JP6649846B2 - 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、カスタマイズ機能の柔軟性に対する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いる。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）が開発されている。このようなスイッチを単にＷＳＳと呼ぶ。また、２つのＷＳＳを１つのモジュールで実現した２ｉｎ１−ＷＳＳの開発が進んでいる。１つのモジュールでクロスコネクト機能をもつＷＳＳを実現するために、より多くのＷＳＳを１つのモジュールに集積した多連のＷＳＳを使用することも検討されている（例えば、非特許文献１参照）。

非特許文献１においては、光ファイバとのインターフェースである入出力光学系に光導波路を用いることにより、効果的に多連化を実現している。すなわち、モジュールに入力された光信号を異なる角度に出射させ、または異なる角度で入射した光信号をモジュールから出力する光入出力角度変換器として、光導波路内に空間ビーム変換器（ＳＢＴ：Spatial beam transformer）が形成されている。例えば、非特許文献２に記載されているようなＳＢＴ回路により、多連化された複数のＷＳＳからの入力光信号を、それぞれ異なる角度に出射させ、各ＷＳＳの光信号をスイッチング素子であるＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon)上の異なる位置に照射させることによりＷＳＳの多連化を実現している。

N. Nemoto, Y. Ikuma, K. Suzuki, O. Moriwaki, T. Watanabe, M. Itoh, T. Takahashi, "8x8 Wavelength Cross Connect with Add/Drop Ports Integrated in Spatial and Planar Optical Circuit," Proceedings of ECOC 2015, Tu.3.5.1. 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

しかしながら、非特許文献１に記載の方法では、複数のＷＳＳを１つのモジュールに集積する際に、同一のＳＢＴ素子に異なるＷＳＳの信号が入力される。この構成では、スラブ導波路とアレイ導波路からなるＳＢＴ素子の製造誤差、すなわちアレイ導波路の位相誤差に起因して、ＷＳＳ間での光信号の漏話が発生していた。具体的には、本来直交性を保っていた各ＷＳＳからの入力光信号が、同一のＳＢＴを経由することにより、その直交性が崩れ、各ＷＳＳ間の信号の結合が生じることにより、漏話（クロストーク）が発生するという課題があった。

また、１つのモジュールに集積された複数のＷＳＳと空間光学回路との間は、各ＷＳＳのポートにより光学的に結合されるが、空間光学回路においては空間的に光路を共用することから、ポート間のクロストークも発生するという課題もあった。

本発明の目的は、複数（Ｎ個）の波長選択スイッチ手段が多連化されたＮｉｎ１−ＷＳＳであって、波長選択スイッチ手段のクロストークおよびポート間クロストークを抑制した光信号処理装置を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、一実施態様は、１または複数の入力ポートおよび１または複数の出力ポートを含み、前記入力ポートに接続された入力側の空間ビーム変換器と前記出力ポートに接続された出力側の空間ビーム変換器の組からなる複数のスイッチ多重化手段を、波長分散素子とレンズとを介して光スイッチ素子と対向して配置することによって複数の波長選択スイッチ手段が多重化された光信号処理装置であって、前記入力側の空間ビーム変換器の数は、前記光信号処理装置の入力ポートの数に等しく、かつ、前記出力側の空間ビーム変換器の数は、前記光信号処理装置の出力ポートの数より小さいか、または、前記入力側の空間ビーム変換器の数は、前記波長選択スイッチ手段の数より小さく、かつ、前記出力側の空間ビーム変換器の数は、前記波長選択スイッチ手段の数に等しく、前記複数の波長選択スイッチ手段のうち、同一波長の光信号に対して、一の波長選択スイッチ手段において接続可能なすべてのポートに接続するために前記光スイッチ素子により与えられるすべての偏向角が、他の波長選択スイッチ手段において接続可能なすべてのポートに接続するために前記光スイッチ素子により与えられるすべての偏向角とすべて異なることを特徴とする。

また、前記光スイッチ素子において発生する高次光が、前記出力側の光入出力角度変換器の入射口に結合しないように、光入出力角度変換器を配置することを特徴とする。

本発明によれば、複数（Ｎ個）の波長選択スイッチ手段が多連化されたＮｉｎ１−ＷＳＳにおいて、波長選択スイッチ手段のクロストークおよびポート間クロストークを抑制することが可能となる。

本発明の第１の実施形態にかかる光信号処理装置を示す図である。 光スイッチング素子で発生する高次光を示す図である。 本発明の第２の実施形態にかかる光信号処理装置を示す図である。 ＳＢＴ回路から異なる角度に漏れた光の挙動を示す図である。 本発明の第３の実施形態にかかる光信号処理装置を示す図である。 ２次光以上の高次光が入射しない範囲を示す図である。 本発明の第４の実施形態にかかる光信号処理装置を示す図である。 本発明の第５の実施形態にかかる光信号処理装置を示す図である。 光入出力角度変換器の他の実施例を示す図である。

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。
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態にかかる光信号処理装置を示す。第１の実施形態は、１入力２出力の波長選択スイッチ手段が３つ多連化された構成（３ｉｎ１−ＷＳＳ）を示す。光信号処理装置は、１または複数の入力ポート（Ｉｎ−１〜３）と１または複数の出力ポート（Ｏｕｔ−１−１〜３、Ｏｕｔ−２−１〜３）とを備え、１または複数の入力ポートに接続された入力側のＳＢＴ回路１０１と１または複数の出力ポートに接続された出力側のＳＢＴ回路１０２の組からなる複数のスイッチ多重化手段を、回折格子１０３とレンズ１０４とを介して光スイッチ素子１０５と対向して配置することによって複数の波長選択スイッチ手段が多重化されている。入出力ポートの数、波長選択手段の数は、この例に限らないことは明らかである。なお、ポートとは、光信号処理装置における光信号の入出力口であり、各々の波長選択スイッチ手段における光信号の入出力口を示し、第１の実施形態では、以下に説明する平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）に設けられた光信号の入出力口を示す。

光信号処理装置の３つの入力ポートＩｎ−１〜Ｉｎ−３から入力された光信号は、ＰＬＣ１００の光導波路に入力される。各入力ポートから入力された光信号は、同じ平面光波回路内に形成された入力側のＳＢＴ回路１０１−１〜１０１−３に入力される。ＳＢＴ回路は、例えば、非特許文献２に記載されている。

ＳＢＴ回路は、入出力光導波路、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る。光信号処理装置の入力ポートから、平面光波回路側の所定の入力光導波路を介して入力された光信号を、所定の角度で平面光波回路の端面に設けられた出射口から空間光学回路側に出射する。逆に、空間光学回路側から平面光波回路の端面に設けられた入射口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出力光導波路を介して、光信号処理装置の出力ポートに出力する。なお、光入出力角度変換器としてＳＢＴ回路を例に説明するが、後述するように、他の光学回路を用いることもできる。

第１の実施形態において、入力側の光入出力角度変換器としてＳＢＴ回路１０１の数は、光信号処理装置の入力ポートの数、すなわち多連化された波長選択スイッチ手段の入力ポート数と等しい３個である。各々のＳＢＴ回路１０１は、入力光導波路を１本収容し、入力された光信号を空間光学回路の異なる方向に出射する。

ＳＢＴ回路１０１−１〜１０１−３から空間光学回路に出射された光信号は、回折格子１０３、レンズ１０４等からなる空間光学回路を経由して、光スイッチ素子１０５（例えば、ＬＣＯＳ）上に到達する。ＳＢＴ回路ごとに異なる角度に出射することにより、同一波長信号であったとしても光スイッチ素子上で異なる場所に集光することになる。なお、波長分散素子として回折格子を例に説明するが、プリズム、ＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）などの波長分散素子を用いてもよい。

光スイッチ素子１０５は、素子上の地点ごとに光信号の反射方向を設定する機能を有している。３つのＳＢＴ回路１０１−ｊ（１≦ｊ≦３）の入力光導波路に入力された各波長の光信号のうちのいずれかが、光スイッチ素子１０５で反射され、レンズ１０４、回折格子１０３等からなる空間光学回路を経由して、出力側の光入出力角度変換器としてＳＢＴ回路１０２に入力される。ＳＢＴ回路１０２は、ＳＢＴ回路１０１と同一の構造を有し、３本の出力光導波路が接続されており、光信号は逆方向に伝播する。そのｊ番目の出力光導波路から、光信号処理装置の出力として出力ポートＯｕｔのいずれかから出力されるように設定する。

例えば、同一波長の光信号を、仮に、２つのＳＢＴ回路１０２−１、１０２−２それぞれのｊ番目（１≦ｊ≦３）の出力光導波路から入力し、ＳＢＴ回路１０１−ｊの入力光導波路から入力したとき、光スイッチ素子１０５の同一地点に照射されるよう、空間光学回路を設計する。ＳＢＴ回路１０１−ｊと、ＳＢＴ回路１０２のｊ番目の出力光導波路との間で得られる機能は、入力された波長多重信号のうち所望の入力ポートの所望の波長の信号を出力ポートから出力することにある。この機能は、１入力２出力の光スイッチに相当し、出力ポートのいずれかを選択することにより波長選択スイッチ手段となる。このような波長選択スイッチ手段が、全体として３つ集積されて多連化ＷＳＳを構成している。

このような構成において、特定のＳＢＴ回路１０１の入力ポートに入力されたある波長の光信号は、唯一の出射角を持っていることに注目されたい。波長選択スイッチ手段の間のクロストークの主な発生原因は、ＳＢＴ回路（光入出力角度変換器）内でのクロストークである。つまり、特定の角度で出射するはずが、他の角度に光が漏れてしまうことにより発生する。光の可逆性から、ＳＢＴ回路１０２の空間光学回路側に結合するはずの特定の角度以外の角度から入射した光が、所望の出力ポートに漏れこんでしまう。

波長選択スイッチ手段の間で高いクロストークを確保するためには、全ての入力側のＳＢＴ回路（光入出力角度変換器）からは単一の角度にしか出射しないようにする、つまり、１つの入力ポートしか接続されていないことが望ましい。このとき、ＳＢＴ回路（光入出力角度変換器）内のクロストークは発生しない。しかしながら、全ての入力側のＳＢＴ回路に接続する入力光導波路を１本に限定してしまうと、波長選択スイッチ手段の数と同数の入出力光導波路を接続した場合と比較して、集積する波長選択スイッチ手段の数に比例して入力側のＳＢＴ回路の数が増えてしまう。波長選択スイッチ手段の数よりも少ない数であれば、漏れる光の量が減るために、波長選択スイッチ手段のクロストークを抑制する効果はある。従って、波長選択スイッチ手段の数をＮ個としたとき、Ｎ個の入力側のＳＢＴ回路、またはＮ−１個以下であってなるべく大きな数が望ましい。

本実施形態の光信号処理装置では、入力ポートが接続されるＳＢＴ回路１０１−１〜１０１−３は、１つのＳＢＴ回路に１つの入力光導波路のみが接続され、出力ポートが接続されるＳＢＴ回路１０２−１，１０２−２は、複数の出力光導波路が接続されている。このため、波長選択スイッチ手段のクロストークが生じる可能性のあるＳＢＴ回路を一度しか通らない。これにより、ＳＢＴ回路で発生するクロストークを半分に（−３ｄＢ）抑制することができる。

次に、ポート間のクロストークを抑制する手法について述べる。ポート間クロストークを発生させる主な要因は、光スイッチ素子１０５で発生する高次の回折光である。図２に示すように、−１次、２次、−２次の高次光は、光スイッチ素子１０５において１次光に対して与えられる偏向角の整数倍の偏向角を与えられる。光スイッチ素子１０５と対向するＰＬＣ１００の端面、すなわち光入出力角度変換器（ＳＢＴ回路）の入出射口が並んだ面内における紙面上下方向の移動距離は、光スイッチ素子１０５により偏向された主ビームの移動距離の整数倍だけ、移動した点に高次光が到達する。高次光が到達した位置にある入出射口に入ってしまうと、予期せぬ結合が発生し、ポート間のクロストークが発生する。

そのため、光スイッチ素子１０５において発生する高次光が、出力ポートが接続されるＳＢＴ回路１０２−１，１０２−２に結合しないように、つまり高次光が入射する位置に光入出力角度変換器の入出射口が無いように、ＳＢＴ回路（光入出力角度変換器）を配置することにより、ポート間のクロストークを抑制することができる。これらの手法により、ポート間のクロストークと波長選択スイッチ手段のクロストークを抑制することができる。

（第２の実施形態）
図３に、本発明の第２の実施形態にかかる光信号処理装置を示す。第２の実施形態は、１入力４出力の波長選択スイッチ手段が２つ多連化された構成（２ｉｎ１−ＷＳＳ）を示す。ＰＬＣ１００の入力側ＳＢＴ回路１０１から空間光学回路に出射した光信号が、望まない角度に漏れて、望まない出力側ＳＢＴ回路１０２の入出射口へと結合しないように出力側ＳＢＴ回路を配置することにより、波長選択スイッチ手段のクロストークをさらに抑制する手法について述べる。

光信号処理装置の２つの入力ポートＩｎ−１、Ｉｎ−２から入力された光信号は、ＰＬＣ１００の光導波路に入力される。各入力ポートから入力された光信号は、ＳＢＴ回路１０１−１、１０１−２に入力される。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１０３、レンズ１０４等からなる空間光学回路を経由して、光スイッチ素子１０５上に到達する。光スイッチ素子１０５は、素子上の地点ごとに光信号の反射方向を設定する機能を有している。ＳＢＴ回路１０１−ｊ（１≦ｊ≦２）の入力光導波路に入力された各波長の光信号のうちのいずれかが、光スイッチ素子１０５で反射され、レンズ１０４、回折格子１０３等からなる空間光学回路を経由して、ＳＢＴ回路１０２−１〜１０２−４に入力され、ＳＢＴ回路１０２のｊ番目の出力光導波路から、光信号処理装置の出力として出力ポートＯｕｔのいずれかから出力されるように設定する。

第１の実施形態と同様に、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１からの出射光の角度を、１つに限定している。ＳＢＴ回路１０１−１、１０１−２のそれぞれから空間光学回路には、異なった角度でビームが出射され、光スイッチ素子１０５上で異なる場所に集光される。光スイッチ素子１０５は、各領域を独立して制御することが可能であり、各々の波長選択スイッチ手段は独立したスイッチングが可能になっている。

しかしながら、互いの角度にビームが漏れて出射される成分が存在し、この成分が、波長選択スイッチ手段のクロストークの原因となる。図４に示したように、ＳＢＴ回路１０１のそれぞれから出射された光信号から漏れて出射される成分は、光スイッチ素子１０５上の所望の領域とは異なる領域に漏れだすことになる。漏れた光成分は、漏れた先の領域において、他の光信号の主ビームと同一のスイッチングを受け、他の光信号に対応した出力ポートに入射する。これにより、波長選択スイッチ手段のクロストークの原因となるＳＢＴ回路内の光の漏れこみが発生する。

この問題を解決するためには、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１−１、１０１−２のそれぞれから入力された光信号が、出力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０２に結合するために光スイッチ素子１０５で与える偏向角が、それぞれ異なるように出力側ＳＢＴ回路を配置すればよい。図４において、ＳＢＴ回路１０１−１からの入力された光信号を、光スイッチ素子１０５の領域１によりＳＢＴ回路１０２のうちのいずれかに結合するよう偏向角が与えられているとき、ＳＢＴ回路１０１−２からの同一波長の光信号がＳＢＴ回路１０２のいずれの入射口にも結合しないように出力側ＳＢＴ回路を配置する。すなわち、同一波長の光信号に対して、一の波長選択スイッチ手段において光スイッチ素子により与えられる偏向角が、他の波長選択スイッチ手段において光スイッチ素子により与えられる偏向角と異なるようにすればよい。ＳＢＴ回路１０１−１から領域２に漏れだした光信号は、どのＳＢＴ回路１０２にも結合されず、クロストークは発生しない。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１からの出射光の角度を、１つに限定して、波長選択スイッチ手段のクロストークを抑制しながら、−１次の回折光によるクロストークを抑制する構成について述べる。

図５に、本発明の第３の実施形態にかかる光信号処理装置を示す。１入力４出力の波長選択スイッチ手段が２つ多連化された構成であり、構成要素は第２の実施形態と同じである。−１次光は、図２に示したように、１次光の偏向角θとは同じ角度で、反対側に出射される。１次光の偏向角（以下＋θと表記）で結合するＳＢＴ回路とは反対側に位置するＳＢＴ回路、すなわち−１次光の偏向角（以下−θと表記）の偏向角で結合するＳＢＴ回路を、それぞれのＳＢＴ回路の間隔の半分だけずらして並べる。

図５に示したように、＋θの偏向角で結合するＳＢＴ回路１０２−１，１０２−２と、−θの偏向角で結合するＳＢＴ回路１０２−３，１０２−４とは、ＰＬＣ１００の端面における２つのＳＢＴ回路の間隔は同じｄ（ＳＢＴ回路１０２−３のｎ番目の入射口とＳＢＴ回路１０２−４のｎ番目の入射口との間隔が同じｄとなる。）である。一方、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１−１から出射した光信号が、光スイッチ素子１０５により偏向され、ＳＢＴ回路の入出射口が並んでいるＰＬＣ１００の端面における紙面上下方向の移動距離は、＋θ側ではｄの整数倍であり、−θ側ではｄの整数倍＋ｄ／２となるように、ＳＢＴ回路１０１に対するＳＢＴ回路１０２−１，１０２−２の間隔と、ＳＢＴ回路１０１に対するＳＢＴ回路１０２−３，１０２−４の間隔が、ｄ／２だけ異なるように配置する。このようにして、−１次の回折光によるクロストークを抑制することができる。

簡単のため、図５においは、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１−１から出射された光信号は、光スイッチ素子１０５で偏向角を与えずに反射した場合には、元のＳＢＴ回路１０１−１の出射口に到達するように設置してある。このようにＳＢＴ回路１０１および１０２を配置すると、−１次光は、必ずＳＢＴ回路１０２の入射口が設けられていない位置に到達することになり、−１次光に起因するポート間のクロストークを抑制することができる。

このとき、入力ポートが接続されたもう一つのＳＢＴ回路１０１−２は、ＳＢＴ回路１０１−１からｄの整数倍離れた位置に設置する。ＳＢＴ回路１０１−２に起因する−１次光は、ＳＢＴ回路１０１−１に起因する−１次光からｄの整数倍だけ離れた位置に到達する。従って、ＳＢＴ回路１０１−２に起因する−１次光も、ＳＢＴ回路１０２からｄ／２だけ離れた位置に到達することになる。

また、ＳＢＴ回路１０１−１、１０１−２の間隔は、ｄの整数倍ではなくｄの整数倍＋ｄ／２であっても構わない。このとき、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１−２から出射した光信号が、光スイッチ素子１０５により偏向され、入出射口が並んでいるＰＬＣ１００の端面における紙面上下方向の移動距離は、＋θ側ではｄの整数倍＋ｄ／２であり、−θ側ではｄの整数倍となる。従って、この場合でも−１次光は、必ずＳＢＴ回路１０２の入射口が設けられていない位置に到達することになり、−１次光に起因するポート間のクロストークを抑制することかできる。

この方法は、波長選択スイッチ手段が３つ以上多連化された構成でも有効である。入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１−Ｎに対して、＋θ側のＳＢＴ回路１０２までの距離はｄの整数倍であり、−θ側のＳＢＴ回路１０２までの距離はｄの整数倍＋ｄ／２となるように配置すればよい。すなわち、一の波長選択スイッチ手段において光スイッチ素子により与えられる偏向角が正のとき、入力側の光入出力角度変換器と出力側の光入出力角度変換器との間隔がｄの整数倍であり、一の波長選択スイッチ手段において光スイッチ素子により与えられる偏向角が負のとき、入力側の光入出力角度変換器と出力側の光入出力角度変換器との間隔がｄの整数倍ではないように配置する。

本実施形態では、片側のＳＢＴ回路１０２をｄ／２だけずらしたが、このずらす量はｄの整数倍でなければなんでもよい。ｄ／２の時にＳＢＴ回路１０２のちょうど中間に−１次光が到達するため、−１次光とＳＢＴ回路１０２の距離が最大になり、最もポート間クロストークを抑制できる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１からの出射光の角度を、１つに限定して、波長選択スイッチ手段のクロストークを抑制しながら、±２次以上の回折光によるクロストークを抑制する構成について述べる。図２に示したように、高次光は、光スイッチ素子１０５において１次光に対して与えられる偏向角の整数倍の偏向角を与えられ、入出射口が並んでいるＰＬＣ１００の端面における移動距離も、光スイッチ素子１０５により偏向された主ビーム（１次光）の移動距離の整数倍だけ、移動した点に到達する。高次光が到達した位置にある入射口に入ってしまうと、予期せぬ結合が発生し、ポート間のクロストークが発生する。２次光以上の次数と−２次光以下の次数の回折光の受ける偏向角は、主たる回折光である１次回折光で与えられる偏向角θよりも大きな偏向角を与えられ、１次回折光よりも大きな距離を入出射口のある平面上で移動する。

図６に、２次光以上の高次光が入射しない範囲を示す。一の波長選択スイッチ手段において光スイッチ素子１０５において絶対値で一番小さな偏向角で反射された光信号（１次光）が、所望のＳＢＴ回路の入射口に結合するための偏向角を絶対値でθとする。次に、その波長選択スイッチ手段において光スイッチ素子１０５において絶対値で一番大きな偏向角で反射された光信号（１次光）が、所望のＳＢＴ回路の入射口に結合するための偏向角を絶対値で２θ未満とする。このようして、２次光以上の次数と−２次光以下の次数の回折光が、ＳＢＴ回路の入射口に結合しないように、入力側のＳＢＴ回路と出力側のＳＢＴ回路との間隔を設定する。複数ある入力側のＳＢＴ回路１０１のすべてに対して成り立つように、ＳＢＴ回路を配置することにより、高次光によるポート間のクロストークを抑制することができる。

図７に、本発明の第４の実施形態にかかる光信号処理装置を示す。１入力４出力の波長選択スイッチ手段が２つ多連化された構成であり、構成要素は第２の実施形態と同じである。次に、−１次光に起因したポート間クロストークの抑制を考える。−１次光は、第３の実施形態で図５を参照して説明したように、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１に対して、＋θの偏向角で結合するＳＢＴ回路１０２までの距離と、−θの偏向角で結合するＳＢＴ回路１０２までの距離とが、ＳＢＴ回路の間隔ｄに対してｄ／２だけずらして配置すればよい。

簡単のため、図７においても、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１−１から出射された光信号は、光スイッチ素子１０５で偏向角を与えずに反射した場合には、元のＳＢＴ回路１０１−１の出射口に到達するように設置してある。このようにＳＢＴ回路１０１および１０２を配置すると、−１次光は、必ずＳＢＴ回路１０２の入射口が設けられていない位置に到達することになり、−１次光に起因するポート間のクロストークを抑制することができる。

このとき、図６を参照して説明したように、光スイッチ素子１０５において絶対値で一番大きな偏向角で反射された光信号（１次光）が、所望のＳＢＴ回路の入射口に結合するための偏向角を絶対値で２θ以下とする。すなわち、一の波長選択スイッチ手段において光スイッチ素子により与えられる偏向角がθのとき、他の波長選択スイッチ手段において光スイッチ素子により与えられる偏向角が２θ未満となるように、入力側の光入出力角度変換器と出力側の光入出力角度変換器との間隔を設定することにより、−１次光、２次光以上の次数、および−２次光以下の次数の回折光の全てが、光入出力角度変換器の入射口に結合しないようにすることができ、ポート間のクロストークを抑制することができる。

（第５の実施形態）
図８に、本発明の第５の実施形態にかかる光信号処理装置を示す。第５の実施形態は、１入力４出力の波長選択スイッチ手段が２つ多連化された構成（２ｉｎ１−ＷＳＳ）を示す。ここでは、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１からの出射光の角度を、１つに限定して、波長選択スイッチ手段のクロストークを抑制しながら、１次光以外の全ての回折光によるクロストークを抑制する構成について述べる。

簡単のため、図８においは、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１−１から出射された光信号は、光スイッチ素子１０５で偏向角を与えずに反射した場合には、元のＳＢＴ回路１０１−１の出射口に到達するように設置してある。偏向角θ_Lが正の場合に結合する出力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０２−１〜２は、ＳＢＴ回路１０１−１からｄの整数倍の距離に配置する。レンズ１０４の焦点距離ｆが十分に長く、ＳＢＴ回路１０２−１〜２に入射するための光スイッチ素子１０５からの出射角度が十分小さいとすると、光スイッチ素子１０５から角度θｏｕｔで出射したビームは、ＳＢＴ回路１０１，１０２の入出射口が並んでいる平面上で、

の位置に入射する。よって、ＳＢＴ回路１０１−１から出射した光信号がＳＢＴ回路１０２−１〜２に結合するためには、光スイッチ素子１０５で与える偏向角θ_Lを、ｎを整数として以下のように設定する必要がある。

つまり、ｄ／ｆの整数倍の角度となる。

このとき、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１−２を、ＳＢＴ回路１０１−１から、ｍを整数としてマイナス側に（ｍ＋０．５）ｄだけ離れた位置に配置することを考える。ＳＢＴ回路１０１−２から出射されたビームが光スイッチ素子１０５で偏向角を与えられずに反射した場合には、ＳＢＴ回路１０１−１に対してＳＢＴ回路１０１−２とは反対側、すなわち＋側の偏向角を与えられて、（ｍ＋０．５）ｄだけ離れた位置に到達する。ＳＢＴ回路１０１−２から出射した光信号がＳＢＴ回路１０２−１〜２に結合するためには、光スイッチ素子１０５で与える偏向角θ_Lを、ｎを整数として以下のように設定する必要がある。

ｎ，ｍはともに整数であることからｎ＋ｍも整数であり、θ_Lはｄ／ｆの整数倍からｄ／２ｆだけ常にずれた角度になる。つまり、このようなＳＢＴ回路の配置では、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１−１、１０１−２のそれぞれに入射された同一波長の光信号は、同一の偏向角θ_Lでは、出力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０２−１〜２に入力できないことを示している。

次に、偏向角θ_Lが負の場合に結合する、出力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０２−３〜４について述べる。ＳＢＴ回路１０２−３〜４は、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１−１からｄの整数倍＋ｄ／２の距離に配置する。このとき、ＳＢＴ回路１０１−１から出射した光信号がＳＢＴ回路１０２−３〜４に結合するためには、光スイッチ素子１０５で与える偏向角θ_Lを、ｎを整数として以下のように設定する必要がある。

さらに、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１−２とＳＢＴ回路１０１−１とは、ｍを整数として（ｍ＋０．５）ｄだけ離れた位置に配置されているため、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１−２とＳＢＴ回路１０２−３〜４との距離は、単位長さｄの整数倍となる。従って、ＳＢＴ回路１０１−２から出射した光信号がＳＢＴ回路１０２−３〜４に結合するためには、光スイッチ素子１０５で与える偏向角θ_Lを、ｎ’を整数として以下のように設定する必要がある。

式（４）で得られるθ_Lはｄ／ｆの整数倍からｄ／２ｆだけ常にずれたものになり、式（５）で得られるθ_Lは常にｄ／ｆの整数倍になる。このようなＳＢＴ回路の配置では、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１−１、１０１−２のそれぞれに入射された同一波長の光信号は、同一の偏向角θ_Lでは、出力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０２−３〜４にも入力できないことを示している。

また、このＳＢＴ回路の配置では、θ_Lが正と負の場合でｄ／２だけずれている。従って、ＳＢＴ回路１０１−１，２の各々から入力された光信号を、光スイッチ素子１０５において偏向角θ_Lで偏向したときに生ずる−１次光は、ＳＢＴ回路１０２の入射口に入射しないような配置になっている。すなわち、第３の実施形態に相当する構成を有しているといえる。加えて、偏向角θ_Lの絶対値がθ〜２θに限定される場合、±２次光以上の高次光はＳＢＴ回路の入出射口のある範囲に入射せず、ポート間クロストークを発生させない。すなわち、第４の実施形態に相当する構成を有しているといえる。第５の実施形態によれば、波長選択スイッチ手段のクロストークとともに、ポート間のクロストークも同時に抑制することが可能となる。

第５の実施形態では、出力側の光入出力角度変換器の各々の間隔をｄとしたとき、入力側の光入出力角度変換器（ＳＢＴ回路１０１−１、１０１−２）の間の距離をｄの整数倍＋ｄ／２としたが、ｄの整数倍でなければＷＳＳ間クロストーク抑制とポート間クロストーク抑制の両方に効果があり、その効果が最大化されるのがｄの整数倍＋ｄ／２の場合である。簡単のため、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１の数を２に、出力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０２の数を４に設定した。しかし、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１−１〜Ｎのうち任意の１つからの光信号が、出力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０２−１〜Ｍのうち任意の１つに結合するために必要な光スイッチ素子１０５で与える偏向角θ_Lが、他の組み合わせで与えるθ_Lと常に異なっていればＮ，Ｍはいくつであってもよい。

（その他の実施形態）
第１〜第５の実施形態の光信号処理装置の入力ポートと出力ポートとは、光の可逆性から、入出力を反対にしても構わない。また、集積された波長選択スイッチ手段の各々は、独立して制御可能なため、波長選択スイッチ手段の組ごとに入力ポートと出力ポートが反対であっても構わない。

また、第１〜第５の実施形態では、入力ポートが接続されたＳＢＴ回路１０１からの出射光の角度を１つに限定した、すなわち１つの入力ポートしか接続されていないこととした。しかし、波長選択スイッチ手段の数よりも少ない数であれば、漏れる光の量が減るために、波長選択スイッチ手段のクロストークを抑制する効果がある。

光入出力角度変換器としてＳＢＴ回路を例に説明したが、複数の入力ポートからの光を複数の角度で出射することができるか、または複数の角度で入射した光を異なるポートで受光できる構成であれば、どのような構成であっても構わない。例えば、図９に示したように、２つの入出力ポート２０１−１、２０１−２とレンズ２０２とを光学的に結合した構成とすることもできる。

１００ ＰＬＣ
１０１、１０２、 ＳＢＴ回路
１０３ 回折格子
１０４ レンズ
１０５ 光スイッチ素子

Claims (6)

1. １または複数の入力ポートおよび１または複数の出力ポートを含み、前記入力ポートに接続された入力側の空間ビーム変換器と前記出力ポートに接続された出力側の空間ビーム変換器の組からなる複数のスイッチ多重化手段を、波長分散素子とレンズとを介して光スイッチ素子と対向して配置することによって複数の波長選択スイッチ手段が多重化された光信号処理装置であって、
   前記入力側の空間ビーム変換器の数は、前記光信号処理装置の入力ポートの数に等しく、かつ、前記出力側の空間ビーム変換器の数は、前記光信号処理装置の出力ポートの数より小さいか、または、
   前記入力側の空間ビーム変換器の数は、前記波長選択スイッチ手段の数より小さく、かつ、前記出力側の空間ビーム変換器の数は、前記波長選択スイッチ手段の数に等しく、
   前記複数の波長選択スイッチ手段のうち、同一波長の光信号に対して、一の波長選択スイッチ手段において接続可能なすべてのポートに接続するために前記光スイッチ素子により与えられるすべての偏向角が、他の波長選択スイッチ手段において接続可能なすべてのポートに接続するために前記光スイッチ素子により与えられるすべての偏向角とすべて異なることを特徴とする光信号処理装置。
2. 前記出力側の空間ビーム変換器の各々の間隔をｄとしたとき、前記入力側の空間ビーム変換器の各々の間隔がｄの整数倍ではないことを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
3. 前記出力側の空間ビーム変換器の各々の間隔をｄとしたとき、前記入力側の空間ビーム変換器の各々の間隔がｄの整数倍＋ｄ／２であ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. 前記出力側の空間ビーム変換器の各々の間隔をｄとしたとき、前記複数の波長選択スイッチ手段のうち、同一波長の光信号に対して、
   一の波長選択スイッチ手段において前記光スイッチ素子により与えられる偏向角が正のとき、入力側の空間ビーム変換器と出力側の空間ビーム変換器との間隔がｄの整数倍であり、
   一の波長選択スイッチ手段において前記光スイッチ素子により与えられる偏向角が負のとき、入力側の空間ビーム変換器と出力側の空間ビーム変換器との間隔がｄの整数倍ではないことを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
5. 前記出力側の空間ビーム変換器の各々の間隔をｄとしたとき、前記複数の波長選択スイッチ手段のうち、同一波長の光信号に対して、
   一の波長選択スイッチ手段において前記光スイッチ素子により与えられる偏向角が正のとき、入力側の空間ビーム変換器と出力側の空間ビーム変換器との間隔がｄの整数倍であり、
   一の波長選択スイッチ手段において前記光スイッチ素子により与えられる偏向角が負のとき、入力側の空間ビーム変換器と出力側の空間ビーム変換器との間隔がｄの整数倍＋ｄ／２であることを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
6. 一の波長選択スイッチ手段において前記光スイッチ素子により与えられる偏向角がθのとき、他の波長選択スイッチ手段において前記光スイッチ素子により与えられる偏向角が２θ未満となるように、入力側の空間ビーム変換器と出力側の空間ビーム変換器との間隔が設定されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の光信号処理装置。

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