JP2010034858A - 光回路 - Google Patents

Abstract

【課題】アド／ドロップポートに装備する波長合分波器の周回性を利用することで、光スイッチや波長合分波器の回路規模を削減した、アド／ドロップポートから任意の波長の光信号を入出力可能である、ＲＯＡＤＭシステムのノードに用いられる光回路を提供すること。
【解決手段】８×８マトリクス光スイッチ２０１を５個と、各８×８マトリクス光スイッチ２０１の出力の１つを入力される１００ＧＨｚ間隔５ｃｈの波長合波器２０２を８個用いて構成される。ここで、波長合波器のＦＳＲは５００ＧＨｚである。この光回路は、ＲＯＡＤＭシステムのノード構成においてドロップ側に使用されるものである。４０個の入力端子には、波長間隔１００ＧＨｚの光信号（短波長側から順にλ１，λ２，．．．，λ４０とする）が入力され、そのうち５の剰余が等しい番号の光信号８個が１つの８×８マトリクス光スイッチ２０１に入力される。
【選択図】図７

Description

本発明は、光通信等で用いられる光回路に関し、より詳細には、波長多重されたＮ個の信号のうち任意のＭ個を選択して出力するための光回路、または、Ｍ個の端子に入力された任意の波長の光信号を波長多重して出力するための光回路に関する。

光ファイバを伝送媒体とする光通信技術は、信号の伝送距離の拡大をもたらし、大規模な光通信網が構築されてきた。近年では、インターネット通信が広範に普及するのに伴って、通信トラフィックが急速に増大しており、通信網に対する大容量化、高速化、高機能化の要求が高まっている。これまでに、波長の異なる複数の光信号を１本の伝送路で同時に伝送する波長多重通信技術の導入によって、二地点間の伝送容量を増大することが可能となった。

しかし、通信網においては、複数の伝送路が集まるノードにおいて、信号の経路を設定（ルーティング）したり、切替（スイッチング）したりする必要があり、伝送容量の増大に伴って、これらの信号処理がボトルネックになってきている。すなわち、これまでは、伝送されてきた光信号を一旦電気信号に変換した後に経路設定や経路切替を行ない、再び電気信号を光信号に変換して伝送路に送出する方式が用いられてきた。

この問題を解決する手段として、今後は光信号を電気信号に変換することなく、信号経路の設定や切替処理を行なう方式を用いることにより、ノードのスループットを飛躍的に拡大することができるものと期待されている。

このような方式の一つとして、複数のノードをリング状またはパス状に接続した再構成可能光アドドロップ多重（ＲＯＡＤＭ）システムが知られている。ＲＯＡＤＭシステムの各ノードには、波長毎に接続を切り替える光スイッチが装備されており、波長多重光信号のうち任意の波長の光信号について、一方の光ファイバ伝送路から入力された光信号を、他方の光ファイバ伝送路へ出力するスルーモードと、光ファイバ伝送路側から入力された光信号をノードに接続された端局装置に出力する（ドロップ動作）とともに、端局装置から入力された光信号を光ファイバ伝送路に出力する（アド動作）アド／ドロップモードとの切り替えが可能である。

図１に従来のＲＯＡＤＭシステムのノードのドロップ側の構成をしめし、図２に従来のＲＯＡＤＭシステムのノードのアド側の構成を示す。図１のドロップ側の構成では、一方の光ファイバ伝送路から入力されたＮ個の波長多重光信号は、波長分波器１０１によって分波された後、波長毎に１×２スイッチ１０２によってスルーするかドロップするかが選択される。図２はアド側の構成では、波長毎に２×１スイッチ１０３によってスルーの光信号かアドの光信号かが選択された後、波長合波器１０４によって波長多重されて、他方の光ファイバ伝送路へと出力される。この構成において、端局装置に接続されるドロップポート、アドポートはそれぞれＮ本である。そして、ある特定のドロップポートからは特定の波長が出力され、ある特性のアドポートには特定の波長を入力する必要がある。

ところが、複数のノードがリング状またはバス状に接続されたＲＯＡＤＭシステムにおいて、１つのノードでＮ個全ての波長がアド／ドロップモードになることは稀である。リングまたはパスに接続されるノード数にもよるが、通常、１つのノードでアド／ドロップされる波長数（すなわち、接続される端局装置の数）は、Ｎ＝４０波長のシステムにおいて８程度である場合が多い。この場合、ドロップポート／アドポートはそれぞれ８本あれば充分となる。ただし、１つのドロップポートから特定の波長が出力されるのではなく、任意の波長の光信号が出力されることが望ましい。アドポートについても同様に、１つのアドポートに任意の波長の光信号を入力できることが望ましい。

図３、図４に従来のＲＯＡＤＭシステムのノード構成の別の例を示す。図３は、図１のドロップポートにＮ×Ｍマトリックス光スイッチを接続した構成であり、Ｍ本のドロップポートに任意の波長の光信号を出力することが可能である。図４は、図２のアドポートにＭ×Ｎマトリクス光スイッチを接続した構成であり、Ｍ本のアドポートから任意の波長の光信号を入力することが可能である。

図５、図６に従来のＲＯＡＤＭシステムのノード構成の別の例を示す（非特許文献１）。これも、少数のアド／ドロップポートへ任意の波長の光信号の入出力が可能な構成である。図５の構成はドロップ側の構成であり、波長毎に装備されるドロップ側の光スイッチを図１の１×２スイッチ１０２から１×（Ｍ＋１）スイッチ１０７に置き換え、かつ各ドロップポートにＮチャネルの波長合波器１０４を備えることで、Ｍ本のドロップポートに任意の波長の光信号を出力することを可能としている。また、図６の構成はアド側の構成であり、波長毎に装備される光スイッチを図２の２×１スイッチ１０３から（Ｍ＋１）×１スイッチ１０８に置き換え、かつ各アドポートにＮチャネルの波長分波器１０１を備えることで、Ｍ本のアドポートに任意の波長の光信号を入力することを可能としている。

特開２００６−２９２８７２号公報 郷 隆司 外、「マルチチップＰＬＣ集積波長選択スイッチモジュール」、電子情報通信学会、総合大会２００６年、Ｃ・３・１９ Ｓ． Ｓｏｈｍａ、"Ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ ＰＬＣ Ｔｙｐｅ ３２×３２ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｓｗｉｔｃｈ"、ＥＣＯＣ２００６、Ｖｏｌ．２、Ｔｕ４．４．３

しかしながら、従来のＲＯＡＤＭシステムのノード構成において、アド／ドロップポートへ任意の波長の光信号の入出力を可能とした構成では、ノードの光回路の規模が大きくなってしまうという問題があった。

例えば、図３の構成においては、Ｎ＝４０波長、アド／ドロップされる波長数Ｍ＝８の場合、４０ｃｈの波長合分波器１０１が１個、およびスルー／ドロップ選択用の１×２光スイッチ１０２が４０個に加えて、４０×８マトリクス光スイッチ１０５が１個必要である。

光通信システムで用いられる光スイッチとしては、信頼性や耐久性に優れ、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）型波長合分波器との集積が可能な導波路型光スイッチが一般に用いられている。導波路型光スイッチは、入出力数が１または２の単位光スイッチ素子を多段に接続することによって構成されるため、スイッチの規模が大きくなるにつれて、回路長が長くなってしまう。

現在、マトリクス光スイッチを小型の回路構成で実現する方法が知られているが（特許文献１参照）、この方法を用いた場合でも、４０×８マトリクス光スイッチ１０５を構成するためには４１段の単位スイッチが必要である。これまでに報告されている導波路型マトリクス光スイッチのうち、規模が最大のものは３２×３２マトリクス光スイッチであり（非特許文献２参照）、４０×８マトリクス光スイッチ１０５はそれより更にスイッチ段数が多いことから、回路レイアウトが困難になるとともに、挿入損失の増大も懸念される。

また、図５、図６の構成においては、Ｎ＝４０波長、アド／ドロップされる波長数Ｍ＝８の場合、入力ポートに接続される４０ｃｈの波長合分波器１個のほか、スルー／各ドロップポート選択用の１×９光スイッチ１０７を４０個と、８本の各ドロップポートに４０ｃｈの波長合分波器１０１、１０４が必要である。導波路型光スイッチやＡＷＧ型波長合分波器は多連の光回路を同一基板上に製造することが可能であるが、それでも４０ｃｈのようにチャネル数の多い波長合分波器を数多く（この場合は９個）集積化することは、製造歩留まりを低下させる要因となり得る。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アド／ドロップポートに装備する波長合分波器の周回性を利用することで、光スイッチや波長合分波器の回路規模を削減した、アド／ドロップポートから任意の波長の光信号を入出力可能である、ＲＯＡＤＭシステムのノードに用いられる光回路を提供することにある。

このような目的を達成するために、請求項１に係る光回路は、光回路であって、波長の異なるＮ個の光信号λ１、λ２、…、λＮであって、波長番号が隣接するものとの間に一定の波長間隔を有する前記光信号が入力される入力端子Ｎ個と、前記入力端子に入力されたＮ個の光信号のうち波長番号に対するＬの剰余が等しいｉ番目の光信号Ｍ個（１≦ｉ≦Ｎ、Ｎ＝Ｍ×Ｌ）が入力され、それをＭ本の出力方路に切り替えるＭ入力×Ｍ出力の光スイッチＬ個と、前記各光スイッチのｊ番目（１≦ｊ≦Ｍ）の出力ポートに接続され、周期Ｌの波長周回性を有するＬチャネルの波長合波器Ｍ個と、前記各波長合波器から光信号を出力する出力端子Ｍ個とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光回路において、１つの端子から入力されたＮ個の前記光信号λ１、λ２、…、λＮを含む波長多重光信号をＮ個の前記光信号λ１、λ２、…、λＮに分波する波長分波器を備え、Ｎ個の前記入力端子の前段に、前記波長分波器を接続したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、光回路であって、１つの端子から入力されたＮ個の前記光信号λ１、λ２、…、λＮを含む波長多重光信号をＮ個の前記光信号λ１、λ２、…、λＮに分波する波長分波器と、前記分波されたＮ個の光信号の各々をＰ本（２≦Ｐ≦Ｌ＋１）の出力方路に切り替える１入力×Ｐ出力の光スイッチＮ個と、前記各１入力×Ｐ出力の光スイッチのｋ番目（１≦ｋ≦Ｐ）の出力ポートを入力端子に接続された請求項１に記載の光回路Ｑ個（１≦Ｑ≦Ｐ−１）とを備えたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光回路において、Ｎ個の波長の異なる光信号を合波して１つの端子へ出力するＮチャネルの波長合波器をさらに備え、前記１入力×Ｐ出力の光スイッチの請求項１に記載の光回路と接続されていない出力ポートＮ本に、前記Ｎチャネルの波長合波器の入力端子Ｎ個を接続したことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、光回路であって、波長の異なるＮ個の光信号λ１、λ２、…、λＮであって、波長番号が隣接するものとの間に一定の波長間隔を有する前記光信号を出力するＮ個の出力端子と、前記出力端子のうち前記出力端子から出力される前記光信号の波長番号に対するＬの剰余が等しいｉ番目の前記出力端子Ｍ個（１≦ｉ≦Ｎ、Ｎ＝Ｍ×Ｌ）へ光信号の方路を切り替えて出力するＭ入力×Ｍ出力の光スイッチＬ個と、前記各光スイッチのｊ番目（１≦ｊ≦Ｍ）の入力ポートに接続された、周期Ｌの波長周回性を有するＬチャネルの波長分波器Ｍ個と、前記各波長分波器へ光信号を入力する入力端子Ｍ個とを備えたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光回路において、Ｎ個の前記光信号λ１、λ２、…、λＮを波長多重して１つの端子へ出力するＮチャネルの波長合波器を備え、Ｎ個の前記出力端子の後段に前記Ｎチャネルの波長合波器を接続したことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、光回路であって、Ｎ個の前記光信号λ１、λ２、…、λＮを波長多重して１つの端子へ出力するＮチャネルの波長合波器と、前記波長多重手段のＮ個の入力ポートへ光信号の方路を切り替えて出力するＰ入力×１出力の光スイッチＮ個と、前記各Ｐ入力×１出力の光スイッチのｋ番目（１≦ｋ≦Ｐ）の入力ポートに出力端子を接続された請求項５に記載の光回路Ｑ個（１≦Ｑ≦Ｐ−１）とを備えたことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の光回路において、１つの入力端子から入力されたＮ個の波長多重光信号を分波するＮチャネルの波長分波器をさらに備え、前記Ｐ入力×１出力の光スイッチの請求項５に記載の光回路と接続されていない入力ポートＮ本に前記Ｎチャネルの波長分波器の出力端子Ｎ個を接続したことを特徴とする。

本発明の請求項５〜８に係る光回路は、請求項１〜４に記載の光回路において、入力端子と出力端子を入れ替えた構成に相当する。

本発明によれば、Ｎ個の波長多重信号のうち任意のＭ個を選択して各ドロップポートへ出力する光回路、または、Ｍ本のアドポートに入力された任意の波長の光信号を波長多重して出力する光回路において、光スイッチや波長合分波器の回路規模を大幅に削減することができる。

本発明における光回路を実施するための方式としては、種々の形式の波長合分波器や光スイッチを用いることができる。なかでも、石英系光導波路をベースとするＡＷＧ型波長合分波器と熱光学スイッチは、光ファイバとの整合性が良く、挿入損失が低いことに加えて、原理的な偏波依存性が小さく、構成材料が物理的、化学的に安定で信頼性に優れていることから、実用性が最も高く、本発明の実施に適している。

以下、本発明の実施形態を、Ｎ＝４０波長、アド／ドロップポートされる波長数Ｍ＝８（したがって、Ｌ＝５）の場合を例として説明する。

図７は、本発明の第一の実施形態であり、本発明の請求項１における光回路を構成した例である。この光回路は、８×８マトリクス光スイッチ２０１を５個と、各８×８マトリクス光スイッチ２０１の出力の１つを入力される１００ＧＨｚ間隔５ｃｈの波長合波器２０２を８個用いて構成される。ここで、波長合波器のＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）は５００ＧＨｚである。

この光回路は、ＲＯＡＤＭシステムのノード構成においてドロップ側に使用されるものであり、図１の構成のドロップポートに接続して用いられる。４０個の入力端子には、波長間隔１００ＧＨｚの光信号（短波長側から順にλ１，λ２，．．．，λ４０とする）が入力され、そのうち５の剰余が等しい番号の光信号８個が１つの８×８マトリクス光スイッチ２０１に入力される。すなわち、λ１，λ６，λ１１，．．．，λ３６は１番目の光スイッチ２０１−１へ、λ２，λ７，λ１２，．．．，λ３７は２番目の光スイッチ２０１−２へ、λ３，λ８，λ１３，．．．，λ３８は３番目の光スイッチ２０１−３へ、λ４，λ９，λ１４，．．．，λ３９は４番目の光スイッチ２０１−４へ、λ５，λ１０，λ１５，．．．，λ４０は５番目の光スイッチ２０１−５へ入力される。

各８×８マトリクス光スイッチ２０１−１〜２０１−５は、入力された８個の光信号を、８本の出力端子のうち、どの端子に出力するかを設定する。本実施形態では、１番目の光スイッチ２０１−１の１番目、２番目、．．．、８番目の出力ポートは、それぞれ、１番目、２番目、．．．、８番目の波長合波器２０２−１〜２０２−８の１番目の入力ポートに接続される。また、２番目の光スイッチ２０１−２の１番目、２番目、．．．、８番目の出力ポートは、それぞれ、１番目、２番目、．．．、８番目の波長合波器２０２−１〜２０２−８の２番目の入力ポートに接続される。以下同様に、５番目の光スイッチ２０１−５の１番目、２番目、．．．、８番目の出力ポートは、それぞれ、１番目、２番目、．．．、８番目の波長合波器２０２−１〜２０２−８の５番目の入力ポートに接続される。

したがって、各波長合波器２０２−１〜２０２−８の側から見ると、１番目の入力ポートにはλ１，λ６，λ１１，．．．，λ３６の光信号のいずれかが、２番目の入力ポートにはλ２，λ７，λ１２，．．．，λ３７の光信号のいずれかが、３番目の入力ポートには、λ３，λ８，λ１３，．．．，λ３８のいずれかが、４番目の入力ポートには、λ４，λ９，λ１４，．．．，λ３９のいずれかが、５番目の入力ポートには、λ５，λ１０，λ１５，．．．，λ４０のいずれかが入力される。ここで、波長合波器２０２−１〜２０２−８のＦＳＲは５００ＧＨｚであり、その波長透過特性は５００ＧＨｚの周期で周回性を有するので、どの波長の場合でも波長合波器の出力端子から光信号が出力されることになる。

ここで、１つの８×８マトリクス光スイッチに、５の剰余が等しい番号の光信号を入力する理由を説明する。例えば仮に、波長番号の順に、λ１，λ２，λ３，．．．，λ８を１番目の光スイッチへ、λ９，λ１０，λ１１，．．．，λ１６を２番目の光スイッチへ、λ１７，λ１８，λ１９，．．．，λ２４を３番目の光スイッチへ、λ２５，λ２６，λ２７，．．．，λ３２を４番目の光スイッチへ、λ３３，λ３４，λ３５，．．．，λ４０を５番目の光スイッチへ、入力したとする。すると、任意の波長の光信号が出力端子から出力可能とするためには、波長合波器は、１００ＧＨｚ間隔８ｃｈを１つのグループとする波長群合波器でなければならない。このような波長群合波器は、ＦＳＲが５００ＧＨｚの周回性波長合波器に比べて、製造が困難である。そのため、製造がより容易な波長群合波器を使用可能にするために、５の剰余が等しい番号の光信号を入力する構成としている。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る光回路の構成例である。この光回路は１００ＧＨｚ間隔４０ｃｈの波長分波器２０３を１個と、８×８マトリクス光スイッチ２０１を５個と、１００ＧＨｚ間隔５ｃｈの波長合波器２０２を８個用いて構成される。ここで、５ｃｈの波長合波器２０２のＦＳＲは５００ＧＨｚであり、その波長透過特性は５００ＧＨｚの周期で周回性を有する。この光回路は、ＲＯＡＤＭシステムのノード構成においてドロップ側に使用されるものであり、スルーポートがない場合に用いられる。

波長分波器の入力端子から入力された１００ＧＨｚ間隔の波長多重光信号は、波長分波器２０３でλ１，λ２，．．．，λ４０に分波され、以下、図７に示した第１の実施形態と同様に、各８×８マトリクス光スイッチ２０１に５の剰余が等しい番号の光信号を入力し、設定された出力端子から出力されることになる。

図９は、本発明の第３の実施形態に係る光回路の構成例である。この光回路は４０ｃｈの波長分波器２０３を１個、１×２光スイッチ２０４を４０個、８×８マトリクス光スイッチ２０１を５個と１００ＧＨｚ間隔５ｃｈの波長合波器２０２を８個用いて構成される。ここで、５ｃｈの波長合波器２０１のＦＳＲは５００ＧＨｚであり、その波長透過特性は５００ＧＨｚの周期で周回性を有する。この光回路は、ＲＯＡＤＭシステムのノード構成においてドロップ側に使用されるものである。第２の実施形態とは、波長分波器２０３で分波された光信号が１×２光スイッチ２０４を介して８×８マトリクス光スイッチ２０１に入力される点で異なるが、その他は全て同じである。

図１０は、本発明の第４の実施形態に係る光回路の構成例である。この光回路は４０ｃｈの波長分波器２０３を１個、１×６光スイッチ２０５を４０個、８×８マトリクス光スイッチ２０１を５個、１００ＧＨｚ間隔５ｃｈの波長合波器２０２を８個用いて構成される。ここで、５ｃｈの波長合波器のＦＳＲは５００ＧＨｚであり、その波長透過特性は５００ＧＨｚの周期で周回性を有する。この光回路は、ＲＯＡＤＭシステムのノード構成においてドロップ側に使用されるものである。尚、図１０の１×６光スイッチ２０５は、出力端子の一部を省略して描いている。

図１０の構成では、８×８マトリクス光スイッチ２０１の前段に１×６光スイッチ２０５を備えることで、ドロップ端子を８個ずつ拡張し最大４０個まで増設することが可能である。ドロップ端子は、５個の８×８マトリクス光スイッチ２０１と８個の１００ＧＨｚ間隔５ｃｈの波長合波器２０２で構成される光回路を１単位として、８個１組で設置することができる。ドロップ端子を１６〜３２個にする場合には、１×６光スイッチ２０５を１×３〜１×５の光スイッチに置き換えてもよい。

図１１は、本発明の第５の実施形態に係る光回路の構成例である。この光回路は、４０ｃｈの波長分波器２０３を１個、４０ｃｈの波長合波器２０６を１個、１×６光スイッチ２０５を４０個、８×８マトリクス光スイッチ２０１を５個、１００ＧＨｚ間隔５ｃｈの波長合波器２０２を８個用いて構成される。ここで、波長合波器２０２のＦＳＲは５００ＧＨｚであり、その波長透過特性は５００ＧＨｚの周期で周回性を有する。この光回路は、ＲＯＡＤＭシステムのノード構成においてドロップ側に使用されるものであり、１×６光スイッチ２０５の後段に４０ｃｈの波長合波器２０６を備えることで、スルーポートを１本のみとした構成である。尚、図１１の１×６光スイッチ２０５も図１０と同様に、出力端子の一部を省略して描いている。

図１２は、本発明の第６の実施形態に係る光回路の構成例である。この光回路は、８×８マトリクス光スイッチ２０１を５個と１００ＧＨｚ間隔５ｃｈの波長分波器２０７を８個用いて構成される。ここで、波長分波器２０７のＦＳＲは５００ＧＨｚであり、その波長透過特性は５００ＧＨｚの周期で周回性を有する。この光回路は、ＲＯＡＤＭシステムのノード構成においてアド側に使用されるものであり、図２の構成のアドポートに接続して用いられる。

図１３は、本発明の第７の実施形態に係る光回路の構成例である。この光回路は、１００ＧＨｚ間隔４０ｃｈの波長合波器２０６を１個、８×８マトリクス光スイッチ２０１を５個、１００ＧＨｚ間隔５ｃｈの波長分波器２０７を８個用いて構成される。ここで、５ｃｈの波長分波器２０７のＦＳＲは５００ＧＨｚであり、その波長透過特性は５００ＧＨｚの周期で周回性を有する。この光回路は、ＲＯＡＤＭシステムのノード構成においてアド側に使用されるものであり、スルーポートがない場合に用いられる。

図１４は、本発明の第８の実施形態に係る光回路の構成例である。この光回路は、４０ｃｈの波長合波器２０６を１個、２×１光スイッチ２０８を４０個、８×８マトリクス光スイッチ２０１を５個、１００ＧＨｚ間隔５ｃｈの波長分波器２０７を８個用いて構成される。ここで、５ｃｈの波長分波器２０７のＦＳＲは５００ＧＨｚであり、その波長透過特性は５００ＧＨｚの周期で周回性を有する。この光回路は、ＲＯＡＤＭシステムのノード構成においてアド側に使用されるものである。

図１５は、本発明の第９の実施形態に係る光回路の構成例である。この光回路は、４０ｃｈの波長合波器２０６を１個、６×１光スイッチ２０９を４０個、８×８マトリクス光スイッチ２０１を５個、１００ＧＨｚ間隔５ｃｈの波長分波器２０７を８個で構成される。ここで、５ｃｈの波長分波器２０７のＦＳＲは５００ＧＨｚであり、その波長透過特性は５００ＧＨｚの周期で周回性を有する。この光回路は、ＲＯＡＤＭシステムのノード構成においてアド側に使用されるものである。尚、図１５の６×１光スイッチ２０９は、入力端子の一部を省略して描いている。

図１５の構成では、８×８マトリクス光スイッチ２０１の後段に６×１光スイッチ２０９を備えることで、アド端子を８個ずつ拡張し最大４０個まで増設することが可能である。アド端子は、５個の８×８マトリクス光スイッチ２０１と８個の１００ＧＨｚ間隔５ｃｈの波長分波器２０７で構成される光回路を１単位として、８個１組で設置することができる。アド端子を１６〜３２個にする場合には、６×１光スイッチ２０８を３×１〜５×１の光スイッチに置き換えてもよい。

図１６は、本発明の第１０の実施形態に係る光回路の構成例である。この光回路は、４０ｃｈの波長分波器２０３を１個、４０ｃｈの波長合波器２０６を１個、６×１光スイッチ２０９を４０個、８×８マトリクス光スイッチ２０１を５個、１００ＧＨｚ間隔５ｃｈの波長分波器２０７を８個用いて構成される。ここで、波長分波器２０７のＦＳＲは５００ＧＨｚであり、その波長透過特性は５００ＧＨｚの周期で周回性を有する。この光回路は、ＲＯＡＤＭシステムのノード構成においてアド側に使用されるものであり、６×１光スイッチ２０９の前段に４０ｃｈの波長分波器２０３を備えることで、スルーポートを１本のみとした構成である。尚、図１６の６×１光スイッチ２０９は、入力端子の一部を省略して描いている。

表１に、本発明の第３の実施形態に係る図９の構成と、従来技術による図３、図５の構成との比較を示す。

本発明による図９の構成と図３の構成とを比較すると、４０個のスルー／ドロップ選択用の１×２光スイッチ１０２、２０４を除いた光スイッチの規模は、図３の構成では４０×８マトリクス光スイッチ１０５であるのに対して、図９の構成では５個の８×８マトリクス光スイッチ２０１であり、単位光スイッチ素子の総数はいずれも３２０個で同じである。

しかし、導波路型光スイッチのチップサイズは、単位光スイッチ素子の個数よりも単位光スイッチ素子の段数によるところが大きい。４０×８マトリクス光スイッチ１０５では単位光スイッチ素子の段数が４１段であるのに対して、８×８マトリクス光スイッチ２０１では９段である。いっぽう、導波路型光スイッチでは複数の光スイッチをアレイ上に多連に集積化するのは比較的容易であり、図９の構成における５連８×８マトリクス光スイッチ２０１は、現状の製造技術で充分実現可能な規模である。

次に、本発明による図９の構成と従来の図５の構成とを比較すると、４０個のスルー／ドロップ選択用の１×２光スイッチ１０２、２０４を除いた光スイッチの規模は、図５の構成では１×８マトリクス光スイッチ１０７が４０個であるのに対して、図９の構成では８×８マトリクス光スイッチ２０１が５個であり、単位光スイッチ素子の総数はいずれも３２０個で同じである。

しかし、波長合波器のチャネル数は、図５の構成では４０ｃｈであるのに対して、図９の構成では５ｃｈに削減されている。ここで、ＡＷＧ型波長合分波器はチャネル数およびＦＳＲが小さいほど回路サイズを小さくできるため、図９の構成は波長合波器の回路サイズの点から有利である。さらに、光スイッチと波長合波器との間の接続数も、図５の構成では３２０本であるのに対して、図９の構成では４０本に削減されており、集積化に適している。

（実施例１）
本発明の第３の実施形態に基づく光回路を以下のように作製した。
まず、スルー／ドロップ選択用の１×２光スイッチ２０４、および８×８光スイッチ２０１は次のような導波路光スイッチにより作製した。厚さ１ｍｍのシリコン基板上に石英系ガラスによって形成されるクラッド層および埋め込み型コア部を有する単一モード光導波路を、ＳｉＣｌ₄やＧｅＣｌ₄などの原料ガスの火炎加水分解反応を利用した石英形ガラス膜の堆積技術と反応性イオンエッチング技術の組合せにより作製した。次に、薄膜ヒータおよび給電のための電極をクラッド層の表面上に真空蒸着およびパターン化により作製した。作製した光導波路のコア寸法は７μｍ×７μｍであり、クラッド層との比屈折率差は０．７５％とした。単位光スイッチ素子は、アーム導波路の実効光路長差が信号光波長の１／２のマッハ−ツェンダー干渉計回路である。信号光波長は１．５５μｍ帯であり、石英系ガラスの屈折率は１．４５であるので、実際のアーム光導波路長の差は０．５３４μｍとした。熱光学効果による位相シフタとしてクラッド層の表面上に厚さ０．３μｍ、幅２０μｍ、長さ２ｍｍの薄膜ヒータを形成した。さらに、薄膜ヒータに沿ってシリコン基板に達するまでクラッド層をエッチングし、断熱溝を形成した。

スルー／ドロップ選択用の１×２光スイッチ２０４は４０個を１チップ上に集積化して作製した。チップサイズは６０ｍｍ×３０ｍｍであった。８×８マトリクス光スイッチ２０１は５個を１チップ上に集積化して作製した。チップサイズは１１０ｍｍ×１００ｍｍであった。

ＡＷＧ型波長合分波器は、上記と同様の光導波路により作製した。波長分波器２０３は、波長配置が１９５．９ＴＨｚ（１５３０．３３ｎｍ）から１９２．０ＴＨｚ（１５６１．４２ｎｍ）までの１００ＧＨｚ４０ｃｈとした。１００ＧＨｚ間隔５ｃｈでＦＳＲ＝５００ＧＨｚの波長合波器２０２は８個を１チップ上に集積化して作製した。チップサイズは４０ｍｍ×４５ｍｍであった。

作製した光スイッチチップおよびＡＷＧ型波長合分波器チップの入力ポートおよび出力ポートに光ファイバを接続し、図９のように結線して光回路を構成した。

作製した光回路の光学特性を測定したところ、入力端子〜スルー端子間の挿入損失は７ｄＢ以下、入力端子〜ドロップ端子間の挿入損失は１２ｄＢ以下であった。また、光スイッチの消光比はいずれも４５ｄＢ以上であった。

（実施例２）
本発明の第４の実施形態に基づく光回路を、実施例１と同様に以下のように作製した。
１×６光スイッチ２０５は、スルー／ドロップ選択用の１×２光スイッチとは別のチップで１×５光スイッチを作製し、それらを光ファイバで接続することで構成した。１×５光スイッチは２０個を１チップ上に集積化して作製した。チップサイズは６０ｍｍ×１５ｍｍであった。１×５光スイッチは、実施例１の導波路光スイッチと同様に作製し、他の光スイッチチップおよびＡＷＧ型波長合分波器チップは実施例１と同じものを使用した。

作製した光回路の光学特性を測定したところ、入力端子〜スルー端子間の挿入損失は７ｄＢ以下、入力端子〜ドロップ端子間の挿入損失は１４ｄＢ以下であった。また、光スイッチの消光比はいずれも４５ｄＢ以上であった。

（実施例３）
本発明の第５の実施形態に基づく光回路を、実施例２と同様に作製した。
波長合波器２０６は、実施例２のＡＷＧ型波長合分波器と同様に作製し、他の光スイッチチップおよびＡＷＧ型波長合分波器チップは実施例２と同じものを使用した。

作製した光回路の光学特性を測定したところ、入力端子〜スルー端子間の挿入損失は１１ｄＢ以下、入力端子〜ドロップ端子間の挿入損失は１４ｄＢ以下であった。また、光スイッチの消光比はいずれも４５ｄＢ以上であった。

従来のＲＯＡＤＭノードのシステムのノードのドロップ側の構成を示す説明図である。 従来のＲＯＡＤＭノードのシステムのノードのアド側の構成を示す説明図である。 従来のＲＯＡＤＭノードのシステムのノードのドロップ側の別の構成を示す説明図である。 従来のＲＯＡＤＭノードのシステムのノードのアド側の別の構成を示す説明図である。 従来のＲＯＡＤＭノードのシステムのノードのドロップ側の別の構成を示す説明図である。 従来のＲＯＡＤＭノードのシステムのノードのアド側の別の構成を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態による光回路の構成を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態による光回路の構成を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態による光回路の構成を示す説明図である。 本発明の第４の実施形態による光回路の構成を示す説明図である。 本発明の第５の実施形態による光回路の構成を示す説明図である。 本発明の第６の実施形態による光回路の構成を示す説明図である。 本発明の第７の実施形態による光回路の構成を示す説明図である。 本発明の第８の実施形態による光回路の構成を示す説明図である。 本発明の第９の実施形態による光回路の構成を示す説明図である。 本発明の第１０の実施形態による光回路の構成を示す説明図である。

符号の説明

１０１、２０３、２０７ 波長分波器
１０２、２０４ １×２光スイッチ
１０３、２０８ ２×１光スイッチ
１０４、２０２、２０６ 波長合波器
１０５ Ｎ×Ｍマトリクス光スイッチ
１０６ Ｍ×Ｎマトリクス光スイッチ
１０７ １×（Ｍ＋１）スイッチ
１０８ （Ｍ＋１）×１スイッチ
２０１ Ｍ×Ｍマトリクス光スイッチ
２０５ １×Ｐ光スイッチ
２０９ Ｐ×１光スイッチ

Claims (8)

1. 波長の異なるＮ個の光信号λ１、λ２、…、λＮであって、波長番号が隣接するものとの間に一定の波長間隔を有する前記光信号が入力される入力端子Ｎ個と、
   前記入力端子に入力されたＮ個の光信号のうち波長番号に対するＬの剰余が等しいｉ番目の光信号Ｍ個（１≦ｉ≦Ｎ、Ｎ＝Ｍ×Ｌ）が入力され、それをＭ本の出力方路に切り替えるＭ入力×Ｍ出力の光スイッチＬ個と、
   前記各光スイッチのｊ番目（１≦ｊ≦Ｍ）の出力ポートに接続され、周期Ｌの波長周回性を有するＬチャネルの波長合波器Ｍ個と、
   前記各波長合波器から光信号を出力する出力端子Ｍ個と
   を備えたことを特徴とする光回路。
2. １つの端子から入力されたＮ個の前記光信号λ１、λ２、…、λＮを含む波長多重光信号をＮ個の前記光信号λ１、λ２、…、λＮに分波する波長分波器を備え、Ｎ個の前記入力端子の前段に、前記波長分波器を接続したことを特徴とする請求項１に記載の光回路。
3. １つの端子から入力されたＮ個の前記光信号λ１、λ２、…、λＮを含む波長多重光信号をＮ個の前記光信号λ１、λ２、…、λＮに分波する波長分波器と、
   前記分波されたＮ個の光信号の各々をＰ本（２≦Ｐ≦Ｌ＋１）の出力方路に切り替える１入力×Ｐ出力の光スイッチＮ個と、
   前記各１入力×Ｐ出力の光スイッチのｋ番目（１≦ｋ≦Ｐ）の出力ポートに入力端子が接続された請求項１に記載の光回路Ｑ個（１≦Ｑ≦Ｐ−１）と
   を備えたことを特徴とする光回路。
4. Ｎ個の波長の異なる光信号を合波して１つの端子へ出力するＮチャネルの波長合波器をさらに備え、前記１入力×Ｐ出力の光スイッチの請求項１に記載の光回路と接続されていない出力ポートＮ本に、前記Ｎチャネルの波長合波器の入力端子Ｎ個を接続したことを特徴とする請求項３に記載の光回路。
5. 波長の異なるＮ個の光信号λ１、λ２、…、λＮであって、波長番号が隣接するものとの間に一定の波長間隔を有する前記光信号を出力するＮ個の出力端子と、
   前記出力端子のうち前記出力端子から出力される前記光信号の波長番号に対するＬの剰余が等しいｉ番目の前記出力端子Ｍ個（１≦ｉ≦Ｎ、Ｎ＝Ｍ×Ｌ）へ光信号の方路を切り替えて出力するＭ入力×Ｍ出力の光スイッチＬ個と、
   前記各光スイッチのｊ番目（１≦ｊ≦Ｍ）の入力ポートに接続された、周期Ｌの波長周回性を有するＬチャネルの波長分波器Ｍ個と、
   前記各波長分波器へ光信号を入力する入力端子Ｍ個と
   を備えたことを特徴とする光回路。
6. Ｎ個の前記光信号λ１、λ２、…、λＮを波長多重して１つの端子へ出力するＮチャネルの波長合波器を備え、Ｎ個の前記出力端子の後段に前記Ｎチャネルの波長合波器を接続したことを特徴とする請求項５に記載の光回路。
7. Ｎ個の前記光信号λ１、λ２、…、λＮを波長多重して１つの端子へ出力するＮチャネルの波長合波器と、
   前記波長多重手段のＮ個の入力ポートへ光信号の方路を切り替えて出力するＰ入力×１出力の光スイッチＮ個と、
   前記各Ｐ入力×１出力の光スイッチのｋ番目（１≦ｋ≦Ｐ）の入力ポートに出力端子を接続された請求項５に記載の光回路Ｑ個（１≦Ｑ≦Ｐ−１）と
   を備えたことを特徴とする光回路。
8. １つの入力端子から入力されたＮ個の波長多重光信号を分波するＮチャネルの波長分波器をさらに備え、前記Ｐ入力×１出力の光スイッチの請求項５に記載の光回路と接続されていない入力ポートＮ本に前記Ｎチャネルの波長分波器の出力端子Ｎ個を接続したことを特徴とする請求項７に記載の光回路。

Images