JP6291434B2 - 光クロスコネクト装置 - Google Patents

Description

本発明は、光通信ネットワークに用いられる光クロスコネクト装置に関するものである。

インターネットの普及に伴い、データ通信ネットワークに対する需要が爆発的に伸びており、これを支える光通信ネットワークに対する大容量化と柔軟なカスタマイズ機能の要求がますます大きくなっている。このような光通信ネットワークに対する要求に対し、大容量化の観点では波長多重(ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing)通信が実用化されており、柔軟なカスタマイズ機能の観点ではＷＤＭ化された信号波長ごとに方路を選択するスイッチング機能を備える１入力Ｎ出力(あるいはＮ入力１出力)波長選択スイッチ(ＷＳＳ: Wavelength Selective Switch)が開発され、ＷＳＳを活用した光クロスコネクト(ＯＸＣ: Optical Cross Connect)装置が導入されつつある。

B.Collings,"New devices enabling software-defined optical networks,"IEEE Communications Magazine, Volume 51, Issue 3, pp 66-71 (2013). K. Seno, K. Suzuki, N. Ooba, T. Watanabe, M. Itoh, T. Sakamoto, T. Takahashi, "Spatial beam transformer for wavelength selective switch consisting of silica-based planar lightwave circuit," Proceedings of OFC/NFOEC 2012, JTh2A.5

導入されつつある光クロスコネクト装置の構成として、ルート＆セレクト型と呼ばれる構成が有力なものとして知られている。当該の典型的な構成は、Ｎ個の１入力Ｎ出力のＷＳＳと、Ｎ個のＮ入力１出力のＷＳＳとを編込んで接続する構成である。（非特許文献１）。

一般に通信装置は、局舎内での占有容積を削減することで、設置コストを低減することが求められるが、既存のルート＆セレクト型の光クロスコネクト装置は、２Ｎ個のＷＳＳモジュールが必要となるため、少なくともＷＳＳ ２Ｎ台分のサイズ（容積）を占有せざるを得ず、このサイズ(容積)が制限要因となって小型化できないという課題があった。

本発明は上記の課題を解決するものであり、従来の光クロスコネクト装置では２Ｎ個のＷＳＳモジュールで構成されていた回路を１つの（ＷＳＳモジュールの大きさとほとんど変わらない）モジュールで構成し、サイズを約１／２Ｎに小さくすることによって、従来と比較して抜本的な小型化を実現可能な光クロスコネクト装置を提供するものである。すなわち、
装置の入力ポートに接続された１個の入力ポートとＭ個の出力ポートを有し、入力された波長多重信号のうち所望の波長の信号を空間光学回路を経由して所望の出力ポートに結合させる光スイッチ手段とを備える第１の波長選択スイッチ手段をＮ組備え、
Ｍ個の入力ポートと１個の出力ポートを有し、入力された波長多重信号のうち所望のポートの所望の波長の信号を空間光学回路を経由して装置の出力ポートに結合させる光スイッチ手段とを備える第２の波長選択スイッチ手段をＮ組備え、
第１の波長選択スイッチ手段の出力ポートは、折り返し手段を経由してそれぞれ異なる第２の波長選択スイッチ手段の入力ポートに接続されるか、直接装置の出力ポートとされ、
第２の波長選択スイッチ手段の入力ポートは、折り返し手段を経由してそれぞれ異なる第１の波長選択スイッチ手段の出力ポートに接続されるか、直接装置の入力ポートとされるか、装置内で終端され、
第１および第２の波長選択スイッチ手段の入出力ポートと、第１の波長選択スイッチ手段の出力ポートと第２の波長選択スイッチ手段の入力ポートとの間の配線が同一平面上の単一の平面光波回路として集積されている構造を有することを特徴とする光クロスコネクト装置であり、さらに、
請求項１記載の前記光クロスコネクト装置において、
第１の波長選択スイッチ手段のｉ番目(１≦ｉ≦Ｍ)の出力ポートと第２の波長選択スイッチ手段のｉ番目の入力ポートの合計２Ｎ個のポートが全て隣接して配置され、２Ｎ個のポート群がＭ組あり、
第１の波長選択スイッチ手段の入力ポートと第２の波長選択スイッチ手段の出力ポートの合計２Ｎ個のポートが全て隣接して配置される構造を有することを特徴とする光クロスコネクト装置を提供するものである。

本発明の実施の形態１の光クロスコネクト装置 折り返し回路の接続機能 折り返し回路の配線 本発明の実施の形態２の光クロスコネクト装置 本発明の実施の形態３の光クロスコネクト装置

［実施の形態１］
本実施の形態１では、本発明の光クロスコネクト装置の一例を開示する。

図１はその光学系の概要を示すものである。以下、図を持って本発明を説明する際に、同一の構成要素は同一の番号をもって記述する。本実施の形態では、第１の波長選択スイッチ手段の出力ポート数および第２の波長選択スイッチ手段の入力ポート数をM、第１および第２の波長選択スイッチ手段の数をN組とし、全体でN入力N出力の光クロスコネクト装置（M＝N）を構成する例として、M＝４、N＝４の場合を例に説明するが、入出力ポート等の数はこの例に限らないことは明らかである。

図１において、Ｉｎ１からＩｎ４と記載された４つ（Ｎ＝４）の光クロスコネクト装置の入力ポートは、平面光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）に入力される。また、Ｏｕｔ１からＯｕｔ４と記載された４つ（Ｎ＝４）の光クロスコネクト装置の出力ポートは、平面光波回路から出力される。

前記光クロスコネクト装置の入力ポートおよび出力ポートに接続された平面光波回路内の導波路は、同じ平面光波回路内に形成されたＳＢＴ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｂｅａｍ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）回路１０１に接続される。ＳＢＴ回路について、例えば、前記非特許文献２に示されている。

ＳＢＴ回路はスラブ導波路およびアレイ導波路から構成される光回路であり、その設計により、平面光波回路側の所定の導波路から入力された光信号を、所定の角度で平面光波回路の出力端から空間光学回路側に出射する機能を有する。また逆に、空間光学回路側から平面光波回路に所定の角度で入力された光信号を、平面光波回路側の所定の導波路に出力する機能も有する。

ＳＢＴ回路１０１は、平面光波回路側で第１および第２の波長選択スイッチ手段の総数と等しい８本（２Ｎ＝８）の導波路を収容し、それぞれを空間光学回路側の異なる出射あるいは入射角度と1対1で対応づける。

ＳＢＴ回路１０１から空間光学回路に出射された光信号は、回折格子１０４、レンズ１０５等からなる空間光学回路を経由して、光スイッチ素子１０６（例えばＬＣＯＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）上に到達する。ここで、ＳＢＴ回路１０１のｊ番目（１≦ｊ≦Ｎ（＝４））の入力導波路に入力された波長多重された光信号は、ｊと波長の組合せが異なれば、光スイッチ素子１０６の異なる地点に照射されるよう、光学系を設計するものとする。

また、ＳＢＴ回路１０１に空間光学回路側から入射する光信号は、光線を逆に辿ると、回折格子１０４、レンズ１０５等からなる空間光学回路を経由して、光スイッチ素子１０６上に到達する。ここで、ＳＢＴ回路１０１のｊ番目（１≦ｊ≦Ｎ（＝４））の出力導波路に出力される波長多重された光信号は、ｊと波長の組合せが異なれば、光スイッチ素子１０６の異なる地点（前記入力光信号が照射される地点とも異なる）から出発するよう、光学系を設計するものとする。

光スイッチ素子１０６は、素子上の地点ごとに光信号を反射する方向を設定できる機能を有する。入力ポートＩｎ１〜Ｉｎ４および出力ポートＯｕｔ１〜Ｏｕｔ４から辿ってきた光線は、ポートと信号波長のそれぞれに対して独立に光スイッチ素子１０６において反射方向が定められ、レンズ１０５、回折格子１０４等からなる空間光学回路を経由して、４つのＳＢＴ回路１０２−１〜１０２−４に入力される。

ＳＢＴ回路１０２−１〜１０２−４は、ＳＢＴ回路１０１と同じ構造を有しており、空間光学回路側から平面光波回路に所定の角度で入力される光信号と、平面光波回路側の所定の導波路とが、それぞれ１対１で対応付けられる。

この時、ＳＢＴ回路１０１のｊ番目の入力導波路から辿った光線は、４つのＳＢＴ回路１０２−１〜１０２−４の平面光波回路側の導波路のうちの１本ずつ（合計でＭ＝４本）に到達する。また、ＳＢＴ回路１０１のｊ番目の出力導波路から逆に辿った光線も、４つのＳＢＴ回路１０２−１〜１０２−４の平面光波回路側の導波路のうちの１本ずつ（合計でＭ＝４本）に到達する。（それぞれ、辿った光線毎に、平面光波回路側の導波路が重なることはない。）

ここで、ＳＢＴ回路１０１の平面光波回路側の導波路と、ＳＢＴ回路１０２−１〜１０２−４の平面光波回路側の導波路の間で得られる機能は、ＳＢＴ回路１０１に入力された波長多重信号を、波長毎にＳＢＴ回路１０２−１〜１０２−４のうち所望のＳＢＴ回路に接続された導波路を選択して出力する１入力４出力の波長選択スイッチ手段の機能が４つと、逆方向にＳＢＴ回路１０２−１〜１０２−４に入力された波長多重信号のうち、所望のＳＢＴ回路に入力された所望の波長の信号を選択してＳＢＴ回路１０１に接続された導波路に出力する４入力１出力の波長選択スイッチ手段の機能が４つの、全体として計８つの波長選択スイッチ手段が集積されている構成となっている点に注目されたい。

ＳＢＴ回路１０２−１〜１０２−４ごとに平面光波回路側に設けられた８本（２Ｎ＝８）の導波路は、ＳＢＴ回路別に設けられた折り返し回路１０３−１〜１０３−４に接続される。８本の導波路は光線を辿るとそれぞれＩｎ１〜Ｉｎ４、Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ４に到達するものであるから、それぞれの導波路を識別する符号として、Ｉｎ１〜Ｉｎ４、Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ４を用いることとする。

折り返し回路１０３−１〜１０３−４の機能は、導波路Ｉｎ１〜Ｉｎ４を、導波路Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ４のいずれかに接続する機能を有する。

折り返し回路１０３−１〜１０３−４の接続機能を、図２を例に用いて説明する。折り返し回路１０３−１〜１０３−４は、異なる組み合わせの配線となっており、全てを重ね合わせると、導波路Ｉｎ１〜Ｉｎ４と導波路Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ４間の全ての組み合わせの配線が存在するように構成される。

具体的な構成は、図２に示す行列のように、行方向にＩｎ１〜Ｉｎ４、列方向にＯｕｔ１〜Ｏｕｔ４を配置し、交点となる行列に折り返し回路の番号１０３−１〜１０３−４を記載することで、設計できる。

ここで図２に示す行列は、回路番号が各行・各列に１回だけ現れるいわゆるラテン方陣（ラテン方格）となっていれば、どのような行列でも構わない。図２に示す例に対応する折り返し回路１０３−１〜１０３−４の配線を、図３に示す。

以上で示した構成により、入力ポートＩｎ１〜Ｉｎ４から入力された信号は、ＳＢＴ回路を１回目に通過する波長選択スイッチ機能で波長毎に出力ポートを選択し、折り返されて２回目に通過する波長選択スイッチ機能で他の入力ポートから入力された信号と合流し、出力ポートＯｕｔ１〜Ｏｕｔ４に出力される、ルート＆セレクト型の光クロスコネクト装置が実現される。

特に、ルート＆セレクト型の光クロスコネクト装置の空間光学系以外の部分全体を、同一平面上の単一の平面光波回路として集積した１つのデバイスモジュールとして製造することが可能になり、従来と比較して大幅な小型化が可能となる。

［実施の形態２］
本実施の形態２では、本発明の光クロスコネクト装置の異なる一例を開示する。

図４はその光学系の概要を示すものである。本実施の形態では、第１の波長選択スイッチ手段の出力ポート数および第２の波長選択スイッチ手段の入力ポート数をM、第１および第２の波長選択スイッチ手段の数をN組とし、全体でN入力N出力の光クロスコネクト装置（M＞N）を構成する例として、M＝５、N＝４の場合を例に説明するが、入出力ポート等の数はこの例に限らないことは明らかである。

図４に示す光学系は、図１と比較して以下の点が異なる。

ＳＢＴ回路１０２の数が４から５に変化している。これは、入力ポートに接続された波長選択スイッチ手段の出力ポート数が、４から５に変化したことを意味している。増加した波長選択スイッチ手段の出力ポートは、直接装置の出力ポートとして取り出され、Ｄｒｏｐ１〜Ｄｒｏｐ４と呼ぶことにする。また、出力ポートに接続された波長選択スイッチ手段の入力ポート数も、４から５に変化したことを意味している。増加した波長選択スイッチ手段の入力ポートは、直接装置の入力ポートとして取り出され、Ａｄｄ１〜Ａｄｄ４と呼ぶことにする。

本構成では、ＡｄｄポートおよびＤｒｏｐポートの先に波長合分波回路を接続し、トランスポンダを設置することで、光信号の始点・終点機能を設けることができる。

［実施の形態３］
本実施の形態３では、本発明の光クロスコネクト装置の異なる一例を開示する。

図５はその光学系の概要を示すものである。本実施の形態では、第１の波長選択スイッチ手段の出力ポート数および第２の波長選択スイッチ手段の入力ポート数をM、第１および第２の波長選択スイッチ手段の数をN組とし、全体でN入力N出力の光クロスコネクト装置（M≧N）を構成する例として、M＝４、N＝４の場合を例に説明するが、入出力ポート等の数はこの例に限らないことは明らかである。

図５に示す光学系は、図１と比較して以下の点が異なる。

折り返し回路１０３−１が削減され、折り返し回路の無くなったＳＢＴ回路１０２−１の平面光波回路側の導波路は、光クロスコネクト装置の入出力ポートとして取り出され、実施の形態２と同様にＡｄｄ１〜Ａｄｄ４、Ｄｒｏｐ１〜Ｄｒｏｐ４として使用される。

本構成は、光クロスコネクト装置が入出力ポート対を１組として使用される点に着目しており、ある方向の伝送路から入力された光信号が、光クロスコネクト装置内で折り返され、当該方向の伝送路に出力されるような使われ方がされないことを前提に、該当する接続を削減したものである。

削減する折り返し回路は、図２に示した折り返し回路を規定する行列において、対角成分として表現される。すなわち、本実施形態に示すように折り返し回路を削減するためには、折り返し回路を規定する行列において、対角成分が全て等しい回路番号となっている必要があり、その際に対角成分に割り当てられた番号の折り返し回路を削減することが可能である。

本実施の形態においては、図２と同じ行列である場合を例に示しており、折り返し回路１０３−１を削減してＡｄｄポートおよびＤｒｏｐポートを設けている。

本構成を適用することで、波長選択スイッチ手段のポート数を１削減し、光スイッチ素子１０６の振り角を低減することができる。

以上述べた構成により本発明は、ルート＆セレクト型の光クロスコネクト装置において、従来と比較して抜本的な小型化を実現可能な光クロスコネクト装置を提供するものであり、光通信装置の局舎内での占有容積を削減することで、設置コストを大幅に低減することを可能とするものである。

Ｉｎ１〜４：入力ポート
Ｏｕｔ１〜４：出力ポート
Ａｄｄ１〜４：Ａｄｄポート
Ｄｒｏｐ１〜４：Ｄｒｏｐポート
１０１、１０２−１〜５、１０３：ＳＢＴ回路
１０３−１〜４：折り返し回路
１０４：回折格子
１０５：レンズ
１０６：光スイッチ素子

Claims (5)

1. 装置の入力ポートに接続された１個の入力ポートとＭ個の出力ポートを有し、入力された波長多重信号のうち所望の波長の信号を空間光学回路を経由して所望の出力ポートに結合させる光スイッチ手段とを備える第１の波長選択スイッチ手段をＮ組備え、
   Ｍ個の入力ポートと１個の出力ポートを有し、入力された波長多重信号のうち所望のポートの所望の波長の信号を空間光学回路を経由して装置の出力ポートに結合させる光スイッチ手段とを備える第２の波長選択スイッチ手段をＮ組備え、
   第１の波長選択スイッチ手段の出力ポートは、折り返し手段を経由してそれぞれ異なる第２の波長選択スイッチ手段の入力ポートに接続されるか、直接装置の出力ポートとされ、
   第２の波長選択スイッチ手段の入力ポートは、折り返し手段を経由してそれぞれ異なる第１の波長選択スイッチ手段の出力ポートに接続されるか、直接装置の入力ポートとされるか、装置内で終端され、
   第１および第２の波長選択スイッチ手段の入出力ポートと、第１の波長選択スイッチ手段の出力ポートと第２の波長選択スイッチ手段の入力ポートとの間の配線が同一平面上の単一の平面光波回路として集積されている構造を有することを特徴とする
   光クロスコネクト装置
2. 請求項１記載の光クロスコネクト装置において、
   第１の波長選択スイッチ手段のｉ番目(１≦ｉ≦Ｍ)の出力ポートと第２の波長選択スイッチ手段のｉ番目の入力ポートの合計２Ｎ個のポートが全て隣接して配置され、２Ｎ個のポート群がＭ組あり、
   第１の波長選択スイッチ手段の入力ポートと第２の波長選択スイッチ手段の出力ポートの合計２Ｎ個のポートが全て隣接して配置される構造を有することを特徴とする
   光クロスコネクト装置
3. 請求項１記載の光クロスコネクト装置において、
   前記折り返し手段を構成する複数の折り返し回路は、各々異なる組み合わせの配線となっており、全てを重ね合わせると、装置の入力ポートと装置の入力ポート間の全ての組み合わせの配線が存在するラテン方陣をなすように構成されることを特徴とする
   光クロスコネクト装置。
4. 請求項１記載の光クロスコネクト装置において、
   前記N組の第１および第２の波長選択スイッチ手段は、その入出力導波路が各々対応する折り返し回路に接続された最大Ｎ組のＳＢＴ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｂｅａｍ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）回路と、
   その入出力導波路が装置の入出力ポートに接続された１つのＳＢＴ回路を含んで構成されることを特徴とする
   光クロスコネクト装置。
5. 請求項１記載の光クロスコネクト装置において、
   前記N組の第１および第２の波長選択スイッチ手段を構成する光スイッチ手段は、空間光学回路側に設けられた単一の光スイッチ素子を含んで構成されることを特徴とする
   光クロスコネクト装置。

Images