JP2014041293A - 光処理回路および光処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、空間光学系を利用しながら複数の機能を集約した小型光処理回路を提供する。
【解決手段】本発明は、波長多重光信号が入出力される空間光学回路と、前記空間光学回路とビーム径が２次元である光信号をやりとりする、２以上の２次元光処理回路とを含んだ光処理回路であって、前記２次元光処理回路は、２以上の異なる機能の２次元光処理回路との組み合わせであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光処理回路および光処理方法に関し、より詳細には、複数機能を集積化した小型光処理回路に係る光処理回路および光処理方法に関する。

光ノードの高機能化に伴い、任意波長の任意ポートへのスイッチングが低損失で実現できる波長選択スイッチ(WSS: Wavelength Selective Switch)の研究開発が盛んに進められている。分光空間光学系と空間位相変調器であるLCOS (Liquid Crystal on Silicon)を組み合わせたWSSの例として非特許文献１がある。非特許文献１のFig.2に示されるように、波長多重信号は、LCOS面上で波長軸とスイッチング軸の２次元にビーム整形され波長毎に任意の出力ポートを選択できる構成となっている。非特許文献１の入出力部分はファイバアレイであるため、高位置精度のアライメントが必要となる。非特許文献２では入出力部分をPLC(Planar Lightwave Circuit)上に作成されたSBT(Spatial Beam Transformer)に変更し、空間光学系と組み合わせることにより、高精度なアライメント箇所を減らしたWSSが提案されている。LCOS以外のビームステアリングには色々な方法があるが、非特許文献３のFig.2-8には各種ビームステアリング方法におけるビームスポットサイズが比較図示されている。

また、空間光学とLCOSを組み合わせて、LCOSにより任意の分散量を波長毎に付与する多チャネルTODC(Tunable Optical Dispersion Compensator)が非特許文献４に記載されている。

上述のように空間光学系により、低損失な光機能デバイスを実現することが可能となるが、空間光学系を利用したデバイスで複数の機能を集積化したデバイスは報告されていない。

Glenn Baxter, Steven Frisken, Dmitri Abakoumov, Hao Zhou, Ian Clarke, Andrew Bartos and Simon Poole., "Highly programmable Wavelength Selective Switch based on Liquid Crystal on Silicon switching elements", paper OTuF2 OFC/NFOEC(2006). Kazunori Seno, Kenya Suzuki, Naoki Ooba, Toshio Watanabe, Masayuki Itoh, Tadashi Sakamoto and Tetsuo Takahashi, "Spatial beam transformer for wavelength selective switch consisting of silica-based planar lightwave circuit," paper JTh2A.5 OFC/NFOEC(2012) "A Performance Comparison of WSS Switch Engine Technologies" JDSU white paper (http://www.jdsu.com/ProductLiterature/wsscomp_wp_cms_ae.pdf) , 2009年5月 石井元速、大庭直樹、妹尾和則、田中拓也、渡辺俊夫、阪本匡、"石英系PLC-空間系融合技術を用いた多チャネル個別可変分散補償器"、信学技報、vol.110, no.6, pp.23-28, 2010年4月 市川順一、池田周穂、太田明、植木伸明、"（3）解像度リアル 2400dpi を実現したデジタルカラー複写機用露光装置",URL: http：//gijutsu.jbmia.or.jp/04kaisetsu-xerox2.pdf

PLCを利用したROADM(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing)スイッチなどは、単に光スイッチだけでなく、入出力パワーモニタ等の機能を容易に集積化することが可能である。安定なスイッチ動作が可能なPLCと比較して、空間光学系を利用したWSSは、パッシブデバイスではないので、入出力モニタ機能等が具備されていることがより望ましい。しかしながら、各入出力ポートのモニタ機能を具備したWSSは実現されていない。さらに、空間光学系は、レンズやミラーなどの個別光部品を内部に配置する必要があるため一つのデバイスが大きくなるという問題がある。更に、空間光学系を利用したデバイスを個別に複数組み合わせて、複数機能をまとめた場合には、装置全体の体積が、PLCのように集積化が容易なデバイスと比較して大きくなるという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、空間光学系を利用しながら複数の機能を集約した小型光処理回路を供することにある。

本発明は、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、波長多重光信号が入出力される空間光学回路と、前記空間光学回路とビーム径が２次元である光信号をやりとりする、２以上の２次元光処理回路とを含んだ光処理回路であって、前記２次元光処理回路は、２以上の異なる機能の２次元光処理回路との組み合わせであることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光処理回路であって、光位相制御回路は、前記空間光学回路の入出力側に付加され、前記波長多重光信号の位相制御による光の波面制御によってビーム径を変えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光処理回路であって、前記光位相制御回路の前段に、１以上の光機能回路が具備されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記光機能回路の設定を変更することにより、請求項３に記載の光処理回路における光信号入出力方向を切り替えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の光処理回路であって、前記光機能回路は、光スイッチ、タップもしくはVOAまたはこれらの組み合わせであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、光処理方法であって、空間光学回路と、２以上の異なる機能の２次元光処理回路との組み合わせである、２以上の２次元光処理回路とを集積した光処理回路における光処理方法であって、前記空間光学回路により、前記空間光学回路に入力された波長多重光信号からビーム径が２次元である光信号を生成し、前記２次元光処理回路に入力するステップと、前記２次元光処理回路と前記空間光学回路との間で、前記ビーム径が２次元である光信号をやりとりするステップと、前記やりとりされるビーム径が２次元である光信号を、前記２次元光処理回路により、光処理するステップとを含むことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、光処理方法であって、空間光学回路と、２以上の異なる機能の２次元光処理回路との組み合わせである、２以上の２次元光処理回路とを集積した光処理回路における光処理方法であって、前記空間光学回路により、前記２次元光処理回路から入力されたビーム径が２次元である光信号から波長多重光信号を生成し、出力するステップと、前記２次元光処理回路と前記空間光学回路との間で、前記ビーム径が２次元である光信号をやりとりするステップと、前記やりとりされるビーム径が２次元である光信号を、前記２次元光処理回路により、光処理するステップとを含むことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、空間光学系を共有しつつ、複数の異なる機能を集約するため、複数のデバイスの組み合わせよりも小型で、安価な光処理回路が実現可能となる。

本発明の第１の実施形態を示す図である。 本発明の第１の実施形態における、空間光学回路と複数の２次元光処理回路との組み合わせ例を示す図であり、（ａ）は、WSS機能部とTODC部との組み合わせ例を示す図であり、（ｂ）は、WSS機能部とスペクトルモニタ機能部との組み合わせ例を示す図であり、（ｃ）は、光学スキャン用レーザ機能部とスペクトルモニタ機能部との組み合わせ例を示す図であり、（ｄ）は、光源アレイとWSS機能部との組み合わせ例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における２次元光処理回路の組み合わせ例を示す図であり、（ａ）は、光源アレイとスペクトルモニタ機能部とWSS機能部との組み合わせ例を示す図であり、（ｂ）は、スペクトルモニタ機能部とTODC部とWSS機能部との組み合わせ例を示す図であり、（ｃ）は、WSS機能部と複数のスペクトルモニタ機能部との組み合わせ例を示す図である。 マルチディグリーROADMシステムとパス設定例を示す図である。 多波長光源の適用例を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示す図である。 本発明の第２の実施形態における光位相制御回路設置例を示す図である。 本発明の第３の実施形態を示す図である。 本発明の第３の実施形態の具体例を示す図である。 本発明の第４の実施形態における光機能回路の一例を示す図である。 本発明の第４の実施形態の具体例を示す図である。 本発明の第５の実施形態を示す図である。 本発明の第５の実施形態の具体例を示す図である。

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。

本発明の第１の実施形態を図１に示す。本発明は、一つの空間光学回路１０１と２以上の２次元光処理回路１０２からなる、光処理回路１００である。２次元光処理回路１０２は、２以上の異なる機能の２次元光処理回路の組み合わせであり、空間光学回路１０１とビーム径が２次元である光信号をやりとりすることを特徴とする。

次に２次元光処理回路の具体例を示し、空間光学系との組み合わせによって実現できる機能を示す。

２次元光処理回路として、 DLP（登録商標）（Digital Light Processing）や LCOS などのビームステアリングが可能なデバイスを空間光学回路と組み合わせることで、 WSS機能を実現できる。なお、 MEMS ミラーも、スイッチング軸方向にビーム径が長くてもよいので広義での２次元光処理回路とみなすことができる。

２次元光処理回路として、 LCOS などの分散付与することが可能なデバイスを空間光学回路と組み合わせることで、 TODC機能を実現できる。

２次元処理回路として、 CCDやCMOSセンサなどの２次元イメージセンサと空間光学回路を組み合わせることで、スペクトルモニタ機能を実現できる。

２次元処理回路として、 VCSELやLD アレイなどの発光デバイスと空間光学回路と組み合わせることで、光学スキャン用レーザ機能を実現できる。なお、光学スキャン用レーザは、非特許文献５に記載の内容を参照されたい。

上記内容をまとめた組み合わせ例を表1に示す。

図２、図３に機能の異なる２次元光処理回路を一つの空間光学系とまとめた場合の例を示し、効果について以下で述べる。

図２（ａ）は、ビームステアリング機能を有するデバイスによるWSS機能部２０２（DLP/LCOS/MEMSと仮定）と分散付与機能を有するTODC機能部２０３（LCOSと仮定）を組み合わせた例を示している。この組み合わせにより方路設定機能と分散補償機能を一つのデバイスにまとめることができるので、マルチディグリーROADM への適用があげられる。図４は、マルチディグリーROADM のシステム構成と異なる２種類の光パス（一点鎖線矢印、破線矢印）を示している。図４のノードAB間とノードDB間は、伝送距離・ファイバ種別が異なると伝送路での分散値が異なる。よって、ノードB においては、光パス毎に分散補償の量を可変とし、かつ、方路をWSSによって切り替える機能が望まれるので、図２（ａ）の機能を有するデバイスが適用可能となる。

図２（ｂ）は、 WSS 機能部２０２（DLP/LCOS/MEMSと仮定）とスペクトルモニタ機能部２０４（CCD/CMOSと仮定）を組み合わせた例である。これにより入出力モニタ機能を有するWSSとなるため、光ノードにおける信号特性評価・故障点評定がひとつのデバイスで実現できることになり、高機能・高信頼な装置が小型に実現されることになる。

図２（ｃ）は、光学スキャン用レーザ機能部である光源アレイ２０５（VCSEL/LD arrayと仮定）とスペクトルモニタ機能部２０４（CCD/CMOSと仮定）を組み合わせた例である。光源として特にVCSELを用いた場合には、LDと異なり出射端面と反対方向に光が出射されないので、出射光の一部をモニタすることによる故障検出が重要となる。

図２（ｄ）は、光源アレイ２０５（VCSEL/LD arrayと仮定）と WSS 機能部２０２（DLP/LCOS/MEMSと仮定）を組み合わせた例である。これにより、任意の波長を任意のポートに出力できる多波長光源部とすることが可能になる。図５に図２（ｄ）による多波長光源の応用例を示す。多波長光源部５００と変調器アレイ５０４とを組み合わせることにより、トランスミッターアレイを実現できることになる。これにより、任意の波長を任意のポートに出力できる。

図３（ａ）は、３種類以上の２次元光処理回路を組み合わせた例として、光源アレイ２０５（例として、VCSEL/LD array）とスペクトルモニタ機能部２０４（CCD/CMOSと仮定）とWSS機能部２０２（DLP/LCOS/MEMSと仮定）を組み合わせた例となっている。スペクトルモニタ機能部２０４により光源の故障が検出できて、 WSS機能部２０２で任意のポートに光信号を出力できることになる。

図３（ｂ）は、スペクトルモニタ機能部２０４（CCD/CMOSと仮定）とTODC機能部２０３（LCOSと仮定）と WSS機能部２０２（DLP/LCOS/MEMSと仮定）を組み合わせた例である。スペクトルモニタ機能部２０４により、入出力信号の正常性・特性を検出し、 TODC 機能部２０３で、伝送路条件に応じた分散を付与し、 WSS 機能部２０２により、任意の方路を選択できることになる。

図３（ｃ）は、 WSS機能部２０２（DLP/LCOS/MEMSと仮定）と複数のスペクトルモニタ機能部２０４（CCD/CMOSと仮定）を組み合わせた例である。 WSS機能部２０２は複数の入出力ポートを有するので、複数のモニタを集積化することですべてのポートの信号の正常性・特性を検出できることになる。

本発明の第２の実施形態を図６に示す。第１の実施形態の空間光学回路１０１（図６では、６０１）の入出力側に1以上の光位相制御回路６０３が付加された構成となっている。光位相制御回路６０３は、光の位相制御による光の波面制御によって、空間光学回路６０１との間の光信号のビーム径を変更する回路である。具体的なデバイスとして非特許文献２にあるように、 PLC上に作成されたSBTを用いると、通常の空間光学系ではファイバアレイやマイクロレンズアレイといった調心が複雑な光学系部分が、PLCにより精度よくかつ再現性よく実現できることになる。２次元光処理回路６０２の種別毎に光位相制御回路６０３を付加することでもよく、一つの光位相制御回路６０３で、複数の２次元処理回路６０２に対する入出力を実現することでも構わない。図７に一つの位相制御回路の場合の例を示す。図２（ｂ）に示すWSS機能部２０２（図７では、７０２）とスペクトルモニタ機能部２０４（図７では、７０３）の組み合わせの場合には、空間光学回路７０１部分で、WSS 出力の一部を tap するもしくは、反射する構成にすればよい。

本発明の第３の実施形態を図８に示す。第２の実施形態に光機能回路８０３を付加した構成となっている。光機能回路８０３は、tapや光SWをPLC上に作成すれば光位相制御回路８０４と集積化することが可能となる。図９に光機能回路として、tap＋光SW とした場合の例を示す。 WSS 機能部９０２とスペクトルモニタ機能部９０３（CCD/CMOSと仮定）の組み合わせた場合に光機能回路９０４（光SWと仮定）を付加した構成となっている。図９においては、WSS 機能部９０２は、1xN WSS を仮定している。図７に示した例では、空間光学回路７０１で信号の一部をtap／反射する例を示したが、図９においては、光機能回路９０４において、Nx1 SW９０６により出力ポートの一部を選択し、スペクトルをモニタできる構成となっている。

本発明の第４の実施形態の光処理回路における光機能回路の一例を図１０に示す。２次元光処理回路で複数機能を一つのデバイスに集約できる場合、その入出力の向きにより、複数機能の順番を変更できると、一つのデバイスの光機能回路１００１、１００２の設定変更のみで、色々な箇所への適用が可能となる。図１０は、WSS 機能部１００４とモニタ機能部１００３を集積化した場合に、光機能回路１００１、１００２の設定変更で、入力信号モニタにしたり、出力信号モニタにしたり変更可能にする例である。図１１に、図１０の例の具体的な回路構成を示す。図９と同様に、光機能回路としてtap＋光SW とした場合であって、WSS 機能部１１０２（1xN WSS と仮定）とスペクトルモニタ機能部１１０３（CCD/CMOSと仮定）の組み合わせた場合に光機能回路１１０４（光SWと仮定）を付加した構成となっている。光機能回路１１０４において、2(N+1)x1 SW１１０６により入出力ポートの一部を選択し、スペクトルをモニタできる構成となっている。

本発明の第５の実施形態を図１２に示す。図１２に示した光処理回路における光機能回路１２０３は、図８、図１０で示した光機能回路１００１、１００２の具体例以外に、VOA機能を含めた構成となっている。具体的な構成を図１３に示す。入力もしくは出力部分にVOA機能を集積した構成となっている。 WSS機能部１３０２の故障時または電源オフの時には、出力がでないように、 Normally offにするために、 VOA機能を集積化する。 PLC 上に作成されたVOA は、信頼性も高く、空間光学回路１３０１と２次元光処理回路のみでWSSを構成した場合よりも確実にNormally offにすることが可能となる。

以上説明したように、本発明は、入出力スペクトルモニタを含むWSSやTODC機能を集積化したWSSを簡便に実現するものであり、光通信システムの運用等に有用である。

１００，６００，７００，８００，９００，１１００，１２００ 光処理回路
１０１，２０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１，１１０１，１２０１ 空間光学回路
１０２，６０２，８０２，１２０２ ２次元光処理回路
２０２，２１２，５０３，７０２ WSS機能部
２０３ TODC機能部
２０４，７０３，９０３，１１０３ スペクトルモニタ機能部
２０５，５０２ 光源アレイ
５００ 多波長光源部
５０４ 変調器アレイ
６０３，７０４，８０４，９０５，１１０５，１２０４ 光位相制御回路
８０３，１２０３ 光機能回路
９０２，１１０２ 1xN WSS
９０４，１１０４ 光SW
９０６ Nx1 SW
１００１ 第１の光機能回路
１００２ 第２の光機能回路
１００３ モニタ機能部
１００４ WSS機能部
１１０６ 2(N+1)x1 SW

Claims (7)

1. 波長多重光信号が入出力される空間光学回路と、
   前記空間光学回路とビーム径が２次元である光信号をやりとりする、２以上の２次元光処理回路とを含んだ光処理回路であって、
   前記２次元光処理回路は、２以上の異なる機能の２次元光処理回路との組み合わせであることを特徴とする光処理回路。
2. 光位相制御回路は、前記空間光学回路の入出力側に付加され、前記波長多重光信号の位相制御による光の波面制御によってビーム径を変えることを特徴とする請求項１に記載の光処理回路。
3. 前記光位相制御回路の前段に、１以上の光機能回路が具備されていることを特徴とする請求項２に記載の光処理回路。
4. 前記光機能回路の設定を変更することにより、請求項３に記載の光処理回路における光信号入出力方向を切り替えることを特徴とする光処理回路。
5. 前記光機能回路は、光スイッチ、タップもしくはVOAまたはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項３に記載の光処理回路。
6. 空間光学回路と、
   ２以上の異なる機能の２次元光処理回路との組み合わせである、２以上の２次元光処理回路とを集積した光処理回路における光処理方法であって、
   前記空間光学回路により、前記空間光学回路に入力された波長多重光信号からビーム径が２次元である光信号を生成し、前記２次元光処理回路に入力するステップと、
   前記２次元光処理回路と前記空間光学回路との間で、前記ビーム径が２次元である光信号をやりとりするステップと、
   前記やりとりされるビーム径が２次元である光信号を、前記２次元光処理回路により、光処理するステップと
   を含むことを特徴とする光処理方法。
7. 空間光学回路と、
   ２以上の異なる機能の２次元光処理回路との組み合わせである、２以上の２次元光処理回路とを集積した光処理回路における光処理方法であって、
   前記空間光学回路により、前記２次元光処理回路から入力されたビーム径が２次元である光信号から波長多重光信号を生成し、出力するステップと、
   前記２次元光処理回路と前記空間光学回路との間で、前記ビーム径が２次元である光信号をやりとりするステップと、
   前記やりとりされるビーム径が２次元である光信号を、前記２次元光処理回路により、光処理するステップと
   を含むことを特徴とする光処理方法。