々が、その上に入射する光エネルギーに異なる量の変調を与える個別状態の倍数の１つにある、ＳＬＭと、
    前記ＳＬＭ内の前記画素のアレイが選択可能なパターンの状態に配置されるようにするためのコントローラであって、前記選択可能なパターンの状態が、（ｉ）前記入力ポートと前記ＷＤＭ光信号のチャンネル計画を決定するように前記ＷＤＭ光信号のスペクトル全体に走査する前記検出器との間の第１の光伝達関数を得る第１の一連のパターン、および、（ｉｉ）前記ＷＤＭ光信号の信号性能パラメータが前記検出器によって測定できるように、前記入力ポートと前記ＷＤＭ光信号のチャンネル計画によって少なくとも部分的には決定される前記検出器との間の第２の光伝達関数を得る第２のパターン、を含むコントローラと、を備える、光デバイス。
12. 請求項１１の光デバイスであって、前記光デバイスが、波長選択スイッチである、ことを特徴とする光デバイス。
13. 請求項１１の光デバイスであって、前記第１および第２の光伝達関数が、異なる周波数帯域を伝送する、ことを特徴とする光デバイス。
14. 請求項１１の光デバイスであって、さらに、
    少なくとも２つの光出力ポートであって、前記検出器が前記出力ポートの１つと関連している出力ポートと、
    前記ＳＬＭによって変調される波長を受信して、かつ前記ＳＬＭの前記画素の選択された１つへ戻ってそれらを向けるための光素子と、を備える光デバイス。
15. 任意のチャンネル周波数を有するＷＤＭ光信号をモニタする方法であって、
    （ａ）第１のチャンネル計画を有する第１のＷＤＭ光信号を受光するステップと、
    （ｂ）前記第１のＷＤＭ光信号の前記第１のチャンネル計画を反映する少なくとも１つの特性を決定するステップと、
    （ｃ）前記少なくとも１つの特性に少なくとも部分的に基づく方法で、前記第１のＷＤＭ光信号にフィルタをかけるための逐次的に通過する波長を変化させることができる光学フィルタである同調可能フィルタを構成するステップと、
    （ｄ）フィルタをかけられた第１のＷＤＭ光信号を検出して前記第１のＷＤＭ光信号
    の信号性能パラメータを決定するステップと、
    （ｅ）第２のチャンネル計画を有する第２のＷＤＭ光信号に対してステップ（ａ）−（ｄ）を繰り返すステップと、を含み、
    前記同調可能フィルタが、前記光信号を複数の波長に空間的に分散させるための分散光素子と、画素のアレイを有する空間光変調器（ＳＬＭ）であって、前記画素の各々が、その上に入射する光エネルギーに異なる量の変調を与える状態の１つにある、空間光変調器（ＳＬＭ）を備える、方法。

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