JP6763424B2 - 光デバイス - Google Patents

Description

本発明は光デバイスに関し、特に光通信ネットワークに用いられる光デバイスに関する。

インターネットや映像配信等の広帯域マルチメディア通信サービスの需要増加に伴い、幹線系やメトロ系では長距離かつ大容量の光ファイバ通信システムの導入が進んでいる。こうした光ファイバを使用した光通信システムでは、光ファイバ１本当たりの伝送効率を高めることが重要である。このため、複数の異なる波長の光信号を多重化して伝送する、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）通信が広く用いられている。

特許文献１には、所定の帯域の光信号を通過させる光フィルタを備える光伝送装置が開示されている。この光伝送装置は、ＷＤＭ技術を利用した光ネットワークで用いられる。

特開２０１５−１９２８９号公報

背景技術で説明したように、光通信ネットワークでは長距離伝送が可能なシステムが求められている。しかしながら、光信号をフィルタリングする光フィルタを用いた光伝送装置（特許文献１参照）を光通信ネットワークに用いると、光信号の伝送過程で光信号が光フィルタを何度も通過する。光フィルタを何度も通過すると、光信号への帯域狭窄の影響が大きくなり、伝送特性が劣化するという問題がある。

上記課題に鑑み本発明の目的は、光フィルタの帯域狭窄によって光信号が削られることを抑制可能な光デバイスを提供することである。

本発明にかかる光デバイスは、波長が異なる複数の光信号の中から所定の帯域の光信号をフィルタリングする光フィルタを複数備えている。前記複数の光フィルタは、互いに隣接する波長の光信号を各々通過させる各々の光フィルタの通過帯域の一部が互いに重畳するように構成されている。

本発明により、光フィルタの帯域狭窄によって光信号が削られることを抑制可能な光デバイスを提供することができる。

実施の形態１にかかる光デバイスを説明するための図である。 実施の形態１にかかる光デバイスが備える光フィルタの通過帯域を説明するための図である。 実施の形態１における課題を説明するための図である。 実施の形態１にかかる光デバイスが備える光フィルタの通過帯域を説明するための図である。 実施の形態１にかかる光デバイスが備える光フィルタの通過帯域を説明するための図である。 実施の形態２にかかる光デバイスを説明するための図である。 実施の形態２にかかる光デバイスで用いられているチャネルの帯域幅を説明するための図である。 実施の形態２における課題を説明するための図である。 実施の形態２にかかる光デバイスが備える周回性ＡＷＧの通過帯域を説明するための図である。

＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、実施の形態１にかかる光デバイスを説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる光デバイス１は、複数の光フィルタ１１_１〜１１_３を備える。各々の光フィルタ１１_１〜１１_３は、波長が異なる複数の光信号の中から所定の帯域の光信号をフィルタリングする。各々の光フィルタ１１_１〜１１_３を通過した光信号は合波部１２で合波されて光デバイス１から出力される。

本実施の形態にかかる光デバイス１は、波長が異なる複数の光信号の中から所定の帯域の光信号をフィルタリングする光フィルタを複数備える光デバイスであればどのような光デバイスであってもよい。このような光デバイスとしては、例えば、波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）、アレイ導波路グレーティング（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）、周回性ＡＷＧなどを挙げることができるがこれらに限定されることはない。図１では一例として周回性ＡＷＧを図示している。

また、図１では、本実施の形態の内容を理解しやすいように機能的ブロック図を用いて概念的に図示しているが、実際の光デバイスの構成はこれに限定されることはなく、例えば、光フィルタ１１_１〜１１_３の機能と合波部１２の機能とが一体化されていてもよい。

図１に示すように、光デバイス１（以下、周回性ＡＷＧ１とも記載する）の入力ポートＰ１には光信号λ１１〜λ１３が、入力ポートＰ２には光信号λ２１〜λ２３が、入力ポートＰ３には光信号λ３１〜λ３３がそれぞれ入力される。各々の光信号λ１１〜λ１３は互いに波長が異なる光信号であり、各々の光信号λ２１〜λ２３は互いに波長が異なる光信号であり、各々の光信号λ３１〜λ３３は互いに波長が異なる光信号である。

一方、入力ポートＰ１に入力される光信号λ１１、入力ポートＰ２に入力される光信号λ２１、入力ポートＰ３に入力される光信号λ３１はそれぞれ同一波長の光信号である。

また、入力ポートＰ１に入力される光信号λ１２、入力ポートＰ２に入力される光信号λ２２、入力ポートＰ３に入力される光信号λ３２はそれぞれ同一波長の光信号である。また、入力ポートＰ１に入力される光信号λ１３、入力ポートＰ２に入力される光信号λ２３、入力ポートＰ３に入力される光信号λ３３はそれぞれ同一波長の光信号である。このため、周回性ＡＷＧ１の各々の光フィルタ１１_１〜１１_３は、同一波長の光信号が合波部１２に供給されないように、入力ポートＰ１〜Ｐ３に入力された各々の光信号をフィルタリングする。

具体的には、光フィルタ１１_１は、入力ポートＰ１に入力された光信号λ１１〜λ１３のうち、光信号λ１１を通過させ、光信号λ１２、λ１３を遮断する。また、光フィルタ１１_２は、入力ポートＰ２に入力された光信号λ２１〜λ２３のうち、光信号λ２２を通過させ、光信号λ２１、λ２３を遮断する。また、光フィルタ１１_３は、入力ポートＰ３に入力された光信号λ３１〜λ３３のうち、光信号λ３３を通過させ、光信号λ３１、λ３２を遮断する。

光フィルタ１１_１を通過した光信号λ１１、光フィルタ１１_２を通過した光信号λ２２、及び光フィルタ１１_３を通過した光信号λ３３は合波部１２で合波されて、周回性ＡＷＧ１の出力ポートから出力される。

ここで、各々の光フィルタ１１_１〜１１_３は、互いに隣接する波長の光信号を各々通過させる各々の光フィルタの通過帯域の一部が互いに重畳するように構成されている。つまり、図２に示すように、光信号１５_１（λ１１）と光信号１５_２（λ２２）は互いに隣接しており、光フィルタ１１_１の通過帯域１３_１と光フィルタ１１_２の通過帯域１３_２は互いに隣接している。そして、光フィルタ１１_１の通過帯域１３_１の一部と光フィルタ１１_２の通過帯域１３_２の一部とが互いに重畳するように構成している（つまり、重畳領域１７を設けている）。同様に、光信号１５_２（λ２２）と光信号１５_３（λ３３）は互いに隣接しており、光フィルタ１１_２の通過帯域１３_２と光フィルタ１１_３の通過帯域１３_３は互いに隣接している。そして、光フィルタ１１_２の通過帯域１３_２の一部と光フィルタ１１_３の通過帯域１３_３の一部とが互いに重畳するように構成している（つまり、重畳領域１８を設けている）。

周回性AWGを光デバイスとして用いた場合には、例えば、周回性ＡＷＧの入出力導波路の形状を調整し、各光フィルタに対応する通過帯域を広げることで、隣接するポート間で通過帯域を重畳させることができる。例えば、周回性AWGの各ポートの通過帯域は、周回性ＡＷＧの入力導波路と入力側のスラブ導波路の結合部と、出力側のスラブ導波路と出力導波の結合部の形状を調整することで広げることができる。

図３の上図に示すように、光フィルタの形状は矩形ではなく、中心周波数と帯域幅に個体ばらつきがあるため、フィルタ数が増えると、受信端で見るフィルタの帯域幅は狭くなっていく(帯域狭窄)。このようなフィルタの特性により、光信号は伝送過程で両端が削られ信号成分が失われていき、最終的には受信端での信号誤りが増え、受信できなくなる。

具体的に説明すると、図３の下図に示すように、光フィルタが多段連なると、通過帯域２１_１〜２１_３の帯域幅が元の帯域幅よりも狭くなり、帯域幅２２_１〜２２_３に示すようになる。結果として、各々の光信号λ１１、λ２２、λ３３の両端が削られるため（削られた部分をハッチングで示す）、光信号λ１１、λ２２、λ３３が受信できないレベルになる。

このような問題を解決するために、本実施の形態にかかる光デバイス１では、各々の光フィルタ１１_１〜１１_３を構成する際に、互いに隣接する波長の光信号を各々通過させる各々の光フィルタの通過帯域の一部が互いに重畳するようにしている。つまり、図２に示すように、光フィルタ１１_１の通過帯域１３_１の一部と光フィルタ１１_２の通過帯域１３_２の一部とが重畳する重畳領域１７を設けている。また、光フィルタ１１_２の通過帯域１３_２の一部と光フィルタ１１_３の通過帯域１３_３の一部とが重畳する重畳領域１８を設けている。このような構成とすることで、光フィルタの帯域狭窄によって光信号λ１１、λ２２、λ３３の両端が削られることを抑制することができ、受信できない光信号が発生することを抑制することができる。

各々の光フィルタ１１_１〜１１_３の通過帯域に重畳領域１７、１８を設ける場合は、例えば、隣接する光フィルタ間の周波数間隔を維持しつつ、複数の光フィルタの各々の通過帯域幅を広げる。具体的に説明すると、図４Ａに示すように、各々の光フィルタの周波数間隔を維持しつつ、光フィルタの通過帯域を、通過帯域２１_１〜２１_３（図３参照）から通過帯域１３_１〜１３_３になるように広げる。各々の光フィルタの周波数間隔は、光信号λ１１、λ２２、λ３３のピーク間の周波数間隔に対応する。このようにすることで、各々の光フィルタ１１_１〜１１_３の通過帯域１３_１〜１３_３に重畳領域１７、１８を設けることができる。

また、各々の光フィルタ１１_１〜１１_３の通過帯域１３_１〜１３_３の形状は任意の形状とすることができる。一例を挙げると、各々の光フィルタ１１_１〜１１_３として、スーパーガウシアン型の光フィルタを用いることができる。

他の手段としては、例えば波長選択スイッチＷＳＳのスイッチ素子（ＬＣＯＳ：Liquid
crystal on silicon）の回折効率を調整することで通過帯域に重畳領域を設けることができる。

本実施の形態では、ＬＣＯＳ素子で形成された波長選択スイッチＷＳＳのスイッチ素子２５を用いることで、通過帯域を広げるように調整することができる。

通過帯域に重畳領域を有する構成を備えない一般的な波長選択スイッチＷＳＳを用いた場合には、波長選択スイッチＷＳＳのスイッチ素子２５から各ポートに入力される光信号の帯域は、互いに重畳しない。そのため、図４Ｂの左図に示すように、スイッチ素子２５が各々異なる波長を備える光信号λ１１、λ２２、λ３３をそれぞれ、ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３に入力されるようにスイッチングする際に、各光信号の帯域は、互いに重畳していない。よって、波長選択スイッチＷＳＳのスイッチ素子は、各々の光信号λ１１、λ２２、λ３３が互いに重畳しない状態でポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３に入力されるようにスイッチングを行っている。

すなわち、図４Ｂの左図に示すように、ＷＳＳの一般的な制御では、波長選択スイッチＷＳＳのスイッチ素子２５は、各々異なる波長を備える光信号λ１１、λ２２、λ３３をそれぞれ、ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３に出力する。このとき、スイッチ素子２５は各々の光信号λ１１、λ２２、λ３３が互いに重畳しないようにスイッチングしている。

これに対して本実施の形態にかかる光デバイスでは、波長選択スイッチＷＳＳのスイッチ素子２５がＬＣＯＳ素子によって通過帯域の調整を行っている。スイッチ素子２５のＬＣＯＳ素子は、図４Ｂの右図に示すように、各々の光信号λ１１、λ２２、λ３３の端部が互いに重畳するような通過帯域を有するように設定されている。

すなわち、本実施の形態の波長選択スイッチＷＳＳのスイッチ素子２５は、図４Ｂの右図に示すように、各々の光信号λ１１、λ２２、λ３３の端部が互いに重畳するようにスイッチングする。波長選択スイッチＷＳＳのスイッチ素子２５は、各々の光信号λ１１、λ２２、λ３３を各々のポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３にスイッチングする際に、各々の光信号λ１１、λ２２、λ３３の端部を互いに重畳させてスイッチングする。具体的には、スイッチ素子２５は、光信号λ１１がポートＰ１、及びポートＰ２の一部に出力されるようにスイッチングする。

また、スイッチ素子２５は、光信号λ２２がポートＰ１の一部、ポートＰ２、及びポートＰ３の一部に出力されるようにスイッチングする。また、スイッチ素子２５は、光信号λ３３がポートＰ３、及びポートＰ２の一部に出力されるようにスイッチングする。図４Ｂの右図において、スイッチ素子２５が光信号をオーバーラップ制御している部分をハッチングで示している。また、各々の光信号λ１１、λ２２、λ３３の強度Ｐを図４Ｂのグラフに示す。このような制御により、各々の光信号λ１１、λ２２、λ３３の端部が互いに重畳するようにスイッチングすることができる。なお、図４Ｂでは、一例として１入力Ｎ出力（１×Ｎ）の波長選択スイッチＷＳＳの場合を示したが、本実施の形態はＮ入力１出力（Ｎ×１）の波長選択スイッチＷＳＳを用いても実現することができる。

また、本実施の形態では、ＡＷＧの入出力導波路の形状を調整することで各々の光信号の通過帯域に重畳領域を設けてもよい。例えば、ＡＷＧのスラブ導波路と入出力導波路との結合部の形状を調整することで、各々の光信号の通過帯域に重畳領域を設けることができる。

以上で説明した本実施の形態にかかる発明により、光フィルタの帯域狭窄によって光信号が削られることを抑制することが可能な光デバイスを提供することができる。

なお、上記では３入力１出力の光デバイス１（周回性ＡＷＧ）を一例として示したが、本発明はこれに限定されることはなく、光デバイス１の入力ポートの数や出力ポートの数は任意に決定することができる。
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。

図５は、実施の形態２にかかる光デバイス２を説明するための図である。図５に示すように、本実施の形態にかかる光デバイス２は、複数のビームスプリッタＢＳ_１〜ＢＳ_３と複数の周回性ＡＷＧ_１〜ＡＷＧ_３とを用いて構成されている。本実施の形態にかかる光デバイス２は、光通信ネットワークにおける光ノード、より具体的には光クロスコネクトノードに用いることができる。

図５に示すように、ビームスプリッタＢＳ_１〜ＢＳ_３の各々の入力側は、３つの入力側方路ＩＮ_＃１〜ＩＮ_＃３と接続されている。ビームスプリッタＢＳ_１〜ＢＳ_３から出力された光信号は、ビームスプリッタＢＳ_１〜ＢＳ_３の後段に設けられている周回性ＡＷＧ_１〜ＡＷＧ_３に供給される。ビームスプリッタＢＳ_１〜ＢＳ_３は１入力３出力（１×３）のビームスプリッタであり、周回性ＡＷＧ_１〜ＡＷＧ_３は３入力１出力（３×１）の周回性ＡＷＧである。周回性ＡＷＧ_１〜ＡＷＧ_３の各々の出力ポートは、出力側方路ＯＵＴ_＃１〜ＯＵＴ_＃３にそれぞれ接続されている。

ビームスプリッタＢＳ_１〜ＢＳ_３の各々は、ビームスプリッタＢＳ_１〜ＢＳ_３の各々に入力された各々の光信号を周回性ＡＷＧ_１〜ＡＷＧ_３の各々の入力ポートに出力する。具体的には、ビームスプリッタＢＳ_１は入力側方路ＩＮ_＃１から供給された光信号Ｃｈ１１、Ｃｈ１２、Ｃｈ１３を、周回性ＡＷＧ_１の入力ポートＰ１、周回性ＡＷＧ_２の入力ポートＰ２、及び周回性ＡＷＧ_３の入力ポートＰ３に供給する。同様に、ビームスプリッタＢＳ_２は入力側方路ＩＮ_＃２から供給された光信号Ｃｈ２１、Ｃｈ２２、Ｃｈ２３を、周回性ＡＷＧ_１の入力ポートＰ２、周回性ＡＷＧ_２の入力ポートＰ３、及び周回性ＡＷＧ_３の入力ポートＰ１に供給する。同様に、ビームスプリッタＢＳ_３は入力側方路ＩＮ_＃３から供給された光信号Ｃｈ３１、Ｃｈ３２、Ｃｈ３３を、周回性ＡＷＧ_１の入力ポートＰ３、周回性ＡＷＧ_２の入力ポートＰ１、及び周回性ＡＷＧ_３の入力ポートＰ２に供給する。

各々の周回性ＡＷＧ_１〜ＡＷＧ_３は、各々の入力ポートＰ１〜Ｐ３に入力された各々の光信号をフィルタリングして出力側方路に出力する。具体的には、周回性ＡＷＧ_１は、入力ポートＰ１〜Ｐ３に入力された光信号のうち光信号Ｃｈ１１、Ｃｈ３２、Ｃｈ２３を出力側方路ＯＵＴ_＃１に出力する。また、周回性ＡＷＧ_２は、入力ポートＰ１〜Ｐ３に入力された光信号のうち光信号Ｃｈ２１、Ｃｈ１２、Ｃｈ３３を出力側方路ＯＵＴ_＃２に出力する。また、周回性ＡＷＧ_３は、入力ポートＰ１〜Ｐ３に入力された光信号のうち光信号Ｃｈ３１、Ｃｈ２２、Ｃｈ１３を出力側方路ＯＵＴ_＃３に出力する。

ここで、入力側方路ＩＮ_＃１を通る各々の光信号Ｃｈ１１、Ｃｈ１２、Ｃｈ１３は、各々異なる周波数帯域の光信号である。入力側方路ＩＮ_＃２を通る各々の光信号Ｃｈ２１、Ｃｈ２２、Ｃｈ２３、及び入力側方路ＩＮ_＃３を通る各々の光信号Ｃｈ３１、Ｃｈ３２、Ｃｈ３３についても同様である。

一方、入力側方路ＩＮ_＃１の光信号Ｃｈ１１、入力側方路ＩＮ_＃２の光信号Ｃｈ２１、及び入力側方路ＩＮ_＃３の光信号Ｃｈ３１は同一の周波数帯域の光信号である。同様に、入力側方路ＩＮ_＃１の光信号Ｃｈ１２、入力側方路ＩＮ_＃２の光信号Ｃｈ２２、及び入力側方路ＩＮ_＃３の光信号Ｃｈ３２は同一の周波数帯域の光信号である。同様に、入力側方路ＩＮ_＃１の光信号Ｃｈ１３、入力側方路ＩＮ_＃２の光信号Ｃｈ２３、及び入力側方路ＩＮ_＃３の光信号Ｃｈ３３は同一の周波数帯域の光信号である。このため、ＷＤＭ通信を実現するためには、これらの光信号が同一の出力側方路に出力されないようにする必要がある。

また、本実施の形態にかかる光デバイス２では、各々の光信号（Ｃｈ１１、Ｃｈ１２、Ｃｈ１３、・・・Ｃｈ３３）はチャネル単位でルーティングされる。また、１つのチャネルの帯域内に複数の波長多重信号を割り当て可能に構成されている。

図６は、本実施の形態にかかる光デバイス２で用いられているチャネルの帯域幅を説明するための図である。図６に示すように、本実施の形態にかかる光デバイス２では、１つのチャネル帯域３１の中に複数の波長多重信号（光信号）３２を割り当てることができる。図６では、一例として、各々のチャネルＣｈ１１、Ｃｈ１２、Ｃｈ１３の帯域幅を１５０ＧＨｚとし、チャネルＣｈ１１の中に５０ＧＨｚの帯域幅の光信号を３つ割り当てた場合を示している。また、チャネルＣｈ１２の中に３７．５ＧＨｚの帯域幅の光信号を４つ割り当てた場合を示している。また、チャネルＣｈ１３の中に１００ＧＨｚの帯域幅の光信号と５０ＧＨｚの帯域幅の光信号とを割り当てた場合を示している。なお、図６に示した例は一例であり、各々のチャネル帯域３１の帯域幅は任意に決定することができる。また、各々のチャネルの帯域内に割り当てる光信号３２の帯域幅および数は任意に決定することができる。

そして、本実施の形態にかかる光デバイス２では、周回性ＡＷＧ_１〜ＡＷＧ_３の各々の入力ポートＰ１〜Ｐ３の通過帯域幅（つまり、光フィルタの帯域幅）を、チャネル（Ｃｈ１１、Ｃｈ１２、Ｃｈ１３、・・・Ｃｈ３３）の帯域幅に対応するようにしている。換言すると、周回性ＡＷＧ_１〜ＡＷＧ_３の各々の入力ポートＰ１〜Ｐ３の通過帯域幅をチャネルの帯域幅まで広げることで、所定の帯域幅を持った光信号（つまり、チャネルＣｈ１１、Ｃｈ１２、Ｃｈ１３、・・・Ｃｈ３３）を各々フィルタリングすることができる。例えば、チャネルＣｈ１１をチャネル単位でフィルタリングすることで、５０ＧＨｚの帯域幅の光信号３２を３つ同一方向にフィルタリングすることができる。

例えば、周回性ＡＷＧ_１の入力ポートＰ１には光信号Ｃｈ１１、Ｃｈ１２、Ｃｈ１３が供給され、入力ポートＰ２には光信号Ｃｈ２１、Ｃｈ２２、Ｃｈ２３が供給され、入力ポートＰ３には光信号Ｃｈ３１、Ｃｈ３２、Ｃｈ３３が供給される。このとき、各々の入力ポートＰ１〜Ｐ３の通過帯域幅を１５０ＧＨｚとすることで、１チャネル当たりの帯域幅が１５０ＧＨｚの光信号を通過させることができる。

例えば、周回性ＡＷＧ_１の入力ポートＰ１の通過帯域と中心周波数とを光信号Ｃｈ１１の周波数帯域と中心周波数とに合わせることで、入力ポートＰ１に供給された光信号Ｃｈ１１、Ｃｈ１２、Ｃｈ１３のうち光信号Ｃｈ１１のみを通過させることができる。すなわち、入力ポートＰ１の通過帯域、すなわち、光フィルタの通過帯域と中心周波数とを光信号Ｃｈ１１の周波数帯域と中心周波数とに合わせることで、光信号Ｃｈ１２、Ｃｈ１３を除去することができる。

同様に、周回性ＡＷＧ_１の入力ポートＰ２の通過帯域と中心周波数とを光信号Ｃｈ２３の周波数帯域と中心周波数とに合わせることで、入力ポートＰ２に供給された光信号Ｃｈ２１、Ｃｈ２２、Ｃｈ２３のうち光信号Ｃｈ２３のみを通過させることができる。

同様に、周回性ＡＷＧ_１の入力ポートＰ３の通過帯域と中心周波数とを光信号Ｃｈ３２の周波数帯域と中心周波数とに合わせることで、入力ポートＰ３に供給された光信号Ｃｈ３１、Ｃｈ３２、Ｃｈ３３のうち光信号Ｃｈ３２のみを通過させることができる。

例えば、各々の周回性ＡＷＧ_１〜ＡＷＧ_３の各々の入力ポートＰ１〜Ｐ３の通過帯域幅は、複数の波長多重信号の隣接周波数間隔のｍ倍（ｍは２以上の正の実数）としてもよい。例えば、波長多重信号の隣接周波数間隔を３７．５ＧＨｚ、ｍ＝４とした場合、入力ポートＰ１〜Ｐ３の通過帯域幅は１５０ＧＨｚとなる（図６のＣｈ１２参照）。この場合は、１つの光信号で１００Ｇｂｐｓの容量の通信を行うとすると、１つのチャネルの中に３７．５ＧＨｚの帯域幅の光信号を４つ割り当てることができるので、４００Ｇｂｐｓの容量の通信を実現することができる。

また、例えば、波長多重信号の隣接周波数間隔を５０ＧＨｚ、ｍ＝３とした場合、入力ポートＰ１〜Ｐ３の通過帯域幅は１５０ＧＨｚとなる（図６のＣｈ１１参照）。この場合は、１つの光信号で１００Ｇｂｐｓの容量の通信を行うとすると、１つのチャネルの中に５０ＧＨｚの帯域幅の光信号を３つ割り当てることができるので、３００Ｇｂｐｓの容量の通信を実現することができる。また、例えば、波長多重信号の隣接周波数間隔を７５ＧＨｚ、ｍ＝２とした場合も、入力ポートＰ１〜Ｐ３の通過帯域幅は１５０ＧＨｚとなる。また、上記の例はあくまでも一例であり、当該信号の変調方式、容量から最適な信号間隔、AWGの追加帯域幅(信号間隔のm倍)が決定される。

上記で説明したように、本実施の形態にかかる光デバイス２では、１つのチャネルの帯域内に複数の波長多重信号を割り当て可能に構成されている。ここで、１つのチャネルの帯域内に割り当てられる複数の波長多重信号の数や帯域幅は任意に設定することができる。

つまり、１つのチャネルに１つの光信号しか割り当てられない場合は、チャネルと光信号とが一対一に対応している。そのため入力側方路ＩＮ_＃１〜ＩＮ_＃３に供給される各々の光信号と、出力側方路ＯＵＴ_＃１〜ＯＵＴ_＃３から出力される各々の光信号との関係は一意に決定されていた。換言すると、入力側方路ＩＮ_＃１〜ＩＮ_＃３に供給される各々の光信号と、出力側方路ＯＵＴ_＃１〜ＯＵＴ_＃３から出力される各々の光信号との関係は固定されていた。そのため、光通信ネットワークにおける運用の柔軟性に欠けるという問題があった。

これに対して本実施の形態にかかる光デバイス２では、１つのチャネルの帯域内に複数の波長多重信号を割り当て可能に構成している。更に、周回性ＡＷＧがチャネル単位で光信号をフィルタリングすることができるように、周回性ＡＷＧの各々の入力ポートの通過帯域幅（つまり、各々の入力ポートに対応した各々の光フィルタの通過帯域幅）を広げている。よって、各々のチャネル内に割り当てられる複数の波長多重信号の数や帯域幅を任意に設定することができるので、伝送する光信号に柔軟性を持たせることができる。つまり、図６に示すように、１チャネル内に割り当てる光信号の数を変えたり（チャネルＣｈ１１、Ｃｈ１２参照）、１チャネル内に各々異なる帯域幅を有する光信号を割り当てたりすることができる（チャネルＣｈ１３参照）。そのため、伝送する光信号に柔軟性を持たせることができる。

また、本実施の形態にかかる光デバイス２では、周回性ＡＷＧ_１〜ＡＷＧ_３を用いているので、同一の周波数帯域の信号が同一の出力側方路に出力されることを回避することができる。

ところで、本実施の形態にかかる光デバイス２では、１つのチャネルの帯域内に複数の波長多重信号を割り当てている。光信号を高密度（高収容率）で伝送するためには、図７の上図に示すように、光フィルタの通過帯域４１の帯域幅と４つの光信号４２の帯域幅（つまり、１チャネル当たりの帯域幅）との間に差がないほうが好ましい。例えば、図７の上図に示す場合は、１つの光信号４２の帯域幅が３７．５ＧＨｚでこの光信号４２の数が４つであるので、４つの光信号４２の帯域幅（１チャネル当たりの帯域幅）は３７．５ＧＨｚ×４＝１５０ＧＨｚとなる。この場合は、光フィルタの通過帯域４１も１５０ＧＨｚとすることで、光信号を高密度に伝送することができる。

しかしながら、光フィルタの形状は矩形ではなく、中心周波数と帯域幅に個体ばらつきがあるため、フィルタ数が増えると、受信端で見るフィルタの帯域幅は狭くなっていく(帯域狭窄)。このようなフィルタの特性により、光信号は伝送過程で両端が削られ信号成分が失われていき、最終的には受信端での信号誤りが増え、受信できなくなる。具体的に説明すると、図７の下図に示すように、光フィルタが多段連なると、通過帯域４１の帯域幅が元の帯域幅よりも狭くなり、帯域幅４３に示すようになる。結果として、４つある光信号４２のうちの両端の信号が削られるため（削られた部分をハッチングで示す）、両端の信号が受信できないレベルになる場合がある。

このような現象を抑制するために、光信号と光フィルタ帯域の両端との間に空白エリア（つまり、ガードバンド）を設けることも考えられる。しかし、この場合は、ガードバンドを設けた分だけ光信号の収容率が低下してしまうという問題がある。

このような問題を解決するために、本実施の形態にかかる光デバイス２では、互いに隣接するチャネルの光信号を各々通過させる各々の光フィルタの通過帯域の一部が互いに重畳するように各々の光フィルタを構成している。具体的に説明すると、図５に示した周回性ＡＷＧ_１のポートＰ１の光フィルタの通過帯域の一部とポートＰ２の光フィルタの通過帯域の一部とが、図８に示す通過帯域５１_１、５１_２のように互いに重畳するように構成している。すなわち、周回性ＡＷＧ_１のポートＰ１とポートＰ２の光フィルタの通過帯域に重畳領域５５が設けられている。このとき、周回性ＡＷＧ_１のポートＰ１の光フィルタの通過帯域は、チャネルＣｈ１１の波長帯域に対応している。また、周回性ＡＷＧ_１のポートＰ２の光フィルタの通過帯域は、チャネルＣｈ３２の波長帯域に対応している。

周回性AWGの光フィルタの通過帯域は、例えば、周回性ＡＷＧの入出力導波路の形状を調整することで可変とすることができる。各光フィルタに対応する通過帯域を広げることで、隣接するポートに対応する光フィルタ間で通過帯域を重畳させることができる。例えば、周回性AWGの各ポートに対応する通過帯域は、周回性ＡＷＧの入力導波路と入力側のスラブ導波路の結合部と、出力側のスラブ導波路と出力導波の結合部の形状を調整することで広げることができる。

また、図５に示した周回性ＡＷＧ_１のポートＰ２の光フィルタの通過帯域の一部とポートＰ３の光フィルタの通過帯域の一部とが、図８に示す通過帯域５１_２、５１_３のように互いに重畳するように構成している。すなわち、周回性ＡＷＧ_１のポートＰ２とポートＰ３の光フィルタの通過帯域に重畳領域５６を設けられている。このとき、周回性ＡＷＧ_１のポートＰ２の光フィルタの通過帯域は、チャネルＣｈ３２の波長帯域に対応している。また、周回性ＡＷＧ_１のポートＰ３の光フィルタの通過帯域は、チャネルＣｈ２３の波長帯域に対応している。

例えば、互いに隣接するチャネルに対応した各々の光フィルタの周波数間隔を維持しつつ、各々の光フィルタの通過帯域を広げることで、互いに隣接するチャネルに対応した光フィルタの通過帯域の一部を互いに重畳させることができる。具体例を用いて説明すると、図８に示すように、各々のチャネルの周波数間隔５４を１５０ＧＨｚとしたまま、各々のチャネルに対応した光フィルタの通過帯域５１_１〜５１_３の幅を１５０ＧＨｚから１６２．５ＧＨｚに広げる。

このようにすることで、通過帯域５１_１の一部と通過帯域５１_２の一部とを重畳させることができる。この場合は、通過帯域５１_１と通過帯域５１_２とが重畳する重畳領域５５の幅は１２．５ＧＨｚとなる。同様に、通過帯域５１_２の一部と通過帯域５１_３の一部とを重畳させることができる。この場合も、通過帯域５１_２と通過帯域５１_３とが重畳する重畳領域５６の幅は１２．５ＧＨｚとなる。

上記で説明したように、本実施の形態にかかる光デバイス２では、互いに隣接するチャネルの光信号を各々通過させる各々の光フィルタの通過帯域の一部が互いに重畳するように各々の光フィルタを構成している。よって、光信号の帯域狭窄によって伝送過程で光信号の両端が削られることを抑制でき、受信できない光信号が発生することを抑制できる。したがって、伝送特性の劣化を抑制することができる。

一方で、隣接するチャネルの光フィルタの通過帯域の一部を重畳させると、隣接する他のチャネルの光信号が漏れ込みクロストークが発生する。しかし、フィルタ帯域狭窄とクロストークとを比較して光信号の劣化が最小となるようにフィルタのオーバーラップ幅を最適化することにより、最良の伝送特性を得ることができる。

なお、図５に示した光デバイス２では、入力側方路および出力側方路の数がそれぞれ３つである場合を例として示した。しかし本実施の形態にかかる光デバイス２では、入力側方路および出力側方路の数はこれ以外であってもよい。つまり、ｎ個の入力側方路ＩＮ_＃１〜ＩＮ_＃ｎとｎ個の出力側方路ＯＵＴ_＃１〜ＯＵＴ_＃ｎとを有する構成の場合は、入力側方路ＩＮ_＃１〜ＩＮ_＃ｎにそれぞれ接続されたｎ個のビームスプリッタＢＳ_１〜ＢＳ_ｎ（１入力ｎ出力のビームスプリッタ）を設ける。ｎは、２以上の自然数である。

また、ｎ個のビームスプリッタＢＳ_１〜ＢＳ_ｎの後段にｎ個の周回性ＡＷＧ_１〜ＡＷＧ_ｎ（ｎ入力１出力の周回性ＡＷＧ）を設ける。ｎ個のビームスプリッタＢＳ_１〜ＢＳ_ｎの各々は、ｎ個のビームスプリッタＢＳ_１〜ＢＳ_ｎの各々に入力された各々の光信号をｎ個の周回性ＡＷＧ_１〜ＡＷＧ_ｎの各々の入力ポートに出力する。ｎ個の周回性ＡＷＧ_１〜ＡＷＧ_ｎの各々は、各々の入力ポートに入力された各々の光信号をフィルタリングして出力側方路に出力する。これにより、出力側方路ＯＵＴ_＃１〜ＯＵＴ_＃ｎにはルーティング後の光信号が出力される。

以上で説明した本実施の形態にかかる発明により、光フィルタの帯域狭窄によって光信号が削られることを抑制することが可能な光デバイスを提供することができる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）
波長が異なる複数の光信号の中から所定の帯域の光信号をフィルタリングする光フィルタを複数備え、
前記複数の光フィルタは、互いに隣接する波長の光信号を各々通過させる各々の光フィルタの通過帯域の一部が互いに重畳するように構成されている、
光デバイス。

（付記２）
隣接する光フィルタ間の周波数間隔を維持しつつ前記複数の光フィルタの各々の通過帯域幅を広げることで、前記隣接する光フィルタの各々の通過帯域の一部を互いに重畳させる、付記１に記載の光デバイス。

（付記３）
前記複数の光フィルタは、スーパーガウシアン型の光フィルタまたはスーパーガウシアン関数で近似可能な光フィルタである、付記１または２に記載の光デバイス。

（付記４）
前記複数の光フィルタの１つの当たりの通過帯域幅は、複数の光信号を同時に通過させることができる帯域幅である、付記１乃至３のいずれか一項に記載の光デバイス。

（付記５）
前記光デバイスは、前記各々の光信号をフィルタリングする周回性ＡＷＧであり、
前記各々の光信号はチャネル単位でフィルタリングされ、
前記チャネルは、当該チャネルの帯域内に複数の光信号を割り当て可能に構成されており、
前記周回性ＡＷＧの前記光フィルタの１つの当たりの通過帯域幅は前記チャネルの帯域幅に対応している、
付記１乃至４のいずれか一項に記載の光デバイス。

（付記６）
前記周回性ＡＷＧの前記光フィルタの１つ当たりの通過帯域幅は、前記複数の光信号の隣接周波数間隔のｍ倍（ｍは２以上の正の実数）である、付記５に記載の光デバイス。

（付記７）
前記周回性ＡＷＧの前記各々の光フィルタの通過帯域幅は１５０ＧＨｚで、中心周波数間隔は１５０ＧＨｚである、付記６に記載の光デバイス。

（付記８）
前記隣接周波数間隔は３７．５ＧＨｚであり、前記ｍの値はｍ＝４である、付記７に記載の光デバイス。

（付記９）
前記隣接周波数間隔は５０ＧＨｚであり、前記ｍの値はｍ＝３である、付記７に記載の光デバイス。

（付記１０）
前記隣接周波数間隔は７５ＧＨｚであり、前記ｍの値はｍ＝２である、付記７に記載の光デバイス。

（付記１１）
前記光デバイスは通過帯域が可変可能な波長選択スイッチである、付記１乃至３のいずれか一項に記載の光デバイス。

（付記１２）
前記光デバイスはＡＷＧである、付記１乃至３のいずれか一項に記載の光デバイス。

（付記１３）
互いに隣接する波長の光信号を各々通過させる通過帯域の一部が互いに重畳している複数の光フィルタに、波長多重化された光信号を入力し、
波長が異なる複数の前記光信号の中から所定の帯域の光信号をフィルタリングする、光信号の処理方法。

（付記１４）
隣接する前記光フィルタ間の周波数間隔を維持しつつ前記複数の光フィルタの各々の通過帯域幅を広げることで、前記隣接する光フィルタの各々の通過帯域の一部を互いに重畳させる、付記１３に記載の光信号の処理方法。

（付記１５）
前記複数の光フィルタの１つの当たりの通過帯域幅は、複数の光信号を同時に通過させることができる帯域幅である、付記１３または１４に記載の光信号の処理方法。

（付記１６）
前記光フィルタは、前記各々の光信号をフィルタリングする際の通過帯域幅がチャネルの帯域内に複数の光信号が割り当てられている前記チャネルの帯域幅に対応するように設定され、
前記各々の光信号を前記チャネル単位でフィルタリングする、付記１３乃至１５に記載の光信号の処理方法。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

この出願は、２０１６年２月２９日に出願された日本出願特願２０１６−３８１６３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１、２ 光デバイス
１１_１〜１１_３ 光フィルタ
１２ 合波部
１３_１〜１３_３ 通過帯域
１５_１〜１５_３ 光信号
１７、１８ 重畳領域
２１_１〜２１_３ 通過帯域
２２_１〜２２_３ 帯域幅
３１ 通過帯域
３２ 光信号
４１ 通過帯域
４２ 光信号
４３ 帯域幅
５１_１〜５１_３ 通過帯域
５２ 光信号
５４ 周波数間隔
５５、５６ 重畳領域

Claims (6)

1. 波長が異なる複数の光信号の中から所定の帯域の光信号をフィルタリングする光フィルタを複数備え、
   前記複数の光フィルタは、互いに隣接する波長の光信号を各々通過させる各々の光フィルタとの間の周波数間隔を維持しつつ通過帯域幅を広げることで通過帯域の一部が互いに重畳するように構成されており、
   前記通過帯域の重畳の量は、各々の前記光フィルタの帯域狭窄による前記光フィルタを通過する光信号のレベル低下と各々の前記光フィルタのクロストークによる漏れ込みとを比較して各々の前記光フィルタを通過する光信号の信号電力対雑音電力比の劣化が最小となるように設定され、
   前記複数の光フィルタの１つ当たりの通過帯域幅は、複数の光信号を同時に通過させることができる帯域幅である、
   光デバイス。
2. 前記複数の光フィルタは、スーパーガウシアン型の光フィルタまたはスーパーガウシアン関数で近似可能な光フィルタである、請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記光デバイスは、前記各々の光信号をフィルタリングする周回性ＡＷＧであり、
   前記各々の光信号はチャネル単位でフィルタリングされ、
   前記チャネルは、当該チャネルの帯域内に複数の光信号を割り当て可能に構成されており、
   前記周回性ＡＷＧの前記光フィルタの１つの当たりの通過帯域幅は前記チャネルの帯域幅に対応している、
   請求項１又は２に記載の光デバイス。
4. 前記周回性ＡＷＧの前記光フィルタの１つ当たりの通過帯域幅は、前記複数の光信号の隣接周波数間隔のｍ倍（ｍは２以上の正の実数）である、請求項３に記載の光デバイス。
5. 互いに隣接する波長の光信号を各々通過させる通過帯域の一部が互いに重畳している複数の光フィルタに、波長多重化された光信号を入力し、
   波長が異なる複数の前記光信号の中から所定の帯域の光信号をフィルタリングする、光信号の処理方法であって、
   隣接する前記光フィルタ間の周波数間隔を維持しつつ前記複数の光フィルタの各々の通過帯域幅を広げることで、前記隣接する光フィルタの各々の通過帯域の一部を互いに重畳させ、
   前記通過帯域の重畳の量は、各々の前記光フィルタの帯域狭窄による前記光フィルタを通過する光信号のレベル低下と各々の前記光フィルタのクロストークによる漏れ込みとを比較して各々の前記光フィルタを通過する光信号の信号電力対雑音電力比の劣化が最小となるように設定され、
   前記複数の光フィルタの１つの当たりの通過帯域幅は、複数の光信号を同時に通過させることができる帯域幅である、
   光信号の処理方法。
6. 前記光フィルタは、前記各々の光信号をフィルタリングする際の通過帯域幅がチャネルの帯域内に複数の光信号が割り当てられている前記チャネルの帯域幅に対応するように設定され、
   前記各々の光信号を前記チャネル単位でフィルタリングする、請求項５に記載の光信号の処理方法。

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