JP4724216B2 - 光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムに関し、より詳細には、光波長多重された複数の信号を用い、信号の波長に応じて信号の経路が定まる光通信システムに関する。

複数の光信号を異なる波長の光に乗せ、１本の光ファイバで伝送する波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムは、伝送路の容量を大幅に増大させることが可能であり、既に基幹系システムを中心に導入が進んでいる。

さらに近年、光信号の波長を伝送路容量の増大に利用するだけでなく、ネットワークの経路設定に用いる手法の検討も進んでおり、その一例として波長多重信号を送受信する通信ノードと、アレイ導波路回折格子を利用することで、通信ノード間にフルメッシュの接続性を得られる光通信システムがある。

図１２に波長可変光源とアレイ導波路回折格子を利用した光通信システムの構成を示す。中心にＮ入力Ｎ出力（以下、Ｎ×Ｎと表記する）光波長合分波器２０１が設置され、複数の通信ノード２０２との間が、送受２心の光ファイバ２０３で接続される。尚、本例では、Ｎ＝４の場合を示す。具体的には、光波長合分波器２０１の入出力ポート数を４×４とし、送信器と受光素子の数を４とする場合を示す。

通信ノード２０２の内部には、光信号の送信に関わる装置として、それぞれ所定の波長の信号を出力する送信器２０４−１〜２０４−４と、この送信器２０４−１〜２０４−４の出力を入力とする波長合波器２０５を備える。この波長合波器２０５の出力は送受２心の光ファイバ２０３のうちの１本を介して、４×４光波長合分波器２０１の入力ポートに接続される。同じく、通信ノード２０２の内部には、光信号の受信に関わる装置として、入力されたＷＤＭ信号を波長に応じて定まるポートから出力する波長分波器２０６と、この波長分波器２０６の出力を入力とする受光素子２０７−１〜２０７−４を備える。波長分波器２０６の入力は送受２心の光ファイバ２０３のうちの残りの１本を介して、４×４光波長合分波器２０１の出力ポートに接続される。

４×４光波長合分波器２０１として、アレイ導波路回折格子を使用することが出来る。アレイ導波路回折格子は別に設計によって定まる基本周期（ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）を有しており、これをλ_FSRとする。このλ_FSRを踏まえて得られる入出力ポート間の透過特性は、「入力ポートＸから入力され、出力ポートＹから出力される信号の波長は、その波長がλ_(X+Y-1)＋Ｚ・λ_FSRである。ここで、Ｘ、Ｙは１以上Ｎ以下の整数。Ｚは負の数を含む任意の整数。λは等波長間隔あるいは等周波数間隔など所定の間隔で定義された波長。」と定義できる。以降では、特にλを等波長間隔Δλで定義し、λ_FSR＝４・Δλである場合を例に考える。即ち、「入力ポートＸから入力され、出力ポートＹから出力される信号の波長は、その波長がλ_(X+Y-1+4Z)である。」と表せる場合である。

各通信ノード２０２では、送信器２０４−１〜２０４−４、波長合波器２０５を用いて、λ₁からλ₄までの４波長が波長分割多重化された信号を出力するものとする。同様に、各通信ノード２０２では、波長合波器２０６、送信器２０７−１〜２０７−４を用いて、λ₁からλ₄までの４波長が波長分割多重化された信号を受信するものとする。

このとき、いずれかの通信ノード２０２から出力された４波長の波長分割多重化された信号は、通信ノード２０２が接続されている４×４光波長合分波器２０１の入力ポートに入力されると、その入出力特性に従って波長毎に異なる出力ポートに出力され、４×４光波長合分波器２０１の出力ポートに接続されている通信ノード２０２において波長分波器２０６で分波され、信号波長に応じて定まる受光素子２０７−１〜２０７−４のいずれかで受光される。

同様に、全ての通信ノード２０２から出力された４波長の波長分割多重化された信号の経路を辿ると、フルメッシュの光ファイバを敷設した場合と同じ接続性が得られることが分かる。従って、通信ノード間で大容量のデータを低遅延で送受信することが可能となる。

K. Kato et al., "32×32 full-mesh(1024 path) wavelength-routing WDM network based on uniform-loss cyclic-frequency arrayed-waveguide grating", Electronics Letters, 2000, 36, pp. 1294-1296 H. Takahashi et al., "Transmission characteristics of arrayed waveguide N×N wavelength multiplexer", J. Lightwave Technol., 1995, 13, pp. 447-455

しかしながら、このような従来技術を用いて実現される光通信システムでは、システムを拡張するために、図１３に示すように、波長多重信号を送受信する通信ノードと４×４光波長合分波器からなるシステムを２つ設け、単純に４×４光波長合分波器のポート間を接続しても、全ての通信ノード間にフルメッシュの光ファイバを敷設した場合と同じ接続性を得ることは出来ない。例えば、図１３に示すように、第１の４×４光波長合分波器２０１の第４出力ポートと、第２の４×４光波長合分波器２０１の第２入力ポートを接続し、第２の４×４光波長合分波器２０１の第２出力ポートと、第１の４×４光波長合分波器２０１の第４入力ポートを接続する場合を考える。

このとき、第１の４×４光波長合分波器２０１の第１入出力ポートに接続された通信ノード２０２から、λ₄、λ₈、λ₁₂等のλ_(4Z)で表される波長を送出すると、第１の４×４光波長合分波器２０１の第４出力ポートを経由して、第２の４×４光波長合分波器２０１の第２入力ポートに入力されるが、全て第２の４×４光波長合分波器２０１の第３出力ポートから出力され、同じ通信ノード２０２に届いてしまい、第２の４×４光波長合意分波器２０１に接続されている他の通信ノードには、信号を送ることができない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、通信ノード間にフルメッシュの接続性を得られる複数の光通信システムが、各光通信システム内の光波長合分波器の入出力ポート間をフルメッシュの接続性を失わないように接続することによって接続された光通信システムを提供することにある。

このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、１波長の信号又は波長多重信号を送受信する複数の通信ノードと、Ｋ個（Ｋは２以上の整数）の多入力多出力の光波長合分波器を備えた光通信システムであって、所望の整数Ｃに対して、少なくとも、所定の間隔Δλを有する波長λ₁からλ_Cを使用し、基本周期がＡ_k×Δλ（ｋは１以上Ｋ以下の整数、Ａ_kは２以上の整数）の第ｋの多入力多出力の光波長合分波器は、任意の１つの入力ポートに信号が入力されると、任意の隣接する２つの出力ポートからそれぞれ出力される信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＡ_k×Δλの整数倍異なり、任意の隣接する２つの入力ポートにそれぞれ信号が入力されると、任意の１つの出力ポートから出力される２つの信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＡ_k×Δλの整数倍異なる特性を有し、前記各光波長合分波器の出力ポートと入力ポートのうち、各々少なくとも１つが、それぞれ別の前記光波長合分波器の入力ポートと出力ポートに導波路を介して接続され、その他には前記各通信ノードが導波路を介してそれぞれ接続され、Ｋ個の整数Ａ ₁ 、Ａ ₂ 、…、Ａ _k の内、どの２つの整数も最大公約数が１で互いに素であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、１波長の信号又は波長多重信号を送受信する複数の通信ノードと、Ｋ個（Ｋは２以上の整数）の多入力多出力の光波長合分波器を備えた光通信システムであって、所望の整数Ｃに対して、少なくとも、所定の間隔Δλを有する波長λ ₁ からλ _C を使用し、基本周期がＡ _k ×Δλ（ｋは１以上Ｋ以下の整数、Ａ _k は２以上の整数）の第ｋの多入力多出力の光波長合分波器は、任意の１つの入力ポートに信号が入力されると、任意の隣接する２つの出力ポートからそれぞれ出力される信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＡ _k ×Δλの整数倍異なり、任意の隣接する２つの入力ポートにそれぞれ信号が入力されると、任意の１つの出力ポートから出力される２つの信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＡ _k ×Δλの整数倍異なる特性を有し、前記各光波長合分波器の出力ポートと入力ポートのうち、各々少なくとも１つが、それぞれ別の前記光波長合分波器の入力ポートと出力ポートに導波路を介して接続され、その他には前記各通信ノードが導波路を介してそれぞれ接続され、Ｋ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_kの内、２つの整数Ａ_i、Ａ_j（ｉ、ｊは１以上Ｋ以下の整数）の最大公約数がＤであるとき、第ｉの多入力多出力の光波長合分波器のＤ組の出力ポートと入力ポートと、第ｊの多入力多出力の光波長合分波器のＤ組の入力ポートと出力ポートが、導波路を介してそれぞれ接続されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光通信システムにおいて、前記整数Ｃは、Ｋ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_kの内、２つの整数の最小公倍数の最大値であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の光通信システムにおいて、前記整数Ｃは、Ｋ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_kの最小公倍数であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記各光波長合分波器の出力ポートと入力ポートは、他の全ての前記光波長合分波器の入力ポートと出力ポートにそれぞれ導波路を介して接続されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記光波長合分波器は、アレイ導波路回折格子であることを特徴とする。

本発明によれば、通信ノード間にフルメッシュの接続性を得られる複数の光通信システムを、各光通信システム内の光波長合分波器の入出力ポート間をフルメッシュの接続性を失わないように接続することによって接続することが可能になる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１に係る光通信システムの構成を示し、図２、３に、その入出力ポート間の透過特性を示す。実施形態１は、Ａ×Δλの基本周期を有するＮ×Ｎ光波長合分波器（ＮはＡ以下の整数）と、Ｂ×Δλの基本周期を有するＭ×Ｍ光波長合分波器（ＭはＢ以下の整数）を使用し、特にＡとＢが互いに素（最大公約数が１）の関係であり、波長λ₁からλ_A×Bが所定の間隔Δλで定義されている場合の光通信システムであるが、図１に示す実施形態１は、Ａ＝４、Ｂ＝３、Ｎ＝４、Ｍ＝３の場合を例にとって示す。即ち、波長λ₁からλ₁₂が所定の間隔Δλで定義されているものとする。

以下で本発明の原理を説明する。
図１に示す光通信システムは、４×４光波長合分波器１０１−１、３×３光波長合分波器１０１−２、通信ノード１０２、送受２心の光ファイバ１０３、所定の波長の信号を送出する送信器１０４−１〜１０４−１２、１２×１波長合波器１０５、１×１２波長分波器１０６、受光素子１０７−１〜１０７−１２を含む。送信器１０４の数、波長合波器１０５の入力ポート数、波長分波器１０６の出力ポート数、受光素子１０７の数である１２は、Ａ×Ｂ、即ち、定義した波長数に相当する。

４×４光波長合分波器１０１−１と３×３光波長合分波器１０１−２が設置され、４×４光波長合分波器１０１−１の第４入出力ポートと、３×３光波長合分波器１０１−２の第３出入力ポートが、送受２心の光ファイバ１０３で接続される。４×４光波長合分波器１０１−１の第４入出力ポートと、３×３光波長合分波器１０１−２の第３入出力ポート以外の４×４光波長合分波器１０１−１および３×３光波長合分波器１０１−２の入出力ポートは、それぞれ通信ノード１０２と、送受２心の光ファイバ１０３で接続される。

各通信ノード１０２の内部には、光信号の送信に関わる装置として、所定の波長の信号を送出する送信器１０４−１〜１０４−１２と、この送信器１０４−１〜１０４−１２の出力を入力とする波長合波器１０５を備える。この波長合波器１０５の出力は、送受２心の光ファイバ１０３の内の１本を介して、４×４光波長合分波器１０１−１あるいは３×３光波長合分波器１０１−２の入力ポートに接続される。同じく、各通信ノード１０２の内部には、光信号の受信に関わる装置として、入力されたＷＤＭ信号を波長に応じて定まるポートから出力する波長分波器１０６と、この波長分波器１０６の出力を入力とする受光素子１０７−１〜１０７−１２を備える。波長分波器１０６の入力は送受２心の光ファイバ１０３の内の残りの１本を介して、４×４光波長合分波器１０１−１あるいは３×３光波長合分波器１０１−２の出力ポートに接続される。尚、ここでは各通信ノード１０２の入力と出力は、それぞれ光波長合分波器の同一番号の入出力ポートに接続されているが、必ずしも同一番号の入出力ポートに接続しなくともよい。

４×４光波長合分波器１０１−１および３×３光波長合分波器１０１−２として、具体的にはアレイ導波路回折格子を使用する。アレイ導波路回折格子は、占有容積が小さく、多チャンネル化が容易である点で優れている。アレイ導波路回折格子は設計によって定まる基本周期（ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）を有している。本実施形態においては、（基本周期／Δλ）の値が互いに素（最大公約数が１）である２つの光波長合分波器を使用する。具体的には、基本周期が４×Δλである４×４光波長合分波器１０１−１および基本周期が３×Δλである３×３光波長合分波器１０１−２を使用する場合を示す。

図２に、４×４光波長合分波器１０１−１および３×３光波長合分波器１０１−２において、λ₁からλ₁₂までの波長について、入出力ポート間を透過する信号の波長を示す。一般には「入力ポートＸから入力され、出力ポートＹから出力される信号の波長は、λ_(X+Y-1)と、λ_(X+Y-1)と基本周期単位で異なる波長（Ｘ、Ｙは１以上入出力ポート数以下の整数）である。」と定義できる。

図２に示される入出力ポート間の透過特性を元に、４×４光波長合分波器１０１−１の第４入出力ポートと、３×３光波長合分波器１０１−２の第３出入力ポートが、送受２心の光ファイバ１０３で接続される場合に得られる、入出力ポート間の透過特性を図３に示す。ここで、４×４光波長合分波器１０１−１と、３×３光波長合分波器１０１−２は、（基本周期／Δλ）の値が互いに素（最大公約数が１）であるために、全ての入出力ポートの組み合わせで、λ₁からλ₁₂までの波長の内、少なくとも１波長の信号が透過する。

各通信ノード１０２では、送信器１０４−１〜１０４−１２、波長合波器１０５を用いて、λ₁からλ₁₂までの１２波長が波長分割多重化された信号を出力するものとする。同様に、各通信ノード１０２では、波長合波器１０６、送信器１０７−１〜１０７−１２を用いて、λ₁からλ₁₂までの１２波長が波長分割多重化された信号を受信するものとする。この時、いずれかの通信ノード１０２から出力されたλ₁からλ₁₂までの１２波長が波長分割多重化された信号は、４×４波長合分波器１０１−１あるいは３×３波長合分波器１０１−２の入力ポートに入力されると、図３に示される入出力特性に従って波長毎に定まる出力ポートに出力され、その出力ポートに接続されている通信ノード１０２において波長分波器１０６で分波され、信号波長に応じて定まる受光素子１０７−１から１０７−１２のいずれかで受光される。ここで、図３に示される入出力特性により、どの入力ポートから信号を入力しても、全ての出力ポートから少なくとも１波長の信号が出力されることから、全通信ノード間でフルメッシュの接続性を得ることが出来る。即ち、２つの光波長合分波器をまたがって、１つのフルメッシュ接続網が得られる。

この機能は、一般に、互いに素（最大公約数が１）なＡ、Ｂ２整数に対して、Ａ×Δλの基本周期を有するＮ×Ｎ光波長合分波器とＢ×Δλの基本周期を有するＭ×Ｍ光波長合分波器を使用する場合に、Ａ×Ｂ種類の波長を使用することで、必ず成立するものである。尚、ＮはＡ以下の値であれば、必ずしもＡと同じ値である必要は無く、ＭもＢ以下の値であれば、必ずしもＢと同じ値である必要は無く、全ての場合でフルメッシュの接続性を得られる。

例えば、本実施形態では、Ａ＝４、Ｂ＝３、Ｎ＝４、Ｍ＝３で、波長λ₁からλ₁₂を使用する場合を例に示したが、他にも、Ａ＝５、Ｂ＝８、Ｎ＝５、Ｍ＝８で、波長λ₁からλ₄₀を使用する構成や、Ａ＝５、Ｂ＝８、Ｎ＝４、Ｍ＝７で、波長λ₁からλ₄₀を使用する構成であっても同様の機能を実現することができる。

（実施形態２）
図４に、本発明の実施形態１に係る光通信システムの構成を示し、図５、６に、その入出力ポート間の透過特性を示す。実施形態２は、Ａ×Δλの基本周期を有するＮ×Ｎ光波長合分波器（ＮはＡ以下の整数）と、Ｂ×Δλの基本周期を有するＭ×Ｍ光波長合分波器（ＭはＢ以下の整数）を使用し、特にＡとＢの最大公約数が１でない場合であり、ＡとＢの最小公倍数をＣとするとき、波長λ₁からλ_Cが所定の間隔Δλで定義されている場合の光通信システムである。図４に、実施形態２としてＡ＝６、Ｂ＝４、Ｎ＝６、Ｍ＝４の場合を例にとって示す。即ち、波長λ₁からλ₁₂が所定の間隔Δλで定義されているものとする。

以下に、本実施形態の原理を説明する。図４に示す光通信システムは、６×６光波長合分波器１０１−１、４×４光波長合分波器１０１−２、通信ノード１０２、送受２心の光ファイバ１０３、所定の波長の信号を送出する送信器１０４−１〜１０４−１２、１２×１波長合波器１０５、１×１２波長分波器１０６、受光素子１０７−１〜１０７−１２を含む。送信器１０４の数、波長合波器１０５の入力ポート数、波長分波器１０６の出力ポート数、受光素子１０７の数である１２は、ＡとＢの最小公倍数Ｃ、即ち定義した波長数に相当する。

６×６光波長合分波器１０１−１と４×４光波長合分波器１０１−２が設置され、６×６光波長合分波器１０１−１の第５入出力ポートと４×４光波長合分波器１０１−２の第４出入力ポートが送受２心の光ファイバ１０３で接続されるとともに、６×６光波長合分波器１０１−１の第６入出力ポートと４×４光波長合分波器１０１−２の第２出入力ポートが送受２心の光ファイバ１０３で接続される。６×６光波長合分波器１０１−１の第５・第６入出力ポートと、４×４光波長合分波器１０１−２の第２・第４入出力ポート以外の６×６光波長合分波器１０１−１および４×４光波長合分波器１０１−２の入出力ポートは、それぞれ通信ノード１０２と、送受２心の光ファイバ１０３で接続される。

通信ノード１０２の内部には、光信号の送信に関わる装置として、所定の波長の信号を送出する送信器１０４−１〜１０４−１２と、この送信器１０４−１〜１０４−１２の出力を入力とする波長合波器１０５を備える。波長合波器１０５の出力は、送受２心の光ファイバ１０３の内の１本を介して、６×６光波長合分波器１０１−１あるいは４×４光波長合分波器１０１−２の入力ポートに接続される。同じく、通信ノード１０２の内部には、光信号の受信に関わる装置として、入力されたＷＤＭ信号を波長に応じて定まるポートから出力する波長分波器１０６と、この波長分波器１０６の出力を入力とする受光素子１０７−１〜１０７−１２を備える。波長分波器１０６の入力は送受２心の光ファイバ１０３の内の残りの１本を介して、６×６光波長合分波器１０１−１あるいは４×４光波長合分波器１０１−２の出力ポートに接続される。尚、ここでは各通信ノード１０２の入力と出力は、それぞれ光波長合分波器の同一番号の入出力ポートに接続されているが、必ずしも同一番号の入出力ポートに接続しなくともよい。

６×６光波長合分波器１０１−１および４×４光波長合分波器１０１−２として、具体的にはアレイ導波路回折格子を使用する。アレイ導波路回折格子は、占有容積が小さく、多チャンネル化が容易である点で優れている。アレイ導波路回折格子は設計によって定まる基本周期（ＦＳＲ）を有している。本実施形態においては、（基本周期／Δλ）の値の最大公約数が１でない２つの光波長合分波器を使用し、（基本周期／Δλ）の値の最大公約数と同数の送受２心の光ファイバ対を用いて光波長合分波器同士を接続する。具体的には、（基本周期／Δλ）の値の最大公約数が２である、基本周波数が６×Δλである６×６光波長合分波器１０１−１と、基本周期が４×Δλである４×４光波長合分波器１０１−２を使用し、２組の送受２心の光ファイバ１０３を用いて接続する場合を示す。

図５に、６×６光波長合分波器１０１−１および４×４光波長合分波器１０１−２において、λ₁からλ₁₂までの波長について、入出力ポート間を透過する信号の波長を示す。一般には「入力ポートＸから入力され、出力ポートＹから出力される信号の波長は、λ_(X+Y-1)と、λ_(X+Y-1)と基本周期単位で異なる波長（Ｘ、Ｙは１以上入出力ポート数以下の整数）である。」と定義できる。

図５に示す入出力ポート間の透過特性を元に、６×６光波長合分波器１０１−１の第５入出力ポートと４×４光波長合分波器１０１−２の第４出入力ポートが送受２心の光ファイバ１０３で接続されると同時に、６×６光波長合分波器１０１−１の第６入出力ポートと４×４光波長合分波器１０１−２の第２出入力ポートが送受２心の光ファイバ１０３で接続される場合に得られる、入出力ポート間の透過特性を図６に示す。ここで、６×６光波長合分波器１０１−１と、４×４光波長合分波器１０１−２は、（基本周期／Δλ）の値が互いに素（最大公約数が１）でなく、最大公約数が２である点に注意を要する。光波長合分波器の周期性により、光波長合分波器間を接続する送受２心の光ファイバ１０３が１組だけの場合、ある通信ノードから送出された信号は、この通信ノードが直接接続されていない光合分波器の出力ポートの内、１／２（一般には、１／（（基本周期／Δλ）の最大公約数））のポートからしか出力されない。従って、光波長合分波器間を接続する送受２心の光ファイバ１０３を２組（一般には、（基本周期／Δλ）の最大公約数と同数組）に増やすことにより、全ての入出力ポートの組み合わせで、少なくとも１波長の信号が透過できるようにしている。

各通信ノード１０２では、送信器１０４−１〜１０４−１２、波長合波器１０５を用いて、λ₁からλ₁₂までの１２波長が波長分割多重化された信号を出力するものとする。同様に、各通信ノード１０２では、波長合波器１０６、送信器１０７−１〜１０７−１２を用いて、λ₁からλ₁₂までの１２波長が波長分割多重化された信号を受信するものとする。

この時、いずれかの通信ノード１０２から出力されたλ₁からλ₁₂までの１２波長が波長分割多重化された信号は、６×６光波長合分波器１０１−１あるいは４×４光波長合分波器１０１−２の入力ポートに入力されると、図６に示す入出力特性に従って波長毎に定まる出力ポートに出力され、この出力ポートに接続されている通信ノード１０２において波長分波器１０６で分波され、信号波長に応じて定まる受光素子１０７−１から１０７−１２のいずれかで受光される。ここで、図６に示す入出力特性により、どの入力ポートから信号を入力しても、全ての出力ポートから少なくとも１波長の信号が出力されることから、全通信ノード間でフルメッシュの接続性を得ることが出来る。即ち、２つの光波長合分波器をまたがって、１つのフルメッシュ接続網が得られる。

この機能は、一般に、最大公約数が１でないＡ、Ｂ２整数に対して、Ａ×Δλの基本周期を有するＮ×Ｎ光波長合分波器とＢ×Δλの基本周期を有するＭ×Ｍ光波長合分波器を使用する場合に、Ａ、Ｂの最大公約数と同数組の送受２心の光ファイバを用いて適切なポート間を接続し、Ａ、Ｂの最小公倍数と同数種類の波長を使用することで、必ず成立するものである。尚、ＮはＡ以下の値であれば、必ずしもＡと同じ値である必要は無く、ＭもＢ以下の値であれば、必ずしもＢと同じ値である必要はなく、全ての場合でフルメッシュの接続性を得られる。

例えば、本実施形態では、Ａ＝４、Ｂ＝６、Ｎ＝４、Ｍ＝６で、４×４アレイ導波路回折格子の第２入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第６出入力ポートとを接続するとともに、４×４アレイ導波路回折格子の第４入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第５出入力ポートとを接続し、波長λ₁からλ₁₂を使用する構成を示したが、他にも、Ａ＝６、Ｂ＝９、Ｎ＝６、Ｍ＝９で、６×６アレイ導波路回折格子の第６入出力ポートと９×９アレイ導波路回折格子の第１出入力ポートとを接続すると共に、６×６アレイ導波路回折格子の第５入出力ポートと９×９アレイ導波路回折格子の第２出入力ポートとを接続し、６×６アレイ導波路回折格子の第４入出力ポートと９×９アレイ導波路回折格子の第３出入力ポートとを接続し、波長λ₁からλ₁₈を使用する構成や、Ａ＝６、Ｂ＝８、Ｎ＝６、Ｍ＝８で、６×６アレイ導波路回折格子の第６入出力ポートと８×８アレイ導波路回折格子の第１出入力ポートとを接続するとともに、６×６アレイ導波路回折格子の第５入出力ポートと８×８アレイ導波路回折格子の第２出入力ポートとを接続し、６×６アレイ導波路回折格子の第４入出力ポートと８×８アレイ導波路回折格子の第３出入力ポートとを接続し、波長λ₁からλ₂₄を使用する構成であっても、同様の機能を実現できる。

但し、本実施形態２の入出力ポート間の接続を変更し、４×４アレイ導波路回折格子の第４入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第６出入力ポートを接続するとともに、４×４アレイ導波路回折格子の第３入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第５出入力ポートを接続する場合には、フルメッシュの接続性を得ることが出来ない。本実施形態２で示す機能を得るためには、入出力ポート間の配線は、適切に選択する必要がある。

（実施形態３）
図７に、本発明の実施形態３に係る光通信システムの構成を示し、図８、９に、その入出力ポート間の透過特性を示す。実施形態３は、Ｋ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kの内、どの２つの整数も互いに素（最大公約数が１）であり、Ｋ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kの積をＤとするとき、波長λ₁からλ_Dが所定の間隔Δλで定義されていて、Ａ₁×ΔλからＡ_K×Δλまでの基本周期を有するＮ₁×Ｎ₁光波長合分波器からＮ_K×Ｎ_K光波長合分波器までのＫ個の光波長合分波器（ｉを１以上Ｋ以下の整数とするとき、Ｎ_iはＡ_i以下の整数）を使用する光通信システムであるが、図７〜９に示す本実施形態では、Ｋ＝３で、Ａ₁＝Ｎ₁＝４、Ａ₂＝Ｎ₂＝３、Ａ₃＝Ｎ₃＝５、の場合を例にとって示す。即ち、波長λ₁からλ₆₀が所定の間隔Δλで定義されているものとする。

以下に本実施形態の原理を説明する。
図７に示す光通信システムは、４×４光波長合分波器１０１−１、３×３光波長合分波器１０１−２、５×５光波長合分波器１０１−３、通信ノード１０２、送受２心の光ファイバ１０３、所定の波長の信号を送出する送信器１０４−１〜１０４−６０、６０×１波長合波器１０５、１×６０波長分波器１０６、受光素子１０７−１〜１０７−６０を含む。（送信器１０４の数、波長合波器１０５の入力ポート数、波長分波器１０６の出力ポート数、受光素子１０７の数である６０は、Ａ₁×Ａ₂×Ａ₃、即ち定義した波長数に相当する。）

４×４光波長合分波器１０１−１と３×３光波長合分波器１０１−２と５×５光波長合分波器１０１−３が設置され、４×４光波長合分波器１０１−１の第４入出力ポートと３×３光波長合分波器１０１−２の第３出入力ポートが送受２心の光ファイバ１０３で接続され、４×４光波長合分波器１０１−１の第３入出力ポートと５×５光波長合分波器１０１−３の第５出入力ポートが送受２心の光ファイバ１０３で接続される。４×４光波長合分波器１０１−１の第３および第４入出力ポートと、３×３光波長合分波器１０１−２の第３入出力ポート、５×５光波長合分波器１０１−３の第５入出力ポート以外の各光波長合分波器の入出力ポートは、通信ノード１０２と、送受２心の光ファイバ１０３で接続される。

各通信ノード１０２の内部には、光信号の送信に関わる装置として、所定の波長の信号を送出する送信器１０４−１〜１０４−６０と、この送信器１０４−１〜１０４−６０の出力を入力とする波長合波器１０５を備える。この波長合波器１０５の出力は送受２心の光ファイバ１０３の内の１本を介して、４×４光波長合分波器１０１−１、３×３光波長合分波器１０１−２あるいは５×５光波長合分波器１０１−３の入力ポートに接続される。同じく、各通信ノード１０２の内部には、光信号の受信に関わる装置として、入力されたＷＤＭ信号を波長に応じて定まるポートから出力する波長分波器１０６と、この波長分波器１０６の出力を入力とする受光素子１０７−１〜１０７−６０を備える。波長分波器１０６の入力は送受２心の光ファイバ１０３の内の残りの１本を介して、４×４光波長合分波器１０１−１、３×３光波長合分波器１０１−２あるいは５×５光波長合分波器１０１−３の出力ポートに接続される。尚、ここでは各通信ノード１０２の入力と出力は、それぞれ光波長合分波器の同一番号の入出力ポートに接続されているが、必ずしも同一番号の入出力ポートに接続しなくともよい。

４×４光波長合分波器１０１−１、３×３光波長合分波器１０１−２および５×５光波長合分波器１０１−３として、具体的にはアレイ導波路回折格子を使用する。アレイ導波路回折格子は、占有容積が小さく、多チャンネル化が容易である点で優れている。アレイ導波路回折格子は設計によって定まる基本周期（ＦＳＲ）を有している。本実施形態においては、いずれの２台を選択しても、（基本周期／Δλ）の値が互いに素（最大公約数が１）である３つの光波長合分波器を使用する。具体的には、基本周期が４×Δλである４×４光波長合分波器１０１−１、基本周期が３×Δλである３×３光波長合分波器１０１−２および基本周期が５×Δλである５×５光波長合分波器１０１−３を使用する場合を示す。図８に、この４×４光波長合分波器１０１−１、３×３光波長合分波器１０１−２および５×５光波長合分波器１０１−３において、入出力ポート間を透過する信号の波長を示す。一般には「入力ポートＸから入力され、出力ポートＹから出力される信号の波長は、λ_(X+Y-1)と、λ_(X+Y-1)と基本周期単位で異なる波長（Ｘ、Ｙは１以上入出力ポート数以下の整数）である。」と定義できる。

図８に示す入出力ポート間の透過特性を元に、４×４光波長合分波器１０１−１の第４入出力ポートと、３×３光波長合分波器１０１−２の第３出入力ポートが送受２心の光ファイバ１０３で接続され、４×４光波長合分波器１０１−１の第３入出力ポートと、５×５光波長合分波器１０１−３の第５出入力ポートが送受２心の光ファイバ１０３で接続される場合に得られる、入出力ポート間の透過特性を図９に示す。ここで、４×４光波長合分波器１０１−１と、３×３光波長合分波器１０１−２、５×５光波長合分波器１０１−３は、いずれの２台を選択しても（基本周期／Δλ）の値が互いに素（最大公約数が１）であるために、全ての入出力ポートの組み合わせで、λ₁からλ₆₀までの波長のうち、少なくとも１波長の信号が透過する。

各通信ノード１０２では、送信器１０４−１〜１０４−６０、波長合波器１０５を用いて、λ₁からλ₆₀波長が波長分割多重化された信号を出力するものとする。同様に各通信ノード１０２では、波長合波器１０６、送信器１０７−１〜１０７−６０を用いて、λ₁からλ₆₀までの６０波長が波長分割多重化された信号を受信するものとする。

このとき、いずれかの通信ノード１０２から出力されたλ₁からλ₆₀までの６０波長が波長分割多重化された信号は、４×４光波長合分波器１０１−１か３×３光波長合分波器１０１−２、あるいは５×５光波長合分波器１０１−３の入力ポートに入力されると、図９に示す入出力特性従って波長毎に定まる出力ポートに出力され、その出力ポートに接続されている通信ノード１０２において波長分波器１０６で分波され、信号波長に応じて定まる受光素子１０７−１〜１０７−６０のいずれかで受光される。ここで、図９に示す入出力特性により、どの入力ポートから信号を入力しても、全ての出力ポートから少なくとも１波長の信号が出力されることから、全通信ノード間でフルメッシュの接続性を得ることができる。即ち、３つの光波長合分波器をまたがって、１つのフルメッシュ接続網が得られる。

この機能は、一般に、どの２つの整数も互いに素（最大公約数が１）であるＫ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kに対して、Ａ₁×ΔλからＡ_K×Δλまでの基本周期を有するＮ₁×Ｎ₁光波長合分波器からＮ_K×Ｎ_K光波長合分波器までのＫ個の光波長合分波器（ｉを１以上Ｋ以下の整数とするとき、Ｎ_iはＡ_i以下の整数）を使用する場合に、Ｋ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kの積に相当する数の種類の波長を使用することで、必ず成立するものである。尚、Ｎ_iはＡ_i以下の値であれば、必ずＡ_iと同じ値である必要は無く、全ての場合でフルメッシュの接続性を得られる。

例えば、本実施形態では、Ｋ＝３で、Ａ₁＝Ｎ₁＝４、Ａ₂＝Ｎ₂＝３、Ａ₃＝Ｎ₃＝５、であり、波長λ₁からλ₆₀を使用し、第１と第２の光波長合分波器間と第１と第３の光波長合分波器間を送受２心の光ファイバで接続する場合を例に示したが、他にも、Ｋ＝４で、Ａ₁＝Ｎ₁＝３、Ａ₂＝Ｎ₂＝４、Ａ₃＝Ｎ₃＝５、Ａ₄＝Ｎ₄＝７であり、波長λ₁からλ₄₂₀を使用し、第１と第２の光波長合分波器間と第２と第３の光波長合分波器と第２と第４の光波長合分波器間を送受２心の光ファイバで接続する構成であっても、同様の機能を実現できる。

尚、本実施形態では、Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃のどの２数も互いに素である場合に注目して説明したが、最大公約数が１でない２数が存在する場合でも、最大公約数が１でない光波長合分波器間の送受２心の光ファイバ数を、光波長合分波器の（基本周期／Δλ）の最大公約数と同数組にすれば、実施形態２での説明と同じ理由で、フルメッシュの接続特性を得られる。

例えば、Ｋ＝３で、Ａ₁＝Ｎ₁＝４、Ａ₂＝Ｎ₂＝５、Ａ₃＝Ｎ₃＝６であり、波長λ₁からλ₁₂₀を使用し、第１と第２の光波長合分波器間と第１と第３の光波長合分波器間を送受２心の光ファイバで接続する場合、第１と第３の光波長合分波器を接続する送受２心の光ファイバの数を２組とすれば、同様の機能を実現できる。

但し、第１と第３の光波長合分波器間の接続については、実施形態２での説明と同じ理由で、配線を適切に選択する必要がある。例えば、４×４アレイ導波路回折格子の第２入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第６出入力ポートを接続するとともに、４×４アレイ導波路回折格子の第４入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第５出入力ポートを接続する場合には、フルメッシュの接続性を得られる。しかし、４×４アレイ導波路回折格子の第４入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第６出入力ポートを接続するとともに、４×４アレイ導波路回折格子の第３入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第５出入力ポートを接続する場合には、フルメッシュの接続性を得ることができない。

（実施形態４）
実施形態４は、実施形態３において、定義する波長の数を変更し、どの２つの整数も互いに素（最大公約数が１）であるＫ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kの内、２つの整数の積の最大値をＣとするとき、波長λ₁からλ_Cを定義するものである。実施形態３と同様に、Ｋ＝３で、Ａ₁＝Ｎ₁＝４、Ａ₂＝Ｎ₂＝３、Ａ₃＝Ｎ₃＝５の場合には、波長λ₁からλ₂₀が所定の間隔Δλで定義される。このとき、送信器の数、波長合波器の入力ポート数、波長分波器の出力ポート数、受光素子の数が６０から２０に変わる他は、実施形態３と構成は同じである。また、４×４光波長合分波器１０１−１、３×３光波長合分波器１０１−２、５×５光波長合分波器１０１−３の入出力ポート間の透過特性は、波長λ₁からλ₂₀のみが意味を有する他は、図９と変わらない。

このとき、いずれかの通信ノード１０２から出力されたλ₁からλ₂₀までの２０波長が波長分割多重化された信号は、４×４光波長合分波器１０１−１か３×３光波長合分波器１０１−２、あるいは５×５光波長合分波器１０１−３の入力ポートに入力されると、図９に示す入出力特性の内、波長λ₁からλ₂₀に関する特性に従って、波長毎に定まる出力ポートに出力され、その出力ポートに接続されている通信ノード１０２において波長分波器１０６で分波され、信号波長に応じて定まる受光素子１０７−１〜１０７−２０のいずれかで受光される。ここで、図９に示す入出力特性により、同じ光波長合分波器の入出力ポート間と、送受２心の光ファイバで接続されている光波長合分波器の入出力ポート間については、全ての入出力ポートの組み合わせで、λ₁からλ₂₀までの波長の内、少なくとも１波長の信号が透過する。但し、送受２心の光ファイバで直接接続されていない光波長合分波器の入出力ポート間については、必ずしも透過する信号が存在しない。即ち、少なくとも送受２心の光ファイバで直接接続されている光波長合分波器に関しては、光波長合分波器をまたがってフルメッシュの接続性を得ることが出来る。

この機能は、一般に、どの２つの整数も互いに素（最大公約数が１）であるＫ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kに対して、Ａ₁×ΔλからＡ_K×Δλまでの基本周期を有するＮ₁×Ｎ₁光波長合分波器からＮ_K×Ｎ_K光波長合分波器までのＫ個の光波長合分波器（ｉを１以上Ｋ以下の整数とするとき、Ｎ_iはＡ_i以下の整数）を使用する場合、Ｋ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kの内、２つの整数の積の最大値に相当する数の種類の波長を使用することで、必ず成立するものである。尚、Ｎ_iはＡ_i以下の値であれば必ずしもＡ_iと同じ値である必要は無く、Ｎ_i≦Ａ_iの全ての場合において、送受２心の光ファイバで直接接続されている光波長合分波器に関してフルメッシュの接続性を得られる。

例えば、本実施形態では、Ｋ＝３で、Ａ₁＝Ｎ₁＝４、Ａ₂＝Ｎ₂＝３、Ａ₃＝Ｎ₃＝５であり、波長λ₁からλ₂₀を使用し、第１と第２の光波長合分波器間と第１と第３の光波長合分波器間を送受２心の光ファイバで接続する場合を例に示したが、他にも、Ｋ＝４で、Ａ₁＝Ｎ₁＝３、Ａ₂＝Ｎ₂＝４、Ａ₃＝Ｎ₃＝５、Ａ₄＝Ｎ₄＝７であり、波長λ₁からλ₃₅を使用し、第１と第２の光波長合分波器間と第２と第３の光波長合分波器と第３と第４の光波長合分波器間を送受２心の光ファイバで接続する構成であっても、同様の機能を実現できる。

尚、Ｋ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kの中に最大公約数が１でない２数が存在する場合でも、最大公約数が１でない光波長合分波器間の送受２心の光ファイバ数を、光波長合分波器の（基本周期／Δλ）の最大公約数と同数組にすれば、実施形態２での説明と同じ理由で、同様の接続性を得られる。

例えば、Ｋ＝３で、Ａ₁＝Ｎ₁＝４、Ａ₂＝Ｎ₂＝５、Ａ₃＝Ｎ₃＝６であり、波長λ₁からλ₃₀を使用し、第２と第３の光波長合分波器間と第１と第３の光波長合分波器間を送受２心の光ファイバで接続する場合、第１と第３の光波長合分波器間を接続する送受２心の光ファイバの数を２組とすれば、同様の機能を実現できる。

但し、第１と第３の光波長合分波器間の接続については、実施形態２での説明と同じ理由で、配線を適切に選択する必要がある。例えば、４×４アレイ導波路回折格子の第２入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第６出入力ポートを接続するとともに、４×４アレイ導波路回折格子の第４入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第５出入力ポートを接続する場合には、フルメッシュの接続性を得られる。しかし、４×４アレイ導波路回折格子の第４入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第６出入力ポートを接続するとともに、４×４アレイ導波路回折格子の第３入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第５出入力ポートを接続する場合には、フルメッシュの接続性を得ることができない。

また、Ｋ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kの中に同じ整数が含まれていても、光波長合分波器間が送受２心の光ファイバで接続されていなければ、同様の接続性を得られる。

例えば、Ｋ＝３で、Ａ₁＝Ｎ₁＝４、Ａ₂＝Ｎ₂＝５、Ａ₃＝Ｎ₃＝４であり、波長λ₁からλ₂₀を使用し、第１と第２の光波長合分波器間と第２と第３の光波長合分波器間を送受２心の光ファイバで接続する場合にも、同様の機能を実現できる。

（実施形態５）
図１０に、本発明の実施形態５に係る光通信システムの構成を示し、図１１に、その入出力ポート間の透過特性を示す。実施形態５は、Ｋ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kの内、どの２つの整数も互いに素（最大公約数が１）であり、Ｋ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kの積をＤとするとき、波長λ₁からλ_Dが所定の間隔Δλで定義されていて、Ａ₁×ΔλからＡ_K×Δλまでの基本周期を有するＮ₁×Ｎ₁光波長合分波器からＮ_K×Ｎ_K光波長合分波器までのＫ個の光波長合分波器（ｉを１以上Ｋ以下の整数とするとき、Ｎ_iはＡ_i以下の整数）を使用する光通信システムであるが、図１０、１１に示す本実施形態では、Ｋ＝３で、Ａ₁＝Ｎ₁＝４、Ａ₂＝Ｎ₂＝３、Ａ₃＝Ｎ₃＝５、の場合を例にとって示す。即ち、波長λ₁からλ₆₀が所定の間隔Δλで定義されているものとする。

以下に、本実施形態の原理を説明する。
図１０に示す光通信システムは、４×４光波長合分波器１０１−１、３×３光波長合分波器１０１−２、５×５光波長合分波器１０１−３、通信ノード１０２、送受２心の光ファイバ１０３、所定の波長の信号を送出する送信器１０４−１〜１０４−６０、６０×１波長合波器１０５、１×６０波長分波器１０６、受光素子１０７−１〜１０７−６０を含む。（送信器１０４の数、波長合波器１０５の入力ポート数、波長分波器１０６の出力ポート数、受光素子１０７の数６０は、Ａ₁×Ａ₂×Ａ₃、即ち定義した波長数に相当する。）

４×４光波長合分波器１０１−１と３×３光波長合分波器１０１−２と５×５光波長合分波器１０１−３が設置され、４×４光波長合分波器１０１−１の第４入出力ポートと３×３光波長合分波器１０１−２の第３出入力ポートが送受２心の光ファイバ１０３で接続され、４×４光波長合分波器１０１−１の第３入出力ポートと５×５光波長合分波器１０１−３の第５出入力ポートが送受２心の光ファイバ１０３で接続され、３×３光波長合分波器１０１−２の第２入出力ポートと５×５光波長合分波器１０１−３の第４出入力ポートが送受２心の光ファイバ１０３で接続される。４×４光波長合分波器１０１−１の第３および第４入出力ポートと、３×３光波長合分波器１０１−２の第３および第２入出力ポート、５×５光波長合分波器１０１−３の第５および第４入出力ポート以外の入出力ポートは、通信ノード１０２と、送受２心の光ファイバ１０３で接続される。全ての光波長合分波器の組み合わせが、送受２心の光ファイバ１０３で直接接続されていることが実施形態５の特徴である。

通信ノード１０２の内部には、光信号の送信に関わる装置として、所定の波長の信号を送出する送信器１０４−１〜１０４−６０と、この送信器１０４−１〜１０４−６０の出力を入力とする波長合波器１０５を備える。この波長合波器１０５の出力は送受２心の光ファイバ１０３の内の１本を介して、４×４光波長合分波器１０１−１、３×３光波長合分波器１０１−２あるいは５×５光波長合分波器１０１−３の入力ポートに接続される。同じく、通信ノード１０２の内部には、光信号の受信に関わる装置として、入力されたＷＤＭ信号を波長に応じて定まるポートから出力する波長分波器１０６と、この波長分波器１０６の出力を入力とする受光素子１０７−１〜１０７−６０を備える。波長分波器１０６の入力は送受２心の光ファイバ１０３の内の残りの１本を介して、４×４光波長合分波器１０１−１、３×３光波長合分波器１０１−２あるいは５×５光波長合分波器１０１−３の出力ポートに接続される。尚、ここでは各通信ノード１０２の入力と出力は、それぞれ光波長合分波器の同一番号の入出力ポートに接続されているが、必ずしも同一番号の入出力ポートに接続しなくともよい。

４×４光波長合分波器１０１−１、３×３光波長合分波器１０１−２および５×５光波長合分波器１０１−３として、具体的にはアレイ導波路回折格子を使用する。アレイ導波路回折格子は、占有容積が小さく、多チャンネル化が容易である点で優れる。アレイ導波路回折格子は設計によって定まる基本周期（ＦＳＲ）を有している。本実施形態においては、いずれの２台を選択しても、（基本周期／Δλ）の値が互いに素（最大公約数が１）である３つの光波長合分波器を使用する。具体的には、基本周期が４×Δλである４×４光波長合分波器１０１−１、基本周期が３×Δλである３×３光波長合分波器１０１−２および基本周期が５×Δλである５×５光波長合分波器１０１−３を使用する場合を示す。４×４光波長合分波器１０１−１、３×３光波長合分波器１０１−２および５×５光波長合分波器１０１−３において、入出力ポート間を透過する信号の波長は、図８に示したものと同じである。一般には「入力ポートＸから入力され、出力ポートＹから出力される信号の波長は、λ_(X+Y-1)と、λ_(X+Y-1)と基本周期単位で異なる波長（Ｘ、Ｙは１以上入出力ポート数以下の整数）である。」と定義できる。

図８に示す入出力ポート間の透過特性を元に、４×４光波長合分波器１０１−１の第４入出力ポートと３×３光波長合分波器１０１−２の第３出入力ポートが送受２心の光ファイバ１０３で接続され、４×４光波長合分波器１０１−１の第３入出力ポートと５×５光波長合分波器１０１−３の第５出入力ポートが送受２心の光ファイバ１０３で接続され、３×３光波長合分波器１０１−２の第２入出力ポートと５×５光波長合分波器１０１−３の第４出入力ポートが送受２心の光ファイバ１０３で接続される場合に得られる、入出力ポート間の透過特性を図１１に示す。

ここで、４×４光波長合分波器１０１−１と、３×３光波長合分波器１０１−２、５×５光波長合分波器１０１−３は、いずれの２台を選択しても（基本周期／Δλ）の値が互いに素（最大公約数が１）であるために、全ての入出力ポートの組み合わせで、λ₁からλ₆₀までの波長のうち、少なくとも１波長の信号が透過する。

各通信ノード１０２では、送信器１０４−１〜１０４−６０、波長合波器１０５を用いて、λ₁からλ₆₀波長が波長分割多重化された信号を出力するものとする。同様に各通信ノード１０２では、波長合波器１０６、送信器１０７−１〜１０７−６０を用いて、λ₁からλ₆₀までの６０波長が波長分割多重化された信号を受信するものとする。

このとき、いずれかの通信ノード１０２から出力されたλ₁からλ₆₀までの６０波長が波長分割多重化された信号は、４×４光波長合分波器１０１−１か３×３光波長合分波器１０１−２、あるいは５×５光波長合分波器１０１−３の入力ポートに入力されると、図８に示す入出力特性従って波長毎に定まる出力ポートに出力され、その出力ポートに接続されている通信ノード１０２において波長分波器１０６で分波され、信号波長に応じて定まる受光素子１０７−１〜１０７−６０のいずれかで受光される。ここで、図１１に示す入出力特性により、どの入力ポートから信号を入力しても、全ての出力ポートから少なくとも１波長の信号が出力されることから、全通信ノード間でフルメッシュの接続性を得ることができる。即ち、３つの光波長合分波器をまたがって、１つのフルメッシュ接続網が得られる。

また、仮に光波長合分波器間を直接接続する送受２心の光ファイバ１０３の内のいずれかが断線したとしても、すでに示した実施形態３の場合と同様に、フルメッシュの接続性は維持される。

この機能は、一般に、どの２つの整数も互いに素（最大公約数が１）であるＫ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kに対して、Ａ₁×ΔλからＡ_K×Δλまでの基本周期を有するＮ₁×Ｎ₁光波長合分波器からＮ_K×Ｎ_K光波長合分波器までのＫ個の光波長合分波器（ｉを１以上Ｋ以下の整数とするとき、Ｎ_iはＡ_i以下の整数）を使用し、全ての光波長合分波器の組み合わせが、直通の光ファイバで接続されている場合に、Ｋ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kの積に相当する数の種類の波長を使用することで、必ず成立するものである。尚、Ｎ_iはＡ_i以下の値であれば、必ずしもＡ_iと同じ値である必要は無く、Ｎ_i≦Ａ_iの全ての場合でフルメッシュの接続性を得られる。

例えば、本実施形態では、Ｋ＝３で、Ａ₁＝Ｎ₁＝４、Ａ₂＝Ｎ₂＝３、Ａ₃＝Ｎ₃＝５、であり、波長λ₁からλ₆₀を使用し、全ての組み合わせの光波長合分波器間を送受２心の光ファイバで接続する場合を例に示したが、他にも、Ｋ＝４で、Ａ₁＝Ｎ₁＝４、Ａ₂＝Ｎ₂＝５、Ａ₃＝Ｎ₃＝７、Ａ₄＝Ｎ₄＝９であり、波長λ₁からλ₁₂₆₀を使用し、全ての組み合わせの光波長合分波器間を送受２心の光ファイバで接続する構成であっても、同様の機能を実現できる。

尚、本実施形態では、Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃のどの２数も互いに素である場合に注目して説明したが、最大公約数が１でない２数が存在する場合でも、最大公約数が１でない光波長合分波器間の送受２心の光ファイバ数を、光波長合分波器の（基本周期／Δλ）の最大公約数と同数組にすれば、実施形態２での説明と同じ理由で、フルメッシュの接続特性を得られる。例えば、Ｋ＝３で、Ａ₁＝Ｎ₁＝４、Ａ₂＝Ｎ₂＝５、Ａ₃＝Ｎ₃＝６であり、波長λ₁からλ₁₂₀を使用し、全ての組み合わせの光波長合分波器間を送受２心の光ファイバで接続する場合、第１と第３の光波長合分波器間を接続する送受２心の光ファイバの数を２組とすれば、同様の機能を実現できる。

但し、第１と第３の光波長合分波器間の接続については、実施形態２での説明と同じ理由で、配線を適切に選択する必要がある。例えば、４×４アレイ導波路回折格子の第２入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第６出入力ポートを接続するとともに、４×４アレイ導波路回折格子の第４入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第５出入力ポートを接続する場合には、フルメッシュの接続性を得られる。しかし、４×４アレイ導波路回折格子の第４入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第６出入力ポートを接続するとともに、４×４アレイ導波路回折格子の第３入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第５出入力ポートを接続する場合には、フルメッシュの接続性を得ることができない。

（実施形態６）
実施形態６は、実施形態５において、定義する波長の数を変更し、どの２つの整数も互いに素（最大公約数が１）であるＫ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kの内、２つの整数の積の最大値をＣとするとき、波長λ₁からλ_Cを定義するものである。実施形態４と同様に、Ｋ＝３で、Ａ₁＝Ｎ₁＝４、Ａ₂＝Ｎ₂＝３、Ａ₃＝Ｎ₃＝５の場合には、波長λ₁からλ₂₀が所定の間隔Δλで定義される。このとき、送信器の数、波長合波器の入力ポート数、波長分波器の出力ポート数、受光素子の数が６０から２０に変わる他は、実施形態５と構成は同じである。

４×４光波長合分波器１０１−１、３×３光波長合分波器１０１−２、５×５光波長合分波器１０１−３の入出力ポート間の透過特性は、波長λ₁からλ₂₀のみが意味を有する他は、図１１と変わらない。全ての光波長合分波器の組み合わせが、送受２心の光ファイバ１０３で直接接続されているため、全ての入出力ポートの組み合わせで、λ₁からλ₂₀までの波長のうち、少なくとも１波長の信号が透過する。

このとき、いずれかの通信ノード１０２から出力されたλ₁からλ₂₀までの２０波長が波長分割多重化された信号は、４×４光波長合分波器１０１−１か３×３光波長合分波器１０１−２、あるいは５×５光波長合分波器１０１−３の入力ポートに入力されると、図１１に示す入出力特性の内、波長λ₁からλ₂₀に関する特性に従って、波長毎に定まる出力ポートに出力され、その出力ポートに接続されている通信ノード１０２において波長分波器１０６で分波され、信号波長に応じて定まる受光素子１０７−１〜１０７−２０のいずれかで受光される。ここで、図１１に示す入出力特性により、どの入力ポートから信号を入力しても、全ての出力ポートから少なくとも１波長の信号が出力されることから、全通信ノード間でフルメッシュの接続性を得ることができる。即ち、３つの光波長合分波器をまたがって、１つのフルメッシュ接続網が得られる。

この機能は、一般に、どの２つの整数も互いに素（最大公約数が１）であるＫ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kに対して、Ａ₁×ΔλからＡ_K×Δλまでの基本周期を有するＮ₁×Ｎ₁光波長合分波器からＮ_K×Ｎ_K光波長合分波器までのＫ個の光波長合分波器（ｉを１以上Ｋ以下の整数とするとき、Ｎ_iはＡ_i以下の整数）を使用し、全ての光波長合分波器の組み合わせが送受２心の光ファイバ１０３で直接接続されている場合、Ｋ個の整数Ａ₁、Ａ₂、…、Ａ_Kの内、２つの整数の積の最大値に相当する数の種類の波長を使用することで、必ず成立するものである。尚、Ｎ_iはＡ_i以下の値であれば、必ずしもＡ_iと同じ値である必要は無く、Ｎ_i≦Ａ_iの全ての場合でフルメッシュの接続性を得られる。

例えば、本実施形態では、Ｋ＝３で、Ａ₁＝Ｎ₁＝４、Ａ₂＝Ｎ₂＝３、Ａ₃＝Ｎ₃＝５、であり、波長λ₁からλ₂₀を使用し、全ての組み合わせの光波長合分波器間を送受２心の光ファイバで接続する場合を例に示したが、他にも、Ｋ＝４で、Ａ₁＝Ｎ₁＝４、Ａ₂＝Ｎ₂＝５、Ａ₃＝Ｎ₃＝７、Ａ₄＝Ｎ₄＝９であり、波長λ₁からλ₆₃を使用し、全ての組み合わせの光波長合分波器間を送受２心の光ファイバ１０３で接続する構成であっても、同様の機能を実現できる。

尚、本実施形態では、Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃の中に最大公約数が１でない２数が存在する場合でも、最大公約数が１でない光波長合分波器間の送受２心の光ファイバ数を、光波長合分波器の（基本周期／Δλ）の最大公約数と同数組にすれば、実施形態２での説明と同じ理由で、フルメッシュの接続特性を得られる。例えば、Ｋ＝３で、Ａ₁＝Ｎ₁＝４、Ａ₂＝Ｎ₂＝５、Ａ₃＝Ｎ₃＝６であり、波長λ₁からλ₃₀を使用し、全ての組み合わせの光波長合分波器間を送受２心の光ファイバで接続する場合、第１と第３の光波長合分波器間を接続する送受２心の光ファイバ１０３の数を２組とすれば、同様の機能を実現できる。

但し、第１と第３の光波長合分波器間の接続については、実施形態２での説明と同じ理由で、配線を適切に選択する必要がある。例えば、４×４アレイ導波路回折格子の第２入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第６出入力ポートを接続するとともに、４×４アレイ導波路回折格子の第４入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第５出入力ポートを接続する場合には、フルメッシュの接続性を得られる。しかし、４×４アレイ導波路回折格子の第４入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第６出入力ポートを接続するとともに、４×４アレイ導波路回折格子の第３入出力ポートと６×６アレイ導波路回折格子の第５出入力ポートを接続する場合には、フルメッシュの接続性を得ることができない。

以上、本発明について具体的に説明してきたが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、上記の光波長合分波器の基本周期とポート数と透過特性、波長合波器、波長分波器、所定の波長の信号を出力する送信器、受光素子は、本発明の趣旨から逸脱することなく、その数、構成、詳細を変更することができる。また、説明のための構成要素は、本発明の趣旨を逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。

本発明の実施形態１に係る光通信システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る光通信システムの光波長合分波器の波長入出力特性を説明する図である。 本発明の実施形態１に係る光通信システムの全通信ノード間の透過特性を説明する図である。 本発明の実施形態２に係る光通信システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態２に係る光通信システムの光波長合分波器の波長入出力特性を説明する図である。 本発明の実施形態２に係る光通信システムの全通信ノード間の透過特性を説明する図である。 本発明の実施形態３に係る光通信システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態３に係る光通信システムの光波長合分波器の波長入出力特性を説明する図である。 本発明の実施形態３に係る光通信システムの全通信ノード間の透過特性を説明する図である。 本発明の実施形態５に係る光通信システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態５に係る光通信システムの全通信ノード間の透過特性を説明する図である。 従来の光通信システムの説明図である。 従来の光通信システムの説明図である。

符号の説明

１０１−１〜１０１−３、２０１ 光波長合分波器
１０２、２０２ 通信ノード
１０３、２０３ 送受２心の光ファイバ
１０４−１〜１０４−６０、２０４−１〜２０４−４ 所定の波長の信号を送出する送信器
１０５、２０５ 波長合波器
１０６、２０６ 波長分波器
１０７−１〜１０７−６０、２０７−１〜２０７−４ 受光素子

Claims (6)

1. １波長の信号又は波長多重信号を送受信する複数の通信ノードと、Ｋ個（Ｋは２以上の整数）の多入力多出力の光波長合分波器を備えた光通信システムであって、
   所望の整数Ｃに対して、少なくとも、所定の間隔Δλを有する波長λ₁からλ_Cを使用し、
   基本周期がＡ_k×Δλ（ｋは１以上Ｋ以下の整数、Ａ_kは２以上の整数）の第ｋの多入力多出力の光波長合分波器は、
   任意の１つの入力ポートに信号が入力されると、任意の隣接する２つの出力ポートからそれぞれ出力される信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＡ_k×Δλの整数倍異なり、
   任意の隣接する２つの入力ポートにそれぞれ信号が入力されると、任意の１つの出力ポートから出力される２つの信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＡ_k×Δλの整数倍異なる特性を有し、
   前記各光波長合分波器の出力ポートと入力ポートのうち、各々少なくとも１つが、それぞれ別の前記光波長合分波器の入力ポートと出力ポートに導波路を介して接続され、その他には前記各通信ノードが導波路を介してそれぞれ接続され、Ｋ個の整数Ａ ₁ 、Ａ ₂ 、…、Ａ _k の内、どの２つの整数も最大公約数が１で互いに素であることを特徴とする光通信システム。
2. １波長の信号又は波長多重信号を送受信する複数の通信ノードと、Ｋ個（Ｋは２以上の整数）の多入力多出力の光波長合分波器を備えた光通信システムであって、
   所望の整数Ｃに対して、少なくとも、所定の間隔Δλを有する波長λ ₁ からλ _C を使用し、
   基本周期がＡ _k ×Δλ（ｋは１以上Ｋ以下の整数、Ａ _k は２以上の整数）の第ｋの多入力多出力の光波長合分波器は、
   任意の１つの入力ポートに信号が入力されると、任意の隣接する２つの出力ポートからそれぞれ出力される信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＡ _k ×Δλの整数倍異なり、
   任意の隣接する２つの入力ポートにそれぞれ信号が入力されると、任意の１つの出力ポートから出力される２つの信号の波長はΔλ又はΔλに加えてＡ _k ×Δλの整数倍異なる特性を有し、
   前記各光波長合分波器の出力ポートと入力ポートのうち、各々少なくとも１つが、それぞれ別の前記光波長合分波器の入力ポートと出力ポートに導波路を介して接続され、その他には前記各通信ノードが導波路を介してそれぞれ接続され、Ｋ個の整数Ａ ₁ 、Ａ ₂ 、…、Ａ _k の内、２つの整数Ａ _i 、Ａ _j （ｉ、ｊは１以上Ｋ以下の整数）の最大公約数がＤであるときに、第ｉの多入力多出力の光波長合分波器のＤ組の出力ポートと入力ポートと、第ｊの多入力多出力の光波長合分波器のＤ組の入力ポートと出力ポートが、導波路を介してそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
3. 前記整数Ｃは、Ｋ個の整数Ａ ₁ 、Ａ ₂ 、…、Ａ _k の内、２つの整数の最小公倍数の最大値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信システム。
4. 前記整数Ｃは、Ｋ個の整数Ａ ₁ 、Ａ ₂ 、…、Ａ _k の最小公倍数であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信システム。
5. 前記各光波長合分波器の出力ポートと入力ポートは、他の全ての前記光波長合分波器の入力ポートと出力ポートにそれぞれ導波路を介して接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光通信システム。
6. 前記光波長合分波器は、アレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光通信システム。

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