(57)【要約】【課題】ネットワークトラフィックが急激に増加し、波長分割多重技術、各光デバイスの技術的な進展が見込まれており、近い将来には１本の光ファイバ伝送路の中の波長分割多重光に含まれる波長数は最大で２００を越えることが予測さる。光可変フィルタが処理すべき波長パスの数が増加すれば、要素光スイッチの数も増加する。スイッチ規模をさらに縮小させることのできる光可変フィルタの新しい構成が望まれている。【解決手段】本発明では、周回性ＡＷＧの入力ポートによる選択機能を利用し、さらにコンパクト、低コストで高信頼性のデバイスを利用して光可変フィルタを構成する。周回性ＡＷＧのＦＳＲの適切な設定および入力出力ポートの選択を行い、分波する波長数の条件を決定して、光スイッチの規模を低減する構成を実現する。本発明の光可変フィルタは、波長パスの数が増えるほど、要素光スイッチの数をより効果的に削減できる。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パスネットワークにおいて、複数の光ファイバの各々を介して中継ノードへ伝送されてきた複数の波長分割多重光の中より選択された１つの波長分割多重光から、該選択された波長分割多重光の中に含まれる所定の波長パスの光信号を選択して電気レイヤへドロップさせる可変フィルタにおいて、
前記選択された波長分割多重光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する第１の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第１の光スイッチと、
前記第１の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第２の光スイッチと、
前記第１の周回性波長合分波器の前記選択された出力ポートからの分波出力光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有し、前記第１の周回性波長合分波器とは異なる周回性を持つ第２の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第３の光スイッチと、
前記第２の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第４の光スイッチと
を備えたことを特徴とする光可変フィルタ。
【請求項２】
前記第１の周回性波長合分波器は、Ｍ入力Ｍ出力を持ち、Ｍチャネルに対応するＦＳＲを持つように構成されたアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）であって、前記Ｍ入力の内のｍ個の入力ポートのいずれかが前記第１の光スイッチによって選択され、前記Ｍ出力の内のｍ´個の出力ポートのいずれかが前記第２の光スイッチによって選択され、
前記第２の周回性波長合分波器はＮ入力Ｎ出力を持ち、Ｎチャネルに対応するＦＳＲを持つように構成されたＡＷＧであって、前記Ｎ入力の内のｎ個の入力ポートのいずれかが前記第３の光スイッチによって選択され、前記Ｎ出力の内のｎ´個の出力ポートのいずれかが前記第４の光スイッチによって選択され、
前記Ｍと前記Ｎとは、互いに素の関係となるように選択されることを特徴とする請求項１に記載の光可変フィルタ。
【請求項３】
ｍ、ｍ´、ｎおよびｎ´は、
Ｍ≦ｍ×ｍ´および
Ｎ≦ｎ×ｎ´の関係をさらに満たすよう選択されることを特徴とする請求項２に記載の光可変フィルタ。
【請求項４】
前記２段目の光スイッチおよび前記３段目の光スイッチは、１以上の入力の中から１つを選択し、１以上の出力の中の１つに出力する一体の光スイッチとして構成され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可変フィルタ。
【請求項５】
前記第１の光スイッチ、前記第１の周回性波長合分波器および前記第２の光スイッチからなる第１段目の光可変フィルタ機能部、および
前記第３の光スイッチ、前記第２の周回性波長合分波器および前記第４の光スイッチからなる第２段目の光可変フィルタ機能部に加え、
入力ポート選択のための光スイッチ、周回性波長合分波器および出力ポート選択のための光スイッチからなる別の光可変フィルタ機能部を１段以上さらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の光可変フィルタ。
【請求項６】
前記波長分割多重光信号は、複数の波長群から構成され、１つの波長群は、複数の波長を含むように構成され、前記１つの波長群は、波長の値が、その長さの順に連続的に配置された複数の波長から構成される連続配置型波長群であることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の光可変フィルタ。
【請求項７】
前記波長分割多重光信号は、複数の波長群から構成され、１つの波長群は、複数の波長を含むように構成され、前記１つの波長群は、波長の値が、その長さの順に連続的に配置された複数の波長の中から、所定の間隔で選択され不連続な順に配置された複数の波長から構成される分散配置型波長群であることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の光可変フィルタ。
【請求項８】
前記複数の光ファイバの各々から、波長分割多重光を分岐する複数の光分岐装置と、
前記複数の光分岐装置からそれぞれ分岐された複数の波長分割多重光のうちの１つを選択し、所定のドロップ率に対応した数の光可変フィルタのうちの１つへ出力する、複数のマトリックス光スイッチまたは複数入力１出力を有する光スイッチと、
請求項１乃至７いずれかに記載の光可変フィルタと
を備えたことを特徴とする光パスネットワークの光信号終端装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、光通信で用いられる光回路に関する。より詳細には、波長分割多重光信号から特定の波長の光信号を取り出しまたは加えるための光信号終端装置に使用される光可変フィルタおよびこの光可変フィルタを用いた光信号終端装置に関する。
【０００２】
光ファイバを伝送媒体とする光通信技術は、信号の伝送距離の長延化をもたらし、大規模な光通信網が構築されてきた。近年では、インターネット通信が広く普及するのに伴って、通信トラフィックが急速に増大しており、通信網に対する大容量化、高速化、高機能化および低消費電力化の要求が高まっている。これまでに、波長の異なる複数の光信号を１本の光ファイバ伝送路で同時に伝送する波長多重通信技術の導入によって、２地点間の伝送容量を増大することが可能となった。しかし、通信網においては、複数の伝送路が集まるノードにおいて、信号の経路（パス）を設定（ルーティング）したり、切替（スイッチング）したりする必要がある。近年の急激な伝送容量の増大に伴って、経路設定や切替などの信号処理がボトルネックになってきている。
【０００３】
これまでは、伝送されてきた光信号を一旦電気信号に変換した後に経路設定や経路切替を行ない、再び電気信号を光信号に変換して伝送路に送出する方式が用いられてきた。しかし、今後は光信号を電気信号に変換することなく、光信号のままで信号経路の設定や切替処理を行なう方式を用いる、いわゆるフォトニックネットワークが実現されることになる。フォトニックネットワークを使用することによって、ノードのスループットを飛躍的に拡大するとともに、ノード装置の消費電力を大幅に削減することも期待されている。
【０００４】
フォトニックネットワークを用いた光ノードシステムとしては、複数のノードをリング状またはバス状に接続した再構成可能光アドドロップ多重（ＲＯＡＤＭ：Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexing）システム、および、複数のノードをメッシュ状に接続した光クロスコネクト（ＯＸＣ：Optical Cross-Connect）システムが知られている。ＲＯＡＤＭシステムの各ノードには、１本の入力側光ファイバ伝送路と、１本の出力側光ファイバ伝送路とが接続され、入力側光ファイバ伝送路から入力される波長分割多重光信号に対して、波長ごとに接続を切り替える光スイッチが装備されている。これにより、波長分割多重光信号のうち任意の波長の光信号について、スルー状態とアド／ドロップ状態とを切り替えることが可能となる。
【０００５】
スルー状態とは、入力側光ファイバ伝送路から入力された光信号が、出力側光ファイバ伝送路へ出力される状態のことである。また、アド／ドロップ状態とは、入力側光ファイバ伝送路側から入力された光信号がノードに接続された端局装置に出力される「ドロップ状態」、または、端局装置から入力された光信号が出力側光ファイバ伝送路に出力される「アド状態」のことである。
【０００６】
一方、ＯＸＣシステムでは、各ノードに複数の入力側光ファイバ伝送路と、複数の出力側光ファイバ伝送路とが接続され、入力側光ファイバ伝送路から入力される波長分割多重光信号に対して、波長ごとに接続経路（方路）を切り替える光スイッチが備えられている。この構成によって、任意の入力側光ファイバ伝送路から入力された波長分割多重光信号のうち任意の波長の光信号を、任意の出力側光ファイバ伝送路へ出力することができる。最近では、柔軟性の高いネットワークを構築するために、ＯＸＣノードにおいても端局装置を接続し、入出力光ファイバ伝送路間での接続経路の切替に加えて、端局装置へのアド／ドロップも可能なシステムが必要とされてきている。
【０００７】
図１は、フォトニックネットワークにおけるＯＸＣシステムの構成を概念的に示した図である。図１に示した構成は、当初のＯＸＣシステムにさらにアドシステム／ドロップシステムを追加したものである。視点を変えれば、図１のＯＸＣシステムは、ＲＯＡＤＭシステムの方路数を１本から複数（Ｋ本）にした構成を持つものと見ることもできる。本発明は、複数の入力伝送路ファイバおよび複数の出力伝送路ファイバを備え、かつ、光信号を伝送路光ファイバからアド／ドロップすることのできるノードに関するものである。以下では、便宜的にＯＸＣシステムとして説明するが、ＲＯＡＤＭシステムにも適用できることは言うまでも無い。尚、フォトニックネットワークにおいて、複数の伝送路が集まり、さらに光レイヤと電気レイヤとの交換および通信信号の処理を行うノードを、フォトニックノードと呼ぶ。
【０００８】
図１に示したＯＸＣシステムは、基本要素として、Ｊ個の波長分割多重光信号１−１〜１−Ｊがそれぞれ入力されるＫ本の入力側光ファイバ伝送路２−１〜２−Ｋと、光クロスコネクト部３と、Ｊ個の波長分割多重光信号５−１〜５−Ｊがそれぞれ出力されるＫ本の出力側光ファイバ伝送路４−１〜４−Ｋとを備える。さらに、アド／ドロップ機能を実現するために、ドロップシステム６−１およびアドシステム６−２が追加されている。図１において、入力側および出力側の光ファイバの数Ｋと、波長分割多重光信号の数Ｊとが、同じ場合であっても良い。
【０００９】
波長分割多重光信号は、異なる波長の複数の光信号を多重化した光信号である。複数の波長の光信号を多重化して１つの波長群を構成し、さらに複数の異なる波長群を多重化して波長分割多重光信号を構成することもできる。また、１つの波長群に含まれる波長は、波長の値が、その長さの順に連続的に配置された複数の波長から構成することができる。例えば、波長（番号）が、λ1、λ2、・・λ8のように、連続して並んでいる８つの波長で１波長群を構成できる。また、波長の長さ順に連続ではなくて、飛び飛びに不連続に配置された複数の波長から構成することもできる。例えば、波長（番号）が、λ1、λ5、λ9・・λ29のように、所定の間隔を置いて不連続（離散的に）に並んだ８つの波長で１波長群を構成することもできる。１つの波長群を構成する波長の数も、上述の所定の間隔なども様々な場合が可能である。
【００１０】
ドロップシステム６−１によってドロップされた光信号は、複数の受信器（伝送路Ｒｘとも呼ぶ）８に接続されて終端信号処理が行われ、電気レイヤの別のネットワーク７（例えば、電気ルータ）などへ供給される電気信号１０が出力される。また、電気レイヤの別のネットワーク７から供給される電気信号１１が、複数の送信器（伝送路Ｔｘとも呼ぶ）９に接続され、アドシステム６−２を経由して光信号がアドされる。上述の終端信号処理とは、光信号および電気信号の間の変換、レベル調整、変換後の電気信号における誤り検出・訂正、適切な信号フォーマットの変換等の信号処理を含む。ドロップシステム６−１およびアドシステム６−２ならびに受信器８および送信器９は、合わせて光信号終端装置とも呼ばれる。また、受信器８および送信器９は、端局装置とも呼ばれる。
【００１１】
一般に、図１に示したようなＯＸＣシステムでは、理想的なドロップ／アドシステムとして、カラーレス（Colorless、波長無依存）、ディレクションレス（Directionless、方路無依存）、およびコンテンションレス（Contentionless）の３つの特性が求められている。カラーレスとは、任意の波長の光信号を任意のドロップポートから受信器へ出力することができ、任意の波長の光信号を、アドシステムを介して送信器からアドポートを経て出力側光ファイバ伝送路へ入力することができる構成のことである。また、ディレクションレスとは、任意の入力側光ファイバ伝送路から入力された光信号を、任意のドロップポート（受信器）から出力することができ、アドシステムへ入力された任意の光信号を任意の出力側光ファイバ伝送路から出力することができる構成のことである。
【００１２】
さらに、当然のことではあるが、同一の波長の異なる２以上の光信号が、同時に、光ファイバ伝送路の同一の光経路に存在すれば、光信号同士の衝突が起きて混信が生じてしまう。その光経路は使用不能（ブロッキング状態）となってしまう。このような衝突は、アド／ドロップ動作に関わる光経路の接続設定においても生じる可能性が有る。アド／ドロップ動作に関わる光経路の接続設定においてはその様な光信号同士の衝突が起こらない構成を有している必要があり、ブロッキングを生じさせることが無いようコンテンションレスに行う必要がある。
【００１３】
現在、運用が開始されているアド／ドロップシステムでは、予め定められたポートにしか接続ができない、また、ポートの接続変更にマニュアル操作が必要であるなどの制限がある。理想的には、フォトニックネットワークにおける上述の３つの特性（ＣＤＣ：Colorless, Directionless and Contentionless）を実現する必要がある。次に、理想的フォトニックネットワークとして、現在提案されている構成を説明する。
【００１４】
図２は、ＯＸＣシステムにおいて、フルメッシュ接続の光スイッチを用いた従来技術のアド／ドロップシステムの構成を説明する図である。図２の構成は、図１に示したＯＸＣシステムの概要構成においてアド／ドロップ機能部分をより具体化して示したものなので、図１に示した構成との相違点のみを説明する。入力側光ファイバ伝送路１−１〜１−Ｋと光クロスコネクト部３との間には、Ｋ本の入力側光ファイバ伝送路２−１〜２−Ｋからの各波長分割多重光信号を分岐する光カプラ２１−１〜２１−Ｋが備えられている。１つの光カプラには、分波器２２−１〜２２−Ｋの内の対応する１つが接続される。例えば、１番目の入力側光ファイバ伝送路２−１には、光カプラ２１−１が接続され、分岐した波長分割多重光信号１２は分波器２２−１に導かれる。尚、図２のアド／ドロップシステムにおいて、光カプラで分岐され、受信器へドロップされる波長の光信号は、光クロスコネクト部３において重複しないように適切に処理されるのは言うまでもない。光カプラは、方路切替の機能は持たないが、入力された波長を分岐して出力することが可能である。そのコストは、光マトリックススイッチと比べて非常に小さく、１／１００程度である。
【００１５】
分波器２２−１〜２２−Ｋの出力は、Ｍ入力Ｌ出力を持つフルメッシュ構成の光マトリックススイッチ２３に接続される。光スイッチ２３のＬ個の出力は、Ｌ個の受信器２４−１〜２４−Ｌに接続される。一般に、光マトリクススイッチは、任意の粒度の光信号（波長パス、波長群パス）に関して、入力された光信号を任意の順序（ポート位置）に組み替えて各出力ポートに出力する。したがって、光スイッチ２３のＭ入力の内の任意の入力ポートに入る光信号は、Ｌ出力の内の任意の出力ポートに現れる。光スイッチデバイスを実現するに当たってのコストは、一般に、入力・出力ポートの数に大きく依存し、ポート数の増加とともに増える。
【００１６】
一例を挙げれば、１つの波長分割多重光信号に９６個の異なる波長の光信号が多重化されており、Ｋ＝８本の入力側光ファイバ伝送路がある場合、光スイッチ２３は入力として７６８の入力ポートを持つ。１つのノード当たりの、アドポート数およびドロップポート数は、入力ポート数に対して所定の割合（ドロップ率／アド率）で決定される。例えば、アドポート数およびドロップポート数をそれぞれ１６とすれば、光スイッチ２３は、７６８入力×１６出力を持つ巨大なマトリックスを構成することになる。これは、アド側の光スイッチ２８についても同様である。
【００１７】
上述のように、図２に示したＯＸＣノードの構成では、カラーレス、ディレクションレス、コンテンションレスの３特性を実現できるものの、大型で高価な光スイッチを必要とする。スイッチ素子の数の多さに起因して、信頼性が低下する問題も重要であった。そこで、アド／ドロップシステムに対して、いくつかの改善された構成が提案されている。例えば、特許文献１では、ＲＯＡＤＭシステムにおけるカラーレスの構成例が示されている。また、ＯＸＣノードに関するものとして、特許文献２では、波長群の分波選択および波長の分波選択をコンパクトな光スイッチを組み合わせて構成する例が提案されている。
【００１８】
図３は、特許文献２による別の従来技術のアド／ドロップシステムの構成を説明する図である。図３に示したＯＸＣシステムの構成は、図２に示した構成において、アド／ドロップ機能部分を異なる構成で実現したものであるので、以下、図２の構成との相違点のみを説明する。図３に示したＯＸＣノードにおけるアド／ドロップシステムは、ドロップ側の光信号終端装置３０およびアド側の光信号終端装置３１を備えている。Ｋ個の光カプラ２１−１〜２１−Ｋによって分岐される各入力側光ファイバ伝送路からの各波長分割多重光信号は、光増幅器３１−１〜３１−Ｋでそれぞれ光出力レベルを調整される。その後、１×Ｌの光カプラ（スターカプラ）３２−１〜３２−Ｋによって、受信器３５−１〜３５−Ｌの数に相当するＬ個の波長分割多重光信号に分岐される。
【００１９】
したがって、各入力側光ファイバ伝送路からの波長多重化信号は、ファイバ選択スイッチ３３−１〜３３−Ｌの各々に接続される。ファイバ選択スイッチは、Ｋ個の入力側光ファイバ伝送路の中から、いずれか１つのファイバの波長分割多重光信号を選択する。ファイバ選択スイッチは、Ｋ入力１出力のスイッチによって構成できる。一例を挙げれば、図３では、Ｋ本すべての入力側光ファイバ伝送路からの波長分割光信号がファイバ選択スイッチ３３−１に与えられるが、入力側光ファイバ伝送路２−１の波長分割多重光信号１−１、３６、３７だけが、ファイバ選択スイッチ３３−１によって選択される。選択された波長分割多重光信号３８−１は、光可変フィルタ（チューナブルフィルタ）３４−１に与えられ、さらに所望の波長の光信号３９−１のみが選択される。光可変フィルタは、複数の波長を含む波長分割多重光信号から、所望の波長のみを選択するので、同調可能なフィルタ（チューナブルフィルタ）とも呼ばれる。
【００２０】
図４は、Ａ入力１出力のスイッチの構成例を示す図である。Ａ入力１出力を持つＡ×１スイッチは、Ａ個の入力信号の中から１個の信号を抽出する能力を持ち、基本エレメントである１×２スイッチ４０、４１を組み合わせて構成できる。図４の（ａ）に示したスイッチは、ツリー型の構成であって、入力間で損失のばらつきを抑えられる点に特徴がある。図４の（ｂ）に示したスイッチは、格子型の構成であって、損失のばらつきの補正が必要となる。ファイバ選択スイッチは、Ａ×１スイッチによって構成できる。
【００２１】
上述のように、図３に示したアド／ドロップシステムは、上述の光可変フィルタ３４−１〜３４−Ｌの実現方法にその特徴がある。本発明は、後述するように光可変フィルタをさらに改善したものを提供するものである。したがって、以下、光可変フィルタの詳細についてさらに説明する。
【００２２】
図５は、従来技術のアド／ドロップシステムにおける光可変フィルタの構成方法を説明する概念図である。波長選択フィルタは、複数の入力側光ファイバ伝送路から選択された１つのファイバ伝送路の波長分割多重光信号から、所望の波長（光周波数）の光信号のみを選択する機能を持つ。光可変フィルタの構成には、様々なものが考えられる。図５の（ａ）に示したように、波長分割多重光信号５０を、分波器５２によって波長パス単位で分波し、その後、分波された光信号を、選択スイッチ５１で選択して、ドロップした波長の光信号５３を得る方法がある。（ａ）の構成は、スイッチの規模が波長パス数と同じ以上となって巨大となるため、コストおよび信頼性の点で問題であった。
【００２３】
特許文献２に開示された発明では、図５の（ｂ）に示すように、可変フィルタとして多段階の分波機能を縦続接続することによって、（ａ）の構成の光可変フィルタの問題を解決しようとするものである。すなわち、１段目の分波機能部５４−１および選択スイッチ５４−２を持つ１段目の光可変フィルタ５４から、ｎ段目の分波機能部５５−２および選択スイッチ５５−２を持つｎ段目の光可変フィルタ５５が、ｎ段縦続接続されている。一例として、２段構成の場合を例にとると、第１段目の光可変フィルタ５４では、波長分割多重化光信号を波長群に分波し、２段目の光可変フィルタ５５で、１つの波長群の波長分割多重化光信号を波長ごとに分波する構成とできる。
【００２４】
図６は、従来技術の２段構成の光可変フィルタの構成例を示す図である。図３に示した特許文献２に開示された従来技術のアド／ドロップシステムにおける光信号終端装置内の光可変フィルタ６０の構成例である。光可変フィルタ６０は、第１段目の波長群選択光可変フィルタ５４および２段目の波長選択光可変フィルタ５５を備える。第１段目の波長群選択光可変フィルタ５４は、１×Ｍ周回性アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）６１およびＭ×１選択スイッチ６２から構成される。第２段目の波長選択光可変フィルタ５５は、１×Ｎ周回性ＡＷＧ６３およびＮ×１選択スイッチ６４から構成される。波長分割多重光信号５０が第１段目の波長群選択光可変フィルタ５４に与えられ、１×Ｍ周回性ＡＷＧ６１によって例えば複数の波長群に群分波されて、１つのある波長群の波長分割多重光信号６６が選択される。さらに、ある波長群の波長分割多重光信号６６は、１×Ｎ周回性ＡＷＧ６３によって各波長に分波され、１つの波長の光信号５３が選択される。
【００２５】
詳細は、特許文献２に記載されているが、ＭとＮは互いに素の関係にある。また、１×Ｍ周回性ＡＷＧ６１のＦＳＲは、チャネル間隔δｆのＭ倍に対応し、１×Ｎ周回性ＡＷＧ６３のＦＳＲは、チャネル間隔δｆのＮ倍に対応する関係にあれば良い。選択スイッチ６２、６４は、コンパクトなスイッチを組み合わせることによって、カラーレス、ディレクションレス、コンテンテョンレスのドロップ機能を実現できた。
【００２６】
図７は、図６の構成の従来技術の光可変フィルタの機能を説明する図である。ファイバ選択機能７０は、図３のアド／ドロップシステムにおけるファイバ選択スイッチに対応する。ファイバ選択機能７０に引き続いて、第１段目の光可変フィルタ機能７５からｎ段目の光可変フィルタ機能７７を備えており、第１段目の光可変フィルタ機能７５は、波長群選択分波機能７１および波長群選択機能７２を、ｎ段目の光可変フィルタ機能７７は、波長分波機能７３および波長選択機能７４をそれぞれ備える。尚、図６の光可変フィルタは、必ずしも波長群の分波選択および波長の分波選択に分けた構成に限定されることはなく、波長分割多重光信号の構成に関係なく、多数の波長から多段階でドロップする波長を選択する構成にその特徴がある点に留意されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開２０１０−３４８５８号公報
【特許文献２】特開２０１２−６０６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
図６に示した光可変フィルタによれば、多段階でドロップする波長を選択するので、光スイッチの規模の小さいデバイスを利用することができる。スイッチの数は、概ね次式によって表される。ここで、ｎは、光可変フィルタの段数である。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
図８は、図６に示した光可変フィルタにおけるスイッチ規模と段数ｎの関係を示した図である。スイッチ規模は、波長多重数がいずれの場合でも、段数を増加するほど減少する。３段以上ではスイッチ規模の減少量はやや頭打ちとなり、２段構成にする場合の減少量が顕著である。
【００３１】
しかしながら、スマートフォンの爆発的な普及に代表されるようなネットワークトラフィックが急激に増加する最近の状況を踏まえると、特許文献２に開示された構成の光可変フィルタも、スイッチ規模の大きさの点で依然として十分なものではない。
【００３２】
ネットワークトラフィックの急激な増加に加えて、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）技術、各光デバイスの技術的な進展が見込まれており、近い将来には１本の光ファイバ伝送路の中で取り扱われる波長の数は、最大で２００を越えることが予測されている。光終信号端装置における光可変フィルタが処理すべき波長パス（波長）の数が増加すれば、スイッチの数もさらに増加することは必至である。したがって、さらにスイッチ規模を縮小させることのできる光可変フィルタの新しい構成が望まれている。
【００３３】
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、フォトニックノードの光信号終端装置において、光スイッチの規模をさらに縮小することのできる光可変フィルタを提供し、さらにその光可変フィルタを利用した光信号終端装置、フォトニックノードを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
上述の課題を解決するために、請求項１の発明は、光パスネットワークにおいて、複数の光ファイバの各々を介して中継ノードへ伝送されてきた複数の波長分割多重光の中より選択された１つの波長分割多重光から、該選択された波長分割多重光の中に含まれる所定の波長パスの光信号を選択して電気レイヤへドロップさせる可変フィルタにおいて、前記選択された波長分割多重光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する第１の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第１の光スイッチと、前記第１の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第２の光スイッチと、前記第１の周回性波長合分波器の前記選択された出力ポートからの分波出力光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有し、前記第１の周回性波長合分波器とは一般に異なる周回性を持つ第２の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第３の光スイッチと、前記第２の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第４の光スイッチとを備えたことを特徴とする光可変フィルタである。周回性波長合分波器は、サイクリック波長合分波器とも呼ばれる。
【００３５】
請求項２の発明は、請求項１の光可変フィルタであって、前記第１の周回性波長合分波器は、Ｍ入力Ｍ出力を持ち、Ｍチャネルに対応するＦＳＲを持つように構成されたアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）であって、前記Ｍ入力の内のｍ個の入力ポートのいずれかが前記第１の光スイッチによって選択され、前記Ｍ出力の内のｍ´個の出力ポートのいずれかが前記第２の光スイッチによって選択され、前記第２の周回性波長合分波器はＮ入力Ｎ出力を持ち、Ｎチャネルに対応するＦＳＲを持つように構成されたＡＷＧであって、前記Ｎ入力の内のｎ個の入力ポートのいずれかが前記第３の光スイッチによって選択され、前記Ｎ出力の内のｎ´個の出力ポートのいずれかが前記第４の光スイッチによって選択され、前記Ｍと前記Ｎとは、互いに素の関係となるように選択されることを特徴とする。前記第１の周回性波長合分波器のＭは、同一ポートに入出力されるチャネル番号の周期となる。また、前記第２の周回性波長合分波器のＮは、同一ポートに入出力されるチャネル番号の周期となる。
【００３６】
請求項３の発明は、請求項２の光可変フィルタであって、ｍ、ｍ´、ｎおよびｎ´は、
Ｍ≦ｍ×ｍ´およびＮ≦ｎ×ｎ´の関係をさらに満たすよう選択されることを特徴とする。
【００３７】
請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかの光可変フィルタであって、前記２段目の光スイッチおよび前記３段目の光スイッチは、１以上の入力の中から１つを選択し、１以上の出力の中の１つに出力する一体の光スイッチとして構成されたことを特徴とする。
【００３８】
請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかの光可変フィルタであって、前記第１の光スイッチ、前記第１の周回性波長合分波器および前記第２の光スイッチからなる第１段目の光可変フィルタ機能部、および前記第３の光スイッチ、前記第２の周回性波長合分波器および前記第４の光スイッチからなる第２段目の光可変フィルタ機能部に加え、入力ポート選択のための光スイッチ、周回性波長合分波器および出力ポート選択のための光スイッチからなる別の光可変フィルタ機能部を１段以上さらに備えたことを特徴とする。
【００３９】
請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかの光可変フィルタであって、前記波長分割多重光信号は、複数の波長群から構成され、１つの波長群は、複数の波長を含むように構成され、前記１つの波長群は、波長の値が、その長さの順に連続的に配置された複数の波長から構成される連続配置型波長群であることを特徴とする。すなわち、そのチャネル番号が連続的に並んだ、複数のチャネルが選択された、連続配置型波長群で良い。
【００４０】
請求項７の発明は、請求項１乃至５いずれかの光可変フィルタであって、前記波長分割多重光信号は、複数の波長群から構成され、１つの波長群は、複数の波長を含むように構成され、前記１つの波長群は、波長の値が、その長さの順に連続的に配置された複数の波長の中から、所定の間隔で選択され不連続な順に配置された複数の波長から構成される分散配置型波長群であることを特徴とする。すなわち、チャネル番号が、所定の周期で不連続に選択された分散配置型波長群でも良い。
【００４１】
請求項７の発明は、前記複数の光ファイバの各々から、波長分割多重光を分岐する複数の光分岐装置と、前記複数の光分岐装置からそれぞれ分岐された複数の波長分割多重光のうちの１つを選択し、所定のドロップ率に対応した数の光可変フィルタのうちの１つへ出力する、複数のマトリックス光スイッチまたは複数入力１出力を有する光スイッチと、請求項１乃至７いずれかに記載の光可変フィルタとを備えたことを特徴とする光パスネットワークの光信号終端装置である。
【発明の効果】
【００４２】
以上説明したように、本発明によって、フォトニックノードの光信号終端装置において、光スイッチの規模をさらに縮小することのできる光可変フィルタを提供することがきる。光可変フィルタを構成する光スイッチの規模を大幅に減らすことができるので、デバイスの構成を簡略化し低コスト化をすることができる。回路規模の縮小により、デバイスの信頼性の向上も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、フォトニックネットワークであるＯＸＣシステムの構成を概念的に示した図である。
【図２】図２は、フルメッシュ接続の光スイッチを用いた、従来技術のアド／ドロップシステムの構成を説明する図である。
【図３】図３は、別の従来技術のアド／ドロップシステムの構成を説明する図である。
【図４】図４は、Ａ入力１出力のスイッチの構成例を示す図である。
【図５】図５は、従来技術のアド／ドロップシステムにおける光可変フィルタの構成方法を説明する概念図である。
【図６】図６は、従来技術の２段構成の光可変フィルタの構成例を示す図である。
【図７】図７は、図６に示した従来技術の光可変フィルタの機能を説明する図である。
【図８】図８は、図６に示した従来技術の光可変フィルタにおけるスイッチ規模と段数Ｎの関係を示した図である。
【図９】図９は、アレイ導波路回折格子における周回性機能を持った分波動作を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明の光可変フィルタの構成を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本発明の光可変フィルタにおける図１０で示した第２の光スイッチの具体的な構成例を示した図である。
【図１２】図１２は、本発明の光可変フィルタの機能を含む光信号終端装置の機能を説明する図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例１の光可変フィルタの動作（第１の周回性ＡＷＧの入力ポート４を選択の場合）を説明するための図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例１の光可変フィルタの動作（第１の周回性ＡＷＧの入力ポート５を選択の場合）を説明するための図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施例１の光可変フィルタの動作（第１の周回性ＡＷＧの入力ポート６を選択の場合）を説明するための図である。
【図１６】図１６は、２段構成の場合で他の様々な光可変フィルタの構成例を示す表である。
【図１７】図１７は、本発明の光可変フィルタによる光スイッチ規模の削減効果を従来技術と比較して示した図である。
【図１８】図１８は、従来技術の構成を基準として、本発明の光可変フィルタによるスイッチ数の削減率を示した表を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明は、光信号のままで信号経路の設定や切替処理を行なう光パスネットワークにおける光クロスコネクト装置の光信号終端部に関する。この光信号終端部は、複数の光ファイバを介してそれぞれ中継ノードへ並列的に伝送されてきた複数の波長分割多重光の中より選択された１つの波長分割多重光から、その波長分割多重光に含まれる所定の波長パスの光信号を選択して、電気レイヤへドロップさせる光可変フィルタを複数備えている。特徴的な本発明の光可変フィルタは、従来技術と比べてより小規模な光スイッチを用いて実現可能となる。
【００４５】
発明者らは、従来技術の光可変フィルタにおいて着目されていなかった、周回性波長合分波器の入力ポートによる波長選択機能を利用して、波長光可変フィルタをさらにコンパクト、低コストで高信頼性のデバイスで構成できることを見出した。周回性波長合分波器のＦＳＲの設定と実際に利用する入力ポートおよび出力ポートを決定し、分波する波長数を特定の条件に決定して、同一ポートに重複することなく各波長を出力する。本構成で、光スイッチの規模を低減する。以下、従来技術の構成との比較をしながら、本発明の構成について説明する。
【００４６】
本発明の光可変フィルタまたは光信号終端部が取り扱う波長分割多重光信号は、複数の異なる波長の光信号が多重化されたものであるが、波長分割多重光信号の構成は様々なものを含む。例えば、波長分割多重光信号が、複数の波長群から構成され、１つの波長群は、複数の波長を含むような構成とすることができる。光通信システムにおいては、波長の値、または対応する光周波数と、チャネル番号とが関連付けられている。
【００４７】
１つの波長群に含まれる波長は、波長の値が、その長さの順に連続的に配置された複数の波長から構成することができる（連続配置型波長群）。例えば、波長（番号）が、λ1、λ2、・・λ8のように、連続して並んでいる８つの波長（チャネル番号でも連続）で１波長群を構成できる。また、波長の長さ順に連続ではなくて、所定のチャネル番号間隔で選択され飛び飛びに不連続な順に配置された複数の波長から構成することもできる（分散配置型波長群）。例えば、波長（番号）が、λ1、λ5、λ9・・λ29のように、所定の間隔を置いて不連続（離散的に）に並んだ８つの波長で１波長群を構成することもできる。波長群の数、１つの波長群を構成する波長の数、上述の所定のチャネル番号間隔なども様々な場合が可能である。尚、チャネルの間隔は、システムによって、等波長間隔または等光周波数間隔で構成される。
【００４８】
従来技術の光可変フィルタでは、周回性波長合分波器が使用されており、代表的なものとして、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を利用できる。ＡＷＧにおいては、入力ポートへ入力された波長多重信号を分波して、各出力ポートに分波された光信号が出力される。ＦＳＲ（Free Spectral Range：自由スペクトル領域）を適切に設定してＡＷＧを構成することによって、出力ポートに現れる波長は、サイクリックなものすなわち周回性を持ったものとなる。光スイッチの規模を大幅に減らすことができる本発明の特徴は、周回性を持つ波長合分波器を使用することによって得られるので、波長合分波器はＡＷＧだけには限られないが、後述する実施例では、周回性ＡＷＧを利用した例で説明する。
【００４９】
図９は、アレイ導波路回折格子における周回性機能を持った分波動作を説明する図である。ＡＷＧ９０は、８つの入力ポートと、８つの出力ポートを持っている。ＡＷＧに含まれるスラブ導波路およびアレイ導波路の構造パラメータ等を適切に構成することによって、ＦＳＲを８つの波長チャネル分に相当する波長帯域幅に調節することができる。例えば、入力ポート９１の中の１番目のポートへ波長λ1〜λ16を含む波長分割多重光信号を入力すると、波長グループ９３で示したように、出力ポート９２の１番目から８番目までのポートにλ1〜λ16の各波長の光信号が出力される。このとき、１番目の出力ポートには、λ1およびλ9の波長の光信号が出力される。すなわち、１番目の出力ポートからは、波長番号を８で割ったときの剰余が１となる番号の波長を持つ光信号が出力される。
【００５０】
ここで、入力ポート９１の中の２番目のポートへ波長λ1〜λ16を含む波長分割多重光信号を入力すると、波長グループ９４で示したように各波長が出力される。波長グループ９３で示した波長と比べると、同じ波長番号の光信号は隣の出力ポートに１つずつずれて出力される。同様に、入力ポート９１の中の３番目のポートへ波長λ1〜λ16を含む波長分割多重光信号を入力すると、今度は波長グループ９５で示したように各波長が出力される。波長グループ９３で示した波長と比べると、同じ波長番号の光信号は隣の出力ポートにさらに１つずつずれて出力される。つまり、波長分割多重光信号が入力されるポートの位置を１つだけずらすと、ある波長の光信号の出力ポートの位置も１つだけずれることが分かる。したがって、波長分割多重光信号を入力する入力ポートを選択することによって、同一の出力ポートに現れる光信号の波長を変更することができる。発明者らは、入力ポートの選択によるこの波長選択機能を利用することに着目した。
【００５１】
図１０は、本発明の光可変フィルタの構成を説明する図である。本発明の光可変フィルタ１００は、図６で示した従来技術の光可変フィルタに対応するものである。したがって、光可変フィルタ１００は、図３に示したフォトニックノードにおけるドロップシステム３０において、光可変フィルタ３４−１〜３４−Ｌをそれぞれ置き換えるものである。光可変フィルタ１００には、複数の光ファイバの中より選択された１つの入力側光ファイバ伝送路から、波長分割多重光信号５０が入力される。光可変フィルタ１００によって、所望の波長の光信号が選択されて、ドロップされた光信号５３が得られ、受信器３５−１〜３５−Ｌのうちの１つに渡される。
【００５２】
光可変フィルタ１００は、１入力ｍ出力（１×ｍ）を持つ第１の光スイッチ１０１と、Ｍ入力Ｍ出力を持つ第１の周回性ＡＷＧ１０２と、ｍ´入力ｎ出力を持つ第２の光スイッチ１０３と、Ｎ入力Ｎ出力を持つ第２の周回性ＡＷＧ１０４と、ｎ´入力１出力（ｎ´×１）を持つ第３の光スイッチ１０５とを備えている。波長分割多重光信号５０は、第１の光スイッチ１０１の入力ポート１０６に入力されて、ドロップされた波長の光信号５３は、第３の光スイッチ１０５の出力ポート１０７から得られる。フォトニックノードの光信号終端装置において、光可変フィルタ１００は、複数の光受信器の各々に対して備えられる。
【００５３】
１×ｍの第１の光スイッチ１０１は、入力された波長分割多重光信号を、ｍ個のいずれかの出力ポートに切り替える機能を持つ。第１の光スイッチ１０１の出力ポートは、それぞれ、第１の周回性ＡＷＧのＭ個の入力ポートのうちのいずれかｍ個に接続されている。したがって、少なくともｍ≦Ｍの関係が成り立つ。第１の光スイッチ１０１は、第１の周回性ＡＷＧ１０２の入力ポートのうちのいずれか１つを選択する機能を持つことになる。すなわち、第１の周回性ＡＷＧ１０２の入力ポート選択機能を持つ。
【００５４】
第１の周回性ＡＷＧ１０２は、選択されたいずれか１つの入力ポートに波長分割多重光信号が入力され、その出力ポートに波長（群）ごとに光信号を分波して出力する。第１の周回性ＡＷＧ１０２は、Ｍ入力Ｍ出力を持ち、その分波特性はサイクリックであって周回性を持っている。したがって、第１の周回性ＡＷＧ１０２は、周回性波長合分波器またはサイクリック波長合分波器と呼ばれる。Ｍは同一ポートに入出力されるチャネル番号の周期となる。１つの出力ポートに着目すれば、Ｍチャネルごとの異なる波長番号を持つ複数の光信号が出力される。
【００５５】
ここで、第１の周回性ＡＷＧ１０２は、その分波機能のうちの一部だけしか利用されていない点に留意されたい。本発明の光可変フィルタにおいては、Ｍ個の入力ポートおよびＭ個の出力ポートの内で、それぞれ、ｍ個の入力ポートおよびｍ´個の出力ポートしか利用されない。したがって、第１の周回性ＡＷＧ１０２は、波長合分波器としてＭ入力Ｍ出力の合分波特性を持つように構成要素であるスラブ導波路およびアレイ導波路などが設定されている。しかし、デバイスとしての入出力ポート配線は、一部であるｍ個の入力ポートおよびｍ´個の出力ポートだけ備えれば良い点に留意されたい。
【００５６】
また、ｍおよびｍ´は、Ｍに対して次式の関係を持つ。
Ｍ≦ｍ×ｍ´            式（２）
【００５７】
後述する実施例で詳細に述べるが、第１の光スイッチ１０１によって選択される第１の周回性ＡＷＧのｍ個の入力ポートに応じて、第１の周回性ＡＷＧのｍ´個の出力ポートの各々に現れる光信号の波長が決定される。したがって、ｍ×ｍ´通りの異なる波長群（または波長）を選択できる。第１の周回性ＡＷＧ１０２は、チャネル間隔をδｆ（Ｈｚ）とするとき、次式で表されるＦＳＲ1を持つ。
ＦＳＲ1＝Ｍ×δｆ          式（３）
【００５８】
第１の周回性ＡＷＧ１０２は、同一出力ポートにＭチャネル毎にサイクリック（周回的）に異なる波長の光信号を出力するので、式（２）を満たせば、重複することなく波長群（または波長）を分波できる。
【００５９】
第２の光スイッチ１０３は、第１の周回性ＡＷＧ１０２のｍ´個の出力の内の１つを選択し、かつ、後続の第２の周回性ＡＷＧ１０４のｎ個の入力ポートを選択する機能を持つ。すなわち、第２の光スイッチ１０３は、（ｍ´×１）スイッチ機能部分と（１×ｎ）スイッチ機能部分とを縦続接続したものとなる。
【００６０】
図１１は、本発明の光可変フィルタにおける第２の光スイッチ１０３の具体的な構成例を示した図である。（ａ）は第１の構成例を、（ｂ）は第２の構成例を示す。（ａ）の第１の構成例では、光スイッチ１０３は、図１１左側にある前段のＡ入力１出力の光スイッチ１１０と、図１１右側にある後段の１入力Ｂ出力の光スイッチ１１１とが接続されている。図１１では、Ａ＝８、Ｂ＝９の例を示している。いずれの光スイッチも要素素子である１×２スイッチ１１２を組み合わせて構成できる。
【００６１】
光スイッチ１１０のＡ個の入力ポートのうちのいずれか１つのポートへの入力光信号が選択される。次に、その選択された入力光信号は、後段の光スイッチ１１１の入力ポートに接続される。さらに、光スイッチ１１１のＢ個の出力ポートのいずれか１つに接続される。結局、光スイッチ１０３は、Ａ入力から１入力のみを選択して、それをＢ出力のうちの任意の１ポートに出力するスイッチである。このような光スイッチは、図１１に示した構成だけに限定されず、他のどのような方法でも実現できる。図１１に示すように、光スイッチ１０３は２つのスイッチ１１０、１１１から構成されているかのように描かれてはいるが、光スイッチ１０３を一体の光スイッチデバイスとして構成することができる。
【００６２】
別の構成例として、図１１の（ｂ）に示すように、中央部に２×２スイッチ１１３を用いて構成することもできる。すなわち、（ａ）の構成において、前段スイッチ１１０の出力スイッチと後段スイッチ１１１の入力スイッチを、１つの２×２スイッチ１１３によって実現することができる。（ａ）、（ｂ）の構成に限られず、他にも様々な方法で、第２の光スイッチ１０３を実現できることは言うまでもない。
【００６３】
再び、図１０に戻ると、第２の光スイッチ１０３によって、第１の周回性ＡＷＧのｍ´個の出力ポートの内のいずれか１つの光信号が選択されて、さらに後続の第２の周回性ＡＷＧ１０４のｎ個の入力ポートの１つに入力される。
【００６４】
第２の周回性ＡＷＧ１０４は、選択されたいずれか１つの入力ポートに波長分割多重光信号が入力され、その出力ポートに波長ごとに光信号を分波して出力する。第２の周回性ＡＷＧ１０４は、Ｎ入力Ｎ出力を持ち、その分波特性に周回性を持っている。Ｎは同一ポートに入出力されるチャネル番号の周期となる。したがって、１つの出力ポートに着目すれば、Ｎチャネルごとの異なるチャネル（波長）番号を持つ複数の光信号が出力され得る。ここで、第２の周回性ＡＷＧ１０４は、第１の周回性ＡＷＧ１０２同様に、その分波機能のうちの一部だけしか利用されていない点に留意されたい。すなわち、Ｎ個の入力ポートおよびＮ個の出力ポートの内で、それぞれ、ｎ個の入力ポートおよびｎ´個の出力ポートしか利用されていない。したがって、第２の周回性ＡＷＧ１０４は、波長合分波器としてＮ入力Ｎ出力の合分波特性を持つように構成要素であるスラブ導波路およびアレイ導波路などが設定されている。しかし、デバイスとしての入出力ポート配線は、一部であるｎ個の入力ポートおよびｎ´個の出力ポートだけを備えれば良い点に留意されたい。
【００６５】
また、ｎおよびｎ´は、Ｎに対して次式の関係を持つ。
Ｎ≦ｎ×ｎ´            式（４）
【００６６】
後述する実施例で詳細に述べるが、第２の周回性ＡＷＧ１０４において第２の光スイッチ１０３によって選択されるｎ個の入力ポートに応じて、第２の周回性ＡＷＧ１０４のｎ´個の出力ポートの各々に現れる波長が決定される。したがって、第２の周回性ＡＷＧ１０４によってｎ×ｎ´通りの異なる組み合わせに応じてチャネル（波長）番号を一意に選択できる。第２の周回性ＡＷＧ１０４は、チャネル間隔をδｆ（Ｈｚ）とするとき、次式で表されるＦＳＲ2を持つ。
ＦＳＲ2＝Ｎ×δｆ          式（５）
【００６７】
第２の周回性ＡＷＧ１０４は、同一出力ポートにＮチャネル毎にサイクリック（周回的）に異なる波長の光信号を出力するので、式（４）を満たせば、重複することなく波長ごとに光信号を分波できる。ここで、第１の周回性ＡＷＧ１０２のＭと、第２の周回性ＡＷＧ１０４のＮは、互いに素の関係にあることが必要である。
【００６８】
第２の周回性ＡＷＧ１０４のｎ´個の出力ポートは、そのうちの１つがｎ´入力１出力を持つ第３の光スイッチ１０５によって選択される。第３の光スイッチ１０５の出力ポート１０７から、ドロップさせる特定の波長を持つ光信号５３が出力される。以上説明したように、光可変フィルタ１００は、全体として第１の周回性ＡＷＧ１０２による１段目の光可変フィルタ機能と、第２の周回性ＡＷＧ１０４による２段目の光可変フィルタ機能とを備えており、この点で、図６に示した従来技術の光可変フィルタの構成と似ている。しかしながら、図６に示した構成には無い、第１の周回性ＡＷＧ１０２の入力ポートを選択する第１の光スイッチと、第２の周回性ＡＷＧ１０４の入力ポートを選択する第２の光スイッチを備えている点で、相違している。
【００６９】
図１０に示した構成は、例示的に２段で構成された場合を示している。ここで、図１０における光スイッチ１０３を、図１１のように２つに分けて考える。すなわち光可変フィルタ１００は、第１の光スイッチ１０１、第１の周回性ＡＷＧ１０２および第２の光スイッチ１１０（図１１）からなる第１段目の光可変フィルタ機能部、および、第３の光スイッチ１１１（図１１）、第２の周回性ＡＷＧ１０４および第４の光スイッチ１０５からなる第２段目の光可変フィルタ機能部から構成されている。しかし、図１０に示した２段の構成に加え、入力ポート選択のための光スイッチ、周回性ＡＷＧおよび出力ポート選択のための光スイッチからなる別の光可変フィルタ機能部をさらに１段以上備えても良いことは言うまでもない。
【００７０】
図１２は、本発明の光可変フィルタの機能を含む光信号終端部（光信号終端装置）の機能を説明する図である。（ａ）は、本発明の光可変フィルタの機能を説明するものであり、（ｂ）は従来技術の光可変フィルタの機能を対比させて説明するものである。本発明の光信号終端部では、従来技術と同様に、ファイバ選択スイッチ３３−１〜３３−Ｌ（図３を参照）によって、複数の入力側光ファイバ伝送路から１本のファイバの選択（段階１２０）が実行される。さらに、図１０に示した本発明の光可変フィルタにおいて、第１の光スイッチ１０１によって、第１の周回性ＡＷＧ１０１の入力ポート選択が実行される（段階１２１）。その後、第１の周回性ＡＷＧ１０１によって波長群分波または波長分波が行われる（段階１２２）。さらに、第２の光スイッチ１０３の前段の光スイッチ部分１１０（図１１を参照）によって、第１の周回性ＡＷＧの出力ポート選択が実行される（段階１２３）。さらに、第２の光スイッチ１０３の後段の光スイッチ部分１１１によって、第２の周回性ＡＷＧの入力ポート選択が実行される（段階１２４）。次に、第２の周回性ＡＷＧ１０４によって波長分波が行われる（段階１２４）。最後に、第３の光スイッチ１０５によって、第２の周回性ＡＷＧの出力ポート選択が実行される（段階１２６）。
【００７１】
図１２の（ｂ）は、従来技術の光可変フィルタにおける機能を、本発明の（ａ）と対比させて示した。図１２の（ｂ）の従来技術の光可変フィルタの機能は、図５の（ｂ）に示した概念図に示した機能と対応している。また、図１２の（ａ）と（ｂ）とを対比することによって、本発明の光可変フィルタは、第１の周回性ＡＷＧの入力ポート選択機能１２１および第２の周回性ＡＷＧの入力ポート選択機能１２４を備えている点に新規な特徴があることが分かる。本発明の光可変フィルタでは、周回性を持つＡＷＧの入力ポートを選択することによって、ＡＷＧの持つ分波機能を効率的に使用するとともに、周回性ＡＷＧのＦＳＲの設定（ＭおよびＮの設定）と利用する入力ポートおよび出力ポートを選び、出力される波長に重複が生じない構成を選択している。第１の周回性ＡＷＧの入力ポート選択機能１２１および第２の周回性ＡＷＧの入力ポート選択機能１２４を利用して、光スイッチの規模を従来技術よりもさらに低減する。次に、具体的な実施例とともに本発明の光可変フィルタの動作をさらに詳細に説明する。
【実施例１】
【００７２】
図１３〜図１５は、それぞれ、本発明の実施例１の光可変フィルタの動作を説明するための図である。図１３は、第１の周回性ＡＷＧの「入力ポート４」が選択された場合の光可変フィルタの波長選択動作を説明している。同様に、図１４は第１の周回性ＡＷＧの「入力ポート５」が選択された場合の、図１５は第１の周回性ＡＷＧの「入力ポート６」が選択された場合の、波長選択動作をそれぞれ示している。本実施例では、一例として、９６チャネルを含む波長分割多重光信号の場合を前提とする。
【００７３】
本実施例では、第１の光スイッチ１０１は、１入力３出力ポートを持つ選択スイッチである。波長分割多重光信号５０は、第１の光スイッチ１０１によって、第１の周回性ＡＷＧ１０２の入力ポート４、入力ポート５または入力ポート６のいずれかに接続される。第１のＡＷＧ１０２は、９入力９出力を持ち（Ｍ＝９）、９チャネル分の帯域幅（Ｈｚ）に相当するＦＳＲ1を持つものとする。したがって、第１の周回性ＡＷＧ１０２の９個の出力ポートには、９個の異なる波長の光信号が順次出力され、かつ、９で割ったときの剰余が同じチャネル番号（波長番号）の光信号は、同一の出力ポートに現れることになる。
【００７４】
本実施例の場合では、９個の出力ポートの内で、２番目、５番目および８番目の出力ポートが使用される。図１３に示したように、第１の周回性ＡＷＧ１０２の「入力ポート４」が選択されたとき、２番目の出力ポートからは、１、１０、１９・・９１のチャネル番号（波長番号）の１１個の光信号群１３０−１が出力される。すなわち、２番目の出力ポートからは、１〜９６のチャネル番号の信号のうち、９で割った剰余が１であるチャネル番号の光信号群１３０−１が出力される。同様に、５番目の出力ポートからは、４、１３、２２・・９４のチャネル番号（波長番号）を持ち、すなわち９で割った剰余が４であるチャネル番号の１１個の光信号群１３０−４が出力される。同様に、８番目の出力ポートからは、７、１６、２５・・・８８のチャネル番号（波長番号）を持ち、すなわち９で割った剰余が７であるチャネル番号の１０個の光信号群１３０−７が出力される。
【００７５】
ここで、図１４に示すように、第１の周回性ＡＷＧ１０２の「入力ポート５」が選択されたときは、２番目、５番目および８番目の各出力ポートからは、図１３に示したのとは異なる波長番号の光信号が出力されることに着目されたい。すなわち、２番目の出力ポートからは、２、１１、２０・・・９２のチャネル番号（波長番号）を持ち、すなわち９で割った剰余が２であるチャネル番号の１１個の光信号群１３０−２が出力される。５番目の出力ポートからは、５、１４、２３・・・９５のチャネル番号（波長番号）を持ち、すなわち９で割った剰余が５であるチャネル番号の１１個の光信号群１３０−５が出力される。８番目の出力ポートからは、８、１７、２６・・・８９のチャネル番号（波長番号）を持ち、すなわち９で割った剰余が８であるチャネル番号の１０個の光信号群１３０−８が出力される。
【００７６】
さらに、図１５に示すように、第１の周回性ＡＷＧ１０２の「入力ポート６」が選択されたときは、２番目、５番目および８番目の各出力ポートからは、図１３、図１４に示したのとは異なる波長番号の光信号が出力される。すなわち、２番目の出力ポートからは、３、１２、２１・・・９３のチャネル番号（波長番号）を持ち、すなわち９で割った剰余が３であるチャネル番号の１１個の光信号群１３０−３が出力される。５番目の出力ポートからは、６、１５、２４・・・９６のチャネル番号（波長番号）を持ち、すなわち９で割った剰余が６であるチャネル番号の１１個の光信号群１３０−６が出力される。８番目の出力ポートからは、９、１８、２７・・・９０のチャネル番号（波長番号）を持ち、すなわち９で割った剰余が０であるチャネル番号の１０個の光信号群１３０−９が出力される。
【００７７】
図１３〜図１５に示した第１の光スイッチ１０１および第１の周回性ＡＷＧ１０２による上述の選択・分波動作によって、１〜９６のチャネル番号を持つ９６個の光信号を含む波長分割多重光信号５０は、第１の周回性ＡＷＧ１０２のｍ＝３（個）の入力ポートのいずれかを選択することで、第１の周回性ＡＷＧ１０２のｍ´＝３（個）の出力ポートのいずれかに波長群分波されて出力されることが分かる。
【００７８】
第１の周回性ＡＷＧ１０２によってｍ´＝３（個）の出力ポートのいずれかに分波された光信号は、さらに第２の光スイッチ１０３によって１つが選択されて、第２の周回性ＡＷＧ１０４のｎ＝４（個）の入力ポートの内のいずれかに導かれる。第２の周回性ＡＷＧ１０３は、１１入力１１出力を持ち（Ｎ＝１１）、１１チャネル分の帯域幅（Ｈｚ）に相当するＦＳＲ2を持つものとする。したがって、第２の周回性ＡＷＧ１０４の１１個の出力ポートには、１１個の異なる波長の光信号が順次出力され、かつ、同一の入力ポートから入力された場合において、１１で割ったときの剰余が同じチャネル番号（波長番号）の光信号は、同一の出力ポートに現れ得る。ここで、第１の周回性ＡＷＧ１０２におけるポート数（ＦＳＲ1相当のチャネル数）Ｍ＝９と、第２の周回性ＡＷＧ１０５におけるポート数（ＦＳＲ2相当のチャネル数）Ｎ＝１１とは、互いに素の関係にある。以下、第２の光スイッチおよび第２の周回性ＡＷＧの動作をさらに説明する。
【００７９】
図１３を再び参照すると、第１の周回性ＡＷＧ１０２の３つの出力ポートからの光信号群は、第３の光スイッチ１０３によって、第２の周回性ＡＷＧ１０４の入力ポート４、入力ポート５、入力ポート６および入力ポート７の内のいずれか１つに接続される。第２の周回性ＡＷＧ１０４は、選択された入力ポートに応じて、入力光信号を異なる出力ポートに分波して出力する。ここで、図１３において第１の周回性ＡＷＧ１０２の２番目の出力ポートからの光信号群１３０−１に着目する。光信号群１３０−１は、第２の光スイッチ１０３の選択機能によって、第２の周回性ＡＷＧ１０４の、入力ポート４、入力ポート５、入力ポート６および入力ポート７の内のいずれかに接続される。
【００８０】
図１３において、第１の周回性ＡＷＧ１０２の異なる出力ポートからの光信号は、チャネル番号の文字字体によって区別をしている。２番目の出力ポートから出力される光信号のチャネル番号は通常書体で、５番目の出力ポートから出力される光信号のチャネル番号はグレイの書体で、さらに、８番目の出力ポートから出力される光信号のチャネル番号は白抜きの書体で示されている。
【００８１】
また、第２の周回性ＡＷＧ１０４で選択される入力ポートと、その入力ポートの時に出力ポートから分波され出力される光信号のチャネル番号との対応関係を、ハッチング等の種類で区別してある。すなわち、第２の周回性ＡＷＧ１０４の「入力ポート４」に入力された光信号は、ａと表示されたベルトの内に記載されたチャネル番号の光信号として出力されることを示している。また、第２の周回性ＡＷＧ１０４の「入力ポート５」に入力された光信号は、ｂと表示されたベルトの内に記載されたチャネル番号の光信号として出力されることを示している。以下同様に、第２の周回性ＡＷＧ１０４の「入力ポート６」に入力された光信号は、ｃと表示されたベルトの内に記載されたチャネル番号の光信号として出力され、「入力ポート７」に入力された光信号は、ｄと表示されたベルトの内に記載されたチャネル番号の光信号として出力されることを示している。
【００８２】
さらに具体的に、第２の光スイッチ１０３および第２の周回性ＡＷＧ１０４の選択・分波動作を説明すれば、以下の通りである。図１３に示した第１の周回性ＡＷＧ１０２の２番目の出力ポートからの光信号群１３０−１に着目すると、第２の周回性ＡＷＧ１０４の「入力ポート４」が選択されたとき、チャネル番号１の光信号は、出力ポート２から出力される（ベルトａ）。このとき同時に、チャネル番号８２の光信号は、出力ポート６から出力され（ベルトａ）、チャネル番号６４の光信号は、出力ポート１０から出力されている（ベルトａ）。
【００８３】
次に、光信号群１３０−１のうち、チャネル番号１０、２８、４６に着目すると、「入力ポート５」が選択されたとき、チャネル番号４６の光信号は、出力ポート２から出力されている（ベルトｂ）。このとき同時に、チャネル番号２８の光信号は、出力ポート６から出力され（ベルトｂ）、チャネル番号１０の光信号は、出力ポート１０から出力されている（ベルトｂ）。
【００８４】
さらに、光信号群１３０−１のうち、チャネル番号５５、７３、９１に着目すると、「入力ポート６」が選択されたとき、チャネル番号９１の光信号は、出力ポート２から出力されている（ベルトｃ）。このとき同時に、チャネル番号７３の光信号は、出力ポート６から出力され（ベルトｃ）、チャネル番号５５の光信号は、出力ポート１０から出力されている（ベルトｃ）。
【００８５】
また、光信号群１３０−１のうち、チャネル番号１、１９、３７に着目すると、「入力ポート７」が選択されたとき、チャネル番号３７の光信号は、出力ポート２から出力されている（ベルトｄ）。このとき同時に、チャネル番号１９の光信号は、出力ポート６から出力され（ベルトｄ）、チャネル番号１の光信号は、出力ポート１０から出力されている（ベルトｄ）。
【００８６】
上述の選択・分波動作から、第２の周回性ＡＷＧ１０４のｎ＝４（個）入力ポートの内の１つを選択したとき、第２の周回性ＡＷＧ１０４のｎ´＝３（個）の出力ポートからは、異なるチャネル番号の光信号が１つずつ現れることが分かる。さらに、別の入力ポートを選択すると、選択した入力ポートに対応した、別の異なる３つのチャネル番号の光信号が、１つずつ現れる。結局、第２の周回性ＡＷＧ１０４の入力ポートおよび出力ポートの１つの組み合わせと、分波される光信号のチャネル番号とが、１対１で関連付けられて動作していることが分かる。すなわち、第２の周回性ＡＷＧ１０４の入力ポート（ｎ＝４）および出力ポート（ｎ´＝３）の１つの組み合わせ（ｎ×ｎ´通り）を決定すれば、その組み合わせの出力ポートから得られる光信号のチャネル番号が、一意に決定される。最後に第３の光スイッチ１０５によって、第２の周回性ＡＷＧ１０４のｎ´個の出力ポートの内の１つを選択することによって、所望のドロップされる光信号５３が得られる。
【００８７】
上述の２番目の出力ポートからの光信号群１３０−１における動作は、図１３に示した第１の周回性ＡＷＧ１０２の５番目の出力ポートからの光信号群１３０−４、および、８番目の出力ポートからの光信号群１３０−７に着目しても同様であることが確認できる。したがって、（１）第２の光スイッチ１０３によって第１の周回性ＡＷＧ１０２のｍ´個の出力ポートの内から１つの出力ポートが選択され、かつ、（２）第２の光スイッチ１０３によって第２の周回性ＡＷＧ１０４のｎ個の入力ポートの内から１つの入力ポートが選択され、さらに、（３）第３の光スイッチ１０５によって第２の周回性ＡＷＧ１０４のｎ´個の出力ポートの内から１つの出力ポートが選択されて、３つの光信号群１３０−１、１３０−４、１３０−７の３２個の内から１つのチャネル番号の光信号が選択される。
【００８８】
上述の（１）、（２）、（３）の３つの選択動作によって、第１の光スイッチ１０１で「入力ポート５」が選択される図１４の場合も、同様に、３つの光信号群１３０−２、１３０−５、１３０−８の３２個の内の１つのチャネル番号の光信号が選択される。さらに、第１の光スイッチ１０１で「入力ポート６」が選択される図１５の場合も、同様に、３つの光信号群１３０−３、１３０−６、１３０−９の３２個の内の１つのチャネル番号の光信号が選択される。結局、光スイッチ１０１による入力ポート選択動作と、２つの周回性ＡＷＧ１０２、１０４の入出力ポートに関する４つの選択動作の組み合わせの結果、９６チャネルからなる波長分割多重光信号５０は、９つの光信号群１３０−１〜１３０−９を経て、ドロップされる光信号として、ただ１つのチャネル番号の光信号５３が一意に選択されることになる。
【００８９】
以上詳細に述べたように、実施例１の光可変フィルタの構成では、９６チャネルを含む波長分割多重光信号から、９×９ポートの第１の周回性ＡＷＧおよび１１×１１ポートの第２の周回性ＡＷＧ、ならびに、３種類の光スイッチを利用して、任意のチャネル（波長）番号の光信号をドロップすることができる。本実施例の構成によって、従来技術の構成と比べて、光可変フィルタの光スイッチの規模を大幅に縮小できる。詳細は、後述する。
【実施例２】
【００９０】
実施例１の光可変フィルタは波長分割多重光信号に含まれる波長数が９６の場合を示したが、他に様々な波長数およびＡＷＧの構成を用いて光可変フィルタを構成できることは言うまでもない。また、実施例１で示したような２段の周回性ＡＷＧを使う構成に限られず、図８に示したように３段以上の周回性ＡＷＧ（光可変フィルタ部）を持つ構成であっても、スイッチ規模の縮小効果が認められる。
【００９１】
図１６は、実施例２として、２段構成の場合で他の様々な光可変フィルタの構成例を示す表である。Ｍは、第１の周回性ＡＷＧの入力ポート数または出力ポート数であり、Ｎは、第２の周回性ＡＷＧの入力ポート数または出力ポート数である。ｍは、第１の周回性ＡＷＧで光可変フィルタとして実際に利用される入力ポート数であり、ｍ´は、第１の周回性ＡＷＧで利用される出力ポート数である。また、ｎは、第２の周回性ＡＷＧで光可変フィルタとして利用される入力ポート数であり、ｎ´は、第２の周回性ＡＷＧで光可変フィルタとして利用される出力ポート数である。ＭとＮとの間では、互いに素の関係にある。さらに、ｍ、ｍ´、ｎ、ｎ´と、Ｍ、Ｎとの間には、先に示したように、次の関係が成り立つ。
Ｍ≦ｍ×ｍ´            式（２）
Ｎ≦ｎ×ｎ´            式（４）
【００９２】
一般に、分岐数の非常に多い光スイッチを多段化する場合には、スイッチ規模を最小化するために、多段化した後の各分岐の値が近接する整数となるように選ばれる。例えば、１００×１の選択スイッチは、１×２のスイッチと５０×１のスイッチを組み合わせるよりも、１０×１のスイッチを２つ使用するほうがスイッチ規模を小さくできる。したがって、図１６の表に示したように、ＭとＮは互いに素であって近接した値が選択される。
【００９３】
図１７は、本発明の光可変フィルタによる光スイッチ規模の削減効果を従来技術と比較して示した図である。図１６に示した各波長数の実施例の場合の光スイッチの規模を、対応する従来技術の構成の場合と比較して示した図である。光スイッチの規模は、たとえば、図１１に示した光スイッチを構成する最小の要素スイッチ素子である１×２スイッチの数によって把握することができる。２段構成の場合に本発明の場合に必要となる、第１の光スイッチ１０１、第２の光スイッチ１０３、第３の光スイッチ１０５の合計の１×２スイッチポイント数を縦軸に取っている。
【００９４】
図１８は、従来技術の構成を基準として、本発明の光可変フィルタによるスイッチ数の削減率を示した表を示す図である。波長分割多重光信号の波長パス数が多くなるほど、その削減率は大きくなることがわかる。特に、波長パス数が２４０の場合には、従来技術の光可変フィルタと比べてスイッチ数は５９％減となり、スイッチの規模を半減させることができる。したがって、本発明の光可変フィルタの構成は、波長パスの数が増えれば増えるほど、要素スイッチの数を削減することができる。近い将来には１本の光ファイバ伝送路の中で取り扱われる波長の数は、最大で２００を越えることが予測されており、本発明は、将来の爆発的なトラフィック増加に最も効果的に対応することができる。
【００９５】
本発明の光可変フィルタは、図３のようにファイバ選択スイッチおよび受信器を組み合わせて、ドロップ側の光信号終端装置を構成することもできるのは言うまでもない。また、本発明は、光スイッチの構成を簡略化できるので、どのような構成の光スイッチを利用する場合でも小型化、簡略化、高信頼性化の点で優れた効果を発揮する。平面光回路（ＰＬＣ）によって実現する場合にも、デバイスの小型化に大きく寄与することができる。
【００９６】
以上詳細に述べたように、本発明によって、フォトニックノードの光信号終端装置において、光スイッチの規模をさらに縮小することのできる光可変フィルタを提供することがきる。光可変フィルタを構成する要素スイッチ素子の数を減らし光スイッチの規模を大幅に減らすことができるので、デバイスの構成を簡略化し低コスト化をすることができる。回路規模の縮小により、デバイスの信頼性の向上も実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、光通信システムに利用することができる。特に、波長分割多重光信号から特定の波長の光信号を取り出しまたは加える可変フィルタおよび光信号終端装置に利用できる。
【符号の説明】
【００９８】
１−１〜１−Ｊ、３６、３７、５０  波長分割多重光信号
２−１〜２−Ｋ  入力側光ファイバ伝送路
３  光クロスコネクト部
４−１〜４−Ｋ  出力側光ファイバ伝送路
５−１〜５−Ｊ  出力波長分割多重光信号
６−１、３０  ドロップシステム
６−２、３１  アドシステム
７  電気レイヤネットワーク
８、２４−１〜２４−Ｌ、３５−１〜３５−Ｌ  受信器
９、２５−１〜２５−Ｌ  送信器
２１−１〜２１−Ｋ、２７−１〜２７−Ｋ  光カプラ
２３、２８  フルマトリックススイッチ
３３−１〜３３−Ｌ  ファイバ選択スイッチ
３４−１〜３４−Ｌ、６０、１００  光可変フィルタ
３９−１〜３９−Ｌ、５３  ドロップされた光信号
６２、６４、１０１、１０３、１０５  光スイッチ
６１、６３、１０２、１０４  周回性波長合分波器（ＡＷＧ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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