JP6985668B2 - 光通信ノード、光通信システムおよび光通信ノードの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムおよび光通信システムに含まれる光通信ノードに関する。

現在の光通信ネットワークでは、一本の光ファイバーケーブルに複数の異なる波長の光信号を同時に乗せる波長分割多重通信（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）技術を用いることで、大容量化が実現されている。ＷＤＭ技術を用いた光通信ネットワークは、ノード間を異なる波長によって接続して、仮想的に任意の接続の光通信パスを設定する（以下、光通信パスをパスと呼ぶ）。これらのパスに使用する波長の構成は、ほぼ固定的に運用されていた。

一方で、近年のビデオオンデマンドやソーシャルメディアの発達により、インターネット上のトラフィック要求量は時々刻々と変動するようになっている。光通信ネットワークに対しても、このような時間的に変動するトラフィックを効率的に柔軟に処理することが求められている。例えば、トラフィック需要の変化に対応してノード間のパスの容量およびパスを形成する波長構成などを柔軟に変更できるのが好ましい。しかしながら、新規にパスを構成したり、既設のパスにおける通信容量を変更したりすることは、既設のパスの構成によって影響を受ける。例えば、既設のパスの起点ノードおよび終点ノード、使用波長、波長帯域幅などによって影響を受ける。このため、光通信の通信帯域における波長資源を必ずしも効率的に利用できておらず、ネットワークのトラフィック収容効率を最大化することはできなかった。

図１は、従来技術の光通信ネットワークにおけるトラフィック時間変化の例を説明する図である。図１の（ａ）は光通信ネットワークのノード構成を示し、図１の（ｂ）は各ノードまたはパス上における信号を波長軸上で概念的に示している。図１の（ａ）では、ノードＡ、ノードＢ、ノードＣおよびノードＤの４つのノードからなる光通信ネットワークにおいて、ノードＡからノードＣへのトラフィックを考える。ここで、次のようにパスが設定された状況を考える。図１の（ｂ）も参照すると、まずノードＡにおいて信号１〜６がＡｄｄ部１からアドされ（Ａ：Ａｄｄ）、ノードＢ方向へ伝送される。ノードＢでは、信号１〜６の内の信号２および信号４がノードＢのＤｒｏｐ部２からドロップされる（Ｂ：Ｄｒｏｐ）。さらに残りの信号１、３、５、６が、ノードＣのＤｒｏｐ部３からドロップ（Ｃ：Ｄｒｏｐ）される。このような状況で、さらに新しいトラフィック需要が発生し、ノードＢからノードＣへ信号７のパスを設定する必要が生じたとする。ノードＢからノードＣへのＷＤＭ波長帯域には、全体としてみれば十分な余裕がある。しかしながら、信号７の波長帯域７が、信号３の全帯域５および信号５の帯域６の一部の重なるため、ノードＢで信号７を収容することができない。結局、波長帯域全体としては空きがあり余裕があっても、新規のトラフィックのためのパスの態様によっては、そのトラフィックを受け入れることができない。このような問題を解決するため、例えば非特許文献１では、波長デフラグメンテーションが提案されている。

図２は、非特許文献１における波長デフラグメンテーションの概念を説明する図である。非特許文献１では、図２に示すようなノードＡ〜ノードＤからなる直線状のネットワークにおいて、３つのＳｔｅｐによる波長デフラグメンテーションが開示されている。初期状態のＳｔｅｐ１では、Signal１〜Signal４がノードＡ〜ノードＤ間で伝送されている。各Ｓｔｅｐにおいて縦方向は波長λを表しており、横軸方向はノード位置（伝送方向）を表している。帯域幅の広いSignal１（広帯域信号）がノードＡ〜ノードＣ間で、帯域幅の狭いSignal４（狭帯域信号）がノードＡ〜Ｂ間でそれぞれ伝送されている。Ｓｔｅｐ２の状態は、初期状態のＳｔｅｐ１においてノードＣからノードＤへパスが設定されていたSignal３が廃止された状態である。ここで、Signal２（１０ａ）およびSignal１（９ａ）の波長を徐々に下方（例えば短波長側）に変化させることができる。これによって、Ｓｔｅｐ３で、元々Signal１が占めていた波長帯に空きの波長帯域８を設け、波長資源におけるトラフィック収容効率を最大化することができる。非特許文献１では、１００Ｇの２重偏波４位相偏移変調（ＤＰ―ＱＰＳＫ）信号の伝送に成功した例が開示されている。

Kyosuke Sone， Xi Wang， Shoichiro Oda， Goji Nakagawa， Yasuhiko Aoki， Inwoong Kim， Paparao Palacharla， Takeshi Hoshida， Motoyoshi Sekiya， and Jens C. Rasmussen， "First Demonstration of Hitless Spectrum Defragmentation using Real-time Coherent Receivers in Flexible Grid Optical Networks，" ECOC2012，_Th.3.D.1(PD) 山本秀人、齋藤航平、那賀明、前田英樹「最大比合成を用いた波長ダイバーシティ伝送によるフレキシブル光ネットワークに対する無瞬断波長デフラグの実現」、２０１５年、２０１５年電子情報通信学会ソサイエティ大会、B-10-66

しかしながら、非特許文献１に開示された波長デフラグメンテーションでは、実施するための制御が複雑で面倒な問題があった。非特許文献１の方法によれば、送信ノード側の光信号の波長と、受信ノード側の受信器のための局部発振光の波長を、遠隔地にあるこれらノード間で同期させて変化させる必要がある。さらに、その光信号が通過するノードにおける波長選択スイッチで使用する透過帯域の波長も同期させて変化させる必要がある。

図３は、従来技術の波長デフラグメンテーションにおける各ノードで必要な制御動作の概要を説明する図である。図３では、ノードＡ１１、ノードＢ１２、ノードＣ１３の間で、同期させて光信号の波長を切替える場合の制御を示している。ノードＡ１１のアド回路１４から信号を入力して波長λ１の光信号を伝送し、ノードＢ１２を経由して、ノードＣ１３のドロップ回路１５から信号を出力していたものとする。ここで使用していた波長をλ１からλ２へ切替え、波長を再配置する場合を考える。このとき、ノードＡ１１における信号のための送信器１６のＴｘ周波数（波長）、ノードＡ〜Ｃの複数の波長選択スイッチの透過波長、並びに、ノードＣ１３の受信器のための局部発振器の周波数（波長）を同期して制御する必要がある。したがって、波長をλ１からλ２へ再配置する際には、遠隔地にある３つのノードに渡って光伝送機器の複雑な制御が要求される。

加えて、その波長帯域幅の違いから波長が交錯するような波長再配置、たとえば図２においてSignal１とSignal４との関係を入れ替えるような波長再配置もできなかった。ノードに配置される光伝送機器は、多くの場合レーザ光源を用いている。レーザ光源の波長を変更する際には、デジタル式に瞬時に波長変更ができるわけではなく、レーザの共振長などをアナログ的に変化させて発振光を安定化させる必要がある。

多くの光伝送機器では、通信のための波長を実際に使用可能な状態に変更するためには一定の時間が掛かる。ユーザから見れば、切り替え時に光信号を完全に停止させてしまうことになり、通信が途絶えてしまうことになる。切替える２つの波長の間の帯域内にある他の信号に使用中の波長が含まれていれば、波長が切り替わる間にその使用中の信号への妨害や通信の途絶も生じさせてしまう。結局、実際の光通信ネットワーク運用中に波長を変更するのは面倒で複雑な制御が必須で、変更できる範囲にも制限があり、サービスの中断や通信品質の低下なしに波長切り替えを行うのは難しかった。

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、従来技術より柔軟かつ簡単な波長デフラグメンテーションの仕組みを提供する。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、異なる波長の光信号を多重化して、情報データを伝送する光通信システムにおいて、 異なる入力方路からの波長分割多重信号を分波する複数の分波用波長選択スイッチ、前記複数の分波用波長選択スイッチの各々からの分波された信号光を含む波長分割多重信号を合波する複数の合波用波長選択スイッチ、並びに、前記複数の分波用波長選択スイッチの各々と、前記複数の合波用波長選択スイッチとの各々との間を相互に接続する複数の経路を備え、前記複数の合波用波長選択スイッチへ接続される経路の内の少なくとも１つの経路に対して、波長変換手段が設置され、前記波長変換手段により波長変換される前の第１の光信号と、当該第１の光信号が波長変換された第２の光信号とが、前記第１の光信号と前記第２の光信号との間の位相同期手順の間に、前記複数の合波用波長選択スイッチの内の１つの合波用波長選択スイッチから同時に出力されるよう構成された第１の光通信ノードと、前記第１の光通信ノードからの前記第１の光信号および前記第２の光信号を、波長分波する波長分波手段、並びに、前記第１の光信号および前記第２の光信号の間の情報データのタイミングを推定するタイミング推定部、および、前記第１の光信号および前記第２の光信号の間の情報データのタイミング差を減少させるタイミング調整部を含む波長切り替え処理手段を備え、前記情報データを運ぶ前記第２の光信号をドロップする第２の光通信ノードとを備えたことを特徴とする光通信システムである。上述の第１の光通信ノードは、波長変換を実施する光通信ノードであり、上述の第２の光通信ノードは、受信端の光通信ノードである。

請求項２に記載の発明は、請求項１の光通信システムであって、前記タイミング推定部は、前記第１の光信号および前記第２の光信号をそれぞれコヒーレント検波して、デコードされた２つの前記情報データに対してタイミング推定を行い、前記タイミング調整部は、前記２つの前記情報データを最大比合成して、合成出力を最大化するように前記２つの前記情報データのタイミングを調整する最大比合成部であることを特徴とする。上述の最大比合成部は、一例を挙げれば、コヒーレント検波された前記第１の光信号および前記第２の光信号が入力され、通信技術に使用される適応ＭＩＭＯ等化部とすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２の光通信システムであって、前記第１の光通信ノードの前記少なくとも１つの経路は、前記分波用波長選択スイッチおよび前記合波用波長選択スイッチの少なくとも１つの組み合わせの経路、または前記複数の合波用波長選択スイッチへ接続されるＡｄｄポートからの経路を含むことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３いずれかの光通信システムであって、前記波長変換手段に励起光を供給する励起光発生手段をさらに備え、前記波長変換手段は、波長変換が光レイヤのみで実施される全光的波長変換手段であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４の光通信システムであって、前記励起光発生手段は、ＣＷ光から周波数コム光を発生する励起光生成部と、前記励起光生成部で発生した前記周波数コム光を、コム周波数毎に単一のＣＷ光へ空間的に分波するコム分離手段と、前記分波された単一のＣＷ光の周波数をシフトする複数の周波数シフト部と、前記複数の周波数シフト部の各々からの前記周波数をシフトされたＣＷ光を合波し、空間的に分波する励起光選択分配手段とを含むことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５の光通信システムであって、前記励起光選択分配手段は、多入力多出力の波長選択スイッチであることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６いずれかに記載の光通信システムにおいて、前記第１の光通信ノードで、波長λ１の前記第１の光信号に対して波長変換を実施し、波長λ２の前記第２の光信号を生成するステップと、前記第２の光通信ノードで、前記タイミング推定部によって前記第１の光信号および前記第２の光信号のタイミングを推定するステップと、前記第２の光通信ノードで、前記第１の光信号および前記第２の光信号のタイミング差が減少するように前記タイミング調整部を動作させるステップと、前記第２の光通信ノードで、前記第１の光信号から、前記第２の光信号へ受信方路を切り替え、前記第２の光信号から前記情報データを取得するステップと、前記第１の光通信ノードおよび前記第２の光通信ノードで、λ１に関わる光パスを削除するステップとを含む位相同期手順を実施することを特徴とする光通信ノードの制御方法である。

本発明の別の側面によれば、異なる波長の光信号を多重化して、情報データを伝送する光通信システムにおいて、前記情報データを運ぶ光信号をドロップする光通信ノードであって、異なる光通信ノードからの、波長変換される前の第１の光信号と、前記第１の光信号が波長変換された第２の光信号とを、波長分波する波長分波手段と、前記第１の光信号および前記第２の光信号の間の前記情報データのタイミングを推定するタイミング推定部、および、前記第１の光信号および前記第２の光信号の間の前記情報データのタイミング差を減少させるタイミング調整部を含む波長切り替え処理手段とを備え前記異なるノードは、異なる入力方路からの波長分割多重信号を分波する複数の分波用波長選択スイッチ、前記複数の分波用波長選択スイッチの各々からの分波された信号光を含む波長分割多重信号を合波する複数の合波用波長選択スイッチ、並びに、前記複数の分波用波長選択スイッチの各々と、前記複数の合波用波長選択スイッチとの各々との間を相互に接続する複数の経路を有し、前記複数の合波用波長選択スイッチへ接続される経路の内の少なくとも１つの経路に対して、前記第１の光信号から前記第２の光信号へ波長変換する波長変換手段が設置され、前記第１の光信号と前記第２の光信号との間の位相同期手順の間に、前記第１の光信号および前記第２の光信号が、前記複数の合波用波長選択スイッチの内の１つの合波用波長選択スイッチから同時に出力されるよう構成されていることを特徴とする光通信ノードとしても実施できる。ここで、上記光通信ノードは受信端光通信ノードであり、上記異なる光通信ノードは波長変換を実施する光通信ノードである。

以上説明したように、本発明によって、従来技術より柔軟かつ簡単な波長デフラグメンテーションの仕組みが提供される。

図１は、光通信ネットワークのトラフィック時間変化を説明する図である。 図２は、従来技術の波長デフラグメンテーションを説明する図である。 図３は、従来技術の波長デフラグメンテーション制御を説明する図である。 図４は、本発明の光通信ノードの概略構成を示す図である。 図５は、本発明の光通信ノードのポンプ光発生手段の構成を示す図である。 図６は、ポンプ光発生手段における各部のスペクトルを示す図である。 図７は、本発明の光通信ノードの波長変換手段の構成を示す図である。 図８は、波長変換手段における各部のスペクトルを説明する図である。 図９は、２つの光信号を入れ替える波長変換の動作を説明する図である。 図１０は、実施例１のＭ×ｐＷＳＳの構成および動作を示す図である。 図１１は、実施例２で使用されるＬＣＯＳの構成を説明する図である。 図１２は、空間ビーム変換器の回路要素の概略を示す図である。 図１３は、実施例３の３つのＷＳＳを集積する光学系の光路図である。 図１４は、実施例４の光通信ノードの構成を示す図である。 図１５は、実施例５の光通信ノードの構成を示す図である。 図１６は、実施例６の光通信システムの構成を示す図である。 図１７は、受信端ノードにおける位相同期手順のフローを示す図である。 図１８は、実施例７の光通信システムの構成を示す図である。

本発明の光通信ノードは、波長デフラグメンテーションのための新規な構成を提供する。通信ノード内における、入力ポート（経路切り替えのための分波用ＷＳＳおよびＡｄｄポート）および出力ポート（合波用ＷＳＳ）間のパスの途中に、少なくとも１つの波長変換手段を設ける。ある入力ポートから複数の方路へ向けた出力ポートまでのパスの内で、一部のパスは直接接続であり、残りの一部のパス上に波長変換手段が設けられる。すべてのパスに波長変換手段を備えても良い。波長変換手段に対しては、ポンプ光発生手段から、波長変換のために使用するポンプ光が供給される。波長変換手段へポンプ光を供給するための効率的で集積化に適したな構成も開示される。

さらに波長切り替えを行う光通信ノードにおける波長デフラグメンテーション動作と、情報データをＤｒｏｐする受信端ノードにおける波長の異なる２つの光信号の位相同期手順を連動させた光通信システム、これら光通信ノードの制御方法も開示される。以下、図面を参照しながら、本発明の光通信ノードの全体構成、その動作および各構成要素の具体的な構成について詳細に説明する。
[光通信ノードの構成]
図４は、本発明の光通信サブシステムの概略構成を示す図である。図４の光通信サブシステム２０は、図１における方路数Ｎ＝３のノードＢやノードＤに対応している。典型的には、光通信サブシステム２０は、例えばＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）システムにおける光通信ノードに対応する。以下、簡単のため図４の光通信サブシステム２０を光通信ノードと呼ぶ。図４の光通信ノードは、従来技術の一般的な光通信ノードの構成に加えて、本発明による波長デフラグメンテーションに必要な機能ブロックを追加した構成を持つ。図４の光通信ノード２０は、方路数Ｎ＝３の光ネットワークノードの構成を例に示すが、方路数Ｎは３だけに限られず、異なる方路数Ｎに適合させスケーラブルに構成できる。

図４において異なる方路の入力（Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３）からの波長分割多重信号（以下ＷＤＭ信号）が、それぞれ分波用波長選択スイッチ２１−１〜２１−３（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）（Ｉｎｇｒｅｓｓ１〜Ｉｎｇｒｅｓｓ３）に入力される。入力されたＷＤＭ信号は、分波用ＷＳＳ２１−１〜２１−３の各々によって波長分波され、波長毎にいずれかの所望の方路（Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ３）に向かってルーティングされる。ルーティングされた光信号は、それぞれの方路（Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ３）の対応する合波用ＷＳＳ２９−１〜２９−３（Ｅｇｒｅｓｓ１〜Ｅｇｒｅｓｓ３）により波長合波される。合波用ＷＳＳ２９−１〜２９−３で波長合波された光信号は、ＷＤＭ信号としてＷＳＳ２９−１〜２９−３の各々の出力（Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ３）より出力される。

上述の光通信ノード２０におけるルーティングにおいて、入力側の分波用ＷＳＳ２１−１〜２１−３と出力側の合波用ＷＳＳ２９−１〜２９−３は、それぞれ図４の点線で示されたパスおよび実線で示されたパスによって接続される。ここで、例えばＩｎ１とＯｕｔ１との間などの同一方路のＷＳＳ間のパスでは、同じ方路に信号をルーティングして光信号を返すことになるので意味が無い。したがって、光通信ノード２０内において、同一方路の分波用ＷＳＳおよび合波用ＷＳＳ間は接続されない。

図４において点線で示されたパス２３−１〜２３−３は、入力側の分波用ＷＳＳおよび出力側の合波用ＷＳＳを直接接続するパスである。これに対し、実線で示された経路（パス）２２−１〜２２−３は、本発明の光通信ノードにおいて新たに加えられるパスであって、各々のパス上に波長変換手段が挿入される。従来技術の光通信ノードでは、方路Ｉｎ１から入力したＷＤＭ信号は、分波用ＷＳＳ２１−１を経由して波長分波され、点線のパス２３−１を経由して合波用ＷＳＳ２９−２、２９−３へと直接接続される。光通信ノード２０において、分波用ＷＳＳ２１−１を経由して波長分波され実線のパス２２−１を経由する場合、波長変換手段２４ａ〜２４ｄをそれぞれ経由して、合波用ＷＳＳ２９−２、２９−３に接続される。分波用ＷＳＳ２１−１で分波された光信号は、波長変換手段２４ａ〜２４ｄにおいて波長変換された後に、合波用ＷＳＳ２９−２〜２９−３を経て所望の方路へルーティングされる。分波用ＷＳＳ２２−２から合波用ＷＳＳ２９−１、２９−３へのパス２２−２、分波用ＷＳＳ２２−３から合波用ＷＳＳ２９−１、２９−２へのパス２２−３に対しても、同様の波長変換手段が設置される。

したがって本発明の光通信ノードは、異なる入力方路からの波長多重信号を分波する複数の分波用波長選択スイッチ２１−１〜２１−３と、前記複数の分波用波長選択スイッチの各々からの分波された光信号を含む波長多重信号を合波する複数の合波用波長選択スイッチ２９−１〜２９−３と、前記複数の分波用波長選択スイッチの各々と、前記複数の合波用波長選択スイッチとの各々との間を相互に接続する複数の経路とを備え、前記複数の合波用波長選択スイッチへ接続される経路２２−１〜２２−３の内の少なくとも１つの経路に対して、波長変換手段が設置されたものとして実施できる。この少なくとも１つの経路は、分波用波長選択スイッチおよび合波用波長選択スイッチの少なくとも１つの組み合わせの経路である。

特定の接続パス（たとえば、Ｉｎ１→Ｏｕｔ２）において、波長変換手段はｑ台設置される。したがって、ｑは、特定の接続パスにおいて波長変換手段を含むパスの数となる。図４の光通信ノードの構成例ではｑ＝２であり、ｑの値は１でも３でも構わないが、ｑが多いほうが光通信ノードで波長デフラグメンテーションを行う際の自由度は高い。光通信ノード２０において、１つの方路の分波用ＷＳＳについて、ｑの値は接続パス（ルーティングする方路）毎に異なっていても良い。また何らかの他の理由によって、光通信ノード２０の一部で、ｑ＝０すなわち波長変換手段が設置されない方路が含まれていても良い。

最も簡単な構成は、図４に示したように、異なる方路間の分波用ＷＳＳおよび合波用ＷＳＳを接続するすべての接続パスにおいて、波長変換手段が設置された同じ数の経路を含めば良い。以下の説明では、図４の構成を前提として、本発明の光通信ノードで使用される波長変換手段の構成について説明する。

[波長変換手段の構成]
図４の光通信ノードにおける波長変換手段２４ａ〜２４ｄとして、全光的波長変換手段を用いることができる。ここで全光的波長変換手段とは、光―電気―光変換（Ｏ／Ｅ／Ｏ変換）を実施せずに、全て光レイヤだけで波長変換を実施するものである。後述するように、本発明の光通信ノードにおける波長変換手段２４ａ〜２４ｄでは、光レイヤの非線形光学現象を利用して波長変換を行う。全光的波長変換手段は、電気レイヤを介在させないため、配備コスト、消費電力、部品の故障率、運用の煩雑さなどあらゆる面でメリットを持つ。

図４を再び参照すると、例えば１つの波長変換手段２４ａに対しては、信号光７８が入力されるとともに、波長変換を生じるためのポンプ光７７が入力される。ポンプ光７７は、複数のポンプ光の１つとして、ポンプ光発生手段２５−１により発生され、Ｍ×ｐ構成のＷＳＳ２６−１を介して、波長変換手段２４ａ〜２４ｄへと入力される。ポンプ光は、励起光とも呼ばれ、ポンプ光発生手段は励起光発生手段に対応する。以下、入力ポート数がＭで出力ポート数がｐ構成のＷＳＳをＭ×ｐ ＷＳＳと呼ぶ。Ｍ×ｐ ＷＳＳ２６−１における出力ポート数ｐは、ｐ＝（Ｎ−１）×ｑとなる。ここでＮを光通信ノードにおける方路数、ｑを１つの方路から他の１つの方路への接続パスにおける波長変換手段を含む経路の最大数とする。

図４においてはｑの値はすべての接続パスで同じであって、Ｎ＝３、ｑ＝２であるから、ポンプ光発生手段におけるＭ×ｐ ＷＳＳ２６−１における出力ポート数ｐは２×２＝４となる。図４の光通信ノードのようにすべての接続パスでｑの数が同じであれば、Ｍ×ｐ ＷＳＳのすべてのポートを過不足なく利用できる。Ｍ×ｐ ＷＳＳ２６−１における入力ポート数Ｍについては、後述する。図４の本発明の光通信ノードにおいては１つの分波用ＷＳＳからの接続パスに対して、１つのポンプ光発生手段からポンプ光が供給される構成とした。図１４では、別の構成でポンプ光を供給する光通信ノードが説明される。

全光的波長変換手段としては、光ファイバや非線形結晶における四光波混合を用いた波長変換を用いることができる。加えて、半導体光増幅器の相互利得変調を用いても構わない。波長変換を行う手段としては、電気レイヤを介在させるため消費電力が増える欠点はあるが、全光的波長変換手段を用いないで、ＯＥ変換およびＥＯ変換を伴うものであっても良い。この場合は、ポンプ光発生手段２５−１〜２５−３およびＭ×ｐ ＷＳＳは不要となる。次に、波長変換手段とともに使用されるポンプ光発生手段のより具体的な構成について説明する。

[ポンプ光発生手段の構成]
図５は、本発明の光通信ノードにおけるポンプ光発生手段のより具体的な構成を示す図である。図５に示したポンプ光発生手段（励起光発生手段）は、励起光生成部２５ａおよび励起光周波数シフト部２５ｂからなる。図５に示したポンプ光発生手段には、図４におけるＭ×ｐ ＷＳＳ２６−１〜２６−３が、励起光選択分配部２６として含まれている。図５の励起光生成部２５ａでは、まずレーザダイオード光源ＬＤ４１により出力された連続光（ＣＷ光）は、ガスセル４２を経由してフォトディテクタＰＤ４３へと入力される。ＰＤ４３により受光された光信号は、電気信号に変換されて、制御回路４４に入力される。制御回路４４は、ＬＤ４１への注入電流を制御する機構を持っている。したがって、ＬＤ４１、ガスセル４２、ＰＤ４３および制御回路４４は、ＬＤ４１からの出力波長を制御するフィードバックループを形成する。本ループにおいてＬＤ４１への注入電流に微弱な変調を加えることによって、ガスセル４２の吸収線にＬＤ４１の発振波長をロックする制御ループが構成される。結果として、点６０において、ＬＤ４１から出力光の発振波長は非常に精密に所望の波長へとロックされる。

ＬＤ４１から出力されたＣＷ光の一部は強度変調器４５により、周波数ｆで強度変調され、点６１においてパルスが生成される。生成されたパルス光は、エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ: Erbium Dopedoptical Fiber Amplifier）４６で増幅された後に、高非線形ファイバＨＮＬＦ４７へと入力される。ＨＮＬＦ４７では、点６２において、自己位相変調によってスーパコンティニュウム光（周波数コム）が生成される。ここで周波数コムの周波数間隔は、周波数ｆである。

ＨＮＬＦ４７で発生した周波数コムは、１×Ｍ ＷＳＳ４８によって、周波数コム光の中から所望のポンプ周波数の１つのＣＷ光が選択される。点６３において、選択されたＣＷ光がＳＳＢ（Single Side Band）変調器４９へ入力される。したがって、１×Ｍ ＷＳＳ４８は、周波数コム光をコム周波数毎に単一のＣＷ光へ空間的に分波するコム分離手段として機能する。１×Ｍ ＷＳＳ４８の出力においては、最大Ｍ個のＳＳＢ変調器が並列に備えられる。変調周波数Δｆで駆動されたＳＳＢ変調器４９では、入力されたＣＷ光の周波数を微調整する。微調整されたＣＷ光は、ＥＤＦＡ５０で増幅された後に、周波数シフト部２５ｂから出力される。並列に備えられた最大Ｍ個のＳＳＢ変調器における変調周波数Δｆは、それぞれ異なって良い。

周波数シフト部２５ｂからの最大Ｍ個の微調整されたＣＷ光は、励起光選択分配部２６において、まずＭ×１ ＷＳＳ５２によって合波される。さらに、１×ｐ ＷＳＳ５３によって分波されて、所定の出力ポート５４ａ〜５４ｄに希望の波長のＣＷ光である励起光として出力される。出力ポート５４ａ〜５４ｄの何れかに出力された所望の波長のＣＷ光は、図４におけるポンプ光発生手段からのポンプ光として、波長選択手段に供給される。出力ポート５４ａ〜５４ｄは、図４の波長変換手段２４ａ〜２４ｄに接続される接続端子であり、前述のＣＷ光は、波長変換手段２４ａ〜２４ｄにそれぞれ入力される。周波数シフト部２５ｂのＥＤＦＡ５０から出力されたＣＷ光は、励起光選択分配部２６を経由せずに、その一部を分岐して、分岐光５１をポンプ光発生手段２５−１〜２５−３のポンプ光としても良い。

したがって、ポンプ光発生手段すなわち励起光発生手段は、ＣＷ光から周波数コム光を発生する励起光生成部２５ａと、前記励起光生成部で発生した前記周波数コム光を、コム周波数毎に単一のＣＷ光へ空間的に分波するコム分離手段４８と、前記分波された単一のＣＷ光の周波数をシフトする複数の周波数シフト部（ＳＳＢ変調器）４９と、前記複数の周波数シフト部の各々からの前記周波数をシフトされたＣＷ光を合波し、空間的に分波する励起光選択分配手段５２、５３とを含むものとして実施できる。

図６は、ポンプ光発生手段におけるポンプ光発生過程をスペクトルで示した図である。以下の説明における各点は、図５のポンプ光発生手段の点６０〜６６ｄに対応する。波長制御ループの出力である点６０において、ガスセルの吸収スペクトルの１つに、ＬＤ４１の発振波長がロックされ、ＣＷ光として出力される。強度変調器４５の出力である点６１では、ＣＷ光が強度変調されることによって側帯波を発生する。強度変調された光波がＥＤＦＡ４６で増幅された後、高非線形ファイバ中の自己位相変調により、スーパコンティニュウム（Supercontinuum）光を生成する。その結果、ＨＮＬＦ４７の出力である点６２では、スペクトルは非常に広い帯域に渡る周波数コム光６７となる。ここで周波数コム光の間隔は、強度変調周波数ｆである。

周波数シフト部２５ｂの１×Ｍ ＷＳＳ４８出力である点６３において、周波数コム光６７のうち所望のスペクトルを、１×Ｍ ＷＳＳ４８の各出力ポートに一波ずつ出力する。点６３では、ＣＷ光６８のまま出力される。このＣＷ光はＳＳＢ変調器４９の出力である点６４において、周波数がΔｆだけシフトされ、微調整されたものとなる。さらにＭ×１ ＷＳＳ５２の合波出力である点６５において、異なるＳＳＢ変調器からの複数のＣＷ光が合波される。図６では、３波が合波された状態を示している。最終的に１×ｐ ＷＳＳ５３の出力ポートの各点６６ａ〜６６ｄにおいて、周波数シフトされた、所望の波長のＣＷ光であるポンプ光が１つずつ分配される。１×ｐ ＷＳＳ５３の各出力ポートには異なるＳＳＢ変調器からのＣＷ光が一波ずつ分配、出力されるが、図６に示したように、同一の波長のポンプ光６９−１、６９−２を複数の出力ポートに分配しても構わない。図６では、１×ｐ ＷＳＳ５３の２つの出力ポート５４ｂ、５４ｄに同一の波長のＣＷ光６９−１、６９−２を出力する例を示した。分配出力の方法は、後述の実施例で詳細に説明する。

図５に示したポンプ光発生手段では、励起光選択分配部２６におけるＭ×１ ＷＳＳ５２の波長フィルタ機能により、必要とする波長のポンプ光をＣＷ光として抜き出すことができる。したがって、図５における周波数シフト部２５ｂのＳＳＢ変調器４９は、両側帯波を発生する位相変調器または強度変調器に置き換えても良い。すなわち、ＳＳＢ変調器４９の代替変調器において発生した不要側帯波および搬送波は、Ｍ×１ ＷＳＳのフィルタ機能により除去することもできる。次に、図４の光通信ノードにおける波長変換手段２４ａ〜２４ｄの具体的な構成について説明する。

[波長変換手段の構成]
図７は、本発明の光通信ノードにおける波長変換手段の構成例を示す図である。波長変換手段２４は、ポンプ光７７および信号光７８を合流する光合流器７０と、信号光の波長を変換する非線形光学媒質７２とからなる。光合流器７０で合流されたポンプ光および信号光の強度が非線形現象を発生するのに不十分な場合は、ＥＤＦＡ７１により光増幅した後に非線形光学媒質７２に入力することができる。

光合流器７０としては、光方向性結合器や波長選択スイッチを用いることができる。また非線形光学媒質７２としては、高非線形光ファイバや周期分極反転ＬｉＮｂＯ₃導波路または半導体光アンプ等を用いることができる。さらに、本発明の光通信ノードの各要素においてＥＤＦＡとして説明した光増幅器は、代わりに半導体光アンプを用いても良い。

図８は、本発明の光通信ノードの波長変換手段における各部のスペクトルを説明する図である。以下の説明の各点は、図７の波長変換手段２４の点７３〜７６に対応する。波長変換手段の２つの入力である点７３、７４において、相異なる波長のポンプ光８１および信号光８２がそれぞれ入力される。光合流器７０の出力である点７５において、上述の２波が合波される。次いで、点７６において、非線形光学媒質７２により縮退四光波混合によりアイドラ光８４を発生する。ポンプ光８１の光周波数をｆｐ、信号光８２の光周波数をｆｓとすると、アイドラ光８４の光周波数ｆｉは次式で表される。
ｆｉ＝２ｆｐ−ｆｓ 式（１）
また非線形光学媒質７２では、ｆｉの発生と同時に信号光をポンプ光とし、ポンプ光をプローブ光として生じたアイドラ光８３も同時に発生する。

図４の光通信ノードにおける波長変換手段２４ｃ、２４ｄは、図４の光通信ノードにおける合波用ＷＳＳ２９−２（Ｅｇｒｅｓｓ２）に接続される。合波用ＷＳＳ２９−２のフィルタリング機能により、図８に示した元のポンプ光８１、信号光８２および不要なアイドラ光８３は除去され、波長変換された後の光信号８４（アイドラ光）だけが合波用ＷＳＳ２９−２の出力ポートである点８０−２へと出力される。図８では波長変換動作の説明のためにアイドラ光８４のみのスペクトルを示したが、図４の点８０−２では波長変換されずに伝送される光信号や、他の波長に変換された光信号が合波されて出力される。

[複数の波長の光信号の波長変換のための構成]
前述の図８のスペクトルの説明では、ポンプ光を光通信ノードの特定の１つの波長の光信号の波長変換だけに用いる例を示した。しかし図５に示したポンプ光発生手段を用いると、本発明の光通信ノード２０において複数の波長の光信号の波長変換を同時に行うのに用いることも可能である。図５のポンプ光発生手段では、周波数コム光６７から１つのＣＷ光を１×Ｍ ＷＳＳ４８で選択し、複数のＳＳＢ変調器を並列して独立して動作させ、同時に異なる波長のポンプ光を出力できるからである。これは異なる２つの光信号の波長を相互に入れ替える場合に効果的である。すなわち、ｆｓ２の光周波数を持つ光信号がｆｓ４に変換され、ｆｓ４の光周波数を持つ光信号がｆｓ２に変換されるような場合に適用できる。

図９は、２つの光信号の波長変換を一括で行う場合と、図５に示したポンプ光発生手段で波長変換を分割して行う場合の動作を比較して説明した図である。図９の（ａ）は、図７の波長変換手段の非線形光学媒質７２へ、周波数ｆｓ２の光信号およびｆｓ４の光信号を一括して導入して波長変換を行う場合の動作を説明する。光合流器７０の出力である点７５では、周波数ｆｐのポンプ光を含めて３つの波長が存在する。非線形光学媒質７２の出力である点７６における光スペクトルは、ｆｓ２の信号光の残留成分および変換後のｆｉ４が混合している。同様に、ｆｓ４の信号光の残留成分および変換後のｆｉ２が混合している。これらの混合した信号は、それぞれ同一波長であるため、光通信ノード２０の例えば合波用ＷＳＳ２９−２の出力ポートである点８０−２で、ＷＳＳ２９−２のフィルタリング機能では分離できない。

図９の（ｂ）は、図５に示したポンプ光発生手段において、同一波長のＣＷ光６９−１、６９−２で波長変換を行う動作を説明する図である。図９の（ｂ）に示すように、ｆｓ２→ｆｉ２（＝ｆｓ４）の変換およびｆｓ４→ｆｉ４（＝ｆｓ２）の変換を、同一波長のＣＷ光６９−１、６９−２を使い、別個の波長変換手段で行う。この場合は、図９の（ａ）で説明した一方の信号光の残留成分と他方の信号光の変換光成分の混合を避けることができる。すなわち、ｆｐの光周波数をもつポンプ光６９−１、６９−２を、１×ｐ ＷＳＳ５３の出力ポート５４ｂ、５４ｄにそれぞれ分配し、波長変換手段２４ｄ、２４ｂで個別に行う。

図９の（ｂ）の上側の図には、波長変換手段２４ｄにおいて信号光ｆｓ２をｆｓ４に変換する場合を示す。ポンプ光ｆｐおよび元の信号光ｆｓ２の残留成分の不要信号８５は合波用ＷＳＳ２９−２でフィルタリングされ、点８０−２において波長変換後の信号光ｆｓ４のみが抽出される。図９の（ｂ）の下側の図には、波長変換手段２４ｂにおいて信号光ｆｓ４をｆｓ２に変換する場合を示す。波長変換手段２４ｄの場合と同様に、不要信号８６は合波用ＷＳＳ２９−３でフィルタリングされ、点８０−３において波長変換後の信号光ｆｓ４のみが抽出される。このように、本発明の光通信ノード２０では、２つの信号光の波長を入れ替えることも簡単にできる。ここでは２波に対する波長入れ替えの例を示したが、３つ以上の信号光の相互の波長変換に対して同一波長の３つのポンプ光を用いることも可能である。ここで説明した１×ｐ ＷＳＳ５３の２つの出力ポートの点６６ｂ、６６ｄで同一波長のＣＷ光を出力することは、実施例２で後述する波長選択スイッチのブロードキャスト機能を用いて実現される。

図４に示した本発明の光通信ノードにより、従来技術と比べて、より柔軟で簡単な波長デフラグメンテーションが実現できる。送信ノードにおける送信器の周波数を変えずに、光通信ノード内の経路上で波長変換を行うことで、複数の通信ノード間に渡って必要であった面倒で複雑な制御が大幅に簡略化される。波長変更についての情報が受信ノードで知られていれば、予め受信ノードの受信器側で変更後の周波数（波長）に局部発振器の周波数を変更しておくことができる。ポンプ光発生手段でも、波長変更の実施の前に予め所定の周波数のポンプ光を準備しておけば良い。入力側ＷＳＳおよび出力側ＷＳＳの透過波長の設定を変更すれば、即座に光信号の波長変更を実施できる。受信ノード側では、変更前の波長による受信と、変更後の波長による受信を並行して行うこともできる。したがって、通信の中断を生じなくとも波長変更ができる。

次に、本発明の光通信ノードにおいて、各構成要素を集積化したＷＳＳを用いて実現したより具体的な実施例を説明する。

図４に示した本発明の光通信ノードにおけるＭ×ｐ ＷＳＳ２６−１〜２６−３は、図５に示したＭ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３を縦続接続することで実現される。一般に多入力多出力のＷＳＳでは、入力ポートへの波長がすべて異なる場合、図５のように２つのＷＳＳの共通ポート（合波側のポート）を接続できる。入力ポートへの波長がすべて異なれば波長衝突は起こらず、スイッチとして内部閉塞しない。図５における励起光生成部２５ａおよび周波数シフト部２５ｂでは、周波数シフト部２５ｂのＭ×１ ＷＳＳ５２への入力は原理的にすべて異なるので、内部閉塞は発生しない。Ｍ×ｐ ＷＳＳ２６−１〜２６−３と同様の機能のＷＳＳは、１つの合波ポートを有する通常の１×（Ｍ＋ｐ−１）構成のＷＳＳを用いても実現可能である。

図１０は、本発明の光通信ノードにおける励起光の選択配分のためのＭ×ｐ ＷＳＳの構成例を示した図である。単一の１×（Ｍ＋ｐ−１）構成のＷＳＳを、図４に示したＭ×ｐ構成のＷＳＳとして用いる例を示している。図１０の１×（Ｍ＋ｐ−１）構成のＷＳＳは、（Ｍ＋ｐ）個の入出力ポート１０１、回折格子１０２、シリンドリカルレンズ１０３、１０４および偏向素子１０５から構成される。図１０は、光の進行方向であるｚ方向を図面の横方向として、入出力ポート１０１の配列面（ｘ−ｚ面）を見た図と、これに直交する側面（ｙ-ｚ面）を見た図からなる。（Ｍ＋ｐ）個の入出力ポート１０１の内、Ｍ個を入力ポート１０１ａとして、ｐ個を出力ポート１０１ｂとして用いる。Ｍ個の入力ポート１０１ａには、それぞれ異なる波長のＣＷ光が入力される。たとえば、入力ポート１０１−２より入力されたＣＷ光は、一点鎖線の光路に沿って伝搬する。このＣＷ光は、まず回折格子１０２によって波長分波され、ｙ−ｚ平面内でＣＷ光の波長に対応した方向に分散される。ＣＷ光は、さらにシリンドリカルレンズ１０３によりｘ−ｚ平面内に屈折され、続いてシリンドリカルレンズ１０４によりｙ−ｚ平面内で屈折され、最終的に偏向素子１０５に到達する。

Ｍ個の入力ポートの内の他の入力ポート、例えば入力ポート１０１−３より入力されたＣＷ光は、点線の光路に沿って伝搬する。このＣＷ光は、入力ポート１０１−２に入力されたＣＷ光とは異なる波長を持つため、回折格子１０２で異なる方向に分散される。入力ポート１０１−４より入力されたＣＷ光も同様に回折格子１０２によって、上述の２つのＣＷ光とは異なる方向に分散される。異なる入力ポートから入力されたＣＷ光はすべて異なる波長を有するため、各ＣＷ光は、最終的に偏向素子１０５上でｙ方向の異なる位置に着弾する。偏向素子１０５は、ｐ個の出力ポート１０１ｂのうち所望のポートに出力するように各ＣＷ光を偏向する。偏向された各ＣＷ光は、シリンドリカルレンズ１０４、１０３および回折格子１０２を通過し、ｐ個の出力ポート１０１ｂのいずれかに出力される。

上述のように、図５に示したＭ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３を構成する多入力多出力のＭ×ｐ ＷＳＳは、１つの合波ポートを有する、単一の１×（Ｍ＋ｐ−１）構成のＷＳＳを図１０のように構成することで実現できる。

図５に示したポンプ光発生手段では、１×ｐ ＷＳＳ５３の２つの２つの出力ポート（点６６ｂ、６６ｄ）へ同一波長のＣＷ光を出力の方法について言及した。本実施例では、偏向素子のブロードキャスト機能を使ってＭ×ｐ ＷＳＳの異なる出力ポートから同一波長のＣＷ光を出力する構成が説明される。本実施例におけるＷＳＳの偏向素子としては、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）を用いる。ＬＣＯＳは、各々が個別に制御可能なピクセル状の位相変調素子を、２次元に配置した空間位相変調素子である。

図１１は、本実施例の励起光の選択配分のためのＭ×ｐ ＷＳＳで使用されるＬＣＯＳの構成を説明する図である。図１０に示したＬＣＯＳ１０５において、２次元に配置された位相変調素子（ピクセル）により表示される位相パターンと、ＬＣＯＳ１０５へ入射するＣＷ光のビームとの関係を示している。図１１の左側にはＬＣＯＳ上に２次元に配置されたピクセルを見ており、３つのＣＷ光が入射し、各々のＣＷ光のビーム面１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃが描かれている。このとき各ＣＷ光は、ｘ方向についてはその中心位置１０５ａに、ｙ方向についてはそれぞれ異なる位置に着弾する。

それぞれのＣＷ光がＬＣＯＳ上で占める領域にあるピクセルによって、異なる位相変調パターンを表示することができる。例えば、一点鎖線で示したＣＷ光のビーム面１０６ａがカバーする領域１０６−２には位相パターン１０７−２を表示する。同様に、点線で示したビーム面１０６ｂがカバーする領域１０６−３には位相パターン１０７−３を、実線で示したビーム面１０６ｃがカバーする領域１０６−４には位相パターン１０７−４を、表示する。

各位相パターンは、位相値が２πで折り返される、のこぎり状のパターンであり、そのパターン周期によって入射光の偏光方向が調整される。例えば、位相パターン１０７−２は一定のパターン周期Λ１を有しており、ビーム面１０６ａのＣＷ光はすべて同一の方向に偏向される。位相パターン１０７−３は、中心線１０５ａを境としてパターン周期Λ２およびΛ３の位相パターンからなる。このとき、パターン周期Λ２の領域に入射したＣＷ光１０６ｂの成分と、パターン周期Λ３の領域に入射したＣＷ光１０６ｂの成分はそれぞれ異なる方向に偏向される。位相パターン１０７−４は、パターン周期がΛ４、Λ５、Λ６の３つの成分からなっており、それぞれの領域に入射したＣＷ光１０６ｃの成分はそれぞれ異なる方向に偏向される。

上述のように、ＬＣＯＳ１０５に入射するＣＷ光のビーム面がＬＣＯＳ上の領域で分割されるようＣＷ光を入射させ、各領域の異なる位相パターンにより偏向することで、１つのＣＷ光を、図１０のＭ×ｐ ＷＳＳの異なる出力ポートに導くことができる。すなわち、図５における１×ｐ ＷＳＳ５３の異なる２つの出力ポートに同一波長のＣＷ光を出力し、２つの波長変換手段に導入することが可能になる。

本実施例では、図５におけるポンプ光発生部における各波長合分波器の具体的な構成例について説明する。図５に示したポンプ光発生部では、波長合分波機能を備えたＷＳＳとして、１×Ｍ ＷＳＳ４８、Ｍ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３の三台が必要とされる。先の実施例２では、励起光選択配分のためのＭ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３を単一の光学系で実現する構成を説明した。本実施例では、さらに１×Ｍ ＷＳＳ４８を加えて、３台のＷＳＳを単一の光学系に集積する構成を説明する。

ＷＳＳの集積化の詳細を説明する前に、空間ビーム変換器（ＳＢＴ：Spatial Beam Transformer）について説明する。ＳＢＴは光導波路素子に形成される回路要素であり、ＷＳＳの集積化を進めるための重要な構成要素である。

図１２は、空間ビーム変換器の構成の概略を示す図である。ＳＢＴ２００は、基板上に形成された複数の入力導波路２０１、スラブ導波路２０２、およびアレイ導波路２０３からなる。入力導波路２０１に入力された光信号は、スラブ導波路２０２において基板面に平行な面内で広がりながら、アレイ導波路２０３に到達する。アレイ導波路２０３は、隣合う導波路間でそれぞれの光路長が等しくなるように構成されている。アレイ導波路２０３に到達した光信号は、その波面を保ったまま、チップ端２０４から自由空間に出力される。ここで、入力導波路２０１の内のいずれの導波路から光信号を入力するかによって、チップ端２０４から出力される光信号の自由空間での波面の向きが決定される。例えば、入力導波路２０１ａから入力された光信号は光線２０５ａの向きへ、入力導波路２０２ｂから入力された光信号は光線２０５ｂの向きへと出力される。

図１３は、本発明の光通信ノードで用いられるポンプ光発生手段における３つのＷＳＳを集積した光学系の光路図である。図１３に示した光学系では、図５における１×Ｍ ＷＳＳ４８、Ｍ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３の３つのＷＳＳを集積する。以下の説明では、図１３の光路図は、光の進行方向ｚ方向を図面の横方向として、Ｍ＋ｐ個の入出力ポートの配列面（ｘ−ｚ面）を見た図と、これに直交する側面（ｙ-ｚ面）を見た図からなる。本実施例の集積化したＷＳＳでは、入出力ポートとして、ＳＢＴ回路要素を少なくともＭ＋ｐ個含んだ光導波路チップ３０１を用いる。

まず、複数のＣＷ光を分離するコム分離手段である１×Ｍ ＷＳＳ４８としての動作を説明する。入力ポート３０１ｂから入力されたＣＷ光３００ｂは、ＳＢＴ回路要素３０２ｂを経由して、点線３０３ｂの光路方向に自由空間へ出力される。このＣＷ光は、回折格子１０２で波長分波された後、シリンドリカルレンズ１０３、１０４を介して偏向素子１０５へと到達する。偏向素子１０５は実施例２と同じく、ＬＣＯＳ素子を用いるのが好ましい。前述のようにＣＷ光３００ｂは、ｘ軸方向には光線３０３ｂの方向に傾いて自由空間に出力されている。このため、ＬＣＯＳ素子上でも光軸との交点１０５ａからｘ方向にオフセットした位置１０５ｂに着弾する。

偏向素子１０５は、ＳＢＴ回路要素群３０５の内で、ＣＷ光の波長毎に所望の出力ポートを構成するいずれか１つ（ＳＢＴ回路要素３０５ｂ）の方向へ、ＣＷ光を偏向して、点線３０４ｂの光路を進む。図１３に示した集積化したＷＳＳでは、基本的には１つのＳＢＴ回路要素において、１つの波長のＣＷ光が出力される。図５における、周波数シフトのためのＳＳＢ変調器４９による周波数調整量Δｆが同じである信号は、まとめて同一の出力ポートに出力しても構わない。図１３の光路図の例では、偏向素子（ＬＣＯＳ）１０５により偏向されたＣＷ光のうち、点線で示される波長の光信号は光線３０４ｂの方向への伝搬し、ＳＢＴ回路要素３０５ｂを介して出力ポート３０６ｂより出力される。

励起光選択分配部であるＭ×ｐ ＷＳＳ（Ｍ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３）としての動作は、以下のとおりである。ＳＢＴ回路要素群３０５に接続された入力導波路のうち、１×Ｍ ＷＳＳ４８の出力ポートとして用いない導波路に、例えばＳＢＴ回路要素３０５ｂにＣＷ光が入力される。このＣＷ光は、図５における周波数シフト部２５ｂの複数のＳＳＢ変調器の内の１つからのＣＷ光となる。入力されたＣＷ光３００ｃは、ＳＢＴ回路要素３０５ｂの端部から実線３０３ｃ方向に自由空間へ出力される。ＣＷ光３００ｃは、回折格子１０２、シリンドリカルレンズ１０３、１０４を介して、ＬＣＯＳ１０５上の点１０５ｃに着弾する。ここで着弾位置１０５ｃは、上述のＣＷ光３００ｂの場合と同様の理由により、光軸とＬＣＯＳ１０５の交点１０５ａとは異なる。空間への出射方向である光線３０３ｂおよび光線３０３ｃは異なる方向であるため、２つの着弾位置の点１０５ｂおよび点１０５ｃも異なる点となる。したがって、ＬＣＯＳ１０５で、ｘ方向について点１０５ｂおよび点１０５ｃの近傍でそれぞれ異なる位相パターンを表示することで、１×Ｍ ＷＳＳ４８およびＭ×ｐ ＷＳＳを、１つの光学系に集積することが可能となる。ＣＷ光３００ｃは、最終的にＳＢＴ回路要素群３０７のいずれか１つに接続された出力導波路に出力される。図１３では、出力ポート３０７ｃから出力される。

上述のように、本実施例の構成により、図５に示したポンプ光生成手段において必要な３つのＷＳＳ（１×Ｍ ＷＳＳ４８、Ｍ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３）を、単一の光学系に集積することができる。すなわち、コム分離手段である波長選択スイッチ１×Ｍ ＷＳＳ４８を、多入力多出力の波長選択スイッチ（Ｍ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３）と同一の光学系を共有することができる。本発明の光通信ノードにおいて追加されるポンプ光生成手段における構成要素を効率的に集積化して、光通信ノードにおけるノード装置の小型化を実現することができる。

図４に示した本発明の光通信ノードでは、入力方路毎に波長変換手段および対応するポンプ光発生手段を有する構成を説明した。すなわち、入力方路Ｉｎ１の分波用ＷＳＳ２２−１からの経路（パス）２２−１に対して、ポンプ光発生手段２５−１およびＭ×ｐ ＷＳＳ２６−１を備えていた。同様に、入力方路Ｉｎ２の分波用ＷＳＳ２２−２からの経路２２−２に対して、ポンプ光発生手段２５−２およびＭ×ｐ ＷＳＳ２６−２を備えていた。入力方路Ｉｎ３の分波用ＷＳＳ２２−３からの経路２２−３でも同様である。しかしながら、ポンプ光の強度が十分であれば、異なる方路間に渡って１つのポンプ光発生手段からポンプ光を供給することもできる。

図１４は、本発明の光通信ノードの別の構成例を示す図である。図１４の光通信ノード４００では、１つのポンプ光発生手段２５からＭ×ｐ ＷＳＳ４０１を介してポンプ光が３つの方路（Ｉｎ１〜Ｉｎ３）すべての波長変換手段に供給される。方路Ｉｎ１における波長変換手段２４ａ〜２４ｄだけでなく、方路Ｉｎ２、Ｉｎ３のすべての他の波長変換手段へ、Ｍ×ｐ ＷＳＳ４０１の出力ポートが接続される。したがって、Ｍ×ｐ ＷＳＳ４０１におけるポート数ｐはこの光通信ノードにおける波長変換手段の総数と等しい。

本実施例の光通信ノードでは、ｐと波長変換手段の数が等しい例を示したが、ｐの数値はこの例に限定されない。複数の方路に対応する波長変換手段に対して単一のポンプ光発生手段でポンプ光を供給することで、光通信ノードにおける装置の小型化、低コスト化を実現できる。

上述の各実施例の光通信ノードでは、波長変換手段は複数の分波用波長選択スイッチの各々と、複数の合波用波長選択スイッチとの各々との間を相互に接続する複数の経路の少なくとも１つに設置されている。この構成では、間に中継するノードが存在しない隣接する２つのノード間には適用できない。しかしながら、光通信ノードのＡｄｄポートからの光信号に対して、直ちに波長変換を行いたい場合もあり得る。本実施例では、Ａｄｄされる光信号における波長断片化が激しい場合などに好適な光通信ノードの構成を提示する。

図１５は、本発明の光通信ノードのさらに他の構成を示した図である。図１５の光通信ノード５００は、図１４に示した光通信ノード４００に対して、さらにＡｄｄポート２８からの経路上に波長変換手段を追加している。他の構成は図１４と同じであるので、相違点についてのみ説明する。図１５の光通信ノードは、Ａｄｄポート２８から３つの合波用波長選択スイッチ２９−１〜２９−３の各々へ、それぞれ２つの経路５０３が構成されている。各経路５０３上には、波長変換手段２４ｅ〜２４ｊが設置される。入力方路および出力方路間の経路、並びに、Ａｄｄポート２８からの経路５０３上のすべての波長変換手段に対して、１つのポンプ光発生手段２５からＭ×ｐ ＷＳＳ５０１を介してポンプ光が供給される。図１５では、Ｍ×ｐ ＷＳＳ５０１の出力５０２から波長変換手段２４ｅ〜２４ｊへポンプ光が供給される。

本実施例の光通信ノードでは、方路Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３だけでなく、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３に接続される経路上に存在するすべての波長変換手段へ、Ｍ×ｐ ＷＳＳ４０１の出力ポートが接続される。したがって図１５の構成の場合は、Ｍ×ｐ ＷＳＳ５０１におけるポート数ｐはこの光通信ノードにおける波長変換手段の総数と等しく、出力ポート数ｐは、ｐ＝Ｎ×ｑとなる。尚、本実施例の光通信ノードでは、励起光選択分配部２６のポート数ｐと波長変換手段の数が等しい例を示したが、ｐの数値はこの例に限定されない。励起光選択分配部２６における空きポートを許容すれば、どのようなポンプ光発生手段の数や組み合わせ方法で、各波長変換手段へポンプ光を供給しても良い。

Ａｄｄポートを含む複数の方路に対応する波長変換手段に対して単一のポンプ光発生手段でポンプ光を供給することで、光通信ノードにおける装置の小型化、低コスト化を実現できる。すなわち、複数の合波用波長選択スイッチへ接続される経路の内の少なくとも１つの経路であって、前記複数の合波用波長選択スイッチへ接続されるＡｄｄポートからの経路に波長変換手段が設置されている。

Ａｄｄポート２８上の経路に対しても波長変換手段を備えることで、送信器の直後で波長変換することになるが、光通信システム全体でより柔軟に波長を入れ替えることが可能となる。Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３などを通過した光信号における波長断片化の状態より、Ａｄｄされる光信号の波長断片化が激しい場合など、Ａｄｄされる光信号の波長変換を実施して波長デフラグメンテーションを行う方が変換される波長数が少なくて済む場合がある。このため、図１４に示した実施例の構成に加え、本実施例のようにＡｄｄポートの経路上で波長変換を可能とすることで、さらに柔軟な波長デフラグメンテーションが実現できる。本実施例のＡｄｄポートに対しても波長変換手段を備える構成は、当然に、最初に説明した図４の光通信ノードの構成にも適用できる。

本発明により、従来技術と比べて、より柔軟かつ簡単な波長デフラグメンテーションが実現できる。送信ノードにおける送信器の周波数を変えずに、光通信ノード内の経路上で波長変換を行うことで、複数の通信ノード間で面倒で複雑な制御が大幅に簡略化される。波長変更についての情報が受信ノードで知られていれば、予め受信ノードの受信器側で変更後の周波数（波長）に局部発振器の周波数変更を行っておけば良い。ポンプ光発生手段でも、波長変更の実施の前に予め所定の周波数のポンプ光を準備しておけば良い。入力側ＷＳＳおよび出力側ＷＳＳの透過波長の設定を変更すれば、即座に光信号の波長変更を実施できる。受信ノード側では、変更前の波長による受信と、変更後の波長による受信を並行して行うこともできる。したがって、通信の中断を生じなくとも波長変更ができる。本発明により追加となるポンプ光発生手段およびポンプ光の選択分配手段などの構成要素は、光平面回路で集積化したＷＳＳを利用することで関連する装置を小型で低コストに実現できる。

上述の実施例１〜５では、柔軟で簡単な波長デフラグメンテーションを実施する光通信ノードの構成について説明した。実際に光通信システムが運用状態にある中で波長デフラグメンテーションを実施するためには、各光通信ノードにおける各デバイスの運用手順が重要となる。したがって本発明は、波長デフラグメンテーションを実施する光通信ノードと、情報データをＤｒｏｐする受信端の光通信ノードから成る光通信システムの側面を持っている。また、以下の実施例では、実施例１〜５の光通信ノードを利用した光通信システムにおいて、通信の信号断を生じさせない光通信ノードの構成および運用手順についても説明する。したがって本発明は、光通信システムにおける光通信ノードの制御方法としての側面も持っている。また、光通信システムにおける光通信ノード間の制御方法を実施する受信端光通信ノードとしての側面も持っている。

図６のポンプ光発生手段や、図８の波長変換手段のスペクトルで説明したように、波長デフラグメンテーションは、非線形光学効果に基づいた全光的波長変換手段である波長変換手段を利用する。非線形光学効果による波長変換では、最終的な変換後の信号光の他に不要な光も発生する。具体的には図８に示したように、信号光８２、ポンプ光８１、およびこれらをプローブ光としたアイドラ光８３、所望の波長変換光であるアイドラ光（信号光）８４が同時に発生する。波長変換を実施するノードにおいては、これらの光の内で、波長変換後の波長のアイドラ光である信号光８４のみを利用して、光通信システムを運用する必要がある。波長変換前の信号光８２を含め、不要な波長のポンプ光８１、非線形光学効果によって生じたアイドラ光８３は、例えば図４の合波用ＷＳＳ２９−１〜２９−３によってブロックされる。

しかしながら、光通信システムが運用状態にある中で光信号の波長を切り替えようとする場合、切り替えの瞬間に通信の途絶が生じてしまう問題があった。ここで、波長変換前の光信号の波長をλ１、波長変換後の光信号の波長をλ２とする。波長変換を実施する光通信ノードおよび光信号をＤｒｏｐする受信端の光通信ノードにおいて、ＷＳＳや他のフィルタなどの各装置に対し、λ１からλ２への波長変更設定を実施すると、再設定に必要な時間の間に通信途絶が発生する。以下、情報データを伝送している光信号をＤｒｏｐする光通信ノードのことを受信端ノードと言う。

上述の通信途絶を避けるために、受信端ノードへλ１およびλ２の異なる波長の２つの光信号を同時に伝送する運用もできる。この場合も、受信端ノード側で、伝送路における波長分散の影響や、受信端ノード内における局内配線（光ファイバ）の長さの違いなどによって、異なる波長の２つの光信号間で受信タイミングにずれが生じる。受信端ノードでは、Ｄｒｏｐした光信号はその波長に対応するトランスポンダー等に接続され、分波用ＷＳＳより後段側の波長分波をした後では、波長に対応する経路ごとに異なる遅延を持ち得る。受信端ノード側で、分波した経路ごとに受信タイミングのずれがある状態で２つの波長間で波長切り替え操作を行えば、信号断やデータ損失は避けられない。したがって、受信端ノードにおいてデータ損失をできる限り回避し情報データの受信を成功させるために、波長の異なる２つの光信号を位相同期させる機構、安定に位相同期を実施する手順が重要となる。

図１６は、本発明の実施例６の光通信システムの構成を示す図である。図１６では、ノードＢ６００およびノードＣ７００の２つの光通信ノードを含む光通信ネットワークの一部の構成を示している。２つの光通信ノード６００、７００間で、データ損失を発生させずに光信号の波長切り替えを実施する。図１６に示した２つの光通信ノード６００、７００は、図１に示した光通信ネットワークのノードの配置状況において、ノードＡからノードＢを経由してノードＣまで情報伝送を行う例を想定している。ノードＢ６００において、実施例１〜５で説明したように光信号の波長を変更する波長デフラグメンテーションを実施する。波長変換後の光信号をノードＣへと伝送し、ノードＣにおいてこの光信号をＤｒｏｐする。したがって、ノードＣ７００が受信端ノードとなる。各ノードにおける方路設定は、以下のとおりである。

ノードＢ６００において分波用ＷＳＳ６０３−２の入力ポートＩｎ２に入力された波長λ１の光信号は、経路６１２上にある波長変換手段６０５において波長λ２に波長変換される。波長変換後のλ２の光信号は、ノードＢの合波用ＷＳＳ６０４−１の出力ポートＯｕｔ１から伝送路６５０へ出力され、受信端ノードＣへ伝搬する。注意すべきは、合波用ＷＳＳ６０４−１のＯｕｔ１からは、波長変換後のλ２の光信号に加えて、後述する位相同期手順が完了するまで、波長変換前のλ１の光信号も同時に出力されていることである。したがって、ノードＢ６００の合波用ＷＳＳ６０４−１は、位相同期手順が完了するまで、波長変換手段６０５が挿入された経路６１２からその出力ポートＯｕｔ１へ、波長変換前後の異なる波長（λ１、λ２）の２つの光信号を出力するよう設定されることに留意されたい。

図８でも説明したように、先の実施例１〜５の光通信ノードでは、元のポンプ光８１、信号光８２および不要なアイドラ光８３は除去され、波長変換された後の光信号８４（アイドラ光）だけが合波用ＷＳＳ２９−２（図４）の出力ポートへと出力されるものとして説明した。本実施例では、後述する位相同期手順が完了するまで、不要としていた波長変換前の波長λ１を持つ元の光信号を利用する。

合波用ＷＳＳ６０４−１の出力ポートＯｕｔ１からの、少なくともλ１およびλ２を含む多重化した光信号は、伝送路６５０を経由して、ノードＣ７００の分波用ＷＳＳ７０３−１の入力ポートＩｎ１へ入力される。Ｉｎ１へ入力された波長λ１およびλ２の２つの光信号を含む多重化光は、分波用ＷＳＳ７０３−１の出力ポートの１つから経路７１０を経て、例えば図１６の各光通信ノードに図示していないトランスポンダーで受信される。ノードＢ６００およびノードＣ７００は、それぞれ図１４に示した実施例４の光通信ノードの構成を持つものとして説明するが、他の実施例の構成の光通信ノードであっても良い。また、各光通信ノードの方路の数や波長の設定は本実施例のものに限られない。

本実施例の光通信ノードは、そのＤｒｏｐポート側のトランスポンダーに至る経路に、波長切り替え処理部８００を備えている。波長切り替え処理部８００によって、実施例１〜５に示した光通信ノードの波長デフラグメンテーションの動作と連動して、データ損失の無い波長切り替えを実現する。波長切り替え処理部８００は、異なる波長λ１およびλ２の２つの光信号を分波する波長分波部（ＤＥＭＵＸ）８０１と、各々の波長の光信号に対する位相調整を行う少なくとも２系統のデータ受信パスと、位相同期制御部８０３と、２系統のデータ受信パスを切り替えて波長切り替えを実施する信号切替部８０６から構成される。

データ受信パスは、それぞれ、ＤＥＭＵＸ８０１から分波された光信号の位相を調整する位相調整部８０２−１、８０２−２、各光信号の位相を推定する位相推定部８０４−１、８０４−２、各光信号の復号を行う受信部８０５−１、８０５−２からなる。次に、受信端ノードよりも上流側にある波長切り替えを行う光の通信のノード（ノードＢ）の波長デフラグメンテーションの動作と連動した、波長切り替え処理部８００のより詳細な動作を説明する。

図１７は、実施例６の光通信ノードにおける波長デフラグメンテーション動作および位相同期手順のフローを示す図である。フロー１０００では、波長切り替えを行うノードＢ６００の動作および受信端ノードＣ７００の波長切り替え処理部８００の動作が合わせて説明される。後述するように、波長切り替え処理部８００では、２つの光信号の位相を推定し、２つの位相差を調整するよう動作する。ここで、用語「位相」は、光通信システムで伝送される光信号における「情報データのタイミング」を意味する。したがって、「位相推定」、「位相同期」、「位相調整」などの用語は、それぞれ「情報データのタイミング推定」、「情報データのタイミング同期」、「情報データのタイミング調整」に置き換えられることに留意されたい。波長デフラグメンテーションを実施して、光信号の波長を切り替える際には、情報データの中断や消失が生じてはならない。受信端ノードにおいて光信号をＤｒｏｐする経路上にある波長切り替え処理部８００は、２つの光信号の情報データのタイミングを一致させるよう動作する。波長変換の前後の２つの光信号は、情報データを運ぶキャリアとしての光の波長（周波数）だけが異なっており、運んでいる情報データの内容は同一である。したがって受信端ノードにおいて、異なる波長の２つの光信号を切り替えるためには、ビットや変調シンボルが同期しているだけでなく、情報データの内容までを考慮して、タイミングを一致させる必要がある。２つの光信号の情報データのタイミングが完全に一致した後で波長を切り替えれば、波長切り替え処理部８００より下流においてデータ損失は発生しないか、または、情報データの利用に支障のない程度の消失に抑えることができる。受信端ノードＣにおける波長切り替え処理部８００を、波長切り替えを行うノードＢにおける波長デフラグメンテーションと連動して動作させ、実施例１〜５の光通信ノードを含む光通信システムをさらに安定して運用できる。

ステップ１００１で、ノードＢにおいて波長デフラグメンテーションを実施するλ１の光信号に対し、経路６１２上の波長変換手段６０５によってλ２の光信号を生成する。上述のように、この段階では、ノードＢの合波用ＷＳＳ６０４−１の出力ポートＯｕｔ１からは、λ１およびλ２の両方の光信号が波長多重化されて同時に出力されている点に留意されたい。

ステップ１００２で、波長変換前のλ１および波長変換されたλ２の各光信号は、受信端ノードＣ７００の分波用ＷＳＳ７０３−１によって分波され、経路７１０にＤｒｏｐされてＤＥＭＵＸ８０１に入力される。ＤＥＭＵＸ８０１としては、例えばアレイ導波路グレーティング（ＡＷＧ：Arrayed-Waveguide Grating）やＷＳＳが多く用いられる。

ステップ１００３で、ＤＥＭＵＸ８０１の異なるポートから出力されたλ１の光信号とλ２の光信号は、それぞれ、位相推定部８０４−１、８０４−２によって光信号の位相が推定される。上述のように、光信号の位相は光信号における情報データのタイミングを意味するので、ここでは２つの光信号の情報データのタイミングがそれぞれ推定される。図１６の波長切り替え処理部の構成では、位相推定部８０４−１、８０４−２の下流側に受信部８０５−１、８０５−２を備えているが、位相推定部において、光信号を分岐して、情報データの少なくとも一部をデコードし、情報データのタイミングを求めても良い。２つの光信号の情報データのタイミングを求める方法としては、様々なものを選択できる。光信号のままで処理したり、一旦電気信号に変換してから処理したりすることできる。また、デコード前の中間周波数における処理や、デコード後の信号における処理、またはこれらの組み合わせによることもできる。後述するように、波長切り替え処理部では位相差分（タイミング差）を求めるため、情報データのタイミングは絶対時間である必要はなく、特定の時間からの相対的タイミングで良い。

ステップ１００４で、上述の２つの位相推定値からλ１の光信号およびλ２の光信号間の位相差分を算出する。この位相差分が、 λ２の光信号に対する位相調整部８０２−２で調整可能な位相の可変範囲を超えているかどうかが判定される。上述のように、位相調整部は、タイミング調整部と言い換えることもでき、位相差分に代えてタイミング差を求め、タイミング調整部８０２−２におけるタイミング調整の可変範囲について判断をしても良い。

ステップ１００１からの段階で、波長切り替え処理部８００における最終段の信号切替部８０６は、波長変換前のλ１の光信号を選択している。８０５−１受信部からのλ１の光信号のデコード出力がさらに後段のトランスポンダーなどに供給され、情報データが伝送されていることに留意されたい。以下に述べるステップ１００３以降の手順によって、λ１の光信号からλ２の光信号へ、データ損失の無い波長切り替えが準備されることになる。ステップ１００４の位相差分が、位相調整部８０２−２の位相調整の可変範囲を超えていなければ（ＮＯ）、フロー１０００はステップ１００５に進む。

ステップ１００５で、位相同期制御部８０３によってλ１およびλ２の２つの光信号が位相同期されるように、すなわち情報データのタイミングが一致するように、λ２の光信号に対する位相調整部８０２−２に与えるべき位相シフト量を求める。求められた位相シフト量を位相調整部８０２−２へ適用し、ステップ１００４で算出された位相差分を解消するように、λ２の光信号の位相シフトを行うフィードバック動作が行われる。位相同期制御部８０３は、タイミング同期制御部として動作することが可能であり、位相シフトはデータ情報のタイミングシフト（タイミング調整）と言い換えることもできる。ステップ１００４における２つの光信号の位相差分が、位相調整部８０２−２による位相調整の可変範囲を超えていれば（ＹＥＳ）、手順はステップ１００８に進む。

ステップ１００８で、位相同期制御部８０３の制御によって、上記のλ２の光信号に対する位相調整の可変範囲を超えた分（残量相当）の位相差を、位相シフト量としてλ１の光信号に対する位相調整部８０２−１に与え、λ１の光信号を位相シフトする。その後、手順はステップ１００３に戻り、再び位相推定部８０４−１、８０４−２によってλ１およびλ２の２つの光信号各々の位相が推定される。ステップ１００８から戻った後の段階では、ステップ１００８で実施されたλ１の光信号に対する位相調整部８０２−１による位相調整によって、λ１の光信号およびλ２の光信号間の当初の位相差は減少している。したがって、ステップ１００８を経由した後のステップ１００４の判断はＮＯとなり、上述のステップ１００５へ進むことになる。

ステップ１００６で、λ１の光信号およびλ２の光信号間の位相差分が、その許容値以下であるかどうかが判断される。位相差分は、λ１の光信号およびλ２の光信号間のタイミング差に置き換えられることは言うまでもない。ここで、位相差分（タイミング差）が許容値を超えていれば（ＮＯ）、ステップ１００９に進む。

ステップ１００９で、位相同期制御部８０３の制御によって、２つの光信号の位相差分を解消するためにλ２の光信号に対する位相調整部８０２−２に与えるべき位相シフト量を計算する。再びステップ１００５に戻って、位相同期制御部８０３の制御の下で、位相調整部８０２−２によってλ２の光信号が位相シフトされフィードバック動作が行われる。ステップ１００９の繰り返し回数は、１回の動作のフィードバックループ制御の位相制御量、ループゲインなどのパラメータによって変わり、位相同期制御部８０３の具体的な制御方法、アルゴリズムに依る。上述の位相差分の許容値は、光通信システムにおける情報伝送のレートや光信号の変調方式に応じて、決定される。情報データの伝送レート（すなわちボーレート）が高い場合や、変調次数が大きい変調方式であれば、位相差分（タイミング差）の許容値を厳しく設定することができる。ステップ１００６で、λ１の光信号およびλ２の光信号間の位相差分が、許容値以下であれば（ＹＥＳ）、手順はステップ１００７に進む。

ステップ１００７で、波長切り替え処理部８００における最終段の信号切替部８０６によって、λ２の光信号を出力するように経路を切り替えて、フロー１０００の手順は完了する。

上述のステップ１００４、１００５およびステップ１００８における手順では、λ１の光信号およびλ２の光信号間の位相差分を解消するために、波長変換後のλ２の光信号に対する位相調整部８０２−２を利用した位相調整を優先している。波長変換前の波長λ１の光信号がオリジナルのデータ情報であり、波長切り替え前から現に情報伝送が行われている光信号であるので、λ１の光信号に対しできる限り不用意に操作を加えないのが好ましいからである。したがって、λ１の光信号の位相調整部８０２−１をできるだけ動作させずに、λ２の光信号の位相調整部８０２−２を優先して調整することが望ましい。ステップ１００８のように、λ１の光信号およびλ２の光信号の位相差分がλ２側の位相変調部８０２−２の動作範囲を超えた場合にのみ、λ１の光信号の位相調整部位相変調部８０２−１を動作させることが望ましい。

したがって本発明は、異なる波長の光信号を多重化して、情報データを伝送する光通信システムにおいて、異なる入力方路からの波長分割多重信号を分波する複数の分波用波長選択スイッチ（６０３−１〜６０３−３）、前記複数の分波用波長選択スイッチの各々からの分波された信号光を含む波長分割多重信号を合波する複数の合波用波長選択スイッチ（６０４−１〜６０４−３）、並びに、前記複数の分波用波長選択スイッチの各々と、前記複数の合波用波長選択スイッチとの各々との間を相互に接続する複数の経路を備え、前記複数の合波用波長選択スイッチへ接続される経路の内の少なくとも１つの経路６１２に対して、波長変換手段６０５が設置された第１の光通信ノード６００と、前記第１の光通信ノードにおいて波長変換される前の第１の光信号と、当該第１の光信号が波長変換された第２の光信号を、波長分波する波長分波手段７０３−１、９０１、並びに、前記第１の光信号および前記第２の光信号の間の情報データのタイミングを推定するタイミング推定部９０４−１，９０４−２、および、前記第１の光信号および前記第２の光信号の間の情報データのタイミング差を減少させるタイミング調整部９０３、９０４−１、９０４−２を含む波長切り替え処理手段９００を備え、前記情報データを運ぶ前記第２の光信号をドロップする第２の光通信ノード７００とを備えた光通信システムとして実施できる。

さらに、上述の光通信システムにおいて、第１の光通信ノードで、波長λ１の前記第１の光信号に対して波長変換を実施し、波長λ２の前記第２の光信号を生成するステップと、前記第２の光通信ノードで、前記タイミング推定部によって前記第１の光信号および前記第２の光信号のタイミングを推定するステップと、前記第２の光通信ノードで、前記第１の光信号および前記第２の光信号のタイミング差が減少するように前記タイミング調整部を動作させるステップと、前記第２の光通信ノードで、前記第１の光信号から、前記第２の光信号へ受信方路を切り替え、前記第２の光信号から前記情報データを取得するステップと、前記第１の光通信ノードおよび前記第２の光通信ノードで、λ１に関わる光パスを削除するステップとを含む位相同期手順を実施する光通信ノードの制御方法としても実施できる。

位相調整部８０２−１、８０２−２における位相の調整精度は、一例として現在導入が進められている１００ＧシステムやＢｅｙｏｎｄ １００Ｇと呼ばれるシステムにおける規格に基づいて時間に換算すると、０．０１〜０．１ｎｓｅｃ程度になる。現在の光通信における情報伝送速度は、２５〜５０×１０⁹ｂａｕｄ程度なので、この伝送速度の逆数相当の位相（タイミング）調整精度が必要となる。また、位相調整の可変範囲は、真空換算で、局内の光ファイバの長さにばらつきがあるとすれば、３０ｎｓｅｃ程度の調整範囲が必要になる。

位相調整部８０２−１、８０２−２、位相同期制御部８０３、位相推定部８０４−１、８０４−２、受信部８０５−１、８０５−２、信号切替部８０６の各々については、独立したデバイスである必要はなく、また光信号のまま扱うデバイスであっても、光信号を電気信号に変換して処理を行うデバイスであっても構わない。特に電気信号に変換して処理を行う場合は、長距離大容量通信の装置に広く利用されているデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＡＳＳＰ（Application Specific Standard Product）などを選択できる。ＤＳＰやＦＰＧＡ等で通信処理用等に既に実装されている位相推定機能などを波長切り替え処理部８００の各要素に利用可能であり、上述の位相同期制御処理をコンパクトに実現できる。

波長切り替え処理部８００の各要素は、図１７で説明した位相同期手順と同様の機能が実現できる限り図１６に示した順序、接続関係で配置される必要はなく、また必ずしも全ての要素を備えている必要もない。例えば、ＤＥＭＵＸ８０１は、光信号のＤｒｏｐを行って、例えばトランスポンダーへ導くために従来技術の光通信ノードで利用される一般的な分波手段であれば良い。波長の数に拠って分波手段はさまざまに構成可能であって、ＤＥＭＵＸ８０１を省略することもできるし、光スイッチとＷＳＳを組み合わせた構成とすることもできる。波長切り替えの前後のλ１とλ２の２つの光信号を、２系統のデータ受信パスへ供給できれば良い。

また、図１６に示した波長切り替え処理部ではＤＥＭＵＸ８０１の出力は２系統のデータ受信パスに接続されるよう構成されているが、図１７の位相同期手順を別の波長の組に対して同時に行えるよう、４系統のデータ受信パスを構成して、２つの異なる波長切り替え動作（λ１→λ２、λ３→λ４）を同時に行うよう構成することもできる。また、信号切替部８０６と、受信部８０５−１、８０５−２との位置を入れ替えて、受信部を１つにすることもできる。さらに、受信端ノードの波長切り替え処理部８００の後にはトランスポンダーだけでなく、Ｄｒｏｐした光信号を利用する任意の機能ブロックを接続可能である。したがって、波長切り替え処理部８００では、情報データをデコードするための受信部を必ずしも備えている必要はない。また、受信部８０５−１、８０５−２でのデコード後のシンボルやデータビットに対して、位相調整（タイミング調整）を行うこともできるので、位相調整部８０２−１、８０２−２の前に受信部８０５−１、８０５−２を備えても良い。

図１７のフロー１０００の手順を実施することで、λ１およびλ２の２つの光信号を位相同期させ、情報データのタイミングが一致した状態とした後で、信号切替部８０６で波長変換後のλ２の光信号に切り替えることで、新たな波長の光信号での通信が達成される。波長切り替え処理部８００による位相同期手順を完了した後は、ノードＢ６００およびノードＣ７００において、λ２の光信号を伝送している区間に存在するデバイス例えばＷＳＳなどでは、波長変換前のλ１の光信号は不要となる。順次λ１の光信号のブロック(block)等を実施して、λ１の光信号が存在していた区間の不要な光パス設定を削除することで、光通信システム全体の波長デフラグメンテーションは完了する。

図１６の光通信システムの光通信ノード構成および図１７のフローを要約すれば、本実施例の光通信ノードにおいては、データ損失を発生させずに波長デフラグメンテーションを実施するため、以下のステップを順次実施する。受信端ノードでは、λ１の光信号によりデータ情報を受信している状態にある。
（１） 波長切り替えノードにおいて、λ１の光信号に対して波長変換を実施し、λ２の光信号を生成する。
（２） 受信端ノードにおいて、位相推定部によりλ１およびλ２の各光信号の位相（情報データのタイミング）を推定する。
（３） 位相推定部からの情報を基に、位相同期制御部で解析を実施し、各々の位相が揃い、情報データのタイミングが一致するように、位相調整部にフィードバック制御する。
（４） 受信端ノードにおいて、λ１の光信号からλ２の光信号へ受信方路を切り替えて、後続する機能ブロックへ光信号を供給する。
（５） 波長変換前のλ１の光信号に関わる光パスを削除する。

本実施例の光通信ノードを、実施例１〜５として説明した波長デフラグメンテーションを実施する光通信ノードの動作と、受信端ノードにおける位相同期手順を連動させることで、データ損失の無い波長切り替えを実現できる。

先の実施例６の光通信ノードでは、波長切り替え処理部による位相同期手順について述べた。実施例６の波長切り替え処理部による位相同期手順では、光信号の位相同期、位相調整は光信号のデコード前でもデコード後でも可能であって、一般的な構成を示した。本実施例では、受信端ノードにおいてさらに効率的に位相同期が可能な、ＭＩＭＯ等価器を利用したより具体的な構成について説明する。

非特許文献２に記載の実験系（図１）では、２つの波長それぞれに同一の信号にて変調し、適応ＭＩＭＯ（Multi-Input and Multi-Output）等化器にて最大比合成することで位相同期を実現することが開示されている。より具体的には、非特許文献２の実験系（図１）では、コヒーレント受信器にて２つの波長の光信号（チャネル１、チャネル２）を各々デコードし、デコードされた信号が適応ＭＩＭＯ等化器に接続される。適応ＭＩＭＯ等化器では２つの信号のタップ係数を適切な値に制御し、２つの信号を合成する。このとき２つの信号の位相が適切に調整されると信号品質が最大化され、品質最大の状態に設定した上でオリジナルの光信号（チャネル１）を停止する。本実施例の光通信ノードは、より具体的な構成例として最大比合成部（適応ＭＩＭＯ等化器）を利用する。以下、主に実施例６の構成との相違点について説明する。

図１８は、本発明の実施例７の光通信システムの構成を示す図である。図１８でも、２つの光通信ノード６００、７００間で、データ損失を発生させずに光信号の波長切り替えを実施する。図１８の光通信システムに示した２つの光通信ノードＢ６００、光通信ノードＣ７００では、実施例６と同様に、ノードＢを経由してノードＣへ情報データの伝送が行われる。本実施例では、２つの光信号を生成するのに、実施例１〜５で説明した波長変換手段が用いられ、波長変換前および波長変換後の光信号が、受信端ノードＣ７００の分波用ＷＳＳ７０３−１の入力ポートＩｎ１へ入力される。Ｉｎ１へ入力された波長λ１およびλ２の２つの光信号を含む多重化光は、分波用ＷＳＳ７０３−１で分波され、２つの光信号は分波用ＷＳＳの出力ポートの１つから経路７１０を経て、トランスポンダーで受信される。

本実施例の光通信ノードは、そのＤｒｏｐポート側のトランスポンダーに至る経路に、波長切り替え処理部９００を備えている。波長切り替え処理部９００によって、実施例１〜５に示した光通信ノードの波長デフラグメンテーションの動作と連動して、データ損失の無い波長切り替えを実現する。波長切り替え処理部９００は、異なる波長λ１およびλ２の２つの光信号を分波する波長分波部（ＤＥＭＵＸ）９０１と、各々の波長の光信号に対する検波および位相推定を行う少なくとも２系統のデータ受信パスと、２つの波長の光信号を最大比合成するための最大比合成部９０７と、各波長の位相情報を取得し各々の位相を同期するために必要な位相調整量を解析する位相同期制御部９０３で構成される。各系統のデータ受信パスは、コヒーレント検波を実施するためのコヒーレント検波部９０６−１、９０６−２、各々の波長に対して入力された光信号の位相を推定する位相推定部９０４−１、９０４−２にて構成される。

最大比合成部９０７では、２つの光信号を最大比合成したときの信号のＱ値を算出する。位相推定部９０４−１、９０４−２において２つの光信号の位相を推定するとともに、このＱ値が最大となるように、最大比合成部９０７のフィルタタップ他を制御する。最大比合成部９０７としては、例えば適応ＭＩＭＯ等価器を利用できる。最大比合成部９０７では、２つのチャネルの一致度が上がるほど、雑音レベルよりも信号レベルが上昇し、信号のＱ値が増加する。そして２つの信号の位相が同期し、情報データのタイミングが一致した場合にＱ値が最大となる。したがって、最大比合成部９０７の等化機能を利用して、波長λ１およびλ２の２つの光信号の位相を調整できる。λ２の光信号が波長切り替え処理部９００に入力されると、直ちに最大比合成部９０７によって、最大比合成したときのＱ値が最大となるよう動作する。最大比合成の状態となった後で、波長変換前のλ１の２光信号を消光するのは実施例６と同じである。本実施例では、λ１およびλ２の光信号各々に対して、コヒーレント検波部９０６−１、９０６−２で電気信号への変換およびデコードを行い、その各々の電気信号を最大比合成部９０７にて電気的に合成している。したがって、最大比合成部９０７の出力は、論理合成をした後のデコードされた電気信号９１０が出力されている。したがって、実施例６のような切替ＳＷが不要である。λ２の光信号への切替は、λ１の信号およびλ２の信号の同期がとれた状態で、λ１の光信号を消光するだけで済む。

実施例７の光通信ノードでも、波長デフラグメンテーションを実施する波長変換ノードＢ６００において、波長変換手段６０５により光信号の波長変換する際に、変換前のλ１の光信号と変換後のλ２の光信号を同時に併存させることができる。通信技術に使用される適応ＭＩＭＯ等化部を利用して、必要最小限の構成でデータ損失のない位相同期手順実現することができる。

上述の実施例６および実施例７のいずれにおいても、波長切り替え処理部８００、９００の各ブロックは、例えばＤｒｏｐ側の光信号の波長に対応したトランスポンダー内に構成することができる。また、位相同期制御部８０３、９０３は、たとえば、トランスポンダーの共通の制御部の一部として構成することができる。

以上詳細に述べたように、本発明の光通信システムは、従来技術と比べてより柔軟かつ簡単な波長デフラグメンテーションが実現できる光通信ノードを含む。波長変換を行うノードの波長デフラグメンテーション動作と、受信端ノードにおける位相同期手順とを連動させることで、データ損失のない波長切り替えによって光通信システムの安定した運用が可能となる。

本発明は、一般的に通信システムに利用することができる。特に、光通信システムの光通信ノードに利用できる。

１１、１２、１３、２０、４００、５００、６００、７００ 光通信ノード
２１−１〜２１−３、６０３−１〜６０３−３ 分波用ＷＳＳ
２４、２４ａ〜２４ｉ、６０５ 波長変換手段
２５、２５−１〜２５−３、６０１ ポンプ光発生手段
２５ａ 励起光生成部
２５ｂ 周波数シフト部
２６ 励起光選択分配部
２７ Ｄｒｏｐポート
２８ Ａｄｄポート
２６−１〜２６−３、４０１、５０１ Ｍ×ｐ ＷＳＳ
２９−１〜２９−３ 合波用ＷＳＳ
４６、５０、７１ ＥＤＦＡ
４７ ＨＮＬＦ
４８ １×Ｍ ＷＳＳ
４９ ＳＳＢ変調器
５２ Ｍ×１ ＷＳＳ
５３ １×ｐ ＷＳＳ
７０ 光合流器
７２ 非線形光学媒質
１０２ 回折格子
１０３、１０４ シリンドリカルレンズ
１０５ 偏向素子（ＬＣＯＳ）
８００、９００ 波長切り替え処理部
８０１、９０１ 波長分波部
８０３、９０３ 位相同期制御部
８０５−１、８０５−２ 受信部
８０４−１、８０４−２、９０４−１、９０４−２ 位相推定部
９０６−１、９０６−２ コヒーレント検波部
９０７ 最大比合成部

Claims (8)

1. 異なる波長の光信号を多重化して、情報データを伝送する光通信システムにおいて、
   異なる入力方路からの波長分割多重信号を分波する複数の分波用波長選択スイッチ、
   前記複数の分波用波長選択スイッチの各々からの分波された信号光を含む波長分割多重信号を合波する複数の合波用波長選択スイッチ、並びに、
   前記複数の分波用波長選択スイッチの各々と、前記複数の合波用波長選択スイッチとの各々との間を相互に接続する複数の経路
   を備え、
   前記複数の合波用波長選択スイッチへ接続される経路の内の少なくとも１つの経路に対して、波長変換手段が設置され、
   前記波長変換手段により波長変換される前の第１の光信号と、当該第１の光信号が波長変換された第２の光信号とが、前記第１の光信号と前記第２の光信号との間の位相同期手順の間に、前記複数の合波用波長選択スイッチの内の１つの合波用波長選択スイッチから同時に出力されるよう構成された
   第１の光通信ノードと、
   前記第１の光通信ノードからの前記第１の光信号および前記第２の光信号を、波長分波する波長分波手段、並びに、
   前記第１の光信号および前記第２の光信号の間の情報データのタイミングを推定するタイミング推定部、および、前記第１の光信号および前記第２の光信号の間の情報データのタイミング差を減少させるタイミング調整部を含む波長切り替え処理手段
   を備え、前記情報データを運ぶ前記第２の光信号をドロップする第２の光通信ノードと
   を備えたことを特徴とする光通信システム。
2. 前記タイミング推定部は、前記第１の光信号および前記第２の光信号をそれぞれコヒーレント検波して、デコードされた２つの前記情報データに対してタイミング推定を行い、
   前記タイミング調整部は、前記２つの前記情報データを最大比合成して、合成出力を最大化するように前記２つの前記情報データのタイミングを調整する最大比合成部であること
   を特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
3. 前記第１の光通信ノードの前記少なくとも１つの経路は、
   前記分波用波長選択スイッチおよび前記合波用波長選択スイッチの少なくとも１つの組み合わせの経路、または
   前記複数の合波用波長選択スイッチへ接続されるＡｄｄポートからの経路
   を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光通信システム。
4. 前記波長変換手段に励起光を供給する励起光発生手段をさらに備え、
   前記波長変換手段は、波長変換が光レイヤのみで実施される全光的波長変換手段であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光通信システム。
5. 前記励起光発生手段は、
   ＣＷ光から周波数コム光を発生する励起光生成部と、
   前記励起光生成部で発生した前記周波数コム光を、コム周波数毎に単一のＣＷ光へ空間的に分波するコム分離手段と、
   前記分波された単一のＣＷ光の周波数をシフトする複数の周波数シフト部と、
   前記複数の周波数シフト部の各々からの前記周波数をシフトされたＣＷ光を合波し、空間的に分波する励起光選択分配手段と
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
6. 前記励起光選択分配手段は、多入力多出力の波長選択スイッチであることを特徴とする請求項５に記載の光通信システム。
7. 請求項１乃至６いずれかに記載の光通信システムにおいて、
   前記第１の光通信ノードで、波長λ１の前記第１の光信号に対して波長変換を実施し、波長λ２の前記第２の光信号を生成するステップと、
   前記第２の光通信ノードで、前記タイミング推定部によって前記第１の光信号および前記第２の光信号のタイミングを推定するステップと、
   前記第２の光通信ノードで、前記第１の光信号および前記第２の光信号のタイミング差が減少するように前記タイミング調整部を動作させるステップと、
   前記第２の光通信ノードで、前記第１の光信号から、前記第２の光信号へ受信方路を切り替え、前記第２の光信号から前記情報データを取得するステップと、
   前記第１の光通信ノードおよび前記第２の光通信ノードで、λ１に関わる光パスを削除するステップと
   を含む位相同期手順を実施することを特徴とする光通信ノードの制御方法。
8. 異なる波長の光信号を多重化して、情報データを伝送する光通信システムにおいて、前記情報データを運ぶ光信号をドロップする光通信ノードであって、
   異なる光通信ノードからの、波長変換される前の第１の光信号と、前記第１の光信号が波長変換された第２の光信号とを、波長分波する波長分波手段と、
   前記第１の光信号および前記第２の光信号の間の前記情報データのタイミングを推定するタイミング推定部、および、前記第１の光信号および前記第２の光信号の間の前記情報データのタイミング差を減少させるタイミング調整部を含む波長切り替え処理手段と
   を備え
   前記異なるノードは、異なる入力方路からの波長分割多重信号を分波する複数の分波用波長選択スイッチ、前記複数の分波用波長選択スイッチの各々からの分波された信号光を含む波長分割多重信号を合波する複数の合波用波長選択スイッチ、並びに、前記複数の分波用波長選択スイッチの各々と、前記複数の合波用波長選択スイッチとの各々との間を相互に接続する複数の経路を有し、前記複数の合波用波長選択スイッチへ接続される経路の内の少なくとも１つの経路に対して、前記第１の光信号から前記第２の光信号へ波長変換する波長変換手段が設置され、前記第１の光信号と前記第２の光信号との間の位相同期手順の間に、前記第１の光信号および前記第２の光信号が、前記複数の合波用波長選択スイッチの内の１つの合波用波長選択スイッチから同時に出力されるよう構成されていること
   を特徴とする光通信ノード。

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