JP2010087580A - 光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】送信する波長可変光源の波長によって信号が受信される通信ノードを決定する光通信システムにおいて、システムの規模によって、波長合波器あるいは波長分波器に要求される透過特性の平坦性や急峻性が変化せず、システムの拡張性が制限されることの無い光通信システムを提供すること。
【解決手段】波長λ₁からλ_A×Bが所定の間隔Δλで定義されているときに、Ａ×Δλの基本周期を有するＮ×Ｎ光波長合分波器（ＮはＡ以下の整数）と、Ｂ×Δλの基本周期を有するＭ×１波長合波器（ＭはＢ以下の整数）を使用し、特にＡとＢが互いに素（最大公約数が１）である。波長可変光源を内蔵した送信器の出力を入力とする波長合波器の出力が、Ｎ×Ｎ光波長合分波器に入力されている。Ｎ×Ｎ光波長合分波器の出力が波長分波器に入力され、波長分波器の出力が受光素子で受光される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信システムに関し、より詳細には、光波長多重された複数の信号を用い、信号の波長に応じて当該信号の経路が定まる光通信システムに関する。

複数の光信号を異なる波長の光に乗せ、１本の光ファイバで伝送する波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムは、伝送路の容量を大幅に増大させることが可能であり、既に基幹系システムを中心に導入が進んでいる。

さらに近年、光信号の波長を伝送路容量の増大に利用するだけでなく、ネットワークの経路設定に用いる手法の検討も進んでおり、その一例として通信ノードに複数の波長可変光源を備え、アレイ導波路回折格子を利用することで、送信する波長可変光源の波長によって信号が受信される通信ノードを決定する光通信システムがある。

図７に、波長可変光源とアレイ導波路回折格子を利用した光通信システムの構成を示す。中心にＮ入力Ｎ出力（以下、Ｎ×Ｎと表記する）光波長合分波器７０１が設置され、複数の通信ノード７０２との間が、送受２心の光ファイバ７０３で接続される。通信ノード７０２の内部には、光信号の送信に関わる装置として、波長可変光源を内蔵した送信器７０４−１〜７０４−４と、その送信器７０４−１〜７０４−４の出力を入力とする波長合波器７０５を備える。この波長合波器７０５の出力は送受２心の光ファイバ７０３のうちの１本を介して、Ｎ×Ｎ波長合分波器７０１の入力ポートに接続される。同じく、通信ノード７０２の内部には、光信号の受信に関わる装置として、入力されたＷＤＭ信号を波長に応じて定まるポートから出力する波長分波器７０６と、この波長分波器７０６の出力を入力とする受光素子７０７−１〜７０７−４を備える。波長分波器７０６の入力は光ファイバ７０３のうちの残りの１本を介して、Ｎ×Ｎ光波長合分波器７０１の出力ポートに接続される。

Ｎ×Ｎ光波長合分波器７０１として、アレイ導波路回折格子を使用することが出来る。アレイ導波路回折格子は別に設計によって定まる基本周期（ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）を有しており、これをλ_FSRとする。この時に得られる入出力ポート間の特性は、「入力ポートＸから入力され、出力ポートＹから出力される信号の波長は、その波長がλ_(X+Y-1)＋Ｚ・λ_FSRである。（Ｘ、Ｙは１以上Ｎ以下の整数。Ｚは負の数を含む任意の整数。λは等波長間隔あるいは等周波数間隔など所定の間隔で定義された波長。）」と定義できる。以降では、特にλを等波長間隔Δλで定義し、λ_FSR＝Ｎ・Δλである場合を例に考える。すなわち、「入力ポートＸから入力され、出力ポートＹから出力される信号の波長は、その波長がλ_{(X+Y-1+N・Z)}である。」と表せる場合である。

通信ノード７０２において、送信器７０４−１はλ₁からλ_NまでのＮ波長の信号を出力可能な波長可変光源を内蔵し、送信器７０４−２はλ_N+1からλ_2NまでのＮ波長の信号を出力可能な波長可変光源を内蔵し、送信器７０４−３はλ_2N+1からλ_3NまでのＮ波長の信号を出力可能な波長可変光源を内蔵し、送信器７０４−４はλ_3N+1からλ_4NまでのＮ波長の信号を出力可能な波長可変光源を内蔵するものとする。これらの送信器７０４−１〜７０４−４の出力を入力とする波長合波器７０５は、第１入力ポートから入力されたλ₁からλ_Nまでの波長の信号と、第２入力ポートから入力されたλ_N+1からλ_2Nまでの波長の信号と、第３入力ポートから入力されたλ_2N+1からλ_3Nまでの波長の信号と、第４入力ポートから入力されたλ_3N+1からλ_4Nまでの波長の信号とを合波する機能を有するものとする。波長分波器７０６は、入力されたＷＤＭ信号の内、λ₁からλ_Nまでの波長の信号を第１出力ポートから出力し、λ_N+1からλ_2Nまでの波長の信号を第２出力ポートから出力し、λ_2N+1からλ_3Nまでの波長の信号を第３出力ポートから出力し、λ_3N+1からλ_4Nまでの波長の信号を第４出力ポートから出力する機能を有するものとする。

このとき、いずれかの通信ノード７０２において、送信器７０４−１が送信する信号の波長をλ₁からλ_NまでのＮ波長の信号から１つに定めると、その信号は通信ノード７０２が接続されているＮ×Ｎ光波長合分波器７０１の入力ポートに入力され、その入出力特性に従って定まる出力ポートに出力され、各出力ポートに接続されている通信ノード７０２において、波長分波器７０６の第１出力ポートから出力され、受光素子７０７−１で受光される。同様に、送信器７０４−２が送信する信号の波長をλ_N+1からλ_2NまでのＮ波長の信号から１つに定めると、その信号は信号波長によって定まる通信ノード７０２において、波長分波器７０６の第２出力ポートから出力され、受光素子７０７−２で受光される。送信器７０４−３が送信する信号の波長をλ_2N+1からλ_3NまでのＮ波長の信号から１つに定めると、その信号は信号波長によって定まる通信ノード７０２において、波長分波器７０６の第３出力ポートから出力され、受光素子７０７−３で受光される。送信器７０４−４が送信する信号の波長をλ_3N+1からλ_4NまでのＮ波長の信号から１つに定めると、その信号は信号波長によって定まる通信ノード７０２において、波長分波器７０６の第４出力ポートから出力され、受光素子７０７−４で受光される。

従って、各通信ノード７０２が有する複数の送信器７０４−１〜７０４−４は、全ての送信器７０４−１〜７０４−４で出力する信号の波長を選択することによって信号が受信されるノードを決定でき、あたかもＮ×Ｎ光波長合分波器７０１において、信号毎に経路を決定するスイッチ機能が備えられている場合と同様の通信機能を実現できる。

特許３０２０３７８号公報

しかしながら、本従来技術を用いて実現される光通信システムでは、通信ノードが備える波長合波器および波長分波器は、連続するＮ波長の信号を合波あるいは分波するために広帯域で平坦な透過特性を有する上、隣接する０番目あるいはＮ＋１番目の波長の信号は別のポートで使用することから、透過特性は０番目と１番目の波長の間、Ｎ番目とＮ＋１番目の波長の間で急峻に変化させる必要があった。しかしながら、Ｎが大きい値になると、平坦な特性と急峻な変化とを両立することが困難になるため、使用しない波長を設けることで、要求される変化の急峻性を緩和する必要があった。このため、光通信システムの拡張性を大きく損なわれるという課題があった。

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、通信ノードに複数の波長可変光源を備え、アレイ導波路回折格子を利用することで、送信する波長可変光源の波長によって信号が受信される通信ノードを決定する光通信システムにおいて、システムの規模によって、波長合波器あるいは波長分波器に要求される透過特性の平坦性や急峻性が変化せず、システムの拡張性が制限されることの無い光通信システム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に記載の発明は、複数の波長可変光源を内蔵する複数の通信ノードと、多入力多出力の光波長合分波器を備えた光通信システムであって、ＡとＢを整数とするとき、少なくとも、所定の間隔Δλで定義されている波長λ₁からλ_A×Bを使用し、基本周期がＡ×Δλである前記光波長合分波器は、任意の１つの入力ポートに信号が入力されると、任意の隣接する２つの出力ポートからそれぞれ出力される信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＡ×Δλの整数倍異なり、任意の隣接する２つの入力ポートにそれぞれ信号が入力されると、任意の１つの出力ポートから出力される２つの信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＡ×Δλの整数倍異なる透過特性を有し、前記各通信ノードは、複数の波長可変光源を内蔵した送信器と、前記送信器の出力が入力される基本周期がＢ×Δλである波長合波器であって、任意の隣接する２つの入力ポートにそれぞれ信号が入力されると、１つの出力ポートから出力される２つの信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＢ×Δλの整数倍異なる透過特性を有する波長合波器と、１つの入力ポートに信号が入力されると、任意の隣接する２つの出力ポートからそれぞれ出力される信号の波長はΔλ異なる透過特性を有する波長分波器とを有し、前記波長合波器の出力は、導波路を介して前記光波長合分波器に入力され、前記波長合分波器の出力は、導波路を介して前記波長分波器に入力されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光通信システムにおいて、前記整数ＡとＢは、最大公約数が１で互いに素であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光通信システムにおいて、前記波長分波器が、基本周期がＢ×Δλであって、任意の隣接する２つの入力ポートにそれぞれ信号が入力されると、１つの出力ポートから出力される２つの信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＢ×Δλの整数倍異なる透過特性を有することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記送信器内の１つ又は複数を、１つ又は複数の波長多重信号を送出可能な送信器に代えたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光通信システムにおいて、前記受光素子の１つ又は複数を、１つ又は複数の波長多重信号を受信可能な受光器に代えたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記光波長合分波器、前記波長合波器及び前記波長分波器のいずれか、又は全てがアレイ導波路回折格子であることを特徴とする。

本発明によれば、通信ノードに複数の波長可変光源を備え、アレイ導波路回折格子を利用することで、送信する波長可変光源の波長によって信号が受信される通信ノードを決定する光通信システムにおいて、システムの規模によって、波長合波器あるいは波長分波器に要求される透過特性の平坦性や急峻性が変化せず、システムの拡張性が制限されることの無い光通信システムが可能になる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１に係る光通信システムの構成を示し、図２、３に、その入出力ポート間の透過特性を示す。実施形態１は、波長λ₁からλ_A×Bが所定の間隔Δλで定義されているときに、Ａ×Δλの基本周期を有するＮ×Ｎ光波長合分波器（ＮはＡ以下の整数）と、Ｂ×Δλの基本周期を有するＭ×１波長合波器（ＭはＢ以下の整数）を使用し、特にＡとＢが互いに素（最大公約数が１）である場合の光通信システムであるが、図１に示す本実施形態は、Ａ＝５、Ｂ＝８、Ｎ＝５、Ｍ＝８の場合を例にとって示す。即ち、波長λ₁からλ₄₀が所定の間隔Δλで定義されるものとする。

以下に、実施形態１の原理を示す。
図１に示す光通信システムは、５×５光波長合分波器１０１、通信ノード１０２、送受２心の光ファイバ１０３、波長可変光源を内蔵した送信器１０４−１〜１０４−８、８×１波長合波器１０５、１×４０波長分波器１０６、受光素子１０７−１〜１０７−４０とを含む。尚、送信器１０４の数は、Ｍに相当し、波長分波器１０６の出力ポート数４０と受光素子１０７の数４０は、Ａ×Ｂ、即ち定義した波長数に相当する。

中心に５×５光波長合分波器１０１が設置され、複数（最大数Ｎ＝５）の通信ノード１０２との間が、それぞれ送受２心の光ファイバ１０３で接続される。通信ノード１０２の内部には、光信号の送信に関わる装置として、波長可変光源を内蔵した送信器１０４−１〜１０４−８と、この送信器１０４−１〜１０４−８の出力を入力とする波長合波器１０５を備える。この波長合波器１０５の出力は送受２心の光ファイバ１０３の内の１本を介して、５×５光波長合分波器１０１の入力ポートに接続される。同じく、通信ノード１０２の内部には、光信号の受信に関わる装置として、入力されたＷＤＭ信号を波長に応じて定まるポートから出力する波長分波器１０６と、この波長分波器１０６の出力を入力とする受光素子１０７−１〜１０７−４０を備える。波長分波器１０６の入力は送受２心の光ファイバ１０３の内の残りの１本を介して、５×５光波長合分波器１０１の出力ポートに接続される。

５×５光波長合分波器１０１として、具体的にはアレイ導波路回折格子を使用する。アレイ導波路回折格子を使用する場合には、占有容積を削除できる点と、多チャンネル化が容易である点で優れる。アレイ導波路回折格子は設計によって定まる基本周期（ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）を有している。本実施形態においては、基本周期が５×Δλである５×５光波長合分波器１０１を使用するものとする。図２に、５×５光波長合分波器１０１において、入出力ポート間を透過する信号の波長を示す。一般には「入力ポートＸから入力され、出力ポートＹから出力される信号の波長は、λ_(X+Y-1)と、λ_(X+Y-1)と基本周期である５×Δλ単位で異なる波長（Ｘ、Ｙは１以上５以下の整数）である」と定義できる。

通信ノード１０２において、８×１波長合波器１０５として、具体的には基本周期が８×Δλであるアレイ導波路回折格子を使用する。アレイ導波路回折格子は、占有容積が小さく、多チャンネル化が容易である点で優れる。

図３に、当該８×１波長合波器１０５において、入出力ポート間を透過する信号の波長を示す。一般には、「入力ポートＷから入力され、出力ポートから出力される信号の波長は、λ_Wと、λ_Wと基本周期である８×Δλ単位で異なる波長（Ｗは１以上８以下の整数）である」と定義できる。

８×１波長合波器１０５の入力ポート１に接続された波長可変光源を内蔵した送信器１０４−１は、定義されたλ₁からλ₄₀までの内、出力信号の波長をλ₁、λ₉、λ₁₇、λ₂₅、λ₃₃のいずれかに設定したときに、信号が８×１波長合波器１０５で波長多重化され、送受２心の光ファイバ１０３の一方を経由して、５×５光波長合分波器１０１の入力ポートに入力される。

λ₁、λ₉、λ₁₇、λ₂₅、λ₃₃の５波長の信号は、５×５光波長合分波器１０１に入力すると、全て異なる出力ポートから出力される。例えば、８×１波長合波器１０５の出力ポートが５×５光波長合分波器１０１の入力ポート１に接続されている場合、λ₁は出力ポート１から、λ₉は出力ポート４から、λ₁₇は出力ポート２から、λ₂₅は出力ポート５から、λ₃₃は出力ポート３からというように、全て異なる出力ポートから出力される。８×１波長合波器１０５の出力ポートが５×５光波長合分波器１０１の他の入力ポート２、３、４、５に接続された場合も、同様に全て異なる出力ポートから出力される。

８×１波長合波器１０５の入力ポート２から８に接続された波長可変光源を内蔵した送信器１０４−２から１０４−８においても、出力信号の波長をそれぞれに適当な５波長のいずれかに設定したときに、信号が８×１波長合波器１０５で波長多重化され、５×５光波長合分波器１０１の入力ポートに入力される。これら各送信器から出力される５波長の信号は、５×５光波長合分波器１０１に入力すると、全て異なる出力ポートから出力される。

以上により、各通信ノードが有する波長可変光源を内蔵する送信器は、全ての送信器において出力する信号の波長を選択することにより、５×５光波長合分波器１０１の出力ポートが決定できる、即ち信号が受信される通信ノードを決定できる。

５×５光波長合分波器１０１の各出力ポートから出力された信号は、光ファイバ１０３を経由して、通信ノード１０２内の１×４０波長分波器１０６にて、信号波長に応じて異なる出力ポートから出力され、受光素子１０７−１〜１０７−４０のいずれかで受光される。このような受信側の構成を採用すると、どのような波長に送信信号が設定されていても、波長可変光源を内蔵する送信器２つ以上から単一の受光素子に信号が届くことは無い。従って、各送信器間で受光素子の競合が発生しないように、送信信号の波長を制御・制限する必要がないという特徴を有する。尚、受光素子１０７−１〜１０７−４０は、必要に応じて数を削減しても構わない。

以上説明した通り、波長可変光源から送出する波長を制御することによって、信号が受信される通信ノードが決定される、あたかも光波長合分波器において信号毎に経路を決定するスイッチ機能が備えられている光信号システムを提供することができる。

特に、本実施形態で説明した構成では、アレイ導波路回折格子の合分波特性を使用しているため、システムの規模によって、波長合波器あるいは波長分波器に要求される透過特性の平坦性や急峻性が変化せず、システムの拡張性が制限されることはない。

この機能は、一般に、互いに素（最大公約数が１）なＡ、Ｂ２整数に対して、Ａ×Δλの基本周期を有するＡ×Ａ光波長合分波器とＢ×Δλの基本周期を有するＢ×１波長合波器を使用する場合には、Ａ×Ｂ種類の波長を使用することで、必ず成立するものである。

例えば、本実施形態では、Ａ＝５、Ｂ＝８、Ｎ＝５、Ｍ＝８で、波長λ₁からλ₄₀を使用する場合を例に示したが、他にも、Ａ＝６、Ｂ＝７、Ｎ＝６、Ｍ＝７で、波長λ₁からλ₄₂を使用する構成であっても、同様の機能を実現できる。

（実施形態２）
図４に、本発明の実施形態２に係る光通信システムの構成を示す。実施形態２は、実施形態１から、通信ノード内の１×４０波長分波器１０６を、８×１波長合波器１０５の入出力ポートを逆にした構成である、基本周期が８×Δλである１×８波長合波器４０６に変更し、受光素子の数を波長分波器４０６の出力ポート数の変更に対応して１０７−１〜１０７−８の８個に削減した構成である。

以下に実施形態２の原理を説明する。
各通信ノードが有する波長可変光源を内蔵する送信器１０４−１〜１０４−８、基本周期が８×Δλである１×８波長合波器１０５、基本周期が５×Δλである５×５光波長合分波器１０１の機能によって、全ての送信器において出力する信号の波長を選択することにより、５×５光波長合分波器１０１の出力ポートが決定できる、即ち信号が受信される通信ノードを決定できる点は、実施形態１と同様である。

５×５光波長合分波器１０１の各出力ポートから出力された信号は、光ファイバ１０３を経由して、通信ノード１０２内の基本周期が８×Δλである１×８波長分波器４０６にて、信号波長に応じて異なる出力ポートから出力され、受光素子１０７−１〜１０７−８のいずれかで受光される。１×８波長分波器４０６において、入出力ポート間を透過する信号の波長は、図３の８×１波長合波器１０５の特性の入出力ポートを反転させたものに従う。

このような受信側の構成を採用すると、波長可変光源を内蔵する送信器２つ以上から単一の受光素子に信号がそれぞれ届く可能性が生じる。例えば、５×５光波長合分波器１０１の第１出力ポートに接続された１×８波長分波器４０６には、λ₁、λ₉、λ₁₇、λ₂₅、λ₃₃の５波長の信号が届く可能性がある。

このうちλ₁の信号は５×５光波長合分波器の第１入力ポートから入力された通信ノードから入力された信号、即ちその通信ノードの８×１波長合波器１０５の第１入力ポートに接続された送信器１０４−１から送出された信号波長λ₁の信号である。λ₉の信号は５×５光波長合分波器の第４入力ポートから入力された通信ノードから入力された信号、即ちその通信ノードの８×１波長合波器１０５の第１入力ポートに接続された送信器１０４−１から送出された、信号波長λ₉の信号である。λ₁₇の信号は５×５光波長合分波器の第２入力ポートから入力された通信ノードから入力された信号、即ちその通信ノードの８×１波長合波器１０５の第１入力ポートに接続された送信器１０４−１から送出された、信号波長λ₁₇の信号である。λ₂₅の信号は５×５光波長合分波器の第５入力ポートから入力された通信ノードから入力された信号、即ちその通信ノードの８×１波長合波器１０５の第１入力ポートに接続された送信器１０４−１から送出された、信号波長λ₂₅の信号である。λ₃₃の信号は５×５光波長合分波器の第３入力ポートから入力された通信ノードから入力された信号、即ちその通信ノードの８×１波長合波器１０５の第１入力ポートに接続された送信器１０４−１から送出された、信号波長λ₃₃の信号である。従って、これら送信器間で同一の受光素子に同時に信号を送信しないように、送信信号の波長の制御・制限を行う必要がある。

一般的には、全ての通信ノード内の８×１波長合波器１０５の同一番号の入力ポートに接続された送信器が送出する信号が、５×５波長合分波器１０１の同一の出力ポートに出力される場合、それらの信号は同一の受光素子で受光される。従って、全ての通信ノード内の８×１波長合波器１０５の同一番号の入力ポートに接続された送信器は、同時に同一通信ノードに信号を送ることがないように、送信信号の波長を制御すればよい。

以上説明した通り、本実施形態においても、波長可変光源から送出する波長を制御することによって、信号が受信される通信ノードが決定される、あたかも光合分波器において信号毎に経路を決定するスイッチ機能が備えられている光通信システムを提供することができる。

特に、実施形態２の構成では、アレイ導波路回折格子の合分波特性を使用しているため、システムの規模によって、波長合波器あるいは波長分波器に要求される透過特性の平坦化や急峻性が変化せず、システムの拡張性が制限されることはない。

この機能は、一般に、互いに素（最大公約数が１）なＡ、Ｂ２整数に対して、Ａ×Δλの基本周期を有するＡ×Ａ光波長合分波器とＢ×Δλの基本周期を有するＢ×１波長合波器を使用する場合には、Ａ×Ｂ種類の波長を利用することで、必ず成立するものである。例えば、実施形態２では、Ａ＝５、Ｂ＝８、Ｎ＝５、Ｍ＝８で、波長λ₁からλ₄₀を使用する場合を例に示したが、他にも、Ａ＝６、Ｂ＝７、Ｎ＝６、Ｍ＝７で、波長λ₁からλ₄₂を使用する構成であっても同様の機能を実現できる。

（実施形態３）
実施形態３は、実施形態１、２から、光波長合分波器の基本周期は変更せずに、ポート数を減らした構成である。即ち、実施形態３は、波長λ₁からλ_A×Bが所定の間隔Δλで定義されているとき、Ａ×Δλの基本周期を有するＮ×Ｎ光波長合分波器（ＮはＡ以下の整数）と、Ｂ×Δλの基本周期を有するＭ×１波長合波器（ＭはＢ以下の整数）を使用し、特にＡとＢが互いに素（最大公約数が１）である場合の光通信システムである。ここでは、Ａ＝５、Ｂ＝８、Ｎ＝４、Ｍ＝８の場合を例にとって示す。

一般に、光波長合分波器として使用されるアレイ導波路回折格子では、基本周期内の波長を全て使用する（Ａ＝Ｎの場合に相当）場合、アレイ導波路回折格子が本質的に有する回折効率の低下によって、回路の端の入出力ポートを使用する経路では、損失が増大するなどの特性低下が生じる。本実施形態で示すように、光波長合分波器の入出力ポート数を減らすことにより、回路の両端の部分を使用しない構成にできるため、特性低下を解消できる。

図５に、入出力ポート数を４に減少させた４×４光波長合分波器において、入出力ポート間を透過する信号の波長を示す。一般化した表現は、実施形態１あるいは２における５×５光波長合分波器１０１の場合と変わらず、「入力ポートＸから入力され、出力ポートＹから出力される信号の波長は、λ_(X+Y-1)と、λ_(X+Y-1)と基本周期である５×Δλ単位で異なる波長（Ｘ、Ｙは１以上５以下の整数）である」と定義できる。

従って、実施形態３における構成は、実施形態１、２で通信ノード１０２の数が５であったところが、４に変わる以外は同一であり、各通信ノード１０２が有する波長可変光源を内蔵する送信器１０４−１〜１０４−８、基本周期が８×Δλである８×１波長合波器１０５、基本周期が５×Δλである４×４光波長合分波器の機能によって、全ての送信器１０４−１〜１０４−８において出力する信号の波長を選択することにより、４×４光波長合分波器の出力ポートが決定できる、すなわち信号が受信される通信ノード１０２を決定できる点は、実施形態１、２と同様である。

通信ノード１０２における、受信側の構成は、実施形態１と同様に、入力された信号を１×４０波長分波器１０６にて、信号波長に応じて異なる出力ポートから出力し、受光素子１０７−１〜１０７−４０のいずれかで受光する構成としても良い。この場合、どのような波長に送信信号が設定されていても、波長可変光源を内蔵する送信器２つ以上から単一の受光素子に信号が届くことは無いため、各送信器間で受光素子の競合が発生しないように、送信信号の波長を制御・制限する必要がない。

また、受信器側の構成を、実施形態２と同様に、入力された信号を基本周期が８×Δλである１×８波長分波器４０６にて、信号波長に応じて異なる出力ポートから出力し、受光素子１０７−１〜１０７−８の何れかで受光する構成としても良い。この場合、全ての通信ノード内の８×１波長合波器１０５の同一番号の入力ポートに接続された送信器が送出した信号が、４×４光波長合分波器の同一の出力ポートに出力される場合、それらの信号は同一の受光素子で受光される。従って、全ての通信ノードの８×１波長合波器１０５の同一番号の入力ポートに接続された送信器は、同時に同一通信ノードに信号を送ることがないように、送信信号の波長を制御すればよい。

以上説明した通り、本実施形態３においても、波長可変光源から送出する波長を制御することによって、信号が受信される通信ノードが決定される、あたかも光波長合分波器において信号毎に経路を決定するスイッチ機能が備えられている光通信システムを提供することができる。

特に、本実施形態３で説明した構成では、アレイ導波路回折格子の合分波特性を使用しているため、システムの規模によって波長合波器あるいは波長分波器に要求される透過特性の平坦性や急峻性が変化せず、システムの拡張性が制限されることはない。

この機能は、一般に、互いに素（最大公約数が１）であるＡ、Ｂ２整数に対して、Ａ×Δλの基本周期を有するＡ×Ａ光波長合分波器とＢ×Δλの基本周期を有するＢ×１波長合波器を使用する場合、Ａ×Ｂ種類の波長を使用することで、必ず成立するものである。

例えば、本実施形態３では、Ａ＝５、Ｂ＝８、Ｎ＝５、Ｍ＝８で、波長λ₁からλ₄₀を使用する場合を例に示したが、他にも、Ａ＝６、Ｂ＝７、Ｎ＝５、Ｍ＝７で、波長λ₁からλ₄₂を使用する構成であっても同様の機能を実現できる。

（実施形態４）
本発明は、実施形態１又は２から、波長合波器の基本周期は変更せずに、ポート数を減らす構成である。すなわち、本発明は、波長λ₁からλ_A×Bが所定の間隔Δλで定義されているとき、Ａ×Δλの基本周期を有するＮ×Ｎ光波長合分波器（ＮはＡ以下の整数）と、Ｂ×Δλの基本周期を有するＭ×１波長合波器（ＭはＢ以下の整数）を使用し、特にＡとＢが互いに素（最大公約数が１）である場合の光通信システムであるが、ここではＡ＝５、Ｂ＝８、Ｎ＝５、Ｍ＝７の場合を例にとって示す。

波長合波器として使用されるアレイ導波路回折格子においても、基本周期内の波長を全て使用する（Ｂ＝Ｍの場合に相当する）場合、アレイ導波路回折格子が本質的に有する回折効率の低下によって、回路の端の入出力ポートを使用する経路では、損失が増加するなどの特性低下が生じる。

本実施形態４で示すように、波長合波器の入出力ポート数を減らすことにより、回路の両端の部分を使用しない構成に出来るため、特性低下を解消できる。

図６に、入力ポート数を７に減少させた７×１波長合波器において、入出力ポート間を透過する信号の波長を示す。一般化した表現は、実施形態１又は２における８×１光波長合分波器１０５の場合と変わらず、「入力ポートＷから入力され、出力ポートから出力される信号の波長は、λ_Wと、λ_Wと基本周期である８×Δλ単位で異なる波長（Ｗは１以上８以下の整数）である」と定義できる。

従って、本実施形態４における構成は、実施形態１又は２で、通信ノード内の送信器１０４の数が８であったところが、本実施形態４では７に変わる以外は同一であり、各通信ノード１０２が有する波長可変光源を内蔵する送信器１０４−１〜１０４−７、基本周期が８×Δλである７×１波長合波器、基本周期が５×Δλである５×５光波長合分波器１０１の機能によって、全ての送信器１０４−１〜１０４−７において出力する信号の波長を選択することにより、５×５光波長合分波器の出力ポートが決定できる、即ち信号が受信される通信ノードを決定できる点は、実施形態１又は２と同様である。

通信ノード１０２における、受信側の構成は、実施形態１と同様に、入力された信号を１×４０波長分波器１０６にて、信号波長に応じて異なる出力ポートから出力し、受光素子１０７−１〜１０７−４０のいずれかで受光する構成としても良い。この場合、どのような波長に送信信号が設定されていても、波長可変光源を内蔵する送信器２つ以上から単一の受光素子に信号が届くことは無いため、各送信器間で受光素子の競合が発生しないように、送信信号の波長を制御・制限する必要がない。

また、受信器側の構成を、実施形態２と同様に、入力された信号を、波長合波器と入出力ポートを逆にした特性を有する基本周期が８×Δλである１×７波長分波器にて、信号波長に応じて異なる出力ポートから出力し、受光素子１０７−１〜１０７−７のいずれかで受光する構成としても良い。この場合、全ての通信ノード内の７×１波長合波器の同一番号の入力ポートに接続された送信器が送出した信号が、５×５光波長合分波器の同一の出力ポートに出力される場合、それらの信号は同一の受光素子で受光される。従って、全ての通信ノードの７×１波長合波器の同一番号の入力ポートに接続された送信器は、同時に同一通信ノードに信号を送ることがないように、送信信号の波長を制御すればよい。

以上説明した通り、本実施形態４においても、波長可変光源から送出する波長を制御することによって、信号が受信される通信ノードが決定される、あたかも光波長合分波器において信号毎に経路を決定するスイッチ機能が備えられている光通信システムを提供することができる。

特に、本実施形態４では、アレイ導波路回折格子の合分波特性を使用しているため、システムの規模によって、波長合波器あるいは波長分波器に要求される透過特性の平坦性や急峻性が変化せず、システムの拡張性が制限されることはない。

この機能は、一般に、互いに素（最大公約数が１）であるＡ、Ｂ２整数に対して、Ａ×Δλの基本周期を有するＡ×Ａ光波長合分波器とＢ×Δλの基本周期を有するＢ×１波長合波器を使用する場合、Ａ×Ｂ種類の波長を使用することで、必ず成立するものである。

例えば、本実施形態４では、Ａ＝５、Ｂ＝８、Ｎ＝５、Ｍ＝７で、波長λ₁からλ₄₀を使用する場合を例に示したが、他にも、Ａ＝６、Ｂ＝７、Ｎ＝６、Ｍ＝６で、波長λ₁からλ₄₂を使用する構成であっても同様の機能を実現できる。

（実施形態５）
本発明の実施形態５に係る光通信システムは、実施形態１又は２から、光波長合分波器と波長合波器の基本周期は変更せずに、ポート数を減らす構成である。すなわち、本発明は、波長λ₁からλ_A×Bが所定の間隔Δλで定義されているとき、Ａ×Δλの基本周期を有するＮ×Ｎ光波長合分波器（ＮはＡ以下の整数）と、Ｂ×Δλの基本周期を有するＭ×１波長合波器（ＭはＢ以下の整数）を使用し、特にＡとＢが互いに素（最大公約数が１）である場合の光通信システムであるが、ここではＡ＝５、Ｂ＝８、Ｎ＝４、Ｍ＝７の場合を例にとって示す。

実施形態３及び４で示したように、光波長合分波器及び波長合波器として使用されるアレイ導波路回折格子において、回折効率の低下によって生じる損失の増加を解消するため、入出力ポート数を減らし、回路の両端部分を使用しない構成である。

入出力ポート数を４に減少させた４×４光波長合分波器における、入出力ポート間を透過する信号の波長を一般化した表現は、実施形態３における場合と同一で、「入力ポートＸから入力され、出力ポートＹから出力される信号の波長は、λ_(X+Y-1)と、λ_(X+Y-1)と基本周期である５×Δλ単位で異なる波長（Ｘ、Ｙは１以上５以下の整数）である」と定義できる。

入力ポート数を７に減少させた７×１波長合分波器における、入出力ポート間を透過する信号の波長を一般化した表現は、実施形態４における場合と同一で、「入力ポートＷから入力され、出力ポートから出力される信号の波長は、λ_Wと、λ_Wと基本周期である８×Δλ単位で異なる波長（Ｗは１以上８以下の整数）である」と定義できる。

従って、本実施形態５における構成は、実施形態１又は２で、通信ノード１０２の数が５であったところが、本実施形態５では４に変わり、通信ノード内の送信器１０４の数が８であったところが、本実施形態５では７に変わる以外は同一であり、各通信ノードが有する波長可変光源を内蔵する送信器１０４−１〜１０４−７、基本周期が８×Δλである７×１波長合波器、基本周期が５×Δλである４×４光波長合分波器の機能によって、全ての送信器において出力する信号の波長を選択することにより、４×４光波長合分波器の出力ポートが決定できる、すなわち信号が受信される通信ノードを決定できる点は、前記実施形態１又は２に記載した通りである。

通信ノード１０２における、受信側の構成は、実施形態１と同様に、入力された信号を１×４０波長分波器１０６にて、信号波長に応じて異なる出力ポートから出力し、受光素子１０７−１〜１０７−４０のいずれかで受光する構成としても良い。この場合、どのような波長に送信信号が設定されていても、波長可変光源を内蔵する送信器２つ以上から単一の受光素子に信号が届くことは無いため、各送信器間で受光素子の競合が発生しないように、送信信号の波長を制御・制限する必要がない。

また、受信器側の構成を、実施形態２と同様に、入力された信号を、波長合波器と入出力ポートを逆にした特性を有する基本周期が８×Δλである１×７波長分波器にて、信号波長に応じて異なる出力ポートから出力し、受光素子１０７−１〜１０７−７のいずれかで受光する構成としても良い。この場合、全ての通信ノード綯いの７×１波長合波器の同一番号の入力ポートに接続された送信器が送出した信号が、４×４光波長合分波器の同一の出力ポートに出力される場合、それらの信号は同一の受光素子で受光される。従って、全ての通信ノードの７×１波長合波器の同一番号の入力ポートに接続された送信器は、同時に同一通信ノードに信号を送ることがないように、送信信号の波長を制御すればよい。

以上説明した通り、本実施形態５においても、波長可変光源から送出する波長を制御することによって、信号が受信される通信ノードが決定される、あたかも光波長合分波器において信号毎に経路を決定するスイッチ機能が備えられている光通信システムを提供することが出来る。

特に、ここで説明した構成では、アレイ導波路回折格子の合分波特性を使用しているため、システムの規模によって、波長合波器又は波長分波器に要求される透過特性の平坦性や急峻性が変化せず、システムの拡張性が制限されることは無い。

この機能は、一般に、互いに素（最大公約数が１）であるＡ、Ｂ２整数に対して、Ａ×Δλの基本周期を有するＡ×Ａ光波長合分波器とＢ×Δλの基本周期を有するＢ×１波長合波器を使用する場合、Ａ×Ｂ種類の波長を使用することで、必ず成立するものである。例えば、ここでは、Ａ＝５、Ｂ＝８、Ｎ＝４、Ｍ＝７で、波長λ₁からλ₄₀を使用する場合を例に示したが、他にも、Ａ＝６、Ｂ＝７、Ｎ＝５、Ｍ＝６で、波長λ₁からλ₄₂を使用する構成であっても同様の機能を実現できる。

（実施形態６）
本実施形態６は、実施形態１〜５までのいずれかにおいて、波長可変光源を内蔵する送信器を１つ又は複数用いる代わりに、波長多重信号を送出する送信器を使用する構成である。

例えば、出力信号の波長をλ₁、λ₉、λ₁₇、λ₂₅、λ₃₃のいずれかとする、波長合波器の第１入力ポートに接続された送信器１０４−１の代わりに、λ₁、λ₉、λ₁₇、λ₂₅、λ₃₃の全て、あるいは２つ以上の波長の信号が多重化された波長多重信号を送出する送信器を適用する構成である。

波長多重信号を送出する送信器の数や配置に制限は無いが、例として、全ての通信ノード１０２内の波長合波器の第１入力ポートに接続された送信器１０４−１の代わりに、λ₁、λ₉、λ₁₇、λ₂₅、λ₃₃の全てが多重化された波長多重信号を送出する送信器を適用することが出来る。この場合、送信信号の波長を制御することで、信号が受信される通信ノードを決定する機能は失われるが、その代わりに、常時全ての通信ノードに信号を送ることができ、送出するデータの量を増やすことができる。

ここで、通信ノード１０２における、受信側の構成は、実施形態１と同様に、入力された信号を１×４０波長分波器１０６にて、信号波長に応じて異なる出力ポートから出力し、受光素子１０７−１〜１０７−４０のいずれかで受光する構成であれば、そのままで良い。この場合、波長可変光源を内蔵する送信器と波長多重信号を送出する送信器のうち２つ以上から信号が単一の受光素子に信号が届くことは無いためである。

また、受信器側の構成を、実施形態２と同様に、波長合波器と入出力ポートを逆にした特性を有する基本周期が８×Δλである波長分波器にて分波する場合、波長分波器の第１の出力ポートから出力される信号がλ₁、λ₉、λ₁₇、λ₂₅、λ₃₃が多重化された波長分割多重信号になるため、受光素子１０７−１の代わりに、この波長分割多重信号を受信可能な受信器を適用する必要がある。

以上説明した通り、本実施形態６においては、一部に波長分割多重信号を送出する送信器を適用することで伝送容量を拡大すると共に、残りの波長可変光源を搭載した送信器において、波長可変光源から送出する波長を制御することによって、信号が受信される通信ノードが決定される、あたかも光波長合分波器において信号毎に経路を決定するスイッチ機能が備えられている光通信システムを提供することが出来る。

特に、ここで説明した構成では、アレイ導波路回折格子の合分波特性を使用しているため、システムの規模によって、波長合波器あるいは波長分波器に要求される透過特性の平坦性や急峻性が変化せず、システムの拡張性が制限されることはない。

以上、本発明について具体的に説明してきたが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施例は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、上記の光波長合分波器の基本周期とポート数と透過特性、波長合波器の基本周期とポート数と透過特性、波長可変光源を搭載した送信器、受光素子、波長分割多重信号を送出する送信器、波長分割多重信号を受信する受信器は、本発明の趣旨から逸脱することなく、その数、構成、詳細を変更することができる。また、説明のための構成要素は、本発明の趣旨を逸脱することなく変更、補足、又はその順序を変えても良い。

本発明の実施形態１に係る光通信システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る光通信システムにおける光波長合分波器の波長入出力特性を説明する図である。 本発明の実施形態１に係る光通信システムにおける波長合波器の波長入出力特性を説明する図である。 本発明の実施形態２に係る光通信システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る光通信システムにおける光波長合分波器の波長入出力特性を説明する図である。 本発明の実施形態１に係る光通信システムにおける波長合波器の波長入出力特性を説明する図である。 従来の光通信システムの構成を示す図である。

符号の説明

１０１、７０１ ５×５光波長合分波器
１０２、７０２ 通信ノード
１０３、７０３ 光ファイバ
１０４−１〜１０４−８、７０４−１〜７０４−４ 波長可変光源を内蔵した送信器
１０５ ８×１波長合波器
１０６ １×４０波長分波器
１０７−１〜１０７−４０、７０７−１〜７０７−４ 受光素子
４０６ １×８波長分波器
７０５ ４×１波長合波器
７０６ １×４波長分波器

Claims (6)

1. 複数の波長可変光源を内蔵する複数の通信ノードと、多入力多出力の光波長合分波器を備えた光通信システムであって、
   ＡとＢを整数とするとき、少なくとも、所定の間隔Δλで定義されている波長λ₁からλ_A×Bを使用し、
   基本周期がＡ×Δλである前記光波長合分波器は、
   任意の１つの入力ポートに信号が入力されると、任意の隣接する２つの出力ポートからそれぞれ出力される信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＡ×Δλの整数倍異なり、
   任意の隣接する２つの入力ポートにそれぞれ信号が入力されると、任意の１つの出力ポートから出力される２つの信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＡ×Δλの整数倍異なる透過特性を有し、
   前記各通信ノードは、
   複数の波長可変光源を内蔵した送信器と、
   前記送信器の出力が入力される基本周期がＢ×Δλである波長合波器であって、任意の隣接する２つの入力ポートにそれぞれ信号が入力されると、１つの出力ポートから出力される２つの信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＢ×Δλの整数倍異なる透過特性を有する波長合波器と、
   １つの入力ポートに信号が入力されると、任意の隣接する２つの出力ポートからそれぞれ出力される信号の波長はΔλ異なる透過特性を有する波長分波器とを有し、
   前記波長合波器の出力は、導波路を介して前記光波長合分波器に入力され、前記波長合分波器の出力は、導波路を介して前記波長分波器に入力されることを特徴とする光通信システム。
2. 前記整数ＡとＢは、最大公約数が１で互いに素であることを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
3. 前記波長分波器は、基本周期がＢ×Δλであって、任意の隣接する２つの入力ポートにそれぞれ信号が入力されると、１つの出力ポートから出力される２つの信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＢ×Δλの整数倍異なる透過特性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信システム。
4. 前記送信器内の１つ又は複数を、１つ又は複数の波長多重信号を送出可能な送信器に代えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光通信システム。
5. 前記受光素子の１つ又は複数を、１つ又は複数の波長多重信号を受信可能な受光器に代えたことを特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
6. 前記光波長合分波器、前記波長合波器及び前記波長分波器のいずれか、又は全てがアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光通信システム。

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