JP7053985B2 - 光信号処理装置及び光クロスコネクト装置 - Google Patents

Description

本発明は、光信号処理装置及び光クロスコネクト装置に関する。

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柔軟なカスタマイズ機能の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。この実用化においては、柔軟なカスタマイズ機能の観点から、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た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ＷＳＳを、以下では単に「ＷＳＳ」とも呼ぶ。また、１入力Ｎ出力ＷＳＳを「１×Ｎ ＷＳＳ」、Ｎ入力１出力ＷＳＳを「Ｎ×１ ＷＳＳ」と呼ぶ。

また、波長クロスコネクト（ＷＸＣ）を構築する際、低クロストーク（ＸＴ）が必要なときには、ＷＳＳを２段通すRoute & Select（Ｒ＆Ｓ）構成が取られる。Ｒ＆Ｓ型ＷＸＣでは、多くのＷＳＳが必要となるため、複数のＷＳＳを一つのモジュールで実現したＮｉｎ１ ＷＳＳの研究開発が進んでいる。

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," Optical Fiber Communication Conference, OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2012), paper JTh2A.5 Keita Yamaguchi, Mitsumasa Nakajima, Yuichiro Ikuma, Kazunori Seno, Osamu Moriwaki, Kenya Suzuki, Mikitaka Itoh, Mitsunori Fukutoku, Yutaka Miyamoto and Toshikazu Hashimoto, "Route-and-Select Type Wavelength Cross Connect for Core-Shuffling of 7-Core MCFs with Spatial and Planar Optical Circuit," in Proc. ECOC (2016), p.752-754 M. Filer and S. Tibuleac, "N-degree ROADM Architecture Comparison: Broadcast-and-Select versus Route-and-Select in 120 Gb/s DP-QPSK Transmission Systems," Optical Fiber Communication Conference (OFC) 2014, OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2014), paper Th1I.2

前述のＮｉｎ１ ＷＳＳの実現方法として、光導波路の一種であるSpatial Beam Transformer（ＳＢＴ）（例えば、非特許文献１参照）を空間への光入出力部として使用したものが検討され、報告されている（例えば、非特許文献２参照）。このようなＳＢＴを使用したＮｉｎ１ ＷＳＳは、信号光の空間光学への入出力部が各ＷＳＳに対応した複数の角度でなされる機構を持った光導波路となっている以外は従来のＷＳＳと同一の光学系を有しながら、複数のＷＳＳを高密度に集積することが可能である。

図８は、従来の１×Ｎ ＷＳＳの動作を模式的に示す図である。このＷＳＳでは、空間光変調素子（空間位相変調素子）による高次回折光などに起因する信号光の意図しないポートへの漏れ出しによるクロストーク（ＷＳＳ内クロストーク）が信号特性の劣化要因となっていた。一方で、図９は、ＳＢＴを用いたＮｉｎ１ ＷＳＳの動作を模式的に示す図である。同図に示すＮｉｎ１ ＷＳＳではＷＳＳ内クロストークに加え、光導波路の回路内で発生した意図しない迷光により導波路への漏れ込みが発生し、光信号のクロストークの原因となる。同図に示すＮｉｎ１ ＷＳＳが内包する複数のＷＳＳは同一の光回路を共有しており、光回路内の光信号のクロストークにより、異なるＷＳＳ間で光信号のクロストークが発生する（ＷＳＳ間クロストーク）。

図１０は、ＳＢＴの構成を示す図である。また、図１０に示すＳＢＴと同様の機能を、図１１のようにＳＢＴではなくレンズと光ファイバで実現した場合でも、複数の異なるＷＳＳに入出力される光信号が同一箇所に集光するため、これらのＷＳＳ間でＷＳＳ間クロストークが発生する。このようなＷＳＳ間クロストークは、ＷＳＳを２段通過させることで複数の入力ポートと複数の出力ポートを接続する波長クロスコネクト（Wavelength Cross Connect: ＷＸＣ）を実現するRoute & Select（Ｒ＆Ｓ）構成（例えば、非特許文献３）の際に顕著に問題となる。

図１２は、Ｎｉｎ１ ＷＳＳ及びＭｉｎ１ ＷＳＳを用いたＲ＆Ｓ構成のＷＸＣを示す図である。同図では、ある一つの波長について注目したときのスイッチングを太い矢印で示している。Ｒ＆Ｓ構成では、入力側と出力側で別のＷＳＳを通って任意の入力ポートと任意の出力ポートが接続される。その際、各ＷＳＳのポート間での光の漏れだし（ＷＳＳ内クロストーク）は、２段のＷＳＳを通ることによりその影響が抑制できる。それに対し、Ｍｉｎ１ ＷＳＳ内でのＷＳＳ間クロストークによって漏れ出した光信号はそのまま他の接続先につながってしまうため、意図しない接続先に信号光が漏れ出すことで信号特性の劣化を招く。

また、同様の問題はＷＤＭ信号を扱わない光クロスコネクト（Optical Cross Connect: ＯＸＣ）でも同様に発生する問題である。その際には、Ｎｉｎ１ ＷＳＳはＮｉｎ１光スイッチで考えても同様にスイッチ間クロストークが課題となる。

上記事情に鑑み、本発明は、クロストークを抑制しながら、光信号の方路をスイッチングすることができる光信号処理装置及び光クロスコネクト装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、複数の光スイッチ機能部を備え、前記光スイッチ機能部は、外部から光を入力する一以上の入力ポートと、外部に光を出力する一以上の出力ポートと、複数のレンズと、前記入力ポートから出射され、複数の前記レンズを介して入射された前記光の回折角を変調して反射する空間光変調素子とを備え、前記光スイッチ機能部のそれぞれにおいて、前記入力ポートから出射される前記光と、前記空間光変調素子が反射し、複数の前記レンズを介して前記出力ポートに入射する前記光とは、一つの集光点で交わり、前記集光点は、複数の前記光スイッチ機能部ごとに異なり、前記空間光変調素子及び複数の前記レンズのうち一部又は全ては、複数の前記光スイッチ機能部により共有される、光信号処理装置である。

本発明の一態様は、上述の光信号処理装置であって、前記空間光変調素子へ入射する位置が異なるように、前記光を波長毎に異なる角度に回折するよう分波する波長分散素子をさらに備え、同一の前記光スイッチ機能部が備える複数の前記出力ポートはそれぞれ、入射の角度が異なっており、前記空間光変調素子は、前記波長分散素子が波長毎に異なる位置に分波した前記光それぞれの回折角を変調して反射し、前記光スイッチ機能部のそれぞれにおいて、前記入力ポートから出射される前記光と、前記空間光変調素子が反射し、複数の前記レンズを介して複数の前記出力ポートそれぞれに入射する分波された前記光とは、一つの前記集光点で交わる。

本発明の一態様は、上述の光信号処理装置であって、前記光スイッチ機能部はさらに集光用レンズを備え、前記光スイッチ機能部のそれぞれにおいて、前記入力ポートから出射される前記光と、前記空間光変調素子が反射し、複数の前記レンズを介して前記出力ポートに入射する前記光とは、前記入力ポート及び前記出力ポートと複数の前記レンズとの間の集光用レンズを介して一つの前記集光点で交わる。

本発明の一態様は、上述の光信号処理装置であって、前記光スイッチ機能部のそれぞれにおいて、前記入力ポートから複数の前記レンズに出射される前記光と、複数の前記レンズを介して前記出力ポートに入射する前記光とは、同一のSpatial Beam Transformer回路を介して一つの前記集光点で交わる。

本発明の一態様は、上述したいずれか一項に記載の光信号処理装置を１以上有する光クロスコネクト装置であって、入力された方路変更対象の光は、同一の前記光信号処理装置内の異なる前記光スイッチ機能部又は異なる前記光信号処理装置それぞれの前記光スイッチ機能部を通る。

本発明により、クロストークを抑制しながら、光信号の方路をスイッチングすることが可能となる。

本発明の第１の実施形態によるＭｉｎ１光スイッチの構成の概略図である。 同実施形態によるＭｉｎ１光スイッチの構成の概略図である。 同実施形態によるＭｉｎ１光スイッチの構成の概略図である。 第２の実施形態におけるＭｉｎ１ ＷＳＳの各ＷＳＳの入出力ポートから集光点までの光学系の概略を示す図である。 第３の実施形態におけるＭｉｎ１ ＷＳＳの各ＷＳＳの入出力ポートから集光点までの光学系の概略を示す図である。 第５の実施形態における光クロスコネクト装置の構成の概略図である。 同実施形態における光クロスコネクト装置の光学系の構成の概略図である。 従来の１×Ｎ ＷＳＳの動作を模式的に示す図である。 従来のＳＢＴを用いたＮｉｎ１ ＷＳＳの動作を模式的に示す図である。 従来のＳＢＴを示す図である。 従来のＳＢＴと同様の機能をファイバとレンズで構成した例を示す図である。 従来のＮｉｎ１ ＷＳＳ及びＭｉｎ１ ＷＳＳを用いたＲ＆Ｓ構成のＷＸＣ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を詳細に説明する。本実施形態は、空間多重光通信に用いられる光信号処理装置及び光クロスコネクト装置に関する。本実施形態の光信号処理装置及び光クロスコネクト装置は、従来のＲ＆Ｓ型ＷＸＣを構成する際に問題となるＮｉｎ１ ＷＳＳのＷＳＳ間クロストークを抑制する。なお、各実施形態において同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態におけるＭｉｎ１光スイッチ１０の構成の概略図である。Ｍｉｎ１光スイッチ１０は、光信号処理装置の一例である。同図に示すＭｉｎ１光スイッチ１０は、Ｍ台の１×Ｎ ＷＳＳ（光スイッチ機能部）を集積した装置とみなすことができる。Ｍｉｎ１光スイッチ１０は、Ｍ個の入力ポート１０１、Ｍ×Ｎ個の出力ポート１０２、レンズ１０３、波長分散素子１０４、レンズ１０５及び空間光変調素子１０６を備える（Ｍ、Ｎは１以上の整数）。入力ポート１０１は、方路変更対象の光を外部から入力し、Ｍｉｎ１光スイッチ１０の内部に出射するポートである。出力ポート１０２は、Ｍｉｎ１光スイッチ１０内において方路変更された光を外部に出力するポートである。空間光変調素子１０６は、例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）である。

Ｍｉｎ１光スイッチ１０が集積しているＭ台の１×Ｎ ＷＳＳのうちｍ台目(ｍは１上Ｍ以下の整数）をＷＳＳ＃ｍと記載し、ＷＳＳ＃ｍの入力ポート１０１を入力ポート１０１－ｍ、ＷＳＳ＃ｍのＮ個の出力ポート１０２を出力ポート１０２－ｍ－１～１０２－ｍ－Ｎと記載する。入力ポート１０１－ｍと、出力ポート１０２－ｍ－１～１０２－ｍ－Ｎと、レンズ１０３と、波長分散素子１０４と、レンズ１０５と、空間光変調素子１０６とがＷＳＳ＃ｍに相当する。同図に示すＭｉｎ１光スイッチ１０の場合、ＷＳＳ＃１～ＷＳＳ＃Ｍで、レンズ１０３、波長分散素子１０４、レンズ１０５及び空間光変調素子１０６を共有している。

入力ポート１０１－ｍに入力したＷＤＭ信号光は、入力ポート１０１－ｍから出射され、レンズ１０３およびレンズ１０５を介して空間光変調素子１０６に入射する。この際、ＷＤＭ信号光は、波長分散素子１０４によって波長ごとに異なる角度に回折されるように分波され、空間光変調素子１０６の異なる箇所に集光される。空間光変調素子１０６に入射された光は反射とともに回折角が変調され、レンズ１０５を介して波長分散素子１０４で合波され、レンズ１０３により信号光が入力ポート１０１－ｍから出射された際に通った点（集光点Ｐｍ）に入力時とは異なる角度で集光される。信号光は、その角度に応じた出力ポート１０２－ｍ－１～１０２－ｍ－Ｎに結合する。この際、異なるＷＳＳに接続された入力ポート１０１－１～１０１－Ｍ、出力ポート１０２－１－１～１０２－Ｍ－Ｎに入出力する光信号は、空間的に離れた位置から入出射され、前述の集光点も空間的に離れている。

より詳細にＭｉｎ１光スイッチ１０の動作を示す。ＷＳＳ＃ｍ（ｍは１上Ｍ以下の整数）の入力ポート１０１－ｍに入力したＷＤＭ信号光は、異なるＷＳＳ＃ｊ（ｊ≠ｍ、ｊは１以上Ｍ以下の整数）の入力ポート１０１－ｊに入力した信号光と同様に、レンズ１０３およびレンズ１０５を介して空間光変調素子１０６に入射する。この際、ＷＤＭ信号光は、波長分散素子１０４によって波長ごとに異なる角度に回折されるように分波され、空間光変調素子１０６の異なる箇所に集光される。具体的には、図１に示すＸＹＺ座標系において、Ｙ軸方向に異なる箇所に集光される。入力ポート１０１－ｍが出射したＷＤＭ信号光は、入力ポート１０１－ｊが出射したＷＤＭ信号光とはレンズ１０３の異なる位置に入射するため、波長分散素子１０４には異なる角度で入射される。また、入力ポート１０１－ｊからの信号光とは空間的に離れた場所から光が出力されるため、入力ポート１０１－ｍからの信号光は、入力ポート１０１－ｊからの信号光とは空間光変調素子１０６上のＸ軸方向に異なる位置に入射される。

空間光変調素子１０６に入射された光は、反射とともに回折角が変調される。空間光変調素子１０６において光が反射する際の回折角は、従来技術により制御が可能であり、出力先に応じて制御される。空間光変調素子１０６が反射した、入力ポート１０１－ｍからの信号光は、レンズ１０５を介して波長分散素子１０４で同一の出力ポート１０２－ｍ－ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）に入射する光ごとに合波される。波長分散素子１０４で合波された、入力ポート１０１－ｍからの信号光は、レンズ１０３により入力ポート１０１－ｊから出射された信号光とは空間的に離れた異なる集光点Ｐｍに出力ポート１０２－ｍ－１～１０２－ｍ－Ｎそれぞれに応じた角度で入力され、その角度に応じた出力ポート１０２－ｍ－１～１０２－ｍ－Ｎに結合し、外部に出力される。

このようにして、本実施形態では、光学系を４ｆ化してＷＳＳ毎に導波路を分割することにより、Ｍｉｎ１ ＷＳＳの各ＷＳＳの入出力ポートに入出力する信号光を空間的に分離し、ＷＳＳ間クロストークを抑制することができる。

図１に示すＭｉｎ１光スイッチ１０は、波長分散素子１０４を設けることにより、多重された各波長信号を独立して制御できる構成となっている。光信号が波長多重されていない場合、もしくは各波長信号を独立して制御する必要が無い場合には波長分散素子１０４は不要である。この場合、入力ポート１０１－ｍが出射した信号光は、出力ポート１０２－ｍ－１～１０２－ｍ－Ｎのうちいずれかに入射する。

また、図１に示すＭｉｎ１光スイッチ１０では、ＷＳＳ＃１～ＷＳＳ＃Ｍが空間光変調素子１０６、レンズ１０３、波長分散素子１０４及びレンズ１０５を共有しているが、これらのうち一部のみを共有するようにしてもよい。この場合、Ｍｉｎ１光スイッチ１０は、空間光変調素子１０６、レンズ１０３、波長分散素子１０４及びレンズ１０５のうち一部を複数備え得る。

また、図１に示すＭｉｎ１光スイッチ１０では、１つのＷＳＳに１つの入力ポートを備えているが、入力ポートを複数備えてもよい。ただし、１つのＷＳＳにおいては、同一波長の信号光を１つのみ独立制御可能である。このようなＭｉｎ１光スイッチの構成を図２に示す。

図２は、Ｍｉｎ１光スイッチ１０ａの構成の概略図である。同図において、図１に示すＭｉｎ１光スイッチ１０と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示すＭｉｎ１光スイッチ１０ａが、図１に示すＭｉｎ１光スイッチ１０と異なる点は、各ＷＳＳ＃ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）が、入力ポート１０１－ｍに代えて、Ｐ個（Ｐは２以上の整数）の入力ポート１０１－ｍ－１～１０１－ｍ－Ｐを備える点である。

同図では、Ｍｉｎ１光スイッチ１０ａにおいて各ＷＳＳ＃ｍの入力ポート１０１－ｍ－１が信号光を出射したときの挙動も示している。図３は、図２に示すＭｉｎ１光スイッチ１０ａにおいて、各ＷＳＳ＃ｍの入力ポート１０１－ｍ－Ｐが信号光を出射したときの挙動を示している。図２と図３では、信号光が空間光変調素子１０６に入射する角度が異なるが、空間光変調素子１０６では偏向角を制御可能なため、同様にスイッチングすることが可能である。

また、図２及び図３のそれぞれにおいて、すべてのＷＳＳ＃１～ＷＳＳ＃ＭがＰ個の入力ポートのうち同じｐ番目（図２ではｐ＝１、図３ではｐ＝Ｐ）の入力ポート１０１－１－ｐ～１０１－Ｍ－ｐを使用しているが、各ＷＳＳ＃ｍにおいて入力ポート１０１－ｍ－１～１０１－ｍ－Ｐのうちいずれを使用するかを任意に選択することが可能であることは自明である。

また、波長分散素子１０４により波長が分波されるため、各ＷＳＳ＃ｍにおいて、波長ごとに異なる入力ポートを使用しても構わない。さらにまた、独立制御可能であるのはＷＳＳ＃ｍ毎にいずれかの入力ポートが出射した１信号であるが、複数の同一波長をもった入力信号光が１つのＷＳＳの複数の入力ポートから出射されても構わない。このような場合には、空間光変調素子１０６にそれら複数の信号光が異なる角度で入射し、それらの偏向角はまとめて制御される。これは、空間光変調素子１０６が領域ごとに偏向角の制御を行うためであり、例えば、一つの領域では、光の入射の角度が異なっても、それらの角度に対して一定の角度δθの偏向を行う。１つのＷＳＳの複数の入力ポートから出射された信号光は、空間光変調素子１０６の同一の領域に入射する。従って、１つのＷＳＳの複数の入力ポートから信号光が出射された場合、任意の角度に偏向できる制御対象の信号光は１つの入力ポートから出射された信号光のみである(例えば、参考文献１参照）。

（参考文献１）Keita Yamaguchi, Kenya Suzuki, Joji Yamaguchi, "Beam steering by computer generated hologram for optical switches," Proc. SPIE Vol. 9773, Optical Metro Networks and Short-Haul Systems VIII, 97730D (13 February 2016)

［第２の実施形態］
図４は、第２の実施形態におけるＷＳＳの入出力ポートから前述の集光点までの光学系の概略図である。第１の実施形態で述べたＭｉｎ１光スイッチ１０において、同一の１×Ｎ ＷＳＳ内の入出力ポートに入出力する信号光を、同一の点（集光点）で異なる角度で集光させる構成は、レンズとファイバを用いて実現することができる。図４に示す構成の光学系を有するＷＳＳは、Ｍｉｎ１光スイッチ１０、１０ａにおける一つのＷＳＳ＃ｍとして用いることができる。

入出力ポートに接続された光ファイバ２０１－１～２０１－Ｋから出力する光は、レンズ２０２の異なる箇所に平行に入力する。レンズ２０２では位置が角度に変換されるため、それぞれの光ファイバ２０１－１～２０１－Ｋからの光はレンズ２０２への入射位置に応じた角度で同一の点に集光される。この集光点Ｐを、第１の実施形態において前述した集光点Ｐｍとすることで、同一のＷＳＳ内の入出力ポートに入出力する信号光を、同一の点で異なる角度で集光させることが可能である。

また、光の可逆性より光ファイバ２０１－１～２０１－Ｋから出力する光と同一の経路を逆に光を伝搬させることにより、光ファイバ２０１－１～２０１－Ｋの各ポートに光を入力することができる。この場合、第１の実施形態のＭｉｎ１光スイッチ１０、１０ａの入力ポートが出力ポートとなり、出力ポートが入力ポートとなる。

なお、同図に示す光学系を、図１に示すＭｉｎ１光スイッチ１０のＷＳＳ＃ｍに使用する場合はＫ＝Ｎ＋１であり、図２及び図３に示すＭｉｎ１光スイッチ１０ａのＷＳＳ＃ｍに使用する場合はＫ＝Ｎ＋Ｐである。

［第３の実施形態］
図５は、第３の実施形態におけるＷＳＳの入出力ポートから前述の集光点までの光学系の概略図である。第１の実施形態で述べたＭｉｎ１光スイッチ１０において、同一の１×Ｎ ＷＳＳ内の入出力ポートに入出力する信号光を、同一の点（集光点）で異なる角度で集光させる構成は、ＳＢＴ（例えば、非特許文献１参照）を用いて実現することができる。図５に示す構成の光学系を有するＷＳＳは、Ｍｉｎ１光スイッチ１０、１０ａにおける一つのＷＳＳ＃ｍとして用いることができる。

入出力ポートに入出力導波路３０１－１～３０１－Ｋから入力する光は、スラブ導波路３０２の異なる箇所に異なる角度で入力し、アレイ導波路３０３を介して空間に出力される。この際、アレイ導波路３０３を形成する各導波路は同一の光路長を有しており、スラブ導波路３０２へ入力された信号光は、その入力角に応じた角度で空間に出力される。この空間への出力点を第１の実施形態において前述した集光点Ｐｍとすることで、同一のＷＳＳ内の入出力ポートに入出力する信号光を、同一の点（集光点Ｐ）で異なる角度で集光させることが可能である。

また、１つのＳＢＴを複数のＷＳＳで共有することが無いため、光回路内で発生するクロストークは、ＷＳＳ間クロストークにはならず、ＷＳＳ内クロストークとなる。

また、光の可逆性より入出力導波路３０１－１～３０１－Ｋから出力する光と同一の経路を逆に光を伝搬させることにより、入出力導波路３０１－１～３０１－Ｋの各ポートに光を入力させることができる。この場合、第１の実施形態のＭｉｎ１光スイッチ１０、１０ａの入力ポートが出力ポートとなり、出力ポートが入力ポートとなる。

なお、同図に示す光学系を、図１に示すＭｉｎ１光スイッチ１０のＷＳＳ＃ｍに使用する場合はＫ＝Ｎ＋１であり、図２及び図３に示すＭｉｎ１光スイッチ１０ａのＷＳＳ＃ｍに使用する場合はＫ＝Ｎ＋Ｐである。

［第４の実施形態］
本実施形態の光クロスコネクト装置は、Ｒ＆Ｓ（Route & Select）型ＷＸＣ（波長クロスコネクト）を構成するＭｉｎ１ ＷＳＳに、第１の実施形態から第３の実施形態の光スイッチを使用する。

前述の図１２は、Ｎｉｎ１ ＷＳＳとＭｉｎ１ ＷＳＳを対向させたＮ×Ｍ（Ｎ入力Ｍ出力） Ｒ＆Ｓ型ＷＸＣを示している。図１２に示すＮｉｎ１ ＷＳＳはＮ個の１×Ｍ ＷＳＳ（ＷＳＳ＃１～ＷＳＳ＃Ｎ）を実現し、Ｍｉｎ１ ＷＳＳはＭ個のＮ×１ ＷＳＳ（ＷＳＳ＃１～ＷＳＳ＃Ｍ）を実現する。Ｒ＆Ｓ型ＷＸＣでは、ＷＳＳを２回通過して任意の出力ポートから光信号が出力される。各ＷＳＳ内でのスイッチングの際に意図しないポートに信号光が漏れこむＷＳＳ内クロストークについては、ＷＳＳを２段通過することにより二重のフィルタリングがなされ、その影響は軽減される。例えば、使用されるＮｉｎ１ ＷＳＳおよびＭｉｎ１ ＷＳＳのＷＳＳ内クロストークが－２５ｄＢである場合、２段でフィルターがかかるために、ＷＸＣの出力ではクロストークへの影響は－２５ｄＢ－２５ｄＢ＝－５０ｄＢとなる。

それに対し、ＷＳＳ間クロストークは、Ｎｉｎ１ ＷＳＳおよびＭｉｎ１ ＷＳＳに内包される異なるＷＳＳへ信号光が漏れこむことにより発生する。ＷＳＳ間クロストークが最終段で発生するとその後にフィルタリングができないため、そのまま信号光の特性を劣化させることになる。Ｎｉｎ１ ＷＳＳおよびＭｉｎ１ ＷＳＳのＷＳＳ間クロストークが－２５ｄＢである場合、そのまま出力信号光に影響するため、ＷＸＣの出力でのクロストークへの影響は－２５ｄＢとなる。

これを抑制するために、全てのＷＳＳに異なるＷＳＳを使用する手法がある。ＷＳＳそれぞれの光学系を完全に分離することにより、ＷＳＳ間クロストークをなくすことが可能である。しかしながらこの場合、入力ポート数をＮｉｎ、出力ポート数をＮｏｕｔとすると、Ｎｉｎ＋Ｎｏｕｔ個のＷＳＳが必要となり、ポート数を増加させるとともに必要なＷＳＳの個数とコストが大きくなってしまう。

そこで、Ｎｉｎ１ ＷＳＳとして、第１の実施形態から第３の実施形態の光スイッチを使用することにより、クロストークを抑制しながら低コストにＷＸＣを構築することが可能となる。例えば、１段目のＮｉｎ１ ＷＳＳとして用いられるＭｉｎ１光スイッチ１０、１０ａは、Ｎ個の１×Ｍ ＷＳＳであるＷＳＳ＃１～ＷＳＳ＃Ｎを有し、２段目のＭｉｎ１ ＷＳＳとして用いられるＭｉｎ１光スイッチ１０、１０ａは、Ｍ個のＮ×１ ＷＳＳであるＷＳＳ＃１～ＷＳＳ＃Ｍを有する。１段目のＮｉｎ１ ＷＳＳが有するＷＳＳ＃ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）の出力ポート１０２－ｎ－ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）に結合した光は、２段目のＭｉｎ１ ＷＳＳの入力ポート１０１－ｍに入射される。なお、第１の実施形態から第３の実施形態のいずれかの光スイッチを、３段以上通るようにしてもよい。

上述した第１～第３の実施形態のＭｉｎ１光スイッチによりＷＸＣを構成することで、従来のＮｉｎ１ ＷＳＳによりクロスコネクトスイッチを構成する場合に比べてクロストークの影響を抑制することが可能になる。

[第５の実施形態]
本実施形態の光クロスコネクト装置は、Ｎ入力Ｍ出力のＲ＆Ｓ型ＷＸＣに必要なすべてのＷＳＳを集積する。

図６は、本実施形態の光クロスコネクト装置５０の構成図である。図１２に示すＲ＆Ｓ型ＷＸＣは、１入力Ｍ出力のＷＳＳをＮ個集積した光スイッチ（Ｎｉｎ１ ＷＳＳ）と、Ｎ入力１出力のＷＳＳをＭ個集積した光スイッチ（Ｍｉｎ１ ＷＳＳ）を組み合わせた構成であるが、図６に示す光クロスコネクト装置５０では、これらのすべてのＷＳＳを一つの装置に集積している。光クロスコネクト装置５０が備えるＮ個の１入力Ｍ出力のＷＳＳをＷＳＳ＃（１－１）～ＷＳＳ＃（１－Ｎ）、Ｍ個のＮ入力１出力のＷＳＳをＷＳＳ＃（２－１）～ＷＳＳ＃（２－Ｍ）とする。ＷＳＳ＃（１－ｎ）（ｎは１以上Ｎ以下の整数）が出力したある波長の光信号は、ＷＳＳ＃（２－１）～ＷＳＳ＃（２－Ｍ）のいずれかに出力される。ＷＳＳ＃（２－ｍ）（ｍは１以上Ｍ以下の整数）は、ある波長の光信号をＷＳＳ＃（１－１）～ＷＳＳ＃（１－Ｎ）のいずれかから入射し、１方路へ出力する。

図７は、図６に示す光クロスコネクト装置５０に用いられる光学系の構成の概略図である。同図において、図１に示す第１の実施形態によるＭｉｎ１光スイッチ１０と同一の部分には同一の符号を付している。同図に示す光クロスコネクト装置５０は、（Ｍ＋Ｎ）台のＷＳＳ＃１～ＷＳＳ＃（Ｍ＋Ｎ）を集積した構成である。図７におけるＷＳＳ＃１～ＷＳＳ＃Ｎが図６に示す光クロスコネクト装置ＷＳＳ＃（１－１）～ＷＳＳ＃（１－Ｎ）に相当し、図７におけるＷＳＳ＃（１＋Ｎ）～ＷＳＳ＃（Ｍ＋Ｎ）が図６に示す光クロスコネクト装置ＷＳＳ＃（２－１）～ＷＳＳ＃（２－Ｍ）に相当する。同図に示すように、１入力Ｍ出力のＷＳＳもＮ入力１出力のＷＳＳも同一の光学系であり、前述の第１～第３の実施形態と同様の光学系により集積することが可能である。

ＷＳＳ＃ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）は、入出力ポート５０１－ｎ、入出力ポート５０２－ｎ－１～５０２－ｎ－Ｍを有する。入出力ポート５０１－ｎ、入出力ポート５０２－ｎ－１～５０２－ｎ－Ｍは、第１の実施形態の入力ポート１０１、出力ポート１０２に相当する。ＷＳＳ＃（ｍ＋Ｎ）（ｍは１以上Ｍ以下の整数）は、入出力ポート５０１－（ｍ＋Ｎ）、入出力ポート５０２－（ｍ＋Ｎ）－１～５０２－（ｍ＋Ｎ）－Ｎを有する。入出力ポート５０１－（ｍ＋Ｎ）、入出力ポート５０２－（ｍ＋Ｎ）－１～５０２－（ｍ＋Ｎ）－Ｎは、第１の実施形態と経路を逆に光を伝搬させたときの入力ポート１０１、出力ポート１０２に相当する。

ＷＳＳ＃ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）は、入出力ポート５０１－ｎにより外部からの光信号を入力し、同一の波長の光信号については入出力ポート５０２－ｎ－１～５０２－ｎ－Ｍのいずれかから出力する。入出力ポート５０２－ｎ－ｍ（ｍは１以上Ｍ以下の整数）から出力された光信号は、ＷＳＳ＃（ｍ＋Ｎ）の入出力ポート５０２－（ｍ＋Ｎ）－ｎに入力される。ＷＳＳ＃（ｍ＋Ｎ）の入出力ポート５０２－（ｍ＋Ｎ）－１～５０２－（ｍ＋Ｎ）－Ｎそれぞれから入力した光信号は合波され、入出力ポート５０１－（ｍ＋Ｎ）から出力される。

以上説明した実施形態によれば、光信号処理装置は、複数の光スイッチ機能部を有する。光信号処理装置は、例えば、Ｍｉｎ１光スイッチ１０、１０ａである。各光スイッチ機能部は、少なくとも１つの入力ポートと、少なくとも１つの出力ポートと、複数のレンズ（例えば、レンズ１０３、１０５）と、空間光変調素子とを有する。入力ポートは、外部から方路変更対象の光を入力し、光スイッチ機能部内に出射する。出力ポートは、光スイッチ機能部内で方路変更された光を入射し、外部に出力する。光スイッチ機能部の入力ポートから出射され、複数のレンズに入射する光と、その光スイッチ機能部の出力ポートに入射する光とは、一点（集光点）で交わる。光スイッチ機能部の入力ポートが出射した光は、複数のレンズを介して空間光変調素子に入射する。空間光変調素子は、入射した光の回折角を制御可能であり、空間光変調素子により制御された回折角に応じた角度で集光点に入射することで、入力ポートと出力ポートの接続状態を切り替える。複数ある光スイッチ機能部それぞれの集光点は異なる位置に存在する。また、空間光変調素子と複数のレンズのうち一部ないし全てを、複数の光スイッチ機能部で共有する。

光スイッチ機能部は、空間光変調素子へ入射する位置が異なるように、光を波長毎に異なる角度に回折するよう分波する波長分散素子をさらに備えてもよい。このとき、同一の光スイッチ機能部が備える複数の出力ポートはそれぞれ、入射の角度が異なっている。空間光変調素子は、波長分散素子が波長毎に異なる位置に分波した光それぞれの回折角を変調して反射する。光スイッチ機能部のそれぞれにおいては、入力ポートから出射される光と、空間光変調素子が反射し、複数のレンズを介して複数の出力ポートそれぞれに入射する分波された光とは、他の光スイッチ機能部の集光点とは異なる一つの集光点で交わる。

なお、光スイッチ機能部は、さらに集光用レンズを備えてもよい。集光用レンズは、例えば、レンズ２０２である。光スイッチ機能部のそれぞれにおいて、入力ポートから出射される光と、空間光変調素子が反射し、複数のレンズを介して出力ポートに入射する光とは、入力ポート及び出力ポートと複数のレンズとの間の集光用レンズを介して、他の光スイッチ機能部の集光点とは異なる一つの集光点で交わる。

また、光スイッチ機能部のそれぞれにおいて、入力ポートから複数のレンズに出射される光と、複数のレンズを介して出力ポートに入射する光とは、同一のＳＢＴ回路を介して、他の光スイッチ機能部の集光点とは異なる一つの集光点で交わるようにしてもよい。あるいは、光スイッチ機能部が複数の入力ポートを有する場合、いずれか一つが光を出射してもよく、それら複数の入力ポートそれぞれが異なる波長の光を出射してもよい。

また、上述した実施形態によれば、光クロスコネクト装置は、上述した光信号処理装置を１以上有する。光クロスコネクト装置に入力された方路変更対象の光は、光クロスコネクト装置が備える同一の光信号処理装置内の異なる光スイッチ機能部を通るか、異なる光信号処理装置それぞれの光スイッチ機能部を通る。光クロスコネクト装置が備える光信号処理装置はそれぞれ、任意の入力ポートから光を入射し、任意の出力ポートからその光を出力する。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

空間多重光通信に利用可能である。

１０、１０ａ…Ｍｉｎ１光スイッチ、５０…光クロスコネクト装置、１０１－１～１０１－Ｍ、１０１－１－１～１０１－Ｍ－Ｐ…入力ポート、１０２－１－１～１０２－Ｍ－Ｎ…出力ポート、１０３…レンズ、１０４…波長分散素子、１０５…レンズ、１０６…空間光変調素子、２０１－１～２０１－Ｋ…光ファイバ、２０２…レンズ、３０１－１～３０３－Ｋ…入出力導波路、３０２…スラブ導波路、３０３…アレイ導波路、５０１－１～５０１－（Ｍ＋Ｎ）、５０２－１－１～５０２－（Ｍ＋Ｎ）－Ｎ…入出力ポート

Claims (6)

1. 複数の光スイッチ機能部を備え、
   前記光スイッチ機能部は、
   外部から同一の波長又はそれぞれ異なる波長の光を入力する複数の入力ポートと、
   外部に光を出力する一以上の出力ポートと、
   複数のレンズと、
   前記入力ポートから出射され、複数の前記レンズを介して入射された前記光の回折角を、領域ごとに一定の角度で偏向して反射し、同一の前記光スイッチ機能部の複数の前記入力ポートから同一の波長の光が出射された場合は同一の波長の複数の前記光の回折角を同一の領域においてまとめて、複数の前記入力ポートのうちいずれか一つの入力ポートから出射された前記光を制御対象とした角度で偏向して反射する空間光変調素子とを備え、
   前記光スイッチ機能部のそれぞれにおいて、前記入力ポートから出射される前記光と、前記空間光変調素子が反射し、複数の前記レンズを介して前記出力ポートに入射する前記光とは、一つの集光点で交わり、
   前記集光点は、複数の前記光スイッチ機能部ごとに異なり、
   前記空間光変調素子及び複数の前記レンズのうち一部又は全ては、複数の前記光スイッチ機能部により共有される、
   光信号処理装置。
2. 一以上の第一の光スイッチ機能部と一以上の第二の光スイッチ機能部との複数の光スイッチ機能部を備え、
   前記光スイッチ機能部は、
   外部から光を入力する一以上の入力ポートと、
   外部に光を出力する一以上の出力ポートと、
   複数のレンズと、
   前記入力ポートから出射され、複数の前記レンズを介して入射された前記光の回折角を、領域ごとに一定の角度で偏向して反射し、同一の前記光スイッチ機能部の複数の前記入力ポートから同一の波長の光が出射された場合は同一の波長の複数の前記光の回折角を同一の領域においてまとめて、複数の前記入力ポートのうちいずれか一つの入力ポートから出射された前記光を制御対象とした角度で偏向して反射する空間光変調素子とを備え、
   前記第一の光スイッチ機能部は、一つの前記入力ポートを備え、
   前記第二の光スイッチ機能部は、前記第一の光スイッチ機能部の前記出力ポートから出力された、同一の波長又はそれぞれ異なる波長の光を入力する複数の前記入力ポートを備え、
   前記光スイッチ機能部のそれぞれにおいて、前記入力ポートから出射される前記光と、前記空間光変調素子が反射し、複数の前記レンズを介して前記出力ポートに入射する前記光とは、一つの集光点で交わり、
   前記集光点は、複数の前記光スイッチ機能部ごとに異なり、
   前記空間光変調素子及び複数の前記レンズのうち一部又は全ては、複数の前記光スイッチ機能部により共有される、
   光信号処理装置。
3. 前記空間光変調素子へ入射する位置が異なるように、前記光を波長毎に異なる角度に回折するよう分波する波長分散素子をさらに備え、
   同一の前記光スイッチ機能部が備える複数の前記出力ポートはそれぞれ、入射の角度が異なっており、
   前記空間光変調素子は、前記波長分散素子が波長毎に異なる位置に分波した前記光それぞれの回折角を変調して反射し、
   前記光スイッチ機能部のそれぞれにおいて、前記入力ポートから出射される前記光と、前記空間光変調素子が反射し、複数の前記レンズを介して複数の前記出力ポートそれぞれに入射する分波された前記光とは、一つの前記集光点で交わる、
   請求項１又は請求項２に記載の光信号処理装置。
4. 前記光スイッチ機能部はさらに集光用レンズを備え、
   前記光スイッチ機能部のそれぞれにおいて、前記入力ポートから出射される前記光と、前記空間光変調素子が反射し、複数の前記レンズを介して前記出力ポートに入射する前記光とは、前記入力ポート及び前記出力ポートと複数の前記レンズとの間の集光用レンズを介して一つの前記集光点で交わる、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光信号処理装置。
5. 前記光スイッチ機能部のそれぞれにおいて、前記入力ポートから複数の前記レンズに出射される前記光と、複数の前記レンズを介して前記出力ポートに入射する前記光とは、同一のSpatial Beam Transformer回路を介して一つの前記集光点で交わる
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光信号処理装置。
6. 請求項１に記載の光信号処理装置を１以上有する光クロスコネクト装置であって、
   入力された方路変更対象の光は、同一の前記光信号処理装置内の異なる前記光スイッチ機能部又は異なる前記光信号処理装置それぞれの前記光スイッチ機能部を通る、
   光クロスコネクト装置。

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