JP2018141948A - 光信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】角度多重方式に起因して光学系内で生じるクロストークによる通信品質劣化を抑制すること。【解決手段】光信号処理装置は、信号光を入出力する複数のポートを有する複数の光入出力部と、ポートに入力される信号光を集光する集光部と、集光部により集光された信号光を偏向する空間光変調部と、を備える。複数のポートに入力される信号光の集光部への進行方向は、光入出力部ごとに異なる。複数のポートに入力される信号光が集光部により集光される空間光変調部における位置は、光入出力部ごとに異なる。異なる光入出力部に含まれるポートであって空間光変調部に同一の角度で入出射する信号光を入出力するポートの集合をポート群としたとき、ポート群において、少なくとも１つのポートが信号光の入力に用いられ、少なくとも１つの他のポートが信号光の出力に用いられる。【選択図】図１

Description

本発明は、主に光信号処理装置に関する。

インターネットの普及に伴い、データ通信ネットワークに対する需要が爆発的に伸びている。この需要を支える光通信ネットワークに対する大容量化とトランスペアレント化との要求がますます大きくなっている。光通信ネットワークに対するこのような要求に対し、大容量化の観点では波長多重（ＷＤＭ： Wavelength Division Multiplexing）伝送が実用化されている。また、空間多重（ＳＤＭ：Space Division Multiplexing）伝送方式の研究開発が進展している。一方で、トランスペアレント化の観点では電気スイッチングを介さず光信号のまま信号処理を行うことが可能なＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）に代表されるようなネットワークシステムの重要度が増している。ＷＤＭ化された信号波長ごとに方路を選択するスイッチング機能を備える１入力Ｎ出力（あるいはＮ入力１出力）波長選択スイッチ（ＷＳＳ： Wavelength Selective Switch）や任意の分散量を波長ごとに付与する可変分散補償器（ＴＯＤＣ： Tunable Optical Dispersion Compensator）等の光信号処理デバイスの研究開発が精力的に進められている。さらに、複数のシングルモードファイバあるいはマルチコアファイバ等の空間多重ファイバで伝送路を構成する場合に対して柔軟な光信号の切り替えを可能とする光ノードの研究開発の必要性が高まっている。

ＷＳＳやＴＯＤＣ等の光信号処理デバイスにおける一般的な構成と動作原理を説明する。入力光ファイバから入力されたＷＤＭ信号は、コリメータにてコリメート光として空間を伝搬し、複数のレンズおよび波長分波するための回折格子を通過したのち、再びレンズを介して集光される。集光位置には光信号に所望の位相変化を与えるための空間光変調器（ＳＬＭ： Spatial Light Modulator）が配置される。

このＳＬＭとしてはＭＥＭＳ（Micro-electro mechanical mirror device）素子、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on Silicon）素子などが代表的なものとして挙げられる。ＳＬＭによって各光信号は所望の位相変化を与えられ反射する。反射された各光信号は、レンズを介して回折格子へと入射し波長合波された後、レンズを介して出力ファイバに結合する。

上記のような分光空間光学系とＬＣＯＳ素子とを組み合わせたＷＳＳの一例が非特許文献１に記載されている。非特許文献１のＦｉｇ．２に示される光信号処理装置は、波長多重信号をＬＣＯＳ素子の面上で波長軸とスイッチング軸との２次元にビーム整形し、波長ごとに任意の出力ポートを選択す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、各デバイスの位置について高精度なアライメントが必要となる。非特許文献２は、入出力部分として平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）上に作成された空間ビーム変換器（ＳＢＴ：Spatial Beam Transformer）を用い、空間光学系と組み合わせた光信号処理装置を提案している。この組み合わせにより、高精度なアライメントが必要とされる箇所を減らしたＷＳＳを得ることができる。

ＲＯＡＤＭノードにおいては、前述のような光信号処理装置を複数個同時に実装する形態が一般的である。図１５は、従来のＲＯＡＤＭノードの構成例を示す図である。同図に示す構成例は、従来のＷＳＳを１ノードに複数個実装した入力方路Ｎ本と出力方路Ｎ本を有するＲＯＡＤＭノードの典型的な構成である（特許文献１参照）。ここで、方路は、ＲＯＡＤＭノードが備えられた位置と異なる対地（接続先）にＲＯＡＤＭノードを接続する伝送路である。同図に示す構成は、Ｎ個の１入力Ｌ出力のＷＳＳと、Ｎ個のＬ入力１出力のＷＳＳとを編み込んで接続するルート＆セレクト型の構成である。ＲＯＡＤＭノードに入力されたＷＤＭ信号に対して、入力側のＷＳＳ群はＷＤＭ信号の波長に応じてドロップもしくはスルーの経路を選択する。入力側のＷＳＳ群にてドロップされた光信号は波長分波部群を経由して受信機群における所望の受信機に送信される。一方で、送信機群における所望の送信機から送信された光信号は波長合波部群を経て、出力側のＷＳＳ群によって隣接するノードに向けて伝送される。

図１５に示す構成例では、波長分波部群および波長合波部群を、Ｎ入力Ｍ出力のコンテンションＷＳＳを用いた構成である。送受信機から任意の方路から任意の波長の信号を送受信できる（Colorless/Directionless機能）。しかしながら、同一の波長の光信号を複数の入力側のＷＳＳから同時にドロップする際、コンテンションＷＳＳにおいて合波を行うと光信号の衝突（以下、コンテンションという）が発生する。このため、コンテンションが発生しないように光パスを設定する運用が必要となる。その他にも、コンテンションレスＷＳＳで構成し、同一の波長の光信号を複数の入力側のＷＳＳから同時にドロップしても、コンテンションを発生させない構成も提案されており（Colorless/Directionless/Contention-less機能）、様々な方式が存在する。

図１５において、Ｌは、波長分波部群および波長合波部群におけるＮ×ＭコンテンションＷＳＳの個数Ｋと、方路数Ｎとの和から１を引いた自然数（Ｌ＝Ｎ＋Ｋ−１）である。Ｍは、波長分波部群および波長合波部群におけるＮ×ＭコンテンションＷＳＳと送受信機群と接続するポート数である。また、Ｎは波長分波部群および波長合波部群におけるＮ×ＭコンテンションＷＳＳと入出力群ＷＳＳと接続するポート数である。このポート数は、方路数Ｎと等しい。

前述のＲＯＡＤＭノードでは、多くのＷＳＳモジュールが必要となり、ＷＳＳモジュールが占有するサイズ（容積）による制限でＲＯＡＤＭ装置を小型化できない問題があった。これに対して、ＲＯＡＤＭノード内で実装される複数のＷＳＳを集積した光モジュールが提案されている（非特許文献３）。

図１６は、ｋ台のｎ入力ｍ出力のＷＳＳを集積した光信号処理装置の光学系の構成例を示す図である。同図に示す構成例は、ｋ＝４、ｎ＝１、ｍ＝３の場合の構成例である。本構成例では、光入出力部を構成するＰＬＣに空間ビーム変換器（ＳＢＴ：Spatial Beam Transformer）がｎ＋ｍ個形成され、ｋ本の入出力ポートが１つのＳＢＴに結合する。図１７は、ＳＢＴの構成例を示す図である。図１７に示すように、ＳＢＴの構成は、ＡＷＧ（Arrayed-waveguide grating）と同様の回路構成を有している。ＡＷＧにおける後段のスラブ導波路がＷＳＳの空間光学系に対応する。ＳＢＴにおける各アレイ導波路長は同一に設定されている。従って、ＳＢＴは波長依存性を有さない。

中心の入力導波路から入力された光信号は、スラブ導波路で所望のビーム径に広がったのちに、アレイ導波路を介してチップ端まで伝搬し、チップ端面に垂直な方向へと出力される。チップ端面は、光信号が空間に出射する側の端面である。一方、異なる入力導波路からＳＢＴに入力した光信号は、傾いた平面波を保ってチップ端まで伝搬するため、空間光学系に対しても傾いた波面として出力される。これは、入出力用導波路がそれぞれ異なった角度でスラブ導波路に結合し、入力信号の波面がそれぞれ異なる角度で空間に出射されるよう、各入出力用導波路およびスラブ導波路の角度が調整されているためである。

このように、各光信号はチップ端の同一箇所から異なる方向へと空間光学系へ出力される。さらに、アレイ導波路が接続しているチップ端面はｘ軸と一致する構成をとるため、アレイ導波路から空間に出力された光信号は、ｘ軸方向に位相が揃った平面波として出力され、ｘ軸方向に関してコリメートされたビームとして空間を伝搬する。

空間光学系は基板水平方向（ｘ軸方向）には、ＰＬＣの出射側のチップ端面からスイッチング素子であるＬＣＯＳ素子までにおいて２−ｆ光学系を構成する。２−ｆ光学系では、前焦点面における角度成分は後焦点面における位置に変換されるため、異なる角度に出力された光信号はＬＣＯＳ素子上の異なる位置に集光される。その結果、異なる各度に出射された光信号の光学系は、各ＷＳＳの光信号に対する独立の光学系とみなることができる。このような原理に基づき、複数の機能を単一の光学系に集積する方式を角度多重方式と呼ぶ。ＬＣＯＳ素子は、２次元平面上に配置された複数の液晶位相シフタを備え、液晶位相シフタを個別に制御する。ＬＣＯＳ素子は、複数の液晶位相シフタに対して、のこぎり波状の位相パターンをｘ軸方向に設定することで、入力光の偏向、反射を行う。ＬＣＯＳ素子により反射された光信号は再び２−ｆ光学系を通過して、再びＰＬＣに入射する。

ここで、後焦点面すなわちＬＣＯＳ素子の面において偏向された光信号は、偏向角度を変換したＰＬＣチップ端面の位置に集光される。さらに光軸外で反射された光信号も、ＰＬＣチップ端面では入力パスと同じ角度でチップに到達する。これは２−ｆ光学系の原理である。ＰＬＣに再入力された光信号は、その再入力端に配置された出力用のＳＢＴと対応する出力導波路を介して対応する出力ポートに出力される。

このようにして、複数のＷＳＳにより光入出力部、および、空間光学系を共用することにより、初期導入費用の抑制、消費電力の低減、制御システムの負荷低減といった多くのメリットが期待できる。

特開２０１０−０８１３７４号公報

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) Yuichiro Ikuma, Kenya Suzuki, Naru Nemoto, Etsu Hashimoto, Osamu Moriwaki and Tetsuo Takahashi, "Low-Loss Transponder Aggregator Using Spatial and Planar Optical Circuit," Journal of Lightwave Technology, vol.34, no.1, 2016

しかしながら、図１６に示した複数のＷＳＳ＃１〜＃４を集積した光信号処理装置において以下のような課題がある。主信号光がいずれかのＷＳＳに入力される際に、角度多重方式に起因して、光信号処理装置の光学系内において角度方向の結合が生じる。角度方向の結合により、ＷＳＳに入力される主信号光に他のＷＳＳに入力される主信号光の一部が重畳するクロストークが生じる。特に、デジタルコヒーレント伝送システムでは、同一の波長をもつ信号光間でのクロストーク（以下、同一波長クロストークという）の影響が支配的となり信号品質を劣化させる。以下では、光信号処理装置の性能指標としてポートアイソレーションを定義し、クロストークの大きさがポートアイソレーションで決まることを示す。

ＷＳＳ＃１〜＃４それぞれの入出力ポート＃１〜＃４に同時入力される同一波長信号の数をl（１≦l≦ｋ）、各入力信号の電界をＥ_ｉ ^ｉｎ，（１≦ｉ≦ｌ）光信号処理装置の光学系の伝達関数行列の成分をβ_ｉｊ・ｅｘｐ（ｊθ_ｉｊ），（１≦ｉ，ｊ≦ｌ）とすると、光信号処理装置出力後の信号電界は式（１）の通り表記できる。

このとき、ポートｉからポートｊ（ｉ≠ｊ）に対するポートアイソレーションを式（２）の通り定義する。

また、ポートｊに入力される主信号光にその他のポートｉ（ｉ≠ｊ、１≦ｉ≦l）からの漏れ込みが重畳される場合、主信号の電界は式（３）の通り表される。

このとき、クロストークＸＴを式（４）の通り定義する。

式（４）の最右辺の導出において、式（５）が成立すると仮定し、また、すべてのｉ，ｊ（ｉ≠ｊ）に対して、β_ｉｊ，β_ｉｉは一定であり、その結果、式（６）に示すように両者の比も一定であると仮定している。

式（４）および式（６）におけるρは、式（２）で定義したポートアイソレーションを示しており、クロストークが各ＷＳＳに同時に入力される信号数とポートアイソレーションとの積で決まることを示している。

図１８は、光信号処理装置におけるＷＳＳ間のポートアイソレーションの評価例を示すグラフである。同図は、７個の１×８ＷＳＳを集積した光信号処理装置におけるＷＳＳ間のポートアイソレーションを実験により評価した例を示している。実験条件は以下の通りである。入出力ポート７本と接続するＳＢＴを９個備えたＰＬＣを作製し、それを回折格子、レンズ、ＬＣＯＳ素子からなるベンチトップ型の空間光学系に組み込み測定した。測定対象は、隣接位置にあるＷＳＳ＃１とＷＳＳ＃２との間のポートアイソレーションと、非隣接位置にあるＷＳＳ＃１とＷＳＳ＃３とのポートアイソレーションとを測定した。

まず、ＷＳＳ＃１に入力ポートから主信号光を入力し、ＷＳＳ＃１の特定の出力ポートから出力される信号パワを測定する。次に、ＷＳＳ＃１に信号光を導通させたまま、ＷＳＳ＃２あるいはＷＳＳ＃３において、ＷＳＳ＃１で使用する同一ポートから出力される漏れ込み光のパワを測定する。その際、ＷＳＳ＃２あるいはＷＳＳ＃３に生じる漏れ込み光が出力ポートに結合するよう、また、ＷＳＳ＃１に入力した主信号光が出力ポートに結合しないようＬＣＯＳ素子上でスイッチ制御を行った。主信号光としてＣ帯のＡＳＥ光をＷＳＳ＃１の入力ポートに入力し、ＷＳＳ＃２およびＷＳＳ＃３における出力ポートからの出力光スペクトルを光スペクトルアナライザで測定した。

評価結果は以下の通りである。隣接ＷＳＳであるＷＳＳ＃１とＷＳＳ＃２とのポートアイソレーションが−３０ｄＢ、非隣接ＷＳＳであるＷＳＳ＃１とＷＳＳ＃３とのポートアイソレーションが−４５ｄＢであった。これらの値は、スペクトルにおける１５２８ｎｍ〜１５６６ｎｍにおけるポートアイソレーションの平均値である。この評価結果は、ポートアイソレーションの不完全性によりＷＳＳ間で信号光の漏れ込みが生じることを示している。これにより、最悪の場合、すべてのＷＳＳの入力ポートに同時に同一波長信号が入力されると主信号へのクロストークの影響が顕著となり信号品質の劣化を引き起こす可能性があることが分かる。特に、隣接ＷＳＳから漏れ込むクロストークの影響が支配的となる。

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、角度多重方式に起因して光信号処理装置の光学系内で生じるクロストークによる通信品質劣化を抑制することにある。

本発明の第１の態様における光信号処理装置は、信号光を入出力する複数のポートを有する複数の光入出力部と、前記ポートに入力される信号光を集光する集光部と、前記集光部により集光された信号光を偏向する空間光変調部と、を備え、前記複数のポートに入力される信号光の前記集光部への進行方向は、前記光入出力部ごとに異なり、前記複数のポートに入力される信号光が前記集光部により集光される前記空間光変調部における位置は、前記光入出力部ごとに異なり、異なる前記光入出力部に含まれる前記ポートであって前記空間光変調部に同一の角度で入出射する信号光を入出力する前記ポートの集合をポート群としたとき、前記ポート群において、少なくとも１つの前記ポートが信号光の入力に用いられ、少なくとも１つの他の前記ポートが信号光の出力に用いられる。

本発明の第２の態様によれば、上記の第１の態様において、前記光入出力部は、平面光波回路に形成されている。

本発明の第３の態様によれば、上記の第２の態様において、前記平面光波回路は、前記ポート群ごとに設けられ前記ポート群に含まれる前記ポートに接続されたスラブ導波路と、前記スラブ導波路ごとに設けられ前記スラブ導波路に接続されたアレイ導波路と、を含み、前記ポートに入力された信号光は、前記アレイ導波路から前記集光部に向けて出射する。

本発明の第４の態様によれば、上記の第１から第３の態様のいずれかにおいて、前記空間光変調部は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）素子を有する。

本発明の第５の態様によれば、上記の第１から第４の態様のいずれかにおいて、前記光入出力部において信号光を入力する前記ポートと信号光を出力する前記ポートとが交互に配置されている。

本発明の第６の態様によれば、上記の第１から第５の態様のいずれかにおいて、前記集光部へ向かう信号光を波長ごとに分波する分光部をさらに備え、波長ごとに分波された信号光それぞれは、前記集光部により前記空間光変調部において異なる位置に集光される。

本発明の第７の態様によれば、上記の第６の態様のいずれかにおいて、前記空間光変調部は、信号光に含まれる所望の波長ごとに信号光を偏向し、複数の前記所望の波長の信号光を前記ポートのうち信号光の出力に用いられる前記ポートにそれぞれ結合させる。

本発明の第８の態様によれば、上記の第６又は第７の態様のいずれかにおいて、前記光入出力部それぞれが有する前記ポートの数がＮ（Ｎは２以上の整数）である場合、少なくとも１つの前記光入出力部において、ｍ（ｍはＮ−１以下の自然数）個の前記ポートは信号光の入力に用いられ、ｎ（ｎ＝Ｎ−ｍ）個の前記ポートは信号光の出力に用いられ、他の前記光入出力部において、ｎ個の前記ポートは信号光の入力に用いられ、ｍ個の前記ポートは信号光の出力に用いられる。

本発明の第９の態様によれば、上記の第１から第８の態様のいずれかにおいて、前記複数のポートのうち信号光が入力されるポートは、同じノードから信号光が入力され、前記複数のポートのうち信号光を出力するポートは、同じノードへ信号光を出力する。

本発明によれば、角度多重方式に起因して光学系内で生じるクロストークによる通信品質劣化を抑制することが可能となる。

第１の実施形態に係る光信号処理装置の構成例を示す図である。 光入出力部に備えられる入出力ポートに対する信号光の入力と出力との割り当て例を示す図である。 第２の実施形態に係る光信号処理装置の構成例を示す図である。 第３の実施形態に係る光信号処理装置の構成例を示す図である。 第４の実施形態に係る光信号処理装置の構成例を示す図である。 第５の実施形態に係る光信号処理装置の構成例を示す図である。 第５の実施形態に係る光信号処理装置における各入出力ポートに対する入力と出力との割り当て例を示す図である。 従来の光信号処理装置と本実施形態に係る光信号処理装置とにおけるクロストークの影響を示すグラフである。 第６の実施形態に係る光信号処理装置の適用例を示す図である。 第７の実施形態に係る光信号処理装置の適用例を示す図である。 第８の実施形態に係る光信号処理装置の適用例を示す図である。 光信号処理装置の適用対象のノードの構成を示す図である。 第９の実施形態に係る光信号処理装置の適用例を示す図である。 光信号処理装置の適用対象のノードの構成を示す図である。 従来のＲＯＡＤＭノードの構成例を示す図である。 ｋ台のｎ入力ｍ出力のＷＳＳを集積した光信号処理装置の光学系の構成例を示す図である。 ＳＢＴの構成例を示す図である。 光信号処理装置におけるＷＳＳ間のポートアイソレーションの評価例を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における光信号処理装置を説明する。なお、以下の各実施形態では、同一の符号を付した構成要素は同様の動作を行うものとして、重複する説明を適宜省略する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る光信号処理装置１００の構成例を示す図である。光信号処理装置１００は、光入出力部１、２と、マイクロレンズアレイ１０１、１０２と、レンズ１０３と、空間光変調器１０４とを備える。光入出力部１から出射される信号光がマイクロレンズアレイ１０１、レンズ１０３、空間光変調器１０４の順に到達するように、光入出力部１、マイクロレンズアレイ１０１、レンズ１０３および空間光変調器１０４が配置されている。光入出力部２から出射される信号光がマイクロレンズアレイ１０２、レンズ１０３、空間光変調器１０４の順に到達するように、光入出力部２、マイクロレンズアレイ１０２、レンズ１０３および空間光変調器１０４が配置されている。

光入出力部１は、３つの入出力ポート１１、１２、１３を備える。光入出力部２は、３つの入出力ポート２１、２２、２３を備える。光入出力部１、２の入出力ポートには例えばファイバアレイが用いられる。図１に示す構成例では、光入出力部１から出射される信号光の光軸と光入出力部２から出射される信号光の光軸とがレンズに近づくほど互いに接近する場合が示されている。しかし、光入出力部１から出射される信号光と光入出力部２から出射される信号光とが空間を進行するに従い互いに離れる構成としてもよい。

図１に記載の光信号処理装置１００において、Ｍ（＝２）個の光入出力部１、２からの信号光の進行方向は、光入出力部１、２ごとに異なる。また、光入出力部１、２から出射される信号光は、レンズ１０３により空間光変調器１０４上の異なる位置に光入出力部ごとに集光される。また、光入出力部１が有するＮ（＝３）個の入出力ポート１１、１２、１３から出射される信号光は、空間光変調器１０４により位相変調を与えられて反射された後にレンズ１０３により、光入出力部１が有する入出力ポート１１、１２、１３のいずれかに集光される。

また、光入出力部２が有するＮ（＝３）個の入出力ポート２１、２２、２３から出射される信号光は、空間光変調器１０４により位相変調を与えられて反射された後にレンズ１０３により、光入出力部１が有する入出力ポート２１、２２、２３のいずれかに集光される。このように、図１に記載の光信号処理装置１００の構成は、角度多重の原理に基づき、複数の機能を単一の光学系に集積できることに特徴がある。

以下、異なる光入出力部に備えられる入出力ポートであって空間光変調器１０４により同一の角度で偏向される信号光が集光される入出力ポートの集合を、「入出力ポート群」という。空間光変調器１０４における偏向の角度θは、信号光が空間光変調器１０４へ入射する角度あるいは信号光が空間光変調器１０４から出射される角度である。偏向の角度θは、空間光変調器１０４における偏向および反射を行う主面の垂直方向となす角度として定められる。空間光変調器１０４の主面の垂直方向は、図１に示すＸＹＺ座標系におけるＺ軸方向である。図１に記載の光信号処理装置１００では、異なる３つの偏向角がある。入出力ポート１１と入出力ポート２１とを含む入出力ポート群＃１と、入出力ポート１２と入出力ポート２２とを含む入出力ポート群＃２と、入出力ポート１３と入出力ポート２３とを含む入出力ポート群＃３とが、偏向角に応じて存在する。

第１の実施形態における光信号処理装置１００の動作を説明する。光入出力部１のいずれかの入出力ポートに入力される信号光は、マイクロレンズアレイ１０１を経てコリメート光として空間に出射される。空間を伝搬する信号光は、レンズ１０３によって集光され、空間光変調器１０４上の領域１０４ａに集光する。領域１０４ａに集光した信号光は、領域１０４ａにおける位相設定に応じた位相変調を与えられ、反射される。信号光は、位相変調を与えられることにより、与えられた位相に応じた所望の角度に偏向される。信号光が偏向される角度は、Ｘ−Ｚ平面内の角度であり、Ｚ軸に対する角度である。反射された信号光は、レンズ１０３を再び通過することで、偏向角度に応じた位置の入出力ポート１１、１２、１３のいずれかに光結合される。空間光変調器１０４が、入力される信号光を入出力ポート１１、１２、１３のいずれかに光結合させることにより、信号光のスイッチング動作が行われる。

光入出力部２のいずれかの入出力ポートに入力される信号光は、光入出力部１に入力される信号光と異なる角度で空間に出射するため、空間光変調器１０４上において領域１０４ａと異なる領域１０４ｂに集光する。光入出力部２のいずれかの入出力ポートに入力される信号光は、空間光変調器１０４上の領域１０４ｂにおいて所望の位相変調を与えられて反射される。反射された信号光は、レンズ１０３を再び通過することで、偏向角度に応じた位置の入出力ポート２１、２２、２３のいずれかに光結合される。空間光変調器１０４が、入力される信号光を入出力ポート２１、２２、２３のいずれかに光結合させることにより、信号光のスイッチング動作が行われる。

光入出力部１に関する信号光の光学系と光入出力部２に関する信号光の光学系とは、それぞれ独立の光学系とみなせるため、複数の光信号処理機能の集約が実現される。集約されるそれぞれの光信号処理機能において、入出力される信号光に対するスイッチングや分散付与などが空間光変調器１０４により可能である。

図２は、光入出力部に備えられる入出力ポートに対する信号光の入力と出力との割り当て例を示す図である。図２に示す割り当ては、光信号処理装置が４つの光入出力部＃１〜＃４を備え、光入出力部＃１〜＃４それぞれが４つの入出力ポート＃１〜＃４を備える場合における割り当て例を示している。図１６に示した従来の光信号処理装置の割り当て例では、入出力ポート群＃１に含まれる各光入出力部の入出力ポート＃１すべてを信号光の入力に割り当て、入出力ポート群＃２に含まれる各光入出力部の入出力ポート＃２、入出力ポート群＃３に含まれる各光入出力部の入出力ポート＃３および入出力ポート群＃４に含まれる各光入出力部の入出力ポート＃４すべてを信号光の出力に割り当てている。

本実施形態における割り当て例＃１では、入出力ポート群＃１〜＃４それぞれにおいて、少なくとも１つの入出力ポートを信号光の入力に割り当て、少なくとも１つの入出力ポートを信号光の出力に割り当てている。特に、入出力ポート群＃１〜＃４における入出力ポートの半数それぞれを、信号光の入力と出力とに割り当てる例が示されている。本実施形態における割り当て例＃２では、入出力ポート群＃１〜＃４それぞれにおいて、信号光の入力と出力とを交互に割り当てる例を示している。

従来の光信号処理装置の割り当て例と、本実施形態における割り当て例＃１、＃２とを比較すると、本実施形態の例では同一方向に光学系を伝搬する信号光の数を減らすことができ、角度多重方式に起因して光学系内で生じるクロストークを低減することが可能である。特に、本実施形態における割り当て例＃１の場合、入出力ポート群それぞれにおいて、信号光の入力に割り当てる入出力ポート数と信号光の出力に割り当てるポート数とが入出力ポート数の半数であるため、同一方向に光学系を伝搬する信号光の数を最も減らすことができ、クロストーク低減効果が最大となる点に特徴がある。また、本実施形態における割り当て例＃２の場合、近接する角度で光学系内を進行する信号光は逆方向に伝搬するため、クロストークレベルが大きい近接角度からの信号光の漏れ込みを避けることができる。この場合、クロストーク低減効果は、本実施形態における割り当て例１の場合よりも大きくなる点に特徴がある。

［第２の実施形態］
図３は、第２の実施形態に係る光信号処理装置２００の構成例を示す図である。光信号処理装置２００は、平面光波回路２０１と、レンズ１０３と、空間光変調器１０４とを備える。平面光波回路２０１には、光入出力部１、２が設けられている。光入出力部１、２に入射される信号光は、平面光波回路２０１に形成された導波路を通過し、平面光波回路２０１の出射端面２０１ａから空間へ出射される。光入出力部１、２は、平面光波回路２０１の出射端面２０１ａと異なる面に設けられている。出射端面２０１ａから出射される信号光がレンズ１０３、空間光変調器１０４の順に到達するように、平面光波回路２０１、レンズ１０３および空間光変調器１０４が配置されている。

光入出力部１は、３つの入出力ポート１１、１２、１３を備える。光入出力部２は、３つの入出力ポート２１、２２、２３を備える。入出力ポート１１と入出力ポート２１とには、空間光変調器１０４により同一の角度で偏向される信号光が集光される。言い換えると、入出力ポート１１にて得られる信号光と、入出力ポート２１にて得られる信号光とは、空間光変調器１０４により偏向される角度が同じである。また、入出力ポート１２と入出力ポート２２とには、空間光変調器１０４により同一の角度で偏向される信号光が集光される。入出力ポート１３と入出力ポート２３とには、空間光変調器１０４により同一の角度で偏向される信号光が集光される。すなわち、光信号処理装置２００には、入出力ポート１１と入出力ポート２１とを含む入出力ポート群＃１と、入出力ポート１２と入出力ポート２２とを含む入出力ポート群＃２と、入出力ポート１３と入出力ポート２３とを含む入出力ポート群＃３とが存在する。

平面光波回路２０１の出射端面２０１ａからレンズ１０３に向けて空間に出射されるビームの開口数（ＮＡ： Numerical Aperture）を調整するための機能を平面光波回路２０１は備えてもよい。また、光信号処理装置２００は、平面光波回路２０１からビームが出射される面の近傍にマイクロレンズアレイ等を配置してもよい。マイクロレンズアレイを配置することにより、空間に出射されたビームのＮＡを調整することができる。

図３には、光入出力部１に備えられる各入出力ポートの信号光の導波路と、光入出力部２に備えられる各入出力ポートの信号光の導波路とがレンズ１０３に向かう出射端面２０１ａに近づくほど互いに近接する平面光波回路２０１の構成例が示されている。しかし、光入出力部１の信号光の導波路と光入出力部２の信号光の導波路とが平面光波回路２０１の出射端面２０１ａに近づくほど互いに離れる構成を平面光波回路２０１は備えてもよい。

本実施形態の光信号処理装置２００における動作を説明する。光入出力部１の各入出力ポートに入力される信号光は、平面光波回路２０１の導波路を伝搬し、平面光波回路２０１の出射端面２０１ａからレンズ１０３に向けて空間に出射される。平面光波回路２０１は、光入出力部１の各入出力ポートから入力される信号光が、互いに適切な角度や位置にて平面光波回路２０１から出射されるように、長さおよび角度が調整された導波路を備えている。平面光波回路２０１の出射端面２０１ａから出射された信号光は、レンズ１０３によって集光され、空間光変調器１０４上の領域１０４ａに集光する。領域１０４ａに集光した信号光は、空間光変調器１０４の領域１０４ａにおける位相設定に応じて所望の角度に偏向され、反射される。信号光が偏向される角度は、図３に示すＸＹＺ座標系におけるＸ−Ｚ平面内の角度であり、Ｚ軸に対する角度である。反射された信号光は、レンズ１０３を再び通過することで、光入出力部１に備えられる入出力ポートのいずれかに光結合される。空間光変調器１０４が、入力される信号光を入出力ポート１１、１２、１３のいずれかに光結合させることにより、信号光のスイッチング動作が行われる。

光入出力部２の各入出力ポートに入力される信号光は、平面光波回路２０１の導波路を伝搬し、平面光波回路２０１の出射端面２０１ａからレンズ１０３に向けて空間に出射される。平面光波回路２０１は、光入出力部２の各入出力ポートから入力される信号光が、互いに適切な角度や位置にて平面光波回路２０１から出射されるように、長さおよび角度が調整された導波路を備えている。平面光波回路２０１の出射端面２０１ａから出射された信号光は、レンズ１０３によって集光され、空間光変調器１０４上の領域１０４ｂに集光する。領域１０４ｂに集光した信号光は、空間光変調器１０４の領域１０４ｂにおける位相設定に応じて所望の角度に偏向され、反射される。信号光が偏向される角度は、Ｘ−Ｚ平面内の角度であり、Ｚ軸に対する角度である。反射された信号光は、レンズ１０３を再び通過することで、光入出力部１に備えられる入出力ポートのいずれかに光結合される。空間光変調器１０４が、入力される信号光を入出力ポート２１、２２、２３のいずれかに光結合させることにより、信号光のスイッチング動作が行われる。

光入出力部１に関する信号光と光入出力部２に関する信号光とは平面光波回路２０１の出射端面２０１ａから異なる角度でレンズ１０３に向けて空間に出射される。そのため、光入出力部１に関する信号光と光入出力部２に関する信号光とは空間光変調器１０４上において異なる領域１０４ａ、１０４ｂに集光される。すなわち、光入出力部１に関する信号光の光学系と光入出力部２に関する信号光の光学系とは、それぞれ独立した光学系として扱うことができるため、光信号処理装置２００は複数機能の集約を実現できる。

第２の実施形態の光信号処理装置２００では、光入出力部１、２およびマイクロレンズアレイが平面光波回路２０１に集積されるため、一般に用いられるファイバアレイやマイクロレンズアレイなどを個別に設けてアライメントを行う必要がない。また、光信号処理装置２００は、ＷＳＳ機能部ごとに異なった角度でファイバアレイおよびマイクロレンズアレイを配置するといった実装負荷を、平面光波回路２０１における回路レイアウトの調整にて解決することができる。光信号処理装置２００は、第１の実施形態における光信号処理装置１００にて得られる多大なメリットを得つつ、さらなる低コスト化を図り、アライメント負荷を大きく削減できる。

［第３の実施形態］
図４は、第３の実施形態に係る光信号処理装置３００の構成例を示す図である。光信号処理装置３００は、平面光波回路３０１と、レンズ１０３と、空間光変調器１０４とを備える。平面光波回路３０１には、光入出力部＃１を構成する入出力ポート１１、１２、１３と、光入出力部＃２を構成する入出力ポート２１、２２、２３とが設けられている。各入出力ポートから入射される信号光は、平面光波回路３０１を通過し、平面光波回路３０１の出射端面３０１ａから空間へ出射される。各入出力ポートは、平面光波回路３０１の出射端面３０１ａと異なる面に設けられている。出射端面３０１ａから空間へ出射される信号光がレンズ１０３、空間光変調器１０４の順に到達するように、平面光波回路３０１、レンズ１０３および空間光変調器１０４が配置されている。

光信号処理装置３００には、入出力ポート１１と入出力ポート２１とを含む入出力ポート群＃１と、入出力ポート１２と入出力ポート２２とを含む入出力ポート群＃２と、入出力ポート１３と入出力ポート２３とを含む入出力ポート群＃３とが存在する。

平面光波回路３０１には、前述の各入出力ポートと、入出力ポート群ごとに設けられたスラブ導波路３１１、３１２、３１３と、各入出力ポートと各スラブ導波路とを接続する入出力用導波路と、各スラブ導波路と出射端面３０１ａとを接続するアレイ導波路とが形成されている。各スラブ導波路において、入出力用導波路からスラブ導波路へ入射する信号光の主光線がスラブ導波路とアレイ導波路との境界部分である終端において一点で交わるように、入出力用導波路とスラブ導波路との設置角度が決められている。また、平面光波回路３０１において、光入出力部＃１の各入出力ポートと、光入出力部＃２の各入出力ポートとが交互に配置されている。

光入出力部＃１、＃２の各入出力ポートに入力される信号光は、入出力用導波路を通過して、スラブ導波路３１１、３１２、３１３にそれぞれ入射する。各スラブ導波路に入力する信号光は、平面光波回路３０１の厚さ方向に閉じ込められたまま、平面光波回路３０１の平面内で広がるようにスラブ導波路を伝搬する。平面光波回路３０１の厚さ方向は、図４に示すＸＹＺ座標系におけるＹ軸方向である。各スラブ導波路において広がる信号光の波面は伝搬距離に応じた曲率を有するため、各スラブ導波路の終端は波面の曲率と一致する形状を有している。各スラブ導波路の終端と平面光波回路３０１の出射端面３０１ａとを接続するアレイ導波路は複数の導波路を含む。アレイ導波路に含まれる各導波路の長さは等しい。

平面光波回路３０１の出射端面３０１ａは、Ｘ−Ｙ平面と平行である。出射端面３０１ａがＸ−Ｙ平面と平行である場合、アレイ導波路から空間に出射される信号光は、Ｘ軸方向に位相が揃った平面波として出射されるため、信号光はＸ−Ｙ平面の法線方向にコリメートされたビームとして空間を伝搬する。平面光波回路３０１の出射端面３０１ａから出射される信号光は、レンズ１０３を通過することで、空間光変調器１０４上に集光される。空間光変調器１０４上に集光された信号光は、空間光変調器１０４により波長ごとに任意の角度にて反射され、再びレンズ１０３を介して出射端面３０１ａに再結合する。

光入出力部＃１の入出力ポート１１、１２、１３に入力される信号光は、平面光波回路３０１の出射端面３０１ａから同じ角度でレンズ１０３に向けて空間に出射される。出射された信号光は、レンズ１０３を通過して空間光変調器１０４上の領域１０４ａに集光される。領域１０４ａに集光した信号光は、空間光変調器１０４の領域１０４ａにおける位相設定に応じて所望の角度に偏向され、反射される。信号光が偏向される角度は、図３に示すＸＹＺ座標系におけるＸ−Ｚ平面内の角度であり、Ｚ軸に対する角度である。反射された信号光は、レンズ１０３を再び通過することで、出射端面３０１ａに再結合する。信号光が再結合した出射端面３０１ａ上の位置に応じて、入出力ポート１１、１２、１３のいずれかから出力される。光信号処理装置３００は、空間光変調器１０４の領域１０４ａにおける位相設定に応じて、入出力ポート１１、１２、１３に入力される信号光の出力先を入出力ポート１１、１２、１３のいずれかに選択する。

光入出力部＃２の入出力ポート２１、２２、２３に入力される信号光は、平面光波回路３０１の出射端面３０１ａから同じ角度でレンズ１０３に向けて空間に出射される。出射された信号光は、レンズ１０３を通過して空間光変調器１０４上の領域１０４ｂに集光される。領域１０４ｂに集光した信号光は、空間光変調器１０４の領域１０４ｂにおける位相設定に応じて所望の角度に偏向され、反射される。信号光が偏向される角度は、Ｘ−Ｚ平面内の角度であり、Ｚ軸に対する角度である。反射された信号光は、レンズ１０３を再び通過することで、出射端面３０１ａに再結合する。信号光が再結合した出射端面３０１ａ上の位置に応じて、入出力ポート２１、２２、２３のいずれかから出力される。光信号処理装置３００は、空間光変調器１０４の領域１０４ｂにおける位相設定に応じて、入出力ポート２１、２２、２３に入力される信号光の出力先を入出力ポート２１、２２、２３のいずれかに選択する。

光入出力部＃１の各入出力ポートに入力される信号光が出射端面３０１ａから出射される角度と、光入出力部２の各入出力ポートに入力される信号光が出射端面３０１ａから出射される角度とは異なる。そのため、光入出力部＃１に関する信号光と光入出力部＃２関する信号光とは空間光変調器１０４上において異なる領域１０４ａ、１０４ｂに集光される。すなわち、光入出力部＃１に関する信号光の光学系と光入出力部＃２に関する信号光の光学系とは、それぞれ独立した光学系として扱うことができるため、光信号処理装置３００は複数機能の集約を実現できる。

また、第３の実施形態に係る光信号処理装置３００は、第２の実施形態に係る光信号処理装置２００により得られる効果を有するとともに、追加の部材を全く配置することなく、平面光波回路３０１の基板内に設置するＮＡ調整に必要な回路の個数を半分にすることができる。その結果、平面光波回路３０１を形成するチップのＸ軸方向の高さが半分になり、複雑な回路数も半分になるため、平面光波回路３０１製造時の歩留まりが高くなるという効果が得られる。

［第４の実施形態］
図５は、第４の実施形態に係る光信号処理装置４００の構成例を示す図である。光信号処理装置４００は、光入出力部１、２と、回折格子４０１と、レンズ１０３と、空間光変調器１０４とを備える。光入出力部１、２に入射される信号光が回折格子４０１、レンズ１０３、空間光変調器１０４の順に到達するように、光入出力部１、２と回折格子４０１とレンズ１０３と空間光変調器１０４とが配置されている。光入出力部１、２の構成は、第１の実施形態に示したファイバアレイとマイクロレンズアレイとを配置する構成と、第２の実施形態に示した平面光波回路を用いた構成とのいずれの構成であってもよい。

本実施形態の光信号処理装置４００における動作を説明する。光入出力部１、２に入力される信号光は、信号光の開口数が調整されたのち、各光入出力部に応じて異なる角度で空間に出射される。空間を伝搬する信号光は、図５に示すＸＹＺ座標系におけるＺ−Ｙ平面上に回折格子４０１によって波長分波される。回折格子４０１は、信号光を波長ごとに分離する分光部として機能する。波長分波された信号光は、レンズ１０３により、空間光変調器１０４上に集光される。信号光が集光される空間光変調器１０４上の位置は、波長ごとに異なる。信号光が集光される位置は、空間光変調器１０４の反射および偏向を行う主面においてＹ軸方向に異なる。信号光が集光される波長ごとの位置がＹ軸方向に異なる場合、信号光が集光される光入出力部ごとの位置はＸ軸方向に異なる。すなわち、光入出力部ごとに異なる位置が並ぶ方向と、波長ごとに異なる位置が並ぶ方向とは直交している。なお、光入出力部と波長との違いを識別できれば、この２つの方向は直交していなくてもよい。

集光された各波長の信号光は、空間光変調器１０４により波長ごとに所望の位相変調を与えられて反射される。反射された信号光は、位相変調の位相設定に応じた角度であってＸ−Ｚ平面内における所望の角度に偏向される。反射された信号光は、レンズ１０３を再び通過し、さらに回折格子を通過することで波長合波されたのちに任意の入出力ポートに結合される。光信号処理装置４００は、空間光変調器１０４による光入出力部ごとの偏向および波長ごとの偏向により、信号光のスイッチング動作を行う。

第４の実施形態に係る光信号処理装置４００は、空間光変調器１０４において、スイッチングや分散付与などを波長ごとに行うことができる。そのため、光信号処理装置４００は、ＷＤＭ化された信号波長ごとに方路を選択するスイッチング機能を備える波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）、任意の分散量を波長ごとに付与する可変分散補償器（ＴＯＤＣ：Tunable optical dispersion compensator）、光スペクトルアナライザ、伝送信号のスペクトル形状を自在に整形するスペクトル整形器などに適用可能である。

［第５の実施形態］
図６は、第５の実施形態に係る光信号処理装置５００の構成例を示す図である。第５の実施形態では、ｎ入力ｍ出力のｋ個のＷＳＳと、ｍ入力ｎ出力のｋ個のＷＳＳとを集積した光信号処理装置５００を説明する。図６に記載の構成例は、ｎ＝１、ｍ＝３、ｋ＝２の場合である。光信号処理装置５００は、平面光波回路５０１、回折格子５０２、レンズ５０３およびＬＣＯＳ素子５０４を備える。ＬＣＯＳ素子５０４は、空間光変調器の一例であり、シリコンチップ基板上に形成された反射型液晶パネルである。

平面光波回路５０１は、１６個の入出力ポート１１〜１４、２１〜２４、３１〜３４、４１〜４４を備える。入出力ポート１１〜１４は光入出力部＃１を構成する。入出力ポート２１〜２４は光入出力部＃２を構成する。入出力ポート３１〜３４は光入出力部＃３を構成する。入出力ポート４１〜４４は光入出力部＃４を構成する。また、光信号処理装置５００には、入出力ポート１１、２１、３１、４１を含む入出力ポート群＃１と、入出力ポート１２、２２、３２、４２を含む入出力ポート群＃２と、入出力ポート１３、２３、３３、４３を含む入出力ポート群＃３と、入出力ポート１４、２４、３４、４４を含む入出力ポート群＃４とが存在する。

平面光波回路５０１は、４個の空間ビーム変換器（ＳＢＴ：Spatial Beam Transformer）＃１〜＃４を備える。平面光波回路５０１に備えられるビーム変換器の個数は、光信号処理装置５００に集積されるＷＳＳのポート数ｎ、ｍの和が４（＝１＋３）を表している。すなわち、ｎ入力ｍ出力のＷＳＳとｍ入力ｎ出力のＷＳＳとが光信号処理装置に集積される場合、光信号処理装置は（ｎ＋ｍ）個のＳＢＴを備えている。よって、図６に示す光信号処理装置５００は、１入力３出力のＷＳＳと３入力１出力のＷＳＳとを集積しているといえる。

ＳＢＴ＃１〜＃４それぞれには、４つの入出力ポートが接続されている。各ＳＢＴに接続される入出力ポート数は、光信号処理装置５００に集積されているＷＳＳの個数（４＝２ｋ，ｋ＝２）を表す。よって、光信号処理装置５００は１入力３出力のＷＳＳを２個（ＷＳＳ＃１、ＷＳＳ＃２）と３入力１出力のＷＳＳを２個（ＷＳＳ＃３、ＷＳＳ＃４）とを集積しているといえる。そのため、各ＳＢＴに接続される４つの入出力ポートのうち、２つの入出力ポートは信号光の入力に用いられ、他の２つの入出力ポートは信号光の出力に用いられる。各ＳＢＴは２つの信号光の入力と２つの信号光の出力とで共用される。

図７は、第５の実施形態に係る光信号処理装置５００における各入出力ポートに対する入力と出力との割り当て例を示す図である。図７に示す割り当てでは、入出力ポート群＃１〜＃４それぞれにおいて、少なくとも１つの入出力ポートを信号光の入力に割り当て、少なくとも１つの入出力ポートを信号光の出力に割り当てている。また、入出力ポート群＃１〜＃４それぞれにおいて、入力と出力とを光入出力部ごとに交互に割り当てている。例えば、入出力ポート群＃１に含まれる入出力ポート１１、２１、３１、４１は、ＷＳＳ＃１の入力、ＷＳＳ＃２の出力、ＷＳＳ＃３の入力、ＷＳＳ＃４の出力にそれぞれ割り当てられている。また、入出力ポート群＃２に含まれる入出力ポート１２、２２、３２、４２は、ＷＳＳ＃１の出力、ＷＳＳ＃２の入力、ＷＳＳ＃３の出力、ＷＳＳ＃４の入力にそれぞれ割り当てられている。

第５の実施形態に係る光信号処理装置５００における動作を説明する。ＷＳＳ＃１の入出力ポート１１からＳＢＴ＃１へ入力される信号光は、スラブ導波路で所望のビーム径に広がったのちに、アレイ導波路を介して出射端面５０１ａまで伝搬し、出射端面５０１ａに対して特定の出射角度で出射される。出射された信号光は、回折格子５０２により波長分波され、レンズ５０３によりＬＣＯＳ素子５０４上の領域５０４ａに集光される。ＷＳＳ＃１の入力光は、ＬＣＯＳ素子５０４の反射および偏向を行う主面上の領域５０４ａに集光される。ＬＣＯＳ素子５０４の領域５０４ａにて所望の位相変調を与えられて反射する信号光は、位相変調の位相設定に応じてＸ−Ｚ平面内にて所望の角度に偏向される。反射した信号光は、レンズ５０３および回折格子５０２を再び通過することで、入出力ポート１２、１３、１４のいずれかに対応するＳＢＴに対して空間への出射角度と同一角度で結合する。結合した信号光は入出力ポート１２、１３、１４のいずれかから出力され、ＷＳＳ＃１のスイッチング動作が完了する。

光入出力部＃２を構成する入出力ポート２１、２２、２３、２４から入力される信号光は、ＳＢＴ＃１、＃２、＃３、＃４をそれぞれ経由し、同じ出射角度にて空間に出射され、ＬＣＯＳ素子５０４上の領域５０４ｂに集光する。また、光入出力部＃３を構成する入出力ポート３１、３２、３３、３４から入力される信号光は、ＳＢＴ＃１、＃２、＃３、＃４をそれぞれ経由し、同じ出射角度にて空間に出射され、ＬＣＯＳ素子５０４上の領域５０４ｃに集光する。光入出力部＃４を構成する入出力ポート４１、４２、４３、４４から入力される信号光は、ＳＢＴ＃１、＃２、＃３、＃４をそれぞれ経由し、同じ出射角度にて空間に出射され、ＬＣＯＳ素子５０４上の領域５０４ｄに集光する。

ＷＳＳ＃３の入出力ポート３１から入力される信号光は、ＷＳＳ＃１の入出力ポート１１から入力される信号光が空間に出射される角度と異なる角度で空間に出射されるため、ＬＣＯＳ素子５０４上で集光される位置が異なる。入出力ポート３１から入力される信号光は領域５０４ｃに集光される。ＷＳＳ＃１の入出力ポート１１から入力される信号光の光学系とＷＳＳ＃３の入出力ポート３１から入力される信号光の光学系とはそれぞれ独立した光学系とみなせるため、光信号処理装置５００は複数のＷＳＳ機能の集約を実現できる。

このとき、ＷＳＳ＃２又はＷＳＳ＃４において信号光の入力に割り当てられた３つの入出力ポートから入力される信号光のいずれかを、信号光の出力に割り当てられた他の入出力ポートへ出力するスイッチング動作は、ＷＳＳ＃１のスイッチング動作と同様である。ＷＳＳ＃２、＃４における信号光の出力に割り当てられた入出力ポートが接続されるＳＢＴは、ＷＳＳ＃１、＃３における信号光の入力に割り当てられた入出力ポートが接続されるＳＢＴと同一である。また、当該ＳＢＴにおいて、ＷＳＳ＃１、＃３に入力される信号光と、ＷＳＳ＃２、＃４から出力される信号光とは逆方向に同時に伝搬することになる。すなわち、平面光波回路５０１に備えられる各入出力ポートに対する信号光の入力と出力の割り当ては隣り合う他の入出力ポート対する割り当てと異なり、入力の割り当てと出力の割り当てとが交互に配置されている。

角度多重方式に起因してＷＳＳ間で生じるクロストークについて、逆方向に伝搬する信号光からの漏れ込みはクロストークとして重畳されない。そのため、光信号処理装置５００は、クロストークに寄与する同時入力の同一波長信号の数を削減でき、ＷＳＳを集積した際に生じるクロストークの影響を低減することができる。

図８は、従来の光信号処理装置と本実施形態に係る光信号処理装置とにおけるクロストークの影響を示すグラフである。図８に示すグラフにおいて、横軸は波長を表し、縦軸はクロストークレベルを表す。従来の光信号処理装置としては、図１６に示した複数のＷＳＳを集積した光信号処理装置である。クロストークの影響を測定する実験は、以下の条件で行った。

７本の入出力ポートと接続するＳＢＴを９個備えたＰＬＣを作成し、作成したＰＬＣを回折格子、レンズ、ＬＣＯＳ素子を備えるベンチトップ型の空間光学系に組み込み測定した。７個あるＷＳＳのうち中央の位置にあるＷＳＳ＃４を測定対象とした。他のＷＳＳ＃１、＃２、＃３、＃５、＃６、＃７に信号光を同時に入力した際に、ＷＳＳ＃４に漏れ込むクロストークの累積レベルを測定した。測定において、すべてのＷＳＳにおける信号光が光学系を同一方向に伝搬する入出力ポートの割り当て（条件＃１：従来の構成）と、隣接するＷＳＳにおける信号光が互いに逆方向に伝搬する入出力ポートの割り当て（条件＃２：本実施形態の構成）とを模擬した。すなわち、従来の光信号処理装置が７個の１入力８出力のＷＳＳを集積した装置であり、本実施形態の光信号処理装置が３個の１入力８出力のＷＳＳと４個の８入力１出力のＷＳＳとを集積した装置である。

条件＃１の場合、ＷＳＳ＃４への漏れ込み光が特定の入出力ポートから出力されるようにＬＣＯＳ素子上でスイッチ制御を行い、出力される漏れ込み光のスペクトルを測定した。このとき、漏れ込み光が出力される入出力ポートに対して、各ＷＳＳから入力された信号光が結合しないようにＬＣＯＳ素子上でスイッチ制御を行い、ＷＳＳ＃４への漏れ込み光のみが測定されるようにした。

条件＃２の場合、ＷＳＳ＃２、＃６には条件＃１の場合と同様に同一方向に信号光を入力する一方で、ＷＳＳ＃１、＃３、＃５、＃７には条件＃１の場合と逆方向に信号光を入力し、ＷＳＳ＃４への漏れ込み光のスペクトルを測定した。条件＃１、＃２の両方において、信号光としてＣ帯のＡＳＥ光を用い、ＷＳＳ＃４の入出力ポートの１つへ入力し、他の入出力ポートから出力される光スペクトルを光スペクトルアナライザで測定した。

測定結果は以下の通りである。条件＃１（従来）の場合におけるクロストークレベルの平均値は−２９ｄＢであり、条件＃２（本実施形態）の場合におけるクロストークレベルの平均値は−４０ｄＢであった。測定結果から、本実施形態に係る光信号処理装置によりクロストークの影響を低減できることが確認できる。前述のクロストークの平均値は、波長が１５２８ｎｍ〜１５６６ｎｍにおけるクロストークの平均値である。図８に示す結果は、図６に記載の光信号処理装置５００は、図１６に記載の光信号処理装置と比較して、同一の数のＷＳＳを集積しながらも、角度多重方式に起因するクロストークを低減でき、信号品質の劣化を抑制することが可能である。

［第６の実施形態］
図９は、第６の実施形態に係る光信号処理装置６００の適用例を示す図である。図９は、図１５に記載の従来のＲＯＡＤＭノードの一部を第５の実施形態に係る光信号処理装置にて実装した適用例を示している。図９に記載のＲＯＡＤＭノードは、入力方路６０１と出力方路６０８とに接続されている。入力方路６０１および出力方路６０８は、Ｎ本の方路をそれぞれ有している。ＲＯＡＤＭノードは、入力側ＷＳＳ群６０２と、波長分波部群６０３と、受信機群６０４と、送信機群６０５と、波長合波部群６０６と、出力側ＷＳＳ群６０７とを備える。

図９に記載のＲＯＡＤＭノードにおいて、入力用ＷＳＳ群におけるＮ個の１入力Ｌ出力（１ｘＬ）のＷＳＳのうちｉ（１≦ｉ≦Ｎ）個の１入力Ｌ出力のＷＳＳと、出力用ＷＳＳ群におけるＮ個のＬ入力１出力（Ｌｘ１）のＷＳＳのうちｉ（１≦ｉ≦Ｎ）個のＬ入力１出力のＷＳＳが光信号処理装置６００で実装されている。光信号処理装置６００は、第５の実施形態に係る光信号処理装置５００と同様の構成を有する。光信号処理装置６００において、空間光変調器は、信号光に含まれる所望の波長ごとに信号光を偏向し、複数の所望の波長の信号光を入出力ポートのうち信号光の出射に用いられる入出力ポートにそれぞれ結合させる動作を行う。空間光変調器は、光入出力部ごとに前述の動作を行う。すなわち、光信号処理装置６００は、波長クロスコネクト機能部として動作する。

図９に記載のＲＯＡＤＭノードにおける動作について説明する。まず、ＲＯＡＤＭノードにおける信号光の取り出しについて説明する。入力方路６０１の各方路から入力されるＷＤＭ信号は、入力側ＷＳＳ群６０２における１入力Ｌ出力のＷＳＳによって波長ごとに分波される。１入力Ｌ出力のＷＳＳは、分波した信号光を、切り替え先の方路又は取り出し先に対応する出力ポートごとに分波してＷＤＭ信号を生成し、出力する。このように分岐されたＷＤＭ信号は、各方路に対応する出力側ＷＳＳ群６０７におけるＬ入力１出力のＷＳＳのいずれか又は取り出し先に対応する波長分波部群６０３におけるＮ入力Ｍ出力のコンテンションＷＳＳのいずれかへ出力される。Ｎ入力Ｍ出力のコンテンションＷＳＳは、１入力Ｌ出力のＷＳＳから受信したＷＤＭ信号を波長ごとに分波した信号光を得て、その信号光を受信機群６０４において対応する受信機へ出力する。

次に、ＲＯＡＤＭノードにおける信号光の追加について説明する。波長合波部群６０６におけるＭ入力Ｎ出力のコンテンションＷＳＳは、送信機群６０５における送信機から入力された信号光を得る。Ｍ入力Ｎ出力のコンテンションＷＳＳは、信号光を出力先に対応するＬ入力１出力のＷＳＳごとに合波し、合波により得られたＷＤＭ信号を出力側ＷＳＳ群６０７におけるＬ入力１出力のＷＳＳのいずれかに出力する。Ｌ入力１出力のＷＳＳは、入力側ＷＳＳ群６０２における１入力Ｌ出力のＷＳＳより受信するＷＤＭ信号と、Ｍ入力Ｎ出力のコンテンションＷＳＳから受信するＷＤＭ信号とを多重して出力方路６０８に出力する。

以上、説明したように、第６の実施形態に係るＲＯＡＤＭノードの構成の特徴は、図１５に示した従来のＲＯＡＤＭノードの構成に比べて、入力側ＷＳＳ群６０２におけるｉ個の１入力Ｌ出力のＷＳＳと、出力側ＷＳＳ群６０７におけるｉ個のＬ入力１出力のＷＳＳとを集積した光信号処理装置６００を用いる点にある。これは、複数のＷＳＳを１モジュールに集積する構成である。第６の実施形態に係るＲＯＡＤＭノードを適用することにより、入力側ＷＳＳ群６０２および出力側ＷＳＳ群６０７の初期導入費用の抑制、消費電力の低減、制御システムの負荷低減といった多くの効果が得られる。また、第６の実施形態に係るＲＯＡＤＭノードは、集積化に伴いＷＳＳ間で生じるクロストークによる信号品質劣化を抑制できる。

［第７の実施形態］
図１０は、第７の実施形態に係る光信号処理装置７００の適用例を示す図である。図１０は、図１５に記載の従来のＲＯＡＤＭノードの一部を第５の実施形態に係る光信号処理装置にて実装した適用例を示している。図１０に記載のＲＯＡＤＭノードは、入力方路６０１と出力方路６０８とに接続されている。入力方路６０１および出力方路６０８は、Ｎ本の方路をそれぞれ有している。ＲＯＡＤＭノードは、入力側ＷＳＳ群６０２と、波長分波部群６０３と、受信機群６０４と、送信機群６０５と、波長合波部群６０６と、出力側ＷＳＳ群６０７とを備える。図１０に記載のＲＯＡＤＭノードにおいて、波長分波部群６０３におけるＫ個のＮ入力Ｍ出力のＷＳＳのうちｉ（１≦ｉ≦Ｋ）個のＮ入力Ｍ出力のＷＳＳと、波長合波部群６０６におけるＫ個のＭ入力Ｎ出力のＷＳＳのうちｉ（１≦ｉ≦Ｋ）個のＭ入力Ｎ出力のＷＳＳが光信号処理装置７００で実装されている。光信号処理装置７００は、第５の実施形態に係る光信号処理装置５００と同様の構成を有する。すなわち、光信号処理装置７００は、Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ機能部として動作する。

本実施形態におけるＲＯＡＤＭノードにおける動作は、第６の実施形態におけるＲＯＡＤＭノードにおける動作と同じであるため、動作の説明を省略する。

以上、説明したように、第７の実施形態に係るＲＯＡＤＭノードの構成の特徴は、図１５に示した従来のＲＯＡＤＭノードの構成に比べて、波長分波部群６０３におけるｉ個のＮ入力Ｍ出力のＷＳＳと、波長合波部群６０６におけるｉ個のＭ入力Ｎ出力のＷＳＳとを集積した光信号処理装置７００を用いる点にある。これは、複数のＷＳＳを１モジュールに集積する構成である。第７の実施形態に係るＲＯＡＤＭノードを適用することにより、波長分波部群６０３および波長合波部群６０６の初期導入費用の抑制、消費電力の低減、制御システムの負荷低減といった多くの効果が得られる。また、第７の実施形態に係るＲＯＡＤＭノードは、集積化に伴いＷＳＳ間で生じるクロストークによる信号品質劣化を抑制できる。

［第８の実施形態］
以下では、空間多重光ノードに接続される複数の伝送路のうち接続先のノードが同じ伝送路を１つの方路として扱い、１つの方路内の複数の伝送路それぞれを空間モードとして扱う。例えば、複数のシングルモードファイバを用いて１つの方路を構成する場合、空間モードの単位は、シングルモードファイバとなる。１つ又は複数のマルチコアファイバを用いて１つの方路を構成する場合、空間モードの単位は、マルチコアファイバのコアとなる。空間多重光ノードは、各方路、各空間モードに接続する入出力ポートを有する光ノードである。ＲＯＡＤＭノードは、空間多重光ノードの一例である。

図１１は、第８の実施形態に係る光信号処理装置８００の適用例を示す図である。図１１は、図１２に記載の空間多重光ノードの一部を光信号処理装置８００にて実装した適用例を示している。図１２は、光信号処理装置８００の適用対象の空間多重光ノードの構成を示す図である。図１２に示す空間多重光ノードは、Ｎ本の方路を含む入力方路８０１と、Ｎ本の方路を含む出力方路８０３とに接続されている。入力方路８０１および出力方路８０３に含まれる各方路は、Ｓ個の空間モードを有している。入力方路８０１および出力方路８０３は、複数のシングルモードファイバ又はマルチコアファイバなどの空間多重ファイバを用いて構成されている。空間多重光ノードは、入力方路８０１との接続のためにＮ×Ｓ本の入力ポートを備え、出力方路８０３との接続のためにＮ×Ｓ本の出力ポートを備える。

空間多重光ノードは、Ｓ個の波長クロスコネクト８０２（８０２−１〜８０２−Ｓ）を備える。波長クロスコネクト８０２−１〜８０２−Ｓには、入力方路８０１と出力方路８０３とが接続されている。波長クロスコネクト８０２は空間モードごとに設けられている。各波長クロスコネクト８０２は、Ｎ個の１入力Ｌ出力（１ｘＬ）のＷＳＳを含む入力側のＷＳＳ群と、Ｎ個のＬ入力１出力（Ｌｘ１）のＷＳＳを含む出力側のＷＳＳ群とを備える。すなわち、空間多重光ノードは、Ｎ個の入力ポートとＮ個の出力ポートとを備える波長クロスコネクト８０２をＳ個備えることにより、Ｎ×Ｓ個の入力ポートとＮ×Ｓ個の出力ポートとを備える。

波長クロスコネクト８０２に備えられるＮ個の１入力Ｌ出力のＷＳＳは、対応する空間モードのＮ個の入力方路にそれぞれ接続される。各１入力Ｌ出力のＷＳＳは、接続された入力方路から信号光を入力する。Ｎ個のＬ入力１出力のＷＳＳは、対応する空間モードのＮ個の出力方路にそれぞれ接続される。各Ｌ入力１出力のＷＳＳは、接続された出力方路へ信号光を出力する。図１２に示す空間多重光ノードは、波長クロスコネクト８０２間が独立しているため、空間モード間で信号光の切り替えを行わない。

空間多重光ノードに入力されたＷＤＭ信号は、ＷＤＭ信号の空間モードに対応する波長クロスコネクト８０２へ入力される。ＷＤＭ信号は、波長クロスコネクト８０２に備えられた入力側のＷＳＳ群のうちＷＤＭ信号の方路に対応する１入力Ｌ出力のＷＳＳへ入力される。１入力Ｌ出力のＷＳＳは、入力されたＷＤＭ信号に対して波長ごとに自ノードへのドロップ又は隣接ノードへのスルーの経路を選択する。入力側のＷＳＳ群にて自ノードへのドロップの経路が選択された場合、信号光は波長分波部群を経由して受信機群における所定の受信機で受信される。

入力側のＷＳＳ群にて隣接ノードへのスルーの経路が選択された信号光は、同じ波長クロスコネクト８０２内の出力側のＷＳＳ群に含まれるいずれかのＬ入力１出力（Ｌｘ１）のＷＳＳへ入力される。Ｌ入力１出力のＷＳＳに入力された信号光は、Ｌ入力１出力のＷＳＳに接続された伝送路を介して、隣接するノードに向けて送信される。また、出力側のＷＳＳ群に含まれるＬ入力１出力のＷＳＳには、空間多重光ノードに備えられた送信機群から出力される信号光が波長合波部群を経て入力される。送信機群から出力される信号光も、Ｌ入力１出力のＷＳＳに接続された出力方路を介して、隣接するノードに向けて送信される。

第８の実施形態における空間多重光ノードでは、Ｓ個の波長クロスコネクト８０２それぞれに備えられる入力側のＷＳＳ群と出力側のＷＳＳ群とに含まれるＷＳＳのうち、同じ入力方路に接続される１入力Ｌ出力のＷＳＳと同じ出力方路に接続されるＬ入力１出力のＷＳＳとが一つの光信号処理装置８００にて実装される。光信号処理装置８００は、同じ入力方路に接続されるＳ個の１入力Ｌ出力のＷＳＳのうちｉ（１≦ｉ≦Ｓ）個の１入力Ｌ出力のＷＳＳと、同じ出力方路に接続されるＳ個のＬ入力１出力のＷＳＳのうちｉ個のＬ入力１出力のＷＳＳとを備えてもよい。光信号処理装置８００には、ｉ個の１入力Ｌ出力のＷＳＳと、ｉ個のＬ入力１出力のＷＳＳとが集積される。集積されるｉ個の１入力Ｌ出力のＷＳＳは、接続先ノード（入力方路）が同じであって空間モードが異なる入力側のＷＳＳである。集積されるｉ個のＬ入力１出力のＷＳＳは、接続先ノード（出力方路）が同じであって空間モードが異なる出力側のＷＳＳである。

例えば、光信号処理装置８００は、第５の実施形態に係る光信号処理装置５００と同様に、平面光波回路、回折格子、レンズおよびＬＣＯＳ素子を備える。光信号処理装置８００において、空間光変調器としてのＬＣＯＳ素子は、信号光に含まれる所望の波長ごとに信号光を偏向する。偏向された複数の信号光は、平面光波回路に形成された複数の入出力ポートのうち信号光の出射に用いられる入出力ポートにそれぞれ結合されることで外部へ出力される。空間光変調器は、複数の入出力ポートを含む光入出力部ごとに前述の動作を行う。すなわち、光信号処理装置８００は、複数の空間モードを有する入力方路および出力方路に接続された波長クロスコネクトとして動作する。

図１１に示す構成例では、光信号処理装置８００は、波長クロスコネクト８０２それぞれに備えられる１入力Ｌ出力のＷＳＳ＃１〜＃ＮとＬ入力１出力のＷＳＳ＃１〜＃Ｎとのうち、Ｓ個の１入力Ｌ出力のＷＳＳ＃１とＳ個のＬ入力１出力のＷＳＳ＃１とを含む。図１１に示す構成例は、光信号処理装置８００が複数の入力側のＷＳＳ＃１と複数の出力側のＷＳＳ＃１とを含む場合を示しているが、光信号処理装置８００は、ＷＳＳ＃１以外の同じ入力方路に接続された複数のＷＳＳと、ＷＳＳ＃１以外の同じ出力方路に接続された複数のＷＳＳを含む構成であってもよい。

第６の実施形態において示したように１つの波長クロスコネクト８０２に備えられる入力側のＷＳＳ群と出力側のＷＳＳ群とのうちｉ（１≦ｉ≦Ｎ）個の１入力Ｌ出力のＷＳＳとｉ個のＬ入力１出力のＷＳＳとを光信号処理装置６００にて実装した場合、光信号処理装置６００が故障したときに複数の入力方路および複数の出力方路に通信障害が発生する。これに対して、図１１に示した第８の実施形態における光信号処理装置８００を空間多重光ノードに用いた場合、光信号処理装置８００が故障しても通信障害が発生する入力方路の数および出力方路の数をそれぞれ１つに抑えられる。光信号処理装置８００が故障しても通信障害が複数の入力方路および複数の出力方路に亘り発生しないため、空間多重光ノードの信頼性を向上できる。光信号処理装置８００に接続される入力方路の接続先ノードの数と出力方路の接続先ノードの数とをそれぞれ１つとしているため、方路ごとに光信号処理装置８００の修理交換が可能である。

以上、説明したように、第８の実施形態に係る空間多重光ノードは、波長クロスコネクト８０２それぞれに備えられる入力側のＷＳＳ群と出力側のＷＳＳ群とのうち、入力方路が同じ入力側のＷＳＳと出力方路が同じ出力側のＷＳＳとを集積した光信号処理装置８００を用いる構成に特徴がある。光信号処理装置８００の入出力ポートのうち隣接するノードから信号光を入力する入出力ポートそれぞれの接続先ノード（入力方路）が同じであり、入出力ポートのうち隣接するノードへ信号光を出力する入出力ポートそれぞれの接続先ノード（出力方路）が同じであり、入力方路が同じ複数のＷＳＳと出力方路が同じ複数のＷＳＳとを集積した構成を、光信号処理装置８００は備える。光信号処理装置８００を空間多重光ノードに適用することにより、方路ごとのメンテナンスを可能にしつつ、同一方路に接続されるＷＳＳ群の初期導入費用の抑制、消費電力の低減、制御システムの負荷低減といった多くの効果が得られる。また、光信号処理装置８００は、複数のＷＳＳを集積化した場合においても、ＷＳＳ間で生じるクロストークによる信号品質の劣化を抑制できる。

［第９の実施形態］
図１３は、第９の実施敬体に係る光信号処理装置９００の適用例を示す図である。図１３は、図１４に記載の空間多重光ノードの一部を光信号処理装置９００にて実装した適用例を示している。図１４は、光信号処理装置９００の適用対象の空間多重光ノードの構成を示す図である。図１４に示す空間多重光ノードは、（Ｎ−２）本の方路を含む入力方路９０１と、（Ｎ−２）本の方路を含む出力方路９０３とに接続されている。入力方路９０１および出力方路９０３に含まれる各方路は、Ｓ個の空間モードを有している。入力方路９０１および出力方路９０３は、複数のシングルモードファイバ又はマルチコアファイバなどの空間多重ファイバを用いて構成されている。空間多重光ノードは、入力方路９０１との接続のために（Ｎ−２）×Ｓ本の入力ポートを備え、出力方路９０３との接続のために（Ｎ−２）×Ｓ本の出力ポートを備える。

空間多重光ノードは、図１２に示した空間多重光ノードの構成と同様に、Ｓ個の波長クロスコネクト９０２（９０２−１〜９０２−Ｓ）を備える。波長クロスコネクト９０２−１〜９０２−Ｓには、入力方路９０１と出力方路９０３とが接続されている。波長クロスコネクト９０２は空間モードごとに設けられている。各波長クロスコネクト９０２は、Ｎ個の１入力Ｌ出力（１ｘＬ）のＷＳＳを含む入力側のＷＳＳ群と、Ｎ個のＬ入力１出力（Ｌｘ１）のＷＳＳを含む出力側のＷＳＳ群とを備える。すなわち、空間多重光ノードは、Ｎ個の入力ポートとＮ個の出力ポートとを備える波長クロスコネクト８０２をＳ個備えることにより、Ｎ×Ｓ個の入力ポートとＮ×Ｓ個の出力ポートとを備える。

波長クロスコネクト９０２に備えられるＮ個の１入力Ｌ出力のＷＳＳのうち（Ｎ−２）個の１入力Ｌ出力のＷＳＳは、対応する空間モードのＮ個の入力方路にそれぞれ接続される。各１入力Ｌ出力のＷＳＳは、接続された入力方路から信号光を入力する。Ｎ個のＬ入力１出力のＷＳＳうち（Ｎ−２）個のＬ入力１出力のＷＳＳは、対応する空間モードの（Ｎ−２）個の出力方路にそれぞれ接続される。各Ｌ入力１出力のＷＳＳは、接続された出力方路へ信号光を出力する。第９の実施形態における空間多重光ノードでは、波長クロスコネクト９０２が他の波長クロスコネクト９０２と接続されている。波長クロスコネクト９０２のＬ入力１出力のＷＳＳが他の波長クロスコネクト９０２の１入力Ｌ出力のＷＳＳに接続されている。

図１３および図１４に示す例では、波長クロスコネクト９０２−１に備えられるＬ入力１出力のＷＳＳ＃Ｎの出力が、波長クロスコネクト９０２−２に備えられる１入力Ｌ出力のＷＳＳ＃１の入力に接続される。波長クロスコネクト９０２−２に備えられるＬ入力１出力のＷＳＳ＃１の出力が、波長クロスコネクト９０２−１に備えられる１入力Ｌ出力のＷＳＳ＃Ｎの入力に接続される。また、波長クロスコネクト９０２−１に備えられるＬ入力１出力のＷＳＳ＃１の出力が、波長クロスコネクト９０２−Ｓに備えられる１入力Ｌ出力のＷＳＳ＃Ｎの入力に接続される。波長クロスコネクト９０２−Ｓに備えられるＬ入力１出力のＷＳＳ＃Ｎの出力が、波長クロスコネクト９０２−１に備えられるにＬ入力１出力のＷＳＳ＃１の出力に接続される。

このように、波長クロスコネクト９０２−１は、他の２つの波長クロスコネクト９０２−２、９０２−Ｓと接続されている。波長クロスコネクト９０２−１以外の他の波長クロスコネクト９０２も同様に他の２つの波長クロスコネクト９０２と接続される。各波長クロスコネクト９０２が隣接する２つの他の波長クロスコネクト９０２と接続されていることにより、空間多重光ノードは、各波長クロスコネクト９０２に入力されるＷＤＭ信号を、１つ又は複数の波長クロスコネクト９０２を介して、任意の空間モードの出力方路９０３へ出力できる。

空間多重光ノードに入力されたＷＤＭ信号は、ＷＤＭ信号の空間モードに対応する波長クロスコネクト９０２へ入力される。ＷＤＭ信号は、波長クロスコネクト９０２に備えられた入力側のＷＳＳ群のうちＷＤＭ信号の入力方路に対応する１入力Ｌ出力のＷＳＳへ入力される。１入力Ｌ出力のＷＳＳは、入力されたＷＤＭ信号に対して波長ごとに、自ノードへのドロップ、隣接ノードへのスルー又は他の波長クロスコネクト９０２へのスルーのうちいずれかの経路を選択する。

入力側のＷＳＳ群にて自ノードへのドロップの経路が選択された場合、信号光は、波長分波部群を経由して受信機群における所定の受信機で受信される。入力側のＷＳＳ群にて隣接ノードへのスルーの経路が選択された場合、信号光は、同じ波長クロスコネクト９０２内の出力側のＷＳＳ群に含まれるＬ入力１出力のＷＳＳ＃２〜＃（Ｎ−１）のいずれかへ出力される。また、出力側のＷＳＳ群に含まれるＬ入力１出力のＷＳＳには、空間多重光ノードに備えられた送信機群から出力される信号光が波長合波部群を経て入力される。Ｌ入力１出力のＷＳＳ＃２〜＃（Ｎ−１）に入力された信号光は、Ｌ入力１出力のＷＳＳに接続された出力方路を介して、隣接するノードに向けて送信される。

入力側のＷＳＳ群にて他の波長クロスコネクト９０２へのスルーの経路が選択された場合、信号光は、同じ波長クロスコネクト９０２内の出力側のＷＳＳ群に含まれるＬ入力１出力のＷＳＳ＃１、＃Ｎのいずれかへ出力される。Ｌ入力１出力のＷＳＳ＃１に入力された信号光は、隣接する他の波長クロスコネクト９０２の１入力Ｌ出力のＷＳＳ＃Ｎへ入力される。Ｌ入力１出力のＷＳＳ＃Ｎに入力された信号光は、隣接する他の波長クロスコネクト９０２の１入力Ｌ出力のＷＳＳ＃１へ入力される。

第９の実施形態における空間多重光ノードでは、Ｓ個の波長クロスコネクト９０２それぞれに備えられる入力側のＷＳＳ群と出力側のＷＳＳ群とに含まれるＷＳＳのうち、接続先のノードが同じ１入力Ｌ出力のＷＳＳと、接続先のノードが同じＬ入力１出力のＷＳＳとが一つの光信号処理装置９００にて実装される。光信号処理装置９００は、同じ入力方路に接続されるＳ個の１入力Ｌ入力のＷＳＳのうちｉ（１≦ｉ≦Ｓ）個の１入力Ｌ入力のＷＳＳと、同じ出力方路に接続されるＳ個のＬ入力１出力のＷＳＳのうちｉ個のＬ入力１出力のＷＳＳとを備えてもよい。光信号処理装置９００には、ｉ個の１入力Ｌ出力のＷＳＳと、ｉ個のＬ入力１出力のＷＳＳとが集積される。集積されるｉ個の１入力Ｌ出力のＷＳＳは、接続先ノードが同じであって空間モードが異なる入力側のＷＳＳである。集積されるｉ個のＬ入力１出力のＷＳＳは、接続先ノードが同じであって空間モードが異なる出力側のＷＳＳである。

例えば、光信号処理装置９００は、第５の実施形態に係る光信号処理装置５００と同様に、平面光波回路、回折格子、レンズおよびＬＣＯＳ素子を備える。光信号処理装置９００において、空間光変調器としてのＬＣＯＳ素子は、信号光に含まれる所望の波長ごとに信号光を偏向する。偏向された複数の信号光は、平面光波回路に形成された複数の入出力ポートのうち信号光の出射に用いられる入出力ポートにそれぞれ結合されることで外部へ出力される。空間光変調器は、複数の入出力ポートを含む光入出力部ごとに前述の動作を行う。すなわち、光信号処理装置９００は、複数の空間モードを有する入力方路および出力方路に接続された波長クロスコネクトとして動作する。

図１３に示す構成例では、光信号処理装置９００は、波長クロスコネクト９０２それぞれに備えられる１入力Ｌ出力のＷＳＳ＃１〜＃ＮとＬ入力１出力のＷＳＳ＃１〜＃Ｎとのうち、Ｓ個の１入力Ｌ出力のＷＳＳ＃１とＳ個のＬ入力１出力のＷＳＳ＃１とを含む。図１３に示す構成例は、入力側のＷＳＳ群と出力側のＷＳＳ群とのうち、自ノードに接続された複数のＷＳＳを１つの光信号処理装置９００にて実装する場合を示している。光信号処理装置９００に含まれるＷＳＳは、ＷＳＳ＃１以外のＷＳＳであってもよい。例えば、入力側のＷＳＳ群と出力側のＷＳＳ群とのうち、隣接するノードへの方路のうち同じ方路に接続された複数のＷＳＳが光信号処理装置９００にて実装されてもよい。

第６の実施形態において示したように１つの波長クロスコネクト９０２に備えられる入力側のＷＳＳ群と出力側のＷＳＳ群とのうちｉ（１≦ｉ≦Ｎ）個の１入力Ｌ出力のＷＳＳとｉ個のＬ入力１出力のＷＳＳとを光信号処理装置６００にて実装した場合、光信号処理装置６００が故障したときに複数の入力方路および複数の出力方路に通信障害が発生する。これに対して、図１３に示した第９の実施形態における光信号処理装置９００を空間多重光ノードに用いた場合、光信号処理装置９００が故障しても通信障害が発生する入力方路の数および出力方路の数をそれぞれ１つに抑えられる。光信号処理装置９００が故障しても通信障害が複数の入力方路および複数の出力方路に亘り発生しないため、空間多重光ノードの信頼性を向上できる。光信号処理装置９００に接続される入力方路の接続先ノードの数と出力方路の接続先ノードの数とをそれぞれ１つとしているため、方路ごとに光信号処理装置９００の修理交換が可能である。

以上、説明したように、第９の実施形態に係る空間多重光ノードは、波長クロスコネクト９０２それぞれに備えられる入力側のＷＳＳ群と出力側のＷＳＳ群とのうち、接続先ノードが同じ入力側のＷＳＳと接続先ノードが同じ出力側のＷＳＳとを集積した光信号処理装置９００を用いる構成に特徴がある。光信号処理装置９００の入出力ポートのうち信号光を入力する入出力ポートそれぞれの接続先ノードが同じであり、入出力ポートのうち信号光を出力する入出力ポートそれぞれの接続先ノードが同じであり、入力の接続先ノードが同じ複数のＷＳＳと出力の接続先ノードが同じ複数のＷＳＳとを集積した構成を、光信号処理装置９００は備える。光信号処理装置９００を空間多重光ノードに適用することにより、方路ごとのメンテナンスと、空間モード間において信号光の切り替えとが可能になる。また、光信号処理装置９００を空間多重光ノードに適用することにより、同一方路に接続されるＷＳＳ群の初期導入費用の抑制、消費電力の低減、制御システムの負荷低減といった多くの効果が得られる。また、光信号処理装置９００は、複数のＷＳＳを集積化した場合においても、ＷＳＳ間で生じるクロストークによる信号品質の劣化を抑制できる。

各実施形態において説明したように、光信号処理装置は、複数の光入出力部と、集光部（例えばレンズ）と、空間光変調部（例えばＬＣＯＳ素子やＭＥＭＳ素子）とを備える。各光入出力部は信号光を入出力する複数の入出力ポートを有する。集光部は、入出力ポートに入力された信号光を空間光変調部の反射面上に集光する。空間光変調部は、集光部により集光された信号光を偏向し、反射する。複数の入出力ポートに入力される信号光の集光部への進行方向は、光入出力部ごとに異なる。複数の入出力ポートに入力される信号光が集光部により集光される空間光変調部における位置は、光入出力部ごとに異なる。光信号処理装置は、前述の構成を有することにより、光入出力部ごとに独立したＷＳＳとして動作可能となる。

また、光信号処理装置において、異なる光入出力部に含まれる入出力ポートであって空間光変調部に同一の角度で入出射する信号光を入出力する入出力ポートの集合を入出力ポート群としたとき、入出力ポート群において、少なくとも１つの入出力ポートが信号光の入力に用いられ、少なくとも１つの他の入出力ポートが信号光の出力に用いられる。このように入出力ポートを用いることにより、光信号処理装置は、同一方向に光学系を伝搬する信号光の数を減らすことができ、クロストークの影響を低減することができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明は、角度多重方式に起因して光学系内で生じるクロストークによる通信品質劣化を抑制することが不可欠な用途にも適用できる。

１，２…光入出力部
１１，１２，１３，１４，２１，２２，２３，２４，３１，３２，３３，３４，４１，４２，４３，４４…入出力ポート
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００…光信号処理装置
１０１，１０２…マイクロレンズアレイ
１０３，５０３…レンズ
１０４…空間光変調器
１０４ａ，１０４ｂ，５０４ａ，５０４ｂ，５０４ｃ，５０４ｄ…領域
２０１，３０１，５０１…平面光波回路
２０１ａ，３０１ａ，５０１ａ…出射端面
３１１，３１２，３１３…スラブ導波路
４０１，５０２…回折格子
５０４…ＬＣＯＳ素子
６０１，８０１，９０１…入力方路
６０２…入力側ＷＳＳ群
６０３…波長分波部群
６０４…受信機群
６０５…送信機群
６０６…波長合波部群
６０７…出力側ＷＳＳ群
６０８，８０３，９０３…出力方路
８０２，９０２…波長クロスコネクト

Claims (9)

1. 信号光を入出力する複数のポートを有する複数の光入出力部と、
   前記ポートに入力される信号光を集光する集光部と、
   前記集光部により集光された信号光を偏向する空間光変調部と、
   を備え、
   前記複数のポートに入力される信号光の前記集光部への進行方向は、前記光入出力部ごとに異なり、
   前記複数のポートに入力される信号光が前記集光部により集光される前記空間光変調部における位置は、前記光入出力部ごとに異なり、
   異なる前記光入出力部に含まれる前記ポートであって前記空間光変調部に同一の角度で入出射する信号光を入出力する前記ポートの集合をポート群としたとき、前記ポート群において、少なくとも１つの前記ポートが信号光の入力に用いられ、少なくとも１つの他の前記ポートが信号光の出力に用いられる、
   光信号処理装置。
2. 前記光入出力部は、平面光波回路に形成されている
   請求項１に記載の光信号処理装置。
3. 前記平面光波回路は、
   前記ポート群ごとに設けられ前記ポート群に含まれる前記ポートに接続されたスラブ導波路と、
   前記スラブ導波路ごとに設けられ前記スラブ導波路に接続されたアレイ導波路と、
   を含み、
   前記ポートに入力された信号光は、前記アレイ導波路から前記集光部に向けて出射する、
   請求項２に記載の光信号処理装置。
4. 前記空間光変調部は、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）素子を有する、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光信号処理装置。
5. 前記光入出力部において信号光を入力する前記ポートと信号光を出力する前記ポートとが交互に配置されている、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光信号処理装置。
6. 前記集光部へ向かう信号光を波長ごとに分波する分光部をさらに備え、
   波長ごとに分波された信号光それぞれは、前記集光部により前記空間光変調部において異なる位置に集光される、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光信号処理装置。
7. 前記空間光変調部は、信号光に含まれる所望の波長ごとに信号光を偏向し、複数の前記所望の波長の信号光を前記ポートのうち信号光の出力に用いられる前記ポートにそれぞれ結合させる、
   請求項６に記載の光信号処理装置。
8. 前記光入出力部それぞれが有する前記ポートの数がＮ（Ｎは２以上の整数）である場合、
   少なくとも１つの前記光入出力部において、ｍ（ｍはＮ−１以下の自然数）個の前記ポートは信号光の入力に用いられ、ｎ（ｎ＝Ｎ−ｍ）個の前記ポートは信号光の出力に用いられ、
   他の前記光入出力部において、ｎ個の前記ポートは信号光の入力に用いられ、ｍ個の前記ポートは信号光の出力に用いられる、
   請求項６又は請求項７に記載の光信号処理装置。
9. 前記複数のポートのうち信号光が入力されるポートは、同じノードから信号光が入力され、
   前記複数のポートのうち信号光を出力するポートは、同じノードへ信号光を出力する、
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光信号処理装置。

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