JP2007072096A - 全光信号処理装置および全光信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で波長選択が行え、かつ高速に波長切り替えできること。
【解決手段】所望の波長の光を出力する波長可変光源１１０と、波長可変光源１１０から出力された光に対して所定の光処理を行う全光信号処理部１２０と、全光信号処理部１２０によって光処理された光が入力され、所望の波長の光のみを出力させる波長選択フィルタ部１３０と、波長可変光源１１０から出力させる光信号の波長と、波長選択フィルタ部１３０から出力させる光の波長とを同期制御する波長制御部１４０と、を備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、入出力ポート間で光信号を切り替える光スイッチの技術に関し、特に、入力される多数の波長を含む光信号のなかから所望する波長の光信号を高速に選択して出力できる全光信号処理装置および全光信号処理方法に関する。

従来、光信号の信号波長選択や信号変調等信号処理を行う際には、光信号を一旦電気信号へ変換し信号処理を施した後、再度光信号へ変換して出力を行っていた。近年、光信号の信号処理を別の制御光で行う全光信号処理技術が注目されている。全光信号処理技術の特徴は、光信号／電気信号の変換器や電気信号を処理する電子回路が不要となり、装置の小型化、低消費電力化が可能な点である。さらに、電気信号では困難な超高速での信号処理や、ビットレートや変調フォーマットが異なる信号の処理も可能となる利点も有する。このような、全光信号処理技術を用いた高速かつ高効率な光スイッチが開示されている（例えば、下記特許文献１参照。）。

特開平１０−１１５８４４号公報

しかしながら、全光信号処理技術では、信号光と制御光（単独または複数）を全光信号処理を行う装置内で相互作用させるため、出力側には複数の光が存在する。したがって、全光信号処理を行う装置から出力信号光のみを選択する光フィルタが必要となる。また、光源出力ポートや、外部光の入力部などにも信号光や制御光を選択する光フィルタがそれぞれ必要となる。このように光フィルタが複数必要なことから、装置規模が大きくなったり、コストが高くなるという問題があった。

さらに、特許文献１のように、全光信号処理のなかでも、その高速処理性を活かして、信号処理される信号光の波長を高速にスイッチするシステム（光バーストスイッチング、光パケットスイッチング）では、全光信号処理を行う装置から出力信号光のみを選択する光フィルタの選択波長はすべて可変である必要がある。その結果、装置規模が大きくなるという問題があった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、簡単な構成で波長選択が行え、かつ高速に波長切り替えできる全光信号処理装置および全光信号処理方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる請求項１に記載の全光信号処理装置は、所望の波長の光を出力する波長可変光源と、前記波長可変光源から出力された前記光に対して所定の光処理を行う全光信号処理手段と、前記全光信号処理手段によって光処理された光が入力され、所望の波長の光のみを出力させる波長選択フィルタ手段と、前記波長可変光源から出力させる光信号の波長と、前記波長選択フィルタ手段から出力させる光の波長とを同期制御する波長制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載の全光信号処理装置は、請求項１に記載の発明において、前記波長選択フィルタ手段は、複数（ｎ個）の出力ポートをもつ光経路スイッチと、入力ポートごとに異なる所定の波長の光だけを通過する波長合波フィルタからなり、前記光経路スイッチの複数の出力ポートと前記波長合波フィルタの入力ポートがそれぞれ１対１で接続されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載の全光信号処理装置は、請求項１に記載の発明において、前記波長選択フィルタ手段は、出力ポートごとに異なる所定の波長の光を分波する波長分波フィルタと、複数（ｎ個）の入力ポートをもつ光経路スイッチとからなり、前記波長分波フィルタの複数の出力ポートと前記光経路スイッチの入力ポートがそれぞれ１対１で接続されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に記載の全光信号処理装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、前記全光信号処理手段は、所定の方式の信号を含んだ制御信号光を入力する制御信号光ポートを備え、当該制御信号光を基に前記波長可変光源から入力された光に対して位相変調処理を行うことを特徴とする。

また、本発明の請求項５に記載の全光信号処理装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の発明において、所定の方式の信号を含んだ制御信号光を入力する制御信号光ポートを備え、当該制御信号光を基に前記波長可変光源から入力された光に対して強度変調処理を行うことを特徴とする。

また、本発明の請求項６に記載の全光信号処理装置は、請求項５に記載の発明において、前記波長可変光源の後段に設けられた光変調器を備え、当該光変調器は外部からの高周波信号に同期したクロック光を生成し、当該クロック光を前記全光信号処理手段へ入力することを特徴とする。

また、本発明の請求項７に記載の全光信号処理装置は、請求項５に記載の発明において、前記波長選択フィルタ手段は、伝送網から複数の波長が多重化された多重光が入力される入力経路と、前記波長選択フィルタ手段から出力された光を前記多重光の伝送網に出力する出力経路と、前記入力経路から入力された多重光を複数の波長ごとに分波する分波手段と、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有し、前記分波手段によって分波された光を送信先のアドレスに対応する前記出力ポートへ出力するルーティング手段と、前記ルーティング手段から出力された光を合波して前記出力経路へ前記多重光として出力する合波手段とを備え、前記波長制御手段は、複数の前記入力ポートに入力された光の送信先のアドレスに対応する出力経路を予め設定したルーティングテーブルと、前記ルーティングテーブルの設定に基づいて、複数の前記入力ポートに入力された光の波長と、出力ポートと、出力経路とを制御するルーティング制御手段と、前記ルーティング制御手段により制御される前記出力ポートの使用状況を記録する出力ポート記録手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項８に記載の全光信号処理装置は、請求項７に記載の発明において、前記波長制御手段は、前記入力ポートに入力された光の出力経路となる前記出力ポートが前記出力ポート記録手段にて使用中と記録されているときに、前記光を前記ルーティング手段に設けられた迂回路を経由させて前記全光信号処理手段へ入力させて当該光の波長変換処理を行い、再度前記ルーティング手段を経由して前記出力ポートに出力させることを特徴とする。

また、本発明の請求項９に記載の全光信号処理方法は、所望の波長の光を出力する波長可変光源と、所望の波長の光のみを出力させる波長選択フィルタ手段とを備えた全光信号処理装置における全光信号処理方法であって、前記波長可変光源から出力させる光信号の波長と、前記波長選択フィルタ手段から出力させる光の波長とを同期させる波長制御工程と、前記波長制御工程によって設定された波長の光を前記波長可変光源から出力させる波長可変光出力工程と、前記波長可変光出力工程によって出力された前記光に対する所定の光処理を行う全光信号処理工程と、前記全光信号処理工程によって光処理された光を、前記波長制御工程によって設定された波長の光として前記波長選択フィルタ手段から出力させる波長選択工程と、を含むことを特徴とする。

本発明にかかる全光信号処理装置および全光信号処理方法によれば、入力された波長の光に対する光信号処理を簡単に行うことができ、所望する波長だけを選択的に出力でき、かつ高速に波長切り替えできるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる全光信号処理装置および全光信号処理方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（基本構成）
図１は、この発明の全光信号処理装置の基本構成を示す説明図である。全光信号処理装置１００は、波長可変（λ１〜λｎ）の光を出力する波長可変光源１１０と、全光信号処理部１２０と、波長選択フィルタ部１３０と、波長制御部１４０とにより構成されている。さらに、波長選択フィルタ部１３０は、光スイッチ１３１と、波長選択合波器１３２とにより構成される。

全光信号処理装置１００において、波長可変光源１１０は、発光波長を変化させることが可能なレーザダイオード（ＬＤ）を備え、波長制御部１４０からの制御信号Ｓ３にしたがい、λ１〜λｎのいずれかの波長の光を出力し、全光信号処理部１２０へ入力することができる。なお、波長可変光源１１０から出力する光は、必要に応じて備えた光変調器により、全光信号処理部１２０で行う処理に合わせてＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ；連続波）光、正弦波光、クロック光など様々な種類の光を用いることができる。

全光信号処理部１２０は、波長可変光源１１０から入力された光に対して、外部から入力された１つ以上の光（制御光等）により所定の光信号処理を行う。具体的には、光強度変調を行う光−光ゲートや、光信号の位相変調を行う光−光位相変換器などを用いることができる。このほか、全光信号処理部１２０は、以下に示す非線形現象も光信号処理することができる。例えば、信号光とポンプ光の入射による差周波発生や和周波発生などの光パラメトリック増幅を用いた波長変換処理が行える。また、信号光とポンプ光の２つの光を入射して、４波混合による位相共役光の発生や波長変換処理が行える。さらに、信号光と互いに直交した偏光を持つ２種類の波長のポンプ光の入射による偏光無依存の４波混合による波長変換光の発生が行える。

波長選択フィルタ部１３０において、光スイッチ１３１は、１つの入力ポート１１１と、ｎ個の出力ポート１１２（１１２−１〜１１２−ｎ）とを有する１×ｎ光スイッチである。入力ポート１１１に入力された光信号は、内部にて光路が切り替えられ、出力ポート１１２（１１２−１〜１１２−ｎ）のうちいずれか１つから出力される。

また、波長選択フィルタ部１３０において、波長選択合波器１３２は、例えば、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）合波器であり、ｎ個の入力ポート１２１（１２１−１〜１２１−ｎ）と、１つの出力ポート１２２とを有している。ｎ個の入力ポート１２１（１２１−１〜１２１−ｎ）は、それぞれのポート別に入力（透過）する波長が異なる。例えば、入力ポート１２１−１は、λ１の波長の光を透過して出力ポート１２２から出力させる。また、入力ポート１２１−ｎは、λｎの波長の光を透過して出力ポート１２２から出力させる。

波長制御部１４０は、光スイッチ１３１の光路を切り替える制御を行う。この制御は、波長制御部１４０に入力される波長設定信号Ｓ１の入力に対応した制御信号Ｓ２を光スイッチ１３１に出力する。波長設定信号Ｓ１は、全光信号処理装置１００（波長選択合波器１３２）から出力させたい波長を示す信号である。波長制御部１４０は、この波長設定信号Ｓ１の入力に基づいて、光スイッチ１３１に対して光路の切り替えを制御する制御信号Ｓ２を出力する。

ここで、光スイッチ１３１のｎ個の出力ポート１１２（１１２−１〜１１２−ｎ）は、波長選択合波器１３２のｎ個の入力ポート１２１（１２１−１〜１２１−ｎ）にそれぞれ１：１で接続されている。したがって、光スイッチ１３１の光路を切り替えることにより、波長選択合波器１３２から出力する光信号の波長を選択することができる。

例えば、入力された光信号（波長λ１〜λｎ）のうち、出力させたい波長がλｉの場合、λｉを選択する波長設定信号Ｓ１が波長制御部１４０に入力される。波長制御部１４０は、この波長設定信号Ｓ１に対応して光スイッチ１３１の出力ポート１１２−ｉを選択する制御信号Ｓ２を出力する。これにより、光スイッチ１３１は、入力ポート１１１に入力された光信号を出力ポート１１２−ｉから出力させる。

光スイッチ１３１の出力ポート１１２−ｉから出力された光信号（λ１〜λｎ）は、波長選択合波器１３２の入力ポート１２１−ｉに入力される。波長選択合波器１３２は、入力ポート１２１−ｉに入力された光信号が含む波長（λ１〜λｎ）のうち波長λｉだけを透過させて出力ポート１２２から出力させる。

上記構成の全光信号処理装置１００によれば、入力する波長にかかわらず、出力させたい波長の情報だけを出力することができるようになる。そして、光スイッチ１３１として、ＥＯ（電気光学）効果で動作するデバイスを用いれば、ナノ秒で光路を切り替える超高速な波長選択光スイッチを実現することができる。

また、全光信号処理装置１００は、波長制御部１４０から出力される制御信号Ｓ２，Ｓ３によって波長可変光源１１０と、波長選択フィルタ部１３０とが同期されて波長制御が行われる。したがって、波長可変光源１１０と全光信号処理部１２０にそれぞれ光フィルタ（波長選択フィルタ）を設けることを不要にできる。

さらに、全光信号処理装置１００から出力される光信号の波長は、波長選択フィルタ部１３０によってデジタルに波長選択が行われるため、アナログフィルタによる波長選択に生じる波長選択前後の光信号の過渡状態における波長変化を防ぐことができる。また、高速な波長切り替えであっても、微小時間単位で観察した場合には過渡現象による波長変化が生じているが、本発明にかかる全光信号処理装置１００では、波長選択フィルタ部１３０が、光信号の波長安定の役割を果たす。したがって、波長可変光源１１０が出力する光の波長精度を緩和させることができる。

上記波長選択フィルタ部１３０は、ｎ個の出力ポート１１２を有する光スイッチ１３１を前段に設け、ｎ個の入力ポート１２１を有する波長選択合波器１３２を後段に設け、光スイッチ１３１のｎ個の出力ポート１１２と波長選択合波器１３２のｎ個の入力ポート１２１をそれぞれ１対１で接続する構成とした。これに限らず、ｎ個の出力ポートごとに異なる所定の波長の光を分波する分波器（基本構成は波長選択合波器と同じであり図示は省略した）を前段に設け、ｎ個の入力ポート（図示略）をもつ光スイッチ１３１を後段に設け、分波器の複数の出力ポートと光スイッチ１３１の入力ポートをそれぞれ１対１で接続する構成とすることもできる。

以下、上述した基本構成を基に、全光信号処理部１２０に光−光ゲートや、光−光位相変換器を用いた具体的な実施の形態の例の説明を行う。

（実施の形態１）
図２は、この発明の実施の形態１による全光信号処理装置の構成を示す説明図である。実施の形態１における全光信号処理装置２００は、図１に示した全光信号処理装置１００の全光信号処理部１２０に光−光位相変調器２０１を用いた構成である。また、光−光位相変調器２０１以外の構成は図１に示した全光信号処理装置１００の構成と同一であり同じ符号を付して説明を省略する。

波長可変光源１１０は、波長制御部１４０から出力される制御信号Ｓ３に基づいて出力する光信号の波長を可変させて設定する。ここでは、この波長可変光源１１０は、波長λ１〜λｎのうち任意の波長のＣＷ変換光（λｉ：例えば、１５５０ｎｍ）として出力される。同様に、波長制御部１４０からの制御信号Ｓ２により光スイッチ１３１の選択波長がλｉに設定される。

光−光位相変調器２０１は、光の入射強度に応じて屈折率が変化する光導波路で構成されており、波長可変光源１１０からλｉのＣＷ変換光ならびに強度変調されたλｓ（例えば、１５４０ｎｍ）の制御信号光が入力される。波長可変光源１１０からのＣＷ変換光の位相は制御信号光が入射されているときに、導波路の屈折率が変化し位相がπシフトする。その結果、外部からの制御信号光の強度変調に応じて位相変調を受けて、電気信号に変換することなく光のままＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）光に変換される。

制御信号光：λｓには、例えばＮＲＺ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）信号のような強度変調光が用いられる。ＮＲＺ信号に比べてＰＳＫ信号は受信感度が高く長距離伝送に有利な信号方式である。また、実施の形態１の光−光位相変調器２０１は、ＮＲＺ変調の制御信号（１５４０ｎｍ）をＰＳＫ変調信号（１５５０ｎｍ）に伝達しており、変調フォーマット変換を行うと同時に、信号波長の変換も行っている。

光−光位相変調器２０１から出力されたＰＳＫ光（λｉ）は、波長選択フィルタ部１３０の光スイッチ１３１の入力ポート１１１に入力される。光スイッチ１３１には、波長制御部１４０からλｉの光を出力するように光路を切り替える制御信号Ｓ２が入力されており、入力ポート１１１に入力された波長λｉの光信号を出力ポート１１２−ｉから出力させる。

光スイッチ１３１の出力ポート１１２−ｉから出力された光信号λｉは、波長選択合波器１３２の入力ポート１２１−ｉに入力される。波長選択合波器１３２は、入力ポート１２１−ｉに入力された光信号（波長λｉ）を透過させて出力ポート１２２から出力させる。また、ここで説明した被変調光であるＰＳＫ光の波長はλｉであるが、その他の波長の光は光スイッチ１３１でカットされる。

以上説明したように、全光信号処理装置２００は、波長制御部１４０から出力される同期した制御信号Ｓ２，Ｓ３により、自由にナノ秒の範囲で高速にスイッチングできる。さらに、所望する波長の変調光以外の不要な信号や雑音成分を除去することができる。

なお、実施の形態１で挙げたＮＲＺ信号からＰＳＫ信号への変換例の他にも、ＲＺ信号からＰＳＫ信号への変換も行える。また、波長可変光源の後段に光変調器を備え、外部からの高周波信号に同期したクロック光を生成し、当該クロック光を光−光位相変調器へ入力することで、ＲＺ−ＤＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）信号に変換することもできる。以上のように、全光信号処理装置２００を使用する環境やユーザの用途に合わせて適した信号の種類に応じた構成とすることができる。

（実施の形態２）
図３−１および図３−２は、この発明の実施の形態２による全光信号処理装置の構成を示す説明図である。実施の形態２における全光信号処理装置３１０，３２０は、図１に示した全光信号処理装置１００の全光信号処理部１２０に光−光ゲート３０１を用いた構成である。光−光ゲート３０１は、１つ、あるいは２つの光半導体アンプ（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ）を用いて構成される。

ここで、光−光ゲート３０１の詳細な構成について説明する。図４−１および図４−２は、それぞれ光−光ゲートの内部構成を示す回路図である。まず、図４−１に示す光−光ゲート３０１は、相互位相変調を用いたＳＯＡ−ＭＺＩ（マッハツェンダー干渉）型と呼ばれている。波長可変光源１１０から出力されたＣＷ被変換光（波長λｉ）は入力ポート４０２から入力される。この入力ポート４０２から入力されたＣＷ被変換光は、分波点４０６で分岐してそれぞれ２つのＳＯＡ４０３，４０４に入力される。ＳＯＡ４０３，４０４の出力は合波点４０８で合波する。合波点４０８では、２つの経路の光の位相が同相であれば出力ポート４０５から出力され、逆相であれば相殺して出力されない干渉計が構成される。初期設定として、２つの経路の光の位相が逆相になるように干渉計を調整しておくとＣＷ被変換光は出力ポート４０５に出力されない。次に、制御信号光（波長λｓ）は入力ポート４０１から入力され、合波点４０７を通過し、ＳＯＡ４０３に入力される。制御信号がＳＯＡ４０３を通過すると増幅過程によりＳＯＡ内のキャリアを消費するためＳＯＡ内の屈折率を変調する（ＸＰＭ：Ｃｒｏｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，相互位相変調）。その結果、干渉計の１つの経路の位相が反転するため、２つの経路のＣＷ被変換光は、合波点４０８で同相となり、出力ポート４０５から出力されることになる。以上が、相互位相変調を用いたＳＯＡ−ＭＺＩによる波長変換の原理である。このとき、出力ポート４０５からは、制御信号光（波長λｓ）と、この信号光を波長変換した波長変換信号光（波長λｉ）とが出力される。

つぎに、図４−２に示す光−光ゲート３０１は、ＳＯＡ−ＸＧＭ（相互利得変調）型と呼ばれている。波長可変光源１１０からのＣＷ被変換光（波長λｉ）は入力ポート４１２から入力される。合波点４１６を通過して、ＳＯＡ４１３に入力される。ＣＷ被変換光はＳＯＡ４１３で利得により増幅され、出力ポート４１５から出力される。一方、制御信号光（波長λｓ）は入力ポート４１１から入力され、合波点４１６を通過して、ＳＯＡ４１３に入力される。制御信号がＳＯＡ４１３に入力し増幅されると、利得が抑制されるためＣＷ被変換光の出力強度が低下する（ＸＧＭ：Ｃｒｏｓｓ Ｇａｉｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，相互利得変調）。以上が、相互利得変調を用いたＳＯＡ−ＭＺＩによる波長変換の原理である。このとき、出力ポート４１５からは、制御信号光（波長λｓ）と、この信号光を波長変換した波長変換信号光（波長λｉ）とが出力される。

図３−１および図３−２の説明に戻る。まず、図３−１に示した全光信号処理装置３１０は、光−光ゲート３０１以外の構成は図１に示した全光信号処理装置１００の構成と同一であり同じ符号を付して説明を省略する。

まず、全光信号処理装置３１０は、波長制御部１４０から制御信号Ｓ３（λｉを出力させる信号）が入力され、波長λ１〜λｎのうち任意の波長のＣＷ被変換光を出力する。ここではλｉを出力させる制御信号Ｓ３により、波長可変光源１１０から波長λｉのＣＷ被変換光が出力される。また、波長制御部１４０からは同時に制御信号Ｓ２が出力され、波長選択フィルタ部１３０へ入力される。制御信号Ｓ２によって、波長選択フィルタ部１３０の光スイッチ１３１の選択波長は、λｉ（１５５０ｎｍ）にセットされる。

光−光ゲート３０１には、波長可変光源１１０からのＣＷ被変換光：λｉが入力されるとともに、制御信号光（ＮＲＺ；Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）：λｓが入力される。光−光ゲート３０１内では、図４−１および図４−２に示した原理により、光源からのＣＷ被変換光：λｉ（１５５０ｎｍ）が、外部からのＮＲＺ信号光：λｓ（１５４０ｎｍ）によって強度変調を受けて、同一フォーマットで波長変換される。被変調光波長である波長変換信号光の波長はλｉ（１５５０ｎｍ）であり、波長選択フィルタ部１３０へ入力されると、波長選択され出力されるが、外部から入力されるＮＲＺ信号光など被変調光波長以外の波長の光は、光スイッチ１３１が光シャッターとして機能し、カットされる。

図３−２に示した全光信号処理装置３２０は、図３−１に示した全光信号処理装置３１０における波長可変光源１１０の後段に光ＬＮ（ＬＮ：ニオブ酸リチウム）変調器３０２が接続された構成となっている。光ＬＮ変調器３０２には、ＲＦ信号発生器３０３から信号光と同期したＲＦ電気クロック（例えば１０ＧＨｚ）が印加される。波長可変光源１１０からのＣＷ被変換光：λｉ（１５５０ｎｍ）が、光ＬＮ変調器３０２において変調され、１０ＧＨｚのクロック光となり出力される。

光−光ゲート３０１には、光ＬＮ変調器３０２から出力されたクロック光と、制御信号光（ＲＺ）：λｓと、アシスト光：λａとが入力される。光−光ゲート３０１内では、図４−１および図４−２に示した原理により、クロック光：λｉ（例えば、１５５０ｎｍ）が、外部からのＲＺ信号光：λｓ（例えば、１５４０ｎｍ）によって強度変調を受けて、同一のＲＺ信号のフォーマットで波長変換される。ここでは、さらにＳＯＡ型光−光ゲートの動作速度の向上のため、１０ｍＷのアシスト光：λａ（例えば、１４５０ｎｍ）が入力されている。被変調光波長である波長変換信号光はλｉ（１５５０ｎｍ）であり、波長選択フィルタ部１３０へ入力されると、波長選択され出力されるが、外部からのＲＺ信号光、アシスト光などの被変調光波長以外の波長の光は、光スイッチ１３１が光シャッターとして機能し、カットされる。

全光信号処理装置３１０，３２０は、光−光ゲート３０１によって波長変換された波長変換信号光：λｉが、波長選択フィルタ部１３０の光スイッチ１３１の入力ポート１１１に入力される。光スイッチ１３１には、波長制御部１４０からλｉの光を出力するように光路を切り替える制御信号Ｓ２が入力されており、入力ポート１１１に入力された波長λｉの光信号を出力ポート１１２−ｉから出力させる。このようにして全光信号処理装置３１０，３２０は、自由にナノ秒で高速にスイッチが可能となる。

（実施の形態３）
図５−１は、この発明の実施の形態３による全光信号処理装置の構成を示す説明図である。実施の形態３における全光信号処理装置５００は、図１に示した波長選択フィルタ部１３０に該当する、ルーティング部（ｎｘｎ 光スイッチ）５０５と、波長選択合波器５０８ａ，５０８ｂと、光−光ゲート３０１に加えて、複数の経路の入力信号を分波器５０４ａ，５０４ｂによって波長ごとに分波され、それらの信号をそれぞれルーティング部の入力ポートに入力してルーティングを行うことで、光クロスコネクトノードとして利用する例である。

全光信号処理装置５００は、波長可変光源１１０と、波長制御部１４０と、光−光ゲート３０１と、分波器５０４ａ，５０４ｂと、ルーティング部５０５と、ルーティングテーブル５０６と、出力ポート管理テーブル５０７と波長選択合波器５０８ａ，５０８ｂとから構成される。

全光信号処理装置５００は、信号光が入力される複数の入力経路（図示の例では２つの入力経路５０１−１，５０１−２）と、光路が切り替えられた後の信号光が出力される複数の出力経路（図示の例では２つの出力経路５０２−１，５０２−２）とを有している。また、ルーティング部５０５は、ｎ個の入力ポート５１３（５１３−１〜５１３−ｎ）と、ｎ個の出力ポート５１４（５１４−１〜５１４−ｎ）を備えることでｎ×ｎ光スイッチとして機能する。図５−１に示したように、ｎ番目の入力ポート５１３−ｎ、出力ポート５１４−ｎは、波長変換用のポートとして割り当てられている。

入力経路５０１−１，５０１−２には、それぞれＷＤＭにより波長多重された複数波長（図示の例ではλ１，λ２）の信号光が入力される。入力経路５０１−１に入力された信号光は、分波器５０４ａにより波長別に分波され、ルーティング部５０５の異なる入力ポート５１３−１，５１３−２に入力される。入力経路５０１−２側にも同様に分波器５０４ｂが設けられ、分波器５０４ｂにより波長別に分波された信号光は、ルーティング部５０５の異なる入力ポート５１３−３，５１３−４に入力される。これら分波器５０４ａ，５０４ｂにより波長別に分波された光信号は、それぞれ波長制御部１４０に入力される。

波長制御部１４０は、波長制御とともに、経路判定を行う。光−光ゲート３０１から出力された光信号には光信号が構成するデータに付随した光ラベル信号が格納されている。この光ラベル信号は、光信号の宛先情報を表している。したがって、波長制御部１４０では、光信号の先頭に付いている光ラベル信号から宛先情報（宛先アドレス）を抽出して各波長別の光信号の経路を判定する。この経路に基づいてルーティング部５０５の光路を切り替える制御信号Ｓ５を出力する。制御信号は図中点線で示してある。また、光信号に対して波長変換を行う際には、波長可変光源１１０に対して制御信号Ｓ６を出力する。

経路判定には、宛先情報ごとに予め定められた経路（ルーティング）をルーティングテーブル５０６から読み出して行う。このルーティングテーブル５０６の詳細については後述する。また、出力ポート管理テーブル５０７は、各出力経路５０２−１，５０２−２から出力させている光信号の波長の状態と、波長変換に関する情報（波長変換の有無や波長変換後の波長等）を記録する。

波長制御部１４０は、光−光ゲート３０１から出力された光信号を、ルーティング部５０５によってルーティングすることで対応波長の出力経路へ出力する。ルーティング部５０５の出力ポート５１４−１，５１４−２から出力された光信号は、波長選択合波器５０８ａによって合波され、出力経路５０２−１から出力される。ルーティング部５０５の出力ポート５１４−３，５１４−４から出力された光信号は、波長選択合波器５０８ｂによって合波され、出力経路５０２−２から出力される。

図５−２は、ルーティングテーブルの一例を示す図表である。ルーティングテーブル５０６には、図５−２に示した図表のようにルーティングテーブルが格納されている。全光信号処理装置５００の出力経路は、出力経路５０２−１への出力と、出力経路５０２−２への出力の２種類である。したがって、宛先アドレスごとに出力経路が設定されている。具体的には、宛先アドレス１０００１〜１００９９は出力経路５０２−１とし、宛先アドレス１０１０１〜１０１９９は出力経路５０２−２とする等の設定を行う。

以上説明した構成の全光信号処理装置５００を光クロスコネクトノードとして利用するための光スイッチング動作を具体的に説明する。これから１つの光信号：λ１が入力されたルーティング例１と、２つの光信号：λ１が入力されたルーティング例２のそれぞれの光スイッチング動作を説明する。

図６−１は、実施の形態３における全光信号処理装置のルーティング例１を示す図である。この図６−１は、図５−１に示した全光信号処理装置５００を光スイッチング動作を説明するために簡略化して記載してある。なお、以下に用いる図７−１、図８−１および図９−１も図６−１と同様の記載としてある。

図６−２は、ルーティング例１における波長制御部の経路判断テーブルを示す図表である。また、図６−３は、ルーティング例１における出力ポート管理テーブルを示す図表である。図６−１に示したように、入力経路５０１−１から信号光：λ１が入力されると、分岐点６０１によって、分岐され一方は波長制御部１４０へ入力され、他方はルーティング部５０５へ入力される（Ｓ１０）。

波長制御部１４０には、図６−２に示したような経路判断テーブルが格納されており、ルーティングテーブル５０６からの出力経路の情報と照合し、入力された光信号：λ１の出力経路を確認する。波長制御部１４０は、出力経路となる出力経路５０２−１の使用状況を出力ポート管理テーブル５０７によって確認する。図６−３に示したように出力ポート管理テーブル５０７には、出力経路５０２−１，５０２−２の各波長ごとの（ここではλ１，λ２）使用状況と、光−光ゲート３０１の使用状況と、光−光ゲート３０１の変換波長設定の情報とが格納されている。

図７−１は、実施の形態３における全光信号処理装置のルーティング例１による最終出力を示す図である。図６−１で説明したように出力経路５０２−１，５０２−２はすべて未使用であるため、光信号：λ１は、図７−１に示したようにルーティング部５０５を経由して出力経路５０２−１へ出力される（Ｓ１１）。

図７−２は、ルーティング例１による最終出力における波長制御部の経路判断テーブルを示す図表である。また、図７−３は、ルーティング例１による最終出力における出力ポート管理テーブルを示す図表である。光信号：λ１が出力経路５０２−１へ出力されたことで、図７−２に示したように経路判断テーブルは出力ポートおよび最終出力ポートが設定される。また、出力経路５０２−１にλ１が出力されたことから図７−３に示したように、出力ポート管理テーブル５０７は、出力ポート５０２−１λ１が「ＯＮ」となる。

図８−１は、実施の形態３における全光信号処理装置のルーティング例２を示す図である。また図８−２は、ルーティング例２における波長制御部の経路判断テーブルを示す図表、図８−３は、ルーティング例２における出力ポート管理テーブルを示す図表である。

つぎに、図８−１に示したように入力経路５０１−１からは光信号：λ１が入力され、ルーティング部５０５を経由して出力経路５０２−１から出力されている（Ｓ１１）。したがって、図８−２に示したように経路判断テーブルには、入力経路５０１−１から入力された光信号：λ１が、最終出力ポートとして出力経路５０２−１から出力されていると設定されている。

さらに、ルーティング例２では入力経路５０１−２から入力された光信号：λ１を出力経路５０２−１から出力させたい。入力経路５０１−２から入力された光信号：λ１は、分岐点６０２において分岐され、一方は波長制御部１４０へ入力され、他方はルーティング部５０５へ入力される。

しかし、波長制御部１４０は、入力経路５０１−２から入力された光信号：λ１をそのまま出力経路５０２−１へ出力させようとすると（Ｓ１２）、図８−３に示したように出力経路５０２−１がすでに使用中（ＯＮ）であるため、ルーティングできないと判断する。このように、同じ出力経路（ここでは出力経路５０２−１）に同じ波長（ここではλ１）の光信号を出力させたい場合、波長制御部１４０は、後から入力された光信号：λ１に対して光−光ゲート３０１によって波長変換を行うための迂回路（Ｓ１３）を指示する。

図９−１は、実施の形態３における全光信号処理装置のルーティング例２による最終出力を示す図である。また、図９−２は、ルーティング例２による最終出力における波長制御部の経路判断テーブルを示す図表、図９−３は、ルーティング例２による最終出力における出力ポート管理テーブルを示す図表である。

図９−１に示したように入力経路５０１−２から入力された光信号：λ１は、光−光ゲート３０１へ入力される（Ｓ１４）。経路判断テーブルは、図９−２に示したように出力ポートを光−光ゲート３０１と設定する。また、最終出力ポートは、出力経路５０２−１（波長λ２）と設定する。つまり、光−光ゲート３０１によって入力経路５０１−２から入力された光信号：λ１をλ２の波長に変換することで、ルーティング部５０５を経由して（Ｓ１５）、所望の出力経路５０２−１へ出力させる。したがって、出力ポート管理テーブル５０７は、図９−３に示したように出力経路５０２−１のλ１，λ２と、光−光ゲート３０１が使用状態（ＯＮ）となり、光−光ゲートの変換波長設定はλ２として設定される。

以上説明したように全光信号処理装置５００は、光信号のスイッチング動作を行い光クロスコネクトノードとして利用される。また、ルーティング例２で説明したように、同時に同じ出力ポートに同波長の光信号を出力しようとして波長衝突が起こる場合となっても、自律的に波長変換を行うことで波長衝突を回避することができる。

ところで、光−光ゲート３０１は、光信号（ここでは波長変換信号光）以外に波長変換に用いた制御信号光も同時に出力するため、波長変換信号光以外の光信号を透過させない光フィルタが必要である。そのための一般の可変波長フィルタはナノ秒クラスの超高速でチューニングすることが極めて困難である。上述した全光信号処理装置３１０，３２０では、波長選択フィルタ部１３０の光スイッチ１３１と波長選択合波器１３２の組み合わせにより超高速の不要光信号や雑音成分の除去機能が得られる。同様に、全光信号処理装置５００についても、ルーティング部５０５と、波長選択合波器５０８ａ，５０８ｂの組み合わせが光フィルタとして機能する。したがって、波長選択したい光信号以外の光の出力を防ぐ可変波長光バンドパス（帯域通過）フィルタ等を必要とせず、必要最低限の構成とすることができた。

以上のように、本発明にかかる全光信号処理装置および全光信号処理方法は、光信号に所定の光処理を行い光路を高速に切り替える全光信号処理装置に用いることができ、特に、高速な光路切り替えを行う光バーストスイッチ、光パケットスイッチ等に適している。

この発明の全光信号処理装置の基本構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による全光信号処理装置の構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による全光信号処理装置の構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による全光信号処理装置の構成を示す説明図である。 光−光ゲートの内部構成を示す回路図である。 光−光ゲートの内部構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態３による全光信号処理装置の構成を示す説明図である。 ルーティングテーブルの一例を示す図表である。 実施の形態３における全光信号処理装置のルーティング例１を示す図である。 ルーティング例１における波長制御部の経路判断テーブルを示す図表である。 ルーティング例１における出力ポート管理テーブルを示す図表である。 実施の形態３における全光信号処理装置のルーティング例１による最終出力を示す図である。 ルーティング例１による最終出力における波長制御部の経路判断テーブルを示す図表である。 ルーティング例１による最終出力における出力ポート管理テーブルを示す図表である。 実施の形態３における全光信号処理装置のルーティング例２を示す図である。 ルーティング例２における波長制御部の経路判断テーブルを示す図表である。 ルーティング例２における出力ポート管理テーブルを示す図表である。 実施の形態３における全光信号処理装置のルーティング例２による最終出力を示す図である。 ルーティング例２による最終出力における波長制御部の経路判断テーブルを示す図表である。 ルーティング例２による最終出力における出力ポート管理テーブルを示す図表である。

符号の説明

１００，２００，３１０，３２０，５００ 全光信号処理装置
１１０ 波長可変光源
１２０ 全光信号処理部
１３０ 波長選択フィルタ部
１４０ 波長制御部
２０１ 光−光位相変調器
３０１ 光−光ゲート
３０２ 光ＬＮ変調器
３０３ ＲＦ信号発生器
４０３，４０４，４１３ ＳＯＡ

Claims (9)

1. 所望の波長の光を出力する波長可変光源と、
   前記波長可変光源から出力された前記光に対して所定の光処理を行う全光信号処理手段と、
   前記全光信号処理手段によって光処理された光が入力され、所望の波長の光のみを出力させる波長選択フィルタ手段と、
   前記波長可変光源から出力させる光信号の波長と、前記波長選択フィルタ手段から出力させる光の波長とを同期制御する波長制御手段と、
   を備えることを特徴とする全光信号処理装置。
2. 前記波長選択フィルタ手段は、複数（ｎ個）の出力ポートをもつ光経路スイッチと、
   入力ポートごとに異なる所定の波長の光だけを通過する波長合波フィルタからなり、
   前記光経路スイッチの複数の出力ポートと前記波長合波フィルタの入力ポートがそれぞれ１対１で接続されていることを特徴とする請求項１に記載の全光信号処理装置。
3. 前記波長選択フィルタ手段は、出力ポートごとに異なる所定の波長の光を分波する波長分波フィルタと、
   複数（ｎ個）の入力ポートをもつ光経路スイッチとからなり、
   前記波長分波フィルタの複数の出力ポートと前記光経路スイッチの入力ポートがそれぞれ１対１で接続されていることを特徴とする請求項１に記載の全光信号処理装置。
4. 前記全光信号処理手段は、所定の方式の信号を含んだ制御信号光を入力する制御信号光ポートを備え、当該制御信号光を基に前記波長可変光源から入力された光に対して位相変調処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の全光信号処理装置。
5. 前記全光信号処理手段は、所定の方式の信号を含んだ制御信号光を入力する制御信号光ポートを備え、当該制御信号光を基に前記波長可変光源から入力された光に対して強度変調処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の全光信号処理装置。
6. 前記波長可変光源の後段に設けられた光変調器を備え、当該光変調器は外部からの高周波信号に同期したクロック光を生成し、当該クロック光を前記全光信号処理手段へ入力することを特徴とする請求項５に記載の全光信号処理装置。
7. 前記波長選択フィルタ手段は、
   伝送網から複数の波長が多重化された多重光が入力される入力経路と、
   前記波長選択フィルタ手段から出力された光を前記多重光の伝送網に出力する出力経路と、
   前記入力経路から入力された多重光を複数の波長ごとに分波する分波手段と、
   複数の入力ポートと複数の出力ポートを有し、前記分波手段によって分波された光を送信先のアドレスに対応する前記出力ポートへ出力するルーティング手段と、
   前記ルーティング手段から出力された複数の波長の光を合波して前記出力経路へ前記多重光として出力する合波手段とを備え、
   前記波長制御手段は、
   複数の前記入力ポートに入力された光の送信先のアドレスに対応する出力経路を予め設定したルーティングテーブルと、
   前記ルーティングテーブルの設定に基づいて、複数の前記入力ポートに入力された光の波長と、出力ポートと、出力経路とを制御するルーティング制御手段と、
   前記ルーティング制御手段により制御される前記出力ポートの使用状況を記録する出力ポート記録手段とを備えることを特徴とする請求項５に記載の全光信号処理装置。
8. 前記波長制御手段は、前記入力ポートに入力された光の出力経路となる前記出力ポートが前記出力ポート記録手段にて使用中と記録されているときに、前記光を前記ルーティング手段に設けられた迂回路を経由させて前記全光信号処理手段へ入力させて当該光の波長変換処理を行い、再度前記ルーティング手段を経由して前記出力ポートに出力させることを特徴とする請求項７に記載の全光信号処理装置。
9. 所望の波長の光を出力する波長可変光源と、所望の波長の光のみを出力させる波長選択フィルタ手段とを備えた全光信号処理装置における全光信号処理方法であって、
   前記波長可変光源から出力させる光信号の波長と、前記波長選択フィルタ手段から出力させる光の波長とを同期させる波長制御工程と、
   前記波長制御工程によって設定された波長の光を前記波長可変光源から出力させる波長可変光出力工程と、
   前記波長可変光出力工程によって出力された前記光に対する所定の光処理を行う全光信号処理工程と、
   前記全光信号処理工程によって光処理された光を、前記波長制御工程によって設定された波長の光として前記波長選択フィルタ手段から出力させる波長選択工程と、
   を含むことを特徴とする全光信号処理方法。
   
   

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