JP5767327B2 - マルチフロー光トランシーバ、マルチフロー光トランスポンダ及びマルチフロー光ノード - Google Patents

Description

本発明は、波長分割多重（ＷＤＭ）ネットワークを構成するマルチフロー光トランシーバ、それを用いたマルチフロー光トランスポンダおよびマルチフロー光ノードに関する。より詳細には、波長、ビットレート、変調方式、信号帯域の可変機能に加えて、光信号を送出する方路を複数設定でき、かつその方路が可変であるマルチフロー光トランシーバ、それを用いたマルチフロー光トランスポンダおよびマルチフロー光ノードに関する。

光通信ネットワークは、波長分割多重（ＷＤＭ）技術を用いることにより、再構成可能光挿入分岐多重（ＲＯＡＤＭ）や波長クロスコネクトのような様々な機能を実現している。さらに、波長可変トランシーバや波長選択スイッチ（ＷＳＳ）を用いて、挿入分岐ポートが波長に依存しないカラーレス機能や挿入分岐ポートを変えずにどの方路へも信号を送出できるディレクションレス機能を実現することができる。波長可変トランシーバは、固定波長トランシーバに比べて品種を大幅に削減することができるため、管理対象の種類を削減できる運用上の利点に加えて、量産効果によりそのコストを著しく低減することに成功している。また、ＷＳＳについてもＲＯＡＤＭノードの多方路化の目的で導入が進んでいる。これら波長可変トランシーバの波長やＷＳＳの通過中心波長は、ＩＴＵ−Ｔで規定されているグリッド上に配置されており、例えば５０ＧＨｚ間隔などのように一定である。

一方、異なるビットレートの光信号や異なる伝送距離の光信号を、周波数利用効率の観点からより効率的に収容するために、光変調方式や隣接する光信号の中心周波数間隔を、個々の信号の要求条件に応じて適応的に調整する、エラスティック光パスネットワークが提案されている。このエラスティック光パスネットワークでは、光トランシーバの波長可変機能はもとより、ビットレート、変調方式、信号帯域の可変機能が重要となる（例えば、非特許文献１，２参照。）。

特開２０１０−２１７４５４号公報

神野正彦、高良秀彦、バルトロメルコシッツキ「ダイナミックで帯域スケーラブルな光ネットワークとその実現技術」電子情報通信学会 和文論文誌 Ｖｏｌ．Ｊ９３−Ｂ Ｎｏ．３， ｐｐ．４０３−４１１， ２０１０． Ｍ．Ｊｉｎｎｏ， Ｈ．Ｔａｋａｒａ， Ｂ．Ｋｏｚｉｃｋｉ， Ｙ．Ｔｓｕｋｉｓｈｉｍａ， Ｙ．Ｓｏｎｅ， ａｎｄ Ｓ．Ｍａｔｓｕｏｋａ，"Ｓｐｅｃｔｒｕｍ−Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ Ｓｃａｌａｂｌｅ Ｅｌａｓｔｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｔｈ Ｎｅｔｗｏｒｋ： Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ， Ｂｅｎｅｆｉｔｓ， ａｎｄ Ｅｎａｂｌｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ"， ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎ． Ｍａｇ．， Ｖｏｌ．４７， Ｉｓｓｕｅ １１， ｐｐ．６６−７３， ２００９． Ｔ．Ｙａｍａｍｏｔｏ， Ｔ．Ｋｏｍｕｋａｉ， Ｓ．Ｋａｗａｎｉｓｈｉ， Ｋ．Ｓｕｚｕｋｉ ａｎｄ Ａ．Ｔａｋａｄａ，"Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｍｂ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ ａｎｄ Ｇｒｏｕｐ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｍｅｄｉｕｍ"， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ａｓｉａ−Ｐａｃｉｆｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ （ＡＰ−ＭＷＰ ２００６）， Ｐａｐｅｒ Ｆ−１， ｐｐ．２２５−２２７， ２００６．

しかしながら、従来の光トランシーバは、必要な帯域を周波数軸上で、また、同一ルート上にまとまって確保する必要があり、ネットワークとしての帯域リソースを十分に活用することができないという課題があった。さらに、ビットレート、変調方式、信号帯域の可変機能をもった光トランシーバは、最も高速なビットレートに対応して設計されているため、初期の必要なビットレートが低い場合でも高いビットレートの信号を発生できる性能をもつ必要があり、初期導入コストが大きくなるという課題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ネットワークとしての帯域リソースを十分に活用でき、さらに初期導入コストを低く抑えることができるマルチフロー光トランシーバ、マルチフロー光トランスポンダおよびマルチフロー光ノードを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係るマルチフロー光トランシーバは、波長可変光源からの光を任意のパワーで任意の光変調手段に結合できる光合分波スイッチを備えることとした。

具体的には、複数の波長可変光源と、入力信号で光を変調する複数の光変調手段と、少なくとも１つの前記波長可変光源からの光を任意のパワーで少なくとも１つの前記光変調手段に結合する光合分波スイッチと、複数の前記光変調手段で変調された複数の光を少なくとも１つの導波路に結合する光結合手段と、を備えるマルチフロー光トランシーバである。

また、具体的には、等しい周波数間隔のマルチキャリアを発生させるマルチキャリア発生手段と、前記マルチキャリア発生手段からの前記マルチキャリアを波長毎に分波する波長分離手段と、入力信号で光を変調する複数の光変調手段と、少なくとも１つの前記波長分離手段で分波した光を任意のパワーで少なくとも１つの前記光変調手段に結合する光合分波スイッチと、複数の前記光変調手段で変調された複数の光を少なくとも１つの導波路に結合する光結合手段と、を備えるマルチフロー光トランシーバである。

本発明の本マルチフロー光トランシーバは、前記光合分波スイッチを切り替えることで所望の変調信号を出力することができる。従って、本発明は、ネットワークとしての帯域リソースを十分に活用でき、さらに初期導入コストを低く抑えることができるマルチフロー光トランシーバを提供することができる。

本発明に係るマルチフロー光トランシーバは、前記入力信号をディジタル−アナログ変換して前記光変調手段へ入力するディジタル−アナログ変換手段をさらに備えることを特徴とする。本マルチフロー光トランシーバは、光源数を増やさず入力信号を増加することができる。

本発明に係るマルチフロー光トランシーバは、前記波長可変光源の光から等しい周波数間隔のマルチキャリアを発生させる少なくとも１つのマルチキャリア発生手段と、前記マルチキャリア発生手段からの前記マルチキャリアを波長毎に分波する波長分離手段と、をさらに備えることを特徴とする。本マルチフロー光トランシーバは、マルチキャリア光を用いたＯＦＤＭ信号を生成でき、変調信号の自由度を拡大することができる。

本発明に係るマルチフロー光トランシーバの前記光結合手段は、複数の光出力ポートを持つ光分配機能付きスイッチであることを特徴とする。本マルチフロー光トランシーバは、複数の方路に効率的に信号を振り分けることが可能となるばかりでなく、同じ波長の信号を複数生成して違う方路へ送出することができる。

本発明に係るマルチフロー光トランシーバは、前記波長可変光源が４個、前記光変調手段が４個であり、前記光合分波スイッチは、４個の入力ポート、４個の出力ポート、及び３個の２入力２出力の可変合分波器を含み、第１の前記可変合分波の入力側が第２の前記入力ポートと第３の前記入力ポートに接続され、第２の前記可変合分波の入力側が第１の前記入力ポートと第１の前記可変合分波の出力の一方に接続され、第３の前記可変合分波の入力側が第４の前記入力ポートと第１の前記可変合分波の出力の他方に接続され、第２の前記可変合分波の出力側が第１の前記出力ポートと第２の前記出力ポートに接続され、第３の前記可変合分波の出力側が第３の前記出力ポートと第４の前記出力ポートに接続されており、前記光合分波スイッチの前記入力ポートには、前記波長可変光源からの光又は前記マルチキャリア発生手段からのマルチキャリアがそれぞれ結合され、前記光合分波スイッチの前記出力ポートには、前記光変調手段がそれぞれ接続されていることを特徴とするとすることができる。

本発明に係るマルチフロー光トランスポンダは、少なくとも１つのクライアントインタフェースと、前記クライアントインタフェースに接続される再構成可能なディジタル信号処理手段と、前記ディジタル信号処理手段に接続されるｍ：ｎ（ｍ＞ｎ、ｍ及びｎは正整数）のパラレル−シリアル／シリアル−パラレル変換手段と、前記パラレル−シリアル／シリアル−パラレル変換手段に接続される前記マルチフロー光トランシーバと、を備える。本マルチフロー光トランスポンダは、前記マルチフロー光トランシーバを備えているため、ネットワークとしての帯域リソースを十分に活用でき、さらに初期導入コストを低く抑えることができるマルチフロー光トランスポンダを提供することができる。また、本マルチフロー光トランスポンダは、様々なビットレートのクライアント信号を効率よく光信号に変換することができる。

本発明に係るマルチフロー光ノードは、マルチフロー光トランスポンダと、複数の波長選択スイッチと、を備え、前記マルチフロー光トランスポンダの出力ポート数もしくは前記マルチフロー光トランスポンダの出力ポートに接続された前記光分岐手段の出力ポート数が前記波長選択スイッチの数と同じであり、前記マルチフロー光トランスポンダの出力もしくは前記光分岐手段の出力が前記波長選択スイッチの入力に接続されていることを特徴とする。本マルチフロー光トランスポンダは、前記マルチフロー光トランシーバを備えているため、ネットワークとしての帯域リソースを十分に活用でき、さらに初期導入コストを低く抑えることができるマルチフロー光ノードを提供することができる。

本発明は、ネットワークとしての帯域リソースを十分に活用でき、さらに初期導入コストを低く抑えることができるマルチフロー光トランシーバ、マルチフロー光トランスポンダおよびマルチフロー光ノードを提供することができる。

本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部の光信号スペクトル例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部の可変合分波器の構成例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部の可変合分波器の設定例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部の可変合分波器の構成例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部による光信号スペクトル例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部の可変合分波器の設定例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部の可変合分波器の設定例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部の可変合分波器の設定例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部の可変合分波器の設定例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部の可変合分波器の設定例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部の可変合分波器の設定例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部の可変合分波器の設定例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部の可変合分波器の代替構成例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部による光信号スペクトル例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部による光信号スペクトル例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部による光信号スペクトル例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部による光信号スペクトル例を示す図である。本例は、任意形式信号×４キャリアＷＤＭ信号のスペクトル例である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部のＮ×Ｎ光スイッチの構成例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバの送信部を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバを示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバを示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランスポンダを示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランスポンダを示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランスポンダにおけるマルチフレキシブルフレーマの構成例を示す図である。 本発明に係るマルチフロー光ノードを示す図である。 本発明に係るマルチフロー光ノードを示す図である。 本発明に係るマルチフロー光トランシーバで１６ＱＡＭ信号を生成する手順を説明する図である。

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。また、枝番号を付さずに説明している場合は、当該符号の全ての枝番号に共通する説明である。

（実施形態１）
図１は本実施形態のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０１を説明する図である。マルチフロー光トランシーバの光送信部３０１は、複数の波長可変光源１０と、入力信号で光を変調する複数の光変調手段３０と、少なくとも１つの波長可変光源３０からの光を任意のパワーで少なくとも１つの光変調手段３０に結合する光合分波スイッチ２０と、複数の光変調手段３０で変調された複数の光を少なくとも１つの導波路に結合する光結合手段４０と、を備える。

より詳しくは、マルチフロー光トランシーバの光送信部３０１は、波長可変光源１０が４個（１０−１〜１０−４）、光変調手段３０が４個（３０−１〜３０−４）であり、光合分波スイッチ２０は、４個の入力ポート（２１−１〜２１−４）、４個の出力ポート（２２−１〜２２−４）、及び３個の２入力２出力の可変合分波器（２３−１〜２３−３）を含み、可変合分波２３−１の入力側が入力ポート（２１−２、２１−３）に接続され、可変合分波２３−２の入力側が入力ポート２１−１と可変合分波２３−１の出力の一方に接続され、可変合分波２３−３の入力側が入力ポート２１−４と可変合分波２３−１の出力の他方に接続され、可変合分波２３−２の出力側が出力ポート（２２−１、２２−２）に接続され、可変合分波２３−３の出力側が出力ポート（２２−３、２２−４）に接続されており、光合分波スイッチ２０の入力ポート（２１−１〜２１−４）には、波長可変光源（１０−１〜１０−４）からの光がそれぞれ結合され、光合分波スイッチ２０の出力ポート（２２−１〜２２−４）には、光変調手段（３０−１〜３０−４）がそれぞれ接続されている。

図１のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０１は、４つの波長可変光源（１０−１〜１０−４）と６つの可変合分波器（２３−１〜２３−３、４３−１〜４３−３）と４つの光変調器（３０−１〜３０−４）から構成されている。本構成例では、２値変調信号×４キャリア、４値変調信号×２キャリア、１６値変調信号×１キャリアの光信号を選択的に発生させることができる。図２に２５Ｇｂａｕｄの場合の具体的な信号スペクトル例を示す。（ａ）は２５Ｇｂｉｔ／ｓ２値位相変調（ＢＰＳＫ）信号×４キャリア波長多重（ＷＤＭ）、（ｂ）は５０Ｇｂｉｔ／ｓ４値位相変調（ＱＰＳＫ）信号×２キャリアＷＤＭ、（ｃ）は１００Ｇｂｉｔ／ｓ１６値直交振幅変調（１６ＱＡＭ）信号の光スペクトルを模式的に示したものである。以下、その動作を詳細に説明する。

図３に可変光合分波器２３の構成例を示す。本構成例は、平面光波回路（ＰＬＣ）による対称型マッハ・ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）光スイッチとなっており、非対称型ＭＺＩと比べて光路長差が短いために、本発明の波長可変光源１０の可変可能な全波長において実効的に周波数選択性を無視できる。言い換えれば、周波数依存性のない光スイッチングを実現することができる。また、光導波路上に配置されたヒータで光導波路の温度を変えることによって、熱光学効果により光導波路の光学長が変化し、分配比及び結合比を連続的に変えることができる。

本実施形態では、ＰＬＣによる光スイッチの例を示したが、例えば、Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ スイッチ、Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ スイッチ、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ スイッチなどの他の原理に基づく光スイッチを用いてもよい。

まず、はじめに、図２の（ａ）に示すような４つの光キャリアでそれぞれ別々の２値位相変調（ＢＰＳＫ）信号を生成する場合を考える。例えば図４の（ａ）に示すように光変調器３０の入力側の３つの可変合分波器（２３−１〜２３−３）を設定する。このとき、光変調器３０の入力側のすべての可変合分波器（２３−１〜２３−３）は入力信号パワーを１００％どちらかの出力ポートに結合するように２値的に設定される。この場合、図１に示す構成例において、波長可変光源１０−１からの光は光変調器３１−１へ、波長可変光源１０−２からの光は光変調器３０−２へ、波長可変光源１０−３からの光は光変調器３０−３へ、波長可変光源１０−４からの光は光変調器３０−４へ結合され、それぞれ別々のデータ信号で２値位相変調が施される。こうして変調された４つの光信号は、図４の（ｂ）に示すように光変調器３０の出力側の３つの可変合分波器（４３−１〜４３−３）を１：１のパワー比で結合するように設定することにより、１つの導波路へ結合して出力される。このとき、可変合分波器（４３−１〜４３−３）の使用していない出力ポートはモニタとして使用することができる。光変調器３０の入力側の３つの可変合分波器（２３−１〜２３−３）の設定を変えることにより、波長可変光源１０と光変調器３０の対応を変えることができる。波長可変光源１０−１からの光は光変調器３０−１と光変調器３０−２にしか結合することはできず、波長可変光源１０−４からの光は光変調器３０−３と光変調器３０−４にしか結合することはできないが、それは本マルチフロー光トランシーバの光送信部３０１が生成できる光信号の形態を制限するものではない。

次に、図２の（ｂ）に示すような２つの光キャリアでそれぞれ別々の４値位相変調（ＱＰＳＫ）信号を生成する場合を考える。例えば、光変調器３０の入力側の可変合分波器２３−１を図４の（ａ）に示すように、同じく２つの可変合分波器（２３−２，２３−３）を図４の（ｂ）に示すように設定する。このとき、可変合分波器（２３−２，２３−３）は、入力光を１：１のパワー比で分配する。この場合、図１に示す構成例において、光源としては、例えば、波長可変光源１０−１と波長可変光源１０−３を使用し、波長可変光源１０−２と波長可変光源１０−４は使用しないので消光させておく。波長可変光源１０−１からの光は、光変調器３０−１と光変調器３０−２に１：１のパワー比で分配され、波長可変光源１０−３からの光は、光変調器３０−３と光変調器３０−４に１：１のパワー比で分配される。光変調器（３０−１〜３０−４）では、それぞれ別々の２値データ信号で変調が行われて、ＢＰＳＫ信号が生成される。光変調器３０−１の出力と光変調器３０−２の出力をπ／２±Ｎπ（Ｎ＜＜Ｎｍａｘ、Ｎｍａｘは１シンボルレート時間に出力する光の波数）の位相差で１：１のパワー比で結合することによりＱＰＳＫ信号が生成される。光変調器３０−３と光変調器３０−４でも同様にＱＰＳＫ信号が生成される。これら２つのＱＰＳＫ信号を最終段の光スイッチで１：１のパワー比で結合することにより、４値変調された２波の光信号が生成される。光変調器３０の入力側の可変合分波器２３の設定を変えることにより、使用する波長可変光源１０を変えることができる。波長可変光源１０−１からの光は光変調器３０−１と光変調器３０−２にしか結合することができず、波長可変光源１０−４からの光は光変調器３０−３と光変調器３０−４にしか結合することができないが、本マルチフロー光トランシーバの光送信部が生成できる光信号の形態を制限するものではない。

次に、図２の（ｃ）に示すような１つの光キャリアで１６値直交振幅変調（１６ＱＡＭ）信号を生成する場合を考える。例えば、光変調器３０の入力側の可変合分波器２３−１を図４の（ｃ）に示すように、同じく２つの可変合分波器（２３−２，２３−３）を図４の（ｂ）に示すように設定する。このとき、光変調器３０の入力側のすべての可変合分波器２３は光パワーを２値的ではなくアナログ的に分配するように設定される。この場合、図１に示す構成例において、光源としては、例えば、波長可変光源１０−２を１つだけ使用し、波長可変光源１０−１と波長可変光源１０−３と波長可変光源１０−４は使用しないため消光させておく。この１６ＱＡＭ構成では、光変調器（３０−１〜３０−４）のすべてに光を結合できる、波長可変光源１０−２と波長可変光源１０−３は光源として使用することができる。一方、光変調器（３０−１〜３０−４）の必ずしもすべてに光を結合できない、波長可変光源１０−１と波長可変光源１０−４は光源として使用することができないが、本マルチフロー光トランシーバの光送信部３０１が生成できる光信号の形態を制限するものではない。

図１に示す構成例で１６ＱＡＭ信号を生成する手順を詳細に説明する。まず、波長可変光源＃２のみを発光させ、他の光源を消光させる。可変合分波器＃１のパワー比を２：１に設定し、可変合分波器＃２〜＃６はパワー比を１：１に設定する。光変調器＃１及び光変調器＃２で、それぞれＢＰＳＫ信号を生成し、光変調器＃１で生成したＢＰＳＫ信号と光変調器＃２で生成したＢＰＳＫ信号の光位相をπ／２ずらして合波することにより、ＱＰＳＫ信号が生成される。光変調器＃３と光変調器＃４の組み合わせでも同様にＱＰＳＫ信号が生成されるが、そのパワー比は２：１になっている。パワー比が２：１のＱＰＳＫ信号同士をコヒーレントに合成することで、図３５に示すように、１６ＱＡＭ 信号が生成される。

ここで、二つのＱＰＳＫ信号をコヒーレントに合成する例で、位相と偏波について記載していないが、揃っているもの、例えば、伝搬路の距離が波長オーダーで揃っており、入力光が１偏波で偏波保持の伝搬路を用いているものとして説明した。揃っていない場合、位相は位相シフタ等により揃え、偏波は偏波コントローラ等で揃えても良い。位相シフタや偏波コントローラは、例えば、コンスタレーションを見て信号点のＩ軸方向とＱ軸方向が概ね等間隔となるようにあわせればよい。

なお、光変調器の入力側の可変合分波器でパワー比を２：１としたが、光変調器の入力側の可変合分波器のパワー比は１：１として出力側の可変合分波器で行っても良い。また、光変調器の入出力側ともパワー比を１：１として入力側又は出力側又はその両方に光減衰器を設置し光減衰器でパワー比を２：１としても良い。また、変調器の駆動電圧の振幅の調整によりパワー比を２：１としてもよい。

（第２実施形態）
図５は本実施形態のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０２を説明する図である。マルチフロー光トランシーバの光送信部３０２は、図１のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０１に、波長可変光源１０の光から等しい周波数間隔のマルチキャリアを発生させる少なくとも１つのマルチキャリア発生手段５０と、マルチキャリア発生手段５０からのマルチキャリアを波長毎に分波する波長分離手段（不図示）と、をさらに備える。なお、マルチフロー光トランシーバの光送信部３０２の場合、可変合分波器２３が波長分離手段の機能を有している。

図５のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０２は、図１のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０１の波長可変光源１０−２と波長可変光源１０−３の出力にマルチキャリア発生部５０−１とマルチキャリア発生部５０−２をそれぞれ配置している。さらに、マルチキャリア発生部５０で生成したマルチキャリアを波長ごとに分波する必要があるため、光変調器３０の入力側の可変合分波器（２３−１〜２３−３）には波長選択性が要求される。図６に波長選択性のある可変光合分波器２３の構成例を示す。本構成例は、ＰＬＣによる非対称型ＭＺＩ光スイッチとなっており、原理的には周期的な周波数選択特性をもつ。その周期は、２つの導波路の光学長差によって異なり、フリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）と呼ばれる。図６の（ａ）に示した構成例と図６の（ｂ）に示した構成例ではＦＳＲが異なっており、光キャリア周波数の最小設定値をΔｆとすると、それぞれＦＳＲ＝２Δｆ、ＦＳＲ＝４Δｆとなっている。また、光導波路上に配置されたヒータで光導波路の温度を変えることによって、熱光学効果により光導波路の光学長が変化し、周波数特性を連続的に周波数軸方向に平行シフトさせることができる。光変調器３０の出力側の可変合分波器４３は、図１の可変合分波器４３同様に対称型ＭＺＩ光スイッチである。

マルチキャリア発生部５０は、入力される単一波長の光から互いに光位相が同期した複数の光キャリアを一括して発生させるものである。その構成は、例えば、非特許文献［３］や特許文献［１］に記載されており、等しい周波数間隔のマルチキャリアを発生させることができる。

図７に２５Ｇｂａｕｄの場合の具体的な信号スペクトル例を示す。本構成例では、図２に示す信号スペクトル例に加えて、（ａ）マルチキャリア光を用いたＢＰＳＫ信号×４サブキャリア直交周波数多重（ＯＦＤＭ））、（ｂ）マルチキャリア光を用いたＱＰＳＫ信号×２サブキャリアＯＦＤＭ、（ｃ）マルチキャリア光を用いたＢＰＳＫ信号×２サブキャリアＯＦＤＭ×２ＷＤＭ、（ｄ）マルチキャリア光を用いたＢＰＳＫ信号×２サブキャリアＯＦＤＭ＋ＢＰＳＫ信号×２ＷＤＭの光信号を選択的に発生させることができる。本構成例では、光変調器３０の入力側の可変合分波器２３に波長選択性を持たせていることにより、マルチキャリア光を用いた光ＯＦＤＭ信号を生成できるが、設定できるキャリア周波数間隔が光変調器３０の入力側の可変合分波器２３のＦＳＲによって限定される。しかし、可変合分波器２３の波長選択性は周期的であるため、設定できる波長域は波長可変光源１０の広い波長可変領域をカバーすることができる。以下、その動作を詳細に説明する。

まず、はじめに、図１のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０１と同様な信号を生成する場合を考える。図２の（ａ）に示すような４つの光キャリアでそれぞれ別々のＢＰＳＫ信号を生成する場合は、例えば、図８に示すように光変調器３０の入力側の可変合分波器２３を設定する。実践と点線は、それぞれＭＺＩ光スイッチのある入力ポートから２つの出力ポートへのパワー透過率を模式的に示したものである。このとき、マルチキャリア発生部５０は、入力された単一波長の光をそのまま出力するように設定される。図１のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０１の場合と異なるのは、光変調器３０の入力側の可変合分波器２３が波長選択性をもっているため、各波長可変光源１０が設定できる波長間隔が離散的な値に限定されることである。しかし、可変合分波器２３の波長選択性は周期的であるため、設定できる波長域は波長可変光源１０の広い波長可変領域をカバーすることができる。

図２の（ｂ）に示すような２つの光キャリアでそれぞれ別々のＱＰＳＫ信号を生成する場合は、例えば、図９に示すように光変調器３０の入力側の可変合分波器２３を設定する。このとき、マルチキャリア発生部５０は、入力された単一波長の光をそのまま出力するように設定される。図１のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０１の場合と異なるのは、光変調器３０の入力側の可変合分波器２３が波長選択性をもっているため、各波長可変光源１０が設定できる波長間隔が離散的な値に限定されることである。しかし、可変合分波器２３の波長選択性は周期的であるため、設定できる波長域は波長可変光源１０の広い波長可変領域をカバーすることができる。

図２の（ｃ）に示すような１つの光キャリアで１６ＱＡＭ信号を生成する場合は、例えば、図１０に示すように光変調器３０の入力側の可変合分波器２３を設定する。可変合分波器２３−１は、入力光を１：２のパワー比で分配、可変合分波器（２３−２，２３−３）は、入力光を１：１のパワー比で分配するように設定される。このとき、マルチキャリア発生部５０は、入力された単一波長の光をそのまま出力するように設定される。図１のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０１の場合と異なるのは、光変調器３０の入力側の可変合分波器２３が波長選択性をもっているため、各波長可変光源１０が設定できる波長間隔が離散的な値に限定されることである。しかし、可変合分波器２３の波長選択性は周期的であるため、設定できる波長域は波長可変光源１０の広い波長可変領域をカバーすることができる。

次に、図７の（ａ）に示すような、マルチキャリア光を用いたＢＰＳＫ信号×４サブキャリアＯＦＤＭ信号を生成する場合を考える。例えば、図１１に示すように光変調器３０の入力側の可変合分波器２３を設定する。このとき、光変調器３０の入力側のすべての光合分波器は入力光を１００％どちらかの出力ポートに結合するように２値的に設定される。この場合、図５に示す構成例において、光源としては、例えば波長可変光源１０−２を１つだけ使用し、波長可変光源１０−１と波長可変光源１０−３と波長可変光源１０−４は使用しないため消光させておく。この構成では、光変調器（３０−１〜３０−４）のすべてに光を結合できる、波長可変光源１０−２と波長可変光源１０−３は光源として使用することができる。マルチキャリア発生部５０−１では、周波数間隔が等間隔（Δｆ）で光位相が同期した４つの光キャリアが生成される。この４つの光キャリアは、図１１に示すように前段の可変合分波器２３−１で、光周波数軸上で奇数番目（ｃｈ１，３）と奇数番目（ｃｈ２，４）の２波ずつの光キャリアに分離され、それぞれ後段の可変合分波器（２３−２，２３−３）に入力される。後段の可変合分波器（２３−２，２３−３）では、それぞれ入力された２つの光キャリアをそれぞれ２つの出力ポートに１波ずつ分離する。光変調と再結合の動作は、４つの光キャリアでそれぞれ別々の２値位相変調（ＢＰＳＫ）信号を生成する場合と同様である。この構成では、可変合分波器２３が波長選択性をもっているため、各波長可変光源１０が設定できる波長間隔が離散的な値に限定される。しかし、可変合分波器２３の波長選択性は周期的であるため、設定できる波長域は波長可変光源１０の広い波長可変領域をカバーすることができる。

次に、図７の（ｂ）に示すような、ＱＰＳＫ信号×２サブキャリアＯＦＤＭ信号を生成する場合を考える。例えば、図１２に示すように光変調器３０の入力側の可変合分波器２３を設定する。このとき、光変調器３０の入力側の可変合分波器（２３−２、２３−３）は、入力光を１：１のパワー比で分配するように設定される。この場合、図５に示す構成例において、光源としては、例えば波長可変光源１０−２を１つだけ使用し、波長可変光源１０−１と波長可変光源１０−３と波長可変光源１０−４は使用しないため消光させておく。この構成では、光変調器（３０−１〜３０−４）のすべてに光を結合できる、波長可変光源１０−２と波長可変光源１０−３は光源として使用することができる。マルチキャリア発生部５０−１では、周波数間隔がΔｆで光位相が同期した２つの光キャリアが生成される。この２つの光キャリアは、前段の可変合分波器２３−１で単一波長の光キャリアに分離され、それぞれ後段の可変合分波器（２３−２，２３−３）に入力される。後段の可変合分波器（２３−２，２３−３）では、それぞれ入力された光キャリアをそれぞれ２つの出力ポートに１：１のパワー比で分配する。光変調と再結合の動作は、２つの光キャリアでそれぞれ別々のＱＰＳＫ信号を生成する場合と同様である。この構成では、可変合分波器２３が波長選択性をもっているため、各波長可変光源１０が設定できる波長間隔が離散的な値に限定される。しかし、可変合分波器２３の波長選択性は周期的であるため、設定できる波長域は波長可変光源１０の広い波長可変領域をカバーすることができる。

次に、図７の（ｃ）に示すような、ＢＰＳＫ信号×２サブキャリアＯＦＤＭ×２ＷＤＭ信号を生成する場合を考える。例えば、図１３に示すように光変調器３０の入力側の可変合分波器２３を設定する。このとき、光変調器３０の入力側のすべての可変合分波器２３は入力光を１００％どちらかの出力ポートに結合するように２値的に設定される。この場合、図５に示す構成例において、光源としては、波長可変光源１０−２と波長可変光源１０−３の２つを使用し、波長可変光源１０−１と波長可変光源１０−４は使用しないため消光させておく。マルチキャリア発生部５０−１では、周波数間隔が等間隔（Δｆ）で光位相が同期した２つの光キャリアが生成される。マルチキャリア発生部５０−２でも、同様に２つの光キャリアが生成される。このとき、マルチキャリア発生部５０−１で生成される２つのキャリアの周波数間隔とマルチキャリア発生部５０−２で生成される２つのキャリア周波数の間隔Δｆは、それぞれ前段の可変合分波器２３−１のＦＳＲに等しく設定され、マルチキャリア発生部５０−１で生成される２つのキャリアの周波数とマルチキャリア発生部５０−２で生成される２つのキャリアの周波数は、前記ＦＳＲの（奇数／２）倍離れているように設定される。ここで、可変合分波器２３のとり得るＦＳＲの値はシンボルレートの半分以上である。このように設定すると、波長可変光源１０−２から生成された２つのキャリアは両方とも、光変調器３０−１と光変調器３０−２の入力側に接続された可変合分波器２３−２、もしくは光変調器３０−３と光変調器３０−４の入力側に接続された可変合分波器２３−３のどちらかに振り分けられ、波長可変光源１０−３から生成された２つのキャリアは両方とも、その反対側の可変合分波器２３に振り分けられる。光変調器３０の入力側の後段の可変合分波器（２３−２，２３−３）は、それぞれ入力された２つのキャリアを分離して、各光変調器３０にはそれぞれ１つの光キャリアのみが入力され変調が施される。その後の再結合の動作は、４つの光キャリアでそれぞれ別々のＢＰＳＫ信号を生成する場合と同様である。この構成では、可変合分波器２３が波長選択性をもっているため、各波長可変光源１０が設定できる波長間隔が離散的な値に限定される。しかし、可変合分波器２３の波長選択性は周期的であるため、設定できる波長域は波長可変光源１０の広い波長可変領域をカバーすることができる。

次に、図７の（ｄ）に示すような、ＢＰＳＫ信号×２サブキャリアＯＦＤＭ信号＋ＢＰＳＫ信号×２キャリアＷＤＭ信号を生成する場合を考える。例えば、図１４に示すように光変調器３０の入力側の可変合分波器２３を設定する。このとき、光変調器３０の入力側のすべての可変合分波器２３は入力光を１００％どちらかの出力ポートに結合するように２値的に設定される。この場合、図５に示す構成例において、光源としては、例えば波長可変光源（１０−１，１０−２，１０−４）だけを使用し、波長可変光源１０−３は使用しないため消光させておく。この構成では、マルチキャリア発生部５０に接続された、波長可変光源１０−２と波長可変光源１０−３のいずれか１つは必ず光源として使用する必要がある。マルチキャリア発生部５０−１では、周波数間隔がΔｆで光位相が同期した２つの光キャリア（図１４のｃｈ１とｃｈ２）が生成される。この２つの光キャリアは、前段の可変合分波器２３−１で単一波長の光キャリアに分離され、ｃｈ１とｃｈ２の光キャリアはそれぞれ後段の可変合分波器（２３−２，２３−３）に入力される。可変合分波器２３−２へは、ｃｈ１の光キャリアと図５に示す波長可変光源１０−１からのｃｈ３の光キャリアが入力され、ｃｈ１の光キャリアは光変調器３０−１へ、ｃｈ３の光キャリアは光変調器３０−２へそれぞれ結合される。同様に、可変合分波器２３−３へは、ｃｈ２の光キャリアと図５に示す波長可変光源１０−４からのｃｈ４の光キャリアが入力され、ｃｈ２の光キャリアは光変調器３０−３へ、ｃｈ４の光キャリアは光変調器３０−４へそれぞれ結合される。光変調と再結合の動作は、４つの光キャリアでそれぞれ別々のＢＰＳＫ信号を生成する場合と同様である。この構成では、可変合分波器２３が波長選択性をもっているため、各波長可変光源１０が設定できる波長間隔が離散的な値に限定される。しかし、可変合分波器２３の波長選択性は周期的であるため、設定できる波長域は波長可変光源１０の広い波長可変領域をカバーすることができる。

これまで、図５に示す構成例において、光変調器３０の入力側の可変合分波器２３は図６に示す波長選択性をもつ非対称型ＭＺＩ光スイッチを考えてきたため、各波長可変光源１０が設定できる波長間隔が離散的な値に限定される。一方、光変調器３０の入力側の可変合分波器２３に波長選択性の有無を切り替えられるような光スイッチを採用すると、各波長可変光源１０が設定できる波長間隔をより自由に設定できるようになる。図１６にそれを実現する可変合分波器２３の構成例を示す。本構成例では、入出力端に複数の対称型ＭＺＩ光スイッチを、その間に非対称型ＭＺＩ光スイッチを配置した構成となっている。波長選択性のない光分配を行いたいときは、入出力端の対称型ＭＺＩ光スイッチを中心の非対称型ＭＺＩ光スイッチを回避するように設定し、波長選択性のある光分配を行いたいときは、入出力端の対称型ＭＺＩ光スイッチを中心の非対称型ＭＺＩ光スイッチを通過するように設定する。図１６の可変合分波器２３はＦＳＲ＝２Δｆである。

なお、本実施形態では、波長可変光源（１０−２，１０−３）の光を使ってマルチキャリアを生成する構成を説明したが、本構成には限定されない。例えば、全ての波長可変光源（１０−１〜１０−４）の光を使ってマルチキャリアを生成する構成でもよく、１つの波長可変光源（例えば、１０−２）の光を使ってマルチキャリアを生成する構成でもよい。さらには、単一のマルチキャリア発生部で発生させたマルチキャリアを波長分離部で分波して光合分波スイッチ２０の入力ポート（２１−１〜２１−４）へ結合する構成でもよい。

図１５は本実施形態のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０２−１を説明する図である。マルチフロー光トランシーバの光送信部３０２−１は、図５のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０２に、マルチキャリアから１波長を選択的に透過させることができるチューナブルフィルタ（２５−１〜２５−４）を光変調器（３０−１〜３０−４）の入力端にそれぞれ備える。図５のマルチフロー光トランシーバの送信部３０２は、可変合分波器＃１〜＃３に例えば図６に示す波長選択性をもつ光スイッチを用いることによりマルチキャリアの波長分離を行うが、もし可変合分波器（２３−１〜２３−３）のＦＳＲが自由に変えられなければ、発生させられる光信号の周波数配置が一定の制約を受けることになる。

図１５では、チューナブルフィルタを可変合分波器２３−２と２３−３の後段に挿入しているが、可変合分波器２３−２と２３−３の前段、又は可変合分波器２３−１の後段、又は前段に入れても良い。この場合、波長可変光源１０−１と１０−２の出力に係るチューナブルフィルタを取り除くと、コスト低減の効果がある。

図１５のマルチフロー光トランシーバの送信部３０２−１では、可変合分波器（２３−１〜２３−３）を例えば図３に示す波長選択性のない光スイッチとすることにより、発生させられる光信号の周波数配置の制約を解消することができる。例えば１つの例として、波長可変光源１０−２とマルチキャリア発生部５０−１で４波のマルチキャリアを発生させる場合を考える。このとき、可変合分波器（２３−１〜２３−３）を図４（ｃ）に示すように入力信号を１：１の光パワー比で分配するように設定することにより、４波のマルチキャリアはチューナブルフィルタ（２５−１〜２５−４）に等しい光パワーで分配される。チューナブルフィルタ（２５−１〜２５−４）で、４波のマルチキャリアのうちそれぞれ異なる波長の光キャリアを選択することにより、マルチキャリアの周波数分離を実現することができる。

また、もう１つの例として、波長可変光源１０−２とマルチキャリア発生部５０−１で２波のマルチキャリアを、波長可変光源１０−３とマルチキャリア発生部５０−２で２波のマルチキャリアを発生させる場合を考える。このとき、可変合分波器２３−１を図４（ｂ）に示すようにどちらかの出力に１００％結合するように設定し、可変合分波器２３−１と２３−２を図４（ｃ）に示すように入力信号を１：１の光パワー比で分配するように設定することにより、波長可変光源１０−２とマルチキャリア発生部５０−１で生成した２つのマルチキャリアは、チューナブルフィルタ（２５−１、２５−２）に等し光パワーで分配され、波長可変光源１０−３とマルチキャリア発生部５０−２で生成した２つのマルチキャリアは、チューナブルフィルタ（２５−３、２５−４）に等しい光パワーで分配される。チューナブルフィルタ２５−１で２つのマルチキャリアのうちの１波を、チューナブルフィルタ２５−２で残りの１波を選択する。また、チューナブルフィルタ２５−３とチューナブルフィルタ２５−４でも同様な周波数分離を行う。こうして、２つの波長可変光源と２つのマルチキャリア発生部で生成した、４つのマルチキャリアの周波数分離を実現できる。従って、上述のように、波長選択手段としてチューナブルフィルタを備えることにより、マルチキャリア生成を用いた場合でも設定可能な光周波数の制約を解消し、任意の光周波数帯域に光信号を配置することができる。

（第３実施形態）
図１７は、本実施形態のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０３の構成例を示す図である。本構成例は、図１のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０１の光変調器３０を光ベクトル変調器３０’に置き換えたものである。本構成例では、図１８に示すように、例えば（ａ）ＢＰＳＫ信号×４キャリアＷＤＭ、（ｂ）ＱＰＳＫ信号×４キャリアＷＤＭ、（ｃ）１６ＱＡＭ信号×２キャリアＷＤＭの信号を選択的に生成することができる。各信号の生成方法は、図１のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０１の説明と同様であるが、ＢＰＳＫ信号を生成する場合には、光ベクトル変調器３０’の２つの変調ポートのうち片方の変調ポートだけを使用して、使用しない変調ポートは光を遮断するようにバイアス電圧を印加して使用する。

（第４実施形態）
図１９は、本実施形態のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０４の構成例を示す図である。本構成例は、図５のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０２の光変調器３０を光ベクトル変調器３０’に置き換えたものである。本構成例では、図２０に示すように、例えば（ａ）ＢＰＳＫ信号×４サブキャリアＯＦＤＭ（４キャリアＷＤＭも可）、（ｂ）ＱＰＳＫ信号×４サブキャリアＯＦＤＭ（４キャリアＷＤＭも可）、（ｃ）１６ＱＡＭ信号×２サブキャリアＯＦＤＭ（２キャリアＷＤＭも可）、（ｄ）ＱＰＳＫ信号×２サブキャリアＯＦＤＭ×２キャリアＷＤＭ、（ｅ）ＱＰＳＫ信号×２サブキャリアＯＦＤＭ＋ＱＰＳＫ信号×２キャリアＷＤＭ、（ｆ）１６ＱＡＭ信号＋ＱＰＳＫ信号×２サブキャリアＯＦＤＭ、（ｇ）１６ＱＡＭ信号＋ＱＰＳＫ信号×２キャリアＷＤＭを選択的に生成することができる。各信号の生成方法は、図５のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０２の説明と同様であるが、ＢＳＰＫ信号を生成する場合には、光ベクトル変調器３０’の２つの変調ポートのうち片方の変調ポートだけを使用して、使用しない変調ポートは光を遮断するようにバイアス電圧を印加して使用する。

（第５実施形態）
図２１は、本実施形態のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０５の構成例を示す図である。本構成例は、図１９のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０４を２つ用意して、それぞれの出力を偏波結合器（ＰＢＣ）６０を用いて直交偏波で結合し、偏波多重信号を生成できるようにしたものである。本構成例では、図２２に示すように、例えば（ａ）偏波多重（ＰＭ）−ＢＰＳＫ信号×４サブキャリアＯＦＤＭ（４キャリアＷＤＭも可）、（ｂ）ＰＭ−ＱＰＳＫ信号×４サブキャリアＯＦＤＭ（４キャリアＷＤＭも可）、（ｃ）ＰＭ−１６ＱＡＭ信号×２サブキャリアＯＤＦＭ（２キャリアＷＤＭも可）、（ｄ）ＰＭ−ＱＰＳＫ信号×２サブキャリアＯＦＤＭ×２キャリアＷＤＭ、（ｅ）ＰＭ−ＱＰＳＫ信号×２サブキャリアＯＦＤＭ＋ＰＭ−ＱＰＳＫ信号×２キャリアＷＤＭ、（ｆ）ＰＭ−１６ＱＡＭ信号＋ＰＭ−ＱＰＳＫ信号×２サブキャリアＯＦＤＭ、（ｇ）ＰＭ−１６ＱＡＭ信号＋ＰＭ−ＱＰＳＫ信号×２キャリアＷＤＭを選択的に生成することができる。各信号の生成方法は、図１９のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０４の説明と同様であるが、偏波多重信号を生成できるため、トータルビットレートで２倍の光信号を生成することができる。

（第６実施形態）
図２３は本実施形態のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０６を説明する図である。マルチフロー光トランシーバの光送信部３０６は、図１７のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０３に、入力信号をディジタル−アナログ変換して光変調手段３０’へ入力するディジタル−アナログ変換手段７０をさらに備える。

図２３は、本実施形態のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０６の構成例を示す図である。図１７のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０３にディジタル−アナログ（Ａ／Ｄ）変換器７０を追加して、光ベクトル変調器３０’を駆動する信号を、このＡ／Ｄ変換器７０で生成するものである。図２４に示すようにＡ／Ｄ変換器７０の帯域の２倍の帯域を持つ任意の変調信号×４キャリアの信号を発生させることができる。任意の変調信号とは、例えば、ＯＦＤＭ信号、単一側波帯（ＳＳＢ）、ナイキスト限界の矩形に近いスペクトルをもつ信号など、信号電気領域で合成できるあらゆる形態の信号を示す。

（第７実施形態）
図２５は、本実施形態のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０７の構成例を示す図である。本構成例は、Ｎ個の波長可変光源１０と、光合分波スイッチ２０としてのＮ×Ｎ光スイッチ２０’と、Ｎ個の光変調器３０と、光結合手段４０としてのＮ×１光カプラ４０’と、から構成されている。ここで、Ｎ×Ｎ光スイッチ２０’は複数の入力光を任意のパワー比で分配／結合する機能を持つ。本構成例では、例えば、ＢＰＳＫ信号×Ｎキャリア、ＱＰＳＫ信号×Ｎ／２キャリア、１６ＱＡＭ信号×Ｎ／４キャリアおよびその組み合わせを含む多彩な光信号を選択的に生成することができる。Ｎ×Ｎ光スイッチ２０’を除けば、信号生成のメカニズムは基本的に図１のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０１と同様である。Ｎ×Ｎ光スイッチ２０’の構成例と動作を以下に説明する。

図２６は、Ｎ×Ｎ光スイッチ２０’の構成例を示す図である。本構成例は、ＰＬＣによる対称型ＭＺＩ光スイッチを基本とするマトリクススイッチ構成となっており、原理的には周波数選択特性をもたない。各ＭＺＩの光導波路上に配置されたヒータで光導波路の温度を変えることによって、熱光学効果により光導波路の光学長が変化し、分配比及び結合比を連続的に変えることができる。これは、Ｎ個の入力ポートからＮ個の出力ポートに任意の組み合わせで１００％結合ができるばかりでなく、各ＭＺＩによる光パワーの分岐比をアナログ的に調整することによって、任意の入力ポートの光を任意の組み合わせで任意のパワー結合比率で任意の出力ポートに出力することができる。従って、２つの光変調器を用いて、１：１のパワー比で光を分岐し、それぞれ変調後に１：１のパワー比で再結合することによってＱＰＳＫ信号を合成したり、４つの光変調器を用いて、１：２のパワー比で光を分岐し、それぞれ変調後に１：１のパワー比で再結合することによって１６ＱＡＭ信号を合成したりすることができる。なお、図２６には明示していないが、異なる導波路からの光を合波する前に互いの光の位相差を調整する機能を備えている。同様の機能は本発明の他の実施例でも備えていることが望ましい。

（第８実施形態）
図２７は、本実施形態のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０８の係る構成例を示す図である。本構成例は、図２５に示す第７の構成例の光変調器を光ベクトル変調器３０’に置き換えたものである。本構成例では、図２５に示すマルチフロー光トランシーバの光送信部３０７と同様に、ＢＳＰＫ信号もしくはＱＰＳＫ信号×Ｎキャリア、１６ＱＡＭ信号×Ｎ／２キャリアおよびその組み合わせを含む多彩な光信号を選択的に発生させることができる。各信号の生成方法は、図２５のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０７の説明と同様であるが、ＢＳＰＫ信号を生成する場合には、光ベクトル変調器３０’の２つの変調ポートのうち片方の変調ポートだけを使用して、使用しない変調ポートは光を遮断するようにバイアス電圧を印加して使用する。

（第９実施形態）
図２８は、本実施形態のマルチフロー光トランシーバ４０１の構成例を示す図である。マルチフロー光トランシーバ４０１の光送信部は、これまで説明した第１実施形態から第８実施形態までの光送信部（３０１〜３０８）である。光受信部３５１は、複数のローカル光源を用いた帯域分割型ディジタルコヒーレント受信機である。複数の波長帯を分波してそれぞれ受信できる構成のものであれば、ＭＺＩ光復調回路を用いた直接検波受信機など他の構成の受信機でもよい。

（第１０実施形態）
図２９は本実施形態のマルチフロー光トランシーバの光送信部３１０を説明する図である。マルチフロー光トランシーバの光送信部３１０は、光結合手段４０が、複数の光出力ポートを持つ光分配機能付きスイッチ４０”であることを特徴とする。

図２９は、本発明のマルチフロー光トランシーバの光送信部３１０の構成例を示す図である。本構成例は、図２５のマルチフロー光トランシーバの光送信部３０８のＮ×１光カプラ４０’をＮ×Ｎ光スイッチ４０”に置き換えたものである。生成できる光信号の種類は、マルチフロー光トランシーバの光送信部３０８と変わりはないが、Ｍ個の方路（Ｍ≦Ｎ）に効率的に信号を振り分けることが可能となるばかりでなく、同じ波長の信号を複数生成して違う方路へ送出することができる。

（第１１実施形態）
本実施形態のマルチフロー光トランスポンダ（５０１、５０２）は、少なくとも１つのクライアントインタフェース７１と、クライアントインタフェース７１に接続される再構成可能なディジタル信号処理手段７２と、ディジタル信号処理手段７２に接続されるｍ：ｎ（ｍ＞ｎ）のパラレル−シリアル／シリアル−パラレル変換手段７３と、パラレル−シリアル／シリアル−パラレル変換手段７３に接続されるマルチフロー光トランシーバ４０１と、を備える。

図３０及び図３１は、それぞれ本実施形態のマルチフロー光トランスポンダ（５０１、５０２）の構成例を示す図である。図３０は、入出力ポートが１対であるマルチフロー光トランスポンダ５０１である。図３１は、入出力ポートがＭ対であるマルチフロー光トランスポンダ５０２である。マルチフロー光トランスポンダ５０１は、図２８で説明したマルチフロー光トランシーバ４０１とｎ個のクライアントインタフェース７１と再構成可能なディジタル信号処理回路７２とｍ：ｎ（ｍ＞ｎ）のパラレル−シリアル／シリアル−パラレル変換回路７３から構成されている。マルチフロー光トランスポンダ５０２は、図２９で説明した光送信部３１０を含むマルチフロー光トランシーバ４０２とｎ個のクライアントインタフェース７１と再構成可能なディジタル信号処理回路７２とｍ：ｎ（ｍ＞ｎ）のパラレル−シリアル／シリアル−パラレル変換回路７３から構成されている。

再構成可能なディジタル信号処理回路７２は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）回路などで構成することができる。図３２にその構成例を示す。例えば、ディジタル信号処理回路７２は、（ａ）１つの４００Ｇｂｉｔ／ｓ伝送フレームを構成するフレーマ回路、（ｂ）４つの１００Ｇｂｉｔ／ｓ伝送フレームを構成するフレーマ回路、（ｃ）２つの１００Ｇｂｉｔ／ｓ伝送フレームと５つの４０Ｇｂｉｔ／ｓ伝送フレームを構成するフレーマ回路、（ｄ）３つの１００Ｇｂｉｔ／ｓ伝送フレームと１０個の１０Ｇｂｉｔ／ｓ伝送フレームを構成するフレーマ回路を選択的に切り替えて使うことができる。それにより、様々なビットレートのクライアント信号を効率よく光信号に変換することができる。

（第１２実施形態）
本実施形態のマルチフロー光ノード（６０１、６０２）は、マルチフロー光トランスポンダ（５０１、５０２）と、複数の波長選択スイッチ８１と、を備え、マルチフロー光トランスポンダ５０２の出力ポート数もしくはマルチフロー光トランスポンダ５０１の出力ポートに接続された光分岐手段８２の出力ポート数が波長選択スイッチ８１の数と同じであり、マルイフロー光トランスポンダ５０２の出力もしくは光分岐手段８２の出力が波長選択スイッチ８１の入力に接続されていることを特徴とする。

図３３は、本実施形態のマルチフロー光ノード６０１の構成例を示す図である。本構成例は、図３０のマルチフロー光トランスポンダ５０１と、送信側に、光分岐手段８２として１×Ｍ光スプリッタと、波長選択スイッチ８１としてＭ個のｋ×１ＷＳＳ、受信側に、光分岐手段８２としてＭ×１カプラと、波長選択スイッチ８１としてＭ個の１×ｋＷＳＳから構成される。この場合、光レベルによっては、マルチフロー光トランスポンダ５０１と１×Ｍ光スプリッタ／Ｍ×１光カプラの間に光増幅器８３を挿入してもよい。Ｍは光ノードの方路数を表し、送信側では各ＷＳＳで合波された信号が各方路へ送出され、受信側では各方路から入力された信号がＷＳＳで分波され、Ｍ×１カプラで結合されてマルチフロー光トランスポンダ５０１に入力される。

図３４は、本実施形態のマルチフロー光ノード６０２の構成例を示す図である。本構成例は、図３１のマルチフロー光トランスポンダ５０２と、送信側に、波長選択スイッチ８１としてＭ個のｋ×１ＷＳＳ、受信側に、波長選択スイッチ８１としてＭ個の１×ｋＷＳＳから構成される。図３３のマルチフロー光ノード６０２に比べて簡易な構成であるばかりでなく、１つのマルチフロー光トランスポンダ５０２から同一波長で異なる複数の方路に同時に光パスを生成することができる。

多値のＱＡＭ信号、例えば６４ＱＡＭ信号を単一の変調器で得るためには、変調器駆動用のドライバアンプ、および変調器のＥＯ変換特性に高い線形性が要求される。とりわけ、伝送速度が数１０Ｇｂｉｔ／ｓ級の高速光伝送システムでは、このような線形性の高いドライバアンプや変調器を実現するのは困難である。そこで、６４ＱＡＭ信号を生成するために、同相成分、直交成分それぞれ８値の電気信号をＤＡ変換器により生成し、この８値の電気信号により光変調器を駆動している。

本願ではこの多値変調に用いる複数の変調器の内、ビットレート需要の低い場合に不要となる変調器に着目し、不要な変調器の活用を試みた。本願では、ビットレート需要の低い場合に不要な変調器を活用するために、ビットレート需要の高い場合に不要となる光源と光スイッチを付与すると、従来のトランスポンダに比べてコストが上昇する課題が生じる。

例えば、４波長で、４つの１００Ｇｂｉｔ／ｓの最大容量をもつ容量可変光トランスポンダを想定し、１つの光源、１つの変調器、４×４光スイッチのコストがそれぞれ１単位、３単位、2単位であるとする。従来の４００Ｇｂｉｔ／ｓのトランスポンダは、１つの光源と４つの変調器からなるので、コストが１３単位であり、本願のトランスポンダは４つの光源と４つの変調器と１つの４×４光スイッチからなるので、コストは１８単位となり、トランスポンダ単体としてはコストが上昇する。

しかし、波長毎の所要ビットレートは低いが、多くの波長が必要となり、装置のライフタイムの内に、時代と共に波長毎の所要ビットレートが増大する場合に、本願トランスポンダは、創設コストを平準化して、初期の創設コストを抑制する効果がある。

例えば、装置のライフタイムにおける波長毎に要求されるビットレートの最大値が４００Ｇｂｉｔ／ｓであり、当初、需要は４波長、例えば４対地でそれぞれ１００Ｇｂｉｔ／ｓであると想定する。この場合、従来のトランスポンダでは、４台のトランスポンダが必要で、４×１３単位＝５２単位の初期コストが掛かる。それに比べて、本願の容量可変光トランスポンダは、１つのトランスポンダで４つの対地へ向かう光信号を発生させることができるため、１台で対応することができる。従って、１×１８単位=１８単位となり、初期の創設コストを低く抑えることができる。その後、波長毎の所要ビットレートが２００Ｇｂｉｔ／ｓ、３００Ｇｂｉｔ／ｓ、４００Ｇｂｉｔ／ｓとなる際に、本願の容量可変光トランスポンダを１台ずつ増設してゆけばよい。この場合、コストの累計が１８、３６、５４、７２単位となるので、３台目以降は従来のトランスポンダを導入して累計コストを低減しても良い。

以上説明した様に、本発明によれば、ネットワークとしての帯域リソースを十分に活用でき、さらに初期導入コストを低く抑えることができるマルチフロー光トランシーバ、マルチフロー光トランスポンダ及びマルチフロー光ノードを提供することができる。

１０、１０−１、１０−２、・・・、１０−Ｎ：波長可変光源
２０、２０’：光合分波スイッチ
２１−１〜２１−４：入力ポート
２２−１〜２２−４：出力ポート
２３−１〜２３−３：可変合分波器
２５−１〜２５−４：チューナブルフィルタ
３０、３０−１、３０−２、・・・、３０−Ｎ：光変調器
４０、４０’、４０”：光結合手段
４３−１〜４３−４：可変合分波器
５０、５０−１，５０−２：マルチキャリア発生部
６０：偏波結合器（ＰＢＣ）
７０：ディジタル−アナログ（Ａ／Ｄ）変換器
７１：クライアントインタフェース
７２：ディジタル信号処理回路
７３：パラレル−シリアル／シリアル−パラレル変換回路
８１：波長選択スイッチ
８２：光分岐手段
８３：光増幅器
３０１〜３０８、３１０、３０２−１：光送信部
３５１：光受信部
４０１、４０２：マルチフロー光トランシーバ
５０１，５０２：マルチフロー光トランスポンダ
６０１、６０２：マルチフロー光ノード

Claims (7)

1. 複数の波長可変光源と、
   入力信号で光を変調する複数の光変調手段と、
   前記波長可変光源のそれぞれに対応する複数の入力ポート、前記光変調手段のそれぞれに対応する出力ポート、及び複数の対称型マッハツェンダ干渉計を有する光合分波スイッチと、
   複数の前記光変調手段で変調された複数の光を少なくとも１つの導波路に結合する光結合手段と、
   を備え、
   前記光合分波スイッチは、少なくとも１つの前記入力ポートからの光を複数の前記対称型マッハツェンダ干渉計を経由させて、任意のパワーで少なくとも１つの前記出力ポートへ出力し、
   前記波長可変光源が４個、前記光変調手段が４個であり、
   前記光合分波スイッチは、４個の入力ポート、４個の出力ポート、及び３個の２入力２出力の対称型マッハツェンダ干渉計を含み、第１の前記対称型マッハツェンダ干渉計の入力側が第２の前記入力ポートと第３の前記入力ポートに接続され、第２の前記対称型マッハツェンダ干渉計の入力側が第１の前記入力ポートと第１の前記対称型マッハツェンダ干渉計の出力の一方に接続され、第３の前記対称型マッハツェンダ干渉計の入力側が第４の前記入力ポートと第１の前記対称型マッハツェンダ干渉計の出力の他方に接続され、第２の前記対称型マッハツェンダ干渉計の出力側が第１の前記出力ポートと第２の前記出力ポートに接続され、第３の前記対称型マッハツェンダ干渉計の出力側が第３の前記出力ポートと第４の前記出力ポートに接続されており、
   前記光合分波スイッチの前記入力ポートには、前記波長可変光源からの光がそれぞれ結合され、
   前記光合分波スイッチの前記出力ポートには、前記光変調手段がそれぞれ接続されていること
   を特徴とするマルチフロー光トランシーバ。
2. 複数の波長可変光源と、
   前記波長可変光源からの光を透過させる、又は前記波長可変光源からの光から等しい周波数間隔のマルチキャリアを発生させる、を切り替える少なくとも１つのマルチキャリア発生手段と、
   入力信号で光を変調する複数の光変調手段と、
   前記波長可変光源のそれぞれに対応する複数の入力ポート、前記光変調手段のそれぞれに対応する出力ポート、及び複数の非対称型マッハツェンダ干渉計を有する光合分波スイッチと、
   複数の前記光変調手段で変調された複数の光を少なくとも１つの導波路に結合する光結合手段と、
   を備え、
   前記マルチキャリア発生手段は、前記光結合手段から出力させる所望の光信号に応じて前記波長可変光源からの光を透過させる、又は前記波長可変光源からの光から等しい周波数間隔のマルチキャリアを発生させる、を切り替え、
   前記光合分波スイッチは、前記マルチキャリア発生手段で発生した前記マルチキャリアを前記非対称型マッハツェンダ干渉計を経由させて波長毎に分波するとともに、前記波長可変光源からの光及び前記マルチキャリアを波長毎に分波した光の少なくとも１つを任意のパワーで少なくとも１つの前記出力ポートへ出力し、
   前記波長可変光源が４個、前記光変調手段が４個、前記マルチキャリア発生手段が２個であり、
   前記光合分波スイッチは、４個の入力ポート、４個の出力ポート、及び３個の２入力２出力の非対称型マッハツェンダ干渉計を含み、第１の前記非対称型マッハツェンダ干渉計の入力側が第２の前記入力ポートと第３の前記入力ポートに接続され、第２の前記非対称型マッハツェンダ干渉計の入力側が第１の前記入力ポートと第１の前記非対称型マッハツェンダ干渉計の出力の一方に接続され、第３の前記非対称型マッハツェンダ干渉計の入力側が第４の前記入力ポートと第１の前記非対称型マッハツェンダ干渉計の出力の他方に接続され、第２の前記非対称型マッハツェンダ干渉計の出力側が第１の前記出力ポートと第２の前記出力ポートに接続され、第３の前記非対称型マッハツェンダ干渉計の出力側が第３の前記出力ポートと第４の前記出力ポートに接続されており、
   前記光合分波スイッチの第１の前記入力ポートと第４の前記入力ポートには前記波長可変光源からの光、第２の前記入力ポートと第３の前記入力ポートには前記マルチキャリア発生手段からの光がそれぞれ結合され、
   前記光合分波スイッチの前記出力ポートには、前記光変調手段がそれぞれ接続されていること
   を特徴とするマルチフロー光トランシーバ。
3. 請求項２に記載のマルチフロー光トランシーバにおいて、
   第２の前記非対称型マッハツェンダ干渉計及び第３の前記非対称型マッハツェンダ干渉計を、
   第１入力端、第２入力端、第１出力端及び第２出力端を有する第１対称型マッハツェンダ干渉計と、
   第３入力端、第４入力端、第３出力端及び第４出力端を有する第２対称型マッハツェンダ干渉計と、
   第５入力端、第６入力端、第５出力端及び第６出力端を有する第３対称型マッハツェンダ干渉計と、
   第７入力端、第８入力端、第７出力端及び第８出力端を有する第４対称型マッハツェンダ干渉計と、
   第９入力端、第１０入力端、第９出力端及び第１０出力端を有する第５対称型マッハツェンダ干渉計と、
   第１１入力端、第１２入力端、第１１出力端及び第１２出力端を有する第６非対称型マッハツェンダ干渉計と、を含み、
   第２入力端及び第３入力端を２つの入力とし、第９出力端及び第１０出力端を２つの出力とし、
   第１出力端と第５入力端、第２出力端と第１１入力端、第３出力端と第１２入力端、第４出力端と第８入力端、第１１出力端と第６入力端、第１２出力端と第７入力端、第６出力端と第９入力端、第７出力端と第１０入力端をそれぞれ接続する構造の光回路に置換し、
   前記光合分波スイッチは、光を前記第６非対称型マッハツェンダ干渉計を経由させるか否かで前記可変合分波器の周波数選択性の有無を切り替えることができること
   を特徴とするマルチフロー光トランシーバ。
4. 前記入力信号をディジタル−アナログ変換して前記光変調手段へ入力するディジタル−アナログ変換手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から３に記載のマルチフロー光トランシーバ。
5. 前記光結合手段は、複数の光出力ポートを持つ光分配機能付きスイッチであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマルチフロー光トランシーバ。
6. 少なくとも１つのクライアントインタフェースと、
   前記クライアントインタフェースに接続される再構成可能なディジタル信号処理手段と、
   前記ディジタル信号処理手段に接続されるｍ：ｎ（ｍ＞ｎ、ｍ及びｎは正整数）のパラレル−シリアル／シリアル−パラレル変換手段と、
   前記パラレル−シリアル／シリアル−パラレル変換手段に接続される請求項１から５のいずれかに記載のマルチフロー光トランシーバと、
   を備えるマルチフロー光トランスポンダ。
7. 請求項６に記載のマルチフロー光トランスポンダと、
   複数の波長選択スイッチと、
   を備え、
   前記マルチフロー光トランスポンダの出力ポート数もしくは前記マルチフロー光トランスポンダの出力ポートに接続された前記光分岐手段の出力ポート数が前記波長選択スイッチの数と同じであり、前記マルチフロー光トランスポンダの出力もしくは前記光分岐手段の出力が前記波長選択スイッチの入力に接続されていることを特徴とするマルチフロー光ノード。

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