JP6487812B2 - 光信号処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、光通信ネットワークに用いられる光信号処理装置に関する。

インターネットなどのデータ通信ネットワークの爆発的な広がりにより、光通信ネットワークの大容量化の要求がますます大きくなっている。このようなネットワーク需要の拡大に対応するため波長多重通信が実用化されているが、近年は、光信号を電気信号に変換することなく、光信号の波長ごとの方路スイッチングを可能にする波長選択スイッチ(ＷＳＳ: Wavelength Selective Switch)の需要も高まりつつある。波長選択スイッチを用いるノードの構成をＲＯＡＤＭ（Reconfigurable optical add/drop multiplexing）システムという。

特に最近は複数の方路からの光信号を処理するマルチディグリーＲＯＡＤＭと呼ばれる構成のノード（非特許文献１参照）の研究開発が盛んであり、実際の通信システムでも導入されつつある。

このようなシステムでは、多数の光信号をそのノードでドロップする可能性があり、そのような信号を処理するために、任意の方路からの光信号を任意の送受信器（トランスポンダー）に接続するトランスポンダーアグリゲータ（ＴＰＡ：Transponder Aggregator）として、マルチキャストスイッチを使う構成が考案されている。

渡辺、鈴木、高橋、「ＲＯＡＤＭの運用性を向上させるマルチキャストスイッチ技術」、ＮＴＴ技術ジャーナル、Ｖｏｌ．２５、Ｎｏ．１１、ｐｐ．２５−２８、２０１３． Ｙ．Ｉｋｕｍａ， Ｋ．Ｓｕｚｕｋｉ， Ｎ．Ｎｅｍｏｔｏ， Ｏ．Ｍｏｒｉｗａｋｉ，Ｔ．Ｔｅｔｓｕｏ，ＯＦＣ−ＰＤＰ

しかしながら、非特許文献１に開示される従来のマルチキャストスイッチを使う構成では、接続できるトランスポンダー数を増やすことには限界がある。なぜならば、マルチキャストスイッチは本質的に原理的な損失を有しており、接続するトランスポンダー数Ｎに対して、３×ｌｏｇ₂Ｎ（ｄＢ）で損失が増加するためである。従来のマルチキャストスイッチは、光信号を分岐（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ）したのちに、スイッチで選択して選択（Ｓｅｌｅｃｔ）する構成であり、分岐する際の信号損失が避けられない（非特許文献２参照）。このような損失を補償するために、一般には光アンプ等を挿入して損失を補償する方法が提案されているが、搭載される光アンプ分のコストが増加するという課題がある。

一方で、非特許文献２に開示されるトランスポンダーアグリゲータ―は、上記の問題を解決している一方で、空間光学系を使った構成であり、その製造性、信頼性、安定性において課題を有している。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、必要なトランスポンダー数の増加に関わらず、原理的な損失を増やすことのないトランスポンダーアグリゲータを備えた、量産性、信頼性に優れる光信号処理装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、一実施形態に記載された光信号処理装置は、複数の光導波路の入出力を切り替える光信号処理装置であって、複数の入出力導波路と、上記複数の入出力導波路のそれぞれに接続された複数の波長選択フィルタと上記複数の波長選択フィルタに接続された複数の光スイッチと、上記複数の光スイッチと光信号がルーティングされる機器とに接続された複数の機器側導波路とを備え、上記光スイッチは、互いに異なる入出力導波路に接続された複数の波長選択フィルタに対して入出力する光信号を切り替え可能に設けられており、波長選択フィルタにおいて選択される波長の光信号が対応する光スイッチにおいても選択されることを特徴とする光信号処理装置である。

第１の実施形態の光信号処理装置の概略構成を示す図である。 第２の実施形態の光信号処理装置の概略構成を示す図である。 第３の実施形態の光信号処理装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

本発明にかかる光信号処理装置は、複数の光導波路の入出力を切り替える光信号処理装置であって、複数の入出力導波路と、この複数の入出力導波路のそれぞれに複数接続された複数の波長選択フィルタと、この複数の波長選択フィルタに接続された複数の光スイッチと、この複数の光スイッチと光信号がルーティングされる機器とに接続された複数の機器側導波路とを備え、上記光スイッチは、互いに異なる入出力導波路に接続された複数の波長選択フィルタに対して入出力する光信号を切り替え可能に設けられており、波長選択フィルタにおいて選択される波長の光信号が対応する光スイッチにおいても選択される構成を備えている。

上記構成の光信号処理装置によれば、必要なトランスポンダー数の増加に関わらず、原理的な損失を増やすことのないトランスポンダーアグリゲータを備えた、量産性、信頼性に優れる光信号処理装置が提供される。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態の光信号処理装置の概略構成を示す図である。この実施形態に開示される光信号処理装置は、図１に示すように、基板１上に形成された複数の入出力導波路２₁、２₂、２₃、・・・２_Mと、複数の波長選択フィルタ３₁₁、３₂₁、３₃₁、・・・３_MNと、複数のアクセス導波路４₁₁、４₂₁、４₃₁、・・・４_MNと、複数の光スイッチ５₁、５₂、５₃、・・・５_N、６₁、６₂、６₃、・・・６_Nと、図示しないトランスポンダー等の機器に接続される機器側導波路７₁、７₂、７₃、・・・７_N、８₁、８₂、８₃、・・・８_Nとを備えて構成される。なお、以下の説明では、機器側にトランスポンダーが接続されるものとして説明する。

入出力導波路２₁、２₂、２₃、・・・２_Mは、複数の方路Ｉｎ１、Ｉｎ２・・・ＩｎＭから伝送されてきた波長多重信号が入力されると共に、機器側導波路８₁、８₂、８₃、・・・８_Nからアドされた光信号を複数の方路Ｏｕｔ１、Ｉｎ２・・・ＩｎＭに出力する。

波長選択フィルタ３₁₁、３₂₁、３₃₁、・・・３_MNは、波長可変フィルタであり、入出力導波路２₁、２₂、２₃、・・・２_Nのそれぞれに対して複数接続されている。各波長選択フィルタ３₁₁、３₂₁、３₃₁、・・・３_MNは、入出力導波路２₁、２₂、２₃、・・・２_Mのいずれか１つに接続されている。具体的には、例えば、入出力導波路２₁には、複数の波長選択フィルタ３₁₁、３₁₂、３₁₃、・・・３_1Nが接続されており、入出力導波路２_Mには、複数の波長選択フィルタ３_M1、３_M2、３_M3、・・・３_MNが接続されている。

アクセス導波路４₁₁、４₂₁、４₃₁、・・・４_MNは、波長選択フィルタ３₁₁、３₂₁、３₃₁、・・・３_MNと複数の光スイッチ５₁、５₂、５₃、・・・５_N、６₁、６₂、６₃、・・・６_Nとを接続する。

光スイッチ５₁、５₂、５₃、・・・５_N、６₁、６₂、６₃、・・・６_Nは、光スイッチ５₁、５₂、５₃、・・・５_N、６₁、６₂、６₃、・・・６_Nは、Ｍ×１光スイッチであり、各トランスポンダーに対応する、ドロップ側の光スイッチ５₁、５₂、５₃、・・・５_Nとアド側の光スイッチ６₁、６₂、６₃、・・・６_Nとがペアになってアクセス導波路４₁₁、４₂₁、４₃₁、・・・４_MNに接続される。各トランスポンダーに対応するアクセス導波路４₁₁、４₂₁、４₃₁、・・・４_MNは、波長選択フィルタ３₁₁、３₂₁、３₃₁、・・・３_MNを介して、互いに異なる複数の入出力導波路２₁、２₂、２₃、・・・２_Mからの入出力がされる接続構成となっている。

機器側導波路７₁、７₂、７₃、・・・７_Nは、トランスポンダー等の機器のドロップ側のポートに接続されており、機器側導波路８₁、８₂、８₃、・・・８_Nは、トランスポンダー等の機器のアド側のポートに接続されている。

次に上記光信号処理装置の動作について説明する。まず、Ｍ番目の入力ポートから伝送された波長多重信号からＮ番目のトランスポンダーに所定の波長の光信号をドロップする動作について説明する。

図１において、Ｍ番目の方路ＩｎＭから伝送されてきた波長多重信号は、基板１上に形成された入出力導波路２_Mに入力される。入出力導波路２_Mには複数の波長選択フィルタ３_1M、３_2M、３_3M、・・・３_MNが接続されており、ドロップするトランスポンダーに対応する波長選択フィルタ３_MNにおいてドロップする波長の光信号が選択される。

波長選択フィルタ３_MNにおいて選択された波長の光信号は、アクセス導波路４_MNを経由してドロップ側の光スイッチ５_Nに入力される。光スイッチ５_Nは、入力された光信号を原理損失なしで機器側導波路７_N（ＤｒｏｐＮ）にドロップする。

上記の動作は、任意の方路Ｉｎ１、Ｉｎ２・・・ＩｎＭの何れかから入力された光信号に対しても任意になされる。したがって、任意の方路Ｉｎ１、Ｉｎ２・・・ＩｎＭから入力された波長多重信号の中から任意の一波長を任意のドロップ出力に選択的に出力することができる。

次いでＮ番目のトランスポンダーからＭ番目の出力ポートに所定の波長の光信号をアドする動作について説明する。

図１において、機器側導波路８_N（ＡｄｄＮ）から入力された所定の波長の光信号は、光スイッチ６_Nによりルーティングしたい出力ＯｕｔＭに接続されたアクセス導波路４_MNに原理損失なしで接続される。アクセス導波路４_MNへと伝搬した所定の波長の光信号は、さらに波長選択フィルタ３_MNにより、入出力導波路２_Mへと合波された後、最終的に出力ＯｕｔＭに出力される。

また、例えば出力先がＯｕｔ１である場合は、波長選択フィルタ３_1Nの設定が同波長をドロップするように設定されることが一般的であるので、自動的にＯｕｔ１へと光信号は合波され、所望の動作が可能である。

上述の波長選択フィルタ３₁₁、３₂₁、３₃₁、・・・３_MNとしては、リング共振器を多段に接続した構成の波長可変フィルタを用いることが可能である。とくに光の干渉現象を用いる波長可変フィルタとしては、望ましくは、その自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）が入力される波長多重信号の帯域幅以上（たとえば、光ファイバ通信で用いられるＣバンドより広い帯域幅）であることが望ましい。そのような例としては、ＦＳＲの異なるリング共振器を多段に接続した構成の波長可変フィルタが望ましいが、その他の構成、例えば、アレイ導波路格子で波長を分波したのちに光スイッチで所望の波長を選択し、さらにアレイ導波路格子で波長合波することで波長可変動作を実現する波長可変フィルタでも構わない。

また、図１の構成は、すべてをＳｉ導波路上に形成する例を示したが、その一部を別の導波路上に形成することも可能である。たとえば、広い波長範囲をカバーする必要がある、フィルタ部のみをＳｉ導波路上に形成し、フィルタリングされた光信号を石英導波路などにより形成されたＭｘ１、１ｘＭ光スイッチなどで選択することも可能である。

さらに、この実施形態では、アドとドロップ動作を同一の光信号処理装置で実現する例を示したが、アド機能もしくはドロップ機能を別の光信号処理装置に分離しても良いことは明らかである。

（第２の実施形態）
図２は第２の実施形態にかかる図である。本実施形態は、第１の実施形態の光信号処理装置の機能に加えてルーティングする機能を有している。第１の実施形態と同一構成はその説明を省略して、本実施形態にかかる部分のみを説明する。

この実施形態の光信号処理装置では、ドロップ側の光スイッチ５₁、５₂、５₃、・・・５_Nと機器側導波路７₁、７₂、７₃、・・・７_Nとの間にさらにドロップとルーティングを切り替える光スイッチ９₁、９₂、９₃、・・・９_Nが設けられており、アド側の光スイッチ６₁、６₂、６₃、・・・６_Nと機器側導波路８₁、８₂、８₃、・・・８_Nとの間にさらにドロップとルーティングを切り替える光スイッチ１０₁、１０₂、１０₃、・・・１０_Nが設けられている。また、同じトランスポンダーに対応する光スイッチ９₁、９₂、９₃、・・・９_Nと光スイッチ１０₁、１０₂、１０₃、・・・１０_Nとは接続導波路１１₁、１１₂、１１₃、・・・１１_Nで接続されている。光スイッチ９₁、９₂、９₃、・・・９_Nと光スイッチ１０₁、１０₂、１０₃、・・・１０_Nとしては、１×２光スイッチが用いられる。

この第２の実施形態でドロップ動作は、ドロップ側の光スイッチ５₁、５₂、５₃、・・・５_Nへ入力された光信号は、光スイッチ９₁、９₂、９₃、・・・９_Nにより機器側導波路７₁、７₂、７₃、・・・７_Nもしくは、接続導波路１１₁、１１₂、１１₃、・・・１１_Nへの何れかにルーティングされる。接続導波路１１₁、１１₂、１１₃、・・・１１_Nは光スイッチ１０₁、１０₂、１０₃、・・・１０_Nに接続されており、再びアド側のアクセス導波路４₁₁、４₂₁、４₃₁、・・・４_MNへとルーティングされる。光信号が入力された光スイッチ１０₁、１０₂、１０₃、・・・１０_Nによりルーティングしたい出力ポートＯｕｔ１、Ｉｎ２・・・ＩｎＭが選択される。

本構成により、任意の入力Ｉｎ１〜ＩｎＭの何れから入力された信号も、任意の出力へルーティングするＷＸＣ機能が実現される。

（第３の実施形態）
図３は本発明の実施の形態３にかかる図である。本実施形態は、第２の実施形態の光スイッチ５、９、および６、１０をそれぞれＭ×（Ｋ＋Ｐ）光スイッチ１３、（Ｋ＋Ｐ）×Ｍ光スイッチ１４で置き換えたものであり、光信号処理装置の機能に加えて複数の波長選択フィルタ３₁₁、３₂₁、３₃₁、・・・３_MNを効率よく使用できるようにした構成である。第２の実施形態と同一構成はその説明を省略して、本実施形態にかかる部分のみを説明する。

本実施形態では、図３に示すように、第２の実施形態に比べて光スイッチの数は半分でよいが、ドロップ側の光スイッチが１３₁、１３₂、１３₃、・・・１３_Nのそれぞれが複数の機器側導波路Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃、・・・Ｄ_NKおよび複数の接続導波路１１₁、１１₂、１１₃、・・・１１_NPと接続されており、アド側の光スイッチが１４₁、１４₂、１４₃、・・・１４_Nのそれぞれが複数の機器側導波路Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃、・・・Ａ_NKおよび複数の接続導波路１１₁、１１₂、１１₃、・・・１１_NPと接続されている。前述のように、光スイッチ１３₁、１３₂、１３₃、・・・１３_NとしてはＭ×（Ｋ＋Ｐ）光スイッチを用いることができ、１４₁、１４₂、１４₃、・・・１４_Nとしては（Ｋ＋Ｐ）×Ｍ光スイッチを用いることができる。

また、ドロップ動作は、図３において、ドロップ出力方面へルーティングされた光信号は光スイッチ１３₁、１３₂、１３₃、・・・１３_Nへ入力される。すなわち、Ｍｘ（Ｋ＋Ｐ）光スイッチは、各アクセス導波路４₁₁、４₂₁、４₃₁、・・・４_MNに接続されており、それぞれの入力からの光信号を衝突なく、ノンブロッキングに光スイッチ１３₁、１３₂、１３₃、・・・１３_Nの出力へと接続する。光スイッチ１３₁、１３₂、１３₃、・・・１３_Nの出力のうち、Ｋ本はドロップ出力（ＤＲＯＰ１〜Ｋ）の何れかに接続される。

同様にアド側についてもアド入力（ＡＤＤ１〜Ｋ）から入力された光信号は光スイッチ１４₁、１４₂、１４₃、・・・１４_Nの（Ｋ＋Ｐ）側に接続される。光スイッチ１４₁、１４₂、１４₃、・・・１４_Nに入力された光信号は、アクセス導波路４₁₁、４₂₁、４₃₁、・・・４_MNの何れかへのルーティングされ、Ｏｕｔ１〜Ｍの何れかに出力される。

本実施形態の構成では、第１実施形態および第２の実施形態の構成に比べて、波長選択フィルタ３₁₁、３₂₁、３₃₁、・・・３_MNを効率的に運用できる。すなわち、任意の入力Ｉｎ１〜Ｍから入力された光信号が最初の波長可変フィルタに到達した段階で、第１の実施形態および第２の実施形態では１つのトランスポンダーに対応して設けられた複数の波長可変フィルタのうち、１つしか利用することができなかったが、本実施形態の光信号処理装置ではすべての波長選択フィルタ３₁₁、３₂₁、３₃₁、・・・３_MNを利用することができる。

さらに、光スイッチ１３₁、１３₂、１３₃、・・・１３_Nの出力側と光スイッチ１４₁、１４₂、１４₃、・・・１４_Nの入力側を接続することで、第２の実施形態に説明したＷＸＣ機能も実現される。

Ｍ×（Ｋ＋Ｐ）光スイッチおよび（Ｋ＋Ｐ）×Ｍ光スイッチとしては、マッハツェンダ干渉計を編み込んだマトリックススイッチを用いることができる。また、Ｉｎ１〜ＩｎＭから、もしくは、Ｏｕｔ１〜ＯｕｔＭへ接続される光信号の波長数は最大でＭであればよいので、アドドロップ数Ｋとループバック数Ｐは最大でもＭだけあればよい。ただし、Ｋ≦Ｍ、かつＰ≦Ｍとすればよい。

また、上記の実施の形態では、アド側とドロップ側の両方の機能を有する構成を示したが、アドもしくはドロップに関する部分のみを有する構成としてもよい。

１ 基板
２₁、２₂、２₃、・・・２_M 入出力導波路
３₁₁、３₂₁、３₃₁、・・・３_MN 波長選択フィルタ
４₁₁、４₂₁、４₃₁、・・・４_MN アクセス導波路
５₁、５₂、５₃、・・・５_N、６₁、６₂、６₃、・・・６_N 光スイッチ
７₁、７₂、７₃、・・・７_N、８₁、８₂、８₃、・・・８_N 機器側導波路
Ｉｎ１、Ｉｎ２・・・ＩｎＭ、Ｏｕｔ１、Ｉｎ２・・・ＩｎＭ 方路

Claims (6)

1. 複数の光導波路の入出力を切り替える光信号処理装置であって、
   複数の入出力導波路と、
   前記複数の入出力導波路のそれぞれに接続された複数の波長選択フィルタと、
   前記複数の波長選択フィルタに接続された複数の光スイッチと、
   前記複数の光スイッチと光信号がルーティングされる機器とに接続された複数の機器側導波路とを備え、
   前記光スイッチは、Ｍ×１光スイッチ（Ｍは２以上の自然数）であり、互いに異なる入出力導波路に接続された複数の波長選択フィルタに対して入出力する光信号を切り替え可能に設けられており、波長選択フィルタにおいて選択される波長の光信号が対応する光スイッチにおいても選択されることを特徴とする光信号処理装置。
2. 複数の光導波路の入出力を切り替える光信号処理装置であって、
   複数の入出力導波路と、
   前記複数の入出力導波路のそれぞれに接続された複数の波長選択フィルタと、
   前記複数の波長選択フィルタに接続された複数の光スイッチと、
   前記複数の光スイッチと光信号がルーティングされる機器とに接続された複数の機器側導波路とを備え、
   前記光スイッチは、互いに異なる入出力導波路に接続された複数の波長選択フィルタに対して入出力する光信号を切り替え可能に設けられており、波長選択フィルタにおいて選択される波長の光信号が対応する光スイッチにおいても選択され、前記複数の光スイッチと前記複数の機器側導波路の間に、複数の後続の光スイッチが接続され、同一の前記波長選択フィルタに接続される前記光スイッチに接続される前記後続の光スイッチ間が接続されることを特徴とする光信号処理装置。
3. 前記複数の光スイッチと前記複数の機器側出力導波路の間に、複数の後続の光スイッチが接続され、
   同一の前記波長選択フィルタに接続される前記光スイッチに接続される前記後続の光スイッチ間が接続されることを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
4. 複数の光導波路の入出力を切り替える光信号処理装置であって、
   複数の入出力導波路と、
   前記複数の入出力導波路のそれぞれに接続された複数の波長選択フィルタと、
   前記複数の波長選択フィルタに接続された複数の光スイッチと、
   前記複数の光スイッチと光信号がルーティングされる機器とに接続された複数の機器側導波路とを備え、
   前記光スイッチは、互いに異なる入出力導波路に接続された複数の波長選択フィルタに対して入出力する光信号を切り替え可能に設けられており、波長選択フィルタにおいて選択される波長の光信号が対応する光スイッチにおいても選択され、前記光スイッチはマトリックススイッチであり、同一の前記波長選択フィルタに接続される前記複数の光スイッチのうち、１つの光スイッチの出力が、他の光スイッチの入力に接続されることを特徴とする光信号処理装置。
5. 複数の光導波路の入出力を切り替える光信号処理装置であって、
   複数の入出力導波路と、
   前記複数の入出力導波路のそれぞれに接続された複数の波長選択フィルタと、
   前記複数の波長選択フィルタに接続された複数の光スイッチと、
   前記複数の光スイッチと光信号がルーティングされる機器とに接続された複数の機器側導波路とを備え、
   前記光スイッチは、互いに異なる入出力導波路に接続された複数の波長選択フィルタに対して入出力する光信号を切り替え可能に設けられており、波長選択フィルタにおいて選択される波長の光信号が対応する光スイッチにおいても選択され、前記波長選択フィルタは、自由スペクトルレンジが異なる複数のリング共振器を多段に接続した構成の波長可変フィルタであることを特徴とする、光信号処理装置。
6. 前記波長選択フィルタは、自由スペクトルレンジが異なる複数のリング共振器を多段に接続した構成の波長可変フィルタであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の光信号処理装置。

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