JP4916690B2

JP4916690B2 - アレイ導波路型回折格子、光通信デバイスおよび光通信システム

Info

Publication number: JP4916690B2
Application number: JP2005270539A
Authority: JP
Inventors: 喜美夫小口; 耕平岡田
Original assignee: 喜美夫小口
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2025-09-16
Also published as: JP2007079460A

Description

本発明は、光を媒体として使用する情報伝送技術に関し、より詳細には、波長多重通信に使用することが可能なアレイ導波路型回折格子、光通信デバイスおよび光通信システムに関する。

近年、ネットワークなどを通して伝送される情報が多種多様化し、また大容量化するに伴って光を媒体として使用する通信が普及している。光通信では、情報伝送媒体としてマルチモードまたはシングルモードといった特性を有する無機・有機材料から形成された光ファイバが用いられる。

また、光通信では、通信基地局に配置された局側装置からユーザの自宅、会社などに配置されたユーザ端末へと、光通信リンクを形成する光ファイバを介して情報が伝送される。この際、光ファイバは、電気パルスとは異なり光学的にカップリングさせることが必要とされ、多数のユーザに対し、効率的に情報を光伝送するためには、従来のルーティング技術とは異なるルーティング基盤が必要とされる。

図１３は、従来の受動型波長多重(WDM)光通信システム１００の構成を示した図である。局側装置１０２には、半導体レーザ、発光ダイオードなどの光源が配置されており、波長多重化された光線が光ファイバ１０４へと入射されて、複数のユーザ端末へと伝送されている。局側装置１０２では、情報コンテンツまたは宛先などに対応して光線の波長・振幅などを制御しており、波長多重化された光線が波長分波装置１０６へと送られている。また、波長分波装置１０６には、光ファイバ１０８がカップリングされていて、光ファイバ１０８は、下流側のユーザ装置１１０へと所望する情報に対応する波長の情報を伝送している。図１３に示した従来例では、ユーザ装置は、８台とされ、８種類の波長により情報伝送が行われている。

波長分波装置１０６は、入力側および出力側にカップラを備えており、局側装置側の複数の端子が光ファイバ１１２によるループバックのために連結されている。また、ユーザ装置側は、カップラを介して光ファイバ１０８へと接続され、ユーザ装置１１０まで光情報を伝送している。

図１４は、図１３に示した波長分波装置１０６の波長分割に対応する従来の伝送経路のトポロジーを示す。図１４（ａ）は、スター型の接続であり局側装置０を中心としてスター型に接続されるトポロジーを示し、図１４（ｂ）は、ユーザ装置から伝送された光が波長分波装置により分割され、同時に宛先ノードとなる他のユーザ装置へとメッシュ状に接続されるトポロジーを示す。図１４に示された接続トポロジーは、波長分割装置として、周回性アレイ導波路型回折格子（以下、周回性ＡＷＧとして参照する。）を用いる場合には、入力側におけるポートのループバックにより形成される。

図１４に示すように、従来の波長分波装置は、スター型またはメッシュ型の接続トポロジーを提供することができることが示される（非特許文献１：Chang-Joon Chae, Milan Kahnal, and Rodney S. Tucker, ”WDM passive optical network for broadband access and flexible customer networking”, 5^th Chitose International Forum Technical Digest, pp.30-31, Chitose Institute of Science and Technology, October 19-20 (2004））。

しかしながら、図１４（ａ）では、互いに隣接するノード間での接続が形成されておらず、また図１４（ｂ）では、互いに対角線に対応するノード間には、接続が形成されていない。図１４中、ｍは、図１３に示したループバック接続で、ループバック接続されるポート間の距離を示した値である。図１４に示されるように、図１３に示した波長分割装置を使用する限り、すべてのユーザ端末の間に接続を形成させることが可能な光通信リンクを最小限の装置・手段を使用して形成させることが困難であることがわかる。

本発明者らは、これまで、光波長多重通信において周回性ＡＷＧの特性を使用した波長分割装置またはデバイスについて検討を行ってきた（非特許文献２：Verification of wavelength routing function in a loop-back type passive network using wavelength transfer matrix, Tenth OptoElectronics and Communications Conference (OECC 2005) Technical Digest July, 2005, COEX Convention Center, Seoul, Korea, 2005, pp.24-25.)。この結果、ループバックを使用する場合の波長伝達行列に対応するマトリックスが、マトリックスの対角要素に関連して上側三角マトリックスと下側三角マトリックスとが鏡像関係となること、すなわち、ループバックに対応する波長伝達行列の要素をe_i,jとした場合、e_i,j=e_j,i (when e_i,j=!0)となることを報告した。
Chang-Joon Chae, Milan Kahnal, and Rodney S. Tucker, "WDM passive optical network for broadband access and flexible customer networking", 5th Chitose International Forum Technical Digest, pp.30-31, Chitose Institute of Science and Technology, October 19-20, 2004. Verification of wavelength routing function in a loop-back type passive network using wavelength transfer matrix, Tenth OptoElectronics and Communications Conference (OECC 2005) Technical Digest July, 2005, COEX Convention Center, Seoul, Korea, 2005, pp.24-25. Y. Tachikawa, Y. Inoue, M. Ishii, and T. Nozawa, Arrayed-Waveguide Grating Multiplexer with Loop-back Optical Paths and Its Applications, J. Lightwave Technol. Vo. 14, No. 6, June , 1996

上述したように、従来の構成の周回性ＡＷＧを使用した波長分割装置では、どのようにループバックを構成させても必ず接続できないノード・ペアが生成してしまうことになっていた。このため、接続できないノード・ペアについては、別に光電変換装置を配置し、電気的またはさらに別の光電変換装置を使用して光電変換して当該ノードの接続を行うことが必要となる。このため、周回性ＡＷＧを使用した分波は、周回性ＡＷＧを使用する受動型波長多重通信の有効性を損なうものと考えられていた。

また、フルメッシュ接続が生成されない場合に、ユーザ装置間の通信を行うために光電変換装置を別途配置すると、ユーザ装置間に通信の時間的同一性を確保できなくなるなど、コスト的またはデータ伝送の効率的な点から充分なものではないという不都合があった。

このため、波長多重通信において、最小限の装置構成を使用してすべてのユーザ装置に対して効率的にデータ伝送するためのルーティング技術が必要とされていた。

本発明者らは、上記従来技術に鑑み、最小の装置手段を使用して波長多重通信における通信効率を改善するべく検討を加えてきた。その結果、周回性ＡＷＧを使用した場合でもフルメッシュ接続を提供することが可能な構成が提供できることを見出し、本発明に至ったものである。

本発明では、周回性ＡＷＧの入力側および出力側のポートを、（２ｑ＋１）個（ｑは、正の整数を表す。）に対応するように周回性ＡＷＧの入出力ポートを形成する。この結果、ループバックの波長伝達行列の対称性を向上させることが可能となり、この結果、周回性ＡＷＧを使用してフルメッシュ接続を与えるループバック接続を提供できることを見出したものである。

すなわち、本発明によれば、入力側の各ポートは、ループバック波長伝達行列の対角要素を形成する値０の要素を与え、対角要素を境界としてループバックの伝達行列は、ループバックが形成された局側ポートに関連して対称的な上三角行列および下三角行列を形成する。このため、本発明によれば各ノードは、ループバック接続に関連して完全に等価な波長伝達性を与えることができる。この結果、最小の構成要素の下でフルメッシュ接続が可能な光接続トポロジーを提供することが可能となる。

すなわち、本発明によれば、基板と、前記基板上に形成された回折格子を構成する導波路を備えるアレイ導波路型回折格子であって、
前記導波路は、前記アレイ導波路型回折格子の入出力を行うための入力側および出力側に形成され、それぞれ（２ｑ＋１）（ｑは、正の整数である。）の入出力ポートを提供する入出力導波路と、
入力側の少なくとも１つのポートを残し、前記入出力ポートのうち入力側の複数のポートのうち２つのポートの間を光学要素で接続して形成され、（２ｑ＋１）よりも小さい異なる整数ｍで与えられるポートの間隔を有する少なくとも２以上のループバック経路と、
前記入出力導波路から入出力される光に対して光路差を提供するためのアレイ導波路と、
前記入出力導波路と前記アレイ導波路とを連結するスラブ導波路とを備え、
ループバック接続を形成することにより、光ネットワークを形成するユーザ装置側におけるフルメッシュ接続、リング接続、またはスター接続を構成する、
アレイ導波路型回折格子が提供される。

本発明においては、接続される前記２つのポートの間隔が、Ｐ _ｋ −Ｐ _ｌ＝ｍ＜（２ｑ＋１）を満たすことができる。（上記式中、ｋ、ｌは、正の整数であり、Ｐ_ｋ、Ｐ_ｌは、前記入力側のポートを一方の端部から昇順にカウントしたときのループバック接続されるポート番号である）。

さらに、本発明によれば、前記入力側の前記複数のポートのうち、ループバックされずに残されるポートは、Ｐ_ｋ＝（ｑ＋１）を満足することができる。

本発明の第２の構成によれば、上記記載のアレイ導波路型回折格子と、
前記アレイ導波路型回折格子の入出力ポートに、複数の周波数成分を含む光をカップリングさせるための前記入出力ポートに接続されたカップラとを含む、光通信デバイスが提供できる。

本発明の第３の構成によれば、
波長多重変調されたデータを光通信リンクに送出する局側装置と、
前記光通信リンクに接続され、前記局側装置からの前記波長多重変調されたデータを受け取り分波を行うための波長分波装置と、
分波されたデータを受け取り、前記波長分波装置によりルーティングされる光ネットワークを形成する複数のユーザ装置とを含み、前記波長分波装置は、請求項５の光通信デバイスを含む、光通信システムが提供できる。

本発明によれば、最小限の装置手段を使用して通信ノード間のフルメッシュ接続を提供するトポロジーを提供することができる。

さらに、本発明によれば、最小限の波長分波装置および装置手段を使用して通信ノード間のフルメッシュ接続を提供することができるアレイ導波路型回折格子、光通信デバイスおよび光通信システムを提供することができる。

また、本発明によれば、最小限の波長分波装置および装置手段を使用して通信ノード間のフルメッシュ接続を提供することができるアレイ導波路型回折格子、光通信デバイス、および光通信システムを提供することができる。

図１は、本発明の光通信システム１０の概略構成を示した図である。図１に示すように、本発明の光通信システム１０は、局側装置１２と波長分波装置１６と複数のユーザ装置１８とを含んで構成されている。ユーザ装置１８は、波長分波装置１６をネットワーク上のルータまたはスイッチング・ハブとして機能して、ユーザ装置１８間に光通信リンクのドメインを形成させている。局側装置１２は、波長多重変調された発光ダイオードまたは半導体レーザといった、約４００ｎｍ〜約１．６μｍの指向性光線を、カップラ（図示せず）を介して光ファイバ１４へと入射させている。また、局側装置１２から送出される波長多重変調された光線は、波長ごとに異なるデータが重畳されていて、光ファイバ１４を介して波長分波装置１６へと送られる。波長分波装置１６は、本発明では、周回性ＡＷＧから構成されており、フリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ）ごとに定在波を形成する所定の波長を、ユーザ装置側端から出力させている。出力された光は、光ファイバ２０を介してユーザ装置１８との間でのデータ伝送を可能としている。

図１では、説明の便宜上、局側装置１２と波長分波装置１６とは別の装置・設備に配置されるものとして説明するが、波長分波装置１６は、局側装置１２と一体として形成することもできるし、また局側装置１２と同一の設備に配置され、所定のメンテナンスを受けることができる構成とされていても良い。

また、波長分波装置１６を構成する周回性ＡＷＧは、本発明では、（２ｑ＋１）個の入力ポートと、入力ポートの個数に対応する個数の（２ｑ＋１）個の出力ポートとを備えていて、ユーザ側ポートにカップリングされた出力側光ファイバ２０を経由して、ユーザ装置１８へとデータを伝送している（ｑは、正の整数である。）ユーザ装置１８は、出力側光ファイバ２０を介して、物理的にはスター型のデータリンクを形成するものの、本発明にしたがい、波長分波装置１６を経由した多種類の論理データリンク経路を形成することが可能とされている。本発明では、より詳細には後述するが、局側ポートの相互接続（以下、ループバックとして参照する。）を変更することにより、波長分波装置１６よりもデータリンクにおける下流側のデータリンク接続を変更せずとも多種類のデータリンク経路を提供することが可能となる。

図２は、本発明で使用する波長分波装置１６の詳細な構成を示した図である。図２に示す波長分波装置１６は、入力側の光ファイバ１４が１つのポートに入力側カップラ２４を介してカップリングされ、他の入力ポートは、下流側に形成するデータリンクに応答してループバック接続が形成されている。図２に示した実施の形態では、第２入力ポートと第４入力ポートとが互いにループバック接続されているのが示されている。また、第３入力ポートには、局側装置１２からの波長多重通信データが入力されている。本発明では、ループバック接続は、種々の光学要素から形成することができる。このための光学要素としては、例えば、光ファイバ、導波路などを挙げることができる。

波長分波装置１６は、さらに入力側のカップラ２４と出力側のカップラ２８との間に配置された周回性ＡＷＧ２６を備えている。周回性ＡＷＧ２６は、図２に示した実施の形態では第１入力ポートに入力される局側装置（図示せず）からの波長多重入力を受取って、入力側のカップラ２４を介して周回性ＡＷＧ２６へと光線を受け取っている。周回性ＡＷＧ２６は、波長多重変調された光線を所定の波長ごとに回折させて分波し、出力側のカップラ２８を介して複数のユーザ側ポートへと分波された光線を出力している。

図３は、本発明で使用すると同様の非特許文献３に開示された従来公知の構成を備える周回性ＡＷＧ２６の詳細な構成を示した図である。本発明で使用する周回性ＡＷＧ２６は、概ね図３に示したと同様の構成を備えており、これまで知られたいかなるフォトリソグラフィー技術を使用して形成可能な導波路を含んで構成されている。本発明で使用する周回性ＡＷＧは、入出力ポートの数を除き、従来の周回性ＡＷＧと概ね同等の構造を備えている。より具体的には、図３に示した導波路から形成される周回性ＡＷＧ２６は、ガラス、石英、シリコン、シリコンに各種のドープを施して得られる半導体基板や、ＧａＡｓ化合物半導体基板などの基板３０と、この基板上に堆積された二酸化ケイ素などの誘電膜３２とを含み、導波路の形成された誘電膜３２は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素などのパッシベーション膜（図示せず）により被覆されて導波路が形成されている。なお、本発明で、基板３０を半導体基板で形成することにより、周回性ＡＷＧのサイズをシリコン基板に比較して数分の１とすることができる。

本発明に使用することができる導波路は、これまで周知のサブミクロンレベルのフォトリソグラフィーにより形成することができ、入力側には局側ポートを与えるための入出力導波路３６が与えられ、出力側にはユーザ側ポートを与えるための入出力導波路３８が形成されている。また、局側ポートとユーザ側ポートとの間には、各ポートに対応して入出力導波路が規定され、かつそれぞれのポートに対して光路差を与えるためのアレイ導波路４０と、局側ポートおよびユーザ側ポートとアレイ導波路４０とをそれぞれ連結するスラブ導波路４２が形成されている。スラブ導波路４２は、特定の構造が形成されておらず、ＦＳＲごとに存在する定在波を分波してユーザ装置側のポートに連続する導波路に光を導入している。

本発明では、図３に示した従来の周回性ＡＷＧの入出力ポートの数を奇数、すなわち、（２ｑ＋１）として構成する。上述した光学要素を含む周回性ＡＷＧ２６は、パッケージに封止された概ね数ｃｍ程度のチップとして形成され、さらに光カップラが接続されて、波長分波装置１６として提供することができる。本発明では、各導波路の寸法は、特定の用途または規格にしたがって種々選択することができ、上述した数値に限定されるものではない。

図４は、本発明での波長多重変調された光の空間的分布の実施の形態を示す。横軸は、回折格子により分解され、波長多重変調された光線の波長に対応する空間分布を示し、縦軸は、各波長成分の強度を示す。波長多重変調は、１つのＦＳＲあたりに所定の数の信号を与えるλ_１〜λ_ｎの波長が含まれるように行われる。また、隣接する次のＦＳＲは、同様の波長成分からなる高次の回折成分、λ_ｎ＋１、λ_ｎ＋２、…、λ_２ｎがｎ波長分だけ含まれる構成とされている。なお、ＦＳＲ：Free Spectral Rangeとは、ある次数の干渉縞が他の次数の干渉縞と紛れることのない空間的範囲を意味し、下記式（１）で与えられる（「レーザ物理入門」、霜田光一著、岩波書店発行、１９８３年４月２２日、第1刷、第５２頁）。

上記式（１）中、ω_FSRが、自由スペクトル域を与える角周波数であり、vは、所定の媒質中を進行する光の速度であり、Lは、回折を与える基準の光路長である。

本発明の周回性ＡＷＧは、例えば図４に示した周波数構成を含むように変調された光線をｎ×ｎの周回性ＡＷＧに入力すると、λ_１、λ_ｎ＋１、…、λ_ｎは同一のユーザ側ポートへと出力される波長周回性を示すことになる。また、周波数変調特性に応じて、コースネスに応じ、ＦＳＲに含まれる周波数ごとに同一のユーザ側ポートから出力するように群分派を行うこともできる。一方、ユーザ側ポートから出力される波長構成については、所望するデータ伝送を可能とさせる限り、光ＦＳＫ変調法など、これまで知られたいかなる波長変調を使用しても生成させることができる。

以下、図５〜図８を使用して周回性ＡＷＧを使用した波長分波について、波長伝達行列を使用して定式化する。図５は、従来の４×４周回性ＡＷＧの回折性を、波長伝達行列を使用して行列表記する処理を説明した図である。図５（ａ）は、説明のために使用するＡＷＧの入出力構成を示す。また、図５（ｂ）は、対応する波長伝達行列を使用したＡＷＧの波長伝達特性を定式化するための行列式である。

図５（ａ）に示したモデルでは、局側装置側のポートとユーザ装置側のポートが同数（ｎ＝４）の４×４ＡＷＧが使用され、局側装置側のポートは、４つのノードＡ〜Ｄからの波長成分λ₁からλ₄までの信号を送受信可能であるものとしている。

ここで、ノードＸ（Ｘ＝ＡまたはＢまたはＣまたはＤ）が送信した波長λaをＸａ（ａ＝１、２、３、４）とすると、入力行列ＩとＡＷＧの波長伝達行列Ｌとを、図５（ｂ）として定式化することができる。図５（ｂ）中、行列Ｏは、出力光を表す出力行列を示す。また、出力行列Ｏの第１行目は、ユーザ側ポート１に出力される波長であり、以下、各行ごとに対応する順位のユーザ側ポートから出力される出力光の波長成分を示している。

上記したＡＷＧの特性の行列表記の一般化は、波長ルーティングを含めて以下のように行うことができる。図５（ａ）に示すＡＷＧのポート数をｎ、コースネスをｃ、ＦＳＲの数がｆである入力光の構成を仮定する。λ₁からλ_ncf（最後のＦＳＲにおける先頭周波数）の波長の信号を、ｎ×ｎに入力した場合の波長ルーティング機能を数式で記述するには、まず同経路でルーティングされる信号の波長をグループ化することにより一般化すると、図６（ａ）で与えられる入力行列が得られる。図６（ａ）中、ｉが所定のＦＳＲに含まれる波長成分を示し、ｊがＦＳＲの数を示し、ｎがＡＷＧのポート数を示す。また、図５（ａ）中、ＵＡ〜ＵＤは、ユーザ装置側のポートおよび当該ポートに出力される波長成分を示す。

一方、このときの伝達行列は、図６（ｂ）で与えられ、列がポートの順位に対応し、行に配置される要素が、ＦＳＲごとに規定されるコースネスｃの波長成分に対応し、Ｃがコースネスｃ内の波長成分の順位である。上記定式化の詳細については、例えば、本発明者による“New Notations Based on the Wavelength Transfer Matrix for Functional Analysis of Wavelength Circuits and New WDM Networks Using AWG-Based Star Coupler with Asymmetric Characteristics, J. Lightwave Technol. Vo. 14, No. 6, June , 1996”を参照することができる。

ここで、より具体的に、ｃ＝２、ｆ＝２、ｎ＝４の場合、すなわち、コースネスが２で、ＦＳＲ１つあたりに含まれる波長成分が８で、ＦＳＲの数が２である１６の周波数成分を有する波長多重入力光を、４×４のＡＷＧに入力する場合について検討する。この場合、入力波長を表す入力行列は、図７（ａ）で与えられることになる。一方、このときの波長伝達行列をＬとして表すと、上記した各値を、図６（ｂ）の行列式に代入して、図７（ｂ）で与えられる。

図７に示した入力行列と、波長伝達行列とを使用し、入力ポートＡから入力される１６の波長成分をＡ_１〜１６とし、順次Ｂ、Ｃ、Ｄについて、Ｂ_１〜１６、Ｃ_１〜１６、Ｄ_１〜１６とする。この条件下で、出力行列Ｏ＝Ｌ・Ｉを計算すると、図８で示される入出力特性の行列表示が得られる。図８で示される出力行列は、異なるＦＳＲに含まれる同一コースネスの光線が、それぞれ周波周回性に応答して群分波されて出力されることを示しており、図６における一般的な定式化が、ｎ×ｎＡＷＧにおける入出力特性を正確に再現することが示される。

さらに以下、局側ポートでのループバックをＡＷＧの入出力特性の行列表記にどのように記述するかについて検討する。ユーザ装置から送出された光は、周回性ＡＷＧにより分波され、局側ポートから出力されることになる。このとき、図３に示すように、周回性ＡＷＧは、入出力に関連して対称構造を有しているので、各局側ポートの波長の行列は、ユーザ側ポートで出力される出力行列と同じものとなる。ところで、ループバックは、局側ポートのいずれか２つのポートを使用して、一方を出力ポートとし、他方を入力ポートとする。このため、ループバック接続は、出力行列Ｏのうちの特定の行が入力行列の対応する行で置換された構造として記述することができる。このため、ループバックのための伝達行列Ｓは、出力行列のうちのループバックに関与する行を入れ替える行列として定義することができる。

ループバックを考慮に入れた場合の出力行列を、出力行列Ｏ′とすると、Ｏ′は、下記式（２）で記述される。

図９には、局側ポートにループバックを適用した７×７入出力の本発明の特定の実施の形態と、当該ループバックによる入力行列を与えるための伝達行列Ｓを使用した出力行列の実施の形態を示す。図９（ａ）は、本発明によりフルメッシュ接続を与える７×７ＡＷＧの接続モデルを示し、図９（ｂ）は、図９（ａ）について得られた分波特性の行列表示を示す。

図９（ａ）に示すように、本発明は、周回性ＡＷＧのポート数を、ｎ＝（２ｒ＋１）とし、局側ポートのうちの１つを局側装置からの入力ポートとして使用する。本発明では、残りの局側ポートは、局側装置からの入力を受け取るポートを除き、図９（ａ）で示される最上位ポートから最下位ポートまでの番号をＰ_ｋ（ｋ＝１、…、ｎ）としたとき、下記式（３）で与えられる関係を満足するようにループバックを構成することにより、フルメッシュ接続が生成できることが見出された。

すなわち、本発明では、ｎ＝（２ｑ＋１）とした周回性ＡＷＧを用いることにより、局側装置からの入力を受け取りつつ、全ユーザ装置の間において、光ファイバやループバック用導波路などの光接続要素以外の他の装置手段を使用することなく、光通信可能な光通信ネットワークが確立できることが確認された。

図９（ｂ）は、このときの伝達行列を使用した行列表記を示す。図９（ｂ）に示した伝達行列Ｓがループバックに対応する伝達行列である。図９（ｂ）に示されるように、ｎ＝（２ｑ＋１）とした周回性ＡＷＧは、対角要素が０の伝達行列Ｓを与え、対角要素に対して対称行列を与えている。対角要素が０を与えるのは、自己同士のループバックが発生しないことを意味し、また、対角要素を中心として対称行列を与えるのは、ループバックにおけるポートの寄与の同等性を反映したものである。

一方、数のｎの値を有する周回性ＡＷＧでは、図９（ｂ）に示した伝達行列Ｓとは異なり、偶局側装置からのデータ入力ポートを確保すると、伝達行列Ｓの対称性が低下し、このため、フルメッシュ接続を確立しようとすると、伝達行列の対称性が確保できず、ループバック接続において特異的なポートが生成してしまうこととなる。

さらに、本発明では、局側装置との伝送経路を確立させつつ、ユーザ装置に対してリング型、スター型のデータリンクを提供するループバックについても、下記式（４）で与えられる関係を満たす局側ポート間のループバックを適宜形成することにより、形成することができる。

すなわち、本発明では、上記式（４）の関係を満たすループバック接続を形成させることにより、種々のデータリンク経路を容易に形成することが可能である。

図１０は、本発明においてポート数に関係せずにフルメッシュ接続を可能とする本発明の光通信システム１０の概略的な構成を示した図である。局側装置からの入力は、（ｎ＋１）／２のポート位置に接続されている。また、ループバックは、式（３）の関係を満足するように、配置されている。図１０に示した一般的な接続においても図９に説明したように、伝達行列Ｓは、対角要素を中心として対称な関係を提供することが可能であり、フルメッシュ接続が、ポート数に関わらず形成できることが示される。

図１１は、局側ポート数および出力側ポート数を７としたときの上記式（４）にしたがったループバック接続およびそれに対応するデータリンク経路を示した図である。図１１（ａ）で示されたループバック接続は、ｋ＝１とｌ＝７との間のｍ＝６のループバック接続と、ｋ＝２とｌ＝３との間のｍ＝１のループバック接続を形成した場合の実施の形態である。この場合には、図１１（ｂ）に示されるように、ユーザ装置間では、リング型のデータリンクが形成できる。また、図１１（ｃ）に示されるように、ｋ＝１、ｋ＝２の場合にｍ＝２、５のループバック接続を生成させる場合には、図１１（ｄ）に示されるデータリンクが形成される。さらに、図１１（ｅ）の接続では、図１１（ｆ）に示されるデータリンクが形成され、図１１（ｇ）のループバック接続により、図９に示したとは別の構成でも、図１１（ｈ）で示される通り、フルメッシュ接続が可能とされている。

上述したように、本発明では、ユーザ装置間に形成されるデータリンクを、ユーザ装置における光接続を変更することなく波長分波装置のループバック接続を変更するだけで変更することが可能となり、また、同様のデータリンクを形成する場合にも多種類のループバック接続を使用することを可能とする。この結果、本発明の周回性ＡＷＧを使用する光通信デバイスは、光通信デバイスの接続に対して柔軟性を提供することができる。

図１２は、本発明の光通信システム１０の他の実施の形態を示した図である。図１２に示した実施の形態では、ループバック経路を横断するスイッチング素子４４が配置されている。スイッチング素子４４は、例えば光カー効果などを使用して構成することができる。図１２に示した実施の形態では、ループバック経路を各別にスイッチングすることができ、光ファイバによるループバック経路形成において、実際に光ファイバを接続変更することなく、遠隔位置からループバック経路を制御することができる構成とされている。

さらに本発明は、周回性ＡＷＧを波長分波装置として使用するものとして説明してきたが、本発明の波長分波装置は、ハードワイアド・ネットワークにおけるルータまたはスイッチング・ハブに相当する機能を有しているものということができる。このため本発明の光通信デバイスは、適切な経路指定プロトコルと組み合わせることにより、効率的な光通信ネットワークを構築するためのネットワーク・ノードとして機能することができる。

これまで図面に示した実施の形態をもって本発明を説明してきたが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されることなく、本発明の効果を奏するかぎり、種々の変更例、省略例、付加例など、当業者であれば想到することができる種々の実施の形態として実装することができる。

上述したように、本発明によれば、従来構成の受動型ＷＤＭ（波長多重）光ネットワークでは不可能であった、すべてのユーザ装置間で直接通信を行い、かつ、局側装置とすべてのユーザ装置（ＯＮＵ）間でも直接通信が可能となる光データリンクを容易に提供できるアレイ導波路型回折格子、光通信デバイスおよび光通信システムを提供することができる。

さらに、本発明によれば、ユーザ装置間で直接フルメッシュ接続を可能とするので、従来構成で必要とされていた光電気変換、波長変換のための装置手段を必要とすることなく、光のまま最小限の装置を使用してすべてのユーザ間にルーティングすることができる、簡易な構成で柔軟性の高い光通信ネットワークを提供することが可能となる。

本発明の光通信システムの概略図。本発明の波長分波装置の構成を示した図。本発明のアレイ導波路型回折格子の構成を示した斜視図。本発明で用いられる波長多重変調された光の周波数構成を示した図。ＡＷＧにおける入出力特性の行列式による定式化を示した図。ＡＷＧにおける入出力特性の行列式による定式化を示した図。ＡＷＧにおける入出力特性の行列式による定式化を示した図。ＡＷＧにおける入出力特性の行列式による定式化を示した図。周回性ＡＷＧのループバック接続に対応する伝達行列を含めた入出力特性のモデルおよび定式化を示した図。本発明によるポート数に関わらずにフルメッシュ接続を可能とする光通信システムの実施の形態を示した図。本発明にしたがうループバック接続により形成される論理データリンクを示した図。本発明の他の実施の形態を示した図。従来の周回性ＡＷＧを使用した光通信システムを示した図。図１３において形成される論理データリンクを示した図。

符号の説明

１０…光通信システム、１２…局側装置、１４…光ファイバ、１６…波長分波装置、１８…ユーザ装置、２０…光ファイバ、２２…ループバック接続、２４…カップラ、２６…周回性アレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ）、２８…カップラ、３０…基板、３２…誘電膜、３６、３８…入出力導波路、４０…アレイ導波路、４２…スラブ導波路、４４…スイッチング素子

Claims

基板と、前記基板上に形成された回折格子を構成する導波路を備えるアレイ導波路型回折格子であって、
前記導波路は、前記アレイ導波路型回折格子の入出力を行うための入力側および出力側に形成され、それぞれ（２ｑ＋１）（ｑは、正の整数である。）の入出力ポートを提供する入出力導波路と、
入力側の少なくとも１つのポートを残し、前記入出力ポートのうち入力側の複数のポートのうち２つのポートの間を光学要素で接続して形成され、（２ｑ＋１）よりも小さい異なる整数ｍで与えられるポートの間隔を有する少なくとも２以上のループバック経路と、
前記入出力導波路から入出力される光に対して光路差を提供するためのアレイ導波路と、
前記入出力導波路と前記アレイ導波路とを連結するスラブ導波路とを備え、
ループバック接続を形成することにより、光ネットワークを形成するユーザ装置側におけるフルメッシュ接続、リング接続、またはスター接続を構成する、
アレイ導波路型回折格子。
接続される前記２つのポートの間隔が、Ｐ_ｋ−Ｐ_ｌ＝ｍ＜（２ｑ＋１）を満たす、請求項１に記載のアレイ導波路型回折格子。
（上記式中、ｋ、ｌは、正の整数であり、Ｐ_ｋ、Ｐ_ｌは、前記入力側のポートを一方の端部から昇順にカウントしたときのループバック接続されるポート番号である）。
前記入力側の前記複数のポートのうち、ループバックされずに残されるポートは、Ｐ_ｋ＝（ｑ＋１）を満足する、請求項２に記載のアレイ導波路型回折格子。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアレイ導波路型回折格子と、
前記アレイ導波路型回折格子の入出力ポートに、複数の周波数成分を含む光をカップリングさせるための前記入出力ポートに接続されたカップラとを含む、光通信デバイス。
波長多重変調されたデータを光通信リンクに送出する局側装置と、
前記光通信リンクに接続され、前記局側装置からの前記波長多重変調されたデータを受け取り分波を行うための波長分波装置と、
分波されたデータを受け取り、前記波長分波装置によりルーティングされる光ネットワークを形成する複数のユーザ装置とを含み、前記波長分波装置は、請求項４の光通信デバイスを含む、光通信システム。