JP2016225923A - 光送受信システム - Google Patents

Abstract

【課題】高入力化においても光送受信が可能な光送受信システムを提供すること。
【解決手段】光送受信システム１００は、発振波長の異なるＮ組の光をそれぞれ出射するＮ組の光源を有し、Ｎ組の光を１組のＮチャネル波長多重光に合波して出射する多波長光源と、Ｎチャネル波長多重光が分波されたＮ組の光をそれぞれ受光するＮ組の受光素子を有する多波長受光素子と、Ｎ組の受光素子のうちのいずれかの受光素子における光の信号強度を示す信号をフィードバックし、当該信号強度が予め設定された値より大きい場合に、当該受光素子に光を出射する光源の発振波長が、波長合波素子または波長分波素子において予め設定された透過帯域外となるように、当該光源の発振波長を制御する制御ループとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、光送受信システムに関し、さらに詳細には、主として光ファイバ通信に適用される光モジュールを用いた光送受信システムに関する。さらに本発明は、例えば波長多重通信を用いた光通信（テレコム）および情報伝送（データコム）を行うための光送受信システムおよびその光回路に関する。

近年の光ファイバ通信技術の著しい発展、とりわけデータセンタ間通信に代表されるデータコム市場において光リンクのスループットが飛躍的に増大している。現在、１００ギガビットイーサネット（１００ＧｂＥ）における伝送距離１０ｋｍの規格（１００ＧＢＡＳＥ−ＬＲ４）では、シングルモードファイバによる波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）伝送を用いた構成が仕様化されている（１波あたり２５Ｇｂ／ｓのビットレート）。今後、伝送容量を拡大する次世代構成として４００ギガビットイーサネット（４００ＧｂＥ）規格が注目されており、現在はその物理構成についての提案が活発に行われている。

１００ＧｂＥの１０ｋｍ伝送仕様における４波ＷＤＭ伝送は、ＬＡＮ−ＷＤＭと呼ばれる周波数配置が適用されている。すなわち、周波数間隔ΔＦが８００ＧＨｚの４波配置であり、各波長（レーン）における使用帯域（パスバンド）Ｂは３６０ＧＨｚとなっている。また各レーンの中心波長は、レーン０が１２９５．５６ｎｍ、レーン１が１３００．０５ｎｍ、レーン２が１３０４．５８ｎｍ、レーン３が１３０９．１４ｎｍにそれぞれ指定されている。使用するファイバ芯数は送信用と受信用にそれぞれ一芯を有するので、計二芯となる。

１００ＧｂＥでは2値のパルスによる変調方式、すなわちＮＲＺ符号による強度変調が用いられている。一方、４００ＧｂＥでは、多値変調方式の適用が想定されている。変調方式の候補として、パルス振幅変調（ＰＡＭ）や離散マルチトーン（ＤＭＴ）方式が注目されている。ＰＡＭはシンボルレート当たりの伝送ビット数を簡便な電気回路で増大させることができる。ＤＭＴは、送信する電気信号を周波数の異なる多数のサブキャリアに分割して直角位相振幅変調（ＱＡＭ）等の変調方式を割り当てるため、電気回路は複雑になるものの、伝送路に最適な変調信号を生成できるという利点がある。しかしながら、いずれの多値変調方式においても、ＮＲＺに比べて振幅方向の高い線形性がデバイス性能に求められる。

図１１は、非特許文献１に開示されている１００ＧｂＥ用光モジュール（光サブアセンブリ）にＰＡＭ変調を適用した２００Ｇｂ／ｓ伝送における光送受信システムの構成を示している。この光送受信システムは、下り光信号を送信する送信光サブアセンブリである多波長光源１１０と、光ファイバ伝送路１１３と、下り光信号を受信する受信光サブアセンブリである多波長受光素子１５０とを備える。多波長光源１１０の各々は、ディジタル電気信号を生成するＮ組の信号源１１１−１〜１１１−Ｎと、発振波長の異なるＮ組の光源１１２−１〜１１２−Ｎと、前記Ｎ組の光源からの光を１組のＮチャネル波長多重光に合波する波長合波素子１１４とを備える。

多波長受光素子１５０の各々は、前記１組のＮチャネル波長多重光をＮ組の光に分波する波長分波素子１５４と、前記分波されたＮ組の光をそれぞれ受光するＮ組の受光素子１５２−１〜１５２−Ｎと、前記光電変換された信号をそれぞれ受信するＮ組の増幅器１５３−１〜１５３−Ｎと、受信回路１５５−１〜１５５−Ｎとを有する。

ここで光源１１２として、１．３μｍ帯の半導体レーザが用いられる。Ｎチャネルの波長はそれぞれ異なる。各光源には、高速変調動作が可能な電界吸収型の変調部が集積されている。また増幅器１５３として、リミティング（ＬＩＭ）型のトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）が用いられる。受信回路１５５は、ディジタルフィルタによる波形整形機能を有する。

Ｎ組の光源における波長にラベルが付与される。このとき、第１組の光源の波長をλ₁とし、第２組の光源の波長をλ₂とする。同様に、第Ｎ組の波長をλ_Nとする。

以下、図１１の光送受信システムの動作の概略について説明する。Ｎ組の信号源（１１１−１〜１１１−Ｎ）から出力されるそれぞれＮチャネルのデータ信号は、光源（１１２−１〜１１２−Ｎ）に入力される。光源から出力されるそれぞれＮチャネルの光信号は、それぞれ波長合波素子１１４の入力ポートに入力される。その出力はＮチャネルの波長多重信号となって光ファイバ伝送路１１３内を伝搬する。

図１１中に示されている波形は、光ファイバ伝送路１１３内における単一チャネルの光信号を表している。データ信号はＰＡＭ方式であるため、振幅方向に多値化された波形が得られることがわかる。光ファイバ伝送路１１３内の伝搬後、さらに、波長分波素子１５４によりＮチャネルに分波され、それぞれのデータ信号が受光素子（１５２−１〜１５２−Ｎ）において受光される。このとき、データ信号は、増幅器１５３および受信回路１５５を介して受信される。

１００ＧＢＡＳＥ−ＬＲ４規格においては、信号源１１１のビットレートは２５Ｇｂ／ｓ、変調方式はＮＲＺである。図１１の従来の光送受信システムでは、５０Ｇｂ／ｓ（誤り訂正符号を含めて２８Ｇｂａｕｄ）のビットレート、および４レベルＰＡＭ信号（ＰＡＭ４）の変調方式が適用される。この規格では、チャネル数Ｎは、Ｎ＝４となるため、総計２００Ｇｂ／ｓの光送受信システムを構成することが可能である。

図１２は、従来の光送受信システムにおける波長配置を示している。Ｎチャネルの波長は、λ₁からλ_NのＮ波で構成される。ここで、波長合波素子（もしくは波長分波素子）の隣接するチャネルの周波数間隔（例えばλ₁とλ₂の間隔）をΔｆとし、各チャネルにおける１ｄＢ損失透過帯域（パスバンド）をＢとする。

図１１に示した光送受信システムにおいて、例えば、１００ＧｂＥを拡張した２００Ｇｂ／ｓ伝送を想定したとき、その構成の主要パラメータは以下の数値をとる。

Ｎ＝４
Δｆ＝８００ＧＨｚ
Ｂ＝３６０ＧＨｚ以上

この場合、光送受信システムでは、４波ＷＤＭを有し、かつチャネル周波数間隔が８００ＧＨｚとなる。なお、パスバンドＢについて、この従来例で用いられている波長分波素子のＢは５００ＧＨｚ以上である。波長分波素子に用いられているアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）は、光源の波長や波長合波素子、波長分波素子の中心波長が多少変動してもシステムに損失を与えないように設計されている。

図１３は、図１１に示した光送受信システムにおける信号誤り率特性（ＢＥＲ）を示している。図１３において、横軸は平均受光電力（Average received power）を、縦軸はＢＥＲを、それぞれ示す。図１３では、受信回路におけるディジタルフィルタ段数（Ｔａｐ数）をパラメータとして、そのパラメータの値を変えたときのＢＥＲが示されている。

土居芳行他、「イーサネット光サブアセンブリを用いた200Gb/s送受信構成（4波28Gbaud-PAM4）の検討」、電子情報通信学会、2015年総合大会、B-10-58 Y. Doi他"Bidirectional 400-Gb/s transmission by 100GbE Optical Sub-Assemblies and a Cyclic Arrayed Waveguide Grating," OFC2015, Th1G.5 ，2015

前述の光送受信システムでは、１００ＧｂＥ用光サブアセンブリにＰＡＭ等の適用多値変調を用いた場合、デバイスには線形性が求められる。取分け受信回路のＴＩＡは１００ＧｂＥ用ＬＩＭ動作を行うため、高光入力化においては受信されたＰＡＭ信号が著しく劣化するという課題があった。図１３における誤り率特性にも示されるように、−１０ｄＢｍ以上の平均受光パワーにおいて誤り率が急激に劣化することが分かる。誤り率訂正（ＦＥＣ）として採用されるＢＣＨ方式や１００ＧＢＡＳＥ−ＫＰ４規格においては、それぞれＢＥＲを１×１０^-3および２×１０^-4未満に抑圧する必要がある。本構成においては、光線路上に光減衰機能を持たないため、高入力化ではこれらの値を満たすことができず、光送受信システムへの適用が困難であった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、高入力化においても光送受信が可能な光送受信システムを提供することである。

上記のような目的を達成するために、本発明は、光送受信システムであって、発振波長の異なるＮ組の光をそれぞれ出射するＮ組の光源を有し、前記Ｎ組の光を１組のＮチャネル波長多重光に合波して出射する光源装置と、前記Ｎチャネル波長多重光が分波されたＮ組の光をそれぞれ受光するＮ組の受光素子を有する受光装置と、前記Ｎ組の受光素子のうちのいずれかの受光素子における前記光の信号強度を示す信号を前記光源側にフィードバックし、当該信号強度が予め設定された値より大きい場合に、当該受光素子に光を出射する前記光源の前記発振波長が、前記波長合波素子または前記波長分波素子において予め設定された透過帯域外となるように、当該光源の発振波長を制御する制御ループとを含む。

ここで、前記光源装置から出射される光信号は、多値変調信号としてもよい。

前記受光装置は、前記受光素子からの出力を増幅するリミティング（ＬＩＭ）型のトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）を含むようにしてもよい。

前記制御ループは、各光源への個別または一括の温度調整により前記各光源の発振波長を制御する温度制御部を有するようにしてもよい。

前記光源装置は、前記Ｎ組の光を１組のＮチャネル波長多重光に合波する周期性アレイ導波路回折格子を有し、前記受光装置は、前記Ｎチャネル波長多重光をＮ組の光に分波する周期性アレイ導波路回折格子を有するようにしてもよい。

前記光源装置および前記受光装置の各々は、光を合波または分波する合分波部を有し、前記制御ループにおける前記信号強度の信号は、前記合分波部を介してフィードバックされるようにしてもよい。

前記合分波部は、周期性アレイ導波路回折格子であり、前記周期性アレイ導波路回折格子は、前記フィードバックのためのポートを有するようにしてもよい。

本発明によると、高入力化においても光送受信ができる。

本発明の第１実施形態にかかる光送受信システムの一例を示す構成図である。 第１実施形態にかかる光送受信システムの波長配置例を示す図である。 第１実施形態にかかる光送受信システムにおいて、光源温度に対する発振周波数シフト量、および波長合波器と分波器とによって与えられる減衰量を説明するための図である。 第１実施形態にかかる光送受信システムにおいて、誤り率特性の光源の温度変化依存性を説明するための図である。 第１実施形態にかかる光送受信システムにおいて、誤り率特性の波長合波器と分波器とによって与えられる減衰量に対する依存性を説明するための図である。 本発明の第２実施形態にかかる光送受信システムの一例を示す構成図である。 第２実施形態にかかる光送受信システムの波長配置を示す図である。 第３実施形態にかかる光送受信システムの一例を示す構成図である。 第３実施形態にかかる光送受信システムの波長配置例を示す図である。 第３実施形態にかかる光送受信システムにおいて、第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子の一例を示す構成図である。 従来の光送受信システムにおける構成を示す図である。 従来の光送受信システムにおける波長配置を示す図である。 従来の光送受信システムにおける誤り率特性を示す図である。

以下、本発明の第１〜第３実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
先ず、図１〜図５を参照して、第１実施形態にかかる光送受信システム１００について説明する。図１は、光送受信システム１００の構成例を示す図である。この光送受信システム１００では、１００ＧｂＥ用光サブアセンブリにＰＡＭ変調を適用した２００Ｇｂ／ｓ伝送の場合について説明する。

光送受信システム１００は、下り光信号を送信する送信光サブアセンブリである多波長光源（光源装置）１１０と、下り光信号を受信する受信光サブアセンブリである多波長受光素子１５０とを備える。光ファイバ伝送路１１３は、多波長光源１１０と多波長受光素子（受光装置）１５０とに接続される。

多波長光源１１０は、ディジタル電気信号を生成するＮ組の信号源１１１−１〜１１１−Ｎと、発振波長の異なるＮ組の光源１１２−１〜１１２−Ｎと、前記Ｎ組の光を１組のＮチャネル波長多重光に合波する波長合波素子１１４とを備える。

多波長受光素子１５０は、前記Ｎチャネル波長多重光を前記Ｎ組の光に分波する波長分波素子１５４と、前記分波されたＮ組の光をそれぞれ受光するＮ組の受光素子１５２−１〜１５２−Ｎと、前記光電変換された信号をそれぞれ増幅するＮ組の増幅器１５３−１〜１５３−Ｎと、前記増幅された信号をそれぞれ受信するＮ組の受信回路１５５−１〜１５５−Ｎとを有する。

図１において、温度制御回路１１５−Ｎは、受光素子１５２−Ｎによって抽出された平均受信パワー情報を受信し、この平均受信パワー情報に基づいて光源１１２−Ｎの発振波長を制御するようになっている。この制御方法については、後述する。

なお、図１では、簡略化のため、温度制御回路１１５−Ｎおよび平均受信パワー情報１５６−Ｎのみが示されているが、他のすべての光源１１２−１〜１１２−Ｎ-１についても同様に、対応する受光素子１５２−１〜１５２−Ｎ-１からの平均受信パワー情報１５６−１〜１５６−Ｎ-１を受信する温度制御回路１１５−１〜１１５−Ｎ-１によって制御されるようになっている。

なお、以下の説明では、信号源１１１−１〜１１１−Ｎに共通の説明は、信号源１１１で参照され、光源１１２−１〜１１２−Ｎに共通の説明は光源１１２で参照され、温度制御回路１１５−１〜１１５Ｎに共通の説明は温度制御回路１１５で参照される。また、受光素子１５２−１〜１５２−Ｎに共通の説明は受光素子１５２で参照され、増幅器１５３−１〜１５３−Ｎに共通の説明は増幅器１５３で参照され、受信回路１５５−１〜１５５−Ｎに共通の説明は受信回路１５５で参照される。さらに、平均受信パワー情報１５６−１〜１５６−Ｎに共通の説明は、平均受光パワー情報１５６で参照される。

制御ループ１０５は、Ｎ組の受光素子１５２−１〜１５２−Ｎのうちのいずれかの受光素子における光の信号強度を示す信号をフィードバックし、当該信号強度が予め設定された値より大きい場合に、当該受光素子１５２に光を出射する光源の発振波長が、波長合波素子１１４または波長分波素子１５４において予め設定された透過帯域外（この実施形態では、後述するように、１ｄＢ透過帯域外）となるように、当該光源１１２の発振波長を制御するようになっている。

光源１１２としては、例えば、１．３μｍ帯の半導体レーザが用いられる。Ｎチャネルの波長はそれぞれ異なる。また、各光源１１２−１〜１１２−Ｎには、例えば、２８ＧｂａｕｄのＰＡＭ変調動作が可能な電界吸収型の変調部が集積されている。

増幅器１５３は、ＬＩＭ型のＴＩＡが用いられ、また受信回路１５５はディジタルフィルタによる波形整形機能を有する。

Ｎ組の光源１１２における波長にはラベルを付与される。第１組の光源の波長をλ₁とし、第２組の光源の波長をλ₂とする。同様に、第Ｎ組の波長をλ_Nとする。

次に、上述した光送受信システム１００の動作について再度図１を参照して説明する。

Ｎ組の信号源１１１−１〜１１１−Ｎから出力されるＮチャネルのデータ信号は、それぞれ、光源１１２−１〜１１２−Ｎに入力される。そして、光源１１２−１〜１１２−Ｎから出力されるＮチャネルの光信号は、それぞれ、波長合波素子１１４の入力ポートに入力される。この波長合波素子１１４の出力は、Ｎチャネルの波長多重信号となって光ファイバ伝送路１１３内を伝搬する。

図１に示されている波形ｄは、光ファイバ１１３内における単一チャネルの光信号を示している。データ信号はＰＡＭ方式であるため、振幅方向に多値化された波形が得られることがわかる。
光ファイバ１１３内を伝搬後、波長分波素子１５４によりＮチャネルに分波されたのち、それぞれのデータ信号は、受光素子１５２−１〜１５２−Ｎにおいて受光される。受信回路１５５−１〜１５５−Ｎでは、受光されたデータ信号を、増幅器１５３−１〜１５３−Ｎを介して受信する。

ここで、光源１１２に接続された温度制御回路１１５による波長制御について説明する。多波長受光素子１５０における受光素子１５２より抽出された平均受信パワー情報１５６は、多波長光源１１０に電気的にフィードバックされる。平均受光パワー情報１５６は、受光素子１５２でそれぞれ受光する光強度の平均値を示す。

平均受信パワー情報１５６は、多波長光源１１０における光源１１２に接続された温度制御回路１１５に入力され、光源１１２の制御温度が設定される。この場合、温度制御回路１１５は、平均受信パワー情報１５６が予め設定された値より大きい場合に、対応する受光素子１５２に光を出射する光源１１２の発振波長が、波長合波素子１１４または波長分波素子１５４において予め設定された透過帯域外となるように、当該光源１１２の発振波長を制御する。これにより、光源１１２Ｎの発振波長が制御温度によって変更されるようになっている。この点は、後述で詳細に説明する。

１００ＧＢＡＳＥ−ＬＲ４規格では、信号源１１１のビットレートは２５Ｇｂ／ｓであり、変調方式はＮＲＺである。

図２は、光送受信システム１００における波長配置を示している。Ｎチャネルの波長はλ₁からλ_NのＮ波で構成される。図２において、波長合波素子１１４（または波長分波素子１５４）の隣接するチャネルの周波数間隔（例えば、λ₁とλ₂の間隔）をΔｆとし、各チャネルにおける透過帯域（パスバンド）をＢとする。このとき、本実施形態の光送受信システム１００において、１００ＧｂＥを拡張した２００Ｇｂ／ｓ伝送を想定すると、主要パラメータは、以下の数値をとる。

Ｎ＝４
Δｆ＝８００ＧＨｚ
Ｂ＝３０ＧＨｚ

これらのパラメータによると、光送受信システム１００では、４波ＷＤＭを有し、かつチャネル周波数間隔が８００ＧＨｚとなる。

なお、従来例（図１１参照）の波長分波素子のパスバンドＢは５００ＧＨｚ以上であるのに対し、本実施形態の光送受信システム１００ではパスバンドＢは３０ＧＨｚとなり、従来例（図１１）のもの（Ｂ＝５０ＧＨｚ）よりも非常に狭帯域となる。つまり、波長分波素子１５４に用いられているアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）は、光源１１２の波長や、波長合波素子１１４または波長分波素子１５４の中心波長が多少変動しただけでもシステムに大きな損失を与えるように設計されている。本実施形態の光送受信システム１００では、Ｎ組の光源１１２の少なくともいずれかの発振周波数が、少なくとも波長合波素子１１４または波長分波素子１５４の１ｄＢ透過帯域外となるよう設定される。

次に、上述した光送受信システム１００を用いて、単一の光源１１２への制御温度を変更したときの発振周波数のシフト量と、波長合波素子１１４および波長分波素子１５４を光が通過する時の光減衰量とを測定した。

図３は、かかる測定結果を示している。なお、図３において、ｄｆ（ＧＨｚ）は上記発振周波数のシフト量を、ＡＴＴ（ｄｂ）は上記光減衰量を、それぞれ示す。図３では、波長合波素子１１４および波長分波素子１５４として、ガウス型の透過特性を有するＡＷＧを用いた。

図３に示した測定結果から、光源１１２の制御温度を２度変化させると、光源の発振周波数は約３０ＧＨｚ変動し、減衰量が８ｄＢ以上になることがわかった。

さらに、この結果を用いて、受光素子の平均受信パワーと誤り率（ＢＥＲ）との関係が、光源１１２の制御温度に応じてどう影響するか測定した。この測定結果を図４に示す。

図４は、受光素子１５２の平均受信パワーと誤り率（ＢＥＲ）との関係を光源１１２の温度変化に関連付けて示している。なお、図４において、横軸は平均受信パワーを、縦軸はＢＥＲを、ｄＴは光源１１２の温度変化量を、それぞれ示す。図４では、受信回路１５５のＴＡＰ数を１１段に固定した。

図４に示した測定結果から、波長合波素子１１４および波長分波素子１５４のそれぞれのパスバンド中心に発振周波数を制御（ｄＴ＝０）したのに対し、温度を変動しても受信感度は大きく変動しないことがわかった。また、温度変化量ｄＴの増加に伴い、受信感度は劣化するのではなく、若干の改善を伴うことがわかった。これは、「ｄＴ」の増加による光スペクトルの単側波化（ＳＳＢ化）の効果によるものと考えられる。例えば、ＢＣＨ方式のＢＥＲ＝１×１０^-3における平均受信パワーを感度として読み取り、横軸を減衰量で表したものを図５に示す。

図５は、かかる減衰量と感度との関係を示している。なお、図５において、Ｐａｖｅは平均値を示す。

図５に示した結果から、例えば約５ｄＢの減衰量が与えられたとしても、感度変動は約０．５ｄＢとなり微小になることがわかった。これらの結果より、光源１１２の少なくともいずれかの発振周波数が、少なくとも波長合波素子１１４または波長分波素子１５４の１ｄＢ透過帯域外であるように設定することで、減衰量が与えられても波形劣化は微小となることがわかった。また、高い光入力時においても適切な減衰量を与えれば所望のＦＥＣ(Forward Error Correction)リミット以下の誤り率を得る光送受信システム１００を実現することができることがわかった。

さらに、本実施形態の光送受信システム１００においては、１００ＧｂＥ用の光サブアセンブリとして知られているリミティング（ＬＩＭ）型のトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１５３にＰＡＭ等の多値変調方式を用いることができる。これにより、簡素かつ経済的にビットレートを拡張したシステムの構築が可能となる。

また、本実施形態の光送受信システム１００では、光源１１２の発振周波数が温度制御により行われるため、光減衰量の制御を簡易に実現することが可能となる。

（変形例）
なお、本実施形態の光送受信システム１００では、光源１１２の温度制御により上述した減衰量を制御する場合について説明したが、これに限られず、例えば、波長合波素子１１４と波長分波素子１５４の少なくともいずれかに対して、上述した温度制御回路１１５による温度制御を行うようにしても、光減衰量の制御を簡易に実現することができる。

＜第２実施形態＞
以下、図６および図７を参照して、第２実施形態にかかる光送受信システム１００Ａについて説明する。本実施形態の以下の説明では、特に記述しない限り、第１実施形態の説明で用いた符号等をそのまま用いる。

第１実施形態の光送受信システム１００では、多波長光源１００と多波長受光素子１５０の数をいずれも１つとして説明したが、必ずしもその必要はない。本実施形態の光送受信システム１００Ａは、第１実施形態のものと同様の光通信を実現するものであるが、多波長光源１００と多波長受光素子１５０の数をそれぞれＮとして構成する（Ｎは整数）。

図６は、本実施形態の光送受信システム１００Ａの構成例を示す図である。

この光送受信システム１００Ａは、周波数間隔ΔＦを有するＭチャネル（Ｍは整数）の多波長光源１１０−１〜１１０−ＮをＮ組と、上記Ｍチャネルを合波したＭチャネル波長多重光であってＮ組の多波長光源１１０−１〜１１０−Ｎの各々からのＮ組のＭチャネル波長多重光を、Ｍ×Ｎチャネル波長多重光に合波する周期性波長合波素子１３０と、上記Ｍ×Ｎチャネル波長多重光を上記Ｎ組のＭチャネル波長多重光に分波する周期性波長合分波素子１４０と、周期性波長分波素子１４０により分波されたＮ組のＭチャネル多波長光を受光するＮ組の多波長受光素子１５０−１〜１５０−Ｎとを有する。そして、光送受信システム１００Ａでは、周期性波長合波素子１３０と周期性波長合波素子１４０とを接続するファイバ１１３を介して、上記Ｍ×Ｎチャネル波長多重光を送受するように構成されている。

多波長光源１１０−１は、Ｍ個の光源１１２−１〜１１２−Ｍ１と、これらの光源からのＭ個のチャネル光を波長多重してＭチャネル波長多重光を出力する波長合波素子１１４−１とを備える。多波長光源１１０−２〜１１０−Ｎについても、多波長光源１１０−１と同様に構成されている。例えば、多波長光源１１０−１において、Ｍ個の光源１１２−１１〜１１２−Ｍ１からのＭ個のチャネル光の周波数間隔はΔＦとする。多波長光源１１０−２〜１１０−Ｎについても同様である。

Ｎ組の多波長光源１１０−１〜１１０−ＮからのＮ組のＭチャネル波長多重光は、周期性波長合波素子１３０においてＭ×Ｎチャネル波長多重光に波長多重される。

なお、図６では図示されていないが、各多波長光源１１０−１〜１１０−Ｎには、Ｍチャネルの光源に接続される信号源が含まれる（図１参照）。

多波長受光素子１５０−１は、Ｍチャネル波長多重光を波長分離してＭ個のチャネル光を出力する波長分波素子１５４−１と、Ｍ個のチャネル光を受光するＭ個の受光素子１５２−１１〜１５２−Ｍ１とを備える。

Ｍ個の受光素子１５２−１〜１５２−Ｍ１の各々は、Ｍ個のチャネル光の１つを受光する。例えば、多波長受光素子１５０−１の波長分波素子１５４−１は、周期性波長分波素子１４０によりＭ×Ｎチャネル波長多重光から分波されたＮ組のＭチャネル波長多重光の１つをＭ個のチャネル光に分波し、これらのＭ個のチャネル光をＭ個の受光素子１５２−１１〜１５２−Ｍ１でそれぞれ受光する。

同様に、多波長受光素子１５０−２でも、波長分波素子１５４−２は、第二の周期性波長合分波素子１４０によりＭ×Ｎチャネル波長多重光から分波されたＮ組のＭチャネル波長多重光の１つをＭ個のチャネル光に分波し、これらのＭ個のチャネル光をＭ個の受光素子でそれぞれ受光する。

なお、図６において、図示されていないが、多波長受光素子１５４−１〜１５４−ＮにはＭチャネルの受光素子に接続される増幅器および受信回路が含まれる（図１参照）。この実施形態では、増幅器として、例えばＬＩＭ型のＴＩＡが用いられ、受信回路はディジタルフィルタによる波形整形機能を有する。

また、各多波長光源１１０−１〜１１０−Ｎには、温度制御回路１１５−１〜１１５−Ｎが接続され、各多波長受光素子からは平均受信パワー情報１５６−１〜１５６−Ｎが抽出される。

なお、図６では、図１と同様に簡略化のため、平均受信パワー情報１５６−Ｎに基づいて光源１１２への温度制御により光源の発振波長を制御する温度制御回路１１５−Ｎのみが示されているが、他のすべての多波長光源１１０−１〜１１０−Ｎ-１についても同様に、対応する受光素子１５２−１〜１５２−Ｎ-１からの平均受信パワー情報１５６−１〜１５６−Ｎ-１を受信する温度制御回路１１５−１〜１１５−Ｎ-１によって制御されるようになっている。本実施形態においてもこの制御は、第１実施形態と同様に制御ループ１０５を用いて実施される。

なお、以下の説明では、すべての光源に共通の説明は光源１１２で参照され、すべての温度制御回路に共通の説明は温度制御回路１１５で参照される。また、すべての受光素子に共通の説明は受光素子１５２で参照され、すべての平均受信パワー情報に共通の説明は、平均受光パワー情報１５６で参照される。すべての波長合波素子に共通の説明は波長合波素子１１４で参照され、すべての波長分波素子に共通の説明は波長分波素子１５４で参照される。

光源１１２としては、１．３μｍ帯の半導体レーザが用いられ、Ｎチャネルの波長はそれぞれ異なる。光源１１２には２８ＧｂａｕｄのＰＡＭ変調動作が可能な電界吸収型の変調部が集積されている。

また、Ｎ組の多波長光源１１０−１〜１１０−Ｎにおける波長にラベルを付与する。第１組の多波長光源１１０−１の波長はλ₁₁からλ_M1のＭ波とし、第２組の多波長光源１１０−２の波長はλ₁₂からλ_M2のＭ波とする。第３組〜第Ｎ組の多波長光源についても同様に波長が与えられるので、例えば第Ｍ組の多波長光源１１０−Ｍの波長は、λ_1Nからλ_MNのＭ波となる。

次に、光送受信システム１００Ａの動作について説明する。

Ｎ組の多波長光源１１０−１〜１１０−Ｎから出力されるそれぞれＭチャネルの波長多重信号は、それぞれ周期性波長合波素子１３０の入力ポートに入力される。その出力はＭ×Ｎチャネルの波長多重信号となり光ファイバ１１３内を伝搬する。伝搬後、周期性波長分波素子１４０により各多波長光源１１０と同等の波長群（Ｎ組のＭチャネルの波長多重信号）に分波されたのち、それぞれ多波長受光素子１５０−１〜１５０−Ｎにおいて波長分波素子１５４でＭ個のチャネル光に再分波された後にＭ個の受光素子１５２で受光される。

例えば各多波長光源１１０が４チャネルの波長多重数で各光源１１２が２８Ｇｂａｕｄの変調速度を有するＰＡＭ４信号の場合、各多波長光源の総ビットレートは２００Ｇｂ／ｓとなる。さらに４組の多波長光源１１０−１〜１１０−Ｎ（例えば、Ｎ＝４）を用いることにより、周期性波長合分波素子１４０からは８００Ｇｂ／ｓの総ビットレートが得られる。

各光源１１０に接続された温度制御回路１１５による波長制御について説明する。

各多波長受光素子１５０より抽出された各平均受信パワー情報１５６は、各多波長光源１５０に電気的にフィードバックされる。各平均受信パワー情報１５６は各多波長光源１１０に接続された各温度制御回路１１５に入力され、各光源１１２の制御温度が一括で設定される。それにより、各光源１１２の発振波長が制御温度によって変更される。

図７は、本実施形態の光送受信システム１００Ａにおける波長配置例を示している。

Ｍ×Ｎチャネルの波長は大きくＮチャネルのＭ群に分けられる。例えば第一群はλ₁₁からλ_1NのＮ波で構成され、続く第二群はλ₂₂からλ_2NのＮ波で構成される。

ここで、隣接する群の周波数間隔（例えばλ₁₁とλ₂₁の間隔）をΔＦ、同一群内の隣接周波数間隔（例えばλ₂₁とλ₂₂の間隔）をΔｆ、各群における透過帯域（パスバンド）をＢ、とする。

本実施形態の光送受信システム１００Ａは、１００ＧｂＥを拡張した８００Ｇｂ／ｓ伝送を適用する。その要素を考慮した上で、主要パラメータを以下のように設定する。

Ｍ＝４
Ｎ＝４
ΔＦ＝８００ＧＨｚ
Δｆ＝１００ＧＨｚ
Ｂ＝３６０ＧＨｚ

この設定によれば、各群に１００ＧＨｚ間隔の４波ＷＤＭを有し、かつ群ごとの周波数間隔が８００ＧＨｚとなるので、本実施形態の光送受信システム１００Ａにおいては、Ｍ×ＮのＷＤＭ光波長が同一周波数間隔になるとは限らない。

また、この設定では、Ｎ組のＭチャネルの多波長光源１１０−１〜１１０−Ｎは、隣接する組の周波数が全体的にΔｆシフトしており、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が多波長受光素子１５０における波長分波素子１５４の透過帯域Ｂより小さくなる。

本実施形態の周期性波長合波素子１３０および周期性波長分波素子１４０はともに、光平面回路（ＰＬＣ）に作製されたＰＬＣ型ＡＷＧである。これらの素子１３０，１４０は、入出力チャネル導波路および波長多重導波路、入出力スラブ導波路および波長多重スラブ導波路、ならびにアレイ導波路を備えて構成される。このとき、入出力チャネル導波路は少なくともＮ本有し、波長多重導波路は少なくとも１本有する。

本実施形態では、Ｎ＝４が与えられるため、入出力チャネル導波路は４本となる。また、Ｍ＝４が与えられるため、波長多重導波路からは、１６波（４×４）のＷＤＭ信号が入出力される。

このとき、素子１３０，１４０の各ポート間隔Δｆは、その積Δｆ×（Ｎ−１）がＦＳＲ周期性（自由スペクトル範囲：ＦＳＲ）ΔＦの２分の１以下としても良い。これにより、低損失な特性の光回路（周期性波長合波素子１３０および周期性波長分波素子１４０）が実現可能となる。

次に、多波長光源１１０の設定波長について、再度図６を参照して説明する。前述のように、多波長光源１１０−１〜１１０−Ｎの周波数間隔ΔＦは８００ＧＨｚで、チャネル数Ｍは４とする。そして、それらの組Ｎの値は４とする。

このＭ×Ｎチャネルは全て異なる発振波長（発振周波数）で、隣接する組の周波数は全体的にΔｆシフトしている。そのような波長を揃えるには、Δｆシフトした異なる組成の光源を準備する方法もあるが、本実施形態では、同一組成の光源を用いる方法を採用する。すなわち、温度調整により発振波長を調整する方法である。

多波長光源１１０は、各光源（この実施形態では、Ｍ個の光源１１２）が同一基板上に集積化されたものである。この場合、基板毎に、ペルチェ素子やヒータ等の温度制御手段により温度を調節することにより、多波長光源１１０の全波長を一括して変更することが可能である。温度による波長変動は１℃あたり約１５ＧＨｚであるため、１００ＧＨｚのΔｆを与えるには７℃程度の温度変化を与えれば良いことになる。

一般的なレーザの性能を考慮した場合、温度制御範囲は±２０℃以内に設定することが好ましい。すなわち、周波数制御範囲は全幅で６００ＧＨｚ以内であることが好ましい。

本実施形態のＭチャネルの多波長光源１１０は、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ-1）が６００ＧＨｚ以内となる。これにより、同一の部品を使用することが可能となり、よって、さらなるシステムの簡素化と低コスト化が可能となる。

以上のようにして本実施形態の光送受信システム１００Ａにおいて、周期性波長合波素子１３０および周期性波長分波素子１４０の各周期が多波長光源１１０の周波数間隔ΔＦと等しくなるよう条件（パラメータ等）を設定することにより、既存のＷＤＭシステムを簡易な構成でより高密度、高ビットレートの光送受信ＷＤＭへの拡張が可能となる。光源１１２の少なくともいずれかの発振周波数が、少なくとも波長合波素子１３０または波長分波素子１４０の１ｄＢ透過帯域外であることように設定することで減衰量が与えられても波形劣化は微小であり、高い光入力時においても適切な減衰量を与えれば所望のＦＥＣリミット以下の誤り率を得る光送受信システム１００Ａの実現が可能である。

さらに、本実施形態においては、ＬＩＭ型ＴＩＡを用いた既存１００ＧｂＥ用光サブアセンブリにＰＡＭ等の多値変調方式を用いて光送受信システム１００Ａを実現することができる。よって、簡素かつ経済的にビットレートを拡張したシステムの構築が可能となる。

また、本実施形態では、光源１１２の発振周波数が温度制御により行われるため、光減衰量の制御を簡易に実現することが可能となる。

（変形例）
なお、本実施形態の光送受信システム１００Ａでは、光源１１２の温度制御により上述した減衰量を制御する場合について説明したが、これに限られず、例えば、波長合波素子１１４と波長分波素子１５４の少なくともいずれかに対して、上述した温度制御回路１１５による温度制御を行うようにしても、光減衰量の制御を簡易に実現することができる。

なお、本実施形態では、光源１１２の波長を１．３μｍ帯としたが、テレコム波長である１．５μｍ帯を用いても良い。また光源１１２の変調部は電界吸収型としたが、レーザの直接変調を用いても良いし、ニオブ酸リチウムなどの電気光学結晶を用いた変調器と光源を組合せて使用しても良い。さらに、この光送受信システム１００Ａでは、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が多波長受光素子１５０における波長分波素子１５４の透過帯域Ｂより小さいため、各多波長受光素子１５０は波長分波特性を含め、同一の部品を使用することが可能となる。よって、さらなる光送受信システムの簡素化と低コスト化が可能となる。

本実施形態では、Δｆを１００ＧＨｚとしたが、同一群内のＮ波が透過帯域Ｂ内にあれば他の値、例えば７５ＧＨｚや５０ＧＨｚでも本実施形態で説明した上記効果が得られる。

本実施形態では、Ｍチャネルの多波長光源は、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が６００ＧＨｚ以内であるため、各多波長光源１１０は、光源１１２の発振波長特性を含め、同一の部品を使用することが可能となる。よって、さらなる光送受信システムの簡素化と低コスト化が可能となる。

本実施形態の上述したＰＬＣは、シリコン基板上の石英導波路であるが、基板や導波路の材料はシリコンや石英に限定されるものではなく、有機高分子樹脂なども使用可能である。

本実施形態では、周期性波長合分波素子（１３０，１４０）のポート間隔Δｆについて、その積Δｆ×（Ｎ−１）を周期性ΔＦの２分の１以下とした。それにより、使用波長はＦＳＲ内の中央付近を用いることが出来るため低損失な特性の光回路が実現可能である。

＜第３実施形態＞
次に、図８から図１０を参照して、第３実施形態にかかる光送受信システム１００Ｂについて説明する。本実施形態の以下の説明では、特に記述しない限り、第１および第２実施形態の説明で用いた符号等をそのまま用いる。

本実施形態の光送受信システム１００Ｂは、第１実施形態のものと同様の光通信を実現するものであるが、隣接する光源または素子の組ごとに送受信方向が異なる構成を実現する。

図８は、本実施形態の光送受信システム１００Ｂの構成例を示す図である。この光送受信システム１００Ｂは、周波数間隔ΔＦを有するＭチャネルの多波長光源をＮ組（１１０−１〜１１０−Ｎ）と、Ｎ／２組のＭチャネル波長多重光を第一のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光に合波し、かつ第二のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光をＮ／２組のＭチャネル波長多重光に分波する第一の周期性波長合分波素子１３１とを有する。さらにこのシステム１００Ｂは、Ｎ／２組のＭチャネル波長多重光を第二のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光に合波し、かつ第一のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光をＮ／２組のＭチャネル波長多重光に分波する第二の周期性波長合分波素子１４１と、第一のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光をＮ／２組のＭチャネル多波長光を受光するＮ／２組の多波長受光素子（１５０−１，１５０−３，１５０−（Ｎ−１））と、第二のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光をＮ／２組のＭチャネル多波長光を受光するＮ／２組の多波長受光素子（１５０−２，１５０−４，１５０−Ｎ）とを有する。

第一の周期性波長合分波素子１３１は、光ファイバ１１３を介して第二の周期性波長合分波素子１４１と接続される。

多波長光源１１０−１は、Ｍ個の光源１１２−１１〜１１２−Ｍ１と、Ｍ個の光源からのＭ個のチャネル光を波長多重してＭチャネル波長多重光を出力する波長合波素子１１４−１とを備える。例えば、多波長光源１１０−１のＭ個の光源１１２−１１〜１１２−Ｍ１からのＭ個のチャネル光の周波数間隔はΔＦである。多波長光源１１０−２〜１１０−Ｎについても同様に構成されている。

Ｎ組の多波長光源１１０−１〜１１０−ＮからのＮ／２組のＭチャネル波長多重光は、第一の周期性波長合分波素子１３１においてＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光に波長多重される。Ｎ組の多波長光源１１０−１〜１１０−Ｎからの残りのＮ／２組のＭチャネル波長多重光は、第二の周期性波長合分波素子１４１においてＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光に波長多重される。

なお、図８では図示されていないが、各多波長光源１１０−１〜１１０−ＮにはＭチャネルの光源に接続される信号源が含まれる。

多波長受光素子１５０−１は、Ｍチャネル波長多重光を波長分離してＭ個のチャネル光を出力する波長分波素子１５４−１〜１５４−Ｎと、Ｍ個のチャネル光を受光するＭ個の受光素子１５２−１１〜１５２−Ｍ１とを備える。多波長受光素子１５０−２〜１５０−Ｎについても同様に構成されている。

上述したＭ個の受光素子の各々は、Ｍ個のチャネル光の１つを受光する。例えば、多波長受光素子１５０−１の波長分波素子１５４−１は、第一の周期性波長合分波素子１４０によりＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光から分波されたＮ組のＭチャネル波長多重光の１つをＭ個のチャネル光に分波し、これらのＭ個のチャネル光をＭ個の受光素子１５２−１１〜１５２−Ｍ１でそれぞれ受光する。同様に、多波長受光素子１５０−２の波長分波素子１５４−２は、第二の周期性波長合分波素子１４０によりＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光から分波されたＮ組のＭチャネル波長多重光の１つをＭ個のチャネル光に分波し、これらのＭ個のチャネル光をＭ個の受光素子でそれぞれ受光する。

なお、図８では図示されていないが、多波長受光素子１５０−１〜１５０−ＮにはＭチャネルの受光素子に接続される増幅器および受信回路が含まれる。増幅器としては、例えばＬＩＭ型のＴＩＡが用いられ、受信回路はディジタルフィルタによる波形整形機能を有する。

本実施形態の光送受信システム１００Ｂでは、多波長光源１１０−１〜１１０−Ｎには温度制御回路１１５−１〜１１５−Ｎが接続される。そして、モニタ用の各多波長受光素子（図８では、多波長受光素子１５０−１〜１５０−Ｎ）からは、平均受信パワー情報１５６−１〜１５６−Ｎが抽出される。

なお、図８では簡略化のため、Ｎ番目の多波長光源１１０−Ｎに接続される温度制御回路１１５−Ｎ、およびＮ番目のモニタ用の多波長受光素子１５０−Ｎから抽出される平均受信パワー情報１５６−Ｎのみが示されている。

なお、以下の説明では、すべての多波長光源に共通の説明は多波長光源１１０で参照され、すべての光源に共通の説明は光源１１２で参照され、すべての温度制御回路に共通の説明は温度制御回路１１５で参照される。また、すべての多波長受光素子に共通の説明は多波長受光素子１５０で参照され、すべての受光素子に共通の説明は受光素子１５２で参照され、すべての平均受信パワー情報に共通の説明は、平均受光パワー情報１５６で参照される。すべての波長合波素子に共通の説明は波長合波素子１１４で参照され、すべての波長分波素子に共通の説明は波長分波素子１５４で参照される。

光源１１２としては、例えば１．３μｍ帯の半導体レーザが用いられ、Ｎチャネルの波長はそれぞれ異なる。各光源１１２には、２８ＧｂａｕｄのＰＡＭ変調動作が可能な電界吸収型の変調部が集積されている。

Ｎ組の多波長光源１１０における波長にラベルを付与する。第１組の多波長光源１１０−１の波長はλ₁₁からλ_M1のＭ波とし、第２組の多波長光源１１０−２の波長はλ₁₂からλ_M2のＭ波とする。第３組〜第Ｎ組の多波長光源についても同様に波長が与えられるので、例えば第Ｍ組の多波長光源１１０−Ｍの波長は、λ_1Nからλ_MNのＭ波となる。

次に、光送受信システム１００Ｂの動作について再度図８を参照して説明する。

Ｎ組の多波長光源１１０−１〜１１０−Ｎから出力されるそれぞれＭチャネルの波長多重信号は、それぞれ第一の周期性波長合分波素子１３１または第二の周期性波長合分波素子１４１の入力ポートに入力される。その出力はＭ×Ｎ／２チャネルの波長多重信号となり光ファイバ１１３内を伝搬する。伝搬後、第一の周期性波長合分波素子１３１または第二の周期性波長合分波素子１４１により各多波長光源と同等の波長群（Ｎ組のＭチャネルの波長多重信号）に分波されたのち、それぞれ多波長受光素子（１５０−１〜１５０−Ｎ）において波長分波素子１５４でＭ個のチャネル光に再分波された後にＭ個の受光素子１５２で受光される。

例えば各多波長光源１１０が４チャネルの波長多重数で各光源１１２が２８Ｇｂａｕｄの変調速度を有する場合、各多波長光源の総ビットレートは２００Ｇｂ／ｓとなる。さらに４組の多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ；Ｎ＝４）を用いることにより、周期性波長合分波素子からは８００Ｇｂ／ｓの総ビットレートが得られる。本実施形態においては、隣接する組ごとに送受信方向が異なる一芯ファイバによる光送受信システム１００Ｂであるため、各方向の総ビットレートは４００Ｇｂ／ｓである。

次に、各光源１１０に接続された温度制御回路１１５による波長制御について説明する。

モニタ用の各多波長受光素子１５０より抽出された各平均受信パワー情報１５６は、各多波長光源１１０に電気的にフィードバックされる。平均受信パワー情報１５６は、各多波長光源１１０に接続された各温度制御回路１１５に入力され、各光源１１２の制御温度が一括で設定される。それにより、各光源１１２の発振波長が制御温度によって変更される。

図９は、本実施形態の光送受信システム１００Ｂにおける波長配置例を示している。

Ｍ×Ｎチャネルの波長は、大きくＮチャネルのＭ群に分けられる。例えば第一群はλ₁₁からλ_1NのＮ波で構成され、続く第二群はλ₂₂からλ_2NのＮ波で構成される。

ここで、隣接する群の周波数間隔（例えばλ₁₁とλ₂₁の間隔）をΔＦ、同一群内の隣接周波数間隔（例えばλ₂₁とλ₂₂の間隔）をΔｆとし、各群における透過帯域（パスバンド）をＢとする。

本実施形態の光送受信システム１００Ｂは、１００ＧｂＥを拡張した４００Ｇｂ／ｓ双方向伝送を行うように構成されている。その構成を考慮した上で主要パラメータを以下のように設定する。

Ｍ＝４
Ｎ＝４
ΔＦ＝８００ＧＨｚ
Δｆ＝１００ＧＨｚ
Ｂ＝３６０ＧＨｚ

この設定によれば、各群に１００ＧＨｚ間隔の４波ＷＤＭを有し、かつ群ごとの周波数間隔が８００ＧＨｚとなるので、本実施形態の光送受信システム１００Ｂにおいては、Ｍ×ＮのＷＤＭ光波長が同一周波数間隔になるとは限らない。

また、この設定では、Ｎ組のＭチャネルの多波長光源１１０−１〜１１０−Ｎは、隣接する組の周波数が全体的にΔｆシフトしており、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が多波長受光素子１５０における波長分波素子１５４の透過帯域Ｂより小さくなる。

次に、本実施形態の第一の周期性波長合分波素子１３１、および第二の周期性波長合分波素子１４１の構成例について図１０を参照して説明する。

図１０は、第一の周期性波長合分波素子１３１の構成例を示す図である。図１０では、第一の周期性波長合分波素子１３１について説明するが、第二の周期性波長合分波素子１４１についても図１０に示した光の進行方向を対称にすることにより同様に説明することができる。

図１０に示す周期性波長合分波素子１３１は、光平面回路（ＰＬＣ）３００に作製されたＰＬＣ型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）である。この周期性波長合分波素子１３１は、入出力チャネル導波路３０２−１〜３０２−Ｎおよび波長多重導波路３１０、入出力スラブ導波路３０４および波長多重スラブ導波路３０８、ならびにアレイ導波路３０６とを備えて構成される。このとき、入出力チャネル導波路は少なくともＮ本有し、波長多重導波路は少なくとも１本有する。

また、周期性波長合分波素子１３１は、入出力スラブ導波路３０４に入出力チャネル導波路３０２が接続されると共に、各多波長光源（図１０では、多波長光源１〜４）の波長を検出し制御するためのモニタ導波路８０２が接続される。さらに周期性波長合分波素子１３１は、波長多重スラブ導波路３０８に波長多重導波路３１０が接続されると共に、出力される波長多重光の一部を波長多重スラブ導波路３０８へ再入力するためのループバック導波路９０４が接続される。

図１０において、本実施形態の周期性波長合分波素子１３１は、波長多重スラブ導波路３０８に波長多重導波路３１０が接続されると共に、出力される波長多重光の一部を抽出するタップ回路９０６が波長多重導波路３１０に接続され、タップ回路の一方がループバック導波路９０４に接続される。タップ回路９０６は方向性結合器やＹ分岐回路等で構成可能な光回路であり、図１０の例では、波長多重光の全強度の５％を抽出し、ループバック導波路９０４に接続される。

ここで、光送受信システム１００Ｂの回路設計条件として、図１０に示した周期性波長合分波素子１３１の周期（自由スペクトル範囲，ＦＳＲ）はいずれも多波長光源１１０−１〜１１０−Ｎの周波数間隔ΔＦに等しく構成されている。また、入出力スラブ導波路３０４との接続点における入出力チャネル導波路３０２−１〜３０２−Ｎの間隔（ポート間隔）はΔｆに等しい。また、入出力スラブ導波路３０４、アレイ導波路３０６および波長多重スラブ導波路３０８を伝播する入力光は、波長多重スラブ導波路３０８に接続された波長多重導波路３１０に焦点を結ぶように構成されている。

Ｎ本の入出力チャネル導波路３０２−１〜３０２−Ｎのうち奇数番号を有するもの、すなわち入出力チャネル導波路３０２−１，３０２−３〜３０２−（Ｎ−１）には、多波長光源１１０−１〜１１０−Ｎのうち奇数番号を有するもの、すなわち多波長光源１１０−１、１１０−３〜１１０−（Ｎ−１）からの波長が入力される。

また、Ｎ本の入出力チャネル導波路のうち偶数番号を有するもの、すなわち入出力チャネル導波路３０２−２，３０２−４〜３０２−Ｎには、多波長受光素子１５０−１〜１５０−Ｎのうち偶数番号を有するもの、すなわち多波長受光素子１５０−２、１５０−４〜１５０−Ｎへの波長が出力される。すなわち、第１の入出力チャネル導波路には、第１組の多波長光源の波長λ₁₁からλ_M1のＭ波が入力され、第２の入出力チャネル導波路には、第２組の多波長受光素子への波長λ₁₂からλ_M2のＭ波が出力される。第３の入出力チャネル導波路には、第３組の多波長光源の波長λ₁₃からλ_M(N-1)のＭ波が入力され、第４の入出力チャネル導波路には、第Ｎ組（例えば、Ｎ＝４）の多波長受光素子への波長λ_1Nからλ_MNのＭ波が出力される。

Ｎ本の入出力チャネル導波路のうちの奇数番号および偶数番号を有するものに、多波長光源と多波長受光素子を交互に接続することにより、４波ＷＤＭ間のクロストークを低減することができる。

本実施形態ではＮ＝４であるため、入出力チャネル導波路は４本となる。また、Ｍ＝４であるため、双方向を合わせると波長多重導波路からは、１６波（４×４）のＷＤＭ信号が入出力される。ここで、周期性波長合分波素子１３１，１４１のポート間隔Δｆは、その積Δｆ×（Ｎ−１）がＦＳＲ周期性（自由スペクトル範囲，ＦＳＲ）ΔＦの２分の１以下としても良い。これにより、低損失な特性の光回路（周期性波長合分波素子）が実現可能となる。

本実施形態において、図１０に示したモニタ導波路８０２の本数は、上述したＮ組の多波長光源に対して与えられるので、Ｎ本となる。上述した入出力チャネル導波路３０２と同様に、入出力スラブ導波路３０４の接続点におけるＮ本のモニタ導波路８０２の間隔（ポート間隔）をΔｆに設定し、入出力チャネル導波路３０２に隣接して順に配置する。本実施形態では、入出力チャネル導波路３０２は低損失性を得るために入出力スラブ導波路３０４の中心に対称的に配置する。そのため、モニタ導波路８０２は、図１０に一例を示すように、Ｎ本の入出力チャネル導波路３０２の両外側に対称的に配置する。

ループバック導波路９０４は、出力スラブ導波路３０８と波長多重導波路３１０の接続点からΔｆ×Ｎ離れた位置に配置される。

上記設計条件と入力条件により、Ｎ本の入出力チャネル導波路３０２−１〜３０２−ＮのうちのＮ／２本に入力されるＭチャネル波長多重光の組は、波長多重導波路３１０においてＭ×Ｎ／２チャネルのＷＤＭ信号として出力される。

ループバック導波路９０４から出力導スラブ波路３０８に戻された波長多重光の一部は波長分波されたのち、各モニタ導波路８０２に出力される。各モニタ導波路８０２に出力される波長群は各多波長光源１１０の波長群と同等の周波数間隔ΔＦでＭチャネルを有する。この観点から、各モニタ導波路８０２からの波長や光強度を監視することにより、各多波長光源１１０の波長や光強度を調整することが可能となる。すなわち、上述した波長や光強度に基づくフィードバック制御による光源１１２の発振波長を制御することができる。

したがって、本実施形態の光送受信システム１００Ｂでは、既存のＷＤＭシステムを簡易な構成でより、高密度および高ビットレートの光送受信ＷＤＭへの拡張が可能となる。光源１１２の少なくともいずれかの発振周波数が、少なくとも波長合波素子１１４または波長分波素子１５４の１ｄＢ透過帯域外であることように設定することにより減衰量が与えられても波形劣化は微小となる。このため、高い光入力時においても適切な減衰量が与えられれば、所望のＦＥＣリミット以下の誤り率を得る光送受信システム１１０Ｂが実現される。

また、本実施形態においては、ＬＩＭ型ＴＩＡを用いた既存１００ＧｂＥ用光サブアセンブリにＰＡＭ等の多値変調方式を用いて光送受信システム１００Ｂが実現可能である。よって、簡素化かつ低コスト化で、ビットレートを拡張したシステム１００Ｂの構築が可能となる。

さらに本実施形態では、上記光源１１２の発振周波数が温度制御により行われるため、光減衰量の制御を簡易に実現することが可能となる。

本実施形態の光送受信システム１００Ｂによれば、図１０に示すような周期性波長合分波素子を用いることによって、既存のＷＤＭシステムを簡易な構成でより高密度および高ビットレートの一芯双方向型の光送受信ＷＤＭへの拡張が可能となる。

（変形例）
なお、本実施形態の光送受信システム１００Ｂでは、光源１１２の温度制御により上述した減衰量を制御する場合について説明したが、これに限られず、例えば、波長合波素子１１４と波長分波素子１５４の少なくともいずれかに対して、上述した温度制御回路１１５による温度制御を行うようにしても、光減衰量の制御を簡易に実現することができる。

上記実施形態では、Ｎ本の入出力チャネル導波路３０２のうちの奇数番号および偶数番号を有するものに、多波長光源１１０と多波長受光素子１５０とを交互に接続した例をとって説明したが、これに限られない。例えば、Ｎ本の入出力チャネル導波路の１番目からＮ／２番目のものに、多波長光源１１０を接続し、残りのものに多波長受光素子１５０を接続するようにしても良い。

１００ 光送受信システム
１１０ 多波長光源
１１１ 信号源
１１２ 光源
１１３ 光ファイバ伝送路
１１４ 波長合波素子
１１５ 温度制御回路
１３０ 周期性波長合波素子
１３１ 第一の周期性波長合分波素子
１４０ 周期性波長分波素子
１４１ 第二の周期性波長合分波素子
１５０ 多波長受光素子
１５２ 受光素子
１５３ 増幅器子
１５４ 波長分波素子
１５５ 受信回路
１５６ 平均受信パワー情報
３００，８００，９００ 光平面回路（ＰＬＣ）
３０２ 入出力チャネル導波路
３０４ 入出力スラブ導波路
３０６ アレイ導波路
３０８ 波長多重スラブ導波路
３１０ 波長多重導波路
８０２ モニタ導波路
９０４ ループバック導波路
９０６ タップ回路

Claims (8)

1. 光送受信システムであって、
   発振波長の異なるＮ組の光をそれぞれ出射するＮ組の光源を有し、前記Ｎ組の光を１組のＮチャネル波長多重光に合波して出射する光源装置と、
   前記Ｎチャネル波長多重光が分波されたＮ組の光をそれぞれ受光するＮ組の受光素子を有する受光装置と
   前記Ｎ組の受光素子のうちのいずれかの受光素子における前記光の信号強度を示す信号を前記光源側にフィードバックし、当該信号強度が予め設定された値より大きい場合に、当該受光素子に光を出射する前記光源の前記発振波長が、前記波長合波素子または前記波長分波素子において予め設定された透過帯域外となるように、当該光源の発振波長を制御する制御ループと
   を含むことを特徴とする光送受信システム。
2. 前記光源装置から出射される光信号は、多値変調信号であることを特徴とする請求項１に記載の光送受信システム。
3. 前記受光装置は、前記受光素子からの出力を増幅するリミティング（ＬＩＭ）型のトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の光送受信システム。
4. 前記制御ループは、各光源への個別または一括の温度調整により前記各光源の発振波長を制御する温度制御部を有することを特徴とする請求項１に記載の光送受信システム。
5. 前記光源装置は、前記Ｎ組の光を１組のＮチャネル波長多重光に合波する周期性アレイ導波路回折格子を有し、前記受光装置は、前記Ｎチャネル波長多重光をＮ組の光に分波する周期性アレイ導波路回折格子を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光送受信システム。
6. 前記光源装置および前記受光装置の各々は、光を合波または分波する合分波部を有し、
   前記制御ループにおける前記信号強度の信号は、前記合分波部を介してフィードバックされることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光送受信システム。
7. 前記合分波部は、周期性アレイ導波路回折格子であり、
   前記周期性アレイ導波路回折格子は、前記フィードバックのためのポートを有することを特徴とする請求項６に記載の光送受信システム。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光送受信システムに用いられる光源装置。