JP3828355B2 - 光信号処理回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光領域において入力される光パルス列あるいは光パケット列からなる光信号列の各光信号の時間的入れ替えおよびバッファリング操作を行って、所望の時間順序の光信号からなる光信号列として出力し得るとともに、また光パルス列からなる光アドレスの変換を行い得る光信号処理回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光パルス列あるいは光パケット列からなる光信号列の各光信号の時間的入れ替えおよびバッファリング操作を行う光信号処理回路または光パルス列からなる光アドレスの変換を行う光信号処理回路は、光ネットワークなどにおいて重要な役割を果たす素子である。このような操作を行う従来の光信号処理回路は、図１２に示すように、入力部１から入射される光パケット列を分波する光分波器２、この光分波器２で分波された複数の光パケット列をそれぞれ所定の時間で遅延させる複数の光ファイバあるいは導波路遅延線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、これらの複数の光ファイバあるいは導波路遅延線にそれぞれ接続された複数の光ゲートスイッチ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、およびこれらの複数の光ゲートスイッチから出力される光パケット列を合波して出力部６に出力する光合波器５から構成されている（例えば、K.Habara他による、"Large-capacity WDM packet switching," Photonic Networks(Advances in optical communications),Springer-Verlag,G.Prati Ed.,pp.285-299,1997. 参照）。
【０００３】
上述した従来の光信号処理回路においては、図１３（ａ）に示すように入力部１から入射された光パケット列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、光分波器２で分波された後、光ファイバあるいは導波路遅延線３ａ〜３ｄに入射されて、それぞれ所定時間遅延させられる。
【０００４】
ここで、一例として、前記光パケット列Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤのうちのＢとＤを時間的に入れ替える場合について説明する。すなわち、光パケット列の周期をτｏとし、光ファイバあるいは導波路遅延線３ａの長さに対する各光ファイバあるいは導波路遅延線３ｂ，３ｃ，３ｄの長さをそれぞれ２ｃτｏ／ｎ，２ｃτｏ／ｎ，４ｃτｏ／ｎ（ここで、ｃは真空中の光速、ｎは遅延線の屈折率である）ずつ長く設定すると、各光ファイバあるいは導波路遅延線３ａ〜３ｄを通過し、光ゲートスイッチ４ａ〜４ｄに入力される直前の光パケット列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは図１３（ｂ）に示すようになる。そこで、光ゲートスイッチ４ａ〜４ｄを用いて、これらの光パケット列のうち、図１３（ｂ）に示すように斜線を施した光パケットのみを取り出し、この取り出した光パケットのみを光合波器５に入力すると、出力部６からは、図１３（ｃ）に示したように光パケットＢとＤの時間関係が入れ替えられた光パケット列が出力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の光信号処理回路では、光ファイバあるいは導波路固定遅延線を使用しているため、動作の自由度が低いという問題があると共に、また処理光パケット数に等しい数の光ゲートスイッチを必要とするため、光ネットワークの大規模化に伴い作製が困難になるという問題もある。更に、価格の高い能動素子である光ゲートスイッチ数の増加により作製価格も増大するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、動作の自由度が高く、処理光パケット数に依存せず、また光ゲートスイッチ数が常に２個であって経済的な光信号処理回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、入力される光信号列を複数の信号列に分波する第１の光分波器と、該第１の光分波器で分波された複数の光信号列をそれぞれ所望時間遅延させる第１の複数の可変遅延線と、該第１の複数の可変遅延線でそれぞれ遅延させられた複数の光信号列を合波する第１の光合波器と、該第１の光合波器で合波された複数の光信号列の各々を所定の時間でゲートして各光信号列から所望の光信号を順次取り出して出力する第１の光ゲートスイッチと、該第１の光ゲートスイッチから順次出力される光信号を分波する第２の光分波器と、該第２の光分波器から順次出力される光信号をそれぞれ所望時間遅延させて出力する第２の複数の可変遅延線または固定遅延線と、該第２の複数の可変遅延線または固定遅延線からそれぞれ出力される光信号列を合波する第２の光合波器と、この合波された複数の光信号列のうちすべてがそろった１つをゲートして出力する第２の光ゲートスイッチとを有することを要旨とする。
【０００８】
請求項１記載の本発明にあっては、入力された光信号列を複数の信号列に分波し、この分波された複数の光信号列を第１の複数の可変遅延線でそれぞれ所望時間遅延させ、この遅延させられた複数の光信号列を合波し、この合波された複数の光信号列の各々を第１の光ゲートスイッチで所定の時間でゲートして各光信号列から所望の光信号を順次取り出し、この順次取り出された光信号を分波し、この分波された光信号を第２の複数の可変遅延線または固定遅延線でそれぞれ所望時間遅延させて出力し、この第２の複数の可変遅延線または固定遅延線からの光信号列を合波し、この合波された複数の光信号列のうちすべてがそろった１つを第２の光ゲートスイッチでゲートして出力するため、可変遅延線、固定遅延線と光ゲートスイッチを組み合わせることにより動作の自由度を高くすることができるとともに、また処理信号の数に依存せずに光ゲートスイッチの数は常に２個であり、作製の容易化および低価格化を図ることができる。
【０００９】
また、請求項２記載の本発明は、入力される光信号列を入力として２つの出力に接続する第１の光スイッチと、該第１の光スイッチの２つの出力を入力とし、この２つの入力のうち一方を所望時間遅延させる可変遅延線とし、該可変遅延線で遅延させられていない他方の入力と該可変遅延線からの遅延出力を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する２×２光スイッチを有する可変遅延線／２×２光スイッチを前段の可変遅延線／２×２光スイッチの２つの出力が後段の可変遅延線／２×２光スイッチの２つの入力となるように１段または複数段縦続接続して構成される第１の縦続接続手段と、該第１の縦続接続手段の最終段の可変遅延線／２×２光スイッチの一方の出力を所定の時間でゲートする第１の光ゲートスイッチと、該第１の光ゲートスイッチの出力を入力として２つの出力に接続する第２の光スイッチと、該第２の光スイッチの２つの出力を入力とし、この２つの入力のうち一方を所望時間遅延させる可変遅延線または固定遅延線とし、該可変遅延線または固定遅延線で遅延させられていない他方の入力と該可変遅延線または固定遅延線からの遅延出力を入力として２つの出力に接続する２×２光スイッチを有する可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチを前段の可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチの２つの出力が後段の可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチの２つの入力となるように１段または複数段縦続接続して構成される第２の縦続接続手段と、該第２の縦続接続手段の最終段の可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチの一方の出力を所定の時間でゲートする第２の光ゲートスイッチとを有することを要旨とする。
【００１０】
請求項２記載の本発明にあっては、入力される光信号列を入力として第１の光スイッチで２つの出力に導き、この光スイッチの２つの出力を入力とし、この２つの入力のうち一方を可変遅延線で所望時間遅延させるとともに、遅延させられていない他方の入力と可変遅延線からの遅延出力を入力として２×２光スイッチで２つの出力に導くという可変遅延線／２×２光スイッチを１段または複数段縦続接続した第１の縦続接続手段通過後に入力光信号列を遅延した複数の光信号列を生成し、この複数の光信号列を第１の光ゲートスイッチでゲートして各光信号列から所望の光信号を順次取り出し、この順次取り出した光信号列を入力として第２の光スイッチで２つの出力に導き、この光スイッチの２つの出力を入力とし、この２つの入力のうち一方を可変遅延線または固定遅延線で所望時間遅延させるとともに、遅延させられていない他方の入力と可変遅延線または固定遅延線からの遅延出力を入力として２×２光スイッチで２つの出力に導くという可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチを１段または複数段縦続接続した第２の縦続接続手段通過後に光信号列を遅延した複数の光信号列を生成し、この複数の光信号列のうちすべてがそろった１つを第２の光ゲートスイッチでゲートして出力するため、可変遅延線、固定遅延線、光スイッチおよび光ゲートスイッチを組み合わせることにより動作の自由度を高くすることができるとともに、また処理信号の数に依存せずに光ゲートスイッチの数は常に２個であり、作製の容易化および低価格化を図ることができる。
【００１１】
更に、請求項３記載の本発明は、請求項１または２記載の発明において、前記可変遅延線が、入力される光信号列を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する入力用光スイッチと、該入力用光スイッチの２つの出力のうち一方を所定時間遅延させ、他方を遅延させないような一対の非対称アームに入力し、この非対称アームからの遅延させられた光信号と遅延させられていない光信号を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する２×２光スイッチを有する非対称アーム／２×２光スイッチを前段の非対称アーム／２×２光スイッチの２つの出力が後段の非対称アーム／２×２光スイッチの２つの入力となるように１段または複数段縦続接続して構成される縦続接続手段とを有することを要旨とする。
【００１２】
請求項３記載の本発明にあっては、可変遅延線は２×２光スイッチと、入力光信号列を所定時間遅延させる一方のアームと遅延させない他方のアームからなる一対の非対称アームの出力を２×２光スイッチで切り替え接続する構成とを組として１段または複数段縦続接続したものとから構成されている。
【００１３】
請求項４記載の本発明は、請求項３記載の発明において、前記非対称アームの光路長差がアームの個数をＬ（Ｌは自然数）として、最小の光路長差に対して２倍、２2倍、…、２L-1倍であることを要旨とする。
【００１４】
請求項４記載の本発明にあっては、可変遅延線は２×２光スイッチと、入力光信号列を所定時間遅延させる一方のアームと遅延させない他方のアームからなる一対の非対称アームの出力を２×２光スイッチで切り替え接続する構成とを組として１段または複数段縦続接続したものとから構成され、この非対称アームの光路長差が最小の光路長差に対して２倍ずつ増加するようになっているとともに、また非対称アームは光路長差に関わらず、任意の順序で配置してもよいものである。
【００１５】
また、請求項５記載の本発明は、請求項１または２記載の発明において、前記可変遅延線が、入力される光信号列を分波する入力用光分波器と、該入力用光分波器の各出力に接続され、該入力用光分波器から出力される複数の光信号列をそれぞれ所定時間遅延させる複数の遅延手段と、該複数の遅延手段のそれぞれに接続され、該複数の遅延手段のうち、所望時間遅延した光信号列を取り出して出力する複数の光スイッチと、該複数の光スイッチから出力される光信号列を合波して出力する出力用光合波器とを有することを要旨とする。
【００１６】
請求項５記載の本発明にあっては、可変遅延線は入力される光信号列を分波し、この分波された複数の光信号列を複数の遅延手段でそれぞれ所定時間遅延させ、この所定時間遅延した光信号列のうち所望の遅延時間の光信号列を複数の光スイッチで取り出し合波して出力している。
【００１７】
更に、請求項６記載の本発明は、請求項１または２記載の発明において、前記可変遅延線が、入力される光信号列を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する入力用光スイッチと、該入力用光スイッチの２つの出力のうちの一方を所定時間遅延させる遅延手段と該遅延手段の出力を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する光スイッチを有する遅延手段／光スイッチを前段の遅延手段／光スイッチの２つの出力のうちの一方が後段の遅延手段／光スイッチの入力となるように１段または複数段縦続接続して構成される縦続接続手段と、前記入力用光スイッチの２つの出力のうちの他方の出力および縦続接続手段を構成する１段または複数段の遅延手段／光スイッチにおける光スイッチの２つの出力のうちの他方の１つまたは複数の出力を合波して出力する出力用光合波器とを有することを要旨とする。
【００１８】
請求項６記載の本発明にあっては、可変遅延線は入力される光信号列を入力として入力用光スイッチで２つの出力のいずれかに切り替え、この２つの出力のうちの一方の遅延手段で所定時間遅延させられた光信号列を光スイッチで２つの出力のいずれかに切り替えるという遅延手段／光スイッチを組として１段または複数段縦続接続し、この１段または複数段の遅延手段／光スイッチにおける光スイッチの２つの出力のうちの他方の複数の出力および前記入力用光スイッチの他方の出力を出力用光合波器で合波して出力している。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る光信号処理回路の構成を示す図である。同図に示す光信号処理回路は、入力導波路７ａから入力される光パケット列を分波して複数の光パケット列を出力する第１の光分波器８ａ、この第１の光分波器８ａのそれぞれの出力に導波路７ｂ〜７ｅを介して接続され、光分波器８ａから出力されるそれぞれの光パケット列を遅延させる第１の複数の可変遅延線を構成する複数の可変遅延線（Ｄ）９ａ〜９ｄ、この複数の可変遅延線９ａ〜９ｄのそれぞれの出力に導波路７ｆ〜７ｉを介して接続され、複数の可変遅延線９ａ〜９ｄから出力される遅延した光パケット列を合波する第１の光合波器１０ａ、この第１の光合波器１０ａの出力に導波路７ｊを介して接続され、第１の光合波器１０ａからの合波された光パケット列のうち所定の時間、すなわち所定の周期の光パケット列のみを取り出すべくゲートをかける第１の光ゲートスイッチ（Ｇ）１１ａ、この光ゲートスイッチ１１ａの出力に導波路７ｋを介して接続され、光ゲートスイッチ１１ａからのゲートされた光パケット列を分波する第２の光分波器８ｂ、この第２の光分波器８ｂのそれぞれの出力に導波路７ｌ〜７ｏを介して接続され、第２の光分波器８ｂから出力されるそれぞれの光パケット列を遅延させる第２の複数の可変遅延線を構成する複数の可変遅延線（Ｄ）９ｅ〜９ｈ、この複数の可変遅延線９ｅ〜９ｈに導波路７ｐ〜７ｓを介して接続され、複数の可変遅延線９ｅ〜９ｈから出力される遅延した光パケット列を合波する第２の光合波器１０ｂ、およびこの第２の光合波器１０ｂに導波路７ｔを介して接続され、第２の光合波器１０ｂからの合波された光パケット列のうちどれか１つの光パケット列のみをゲートして取り出し、出力導波路７ｕから出力する第２の光ゲートスイッチ（Ｇ）１１ｂから構成されている。
【００２０】
第１および第２の光分波器８ａ，８ｂ、第１および第２の光合波器１０ａ，１０ｂは、例えばスターカプラ、多モード干渉（ＭＭＩ）カプラ、２×２の方向性結合器を多段に縦続接続して構成されるもの、２×２の対称マッハツェンダ型干渉計を多段に縦続接続して構成されるもの、Ｙ分岐導波路を多段に縦続接続して構成されるものなどがある。
【００２１】
可変遅延線（Ｄ）９ａ〜９ｄ，９ｅ〜９ｈは、図２に示すように、固定遅延線１２ａまたは１２ｂから入力される光信号列を入力として２つの出力に接続する入力用光スイッチ１４−０と、この入力用光スイッチ１４−０の２つの出力のうち一方を所定時間遅延させ、他方を遅延させないように一対の非対称アーム対１５ａ−ｉ，１５ｂ−ｉに入力し、この非対称アーム対からの遅延させられた光信号と遅延させられていない光信号を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する２×２光スイッチ１４−ｉからなる非対称アーム対１５ａ−ｉ，１５ｂ−ｉと２×２光スイッチ１４−ｉ（ｉ＝１，２…Ｎ、Ｎは自然数）を１段として前段の非対称アーム対／２×２光スイッチの２つの出力が後段の非対称アーム対／２×２光スイッチの２つの入力となるように複数の非対称アーム対１５ａ−ｉ，１５ｂ−ｉと２×２光スイッチ１４−ｉ（ｉ＝１，２…Ｎ）を縦続接続した縦続接続手段を構成する縦続接続部と、この縦続接続部の最後の２×２光スイッチ１４−Ｎの出力に接続され、遅延した光パケット列を出力する出力用導波路１２ｃ，１２ｄとから構成されている。固定遅延線１２ａ，１２ｂのいずれかが入力として使用され、固定遅延線１２ｃ，１２ｄのいずれかが出力として使用される。
【００２２】
なお、マッハツェンダ型干渉計とは、２本の光導波路が中間の２ヶ所で近接するように配置されて２個の方向性結合器を形成して構成されるものであり、この２本の光導波路の、２個の方向性結合器間の部分をアームと称し、この２本のアームの長さが等しいものを対称マッハツェンダ型干渉計と称し、２本のアームの長さが等しくないものを非対称マッハツェンダ型干渉計と称するものである。
【００２３】
２×２光スイッチ１４−０，１４−ｉ（ｉ＝１，２…Ｎ）は、図３に示すように、２本の長さが等しい導波路１６ａ，１６ｂを２ヶ所で接近させて方向性結合器１７ａ，１７ｂを構成する対称マッハツェンダ型干渉計から構成されるものであり、２個の方向性結合器１７ａ，１７ｂの間の一方のアームに対して位相シフタを構成する屈折率制御部１８を設けている。この屈折率制御部１８を用いて、導波路１６ａの屈折率を変えて、位相を０からπまで変化させることによりスイッチングを行うようになっている。なお、非対称アーム１５の光路長差ΔＬは、本実施形態ではΔＬN＝２N-1ｃτｏ／ｎに設定している。この光スイッチ１４と非対称アーム１５を用いて可変遅延線を構成している。
【００２４】
なお、本実施形態では、光路長差ΔＬが短い方から長い方に配置されているが、本発明は、このような順序に限られるものでなく、この順序は任意の組み合わせでもよいものである。また、光路長差は、すべて等しくしてもよいし、また少なくとも１つの光路長差が他と異なるように設定してもよいものである。
【００２５】
例えば、光路長差ΔＬ，２ΔＬ，…，７ΔＬを得る場合を考えると、干渉計の光路長差がすべて等しい場合には干渉計数を７とする必要がある。しかしながら、光路長差を２の倍数で増加させた場合には、干渉計数は３に低減できる。一般的に実数の倍数で増加させた光路長差を持つ干渉計を組み合わせて可変遅延線を構成することが可能であるが、ΔＬ毎の等光路長差を与えられるのは２の倍数で増加する場合のみである。すなわち、非対称アームの光路長差は最小の光路長差に対して２倍ずつ増加（アームの個数をＬ（Ｌは自然数）とすると、最小の光路長差に対して２倍、２2倍、…、２L-1倍）する場合である。
【００２６】
なお、方向性結合器１７ａ，１７ｂの他の構成例は、対称マッハツェンダ型干渉計１段または対称マッハツェンダ型干渉計を多段に縦続接続して構成されるもの、２×２ＭＭＩカプラなどがある。
【００２７】
図４は、図１に示した可変遅延線（Ｄ）（９ａ〜９ｄ，９ｅ〜９ｈ）の他の構成を示す図である。同図に示す可変遅延線（Ｄ）９０は、８種類の可変遅延を得ることができるものであり、入力部１９から入力される光パケット列を分波する入力用光分波器を構成する光分波器２０、この光分波器２０の出力に接続され、該光分波器２０で分波された複数の光パケット列の各々を所定時間遅延させる複数の遅延手段を構成する複数の固定遅延線２１ａ〜２１ｈ、この複数の固定遅延線２１ａ〜２１ｈの出力に一方の入力が接続された複数の光スイッチを構成する２×２光スイッチ２３ａ〜２３ｈ、この２×２光スイッチ２３ａ〜２３ｈの他方の入力に接続された導波路２２ａ〜２２ｈ、２×２光スイッチ２３ａ〜２３ｈの一方の出力に導波路２２ｑ〜２２ｘを介して接続され、２×２光スイッチ２３ａ〜２３ｈを通過した光パケット列を合波して出力部２５から出力する出力用光合波器を構成する光合波器２４から構成されている。なお、２×２光スイッチ２３ａ〜２３ｈの他方の出力には導波路２２ｉ〜２２ｐが接続されている。
【００２８】
このように構成される可変遅延線９０では、固定遅延線２１ａ〜２１ｈの長さを予め変えて、これによりそれぞれ所定の遅延時間を得るようになっている。そして、所望の光路長を得るために、２×２光スイッチ２３ａ〜２３ｈのいずれか１つのみをバー状態、すなわちストレートオン状態とし、光分波器２０から導波路２１ａ〜２１ｈを通過した光パケット列のうちの１つのみを光合波器２４に導いて、所望の時間だけ遅延した光パケット列のみを出力するようになっているものである。なお、他の光パケット列は、２×２光スイッチ２３がクロス状態になっているため、導波路２２ｉ〜２２ｐのいずれかに出射し、出力導波路２５から出射しないようになっている。
【００２９】
図５は、図１に示した可変遅延線（Ｄ）（９ａ〜９ｄ，９ｅ〜９ｈ）の更に他の構成を示す図である。同図に示す可変遅延線（Ｄ）９１は、入力導波路２６ａ，２６ｂ、２×２光スイッチ２７ａ〜２７ｈ、該２×２光スイッチ２７ａ〜２７ｈの前段の一方の出力と後段の一方の入力との間に接続され、その長さに応じた遅延をもたらす導波路２６ｃ〜２６ｉ、２×２光スイッチ２７ａ〜２７ｈの他方のすべての出力が接続され、これらの出力からの光信号を合波する光合波器２８、および該光合波器２８の出力に接続された出力導波路２９から構成されている。なお、導波路２６ｃ〜２６ｉおよび２×２光スイッチ２７ｂ〜２７ｈは本発明の縦続接続手段を構成している。
【００３０】
このように構成された可変遅延線９１において、導波路２６ａから入射した光信号は、所望の遅延量に相当する光路長を得るために、２×２光スイッチ２７ａ〜２７ｈのいずれか１つのみをクロス状態に設定して、導波路２６ｃ〜２６ｉを通過させることにより、その通過した分の導波路の長さと光スイッチ２７部分である光路長に相当する時間だけ遅延させられてから、光合波器２８に導かれ、出力導波路２９から出力されるようになっている。例えば、２×２光スイッチ２７ｅのみクロス状態に設定し、他のすべての２×２光スイッチ２７ａ〜２７ｄ，２７ｆ〜２７ｈをバー状態、すなわちストレートオン状態に設定すると、入力導波路２６ａからの光信号は、導波路２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆを通過し、これにより４つの導波路と５つの光スイッチとの長さ分に相当する時間だけ遅延させられた後、光合波器２８を介して出力導波路２９から出力されることになる。
【００３１】
なお、図１に示した光信号処理回路において、第１の光ゲートスイッチ１１ａ、第２の光ゲートスイッチ１１ｂは、ナノセコンド程度以下の高速性を要求されるため、半導体レーザ増幅器型光ゲートスイッチ、半導体スイッチ、ＬｉＮｂＯ3 等の強誘電体強度変調器などを用いている。
【００３２】
次に、上述したように構成される図１に示す実施形態の光信号処理回路の作用について図６を参照して説明する。この説明では、図６（ａ）に示すような入力光パケット列ＡＢＣＤに対してＢとＤを入れ替える場合について説明する。
【００３３】
この場合、図１に示す可変遅延線９ａ〜９ｃの光路長は、それぞれ可変遅延線９ｄの光路長に対してｃ（３Ｔｏ−τｏ）／ｎ，ｃ（２Ｔｏ−２τｏ）／ｎ，ｃ（Ｔｏ−３τｏ）／ｎずつ長く設定される。但し、Ｔｏは時間を表す量であり、各遅延線において光路長差ＪｃＴｏ／ｎ−３ｃτｏ／ｎ（Ｊ：自然数）は例えば図２の固定遅延線１２により予め設定されているものとする。なお、Ｊ＝３（９ａ），Ｊ＝２（９ｂ），Ｊ＝１（９ｃ）であり、図２の１４の設定により、２τｏｃ／ｎ（９ａ），τｏｃ／ｎ（９ｂ），ｏ（９ｃ）の遅延が与えられているものとする。
【００３４】
図６（ａ）に示すように、光パケット列ＡＢＣＤが入力導波路７ａから第１の光分波器８ａに入力されると、この光パケット列ＡＢＣＤは第１の光分波器８ａで複数の光パケット列に分波される。そして、この分波された複数の光パケット列は、それぞれ可変遅延線９ａ〜９ｄで上述したように設定された光路長に相当する所望の時間遅延させられて、第１の光合波器１０ａで合波されて、図６（ｂ）に示すような互いに遅延した複数の光パケット列として導波路７ｊに出力される。
【００３５】
図６（ｂ）に示すように、導波路７ｊに出力された複数の光パケット列は、第１の光ゲートスイッチ１１ａで周期Ｔｏでゲートされ、各光パケット列から１光パケットずつ取り出され、第１の光ゲートスイッチ１１ａからは、図６（ｃ）に示すような光パケット列Ａ，Ｄ，Ｃ，Ｂが個々に出力される。
【００３６】
図６（ｃ）に示すように、第１の光ゲートスイッチ１１ａから出力された光パケット列Ａ，Ｄ，Ｃ，Ｂは、第２の光分波器８ｂで複数の光パケット列に分波され、この分波された複数の光パケット列はそれぞれ可変遅延線９ｅ〜９ｈに入力されて遅延させられる。この場合、可変遅延線９ｅ〜９ｇの光路長は、可変遅延線９ｈの光路長に対してそれぞれｃ（３Ｔｏ−３τｏ）／ｎ，ｃ（２Ｔｏ−２τｏ）／ｎ，ｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎずつ長く設定される。但し、各遅延線においてＭｃＴｏ／ｎ−３ｃτｏ／ｎ（Ｍ：自然数）は固定遅延線１２により予め設定済みである。なお、Ｍ＝３（９ｅ），Ｍ＝２（９ｆ），Ｍ＝１（９ｇ）であり、図２の１４の設定により、ｏ（９ｅ），τｏｃ／ｎ（９ｆ），２τｏｃ／ｎ（９ｇ）の遅延が与えられているものとする。
【００３７】
このように光路長を設定された可変遅延線９ｅ〜９ｈを通過した各光パケット列は、各可変遅延線９ｅ〜９ｈに設定された光路長に相当する所望の時間遅延させられる。このように遅延させられた可変遅延線９ｅ〜９ｈからの複数の光パケット列を第２の光合波器１０ｂで合波すると、図６（ｄ）に示すような複数の光パケット列として導波路７ｔに出力される。
【００３８】
図６（ｄ）に示すように導波路７ｔに出力された複数の光パケット列は、第２の光ゲートスイッチ１１ｂでゲートされ、すべてがそろった１つの光パケット列が図６（ｅ）に示すように取り出される。この光パケット列は、図６（ａ）に示すように入力された光パケット列に対してＢとＤが入れ替えられている。すなわち、光パケット列のタイムスロット変換が実現されるものである。なお、可変遅延線９ｅ〜９ｈは、上述した光路長差の関係が保たれている固定遅延線に置き換えてもよく、効果は同じである。
【００３９】
上述した図１に示す実施形態は、簡単化のために４個の光パケット間の入れ替えを行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、第１の光分波器８ａ、第２の光分波器８ｂと第１の光合波器１０ａ、第２の光合波器１０ｂとの間の可変遅延線の数をＩ本（Ｉ：自然数）に設定することにより、光ゲートスイッチ１１の数が常に２個でＩ個の光パケット間の入れ替えを行うことができることは明らかである。
【００４０】
次に、図７を参照して、本発明の他の実施形態に係る光信号処理回路について説明する。図７に示す実施形態の光信号処理回路は、入力導波路３０ａまたは３０ｂから入力される光信号列を入力として２つの出力に接続する第１の光スイッチを構成する第１の２×２光スイッチ３１ａ、この第１の２×２光スイッチ３１ａの２つの出力を入力とし、この２つの入力のうち一方を所望時間遅延させる可変遅延線を３２ａとし、該可変遅延線３２ａで遅延させられていない他方の入力と該可変遅延線３２ａからの遅延出力を入力として２つの出力に接続する２×２光スイッチ３１ｂを有する可変遅延線３２ａ／２×２光スイッチ３１ｂを１つの可変遅延線／２×２光スイッチ段として、前段の可変遅延線／２×２光スイッチ段の２つの出力が後段の可変遅延線／２×２光スイッチ段の２つの入力となるように１つまたは複数（本実施形態では２段）の可変遅延線／２×２光スイッチ段を縦続接続して構成される手段を形成する可変遅延線３２ａ，３２ｂおよび２×２光スイッチ３１ｂ，３１ｃからなる第１の縦続接続手段、この第１の縦続接続手段の最終段の可変遅延線／２×２光スイッチ段の一方の出力を所定の周期でゲートする第１の光ゲートスイッチ３３ａ、該第１の光ゲートスイッチ３３ａの出力および導波路３０ｌを入力として２つの出力に接続する第２の光スイッチを構成する第２の２×２光スイッチ３１ｄ、この第２の２×２光スイッチ３１ｄの２つの出力を入力とし、この２つの入力のうち一方を所望時間遅延させる可変遅延線３２ｃと、該可変遅延線３２ｃで遅延させられていない他方の入力と該可変遅延線３２ｃからの遅延出力を入力として２つの出力に接続する２×２光スイッチ３１ｅとを有する可変遅延線／２×２光スイッチ段を前段の可変遅延線／２×２光スイッチ段の２つの出力が後段の可変遅延線／２×２光スイッチ段の２つの入力となるように１つまたは複数（本実施形態では２段）の可変遅延線／２×２光スイッチ段を縦続接続して構成される手段を形成する可変遅延線３２ｃ，３２ｄおよび２×２光スイッチ３１ｅ，３１ｆからなる第２の縦続接続手段、この第２の縦続接続手段の最終段の可変遅延線／２×２光スイッチ段の一方の出力を所定の時間でゲートする第２の光ゲートスイッチ３３ｂとから構成されている。なお、３０ｃ〜３０ｕは導波路であり、３０ｕは出力導波路である。
【００４１】
なお、可変遅延線３２ａ〜３２ｄは、図１の実施形態と同様に図２、図４、図５のように構成されるものであり、また２×２光スイッチ３１ａ〜３１ｆも同様に図３に示すように構成されるものである。
【００４２】
以上のように構成される図７の実施形態の光信号処理回路の作用について図８を参照して説明する。この説明では、図８（ａ）に示すような入力光パケット列ＡＢＣＤに対してＢとＣを入れ替える場合について説明する。
【００４３】
この場合、図７に示す可変遅延線３２ａ，３２ｂの光路長は、それぞれ（導波路３０ｃ，３０ｄ，３０ｆ，３０ｇの光路長も考慮して）導波路３０ｅ，３０ｈの光路長に対してｃ（Ｔｏ−２τｏ）／ｎ，ｃ（２Ｔｏ−τｏ）／ｎずつ長く設定される。同様に、可変遅延線３２ｃ，３２ｄの光路長は、それぞれ（導波路３０ｍ，３０ｎ，３０ｐ，３０ｑの光路長も考慮して）導波路３０ｏ，３０ｒの光路長に対してｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎ，２ｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎずつ長く設定される。但し、各遅延線において光路長差ｃＫＴｏ／ｎ−２ｃτｏ／ｎ（Ｋ：自然数）は例えば図２の固定遅延線１２により予め設定されているものとする。なお、Ｋ＝１（３２ａ，３２ｃ），Ｋ＝２（３２ｂ，３２ｄ）であり、図２の１４の設定により、ｏ（３２ａ），τｏｃ／ｎ（３２ｂ），τｏｃ／ｎ（３２ｃ），ｏ（３２ｄ）の遅延が与えられているものとする。
【００４４】
上述したように、光路長の設定を行い、また２×２光スイッチ３１ａ〜３１ｆの強度透過および反射率を０．５に設定した場合、図８（ａ）に示すように光パケット列ＡＢＣＤが入力導波路３０ａから入力されると、この光パケット列ＡＢＣＤは第１の２×２光スイッチ３１ａと１段目の可変遅延線／２×２光スイッチを経て、まず遅延ゼロと遅延ｃ（Ｔｏ−２τｏ）／ｎのパルス列が生成され、これらのそれぞれが２段目の可変遅延線／２×２光スイッチによって更にゼロまたはｃ（２Ｔｏ−τｏ）／ｎの遅延を受けるので、最後の２×２光スイッチ３１ｃの出力である導波路３０ｉには図８（ｂ）に示すような４つの光パケット列として出力される。
【００４５】
図８（ｂ）に示すように、導波路３０ｉに出力された４つの光パケット列は、第１の光ゲートスイッチ３３ａで周期Ｔｏでゲートされ、各光パケット列から１光パケットずつ取り出され、第１の光ゲートスイッチ３３ａからは、図８（ｃ）に示すような光パケット列Ａ，Ｃ，Ｂ，Ｄが個々に導波路３０ｋ上に出力される。
【００４６】
図８（ｃ）に示すように、第１の光ゲートスイッチ３３ａから出力された光パケット列Ａ，Ｃ，Ｂ，Ｄは、第２の２×２光スイッチ３１ｄの一方の入力に入力されてスイッチされ、第２の縦続接続手段に入力され、この第２の縦続接続手段を通過した最後の２×２光スイッチ３１ｆの出力である導波路３０ｓには図８（ｄ）に示すような複数の光パケット列として出力される。
【００４７】
図８（ｄ）に示すように導波路３０ｓに出力された複数の光パケット列は、第２の光ゲートスイッチ３３ｂでゲートされ、すべてがそろった１つの光パケット列が図８（ｅ）に示すように取り出される。この光パケット列は、図８（ａ）に示すように入力された光パケット列に対してＢとＣが入れ替えられている。なお、可変遅延線３２ｃ，３２ｄは、上述した光路長差の関係が保たれている固定遅延線に置き換えてもよいものである。
【００４８】
また、図７に示す実施形態では、簡単化のために４個の光パケット間の交換の入れ替えを行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、第１の光ゲートスイッチ３３ａの前側および後側の可変遅延線の数をＨ本（Ｈ：自然数）に設定することにより２H個の光パケット間の入れ替え、すなわち交 換を行うことが可能である。そして、可変遅延線の数Ｈが増大しても、光ゲートスイッチ３３の数は常に２個で済むことは明らかである。また、遅延量を様々な値に設定することができるため、様々なパターンのタイムスロット変換を実現することができる。
【００４９】
次に、図９を参照して、図１、図７に示した光信号処理回路の他の作用である光パルス列からなる光アドレスの変換処理について説明する。
【００５０】
この光アドレスの変換処理は、換言すれば、光信号の値の変換処理であり、先に説明した作用では各光信号の時間的入れ替え、すなわち光パケットのタイムスロットの変換について説明したが、この光パルス列からなる光アドレスの変換では任意の光パルス列からなる光アドレスを任意の光パルス列からなる光アドレスに変換できるものである。具体的には、可変遅延線の光路長差を適切な値に設定することにより、例えば、４ビットの光パルス列からなる光アドレス「１１１１」を４ビットの光パルス列からなる光アドレス「１０１１」などに変換することができるものである。但し、アドレス「００００」からは、「００００」以外の他のアドレスに変換することは不可能である。従って、アドレスとして「００００」は用いないこととする。
【００５１】
図９に示す光アドレスの変換は、入力光パルス列ＡＢＣＤからなる光アドレス「１１１１」を出力光パルス列Ａ−ＢＡからなる光アドレス「１０１１」に変換するものである。
【００５２】
このような変換を行う場合、図１に示す光信号処理回路においては、可変遅延線９ａ〜９ｃの光路長は、それぞれ可変遅延線９ｄの光路長に対して３ｃＴｏ／ｎ，ｃ（２Ｔｏ−τｏ）／ｎ，ｃ（Ｔｏ＋τｏ）／ｎずつ長く設定される。また、可変遅延線９ｅ〜９ｇの光路長は、それぞれ可変遅延線９ｈの光路長に対して３ｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎ，２ｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎ，ｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎずつ長く設定される。
【００５３】
このような設定を行った図１の光信号処理回路を図６で説明したと同様に光ゲートスイッチ１１ａ，１１ｂを作動させることにより、図９に示すように、光アドレスが「１１１１」から「１０１１」に変換されることになる。
【００５４】
図９の動作について簡単に説明すると、まず図９（ａ）に示すように、光パルス列ＡＢＣＤからなる光アドレス「１１１１」が入力導波路７ａから第１の光分波器８ａに入力されると、このパルス列ＡＢＣＤは第１の光分波器８ａで複数のパルス列に分波される。そして、この分波された複数のパケット列は、それぞれ可変遅延線９ａ〜９ｄで上述したように設定された光路長に相当する時間遅延させられて、第１の光合波器１０ａで合波されて、図９（ｂ）に示すような互いに遅延した複数のパルス列として導波路７ｊに出力される。
【００５５】
図９（ｂ）に示すように、導波路７ｊに出力された複数のパルス列は、第１の光ゲートスイッチ１１ａで周期Ｔｏでゲートされ、第１の光ゲートスイッチ１１ａからは、図９（ｃ）に示すようなパルス列Ａ−ＢＡが個々に出力される。
【００５６】
図９（ｃ）に示すように、第１の光ゲートスイッチ１１ａから出力されたパルス列Ａ−ＢＡは、第２の光分波器８ｂで複数のパルス列に分波され、この分波された複数のパルス列はそれぞれ上述したように光路長が設定された可変遅延線９ｅ〜９ｈに入力されて遅延させられる。この可変遅延線９ｅ〜９ｈからの複数のパルス列を第２の光合波器１０ｂで合波すると、図９（ｄ）に示すような複数のパルス列として導波路７ｔに出力される。
【００５７】
図９（ｄ）に示すように導波路７ｔに出力された複数のパルス列を第２の光ゲートスイッチ１１ｂでゲートすれば、図９（ｅ）に示すような光パルス列Ａ−ＢＡからなる光アドレス「１０１１」が取り出される。この結果、入力アドレス「１１１１」は、アドレス「１０１１」に変換されて出力されるというように光アドレスの変換が行われるのである。
【００５８】
また、図９に示す光アドレスの変換を図７に示した光信号処理回路で行う場合には、図７の光信号処理回路の可変遅延線３２ａ，３２ｂの光路長は、それぞれ導波路３０ｅ，３０ｈの光路長に対してｃ（Ｔｏ＋τｏ）／ｎ，ｃ（２Ｔｏ−τｏ）／ｎずつ長く設定され、可変遅延線３２ｃ，３２ｄの光路長は、それぞれ導波路３０ｏ，３０ｒの光路長に対してｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎ，２ｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎずつ長く設定される。
【００５９】
このような設定を行った図７の光信号処理回路を図８で説明したと同様に光ゲートスイッチ３３ａ，３３ｂを作動させることにより、図９に示すように、光アドレスが「１１１１」から「１０１１」に変換されることになる。
【００６０】
次に、図１０を参照して、上述した各実施形態の光信号処理回路に使用されている導波路部の構成について説明する。前記各実施形態の光信号処理回路の導波路部は、その長手方向に垂直な断面を図１０に示すように構成されている。なお、導波路部は、石英系ガラス導波路を使用している。
【００６１】
図１０において、３４はＳｉ基板であり、３５は下部クラッド層であり、３７は上部クラッド層である。そして、この上部クラッド層３７内に導波路を構成するコア層３６ａ，３６ｂが形成されている。
【００６２】
図１０（ａ）は、コア層からなる導波路３６ａ，３６ｂを数μｍ程度に近接させて、例えば図３の１７ａ，１７ｂに示すような方向性結合器を構成している部分である。また、図１０（ｂ）は、コア層からなる導波路３６ａ，３６ｂを離隔するとともに、一方の導波路３６ａ上の上部クラッド層３７の上に位相シフタである屈折率制御部３８を構成し、これにより光スイッチの位相シフタ部を構成している。
【００６３】
また、石英系ガラス導波路と半導体レーザ増幅器とのハイブリッド集積は、図１１に導波路長手方向の断面を示すＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）プラットフォームを用いて行っている。同図においては、Ｓｉ基板３９上に異方性エッチングによりテラス領域４０を形成した後、これを完全に埋め込むように火炎堆積法によってＳｉＯ2 下部クラッド層４５を形成している。
【００６４】
次に、半導体レーザ増幅器搭載時の高さ基準面を形成するために平坦化研磨を行い、Ｓｉテラス表面を露出させている。続いて、導波路のコアの高さと半導体レーザ増幅器の活性層４４の高さを一致させるためにＳｉＯ2 高さ調整層４６、ＧｅＯ2 をドーパントとして添加したＳｉＯ2 コア層４７を堆積している。
【００６５】
それから、図１、図７に示すようなパターンを用いて、コア層をエッチングしてコア部分４７を作成する。その後、ＳｉＯ2 上部クラッド層４８を堆積して導波路部分の作製を完了する。次に、半導体レーザ増幅器搭載部と電気配線部を形成する部分の上部クラッド層および高さ調整層をエッチングして、Ｓｉテラス表面を露出する。最後、Ｓｉテラス表面に絶縁用ＳｉＯ2 膜を形成し、その上にＡｕ電気配線４１とＡｕＳｎ半田パターン４２を形成し、半導体レーザ増幅器４３を搭載する。なお、熱光学効果による位相シフタ（屈折率制御部）は、所定の導波路上に薄膜ヒータおよび電気配線を蒸着して構成されている。
【００６６】
なお、本発明の光信号処理回路の導波路部分は、上述した各実施形態のようなガラス導波路に限らず、強誘電体導波路、半導体導波路、ポリマー導波路、および光ファイバなどを用いて実現することができることは明らかである。また、いくつかの種類の導波路を組み合わせたハイブリッド集積構成を用いても実現することができることも明らかである。位相シフタとしては、例えばポリマー導波路を用いた場合、熱光学効果を用いて屈折率変化を誘起する現象、強誘電体導波路を用いた場合、電気光学を用いて屈折率変化を誘起する現象、光ファイバを用いた場合、圧電素子を用いてファイバ長変化をもたらし、等価的に屈折率変化を誘起する現象などを使用することができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光信号列を分波し、この分波された複数の光信号列を第１の複数の可変遅延線でそれぞれ所望時間遅延させて合波し、この合波された複数の光信号列を第１の光ゲートスイッチでゲートして所望の光信号を順次取り出し、この光信号を分波した光信号を第２の複数の可変遅延線でそれぞれ所望時間遅延させて、所望の時間順序の光信号列を出力し、第２の複数の可変遅延線から光信号列を合波した複数の光信号列を第２の光ゲートスイッチでゲートして出力するので、可変遅延線と光ゲートスイッチを組み合わせることにより動作の自由度を高くすることができるとともに、また処理信号の数に依存せずに光ゲートスイッチの数は常に２個であり、作製の容易化および低価格化を図ることができる。
【００６８】
また、本発明によれば、入力される光信号列を第１の光スイッチで分配された２つの出力を入力とし、一方を可変遅延線で所望時間遅延させた遅延出力と遅延させられていない他方の入力を入力として２×２光スイッチで２つの出力に分配するという可変遅延線／２×２光スイッチを１段または複数段縦続接続した第１の縦続接続手段で入力光信号列を遅延した複数の光信号列を生成し、この複数の光信号列を第１の光ゲートスイッチでゲートして所望の光信号を取り出し、この光信号列を第２の光スイッチで分配された２つの出力を入力とし、一方を可変遅延線または固定遅延線で所望時間遅延させ、この遅延出力と遅延させられていない他方の入力とを入力として２×２光スイッチで２つの出力に分配するという可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチを１段または複数段縦続接続した第２の縦続接続手段で光信号列を遅延した複数の光信号列を生成し、この複数の光信号列のうちすべてがそろった光信号列を第２の光ゲートスイッチでゲートして出力するので、可変遅延線または固定遅延線、光スイッチおよび光ゲートスイッチを組み合わせることにより動作の自由度を高くすることができるとともに、また処理信号の数に依存せずに光ゲートスイッチの数は常に２個であり、作製の容易化および低価格化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光信号処理回路の構成を示す図である。
【図２】図１に示す光信号処理回路に使用されている可変遅延線の構成を示す図である。
【図３】図２に示す可変遅延線に使用されている光スイッチの構成を示す図である。
【図４】図１に示す光信号処理回路に使用されている可変遅延線の他の構成を示す図である。
【図５】図１に示す光信号処理回路に使用されている可変遅延線の更に他の構成を示す図である。
【図６】図１に示す光信号処理回路の作用を示す光信号列の波形図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る光信号処理回路の構成を示す図である。
【図８】図７に示す光信号処理回路の作用を示す光信号列の波形図である。
【図９】図１または図７に示した光信号処理回路の他の作用である光アドレスの変換処理を示す光信号列の波形図である。
【図１０】各実施形態の光信号処理回路に使用されている導波路部を構成する石英系ガラス導波路の長手方向に垂直な断面図である。
【図１１】ハイブリッド集積構成の導波路の長手方向の断面図である。
【図１２】従来の光信号処理回路の構成を示す図である。
【図１３】図１２に示す従来の光信号処理回路の作用を示すパケット列の波形図である。
【符号の説明】
７ａ〜７ｕ，３０ａ〜３０ｕ 導波路
８ａ，８ｂ 光分波器
９ａ，９ｈ，３２ａ〜３２ｄ 可変遅延線
１０ａ，１０ｂ 光合波器
１１ａ，１１ｂ，３３ａ，３３ｂ 光ゲートスイッチ
３１ａ〜３１ｆ 光スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光領域において入力される光パルス列あるいは光パケット列からなる光信号列の各光信号の時間的入れ替えおよびバッファリング操作を行って、所望の時間順序の光信号からなる光信号列として出力し得るとともに、また光パルス列からなる光アドレスの変換を行い得る光信号処理回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光パルス列あるいは光パケット列からなる光信号列の各光信号の時間的入れ替えおよびバッファリング操作を行う光信号処理回路または光パルス列からなる光アドレスの変換を行う光信号処理回路は、光ネットワークなどにおいて重要な役割を果たす素子である。このような操作を行う従来の光信号処理回路は、図１２に示すように、入力部１から入射される光パケット列を分波する光分波器２、この光分波器２で分波された複数の光パケット列をそれぞれ所定の時間で遅延させる複数の光ファイバあるいは導波路遅延線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、これらの複数の光ファイバあるいは導波路遅延線にそれぞれ接続された複数の光ゲートスイッチ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、およびこれらの複数の光ゲートスイッチから出力される光パケット列を合波して出力部６に出力する光合波器５から構成されている（例えば、K.Habara他による、"Large-capacity WDM packet switching," Photonic Networks(Advances in optical communications),Springer-Verlag,G.Prati Ed.,pp.285-299,1997. 参照）。
【０００３】
上述した従来の光信号処理回路においては、図１３（ａ）に示すように入力部１から入射された光パケット列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、光分波器２で分波された後、光ファイバあるいは導波路遅延線３ａ〜３ｄに入射されて、それぞれ所定時間遅延させられる。
【０００４】
ここで、一例として、前記光パケット列Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤのうちのＢとＤを時間的に入れ替える場合について説明する。すなわち、光パケット列の周期をτｏとし、光ファイバあるいは導波路遅延線３ａの長さに対する各光ファイバあるいは導波路遅延線３ｂ，３ｃ，３ｄの長さをそれぞれ２ｃτｏ／ｎ，２ｃτｏ／ｎ，４ｃτｏ／ｎ（ここで、ｃは真空中の光速、ｎは遅延線の屈折率である）ずつ長く設定すると、各光ファイバあるいは導波路遅延線３ａ〜３ｄを通過し、光ゲートスイッチ４ａ〜４ｄに入力される直前の光パケット列Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは図１３（ｂ）に示すようになる。そこで、光ゲートスイッチ４ａ〜４ｄを用いて、これらの光パケット列のうち、図１３（ｂ）に示すように斜線を施した光パケットのみを取り出し、この取り出した光パケットのみを光合波器５に入力すると、出力部６からは、図１３（ｃ）に示したように光パケットＢとＤの時間関係が入れ替えられた光パケット列が出力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の光信号処理回路では、光ファイバあるいは導波路固定遅延線を使用しているため、動作の自由度が低いという問題があると共に、また処理光パケット数に等しい数の光ゲートスイッチを必要とするため、光ネットワークの大規模化に伴い作製が困難になるという問題もある。更に、価格の高い能動素子である光ゲートスイッチ数の増加により作製価格も増大するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、動作の自由度が高く、処理光パケット数に依存せず、また光ゲートスイッチ数が常に２個であって経済的な光信号処理回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、入力される光信号列を複数の信号列に分波する第１の光分波器と、該第１の光分波器で分波された複数の光信号列をそれぞれ所望時間遅延させる第１の複数の可変遅延線と、該第１の複数の可変遅延線でそれぞれ遅延させられた複数の光信号列を合波する第１の光合波器と、該第１の光合波器で合波された複数の光信号列の各々を所定の時間でゲートして各光信号列から所望の光信号を順次取り出して出力する第１の光ゲートスイッチと、該第１の光ゲートスイッチから順次出力される光信号を分波する第２の光分波器と、該第２の光分波器から順次出力される光信号をそれぞれ所望時間遅延させて出力する第２の複数の可変遅延線または固定遅延線と、該第２の複数の可変遅延線または固定遅延線からそれぞれ出力される光信号列を合波する第２の光合波器と、この合波された複数の光信号列のうちすべてがそろった１つをゲートして出力する第２の光ゲートスイッチとを有することを要旨とする。
【０００８】
請求項１記載の本発明にあっては、入力された光信号列を複数の信号列に分波し、この分波された複数の光信号列を第１の複数の可変遅延線でそれぞれ所望時間遅延させ、この遅延させられた複数の光信号列を合波し、この合波された複数の光信号列の各々を第１の光ゲートスイッチで所定の時間でゲートして各光信号列から所望の光信号を順次取り出し、この順次取り出された光信号を分波し、この分波された光信号を第２の複数の可変遅延線または固定遅延線でそれぞれ所望時間遅延させて出力し、この第２の複数の可変遅延線または固定遅延線からの光信号列を合波し、この合波された複数の光信号列のうちすべてがそろった１つを第２の光ゲートスイッチでゲートして出力するため、可変遅延線、固定遅延線と光ゲートスイッチを組み合わせることにより動作の自由度を高くすることができるとともに、また処理信号の数に依存せずに光ゲートスイッチの数は常に２個であり、作製の容易化および低価格化を図ることができる。
【０００９】
また、請求項２記載の本発明は、入力される光信号列を入力として２つの出力に接続する第１の光スイッチと、該第１の光スイッチの２つの出力を入力とし、この２つの入力のうち一方を所望時間遅延させる可変遅延線とし、該可変遅延線で遅延させられていない他方の入力と該可変遅延線からの遅延出力を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する２×２光スイッチを有する可変遅延線／２×２光スイッチを前段の可変遅延線／２×２光スイッチの２つの出力が後段の可変遅延線／２×２光スイッチの２つの入力となるように１段または複数段縦続接続して構成される第１の縦続接続手段と、該第１の縦続接続手段の最終段の可変遅延線／２×２光スイッチの一方の出力を所定の時間でゲートする第１の光ゲートスイッチと、該第１の光ゲートスイッチの出力を入力として２つの出力に接続する第２の光スイッチと、該第２の光スイッチの２つの出力を入力とし、この２つの入力のうち一方を所望時間遅延させる可変遅延線または固定遅延線とし、該可変遅延線または固定遅延線で遅延させられていない他方の入力と該可変遅延線または固定遅延線からの遅延出力を入力として２つの出力に接続する２×２光スイッチを有する可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチを前段の可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチの２つの出力が後段の可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチの２つの入力となるように１段または複数段縦続接続して構成される第２の縦続接続手段と、該第２の縦続接続手段の最終段の可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチの一方の出力を所定の時間でゲートする第２の光ゲートスイッチとを有することを要旨とする。
【００１０】
請求項２記載の本発明にあっては、入力される光信号列を入力として第１の光スイッチで２つの出力に導き、この光スイッチの２つの出力を入力とし、この２つの入力のうち一方を可変遅延線で所望時間遅延させるとともに、遅延させられていない他方の入力と可変遅延線からの遅延出力を入力として２×２光スイッチで２つの出力に導くという可変遅延線／２×２光スイッチを１段または複数段縦続接続した第１の縦続接続手段通過後に入力光信号列を遅延した複数の光信号列を生成し、この複数の光信号列を第１の光ゲートスイッチでゲートして各光信号列から所望の光信号を順次取り出し、この順次取り出した光信号列を入力として第２の光スイッチで２つの出力に導き、この光スイッチの２つの出力を入力とし、この２つの入力のうち一方を可変遅延線または固定遅延線で所望時間遅延させるとともに、遅延させられていない他方の入力と可変遅延線または固定遅延線からの遅延出力を入力として２×２光スイッチで２つの出力に導くという可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチを１段または複数段縦続接続した第２の縦続接続手段通過後に光信号列を遅延した複数の光信号列を生成し、この複数の光信号列のうちすべてがそろった１つを第２の光ゲートスイッチでゲートして出力するため、可変遅延線、固定遅延線、光スイッチおよび光ゲートスイッチを組み合わせることにより動作の自由度を高くすることができるとともに、また処理信号の数に依存せずに光ゲートスイッチの数は常に２個であり、作製の容易化および低価格化を図ることができる。
【００１１】
更に、請求項３記載の本発明は、請求項１または２記載の発明において、前記可変遅延線が、入力される光信号列を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する入力用光スイッチと、該入力用光スイッチの２つの出力のうち一方を所定時間遅延させ、他方を遅延させないような一対の非対称アームに入力し、この非対称アームからの遅延させられた光信号と遅延させられていない光信号を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する２×２光スイッチを有する非対称アーム／２×２光スイッチを前段の非対称アーム／２×２光スイッチの２つの出力が後段の非対称アーム／２×２光スイッチの２つの入力となるように１段または複数段縦続接続して構成される縦続接続手段とを有することを要旨とする。
【００１２】
請求項３記載の本発明にあっては、可変遅延線は２×２光スイッチと、入力光信号列を所定時間遅延させる一方のアームと遅延させない他方のアームからなる一対の非対称アームの出力を２×２光スイッチで切り替え接続する構成とを組として１段または複数段縦続接続したものとから構成されている。
【００１３】
請求項４記載の本発明は、請求項３記載の発明において、前記非対称アームの光路長差がアームの個数をＬ（Ｌは自然数）として、最小の光路長差に対して２倍、２2倍、…、２L-1倍であることを要旨とする。
【００１４】
請求項４記載の本発明にあっては、可変遅延線は２×２光スイッチと、入力光信号列を所定時間遅延させる一方のアームと遅延させない他方のアームからなる一対の非対称アームの出力を２×２光スイッチで切り替え接続する構成とを組として１段または複数段縦続接続したものとから構成され、この非対称アームの光路長差が最小の光路長差に対して２倍ずつ増加するようになっているとともに、また非対称アームは光路長差に関わらず、任意の順序で配置してもよいものである。
【００１５】
また、請求項５記載の本発明は、請求項１または２記載の発明において、前記可変遅延線が、入力される光信号列を分波する入力用光分波器と、該入力用光分波器の各出力に接続され、該入力用光分波器から出力される複数の光信号列をそれぞれ所定時間遅延させる複数の遅延手段と、該複数の遅延手段のそれぞれに接続され、該複数の遅延手段のうち、所望時間遅延した光信号列を取り出して出力する複数の光スイッチと、該複数の光スイッチから出力される光信号列を合波して出力する出力用光合波器とを有することを要旨とする。
【００１６】
請求項５記載の本発明にあっては、可変遅延線は入力される光信号列を分波し、この分波された複数の光信号列を複数の遅延手段でそれぞれ所定時間遅延させ、この所定時間遅延した光信号列のうち所望の遅延時間の光信号列を複数の光スイッチで取り出し合波して出力している。
【００１７】
更に、請求項６記載の本発明は、請求項１または２記載の発明において、前記可変遅延線が、入力される光信号列を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する入力用光スイッチと、該入力用光スイッチの２つの出力のうちの一方を所定時間遅延させる遅延手段と該遅延手段の出力を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する光スイッチを有する遅延手段／光スイッチを前段の遅延手段／光スイッチの２つの出力のうちの一方が後段の遅延手段／光スイッチの入力となるように１段または複数段縦続接続して構成される縦続接続手段と、前記入力用光スイッチの２つの出力のうちの他方の出力および縦続接続手段を構成する１段または複数段の遅延手段／光スイッチにおける光スイッチの２つの出力のうちの他方の１つまたは複数の出力を合波して出力する出力用光合波器とを有することを要旨とする。
【００１８】
請求項６記載の本発明にあっては、可変遅延線は入力される光信号列を入力として入力用光スイッチで２つの出力のいずれかに切り替え、この２つの出力のうちの一方の遅延手段で所定時間遅延させられた光信号列を光スイッチで２つの出力のいずれかに切り替えるという遅延手段／光スイッチを組として１段または複数段縦続接続し、この１段または複数段の遅延手段／光スイッチにおける光スイッチの２つの出力のうちの他方の複数の出力および前記入力用光スイッチの他方の出力を出力用光合波器で合波して出力している。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る光信号処理回路の構成を示す図である。同図に示す光信号処理回路は、入力導波路７ａから入力される光パケット列を分波して複数の光パケット列を出力する第１の光分波器８ａ、この第１の光分波器８ａのそれぞれの出力に導波路７ｂ〜７ｅを介して接続され、光分波器８ａから出力されるそれぞれの光パケット列を遅延させる第１の複数の可変遅延線を構成する複数の可変遅延線（Ｄ）９ａ〜９ｄ、この複数の可変遅延線９ａ〜９ｄのそれぞれの出力に導波路７ｆ〜７ｉを介して接続され、複数の可変遅延線９ａ〜９ｄから出力される遅延した光パケット列を合波する第１の光合波器１０ａ、この第１の光合波器１０ａの出力に導波路７ｊを介して接続され、第１の光合波器１０ａからの合波された光パケット列のうち所定の時間、すなわち所定の周期の光パケット列のみを取り出すべくゲートをかける第１の光ゲートスイッチ（Ｇ）１１ａ、この光ゲートスイッチ１１ａの出力に導波路７ｋを介して接続され、光ゲートスイッチ１１ａからのゲートされた光パケット列を分波する第２の光分波器８ｂ、この第２の光分波器８ｂのそれぞれの出力に導波路７ｌ〜７ｏを介して接続され、第２の光分波器８ｂから出力されるそれぞれの光パケット列を遅延させる第２の複数の可変遅延線を構成する複数の可変遅延線（Ｄ）９ｅ〜９ｈ、この複数の可変遅延線９ｅ〜９ｈに導波路７ｐ〜７ｓを介して接続され、複数の可変遅延線９ｅ〜９ｈから出力される遅延した光パケット列を合波する第２の光合波器１０ｂ、およびこの第２の光合波器１０ｂに導波路７ｔを介して接続され、第２の光合波器１０ｂからの合波された光パケット列のうちどれか１つの光パケット列のみをゲートして取り出し、出力導波路７ｕから出力する第２の光ゲートスイッチ（Ｇ）１１ｂから構成されている。
【００２０】
第１および第２の光分波器８ａ，８ｂ、第１および第２の光合波器１０ａ，１０ｂは、例えばスターカプラ、多モード干渉（ＭＭＩ）カプラ、２×２の方向性結合器を多段に縦続接続して構成されるもの、２×２の対称マッハツェンダ型干渉計を多段に縦続接続して構成されるもの、Ｙ分岐導波路を多段に縦続接続して構成されるものなどがある。
【００２１】
可変遅延線（Ｄ）９ａ〜９ｄ，９ｅ〜９ｈは、図２に示すように、固定遅延線１２ａまたは１２ｂから入力される光信号列を入力として２つの出力に接続する入力用光スイッチ１４−０と、この入力用光スイッチ１４−０の２つの出力のうち一方を所定時間遅延させ、他方を遅延させないように一対の非対称アーム対１５ａ−ｉ，１５ｂ−ｉに入力し、この非対称アーム対からの遅延させられた光信号と遅延させられていない光信号を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する２×２光スイッチ１４−ｉからなる非対称アーム対１５ａ−ｉ，１５ｂ−ｉと２×２光スイッチ１４−ｉ（ｉ＝１，２…Ｎ、Ｎは自然数）を１段として前段の非対称アーム対／２×２光スイッチの２つの出力が後段の非対称アーム対／２×２光スイッチの２つの入力となるように複数の非対称アーム対１５ａ−ｉ，１５ｂ−ｉと２×２光スイッチ１４−ｉ（ｉ＝１，２…Ｎ）を縦続接続した縦続接続手段を構成する縦続接続部と、この縦続接続部の最後の２×２光スイッチ１４−Ｎの出力に接続され、遅延した光パケット列を出力する出力用導波路１２ｃ，１２ｄとから構成されている。固定遅延線１２ａ，１２ｂのいずれかが入力として使用され、固定遅延線１２ｃ，１２ｄのいずれかが出力として使用される。
【００２２】
なお、マッハツェンダ型干渉計とは、２本の光導波路が中間の２ヶ所で近接するように配置されて２個の方向性結合器を形成して構成されるものであり、この２本の光導波路の、２個の方向性結合器間の部分をアームと称し、この２本のアームの長さが等しいものを対称マッハツェンダ型干渉計と称し、２本のアームの長さが等しくないものを非対称マッハツェンダ型干渉計と称するものである。
【００２３】
２×２光スイッチ１４−０，１４−ｉ（ｉ＝１，２…Ｎ）は、図３に示すように、２本の長さが等しい導波路１６ａ，１６ｂを２ヶ所で接近させて方向性結合器１７ａ，１７ｂを構成する対称マッハツェンダ型干渉計から構成されるものであり、２個の方向性結合器１７ａ，１７ｂの間の一方のアームに対して位相シフタを構成する屈折率制御部１８を設けている。この屈折率制御部１８を用いて、導波路１６ａの屈折率を変えて、位相を０からπまで変化させることによりスイッチングを行うようになっている。なお、非対称アーム１５の光路長差ΔＬは、本実施形態ではΔＬN＝２N-1ｃτｏ／ｎに設定している。この光スイッチ１４と非対称アーム１５を用いて可変遅延線を構成している。
【００２４】
なお、本実施形態では、光路長差ΔＬが短い方から長い方に配置されているが、本発明は、このような順序に限られるものでなく、この順序は任意の組み合わせでもよいものである。また、光路長差は、すべて等しくしてもよいし、また少なくとも１つの光路長差が他と異なるように設定してもよいものである。
【００２５】
例えば、光路長差ΔＬ，２ΔＬ，…，７ΔＬを得る場合を考えると、干渉計の光路長差がすべて等しい場合には干渉計数を７とする必要がある。しかしながら、光路長差を２の倍数で増加させた場合には、干渉計数は３に低減できる。一般的に実数の倍数で増加させた光路長差を持つ干渉計を組み合わせて可変遅延線を構成することが可能であるが、ΔＬ毎の等光路長差を与えられるのは２の倍数で増加する場合のみである。すなわち、非対称アームの光路長差は最小の光路長差に対して２倍ずつ増加（アームの個数をＬ（Ｌは自然数）とすると、最小の光路長差に対して２倍、２2倍、…、２L-1倍）する場合である。
【００２６】
なお、方向性結合器１７ａ，１７ｂの他の構成例は、対称マッハツェンダ型干渉計１段または対称マッハツェンダ型干渉計を多段に縦続接続して構成されるもの、２×２ＭＭＩカプラなどがある。
【００２７】
図４は、図１に示した可変遅延線（Ｄ）（９ａ〜９ｄ，９ｅ〜９ｈ）の他の構成を示す図である。同図に示す可変遅延線（Ｄ）９０は、８種類の可変遅延を得ることができるものであり、入力部１９から入力される光パケット列を分波する入力用光分波器を構成する光分波器２０、この光分波器２０の出力に接続され、該光分波器２０で分波された複数の光パケット列の各々を所定時間遅延させる複数の遅延手段を構成する複数の固定遅延線２１ａ〜２１ｈ、この複数の固定遅延線２１ａ〜２１ｈの出力に一方の入力が接続された複数の光スイッチを構成する２×２光スイッチ２３ａ〜２３ｈ、この２×２光スイッチ２３ａ〜２３ｈの他方の入力に接続された導波路２２ａ〜２２ｈ、２×２光スイッチ２３ａ〜２３ｈの一方の出力に導波路２２ｑ〜２２ｘを介して接続され、２×２光スイッチ２３ａ〜２３ｈを通過した光パケット列を合波して出力部２５から出力する出力用光合波器を構成する光合波器２４から構成されている。なお、２×２光スイッチ２３ａ〜２３ｈの他方の出力には導波路２２ｉ〜２２ｐが接続されている。
【００２８】
このように構成される可変遅延線９０では、固定遅延線２１ａ〜２１ｈの長さを予め変えて、これによりそれぞれ所定の遅延時間を得るようになっている。そして、所望の光路長を得るために、２×２光スイッチ２３ａ〜２３ｈのいずれか１つのみをバー状態、すなわちストレートオン状態とし、光分波器２０から導波路２１ａ〜２１ｈを通過した光パケット列のうちの１つのみを光合波器２４に導いて、所望の時間だけ遅延した光パケット列のみを出力するようになっているものである。なお、他の光パケット列は、２×２光スイッチ２３がクロス状態になっているため、導波路２２ｉ〜２２ｐのいずれかに出射し、出力導波路２５から出射しないようになっている。
【００２９】
図５は、図１に示した可変遅延線（Ｄ）（９ａ〜９ｄ，９ｅ〜９ｈ）の更に他の構成を示す図である。同図に示す可変遅延線（Ｄ）９１は、入力導波路２６ａ，２６ｂ、２×２光スイッチ２７ａ〜２７ｈ、該２×２光スイッチ２７ａ〜２７ｈの前段の一方の出力と後段の一方の入力との間に接続され、その長さに応じた遅延をもたらす導波路２６ｃ〜２６ｉ、２×２光スイッチ２７ａ〜２７ｈの他方のすべての出力が接続され、これらの出力からの光信号を合波する光合波器２８、および該光合波器２８の出力に接続された出力導波路２９から構成されている。なお、導波路２６ｃ〜２６ｉおよび２×２光スイッチ２７ｂ〜２７ｈは本発明の縦続接続手段を構成している。
【００３０】
このように構成された可変遅延線９１において、導波路２６ａから入射した光信号は、所望の遅延量に相当する光路長を得るために、２×２光スイッチ２７ａ〜２７ｈのいずれか１つのみをクロス状態に設定して、導波路２６ｃ〜２６ｉを通過させることにより、その通過した分の導波路の長さと光スイッチ２７部分である光路長に相当する時間だけ遅延させられてから、光合波器２８に導かれ、出力導波路２９から出力されるようになっている。例えば、２×２光スイッチ２７ｅのみクロス状態に設定し、他のすべての２×２光スイッチ２７ａ〜２７ｄ，２７ｆ〜２７ｈをバー状態、すなわちストレートオン状態に設定すると、入力導波路２６ａからの光信号は、導波路２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆを通過し、これにより４つの導波路と５つの光スイッチとの長さ分に相当する時間だけ遅延させられた後、光合波器２８を介して出力導波路２９から出力されることになる。
【００３１】
なお、図１に示した光信号処理回路において、第１の光ゲートスイッチ１１ａ、第２の光ゲートスイッチ１１ｂは、ナノセコンド程度以下の高速性を要求されるため、半導体レーザ増幅器型光ゲートスイッチ、半導体スイッチ、ＬｉＮｂＯ3 等の強誘電体強度変調器などを用いている。
【００３２】
次に、上述したように構成される図１に示す実施形態の光信号処理回路の作用について図６を参照して説明する。この説明では、図６（ａ）に示すような入力光パケット列ＡＢＣＤに対してＢとＤを入れ替える場合について説明する。
【００３３】
この場合、図１に示す可変遅延線９ａ〜９ｃの光路長は、それぞれ可変遅延線９ｄの光路長に対してｃ（３Ｔｏ−τｏ）／ｎ，ｃ（２Ｔｏ−２τｏ）／ｎ，ｃ（Ｔｏ−３τｏ）／ｎずつ長く設定される。但し、Ｔｏは時間を表す量であり、各遅延線において光路長差ＪｃＴｏ／ｎ−３ｃτｏ／ｎ（Ｊ：自然数）は例えば図２の固定遅延線１２により予め設定されているものとする。なお、Ｊ＝３（９ａ），Ｊ＝２（９ｂ），Ｊ＝１（９ｃ）であり、図２の１４の設定により、２τｏｃ／ｎ（９ａ），τｏｃ／ｎ（９ｂ），ｏ（９ｃ）の遅延が与えられているものとする。
【００３４】
図６（ａ）に示すように、光パケット列ＡＢＣＤが入力導波路７ａから第１の光分波器８ａに入力されると、この光パケット列ＡＢＣＤは第１の光分波器８ａで複数の光パケット列に分波される。そして、この分波された複数の光パケット列は、それぞれ可変遅延線９ａ〜９ｄで上述したように設定された光路長に相当する所望の時間遅延させられて、第１の光合波器１０ａで合波されて、図６（ｂ）に示すような互いに遅延した複数の光パケット列として導波路７ｊに出力される。
【００３５】
図６（ｂ）に示すように、導波路７ｊに出力された複数の光パケット列は、第１の光ゲートスイッチ１１ａで周期Ｔｏでゲートされ、各光パケット列から１光パケットずつ取り出され、第１の光ゲートスイッチ１１ａからは、図６（ｃ）に示すような光パケット列Ａ，Ｄ，Ｃ，Ｂが個々に出力される。
【００３６】
図６（ｃ）に示すように、第１の光ゲートスイッチ１１ａから出力された光パケット列Ａ，Ｄ，Ｃ，Ｂは、第２の光分波器８ｂで複数の光パケット列に分波され、この分波された複数の光パケット列はそれぞれ可変遅延線９ｅ〜９ｈに入力されて遅延させられる。この場合、可変遅延線９ｅ〜９ｇの光路長は、可変遅延線９ｈの光路長に対してそれぞれｃ（３Ｔｏ−３τｏ）／ｎ，ｃ（２Ｔｏ−２τｏ）／ｎ，ｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎずつ長く設定される。但し、各遅延線においてＭｃＴｏ／ｎ−３ｃτｏ／ｎ（Ｍ：自然数）は固定遅延線１２により予め設定済みである。なお、Ｍ＝３（９ｅ），Ｍ＝２（９ｆ），Ｍ＝１（９ｇ）であり、図２の１４の設定により、ｏ（９ｅ），τｏｃ／ｎ（９ｆ），２τｏｃ／ｎ（９ｇ）の遅延が与えられているものとする。
【００３７】
このように光路長を設定された可変遅延線９ｅ〜９ｈを通過した各光パケット列は、各可変遅延線９ｅ〜９ｈに設定された光路長に相当する所望の時間遅延させられる。このように遅延させられた可変遅延線９ｅ〜９ｈからの複数の光パケット列を第２の光合波器１０ｂで合波すると、図６（ｄ）に示すような複数の光パケット列として導波路７ｔに出力される。
【００３８】
図６（ｄ）に示すように導波路７ｔに出力された複数の光パケット列は、第２の光ゲートスイッチ１１ｂでゲートされ、すべてがそろった１つの光パケット列が図６（ｅ）に示すように取り出される。この光パケット列は、図６（ａ）に示すように入力された光パケット列に対してＢとＤが入れ替えられている。すなわち、光パケット列のタイムスロット変換が実現されるものである。なお、可変遅延線９ｅ〜９ｈは、上述した光路長差の関係が保たれている固定遅延線に置き換えてもよく、効果は同じである。
【００３９】
上述した図１に示す実施形態は、簡単化のために４個の光パケット間の入れ替えを行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、第１の光分波器８ａ、第２の光分波器８ｂと第１の光合波器１０ａ、第２の光合波器１０ｂとの間の可変遅延線の数をＩ本（Ｉ：自然数）に設定することにより、光ゲートスイッチ１１の数が常に２個でＩ個の光パケット間の入れ替えを行うことができることは明らかである。
【００４０】
次に、図７を参照して、本発明の他の実施形態に係る光信号処理回路について説明する。図７に示す実施形態の光信号処理回路は、入力導波路３０ａまたは３０ｂから入力される光信号列を入力として２つの出力に接続する第１の光スイッチを構成する第１の２×２光スイッチ３１ａ、この第１の２×２光スイッチ３１ａの２つの出力を入力とし、この２つの入力のうち一方を所望時間遅延させる可変遅延線を３２ａとし、該可変遅延線３２ａで遅延させられていない他方の入力と該可変遅延線３２ａからの遅延出力を入力として２つの出力に接続する２×２光スイッチ３１ｂを有する可変遅延線３２ａ／２×２光スイッチ３１ｂを１つの可変遅延線／２×２光スイッチ段として、前段の可変遅延線／２×２光スイッチ段の２つの出力が後段の可変遅延線／２×２光スイッチ段の２つの入力となるように１つまたは複数（本実施形態では２段）の可変遅延線／２×２光スイッチ段を縦続接続して構成される手段を形成する可変遅延線３２ａ，３２ｂおよび２×２光スイッチ３１ｂ，３１ｃからなる第１の縦続接続手段、この第１の縦続接続手段の最終段の可変遅延線／２×２光スイッチ段の一方の出力を所定の周期でゲートする第１の光ゲートスイッチ３３ａ、該第１の光ゲートスイッチ３３ａの出力および導波路３０ｌを入力として２つの出力に接続する第２の光スイッチを構成する第２の２×２光スイッチ３１ｄ、この第２の２×２光スイッチ３１ｄの２つの出力を入力とし、この２つの入力のうち一方を所望時間遅延させる可変遅延線３２ｃと、該可変遅延線３２ｃで遅延させられていない他方の入力と該可変遅延線３２ｃからの遅延出力を入力として２つの出力に接続する２×２光スイッチ３１ｅとを有する可変遅延線／２×２光スイッチ段を前段の可変遅延線／２×２光スイッチ段の２つの出力が後段の可変遅延線／２×２光スイッチ段の２つの入力となるように１つまたは複数（本実施形態では２段）の可変遅延線／２×２光スイッチ段を縦続接続して構成される手段を形成する可変遅延線３２ｃ，３２ｄおよび２×２光スイッチ３１ｅ，３１ｆからなる第２の縦続接続手段、この第２の縦続接続手段の最終段の可変遅延線／２×２光スイッチ段の一方の出力を所定の時間でゲートする第２の光ゲートスイッチ３３ｂとから構成されている。なお、３０ｃ〜３０ｕは導波路であり、３０ｕは出力導波路である。
【００４１】
なお、可変遅延線３２ａ〜３２ｄは、図１の実施形態と同様に図２、図４、図５のように構成されるものであり、また２×２光スイッチ３１ａ〜３１ｆも同様に図３に示すように構成されるものである。
【００４２】
以上のように構成される図７の実施形態の光信号処理回路の作用について図８を参照して説明する。この説明では、図８（ａ）に示すような入力光パケット列ＡＢＣＤに対してＢとＣを入れ替える場合について説明する。
【００４３】
この場合、図７に示す可変遅延線３２ａ，３２ｂの光路長は、それぞれ（導波路３０ｃ，３０ｄ，３０ｆ，３０ｇの光路長も考慮して）導波路３０ｅ，３０ｈの光路長に対してｃ（Ｔｏ−２τｏ）／ｎ，ｃ（２Ｔｏ−τｏ）／ｎずつ長く設定される。同様に、可変遅延線３２ｃ，３２ｄの光路長は、それぞれ（導波路３０ｍ，３０ｎ，３０ｐ，３０ｑの光路長も考慮して）導波路３０ｏ，３０ｒの光路長に対してｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎ，２ｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎずつ長く設定される。但し、各遅延線において光路長差ｃＫＴｏ／ｎ−２ｃτｏ／ｎ（Ｋ：自然数）は例えば図２の固定遅延線１２により予め設定されているものとする。なお、Ｋ＝１（３２ａ，３２ｃ），Ｋ＝２（３２ｂ，３２ｄ）であり、図２の１４の設定により、ｏ（３２ａ），τｏｃ／ｎ（３２ｂ），τｏｃ／ｎ（３２ｃ），ｏ（３２ｄ）の遅延が与えられているものとする。
【００４４】
上述したように、光路長の設定を行い、また２×２光スイッチ３１ａ〜３１ｆの強度透過および反射率を０．５に設定した場合、図８（ａ）に示すように光パケット列ＡＢＣＤが入力導波路３０ａから入力されると、この光パケット列ＡＢＣＤは第１の２×２光スイッチ３１ａと１段目の可変遅延線／２×２光スイッチを経て、まず遅延ゼロと遅延ｃ（Ｔｏ−２τｏ）／ｎのパルス列が生成され、これらのそれぞれが２段目の可変遅延線／２×２光スイッチによって更にゼロまたはｃ（２Ｔｏ−τｏ）／ｎの遅延を受けるので、最後の２×２光スイッチ３１ｃの出力である導波路３０ｉには図８（ｂ）に示すような４つの光パケット列として出力される。
【００４５】
図８（ｂ）に示すように、導波路３０ｉに出力された４つの光パケット列は、第１の光ゲートスイッチ３３ａで周期Ｔｏでゲートされ、各光パケット列から１光パケットずつ取り出され、第１の光ゲートスイッチ３３ａからは、図８（ｃ）に示すような光パケット列Ａ，Ｃ，Ｂ，Ｄが個々に導波路３０ｋ上に出力される。
【００４６】
図８（ｃ）に示すように、第１の光ゲートスイッチ３３ａから出力された光パケット列Ａ，Ｃ，Ｂ，Ｄは、第２の２×２光スイッチ３１ｄの一方の入力に入力されてスイッチされ、第２の縦続接続手段に入力され、この第２の縦続接続手段を通過した最後の２×２光スイッチ３１ｆの出力である導波路３０ｓには図８（ｄ）に示すような複数の光パケット列として出力される。
【００４７】
図８（ｄ）に示すように導波路３０ｓに出力された複数の光パケット列は、第２の光ゲートスイッチ３３ｂでゲートされ、すべてがそろった１つの光パケット列が図８（ｅ）に示すように取り出される。この光パケット列は、図８（ａ）に示すように入力された光パケット列に対してＢとＣが入れ替えられている。なお、可変遅延線３２ｃ，３２ｄは、上述した光路長差の関係が保たれている固定遅延線に置き換えてもよいものである。
【００４８】
また、図７に示す実施形態では、簡単化のために４個の光パケット間の交換の入れ替えを行う場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、第１の光ゲートスイッチ３３ａの前側および後側の可変遅延線の数をＨ本（Ｈ：自然数）に設定することにより２H個の光パケット間の入れ替え、すなわち交 換を行うことが可能である。そして、可変遅延線の数Ｈが増大しても、光ゲートスイッチ３３の数は常に２個で済むことは明らかである。また、遅延量を様々な値に設定することができるため、様々なパターンのタイムスロット変換を実現することができる。
【００４９】
次に、図９を参照して、図１、図７に示した光信号処理回路の他の作用である光パルス列からなる光アドレスの変換処理について説明する。
【００５０】
この光アドレスの変換処理は、換言すれば、光信号の値の変換処理であり、先に説明した作用では各光信号の時間的入れ替え、すなわち光パケットのタイムスロットの変換について説明したが、この光パルス列からなる光アドレスの変換では任意の光パルス列からなる光アドレスを任意の光パルス列からなる光アドレスに変換できるものである。具体的には、可変遅延線の光路長差を適切な値に設定することにより、例えば、４ビットの光パルス列からなる光アドレス「１１１１」を４ビットの光パルス列からなる光アドレス「１０１１」などに変換することができるものである。但し、アドレス「００００」からは、「００００」以外の他のアドレスに変換することは不可能である。従って、アドレスとして「００００」は用いないこととする。
【００５１】
図９に示す光アドレスの変換は、入力光パルス列ＡＢＣＤからなる光アドレス「１１１１」を出力光パルス列Ａ−ＢＡからなる光アドレス「１０１１」に変換するものである。
【００５２】
このような変換を行う場合、図１に示す光信号処理回路においては、可変遅延線９ａ〜９ｃの光路長は、それぞれ可変遅延線９ｄの光路長に対して３ｃＴｏ／ｎ，ｃ（２Ｔｏ−τｏ）／ｎ，ｃ（Ｔｏ＋τｏ）／ｎずつ長く設定される。また、可変遅延線９ｅ〜９ｇの光路長は、それぞれ可変遅延線９ｈの光路長に対して３ｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎ，２ｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎ，ｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎずつ長く設定される。
【００５３】
このような設定を行った図１の光信号処理回路を図６で説明したと同様に光ゲートスイッチ１１ａ，１１ｂを作動させることにより、図９に示すように、光アドレスが「１１１１」から「１０１１」に変換されることになる。
【００５４】
図９の動作について簡単に説明すると、まず図９（ａ）に示すように、光パルス列ＡＢＣＤからなる光アドレス「１１１１」が入力導波路７ａから第１の光分波器８ａに入力されると、このパルス列ＡＢＣＤは第１の光分波器８ａで複数のパルス列に分波される。そして、この分波された複数のパケット列は、それぞれ可変遅延線９ａ〜９ｄで上述したように設定された光路長に相当する時間遅延させられて、第１の光合波器１０ａで合波されて、図９（ｂ）に示すような互いに遅延した複数のパルス列として導波路７ｊに出力される。
【００５５】
図９（ｂ）に示すように、導波路７ｊに出力された複数のパルス列は、第１の光ゲートスイッチ１１ａで周期Ｔｏでゲートされ、第１の光ゲートスイッチ１１ａからは、図９（ｃ）に示すようなパルス列Ａ−ＢＡが個々に出力される。
【００５６】
図９（ｃ）に示すように、第１の光ゲートスイッチ１１ａから出力されたパルス列Ａ−ＢＡは、第２の光分波器８ｂで複数のパルス列に分波され、この分波された複数のパルス列はそれぞれ上述したように光路長が設定された可変遅延線９ｅ〜９ｈに入力されて遅延させられる。この可変遅延線９ｅ〜９ｈからの複数のパルス列を第２の光合波器１０ｂで合波すると、図９（ｄ）に示すような複数のパルス列として導波路７ｔに出力される。
【００５７】
図９（ｄ）に示すように導波路７ｔに出力された複数のパルス列を第２の光ゲートスイッチ１１ｂでゲートすれば、図９（ｅ）に示すような光パルス列Ａ−ＢＡからなる光アドレス「１０１１」が取り出される。この結果、入力アドレス「１１１１」は、アドレス「１０１１」に変換されて出力されるというように光アドレスの変換が行われるのである。
【００５８】
また、図９に示す光アドレスの変換を図７に示した光信号処理回路で行う場合には、図７の光信号処理回路の可変遅延線３２ａ，３２ｂの光路長は、それぞれ導波路３０ｅ，３０ｈの光路長に対してｃ（Ｔｏ＋τｏ）／ｎ，ｃ（２Ｔｏ−τｏ）／ｎずつ長く設定され、可変遅延線３２ｃ，３２ｄの光路長は、それぞれ導波路３０ｏ，３０ｒの光路長に対してｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎ，２ｃ（Ｔｏ−τｏ）／ｎずつ長く設定される。
【００５９】
このような設定を行った図７の光信号処理回路を図８で説明したと同様に光ゲートスイッチ３３ａ，３３ｂを作動させることにより、図９に示すように、光アドレスが「１１１１」から「１０１１」に変換されることになる。
【００６０】
次に、図１０を参照して、上述した各実施形態の光信号処理回路に使用されている導波路部の構成について説明する。前記各実施形態の光信号処理回路の導波路部は、その長手方向に垂直な断面を図１０に示すように構成されている。なお、導波路部は、石英系ガラス導波路を使用している。
【００６１】
図１０において、３４はＳｉ基板であり、３５は下部クラッド層であり、３７は上部クラッド層である。そして、この上部クラッド層３７内に導波路を構成するコア層３６ａ，３６ｂが形成されている。
【００６２】
図１０（ａ）は、コア層からなる導波路３６ａ，３６ｂを数μｍ程度に近接させて、例えば図３の１７ａ，１７ｂに示すような方向性結合器を構成している部分である。また、図１０（ｂ）は、コア層からなる導波路３６ａ，３６ｂを離隔するとともに、一方の導波路３６ａ上の上部クラッド層３７の上に位相シフタである屈折率制御部３８を構成し、これにより光スイッチの位相シフタ部を構成している。
【００６３】
また、石英系ガラス導波路と半導体レーザ増幅器とのハイブリッド集積は、図１１に導波路長手方向の断面を示すＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）プラットフォームを用いて行っている。同図においては、Ｓｉ基板３９上に異方性エッチングによりテラス領域４０を形成した後、これを完全に埋め込むように火炎堆積法によってＳｉＯ2 下部クラッド層４５を形成している。
【００６４】
次に、半導体レーザ増幅器搭載時の高さ基準面を形成するために平坦化研磨を行い、Ｓｉテラス表面を露出させている。続いて、導波路のコアの高さと半導体レーザ増幅器の活性層４４の高さを一致させるためにＳｉＯ2 高さ調整層４６、ＧｅＯ2 をドーパントとして添加したＳｉＯ2 コア層４７を堆積している。
【００６５】
それから、図１、図７に示すようなパターンを用いて、コア層をエッチングしてコア部分４７を作成する。その後、ＳｉＯ2 上部クラッド層４８を堆積して導波路部分の作製を完了する。次に、半導体レーザ増幅器搭載部と電気配線部を形成する部分の上部クラッド層および高さ調整層をエッチングして、Ｓｉテラス表面を露出する。最後、Ｓｉテラス表面に絶縁用ＳｉＯ2 膜を形成し、その上にＡｕ電気配線４１とＡｕＳｎ半田パターン４２を形成し、半導体レーザ増幅器４３を搭載する。なお、熱光学効果による位相シフタ（屈折率制御部）は、所定の導波路上に薄膜ヒータおよび電気配線を蒸着して構成されている。
【００６６】
なお、本発明の光信号処理回路の導波路部分は、上述した各実施形態のようなガラス導波路に限らず、強誘電体導波路、半導体導波路、ポリマー導波路、および光ファイバなどを用いて実現することができることは明らかである。また、いくつかの種類の導波路を組み合わせたハイブリッド集積構成を用いても実現することができることも明らかである。位相シフタとしては、例えばポリマー導波路を用いた場合、熱光学効果を用いて屈折率変化を誘起する現象、強誘電体導波路を用いた場合、電気光学を用いて屈折率変化を誘起する現象、光ファイバを用いた場合、圧電素子を用いてファイバ長変化をもたらし、等価的に屈折率変化を誘起する現象などを使用することができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光信号列を分波し、この分波された複数の光信号列を第１の複数の可変遅延線でそれぞれ所望時間遅延させて合波し、この合波された複数の光信号列を第１の光ゲートスイッチでゲートして所望の光信号を順次取り出し、この光信号を分波した光信号を第２の複数の可変遅延線でそれぞれ所望時間遅延させて、所望の時間順序の光信号列を出力し、第２の複数の可変遅延線から光信号列を合波した複数の光信号列を第２の光ゲートスイッチでゲートして出力するので、可変遅延線と光ゲートスイッチを組み合わせることにより動作の自由度を高くすることができるとともに、また処理信号の数に依存せずに光ゲートスイッチの数は常に２個であり、作製の容易化および低価格化を図ることができる。
【００６８】
また、本発明によれば、入力される光信号列を第１の光スイッチで分配された２つの出力を入力とし、一方を可変遅延線で所望時間遅延させた遅延出力と遅延させられていない他方の入力を入力として２×２光スイッチで２つの出力に分配するという可変遅延線／２×２光スイッチを１段または複数段縦続接続した第１の縦続接続手段で入力光信号列を遅延した複数の光信号列を生成し、この複数の光信号列を第１の光ゲートスイッチでゲートして所望の光信号を取り出し、この光信号列を第２の光スイッチで分配された２つの出力を入力とし、一方を可変遅延線または固定遅延線で所望時間遅延させ、この遅延出力と遅延させられていない他方の入力とを入力として２×２光スイッチで２つの出力に分配するという可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチを１段または複数段縦続接続した第２の縦続接続手段で光信号列を遅延した複数の光信号列を生成し、この複数の光信号列のうちすべてがそろった光信号列を第２の光ゲートスイッチでゲートして出力するので、可変遅延線または固定遅延線、光スイッチおよび光ゲートスイッチを組み合わせることにより動作の自由度を高くすることができるとともに、また処理信号の数に依存せずに光ゲートスイッチの数は常に２個であり、作製の容易化および低価格化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光信号処理回路の構成を示す図である。
【図２】図１に示す光信号処理回路に使用されている可変遅延線の構成を示す図である。
【図３】図２に示す可変遅延線に使用されている光スイッチの構成を示す図である。
【図４】図１に示す光信号処理回路に使用されている可変遅延線の他の構成を示す図である。
【図５】図１に示す光信号処理回路に使用されている可変遅延線の更に他の構成を示す図である。
【図６】図１に示す光信号処理回路の作用を示す光信号列の波形図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る光信号処理回路の構成を示す図である。
【図８】図７に示す光信号処理回路の作用を示す光信号列の波形図である。
【図９】図１または図７に示した光信号処理回路の他の作用である光アドレスの変換処理を示す光信号列の波形図である。
【図１０】各実施形態の光信号処理回路に使用されている導波路部を構成する石英系ガラス導波路の長手方向に垂直な断面図である。
【図１１】ハイブリッド集積構成の導波路の長手方向の断面図である。
【図１２】従来の光信号処理回路の構成を示す図である。
【図１３】図１２に示す従来の光信号処理回路の作用を示すパケット列の波形図である。
【符号の説明】
７ａ〜７ｕ，３０ａ〜３０ｕ 導波路
８ａ，８ｂ 光分波器
９ａ，９ｈ，３２ａ〜３２ｄ 可変遅延線
１０ａ，１０ｂ 光合波器
１１ａ，１１ｂ，３３ａ，３３ｂ 光ゲートスイッチ
３１ａ〜３１ｆ 光スイッチ
Claims (6)
- 入力される光信号列を複数の信号列に分波する第１の光分波器と、
該第１の光分波器で分波された複数の光信号列をそれぞれ所望時間遅延させる第１の複数の可変遅延線と、
該第１の複数の可変遅延線でそれぞれ遅延させられた複数の光信号列を合波する第１の光合波器と、
該第１の光合波器で合波された複数の光信号列の各々を所定の時間でゲートして各光信号列から所望の光信号を順次取り出して出力する第１の光ゲートスイッチと、
該第１の光ゲートスイッチから順次出力される光信号を分波する第２の光分波器と、
該第２の光分波器から順次出力される光信号をそれぞれ所望時間遅延させて出力する第２の複数の可変遅延線または固定遅延線と、
該第２の複数の可変遅延線または固定遅延線からそれぞれ出力される光信号列を合波する第２の光合波器と、
この合波された複数の光信号列のうちすべてがそろった１つをゲートして出力する第２の光ゲートスイッチと
を有することを特徴とする光信号処理回路。 - 入力される光信号列を入力として２つの出力に接続する第１の光スイッチと、
該第１の光スイッチの２つの出力を入力とし、この２つの入力のうち一方を所望時間遅延させる可変遅延線とし、該可変遅延線で遅延させられていない他方の入力と該可変遅延線からの遅延出力を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する２×２光スイッチを有する可変遅延線／２×２光スイッチを前段の可変遅延線／２×２光スイッチの２つの出力が後段の可変遅延線／２×２光スイッチの２つの入力となるように１段または複数段縦続接続して構成される第１の縦続接続手段と、
該第１の縦続接続手段の最終段の可変遅延線／２×２光スイッチの一方の出力を所定の時間でゲートする第１の光ゲートスイッチと、
該第１の光ゲートスイッチの出力を入力として２つの出力に接続する第２の光スイッチと、
該第２の光スイッチの２つの出力を入力とし、この２つの入力のうち一方を所望時間遅延させる可変遅延線または固定遅延線とし、該可変遅延線または固定遅延線で遅延させられていない他方の入力と該可変遅延線または固定遅延線からの遅延出力を入力として２つの出力に接続する２×２光スイッチを有する可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチを前段の可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチの２つの出力が後段の可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチの２つの入力となるように１段または複数段縦続接続して構成される第２の縦続接続手段と、
該第２の縦続接続手段の最終段の可変遅延線／２×２光スイッチまたは固定遅延線／２×２光スイッチの一方の出力を所定の時間でゲートする第２の光ゲートスイッチと
を有することを特徴とする光信号処理回路。 - 前記可変遅延線は、
入力される光信号列を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する入力用光スイッチと、
該入力用光スイッチの２つの出力のうち一方を所定時間遅延させ、他方を遅延させないような一対の非対称アームに入力し、この非対称アームからの遅延させられた光信号と遅延させられていない光信号を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する２×２光スイッチを有する非対称アーム／２×２光スイッチを前段の非対称アーム／２×２光スイッチの２つの出力が後段の非対称アーム／２×２光スイッチの２つの入力となるように１段または複数段縦続接続して構成される縦続接続手段と
を有することを特徴とする請求項１または２記載の光信号処理回路。 - 前記非対称アームの光路長差がアームの個数をＬ（Ｌは自然数）として、最小の光路長差に対して２倍、２2倍、…、２L-1倍であることを特徴とする請求項３記載の光信号処理回路。
- 前記可変遅延線は、
入力される光信号列を分波する入力用光分波器と、
該入力用光分波器の各出力に接続され、該入力用光分波器から出力される複数の光信号列をそれぞれ所定時間遅延させる複数の遅延手段と、
該複数の遅延手段のそれぞれに接続され、該複数の遅延手段のうち、所望時間遅延した光信号列を取り出して出力する複数の光スイッチと、
該複数の光スイッチから出力される光信号列を合波して出力する出力用光合波器と
を有することを特徴とする請求項１または２記載の光信号処理回路。 - 前記可変遅延線は、
入力される光信号列を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する入力用光スイッチと、
該入力用光スイッチの２つの出力のうちの一方を所定時間遅延させる遅延手段と該遅延手段の出力を入力として２つの出力のいずれかに切り替え接続する光スイッチを有する遅延手段／光スイッチを前段の遅延手段／光スイッチの２つの出力のうちの一方が後段の遅延手段／光スイッチの入力となるように１段または複数段縦続接続して構成される縦続接続手段と、
前記入力用光スイッチの２つの出力のうちの他方の出力および縦続接続手段を構成する１段または複数段の遅延手段／光スイッチにおける光スイッチの２つの出力のうちの他方の１つまたは複数の出力を合波して出力する出力用光合波器と
を有することを特徴とする請求項１または２記載の光信号処理回路。
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