JP6410338B2 - 光可変フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、光通信で用いられる光回路に関する。より詳細には、波長分割多重光信号から特定の波長の光信号を取り出しまたは加えるための光信号終端装置に使用される光可変フィルタに関する。

光ファイバを伝送媒体とする光通信技術は、信号の伝送距離の長延化をもたらし、大規模な光通信網が構築されてきた。近年では、インターネット通信が広く普及するのに伴って、通信トラフィックが急速に増大しており、通信網に対する大容量化、高速化、高機能化および低消費電力化の要求が高まっている。これまでに、波長の異なる複数の光信号を１本の光ファイバ伝送路で同時に伝送する波長多重通信技術の導入によって、２地点間の伝送容量を増大することが可能となった。しかし、通信網においては、複数の伝送路が集まるノードにおいて、信号の経路（パス）を設定（ルーティング）したり、切替（スイッチング）したりする必要がある。近年の急激な伝送容量の増大に伴って、経路設定や切替などの信号処理がボトルネックになってきている。

これまでは、伝送されてきた光信号を一旦電気信号に変換した後に経路設定や経路切替を行ない、再び電気信号を光信号に変換して伝送路に送出する方式が用いられてきた。しかし、今後は光信号を電気信号に変換することなく、光信号のままで信号経路の設定や切替処理を行なう方式を用いる、いわゆるフォトニックネットワークが実現されることになる。フォトニックネットワークを使用することによって、ノードのスループットを飛躍的に拡大するとともに、ノード装置の消費電力を大幅に削減することも期待されている。

フォトニックネットワークを用いた光ノードシステムとしては、複数のノードをリング状またはバス状に接続した再構成可能光アドドロップ多重（ＲＯＡＤＭ：Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexing）システム、および、複数のノードをメッシュ状に接続した光クロスコネクト（ＯＸＣ：Optical Cross-Connect）システムが知られている。ＲＯＡＤＭシステムの各ノードには、１本の入力側光ファイバ伝送路と、１本の出力側光ファイバ伝送路とが接続され、入力側光ファイバ伝送路から入力される波長分割多重光信号に対して、波長ごとに接続を切り替える光スイッチが装備されている。この構成によって、波長分割多重光信号のうち任意の波長の光信号について、スルー状態とアド／ドロップ状態とを切り替えることが可能となる。

スルー状態とは、入力側光ファイバ伝送路から入力された光信号が、出力側光ファイバ伝送路へ出力される状態のことである。また、アド／ドロップ状態とは、入力側光ファイバ伝送路側から入力された光信号がノードに接続された端局装置に出力される「ドロップ状態」、または、端局装置から入力された光信号が出力側光ファイバ伝送路に出力される「アド状態」のことである。

一方、ＯＸＣシステムでは、各ノードに複数の入力側光ファイバ伝送路と、複数の出力側光ファイバ伝送路とが接続され、入力側光ファイバ伝送路から入力される波長分割多重光信号に対して、波長ごとに接続経路（方路）を切り替える光スイッチが備えられている。この構成によって、任意の入力側光ファイバ伝送路から入力された波長分割多重光信号のうち任意の波長の光信号を、任意の出力側光ファイバ伝送路へ出力することができる。最近では、柔軟性の高いネットワークを構築するために、ＯＸＣノードにおいても端局装置を接続し、入出力光ファイバ伝送路間での接続経路の切替に加えて、端局装置へのアド／ドロップも可能なシステムが必要とされてきている。

図１は、フォトニックネットワークにおけるＯＸＣシステムの構成を概念的に示した図である。図１に示した構成は、当初のＯＸＣシステムにさらにアドシステム／ドロップシステムを追加したものである。視点を変えれば、図１のＯＸＣシステムは、ＲＯＡＤＭシステムの方路数を１本から複数（Ｋ本）にした構成を持つものと見ることもできる。本発明は、複数の入力伝送路ファイバおよび複数の出力伝送路ファイバを備え、かつ、光信号を伝送路光ファイバからアド／ドロップすることのできるノードで使用される光部品（装置）に関連するものである。以下では、便宜的にＯＸＣシステムに基づいて説明をするが、ＲＯＡＤＭシステムにも適用できることは言うまでも無い。尚、フォトニックネットワークにおいて、複数の伝送路が集まり、さらに光レイヤと電気レイヤとの交換および通信信号の処理を行うノードを、フォトニックノードと呼ぶ。

図１に示したＯＸＣシステムは、基本要素として、Ｊ個の波長分割多重光信号１−１〜１−Ｊがそれぞれ入力されるＫ本の入力側光ファイバ伝送路２−１〜２−Ｋと、光クロスコネクト部３と、Ｊ個の波長分割多重光信号５−１〜５−Ｊがそれぞれ出力されるＫ本の出力側光ファイバ伝送路４−１〜４−Ｋとを備える。さらに、アド／ドロップ機能を実現するために、ドロップシステム６−１およびアドシステム６−２が追加されている。図１において、入力側および出力側の光ファイバの数Ｋと、波長分割多重光信号の数Ｊとが、同じ場合であっても良い。

波長分割多重光信号は、異なる波長の複数の光信号を多重化した光信号である。複数の波長の光信号を多重化して１つの波長群を構成し、さらに複数の異なる波長群を多重化して波長分割多重光信号を構成することもできる。また、１つの波長群に含まれる波長は、波長の値が、その長さの順に連続的に配置された複数の波長から構成することができる。例えば、波長（番号）が、λ_１、λ_２、・・λ_８のように、連続して並んでいる８つの波長で１波長群を構成できる。また、波長の長さ順に連続ではなくて、飛び飛びに不連続に配置された複数の波長から構成することもできる。例えば、波長（番号）が、λ_１、λ_５、λ_９・・λ_２９のように、所定の間隔を置いて不連続（離散的に）に並んだ８つの波長で１波長群を構成することもできる。１つの波長群を構成する波長の数も、上述の所定の間隔なども様々な場合が可能である。

ドロップシステム６−１によってドロップされた光信号は、複数の受信器（伝送路Ｒｘとも呼ぶ）８に接続されて終端信号処理が行われ、電気レイヤの別のネットワーク７（例えば、電気ルータ）などへ供給される電気信号１０が出力される。また、電気レイヤの別のネットワーク７から供給される電気信号１１が、複数の送信器（伝送路Ｔｘとも呼ぶ）９に接続され、アドシステム６−２を経由して光信号がアドされる。上述の終端信号処理とは、光信号および電気信号の間の変換、レベル調整、変換後の電気信号における誤り検出・訂正、適切な信号フォーマットの変換等の信号処理を含む。ドロップシステム６−１およびアドシステム６−２ならびに受信器８および送信器９は、合わせて光信号終端装置とも呼ばれる。また、受信器８および送信器９は、端局装置とも呼ばれる。

一般に、図１に示したようなＯＸＣシステムでは、理想的なアド／ドロップシステムとして、カラーレス（Colorless、波長無依存）、ディレクションレス（Directionless、方路無依存）、およびコンテンションレス（Contentionless）の３つの特性が求められている。カラーレスとは、任意の波長の光信号を任意のドロップポートから受信器へ出力することができ、任意の波長の光信号を、アドシステムを介して送信器からアドポートを経て出力側光ファイバ伝送路へ入力することができる構成のことである。また、ディレクションレスとは、任意の入力側光ファイバ伝送路から入力された光信号を、任意のドロップポート（受信器）から出力することができ、アドシステムへ入力された任意の光信号を任意の出力側光ファイバ伝送路から出力することができる構成のことである。

さらに、当然のことではあるが、同一波長を有する異なる２つ以上の光信号が、同時に、光ファイバ伝送路の同一の光経路に存在すれば、光信号同士の衝突が起きて混信が生じてしまう。その光経路は使用不能（ブロッキング状態）となってしまう。このような衝突は、アド／ドロップ動作に関わる光経路の接続設定においても生じる可能性がある。アド／ドロップ動作に関わる光経路の接続設定は、ブロッキングを生じさせることが無いようコンテンションレスに行う必要がある。アド／ドロップシステムは、その様な光信号同士の衝突が起こらない構成を有している必要がある。

現在、運用が開始されているアド／ドロップシステムでは、予め定められたポートにしか接続ができない、また、ポートの接続変更にマニュアル操作が必要であるなどの制限がある。理想的には、フォトニックネットワークにおける上述の３つの特性（ＣＤＣ：Colorless, Directionless and Contentionless）を実現する必要がある。次に、理想的フォトニックネットワークとして、現在提案されている構成を説明する。

図２は、ＯＸＣシステムにおいて、フルメッシュ接続の光スイッチを用いた従来技術のアド／ドロップシステムの構成を説明する図である。図２の構成は、図１に示したＯＸＣシステムの概要構成において、アド／ドロップ機能部分をより具体化して示したものである。したがって、ここでは図１に示した構成との相違点のみを説明する。入力側光ファイバ伝送路２−１〜２−Ｋと光クロスコネクト部３との間には、Ｋ本の入力側光ファイバ伝送路２−１〜２−Ｋからの各波長分割多重光信号を分岐する光カプラ２１−１〜２１−Ｋが備えられている。１つの光カプラには、分波器２２−１〜２２−Ｋの内の対応する１つが接続される。例えば、１番目の入力側光ファイバ伝送路２−１には、光カプラ２１−１が接続され、分岐した波長分割多重光信号１２は分波器２２−１に導かれる。

図２のアド／ドロップシステムにおいて、光カプラで分岐され、受信器へドロップされる波長の光信号は、光クロスコネクト部３において重複しないように適切に処理されるのは言うまでもない。光カプラは、方路切替の機能は持たないが、入力された波長を分岐して出力することが可能である。光カプラのコストは、光マトリックススイッチと比べて非常に小さく、１／１００程度である。

分波器２２−１〜２２−Ｋの出力は、Ｍ入力Ｌ出力を持つフルメッシュ構成の光マトリックススイッチ２３に接続される。光スイッチ２３のＬ個の出力は、Ｌ個の受信器２４−１〜２４−Ｌに接続される。一般に、光マトリクススイッチは、任意の粒度の光信号（波長パス、波長群パス）に関して、入力された光信号を任意の順序（ポート位置）に組み替えて各出力ポートに出力する。したがって、光スイッチ２３のＭ入力の内の任意の入力ポートに入る光信号は、Ｌ出力の内の任意の出力ポートに現れる。光スイッチデバイスを実現するに当たってのコストは、一般に、入力・出力ポートの数に大きく依存し、ポート数の増加とともにコストは増える。

一例を挙げれば、１つの波長分割多重光信号に９６個の異なる波長の光信号が多重化されており、Ｋ＝８本の入力側光ファイバ伝送路がある場合、光スイッチ２３は入力として７６８の入力ポートを持つ。１つのノード当たりの、アドポート数およびドロップポート数は、入力ポート数に対して所定の割合（ドロップ率／アド率）で決定される。例えば、アドポート数およびドロップポート数をそれぞれ１６とすれば、光スイッチ２３は、７６８入力×１６出力を持つ巨大なマトリックスを構成することになる。これは、アド側の光スイッチ２８についても同様である。

上述のように、図２に示したＯＸＣノードの構成では、カラーレス、ディレクションレス、コンテンションレスの３特性を実現できるものの、大型で高価な光スイッチを必要とする欠点がある。また、スイッチ素子の数の多さに起因して、信頼性が低下する問題も重要であった。そこで、アド／ドロップシステムに対して、いくつかの改善された構成が提案されている。例えば、特許文献１では、ＲＯＡＤＭシステムにおけるカラーレスの構成例が示されている。また、ＯＸＣノードに関するものとして、特許文献２では、波長群の分波選択および波長の分波選択をコンパクトな光スイッチを組み合わせて構成する例が提案されている。

図３は、特許文献２による別の従来技術のアド／ドロップシステムの構成を説明する図である。図３に示したＯＸＣシステムの構成は、図２に示した構成において、アド／ドロップ機能部分を異なる構成で実現したものであるので、以下、図２の構成との相違点のみを説明する。図３に示したＯＸＣノードにおけるアド／ドロップシステムは、ドロップ側の光信号終端装置３０およびアド側の光信号終端装置３１を備えている。Ｋ個の光カプラ２１−１〜２１−Ｋによって分岐される各入力側光ファイバ伝送路からの各波長分割多重光信号は、光増幅器３１−１〜３１−Ｋでそれぞれ光出力レベルを調整される。その後、１×Ｌの光カプラ（スターカプラ）３２−１〜３２−Ｋによって、受信器３５−１〜３５−Ｌの数に相当するＬ個の波長分割多重光信号に分岐される。

Ｌ個に分岐された各入力側光ファイバ伝送路からの波長分割多重光信号は、ファイバ選択スイッチ３３−１〜３３−Ｌの各々に接続される。ファイバ選択スイッチは、Ｋ個の入力側光ファイバ伝送路の中から、いずれか１つのファイバの波長分割多重光信号を選択する。ファイバ選択スイッチは、Ｋ入力１出力のスイッチによって構成できる。一例を挙げれば、図３では、Ｋ本すべての入力側光ファイバ伝送路からの波長分割光信号がファイバ選択スイッチ３３−１に与えられるが、入力側光ファイバ伝送路２−１の波長分割多重光信号１−１、３６、３７だけが、ファイバ選択スイッチ３３−１によって選択される。選択された波長分割多重光信号３８−１は、光可変フィルタ（波長可変フィルタ）３４−１に与えられ、さらに所望の波長の光信号３９−１のみが選択される。光可変フィルタは、複数の波長を含む波長分割多重光信号から、所望の波長のみを選択するので、同調可能なフィルタ（チューナブルフィルタ）とも呼ばれる。

図４は、Ａ入力１出力のスイッチの構成例を示す図である。Ａ入力１出力を持つＡ×１スイッチは、Ａ個の入力信号の中から１個の信号を抽出する能力を持ち、基本エレメントである１×２スイッチ４０、４１を組み合わせて構成できる。図４の（ａ）に示したスイッチは、ツリー型の構成であって、入力ポートによって生じる入力出力間の損失のばらつきを抑えられる点に特徴がある。図４の（ｂ）に示したスイッチは、格子型の構成であって、損失のばらつきの補正が必要となる。ファイバ選択スイッチは、上述のＡ×１スイッチによって構成できる。

図３に示したアド／ドロップシステムでは、上述の光可変フィルタ３４−１〜３４−Ｌの実現方法にその特徴がある。次に述べるように、発明者らは、図３に示したアド／ドロップシステムにおける光可変フィルタを改善してきた。本発明では、発明者らがさらに改善を加えた光可変フィルタが開示されることになる。したがって、まずアド／ドロップシステムにおける光可変フィルタの構成および動作の詳細についてさらに説明する。

図５は、従来技術のアド／ドロップシステムにおける光可変フィルタの構成方法を説明する概念図である。波長選択フィルタは、複数の入力側光ファイバ伝送路から選択された１つのファイバ伝送路の波長分割多重光信号から、所望の波長（光周波数）の光信号のみを選択する機能を持つ。光可変フィルタの構成には、様々なものが考えられるが、図５の（ａ）は１つの構成例を示す。図５の（ａ）に示した光可変フィルタは、波長分割多重光信号５０を分波器５２によって波長パス単位で分波し、その後、分波された光信号を選択スイッチ５１によって選択して、ドロップした波長の光信号５３を得るよう動作する。しかしながら、図５の（ａ）の構成の光可変フィルタでは、スイッチの規模が波長パス数と同等かそれ以上となって巨大となるため、コストおよび信頼性の点で問題であった。

図５の（ｂ）は、光可変フィルタの別の構成例を示す図であり、特許文献２において提案された構成である。図５の（ｂ）の光可変フィルタでは、多段階の分波機能を縦続接続することによって、（ａ）の構成の光可変フィルタの問題を解決しようとしている。すなわち、１段目の分波機能部５４−１および選択スイッチ５４−２を持つ１段目の光可変フィルタ５４から、ｎ段目の分波機能部５５−１および選択スイッチ５５−２を持つｎ段目の光可変フィルタ５５までが、ｎ段、縦続接続されている。一例として、２段構成の場合を例にとると、第１段目の光可変フィルタ５４では、波長分割多重化光信号を波長群に分波し、所望の波長を含む波長群を選択した後、２段目の光可変フィルタ５５で、１つの波長群の波長分割多重化光信号を波長ごとに分波し、所望の波長を選択する構成である。

図６は、従来技術の２段構成の光可変フィルタのより具体的な構成例を示す図である。図３に示した特許文献２に開示された従来技術のアド／ドロップシステムにおいて、光信号終端装置内にある光可変フィルタ６０の構成例を示している。光可変フィルタ６０は、第１段目の波長群選択光可変フィルタ５４および２段目の波長選択光可変フィルタ５５を備える。第１段目の波長群選択光可変フィルタ５４は、１×Ｍ周回性アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）６１およびＭ×１選択スイッチ６２から構成される。第２段目の波長選択光可変フィルタ５５は、１×Ｎ周回性ＡＷＧ６３およびＮ×１選択スイッチ６４から構成される。波長分割多重光信号５０が第１段目の波長群選択光可変フィルタ５４に与えられ、１×Ｍ周回性ＡＷＧ６１によって例えば複数の波長群に群分波されて、１つのある波長群の波長分割多重光信号６６が選択される。さらに、ある波長群の波長分割多重光信号６６は、１×Ｎ周回性ＡＷＧ６３によって各波長に分波され、１つの波長の光信号５３が選択される。

詳細は特許文献２に記載されているが、２つの周回性ＡＷＧの構成に関して、ＭおよびＮは互いに素の関係にある。また、１×Ｍ周回性ＡＷＧ６１のＦＳＲは、チャネル間隔δｆのＭ倍に対応し、１×Ｎ周回性ＡＷＧ６３のＦＳＲは、チャネル間隔δｆのＮ倍に対応する関係にあれば良い。選択スイッチ６２、６４としてコンパクトなスイッチを組み合わせることによって、カラーレス、ディレクションレス、コンテンテョンレスのドロップ機能を実現可能となった。

図６に示した構成の光可変フィルタによれば、多段階構成の光可変フィルタでドロップする波長を選択することによって、光スイッチの規模の小さいデバイスを利用することができる。スイッチの数は、概ね次式によって表される。ここで、ｎは、光可変フィルタの段数である。

必要なスイッチ規模は、波長多重数が５以上であれば、周回性ＡＷＧの段数を増加するほど減少することが知られている。図６の構成によって、図５の（ａ）に示した１段構成の光可変フィルタと比較すれば、スイッチ構成の規模を減らすことができた。

しかしながら、スマートフォンなどの新たな携帯端末の爆発的な普及に代表されるように、ネットワークトラフィックが急激に増加する現在の状況を踏まえると、特許文献２に開示された構成の光可変フィルタも、スイッチ規模の大きさの点で依然として十分とは言えなかった。ネットワークトラフィックの増加に加えて、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）技術、各光デバイスの技術的な進展が見込まれており、近い将来には１本の光ファイバ伝送路の中で取り扱われる波長の数は、最大で２００を越えることが予測されていた。そのような中、光終信号端装置における光可変フィルタが処理すべき波長パス（波長）の数が増加すれば、光可変フィルタにおけるスイッチ数もさらに増加することは必至であった。したがって、さらにスイッチ規模を抑えることのできる光可変フィルタの新しい構成が望まれていた。発明者らは、図３に示した従来技術のアド／ドロップシステムにおける光信号終端装置内の光可変フィルタをさらに改善する、新しい提案を行った（特許文献３）。

図７は、発明者らが提案した光スイッチの規模をさらに抑えることのできる光可変フィルタの構成を示した図である。発明者らは、従来技術の光可変フィルタにおいて着目されていなかった、周回性波長合分波器の入力ポートによる波長選択機能を利用して、波長光可変フィルタをさらにコンパクトかつ低コストで高信頼性のデバイスにより構成できることを見出した。周回性波長合分波器のＦＳＲを設定し、実際に分波に利用する入力ポートおよび出力ポートを選択し、分波する波長数を特定の条件に決定して、同一ポートに重複することなく各波長を出力するよう動作する。図７の構成によって、波長パス（波長）の数が増加しても、光スイッチの規模を効果的に抑えることができた。

図７に示した光可変フィルタの動作の概略は、以下の通りである。発明者らによって提案された光可変フィルタ７０は、図６で示した従来技術の光可変フィルタ６０に対応するものである。したがって、図３に示したフォトニックノードにおけるドロップシステム３０において、光可変フィルタ３４−１〜３４−Ｌを、それぞれ光可変フィルタ７０によって置き換えることができる。光可変フィルタ７０には、複数の光ファイバの中より選択された１つの入力側光ファイバ伝送路から、波長分割多重光信号５０が入力される。光可変フィルタ７０によって、所望の波長の光信号が選択されて、ドロップされた光信号５３が得られ、受信器３５−１〜３５−Ｌのうちの１つに渡される。

光可変フィルタ７０は、１入力ｍ出力（１×ｍ）を持つ第１の光スイッチ７１と、Ｍ入力Ｍ出力を持つ第１の周回性ＡＷＧ７２と、ｍ´入力ｎ出力を持つ第２の光スイッチ７３と、Ｎ入力Ｎ出力を持つ第２の周回性ＡＷＧ７４と、ｎ´入力１出力（ｎ´×１）を持つ第３の光スイッチ７５とを備えている。波長分割多重光信号５０は、第１の光スイッチ７１の入力ポート７６に入力されて、ドロップされた波長の光信号５３は、第３の光スイッチ７５の出力ポート７７から得られる。フォトニックノードの光信号終端装置においては、光可変フィルタ７０は、複数の光受信器の各々に対して備えられる。

１×ｍの第１の光スイッチ７１は、入力された波長分割多重光信号を、ｍ個のいずれかの出力ポートに切り替える機能を持つ。第１の光スイッチ７１の出力ポートは、それぞれ、第１の周回性ＡＷＧのＭ個の入力ポートのうちのいずれかｍ個に接続されている。したがって、少なくともｍ≦Ｍの関係が成り立つ。第１の光スイッチ７１は、第１の周回性ＡＷＧ７２の入力ポートのうちのいずれか１つを選択する機能を持つことになる。すなわち、第１の周回性ＡＷＧ７２の入力ポート選択機能を持つ。

第１の周回性ＡＷＧ７２は、選択されたいずれか１つの入力ポートに波長分割多重光信号が入力され、その出力ポートに波長（群）ごとに光信号を分波して出力する。第１の周回性ＡＷＧ７２は、Ｍ入力Ｍ出力を持ち、その分波特性はサイクリックであって周回性を持っている。したがって、第１の周回性ＡＷＧ７２は、周回性波長合分波器またはサイクリック波長合分波器と呼ばれる。Ｍは同一ポートに入出力されるチャネル番号の周期となる。１つの出力ポートに着目すれば、Ｍチャネルごとの異なる波長番号を持つ複数の光信号が出力される。

第１の周回性ＡＷＧ７２は、その分波機能のうちの一部だけしか利用されていない。図７の光可変フィルタにおいては、Ｍ個の入力ポートおよびＭ個の出力ポートの内で、それぞれ、ｍ個の入力ポートおよびｍ´個の出力ポートしか利用されていない。したがって、第１の周回性ＡＷＧ７２は、波長合分波器としてＭ入力Ｍ出力の合分波特性を持つように、その構成要素であるスラブ導波路およびアレイ導波路などが設定されているが、デバイスとしての入出力ポート配線は、一部であるｍ個の入力ポートおよびｍ´個の出力ポートだけ備えれば良い。

また、ｍおよびｍ´は、Ｍに対して次式の関係を持つ。
Ｍ≦ｍ×ｍ´ 式（２）

第１の光スイッチ７１によって選択される第１の周回性ＡＷＧのｍ個の入力ポートに応じて、第１の周回性ＡＷＧのｍ´個の出力ポートの各々に現れる光信号の波長が決定される。したがって、ｍ×ｍ´通りの異なる波長群（または波長）を選択できる。第１の周回性ＡＷＧ７２は、チャネル間隔をδｆ（Ｈｚ）とするとき、次式で表されるＦＳＲ_１を持つ。
ＦＳＲ_１＝Ｍ×δｆ 式（３）

第１の周回性ＡＷＧ７２は、同一出力ポートにＭチャネル毎にサイクリック（周回的）に異なる波長の光信号を出力するので、式（２）を満たせば、重複することなく波長群（または波長）を分波できる。

第２の光スイッチ７３は、第１の周回性ＡＷＧ７２のｍ´個の出力の内の１つを選択し、かつ、後続の第２の周回性ＡＷＧ７４のｎ個の入力ポートを選択する機能を持つ。すなわち、第２の光スイッチ７３は、（ｍ´×１）スイッチ機能部分（前段部分）と（１×ｎ）スイッチ機能部分（後段部分）とを縦続接続したものとなる。第２の光スイッチ７３によって、第１の周回性ＡＷＧのｍ´個の出力ポートの内のいずれか１つの光信号が選択されて、さらに後続の第２の周回性ＡＷＧ７４のｎ個の入力ポートの１つに入力される。

第２の周回性ＡＷＧ７４は、選択されたいずれか１つの入力ポートに波長分割多重光信号が入力され、その出力ポートに波長ごとに光信号を分波して出力する。第２の周回性ＡＷＧ７４は、Ｎ入力Ｎ出力を持ち、その分波特性に周回性を持っている。Ｎは同一ポートに入出力されるチャネル番号の周期となる。したがって、１つの出力ポートに着目すれば、Ｎチャネルごとの異なるチャネル（波長）番号を持つ複数の光信号が出力され得る。ここで、第２の周回性ＡＷＧ７４も、第１の周回性ＡＷＧ７２同様に、その分波機能のうちの一部だけしか利用されていない。すなわち、Ｎ個の入力ポートおよびＮ個の出力ポートの内で、それぞれ、ｎ個の入力ポートおよびｎ´個の出力ポートしか利用されていない。したがって、第２の周回性ＡＷＧ７４は、波長合分波器としてＮ入力Ｎ出力の合分波特性を持つように構成要素であるスラブ導波路およびアレイ導波路などが設定されているが、デバイスとしての入出力ポート配線は、一部であるｎ個の入力ポートおよびｎ´個の出力ポートだけを備えれば良い。

また、ｎおよびｎ´は、Ｎに対して次式の関係を持つ。
Ｎ≦ｎ×ｎ´ 式（４）

第２の周回性ＡＷＧ７４において第２の光スイッチ７３によって選択されるｎ個の入力ポートに応じて、第２の周回性ＡＷＧ７４のｎ´個の出力ポートの各々に現れる波長が決定される。したがって、第２の周回性ＡＷＧ７４によってｎ×ｎ´通りの異なる組み合わせに応じて、チャネル（波長）番号を一意に選択できる。第２の周回性ＡＷＧ７４は、チャネル間隔をδｆ（Ｈｚ）とするとき、次式で表されるＦＳＲ_２を持つ。
ＦＳＲ_２＝Ｎ×δｆ 式（５）

第２の周回性ＡＷＧ７４は、同一出力ポートにＮチャネル毎にサイクリック（周回的）に異なる波長の光信号を出力するので、式（４）を満たせば、重複することなく波長ごとに光信号を分波できる。ここで、第１の周回性ＡＷＧ７２のＭと、第２の周回性ＡＷＧ７４のＮは、互いに素の関係にあることが必要である。

第２の周回性ＡＷＧ７４のｎ´個の出力ポートは、そのうちの１つがｎ´入力１出力を持つ第３の光スイッチ７５によって選択される。第３の光スイッチ７５の出力ポート７７から、ドロップさせる特定の波長を持つ光信号５３が出力される。上述のように、光可変フィルタ７０は、全体として第１の周回性ＡＷＧ７２による１段目の光可変フィルタ機能と、第２の周回性ＡＷＧ７４による２段目の光可変フィルタ機能とを備えている。この点では、図６に示した従来技術の光可変フィルタの構成と似ている。しかしながら、図６に示した構成には含まれていない、第１の周回性ＡＷＧ７２の入力ポートを選択する第１の光スイッチと、第２の周回性ＡＷＧ７４の入力ポートを選択する第２の光スイッチを備えている点で、提案された光可変フィルタは従来技術と相違していた。

図８は、提案された光可変フィルタの機能を含む光信号終端部（光信号終端装置）の機能を説明する図である。図８の（ａ）は、提案された光可変フィルタの機能を説明するものであり、（ｂ）は従来技術の光可変フィルタの機能を対比させて説明するものである。提案された光信号終端部では、従来技術と同様に、ファイバ選択スイッチ３３−１〜３３−Ｌ（図３を参照）によって、複数の入力側光ファイバ伝送路から１本のファイバの選択（段階８０）が実行される。さらに、図７に示した提案された光可変フィルタにおいて、第１の光スイッチ７１によって、第１の周回性ＡＷＧ７２の入力ポート選択が実行される（段階８１）。その後、第１の周回性ＡＷＧ７２によって波長群分波または波長分波が行われる（段階８２）。さらに、第２の光スイッチ７３の前段の光スイッチ部分によって、第１の周回性ＡＷＧ７２の出力ポート選択が実行される（段階８３）。さらに、第２の光スイッチ７３の後段の光スイッチ部分によって、第２の周回性ＡＷＧ７４の入力ポート選択が実行される（段階８４）。次に、第２の周回性ＡＷＧ７４によって波長分波が行われる（段階８５）。最後に、第３の光スイッチ７５によって、第２の周回性ＡＷＧ７４の出力ポート選択が実行される（段階８６）。

図８の（ｂ）は、従来技術の光可変フィルタにおける機能を、提案された光可変フィルタの機能の（ａ）と対比させて示している。図８の（ｂ）の従来技術の光可変フィルタの機能は、図５の（ｂ）の概念図に示した機能と対応している。また、図８の（ａ）および（ｂ）を対比することによって理解されるように、発明者らによって提案された光可変フィルタは、第１の周回性ＡＷＧの入力ポート選択機能８１および第２の周回性ＡＷＧの入力ポート選択機能８４を備えている点に新規な特徴があった。

発明者らによって提案された図７の光可変フィルタでは、周回性を持つＡＷＧの入力ポートを選択することによって、ＡＷＧの持つ分波機能を効率的に使用していた。これに加えて、周回性ＡＷＧのＦＳＲの設定（ＭおよびＮの設定）と利用する入力ポートおよび出力ポートをそれぞれ選択し、出力される波長に重複が生じない構成を選択していた。すなわち、同一の出力ポートからは、所望波の波長の光信号のみが出力される構成となっていた。

発明者らによって提案された図７の光可変フィルタは、第１の周回性ＡＷＧの入力ポート選択機能８１および第２の周回性ＡＷＧの入力ポート選択機能８４を利用することで、光スイッチの規模を従来技術の光可変フィルタよりもさらに低減したものであった。光可変フィルタを構成する要素スイッチ素子の数を減らし、光スイッチの規模を大幅に抑えることができる。これによって、ドロップ側の光信号終端装置におけるデバイスの構成を簡略化し、低コスト化を可能とするものであった。さらに回路規模の縮小により、デバイスの信頼性の向上も期待できるものであった。

特許４９１６４８９号公報 特開２０１２−６０６２２号公報 特開２０１４−１０４３７号公報

しかしながら、発明者らにより提案された光可変フィルタでは、光可変フィルタを構成する光スイッチの規模を大幅に抑えることができる一方で、選択され透過する信号光の透過損失が増えてしまう問題があった。図７に示した２段構成の光可変フィルタでは、透過する信号光は２つの周回性ＡＷＧ７２、７４を通過する。一般に、周回性ＡＷＧは、通信帯域（＝チャネル間隔×波長多重数）に対して充分に大きい値のＦＳＲ値を持つ通常のＡＷＧと比べて、透過損失のポート依存性が大きい。例えば、入力・出力ポート数（ＭおよびＮ）が１０前後の周回性ＡＷＧの典型的な透過損失は、中央ポート付近では通常の（非周回性）ＡＷＧにおける透過損失と同様に２〜３ｄＢ程度であるのに対し、端のポートでは４〜５ｄＢに達する。したがって、２段以上の周回性ＡＷＧを使用する図７に示した光可変フィルタでは、図５の（ａ）に示した１段の非周回性ＡＷＧを利用した従来技術の光可変フィルタの２倍以上の透過損失が発生してしまう。

光可変フィルタにおける損失が増加すると、図３に示したドロップ側の光信号終端装置３０において、光増幅器などによって信号光のレベルを補償しなければならない。光増幅器の増幅ゲインには、使用される光周波数帯によって一定の制限がある。また、光増幅器での所要ゲインの増大は、光増幅器の規模や構成を大きくするとともに装置全体の消費電力の増加を招く。場合によっては、光信号終端装置における分岐数に制限を与えることもある。光可変フィルタの波長選択を行う段数を２よりもさらに増やせば、スイッチ規模の低減により得られる効果よりも、透過損失の増加によって新たに生じる他の装置性能へのマイナスの効果を無視できなくなる。

さらに、図７に示した光可変フィルタでは周回性ＡＷＧ７２、７４の複数の入力ポートを使用しているが、一般にＡＷＧにおいて隣り合って連続して配置されている複数の入力ポートを使用する場合のフィルタ特性は、透過帯域および阻止帯域のいずれにおいても、その設計の自由度に制限がある。例えば、透過帯域の損失特性をフラットにしたり、透過特性の両端部の傾斜部を適切な形状にしたりするなど、フィルタ特性の様々な要請に対応する上で、隣り合って連続した複数の入力ポートを使用したＡＷＧには設計パラメータに制限がある。結果として隣り合って連続した複数の入力ポートを使用した周回性ＡＷＧでは、単一の入力ポートを使用した通常タイプの非周回性ＡＷＧと比べて、一般的にフィルタ特性は劣る。したがって、透過損失の大きさや、ＡＷＧのフィルタ特性などの設計・製造の柔軟性・容易さの観点からは、周回性ＡＷＧの利用、特に隣り合って連続した複数の入力ポートを使用した周回性ＡＷＧの利用は、むしろ装置全体の性能およびコストにおいて新たな問題点を伴うものであった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、光可変フィルタにおける光スイッチの規模を抑えるとともに、透過損失の増加も抑え、ＡＷＧのフィルタ特性などの設計・製造の柔軟性・容易さを実現する新たな光可変フィルタの構成を提供することにある。

本発明は、このような課題を達成するために、請求項１の発明は、連続して配置された複数のチャネルを含む所定の通信帯域において、前記複数のチャネルの各信号光が多重化された波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、
複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する波長合分波器であって、前記複数の入力ポートの内の１つへ前記波長分割多重光が入力されると、前記複数の出力ポートの１つから前記複数のチャネルの中の１つのチャネルに対応する信号光のみが出力さる、波長合分波器と、前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つへ、前記波長分割多重光を選択的に入力する第１の光スイッチであって、１つの入力ポートおよびＭ（２以上の自然数）個の出力ポートを有し、前記Ｍ個の出力ポートは、前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の隣り合う位置に連続して並んだ入力ポート群へ接続された、第１の光スイッチと、前記波長合分波器の前記複数の出力ポートの内の１つから、前記波長合分波器によって分波された前記所定の波長の光信号を選択的に出力させる第２の光スイッチであって、Ｎ（２以上の自然数）個の入力ポートおよび１つの出力ポートを有し、前記波長合分波器の前記複数の出力ポートの内のＭの繰り返し周期に位置するＮ個の出力ポートは、当該第２の光スイッチの前記Ｎ個の入力ポートへ接続された、第２の光スイッチとを備え、前記波長合分波器は、前記複数のチャネルのチャネル間隔をΔｆとするとき、Δｆのポート間周波数間隔を持つように構成された複数個の波長合分波器で構成され、前記複数個の波長合分波器の各々は、前記第１の光スイッチおよび前記第２の光スイッチと接続され、前記波長合分波器によって単一の波長選択段が構成されることを特徴とする光可変フィルタである。

請求項２の発明は、連続して配置された複数のチャネルを含む所定の通信帯域において、前記複数のチャネルの各信号光が多重化された波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する波長合分波器であって、前記複数の入力ポートの内の１つへ前記波長分割多重光が入力されると、前記複数の出力ポートの１つから前記複数のチャネルの中の１つのチャネルに対応する信号光のみが出力される、波長合分波器と、前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つへ、前記波長分割多重光を選択的に入力する第１の光スイッチであって、１つの入力ポートおよびＭ（２以上の自然数）個の出力ポートを有し、前記Ｍ個の出力ポートは、前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内のＡ（２以上の自然数）の繰り返し周期に位置する、相互に隣り合わない入力ポート群へ接続された、第１の光スイッチと、前記波長合分波器の前記複数の出力ポートの内の１つから、前記波長合分波器によって分波された前記所定の波長の光信号を選択的に出力させる第２の光スイッチとを備え、前記波長合分波器は、前記複数のチャネルのチャネル間隔をΔｆとするとき、Δｆのポート間周波数間隔を持つように構成された複数個の波長合分波器で構成され、前記複数個の波長合分波器の各々は、前記第１の光スイッチおよび前記第２の光スイッチと接続され、前記波長合分波器によって単一の波長選択段が構成されることを特徴とする光可変フィルタである。

請求項３の発明は、連続して配置された複数のチャネルを含む所定の通信帯域において、前記複数のチャネルの各信号光が多重化された波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する波長合分波器であって、前記複数の入力ポートの内の１つへ前記波長分割多重光が入力されると、前記複数の出力ポートの１つから前記複数のチャネルの中の１つのチャネルに対応する信号光のみが出力さる、波長合分波器と、前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つへ、前記波長分割多重光を選択的に入力する第１の光スイッチであって、１つの入力ポートおよびＭ（２以上の自然数）個の出力ポートを有し、前記Ｍ個の出力ポートは、前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の隣り合う位置に連続して並んだ入力ポート群へ接続された、第１の光スイッチと、前記波長合分波器の前記複数の出力ポートの内の１つから、前記波長合分波器によって分波された前記所定の波長の光信号を選択的に出力させる第２の光スイッチであって、Ｎ（２以上の自然数）個の入力ポートおよび１つの出力ポートを有し、前記波長合分波器の前記複数の出力ポートの内のＭの繰り返し周期に位置するＮ個の出力ポートは、当該第２の光スイッチの前記Ｎ個の入力ポートへ接続された、第２の光スイッチとを備え、前記波長合分波器は、前記複数のチャネルのチャネル間隔をΔｆとするとき、Ｂ×Δｆのポート間周波数間隔を持ち、かつ、各々の透過帯域の中心がΔｆずつずれるように構成されたＢ個の波長合分波器で構成され、前記Ｂ個の波長合分波器の各々は、前記第１の光スイッチおよび前記第２の光スイッチと接続され、前記波長合分波器によって単一の波長選択段が構成されることを特徴とする光可変フィルタである。

請求項４の発明は、連続して配置された複数のチャネルを含む所定の通信帯域において、前記複数のチャネルの各信号光が多重化された波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する波長合分波器であって、前記複数の入力ポートの内の１つへ前記波長分割多重光が入力されると、前記複数の出力ポートの１つから前記複数のチャネルの中の１つのチャネルに対応する信号光のみが出力される、波長合分波器と、前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つへ、前記波長分割多重光を選択的に入力する第１の光スイッチであって、１つの入力ポートおよびＭ（２以上の自然数）個の出力ポートを有し、前記Ｍ個の出力ポートは、前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内のＡ（２以上の自然数）の繰り返し周期に位置する、相互に隣り合わない入力ポート群へ接続された、第１の光スイッチと、前記波長合分波器の前記複数の出力ポートの内の１つから、前記波長合分波器によって分波された前記所定の波長の光信号を選択的に出力させる第２の光スイッチとを備え、前記波長合分波器は、前記複数のチャネルのチャネル間隔をΔｆとするとき、Ｂ×Δｆのポート間周波数間隔を持ち、かつ、各々の透過帯域の中心がΔｆずつずれるように構成されたＢ個の波長合分波器で構成され、前記Ｂ個の波長合分波器の各々は、前記第１の光スイッチおよび前記第２の光スイッチと接続され、前記波長合分波器によって単一の波長選択段が構成されることを特徴とする光可変フィルタである。

請求項５の発明は、請求項１または２の光可変フィルタであって、前記複数個の波長合分波器の各々は、同一の入力ポート数および同一の出力ポート数を有することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項３または４の光可変フィルタであって、前記複数個の波長合分波器の各々は、同一の入力ポート数および同一の出力ポート数を有することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によって、フォトニックノードの光信号終端装置で使用される光可変フィルタの光スイッチの規模を抑え、デバイスの構成の簡略化および低コスト化を実現する。さらに、透過損失の増加も抑えた新たな構成の光可変フィルタを実現できる。加えて、本発明の光可変フィルタの構成により、ＡＷＧのフィルタ特性などの設計・製造の柔軟性・容易さも獲得できる。

図１は、フォトニックネットワークにおけるＯＸＣシステムの構成を概念的に示した図である。 図２は、フルメッシュ接続の光スイッチを用いた、従来技術のアド／ドロップシステムの構成を説明する図である。 図３は、別の従来技術のアド／ドロップシステムの構成を説明する図である。 図４は、Ａ入力１出力のスイッチの構成例を示す図である。 図５は、従来技術のアド／ドロップシステムにおける光可変フィルタの構成方法を説明する概念図である。 図６は、従来技術の２段構成の光可変フィルタの具体的な構成例を示す図である。 図７は、発明者らが提案した光スイッチの規模をさらに縮小することのできる光可変フィルタの構成を示した図である。 図８は、提案された光可変フィルタの機能を含む光信号終端部（光信号終端装置）の機能を説明する図である。 図９は、本発明の光可変フィルタで使用される非周回性ＡＷＧの分波動作を説明する図である。 図１０は、周回性ＡＷＧの分波動作を説明する図である。 図１１は、本発明の光可変フィルタの第１の実施形態の構成および動作を説明する図である。 図１２は、本発明の光可変フィルタの第２および第３の実施形態の構成を説明する図である。 図１３は、本発明の光可変フィルタの第２の実施形態の構成および動作を説明する図である。 図１４は、本発明の光可変フィルタの第３の実施形態の構成および動作を説明する図である。 図１５は、本発明の光可変フィルタの第４の実施形態の構成を説明する図である。 図１６は、本発明の光可変フィルタの第１の実施形態のより具体的な動作を説明する図である。 図１７は、本発明の光可変フィルタの第１の実施形態の様々な構成例を表で示した図である。 図１８は、本発明の光可変フィルタの第３の実施形態のより具体的な動作を説明する図である。 図１９は、本発明の光可変フィルタの第３の実施形態の様々な構成例を表で示した図である。 図２０は、本発明の光可変フィルタの第４の実施形態の第１の構成例の具体的な動作を説明する図である。 図２１は、第４の実施形態で利用可能な非周回性ＡＷＧの異なる分波特性の例を説明する図である。 図２２は、本発明の光可変フィルタの第４の実施形態の第２の構成例の具体的な動作を説明する図である。 図２３は、本発明の光可変フィルタの第４の実施形態の様々な構成例を表で示した図である。 図２４は、従来技術の光可変フィルタおよび本発明の光可変フィルタにおけるスイッチ規模の削減効果を対比して示した図である。

本発明は、光信号のままで信号経路の設定や切替処理を行なう光パスネットワークにおける光クロスコネクト装置の光信号終端部などで使用される光可変フィルタに関する。光信号終端部は、複数の光ファイバを介してそれぞれ中継ノードへ並列的に伝送されてきた複数の波長分割多重光の中より選択された１つの波長分割多重光から、その波長分割多重光に含まれる所定の波長パスの光信号を選択して、電気レイヤへドロップさせる光可変フィルタを複数備えている。したがって、用語「光可変フィルタ」は、所定の波長の光信号を透過させる透過帯域の中心波長（光周波数）を可変することができるフィルタを意味している。本発明の光可変フィルタは、異なる波長の複数の波長分割多重光信号から１つの波長を選択するものであれば、光信号終端部以外の用途にも当然に利用できる。

本発明の光可変フィルタは、一例を挙げれば、２５ＧＨｚ間隔で１９２チャネルの光信号が多重化された光通信システムに適用が可能である。しかし、他のチャネル間隔や他の多重化信号数を取り扱う光通信システムにも適用できる。さらに、本発明の光可変フィルタは、光信号終端部だけではなく、複数の光信号から所望波のみを取り出す用途にも適用できる。

本発明の光可変フィルタが取り扱う波長分割多重光信号は、複数の異なる波長の光信号が多重化されたものであるが、波長分割多重光信号の構成は様々なものを含む。例えば、波長分割多重光信号が、複数の波長群から構成され、１つの波長群は、複数の波長を含むような構成とすることができる。光通信システムにおいては、波長の値、または対応する光周波数と、チャネル番号とが関連付けられている。

１つの波長群に含まれる波長は、波長の値が、その長さの順に連続的に配置された複数の波長から構成することができる（連続配置型波長群）。例えば、波長（番号）が、λ_１、λ_２、・・λ_８のように、連続して並んでいる８つの波長（チャネル番号でも連続）で１波長群を構成できる。また、波長の長さ順に連続ではなくて、所定のチャネル番号間隔で選択され飛び飛びに不連続な順に配置された複数の波長から構成することもできる（分散配置型波長群）。例えば、波長（番号）が、λ_１、λ_５、λ_９・・λ_２９のように、所定の間隔を置いて不連続（離散的に）に並んだ８つの波長で１波長群を構成することもできる。波長群の数、１つの波長群を構成する波長の数、上述の所定のチャネル番号間隔なども様々な場合が可能である。尚、チャネルの間隔は、システムによって、等波長間隔または等光周波数間隔で構成される。

従来技術の光可変フィルタでは、周回性波長合分波器が使用されており、代表的なものとして、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を利用していた。ＡＷＧにおいては、入力ポートへ入力された波長分割多重信号を分波して、各出力ポートに分波された光信号が出力される。ＦＳＲ（Free Spectral Range：自由スペクトル領域）を適切に設定してＡＷＧを構成することによって、出力ポートに現れる波長をサイクリックなもの、すなわち周回性を持ったＡＷＧとすることもできる。図７に示した従来技術の光可変フィルタでは、入力ポートの選択スイッチと組み合わせた周回性ＡＷＧを、多段構成で使用することによって実現されていた。図５の（ａ）の構成のように、通常の非周回性ＡＷＧでは、複数の波長を波長グループとして合分波することができない。図７に示した従来技術の光可変フィルタは、波長グループとして複数の波長を扱うことで多段化した構成の実現が可能な周回性ＡＷＧの特性に着目したものであった。

本発明は、周回性ＡＷＧを使用せずに、通常の非周回性ＡＷＧを利用してスイッチ規模の低減を実現すると同時に、透過損失等の増加などのフィルタ特性の劣化を抑えた光可変フィルタを提供する。従来技術において複数段の周回性ＡＷＧを利用することで最適な多段化構成を検討してきた前提を見直し、非周回性ＡＷＧの低損失な特性に再び着目して本発明に至った。

本発明は、連続して配置された複数のチャネルを含む所定の通信帯域において、前記複数のチャネルの各信号光が多重化された波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタである。複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する波長合分波器であって、前記通信帯域において、前記複数の入力ポートの内の１つへ前記波長分割多重光が入力されると、前記複数の出力ポートの１つから前記複数のチャネルの中の１つのチャネルに対応する信号光のみが出力される、波長合分波器と、前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つへ、前記波長分割多重光を選択的に入力する第１の光スイッチと、前記波長合分波器の前記複数の出力ポートの内の１つから、前記波長合分波器によって分波された前記所定の波長の光信号を選択的に出力させる第２の光スイッチとを備える。本発明の光可変フィルタでは、前記波長合分波器によって単一の波長選択段が構成される。本発明の光可変フィルタでは、周回性ＡＷＧではない通常の非周回性ＡＷＧを使用する。そこで、最初に、本発明の光可変フィルタで使用される非周回性ＡＷＧの合分波特性について説明する。

図９は、本発明の光可変フィルタで使用される非周回性ＡＷＧの分波動作を説明する図である。非周回性ＡＷＧ９０は、１つの出力ポートに現れる波長の数によって、後述する周回性ＡＷＧに対して定義される。したがって、図１０とともに説明される周回性ＡＷＧの分波動作を合わせて理解されたい。非周回性ＡＷＧ９０は、左側に番号を記載したように入力ポート１〜８を備え、右側に番号を記載したように出力ポート１〜８を備えている。各入力ポートに複数の異なる波長が多重化された多重化信号を入力すると、出力ポート１〜８にそれぞれ１つずつ波長が分波される。

例えば、入力ポート１に波長λ１〜λ８を含む多重光９１−１が入力されると、出力ポート１にはλ１の信号光が、出力ポート２にはλ２の信号光が現れ、同様に出力ポート８にはλ８の信号光が現れる。すなわち、多重化光９１−１は、非周回性ＡＷＧ９０によって、出力ポート１〜８の各々に１つずつ分波され、分波波長９２−１が得られる。入力ポート２に波長λ２〜λ９を含む多重光９１−２が入力されると、出力ポート１にはλ２の信号光が、出力ポート２にはλ３の信号光が現れ、同様に出力ポート８にはλ９の信号光が現れる。すなわち、多重化光９１−２は、非周回性ＡＷＧ９０によって、出力ポート１〜８の各々に１つずつ分波され、分波波長９２−２が得られる。入力ポート１の場合と同様に、多重化光９１−２は、非周回性ＡＷＧ９０によって、出力ポート１〜８の各々に１つずつ分波される。同様に、入力ポート３に波長λ３〜λ１０を含む多重光９１−３が入力されると、非周回性ＡＷＧ９０によって、出力ポート１〜８の各々に１つずつ分波され、分波波長９２−３が得られる。

ここで注意すべきは、入力ポートが１つだけずれると、出力ポート１〜８から出力され得る波長番号が１つずつずれることである。これは、入力ポートを選択することによって、同一波長の信号光を異なる出力ポートから出力できることを意味している。また図９において、各入力ポートに入力された多重光９１−１、９１−２、９１−３に含まれる波長は、これらの波長のみを含む多重光を入力しなければならないという意味ではないことに留意されたい。すなわち、入力ポート１には波長λ１〜λ８以外のλ９〜の波長が含まれていても構わない。図９の入力ポートおよび出力ポートに記載された波長は、これらの波長の入力多重光が入力されたときに、漏れなくすべての出力ポート１〜８から異なる波長が１つずつ現れることを意味している。

上述のように、非周回性ＡＷＧ９０では、各出力ポートからは１つの波長の信号光のみが分波される。つまり、本発明の光可変フィルタでは、連続して配置された複数のチャネルを含む所定の通信帯域において、複数のチャネルの各信号光が多重化された波長分割多重光の中から所定の波長の光信号が選択される。そして、非周回性ＡＷＧ９０では、上述の通信帯域において、複数の入力ポートの内の１つへ波長分割多重光が入力されると、複数の出力ポートの１つから複数のチャネルの中の１つのチャネルに対応する信号光のみが出力されることになる（非周回性の定義）。これに対して、従来技術で使用されていた周回性ＡＷＧでは、１つの出力ポートからは異なる波長を持つ複数の光信号が現れる。

図１０は、周回性ＡＷＧの分波動作を説明する図である。周回性ＡＷＧ１００は、左側に番号を記載したように入力ポート１〜８を備え、右側に番号を記載したように出力ポート１〜８を備えている。各入力ポートに複数の異なる波長が多重化された多重化信号を入力すると、出力ポート１〜８にそれぞれ異なる波長を持つ複数の波長が分波される。

例えば、入力ポート１に波長λ１〜λ１６を含む多重光１０１−１が入力されると、出力ポート１にはλ１、λ９の信号光が、出力ポート２にはλ２、λ１０の信号光が現れ、同様に出力ポート８にはλ８、λ１６の信号光が現れる。すなわち、多重化光１０１−１は、周回性ＡＷＧ１００によって、出力ポート１〜８の各々に２つの異なる波長の信号光が分波され、分波波長１０２−１が得られる。入力ポート２に波長λ１〜λ１６を含む多重光１０１−２が入力されると、出力ポート１にはλ２、λ１０の信号光が、出力ポート２にはλ３、λ１１の信号光が現れ、同様に出力ポート８にはλ１、λ９の信号光が現れる。すなわち、多重化光１０１−２は、周回性ＡＷＧ１００によって、出力ポート１〜８の各々に２つずつ分波され、分波波長１０２−２が得られる。入力ポート１の場合と同様に、多重化光１０１−２は、周回性ＡＷＧ１００によって、出力ポート１〜８の各々に２つの異なる波長の信号光が分波される。同様に、入力ポート３に波長λ１〜λ１６を含む多重光１０１−３が入力されると、周回性ＡＷＧ１００によって、出力ポート１〜８の各々に２つの異なる波長の信号光が分波され、分波波長１０２−３が得られる。

図１０から明らかなように、従来技術で使用された周回性ＡＷＧ１００は、１つの出力ポートに２つ以上の異なる波長を持つ複数の信号光が同時に現れることになる。図１０において、例えば入力多重光１０１−１がλ１〜λ４８の４８チャネルの信号光を含むものとすれば、出力ポート１からは、λ１、λ９、λ１７、λ２５、λ３３、λ４１の６つの出力信号光が同時に現れる。図７に示した従来技術の光可変フィルタでは、この１つの出力ポートに現れる異なる波長を持つ複数の信号光をさらに分離するために、少なくとも２段以上の周回性ＡＷＧを使用することが必須であった。

尚、周回性ＡＷＧ１００と非周回性ＡＷＧ９０とは、設定されているＦＳＲ値によっても区別ができる。すなわち周回性ＡＷＧでは、ＦＳＲ値は、繰り返し現れる波長番号の周期（図１０の例では８）にチャネル帯域幅Δｆを乗じたものに対応する。一方で、非周回性ＡＷＧでは、ＦＳＲ値は、光可変フィルタが対象とする光通信システムで想定されるすべてのチャネルを１つの出力ポートへそれぞれ分波できるように、周回性ＡＷＧよりも充分に大きい値に設定されている。

本発明の発明者らは、図９に示した非周回性ＡＷＧにおいては、１つの入力ポートへ波長分割多重光が入力されたとき、各出力ポートからは１つの波長の信号光のみが分波されという単純な機能に再び着目し、スイッチ規模および透過損失の両方を同時に抑えることのできる構成を検討した。既に述べたように、非周回性ＡＷＧによって分波すべき波長の数が９６チャネル、１９２チャネル等と多くなれば、図５の（ａ）で示したスイッチ５１の規模が巨大化することが問題であった。しかしながら、非周回性ＡＷＧを用いた場合でも、分波後の出力ポートに対する波長選択スイッチに加えて、入力ポートによる波長選択機能を組みわせることによって、効果的に多数の波長を分波可能であることを見出した。以下、詳細に本発明の光可変フィルタの構成および動作を説明する。

本発明の光可変フィルタは、周回性ＡＷＧの代わりに非周回性ＡＷＧを用い、かつ、非周回性ＡＷＧの入力側および出力側にそれぞれ配置された２つの選択スイッチを組み合わせた単一段の構成のＡＷＧを備える。非周回性ＡＷＧを１つの段でのみ使用することで、スイッチ規模および透過損失の両方を抑えた光可変フィルタが実現できる。

＊＊第１の実施形態＊＊
図１１は、本発明の光可変フィルタの第１の実施形態の構成および動作を説明する図である。図１１の（ａ）は、本発明の光可変フィルタ１１０を示し、（ｂ）は光可変フィルタ１１０によって選択される光信号の波長を概念的に示した図である。図１１の（ａ）を参照すれば、光可変フィルタ１１０は、非周回性ＡＷＧ１１１、非周回性ＡＷＧ１１１の入力側に接続された入力ポート選択スイッチ１１２、非周回性ＡＷＧ１１１の出力側に接続された出力ポート選択スイッチ１１３から構成される。異なる複数の波長を含む多重化された入力光１１４は、１×Ｍ入力ポート選択スイッチ１１２に入力される。入力ポート選択スイッチ１１２の出力は、Ｌ×Ｌ非周回性ＡＷＧ１１１の概ね中央部にあり、隣り合う連続するＭ個の入力ポートに接続されている。図１１の構成では、非周回性ＡＷＧの隣り合う連続したＭ個の入力ポートが使用されているが、後に説明される本発明の他の実施形態では入力ポートの使用法の異なる形態が開示される。

非周回性ＡＷＧ１１１の出力ポートに現れる光信号は、Ｎ×１出力ポート選択スイッチ１１３によって選択され、出力光１１５として出力される。非周回性ＡＷＧ１１１の出力ポートの内で出力ポート選択スイッチ１１３に接続されるものは、１番目の出力ポートから始まり、Ｍ−１個置きに（繰り返し周期Ｍで）、（Ｍ＋１）番目、（２Ｍ＋１）番目、（３Ｍ＋１）番目、・・となり、Ｌを越えない（（Ｎ−１）×Ｍ＋１）番目の出力ポートまでとなる。

図１１の（ｂ）では、光可変フィルタ１１０によって選択される光信号の波長を概念的に示している。矢印の各々は異なる波長の光信号を示しており、横軸は波長を概念的に示す。矢印の先端部に記載した数字は、非周回性ＡＷＧ１１１の選択される入力ポート番号を示す。１１６の符号が付されたＭ個の信号光は、左側から順に、１番目の入力ポート、２番目の入力ポート、・・・、Ｍ番目の入力ポートが選択されたときに、１番目の出力ポートに現われる信号光を表している。ここで、Ｍ個の信号光１１６は一度に現われるのではなくて、選択された入力ポートに対応した１つの信号光が現われることに留意されたい。したがって、Ｍ個の信号光は、入力ポートの選択による非周回性ＡＷＧの波長選択機能を利用していることになる。

同様に、１１７の符号が付されたＭ個の信号光は、左側から順に、１番目の入力ポート、２番目の入力ポート、・・・、Ｍ番目の入力ポートが選択されたときに、（Ｍ＋１）番目の出力ポートに現われる信号光を表している。ここでも、Ｍ個の信号光１１７は一度に現われるのではなくて、選択された入力ポートに対応した１つの信号光が現われる。さらに同様に、１１８の符号が付されたＭ個の信号光は、左側から順に、１番目の入力ポート、２番目の入力ポート、・・・、Ｍ番目の入力ポートが選択されたときに、（２Ｍ＋１）番目の出力ポートに現われる信号光を表している。Ｍ個の信号光１１８は一度に現われるのではなくて、選択された入力ポートに対応した１つの信号光が現われる。

上述のように、入力ポート選択スイッチ１１２によって、非周回性ＡＷＧ１１１の隣り合う、連続して並んだＭ個の入力ポートを選択するとき、非周回性ＡＷＧの出力ポートをＭ個の間隔で選ぶことによって、一群の連続した波長番号の信号光を、漏れなく選択できる。したがって、例えば他の例を挙げれば、入力ポート選択スイッチ１１２で１０個の入力ポートを選ぶときには、１番目、１１番目、２１番目の出力ポートを選べば、１番目の出力ポートにλ１〜λ１０の波長を、１１番目の出力ポートにλ１１〜λ２０の波長を、２１番目の出力ポートにλ２１〜λ３０の波長を出力することができる。

したがって、本発明の光可変フィルタでは、第１の光スイッチ（入力ポート選択スイッチ１１２）は、１つの入力ポートおよびＭ（２以上の自然数）個の出力ポートを有し、前記Ｍ個の出力ポートは、波長合分波器（非周回性ＡＷＧ１１１）の複数の入力ポートの内の隣り合う位置に連続して並んだ入力ポート群へ接続され、第２の光スイッチ（出力ポート選択スイッチ１１３）は、Ｎ（２以上の自然数）個の入力ポートおよび１つの出力ポートを有し、波長合分波器の前記複数の出力ポートの内のＭの繰り返し周期に位置するＮ個の出力ポートは、前記第２の光スイッチ素子の前記Ｎ個の入力ポートへ接続されることになる。次に、第１の実施形態のより具体的な構成および動作例を説明する。

図１６は、本発明の光可変フィルタの第１の実施形態のより具体的な動作を説明する図である。図１１に示した光可変フィルタ１１０において１×４入力ポート選択スイッチ１６５、９×９非周回性ＡＷＧ１６０および３×１出力ポート選択スイッチ１６６からなる例を示す。入力波長分割多重光信号１６７は、λ１からλ１２までの、１２個の異なる波長を持った信号光が多重化されている。入力波長分割多重光信号１６７は、入力ポート選択スイッチ１６５によって、非周回性ＡＷＧ１６０の９個の入力ポートの中の、概ね中央部にある連続して配置された４つ（Ｍ＝４）の入力ポートの内の１つを選択する。すなわち、４番目の入力ポートから７番目の入力ポートまでの内の１つが選択される。図１６の（ａ）は４番目の入力ポート１６１が選ばれた場合を、（ｂ）は５番目の入力ポート１６２が選ばれた場合を、（ｃ）は６番目の入力ポート１６３が選ばれた場合を、（ｄ）は７番目の入力ポート１６４が選ばれた場合をそれぞれ示す。

非周回性ＡＷＧ１６０の出力ポート側は、４ポート間隔で１番目の出力ポート、５番目の出力ポート、９番目の出力ポートの３つのポートが利用される。これらの３つの出力ポートの内の１つを出力ポート選択スイッチ１６６によって選択することによって、λ１からλ１２までの１２個の異なる波長を持った信号光の内の１つが選択される。

例えば、４番目の入力ポート１６１が選択されたときに、１番目の出力ポートが選ばれれば、図１６の（ａ）のようにλ１の光信号を出力光１６８として出力することができる。また、５番目の入力ポート１６２が選択されたときに、１番目の出力ポートが選ばれれば、図１６の（ｂ）のようにλ２の光信号を出力光１６８として出力することができる。同様に、１番目の出力ポートからは、λ３（図１６の（ｃ）の場合）またはλ４（図１６の（ｄ）の場合）の出力光を出力できる。

４番目の入力ポート１６１が選択されたときに、５番目の出力ポートが選ばれれば、図１６の（ａ）のようにλ５の光信号を出力光１６８として出力することができる。また、５番目の入力ポート１６２が選択されたときに、５番目の出力ポートが選ばれれば、図１６の（ｂ）のようにλ６の光信号を出力光１６８として出力することができる。同様に、５番目の出力ポートからは、λ７またはλ８の出力光を出力できる。

上述のように、図１６に示した光可変フィルタの構成によって、入力波長分割多重光信号１６７から、λ１〜λ１２の光信号のいずれか１つを、漏れ無く選択して取り出すことができる。

したがって、本発明は、連続して配置された複数のチャネルを含む所定の通信帯域において、前記複数のチャネルの各信号光が多重化された波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタが実現される。この光可変フィルタは、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する波長合分波器であって、前記通信帯域において、前記複数の入力ポートの内の１つへ前記波長分割多重光が入力されると、前記複数の出力ポートの１つから前記複数のチャネルの中の１つのチャネルに対応する信号光のみが出力される、波長合分波器と、前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つへ、前記波長分割多重光を選択的に入力する第１の光スイッチと、前記波長合分波器の前記複数の出力ポートの内の１つから、前記波長合分波器によって分波された前記所定の波長の光信号を選択的に出力させる第２の光スイッチとを備え、前記波長合分波器によって単一の波長選択段が構成される。

図１１および図１６から明らかなように、単一の波長選択段を構成する非周回性ＡＷＧを利用して、入力ポートの選択スイッチと出力ポートの選択スイッチとを組み合わせることで、異なる波長の複数の信号光が多重化された多重化信号光から、所望の波長の信号光を選択することができる。非周回性ＡＷＧの概ね中央部にある、隣り合った連続して配置されているＭ個の入力ポートと、Ｍ個の繰り返し周期にあるＮ個の出力ポートとを利用することで、連続した波長番号を持った一連のＭ×Ｎ個の信号光を漏れ無く選択することができる。尚、ここで概ね中央部にあるＭ個の入力ポートを利用するのは、一般にＡＷＧでは中央部に位置する入力ポートにおいて所望のフィルタ特性を実現しやすいためであって、必ずしも中央部だけに限定されない。

図１７は、本発明の光可変フィルタの第１の実施形態の様々な構成例を表で示した図である。連続する波長番号を持つ９６チャネルの波長選択に対応した光可変フィルタの構成例である。１×Ｍ入力ポート選択スイッチの選択数Ｍ、非周回性ＡＷＧの入力ポートおよび出力ポートの数（ＡＷＧサイズ）Ｌ、Ｎ×１出力ポート選択スイッチの選択数Ｎの、とり得る組み合わせを示している。一般に、光可変フィルタ全体でのスイッチ規模を最小にするためには、ＭおよびＮの和が最小になるような組み合わせが良い。そのような組み合わせの中で、ＡＷＧのサイズＬが最小の組み合わせを選択するのが好ましい。図１６では、波長多重数がＭ×Ｎに等しい構成例の場合であったが、図１７に示した各構成例では、Ｍ、Ｌ、Ｎの組み合わせによっては、選択可能な波長数が９６より大きい場合もあることに留意されたい。このような場合であっても、第１の実施形態の光可変フィルタによれば、連続した波長番号を持った一連の９６チャネルの信号光を漏れ無く選択することができることに変わりはない。

図１１、図１６および図１７に示した実施形態では、非周回性ＡＷＧの利用する入力ポートは、概ね中央部にあり、隣り合って連続して配置されている入力ポートを利用している。しかしながら、一般にＡＷＧにおいて隣り合う近接した入力ポートまたは出力ポートを利用する場合、透過特性においてお互いのチャネル間のクロストークが問題となり得る。そこで次の第２の実施形態では、波長選択のための非周回性ＡＷＧの入力ポートの異なる利用形態について述べる。

＊＊第２の実施形態＊＊
図１２は、本発明の光可変フィルタの第２のおよび第３の実施形態の構成を説明する図である。光可変フィルタ１２０は、非周回性ＡＷＧ１２１、非周回性ＡＷＧ１２１の入力側に接続された入力ポート選択スイッチ１２２、非周回性ＡＷＧ１２１の出力側に接続された出力ポート選択スイッチ１２３から構成される。異なる複数の波長を含む多重化された入力光１２４は、１×Ｍ入力ポート選択スイッチ１２２に入力される。入力ポート選択スイッチ１２２の出力は、Ｌ×Ｌ非周回性ＡＷＧ１２１の概ね中央部にあり、少なくとも１つの間隔を置いて、等間隔に配置されたＭ個の入力ポートに接続されている。図１１に示した第１の実施形態との相違点は、非周回性ＡＷＧのどの入力ポートを利用し、これに応じてどの出力ポートを利用するかにある。

図１２に示すように、第２の実施形態における非周回性ＡＷＧの入力ポートとしては、概ね中央部にあり、少なくとも１つの間隔を置いて等間隔に配置されたＭ個の入力ポートが利用される。図１２の例では、１つの間隔を置いて、概ね中央部にある１番目入力ポート、３番目入力ポート、５番目入力ポート・・・（２Ｍ−１）番目のＭ個の入力ポートが利用される。このように間隔を置いて非連続で入力ポートを利用する場合において、非周回性ＡＷＧの出力ポートの選び方には２種類が提案される。１つは、隣り合う出力ポートを利用する方法であり、もう１つは、隣り合う出力ポートを利用しない方法である。まず、隣り合う出力ポートを利用する第２の実施形態について説明する。

図１３は、本発明の光可変フィルタの第２の実施形態の構成および動作を説明する図である。図１３の（ａ）は、本発明の光可変フィルタ１２０を示し、（ｂ）は光可変フィルタ１２０によって選択される光信号の波長を概念的に示した図である。図１３の（ａ）は、非周回性ＡＷＧ１２１で利用される出力ポートを明示したことを除いて、図１２で示した構成と同じである。本実施形態では、非周回性ＡＷＧ１２１における出力ポートとして、隣り合う２つの出力ポートを合計Ｎ個利用される。ここで、非周回性ＡＷＧ１２１の入力ポートは、１番目から（２Ｍ−１）番目まで利用されるが、１つ置きに選ばれているので、全体ではＭ個の入力ポートしか利用されないことに留意されたい。

図１３の（ｂ）を参照すると、図１１の（ｂ）で説明したのと同様に、光可変フィルタ１２０によって選択される光信号の波長を概念的に示している。矢印の各々は異なる波長の光信号を示しており、横軸は波長を概念的に示す。矢印の先端部に記載した数字は、非周回性ＡＷＧ１２１で選択される入力ポート番号を示す。１３１−１の符号が付された実線の矢印で示したＭ個の信号光は、左側から順に、１番目の入力ポート、３番目の入力ポート、・・・、（２Ｍ−１）番目の入力ポートが選択されたときに、１番目の出力ポートに現われる信号光を表している。ここで、本実施形態で選択されている入力ポートは、１番目、３番目、５番目、・・（２Ｍ−１）番目であって、１つ置きに間を空けた合計Ｍ個の入力ポートであることに留意されたい。したがって、Ｍ個の信号光１３１−１は、波長軸上で波長番号が連続したものではなく、波長番号が１つ置きのものに対応している。

一方で、１３１−２の符号が付された破線の矢印で示したＭ個の信号光は、左側から順に、１番目の入力ポート、３番目の入力ポート、・・・、（２Ｍ−１）番目の入力ポートが選択されたときに、２番目の出力ポートに現われる信号光を表している。そして、Ｍ個の信号光１３１−２は、波長軸上では、Ｍ個の信号光１３１−１において信号光が現われなかった波長番号に対応する信号光であることに注目されたい。これは、非周回性ＡＷＧの入力ポートが１つ置きに選択され、かつ、２Ｍ個の間隔（繰返し周期）を置いて隣り合う２つの出力ポートの組みを利用することによって得られる。結果として、１番目の出力ポートおよび２番目の出力ポートからは、交互に、波長軸上において合計２Ｍ個の連続した波長番号の光信号を選択できることになる。

同様に、１３１−３の符号が付された太い実線の矢印で示したＭ個の信号光は、左側から順に、１番目の入力ポート、３番目の入力ポート、・・・、（２Ｍ−１）番目の入力ポートが選択されたときに、（２Ｍ＋１）番目の出力ポートに現われる信号光を表している。そして、波長軸上での波長番号は、先の１番目の出力ポートおよび２番目の出力ポートによって選択された２Ｍ個の連続した波長番号に引き続く（２Ｍ＋１）番目の波長から新たに始まるＭ個の信号光１３１−３となる。また、１３１−４の符号が付された太い破線の矢印で示したＭ個の信号光は、左側から順に、１番目の入力ポート、３番目の入力ポート、・・・、（２Ｍ−１）番目の入力ポートが選択されたときに、（２Ｍ＋２）番目の出力ポートに現われるＭ個の信号光を表している。Ｍ個の信号光１３１−４は、波長軸上では、Ｍ個の信号光１３１−３において信号光が現われなかった波長番号に対応する信号光であることに注目されたい。

結局、図１３の（ｂ）に示したように、非周回性ＡＷＧの入力ポートが１つ置きに選択され、かつ、２Ｍ個の間隔（繰返し周期）を置いた隣り合う２つの出力ポートの組みを利用することによって、波長軸上において連続した波長番号を持つ一連のＭ×Ｎ個の信号光を、漏れ無く選択することができる。ここで、図１１の第１の実施形態と比較すると、図１３に示した第２の実施形態では、非周回性ＡＷＧの入力ポートの利用形態が異なっている。第１の実施形態では、概ね中央部にある、隣り合った連続して配置されているＭ個の入力ポートと、Ｍ個の間隔（繰り返し周期）で選んだＮ個の出力ポートとを利用することで、連続した波長番号を持った一連のＭ×Ｎ個の信号光を漏れ無く選択することができる。これに対して、第２の実施形態では、非周回性ＡＷＧの入力ポートが少なくとも１つ置きにＭ個選択され、かつ、Ｍ個の整数倍の間隔（繰返し周期）を置いた隣り合う２つの出力ポートを合計Ｎ個利用することによって、波長軸上において連続した波長番号の一連のＭ×Ｎ個の信号光を、漏れ無く選択することができる。

図１３の例では、入力ポートは１つ置きに（繰返し周期Ａが２）Ｍ個選択され、２Ｍ個の間隔を置いて隣り合う２個の出力ポートを使用した。しかし容易に推測できるように、入力ポートが２つ置きに（繰返し周期Ａが３）Ｍ個選択され、３Ｍ個の間隔（繰り返し周期）を置いて隣り合う３個の出力ポートの組みを使用しても、波長軸上において連続した波長番号の一連の信号光を、漏れ無く選択することができることが分かるだろう。したがって、非周回性ＡＷＧの入力ポートを、少なくとも１つの間を空けて等間隔で利用することによって、波長軸上において連続した波長番号の一連のＭ×Ｎ個の信号光を、漏れ無く選択することができる。

したがって、本実施形態の光可変フィルタでは、第１の光スイッチ（入力ポート選択スイッチ１２２）は、１つの入力ポートおよびＭ（２以上の自然数）個の出力ポートを有し、前記Ｍ個の出力ポートは、波長合分波器（非周回性ＡＷＧ１２１）の前記複数の入力ポートの内のＡ（２以上の自然数）の繰り返し周期に位置する、相互に隣り合わない入力ポート群へ接続されることになる。

本実施形態によれば、入力ポート側で隣り合う入力ポートを利用しないため、クロストークの点で非周回性ＡＷＧのフィルタ特性の所要性能をより緩く設計することが可能となる。透過損失やフィルタ特性の形状についても、設計の自由度を増すことができる。上述の第２の実施形態は、利用する出力ポートの選び方を変形して、さらに所要フィルタ特性を緩和することもできる。

＊＊第３の実施形態＊＊
図１４は、本発明の光可変フィルタの第３の実施形態の構成および動作を説明する図である。図１４の（ａ）は、本発明の光可変フィルタ１２０を示し、（ｂ）は光可変フィルタ１２０によって選択される光信号の波長を概念的に示した図である。図１４の（ａ）は、非周回性ＡＷＧ１２１で利用される出力ポートを明示したことを除いて図１２で示した構成と同じである。本実施形態では、図１３に示した第２の実施形態とは異なり、非周回性ＡＷＧ１２１における出力ポートは、隣り合わない２つの出力ポートを組とした、合計Ｎ個の出力ポートが利用される。非周回性ＡＷＧ１２１の入力ポートは、第２の実施形態同様に、１番目から（２Ｍ−１）番目までの２Ｍ個が利用される。入力ポートは１つ置きに選ばれているので、全体ではＭ個の入力ポートしか利用されないことに留意されたい。

図１４の（ｂ）を参照すると、図１３の（ｂ）で説明したのと同様に、光可変フィルタ１２０によって選択される光信号の波長が概念的に示されている。矢印の各々は異なる波長の光信号を示しており、横軸は波長を概念的に示す。矢印の先端部に記載した数字は、非周回性ＡＷＧ１２１で選択される入力ポート番号を示す。１４１−１の符号が付された実線の矢印で示したＭ個の信号光は、左側から順に、１番目の入力ポート、３番目の入力ポート、・・・、（２Ｍ−１）番目の入力ポートが選択されたときに、１番目の出力ポートに現われる信号光を表している。ここで、本実施形態で選択されている入力ポートは、１番目、３番目、５番目、・・（２Ｍ−１）番目の、１つ置きに間を空けた合計Ｍ個の入力ポートである。したがって、Ｍ個の信号光１４１−１は、波長軸上で波長番号が連続したものではなく、波長番号が１つ置きの信号光に対応している。

一方で、１４１−２の符号が付された破線の矢印で示したＭ個の信号光は、左側から順に、１番目の入力ポート、３番目の入力ポート、・・・、（２Ｍ−１）番目の入力ポートが選択されたときに、４番目の出力ポートに現われる信号光を表している。そして、Ｍ個の信号光１４１−２は、波長軸上では、Ｍ個の信号光１４１−１において信号光が現われなかった波長番号に対応する信号光であることに注目されたい。ただし、第２の実施形態とは異なり、Ｍ個の信号光１４１−１の最初の信号光を波長番号１番とした場合に、Ｍ個の信号光１４１−２は２番目から始まるのではなく、４番目の波長番号に対応する信号光から始まることに留意されたい。したがって、２番目の波長番号に相当する信号光１４２は光可変フィルタの設計の前提とした波長番号の中には存在せず、選択をすることができない。

しかしながら、上述の選択不能な信号光１４２である不完全部分を無視すれば、１番目の出力ポートおよび４番目の出力ポートによって、波長軸上において合計２Ｍ個の連続した波長番号の光信号を選択できることになる。実際には、信号光１４２は利用できないので、図１４の（ｂ）では、Ｍ個の信号光１４１−１の内の入力ポート３および出力ポート１の組み合わせで選択される信号光１４３から順に連続した波長番号の一連の複数の光信号を選択できる。

同様に、１４１−３の符号が付された太い実線の矢印で示したＭ個の信号光は、左側から順に、１番目の入力ポート、３番目の入力ポート、・・・、（２Ｍ−１）番目の入力ポートが選択されたときに、（２Ｍ＋１）番目の出力ポートに現われる信号光を表している。そして、波長軸上での波長番号は、先の１番目の出力ポートおよび４番目の出力ポートによって交互に選択される連続した波長番号に引き続き、（２Ｍ＋１）番目の波長から新たに始まるＭ個の信号光１４１−３となる。また、１４１−４の符号が付された太い破線の矢印で示したＭ個の信号光は、左側から順に、１番目の入力ポート、３番目の入力ポート、・・・、（２Ｍ−１）番目の入力ポートが選択されたときに、（２Ｍ＋４）番目の出力ポートに現われるＭ個の信号光を表している。Ｍ個の信号光１４１−４は、波長軸上では、Ｍ個の信号光１４１−３において信号光が現われなかった波長番号に対応する信号光となる。

結局、図１４に示した光可変フィルタの構成によれば、選択不能な信号光１４２である不完全部分を除けば、波長軸上において連続した波長番号の一連の信号光を、漏れ無く選択することができる。本実施形態では、上述の不完全部分は、出力ポートを隣り合わない２つを組みとして、この２つの出力ポートの間を空けることによって、この結果、波長軸上の端部には選択の対象としない波長、すなわち不完全部分が現われる。入力ポートを１つ置きに選択している場合では、１番目の出力ポートと３番目の出力ポートとを１つの組として選択すると、波長番号が完全に重なってしまう。１番目の出力ポートと５番目の出力ポートとを１つの組として選択するのも同様である。つまり、本実施形態では、出力ポートの組みの一方は他方から奇数ポートずらした位置にあることになる。１ポートずらした場合が、隣り合う出力ポートを利用する第２の実施形態となる。したがって、本実施形態の基本的な構成は、図１４のように３ポートずらした場合となる。これより大きく出力ポートをずらした場合、例えば、１番目の出力ポートと６番目の出力ポートを１つの組として選ぶと、波長軸上の端部で２つの選択不能な信号光となる不完全部分が生じることが容易に分かるだろう。

図１８は、本発明の光可変フィルタの第３の実施形態のより具体的な動作を説明する図である。図１４に示した光可変フィルタにおいて１×４入力ポート選択スイッチ１８７、１２×１２非周回性ＡＷＧ１８０および４×１出力ポート選択スイッチ１８８からなる１２チャネル対応の光可変フィルタの例を示す。入力波長分割多重光信号１８９は、λ１からλ１２までの、１２個の異なる波長を持った信号光が多重化されている。入力波長分割多重光信号１８９は、入力ポート選択スイッチ１８７によって、非周回性ＡＷＧ１８０の１２個の入力ポートの中の、概ね中央部にある１つおきに配置された４つ（Ｍ＝４）の入力ポートの内の１つを選択する。すなわち、４番目、６番目、８番目および１０番目の入力ポートの内の１つが選択される。図１８の（ａ）は４番目の入力ポート１８１が選ばれた場合を、（ｂ）は６番目の入力ポート１８２が選ばれた場合を、（ｃ）は８番目の入力ポート１８３が選ばれた場合を、（ｄ）は１０番目の入力ポート１８４が選ばれた場合をそれぞれ示す。

非周回性ＡＷＧ１８０の出力ポート側は、１番目の出力ポートおよび４番目の出力ポートを組として、８ポートの繰返し周期で、次に９番目の出力ポートおよび１２番目の出力ポートが利用される。これらの４つの出力ポートの内の１つを出力ポート選択スイッチ１８８によって選択することによって、λ１からλ１２までの１２個の異なる波長を持った信号光の内の１つが選択される。

例えば、４番目の入力ポート１８１が選択されたときに、４番目の出力ポートが選ばれれば、図１８の（ａ）のようにλ２の光信号を出力光１９０として出力することができる。また、６番目の入力ポート１８２が選択されたときに、１番目の出力ポートが選ばれれば、図１８の（ｂ）のようにλ１の光信号を出力光１９０として出力することができる。同様に、１番目の出力ポートからは、λ３（図１８の（ｃ）の場合）またはλ５（図１８の（ｄ）の場合）の出力光を出力できる。

８番目の入力ポート１８３が選択されたときに、９番目の出力ポートが選ばれれば、図１８の（ｃ）のようにλ１１の光信号を出力光１９０として出力することができる。また、１０番目の入力ポート１８４が選択されたときに、１２番目の出力ポートが選ばれれば、図１８の（ｄ）のようにλ１６の光信号を出力光１９０として出力することができる。

上述のように、第３の実施形態において、λ１からλ１２までの１２個の異なる波長を持った信号光を選択しようとする場合には、非周回性ＡＷＧは、１２ポートの入力ポートおよび出力ポートが必要となる。しかしながら、図１８からわかるように、λ０、λ１５を選択することができず、また不要な（λ−１）を選択可能となっている。選択不能なλ０、λ１５は、図１４で説明した選択不能な信号光１４２の不完全部分に対応する。この不完全性が存在するために、所定の連続した一連の波長を持つ複数の信号光を分波するためには、その所要数（１２チャネル）と比べてより広い波長番号の範囲を分波できる能力を持つ大きめのサイズの非周回性ＡＷＧおよび選択スイッチが必要となる。例えば本例では、１２チャネルの光可変フィルタを想定しているが、入力ポート選択スイッチおよび出力ポート選択スイッチで選択可能な組み合わせは、４×４＝１６となっている。

本実施形態では、対象とする波長範囲よりも広い範囲をカバーできるように、非周回性ＡＷＧおよびスイッチを多少大きく選ぶことで、不完全部分を避けて、連続した波長番号の一連の複数の光信号を選択可能となる。ＡＷＧおよびスイッチに若干の無駄は生じるものの、入力ポートおよび出力ポートのいずれにおいても、連続した位置にあるポートを使用せず、隣り合わないポートを利用することになる。この結果、非周回性ＡＷＧに求められるフィルタ特性はより緩和されたもので済む。

図１９は、本発明の光可変フィルタの第３の実施形態の様々な構成例を表で示した図である。連続する波長番号を持つ９６チャネルの波長選択に対応した光可変フィルタの構成例である。１×Ｍ入力ポート選択スイッチの選択数Ｍ、非周回性ＡＷＧの入力ポートおよび出力ポートの数（ＡＷＧサイズ）Ｌ、Ｎ×１出力ポート選択スイッチの選択数Ｎの、とり得る組み合わせを示している。一般に、光可変フィルタ全体でのスイッチ規模を最小にするためには、ＭおよびＮの和が最小になるような組み合わせが良い。そのような組み合わせの中で、ＡＷＧのサイズＬが最小の組み合わせを選択するのが好ましい。

図１４、図１８および図１９に示した第３の実施形態の構成では、入力ポートおよび出力ポートのいずれにおいても、隣り合った連続したポートを使用せず、隣り合わないポートを利用する。この結果、非周回性ＡＷＧに求められるフィルタ特性の仕様はより緩和されたもので良くなる。例えば、非周回性ＡＷＧのフィルタ特性について、透過損失を極力減らすような設計が可能となる。また、透過特性の形状をガウス波形ではなく矩形（高次ガウシアン）に近づけるような設計も可能となる。光可変フィルタにより選択する信号光の伝達特性の、様々な観点からの改善および柔軟性の獲得が可能となる。図１３に示した第２の実施形態では、非周回性ＡＷＧの出力ポート側は、連続した隣り合った出力ポートを利用していた。これに対し、図１４に示した第３の実施形態では、非周回性ＡＷＧの出力ポート側で、相互に離れた出力ポートを利用することで、ＡＷＧのフィルタ特性をさらに有効に改善することが可能となる。

第３の実施形態の構成では、取り扱う波長範囲の端部において選択不能な波長の信号光（不完全部分）があるので、波長番号の欠落がなく連続した波長番号の一連の複数の信号光を処理するためには、この不完全部分を避ける必要がある。第１の実施形態では、１番目の出力ポートから最後の出力ポートまでをすべて使用して、かつ、連続した波長番号の信号光を選択できる。したがって、必要とする波長帯域の仕様およびＡＷＧの構成を選べば、すべての出力ポートを無駄なく完全に使い切ることもできる。一方で、本実施形態では、上述の不完全部分を避けるようにして、対象となるシステムの波長帯域の仕様を考慮しながら、ＡＷＧの構成を選ぶ必要がある。結果として、非周回性ＡＷＧおよび選択スイッチにはやや大き目のサイズのものが必要と成り得る。

しかしながら、非周回性ＡＷＧのフィルタ特性の設計に自由度が得られると共に、製造工程においても誤差の許容度に余裕が生まれ製造上の歩留まり向上などのメリットも大きくなる。詳細な性能比較は後に述べるが、図７に示した従来技術の複数段構成の光可変フィルタと比べると、図１４の本発明の光可変フィルタ構成では、非周回性ＡＷＧの単一段の構成によって、従来技術と同等のスイッチ規模の低減効果を維持したままで、非周回性ＡＷＧの利用による低損失特性を実現できる。ＡＷＧが１つで済むことによって光可変フィルタの構成が非常にシンプルなものと成る。

上述の３つの実施形態では、単一の非周回性ＡＷＧを１段で使用し、単一の波長選択段を構成する例を示した。対象とする波帯域が１９２チャネルのように非常に広い場合には、１つのＡＷＧの大きさが大きくなってしまう場合がある。このような場合には、非周回性ＡＷＧを分割することもできる。次の第４の実施形態で分割型の光可変フィルタの構成例を示す。

＊＊第４の実施形態＊＊
図１５は、本発明の光可変フィルタの第４の実施形態の第１の構成を説明する図である。本実施形態の光可変フィルタ１５０は、これまでの実施形態と異なり並列に使用される２つ以上の非周回性ＡＷＧを含み、例えば、第１の非周回性ＡＷＧ１５１−１および第２の非周回性ＡＷＧ１５１−２を備えている。各々の非周回性ＡＷＧはＬ×Ｌの構成を持ち、さらに、各非周回性ＡＷＧの入力側に接続された入力ポート選択スイッチ１５２、各非周回性ＡＷＧの出力側に接続された出力ポート選択スイッチ１５３から構成される。異なる複数の波長を含む多重化された入力光１５４は、１×Ｍ入力ポート選択スイッチ１５２に入力される。入力ポート選択スイッチ１５２の出力は、各Ｌ×Ｌ非周回性ＡＷＧの概ね中央部であって、連続した隣り合うＭ／２個の入力ポートにそれぞれ接続されている。図１５の構成では、各々の非周回性ＡＷＧの隣り合う連続したＭ／２個の入力ポート（群）が使用されている。しかしながら、第２の実施形態、第３の実施形態のように、各々の非周回性ＡＷＧで、少なくとも１つの間隔を置いて等間隔に配置された入力ポート（群）を利用しても良い。

本実施形態では、非周回性ＡＷＧを２つに分割することによって、１つの非周回性ＡＷＧのサイズを小さくし、１つの非周回性ＡＷＧで担う光信号の数を減らす。第１〜第３の実施形態と比べて１つの非周回性ＡＷＧのサイズが小さくて済むので、各入力・出力ポートの間で得られる透過特性の中心周波数ずれを小さく抑えることができる。他のフィルタ帯域特性についても、所要性能を実現するための要件が緩いものとなる。したがって、例えば、非周回性ＡＷＧのフィルタ特性について、透過損失を極力減らすような設計が可能となる。また、透過特性の形状をガウス波形ではなく矩形（高次ガウシアン）に近づけるような設計も可能となる。光可変フィルタによって波長選択をする信号光の伝達特性の、様々な観点からの改善および柔軟性の獲得が可能となる。次に、第４の実施形態の光可変フィルタのより具体的な構成例および動作を説明する。

図２０は、本発明の第４の実施形態の光可変フィルタの、より具体的な動作を説明する図である。図２０に示した光可変フィルタ２００において１×４入力ポート選択スイッチ２０６、２つの５×５非周回性ＡＷＧ２０１−１、２０１−２および６×１出力ポート選択スイッチ２０７からなる例を示す。入力波長分割多重光信号２０８は、λ１からλ１２までの、１２個の異なる波長を持った信号光が多重化されている。入力ポート選択スイッチ２０６によって、非周回性ＡＷＧ２０１−１、２０１−２の各々の５個の入力ポートの中の、概ね中央部にある連続して配置された２つ（Ｍ／２＝２）の入力ポートの内の１つが選択され、入力波長分割多重化光信号２０８が入力される。すなわち、３番目の入力ポートおよび４番目の入力ポートの内の１つが選択される。図２０の（ａ）は第１の非周回性ＡＷＧ２０１−１の３番目の入力ポート２０３が選ばれた場合を、（ｂ）は４番目の入力ポート２０４が選ばれた場合を、（ｃ）は第２の非周回性ＡＷＧ２０１−２の３番目の入力ポート２０５が選ばれた場合を、（ｄ）は４番目の入力ポート２０６が選ばれた場合をそれぞれ示す。

図２０に示した光可変フィルタでは、各々の非周回性ＡＷＧで隣り合う入力ポートが使用されている。したがって、個々の非周回性ＡＷＧでは、第１の実施形態と同様の動作によって波長の選択が可能である。図２０の（ａ）および（ｂ）からわかるように、第１の非周回性ＡＷＧ２０１−１によって、λ１からλ６までの連続した波長番号の一連の信号光が分波される。同様に、図２０の（ｃ）および（ｄ）からわかるように、第２の非周回性ＡＷＧ２０１−２によって、λ７からλ１２までの連続した波長番号の一連の信号光が分波される。

図２１は、第４の実施形態の光可変フィルタで利用可能な非周回性ＡＷＧの異なる分波特性を説明する図である。図２１の（ａ）の非周回性ＡＷＧ２１０は、図２０に示した光可変フィルタに用いられる非周回性ＡＷＧの分波特性を示している。尚、（ｂ）の非周回性ＡＷＧ２１１は、後に説明する第４の実施形態の第２の構成例の光可変フィルタに用いられる非周回性ＡＷＧの分波特性を示しており、後に（ａ）と比較しながら詳述する。（ａ）に示したように、非周回性ＡＷＧ２１０は、１番目の入力ポートに多重光２１２が入力されると、６つの出力ポートの各々からλ１からλ６の内の１つの信号光２１４が出力される。入力ポートが１つだけずれて、２番目の入力ポートに多重光２１３が入力されると、６つの出力ポートの各々からλ２からλ７の内の１つの信号光２１５が出力される。したがって、１つのポートが１つのチャネル（中心波長λ、中心光周波数ｆ）に対応している。この時の各チャネルの信号の中心周波数の間隔（チャネル間隔）をΔｆとすると、非周回性ＡＷＧは、その隣接するポート間の周波数間隔がΔｆに構成されたものを使用すれば良い。このとき、非周回性ＡＷＧの透過帯域幅もΔｆに構成される。ＡＷＧの（１つのポートの）透過帯域幅は、信号のチャネル間隔Δｆおよび信号のビットレートに応じて設計することになる。したがって、図２０の構成の場合は、２つの非周回性ＡＷＧは全く同一の構成の周波数間隔Δｆのものを利用する。

したがって、本実施形態の光可変フィルタは、波長合分波器（非周回性ＡＷＧ）は、対象とするシステムの通信帯域において、複数のチャネルのチャネル間隔をΔｆとするとき、Δｆのポート間周波数間隔を持つように構成された複数個の波長合分波器で構成され、これらの複数個の波長合分波器の各々は、前記第１の光スイッチおよび前記第２の光スイッチと接続され、前記単一の波長選択段を構成することになる。

本実施形態の構成によって、非周回性ＡＷＧを２つ以上に分割することによって、１つの非周回性ＡＷＧのサイズを小さくし、１つの非周回性ＡＷＧで担う光信号の数を減らすことができる。これによって、各入力・出力ポートの間で得られる透過特性の中心周波数ずれを小さく抑えることができる。分割型の構成は、非周回性ＡＷＧで１つ置きに間を空けた入力ポートを利用する第２および第３の実施形態に適用することもできることも言うまでもない。図２０の可変波長光フィルタでは、１つの非周回性ＡＷＧで担う波長を単純に２つ以上のグループに分割していた。しかしながら、図２０の例とは中心周波数間隔の異なるＡＷＧを利用することで、次の第２の構成例のように非周回性ＡＷＧの設計条件および製造条件をさらに緩和することが可能となる。

図２２は、本発明の第４の実施形態の光可変フィルタの第２の構成例について、具体的な動作を説明する図である。図２０に示した第１の構成例では、中心周波数間隔がΔｆに設定された同一構造の非周回性ＡＷＧを利用する例を示したが、図２２に示した第２の構成例では、ポート間の周波数間隔がより広い非周回性ＡＷＧを利用する構成例である。光可変フィルタ２２０の構成は、図２０に示した光可変フィルタ２００の構成と同一であるが、利用される非周回性ＡＷＧの構成および２つの非周回性ＡＷＧによって分担する波長の分割の仕方が異なる。以下、これらの相違点に絞って説明する。
図２２の（ａ）からわかるように、第１の非周回性ＡＷＧ２２１−１の３番目の入力ポート２２３を選択して出力ポートから出力される波長は、図２０の構成例と異なっている点に注意されたい。すなわち、３番目の出力ポートからはλ３ではなくてλ５の信号光が出力される。つまり、１番目の出力ポートからのλ１から２チャネル分の差異を持つλ３ではなくて、４チャネル分の差異を持つλ５の信号光が出力されている。また、５番目の出力ポートからはλ５ではなくてλ９の信号光が出力される。つまり、１番目の出力ポートのλ１から４チャネル分の差異を持つλ５ではなくて、８チャネル分の差異を持つλ９の信号光が出力されている。図２２の（ｂ）に示したように、第１の非周回性ＡＷＧ２２１−１の４番目の入力ポート２２４を選択して出力ポートから出力される波長も、同様に、１番目の出力ポートのλ３から４チャネル分の差異を持つλ７の光信号および、８チャネル分の差異を持つλ１１の信号光が出力されている。

さらに、図２２の（ｃ）を参照すれば、第２の非周回性ＡＷＧ２２１−２の３番目の入力ポート２２５を選択したときに出力ポートから出力される波長は、１番目の出力ポートからはλ２となり、３番目の出力ポートからはλ６の信号光が出力され、５番目の出力ポートからはλ１０の信号光が出力される。つまり、１番目の出力ポートのλ２から４チャネル分の差異を持つλ６の信号光が出力され、１番目の出力ポートのλ２から８チャネル分の差異を持つλ１０の信号光が出力されている。図２２の（ｄ）に示したように、第２の非周回性ＡＷＧ２２１−２の４番目の入力ポート２２６を選択して出力ポートから出力される波長も、同様に、１番目の出力ポートのλ４から４チャネル分の差異を持つλ８の信号光および、８チャネル分の差異を持つλ１２の信号光が出力されている。

第２の構成例を示す図２２の（ａ）〜（ｄ）および第１の構成例を示す図２０の（ａ）〜（ｄ）を比較すると、第２の構成例では、２つの非周回性ＡＷＧによって担う波長は単純な分割によるものではなくて、波長は交互に振り分けられている。すなわち、奇数番号の波長（λ１、λ３、・・）を含むグループと偶数番号の波長（λ２、λ４、・・）を含むグループとに分けられていることがわかる。また、１つの出力ポートには１つの波長すなわち１つのチャネルが対応しているのに加えて、図２２の構成では、非周回性ＡＷＧの出力ポートが１つ異なれば、２チャネル分、出力される波長（番号）が異なっている。

図２２の（ａ）〜（ｄ）に示したようなパターンで各波長を振り分けて出力することのできる非周回性ＡＷＧは、図２１の（ｂ）に示した分波特性を持つＡＷＧ２１１により実現できる。図２１の（ｂ）に示した非周回性ＡＷＧ２１１は、１番目の入力ポートに多重光２１６が入力されると、６つの出力ポートの各々から１つ置きの波長番号を有するλ１、λ３、λ５、λ７、λ９、λ１１の内の１つの信号光２１８が出力される。入力ポートが１つだけずれて、２番目の入力ポートに多重光２１７が入力されると、６つの出力ポートの各々から波長番号が２ずれたλ３、λ５、λ７、λ９、λ１１、λ１３の内の１つの信号光２１９が出力される。このような分波特性は、この時の対象とするシステムの各チャネル（波長）の信号の中心周波数間隔をΔｆとすると、隣接するポート間の周波数間隔が２×Δｆの非周回性ＡＷＧを使用すれば良い。したがって、λ１、λ３、λ５、λ７、λ９、λ１１の各波長を出力する図２０の第１の非周回性ＡＷＧ２２１−１は、ポート間の周波数間隔が２×Δｆの非周回性ＡＷＧとなる。

一方、図２２の（ｃ）および（ｄ）に示した第２の非周回性ＡＷＧ２２１−２のように、偶数番号の波長（λ２、λ４、・・）を出力するためには、上述の第１の非周回性ＡＷＧ２２１−１と同じポート間周波数間隔２×Δｆを持ち、かつ、各透過帯域の中心波長が１チャネル分Δｆだけずれるように構成されたＡＷＧを利用すれば良い。尚、非周回性ＡＷＧ２２１−１、２２１−２の透過帯域幅は、それぞれΔｆとなる。したがって、図２２に示した各波長を出力するためには、各透過帯域の中心波長が異なり、ポート間の周波数間隔が２×Δｆであるように構成された２種類の非周回性ＡＷＧを準備する必要がある。各透過帯域の中心波長が異なるＡＷＧは、ＡＷＧ内の入力導波路の接続位置を変えるなど、様々な方法で簡単に実現できる。

したがって、本実施形態の光可変フィルタでは、波長合分波器（非周回性ＡＷＧ）は、対象とするシステムの通信帯域において、複数のチャネルのチャネル間隔をΔｆとするとき、Ｂ×Δｆのポート間周波数間隔を持ち、かつ、各々の透過帯域の中心がΔｆずつずれるように構成されたＢ個の波長合分波器で構成され、前記Ｂ個の波長合分波器の各々は、前記第１の光スイッチおよび前記第２の光スイッチと接続され、前記単一の波長選択段を構成することになる。

図２２に示した構成の光可変フィルタでは、全く同一の構成の２つの非周回性ＡＷＧを利用する図２０の構成と比べて、異なる構成の非周回性ＡＷＧが必要となる反面、チャネル間隔が２倍のＡＷＧを利用できる。ポート間の周波数間隔の大きいＡＷＧは、狭いＡＷＧと比べて、フィルタ特性の設計仕様により余裕が生まれ、設計の自由度が大きい。さらに、製造上でもより大きな誤差を許容可能であって、製造上の歩留まり向上などのメリットも得られる。

図２２に示した第２の構成例は、対象とする通信帯域を２つに分割して、各透過帯域の中心波長が異なる２つの非周回性ＡＷＧを利用するものであったが、３つに分割する構成も可能である。この場合は、出力する波長がλ１、λ４、λ７・・の第１のグループ（波長番号を３で割った剰余が１となる）、出力する波長がλ２、λ５、λ８・・の第２のグループ（波長番号を３で割った剰余が２となる）、出力する波長がλ３、λ６、λ９・・の第３のグループ（波長番号を３で割った剰余が０となる）の３つに分けることができる。容易に推測できるように、この場合は、ポート間の周波数間隔が３×Δｆの第１の非周回性ＡＷＧを使用すれば良い。そして、透過帯域の中心波長を１チャネル分Δｆずらした第２の非周回性ＡＷＧおよび透過帯域の中心波長を２チャネル分２Δｆずらした第３の非周回性ＡＷＧの、合計３種類の非周回性ＡＷＧを備えれば良い。
したがって、システムのチャネル数が非常に大きくなった場合であって、フィルタ特性の他の性能上の要請等によってより小型のＡＷＧを利用することが適切な状況には、さらに分割数を４以上に増やしても良いのは言うまでもない。例えば、Ｂ（２以上の自然数）分割する場合には、ポート間の周波数間隔がＢ×Δｆの第１の非周回性ＡＷＧを備え、各透過帯域の中心波長を順次１チャネル分Δｆずらした（Ｂ−１）個の非周回性ＡＷＧをさらに備えれば良い。図２０に示したような連続した波長番号を持つ波長グループに単純に分割する場合でも、フィルタ特性の他の性能上の要請等によってより小型のＡＷＧを利用することが適切な状況には、分割数を増加することができる。

図２３は、本発明の第４の実施形態の光可変フィルタの様々な構成例を表で示した図である。図２０の構成に対応し、連続する波長番号を持つ９６チャネルについて、帯域を２分割して２つの非周回性ＡＷＧによって波長選択する光可変フィルタの構成例である。１×Ｍ入力ポート選択スイッチの選択数Ｍ、１つの非周回性ＡＷＧの入力ポートおよび出力ポートの数（ＡＷＧサイズ）Ｌ、Ｎ×１出力ポート選択スイッチの選択数Ｎの、とり得る組み合わせを示している。一般に、光可変フィルタ全体でのスイッチ規模を最小にするためには、ＭおよびＮの和が最小になるような組み合わせが良い。そのような組み合わせの中で、ＡＷＧのサイズＬが最小の組み合わせを選択するのが好ましい。

以上詳細に述べたように、図２０および図２２で具体的な動作を説明したＡＷＧ分割型構成を持つ第４の実施形態の各光可変フィルタでは、非周回性ＡＷＧを分割することによって、より小型なサイズのＡＷＧを利用することができる。これによって、ＡＷＧ自体のフィルタ特性等の設計はより緩やかな仕様の下で行うことが可能となり、ＡＷＧの製造上においても誤差の許容度が大きく製造歩留りの向上およびコストの低減が可能となる。さらに図２２に示したＡＷＧ分割型の構成によれば、ポート間の周波数間隔のより大きいＡＷＧを利用可能となる。これによって、フィルタ特性の設計仕様には、さらに余裕および設計自由度が生まれる。製造上でもより大きな誤差を許容可能であって、製造上の歩留まりのさらなる向上が可能となる。将来的にシステムのチャネル数が非常に大きくなった場合であって、フィルタ特性の他の性能上の要請、制限等に理由によって、より小型のＡＷＧを利用することが適切な状況には、本発明の第４の実施形態のＡＷＧ分割型の構成はそのメリットを発揮し得る。

図２４は、図７に示した従来技術の光可変フィルタおよび本発明の各実施形態の光可変フィルタにおいて、スイッチ規模の削減効果を対比させて示した図である。横軸には、対象とする波長の数（通信帯域のチャネル数に対応）を示し、縦軸には、１×２スイッチ素子数で換算したスイッチ数を示す。凡例に示した「ＳＷ一括型」および「ＳＷ分割型」の表記は、それぞれ、ＡＷＧの出力ポート側のみで一括して波長選択を行う場合、および、ＡＷＧの前後で入力ポート選択スイッチおよび出力ポート選択スイッチに分割をして波長選択を行う場合を示している。また、波長選択法の「１段選択」〜「３段選択」の表記は、周回性ＡＷＧまたは非周回性ＡＷＧによって構成される波長選択段の数を示す。

本発明の光可変フィルタは、非周回性ＡＷＧの「１段選択」で構成された「ＳＷ分割型」に対応し、白抜き四角プロットの実線で示されている。四角プロットの実線で示された「１段選択」構成でかつ「ＳＷ一括型」の光可変フィルタは、従来技術の図５の（ａ）の構成に対応する。本発明の光可変フィルタによれば、「１段選択」の構成であるにも関わらず、従来技術の図５の（ａ）の構成と比べて、劇的にスイッチ規模を低減している。図７に示した従来技術の周回性ＡＷＧの「２段選択」構成でかつ「ＳＷ分割型」の光可変フィルタは、白抜き丸プロットで示されている。スイッチの削減規模は、本発明の非周回性ＡＷＧの「１段選択」構成でかつ「ＳＷ分割型」の構成（白抜き四角プロット）と比べ、わずかに減少しているのみである。波長選択段の数を「２段選択」、「３段選択」と増加させていっても、スイッチ規模の削減量は頭打ちとなっている。

結局、図２４の比較結果からは、本発明の非周回性ＡＷＧの「１段選択」構成で、選択スイッチを入力側と出力側に分けた「ＳＷ分割型」の構成とすることによって、図７に示した周回性ＡＷＧの「多段選択」構成＋「ＳＷ分割型」の構成と比べて何ら遜色のないスイッチ削減効果があることがわかる。本発明の光可変フィルタでは、非周回性ＡＷＧの１段のみ使用するため、図７に示した複数の周回性ＡＷＧを使用した多段構成の光可変フィルタと比べて、透過損失は半分以下の非常に小さい値となる。本発明は、非周回性ＡＷＧ自体が持つ低い透過損失の特性を最大限に利用することによって、従来技術と同程度のスイッチ規模の低減効果を実現しながら、透過損失の増加を大幅に抑えた光可変フィルタを実現できる。

以上の説明では、波長合分波器として非周回性ＡＷＧを例に説明をしてきたが、本発明は、ＡＷＧと同様の分波特性を持ち、分波機能を多段化することによって透過損失が増加するような他の形態のデバイスの場合にも適用可能となり得る。また、説明した各実施形態や図面では、非周回性ＡＷＧの一番端にある１番目の出力ポートから対象とするシステムの最初の波長番号の光信号を出力するものとして説明した。しかし、一番端にある１番目のポートを使用しない場合でも、非周回性ＡＷＧの入力側および出力側にそれぞれＡＷＧのポート選択スイッチを備えた本発明の光可変フィルタの基本構成を備えている限りは、当然に本発明の効果を得られる。したがって、すべての非周回性ＡＷＧの出力ポートを使用しなくても良い。

以上、詳細に説明してきたように、本発明の光可変フィルタによって、デバイスの構成を簡略化および低コスト化をしながら、光可変フィルタにおける光スイッチの規模を抑えるとともに、透過損失の増加も抑えた新たな構成の光可変フィルタを実現できる。

本発明は、光通信システムに利用することができる。特に、波長分割多重光信号から特定の波長の光信号を取り出しまたは加える光可変フィルタに利用できる。

１−１〜１−Ｊ、３６、３７、５０ 波長分割多重光信号
２−１〜２−Ｋ 入力側光ファイバ伝送路
３ 光クロスコネクト部
４−１〜４−Ｋ 出力側光ファイバ伝送路
５−１〜５−Ｊ 出力波長分割多重光信号
６−１、３０ ドロップシステム
６−２、３１ アドシステム
７ 電気レイヤネットワーク
８、２４−１〜２４−Ｌ、３５−１〜３５−Ｌ 受信器
９、２５−１〜２５−Ｌ 送信器
２１−１〜２１−Ｋ、２７−１〜２７−Ｋ 光カプラ
２３、２８ フルマトリックススイッチ
３３−１〜３３−Ｌ ファイバ選択スイッチ
３４−１〜３４−Ｌ、６０、７０ 光可変フィルタ
３９−１〜３９−Ｌ、５３ ドロップされた光信号
６２、６４、７１、７３、７５ 光スイッチ
９０、１１１、１２１、１５１−１、１５１−２、１８０、２０１−１、２０１−２ 非周回性波長合分波器（ＡＷＧ）
６１、６３、７２、７４、１００ 周回性波長合分波器（ＡＷＧ）
１１２、１２２、１５２、１６５、１８７、２０６、２２７ 入力選択スイッチ
１１３、１２３、１５３、１６６、１８８、２０７、２２８ 出力選択スイッチ

Claims (6)

1. 連続して配置された複数のチャネルを含む所定の通信帯域において、前記複数のチャネルの各信号光が多重化された波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、
   複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する波長合分波器であって、前記複数の入力ポートの内の１つへ前記波長分割多重光が入力されると、前記複数の出力ポートの１つから前記複数のチャネルの中の１つのチャネルに対応する信号光のみが出力さる、波長合分波器と、
   前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つへ、前記波長分割多重光を選択的に入力する第１の光スイッチであって、１つの入力ポートおよびＭ（２以上の自然数）個の出力ポートを有し、前記Ｍ個の出力ポートは、前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の隣り合う位置に連続して並んだ入力ポート群へ接続された、第１の光スイッチと、
   前記波長合分波器の前記複数の出力ポートの内の１つから、前記波長合分波器によって分波された前記所定の波長の光信号を選択的に出力させる第２の光スイッチであって、Ｎ（２以上の自然数）個の入力ポートおよび１つの出力ポートを有し、前記波長合分波器の前記複数の出力ポートの内のＭの繰り返し周期に位置するＮ個の出力ポートは、当該第２の光スイッチの前記Ｎ個の入力ポートへ接続された、第２の光スイッチと
   を備え、
   前記波長合分波器は、前記複数のチャネルのチャネル間隔をΔｆとするとき、Δｆのポート間周波数間隔を持つように構成された複数個の波長合分波器で構成され、前記複数個の波長合分波器の各々は、前記第１の光スイッチおよび前記第２の光スイッチと接続され、前記波長合分波器によって単一の波長選択段が構成されることを特徴とする光可変フィルタ。
2. 連続して配置された複数のチャネルを含む所定の通信帯域において、前記複数のチャネルの各信号光が多重化された波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、
   複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する波長合分波器であって、前記複数の入力ポートの内の１つへ前記波長分割多重光が入力されると、前記複数の出力ポートの１つから前記複数のチャネルの中の１つのチャネルに対応する信号光のみが出力される、波長合分波器と、
   前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つへ、前記波長分割多重光を選択的に入力する第１の光スイッチであって、１つの入力ポートおよびＭ（２以上の自然数）個の出力ポートを有し、前記Ｍ個の出力ポートは、前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内のＡ（２以上の自然数）の繰り返し周期に位置する、相互に隣り合わない入力ポート群へ接続された、第１の光スイッチと、
   前記波長合分波器の前記複数の出力ポートの内の１つから、前記波長合分波器によって分波された前記所定の波長の光信号を選択的に出力させる第２の光スイッチと
   を備え、
   前記波長合分波器は、前記複数のチャネルのチャネル間隔をΔｆとするとき、Δｆのポート間周波数間隔を持つように構成された複数個の波長合分波器で構成され、前記複数個の波長合分波器の各々は、前記第１の光スイッチおよび前記第２の光スイッチと接続され、前記波長合分波器によって単一の波長選択段が構成されることを特徴とする光可変フィルタ。
3. 連続して配置された複数のチャネルを含む所定の通信帯域において、前記複数のチャネルの各信号光が多重化された波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、
   複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する波長合分波器であって、前記複数の入力ポートの内の１つへ前記波長分割多重光が入力されると、前記複数の出力ポートの１つから前記複数のチャネルの中の１つのチャネルに対応する信号光のみが出力さる、波長合分波器と、
   前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つへ、前記波長分割多重光を選択的に入力する第１の光スイッチであって、１つの入力ポートおよびＭ（２以上の自然数）個の出力ポートを有し、前記Ｍ個の出力ポートは、前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の隣り合う位置に連続して並んだ入力ポート群へ接続された、第１の光スイッチと、
   前記波長合分波器の前記複数の出力ポートの内の１つから、前記波長合分波器によって分波された前記所定の波長の光信号を選択的に出力させる第２の光スイッチであって、Ｎ（２以上の自然数）個の入力ポートおよび１つの出力ポートを有し、前記波長合分波器の前記複数の出力ポートの内のＭの繰り返し周期に位置するＮ個の出力ポートは、当該第２の光スイッチの前記Ｎ個の入力ポートへ接続された、第２の光スイッチと
   を備え、
   前記波長合分波器は、前記複数のチャネルのチャネル間隔をΔｆとするとき、Ｂ×Δｆのポート間周波数間隔を持ち、かつ、各々の透過帯域の中心がΔｆずつずれるように構成されたＢ個の波長合分波器で構成され、前記Ｂ個の波長合分波器の各々は、前記第１の光スイッチおよび前記第２の光スイッチと接続され、前記波長合分波器によって単一の波長選択段が構成されることを特徴とする光可変フィルタ。
4. 連続して配置された複数のチャネルを含む所定の通信帯域において、前記複数のチャネルの各信号光が多重化された波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、
   複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する波長合分波器であって、前記複数の入力ポートの内の１つへ前記波長分割多重光が入力されると、前記複数の出力ポートの１つから前記複数のチャネルの中の１つのチャネルに対応する信号光のみが出力される、波長合分波器と、
   前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つへ、前記波長分割多重光を選択的に入力する第１の光スイッチであって、１つの入力ポートおよびＭ（２以上の自然数）個の出力ポートを有し、前記Ｍ個の出力ポートは、前記波長合分波器の前記複数の入力ポートの内のＡ（２以上の自然数）の繰り返し周期に位置する、相互に隣り合わない入力ポート群へ接続された、第１の光スイッチと、
   前記波長合分波器の前記複数の出力ポートの内の１つから、前記波長合分波器によって分波された前記所定の波長の光信号を選択的に出力させる第２の光スイッチと
   を備え、
   前記波長合分波器は、前記複数のチャネルのチャネル間隔をΔｆとするとき、Ｂ×Δｆのポート間周波数間隔を持ち、かつ、各々の透過帯域の中心がΔｆずつずれるように構成されたＢ個の波長合分波器で構成され、前記Ｂ個の波長合分波器の各々は、前記第１の光スイッチおよび前記第２の光スイッチと接続され、前記波長合分波器によって単一の波長選択段が構成されることを特徴とする光可変フィルタ。
5. 前記複数個の波長合分波器の各々は、同一の入力ポート数および同一の出力ポート数を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光可変フィルタ。
6. 前記Ｂ個の波長合分波器の各々は、同一の入力ポート数および同一の出力ポート数を有することを特徴とする請求項３または４に記載の光可変フィルタ。

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