JP2001103007A - 光アッド・ドロップ・マルチプレクサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光アッド・ドロップ・マルチプレクサの小型
化・低コスト化を可能にする。 【解決手段】 特定の波長帯域を反射する光フィルタと
光路切替スイッチとを有する光学モジュールと送信モジ
ュールと受信モジュールとを備え、前記光フィルタが反
射光と入力光とを分波する手段と、反射波長帯域の光を
出力に合波する手段とを備え、前記光路切替スイッチの
入力に、前記光フィルタの分波手段からの分波光路とア
ッド用の前記送信モジュールの出力光路とが接続され、
前記光路切替スイッチの出力に、前記光フィルタの合波
手段からの合波光路とドロップ用の前記受信モジュール
の入力光路とが接続され、分波光路と受信モジュール及
び送信モジュールと合波光路が夫々接続されたアッド・
ドロップ状態と、合波光路と分波光路とが接続され、送
受信モジュールが信号線路から分離されたパス状態とを
前記光路切替スイッチにより選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のノードから
なるネットワーク間を、異なる波長の光信号を多重化し
てデータを転送する波長多重方式の伝送システム（ＷＤ
Ｍシステム）のノード毎に配置される光アッド・ドロッ
プ・マルチプレクサに関し、幾つか特定波長の信号光に
対してオペレーションを停止することなく随時操作可能
な光アッド・ドロップ・マルチプレクサをノード毎に配
置し、それらを多段に接続してネットワークを構築でき
る技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図１に示すように、アレイ導
波路格子フィルタ（ＡＷＧ）と１×２の切替スイッチと
を用いて光導体膜（ＯＡＤＭ）が構成されている。ＡＷ
Ｇとは、一つの導波路を複数の導波路に分岐させ、夫々
の導波路間の干渉により特定の波長が分岐される光素子
である。ＡＷＧにより離散的に波長がλ１からλｎまで
分離して出力することができる。ＡＷＧにより分波した
各波長の出力を１×２スイッチに接続し、波長毎に配置
した送受信モジュールに入力するかそのまま通過させる
かを選択する。通過した光路は、同様に波長毎に配置し
た送信モジュールの出力光路と並列に１×２スイッチの
切替側ポートに配置し、受信モジュール側の１×２スイ
ッチと連動させて信号を通過させるパス状態と、信号を
受信し新たな信号を付加させるアッド・ドロップ状態と
を切替る。送信モジュール側の１×２スイッチの他のポ
ートは、もう一つのＡＷＧの波長分波ポートに接続す
る。

【０００３】このような状態切替機構を波長毎に配置し
て二つのＡＷＧ間を接続することにより、オペレーショ
ンを停止することなく、ＡＷＧで分波された波長のなか
で所望の波長のチャンネルの状態を独立に再設定するこ
とが可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなシ
ステムでは、個別の１×２スイッチで切替設定を行なう
場合には、チャンネル数の２倍という多くのスイッチが
必要となり、装置の小型化・低コスト化に限界がある。

【０００５】また、ＡＷＧ等の透過型波長分離素子では
ＡＷＧが対応する波長のみ動作するため、伝送路のトラ
ンスペアレンシィ（透明性）が著しく低下する。このた
め導入時に将来の需要を見込んで大規模なＡＷＧを準備
する必要があり、更に需要が容量を越える場合には、全
てのシステムを更改しなければならない。

【０００６】また、透過型波長分離素子を多段に接続す
る場合には、中心波長を厳密に一致させる必要がある。
中心波長がずれた場合には、図２中の左に示すように、
特性のずれが小さい場合でも斜線を付した透過可能領域
が大幅に減少し、図２中の右に示すように、特性のずれ
が大きい場合には斜線を付した透過可能領域が極一部と
なってしまう。このため、全ての波長にわたって全く同
一の透過特性をもつＡＷＧを再現性よく製造することが
必要となり、この要請は多品種少量生産（カスタム生
産）を意味し、大量生産による低コスト化の障害とな
る。

【０００７】本発明の課題は、前述した問題を解決し、
光アッド・ドロップ・マルチプレクサの小型化・低コス
ト化が可能な技術を提供することにある。

【０００８】本発明の前記ならびにその他の課題と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１０】特定の波長帯域を反射する光フィルタと光
路切替スイッチとを有する光学モジュールと送信モジュ
ールと受信モジュールとを備えた光アッド・ドロップ・
マルチプレクサであって、前記光フィルタが反射光と入
力光とを分波する手段と、反射波長帯域の光を出力に合
波する手段とを備え、前記光路切替スイッチの入力に、
前記光フィルタの分波手段からの分波光路とアッド用の
前記送信モジュールの出力光路とが接続され、前記光路
切替スイッチの出力に、前記光フィルタの合波手段から
の合波光路とドロップ用の前記受信モジュールの入力光
路とが接続され、分波光路と受信モジュール及び送信モ
ジュールと合波光路が夫々接続されたアッド・ドロップ
状態と、合波光路と分波光路とが接続され、送受信モジ
ュールが信号線路から分離されたパス状態とを前記光路
切替スイッチにより選択する。

【００１１】更に、前記特定の波長帯域の異なる光フィ
ルタを複数縦列接続し、複数の光路を個別に切替る光路
切替スイッチによって、これらの光フィルタの合波光路
及び分波光路と、各々の波長に対応した複数の送信モジ
ュールの出力光路及び受信モジュール入力光路とが接続
され、前記パス状態とアッド・ドロップ状態とを各々の
波長毎に個別に行なう。

【００１２】図３は本発明の基本構成を示す図であり、
ここで光アッド・ドロップ・マルチプレクサの光フィル
タとは、特定の波長帯域を反射する反射型光フィルタ素
子に、反射光と入力光とを分波する手段と、反射波長帯
域の光を出力に合波する手段とを備えたものを指す。図
中Ｇは波長λの光を反射する反射型光フィルタ素子、Ｄ
Ｃは反射光を入力から分離するための光学素子であり、
通常は光サーキュレータが利用される。ＡＣは信号光に
送信モジュールの信号を合波するための光学素子であ
り、通常はＤＣと同様光サーキュレータが利用される。
ｉ，ｔ，ａ，ｂは光路切替スイッチの入出力ポートであ
る。

【００１３】先ず、波長多重された信号光が光サーキュ
レータＡＣを介して反射型フィルタ素子Ｇに入射する。
反射型フィルタ素子Ｇはファイバ型のグレーティングが
容易に利用できる。フィルタ素子Ｇにより反射された波
長λの光信号は光路切替スイッチのポートｉに接続さ
れ、スイッチによりポートｔ或いはポートｂへの出力が
選択される。即ち、スイッチの状態が「透過」の場合に
は、ポートｉに入力した光はポートｔを通過し、受信モ
ジュールに到達する。このとき波長λの信号光がドロッ
プされたという。

【００１４】また、このスイッチの状態では、送信モジ
ュールからの信号はポートａから入力しポートｂに出力
される。ポートｂから出力される信号は反射型フィルタ
素子Ｇの出力側に配置した光サーキュレータＤＣに入力
し、反射型フィルタ素子Ｇで反射して残りの信号光に合
波して出力され、アッド操作が完了する。

【００１５】スイッチの状態が「反射」の場合には、ポ
ートｉに入力した光はポートｂからただちに出力され、
再び信号光に合波する。余分な光路通過に伴う若干の損
失と遅延はあるものの、波長λの信号はなにごともなく
通過する。

【００１６】以上、光フィルタが１つの基本構成の作用
を説明した。このような光フィルタが複数従属接続され
たものも、基本的には同様の動作をする。図４に示すの
は、特定波長λ１，λ２，λ３，λ４の異なる光フィル
タを４段接続した場合の構成例である。各光フィルタの
基本的な動作は前述した基本構成の場合と同じである
が、光路切替スイッチに４本の導波路が碁盤の目状にな
ったマトリックス状に交叉する配置の集積型光路切替ス
イッチを用いることにより、個別の１×２スイッチ８個
で構成する場合よりも大幅な簡素化が実現できる。但
し、集積型光路切替スイッチの切替要素はマトリックス
状の交叉点の対角部分のみとなっており、Ｎ×Ｎのマト
リックススイッチよりもスイッチ要素数が大幅に少ない
のが特徴である。

【００１７】以上述べた本発明のアッド・ドロップ・マ
ルチプレクを従属接続した場合の作用を、図５に示す信
号光スペクトルの変化を用いて説明する。図５では、６
波の波長多重信号に対して、波長λ１，λ２の信号を夫
々ノード１，２でアッド・ドロップ操作できるようにな
っている。各ノードでドロップのみを行なった場合、信
号光から対応する波長の光信号が消失する。各ノードで
は対応する波長以外の波長をもつ光に対しては透明性が
保証されている。このためノードを増設する場合、使用
されている波長を除いて、自由にアッド・ドロップ波長
を指定することができる。

【００１８】以下、本発明の実施の形態を説明する。な
お、実施の形態を説明するための全図において、同一機
能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明
は省略する。

【００１９】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図６に示すの
は、本実施の一実施の形態である光アッド・ドロップ・
マルチプレクサの構成である。この光アッド・ドロップ
・マルチプレクサは、光学モジュールと送信モジュール
及び受信モジュールとによって構成されている。光学モ
ジュールでは、光路切替スイッチがインターフェイスを
介して通信機能を有するスイッチ制御回路によって切替
られる。このため、切替動作はリモートでコマンド制御
が可能である。反射型フィルタ素子Ｇにより入力された
信号光から特定の波長の信号がドロップされる。

【００２０】反射型フィルタ素子Ｇには、ファイバコア
にグレーティングが書き込まれたファイバーグレーティ
ングフィルタが利用可能である。ドロップされた信号は
受信モジュールに入る。この受信モジュールは市販品を
用いることができる。典型的な構成としては、光増幅器
とこの増幅器の自然放出光を除去してＳＮ比を向上させ
る光フィルタとフォトダイオード（ＰＤ）と識別再生回
路とから構成される。

【００２１】受信モジュールの光フィルタの透過中心波
長は、反射型フィルタ素子Ｇの反射中心波長に合わせら
れる。ドロップする波長があらかじめ判っている場合に
は固定型のフィルタが用いられるが、ドロップする波長
が未定の場合には可変フィルタをあらかじめ組み込み、
光学モジュールと組み合わせるときに調整してもよい。
また、識別再生回路は、データ信号からクロックを抽出
・再生して信号を復調するもので、電気的なデジタル信
号とその反転信号とを出力する。また、再生クロックを
出力し、外部での信号処理回路に用いられる。

【００２２】ここで、光路切替スイッチについて図７を
用いて説明する。このスイッチは、ＰＬＣ基板１上に交
叉する導波路２を作成した後に、導波路２の交叉部に高
精度に加工された溝３及び液ダメ４となる二つの空洞を
形成し、屈折率整合オイル５を気密封入し、この溝３に
沿って二つの薄膜ヒータ６を形成する。このヒータ６に
よって温度を変えると溝３表面の自由エネルギが変化し
て、熱毛管現象により液体であるオイル５が移動する。
これにより、溝３がオイル５又は空気のどちらかで充填
されるのを制御することが可能となり、全反射・透過の
状態切替が行なわれる。

【００２３】図中左に示すように溝３にオイル５が充填
されている状態では、光は交叉点を透過することが可能
であるが、図中右に示すように溝３に空気が充填されて
いる状態では、例えば左から入射した光は全反射し下方
に導波され、光路が切替られる。このようなスイッチの
状態は、ミクロな世界では表面張力が支配的な力となる
ため、オイルは毛管現象によって位置保持されることか
ら、自己保持性があり、切替のときにのみエネルギを消
費する。１回の切替に必要なエネルギは、およそ０．１
ｗ×０．１ｓ＝０．０１Ｊである。光路切替に全反射を
利用していることから偏波依存性は基本的になく、さら
に波長依存性もほとんどない。ここでは、透過状態をア
ッド・ドロップ状態、反射状態をパス状態として利用し
ている。

【００２４】（実施の形態２）図８に示すのは、本発明
の他の実施の形態である光アッド・ドロップ・マルチプ
レクサの構成である。この光アッド・ドロップ・マルチ
プレクサは、アッド・ドロップ操作を行なうチャンネル
数を４としている。このため光フィルタは、特定波長λ
１，λ２，λ３，λ４に対応した４つの反射型フィルタ
素子Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４と、光サーキュレータＡＣ
１，ＡＣ２，ＡＣ３，ＡＣ４及び光サーキュレータＤＣ
１，ＤＣ２，ＤＣ３，ＤＣ４を備え、それらに対応した
４×４ポートの切替スイッチと、４組の送受信モジュー
ルから構成されている。切替スイッチには、前述した実
施の形態と同様のマトリックス型導波路の交叉点で液体
の有無により光路を切替る自己保持型光スイッチが利用
されている。但し、スイッチの切替要素は対角成分のみ
であり、一般の４×４マトリックススイッチよりも大幅
に簡素化されている。

【００２５】（実施の形態３）図９に示すのは、本発明
の他の実施の形態である光アッド・ドロップ・マルチプ
レクサの構成である。本実施の形態における光アッド・
ドロップ・マルチプレクサの大略構成は、実施の形態２
と略同じである。実施の形態２と異なる点としては、反
射型フィルタ素子をファイバグレーティングから導波路
型グレーティングフィルタアレイに換えてある。このグ
レーティング７は、例えばＰＬＣ基板１に形成される石
英導波路２に微細加工により形成することができる。こ
のため、大規模なグレーティングアレイを再現性よく生
産することが可能である。但し、導波路グレーティング
フィルタ７は、大きな偏波依存性があるので、１／２波
長板８を中央に配置して偏波依存性を解消する必要があ
る。このような導波路グレーティングフィルタアレイ
は、光学モジュールの小型化に寄与できる。

【００２６】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明
は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは
勿論である。

【００２７】

【発明の効果】本発明のアッド・ドロップ・マルチプレ
クサを用いれば、導波路の透明性を損なわずにネットワ
ークを構成することが可能である。このため最小システ
ムでサービスを開始し、システムを入れ替えずに随時拡
張することが可能である。また、アッド・ドロップ・マ
ルチプレクサを光学的に従属接続することが可能である
ため、中規模なエリアで再設定できるネットワークを構
築することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光アッド・ドロップ・マルチプレクサの
構成を示す図である。

【図２】ＡＷＧの特性のずれと透過率との関係を示す図
である。

【図３】本発明の基本構成を示す図である。

【図４】反射型光フィルタを４段従属接続した光アッド
・ドロップ・マルチプレクサの構成を示す図である。

【図５】本発明のアッド・ドロップ・マルチプレクサを
従属接続した場合の信号光スペクトルの変化を示す図で
ある。

【図６】本発明の実施の形態１の構成を示す図である。

【図７】光路切替スイッチの構成を示す図である。

【図８】本発明の実施の形態２の構成を示す図である。

【図９】本発明の実施の形態３の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…ＰＬＣ基板、２…導波路、３…溝、４…液ダメ、５
…オイル、６…薄膜ヒータ導波路グレーティングフィル
タ、７…、８…１／２波長板、Ｇ…反射型フィルタ素
子、ＡＣ…光サーキュレータ（分波手段）、ＤＣ…光サ
ーキュレータ（合波手段）。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H041 AA14 AA16 AB32 AC07 AZ02 AZ05 AZ08 5K002 AA01 AA03 BA05 BA06 BA07 BA21 DA02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特定の波長帯域を反射する光フィルタと
   光路切替スイッチとを有する光学モジュールと送信モジ
   ュールと受信モジュールとを備える光アッド・ドロップ
   ・マルチプレクサであって、 前記光フィルタが反射光と入力光とを分波する手段と、
   反射波長帯域の光を出力に合波する手段とを備え、 前記光路切替スイッチの入力に、前記光フィルタの分波
   手段からの分波光路とアッド用の前記送信モジュールの
   出力光路とが接続され、前記光路切替スイッチの出力
   に、前記光フィルタの合波手段からの合波光路とドロッ
   プ用の前記受信モジュールの入力光路とが接続され、分
   波光路と受信モジュール及び送信モジュールと合波光路
   が夫々接続されたアッド・ドロップ状態と、合波光路と
   分波光路とが接続され、送受信モジュールが信号線路か
   ら分離されたパス状態とを前記光路切替スイッチにより
   選択することを特徴とする光アッド・ドロップ・マルチ
   プレクサ。
2. 【請求項２】 前記合波手段及び分波手段を備え、前記
   特定の波長帯域の異なる光フィルタを複数縦列接続し、
   複数の光路を個別に切替る光路切替スイッチによって、
   これらの光フィルタの合波光路及び分波光路と、各々の
   波長に対応した複数の送信モジュールの出力光路及び受
   信モジュール入力光路とが接続され、前記パス状態とア
   ッド・ドロップ状態とを各々の波長毎に個別に行なうこ
   とを特徴とする請求項１に記載の光アッド・ドロップ・
   マルチプレクサ。
3. 【請求項３】 前記光路切替スイッチが二つの導波路の
   交叉点で液体の有無により光路を切替る自己保持型光ス
   イッチであることを特徴とする請求項１又は請求項２に
   記載の光アッド・ドロップ・マルチプレクサ。
4. 【請求項４】 前記特定の波長帯域を反射する光フィル
   タが導波路型グレーティングフィルタまたはそれをアレ
   イ化したフィルタであることを特徴とする請求項１乃至
   請求項３の何れか一項に記載の光アッド・ドロップ・マ
   ルチプレクサ。