JP2017062390A

JP2017062390A - 光信号処理装置

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Publication number: JP2017062390A
Application number: JP2015188404A
Authority: JP
Inventors: 賢哉鈴木; Masaya Suzuki; 隼志阪本; Hayashi Sakamoto; 慶太山口; Keita Yamaguchi; 光雅中島; Mitsumasa Nakajima; 摂森脇; Setsu Moriwaki; 俊夫渡辺; Toshio Watanabe; 雄一郎伊熊; Yuichiro Ikuma; 弘和竹ノ内; Hirokazu Takenouchi; 浩孝小野; Hirotaka Ono; 光師福徳; Mitsunori Fukutoku
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2035-09-25
Also published as: JP6630098B2

Abstract

【課題】入力ＭＣＦに含まれる複数のコアから伝送された光信号を、個別に異なる方向へルーティングすることができる光信号処理装置を提供すること。【解決手段】光信号処理装置１００は、入力ＭＣＦ１、ＭＣＦデマルチプレクサ２、光導波路基板３、回折格子４、シリンダレンズ５、６、光偏向器７からなる。光導波路群１１０へと入力された光信号群は、スラブ導波路１１１とアレイ導波路１１２からなるＳＢＴ１１３へと伝搬する。入力ＭＣＦ１から入力された光信号群は、その伝搬してきた光導波路毎に空間光学系において異なる方向に出射され、回折格子４により波長分波される。ＬＣＯＳ７上では、入力ＭＣＦ１に含まれるコア毎にｘ軸方向に異なる領域に、また光信号群を構成する波長毎にｙ軸方向に異なる領域に、光信号群が分配される。ＬＣＯＳ７に入力された光信号群は、それぞれが照射した領域の位相分布に応じて偏向、反射される。【選択図】図１

Description

本発明は、光通信ネットワークに用いられる光信号処理装置に関する。

インターネットなどのデータ通信ネットワークの爆発的な広がりにより、光通信ネットワークの大容量化の要求がますます大きくなっている。このようなネットワーク需要の拡大に対応するため、波長分割多重通信が実用化されてきた。

近年は、さらなる大容量化に対応すべく、光信号を電気信号に変換することなく、光信号の波長毎の方路スイッチングを可能にする波長選択スイッチ(ＷＳＳ:ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＳｅｌｅｃｔｉｖｅＳｗｉｔｃｈ)の需要も高まりつつある。波長選択スイッチを用いるノードの構成をＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｏｐｔｉｃａｌａｄｄ／ｄｒｏｐｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）システムという。

一方で、近年、空間分割多重通信の研究が盛んであり、一本の光ファイバ中に複数のコアを内包したマルチコアファイバ（ＭＣＦ：ＭｕｌｔｉＣｏｒｅＦｉｂｅｒ）を用いた光通信の研究がなされている。ＭＣＦを用いた通信においてもスイッチングを行うため、ＭＣＦ用の波長選択スイッチ（ＭＣＦ−ＷＳＳ）の検討がなされている（非特許文献１参照）。

M. D. Feuer, L. E. Nelson, K. Abedin, X. Zhou, T.F. Taunay, J. F. Fini, B. Zhu, R. Isaac, R. Harel, G. Cohen, and D. M. Marom, "ROADM System for Space Division Multiplexing with Spatial Superchannels," OFC/NFOEC 2013, PDP5B.8, March 17-21, 2013, Anaheim.

しかしながら、従来のＭＣＦ−ＷＳＳでは、コア毎のスイッチングはできず、ＭＣＦの全コアを一括して１つの方路にルーティングすることのみが可能であった。

図４に、従来のＭＣＦ−ＷＳＳの構成の概略を示す。入力ＭＣＦ４０１から入力された光信号群は、ＭＣＦデマルチプレクサ４０２により、コア毎に個別のシングルコアファイバに分離されたのちにＭＣＦ−ＷＳＳ４０７の入力ファイバ群４０３に入力される。入力された光信号群は、ＭＣＦ−ＷＳＳ４０７に設置されたビーム偏向デバイス４０６の同一の箇所に到達する。

ビーム偏向デバイス４０６は、入射信号の角度をステアリングするデバイスであり、入力された光信号群を一括して一方向へ偏向する。したがって、入力された信号群は出力ファイバ群４０４、４０５のいずれか一方へと一括してルーティングされる。例えば、出力ファイバ群４０４へとルーティングされた場合、ＭＣＦマルチプレクサ４１０を経由して出力ＭＣＦ４０８へと出力される。

上述のように、従来のＭＣＦ−ＷＳＳでは、コア毎に個別に異なる方路へルーティングすることはできず、全てのコアを一括で一方向にルーティングすることができるのみであった。

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、入力ＭＣＦに含まれる複数のコアから伝送された光信号を、個別に異なる方向へルーティングすることができる光信号処理装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、光信号処理装置であって、複数の光導波路を含む複数の入出力手段と、前記複数の入出力手段がそれぞれ接続された複数の光回路であって、前記入出力手段から入力された光信号を各前記光導波路に応じて空間の異なる方向に出射させる前記複数の光回路を含む光導波路基板と、第１の方向に光学パワーを有する第１の光学素子と、前記第１の方向に異なる領域毎に、前記光信号を所望の空間的に異なる方向へ偏向する空間光変調手段と、を備え、前記空間変調手段で偏向された光信号は、入力された前記入出力手段とは別の前記入出力手段に接続された前記光回路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に記載の光信号処理装置において、前記光導波路基板から空間に出射された前記光信号を分光する波長分散素子と、前記第１の方向と直交する第２の方向に光学パワーを有する第２の光学素子と、をさらに備え、前記空間光変調手段は、前記第２の方向に異なる領域毎にも、前記光信号を所望の空間的に異なる方向へ偏向す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に記載の光信号処理装置において、前記入出力手段は、単一の光ファイバに複数のコアを有するマルチコアファイバを含むことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光信号処理装置において、前記入出力手段は、前記入出力手段と前記光導波路基板とを接続するマルチコアデマルチプレクサ又はマルチコアマルチプレクサを含むことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光信号処理装置において、前記入出力手段は、複数の光ファイバからなるリボンファイバであることを特徴とする。

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信号処理装置において、前記光回路は、スラブ導波路と全ての導波路の光路長が等しいアレイ導波路とを含むことを特徴とする。

本発明は、入力ＭＣＦに含まれる各コアの信号を、それぞれ個別に異なる出力方路にルーティング可能な波長選択スイッチ（ＭＣＦ−ＷＳＳ）を実現できる。

本発明の実施形態１に係る光信号処理装置の構成の概略を示す図である。（ａ）、（ｂ）は、ＬＣＯＳ７に設定される位相分布例を示す図である。本発明の実施形態２に係る光信号処理装置の構成の概要を示す図である。従来のＭＣＦ−ＷＳＳの構成の概略を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１に係る光信号処理装置の構成の概略を示す。本発明に開示される光信号処理装置１００は、入出力ＭＣＦ１、８ａ〜８ｄ、ＭＣＦデマルチプレクサ（又はＭＣＦマルチプレクサ）２、光導波路基板３、回折格子４、シリンダレンズ５、６、光偏向器７からなる。

光偏向器７としては、２次元上に配置されたＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）によるミラーアレイ、もしくはＬＣＯＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＯｎＳｉｌｉｃｏｎ）などが適用可能であるが、ここではＬＣＯＳを用いた例を説明する。

また、ＭＣＦデマルチプレクサ２としては、ファイバ型や積層導波路型、もしくはレーザ描画加工によるマルチコアファンインファンアウトを用いることができる。

図１において、入力ＭＣＦ１から入力された光信号群はＭＣＦデマルチプレクサ２により、コア毎に分離され、光導波路基板３の光導波路群１１０へと入力される。次に、光導波路群１１０へと入力された光信号群は、スラブ導波路１１１とアレイ導波路１１２からなるＳＢＴ（ＳｐａｔｉａｌＢｅａｍＴｒａｎｓｆｏｒｅｒ）１１３へと伝搬する。

ＳＢＴ１１３では、光導波路群１１０はスラブ導波路１１１へと接続されており、光信号群はスラブ導波路１１１内を拡散し、それぞれの光路長が等しいアレイ導波路１１２を経由して空間に出射される。この際、入力光信号群のうち、光導波路１０ａを通過する光信号は、空間側では実線で表される光線１０ｂ方向に出射され、光導波路１１ａを通過する光信号は、空間側では点線で表される光線１１ｂ方向に出射される。すなわち、入力ＭＣＦ１から入力された光信号群は、その伝搬してきた光導波路毎に空間光学系において異なる方向に出射される。

空間光学系においては、光信号群は回折格子４、x軸方向に光学パワーをもつ焦点距離がｆ１のシリンダレンズ５、y軸方向に光学パワーをもつ焦点距離がｆ２のシリンダレンズ６を経由してＬＣＯＳ７へと入射する。

この際、シリンダレンズ５は、光導波路基板３とＬＣＯＳ７から、それぞれｆ１の位置に設置される。したがって、ｘ−ｚ面内において、光導波路基板３からＬＣＯＳ７までの光学系は２ｆ光学系となり、出射された光信号群は、ＬＣＯＳ７上に垂直に入射するとともに、空間光学系に出力された方向毎にそれぞれ異なる位置に入射される。例えば、光線１０ｂを伝搬する光信号は領域αに、光線１１ｂを伝搬する光信号は領域βに入射する。

また、光信号群は回折格子４により波長分波され、回折格子４とＬＣＯＳ７からそれぞれｆ２の位置に設置されたシリンダレンズ６により角度が変換され、波長毎にＬＣＯＳ７上のｙ軸方向の異なる位置に入射する。この作用により波長選択動作がなされる。

上述のようにＬＣＯＳ７上では、入力ＭＣＦ１に含まれるコア毎にｘ軸方向に異なる領域に、また光信号群を構成する波長毎にｙ軸方向に異なる領域に、光信号群が分配されて入射する。

ＬＣＯＳ７は、入射光信号の位相を空間的に変調することで、光信号の反射方向を偏向する空間位相変調素子である。したがって、ノコギリ波状の位相分布をｘ軸方向に付与することで、ｘ軸方向に並ぶ光導波路基板３の何れかの入出力ポートに対して光偏向が可能となる。

図２（ａ）、（ｂ）に、ＬＣＯＳ７に設定される位相分布例を示す。図２では、４つの波長毎の照射領域に対して、コア毎の照射領域α、β、γと分割してそれぞれ異なるノコギリ波状の位相分布を設定することで、波長毎かつコア毎に異なる偏向を可能にする状態を示している。

例えば、断面Ａ−Ａ’に対しては、領域αでその領域を２つのノコギリ波状の位相パターンに分割し、領域βでは４つのノコギリ波状の位相パターンに分割し、領域γでは２つのノコギリ波状の位相パターンに分割して偏向するパターンを示した。同様に、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’、Ｄ−Ｄ’についても、所望のスイッチングを実現するようにそれぞれパターンを設定することができる。

ＬＣＯＳ７に入力された光信号群は、それぞれが照射した領域の位相分布に応じて偏向、反射され、シリンダレンズ６、シリンダレンズ５、回折格子４を経由して、光導波路基板３の何れかの入出力ポートに結合する。光導波路基板３上には、光導波路群と接続されたスラブ導波路１１１、アレイ導波路１１２と同様のレイアウトのＳＢＴを経由して光導波路群へと伝搬する。

図１において、光線１０ｂ（光導波路１０ａ）に対応する入力ＭＣＦ１内のコアから入力された光信号は、光導波路１０ｃを伝搬して出力ＭＣＦ８ａの対応するコアへ出力される。光線１１ｂ（光導波路１１ａ）に対応する入力ＭＣＦ１内のコアから入力された光信号は、光導波路１１ｃを伝搬して出力ＭＣＦ８ｂの対応するコアへ出力される。光線１２ｂ（光導波路１２ａ）に対応する入力ＭＣＦ１内のコアから入力された光信号は、光導波路１２ｃを伝搬して出力ＭＣＦ８ｄの対応するコアへ出力される。

このように、上述の光信号処理装置においては、出力ＭＣＦ８ｃにも同様に出力することができるので、ＬＣＯＳ７の位相パターンを領域毎に適切に制御することにより、入力ＭＣＦ１から入力された各コアの光信号群を異なる出力ＭＣＦ８ａ〜８ｄの何れかに任意にルーティングすることが可能である。

尚、本実施形態１では、入力ＭＣＦ１から光を入力する場合を示したが、逆に出力ＭＣＦ８ａ〜８ｄから光を入力して、入力ＭＣＦ１へと光を合流する、アド型の使い方も同じ構成で可能である。

また、入力される光信号が単一波長である場合、ＭＣＦのコア毎のルーティングのみ行えば良いので、そのような場合、回折格子４、シリンダレンズ６を省いた構成としても良い。

（実施形態２）
図３に、本発明の実施形態２に係る光信号処理装置の構成の概要を示す。本実施形態２の光信号処理装置は、実施形態１とほぼ同様の構成であるが、実施形態１における入出力ＭＣＦ１、８ａ〜８ｄがリボンファイバとなったものである。すなわち、入出力リボンファイバ１０８、１０９ａ〜ｄそれぞれに含まれる複数のファイバの信号が同一の方路から、もしくは同一の方路への接続となるものであり、入出力リボンファイバ単位でそれぞれが１つの方路に接続されている。

１つの方路への接続に多数のコアが必要となる場合、個別のファイバを配線するのは、装置構成上非常に煩雑な工程となる。本実施形態２では、同一の方路に接続されるファイバをリボンファイバとして構成することで、１つの方路への接続に多数のコアが必要な場合にも装置構成を簡単にするものである。

１、８ＭＣＦ
２ＭＣＦデマルチプレクサ
３光導波路基板
４回折格子
５、６シリンダレンズ
７ＬＣＯＳ（光偏向器）
１０８、１０９入出力リボンファイバ
１１０光導波路群
１１１スラブ導波路
１１２アレイ導波路

Claims

複数の光導波路を含む複数の入出力手段と、
前記複数の入出力手段がそれぞれ接続された複数の光回路であって、前記入出力手段から入力された光信号を各前記光導波路に応じて空間の異なる方向に出射させる前記複数の光回路を含む光導波路基板と、
第１の方向に光学パワーを有する第１の光学素子と、
前記第１の方向に異なる領域毎に、前記光信号を所望の空間的に異なる方向へ偏向する空間光変調手段と、
を備え、前記空間変調手段で偏向された光信号は、入力された前記入出力手段とは別の前記入出力手段に接続された前記光回路に入力されることを特徴とする光信号処理装置。
前記光導波路基板から空間に出射された前記光信号を分光する波長分散素子と、
前記第１の方向と直交する第２の方向に光学パワーを有する第２の光学素子と、
をさらに備え、前記空間光変調手段は、前記第２の方向に異なる領域毎にも、前記光信号を所望の空間的に異なる方向へ偏向することを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
前記入出力手段は、単一の光ファイバに複数のコアを有するマルチコアファイバを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光信号処理装置。
前記入出力手段は、前記入出力手段と前記光導波路基板とを接続するマルチコアデマルチプレクサ又はマルチコアマルチプレクサを含むことを特徴とする請求項３に記載の光信号処理装置。
前記入出力手段は、複数の光ファイバからなるリボンファイバであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光信号処理装置。
前記光回路は、スラブ導波路と全ての導波路の光路長が等しいアレイ導波路とを含む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信号処理装置。