JP4755126B2 - 波長ルーティング網 - Google Patents

Description

本発明は、フルメッシュ波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送システムに用いるための、光波長多重化された複数の信号を波長に応じて分波または合波する、複数個のＮ×Ｎ波長ルーティング装置を有する波長ルーティング網に関する。

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）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適用するだけでなく、ネットワークの経路設定に用いる波長ルーティングの検討も進んでおり、その一例として、複数の通信ノード間をそれぞれ個別に接続し、網の目状の形態を作る、フルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムがある。

図５に示すような従来のフルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムでは、中心にＮ入力Ｎ出力（以下、Ｎ×Ｎと表記する）光波長合分波装置３０１が設置され、その周囲のそれぞれＷＤＭ信号送受信装置を備える複数の通信ノード３０２と光波長合分波装置３０１との間を、光ファイバ３０３でそれぞれ接続し、Ｎ×Ｎ光波長合分波装置３０１を中心とするスター型の物理形状をとる。

ここで、Ｎ×Ｎ光波長合分波装置３０１の入出力ポート間の波長特性として、図６に示すような特性（波長周回性）を有するものを使用すると、通信ノード３０２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が得られる。図６では、例えば、入力ポート１から入力したλ₃の波長の信号は出力ポート３から出力し、入力ポート２から入力したλ₃の波長の信号は出力ポート２から出力し、入力ポート３から入力したλ₃の波長の信号は出力ポート１から出力するということを表している。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（非特許文献１を参照）。

従来、波長周回性を有するＮ×Ｎ光波長合分波装置３０１を得る方法として、図７に示すようなアレイ導波路回折格子型光合分波回路（以下、ＡＷＧと表記する：Arrayed Waveguide Grating）を用いる方法があった。以下に、そのＡＷＧの従来技術の動作原理を説明する。

図７において、５０１は所定の光路長差を有するアレイ導波路、５０２は一対のスラブ導波路、５０３はＮ本の入力導波路、５０４はＮ本の出力導波路である。アレイ導波路５０１とスラブ導波路５０２、および入出力導波路５０３，５０４を適切に設計することにより、ＡＷＧの合分波特性を設計できる。特に、ＡＷＧの入出力導波路の本数がＮ、合分波の波長間隔がΔλであるとき、ＡＷＧの基本周期（ＦＳＲ：Free Spectral Range）をΔλ×Ｎに一致させて設計すると、波長周回性を得られる。

図８は入出力導波路５０１，５０５の本数が４の場合の例である。４入力４出力の導波路間には、入力導波路と入力波長に応じた１６通りの経路が存在する。この入出力特性を利用し、図５の通信ノード３０２にλ₁からλ₄の、４つの波長の信号を送受信するＷＤＭ信号送受信装置３０１を設置することで、４つの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（非特許文献２を参照）。

特願２００６−１１７２８３号 特願２００６−２３９６３３号 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,Vol.36,No.15, pp.1294-1296, 20th July 2000. H. Takahashi et al., "Transmission characteristics of arrayed waveguide N×N wavelength multiplexer", Journal of Lightwave Technology, Vol.13, No.3, pp.447-455, March 1995. G. J. Ockenfuss et al., "Ultra-low stress coating process: an enabling technology for extreme performance thin film interference filters", Optical Fiber Communication Conference, 2002(OFC 2002), FA8-1 - FA8-3, March 2002. S. Kamei et al., "Low-loss and flat/wide-passband CWDM demultiplexer using silica-based AWG with multi-mode output waveguides", Optical Fiber Communication Conference, 2004(OFC 2004), TuI2, Feb. 2004.

しかしながら、上記のような従来技術を用いて実現されるフルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムでは、物理形状がスター型に限られていたため、複数のフルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムを構築する場合には、複数の独立したシステムを構築する必要があった。

本発明は、かかる課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のフルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムを構築する際に、全てのシステムを統合し、単一のシステムとして動作させるために必要な、Ｎ×Ｎ光波長合分波装置を内蔵する波長ルーティング装置を適用して、複数のフルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムを統合可能な波長ルーティング網を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、Ｍ、Ｎをそれぞれ２以上の整数として、それぞれＮ個の入力ポートとＮ個の出力ポートを有し、波長分割多重された光信号を合分波する複数個の波長ルーティング装置と、Ｍ×Ｎ波長の波長分割多重信号の送受信装置を備える複数個の通信ノードとからなる波長ルーティング網であって、各前記波長ルーティング装置の対となる入出力ポートのそれぞれが、別の前記波長ルーティング装置の対となる出入力ポートか、あるいは前記通信ノードの前記送受信装置の出入力ポートのいずれかに、光伝送路を介して接続されており、かつ各前記波長ルーティング装置は、Ｋを１以上（Ｍ−１）以下の整数として、Ｋ個のＮ入力Ｎ出力アレイ導波路回析格子型光合分波回路と、（Ｍ−Ｋ）個のＮ入力Ｎ出力光スイッチとを備え、１個の入力ポートから入力するＭ×Ｎ波長の波長分割多重信号を、Ｍ個のＮ波長の群に分割して出力する波長群光分波器を、入力側にＮ個配列し、Ｍ個の入力ポートから入力するそれぞれがＮ波長の波長多重信号を、Ｍ×Ｎ波長の光波長多重信号に合波する波長群光合波器を、出力側にＮ個配置し、前記Ｎ個の波長群光分波器の出力ポートと前記Ｎ個の波長群光合波器の入力ポートを接続する光配線の間に、各波長群に対して、前記アレイ導波路回折格子型光合分波回路と前記光スイッチのいずれかを割り当て、それらを並列に接続したことを特徴とする。

ここで、前記Ｎ入力Ｎ出力のアレイ導波路回折格子型光合分波回路は、前記Ｎ個の波長群光分波器から入力される、あるいは前記Ｎ個の波長群光合波器へと出力される、Ｍ組のうちのいずれかのＮ波長の光信号に関して波長周回性を有し、前記Ｎ入力Ｎ出力の光スイッチは、前記Ｎ個の波長群光分波器から入力される、あるいは前記Ｎ個の波長群光合波器へと出力される、Ｍ組のうちのいずれかのＮ波長の光信号に関してスイッチング機能を有することを特徴とすることができる。

上記構成により、本発明によれば、複数のフルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムを構築する際に、全てのシステムを統合し、単一のシステムとして動作させるために必要な、Ｎ×Ｎ光波長合分波装置を内蔵する波長ルーティング装置を適用して、複数のフルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムを統合可能な波長ルーティング網を提供できる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を詳しく説明する。

図１および図２を参照して、本発明の一実施形態に係る波長ルーティング装置および波長ルーティング網を説明する。

本発明の波長ルーティング装置は、内部に１入力Ｍ出力の波長群光分波器（Ｍは２以上の整数）と、Ｍ入力１出力の波長群光合波器と、Ｎ入力Ｎ出力の光スイッチ（Ｎは２以上の整数）と、Ｎ入力Ｎ出力のアレイ導波路回折格子型光合分波回路を備えるが、図１に示す本発明の一実施形態は、Ｎ＝４、Ｍ＝２の場合を例にとって示している。

図１に示す波長ルーティング装置は、４台の１入力２出力の波長群光分波器１０１−１〜１０１−４と、４入力４出力のアレイ導波路回折格子型光合分波回路（ＡＷＧ）１０２と、４入力４出力の光スイッチ（ＳＷ）１０３と、４台の２入力１出力の波長群光合波器１０４−１〜１０４−４とを含む。４入力４出力のアレイ導波路回折格子型光合分波回路１０２の構成例と波長入出力特性は前述の図７、図８と同様である。また、４入力４出力の光スイッチ１０３は、例えば石英系ガラス導波路を用いたマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）と薄膜ヒータからなるＰＬＣ型の４×４光マトリックススイッチのような公知のＮ×Ｎ光スイッチが適用できる。

波長分割多重化された光信号を入力ポートごとに設けられている所定の波長群単位で分波を行う波長群光分波器１０１−１〜１０１−４、波長分割多重化された光信号を出力ポートごとに設けられている所定の波長群単位で合波を行う波長群光合波器１０４−１〜１０４−４は、例えば誘電体多層膜や、アレイ導波路回折格子を利用して実現でき、その実現手段は問わない（非特許文献３，４および特許文献１，２を参照）。

図１に示す本発明の波長ルーティング装置に入力される光信号は、最大８波長の信号が波長分割多重化された信号である。この波長分割多重化された光信号は、１入力２出力の波長群光分波器１０１−１〜１０１−４のいずれかに入力され、それぞれの２つの出力ポートから、それぞれ４波長の光信号が波長分割多重化された信号に分波されて出力される。図１では波長λ₁〜λ₈の信号を入力し、波長λ₁〜λ₄を含む信号と、波長λ₅〜λ₈を含む信号とに分波する例を示しているが、信号の分波に関しては、奇数波長と偶数波長に分波するなど、分け方を特に制限するものではない。また、フィルタのガードバンドが広い場合に波長λ₄、λ₈等をガードバンドにあてて、その波長を使用しない分波方法も、本発明に含まれる。

波長群光分波器１０１−１〜１０１−４で分波された光信号は、４入力４出力の光スイッチ（ＳＷ）１０３と、４入力４出力のアレイ導波路回折格子型合分波回路（ＡＷＧ）１０２のいずれかに入力される。図１では、波長λ₁〜λ₄を含む信号を４入力４出力のアレイ導波路回折格子型合分波回路１０２に入力し、波長λ₅〜λ₈を含む信号を４入力４出力の光スイッチ１０３に入力している。ここで、本発明の波長ルーティング装置は、波長群ごとに、アレイ導波路回折方合分波回路１０２によって提供される「入力された波長群の信号を波長ごとに別々の出力ポートに振り分ける機能」か、光スイッチ１０３によって提供される「入力された波長群の信号をそのまま出力ポートに送るスイッチング機能」のいずれかを提供することを特徴とする。従って、４入力４出力のアレイ導波路回折格子型合分波回路１０２と４入力４出力の光スイッチ１０３は逆にしても良く、またその両方が４入力４出力の光スイッチであっても、あるいはその両方が４入力４出力のアレイ導波路回折格子型合分波回路であっても構わない。

４入力４出力のアレイ導波路回折格子型合分波回路１０２の出力と４入力４出力の光スイッチ１０３の出力は、４台の２入力１出力の波長群光合分波装置１０４−１〜１０４−４に入力され、８波長λ₁〜λ₈の信号が波長分割多重化された信号となって、波長ルーティング装置の出力信号として、出力される。

図２には、図１に示した本発明の波長ルーティング装置を適用した、本発明の波長ルーティング網を示す。使用する波長ルーティング装置は、ここまでの説明と同じく、Ｎ＝４、Ｍ＝２の場合を例にとって示す。

図２に示す波長ルーティング網は、３台の４入力４出力の波長ルーティング装置２０１−１〜２０１−３と、８波長λ₁〜λ₈の波長分割多重化された光信号の送受信装置を備えた８つの通信ノード２０２とを含む。

第１の４入力４出力の波長ルーティング装置２０１−１は、その４組の入出力ポートのうち３組（ポートＡ，Ｂ，Ｄ）が第１から第３の通信ノード２０２に内蔵されている８波長の波長分割多重化された光信号の送受信を行う第１から第３のＷＤＭ送受信装置に接続され、残りの１組（ポートＣ）が第２の４入力４出力の波長ルーティング装置２０１−２に接続されている。

第２の４入力４出力の波長ルーティング装置２０１−２は、その４組の入出力ポートのうち２組（ポートＢ，Ｄ）が第４、第５の通信ノード２０２に内蔵されている８波長の波長分割多重化された光信号の送受信を行う第４、第５のＷＤＭ送受信装置に接続され、残りの１組（ポートＡ）が上記の第１の４入力４出力の波長ルーティング装置２０１−１に、残りのもう１組（ポートＣ）が第３の４入力４出力の波長ルーティング装置２０１−３に接続されている。

第３の４入力４出力の波長ルーティング装置２０１−３は、その４組の入出力ポートのうち３組（ポートＢ，Ｃ，Ｄ）が第６から第８の通信ノード２０２に内蔵されている８波長の波長分割多重化された光信号の送受信を行う第６から第８のＷＤＭ送受信装置に接続され、残りの１組（ポートＡ）が上記の第２の４入力４出力の波長ルーティング装置２０１−２に接続されている。

本発明の波長ルーティング網は、波長ルーティング装置が内蔵する４入力４出力の光スイッチ１０３、および４入力４出力のアレイ導波路回折格子型合分波回路１０２の配置によって、様々なシステム構成をとることができるが、ここでは例として以下の配置を仮定する。

第１の４入力４出力の波長ルーティング装置２０１−１は、図１に示すように、１入力２出力の波長群光分波器１０１−１〜１０１−４の波長λ₁〜λ₄の信号を出力する第１の出力ポートが、４入力４出力のアレイ導波路回折格子型合分波回路１０２に接続され、１入力２出力の波長群光分波器１０１−１〜１０１−４の波長λ₅〜λ₈の信号を出力する第２の出力ポートが、４入力４出力の光スイッチ１０３に接続されている。

これに対し、第２の４入力４出力の波長ルーティング装置２０１−２は、１入力２出力の波長群光分波器１０１−１〜１０１−４の波長λ₁〜λ₄の信号を出力する第１の出力ポートが、４入力４出力の光スイッチ１０３に接続され、１入力２出力の波長群光分波器１０１−１〜１０１−４の波長λ₅〜λ₈の信号を出力する第２の出力ポートが、４入力４出力のアレイ導波路回折格子型合分波回路１０２に接続されている。

また、第３の４入力４出力の波長ルーティング装置２０１−３は、第１の４入力４出力の波長ルーティング装置２０１−１と同様に、１入力２出力の波長群光分波器１０１−１〜１０１−４の波長λ₁〜λ₄の信号を出力する第１の出力ポートが、４入力４出力のアレイ導波路回折格子型合分波回路１０２に接続され、１入力２出力の波長群光分波器１０１−１〜１０１−４の波長λ₅〜λ₈の信号を出力する第２の出力ポートが、４入力４出力の光スイッチ１０３に接続されている。

以上説明した本発明の波長ルーティング網は、波長変換機能を含まないため、波長群光分波器１０１−１〜１０１−４および、波長群光合波器１０４−１〜１０４−４の合分波する波長群ごとに、独立して通信ノード間の接続関係を設定することができる。以下では、各波長群ごとにその接続関係を説明する。

図３は図２に示した波長ルーティング網の動作説明図であり、図３の（Ａ）は、波長λ₁〜λ₄の信号に関する接続関係を示し、図３の（Ｂ）は。波長λ₅〜λ₈の信号に関する接続関係を示す。

波長λ₁〜λ₄の信号に関しては、第１の波長ルーティング装置２０１−１と第３の波長ルーティング装置２０１−３内に、それぞれ４入力４出力のアレイ導波路回折格子型合分波回路１０２を備えているため、それらアレイ導波路回折格子型合分波回路１０２を中心とする、フルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムが形成される。例えば、図３の（Ａ）では、第２の波長ルーティング装置２０１−２内に備えられている４入力４出力の光スイッチ１０３において、
入力ポートＡから入力された信号を出力ポートＢから出力し、
入力ポートＢから入力された信号を出力ポートＡから出力し、
入力ポートＣから入力された信号を出力ポートＤから出力し、
入力ポートＤから入力された信号を出力ポートＣから出力するように設定することで、通信ノード＃１、＃２、＃３、＃４間と通信ノード＃５、＃６、＃７、＃８間にフルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムが形成される場合を示している。

波長λ₅〜λ₈の信号に関しては、第２の波長ルーティング装置２０１−２内に４入力４出力のアレイ導波路回折格子型合分波回路１０２を備えているため、そのアレイ導波路回折格子型合分波回路１０２を中心とする、フルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムが形成される。図３の（Ｂ）では、第１の波長ルーティング装置２０１−１内に備えられている４入力４出力の光スイッチ１０３において、
入力ポートＡから入力された信号を出力ポートＣから出力し、
入力ポートＣから入力された信号を出力ポートＡから出力するように設定し、
第３の波長ルーティング装置２０１−３内に備えられている４入力４出力の光スイッチ１０３において、
入力ポートＡから入力された信号を出力ポートＢから出力し、
入力ポートＢから入力された信号を出力ポートＡから出力するように設定することで、通信ノード＃１、＃４、＃５、＃６間にフルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムが形成される場合を示している。

また、４入力４出力の光スイッチ１０３の設定を変更すれば、参加するノードの組合せが異なるフルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムを内蔵することも可能である。

例えば、図４の（Ａ）に示すように、第２の波長ルーティング装置２０１−２内に備えられている４入力４出力の光スイッチ１０３において、
入力ポートＡから入力された信号を出力ポートＤから出力し、
入力ポートＢから入力された信号を出力ポートＣから出力し、
入力ポートＣから入力された信号を出力ポートＢから出力し、
入力ポートＤから入力された信号を出力ポートＡから出力するように設定を変更することで、通信ノード＃１、＃２、＃３、＃５間と通信ノード＃４、＃６、＃７、＃８間にフルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムを形成することができる。

また、図４の（Ｂ）に示すように、第１の波長ルーティング装置２０１−１内に備えられている４入力４出力の光スイッチ１０３において、
入力ポートＣから入力された信号を出力ポートＤから出力し、
入力ポートＤから入力された信号を出力ポートＣから出力するように設定を変更し、
第３の波長ルーティング装置２０１−３内に備えられている４入力４出力の光スイッチ１０３において、
入力ポートＡから入力された信号を出力ポートＣから出力し、
入力ポートＣから入力された信号を出力ポートＡから出力するように設定することで、通信ノード＃３、＃４、＃５、＃８間にフルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムを形成することができる。

以上説明したように、本発明の波長ルーティング装置を用いて形成する波長ルーティング網では、複数のフルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムが、全てのシステムを統合し、単一のシステムとして構築することができる。

（その他の実施形態）
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の例は、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、上記のアレイ導波路回折格子型合分波回路や光スイッチの配置、波長ルーティング装置の配置、光スイッチの設定については、特許請求の範囲に記載の本発明の趣旨から逸脱することなく、その構成と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、その本発明の趣旨を逸脱することなく、置換、変更、補足、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形、またはその順序を変えてもよく、これら全て本発明の実施形態に含まれる。

本発明の第１の実施形態である波長ルーティング装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態である波長ルーティング網の構成を説明する概念図である。 本発明の第１の実施形態である波長ルーティング網の動作を説明する概念図である。 光スイッチの異なる設定での本発明の第１の実施形態である波長ルーティング網の動作を説明する概念図である。 従来のフルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムの概略構成を示すブロック図である。 従来のフルメッシュＷＤＭ光信号伝送システムに用いられる、光波長合分波装置の波長入出力特性を説明する図である。 従来のアレイ導波路回折格子型合分波回路の構成を示す模式図である。 従来のアレイ導波路回折格子型合分波回路の波長入出力特性を説明する図である。

符号の説明

１０１−１〜１０１−４ １入力２出力の波長群光分波器
１０２ ４入力４出力のアレイ導波路回折格子型光合分波回路
１０３ ４入力４出力の光スイッチ
１０４−１〜１０４−４ ２入力１出力の波長群光合波器
２０１−１〜２０１−３ ４入力４出力の波長ルーティング装置
２０２ ８波長の波長分割多重化された光信号の送受信装置を備えている通信ノード
３０１ Ｎ×Ｎ光波長合分波装置
３０２ ＷＤＭ信号送受信装置を備えている複数の通信ノード
３０３ 光ファイバ
５０１ 所定の光路長差を有するアレイ導波路
５０２ スラブ導波路
５０３ Ｎ本の入力導波路
５０４ Ｎ本の出力導波路

Claims (2)

1. Ｍ、Ｎをそれぞれ２以上の整数として、それぞれＮ個の入力ポートとＮ個の出力ポートを有し、波長分割多重された光信号を合分波する複数個の波長ルーティング装置と、Ｍ×Ｎ波長の波長分割多重信号の送受信装置を備える複数個の通信ノードとからなる波長ルーティング網であって、
   各前記波長ルーティング装置の対となる入出力ポートのそれぞれが、別の前記波長ルーティング装置の対となる出入力ポートか、あるいは前記通信ノードの前記送受信装置の出入力ポートのいずれかに、光伝送路を介して接続されており、かつ
   各前記波長ルーティング装置は、
   Ｋを１以上（Ｍ−１）以下の整数として、Ｋ個のＮ入力Ｎ出力アレイ導波路回析格子型光合分波回路と、（Ｍ−Ｋ）個のＮ入力Ｎ出力光スイッチとを備え、
   １個の入力ポートから入力するＭ×Ｎ波長の波長分割多重信号を、Ｍ個のＮ波長の群に分割して出力する波長群光分波器を、入力側にＮ個配列し、
   Ｍ個の入力ポートから入力するそれぞれがＮ波長の波長多重信号を、Ｍ×Ｎ波長の光波長多重信号に合波する波長群光合波器を、出力側にＮ個配置し、
   前記Ｎ個の波長群光分波器の出力ポートと前記Ｎ個の波長群光合波器の入力ポートを接続する光配線の間に、各波長群に対して、前記アレイ導波路回折格子型光合分波回路と前記光スイッチのいずれかを割り当て、それらを並列に接続したことを特徴とする波長ルーティング網。
2. 前記Ｎ入力Ｎ出力のアレイ導波路回折格子型光合分波回路は、前記Ｎ個の波長群光分波器から入力される、あるいは前記Ｎ個の波長群光合波器へと出力される、Ｍ組のうちのいずれかのＮ波長の光信号に関して波長周回性を有し、
   前記Ｎ入力Ｎ出力の光スイッチは、前記Ｎ個の波長群光分波器から入力される、あるいは前記Ｎ個の波長群光合波器へと出力される、Ｍ組のうちのいずれかのＮ波長の光信号に関してスイッチング機能を有することを特徴とする請求項１に記載の波長ルーティング網。

Images