JP2021021747A - Optical filter - Google Patents

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和則 妹尾
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裕行 植之原
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Abstract

To provide a narrow band tunable filter array that integrates multiple optical filter functions.SOLUTION: A narrow-band optical filter uses an integrated WSS array including a plurality of WSS in which reflected light from the spatial light modulation means is folded back into the spatial optical system and connected in multiple stages, each WSS including: an optical input/output unit; spectroscopic means for wavelength-dividing multiplexing light signal; condensing means that condenses the dispersed light signals into each one; and spatial light modulation means that photomodulates each of the condensed light signals.SELECTED DRAWING: Figure 10

Description

本発明は、入力光の波長成分を濾波(フィルタリング)する光フィルタに関し、特に例えば光通信ネットワークの光通信ノードに用いる光フィルタに関する。 The present invention relates to an optical filter that filters the wavelength component of input light, and more particularly to an optical filter used for an optical communication node of an optical communication network, for example.

現在の光通信ネットワークでは、一本の光ファイバーケーブルに複数の異なる波長の光信号を同時に乗せる、波長分割多重通信(WDM:Wavelength Division Multiplexing)技術を用いることで、大容量化が実現されている。WDM技術を用いた光通信ネットワークでは、光通信ノード間を異なる波長の光によって接続して、仮想的に任意の接続の光通信経路(パス)を設定する(以下、光通信パスを単にパスと呼ぶ)。これらのパスに使用する光の波長の割り当ての構成は、ほぼ固定的に運用されていた。 In the current optical communication network, a large capacity is realized by using a wavelength division multiplexing (WDM) technology in which optical signals of a plurality of different wavelengths are simultaneously mounted on a single optical fiber cable. In an optical communication network using WDM technology, optical communication nodes are connected by light of different wavelengths to virtually set an optical communication path (path) for any connection (hereinafter, the optical communication path is simply referred to as a path). Call). The configuration of the wavelength assignment of light used for these paths was operated almost fixedly.

一方で、近年のビデオオンデマンドやソーシャルメディアの発達により、インターネット上のトラフィック要求量は時々刻々と変動するようになっている。光通信ネットワークに対しても、このような時間的に変動するトラフィックを効率的に柔軟に処理することが求められている。例えば、トラフィック需要の変化に対応して光通信ノード間のパスの容量およびパスを形成する波長構成などを柔軟に変更できるのが好ましい。しかしながら、新規にパスを構成したり、既設のパスにおける通信容量を変更したりすることは、既設のパスの構成によって影響を受ける。例えば、既設のパスの起点ノードおよび終点ノード、使用波長、波長帯域幅などによって影響を受ける。このため、光通信の通信帯域における波長資源を必ずしも効率的に利用できておらず、光通信ネットワークのトラフィック収容効率を最大化することはできなかった。 On the other hand, with the development of video-on-demand and social media in recent years, the traffic demand on the Internet is fluctuating from moment to moment. Optical communication networks are also required to efficiently and flexibly handle such time-varying traffic. For example, it is preferable to be able to flexibly change the capacity of the path between the optical communication nodes and the wavelength configuration forming the path in response to a change in traffic demand. However, constructing a new path or changing the communication capacity of the existing path is affected by the configuration of the existing path. For example, it is affected by the start node and end node of the existing path, the wavelength used, the wavelength bandwidth, and the like. Therefore, the wavelength resources in the communication band of optical communication cannot always be used efficiently, and the traffic accommodation efficiency of the optical communication network cannot be maximized.

図1は、従来技術の光通信ネットワークにおけるトラフィック時間変化の例を説明する図である。図1の(a)は光通信ネットワークの光通信ノード構成を示し、図1の(b)は各光通信ノードまたはパス上における光信号を波長軸上で概念的に示している。 FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a traffic time change in a conventional optical communication network. FIG. 1A shows an optical communication node configuration of an optical communication network, and FIG. 1B conceptually shows an optical signal on each optical communication node or path on the wavelength axis.

図1の(a)では、ノードA、ノードB、ノードCおよびノードDの4つのノードからなる光通信ネットワークにおいて、ノードAからノードBを経由して、ノードCへのトラフィックを考える。ここで、次のようにパスが設定された状況を考える。 In FIG. 1A, in an optical communication network consisting of four nodes, node A, node B, node C, and node D, traffic from node A to node C via node B is considered. Now consider the situation where the path is set as follows.

図1の(b)も参照して、まず図1(a)のノードAにおいて信号1〜6がAdd部1からアドされ(図1(b)の4行目、A:Add)、ノードB方向へ伝送される。ノードBでは、信号1〜6の内の信号2および信号4がノードBのDrop部2からドロップされる(図1(b)の3行目、B:Drop)。さらに残りの信号1、3、5、6が、ノードCに達してDrop部3からドロップされる(図1(b)の1行目、C:Drop)。 With reference to (b) of FIG. 1, first, signals 1 to 6 are added from the add unit 1 at the node A of FIG. 1 (a) (fourth line of FIG. 1 (b), A: Add), and the node B It is transmitted in the direction. At node B, signal 2 and signal 4 of signals 1 to 6 are dropped from the drop portion 2 of node B (third line of FIG. 1B, B: Drop). Further, the remaining signals 1, 3, 5, and 6 reach the node C and are dropped from the Drop unit 3 (first line of FIG. 1 (b), C: Drop).

このような状況で、さらに新しいトラフィック需要が発生し、ノードBからノードCへ信号7のパスを設定する必要が生じたとする(図1(b)の2行目、B:New)。ノードBからノードCへのWDM波長帯域には、全体としてみれば十分な余裕がある。しかしながら、信号7の波長帯域7が、信号3の全帯域5および信号5の帯域6の一部の重なるため、ノードBで信号7を収容することができない。結局、波長帯域全体としては空きがあり余裕があっても、新規のトラフィックのためのパスの態様によっては、そのトラフィックを受け入れることができない。このような問題を解決するため、例えば非特許文献1では、波長デフラグメンテーションが提案されている。 In such a situation, it is assumed that a new traffic demand is generated and it becomes necessary to set the path of the signal 7 from the node B to the node C (second line of FIG. 1 (b), B: New). The WDM wavelength band from node B to node C has a sufficient margin as a whole. However, since the wavelength band 7 of the signal 7 overlaps the entire band 5 of the signal 3 and a part of the band 6 of the signal 5, the node B cannot accommodate the signal 7. After all, even if the wavelength band as a whole has a vacancy and a margin, the traffic cannot be accepted depending on the mode of the path for new traffic. In order to solve such a problem, for example, Non-Patent Document 1 proposes wavelength defragmentation.

図2は、非特許文献1における波長デフラグメンテーションの概念を説明する図である。非特許文献1では、図2の下部に示すようなノードA〜ノードDからなる直線状のネットワークにおいて、左から右へ3つのStep1〜3の状態変化による波長デフラグメンテーションの実行例が開示されている。 FIG. 2 is a diagram illustrating the concept of wavelength defragmentation in Non-Patent Document 1. Non-Patent Document 1 discloses an example of performing wavelength defragmentation by changing the state of three Steps 1 to 3 from left to right in a linear network consisting of nodes A to D as shown in the lower part of FIG. There is.

図2左端のStep1の初期状態では、Signal1〜Signal4がノードA〜ノードD間で伝送されている。各Stepにおいて縦方向は波長λを表しており、横軸方向はノード位置(伝送方向)を表している。帯域幅の広いSignal1(広帯域信号)がノードA〜ノードC間で、帯域幅の狭いSignal4(狭帯域信号)がノードA〜B間でそれぞれ伝送されている。 In the initial state of Step 1 at the left end of FIG. 2, Signal 1 to Signal 4 are transmitted between node A and node D. In each Step, the vertical direction represents the wavelength λ, and the horizontal axis direction represents the node position (transmission direction). Signal 1 (broadband signal) having a wide bandwidth is transmitted between nodes A and C, and Signal 4 (narrow band signal) having a narrow bandwidth is transmitted between nodes A to B.

図2中央のStep2の状態は、初期状態のStep1においてノードCからノードDへパスが設定されていたSignal3が廃止された状態である。ここで、Signal2(10a)およびSignal1(9a)の波長を徐々に下方(例えば短波長側)に変化させることができる。 The state of Step 2 in the center of FIG. 2 is a state in which Signal 3 in which a path is set from node C to node D in Step 1 in the initial state is abolished. Here, the wavelengths of Signal2 (10a) and Signal1 (9a) can be gradually changed downward (for example, on the short wavelength side).

これによって、図2右端のStep3の状態では、元々Signal1が占めていた波長帯に空きの波長帯域8を設けることができ、波長資源におけるトラフィック収容効率を最大化することができる。非特許文献1では、100Gの2重偏波4位相偏移変調(DP―QPSK)信号の伝送に成功した例が開示されている。 As a result, in the state of Step 3 at the right end of FIG. 2, an empty wavelength band 8 can be provided in the wavelength band originally occupied by Signal 1, and the traffic accommodation efficiency in the wavelength resource can be maximized. Non-Patent Document 1 discloses an example of successful transmission of a 100 G double-polarized four-phase shift keying (DP-QPSK) signal.

Kyosuke Sone, Xi Wang, Shoichiro Oda, Goji Nakagawa, Yasuhiko Aoki, Inwoong Kim, Paparao Palacharla, Takeshi Hoshida, Motoyoshi Sekiya, and Jens C. Rasmussen,“First Demonstration of Hitless Spectrum Defragmentation using Real-time Coherent Receivers in Flexible Grid Optical Networks,”ECOC2012,_Th.3.D.1(PD)Kyosuke Sone, Xi Wang, Shoichiro Oda, Goji Nakagawa, Yasuhiko Aoki, Inwoong Kim, Paparao Palacharla, Takeshi Hoshida, Motoyoshi Sekiya, and Jens C. Rasmussen, “First Demonstration of Hitless Spectrum Defragmentation using Real-time Coherent Receivers in Flexible Grid Optical Networks, ”ECOC2012, _Th.3.D.1 (PD)

しかしながら、非特許文献1に開示された波長デフラグメンテーションでは、実施するための制御が複雑で面倒な問題があった。非特許文献1の方法によれば、送信ノード側の信号光の波長と、受信ノード側の受信器のための局部発振光の波長を、遠隔地にあるこれらノード間で同期させて変化させる必要がある。さらに、その信号光が通過する光通信ノードにおける波長選択スイッチで使用する透過帯域の波長も同期させて変化させる必要がある。 However, the wavelength defragmentation disclosed in Non-Patent Document 1 has a problem that the control for carrying out the defragmentation is complicated and troublesome. According to the method of Non-Patent Document 1, it is necessary to change the wavelength of the signal light on the transmitting node side and the wavelength of the locally oscillating light for the receiver on the receiving node side in synchronization between these nodes at remote locations. There is. Further, it is necessary to synchronously change the wavelength of the transmission band used by the wavelength selection switch in the optical communication node through which the signal light passes.

図3は、従来技術の波長デフラグメンテーションにおける各光通信ノードで必要な制御動作の概要を説明する図である。図3では、ノードA11、ノードB12、ノードC13の間で、同期させては信号光の波長を切替える場合の制御を示している。最初、ノードA11のアド回路14から信号を入力して、波長λ1の信号光を伝送し、ノードB12を経由して、ノードC13のドロップ回路15から信号を出力していたものとする。 FIG. 3 is a diagram illustrating an outline of a control operation required for each optical communication node in the wavelength defragmentation of the prior art. FIG. 3 shows control when the wavelength of the signal light is switched in synchronization between the node A11, the node B12, and the node C13. First, it is assumed that a signal is input from the ad circuit 14 of the node A11, the signal light of the wavelength λ1 is transmitted, and the signal is output from the drop circuit 15 of the node C13 via the node B12.

ここで、使用していた光の波長をλ1からλ2へ切替え、波長を再配置する場合を考える。このとき、ノードA11における信号のための送信器16のTx周波数(波長)、ノードA〜Cの複数の波長選択スイッチ(ノードB12の波長選択スイッチ18のみ表示)の透過波長、並びに、ノードC13の受信器のための局部発振器17の周波数(波長)を同期して制御する必要がある。したがって、信号光の波長をλ1からλ2へ再配置する際には、遠隔地にある3つのノードに渡って光伝送機器の複雑な制御が要求される。 Here, consider a case where the wavelength of the light used is switched from λ1 to λ2 and the wavelength is rearranged. At this time, the Tx frequency (wavelength) of the transmitter 16 for the signal at the node A11, the transmission wavelength of the plurality of wavelength selection switches of the nodes A to C (only the wavelength selection switch 18 of the node B12 is displayed), and the transmission wavelength of the node C13. It is necessary to synchronously control the frequency (wavelength) of the local oscillator 17 for the receiver. Therefore, when rearranging the wavelength of the signal light from λ1 to λ2, complicated control of the optical transmission device is required over three nodes at remote locations.

加えて、その波長帯域幅の違いから波長が交錯するような波長再配置、たとえば図2においてSignal1とSignal4との関係を入れ替えるような波長再配置もできなかった。光通信ノードに配置される光伝送機器は、多くの場合レーザ光源を用いている。レーザ光源の波長を変更する際には、デジタル式に瞬時に波長変更ができるわけではなく、レーザの共振長などをアナログ的に変化させて安定化させる必要がある。 In addition, due to the difference in wavelength bandwidth, wavelength rearrangement in which wavelengths intersect, for example, wavelength rearrangement in which the relationship between Signal 1 and Signal 4 in FIG. 2 is exchanged cannot be performed. Optical transmission equipment arranged in an optical communication node often uses a laser light source. When changing the wavelength of the laser light source, it is not possible to change the wavelength digitally instantly, and it is necessary to change the resonance length of the laser in an analog manner to stabilize it.

多くの光伝送機器では、通信のための波長を実際に使用可能な状態に変更するためには一定の時間が掛かる。実際には、ユーザから見れば信号光を完全に停止させてしまうことになり、通信が途絶えてしまうことになる。切替える2つの波長の間の帯域内に他の信号に使用中の波長が含まれていれば、波長が切り替わる間にその使用中の信号への妨害や通信の途絶も生じさせてしまう。結局、実際の光通信ネットワークの運用中に光の波長を変更するのは面倒で複雑な制御が必要で、変更できる範囲にも制限があり、サービスの中断や通信品質の低下なしに波長切り替えを行うのは難しかった。 In many optical transmission devices, it takes a certain amount of time to change the wavelength for communication to an actually usable state. In reality, from the user's point of view, the signal light is completely stopped, and communication is interrupted. If the other signal contains the wavelength in use in the band between the two wavelengths to be switched, the signal in use may be disturbed or communication may be interrupted while the wavelength is switched. After all, changing the wavelength of light during the operation of an actual optical communication network requires troublesome and complicated control, and the range that can be changed is limited, so that wavelength switching can be performed without interruption of service or deterioration of communication quality. It was difficult to do.

このような状況に対し、後述のように波長変換技術と波長フィルタリング技術を用いた波長デフラグメンテーション技術が有望であるが、必要な光シグナルのみを透過させる狭透過帯域の波長可変フィルタを複数用いる必要がある。しかし、光フィルタの狭帯域化は容易には実現できない。昨今の波長多重度に対応し、かつ帯域可変である光フィルタは、一般的に空間光学系を用いることが多い。空間光学系を用いた光フィルタの動作の原理構成は、入出力光学系から自由空間に出射した光を回折格子によって波長分波(分光)し、LCOS (Liquid crystal on silicon) に代表されるような、空間的に微細なパターンで位相変調が可能な空間光変調器によって、所望の波長の光のみが出力ポートに結合されるように制御する構成が一般的である。 For such a situation, a wavelength defragmentation technique using a wavelength conversion technique and a wavelength filtering technique is promising as described later, but it is necessary to use a plurality of wavelength variable filters in a narrow transmission band that transmit only the necessary optical signal. There is. However, narrowing the band of the optical filter cannot be easily realized. In general, a spatial optical system is often used as an optical filter that supports the recent wavelength multiplicity and has a variable band. The principle configuration of the operation of the optical filter using the spatial optical system is as represented by LCOS (Liquid crystal on silicon) by wavelength-dividing (spectroscopically) the light emitted from the input / output optical system into the free space by a diffraction grating. In general, a spatial light modulator capable of phase modulation with a spatially fine pattern controls so that only light of a desired wavelength is coupled to the output port.

この構成でさらなる狭帯域化を実現するためには、LCOS上でのビーム径に対する波長分散(単位波長あたりのLCOS上での座標移動量)の比を大きくすることが必要であることがよく知られている。しかし、ビーム径を小さくするためには高NAかつ大口径のレンズを適用する必要があり、回折格子を含めた光学素子の大型化から、コストの増大と収差によるビーム品質の劣化を招くリスクがある。一方で、波長分散を大きくするアプローチには回折格子の溝本数など、波長分散素子の根本的な性能改善が必要であり、これも容易ではない。従って、光学設計の変更のみでは狭帯域特性は実現が難しい。 It is well known that in order to realize further narrowing of the band with this configuration, it is necessary to increase the ratio of wavelength dispersion (coordinate movement amount on LCOS per unit wavelength) to the beam diameter on LCOS. Has been done. However, in order to reduce the beam diameter, it is necessary to apply a lens with high NA and large diameter, and there is a risk of cost increase and deterioration of beam quality due to aberration due to the increase in size of the optical element including the diffraction grating. is there. On the other hand, the approach of increasing the wavelength dispersion requires fundamental performance improvement of the wavelength dispersion element such as the number of grooves of the diffraction grating, which is also not easy. Therefore, it is difficult to realize narrow band characteristics only by changing the optical design.

さらにこの波長デフラグメンテーション技術を適用した光通信ノードでは、このような波長可変光フィルタが複数必要となることから、導入コスト、配備スペース、消費電力が新たな課題となる。 Further, in an optical communication node to which this wavelength defragmentation technology is applied, a plurality of such tunable optical filters are required, so that introduction cost, deployment space, and power consumption become new issues.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、複数台の光フィルタ機能を一体集積した狭帯域波長可変フィルタアレイを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a narrowband wavelength tunable filter array in which a plurality of optical filter functions are integrally integrated.

本発明の一態様は、このような目的を達成するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。 One aspect of the present invention is characterized by providing the following configurations in order to achieve such an object.

(構成1)
A個(Aは1以上の整数)の入力ポートとB個(Bは1以上の整数)の出力ポートを一つの群とするC群(Cは2以上の整数)の光入出力部と、
前記出力ポートから出射した波長多重光信号を波長分離する分光手段と、
前記分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された光信号の各々に対して光変調して反射する空間光変調手段とを含み、
第M群(Mは1からCまでの整数)に属する前記入力ポートのいずれかから入力された光信号が前記空間光変調手段によって第一の波長範囲(λM1≦λ≦λM2)のみがフィルタリングされた後、
前記空間光変調手段からの反射光を折り返して再び前記空間光変調手段によって第二の波長範囲(λN1≦λ≦λN2)のみがフィルタリングされ、
第N群(Nは1からCまでの整数、ただしM≠Nとする)に属する前記出力ポートのいずれかから前記光信号が出力されることを特徴とする光フィルタであって、
λM1≠λN1またはλM2≠λN2のいずれかが成り立つ
ことを特徴とするWSSアレイ構成の光フィルタ。
(Structure 1)
Group C (C is an integer of 2 or more) optical input / output unit, which includes A (A is an integer of 1 or more) input ports and B (B is an integer of 1 or more) as one group.
A spectroscopic means for wavelength division multiplexing light signals emitted from the output port, and
A condensing means for condensing optical signals dispersed for each wavelength by the spectroscopic means,
A spatial light modulation means that photomodulates and reflects each of the light signals collected by the light collection means is included.
The optical signal input from any of the input ports belonging to the M group (M is an integer from 1 to C) has only the first wavelength range (λ M1 ≤ λ ≤ λ M2 ) by the spatial optical modulation means. After being filtered
The reflected light from the spatial light modulation means is folded back and again filtered by the spatial light modulation means only in the second wavelength range (λ N1 ≤ λ ≤ λ N2 ).
An optical filter characterized in that the optical signal is output from any of the output ports belonging to the Nth group (N is an integer from 1 to C, where M ≠ N).
An optical filter having a WSS array configuration, characterized in that either λ M1 ≠ λ N1 or λ M2 ≠ λ N2 holds.

(構成2)
前記第M群に属する前記入力ポートのいずれかから入力された光信号が前記空間光変調手段によって第一の波長範囲(λM1≦λ≦λM2)のみがフィルタリングされた後、
前記空間光変調手段からの反射光をミラーで反射して折り返して、再び前記空間光変調手段によって第二の波長範囲(λN1≦λ≦λN2)のみがフィルタリングされ、
第N群に属する前記出力ポートのいずれかから前記光信号が出力される
ことを特徴とする構成1に記載の光フィルタ。
(Structure 2)
After the optical signal input from any of the input ports belonging to the M group is filtered by the spatial optical modulation means only in the first wavelength range (λ M1 ≤ λ ≤ λ M2 ),
The reflected light from the spatial light modulation means is reflected by the mirror and folded back, and only the second wavelength range (λ N1 ≤ λ ≤ λ N2 ) is filtered again by the spatial light modulation means.
The optical filter according to configuration 1, wherein the optical signal is output from any of the output ports belonging to the Nth group.

(構成3)
前記第一の波長範囲(λM1≦λ≦λM2)と、前記第二の波長範囲(λN1≦λ≦λN2)において、2つの波長範囲に含まれる波長が存在する
ことを特徴とする構成1または2に記載の光フィルタ。
(Structure 3)
It is characterized in that there are wavelengths included in the two wavelength ranges in the first wavelength range (λ M1 ≤ λ ≤ λ M2 ) and the second wavelength range (λ N1 ≤ λ ≤ λ N2 ). The optical filter according to configuration 1 or 2.

(構成4)
前記空間光変調手段からの反射光を折り返して他のWSSに連結する複数のWSS連結部またはミラーを設けて3段以上の多段のWSSアレイによる多段光フィルタを構成する
ことを特徴とする構成1乃至3のいずれか1項に記載の光フィルタ。
(Structure 4)
A configuration 1 characterized in that a plurality of WSS connecting portions or mirrors for folding back the reflected light from the spatial light modulation means and connecting them to another WSS are provided to form a multi-stage optical filter using a multi-stage WSS array having three or more stages. The optical filter according to any one of 3 to 3.

以上説明したように、本発明によって、複数台の光フィルタ機能を一体集積した狭帯域波長可変フィルタアレイを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a narrow band wavelength tunable filter array in which a plurality of optical filter functions are integrally integrated.

光通信ネットワークのトラフィック時間変化を説明する図である。It is a figure explaining the traffic time change of an optical communication network. 従来技術の波長デフラグメンテーションを説明する図である。It is a figure explaining the wavelength defragmentation of the prior art. 従来技術の波長デフラグメンテーション制御を説明する図である。It is a figure explaining the wavelength defragmentation control of the prior art. 光通信ノードの概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the optical communication node. 光通信ノードのポンプ光発生手段の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the pump light generation means of an optical communication node. ポンプ光発生手段における各部のスペクトルを示す図である。It is a figure which shows the spectrum of each part in a pump light generating means. 光通信ノードの波長変換手段の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the wavelength conversion means of an optical communication node. 波長変換手段における各部のスペクトルを説明する図である。It is a figure explaining the spectrum of each part in a wavelength conversion means. 2つの光信号を入替える波長変換の動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation of the wavelength conversion which exchanges two optical signals. 本発明の狭帯域光フィルタの基本原理を説明する図である。It is a figure explaining the basic principle of the narrow band optical filter of this invention. 本発明の狭帯域光フィルタの実施例1の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of Example 1 of the narrow band optical filter of this invention. 本発明の狭帯域光フィルタの実施例2の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of Example 2 of the narrow band optical filter of this invention.

まず、想定する波長デフラグメンテーションが可能な光通信ノードの構成を説明する。光通信ノード内における、入力ポート(経路切り替えのための分波用WSS(Wavelength Selective Switch:波長選択スイッチ)およびAddポート)および出力ポート(合波用WSS)間のパスの途中に、少なくとも1つの波長変換手段を設ける。ある入力ポートから複数の方路へ向けた出力ポートまでのパスの内で、一部のパスは直接接続であり、残りの一部のパス上に波長変換手段が設けられる。すべてのパスに波長変換手段を備えても良い。波長変換手段に対しては、ポンプ光発生手段から、波長変換のために使用するポンプ光が供給される。波長変換手段へポンプ光を供給するための効率的で集積化に適した構成も開示される。以下、図面を参照しながら、本発明の光フィルタが適用される光通信ノードの全体構成、その動作および各構成要素の具体的な構成について詳細に説明する。 First, the configuration of an optical communication node capable of assuming wavelength defragmentation will be described. At least one in the middle of the path between the input port (WSS (Wavelength Selective Switch) and Add port for demultiplexing for path switching) and the output port (WSS for combining) in the optical communication node. Provide a wavelength conversion means. Of the paths from one input port to the output ports directed to multiple directions, some paths are direct connections and wavelength conversion means are provided on some of the remaining paths. Wavelength conversion means may be provided in all paths. Pump light used for wavelength conversion is supplied to the wavelength conversion means from the pump light generating means. An efficient and integrated configuration for supplying pump light to the wavelength conversion means is also disclosed. Hereinafter, the overall configuration of the optical communication node to which the optical filter of the present invention is applied, its operation, and the specific configuration of each component will be described in detail with reference to the drawings.

[波長デフラグメンテーション可能な光通信ノードの構成]
図4は、光通信サブシステムの概略構成を示す図である。図4の光通信サブシステム20は、図1における方路数N=3のノードBやノードDに対応している。典型的には、光通信サブシステム20は、例えばROADM(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer)システムにおける光通信ノードに対応する。以下、簡単のため図4の光通信サブシステム20を光通信ノードと呼ぶ。図4の光通信ノードは、一般的な光通信ノードの構成に加えて、波長デフラグメンテーションに必要な機能ブロックを追加した構成を持つ。図4の光通信ノード20は、方路数N=3の光ネットワークノードの構成を例に示すが、方路数Nは3だけに限られず、異なる方路数Nに適合させスケーラブルに構成できる。
[Configuration of optical communication node capable of wavelength defragmentation]
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an optical communication subsystem. The optical communication subsystem 20 of FIG. 4 corresponds to the node B and the node D having the number of directions N = 3 in FIG. Typically, the optical communication subsystem 20 corresponds to an optical communication node in, for example, a ROADM (Reconfigurable Optical Add / Drop Multiplexer) system. Hereinafter, for the sake of simplicity, the optical communication subsystem 20 of FIG. 4 will be referred to as an optical communication node. The optical communication node of FIG. 4 has a configuration in which a functional block required for wavelength defragmentation is added in addition to the configuration of a general optical communication node. The optical communication node 20 of FIG. 4 shows an example of the configuration of an optical network node having the number of directions N = 3, but the number of directions N is not limited to 3, and can be configured in a scalable manner by adapting to different numbers of directions N. ..

図4において異なる方路の入力(In1、In2、In3)からの波長分割多重信号(以下WDM信号)が、それぞれ分波用波長選択スイッチ21−1〜21−3(WSS:Wavelength Selective Switch)(Ingress1〜Ingress3)に入力される。入力されたWDM信号は、分波用WSS21−1〜21−3の各々によって波長分波され、波長毎にいずれかの所望の方路(Out1〜Out3)に向かってルーティングされる。ルーティングされた光信号は、それぞれの方路(Out1〜Out3)の対応する合波用WSS29−1〜29−3(Egress1〜Egress3)により波長合波される。合波用WSS29−1〜29−3で波長合波された光信号は、WDM信号としてWSS29−1〜29−3の各々の出力(Out1〜Out3)より出力される。 In FIG. 4, wavelength division multiplexing signals (hereinafter referred to as WDM signals) from inputs (In1, In2, In3) of different directions are divided into wavelength division multiplexing switches 21-1 to 21-3 (WSS: Wavelength Selective Switch) (WSS: Wavelength Selective Switch) (WSS). It is input to Ingress1 to Ingress3). The input WDM signal is wavelength demultiplexed by each of the demultiplexing WSSs 21-1 to 21-3, and is routed to one of the desired directions (Out1 to Out3) for each wavelength. The routed optical signal is wavelength-combined by the corresponding combined wave WSS29-1 to 29-3 (Egress1 to Egress3) in each direction (Out1 to Out3). The optical signal wavelength-multiplexed by WSS29-1 to 29-3 for combine wave is output as a WDM signal from each output (Out1 to Out3) of WSS29-1 to 29-3.

上述の光通信ノード20におけるルーティングにおいて、入力側の分波用WSS21−1〜21−3と出力側の合波用WSS29−1〜29−3は、それぞれ図4の点線で示されたパスおよび実線で示されたパスによって接続される。ここで、例えばIn1とOut1との間などの同一方路のWSS間のパスでは、同じ方路に信号をルーティングして光信号を返すことになるので意味が無い。したがって、光通信ノード20内において、同一方路の分波用WSSおよび合波用WSS間は接続されない。 In the routing in the optical communication node 20 described above, the input side demultiplexing WSS21-1 to 21-3 and the output side combine WSS29-1 to 29-3 are the paths shown by the dotted lines in FIG. 4, respectively. It is connected by the path shown by the solid line. Here, a path between WSSs on the same route, such as between In1 and Out1, is meaningless because the signal is routed to the same route and an optical signal is returned. Therefore, in the optical communication node 20, there is no connection between the demultiplexing WSS and the combined WSS in the same direction.

図4において点線で示されたパス23−1〜23−3は、入力側の分波用WSSおよび出力側の合波用WSSを直接接続するパスである。これに対し、実線で示されたパス22−1〜22−3は、光通信ノード20において新たに加えられるパスであって、各々のパス上に波長変換手段が挿入される。従来技術の光通信ノードでは、方路In1から入力したWDM信号は、分波用WSS21−1を経由して波長分波され、点線のパス23−1を経由して合波用WSS29−2、29−3へと直接接続される。光通信ノード20において、分波用WSS21−1を経由して波長分波され実線のパス22−1を経由する場合、波長変換手段24a〜24dをそれぞれ経由して、合波用WSS29−2、29−3に接続される。分波用WSS21−1で分波された光信号は、波長変換手段24a〜24dにおいて波長変換された後に、合波用WSS29−2〜29−3を経て所望の方路へルーティングされる。分波用WSS21−2から合波用WSS29−1、29−3へのパス22−2、分波用WSS21−3から合波用WSS29−1、29−2へのパス22−3に対しても、同様の波長変換手段が設置される。 The paths 23-1 to 23-3 shown by the dotted lines in FIG. 4 are paths that directly connect the demultiplexing WSS on the input side and the combined WSS on the output side. On the other hand, the paths 22-1 to 22-3 shown by the solid lines are paths newly added in the optical communication node 20, and the wavelength conversion means is inserted on each path. In the conventional optical communication node, the WDM signal input from the route In1 is wavelength-divided via the demultiplexing WSS21-1, and the combined wave WSS29-2 via the dotted path 23-1. Directly connected to 29-3. In the optical communication node 20, when the wavelength is demultiplexed via the demultiplexing WSS21-1 and the wavelength is demultiplexed via the solid line path 22-1, the wavelength conversion means 24a to 24d are passed through, respectively, and the combined wave WSS29-2, It is connected to 29-3. The optical signal demultiplexed by the demultiplexing WSS21-1 is wavelength-converted by the wavelength conversion means 24a to 24d, and then routed to a desired direction via the demultiplexing WSS29-2 to 29-3. For the path 22-2 from the demultiplexing WSS21-2 to the combined wave WSS29-1 and 29-3, and for the path 22-3 from the demultiplexing WSS21-3 to the combined wave WSS29-1 and 29-2. Also, a similar wavelength conversion means is installed.

特定の接続パス(たとえば、In1→Out2)において、波長変換手段はq台設置される。したがって、qは、特定の接続パスにおいて波長変換手段を含むパスの数となる。図4の光通信ノードの構成例ではq=2であり、qの値は1でも3でも構わないが、qが多いほうが光通信ノードで波長デフラグメンテーションを行う際の自由度は高い。光通信ノード20において、1つの方路の分波用WSSについて、qの値は接続パス(ルーティングする方路)毎に異なっていても良い。また何らかの他の理由によって、光通信ノード20の一部で、q=0すなわち波長変換手段が設置されない方路が含まれていても良い。 In a specific connection path (for example, In1 → Out2), q wavelength conversion means are installed. Therefore, q is the number of paths including the wavelength conversion means in a specific connection path. In the configuration example of the optical communication node in FIG. 4, q = 2, and the value of q may be 1 or 3, but the larger the q, the higher the degree of freedom when performing wavelength defragmentation in the optical communication node. In the optical communication node 20, the value of q may be different for each connection path (routing route) for the WSS for demultiplexing one route. Further, for some other reason, a part of the optical communication node 20 may include a route where q = 0, that is, a wavelength conversion means is not installed.

最も簡単な構成は、図4に示したように、異なる方路間の分波用WSSおよび合波用WSSを接続するすべての接続パスにおいて、波長変換手段が設置された同じ数の経路を含めば良い。以下の説明では、図4の構成を前提として、光通信ノードで使用される波長変換手段の構成について説明する。 The simplest configuration, as shown in FIG. 4, includes the same number of paths with wavelength conversion means installed in all connection paths connecting the demultiplexing WSS and the combined WSS between different routes. Just do it. In the following description, the configuration of the wavelength conversion means used in the optical communication node will be described on the premise of the configuration of FIG.

[波長変換手段の構成]
図4の光通信ノードにおける波長変換手段24a〜24dとして、全光的波長変換手段を用いることができる。ここで全光的波長変換手段とは、光―電気―光変換(O/E/O変換)を実施せずに、全て光レイヤだけで波長変換を実施するものである。後述するように、光通信ノードにおける波長変換手段24a〜24dでは、光レイヤの非線形光学現象を利用して波長変換を行う。全光的波長変換手段は、電気レイヤを介在させないため、配備コスト、消費電力、部品の故障率、運用の煩雑さなどあらゆる面でメリットを持つ。
[Structure of wavelength conversion means]
As the wavelength conversion means 24a to 24d in the optical communication node of FIG. 4, an all-optical wavelength conversion means can be used. Here, the all-optical wavelength conversion means is one that performs wavelength conversion only on the optical layer without performing light-electricity-light conversion (O / E / O conversion). As will be described later, the wavelength conversion means 24a to 24d in the optical communication node perform wavelength conversion by utilizing the nonlinear optical phenomenon of the optical layer. Since the all-optical wavelength conversion means does not involve an electric layer, it has merits in all aspects such as deployment cost, power consumption, component failure rate, and complicated operation.

図4を再び参照すると、例えば1つの波長変換手段24aに対しては、信号光78が入力されるとともに、波長変換を生じるためのポンプ光77が入力される。ポンプ光77は、複数のポンプ光の1つとして、ポンプ光発生手段25−1により発生され、M×p構成のWSS:26−1を介して、波長変換手段24a〜24dへと入力される。ポンプ光は、励起光とも呼ばれ、ポンプ光発生手段は励起光発生手段に対応する。以下、入力ポート数がMで出力ポート数がp構成のWSSをM×p WSSと呼ぶ。M×p WSS26−1における出力ポート数pは、p=(N−1)×qとなる。ここでNを光通信ノードにおける方路数、qを1つの方路から他の1つの方路への接続パスにおける波長変換手段を含む経路の最大数とする。 Referring to FIG. 4 again, for example, the signal light 78 is input to one wavelength conversion means 24a, and the pump light 77 for causing wavelength conversion is input. The pump light 77 is generated by the pump light generating means 25-1 as one of the plurality of pump lights, and is input to the wavelength converting means 24a to 24d via the WSS: 26-1 having an M × p configuration. .. The pump light is also called an excitation light, and the pump light generating means corresponds to the excitation light generating means. Hereinafter, a WSS having a configuration in which the number of input ports is M and the number of output ports is p is referred to as M × p WSS. The number of output ports p in M × p WSS26-1 is p = (N-1) × q. Here, N is the number of routes in the optical communication node, and q is the maximum number of routes including wavelength conversion means in the connection path from one route to the other.

図4においてはqの値はすべての接続パスで同じであって、N=3、q=2であるから、ポンプ光発生手段におけるM×p WSS26−1における出力ポート数pは2×2=4となる。図4の光通信ノードのようにすべての接続パスでqの数が同じであれば、M×p WSSのすべてのポートを過不足なく利用できる。M×p WSS26−1における入力ポート数Mについては、後述する。図4の光通信ノードにおいては1つの分波用WSSからの接続パスに対して、1つのポンプ光発生手段からポンプ光が供給される構成とした。 In FIG. 4, the value of q is the same for all connection paths, and N = 3 and q = 2, so the number of output ports p in M × p WSS26-1 in the pump light generating means is 2 × 2 =. It becomes 4. If the number of q is the same in all connection paths as in the optical communication node of FIG. 4, all ports of M × p WSS can be used without excess or deficiency. The number of input ports M in M × p WSS26-1 will be described later. In the optical communication node of FIG. 4, pump light is supplied from one pump light generating means to one connection path from one demultiplexing WSS.

全光的波長変換手段としては、光ファイバや非線形結晶における四光波混合を用いた波長変換を用いることができる。加えて、半導体光増幅器の相互利得変調を用いた方式を用いても構わない。波長変換を行う手段としては、電気レイヤを介在させるため消費電力が増える欠点はあるが、全光的波長変換手段を用いないで、OE変換およびEO変換を伴うものであっても良い。この場合は、ポンプ光発生手段25−1〜25−3およびM×p WSSは不要となる。次に、波長変換手段とともに使用されるポンプ光発生手段のより具体的な構成について説明する。 As the all-optical wavelength conversion means, wavelength conversion using four-wave mixing in an optical fiber or a nonlinear crystal can be used. In addition, a method using mutual gain modulation of the semiconductor optical amplifier may be used. The means for performing wavelength conversion has a drawback that power consumption increases because an electric layer is interposed, but OE conversion and EO conversion may be performed without using the all-optical wavelength conversion means. In this case, the pump light generating means 25-1 to 25-3 and the M × p WSS are not required. Next, a more specific configuration of the pump light generating means used together with the wavelength converting means will be described.

[ポンプ光発生手段の構成]
図5は、光通信ノードにおけるポンプ光発生手段のより具体的な構成を示す図である。図5に示したポンプ光発生手段(励起光発生手段)は、励起光生成部25aおよび励起光周波数シフト部25bからなる。図5に示したポンプ光発生手段には、図4におけるM×p WSS26−1〜26−3が、励起光選択分配部26として含まれている。図5の励起光生成部25aでは、まずレーザダイオード光源LD41により出力された連続光(CW光)は、ガスセル42を経由してフォトディテクタPD43へと入力される。PD43により受光された光信号は、電気信号に変換されて、制御回路44に入力される。制御回路44は、LD41への注入電流を制御する機構を持っている。したがって、LD41、ガスセル42、PD43および制御回路44は、LD41からの出力波長を制御するフィードバックループを形成する。本ループにおいてLD41への注入電流に微弱な変調を加えることによって、ガスセル42の吸収線にLD41の発振波長をロックする制御ループが構成される。結果として、点60において、LD41からの出力光の発振波長は非常に精密に所望の波長へとロックされる。
[Configuration of pump light generating means]
FIG. 5 is a diagram showing a more specific configuration of the pump light generating means in the optical communication node. The pump light generating means (excitation light generating means) shown in FIG. 5 includes an excitation light generation unit 25a and an excitation light frequency shift unit 25b. The pump light generating means shown in FIG. 5 includes M × p WSS26-1 to 26-3 in FIG. 4 as an excitation light selective distribution unit 26. In the excitation light generation unit 25a of FIG. 5, first, the continuous light (CW light) output by the laser diode light source LD41 is input to the photodetector PD43 via the gas cell 42. The optical signal received by the PD 43 is converted into an electric signal and input to the control circuit 44. The control circuit 44 has a mechanism for controlling the injection current into the LD 41. Therefore, the LD41, the gas cell 42, the PD43 and the control circuit 44 form a feedback loop that controls the output wavelength from the LD41. By applying a weak modulation to the injection current to the LD41 in this loop, a control loop that locks the oscillation wavelength of the LD41 is configured on the absorption line of the gas cell 42. As a result, at point 60, the oscillation wavelength of the output light from the LD41 is locked very precisely to the desired wavelength.

LD41から出力されたCW光の一部は強度変調器45により、周波数fで強度変調され、点61においてパルスが生成される。生成されたパルス光は、エルビウムドープ光ファイバ増幅器(EDFA: Erbium Doped optical Fiber Amplifier)46で増幅された後に、高非線形ファイバHNLF47へと入力される。HNLF47では、点62において、自己位相変調によってスーパコンティニュウム光(周波数コム)が生成される。ここで周波数コムの周波数間隔は、周波数fである。 A part of the CW light output from the LD 41 is intensity-modulated at the frequency f by the intensity modulator 45, and a pulse is generated at the point 61. The generated pulsed light is amplified by an Erbium Doped optical fiber amplifier (EDFA) 46 and then input to a highly nonlinear fiber HNLF47. At point 62, HNLF47 produces supercontinuum light (frequency comb) by self-phase modulation. Here, the frequency interval of the frequency comb is the frequency f.

HNLF47で発生した周波数コムは、1×M WSS48によって、周波数コム光の中から所望のポンプ周波数の1つのCW光が選択される。点63において、選択されたCW光がSSB(Single Side Band)変調器49へ入力される。したがって、1×M WSS48は、周波数コム光をコム周波数毎に単一のCW光へ空間的に分波するコム分離手段として機能する。1×M WSS48の出力においては、最大M個のSSB変調器が並列に備えられる。変調周波数Δfで駆動されたSSB変調器49では、入力されたCW光の周波数を微調整する。微調整されたCW光は、EDFA50で増幅された後に、周波数シフト部25bから出力される。並列に備えられた最大M個のSSB変調器における変調周波数Δfは、それぞれ異なって良い。 As for the frequency comb generated by the HNLF 47, one CW light having a desired pump frequency is selected from the frequency comb lights by 1 × M WSS48. At point 63, the selected CW light is input to the SSB (Single Side Band) modulator 49. Therefore, the 1 × M WSS48 functions as a comb separation means for spatially demultiplexing the frequency comb light into a single CW light for each comb frequency. At the output of 1 × M WSS48, a maximum of M SSB modulators are provided in parallel. In the SSB modulator 49 driven by the modulation frequency Δf, the frequency of the input CW light is finely adjusted. The finely tuned CW light is amplified by the EDFA 50 and then output from the frequency shift unit 25b. The modulation frequencies Δf of the maximum M SSB modulators provided in parallel may be different from each other.

周波数シフト部25bからの最大M個の微調整されたCW光は、励起光選択分配部26において、まずM×1 WSS52によって合波される。さらに、1×p WSS53によって分波されて、所定の出力ポート54a〜54dに希望の波長のCW光である励起光として出力される。出力ポート54a〜54dの何れかに出力された所望の波長のCW光は、図4におけるポンプ光発生手段からのポンプ光として、波長選択手段に供給される。出力ポート54a〜54dは、図4の波長変換手段24a〜24dに接続される接続端子であり、前述のCW光は、波長変換手段24a〜24dにそれぞれ入力される。周波数シフト部25bのEDFA50から出力されたCW光は、励起光選択分配部26を経由せずに、その一部を分岐して、分岐光51をポンプ光発生手段25−1〜25−3のポンプ光としても良い。 A maximum of M finely tuned CW lights from the frequency shift unit 25b are first combined by the M × 1 WSS 52 in the excitation light selective distribution unit 26. Further, it is demultiplexed by 1 × p WSS53 and output to predetermined output ports 54a to 54d as excitation light which is CW light of a desired wavelength. The CW light of a desired wavelength output to any of the output ports 54a to 54d is supplied to the wavelength selection means as pump light from the pump light generating means in FIG. The output ports 54a to 54d are connection terminals connected to the wavelength conversion means 24a to 24d in FIG. 4, and the above-mentioned CW light is input to the wavelength conversion means 24a to 24d, respectively. The CW light output from the EDFA 50 of the frequency shift unit 25b is partially branched without passing through the excitation light selective distribution unit 26, and the branch light 51 is used by the pump light generating means 25-1 to 25-3. It may be used as pump light.

図6は、ポンプ光発生手段におけるポンプ光発生過程をスペクトルで示した図である。以下の説明における各点は、図5のポンプ光発生手段の点60〜66dに対応する。波長制御ループの出力である点60において、ガスセルの吸収スペクトルの1つに、LD41の発振波長がロックされ、CW光として出力される。強度変調器45の出力である点61では、CW光が強度変調されることによって側帯波を発生する。強度変調された光波がEDFA46で増幅された後、高非線形ファイバ中の自己位相変調により、スーパコンティニュウム(Supercontinuum)光を生成する。その結果、HNLF47の出力である点62では、スペクトルは非常に広い帯域に渡る周波数コム光67となる。ここで周波数コム光の間隔は、強度変調周波数fである。 FIG. 6 is a diagram showing a spectrum of the pump light generation process in the pump light generation means. Each point in the following description corresponds to points 60-66d of the pump light generating means of FIG. At point 60, which is the output of the wavelength control loop, the oscillation wavelength of the LD41 is locked to one of the absorption spectra of the gas cell and is output as CW light. At point 61, which is the output of the intensity modulator 45, sideband waves are generated by intensity-modulating the CW light. After the intensity-modulated light wave is amplified by EDFA46, self-phase modulation in the highly non-linear fiber produces supercontinuum light. As a result, at point 62, which is the output of HNLF47, the spectrum becomes frequency comb light 67 over a very wide band. Here, the interval of the frequency comb light is the intensity modulation frequency f.

周波数シフト部25bの1×M WSS48出力である点63において、周波数コム光67のうち所望のスペクトルを、1×M WSS48の各出力ポートに一波ずつ出力する。点63で出力されるのは、CW光68のままである。このCW光はSSB変調器49の出力である点64において、周波数がΔfだけシフトされ、微調整されたものとなる。さらにM×1 WSS52の合波出力である点65において、異なるSSB変調器からの複数のCW光が合波される。 At point 63, which is the output of 1 × M WSS48 of the frequency shift unit 25b, a desired spectrum of the frequency comb light 67 is output to each output port of 1 × M WSS48 one wave at a time. What is output at point 63 is still CW light 68. The frequency of this CW light is shifted by Δf at the point 64, which is the output of the SSB modulator 49, and is finely adjusted. Further, at point 65, which is the combined wave output of the M × 1 WSS 52, a plurality of CW lights from different SSB modulators are combined.

図6では、3波が合波された状態を示している。最終的に1×p WSS53の出力ポートの各点66a〜66dにおいて、周波数シフトされた、所望の波長のCW光であるポンプ光が1つずつ分配される。1×p WSS53の各出力ポートには異なるSSB変調器からのCW光が一波ずつ分配、出力されるが、図6に示したように、同一の波長のポンプ光69−1、69−2を複数の出力ポートに分配しても構わない。図6では、1×p WSS53の2つの出力ポート54b、54dに同一の波長のCW光69−1、69−2を出力する例を示した。分配出力の方法は、後述の実施例で詳細に説明する。 FIG. 6 shows a state in which three waves are combined. Finally, at each of the points 66a to 66d of the output port of the 1 × p WSS53, the pump light, which is the frequency-shifted CW light of the desired wavelength, is distributed one by one. CW light from different SSB modulators is distributed and output to each output port of the 1 × p WSS53 one wave at a time. As shown in FIG. 6, pump lights 69-1, 69-2 of the same wavelength are used. May be distributed to multiple output ports. FIG. 6 shows an example in which CW light 69-1 and 69-2 having the same wavelength are output to the two output ports 54b and 54d of the 1 × p WSS53. The method of distribution output will be described in detail in Examples described later.

図5に示したポンプ光発生手段では、励起光選択分配部26におけるM×1 WSS52の波長フィルタ機能により、必要とする波長のポンプ光をCW光として抜き出すことができる。したがって、図5における周波数シフト部25bのSSB変調器49は、両側帯波を発生する位相変調器または強度変調器に置き換えても良い。すなわち、SSB変調器49の代替変調器において発生した不要側帯波および搬送波は、M×1 WSSのフィルタ機能により除去することもできる。次に、図4の光通信ノードにおける波長変換手段24a〜24dの具体的な構成について説明する。 In the pump light generating means shown in FIG. 5, the pump light having a required wavelength can be extracted as CW light by the wavelength filter function of the M × 1 WSS 52 in the excitation light selective distribution unit 26. Therefore, the SSB modulator 49 of the frequency shift unit 25b in FIG. 5 may be replaced with a phase modulator or an intensity modulator that generates bilateral band waves. That is, unnecessary sideband waves and carrier waves generated in the alternative modulator of the SSB modulator 49 can also be removed by the filter function of M × 1 WSS. Next, a specific configuration of the wavelength conversion means 24a to 24d in the optical communication node of FIG. 4 will be described.

[波長変換手段の構成]
図7は、光通信ノードにおける波長変換手段の構成例を示す図である。波長変換手段24は、ポンプ光77および信号光78を合流する光合流器70と、信号光の波長を変換する非線形光学媒質72とからなる。光合流器70で合流されたポンプ光および信号光の強度が非線形現象を発生するのに不十分な場合は、EDFA71により光増幅した後に非線形光学媒質72に入力することができる。
[Structure of wavelength conversion means]
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a wavelength conversion means in an optical communication node. The wavelength conversion means 24 includes an optical merging device 70 that merges the pump light 77 and the signal light 78, and a nonlinear optical medium 72 that converts the wavelength of the signal light. When the intensity of the pump light and the signal light merged by the optical merging device 70 is insufficient to generate the non-linear phenomenon, the light can be optically amplified by the EDFA 71 and then input to the non-linear optical medium 72.

光合流器70としては、光方向性結合器や波長選択スイッチを用いることができる。また非線形光学媒質72としては、高非線形光ファイバや周期分極反転LiNbO3導波路または半導体光アンプ等を用いることができる。さらに、光通信ノードの各要素においてEDFAとして説明した光増幅器は、代わりに半導体光アンプを用いても良い。 As the optical merging device 70, an optical directional coupler or a wavelength selection switch can be used. Further, as the nonlinear optical medium 72, a highly nonlinear optical fiber, a periodic polarization inversion LiNbO3 waveguide, a semiconductor optical amplifier, or the like can be used. Further, the optical amplifier described as EDFA in each element of the optical communication node may use a semiconductor optical amplifier instead.

図8は、光通信ノードの波長変換手段における各部のスペクトルを説明する図である。以下の説明の各点は、図7の波長変換手段24の点73〜76に対応する。波長変換手段の2つの入力である点73、74において、相異なる波長のポンプ光81および信号光82がそれぞれ入力される。光合流器70の出力である点75において、上述の2波が合波される。次いで、点76において、非線形光学媒質72により縮退四光波混合によりアイドラ光84を発生する。ポンプ光81の光周波数をfp、信号光82の光周波数をfsとすると、アイドラ光84の光周波数fiは次式で表される。
fi=2fp−fs 式(1)
FIG. 8 is a diagram illustrating a spectrum of each part in the wavelength conversion means of the optical communication node. Each point of the following description corresponds to points 73 to 76 of the wavelength conversion means 24 of FIG. At points 73 and 74, which are the two inputs of the wavelength conversion means, pump light 81 and signal light 82 having different wavelengths are input, respectively. At point 75, which is the output of the optical confluence 70, the above two waves are combined. Next, at point 76, idler light 84 is generated by degenerate four-wave mixing by the nonlinear optical medium 72. Assuming that the optical frequency of the pump light 81 is fp and the optical frequency of the signal light 82 is fs, the optical frequency fi of the idler light 84 is expressed by the following equation.
fi = 2fp-fs equation (1)

また非線形光学媒質72では、fiの発生と同時に信号光をポンプ光とし、ポンプ光をプローブ光として生じたアイドラ光83も同時に発生する。 Further, in the nonlinear optical medium 72, the idler light 83 generated by using the signal light as the pump light and the pump light as the probe light is also generated at the same time as the generation of fi.

図4の光通信ノードにおける波長変換手段24c、24dは、図4の光通信ノードにおける合波用WSS29−2(Egress2)に接続される。合波用WSS29−2のフィルタリング機能により、図8の元のポンプ光81、信号光82および不要なアイドラ光83は除去され、波長変換された後の光信号84(アイドラ光)だけが合波用WSS29−2の出力ポートである点80−2へと出力される。図8では波長変換の説明のためにアイドラ光84のみのスペクトルを示したが、点80−2では波長変換されずに伝送される光信号や、他の波長に変換された光信号が合波されて出力される。 The wavelength conversion means 24c and 24d in the optical communication node of FIG. 4 are connected to WSS29-2 (Egress2) for combining waves in the optical communication node of FIG. The original pump light 81, signal light 82 and unnecessary idler light 83 in FIG. 8 are removed by the filtering function of WSS29-2 for combined waves, and only the optical signal 84 (idler light) after wavelength conversion is combined. It is output to point 80-2, which is the output port of WSS29-2. In FIG. 8, the spectrum of only the idler light 84 is shown for the purpose of explaining the wavelength conversion, but at point 80-2, the optical signal transmitted without wavelength conversion and the optical signal converted to another wavelength are combined. Is output.

[複数の波長の光信号の波長変換のための構成]
前述の図8のスペクトルの説明では、ポンプ光を光通信ノードの特定の1つの波長の光信号の波長変換だけに用いる例を示した。しかし図5に示したポンプ光発生手段を用いると、光通信ノード20において複数の波長の光信号の波長変換を同時に行うのに用いることも可能である。図5のポンプ光発生手段では、周波数コム光67から1つのCW光を1×M WSS48で選択し、複数のSSB変調器を並列して独立して動作させ、同時に異なる波長のポンプ光を出力できるからである。これは異なる2つの光信号の波長を相互に入れ替える場合に効果的である。すなわち、fs2の光周波数をもつ光信号がfs4に変換され、fs4の光周波数をもつ信号がfs2に変換されるような場合に適用できる。
[Structure for wavelength conversion of optical signals of multiple wavelengths]
In the description of the spectrum of FIG. 8 described above, an example is shown in which the pump light is used only for wavelength conversion of an optical signal of one specific wavelength of the optical communication node. However, if the pump light generating means shown in FIG. 5 is used, it can also be used to simultaneously perform wavelength conversion of optical signals having a plurality of wavelengths in the optical communication node 20. In the pump light generating means of FIG. 5, one CW light is selected from the frequency comb light 67 with 1 × M WSS48, and a plurality of SSB modulators are operated in parallel and independently, and pump light of different wavelengths is output at the same time. Because it can be done. This is effective when the wavelengths of two different optical signals are exchanged with each other. That is, it can be applied when an optical signal having an optical frequency of fs2 is converted to fs4 and a signal having an optical frequency of fs4 is converted to fs2.

図9は、2つの光信号の波長変換を一括で行う場合と、図5に示したポンプ光発生手段で波長変換を分割して行う場合の動作を比較して説明した図である。図9の(a)は、図7の波長変換手段の非線形光学媒質72へ、周波数fs2の光信号およびfs4の光信号を一括して導入して波長変換を行う場合の動作を説明する。光合流器70の出力である点75では、周波数fpのポンプ光を含めて3つの波長が存在する。非線形光学媒質72の出力である点76における光スペクトルは、fs2の信号光の残留成分および変換後のfi4が混合している。同様に、fs4の信号光の残留成分および変換後のfi2が混合している。これらの混合した信号は、それぞれ同一波長であるため、光通信ノード20の例えば合波用WSS29−2の出力ポートである点80−2で、WSS29−2のフィルタリング機能では分離できない。 FIG. 9 is a diagram for comparing and explaining the operation when the wavelength conversion of the two optical signals is performed collectively and the operation when the wavelength conversion is divided by the pump light generating means shown in FIG. FIG. 9A describes an operation in the case where the optical signal of frequency fs2 and the optical signal of fs4 are collectively introduced into the nonlinear optical medium 72 of the wavelength conversion means of FIG. 7 to perform wavelength conversion. At point 75, which is the output of the optical confluence 70, there are three wavelengths, including pump light of frequency fp. The optical spectrum at the point 76, which is the output of the nonlinear optical medium 72, is a mixture of the residual component of the signal light of fs2 and the converted fi4. Similarly, the residual component of the signal light of fs4 and the converted fi2 are mixed. Since these mixed signals have the same wavelength, they cannot be separated by the filtering function of WSS29-2 at point 80-2, which is the output port of, for example, the WSS29-2 for combined waves of the optical communication node 20.

図9の(b)は、図5に示したポンプ光発生手段において、同一波長のCW光69−1、69−2で波長変換を行う動作を説明する図である。図9の(b)に示すように、fs2→fi2(=fs4)の変換およびfs4→fi4(=fs2)の変換を、同一波長のCW光69−1、69−2を使い、別個の波長変換手段で行う。この場合は、図9の(a)で説明した一方も信号光の残留成分と他方の信号光の変換光成分の混合を避けることができる。すなわち、fpの光周波数をもつポンプ光69−1、69−2を、1×p WSS53の出力ポート54b、54dにそれぞれ分配し、波長変換手段24d、24bで個別に行う。 FIG. 9B is a diagram illustrating an operation of performing wavelength conversion with CW light 69-1 and 69-2 having the same wavelength in the pump light generating means shown in FIG. As shown in FIG. 9B, the conversion of fs2 → fi2 (= fs4) and the conversion of fs4 → fi4 (= fs2) are performed using CW light 69-1 and 69-2 of the same wavelength and different wavelengths. It is done by conversion means. In this case, it is possible to avoid mixing the residual component of the signal light and the converted light component of the other signal light described in FIG. 9A. That is, the pump lights 69-1 and 69-2 having an optical frequency of fp are distributed to the output ports 54b and 54d of the 1 × p WSS53, respectively, and are individually performed by the wavelength conversion means 24d and 24b.

図9の(b)の上側の図には、波長変換手段24dにおいて信号光fs2をfs4に変換する場合を示す。ポンプ光fpおよび元の信号光fs2の残留成分の不要信号85は合波用WSS29−2でフィルタリングされ、点80−2において波長変換後の信号光fs4のみが抽出される。図9の(b)の下側の図には、波長変換手段24bにおいて信号光fs4をfs2に変換する場合を示す。波長変換手段24dの場合と同様に、不要信号86は合波用WSS29−3でフィルタリングされ、点80−3において波長変換後の信号光fs4のみが抽出される。このように、光通信ノード20では、2つの信号光の波長を入れ替えることも簡単にできる。ここでは2波に対する波長入れ替えの例を示したが、3つ以上の信号光の相互の波長変換に対して同一波長の3つのポンプ光を用いることも可能である。 The upper figure of FIG. 9B shows a case where the wavelength conversion means 24d converts the signal light fs2 into fs4. The unnecessary signal 85 of the residual component of the pump light fp and the original signal light fs2 is filtered by the wave combining WSS29-2, and only the signal light fs4 after wavelength conversion is extracted at the point 80-2. The lower figure of FIG. 9B shows a case where the wavelength conversion means 24b converts the signal light fs4 into fs2. As in the case of the wavelength conversion means 24d, the unnecessary signal 86 is filtered by the wave combination WSS29-3, and only the signal light fs4 after the wavelength conversion is extracted at the point 80-3. In this way, in the optical communication node 20, the wavelengths of the two signal lights can be easily exchanged. Here, an example of wavelength switching for two waves is shown, but it is also possible to use three pump lights of the same wavelength for mutual wavelength conversion of three or more signal lights.

図4に示した光通信ノードにより、より柔軟で簡単な波長デフラグメンテーションが実現できる。送信ノードにおける送信器の周波数を変えずに、光通信ノード内の経路上で波長変換を行うことで、複数の通信ノード間に渡って必要であった面倒で複雑な制御が大幅に簡略化される。波長変更についての情報が受信ノードで知られていれば、予め受信ノードの受信器側で変更後の周波数(波長)に局部発振器の周波数を変更しておくことができる。ポンプ光発生手段でも、波長変更の実施の前に予め所定の周波数のポンプ光を準備しておけば良い。入力側WSSおよび出力側WSSの透過波長の設定を変更すれば、即座に信号光の波長変更を実施できる。受信ノード側では、変更前の波長による受信と、変更後の波長による受信を並行して行うこともできる。したがって、通信の中断を生じなくとも波長変更ができる。 With the optical communication node shown in FIG. 4, more flexible and easy wavelength defragmentation can be realized. By performing wavelength conversion on the path within the optical communication node without changing the frequency of the transmitter at the transmission node, the troublesome and complicated control required across multiple communication nodes is greatly simplified. Node. If the information about the wavelength change is known in the receiving node, the frequency of the local oscillator can be changed to the changed frequency (wavelength) in advance on the receiver side of the receiving node. Even in the pump light generating means, it is sufficient to prepare the pump light having a predetermined frequency in advance before the wavelength change is performed. By changing the transmission wavelength settings of the input side WSS and the output side WSS, the wavelength of the signal light can be changed immediately. On the receiving node side, reception at the wavelength before the change and reception at the wavelength after the change can be performed in parallel. Therefore, the wavelength can be changed without interrupting communication.

ここまで示したとおり、波長変換技術を用いた波長デフラグメンテーション可能な光通信ノードには複数のWSSが必要であり、さらに周波数コム光源にて生成される多数のポンプ光の中から必要な波長を有するポンプ光のみを所望のポートにルーティングされる必要がある。周波数コム光源の波長間隔は一般的に10〜20GHz程度であり、通常のROADMシステムに適用される波長可変フィルタが37.5〜50GHz程度の周波数グリッドに沿って動作することを考えると、さらに狭帯域な動作を実現する必要がある。 As shown above, multiple WSSs are required for an optical communication node capable of wavelength defragmentation using wavelength conversion technology, and the required wavelength can be selected from a large number of pump lights generated by a frequency com light source. Only the pump light that has it needs to be routed to the desired port. The wavelength interval of the frequency comb light source is generally about 10 to 20 GHz, which is even narrower considering that the tunable filter applied to a normal ROADM system operates along a frequency grid of about 37.5 to 50 GHz. It is necessary to realize the operation.

次に、このような光通信ノードに使用される、本発明の狭帯域特性を有する波長可変光フィルタの基本原理を説明する。 Next, the basic principle of the tunable optical filter having the narrow band characteristic of the present invention used for such an optical communication node will be described.

(本発明の狭帯域光フィルタの基本原理)
図10は、図5の光通信ノード構成の場合に2台のWSS(波長選択スイッチ)を組み合わせた本発明の狭帯域光フィルタ機能の基本原理を説明する図である。
(Basic Principle of Narrow Band Optical Filter of the Present Invention)
FIG. 10 is a diagram illustrating the basic principle of the narrow band optical filter function of the present invention in which two WSSs (wavelength selection switches) are combined in the case of the optical communication node configuration of FIG.

図10(a)において、(1)〜(4)は対応する上向き矢印の指す点を通過する光ないしWSSによる光フィルタを示す。図10(b)は、(1)〜(4)における光の波長スペクトルないし光フィルタのフィルタ特性を示している。 In FIG. 10 (a), (1) to (4) show an optical filter by light or WSS that passes through the point pointed to by the corresponding upward arrow. FIG. 10B shows the wavelength spectrum of light or the filter characteristics of the optical filter in (1) to (4).

図10(b)の(1)に示すように、励起光生成部で生成された光源となる周波数コム光(1)は、λ1〜9の9本の線スペクトルのポンプ光として1本のファイバ中を透過している。図10(a)に示すように、周波数コム光(1)のファイバ出力には励起光周波数シフト部が接続されており、狭帯域化のために1xMWSS1とMx1WSS2の2台のWSSが、SSB変調器を挟んでペアとしてカスケード接続されている。 As shown in (1) of FIG. 10 (b), the frequency comb light (1) generated by the excitation light generation unit as a light source is a single fiber as a pump light of nine line spectra of λ1 to 9. It is transparent inside. As shown in FIG. 10A, an excitation light frequency shift portion is connected to the fiber output of the frequency comb light (1), and two WSSs, 1xMWSS1 and Mx1WSS2, are SSB-modulated in order to narrow the band. They are cascaded as a pair with a vessel in between.

WSS1のフィルタ特性は図10(b)の(2)のとおり、光周波数コム光源の1チャネルのみを取り出すことが可能なほどには狭帯域になっておらず、複数のチャネルが透過する程度を仮定する。図10(b)の(2)ではλ3〜5の3チャネルが透過している。 As shown in (2) of FIG. 10 (b), the filter characteristics of WSS1 are not narrow enough to take out only one channel of the optical frequency comb light source, and the extent to which a plurality of channels are transmitted is sufficient. Assume. In (2) of FIG. 10 (b), the three channels λ3 to 5 are transmitted.

後段配置のWSS2のフィルタ特性(3)も、同様に3チャネルが透過する程度のフィルタ特性ではあるが、前段WSS1(2)の設定中心波長と後段WSS2(3)の設定中心波長はわずかに変更してあり、λ5〜7が透過する設定としている。この両者を透過した合成フィルタ特性の例が図10(b)の(4)である。WSS1+2の合成フィルタ特性(4)では、(2)と(3)の両方に共通透過設定となっている波長領域のみが透過可能になる。 The filter characteristic (3) of WSS2 arranged in the latter stage is also a filter characteristic to the extent that 3 channels are transmitted, but the set center wavelength of the first stage WSS1 (2) and the set center wavelength of the latter stage WSS2 (3) are slightly changed. It is set so that λ5 to 7 are transparent. An example of the synthetic filter characteristic that has passed through both of them is (4) in FIG. 10 (b). In the composite filter characteristic (4) of WSS1 + 2, only the wavelength region in which the common transmission setting is set for both (2) and (3) can be transmitted.

この構成を利用すると、図10(b)の(4)の合成フィルタ特性に示すとおり、λ5のみを選択的に透過させることができ、従来程度の透過特性を有するWSSでも狭帯域化することが可能となる。もちろん、図10(a)の(2)および(3)の間に記載されている励起光周波数シフト部は必ずしも必要ではなく、(2)の部分で1チャネルのみを取り出したい場合は(2)の部分に2段分のWSSを配置することも可能である。 By using this configuration, as shown in the composite filter characteristics of (4) in FIG. 10 (b), only λ5 can be selectively transmitted, and even a WSS having a conventional transmission characteristic can narrow the band. It will be possible. Of course, the excitation light frequency shift portion described between (2) and (3) in FIG. 10 (a) is not always necessary, and if only one channel is to be extracted in the portion (2), (2) It is also possible to arrange two stages of WSS in the part of.

ただし、このような構成を構築する場合にはWSSを複数台準備する必要があり、波長デフラグメンテーションノードにおける課題であった狭帯域特性は改善できるものの、多数のフィルタリングデバイスを接続する必要があるため、コストやスペースの課題については解決されない。このため、複数のWSS機能を一体集積したWSSアレイの適用を考える。 However, when constructing such a configuration, it is necessary to prepare multiple WSSs, and although the narrow band characteristics that have been a problem in the wavelength defragmentation node can be improved, it is necessary to connect a large number of filtering devices. , Cost and space issues are not resolved. Therefore, consider the application of a WSS array in which a plurality of WSS functions are integrated.

図11に、本発明の狭帯域光フィルタを、複数のWSS機能を一体集積した多連集積WSSアレイにより構成した実施例1を示す。図11の多連集積WSSアレイにおける構成要素は、光導波路基板1101、回折格子1102、レンズ1103、反射型の空間光変調器1104がこの順に配置されている。 FIG. 11 shows Example 1 in which the narrow band optical filter of the present invention is configured by a multi-unit integrated WSS array in which a plurality of WSS functions are integrally integrated. In the components of the multi-unit integrated WSS array of FIG. 11, the optical waveguide substrate 1101, the diffraction grating 1102, the lens 1103, and the reflective spatial light modulator 1104 are arranged in this order.

図11左の光導波路基板1101の上には、入出力導波路群1105、入出力導波路群1105が接続されたスラブ導波路1106と、スラブ導波路1106に接続されたアレイ導波路1107からなるSpatial Beam Transformer (SBT)と呼ばれる光回路が複数備えられている。各SBTにおいてはアレイ導波路1107は全て等長の設計となっており、入出力導波路群1105に含まれる入出力導波路のどれを選ぶかによって、光導波路基板1101を通過して自由空間に出射する光ビームがどの角度にどのようなビーム径にて出射されるかを決定する機能を有する。 On the optical waveguide substrate 1101 on the left side of FIG. 11, an input / output waveguide group 1105, a slab waveguide 1106 to which the input / output waveguide group 1105 is connected, and an array waveguide 1107 connected to the slab waveguide 1106 are composed. A plurality of optical circuits called Spatial Beam Transferrs (SBTs) are provided. In each SBT, all the array waveguides 1107 are designed to have the same length, and depending on which of the input / output waveguides included in the input / output waveguide group 1105 is selected, the array waveguide 1107 passes through the optical waveguide substrate 1101 and becomes a free space. It has a function of determining at what angle and at what beam diameter the emitted light beam is emitted.

このような光導波路基板1101上の複数のSBTは、受動素子のみにより構成された本質的に双方向性の光デバイスであって、たとえば図11において光導波路基板1101の左端面から入射する信号光に着目すれば、A個(Aは1以上の整数)の入力ポートとB個(Bは1以上の整数)の出力ポートを一つの群とするC群(Cは2以上の整数)の光入出力部であるということができる。 The plurality of SBTs on the optical waveguide substrate 1101 are essentially bidirectional optical devices composed of only passive elements, for example, signal light incident from the left end surface of the optical waveguide substrate 1101 in FIG. Focusing on, the light of group C (C is an integer of 2 or more) with A input ports (A is an integer of 1 or more) and B (B is an integer of 1 or more) as one group. It can be said that it is an input / output unit.

本実施例1の光フィルタ構成における、WSSとしての動作原理は以下のとおりである。まず入出力導波路群1105に含まれる導波路の一つに左端から入力された信号光(例えば図11の左上端から右向きに入射する網掛け矢印で示される信号光)は、最上段のスラブ導波路1106において、X軸方向には閉じ込められたまま、光導波路基板1101のYZ面内でY軸方向に広がるようにスラブ導波路1106をZ軸+方向に伝播する。この広がる信号光の波面は伝播距離に応じた曲率を有するため、スラブ導波路1106の終端(右端)は、この波面の曲率と一致するような形状で構成される。スラブ導波路1106の終端には各々の長さが等しいアレイ導波路1107が接続されている。ここで、光導波路基板1101の端面のうち、アレイ導波路1107が接続している右端面は、Y軸方向に一致している。 The operating principle of the WSS in the optical filter configuration of the first embodiment is as follows. First, the signal light input from the left end to one of the waveguides included in the input / output waveguide group 1105 (for example, the signal light indicated by the shaded arrow incident to the right from the upper left end of FIG. 11) is the uppermost slab. In the waveguide 1106, the slab waveguide 1106 propagates in the Z-axis + direction so as to spread in the Y-axis direction in the YZ plane of the optical waveguide substrate 1101 while being confined in the X-axis direction. Since the wave surface of the spreading signal light has a curvature according to the propagation distance, the end (right end) of the slab waveguide 1106 is configured to have a shape that matches the curvature of the wave surface. Arrayed waveguides 1107 of equal length are connected to the ends of slab waveguides 1106. Here, of the end faces of the optical waveguide substrate 1101, the right end face to which the array waveguide 1107 is connected coincides with the Y-axis direction.

この構成をとるとき、スラブ導波路1106を介してアレイ導波路1107から右の空間に出力された光信号は、Y軸方向に位相が揃った平面波として出力されるため、Y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播する。光導波路基板1101を通過した光信号は、回折格子1102で波長ごとに角度分波(分光)され、さらに集光手段であるレンズ1103を通過することで、それぞれの波長ごとに角度位置変換されて、図11右端の空間光変調器1104に入射する。 In this configuration, the optical signal output from the array waveguide 1107 to the space to the right via the slab waveguide 1106 is output as a plane wave whose phase is aligned in the Y-axis direction, and is therefore collimated in the Y-axis direction. Propagates space as a beam. The optical signal that has passed through the optical waveguide substrate 1101 is angularly demultiplexed (spectroscopically) for each wavelength by the diffraction grating 1102, and further passed through the lens 1103, which is a condensing means, to change the angular position for each wavelength. , It is incident on the spatial light modulator 1104 at the right end of FIG.

空間光変調器1104に入射した光信号は、それぞれ波長ごとに空間光変調器1104の制御によって任意の角度にて反射され、今度は右から左の逆方向に進み再びレンズ1103、回折格子1102を通過して光導波路基板1101に再結合する。最終的に空間光変調器1104の制御によって選択された波長の光信号が光導波路基板1101の左端から出射する(例えば図11の左上端から左向きに出射する点線の矢印で示される信号光)ことで1段分のスイッチング動作が完了する。光波長に応じた空間光変調器1104の各エレメントの制御により、1段分の光フィルタとして動作させることができる。 The optical signals incident on the spatial light modulator 1104 are reflected at arbitrary angles under the control of the spatial light modulator 1104 for each wavelength, and this time, the light signals proceed in the opposite directions from right to left, and the lens 1103 and the diffraction grating 1102 are again moved. It passes through and recombines to the optical waveguide substrate 1101. Finally, the optical signal of the wavelength selected by the control of the spatial light modulator 1104 is emitted from the left end of the optical waveguide substrate 1101 (for example, the signal light indicated by the dotted arrow emitted to the left from the upper left end of FIG. 11). This completes the switching operation for one stage. By controlling each element of the spatial light modulator 1104 according to the light wavelength, it can be operated as a one-stage optical filter.

この構成においては、光導波路基板1101から自由空間に光ビームが出射する際のY−Z平面内の出射角度に応じて、空間光変調器1104においてY軸方向に異なった位置に集光する点が特徴である。空間光変調器1104のXY面上のY軸方向に異なった位置に集光された光ビームに対して、空間光変調器1104を可変制御して各々任意の角度で偏向して反射させることで、複数のWSS機能を1つの光学系に一体集積することが可能となる。 In this configuration, the point at which the spatial light modulator 1104 collects light at different positions in the Y-axis direction according to the emission angle in the YZ plane when the light beam is emitted from the optical waveguide substrate 1101 into the free space. Is a feature. By variably controlling the spatial light modulator 1104 and deflecting and reflecting each of the light beams focused at different positions on the XY plane of the spatial light modulator 1104 in the Y-axis direction at an arbitrary angle. , Multiple WSS functions can be integrated into one optical system.

さらにこのWSSアレイを多段連結させるために、図11の光導波路基板1101の左端に示すように、異なるWSS機能部の空間光変調器1104からの反射光を、SBTの入出力導波路群1105の側で折り返して他のWSSに連結させるWSS連結部1108を設けてもよい。このようなWSS連結部は、光導波路基板1101の外部において入出力導波路群1105の接続された光ファイバや、光導波路基板1101の入出力導波路群1105の延長部として形成され接続された光導波路として構成することができる。 Further, in order to connect the WSS arrays in multiple stages, as shown at the left end of the optical waveguide substrate 1101 in FIG. 11, the reflected light from the spatial light modulator 1104 of the different WSS function unit is transmitted to the input / output waveguide group 1105 of the SBT. A WSS connecting portion 1108 that is folded back on the side and connected to another WSS may be provided. Such a WSS connecting portion is formed and connected as an optical fiber to which the input / output waveguide group 1105 is connected outside the optical waveguide substrate 1101 or as an extension portion of the input / output waveguide group 1105 of the optical waveguide substrate 1101. It can be configured as a waveguide.

このようにして、前段のWSSの出力ポートと後段のWSSの入力ポートを直接接続して多段光フィルタとすることができる。図11の右側の空間光学系では、1段目の光フィルタ動作に関連するWSSの光ビームを実線の矢印で示し、2段目の光フィルタ動作に関連するWSSの光ビームを点線の矢印で示している。 In this way, the output port of the WSS in the front stage and the input port of the WSS in the rear stage can be directly connected to form a multi-stage optical filter. In the spatial optical system on the right side of FIG. 11, the WSS light beam related to the first-stage optical filter operation is indicated by a solid arrow, and the WSS light beam related to the second-stage optical filter operation is indicated by a dotted arrow. Shown.

以上、図10および図11に示したとおり、複数のWSS機能を一体集積した多連集積WSSアレイを用い、WSSアレイに含まれる複数のWSS機能部を通過するように配線を実施した上で、各々のWSS機能部の透過フィルタの波長範囲を異なる設定としておくことによって、導入コスト、配備スペース、消費電力を増加させることのない狭帯域波長可変フィルタを提供可能である。 As described above, as shown in FIGS. 10 and 11, a multi-unit integrated WSS array in which a plurality of WSS functions are integrally integrated is used, and wiring is performed so as to pass through a plurality of WSS functional units included in the WSS array. By setting the wavelength range of the transmission filter of each WSS function unit to a different setting, it is possible to provide a narrow-band tunable filter that does not increase the introduction cost, deployment space, and power consumption.

まとめると、図11に記載のような、本発明の多連集積WSSアレイによる狭帯域光フィルタの実施例1において、光導波路基板1101上の複数のSBTは、A個の入力ポートとB個の出力ポートを一つの群とする複数C群の光入出力部であるということができ、回折格子1102は、出力ポートから出射した波長多重光信号を波長分離する分光手段であるということができ、レンズ1103は、分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段であり、空間光変調器1104は、集光手段により集光された光信号の各々に対して光変調して反射する空間光変調手段である。 In summary, in Example 1 of the narrowband optical filter using the multi-unit integrated WSS array of the present invention as shown in FIG. 11, the plurality of SBTs on the optical waveguide substrate 1101 have A input ports and B. It can be said that it is an optical input / output unit of a plurality of C groups having an output port as one group, and it can be said that the diffraction grid 1102 is a spectroscopic means for wavelength-separating the wavelength-multiplexed optical signal emitted from the output port. The lens 1103 is a condensing means for condensing the optical signals dispersed for each wavelength by the spectroscopic means, and the spatial light modulator 1104 is a light for each of the optical signals condensed by the condensing means. It is a spatial light modulation means that modulates and reflects.

そして、空間光変調器1104により設定されるWSS(波長選択スイッチ)の機能として、入力ポートのいずれかから入力された光信号を、第一の透過波長範囲(λM1≦λ≦λM2)でフィルタリングすることができ、WSS連結部1108にて空間光変調手段からの反射光を別のWSSに折り返すことにより、再び前記空間光変調手段によってある波長範囲(λN1≦λ≦λN2)のみを更にフィルタリングして狭帯域とすることができる。 Then, as a function of the WSS (wavelength selection switch) set by the spatial optical modulator 1104, the optical signal input from any of the input ports is transmitted in the first transmission wavelength range (λ M1 ≤ λ ≤ λ M2 ). Filtering is possible, and by folding back the reflected light from the spatial light modulation means to another WSS at the WSS connecting portion 1108, only a certain wavelength range (λN1 ≦ λ ≦ λN2) is further filtered by the spatial light modulation means again. It can be made into a narrow band.

すなわち、図11の実施例1の光フィルタは、
A個(Aは1以上の整数)の入力ポートとB個(Bは1以上の整数)の出力ポートを一つの群とするC群(Cは2以上の整数)の光入出力部と、
前記出力ポートから出射した波長多重光信号を波長分離する分光手段と、
前記分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された光信号の各々に対し光変調して反射する空間光変調手段とを含み、
第M群(Mは1からCまでの整数)に属する前記入力ポートのいずれかから入力された光信号が前記空間光変調手段によって第一の透過波長範囲(λM1≦λ≦λM2)のみがフィルタリングされた後、
空間光変調手段からの反射光を折り返して再び前記空間光変調手段によって第二の波長範囲(λN1≦λ≦λN2)のみがフィルタリングされ、
第N群(Nは1からCまでの整数、ただしM≠Nとする)に属する前記出力ポートのいずれかから前記光信号が出力されることを特徴とする光フィルタ、であるということができる。
That is, the optical filter of the first embodiment of FIG. 11 is
Group C (C is an integer of 2 or more) optical input / output unit, which includes A (A is an integer of 1 or more) input ports and B (B is an integer of 1 or more) as one group.
A spectroscopic means for wavelength division multiplexing light signals emitted from the output port, and
A condensing means for condensing optical signals dispersed for each wavelength by the spectroscopic means,
A spatial light modulation means that photomodulates and reflects each of the light signals collected by the light collection means is included.
Only the first transmission wavelength range (λ M1 ≤ λ ≤ λ M2 ) of the optical signal input from any of the input ports belonging to the M group (M is an integer from 1 to C) is transmitted by the spatial optical modulation means. After being filtered
The reflected light from the spatial light modulation means is folded back, and only the second wavelength range (λ N1 ≤ λ ≤ λ N2 ) is filtered again by the spatial light modulation means.
It can be said that the optical filter is characterized in that the optical signal is output from any of the output ports belonging to the Nth group (N is an integer from 1 to C, where M ≠ N). ..

上記実施例1では、WSS機能部をWSS連結部1108を経由して複数段連結して光信号を透過させることで、狭帯域なフィルタ特性を実現した。一方で、WSSでは1段透過するごとに一定の挿入損失が発生する。この損失はいくつかの要因からなり、例えば光導波路基板1101そのものの接続・透過損失、光導波路基板におけるSBT回路、回折格子1102や空間光変調器1104における回折損失、光導波路基板1101への再結合時の結合損失などが代表例である。特に光導波路基板1101に関わる損失量は多いことから、光導波路基板1101を透過する回数を抑制させることでフィルタ機能はそのままに総合的な挿入損失を抑えることが可能である。 In the first embodiment, the WSS functional unit is connected in a plurality of stages via the WSS connecting unit 1108 to transmit an optical signal, thereby realizing a narrow band filter characteristic. On the other hand, in WSS, a certain insertion loss occurs every time one step is transmitted. This loss consists of several factors, for example, the connection / transmission loss of the optical waveguide board 1101, the SBT circuit in the optical waveguide board, the diffraction loss in the diffraction grating 1102 and the spatial light modulator 1104, and the recombination to the optical waveguide board 1101. A typical example is the coupling loss at the time. In particular, since the amount of loss related to the optical waveguide substrate 1101 is large, it is possible to suppress the total insertion loss while maintaining the filter function by suppressing the number of times the optical waveguide substrate 1101 is transmitted.

図12の本発明の実施例2には、光導波路基板1101の透過回数を減らしつつWSS機能部を複数段透過させることができるWSSアレイにより構成した本発明の狭帯域光フィルタの実施例を示す。 Example 2 of the present invention of FIG. 12 shows an embodiment of the narrow band optical filter of the present invention configured by a WSS array capable of transmitting a plurality of stages of WSS functional units while reducing the number of transmissions of the optical waveguide substrate 1101. ..

図12に示した実施例2の狭帯域光フィルタでは、実施例1の図11のWSS連結部1108に替えて、光導波路基板1101の光出射端面側(空間光学系側)に形成されたミラー1109を備えることにより、空間光変調器1104からの反射光を直接空間光学系に折り返すことが特徴である。 In the narrow band optical filter of Example 2 shown in FIG. 12, a mirror formed on the light emission end face side (spatial optical system side) of the optical waveguide substrate 1101 instead of the WSS connecting portion 1108 of FIG. 11 of Example 1 By providing the 1109, the reflected light from the spatial light modulator 1104 is directly returned to the spatial optical system.

図12において実線の矢印で示すように、光導波路基板1101のSBTから自由空間に出射した光は、その出射角度に応じて空間光変調器1104上に集光する。空間光変調器1104にて所望の角度にて反射された光は、その反射角度に応じて光導波路基板1101に向かって集光する。 As shown by the solid arrow in FIG. 12, the light emitted from the SBT of the optical waveguide substrate 1101 into the free space is focused on the spatial light modulator 1104 according to the emission angle. The light reflected by the spatial light modulator 1104 at a desired angle is focused toward the optical waveguide substrate 1101 according to the reflection angle.

ここで図12に示すように、光導波路基板1101の空間光学系側の右端面の集光位置にミラー1109が配置されている場合、空間光変調器1104からの反射光は光導波路基板1101に入射することなく、そのままミラー1109で反射されて直接折り返し、再び自由空間上を伝搬し、再び空間光変調器1104上に集光する。この時の集光位置のY座標は、空間光変調器1104の可変制御により最初に空間光変調器1104に集光した位置とは異なるY座標の位置に集光することができる。そして、空間光変調器1104において2回目の角度偏向反射が行われた結果、所望のSBT回路に再結合させることができ、出力ポートを決定することができる。 Here, as shown in FIG. 12, when the mirror 1109 is arranged at the condensing position on the right end surface of the optical waveguide substrate 1101 on the spatial optical system side, the reflected light from the spatial light modulator 1104 is transmitted to the optical waveguide substrate 1101. Without being incident, it is reflected by the mirror 1109 as it is, is directly folded back, propagates in free space again, and is focused again on the spatial light modulator 1104. The Y coordinate of the light collection position at this time can be focused at a position of the Y coordinate different from the position where the light light modulator 1104 was first focused by variable control of the spatial light modulator 1104. Then, as a result of performing the second angle deflection reflection in the spatial light modulator 1104, it can be recombined into a desired SBT circuit, and the output port can be determined.

このような構成によって、空間光変調器1104で2回の波長フィルタリングを受けつつ、光導波路基板1101の透過による損失を抑制可能な狭帯域波長可変可能なWSSアレイが構成される。 With such a configuration, a narrow band wavelength tunable WSS array capable of suppressing loss due to transmission of the optical waveguide substrate 1101 while being subjected to wavelength filtering twice by the spatial light modulator 1104 is configured.

このような図12の実施例2の光フィルタは、空間光変調器1104からの反射光の折り返し手段として実施例1のWSS連結部1108に替えて、光導波路基板1101の空間光学系側の端面に形成されたミラー1109を備えるものである。 Such an optical filter of the second embodiment of FIG. 12 replaces the WSS connecting portion 1108 of the first embodiment as a means for returning the reflected light from the spatial light modulator 1104, and is an end face of the optical waveguide substrate 1101 on the spatial optical system side. It is provided with a mirror 1109 formed in.

したがって、光信号が空間光変調手段によって第一の透過波長範囲(λM1≦λ≦λM2)のみがフィルタリングされた後、空間光変調手段からの反射光をミラーで反射して空間光学系に折り返して、再び前記空間光変調手段によって第二の透過波長範囲(λN1≦λ≦λN2)のみがフィルタリングされることにより狭帯域化する光フィルタ、とすることができる。 Therefore, after the optical signal is filtered by the spatial light modulation means only in the first transmission wavelength range (λ M1 ≤ λ ≤ λ M2 ), the reflected light from the spatial light modulation means is reflected by the mirror to the spatial optical system. In turn, the optical filter can be narrowed by filtering only the second transmission wavelength range (λ N1 ≤ λ ≤ λ N2 ) by the spatial optical modulation means again.

いずれの実施例の構成においても、より狭帯域のフィルタを実現するには、λM1≠λN1またはλM2≠λN2のいずれかが成り立つことが必要であり、2つの透過波長範囲に含まれる波長が存在する。 In any of the configurations of the examples, in order to realize a narrow band filter, it is necessary that either λ M1 ≠ λ N1 or λ M2 ≠ λ N2 is satisfied, and it is included in the two transmission wavelength ranges. There is a wavelength.

さらに、空間光変調手段からの反射光を空間光学系に折り返す回数は1回に限るものではなく、空間光変調手段からの反射光を折り返して他のWSSに連結する複数のWSS連結部、または空間光変調手段からの複数の反射光に対応したミラー(必ずしも機械的に複数に分かれたミラーである必要は無いし、WSS連結部と併用しても良い)を設けて3段以上の多段のWSSアレイにより多段光フィルタを構成することも可能であり、各段のWSSフィルタの特性を調整することにより、より狭帯域の光フィルタを実現することが可能となる。 Further, the number of times the reflected light from the spatial light modulation means is returned to the spatial optical system is not limited to one, and a plurality of WSS connecting portions that return the reflected light from the spatial light modulation means and connect it to another WSS, or A mirror corresponding to a plurality of reflected lights from the spatial light modulation means (not necessarily a mirror divided into a plurality of mechanically, and may be used in combination with a WSS connecting portion) is provided to provide a multi-stage mirror having three or more stages. It is also possible to configure a multi-stage optical filter with a WSS array, and by adjusting the characteristics of the WSS filter in each stage, it is possible to realize a narrower band optical filter.

以上説明したように、本発明によって、複数台の光フィルタ機能を一体集積した狭帯域波長可変フィルタアレイを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a narrow band wavelength tunable filter array in which a plurality of optical filter functions are integrally integrated.

A、B、C、D、11、12、13 光通信ノード
1,4,14、27 Add部
2、3、15、28 Drop部
16 送信器
18 波長選択スイッチ
17 局部発振器
20 光通信サブシステム
21−1〜21−3 分波用WSS
24、24a〜24i 波長変換手段
25、25−1〜25−3 ポンプ光発生手段
25a 励起光生成部
25b 周波数シフト部
26 励起光選択分配部
26−1〜26−3、401、501 M×p WSS
29−1〜29−3 合波用WSS
46、50、71 EDFA
47 HNLF
48 1×M WSS
49 SSB変調器
52 M×1 WSS
53 1×p WSS
70 光合流器
72 非線形光学媒質
1101 光導波路基板
1102 回折格子
1103 レンズ
1104 空間光変調器
1105 入出力導波路群
1106 スラブ導波路
1107 アレイ導波路
1108 WSS連結部
1109 ミラー
A, B, C, D, 11, 12, 13 Optical communication nodes 1, 4, 14, 27 Add section 2, 3, 15, 28 Drop section 16 Transmitter 18 Wavelength selection switch 17 Local oscillator 20 Optical communication subsystem 21 -1 to 21-3 WSS for demultiplexing
24, 24a to 24i Wavelength conversion means 25, 25-1 to 25-3 Pump light generation means 25a Excitation light generation unit 25b Frequency shift unit 26 Excitation light selection and distribution unit 26-1 to 26-3, 401, 501 M × p WSS
29-1 to 29-3 WSS for combined wave
46, 50, 71 EDFA
47 HNLF
48 1 x M WSS
49 SSB modulator 52 M × 1 WSS
53 1 × p WSS
70 Optical Merger 72 Nonlinear Optical Medium 1101 Optical Waveguide Substrate 1102 Diffraction Grating 1103 Lens 1104 Spatial Light Modulator 1105 Input / Output Waveguide Group 1106 Slab Waveguide 1107 Array Waveguide 1108 WSS Connection 1109 Mirror

Claims (4)

A個(Aは1以上の整数)の入力ポートとB個(Bは1以上の整数)の出力ポートを一つの群とするC群(Cは2以上の整数)の光入出力部と、
前記出力ポートから出射した波長多重光信号を波長分離する分光手段と、
前記分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された光信号の各々に対して光変調して反射する空間光変調手段とを含み、
第M群(Mは1からCまでの整数)に属する前記入力ポートのいずれかから入力された光信号が前記空間光変調手段によって第一の波長範囲(λM1≦λ≦λM2)のみがフィルタリングされた後、
前記空間光変調手段からの反射光を折り返して再び前記空間光変調手段によって第二の波長範囲(λN1≦λ≦λN2)のみがフィルタリングされ、
第N群(Nは1からCまでの整数、ただしM≠Nとする)に属する前記出力ポートのいずれかから前記光信号が出力されることを特徴とする光フィルタであって、
λM1≠λN1またはλM2≠λN2のいずれかが成り立つ
ことを特徴とするWSSアレイ構成の光フィルタ。
Group C (C is an integer of 2 or more) optical input / output unit, which includes A (A is an integer of 1 or more) input ports and B (B is an integer of 1 or more) as one group.
A spectroscopic means for wavelength division multiplexing light signals emitted from the output port, and
A condensing means for condensing optical signals dispersed for each wavelength by the spectroscopic means,
A spatial light modulation means that photomodulates and reflects each of the light signals collected by the light collection means is included.
The optical signal input from any of the input ports belonging to the M group (M is an integer from 1 to C) has only the first wavelength range (λ M1 ≤ λ ≤ λ M2 ) by the spatial optical modulation means. After being filtered
The reflected light from the spatial light modulation means is folded back and again filtered by the spatial light modulation means only in the second wavelength range (λ N1 ≤ λ ≤ λ N2 ).
An optical filter characterized in that the optical signal is output from any of the output ports belonging to the Nth group (N is an integer from 1 to C, where M ≠ N).
An optical filter having a WSS array configuration, characterized in that either λ M1 ≠ λ N1 or λ M2 ≠ λ N2 holds.
前記第M群に属する前記入力ポートのいずれかから入力された光信号が前記空間光変調手段によって第一の波長範囲(λM1≦λ≦λM2)のみがフィルタリングされた後、
前記空間光変調手段からの反射光をミラーで反射して折り返して、再び前記空間光変調手段によって第二の波長範囲(λN1≦λ≦λN2)のみがフィルタリングされ、
第N群に属する前記出力ポートのいずれかから前記光信号が出力される
ことを特徴とする請求項1に記載の光フィルタ。
After the optical signal input from any of the input ports belonging to the M group is filtered by the spatial optical modulation means only in the first wavelength range (λ M1 ≤ λ ≤ λ M2 ),
The reflected light from the spatial light modulation means is reflected by the mirror and folded back, and only the second wavelength range (λ N1 ≤ λ ≤ λ N2 ) is filtered again by the spatial light modulation means.
The optical filter according to claim 1, wherein the optical signal is output from any of the output ports belonging to the Nth group.
前記第一の波長範囲(λM1≦λ≦λM2)と、前記第二の波長範囲(λN1≦λ≦λN2)において、2つの波長範囲に含まれる波長が存在する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光フィルタ。
It is characterized in that there are wavelengths included in the two wavelength ranges in the first wavelength range (λ M1 ≤ λ ≤ λ M2 ) and the second wavelength range (λ N1 ≤ λ ≤ λ N2 ). The optical filter according to claim 1 or 2.
前記空間光変調手段からの反射光を折り返して他のWSSに連結する複数のWSS連結部またはミラーを設けて3段以上の多段のWSSアレイによる多段光フィルタを構成する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光フィルタ。
The claim is characterized in that a plurality of WSS connecting portions or mirrors for folding back the reflected light from the spatial light modulation means and connecting them to another WSS are provided to form a multi-stage optical filter using a multi-stage WSS array having three or more stages. The optical filter according to any one of 1 to 3.
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