JP2000197078A - 光受信装置および光スイッチ網 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ないスイッチ素子数、低損失、低クロスト
ークで、多ポート、多波長から任意の光信号を選択して
受信できるようにする。 【解決手段】 ４個の入力ポートから４個の光ゲート30
にそれぞれλ0〜λ63 の６４波長の波長多重光信号が入
力されているとき、光ゲート30-0、32-0、35-0、39-0
をオンに、それ以外をオフにすると、光ゲート30-0に入
力された波長多重光信号が光波長ルータ31に入力され、
これを分波したλ0〜λ15 の波長多重光信号が光波長ル
ータ37に入力され、これを分波したλ0〜λ3の波長多重
光信号が光波長ルータ38に入力され、これを分波したλ
0 の光信号だけが光合波器33から出力される。出力され
た光信号は次段の光受信器により受信される。以上のよ
うにして、４×１の空間選択機能と６４×１の波長選択
機能を持つ光受信装置が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、通信網や並列コ
ンピュータの相互結合網等に用いられる光受信装置およ
び光スイッチ網に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光スイッチを用いて光信号を切り換える
光スイッチ網は、従来の電気のネットワークでは実現不
可能な大容量のネットワークを実現する手段として期待
されている。現在までにニオブ酸リチウム等の結晶の電
気光学効果、音響光学効果などを利用した光スイッチ
や、半導体光増幅器をゲートとして用いた光スイッチ等
が考案されており、これらを使った光スイッチ網に関し
ても様々な構成のものが提案されている。

【０００３】〔従来例１〕例えば、並列コンピュータの
相互結合網への応用をねらい、半導体光増幅器を光ゲー
トとして用いた光スイッチを使用した光スイッチ網が提
案されている（文献１：前野他、電子情報通信学会１９
９６年総合大会、ＳＢ−９−５）。この文献１に提案さ
れている光スイッチ網を従来例１とし、その構成を図２
４のブロック図に示す。図２４は４×４の光スイッチ網
を示しており、送信ノード１から送信された光信号が光
ファイバ１００を経て光スイッチ３（３Ａ）に入力さ
れ、光スイッチ３Ａにより交換された光信号が光ファイ
バ１０１を経て受信ノード２により受信される。

【０００４】光スイッチ３Ａにおいて、入力ポート１０
から入力された光信号は光分波器１１により分波され、
４個の光ゲート１２に入力される。光ゲート１２は半導
体光増幅器であり、電流を流すとオン状態になって光信
号を透過し、電流を流さないとオフ状態になって光信号
を遮断する。４個の光ゲート１２は４個の光合波器１３
に接続されている。光ゲート１２のオン、オフにより、
任意の入力ポート１０と出力ポート１４とを接続するこ
とができる。

【０００５】例えば、光ゲート１２−４をオンにするこ
とにより、入力ポート１０−０から入力された光信号を
出力ポート１４−１から出力することができる。光スイ
ッチ３Ａは、入力ポート１０と出力ポート１４の任意の
組み合わせに対して固有の経路が存在する、いわゆるク
ロスバスイッチである。光ゲート１２がクロスポイント
に相当し、接続する入力ポート１０と出力ポート１４を
指定するとオンにするべき光ゲート１２が一意にきまる
ので、制御論理が単純になる。また、クロスバスイッチ
は完全非閉塞なので、異なる入力ポート１０を同一の出
力ポート１４に同時に接続しようとした場合を除き競合
制御の必要がない。

【０００６】しかしながら、従来例１の光スイッチ網で
は、光スイッチ３（３Ａ）を構成するのに必要な光ゲー
トの数が、ノード数の２乗になり、ノード数が多くなる
と非常に高コストかつ大型になるという問題を有する。

【０００７】〔従来例２〕この従来例１の問題を解決す
るべく、波長多重技術を用いることにより光ゲート数を
削減した光スイッチ網が提案されている（文献２：S．A
raki et al．，“A 2．56 Tb／s Throughput Packet／C
ell-Based Optical Switch−Fabric Demonstrator“，
Proceedings of 24th European Conference on Optical
Communication，volume 3， pp．125-129， Sep．199
8）。この文献２に提案されている光スイッチ網を従来
例２とし、その構成を図２５のブロック図に示す。図２
５は２５６×２５６の光スイッチ網を示している。

【０００８】この光スイッチ網では光信号の波長として
λ０からλ１５の１６波長が用いられており、送信ノー
ド１−０、１−１６（図示せず）、１−３２（図示せ
ず）、・・・、１−２４０の送信波長としてλ０が、送
信ノード１−１、１−１７（図示せず）、１−３３（図
示せず）、・・・、１−２４１の送信波長としてλ１
が、送信ノード１−２、１−１８（図示せず）、１−３
４（図示せず）、・・・、１−２４２の送信波長として
λ２が、以下同様にして、送信ノード１−１５、１−３
１（図示せず）、１−４７（図示せず）、・・・、１−
２５５の送信波長としてλ１５が割り当てられている。

【０００９】異なる送信波長が割り当てられた１６個の
送信ノード１から送信された波長λ０からλ１５の光信
号は光合分波器４に入力される。図２６は光合分波器４
（４Ａ）の構成を示すブロック図である。入力された波
長λ０からλ１５の光信号は光波長合波器２０により合
波され、合波された波長多重光信号が光ファイバ増幅器
２１により増幅された後、１×２５６の光分波器２２に
より２５６分岐される。光合分波器４（４Ａ）から出力
された波長多重光信号は２５６個の光セレクタ５に分配
される。

【００１０】図２７は光セレクタ５（５Ａ）の構成を示
すブロック図である。光セレクタ５Ａは空間選択用の光
ゲート３０、光波長ルータ３１、波長選択用の光ゲート
３２、光合波器３３からなる。光セレクタ５Ａの１６個
の入力ポートは、１６個の光合分波器４（４Ａ）にそれ
ぞれ接続されている。光ゲート３０−０から３０−１５
のうち、１個をオンにし、残りの１５個をオフにするこ
とにより、所望の光合分波器４から出力された波長多重
光信号を選択的に光波長ルータ３１に入力することがで
きる。

【００１１】光波長ルータ３１はアレイ導波路回折格子
デバイスであり、その波長透過特性はラテン方陣（文献
３：R．Barry，et al．，“Latin Routers， Design an
d Implementation“， IEEE Journal of Lightwave Tec
hnology， vol． 11， no．5／6，pp．891−899，199
3）になっている。このラテン方陣の波長透過特性によ
り、波長ルータ３１のどの入力ポートから波長λ０から
λ１５の波長多重光信号が入力された場合でも、その波
長多重光信号は波長毎に分波され、それぞれ異なる出力
ポートから出力される。

【００１２】そこで、光ゲート３２−０から３２−１５
のうちの１個をオンにし、残りの１５個をオフにするこ
とにより、光波長ルータ３１に入力された波長多重光信
号のうちの任意の波長の光信号だけを光合波器３３から
出力することができる。すなわち、光セレクタ５Ａは、
光ゲート３０による空間の選択と、光ゲート３２による
波長の選択の組み合わせにより、任意の送信ノード１か
ら送信された光信号を選択的に出力することができる。

【００１３】光セレクタ５Ａから出力された光信号は受
信ノード２により受信される。以上のようにして、受信
ノード２−０から２−２５５は、それぞれ任意の送信ノ
ード１から送信された光信号を受信することができ、そ
のとき光セレクタ５Ａにおいてオンにする光ゲート３
０、３２は、所望の送信ノード１に対して一意に決定さ
れる。したがって、従来例２の光スイッチ３Ｂもクロス
バスイッチである。

【００１４】従来例２の光スイッチ網では、８１９２個
の光ゲートが使われている。これに対して、従来例１と
同様の構成で２５６×２５６の光スイッチ網を実現する
ためには、６５５３６個の光ゲートが必要になる。すな
わち、従来例２では従来例１と比べて１／８の光ゲート
数で２５６×２５６の光スイッチ網を構成できることに
なり、その分低コスト化、小型化が可能になる。

【００１５】従来例２の光スイッチ網でも、各々の光セ
レクタ５Ａにおいて光合分波器４と同数の空間選択用光
ゲート３０と波長数と同数の波長選択用光ゲート３２が
必要になる。コストや装置の大きさ、制御の複雑さを最
小限にするため、光ゲートなどのスイッチ素子の数はで
きるだけ少なくしたい。

【００１６】〔従来例３〕波長選択用の光ゲート３２の
数を削減する方法の一つとして、多段型波長セレクタを
用いた光スイッチ網（文献４：末村他、「ＳＯＡゲート
を用いた、１０Ｇｂ／ｓ／ｐｏｒｔ、２５６×２５６Ｗ
Ｄ／ＳＤ光クロスバ・スイッチ」、１９９７年電子情報
通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会 講演論文
集１、ＳＣ−４−２、ｐｐ． ３１４−３１５）が提案
されている。この文献４に提案されている光スイッチ網
の構成は基本的には図２５に示したものと同じだが、光
セレクタ５の構成が従来例２と異なっている。この光ス
イッチ網を従来例３とし、その光セレクタ５（５Ｂ）の
構成を図２８のブロック図に示す。

【００１７】この光セレクタ５Ｂでは、空間選択用の光
ゲート３０から出力された波長多重光信号が、光合波器
３３を経て、光波長分波器３４、光ゲート３２、光波長
ルータ３１、光ゲート３５、光波長合波器３６からなる
多段型波長セレクタ６に入力される。光波長分波器３４
に入力された波長多重光信号は４波長毎に分波され、波
長λ０からλ３の波長多重光信号が光ゲート３２−０
に、波長λ４からλ７の波長多重光信号が光ゲート３２
−１に、波長λ８からλ１１の波長多重光信号が光ゲー
ト３２−２に、波長λ１２からλ１５の波長多重光信号
が光ゲート３２−３に入力される。

【００１８】ここで、例えば光ゲート３２−０だけがオ
ンになっているとすると、波長λ０からλ３の波長多重
光信号が光波長ルータ３１に入力される。光波長ルータ
３１は、光ゲート３２−０から３２−３の何れがオンに
なっているとしても、入力された波長多重光信号を波長
毎に分波し、それぞれ異なる出力ポートから出力する。
波長λ０からλ３の波長多重光信号が光ゲート３２−０
から入力された場合は波長λ０の光信号を光ゲート３５
−０へ、波長λ１の光信号を光ゲート３５−１へ、波長
λ２の光信号を光ゲート３５−２へ、波長λ３の光信号
を光ゲート３５−３へ出力する。そこで、例えば光ゲー
ト３５−０だけをオンにすると波長λ０の光信号が光波
長合波器３６を経て出力される。このように多段型波長
セレクタ６は、光ゲート３２と光ゲート３５のそれぞれ
を１個ずつオンにすることにより、１６波長の波長多重
光信号から任意の１波長の光信号を選択的に出力するこ
とができる。

【００１９】この従来例３では、１個の光セレクタ５Ｂ
を構成するのに必要な光ゲートの数は、２４個である。
したがって、２５６×２５６の光スイッチ網全体では、
６１４４個の光ゲートを必要とすることになり、光ゲー
ト数が従来例２の３／４に更に削減されている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
３の光セレクタ５Ｂでは、光ゲート３０の数が多くなる
ほど、すなわち光合分波器４の数が多くなるほど光合波
器３３の合波損が大きくなる。光合波器３３は同じ波長
λ０からλ１５の波長多重光信号同士を合波するので、
ここにはアレイ導波路回折格子デバイス等の光フィルタ
を用いた光波長合波器は使えず、方向性結合器型の光合
波器等を使う必要がある。そのため、２ⁿ×１の合波を
行うと最低でも３ｎデシベルの損失が生じる。図２８の
例では最低１２デシベルの損失が生じることになる。

【００２１】一方、従来例２の光波長ルータ３１（図２
７）で生じる損失は高々数デシベルで、従来例３の光波
長分波器３４の損失とほぼ同等である。したがって、両
者の光ゲート３０から光ゲート３２までの損失を比較す
ると、従来例３における損失は従来例２における損失よ
りも１２デシベル程度大きいことになる。損失が大きい
ことは光ゲート３２の入力パワーの低下につながり、結
果的に光信号のＳ／Ｎ比の低下を招く。つまり、ノード
数が多い場合、従来例３の光スイッチ網では光信号のＳ
／Ｎ比が従来例２より小さくなり、受信ノード２の光受
信器においてビット誤り率を十分に低くすることが困難
になる。

【００２２】また、従来例３では、光信号間のクロスト
ークが大きくなるという問題もある。受信しようとする
光信号に対して同じ波長の別の光信号が及ぼす干渉は、
コヒーレント・クロストークと呼ばれ、両光信号の差周
波数成分の信号が受信しようとするベースバンド信号に
対する雑音となるので、受信信号品質の顕著な劣化をま
ねく。従来例３では光合波器３３の出力において異なる
光合分波器４から出力された同じ波長の光信号が同一経
路を通ることになるので、コヒーレント・クロストーク
が生じやすい。したがって、コヒーレント・クロストー
クを防ぐために、光ゲート３０のオン／オフ比を非常に
大きくすることが要求される。

【００２３】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、第１の目的は、従来例１や２と比較し
て、必要な光ゲート等のスイッチ素子数が少ない光受信
装置および光スイッチ網を提供することにある。第２の
目的は、光信号の損失を小さくすることのできる光受信
装置および光スイッチ網を提供することにある。第３の
目的は、光ゲートのオン／オフ比をあまり大きくしなく
ても、コヒーレント・クロストークを十分に小さく抑圧
することが可能な光受信装置および光スイッチ網を提供
することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、第１発明（請求項１に係る発明）は、例えば
後述する図３に示すように、第１〜第Ｓ（Ｓ≧２）の光
ゲート（３０−０〜３０−３）からなる空間選択用の光
ゲートアレイ（３０）と、この空間選択用の光ゲートア
レイのＫ０個（Ｋ０＝Ｓ）の光ゲートにそれぞれ接続さ
れたＫ０個の入力ポートから入力される光信号の各々を
波長に応じてＫ１（Ｋ１≧２）個の出力ポートの何れか
から出力する第１段目の光波長ルータ（３１）と，この
第１段目の光波長ルータのＫ１個の出力ポートにそれぞ
れ接続されたＫ１個の光ゲート（３２−０〜３２−３）
からなる第１段目の波長選択用の光ゲートアレイ（３
１）と，この第１段目の波長選択用の光ゲートアレイの
Ｋ１個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫ１個の入力ポ
ートから入力される光信号の各々を波長に応じてＫ２
（Ｋ２≧２）個の出力ポートの何れかから出力する第２
段目の光波長ルータ（３７）と，この第２段目の光波長
ルータのＫ２個の出力ポートにそれぞれ接続されたＫ２
個の光ゲート（３５−０〜３５−３）からなる第２段目
の波長選択用の光ゲートアレイ（３５）とを少なくとも
備えた波長選択部（５０Ｃ）と、この波長選択部の最終
段Ｒ（Ｒ≧２）の波長選択用の光ゲートアレイ（３９）
を構成するＫＲ個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫＲ
個の入力ポートから入力された光信号を合波して出力す
る光合波器（３３）と、この光合波器から出力された光
信号を受信する光受信器（６１：図１）とにより光受信
装置を構成したものである。

【００２５】第２発明（請求項２に係る発明）は、例え
ば後述する図１に示すように、各々異なる波長の光信号
を送信する第１〜Ｗ（Ｗ≧２）の光送信器からなる第１
〜第Ｓ（Ｓ≧２）の光送信器群（１−０〜１−６３・・
・・１−１９２〜１−２５５）と、この第１〜第Ｓの光
送信器群から送信されたＷ個の光信号（λ１〜λ６３）
を入力としこれらＷ個の光信号を合波した波長多重光信
号を分波してＷＳ（ＷＳ＝Ｗ×Ｓ）個の出力ポートから
出力する第１〜第Ｓの光合分波器（４−０〜４−３）
と、その第１〜第Ｓの光ゲートが第１〜第Ｓの光合分波
器（４−０〜４−３）の相異なる出力ポートに接続され
たＷＳ個の第１発明の光受信装置とにより光スイッチ網
を構成したものである。

【００２６】第３発明（請求項３に係る発明）は、例え
ば後述する図７に示すように、第１〜第Ｓ（Ｓ≧２）の
光ゲート（３０−０〜３０−３）からなる空間選択用の
光ゲートアレイ（３０）と、この空間選択用の光ゲート
アレイのＫ０個（Ｋ０＝Ｓ）の光ゲートにそれぞれ接続
されたＫ０個の入力ポートから入力される光信号の各々
を波長に応じてＫ１（Ｋ１≧２）個の出力ポートの何れ
かから出力する第１段目の光波長ルータ（３１）と，こ
の第１段目の光波長ルータのＫ１個の出力ポートにそれ
ぞれ接続されたＫ１個の光ゲート（３２−０〜３２−
３）からなる第１段目の波長選択用の光ゲートアレイ
（３２）と，この第１段目の波長選択用の光ゲートアレ
イのＫ１個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫ１個の入
力ポートから入力される光信号の各々を波長に応じてＫ
２（Ｋ２≧２）個の出力ポートの何れかから出力する第
２段目の光波長ルータ（３７）と，この第２段目の光波
長ルータのＫ２個の出力ポートにそれぞれ接続されたＫ
２個の光ゲート（３５−０〜３５−３）からなる第２段
目の波長選択用の光ゲートアレイ（３５）とを少なくと
も備えた波長選択部（５０Ｄ）と、この波長選択部の最
終段Ｒ（Ｒ≧２）の波長選択用の光ゲートアレイ（３
９）を構成するＫＲ個の光ゲート（３９−０〜３９−
３）にそれぞれ接続されたＫＲ個の入力ポートから入力
された光信号を波長に応じてＶ（Ｖ≧２）個の出力ポー
トの何れかから出力する第Ｒ＋１段目の光波長ルータ
（４０）と、この第Ｒ＋１段目の光波長ルータのＶ個の
出力ポートから出力された光信号をそれぞれ受信するＶ
個の光受信器（６１−０〜６１−３：図８）とにより光
受信装置を構成したものである。

【００２７】第４発明（請求項４に係る発明）は、例え
ば後述する図４に示すように、Ｖ（≧２）個の波長を一
群とし各々異なる波長群の光信号を送信する第１〜Ｗ
（Ｗ≧２）の光送信器アレイからなる第１〜第Ｓ（Ｓ≧
２）の光送信器アレイ群（１−０〜１−６３・・・・１
−１９２〜１−２５５）と、この第１〜第Ｓの光送信器
アレイ群から送信されたＷ個の光信号（Ｇ０（λ０ａ〜
λ０ｄ）〜Ｇ６３（λ６３ａ〜λ６３ｄ））を入力とし
これらＷ個の光信号を合波した波長多重光信号を分波し
てＷＳ（ＷＳ＝Ｗ×Ｓ）個の出力ポートから出力する第
１〜第Ｓの光合分波器（４−０〜４−３）と、その第１
〜第Ｓの光ゲートが第１〜第Ｓの光合分波器（４−０〜
４−３）の相異なる出力ポートに接続されたＷＳ個の第
３発明の光受信装置とにより光スイッチ網を構成したも
のである。

【００２８】第５発明（請求項５に係る発明）は、例え
ば後述する図１０に示すように、Ｍ個（Ｍ≧２）の経路
を同時にオン／オフ可能な１経路としてＮ（≧２）経路
有し、このＮ経路のオン／オフを選択的に切り替えるこ
とのできるアレイ光セレクタ（５１Ｅ）と、このアレイ
光セレクタのＭ個の出力ポートにそれぞれ接続されたＭ
個の光ゲート（３０−０〜３０−３）からなる第１段目
の光ゲートアレイ（３０）と、この第１段目の光ゲート
アレイを構成するＭ個の光ゲートにそれぞれ接続された
Ｍ個の入力ポートから入力された光信号の各々を波長に
応じてＷ（Ｗ≧２）個の出力ポートの何れかから出力す
る光波長ルータ（３１）と、この光波長ルータの出力ポ
ートに各々接続されたＷ個の光ゲート（３２−０〜３２
−３）からなる第２段目の光ゲートアレイ（３２）と、
この第２段目の光ゲートアレイを構成するＷ個の光ゲー
トから出力された光信号を合波して出力する光合波器
（３３）と、この光合波器から出力された光信号を受信
する光受信器（６１：図９）とにより光受信装置を構成
したものである。

【００２９】第６発明（請求項６に係る発明）は、第５
発明において、Ｍ＝Ｗとしたものである。第７発明（請
求項７に係る発明）は、例えば後述する図１２に示すよ
うに、Ｍ個（Ｍ≧２）の経路を同時にオン／オフ可能な
１経路としてＮ（≧２）経路有し、このＮ経路のオン／
オフを選択的に切り替えることのできるアレイ光セレク
タ（５１Ｆ）と、このアレイ光セレクタのＭ個の出力ポ
ートにそれぞれ接続されたＭ個の光ゲート（３０−０，
３０−１）からなる空間選択用の光ゲートアレイ（３
０）と、この空間選択用の光ゲートアレイのＫ０個（Ｋ
０＝Ｍ）の光ゲートにそれぞれ接続されたＫ０個の入力
ポートから入力される光信号の各々を波長に応じてＫ１
（Ｋ１≧２）個の出力ポートの何れかから出力する第１
段目の光波長ルータ（３１）と，この第１段目の光波長
ルータのＫ１個の出力ポートにそれぞれ接続されたＫ１
個の光ゲート（３２−０，３２−１）からなる第１段目
の波長選択用の光ゲートアレイ（３２）と，この第１段
目の波長選択用の光ゲートアレイのＫ１個の光ゲートに
それぞれ接続されたＫ１個の入力ポートから入力される
光信号の各々を波長に応じてＫ２（Ｋ２≧２）個の出力
ポートの何れかから出力する第２段目の光波長ルータ
（３７）と，この第２段目の光波長ルータのＫ２個の出
力ポートにそれぞれ接続されたＫ２個の光ゲート（３５
−０，３５−１）からなる第２段目の波長選択用の光ゲ
ートアレイ（３５）とを少なくとも備えた波長選択部
（５０Ｆ）と、この波長選択部の最終段Ｒ（Ｒ≧２）の
波長選択用の光ゲートアレイ（３５）を構成するＫＲ個
の光ゲート（３５−０，３５−１）にそれぞれ接続され
たＫＲ個の入力ポートから入力された光信号を合波して
出力する光合波器（３３）と、この光合波器から出力さ
れた光信号を受信する光受信器（６１：図９）とにより
光受信装置を構成したものである。

【００３０】第８発明（請求項８に係る発明）は、例え
ば後述する図９に示すように、各々異なる波長の光信号
を送信する第１〜Ｗ（Ｗ≧２）の光送信器からなる第１
〜第Ｓ（Ｓ＝Ｍ×Ｎ）の光送信器群（１−０〜１−３・
・・・１−２８〜１−３１）と、この第１〜第Ｓの光送
信器群から送信されたＷ個の光信号（λ０〜λ３）を入
力としこれらＷ個の光信号を合波した波長多重光信号を
分波してＷＳ（ＷＳ＝Ｗ×Ｓ＝Ｗ×Ｍ×Ｎ）個の出力ポ
ートから出力する第１〜第Ｓの光合分波器（４−０〜４
−７）と、その第１〜第Ｓの入力ポートが第１〜第Ｓの
光合分波器（４−０〜４−７）の相異なる出力ポートに
接続されたＷＳ個の第５発明または第７発明の光受信装
置とによって光スイッチ網を構成したものである。

【００３１】第９発明（請求項９に係る発明）は、例え
ば後述する図１４に示すように、Ｍ個（Ｍ≧２）の経路
を同時にオン／オフ可能な１経路としてＮ（≧２）経路
有し、このＮ経路のオン／オフを選択的に切り替えるこ
とのできるアレイ光セレクタ（５１Ｇ）と、このアレイ
光セレクタのＭ個の出力ポートにそれぞれ接続されたＭ
個の光ゲート（３０−０，３０−１）からなる空間選択
用の光ゲートアレイ（３０）と、この空間選択用の光ゲ
ートアレイのＫ０個（Ｋ０＝Ｍ）の光ゲートにそれぞれ
接続されたＫ０個の入力ポートから入力される光信号の
各々を波長に応じてＫ１（Ｋ１≧２）個の出力ポートの
何れかから出力する第１段目の光波長ルータ（３１）
と，この第１段目の光波長ルータのＫ１個の出力ポート
にそれぞれ接続されたＫ１個の光ゲート（３２−０，３
２−１）からなる第１段目の波長選択用の光ゲートアレ
イ（３２）と，この第１段目の波長選択用の光ゲートア
レイのＫ１個の光ゲートにそれぞれ接続されたＫ１個の
入力ポートから入力される光信号の各々を波長に応じて
Ｋ２（Ｋ２≧２）個の出力ポートの何れかから出力する
第２段目の光波長ルータ（３７）と，この第２段目の光
波長ルータのＫ２個の出力ポートにそれぞれ接続された
Ｋ２個の光ゲート（３５−０，３５−１）からなる第２
段目の波長選択用の光ゲートアレイ（３５）とを少なく
とも備えた波長選択部（５０Ｇ）と、この波長選択部の
最終段Ｒ（Ｒ≧２）の波長選択用の光ゲートアレイ（３
５）を構成するＫＲ個の光ゲート（３５−０，３５−
１）にそれぞれ接続されたＫＲ個の入力ポートから入力
された光信号を波長に応じてＶ（Ｖ≧２）個の出力ポー
トの何れかから出力する第Ｒ＋１段目の光波長ルータ
（３８）と、この第Ｒ＋１段目の光波長ルータのＶ個の
出力ポートから出力された光信号をそれぞれ受信するＶ
個の光受信器（６１−０〜６１−３：図８）とによって
光受信装置を構成したものである。

【００３２】第１０発明（請求項１０に係る発明）は、
例えば後述する図１３に示すように、Ｖ（≧２）個の波
長を一群とし各々異なる波長群の光信号を送信する第１
〜Ｗ（Ｗ≧２）の光送信器アレイからなる第１〜第Ｓ
（Ｓ≧２）の光送信器アレイ群（１−０〜１−３・・・
・１−２８〜１−３１）と、この第１〜第Ｓの光送信器
アレイ群から送信されたＷ個の光信号（Ｇ０（λ０ａ〜
λ０ｄ）〜Ｇ３（λ３ａ〜λ３ｄ））を入力としこれら
Ｗ個の光信号を合波した波長多重光信号を分波してＷＳ
（ＷＳ＝Ｗ×Ｓ＝Ｗ×Ｍ×Ｎ）個の出力ポートから出力
する第１〜第Ｓの光合分波器（４−０〜４−７）と、そ
の第１〜第Ｓの入力ポートが第１〜第Ｓの光合分波器
（４−０〜４−７）の相異なる出力ポートに接続された
ＷＳ個の第９発明の光受信装置とにより光スイッチ網を
構成したものである。第１１発明（請求項１１に係る発
明）は、第１，第３，第４および第９発明において、第
１段目〜第Ｒ段目の光ゲートアレイにおける光ゲートの
数Ｋ１〜ＫＲを素数または４としたものである。

【００３３】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕図１は実施の形
態１の構成を示すブロック図である。この実施の形態１
の光スイッチ網では光信号の波長としてλ０からλ６３
の６４波長が用いられており、送信ノード１−０、１−
６４、１−１２８、１−１９２の送信波長としてλ０
が、送信ノード１−１、１−６５、１−１２９、１−１
９３の送信波長としてλ１が、送信ノード１−２、１−
６６、１−１３０、１−１９４の送信波長としてλ２
が、以下同様にして、送信ノード１−６３、１−１２
７、１−１９１、１−２５５の送信波長としてλ６３が
割り当てられている。

【００３４】異なる送信波長が割り当てられた６４個の
送信ノード１内の光送信器から送信された波長λ０から
λ６３の光信号は光合分波器４に入力される。図２は光
合分波器４（４Ｂ）の構成を示すブロック図である。入
力された波長λ０からλ６４の光信号はアレイ導波路回
折格子デバイスである光波長合波器２０により合波さ
れ、合波された波長多重光信号が光ファイバ増幅器２１
により増幅された後、１×２５６の光分波器２２により
２５６分岐される。

【００３５】光合分波器４（４Ｂ）から出力された波長
多重光信号は２５６個の光セレクタ５に分配される。図
３は光セレクタ５（５Ｃ）の構成を示すブロック図であ
る。光セレクタ５Ｃは空間選択用の光ゲート３０、光波
長ルータ３１、３７、３８、波長選択用の光ゲート３
２、３５、３９、光合波器３３からなる。光波長ルータ
３１，３７，３８と光ゲート３２，３５，３９とによっ
て波長選択部５０（５０Ｃ）が構成されている。

【００３６】光セレクタ５Ｃの４個の入力ポートは、４
個の光合分波器４にそれぞれ接続されている。光ゲート
３０−０から３０−３のうち、１個をオンにし、残りの
３個をオフにすることにより、所望の光合分波器４から
出力された波長多重光信号を選択的に光波長ルータ３１
に入力することができる。光波長ルータ３１、３７、３
８は石英導波路により構成されたアレイ導波路回折格子
デバイスであり、その波長透過特性はそれぞれ図１５、
図１６、図１７に示すようなラテン方陣になっている。
このような波長透過特性はアレイ導波路回折格子の透過
帯域幅とフリー・スペクトラル・レンジを適当に定める
ことにより容易に実現される。

【００３７】今、光ゲート３０−０、３２−０、３５−
０、３９−０がオンで、残りがオフになっているとす
る。このとき、光波長ルータ３１には入力ポートｉ０か
ら波長λ０からλ６３の波長多重光信号が入力され、波
長λ０からλ１５の波長多重光信号が出力ポートｏ０か
ら、波長λ１６からλ３１の波長多重光信号が出力ポー
トｏ１から、波長λ３２からλ４７の波長多重光信号が
出力ポートｏ２から、波長λ４８からλ６３の波長多重
光信号が出力ポートｏ３から出力される。

【００３８】ここで、光ゲート３２−０がオンなので、
光波長ルータ３７には入力ポートｉ０から波長λ０から
λ１５の波長多重光信号が入力され、波長λ０からλ３
の波長多重光信号が出力ポートｏ０から、波長λ４から
λ７の波長多重光信号が出力ポートｏ１から、波長λ８
からλ１１の波長多重光信号が出力ポートｏ２から、波
長λ１２からλ１５の波長多重光信号が出力ポートｏ３
から出力される。

【００３９】ここで、光ゲート３５−０がオンなので、
光波長ルータ３８には入力ポートｉ０から波長λ０から
λ３の波長多重光信号が入力され、波長λ０の光信号が
出力ポートｏ０から、波長λ１の光信号が出力ポートｏ
１から、波長λ２の光信号が出力ポートｏ２から、波長
λ３の光信号が出力ポートｏ３から出力される。ここ
で、光ゲート３９−０がオンなので、結局、波長λ０の
光信号だけが光合波器３３から出力される。

【００４０】このように、この実施の形態１の光セレク
タ５Ｃでは、従来例３の多段型波長セレクタ６と同じよ
うに、４個の光ゲート３２，４個の光ゲート３５，４個
の光ゲート３９のうちそれぞれ１個をオンにすることに
より、６４波長の波長多重光信号から任意の１波長の光
信号を選択することができる。この光ゲート３２，３
５，３９による波長選択機能と光ゲート３０による空間
選択機能との組み合わせにより、光セレクタ５Ｃは任意
の送信ノード１から送信された光信号を選択的に出力す
ることができる。

【００４１】光セレクタ５Ｃから出力された光信号は受
信ノード２内の光受信器６１により受信される。以上の
ようにして、受信ノード２−０から２−２５５は、それ
ぞれ任意の送信ノード１から送信された光信号を受信す
ることができ、そのとき光セレクタ５Ｃにおいてオンに
する光ゲート３０、３２、３５、３９は、所望の送信ノ
ード１に対して一意に決定される。したがって、この実
施の形態１の光スイッチ３（３Ｃ）はクロスバスイッチ
である。

【００４２】この実施の形態１の光スイッチ網では、１
個の光セレクタ５あたり１６個の光ゲートが使われてお
り、光スイッチ網全体では４０９６個の光ゲートが使わ
れている。この光ゲート数は、従来例１と同様の構成で
２５６×２５６の光スイッチ網を実現するために必要な
光ゲート数６５５３６の１／１６であり、従来例２の光
スイッチ網を構成するのに必要な光ゲート数８１９２の
半分であり、従来例３の光スイッチ網で波長数を６４、
光合分波器４の数を４とした場合に必要な光ゲート数と
等しい。

【００４３】この実施の形態１の光セレクタ５Ｃにより
選択できる波長数は波長選択に寄与する光ゲート３２、
３５、３９の数の掛け算で決まる。逆に、ある波長数を
選択する光セレクタ５Ｃを構成するには、波長選択に寄
与する光ゲートの数を段毎に掛け合わせた数が波長数に
等しくなくてはならない。したがって、波長選択に寄与
する光ゲートの数は１段あたりの光ゲート数が素数また
は４になっている場合に最小になる。つまり、この実施
の形態１では、１段当たりの光ゲート数を４としている
ことにより、波長選択に寄与する光ゲートの数が最小に
なっているといえる。

【００４４】また、従来例３の光スイッチ網で波長数を
６４、光合分波器４の数を４とした場合は、図２８の光
合波器３３にあたる部分が４×１光合波器になるが、こ
の光合波器において最低６デシベルの損失が生じる。従
来例３の光波長分波器３４の損失と実施の形態１の光波
長ルータ３１の損失は同等なので、実施の形態１の方が
光ゲート３０から光ゲート３２までの損失が最低でも６
デシベル少ないことになり、その分受信ノード２の光受
信器６１におけるビット誤り率を低くすることができ
る。この利点は、光合分波器４の数が多いほど、すなわ
ち、光スイッチ網の規模が大きいほど顕著になる。

【００４５】さらに、この実施の形態１では、光波長ル
ータ３１において異なる光合分波器４から入力された同
じ波長の光信号は別々の出力ポートから出力されるの
で、コヒーレント・クロストークが生じにくい。したが
って、この実施の形態１では、光ゲート３０に要求され
るオン／オフ比が従来例３と比べて小さくて済む。

【００４６】なお、この実施の形態１は、本願の第２発
明（請求項２に係る発明）、第１１発明（請求項１１に
係る発明）おいて、Ｗ＝６４、Ｓ＝４、Ｒ＝３、Ｋ１＝
Ｋ２＝Ｋ３＝４とした２５６×２５６の光スイッチ網で
ある。

【００４７】〔実施の形態２〕図４は実施の形態２の構
成を示すブロック図である。この実施の形態２の光スイ
ッチ網の構成は、基本的には実施の形態１に等しいが、
実施の形態１では各送信ノード１に１波長が割り当てら
れているのに対し、実施の形態２ではそれぞれ異なる４
波長からなる波長群を割り当てている点が異なる。

【００４８】図５はこの実施の形態２の送信ノード１の
構成を示すブロック図である。送信ノード１はそれぞれ
光送信器アレイ６００を構成する４個の光送信器６０を
備え、これらの光送信器６０の送信波長として、例えば
送信ノード１−０には波長λ０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、λ
０ｄからなる波長群Ｇ０が割り当てられている。波長λ
０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、λ０ｄは実施の形態１における
λ０の近傍の波長である。各送信ノード１と光合分波器
４の間は、４本の光ファイバを束ねた光ファイバアレイ
１０２により接続されている。

【００４９】図６は光合分波器４（４Ｃ）の構成を示す
ブロック図である。各送信ノード１がそれぞれ４波長の
光信号を送信するので、光波長合波器２０が２５６×１
になっている点を除き実施の形態１の光合分波器４Ｂと
等しい。各光合分波器４Ｃの出力は２５６個の光セレク
タ５に分配される。

【００５０】図７は光セレクタ５（５Ｄ）の構成を示す
ブロック図である。光ゲート３０から光ゲート３９まで
の構成および光波長ルータ３１、３７、３８の特性は実
施の形態１と等しい。光波長ルータ３１，３７，３８と
光ゲート３２，３５，３９とによって波長選択部５０
（５０Ｄ）が構成されている。この実施の形態２におけ
る波長群は、いずれも実施の形態１において同じ番号を
持つ波長の近傍の４波長からなり、例えば波長群Ｇ０に
属する波長λ０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、λ０ｄは、実施の
形態１における波長λ０と同様に振る舞う。

【００５１】したがって、光ゲート３０−０、３２−
０、３５−０、３９−０がオンの場合は、送信ノード１
−０から送信された波長λ０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、λ０
ｄの４つの光信号が光波長ルータ４０の入力ポートｉ０
に入力される。光波長ルータ４０はアレイ導波路回折格
子デバイスであり、その波長透過特性は図１８および図
１９に分割して示すようになっている。このような波長
透過特性により光波長ルータ４０に入力された、ある波
長群の波長多重光信号は、波長毎に分波され、それぞれ
異なる出力ポートから出力される。例えば入力ポートｉ
０から波長λ０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、λ０ｄの４つの光
信号からなる波長多重光信号が入力された場合は、出力
ポートｏ０、ｏ１、ｏ２、ｏ３から波長λ０ａ、λ０
ｂ、λ０ｃ、λ０ｄの光信号がそれぞれ出力される。

【００５２】光セレクタ５Ｄから出力された光信号は４
本の光ファイバを束ねた光ファイバアレイ１０３を伝搬
し、受信ノード２に入力される。図８は受信ノード２の
構成を示すブロック図である。受信ノード２は、光ファ
イバアレイ１０３から入力された４つの光信号を４個の
光受信器６１によりそれぞれ受信する。

【００５３】以上のようにして、受信ノード２−０から
２−２５５は、それぞれ任意の送信ノード１から送信さ
れた波長多重光信号を受信することができ、そのとき光
セレクタ５においてオンにする光ゲート３０、３２、３
５、３９は、所望の送信ノード１に対して一意に決定さ
れる。したがって、この実施の形態２の光スイッチ３
（３Ｄ）はクロスバスイッチである。

【００５４】この実施の形態２の光スイッチ網は、実施
の形態１と同様に、必要な光ゲート数が少ない、光ゲー
ト３０から光ゲート３２までの損失が小さい、コヒーレ
ント・クロストークが生じにくいという優れた効果を発
揮する。さらに、この実施の形態２では１組の送信ノー
ド、受信ノードあたり４つの光信号を送受信するので、
１つの光信号あたりのビットレートが同じであれば４倍
の情報量を送受信することができる。つまり、この実施
の形態２では実施の形態１と同数の光ゲートを用いて４
倍のスループットが得られたことになる。

【００５５】なお、この実施の形態２は、本願の第４発
明（請求項４に係る発明）、第１１発明（請求項１１に
係る発明）において、Ｖ＝４、Ｗ＝６４、Ｓ＝４、Ｒ＝
３、Ｋ１＝Ｋ２＝Ｋ３＝４とした２５６×２５６の光ス
イッチ網である。

【００５６】〔実施の形態３〕図９は実施の形態３の構
成を示すブロック図である。この実施の形態３の光スイ
ッチ網の構成は、基本的には従来例２に等しいが、光セ
レクタ５の構成が異なっている。ここでは、光セレクタ
５の構成と動作のみ説明する。

【００５７】図１０は光セレクタ５（５Ｅ）の構成を示
すブロック図である。この実施の形態３の光セレクタ５
Ｅは、図２７に示した従来例２の光セレクタ５Ａの前段
にアレイ型光ゲート４１と光合波器４２を付加したもの
である。図１１はアレイ型光ゲート４１の構成を示す外
観斜視図である。

【００５８】アレイ型光ゲート４１は機械式の光ゲート
であり、光ファイバ１１０，１１１，１１２，１１３に
入力された光信号は、遮蔽板３００が挿入されていない
ときはコリメート光学系である空間伝搬部２００を経て
光ファイバ１２０，１２１，１２２，１２３にそれぞれ
入射する。すなわち、この状態では４つの経路全てがオ
ンになっている。遮蔽板３００が挿入されると、空間伝
搬部２００において４つの光信号が遮蔽されるので、光
ファイバ１２０、１２１、１２２、１２３には何れの光
信号も入射されなくなり、オフ状態になる。

【００５９】このように、アレイ型光ゲート４１は４つ
の光信号（４つの経路）を同時にオン／オフすることが
でき、４アレイの光ゲートを構成している。図１０で
は、２個のアレイ型光ゲート４１（４１−０，４１−
１）と４個の光合波器４２（４２−０〜４２−３）を組
み合わせることにより、４経路を同時にオン／オフ可能
な１経路として２経路有し、この２経路のオン／オフを
選択的に行うことのできる４アレイの２×１のアレイ光
セレクタ５１（５１Ｅ）が構成されている。例えば、ア
レイ型光ゲート４１−０をオン、４１−１をオフにする
と、アレイ型光ゲート４１−０に入力された４つの光信
号が光合波器４２−０〜４２−３から出力される。

【００６０】以上のようなアレイ型光ゲート４１と、光
ゲート３０をそれぞれ１個ずつオンにすることにより、
光セレクタ５Ｅの８個の入力ポートのうち１ポートから
入力された波長λ０からλ３の波長多重光信号を選択的
に光波長ルータ３１に入力することができる。光波長ル
ータ３１の波長透過特性は図２０に示す通りなので、入
力された波長λ０からλ３の波長多重光信号は波長毎に
分波されて４個の出力ポートからそれぞれ出力される。
そこで、４個の光ゲート３２のうち１個だけをオンにす
ることにより任意の１波長の光信号のみを光合波器３３
から出力することができる。

【００６１】光セレクタ５（５Ｅ）から出力された光信
号は受信ノード２内の光受信器６１により受信される。
以上のようにして、受信ノード２−０〜２−３１は、そ
れぞれ任意の送信ノード１から送信された光信号を受信
することができ、そのとき光セレクタ５Ｅにおいてオン
にするアレイ型光ゲート４１、光ゲート３０および光ゲ
ート３２は、所望の送信ノード１に対して一意に決定さ
れる。したがって、この実施の形態３の光スイッチ３は
クロスバスイッチである。

【００６２】この実施の形態３の光セレクタ５Ｅを構成
するには、２個のアレイ型光ゲートと８個の光ゲートが
必要である。３２×３２の光スイッチ網全体では６４個
のアレイ型光ゲートと２５６個の光ゲートを要すること
になる。一方、従来例２に示した構成で波長数を４とし
て３２×３２の光スイッチ網を構成するには、３８４個
の光ゲートが必要になる。４アレイの機械式アレイ型光
ゲートは可動部が１個しかないので、そのコストは単体
の機械式光ゲートと大差はない。また、光ゲート等の能
動素子には制御のための信号線や駆動回路が必要なの
で、アレイ型光ゲートと光ゲートの総数、すなわち、光
ゲート素子数を削減することは、信号線や駆動回路の削
減にも寄与する。したがって、この実施の形態３のよう
にアレイ型光ゲートを適用して光ゲート素子数を削減す
ることにより、低コスト化が可能である。

【００６３】また、実施の形態３の光セレクタ５Ｅでは
アレイ光セレクタ５１Ｅを光ゲート３０の前段に備える
ことにより、光ゲート３０の数は４個となり、光ゲート
３２の数と等しくなっている。アレイ導波路回折格子を
用いた光波長ルータでは、入力ポートと出力ポートが同
数であるのが標準的であり、８×４といった入力ポート
と出力ポートの数が違うものは特注品となるので高コス
トである。すなわち、この実施の形態３では、アレイ光
セレクタ５１Ｅを光ゲート３０の前段に設けたことによ
り、光ゲート３０の数を光合分波器４の数とは独立に設
定することが可能になった。さらに、アレイ型光ゲート
４１の経路Ｍを波長数Ｗと等しくしたことにより、光波
長ルータ３１として標準的な４×４のものを使用するこ
とが可能になり、その結果、低コストが実現されてい
る。

【００６４】なお、この実施の形態３は、本願の第５発
明（請求項５に係る発明）、第６発明（請求項６に係る
発明）、第８発明（請求項８に係る発明）において、Ｗ
＝４、Ｍ＝４、Ｎ＝２とした３２×３２の光スイッチ網
である。

【００６５】〔実施の形態４〕実施の形態４の光スイッ
チ網の構成は、基本的には実施の形態３に等しいが、光
セレクタ５の構成が異なっている。ここでは光セレクタ
５の構成と動作のみ説明する。

【００６６】図１２は光セレクタ５（５Ｆ）の構成を示
すブロック図である。２アレイのアレイ型光ゲート４１
を４個、４×１の光合波器４２を２個用いて２アレイの
４×１光アレイセレクタ５１（５１Ｆ）を構成してい
る。この光アレイセレクタ５１と光ゲート３０とが空間
の選択機能を担っており、アレイ型光ゲート４１と光ゲ
ート３０をそれぞれ１個ずつオンにすることにより、光
セレクタ５Ｆの８個の入力ポートのうち任意の１ポート
から入力される波長多重光信号を光波長ルータ３１に入
力することができる。

【００６７】光波長ルータ３１および光波長ルータ３７
の波長透過特性は、図２１，図２２に示す通りである。
したがって、光波長ルータ３１の入力ポートｉ０または
ｉ１から波長λ０からλ３の波長多重光信号が入力され
るとき、光ゲート３２と光ゲート３５をそれぞれ１個ず
つオンにすることにより、任意の１波長の光信号だけを
光合波器３３から出力することができる。以上のように
して、この実施の形態４の光セレクタ５Ｆは、実施の形
態３における光セレクタ５Ｅと全く同等の機能を実現す
る。

【００６８】この実施の形態４の光セレクタ５Ｆを構成
するには、４個のアレイ型光ゲートと６個の光ゲートが
必要である。３２×３２の光スイッチ網全体では１２８
個のアレイ型光ゲートと１９２個の光ゲートを要する。
つまり、この実施の形態４でも光ゲート素子数は、従来
例２に示した構成で波長数を４として３２×３２の光ス
イッチ網を構成する場合の光ゲート数より少なく、低コ
スト化が可能である。この本実施の形態４では波長の選
択機能が多段の光ゲートと光波長ルータにより実現され
ているので、光ゲート素子数の削減効果は波長数が多い
ほど顕著になる。特に波長選択に寄与する光ゲートの１
段あたりの数を素数または４に設定することにより波長
選択に寄与する光ゲート数を最小にすることができる。

【００６９】また、この実施の形態４の光セレクタ５Ｆ
では、光ゲート３０、３２、３５の数を、波長数あるい
は光合分波器４の数と同じにする必要がないので、光波
長ルータ３１，３７のポート数に対する制約が少なく、
標準的な２×２の光波長ルータを用いることができる。

【００７０】なお、この実施の形態４は、本願の第７発
明（請求項７に係る発明）、第８発明（請求項８に係る
発明）、第１１発明（請求項１１に係る発明）におい
て、Ｗ＝４、Ｍ＝２、Ｎ＝４、Ｒ＝２、Ｋ１＝Ｋ２＝２
とした３２×３２の光スイッチ網である。

【００７１】〔実施の形態５〕図１３は実施の形態５の
構成を示すブロック図である。この実施の形態５の光ス
イッチ網の実施の形態４に対する関係は、実施の形態２
の実施の形態１に対する関係に等しい。すなわち、実施
の形態４では各送信ノード１に１波長が割り当てられて
いるのに対し、実施の形態５ではそれぞれ異なる４波長
からなる波長群が割り当てられている。この実施の形態
５における送信ノード１、受信ノード２の構成は実施の
形態２における送信ノード１、受信ノード２の構成に等
しく、送信ノード１と光合分波器４、光セレクタ５と受
信ノード２は、それぞれ４アレイの光ファイバアレイ１
０２、１０３により接続されている。

【００７２】図１４は光セレクタ５（５Ｇ）の構成を示
すブロック図である。アレイ型光ゲート４１から光ゲー
ト３５までの構成および光波長ルータ３１、３７の特性
は実施の形態４と等しい。この実施の形態５における波
長群は、いずれも実施の形態４において同じ番号を持つ
波長の近傍の４波長からなり、例えば波長群Ｇ０に属す
る波長λ０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、λ０ｄは、実施の形態
４における波長λ０と同様に振る舞う。

【００７３】したがって、アレイ型光ゲート４１−０、
光ゲート３０−０、３２−０、３５−０がオンの場合
は、送信ノード１−０から送信された波長λ０ａ、λ０
ｂ、λ０ｃ、λ０ｄの４つの光信号が光波長ルータ３８
の入力ポートｉ０に入力される。光波長ルータ３８はア
レイ導波路回折格子デバイスであり、その波長透過特性
は図２３のようになっている。このような波長透過特性
により光波長ルータ３８に入力された、ある波長群の波
長多重光信号は、波長毎に分波され、それぞれ異なる出
力ポートから出力される。例えば。入力ポートｉ０から
波長λ０ａ、λ０ｂ、λ０ｃ、λ０ｄの４つの光信号か
らなる波長多重光信号が入力された場合は、出力ポート
ｏ０、ｏ１、ｏ２、ｏ３から波長λ０ａ、λ０ｂ、λ０
ｃ、λ０ｄの光信号がそれぞれ出力される。

【００７４】以上のようにして、受信ノード２−０〜２
−３１は、それぞれ任意の送信ノード１から送信された
波長多重光信号を受信することができ、そのとき光セレ
クタ５Ｇにおいてオンにするアレイ型光ゲート４１、光
ゲート３０、３２、３５は、所望の送信ノード１に対し
て一意に決定される。したがって、この実施の形態５の
光スイッチ３（３Ｆ）はクロスバスイッチである。

【００７５】実施の形態５の光スイッチ網は、必要な光
ゲート素子数が少ない等、実施の形態４と同様の効果を
発揮する。さらに、実施の形態５では１組の送信ノー
ド、受信ノードあたり４つの光信号を送受信するので、
１つの光信号あたりのビットレートが同じであれば４倍
の情報量を送受信することができる。つまり、実施の形
態５では実施の形態４と同数の光ゲート素子を用いて４
倍のスループットが得られたことになる。

【００７６】なお、この実施の形態５は、本願の第９発
明（請求項９に係る発明）、第１０発明（請求項１０に
係る発明）、第１１発明（請求項１１に係る発明）にお
いて、Ｖ＝４、Ｗ＝４、Ｍ＝２、Ｎ＝４、Ｒ＝２、Ｋ１
＝Ｋ２＝２とした３２×３２の光スイッチ網である。

【００７７】実施の形態１から実施の形態５において、
Ｖ、Ｗ、Ｍ、Ｎ、Ｒ、Ｓ、Ｋ１、Ｋ２・・・ＫＲ等の数
は、請求項に示された制約内で任意に定めることができ
る。光信号の波長、ビットレート、変調方式等も任意で
ある。

【００７８】実施の形態１から実施の形態５において、
光波長ルータとして石英導波路により構成されたアレイ
導波路回折格子デバイスを用いたが、光波長ルータの形
態はこの限りではない。石英導波路の変わりに半導体導
波路やポリマー導波路を用いても良いし、アレイ導波路
回折格子の変わりに反射型の回折格子や光ファイバーグ
レーティング、あるいは、干渉膜光フィルタ、ファブリ
・ペロー型光フィルタ、マッハ・ツェンダ型光フィルタ
などを用いても光波長ルータを構成することができる。
また、光波長ルータの波長透過特性も表に示したものに
限らず、必ずしもラテン方陣である必要もない。最終的
に光セレクタの出力において所望の波長の光信号が得ら
れれば本発明における光波長ルータの機能は果たされ
る。

【００７９】実施の形態１から実施の形態５において、
光ゲートとして半導体光増幅器を用いたが、光ゲートの
形態はこの限りではない。例えば半導体の電界吸収型光
変調器等も光ゲートとして優れた特性を発揮するし、ニ
オブ酸リチウム結晶、ポリマー樹脂等の材料の電気光学
効果、音響光学効果、熱光学効果等を用いた光スイッチ
や、液晶をシャッターとして用いた光スイッチも光ゲー
トとして使用可能である。また、動作速度は比較的遅い
ものの、機械式の光スイッチを低コストな光ゲートとし
て用いることもできる。

【００８０】実施の形態３から実施の形態５において、
アレイ光セレクタとして機械式のアレイ型光ゲートと光
合分波器とを組み合わせたものを用いたが、アレイ光セ
レクタの形態はこの限りではない。アレイ型光ゲートを
用いなくても、ニオブ酸リチウム結晶、ポリマー樹脂等
の材料の電気光学効果、音響光学効果、熱光学効果等を
用いた光スイッチや、液晶光スイッチ、機械式光スイッ
チ等をアレイ光セレクタとして用いることができる。あ
るいは、半導体光増幅器、電界吸収型光変調器等をアレ
イ型光ゲートとして用いても良い。

【００８１】実施の形態１から実施の形態５において、
光合分波器としてアレイ導波路回折格子デバイスである
光波長合波器、光ファイバ増幅器、光分波器を組み合わ
せたものを用いたが、光合分波器の形態はこの限りでは
ない。例えば、スターカプラを光合分波器として用いる
こともできる。また、実施の形態２（図４）や実施の形
態５（図１３）では、送信ノード１から４波長の光信号
を別々に送信するようにしたが、４波長の光信号を合波
し、波長多重光信号として送信するようにしてもよい。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、第１発明から第１１発明を適用した光受
信装置、光スイッチ網では、同等の光受信装置、光スイ
ッチ網を従来技術により構成した場合と比較して、１）
必要な光ゲート等のスイッチ素子数が少ない、２）光受
信装置における光信号の損失が小さい、３）光信号間の
クロストークが小さいという３つの効果が得られる。

【００８３】また、第３、第４発明を適用することによ
り、第１、第２発明を適用した光受信装置、光スイッチ
網と同数の光ゲートを用いて、より大きなスループット
を持つ光受信装置、光スイッチ網を実現することができ
る。また、第５、第６、第７、第８発明を適用した光受
信装置、光スイッチ網では、アレイ型の光セレクタ、光
ゲートなどを１個の素子と数えた場合の素子数を削減す
ることが可能になる。また、光受信装置の初段の光波長
ルータの入力ポート数を光スイッチ網の光合分波器の数
とは独立に設定できるので、光スイッチ網の設計の自由
度が高くなるという効果も有する。

【００８４】特に、第６発明を適用した場合は、光波長
ルータの入力ポート数と出力ポート数が等しくなる。光
波長ルータとしては入力ポート数と出力ポート数が等し
いのが標準的なので、このような光波長ルータは安価に
入手可能であり、光スイッチ網の低コスト化に大きく寄
与する。第９、第１０発明を適用することにより、第
７、第８の発明を適用した光受信装置、光スイッチ網と
同数の光ゲート素子を用いて、より大きなスループット
を持つ光受信装置、光スイッチ網を実現することができ
る。第１１発明を適用することにより、同じ機能を実現
する光受信装置、光スイッチ網を構成するのに必要な光
ゲート数を最少にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】 実施の形態１における光合分波器の構成を示
すブロック図である。

【図３】 実施の形態１における光セレクタの構成を示
すブロック図である。

【図４】 実施の形態２の構成を示すブロック図であ
る。

【図５】 実施の形態２における送信ノードの構成を示
すブロック図である。

【図６】 実施の形態２における光合分波器の構成を示
すブロック図である。

【図７】 実施の形態２における光セレクタの構成を示
すブロック図である。

【図８】 実施の形態２における受信ノードの構成を示
すブロック図である。

【図９】 実施の形態３の構成を示すブロック図であ
る。

【図１０】 実施の形態３における光セレクタの構成を
示すブロック図である。

【図１１】 実施の形態３におけるアレイ型光ゲートの
構成を示す外観斜視図である。

【図１２】 実施の形態４における光セレクタの構成を
示すブロック図である。

【図１３】 実施の形態５の構成を示すブロック図であ
る。

【図１４】 実施の形態５における光セレクタの構成を
示すブロック図である。

【図１５】 図３における光波長ルータ３１の波長透過
特性を示す図である。

【図１６】 図３における光波長ルータ３７の波長透過
特性を示す図である。

【図１７】 図３における光波長ルータ３８の波長透過
特性を示す図である。

【図１８】 図７における光波長ルータ４０の波長透過
特性を分割して示す図である。

【図１９】 図７における光波長ルータ４０の波長透過
特性を分割して示す図である。

【図２０】 図１０における光波長ルータ３１の波長透
過特性を示す図である。

【図２１】 図１２における光波長ルータ３１の波長透
過特性を示す図である。

【図２２】 図１２における光波長ルータ３７の波長透
過特性を示す図である。

【図２３】 図１４における光波長ルータ３８の波長透
過特性を示す図である。

【図２４】 従来例１の構成を示すブロック図である。

【図２５】 従来例２の構成を示すブロック図である。

【図２６】 従来例２における光合分波器の構成を示す
ブロック図である。

【図２７】 従来例２における光セレクタの構成を示す
ブロック図である。

【図２８】 従来例３における光セレクタの構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１…送信ノード、２…受信ノード、３（３Ａ，３Ｂ，３
Ｃ，３Ｄ，３Ｆ）…光スイッチ、４（４Ａ，４Ｂ，４
Ｃ）…光合分波器、５（５Ａ、５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５
Ｅ，５Ｆ，５Ｇ）…光セレクタ、１０……入力ポート、
１１…光分波器、１２…光ゲート、１３…光合波器、１
４…出力ポート、２０…光波長合波器、２１…光ファイ
バ増幅器、２２…光合波器、３０…光ゲート、３１…光
波長ルータ、３２…光ゲート、３３…光合波器、３４…
光波長分波器、３５…光ゲート、３６…光波長合波器、
３７…光波長ルータ、３８…光波長ルータ、３９…光ゲ
ート、４０…光波長ルータ、４１…アレイ型光ゲート、
４２…光合波器、６０…光送信器、６００…光送信器ア
レイ、６１…光受信器、１００…光ファイバ、１０１…
光ファイバ、１０２…光ファイバアレイ、１０３…光フ
ァイバアレイ、１１０…光ファイバ、１１１…光ファイ
バ、１１２…光ファイバ、１１３…光ファイバ、１２０
…光ファイバ、１２１…光ファイバ、１２２…光ファイ
バ、１２３…光ファイバ、２００…空間伝搬部、３００
…遮蔽板、５０（５０Ｃ，５０Ｄ，５１Ｅ，，５０Ｆ，
５０Ｇ）…波長選択部、５１（５１Ｅ，５１Ｆ，５１
Ｇ）…光アレイセレクタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5K002 AA01 AA03 BA05 BA06 DA02 DA09 GA07 5K030 HA01 JL03 KX04 KX20 LA17 5K069 AA01 BA09 DA05 DB36 EA23 EA24 EA25

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１〜第Ｓ（Ｓ≧２）の光ゲートからな
   る空間選択用の光ゲートアレイと、 この空間選択用の光ゲートアレイのＫ０個（Ｋ０＝Ｓ）
   の光ゲートにそれぞれ接続されたＫ０個の入力ポートか
   ら入力される光信号の各々を波長に応じてＫ１（Ｋ１≧
   ２）個の出力ポートの何れかから出力する第１段目の光
   波長ルータと，この第１段目の光波長ルータのＫ１個の
   出力ポートにそれぞれ接続されたＫ１個の光ゲートから
   なる第１段目の波長選択用の光ゲートアレイと，この第
   １段目の波長選択用の光ゲートアレイのＫ１個の光ゲー
   トにそれぞれ接続されたＫ１個の入力ポートから入力さ
   れる光信号の各々を波長に応じてＫ２（Ｋ２≧２）個の
   出力ポートの何れかから出力する第２段目の光波長ルー
   タと，この第２段目の光波長ルータのＫ２個の出力ポー
   トにそれぞれ接続されたＫ２個の光ゲートからなる第２
   段目の波長選択用の光ゲートアレイとを少なくとも備え
   た波長選択部と、 この波長選択部の最終段Ｒ（Ｒ≧２）の波長選択用の光
   ゲートアレイを構成するＫＲ個の光ゲートにそれぞれ接
   続されたＫＲ個の入力ポートから入力された光信号を合
   波して出力する光合波器と、 この光合波器から出力された光信号を受信する光受信器
   とを備えたことを特徴とする光受信装置。
2. 【請求項２】 各々異なる波長の光信号を送信する第１
   〜Ｗ（Ｗ≧２）の光送信器からなる第１〜第Ｓ（Ｓ≧
   ２）の光送信器群と、 この第１〜第Ｓの光送信器群から送信されたＷ個の光信
   号を入力としこれらＷ個の光信号を合波した波長多重光
   信号を分波してＷＳ（ＷＳ＝Ｗ×Ｓ）個の出力ポートか
   ら出力する第１〜第Ｓの光合分波器と、 その第１〜第Ｓの光ゲートが前記第１〜第Ｓの光合分波
   器の相異なる出力ポートに接続されたＷＳ個の請求項１
   記載の光受信装置とを備えたことを特徴とする光スイッ
   チ網。
3. 【請求項３】 第１〜第Ｓ（Ｓ≧２）の光ゲートからな
   る空間選択用の光ゲートアレイと、 この空間選択用の光ゲートアレイのＫ０個（Ｋ０＝Ｓ）
   の光ゲートにそれぞれ接続されたＫ０個の入力ポートか
   ら入力される光信号の各々を波長に応じてＫ１（Ｋ１≧
   ２）個の出力ポートの何れかから出力する第１段目の光
   波長ルータと，この第１段目の光波長ルータのＫ１個の
   出力ポートにそれぞれ接続されたＫ１個の光ゲートから
   なる第１段目の波長選択用の光ゲートアレイと，この第
   １段目の波長選択用の光ゲートアレイのＫ１個の光ゲー
   トにそれぞれ接続されたＫ１個の入力ポートから入力さ
   れる光信号の各々を波長に応じてＫ２（Ｋ２≧２）個の
   出力ポートの何れかから出力する第２段目の光波長ルー
   タと，この第２段目の光波長ルータのＫ２個の出力ポー
   トにそれぞれ接続されたＫ２個の光ゲートからなる第２
   段目の波長選択用の光ゲートアレイとを少なくとも備え
   た波長選択部と、 この波長選択部の最終段Ｒ（Ｒ≧２）の波長選択用の光
   ゲートアレイを構成するＫＲ個の光ゲートにそれぞれ接
   続されたＫＲ個の入力ポートから入力された光信号を波
   長に応じてＶ（Ｖ≧２）個の出力ポートの何れかから出
   力する第Ｒ＋１段目の光波長ルータと、 この第Ｒ＋１段目の光波長ルータのＶ個の出力ポートか
   ら出力された光信号をそれぞれ受信するＶ個の光受信器
   とを備えたことを特徴とする光受信装置。
4. 【請求項４】 Ｖ（≧２）個の波長を一群とし各々異な
   る波長群の光信号を送信する第１〜Ｗ（Ｗ≧２）の光送
   信器アレイからなる第１〜第Ｓ（Ｓ≧２）の光送信器ア
   レイ群と、 この第１〜第Ｓの光送信器アレイ群から送信されたＷ個
   の光信号を入力としこれらＷ個の光信号を合波した波長
   多重光信号を分波してＷＳ（ＷＳ＝Ｗ×Ｓ）個の出力ポ
   ートから出力する第１〜第Ｓの光合分波器と、 その第１〜第Ｓの光ゲートが前記第１〜第Ｓの光合分波
   器の相異なる出力ポートに接続されたＷＳ個の請求項３
   記載の光受信装置とを備えたことを特徴とする光スイッ
   チ網。
5. 【請求項５】 Ｍ個（Ｍ≧２）の経路を同時にオン／オ
   フ可能な１経路としてＮ（≧２）経路有し、このＮ経路
   のオン／オフを選択的に切り替えることのできるアレイ
   光セレクタと、 このアレイ光セレクタのＭ個の出力ポートにそれぞれ接
   続されたＭ個の光ゲートからなる第１段目の光ゲートア
   レイと、 この第１段目の光ゲートアレイを構成するＭ個の光ゲー
   トにそれぞれ接続されたＭ個の入力ポートから入力され
   た光信号の各々を波長に応じてＷ（Ｗ≧２）個の出力ポ
   ートの何れかから出力する光波長ルータと、 この光波長ルータの出力ポートに各々接続されたＷ個の
   光ゲートからなる第２段目の光ゲートアレイと、 この第２段目の光ゲートアレイを構成するＷ個の光ゲー
   トから出力された光信号を合波して出力する光合波器
   と、 この光合波器から出力された光信号を受信する光受信器
   とを備えたことを特徴とする光受信装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、Ｍ＝Ｗとされている
   ことを特徴とする光受信装置。
7. 【請求項７】 Ｍ個（Ｍ≧２）の経路を同時にオン／オ
   フ可能な１経路としてＮ（≧２）経路有し、このＮ経路
   のオン／オフを選択的に切り替えることのできるアレイ
   光セレクタと、 このアレイ光セレクタのＭ個の出力ポートにそれぞれ接
   続されたＭ個の光ゲートからなる空間選択用の光ゲート
   アレイと、 この空間選択用の光ゲートアレイのＫ０個（Ｋ０＝Ｍ）
   の光ゲートにそれぞれ接続されたＫ０個の入力ポートか
   ら入力される光信号の各々を波長に応じてＫ１（Ｋ１≧
   ２）個の出力ポートの何れかから出力する第１段目の光
   波長ルータと，この第１段目の光波長ルータのＫ１個の
   出力ポートにそれぞれ接続されたＫ１個の光ゲートから
   なる第１段目の波長選択用の光ゲートアレイと，この第
   １段目の波長選択用の光ゲートアレイのＫ１個の光ゲー
   トにそれぞれ接続されたＫ１個の入力ポートから入力さ
   れる光信号の各々を波長に応じてＫ２（Ｋ２≧２）個の
   出力ポートの何れかから出力する第２段目の光波長ルー
   タと、この第２段目の光波長ルータのＫ２個の出力ポー
   トにそれぞれ接続されたＫ２個の光ゲートからなる第２
   段目の波長選択用の光ゲートアレイとを少なくとも備え
   た波長選択部と、 この波長選択部の最終段Ｒ（Ｒ≧２）の波長選択用の光
   ゲートアレイを構成するＫＲ個の光ゲートにそれぞれ接
   続されたＫＲ個の入力ポートから入力された光信号を合
   波して出力する光合波器と、 この光合波器から出力された光信号を受信する光受信器
   とを備えたことを特徴とする光受信装置。
8. 【請求項８】 各々異なる波長の光信号を送信する第１
   〜Ｗ（Ｗ≧２）の光送信器からなる第１〜第Ｓ（Ｓ＝Ｍ
   ×Ｎ）の光送信器群と、 この第１〜第Ｓの光送信器群から送信されたＷ個の光信
   号を入力としこれらＷ個の光信号を合波した波長多重光
   信号を分波してＷＳ（ＷＳ＝Ｗ×Ｓ＝Ｗ×Ｍ×Ｎ）個の
   出力ポートから出力する第１〜第Ｓの光合分波器と、 その第１〜第Ｓの入力ポートが前記第１〜第Ｓの光合分
   波器の相異なる出力ポートに接続されたＷＳ個の請求項
   ５または請求項７記載の光受信装置とを備えたことを特
   徴とする光スイッチ網。
9. 【請求項９】 Ｍ個（Ｍ≧２）の経路を同時にオン／オ
   フ可能な１経路としてＮ（≧２）経路有し、このＮ経路
   のオン／オフを選択的に切り替えることのできるアレイ
   光セレクタと、 このアレイ光セレクタのＭ個の出力ポートにそれぞれ接
   続されたＭ個の光ゲートからなる空間選択用の光ゲート
   アレイと、 この空間選択用の光ゲートアレイのＫ０個（Ｋ０＝Ｍ）
   の光ゲートにそれぞれ接続されたＫ０個の入力ポートか
   ら入力される光信号の各々を波長に応じてＫ１（Ｋ１≧
   ２）個の出力ポートの何れかから出力する第１段目の光
   波長ルータと，この第１段目の光波長ルータのＫ１個の
   出力ポートにそれぞれ接続されたＫ１個の光ゲートから
   なる第１段目の波長選択用の光ゲートアレイと，この第
   １段目の波長選択用の光ゲートアレイのＫ１個の光ゲー
   トにそれぞれ接続されたＫ１個の入力ポートから入力さ
   れる光信号の各々を波長に応じてＫ２（Ｋ２≧２）個の
   出力ポートの何れかから出力する第２段目の光波長ルー
   タと，この第２段目の光波長ルータのＫ２個の出力ポー
   トにそれぞれ接続されたＫ２個の光ゲートからなる第２
   段目の波長選択用の光ゲートアレイとを少なくとも備え
   た波長選択部と、 この波長選択部の最終段Ｒ（Ｒ≧２）の波長選択用の光
   ゲートアレイを構成するＫＲ個の光ゲートにそれぞれ接
   続されたＫＲ個の入力ポートから入力された光信号を波
   長に応じてＶ（Ｖ≧２）個の出力ポートの何れかから出
   力する第Ｒ＋１段目の光波長ルータと、 この第Ｒ＋１段目の光波長ルータのＶ個の出力ポートか
   ら出力された光信号をそれぞれ受信するＶ個の光受信器
   とを備えたことを特徴とする光受信装置。
10. 【請求項１０】 Ｖ（≧２）個の波長を一群とし各々異
    なる波長群の光信号を送信する第１〜Ｗ（Ｗ≧２）の光
    送信器アレイからなる第１〜第Ｓ（Ｓ≧２）の光送信器
    アレイ群と、 この第１〜第Ｓの光送信器アレイ群から送信されたＷ個
    の光信号を入力としこれらＷ個の光信号を合波した波長
    多重光信号を分波してＷＳ（ＷＳ＝Ｗ×Ｓ＝Ｗ×Ｍ×
    Ｎ）個の出力ポートから出力する第１〜第Ｓの光合分波
    器と、 その第１〜第Ｓの入力ポートが前記第１〜第Ｓの光合分
    波器の相異なる出力ポートに接続されたＷＳ個の請求項
    ９記載の光受信装置とを備えたことを特徴とする光スイ
    ッチ網。
11. 【請求項１１】 請求項１，請求項３，請求項７および
    請求項９の何れか１項において、前記第１段目〜第Ｒ段
    目の光ゲートアレイにおける光ゲートの数Ｋ１〜ＫＲが
    素数または４であることを特徴とする光受信装置。