WO2025220122A1 - 光伝送装置 - Google Patents

光伝送装置

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wavelength
wavelength group
output
transmission device
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摂 森脇
賢哉 鈴木
慶太 山口
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NTT Inc USA
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NTT Inc USA
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/27—Arrangements for networking
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29—Repeaters
    • H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form

Definitions

  • This disclosure relates to an optical transmission device.
  • optical transmission devices that use optical switches can be used in optical communication networks. These optical transmission devices make it possible to flexibly set routes between any number of points in an optical communication network.
  • Non-Patent Document 1 In recent years, as an example of optical transmission equipment that uses such optical switches, transmission equipment that uses multiple wavelength bands (e.g., C-band and L-band) with the aim of transmitting more information over a single optical fiber has begun to be put into practical use (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • multiple wavelength bands e.g., C-band and L-band
  • Figure 1 is a diagram that schematically illustrates the basic configuration of an optical transmission device 100 according to conventional technology.
  • Figure 1 depicts a case in which there is one input port for wavelength-multiplexed signals input from outside and one output port for wavelength-multiplexed signals output to outside.
  • the number of input ports and output ports (number of routes) of the optical transmission device 100 can be M (M is an integer greater than or equal to 1).
  • the first optical switch is configured to output the route of the optical signal of the wavelength group to one of M routes in accordance with the user's selection. Note that in Figure 1, the direction of travel of the optical signal is depicted by an arrow.
  • the optical transmission device 100 which can connect optical fibers with a maximum of M directions, includes a wavelength group demultiplexer 101 that demultiplexes an externally input wavelength-multiplexed signal into optical signals of N wavelength groups (N is an integer greater than or equal to 2), N optical amplifiers 102a-c that amplify each of the optical signals of the N wavelength groups output from the wavelength group demultiplexer 101, N 1-input M-output first optical switches 103a-c connected to each output port of the optical amplifiers 102a-c, N M-input 1-output second optical switches 104a-c connected to each output port of the first optical switches 103a-c, and a wavelength group multiplexer 105 connected to the output port of the second optical switches 104a-c and multiplexing the input N wavelength groups.
  • N is an integer greater than or equal to 2
  • N optical amplifiers 102a-c that amplify each of the optical signals of the N wavelength groups output from the wavelength group demultiplexer 101
  • Figure 1 depicts a configuration in which the number N of optical signals in the wavelength groups demultiplexed by the wavelength group demultiplexer 101 is 3, but this is intended as an example, and the number N can be set arbitrarily depending on the number of wavelength groups contained in the wavelength multiplexed signal.
  • the externally input wavelength-multiplexed signal is demultiplexed into N wavelength groups (three wavelength groups in the example of Figure 1) by the wavelength group demultiplexer 101 (for example, into S-band, C-band, and L-band).
  • N wavelength groups three wavelength groups in the example of Figure 1
  • the wavelength group demultiplexer 101 for example, into S-band, C-band, and L-band.
  • Each of the demultiplexed optical signals in the N wavelength groups is input to a respective optical amplifier 102a-c, which is configured to be able to amplify the optical signal in that wavelength group.
  • optical amplifier 102a is configured to be able to amplify S-band optical signals
  • optical amplifier 102b is configured to be able to amplify C-band optical signals
  • optical amplifier 102a is configured to be able to amplify L-band optical signals.
  • the output ports of optical amplifiers 102a-c are input to one of the first optical switches 103a-c, each with one input and M outputs, to select an output route.
  • an amplified S-band optical signal is input to first optical switch 103a
  • an amplified C-band optical signal is input to first optical switch 103b
  • an amplified L-band optical signal is input to first optical switch 103c.
  • the optical signals of each wavelength group input to each of first optical switches 103a-c are then output to any of the M routes selected by the user, and input to the corresponding second optical switches 104a-c.
  • the output ports of each of first optical switches 103a-c are all connected to the input ports of different second optical switches 104a-c.
  • the second optical switches 104a-c are provided at each of the M output ports of the optical transmission device 100. As described above, the configuration allows the user to select which of the M second optical switches 104a-c the optical signals of each wavelength group transmitted from each of the first optical switches 103a-c will be input to.
  • the output port of each of the second optical switches 104a-c is connected to the input port of a wavelength group multiplexer 105 provided at each of the M output ports.
  • the wavelength group multiplexer 105 has the function of multiplexing and outputting optical signals of N wavelength groups.
  • Optical transmission device 100 with this configuration has the function of routing wavelength-multiplexed signals bundled as wavelength groups as control units. Furthermore, optical transmission device 100 can also be equipped with other functions, such as routing control functions on a wavelength-by-wavelength basis, the ability to insert and remove signals, and the ability to reduce inter-signal level deviations in wavelength-multiplexed signals. However, optical transmission device 100 can be said to be the most basic node configuration when multiple wavelength bands are used.
  • the unit of route control is a coarse unit called a wavelength group.
  • a failure occurs and the signal needs to be transferred to a detour route, it is necessary to prepare a wideband, free route for detour use.
  • the free detour routes that need to be prepared add to the system's costs, there is a desire to minimize the number of such routes implemented.
  • One method for converting the wavelength group of an optical signal is to receive the optical signal of one wavelength group using a receiver and then retransmit the received optical signal of the wavelength group as is using a different wavelength group.
  • this method requires the same number of receivers and transmitters as the number of signal wavelengths in the wavelength group, which results in issues of high cost and high power consumption.
  • This disclosure was made in consideration of the above-mentioned issues, and its purpose is to provide optical transmission equipment that minimizes the number of available detour paths that need to be prepared in a node configuration that assumes the use of multiple wavelength bands.
  • an optical transmission device configured to be connectable to a maximum of M optical fibers (M is an integer of 1 or greater), comprising M wavelength group demultiplexers that demultiplex an externally input wavelength-multiplexed signal into optical signals of N wavelength groups (N is an integer of 2 or greater), MN optical amplifiers that amplify each of the demultiplexed optical signals of the N wavelength groups, MN first optical switches with one input and (M+N-1) outputs connected to the output ports of each of the MN optical amplifiers, and N(N-1) M input/M output optical switches that wavelength group convert each of the optical signals of the wavelength groups output from each of the (N-1) output ports of the (M+N-1) output ports of the first optical switch into an optical signal of a different wavelength group.
  • An optical transmission device includes 1) wavelength group conversion units; MN second optical switches with (M+N-1) inputs and 1 outputs that selectively output one signal from among the optical signals of the wavelength groups output from M output ports out of the (M+N-1) output ports of the first optical switch and the N-1 wavelength group converted optical signals from the output ports of the wavelength group conversion units; and M wavelength group multiplexers that multiplex the optical signals of the N wavelength groups output from the second optical switches, and is configured so that the optical signals of the wavelength groups output from the M output ports out of the (M+N-1) outputs of the first optical switch that are not guided to the wavelength group conversion units are all input to different second optical switches.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration of a conventional optical transmission device 100.
  • FIG. 1 is a diagram conceptually illustrating a configuration of an optical transmission device 200 according to the present disclosure.
  • FIG. 10 is a diagram conceptually illustrating a configuration of an optical transmission device 300 according to another example of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the configuration of an optical transmission device 200 according to the present disclosure.
  • the optical transmission device 200 is an optical transmission device configured to be connectable to a maximum of M optical fibers (M is an integer of 1 or greater), and includes M wavelength group demultiplexers that demultiplex an externally input wavelength-multiplexed signal into optical signals of N wavelength groups (N is an integer of 2 or greater), MN optical amplifiers that amplify each of the demultiplexed optical signals of the N wavelength groups, MN first optical switches with one input and (M+N-1) outputs connected to the output ports of each of the MN optical amplifiers, and MN first optical switches with one input and (M+N-1) outputs connected to each of the (M+N-1) output ports of the first optical switches.
  • M optical fibers M is an integer of 1 or greater
  • MN optical amplifiers that amplify each of the demultiplexed optical signals of the N wavelength groups
  • N(N-1) wavelength group converters with M inputs and M outputs that wavelength group convert each of the output wavelength group optical signals into optical signals of a different wavelength group
  • MN second optical switches with (M+N-1) inputs and 1 output that selectively output one signal from the wavelength group optical signals from M output ports out of the (M+N-1) output ports of the first optical switch and the wavelength group converted optical signals of the N-1 wavelength groups from the output port of the wavelength group converter
  • M wavelength group multiplexers that combine the optical signals of the N wavelength groups output from the second optical switches.
  • Figure 2 depicts an optical transmission device 200 with a number of paths M of 2 and a number of wavelength bands N demultiplexed by each of wavelength group demultiplexers 201a-b of 3, but this is intended as an example, and the number of paths M and the number of wavelength bands N demultiplexed may be set to any number depending on the design.
  • M will be referred to as the number of paths in the optical transmission device, and N will be referred to as the number of wavelength groups demultiplexed by the wavelength group demultiplexer.
  • wavelength group demultiplexers 201a-b When a wavelength-multiplexed signal is input from outside the optical transmission device 200, the externally input wavelength-multiplexed signal is demultiplexed into N wavelength groups by wavelength group demultiplexers 201a-b.
  • each of wavelength group demultiplexers 201a-b can be configured to demultiplex the externally input wavelength-multiplexed signal into three wavelength groups: S band (1460-1530 nm wavelength band), C band (1530-1565 nm wavelength band), and L band (1565-1625 nm wavelength band).
  • the path of the S-band optical signal is shown by a black (dark) solid line
  • the path of the C-band optical signal is shown by a gray (light) solid line
  • the path of the L-band optical signal is shown by a black (dark) dashed line.
  • Each of the optical signals from the demultiplexed wavelength groups (e.g., three wavelength groups: S-band, C-band, and L-band) is input to optical amplifiers 202a1-3, 202b1-3, which are configured to amplify the optical signals in that wavelength group.
  • Examples of combinations of wavelength groups and optical amplifiers 202a1-3, 202b1-3 settings include: when the wavelength group is S-band, optical amplifiers 202a1, 202b1 are thulium-doped fiber amplifiers (TDFAs) or S-band lumped Raman amplifiers; when the wavelength group is C-band, optical amplifiers 202a2, 202b2 are C-band EDFAs or C-band lumped Raman amplifiers; and when the wavelength group is L-band, optical amplifiers 202a3, 202b3 are L-band EDFAs or L-band lumped Raman amplifiers.
  • TDFAs thulium-doped fiber amplifiers
  • S-band lumped Raman amplifiers S-band lumped Raman amplifiers
  • optical amplifiers 202a2, 202b2 are C-band EDFAs or C-band lumped Raman amplifiers
  • optical amplifiers 202a3, 202b3 are L-band EDFAs or L-band lumped Raman amplifier
  • wavelength ranges that can be amplified by optical amplifiers 202a1-3 and 202b1-3 may all be different.
  • optical amplifiers 202a1-3, 202b1-3 are connected to single-input (M+N-1) output first optical switches 203a1-3, 203b1-3, respectively, which select either the output route or one of the wavelength group converters 204a-f, which are provided for each combination of pre-conversion and post-conversion wavelength groups, and which converts the output wavelength group optical signal to the pre-conversion wavelength group.
  • M output ports are connected to one of the (M+N-1) input, single-output second optical switches 205a1-3, 205b1-3, which are set to a predetermined wavelength group.
  • Optical signals of wavelength groups transmitted along this route do not pass through wavelength group converters 204a-f, which will be described later, and are therefore guided to the predetermined second optical switches 205a1-3, 205b1-3 without undergoing wavelength group conversion.
  • the first optical switches 203a1, b1 can be configured so that an amplified S-band optical signal is output from one of M output ports of each of the first optical switches 203a1, b1, and input to one of the second optical switches 205a1, 205b1 set for the S-band without wavelength band conversion.
  • (N-1) of the output ports of each of the first optical switches 203a1-3, 203b1-3 are connected to wavelength group converters 204a-f that are configured to convert optical signals of one wavelength group input from the first optical switches 203a1-3, 203b1-3 to another wavelength group.
  • the first optical switches 203a1, b1 can be configured so that an amplified S-band optical signal is output from one of the (N-1) output ports of each of the first optical switches 203a1, b1 and input to wavelength group converter 204a that is configured to convert the S-band to the C-band, or wavelength group converter 204b that is configured to convert the S-band to the L-band.
  • each of the (N-1) input (N-1) output wavelength group converters 204a-f is configured to convert optical signals of a wavelength group output from (N-1) output ports of each of the first optical switches 203a1-3, 203b1-3 into another wavelength group.
  • Each output port of the wavelength group converters 204a-f is then connected to one of the second optical switches 205a1-3, 205b1-3 corresponding to the optical signal of the converted wavelength group.
  • the wavelength group converter 204a can be configured to output an optical signal output from one of the (N-1) output ports of each of the first optical switches 203a1, b1, converted from the S band to the C band, to one of the second optical switches 205a2, 205b2 set for the C band.
  • Each of the wavelength group converters 204a-f may be any known device that performs wavelength band conversion on an optical signal of an input wavelength group.
  • each of the wavelength group converters 204a-f may be a wavelength conversion element configured to perform wavelength conversion (sum frequency generation (SFG), difference frequency generation (DFG), second harmonic generation (SFG)) based on second-order nonlinear optical effects using periodically poled lithium niobate (PPLN).
  • each of the wavelength group converters 204a-f may be a highly nonlinear fiber.
  • the output ports of the second optical switches 205a1-3 and 205b1-3 are connected to the input ports of the wavelength group multiplexers 206a-b.
  • Each of the wavelength group multiplexers 206a-b has the function of multiplexing and outputting optical signals of multiple wavelength groups.
  • the optical transmission device 200 having the above-described configuration is configured so that the optical signals of the wavelength groups output from each of the first optical switches 203a1-3, 203b1-3 are ultimately input to different second optical switches 205a1-3, 205b1-3. Furthermore, the second optical switches 205a1-3, 205b1-3 are provided for each output port of the optical transmission device 200, and are configured so that the user can select either the input route or one of the wavelength group conversion units 204a-f provided for each pre-conversion wavelength group.
  • optical transmission device 200 having such a configuration, when an optical signal of a wavelength group is sent to one of the wavelength group conversion units 204a-f corresponding to conversion to the desired wavelength group in each of the first optical switches 203a1-3, 203b1-3, the optical signal of that wavelength group is converted to the desired wavelength group, and routing can be configured to send the optical signal of that wavelength group to one of the appropriate second optical switches 205a1-3, 205b1-3 so that it can be sent from the desired output route of the optical transmission device 200. Therefore, in a node configuration using multiple wavelength bands, it is possible to set optical routes that pass through different wavelength bands, which makes it possible to convert optical signals of any wavelength group while minimizing the number of available detour routes that need to be prepared.
  • the number of output ports of each of the first optical switches 203a1-3 and 203b1-3, and the number of input ports of each of the second optical switches 205a1-3 and 205b1-3 can be set to (M+N-2), since this reduces the number of route options by one.
  • the optical transmission device 200 operates with two sets of wavelength-band optical signal paths, an outbound path and an inbound path. From this perspective, it is desirable that the wavelength-band converters 204a-f in the optical transmission device 200 be configured to include pairs of wavelength bands before and after the conversion of the optical signal to be converted. For example, if the wavelength-band converters 204a-f include a wavelength-band converter 204a configured to convert an S-band optical signal into a C-band optical signal, it is desirable that the wavelength-band converters 204a-f also include a pair of wavelength-band converters 204c configured to convert a C-band optical signal into an S-band optical signal.
  • the optical transmission device may further include an optical amplifier and/or a wavelength deviation correction unit connected to each output port of the wavelength group conversion unit.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating the configuration of an optical transmission device 300 according to another example of the present disclosure.
  • the optical transmission device 300 further includes wavelength deviation correction units 301a1-a3 and 301b1-b3 arranged on the output side of each of the optical amplifiers 202a1-3 and 202b1-3. Note that while FIG. 3
  • the wavelength deviation correction units 301a1-a3 and 301b1-b3 are arranged only on the output side of the optical amplifiers 202a1-3 and 202b1-3
  • the wavelength deviation correction units may also be arranged on the output side of the wavelength group conversion units 204a-f, or on the output sides of both the optical amplifiers 202a1-3 and 202b1-3 and the wavelength group conversion units 204a-f.
  • the outputs of optical amplifiers 202a1-3, 202b1-3 and wavelength group converters 204a-f may have wavelength deviations in the output light level.
  • Wavelength deviation correction units 301a1-a3, 301b1-b3 have the function of correcting such wavelength deviations.
  • the wavelength deviation correction units 301a1-a3, 301b1-b3 may be optical functional devices that perform individual optical adjustments according to wavelength, and may be, for example, filters that equalize the wavelength dependency of light intensity.
  • optical transmission device 300 Even with an optical transmission device 300 having such a configuration, in a node configuration using multiple wavelength bands, it is possible to convert optical signals of any wavelength group while minimizing the number of available detour paths that need to be prepared. Furthermore, as described above, the optical transmission device 300 can compensate for wavelength deviations in the outputs of the optical amplifiers 202a1-3, 202b1-3 and wavelength group conversion units 204a-f, making it possible to transmit optical signals of higher quality wavelength groups (with less wavelength deviation).
  • the optical transmission device disclosed herein is capable of converting signal wavelength groups in a node configuration that assumes the use of multiple wavelength bands, while minimizing the number of available detour paths that need to be prepared.
  • Such optical transmission devices are expected to be put to practical use as devices that create detour paths at low cost in optical transmission devices that are capable of transmitting vast amounts of data compared to conventional technology.

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Abstract

複数の波長帯を使用することを前提としたノード構成において、用意すべき迂回用空き経路を最小限にすることを実現する光伝送装置を提供する。本開示による光伝送装置は、外部から入力された波長多重信号を、Ｎ波長群の光信号に分波するＭ個の波長群分波器と、分波された波長群の光信号の各々を増幅する光増幅器と、光増幅器の出力と接続された第１の光スイッチと、第１の光スイッチの出力のうちの（Ｎ－１）個の出力の各々から出力された波長群の光信号を別の波長群の光信号に変換するＮ（Ｎ－１）個の波長群変換部と、第１の光スイッチの出力のうちのＭ個の出力から出力された波長群の光信号、及び、波長群変換部の各々の出力からの波長群の光信号のうち、１つの信号を選択的に出力するＭＮ個の第２の光スイッチと、第２の光スイッチから出力されたＮ波長群の光信号を合波するＭ個の波長群合波器と、を備える。

Description

光伝送装置
　本開示は、光伝送装置に関する。
　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急激に増えている。このように急増する需要に対応するため、データ通信ネットワークでは、低消費電力で大容量のデータを伝送することが可能な光通信ネットワークが広く構築されている。
　また、光通信ネットワークでは、光スイッチを適用した光伝送装置が使用され得る。この光伝送装置は、光通信ネットワークにおける任意の複数の地点間の経路を柔軟に設定することを可能にする。
　近年、このような光スイッチを適用した光伝送装置の一例として、より多くの情報を１本の光ファイバで伝送する目的で、複数の波長帯（例えばＣ帯とＬ帯）を用いる伝送装置も実用化が始まっている（例えば、非特許文献１参照）。
　図１は、従来技術による光伝送装置１００の基本的な構成を概略的に示す図である。尚、図１では、例として、外部から入力される波長多重信号の入力ポート、及び、外部へ出力される波長多重信号の出力ポートは、それぞれ１個である場合が描写されている。しかしながら、これは例示を意図したものであり、光伝送装置１００の入力ポート及び出力ポートの数（方路数）は、Ｍ（Ｍは１以上の整数）であり得る。また、このような構成を有する光伝送装置１００では、後述する通り、第１の光スイッチは、ユーザーの選択に応じて、波長群の光信号の方路が、Ｍ方路のいずれかに出力されるように構成される。尚、図１では、光信号の進行方向が矢印で描写されている。
　図１に示される通り、最大Ｍ方路の光ファイバを接続可能な光伝送装置１００は、外部から入力された波長多重信号を、Ｎ波長群（Ｎは２以上の整数）の光信号に分波する波長群分波器１０１と、波長群分波器１０１から出力されたＮ波長群の光信号の各々を増幅するＮ個の光増幅器１０２ａ－ｃと、光増幅器１０２ａ－ｃの各々の出力ポートと接続されたＮ個の１入力Ｍ出力の第１の光スイッチ１０３ａ－ｃと、第１の光スイッチ１０３ａ－ｃの各々の出力ポートと接続されたＮ個のＭ入力１出力の第２の光スイッチ１０４ａ－ｃと、第２の光スイッチ１０４ａ－ｃの出力ポートに接続され、入力されたＮ波長群を合波する波長群合波器１０５と、を含む。尚、図１では、波長群分波器１０１が分波する波長群の光信号の数Ｎは３である形態が描写されているが、これは例示を意図したものであり、Ｎの数は、波長多重信号が有する波長群の数に応じて、任意に設定され得る。
　光伝送装置１００の外部から波長多重信号が入力されると、当該外部から入力された波長多重信号は、波長群分波器１０１によってＮ波長群（図１の例では、３波長群）に分波される（例えば、Ｓ帯、Ｃ帯、Ｌ帯に分波される）。分波されたＮ波長群の光信号の各々は、当該波長群の光信号を増幅することが可能となるように設定された光増幅器１０２ａ－ｃの各々に入力される。例えば、光増幅器１０２ａはＳ帯の光信号を増幅できるように、光増幅器１０２ｂは、Ｃ帯の光信号を増幅できるように、光増幅器１０２ａはＬ帯の光信号を増幅できるように、それぞれ構成される。
　光増幅器１０２ａ－ｃの各々の出力ポートは、出力方路を選択するための１入力Ｍ出力の第１の光スイッチ１０３ａ－ｃの各々に入力される。上述の例では、第１の光スイッチ１０３ａには増幅されたＳ帯の光信号が、第１の光スイッチ１０３ｂには増幅されたＣ帯の光信号が、第１の光スイッチ１０３ｃには増幅されたＬ帯の光信号が、それぞれ入力される。そして、第１の光スイッチ１０３ａ－ｃの各々に入力された、各々の波長群の光信号は、Ｍ方路のうちユーザーによって選択された任意の方路に出力され、対応する第２の光スイッチ１０４ａ－ｃの各々に入力される。ただし、第１の光スイッチ１０３ａ－ｃの各々の出力ポートは、全て異なる第２の光スイッチ１０４ａ－ｃの各々の入力ポートと接続される。
　第２の光スイッチ１０４ａ－ｃは、光伝送装置１００のＭ個の出力ポートの各々に設けられている。上述の通り、第１の光スイッチ１０３ａ－ｃの各々から伝送された各波長群の光信号が、Ｍ個のうちのどの第２の光スイッチ１０４ａ－ｃに入力されるかは、ユーザーが選択できるように構成されている。第２の光スイッチ１０４ａ－ｃの各々の出力ポートは、Ｍ個の出力ポートの各々に設けられた波長群合波器１０５の入力ポートと接続される。波長群合波器１０５は、Ｎ波長群の光信号を合波して出力する機能を有する。
　このような構成を有する光伝送装置１００は、波長群として束ねられた波長多重信号を制御単位として経路制御する機能を有している。さらに、光伝送装置１００は、他に波長単位で経路制御する機能や、信号を挿抜する機能、波長多重信号の信号間レベル偏差を低減する機能などを付加することも可能である。しかしながら、光伝送装置１００は、複数波長帯域の使用を前提とする場合における、最も基本的なノード構成と言える。
　光伝送装置１００のような複数の波長帯を使用することを前提とした基本的なノード構成においては、上述の通り、経路制御の単位は波長群という粗い単位となる。このようなネットワークにおいて、何らかの障害が発生し、信号を迂回路に移す場合を考慮すると、迂回用に広帯域な空き経路を用意しておくことが必要である。しかしながら、用意すべき迂回用空き経路は、システムの高コスト要因となるため、その実装数を最小限に留めたいという要望がある。
　このような迂回用空き経路を最小限にするためには、光信号の属する波長群を別の波長群に変換し、迂回路の選択自由度を増やすことが有効である。光信号の波長群を変換する手法としては、波長群の光信号を受信器で受信し、受信した波長群の光信号をそのまま別の波長群で送信し直す手法が挙げられる。しかしながら、このような手法では、波長群内の信号波長と同数の受信器及び送信器が必要となるため、高コストであり、また高消費電力となるという課題がある。
S. Yamamoto, H. Taniguchi, Y. Kisaka, S. Camatel, Y. Ma, D. Ogawa, K. Hadama, M. Fukutoku, T. Goh, and K. Suzuki："First demonstration of a C+L band CDC-ROADM with a simple node configuration using multiband switching devices," Optics Express, Vol.29, No. 22, pp. 36353-36365, (2021)
　本開示は、上記のような課題に対して鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の波長帯を使用することを前提としたノード構成において、用意すべき迂回用空き経路を最小限にすることを実現する光伝送装置を提供することにある。
　上記のような課題に対し、本開示では、最大Ｍ方路（Ｍは１以上の整数）の光ファイバが接続可能に構成された光伝送装置であって、外部から入力された波長多重信号を、Ｎ個の波長群（Ｎは２以上の整数）の光信号に分波するＭ個の波長群分波器と、分波されたＮ個の波長群の光信号の各々を増幅するＭＮ個の光増幅器と、ＭＮ個の光増幅器の各々の出力ポートと接続された、１入力（Ｍ＋Ｎ－１）出力であるＭＮ個の第１の光スイッチと、第１の光スイッチの（Ｍ＋Ｎ－１）個の出力ポートのうちの（Ｎ－１）個の出力ポートの各々から出力された波長群の光信号の各々を別の波長群の光信号に波長群変換する、Ｍ入力Ｍ出力であるＮ（Ｎ－１）個の波長群変換部と、第１の光スイッチの（Ｍ＋Ｎ－１）個の出力ポートのうちのＭ個の出力ポートから出力された波長群の光信号、及び、波長群変換部の出力ポートからの波長群変換されたＮ－１個の光信号のうち、１つの信号を選択的に出力する（Ｍ＋Ｎ－１）入力１出力であるＭＮ個の第２の光スイッチと、第２の光スイッチから出力されたＮ個の波長群の光信号を合波するＭ個の波長群合波器と、を備え、第１の光スイッチの（Ｍ＋Ｎ－１）個の出力のうちのＭ個の出力ポートからの出力であって、当該波長群変換部に導かれない波長群の光信号は、全て異なる第２の光スイッチに入力されるように構成される光伝送装置を提供する。
従来技術による光伝送装置１００の基本的な構成を概略的に示す図である。 本開示による光伝送装置２００の構成を概念的に示す図である。 本開示の別の例による光伝送装置３００の構成を概念的に示す図である。
　以下に、図面を参照しながら本開示の種々の実施形態について詳細に説明する。同一又は類似の参照符号は同一又は類似の要素を示し重複する説明を省略する場合がある。材料及び数値は例示を目的としており本開示の技術的範囲の限定を意図していない。以下の説明は、一例であって本開示の一実施形態の要旨を逸脱しない限り、一部の構成を省略若しくは変形し、又は追加の構成とともに実施することができる。
　図２は、本開示による光伝送装置２００の構成を概念的に示す図である。光伝送装置２００は、最大Ｍ方路（Ｍは１以上の整数）の光ファイバが接続可能に構成された光伝送装置であって、外部から入力された波長多重信号を、Ｎ個の波長群（Ｎは２以上の整数）の光信号に分波するＭ個の波長群分波器と、分波されたＮ個の波長群の光信号の各々を増幅するＭＮ個の光増幅器と、ＭＮ個の光増幅器の各々の出力ポートと接続された、１入力（Ｍ＋Ｎ－１）出力であるＭＮ個の第１の光スイッチと、第１の光スイッチの（Ｍ＋Ｎ－１）個の出力ポートのうちの（Ｎ－１）個の出力ポートの各々から出力された波長群の光信号の各々を別の波長群の光信号に波長群変換する、Ｍ入力Ｍ出力であるＮ（Ｎ－１）個の波長群変換部と、第１の光スイッチの（Ｍ＋Ｎ－１）個の出力ポートのうちのＭ個の出力ポートからの波長群の光信号、及び、波長群変換部の出力ポートからの波長群変換されたＮ－１個の波長群の光信号のうち、１つの信号を選択的に出力する（Ｍ＋Ｎ－１）入力１出力であるＭＮ個の第２の光スイッチと、第２の光スイッチから出力されたＮ個の波長群の光信号を合波するＭ個の波長群合波器と、を含む。
　尚、図２では、光伝送装置２００の方路数Ｍは２、波長群分波器２０１ａ－ｂの各々で分波される波長帯の数Ｎは３である形態が描写されているが、これは例示を意図したものであり、方路数Ｍ、及び、分波される波長帯の数Ｎは、設計に応じて任意の数が設定されてよい。
　また、本明細書では、以降の説明においても、Ｍは光伝送装置の方路数を、Ｎは波長群分波器で分波される波長群の数を示すものとして述べられる。
　光伝送装置２００の外部から波長多重信号が入力されると、当該外部から入力された波長多重信号は、波長群分波器２０１ａ－ｂによってＮ波長群に分波される。例えば、波長群分波器２０１ａ－ｂの各々は、外部から入力された波長多重信号をそれぞれ、Ｓ帯（波長１４６０－１５３０ｎｍ帯）、Ｃ帯（波長１５３０－１５６５ｎｍ帯）、Ｌ帯（波長１５６５－１６２５ｎｍ帯）の３つの波長群に分波するように構成され得る。尚、図２においては、Ｓ帯の光信号の経路が黒色の（濃い）実線で、Ｃ帯の光信号の経路が灰色の（淡い）実線で、Ｌ帯の光信号の経路が黒色の（濃い）破線で、それぞれ例示されている。
　分波された波長群（例えば、Ｓ帯、Ｃ帯、Ｌ帯の３つの波長群）の光信号の各々は、当該波長群の光信号を増幅することが可能となるように設定された光増幅器２０２ａ１－３、２０２ｂ１－３の各々に入力される。波長群と光増幅器２０２ａ１－３、２０２ｂ１－３の設定の組み合わせとしては、例えば、波長群がＳ帯で光増幅器２０２ａ１、２０２ｂ１がツリウムドープファイバ増幅器ＴＤＦＡあるいはＳ帯用集中ラマン増幅器であり、波長群がＣ帯で光増幅器２０２ａ２、２０２ｂ２がＣ帯用ＥＤＦＡあるいはＣ帯用集中ラマン増幅器であり、波長群がＬ帯で光増幅器２０２ａ３、２０２ｂ３がＬ帯用ＥＤＦＡあるいはＬ帯用集中ラマン増幅器である場合、などが挙げられる。
　尚、光増幅器２０２ａ１－３、２０２ｂ１－３が増幅可能な波長範囲は、各々で全て異なってもよい。
　光増幅器２０２ａ１－３、２０２ｂ１－３の出力ポートは、出力方路、或いは変換前と変換後の波長群組み合わせ別に設けられた波長群変換部２０４a－ｆのうち、出力する波長群の光信号を変換前波長群とする波長群変換部２０４a－ｆのいずれかを選択するための１入力（Ｍ＋Ｎ－１）出力の第１の光スイッチ２０３ａ１－３、２０３ｂ１－３の各々と接続される。第１の光スイッチ２０３ａ１－３、２０３ｂ１－３の各々の出力ポートうち、Ｍ個の出力ポートは、（Ｍ＋Ｎ－１）入力１出力の第２の光スイッチ２０５ａ１－３、２０５ｂ１－３のうち、所定の波長群に設定されたものと接続される。この経路において伝送される波長群の光信号は、後述する波長群変換部２０４ａ－ｆを経由しないため、波長群変換されないまま所定の第２の光スイッチ２０５ａ１－３、２０５ｂ１－３に導かれる。例えば、第１の光スイッチ２０３ａ１、ｂ１は、増幅されたＳ帯の光信号が、当該第１の光スイッチ２０３ａ１、ｂ１の各々の出力ポートのうちのＭ個の出力ポートのいずれかから出力され、波長群変換されることなく、Ｓ帯として設定された第２の光スイッチ２０５ａ１、２０５ｂ１のいずれかに入力されるように構成され得る。
　一方、第１の光スイッチ２０３ａ１－３、２０３ｂ１－３の各々の出力ポートのうち、（Ｎ－１）個の出力ポートは、波長群変換部２０４ａ－ｆのうち、当該第１の光スイッチ２０３ａ１－３、２０３ｂ１－３から入力される波長群の光信号を別の波長群に変換するように設定されたものに接続される。例えば、第１の光スイッチ２０３ａ１、ｂ１は、増幅されたＳ帯の光信号が、当該第１の光スイッチ２０３ａ１、ｂ１の各々の（Ｎ―１）個の出力ポートのうちのいずれかから出力され、Ｓ帯をＣ帯に変換するように設定された波長群変換部２０４ａ、又は、Ｓ帯をＬ帯に変換するように設定された波長群変換部２０４ｂに入力されるように構成され得る。
　（Ｎ―１）入力（Ｎ―１）出力の波長群変換部２０４ａ－ｆの各々は、上述の通り、第１の光スイッチ２０３ａ１－３、２０３ｂ１－３の各々の出力ポートのうち、（Ｎ－１）個の出力ポートから出力された波長群の光信号を別の波長群に変換するように構成される。そして、波長群変換部２０４ａ－ｆの各々の出力ポートは、変換した波長群の光信号に対応した第２の光スイッチ２０５ａ１－３、２０５ｂ１－３のいずれかと接続される。例えば、波長群変換部２０４ａは、第１の光スイッチ２０３ａ１、ｂ１の各々の（Ｎ―１）個の出力ポートのうちのいずれかから出力され、Ｓ帯をＣ帯に変換された光信号を、Ｃ帯として設定された第２の光スイッチ２０５ａ２、２０５ｂ２のいずれかに出力するように構成され得る。
　波長群変換部２０４ａ－ｆの各々は、入力された波長群の光信号に対し、波長帯変換を行う任意の既知のデバイスであり得る。例えば、波長群変換部２０４ａ－ｆの各々は、周期分極反転ニオブ酸リチウム（ＰＰＬＮ：Periodically Poled Lithium Niobate）を用いた二次非線形光学効果に基づく波長変換（和周波発生（ＳＦＧ）、差周波発生（ＤＦＧ）、第二高調波発生（ＳＦＧ））を行うように構成された波長変換素子であり得る。別の例では、波長群変換部２０４ａ－ｆの各々は、高非線形ファイバであり得る。
　第２の光スイッチ２０５ａ１－３、２０５ｂ１－３の各々の出力ポートは、波長群合波器２０６ａ－ｂの各々の入力ポートと接続される。波長群合波器２０６ａ－ｂの各々は、複数の波長群の光信号を合波して出力する機能を有する。
　上述の構成を有する光伝送装置２００は、第１の光スイッチ２０３ａ１－３、２０３ｂ１－３の各々から出力される波長群の光信号が、最終的には、全て異なる第２の光スイッチ２０５ａ１－３、２０５ｂ１－３に入力されるように構成される。また、第２の光スイッチ２０５ａ１－３、２０５ｂ１－３は、光伝送装置２００の出力ポートごとに設けられており、ユーザーが入力方路あるいは変換前の波長群別に設けられた波長群変換部２０４ａ－ｆのいずれかを選択できるように構成される。
　このような構成を有する、本開示による光伝送装置２００では、第１の光スイッチ２０３ａ１－３、２０３ｂ１－３の各々において、目的とする波長群への変換に対応する波長群変換部２０４ａ－ｆのいずれかに向けて波長群の光信号を送出すると、当該波長群の光信号は目的とする波長群に変換され、さらに光伝送装置２００の所望の出力方路から送出できるよう、適切な第２の光スイッチ２０５ａ１－３、２０５ｂ１－３のいずれかに向けて波長群の光信号を送出するよう経路設定を行うことができる。したがって、複数波長帯域を使用するノード構成において、異なる波長帯を通過する光経路設定が可能となり、これを活用して用意すべき迂回用空き経路最小限にしながらも、任意の波長群の光信号を変換することが可能となる。
　尚、第１の光スイッチ２０３ａ１－３、２０３ｂ１－３の各々の出力ポートの数、及び、第２の光スイッチ２０５ａ１－３、２０５ｂ１－３の各々の入力ポートの数は、入力された方路に折り返すことは無いという条件を認める場合は、１方路選択肢が減るため、（Ｍ＋Ｎ－２）とすることもできる。
　また、光伝送装置２００において、実際には、波長群の光信号の経路は往路と復路の２つをセットとして運用される場合がほとんどである。このような観点から、光伝送装置２００では、波長群変換部２０４ａ－ｆは、変換する光信号の変換前後の波長帯が対になるものも含むように構成されることが望ましい。例えば、波長群変換部２０４ａ－ｆが、Ｓ帯の光信号をＣ帯の光信号に変換するように構成された波長群変換部２０４ａを含む場合、当該波長群変換部２０４ａ－ｆは、対になるものとして、Ｃ帯の光信号をＳ帯の光信号に変換するように構成された波長群変換部２０４ｃも含むことが望ましい。
　さらに別の例として、本開示による光伝送装置は、光増幅器、及び／又は、波長群変換部の各々の出力ポートに接続された波長偏差補正部をさらに含んでもよい。
　図３は、本開示の別の例による光伝送装置３００の構成を概念的に示す図である。図３に示される通り、光伝送装置３００は、光増幅器２０２ａ１－３、２０２ｂ１－３の各々の出力側に配置された波長偏差補正部３０１ａ１－ａ３、３０１ｂ１－ｂ３をさらに含む。なお、図３では、光増幅器２０２ａ１－３、２０２ｂ１－３の出力側のみに波長偏差補正部３０１ａ１－ａ３、３０１ｂ１－ｂ３が配置された形態が描写されているが、波長偏差補正部は、波長群変換部２０４ａ－ｆの出力側に配置されてもよく、光増幅器２０２ａ１－３、２０２ｂ１－３及び波長群変換部２０４ａ－ｆの両方の出力側に配置されてもよい。
　光増幅器２０２ａ１－３、２０２ｂ１－３や波長群変換部２０４ａ－ｆの出力は、出力光レベルに波長偏差を生じ得る。波長偏差補正部３０１ａ１－ａ３、３０１ｂ１－ｂ３は、このような波長偏差を補正する機能を有する。当該波長偏差補正部３０１ａ１－ａ３、３０１ｂ１－ｂ３は、波長に応じて個々に光学的な調整を行うための光機能デバイスであってよく、例えば、光強度の波長依存性を等化するフィルタであり得る。
　このような構成を有する光伝送装置３００であっても、複数波長帯域を使用するノード構成において、用意すべき迂回用空き経路最小限にしながらも、任意の波長群の光信号を変換することが可能となる。さらに、光伝送装置３００は、上述の通り、光増幅器２０２ａ１－３、２０２ｂ１－３や波長群変換部２０４ａ－ｆの出力における波長偏差を補償することができるため、より品質の高い（波長偏差の少ない）波長群の光信号を伝送することが可能である。
　以上述べた通り、本開示による光伝送装置は、複数波長帯域の使用を前提とするノード構成において、用意すべき迂回用空き経路最小限にしながらも、信号波長群の変換装置をすることが可能である。このような光伝送装置は、従来技術よりも膨大なデータ量を伝送することが可能な光伝送装置において、低コストに迂回路を形成する装置としての実用化が見込まれる。

Claims (4)

  1. 　最大Ｍ方路（Ｍは１以上の整数）の光ファイバが接続可能に構成された光伝送装置であって、
    　外部から入力された波長多重信号を、Ｎ個の波長群（Ｎは２以上の整数）の光信号に分波するＭ個の波長群分波器と、
    　分波されたＮ個の前記波長群の光信号の各々を増幅するＭＮ個の光増幅器と、
    　ＭＮ個の前記光増幅器の各々の出力ポートと接続された、１入力（Ｍ＋Ｎ－１）出力であるＭＮ個の第１の光スイッチと、
    　前記第１の光スイッチの（Ｍ＋Ｎ－１）個の出力ポートのうちの（Ｎ－１）個の出力ポートの各々から出力された波長群の光信号の各々を別の波長群の光信号に波長群変換する、Ｍ入力Ｍ出力であるＮ（Ｎ－１）個の波長群変換部と、
    　前記第１の光スイッチの（Ｍ＋Ｎ－１）個の出力ポートのうちのＭ個の出力ポートから出力された前記波長群の光信号、及び、前記波長群変換部の出力ポートからの波長群変換されたＮ－１個の前記波長群の光信号のうち、１つの信号を選択的に出力する（Ｍ＋Ｎ－１）入力１出力であるＭＮ個の第２の光スイッチと、
    　前記第２の光スイッチから出力されたＮ個の波長群の光信号を合波するＭ個の波長群合波器と、
    を備え、
    　前記第１の光スイッチ（Ｍ＋Ｎ－１）個の出力のうちのＭ個の出力ポートからの出力であって、当該波長群変換部に導かれない前記波長群の光信号は、全て異なる前記第２の光スイッチに入力されるように構成される、光伝送装置。
  2. 　前記波長群変換部は、変換する前記光信号の変換前後の波長帯が対になるものを含むように構成される、請求項１に記載の光伝送装置。
  3. 　前記光増幅器の各々の出力側、前記波長群変換部の各々の出力側、又は、前記光増幅器の各々及び前記波長群変換部の各々の両方の出力側に配置された波長偏差補正部をさらに備える、請求項１に記載の光伝送装置。
  4. 　前記波長群変換部は、周期分極反転ニオブ酸リチウムが用いられた二次非線形光学効果に基づく波長変換を行うように構成された波長変換素子、又は、高非線形ファイバのいずれかである、請求項１に記載の光伝送装置。
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