(57)【要約】【課題】本発明は、上り信号伝送における送受信器のパワーバジェットの要求条件を緩和することを目的とする。【解決手段】本願発明の波長多重ＰＯＮシステムでは、収容局がＮ（Ｎは自然数）台の光集線器、Ｎ台の光合流分岐器およびＮ台の局側受信器を備え、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮに、光合流分岐器を適用する。これにより、本発明は、上り方向の分岐損失を改善できるため、ＯＮＵに搭載するＬＤをハイパワー化することなく多分岐化が可能となる。したがって、本発明は、上り信号伝送における送受信器のパワーバジェットの要求条件を緩和することができる。【選択図】図５
2014135588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信波長、および受信波長可変な加入者装置、
上り信号が入力され下り信号が出力されるＭ個の第一の入出力ポート、および上り信号が出力され下り信号が入力されるＮ個の第二の入出力ポートを有するＮ台の光集線器、
上り信号が入力され下り信号が出力されるＮ個の第三の入出力ポートを有し、前記Ｎ個の第三の入出力ポートから入力された上り信号を単一のマルチモード入出力ポートに結合し、単一の下り信号入力ポートから入力された下り信号をＮ分岐して前記Ｎ個の第三の入出力ポートから出力するＮ台の光合流分岐器、
およびＮ台の局側送受信器、
から構成される波長多重ＰＯＮシステムであって、
前記加入者装置は、前記Ｎ台の局側送受信器入力において波長ごとに時分割多重される上り信号を、前記Ｎ台の光集線器のＭ個の第一の入出力ポートのいずれかに入力し、
前記Ｎ台の光集線器は、上り信号が入力され下り信号が出力されるＭ個の第一の入出力ポート、および上り信号が出力され下り信号が入力されるＮ個の第二の入出力ポートを有する光分岐器であり、前記加入者装置から送信された上り信号は、送信波長によらずＮ個の第二の入出力ポートのすべてに出力され、
前記Ｎ台の光集線器のＮ個の第二の入出力ポートから出力された上り信号は、前記Ｎ台の光合流分岐器のＮ個の第三の入出力ポートに、光集線器及び光合流分岐器の重複がないように接続されて、単一のマルチモード出力に波長ごとに時分割多重された上り信号を出力し、
前記Ｎ台の局側送受信器は、前記波長ごとに時分割多重された上り信号から、受信波長を選択して受信し、
前記Ｎ台の局側送受信器は、宛先となる加入者装置ごとに時分割多重された下り信号を、前記Ｎ台の光合流分岐器の単一の下り信号入力ポートに入力し、
前記Ｎ台の光合流分岐器は、下り信号をＮ分岐して前記Ｎ個の第三の入出力ポートから出力し、
前記Ｎ台の光集線器は、前記接続に従い下り信号をＭ分岐して前記Ｍ個の第一の入出力ポートから出力し、
前記加入者装置は、当該装置宛ての下り信号が重畳された波長、時間位置にあるデータを選択して受信する、
ことを特徴とする波長多重ＰＯＮシステム。
【請求項２】
送信波長可変な加入者装置、
上り信号が入力され下り信号が出力されるＭ個の第一の入出力ポート、および上り信号が出力され下り信号が入力されるＮ個の第二の入出力ポートを有するＮ台の光集線器、
上り信号が入力され下り信号が出力されるＮ個の第三の入出力ポートを有し、前記Ｎ個の第三の入出力ポートから入力された上り信号を単一のマルチモード入出力ポートに結合し、単一の下り信号入力ポートから入力された下り信号をＮ分岐して前記Ｎ個の第三の入出力ポートから出力するＮ台の光合流分岐器、
および送信波長可変なＮ台の局側送受信器、
から構成される波長多重ＰＯＮシステムであって、
前記加入者装置は、前記Ｎ台の局側送受信器入力において時分割多重される上り信号を、前記Ｎ台の光集線器のＭ個の第一の入出力ポートのいずれかに入力し、
前記Ｎ台の光集線器は、上り信号が入力され下り信号が出力されるＭ個の第一の入出力ポート、および上り信号が出力され下り信号が入力されるＮ個の第二の入出力ポートを有し、隣接ポート間の透過波長間隔（Δｗ）とＦＳＲ（Ｆ）が、Ｆ＝Ｎ×Δｗの関係を有する周回性ＡＷＧであり、前記加入者装置から送信された上り信号は、送信波長に応じてＮ個の第二の入出力ポートのいずれかに出力され、
前記Ｎ台の光集線器のＮ個の第二の入出力ポートから出力された上り信号は、前記Ｎ台の光合流分岐器のＮ個の第三の入出力ポートに、光集線器及び光合流分岐器の重複がないように接続されて、単一のマルチモード出力に時分割多重された上り信号を出力し、
前記Ｎ台の局側送受信器は、前記時分割多重された上り信号を受信し、
前記Ｎ台の局側送受信器は、前記加入者装置入力において時分割多重される下り信号を、前記Ｎ台の光合流分岐器の単一の下り信号入力ポートに入力し、
前記Ｎ台の光合流分岐器は、下り信号をＮ分岐して前記Ｎ個の第三の入出力ポートから出力し、
前記Ｎ台の光集線器は、前記接続に従い前記Ｍ個の第一の入出力ポートから時分割多重された下り信号を出力し、
前記加入者装置は、当該装置宛ての下り信号が重畳された時間位置にあるデータを受信する、
ことを特徴とする波長多重ＰＯＮシステム。
【請求項３】
送信波長可変な加入者装置、
上り信号が入力され下り信号が出力されるＭ個の第一の入出力ポート、および上り信号が出力され下り信号が入力されるＮ個の第二の入出力ポートを有するＮ台の光集線器、
上り信号が入力され下り信号が出力されるＮ個の第三の入出力ポートを有し、前記Ｎ個の第三の入出力ポートから入力された上り信号を単一のマルチモード入出力ポートに結合し、単一の下り信号入力ポートから入力された下り信号をＮ分岐して前記Ｎ個の第三の入出力ポートから出力するＮ台の光合流分岐器、
および送受信波長可変なＮ台の局側送受信器、
から構成される波長多重ＰＯＮシステムであって、
前記加入者装置は、前記Ｎ台の局側送受信器入力において時分割多重される上り信号を、前記Ｎ台の光集線器のＭ個の第一の入出力ポートのいずれかに入力し、
前記Ｎ台の光集線器は、上り信号が入力され下り信号が出力されるＭ個の第一の入出力ポート、を有するＡＷＧ、および上り信号が出力され下り信号が入力されるＮ個の第二の入出力ポートを有する光分岐器が、単一の入出力ポート間で結合される構成であり、前記加入者装置から送信された上り信号は、接続したＡＷＧの入出力ポートに対応した送信波長に設定されて、前記光分岐器のＮ個の入出力ポートのすべてに出力され、
前記Ｎ台の光集線器のＮ個の第二の入出力ポートから出力された上り信号は、前記Ｎ台の光合流分岐器のＮ個の第三の入出力ポートに、光集線器及び光合流分岐器の重複がないように接続されて、単一のマルチモード出力に時分割多重された上り信号を出力し、
前記Ｎ台の局側送受信器は、前記時分割多重された上り信号を、波長を選択することにより受信し、
前記Ｎ台の光終端装置は、前記加入者装置入力において時分割多重される下り信号を、前記Ｎ台の光合流分岐器の単一の下り信号入力ポートに入力し、
前記Ｎ台の光合流分岐器は、下り信号をＮ分岐して前記Ｎ個の第三の入出力ポートから出力し、
前記Ｎ台の光集線器は、前記接続に従い前記Ｍ個の第一の入出力ポートから時分割多重された下り信号を出力し、
前記加入者装置は、当該装置宛ての下り信号が重畳された時間位置にあるデータを受信する、
ことを特徴とする波長多重ＰＯＮシステム。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載の波長多重ＰＯＮシステムにおいて、
前記光合流分岐器は、上り信号をマルチモードで合流し、下り信号をシングルモードで分岐する光合流分岐手段に、前記上り信号をマルチモードで分離し、前記下り信号をシングルモードで結合する上下信号合分離手段を付加した構成である、
ことを特徴とする波長多重ＰＯＮシステム。
【請求項５】
請求項１ないし３に記載の波長多重ＰＯＮシステムにおいて、
前記光合流分岐器は、上り信号をマルチモードで合流し、下り信号をシングルモードで分岐する光合流分岐手段と、上り信号をマルチモードで伝播させ、下り信号をシングルモードで伝播させる双方向光伝播手段と、上り信号をマルチモードで分離し、下り信号をシングルモードで結合する上下信号合分離手段とにより構成される、
ことを特徴とする波長多重ＰＯＮシステム。
【請求項６】
請求項５に記載の波長多重ＰＯＮシステムにおいて、
前記双方向光伝播手段がデュアルモード光ファイバである、
ことを特徴とする波長多重ＰＯＮシステム。
【請求項７】
請求項５に記載の波長多重ＰＯＮシステムにおいて、
前記双方向光伝播手段が空間レンズ系で構成される、
ことを特徴とする波長多重ＰＯＮシステム。
【請求項８】
請求項１ないし３に記載の波長多重ＰＯＮシステムにおいて、
前記光合流分岐器は、導波路幅が非等幅のＮ段に直列接続された方向性結合素子、および下り信号をＮ分岐する光分岐器から構成され、上り信号は前記方向性結合素子のクロスポートにモード変換された後に出力され、前記光分岐器によりＮ分岐された下り信号は、前記方向性結合素子のスルーポートにモード変換されずに出力される、
ことを特徴とする波長多重ＰＯＮシステム。
【請求項９】
複数の加入者装置からの上り信号を受信する収容局であって、
Ｎ（Ｎは自然数）台の光集線器、Ｎ台の光合流器およびＮ台の局側受信器を備え、
各光集線器は、Ｍ個の第一の入出力ポートとＮ個の第二の入出力ポートを有し、
各光合流器は、Ｎ個の第三の入出力ポートと１個のマルチモード入出力ポートを有し、
各光集線器のＮ個の第二の入出力ポートは、各光合流器のＮ個の第三の入出力ポートに、光集線器及び光合流器の重複がないように接続され、
Ｎ台の光集線器は、Ｍ個の第一の入出力ポートのいずれかに入力された加入者装置からの上り信号を、Ｎ個の第二の入出力ポートの少なくとも１つに出力し、
Ｎ台の光合流器は、第三の入出力ポートに入力された上り信号を、マルチモード入出力ポートに結合し、
Ｎ台の局側送受信器は、マルチモード入出力ポートから出力された上り信号を受信する、
収容局。
【請求項１０】
複数の加入者装置からの上り信号を受信する収容局の上り信号受信方法であって、
Ｎ（Ｎは自然数）台の光集線器、Ｎ台の光合流器およびＮ台の局側受信器を備え、
各光集線器は、Ｍ個の第一の入出力ポートとＮ個の第二の入出力ポートを有し、
各光合流器は、Ｎ個の第三の入出力ポートと１個のマルチモード入出力ポートを有し、
各光集線器のＮ個の第二の入出力ポートは、各光合流器のＮ個の第三の入出力ポートに、光集線器及び光合流器の重複がないように接続され、
Ｎ台の光集線器が、Ｍ個の第一の入出力ポートのいずれかに入力された加入者装置からの上り信号を、Ｎ個の第二の入出力ポートの少なくとも１つに出力する手順と、
Ｎ台の光合流器が、マルチモード入出力ポートから出力された上り信号を、マルチモード入出力ポートに結合する手順と、
Ｎ台の局側送受信器が、上り信号を受信する手順と、
を有する収容局の上り信号受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重ＰＯＮシステムに関し、特にＰＯＮシステムの局側装置ＯＬＴ（ＯＳＵ）に適用され、ＰＯＮシステムの多分岐化を低コストで実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクセスネットワークでは、ＩＥＥＥやＩＴＵ−Ｔで標準化されたＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムが広く採用されている。ＰＯＮシステムは、収容局と複数の加入者が、所外に配置された光分岐器を介して、一本の光ファイバで結合される構成であり、上り信号と下り信号が異なる波長により、同一光ファイバ上を双方向に伝送される。下り信号は、加入者ごとの信号が、時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術を用いて多重された連続信号であり、ユーザ宅に配置される加入者装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）は、光分岐器において分岐された連続信号から、自身に割り当てられた時間位置にあるデータを受信する。また上り信号は、ＯＮＵから間欠的に送信されるバースト信号であり、光分岐器で合流してＴＤＭ信号となり、収容局に送られる。本システムでは、収容局から光分岐器までの光ファイバ、および収容局に配置される局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）を、複数の加入者で共用化できることから、ギガを超える高速の光アクセスサービスを、経済的に提供することができる。
【０００３】
今後の更なるトラヒックの増大に応えるため、ＴＤＭ技術を用いてラインレートの高速化を押し進めるとすると、より高速な電気回路が必要となり、その実現は困難を極めるものと予想される。また仮に実現できたとしても、装置コストや消費電力の増加を招くことは必至である。それに対して、波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術をＴＤＭ技術と併用したＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムが提案されている。これによれば、ラインレート１０Ｇｂ／ｓのＴＤＭ信号を４波長（上下信号を考慮すると８波長）束ねることにより、１０Ｇｂ／ｓを超える速度の電気回路を用いることなく、総容量４０Ｇｂ／ｓのアクセスシステムを構築することができる。
【０００４】
図１に、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの構成例を示す。本システムは、所外の光分岐器８３だけでなく、所内の光分岐器１２を用いることにより、複数の加入者装置８２を収容する構成である。所外分岐に加えて、所内分岐を用いることにより、より面的に拡がった加入者を収容することができ、効率的なシステム運用が可能となる。収容局８１には、光分岐器１２の他に、光集線器１３、およびＯＬＴ内に搭載されるＮ台の局側送受信器１１から構成される。図では、局側送受信器１１のみを記載し、ＯＬＴは省略している。
【０００５】
光集線器１３は、任意の局側送受信器１１が任意のＯＮＵ８２を収容可能とするために用いられる。これにより、輻輳が少ない場合には、ＯＮＵ８２が接続する局側送受信器１１を片寄せすることでＯＬＴの消費電力を低減し、また輻輳する局側送受信器１１がある場合には、当該局側送受信器１１が収容するＯＮＵ８２の一部を、輻輳が少ない局側送受信器１１に収容替えして負荷を分散することができる。光集線器１３は、光受動部品から構成され、上り信号が入力され下り信号が出力されるＭ個の第一の入出力ポート、および上り信号が出力され下り信号が入力されるＮ個の第二の入出力ポートを有する。図２に、光集線器１３の構成を示す。いずれもＭ＝３、Ｎ＝３の場合を例示し、入力ポート＃ｐに入力された信号波長＃ｑを、λｐｑと記述する。
【０００６】
図２（ａ）は、光分岐器１３１を用いた構成である（非特許文献１−３）。上り信号の或る入力ポートに３波長が入力されると、出力ポートすべてに同一の３波長が出力される。図示しないが、下り信号についても同じことが言える。ＯＮＵ８２の送信波長、および受信波長は共に可変とし、局側送受信器１１は、送信波長、および受信波長共に固定とする。ＯＮＵ８２は、波長ごとにＴＤＭされる上り信号を送信し、送信波長を変えることで任意の局側送受信器１１により受信される。一方、局側送受信器１１は、収容するＯＮＵ８２ごとにＴＤＭされた下り信号を送信し、当該ＯＮＵ８２は、受信波長を選択して、自身に割り当てられた時間位置にあるデータを受信する。或るＯＮＵ８２宛ての下り信号が、いずれの局側送受信器１１により送信されるかは、その上位に配置される振り分け器（図示せず）により割り振られるが、いずれの局側送受信器１１に割り振られた場合であっても、受信波長を変えることで任意のＯＮＵ８２により受信される。
【０００７】
図２（ｂ）は、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）１３２を用いた構成である。本ＡＷＧ１３２は、隣接ポート間の透過波長間隔（Δｗ）とＦＳＲ（Ｆ）が、Ｆ＝Ｎ×Δｗの関係を有する周回性ＡＷＧである。上り信号の或る入力ポートに３波長が入力されると、各出力ポートに１波長ずつが出力される。他の入力ポートにも同じ３波長が入力されると、ＡＷＧの周回性により、各出力ポートに入力ポートに対応した異なる３波長が出力される。図示はしないが、下り信号はこの逆になる。ただし、上り下りの波長帯をＡＷＧ１３２の異なるＦＳＲに対応させ、上り下りの合分波における入出力ポートを共用化する必要がある。ＯＮＵ８２、および局側装置共に、送信波長可変とし、受信波長は選択しないものとする。ＯＮＵ８２は、光集線器出力（局側送受信器入力）においてＴＤＭされる上り信号を送信し、送信波長を変えることで任意の局側送受信器１１により受信される。ただし、本ＴＤＭ信号は、ＡＷＧ１３２の異なる入力ポートから入力された上り信号により生成されるので、入力ポートごとに波長が異なる。一方、局側送受信器１１は、同じく光集線器出力においてＴＤＭされる下り信号を送信し、送信波長を変えることで任意のＯＮＵ８２により受信される。本ＴＤＭ信号も、ＡＷＧ１３２の異なる入力ポートから入力された下り信号により生成されるので、入力ポートごとに波長が異なる。
【０００８】
図２（ｃ）は、ＡＷＧ１３３と光分岐器１３１を用いた構成である（非特許文献５−７）。本ＡＷＧ１３３は、図２（ｂ）のＡＷＧ１３２と同様の周回性を有さない。したがって、上り信号の或る入力ポートに入力できる波長は固定である。ＡＷＧ１３３を透過した波長は、後段の光分岐器１３１により分岐され、出力ポートすべてに分岐される。下り信号はこの逆になる。ただし、上り下りの波長帯をＡＷＧ１３３の異なるＦＳＲに対応させ、上り下りの合分波における入出力ポートを共用化する必要があるのは、図２（ｂ）の場合と同様である。ＯＮＵ８２、および局側送受信器１１共に送信波長可変とするが、ＯＮＵ８２は受信波長を選択しないのに対し、局側送受信器１１は受信波長を選択する。ＯＮＵ８２は、自身を収容する局側送受信器１１入力においてＴＤＭされる上り信号を送信する。本ＴＤＭ信号は、ＡＷＧ１３３の異なる入力ポートから入力された上り信号により生成されるので、入力ポートごとに波長が異なる。したがって、当該局側送受信器１１は、受信波長を高速に選択することにより、波長の異なるＴＤＭ信号を受信する。ＯＮＵ８２が接続する局側送受信器１１を変更しても、局側送受信器１１は受信波長の選択順序を変更すればよく、任意の局側送受信器１１で受信できる。一方、局側送受信器１１は、ＡＷＧ１３３出力においてＴＤＭされる下り信号を送信し、送信波長を変えることで任意のＯＮＵ８２により受信される。本ＴＤＭ信号は、送信する局側送受信器１１が異なっても、ＡＷＧ１３３の入力ポートは共通なので、単一波長により生成される。
【０００９】
以上のように、波長可変性を有するＯＮＵ８２や局側送受信器１１を、光集線器１３を経由するアクセスネットワークに結合することで、任意のＯＮＵ８２を任意の局側送受信器１１で収容することが可能となる。しかしながら、図１のアクセスネットワークでは、所外の光分岐器８３、所内の光分岐器１２、光集線器１３による伝送路損失が大きく、システムに要求されるパワーバジェットが厳しくなる。通常、下り連続信号を受信する受信器よりも、上りバースト信号を受信する受信器の方が、受信感度が悪く、パワーバジェットの要求条件を満たすことが困難である。
【００１０】
これに対しＴＤＭ−ＰＯＮでは、光分岐器における上り信号の合流損失を低減し、システムのパワーバジェットの要求条件を緩和する手法が提案されている（非特許文献８）。図３に、そのシステム構成を示す。ここでも図１と同様、所外の光分岐器８３に加えて、所内の光分岐器２４（図では、４分岐）を配置する場合を図示する。通常の所内所外分岐型のＰＯＮでは、所内分岐を行うために光分岐器を用いるが、ここでは一台の光分岐器２４、一台の光合流器２５、所内分岐数に等しい台数の波長合分波器２６（ＷＤＭ光フィルタ）を用いる。送信器２１から送出された下り信号は、光分岐器２４により分岐され各波長合分波器２６に送られる。光分岐器２４は、下り信号の分岐と同時に上り信号の合流を行うこともできるが、ここでは前者のみを行う。一方、所内分岐ごとの上り信号は、波長合分波器２６において下り信号と合分波される。さらにはモード結合器とも呼ばれる光合流器２５において合流した後、受信器２２において受信される。
【００１１】
図４に、光合流器２５の構成例を示す。図４（ａ）、および図４（ｂ）は、それぞれ、プレーナ光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、および融着シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ：Ｓｉｎｇｌｅ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ）導波路を利用した場合を示す。いずれも、平面において放射状に配列された複数のシングルモード導波路２５２の一方の端面を束ねる構成である。光信号の合流は、図４（ａ）、および図４（ｂ）に示される、スラブ導波路２５１、および融着部２５６において行われる。これら合流部は、複数のシングルモード導波路２５２の他方の端面から入射された光信号の平面垂直方向の閉じ込めを保ちつつ、各シングルモード導波路２５２間の境界をなくした状態で一定距離を経て前記光信号を合流させる。合流した光信号のモードフィールド径は、ＳＭＦのモードフィールド径以上の広がりを持つため、合流部にはマルチモード光ファイバ（ＭＭＦ：Ｍｕｌｔｉ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ）２５３を接続し、合流した光信号を漏れなく光ファイバ内に閉じ込める。これにより、原理的に分岐数の増加に応じて合流損失が増加する（Ｎ×１分岐では、１／／Ｎ）という光分岐器の欠点を克服し、上り信号伝送において、システムに要求されるパワーバジェットを大幅に緩和することができる。実際、図４（ａ）の構成により、８×１の光合流器が、２ｄＢ以内の合流損失で実現されている（非特許文献９）。
【００１２】
本手法を、図１の構成からなるＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮに適用したいところであるが、光合流器２５の出力であるＭＭＦ２５３に高速の光信号を伝送させた場合、モード分散の影響により、ごく短距離であっても著しく光信号が劣化する問題がある。これを回避するためには、受信器２２の直前に配置される光集線器１３が光合流器２５の機能を併せ持つ必要があるが、上り信号をＮ台の局側送受信器１１に振り分ける光集線器１３と、上り信号を１出力に結合する光合流器２５ではその構成が相いれず、その実現は不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１２−１２０１３６号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】「総帯域拡張型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮと動的波長帯域割当の一提案」２００９年電子情報通信学会総合大会  （Ｂ−１０−１０７）
【非特許文献２】「波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおけるサービスクラスに応じた公平な帯域分配方法の提案」２０１２年電子情報通信学会  総合大会  （Ｂ−８−１７）
【非特許文献３】「次世代光アクセスネットワークに向けた波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ」２０１２年電子情報通信学会  信学技報  （ＣＳ２０１２−３０）
【非特許文献４】「４０ＧＢＩＴ／Ｓ−ＣＬＡＳＳ−λ−ＴＵＮＡＢＬＥ  ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ  ＵＳＩＮＧ  ＴＵＮＡＢＬＥ  Ｂ−ＴＸ  ＡＮＤ  ＣＹＣＬＩＣ  ＡＷＧ  ＲＯＵＴＥＲ  ＦＯＲ  ＦＬＥＸＩＢＬＥ  ＰＨＯＴＯＮＩＣ  ＡＧＧＲＥＧＡＴＩＯＮ  ＮＥＴＷＯＲＫＳ」ＥＣＯＣ２０１２  （Ｔｕ．４．Ｂ．３）
【非特許文献５】「ＯＮＵ収容数増大に向けた波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ」２０１０年電子情報通信学会  ソサイエティ大会  （Ｂ−１０−４１）
【非特許文献６】「１×ｎ  ＡＷＧを用いた波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮの上り信号評価」２０１１年電子情報通信学会  総合大会  （Ｂ−１０−７４）
【非特許文献７】「１×ｎ  ＡＷＧを用いた波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮの下り信号特性」  ２０１１年電子情報通信学会  総合大会  （Ｂ−１０−７５）
【非特許文献８】「上り信号の合流損失を低減したＰＤＳ構成法」１９９７年電子情報通信学会  総合大会  （Ｂ−１０−１１２）
【非特許文献９】「石英導波路型８×１光モードコンバイナ」１９９６年電子情報通信学会  エレクトロニクスソサイエティ大会  （Ｃ−１６０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上り信号伝送におけるシステムのパワーバジェットの要求条件を緩和することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本願発明の波長多重ＰＯＮシステムは、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮに、光合流分岐器を適用する。これにより、本発明は、上り方向の分岐損失を改善できるため、ＯＮＵに搭載するＬＤをハイパワー化することなく多分岐化が可能となる。したがって、本発明は、上り信号伝送におけるシステムのパワーバジェットの要求条件を緩和することができる。
【００１７】
本発明の波長多重ＰＯＮシステムは、
送信波長、および受信波長可変な加入者装置、
上り信号が入力され下り信号が出力されるＭ個の第一の入出力ポート、および上り信号が出力され下り信号が入力されるＮ個の第二の入出力ポートを有するＮ台の光集線器、
上り信号が入力され下り信号が出力されるＮ個の第三の入出力ポートを有し、前記Ｎ個の第三の入出力ポートから入力された上り信号を単一のマルチモード入出力ポートに結合し、単一の下り信号入力ポートから入力された下り信号をＮ分岐して前記Ｎ個の第三の入出力ポートから出力するＮ台の光合流分岐器、
およびＮ台の局側送受信器、
から構成される波長多重ＰＯＮシステムであって、
前記加入者装置は、前記Ｎ台の局側送受信器入力において波長ごとに時分割多重される上り信号を、前記Ｎ台の光集線器のＭ個の第一の入出力ポートのいずれかに入力し、
前記Ｎ台の光集線器は、上り信号が入力され下り信号が出力されるＭ個の第一の入出力ポート、および上り信号が出力され下り信号が入力されるＮ個の第二の入出力ポートを有する光分岐器であり、前記加入者装置から送信された上り信号は、送信波長によらずＮ個の第二の入出力ポートのすべてに出力され、
前記Ｎ台の光集線器のＮ個の第二の入出力ポートから出力された上り信号は、前記Ｎ台の光合流分岐器のＮ個の第三の入出力ポートに、光集線器及び光合流分岐器の重複がないように接続されて、単一のマルチモード出力に波長ごとに時分割多重された上り信号を出力し、
前記Ｎ台の局側送受信器は、前記波長ごとに時分割多重された上り信号から、受信波長を選択して受信し、
前記Ｎ台の局側送受信器は、宛先となる加入者装置ごとに時分割多重された下り信号を、前記Ｎ台の光合流分岐器の単一の下り信号入力ポートに入力し、
前記Ｎ台の光合流分岐器は、下り信号をＮ分岐して前記Ｎ個の第三の入出力ポートから出力し、
前記Ｎ台の光集線器は、前記接続に従い下り信号をＭ分岐して前記Ｍ個の第一の入出力ポートから出力し、
前記加入者装置は、当該装置宛ての下り信号が重畳された波長、時間位置にあるデータを選択して受信する、
ことを特徴とする。
【００１８】
本発明の波長多重ＰＯＮシステムは、
送信波長可変な加入者装置、
上り信号が入力され下り信号が出力されるＭ個の第一の入出力ポート、および上り信号が出力され下り信号が入力されるＮ個の第二の入出力ポートを有するＮ台の光集線器、
上り信号が入力され下り信号が出力されるＮ個の第三の入出力ポートを有し、前記Ｎ個の第三の入出力ポートから入力された上り信号を単一のマルチモード入出力ポートに結合し、単一の下り信号入力ポートから入力された下り信号をＮ分岐して前記Ｎ個の第三の入出力ポートから出力するＮ台の光合流分岐器、
および送信波長可変なＮ台の局側送受信器、
から構成される波長多重ＰＯＮシステムであって、
前記加入者装置は、前記Ｎ台の局側送受信器入力において時分割多重される上り信号を、前記Ｎ台の光集線器のＭ個の第一の入出力ポートのいずれかに入力し、
前記Ｎ台の光集線器は、上り信号が入力され下り信号が出力されるＭ個の第一の入出力ポート、および上り信号が出力され下り信号が入力されるＮ個の第二の入出力ポートを有し、隣接ポート間の透過波長間隔（Δｗ）とＦＳＲ（Ｆ）が、Ｆ＝Ｎ×Δｗの関係を有する周回性ＡＷＧであり、前記加入者装置から送信された上り信号は、送信波長に応じてＮ個の第二の入出力ポートのいずれかに出力され、
前記Ｎ台の光集線器のＮ個の第二の入出力ポートから出力された上り信号は、前記Ｎ台の光合流分岐器のＮ個の第三の入出力ポートに、光集線器及び光合流分岐器の重複がないように接続されて、単一のマルチモード出力に時分割多重された上り信号を出力し、
前記Ｎ台の局側送受信器は、前記時分割多重された上り信号を受信し、
前記Ｎ台の局側送受信器は、前記加入者装置入力において時分割多重される下り信号を、前記Ｎ台の光合流分岐器の単一の下り信号入力ポートに入力し、
前記Ｎ台の光合流分岐器は、下り信号をＮ分岐して前記Ｎ個の第三の入出力ポートから出力し、
前記Ｎ台の光集線器は、前記接続に従い前記Ｍ個の第一の入出力ポートから時分割多重された下り信号を出力し、
前記加入者装置は、当該装置宛ての下り信号が重畳された時間位置にあるデータを受信する、
ことを特徴とする。
【００１９】
本発明の波長多重ＰＯＮシステムは、
送信波長可変な加入者装置、
上り信号が入力され下り信号が出力されるＭ個の第一の入出力ポート、および上り信号が出力され下り信号が入力されるＮ個の第二の入出力ポートを有するＮ台の光集線器、
上り信号が入力され下り信号が出力されるＮ個の第三の入出力ポートを有し、前記Ｎ個の第三の入出力ポートから入力された上り信号を単一のマルチモード入出力ポートに結合し、単一の下り信号入力ポートから入力された下り信号をＮ分岐して前記Ｎ個の第三の入出力ポートから出力するＮ台の光合流分岐器、
および送受信波長可変なＮ台の局側送受信器、
から構成される波長多重ＰＯＮシステムであって、
前記加入者装置は、前記Ｎ台の局側送受信器入力において時分割多重される上り信号を、前記Ｎ台の光集線器のＭ個の第一の入出力ポートのいずれかに入力し、
前記Ｎ台の光集線器は、上り信号が入力され下り信号が出力されるＭ個の第一の入出力ポート、を有するＡＷＧ、および上り信号が出力され下り信号が入力されるＮ個の第二の入出力ポートを有する光分岐器が、単一の入出力ポート間で結合される構成であり、前記加入者装置から送信された上り信号は、接続したＡＷＧの入出力ポートに対応した送信波長に設定されて、前記光分岐器のＮ個の入出力ポートのすべてに出力され、
前記Ｎ台の光集線器のＮ個の第二の入出力ポートから出力された上り信号は、前記Ｎ台の光合流分岐器のＮ個の第三の入出力ポートに、光集線器及び光合流分岐器の重複がないように接続されて、単一のマルチモード出力に時分割多重された上り信号を出力し、
前記Ｎ台の局側送受信器は、前記時分割多重された上り信号を、波長を選択することにより受信し、
前記Ｎ台の光終端装置は、前記加入者装置入力において時分割多重される下り信号を、前記Ｎ台の光合流分岐器の単一の下り信号入力ポートに入力し、
前記Ｎ台の光合流分岐器は、下り信号をＮ分岐して前記Ｎ個の第三の入出力ポートから出力し、
前記Ｎ台の光集線器は、前記接続に従い前記Ｍ個の第一の入出力ポートから時分割多重された下り信号を出力し、
前記加入者装置は、当該装置宛ての下り信号が重畳された時間位置にあるデータを受信する、
ことを特徴とする。
【００２０】
本発明の波長多重ＰＯＮシステムでは、
前記光合流分岐器は、上り信号をマルチモードで合流し、下り信号をシングルモードで分岐する光合流分岐手段に、前記上り信号をマルチモードで分離し、前記下り信号をシングルモードで結合する上下信号合分離手段を付加した構成であってもよい。
【００２１】
本発明の波長多重ＰＯＮシステムでは、
前記光合流分岐器は、上り信号をマルチモードで合流し、下り信号をシングルモードで分岐する光合流分岐手段と、上り信号をマルチモードで伝播させ、下り信号をシングルモードで伝播させる双方向光伝播手段と、上り信号をマルチモードで分離し、下り信号をシングルモードで結合する上下信号合分離手段とにより構成されていてもよい。
【００２２】
本発明の波長多重ＰＯＮシステムでは、
前記双方向光伝播手段がデュアルモード光ファイバであってもよい。
【００２３】
本発明の波長多重ＰＯＮシステムでは、
前記双方向光伝播手段が空間レンズ系で構成されていてもよい。
【００２４】
本発明の波長多重ＰＯＮシステムでは、
前記光合流分岐器は、導波路幅が非等幅のＮ段に直列接続された方向性結合素子、および下り信号をＮ分岐する光分岐器から構成され、上り信号は前記方向性結合素子のクロスポートにモード変換された後に出力され、前記光分岐器によりＮ分岐された下り信号は、前記方向性結合素子のスルーポートにモード変換されずに出力されていてもよい。
【００２５】
本発明の収容局は、
複数の加入者装置からの上り信号を受信する収容局であって、
Ｎ（Ｎは自然数）台の光集線器、Ｎ台の光合流器およびＮ台の局側受信器を備え、
各光集線器は、Ｍ個の第一の入出力ポートとＮ個の第二の入出力ポートを有し、
各光合流器は、Ｎ個の第三の入出力ポートと１個のマルチモード入出力ポートを有し、
各光集線器のＮ個の第二の入出力ポートは、各光合流器のＮ個の第三の入出力ポートに、光集線器及び光合流器の重複がないように接続され、
Ｎ台の光集線器は、Ｍ個の第一の入出力ポートのいずれかに入力された加入者装置からの上り信号を、Ｎ個の第二の入出力ポートの少なくとも１つに出力し、
Ｎ台の光合流器は、第三の入出力ポートに入力された上り信号を、マルチモード入出力ポートに結合し、
Ｎ台の局側送受信器は、マルチモード入出力ポートから出力された上り信号を受信する。
【００２６】
本発明の収容局の上り信号受信方法は、
複数の加入者装置からの上り信号を受信する収容局の上り信号受信方法であって、
Ｎ（Ｎは自然数）台の光集線器、Ｎ台の光合流器およびＮ台の局側受信器を備え、
各光集線器は、Ｍ個の第一の入出力ポートとＮ個の第二の入出力ポートを有し、
各光合流器は、Ｎ個の第三の入出力ポートと１個のマルチモード入出力ポートを有し、
各光集線器のＮ個の第二の入出力ポートは、各光合流器のＮ個の第三の入出力ポートに、光集線器及び光合流器の重複がないように接続され、
Ｎ台の光集線器が、Ｍ個の第一の入出力ポートのいずれかに入力された加入者装置からの上り信号を、Ｎ個の第二の入出力ポートの少なくとも１つに出力する手順と、
Ｎ台の光合流器が、マルチモード入出力ポートから出力された上り信号を、マルチモード入出力ポートに結合する手順と、
Ｎ台の局側送受信器が、上り信号を受信する手順と、
を有する。
【００２７】
なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、上り信号伝送におけるシステムのパワーバジェットの要求条件を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの構成例を示す。
【図２（ａ）】光集線器の第１の構成例を示す。
【図２（ｂ）】光集線器の第２の構成例を示す。
【図２（ｃ）】光集線器の第３の構成例を示す。
【図３】光分岐器における上り信号の合流損失を低減し、局側送受信器のパワーバジェットの要求条件を緩和するためのＴＤＭ−ＰＯＮシステムの構成例を示す。
【図４（ａ）】光合流器の第１の構成例を示す。
【図４（ｂ）】光合流器の第２の構成例を示す。
【図５】第一の実施形態の波長多重ＰＯＮシステムの構成例を示す。
【図６】第二の実施形態の光合流分岐器の構成例を示す。
【図７】第三の実施形態の光合流分岐器の構成例を示す。
【図８（ａ）】デュアルモード光ファイバの屈折率分布の第１例を示す。
【図８（ｂ）】デュアルモード光ファイバの屈折率分布の第２例を示す。
【図９】第四の実施形態の光合流分岐器の構成例を示す。
【図１０】第五の実施形態の光合流分岐器の構成例を示す。
【図１１（ａ）】マルチモード変換・合流素子の動作の第１例を示す。
【図１１（ｂ）】マルチモード変換・合流素子の動作の第２例を示す。
【図１１（ｃ）】マルチモード変換・合流素子の動作の第３例を示す。
【図１２】導波路幅によるモード屈折率変化の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００３１】
本発明の波長多重ＰＯＮシステムは、複数のＯＮＵ８２と１つの収容局８１がＰＯＮトポロジを有する光線路で接続されたＰＯＮシステムである。収容局８１は、Ｎ（Ｎは自然数）台の光集線器１３、Ｎ台の光合流器１４およびＮ台の局側受信器を備える。各光集線器１３は、Ｍ個の第一の入出力ポートとＮ個の第二の入出力ポートを有する。各光合流器は、Ｎ個の第三の入出力ポートと１個のマルチモード入出力ポートを有する。各光集線器１３のＮ個の第二の入出力ポートは、各光合流器１４のＮ個の第三の入出力ポートに、光集線器及び光合流器の重複がないように接続される。Ｎ台の光集線器は、Ｍ個の第一の入出力ポートのいずれかに入力された加入者装置からの上り信号を、Ｎ個の第二の入出力ポートの少なくとも１つに出力する。Ｎ台の光合流器は、第三の入出力ポートに入力された上り信号を、マルチモード入出力ポートに結合し、Ｎ台の局側送受信器は、マルチモード入出力ポートから出力された上り信号を受信する。
【００３２】
本発明の収容局８１の上り信号受信方法は、
Ｎ台の光集線器１３が、Ｍ個の第一の入出力ポートのいずれかに入力された加入者装置からの上り信号を、Ｎ個の第二の入出力ポートの少なくとも１つに出力する手順と、
Ｎ台の光合流器が、第三の入出力ポートに入力された上り信号を、マルチモード入出力ポートに結合する手順と、
Ｎ台の局側送受信器１１が、マルチモード入出力ポートから出力された上り信号を受信する手順と、
を順に有する。
【００３３】
（第一の実施形態）
図５に、本発明による第一の実施形態を示す。本実施形態によるＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムでは、収容局８１は、Ｎ台の光集線器１３、Ｎ台の光合流分岐器１４、およびＯＬＴ内に搭載されるＮ台の局側送受信器１１から構成される。
【００３４】
本システムでは、図１に示される所内の光分岐器１２の代わりに、光合流分岐器１４を用いる。光集線器１３、および光合流分岐器１４の構成は、それぞれ、図２、図３で説明したものと同じである。上り信号の伝送方向に対して、図１では、光分岐器１２→光集線器１３の順に配置されていたのが、本システムでは、光集線器１３→光合流分岐器１４の順に配置されており、光集線器１３の台数は、Ｎ−１だけ増える。光合流分岐器１４の上り信号が入力され下り信号が出力されるＮ個の入出力ポートを、第三の入出力ポートとする。Ｎ台の光集線器１３のＮ個の第二の入出力ポートと、Ｎ台の光合流分岐器１４のＮ個の第三の入出力ポートは、光集線器１３、光合流分岐器１４の重複がないように接続される。
【００３５】
本接続によれば、各光集線器１３のＮ個の第二の入出力ポートが、局側送受信器１１に結合されるＮ台の光合流分岐器１４の第三の入出力ポートに漏れなく接続されることから、図１の構成と同様、任意のＯＮＵ８２を任意の局側送受信装置で収容することができる。また、光合流分岐器１４が局側送受信器１１の直前に配置されるため、モード分散の影響をほとんど受けることなく上り信号を受信することができる。
【００３６】
（第二の実施形態）
図６に、本発明による第二の実施形態を示す。本実施形態による光合流分岐器１４は、ＰＬＣ上に作製された図４（ａ）に模式的構造を図示した光合流器２５のスラブ導波路２５１部分に、斜めに挿入したＴＦＦ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｆｉｌｔｅｒ）１４１と下り信号用入力ポート１４５と入力信号用スラブ導波路追加部１４４とを追加した構造になっている。ここでＴＦＦ１４１は下り信号光を反射し、上り信号光は透過する設計の光フィルタ（波長合分波器）を用いる。
【００３７】
ＳＭＦ１１３を介して下り信号用入力ポート１４５からＰＬＣ回路に入力された下り信号光は、入力信号用スラブ導波路追加部１４４を通過し、ＴＦＦ１４１で反射され、スラブ導波路１４２を通過して、各加入者装置へと繋がるＳＭ導波路１４３へと出力される。一方、各加入者装置から各ＳＭ導波路１４３を介してＰＬＣ回路に入力された上り信号光は、スラブ導波路１４２とＴＦＦ１４１とを通過し、ＭＭＦ１１４へと合流・出射される。
【００３８】
このときＳＭＦ１１３の先に送信器１１１を、ＭＭＦ１１４の先に受信器１１２を接続すれば、図５中に示した収容局内の複数の光デバイスから実現できる光合流分岐器１４の機能を、単一の光デバイスにより実現する事ができる。
【００３９】
本実施形態による光合流分岐器１４を用いれば、部品点数を大幅に削減でき且つ光デバイスの接続関係も簡便な構成になる。その結果、構成の複雑さや部品点数の多さに起因するシステムの初期投資コストの高さや信頼性の低下、さらには多数の光デバイスを装置内に収めなければならない為に生じる装置の大型化を抑える事が可能になる。
【００４０】
（第三の実施形態）
図７に、本発明による第三の実施形態を示す。本実施形態による光合流分岐器１４は、図４（ａ）のＰＬＣにデュアルモード光ファイバ（ＤＭＦ：Ｄｕａｌ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ）を接続した構成である。図７には、ＰＬＣを用いた場合を例示しているが、図４（ｂ）に示した融着ＳＭＦ導波路を用いてもよい。
【００４１】
ＤＭＦ１４６は、ＳＭ伝送とＭＭ伝送の両方に対応した光ファイバである。ＳＭ伝送用のコアとクラッドが、ＭＭ伝送用のコアとなり、さらにその外側に、ＭＭ伝送用のクラッドが形成される。屈折率分布は、図８（ａ）に示されるように、ＳＭコア→ＳＭクラッド→ＭＭクラッドの順に、光ファイバ断面の半径方向にステップ状に構成される。ＳＭ伝送用のクラッドの屈折率は、図８（ｂ）のように、連続変化させてもよい。これにより、図８（ａ）と比べて、ＭＭ伝送時におけるモード分散の影響を大幅に低減できるという利点を有する。
【００４２】
ＰＬＣのＳＭ導波路に入射されたＰＯＮの上り信号は、スラブ導波路１４２において合流され、ＤＭＦ１４６のＭＭコアに閉じ込められて伝送される。一方、ＤＭＦ１４６のＳＭコアに入射されたＰＯＮの下り信号は、ＤＭＦ１４６とスラブ導波路１４２との接続点において、一定の角度範囲で出射され、均等の光強度に分岐されて、漏れなく各ＳＭ導波路１４３に結合される。
【００４３】
図４（ａ）に例示した光合流器のＭＭＦに下り信号を入射した場合では、ＭＭＦ２５３とスラブ導波路２５１との接続点における出射角度の範囲が大きく、各ＳＭＦ導波路２５２に結合されずに大部分が漏れて非常に大きな損失を生じるが、ＤＭＦ１４６を活用することで、この損失を原理的にゼロに近づけることができる。つまり本光合流分岐器１４は、双方向で使用した場合、上り信号に対しては、超低損失な光合流器（モード結合器）として、下り信号に対しては、１／／Ｎの原理的な合流損失を有する通常の光分岐器として機能する。
【００４４】
本実施形態による光合流分岐器１４を用いても、部品点数を大幅に削減でき且つ光デバイスの接続関係も簡便な構成になる。その結果、構成の複雑さや部品点数の多さに起因するシステムの初期投資コストの高さや信頼性の低下、さらには多数の光デバイスを装置内に収めなければならない為に生じる装置の大型化を抑える事が可能になる。
【００４５】
（第四の実施形態）
図９に、本発明による第四の実施形態を示す。本実施形態による光合流分岐器１４は、第三の実施形態による光合流分岐器１４におけるＤＭＦの代わりに、空間レンズ系を用いた構成である。ＳＭ導波路１４３に入射された上り信号は、スラブ導波路１４２においてＭＭで合流し、空間レンズ系を用いて、ＭＭＦのコアに結合される。ＭＭＦを用いず、直接受信器１１２に結合してもよい。
【００４６】
一方、ＳＭＦに入射された下り信号は、空間レンズ系を用いてＳＭ伝播され、ＳＭＦの出射端の光ビームプロファイルが、スラブ導波路１４２の入射端に結像される。スラブ導波路１４２に入射された下り信号は、ＤＭＦを用いた場合と同様、スラブ導波路１４２において均等の光強度に分岐されて、各ＳＭ導波路１４３に結合される。ＳＭＦを用いず、送信器１１１からのＳＭ出力を直接レンズ１４７によってスラブ導波路１４２の入射端に結合してもよい。
【００４７】
上り信号と下り信号の合分波は、波長合分波器（ＷＤＭフィルタ）１４１に限らず、光サーキュレータにより行ってもよい。
【００４８】
本実施形態による光合流分岐器１４を用いても、部品点数を大幅に削減でき且つ光デバイスの接続関係も簡便な構成になる。その結果、構成の複雑さや部品点数の多さに起因するシステムの初期投資コストの高さや信頼性の低下、さらには多数の光デバイスを装置内に収めなければならない為に生じる装置の大型化を抑える事が可能になる。
【００４９】
（第五の実施形態）
図１０に、本発明による第五の実施形態を示す。本実施形態による光合流分岐器１４は、マルチモード変換・合流素子１４９を４素子用いる。各マルチモード変換・合流素子１４９は例えば図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示すレイアウト模式図に一例を示した様な非等幅の方向性結合素子からなる。各マルチモード変換・合流素子１４９同士は太幅導波路につながるポートで４素子が直列にマルチモード導波路で接続されていて、片方の端にはＭＭＦ１１４を介して受信器１１２に接続されている。また各マルチモード変換・合流素子１４９の細幅導波路につながる一方のポートは其々各加入者装置へと繋がるＳＭ導波路１４３へと接続され、他方のポートはスプリッタ素子１４８に接続され最終的にはＳＭＦ１１３を介して送信器１１１へ接続されている。
【００５０】
各マルチモード変換・合流素子１４９の動作特性を図１１（ａ）〜図１１（ｃ）の非等幅の方向性結合素子の一例をあげて説明する。
まず、図１１（ａ）と図１１（ｂ）および図１２を用いて、波長１．２７μｍの上り信号光がモード変換され、合流される様子について説明する。図１１（ａ）に示すように、細幅導波路１２１につながるポートに波長１．２７μｍの０次モード光を入力すると、非等幅の方向性結合素子部分でモード変換されて、クロスポートである太幅導波路１２２につながるポートへ出力される。モード変換後の次数が幾つになるかは非等幅の方向性結合素子部分の導波路幅の組み合わせによって一意に定まる。細幅導波路１２１と太幅導波路１２２の導波路幅を其々３．５μｍと９．２μｍに設定すると、図１２のグラフの各太線が示すように、細幅導波路１２１を伝播する波長１．２７μｍの０次モード光のモード屈折率は、太幅導波路１２２を伝播する波長１．２７μｍの１次モード光のモード屈折率と一致し、位相整合がとれた状態となる。そのため非等幅方向性結合素子の作用長とギャップ幅を適切に設計すれば、細幅導波路１２１につながるポートに波長１．２７μｍの０次モード光を入力すると、クロスポートである太幅導波路１２２につながるポートに１次モード光が出力される。同様に、細幅導波路と太幅導波路の導波路幅を其々３．５μｍと１４．９μｍに設定すると、太幅導波路につながるポートには２次モード光が出力される。
【００５１】
一方、図１１（ｂ）に示すように、太幅導波路１２２につながるポートに入力された波長１．２７μｍの各次数の横モード光は、モード変換されずに非等幅の方向性結合素子部分を通過し、クロスポートである太幅導波路１２２につながるポートへ出力される。太幅導波路１２２につながるポートで出力される各モードの次数が重複しないように導波路幅の組み合わせを設計すれば、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示した光回路の構成で低損失なマルチモード変換・合流素子を実現する事ができる。
【００５２】
次に、図１１（ｃ）および図１２を用いて、波長１．５７μｍの下り信号光を入射した場合について説明する。図１１（ｃ）に示すように、細幅導波路１２１につながるポートに波長１．５７μｍの０次モード光を入力した場合を考える。図１２のグラフの細線は、波長１．５７μｍの各モードのモード屈折率の導波路幅依存性を表している。
【００５３】
細幅導波路１２１と太幅導波路１２２の導波路幅を其々３．５μｍと９．２μｍに設定した場合、波長１．２７μｍの時ほどではないが位相整合がとれた状態となる。さらには波長１．５７μｍの信号光は、波長１．２７μｍの信号光にくらべ波長が長く導波路への閉じ込めが低い為、１．２７μｍの時に比べてより短い作用長で８割以上のモード変換と信号光の導波路間乗り移りが発生する。さらに乗り移り量が最大になったところから作用長を倍加すると、波長１．５７μｍの０次モード光はモード変換されずに、そのままスルーポートに出力される状態にする事ができる。
【００５４】
なお、モード変換と信号光の導波路間乗り移りの程度の波長依存性は、作用長に対し線形であり、ギャップ幅に対しガウス関数の重なり積分に比例するので、波長１．２７μｍの上り信号光については図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示したような動作が、波長１．５７μｍの下り信号光については図１１（ｃ）に示したような動作を両立するマルチモード変換・合流素子を実現する事が可能になる。
【００５５】
０次モードから１次モードへと変換するマルチモード変換・合流素子の場合、各導波路幅と作用長とギャップ幅は、其々３．５μｍ、９．２μｍ、８００μｍ、２．３μｍで、２次モードへと変換する素子の場合は、其々３．５μｍ、１４．９μｍ、１１００μｍ、２．３μｍ、３次モードへと変換する素子の場合は、其々３．５μｍ、２１．０μｍ、１４００μｍ、２．３μｍ、４次モードへと変換する素子の場合は、其々３．５μｍ、２７．０μｍ、１８００μｍ、２．６μｍのとき図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示すような波長合分波機能を併せ持ったマルチモード変換・合流素子を実現する事ができる。
【００５６】
ＰＬＣ回路全体では、上記の０次→１次マルチモード変換・合流素子１４９、０次→２次マルチモード変換・合流素子１４９、０次→３次マルチモード変換・合流素子１４９、０次→３次マルチモード変換・合流素子１４９を図１０に示すように直列に接続し、各マルチモード変換・合流素子１４９の残り２ポートのうち片方をスプリッタ素子１４８に接続し、他方のポートを各加入者装置へと繋がる入出力ポートとなるように設計する。
【００５７】
本実施形態による光合流分岐器１４を用いても、部品点数を大幅に削減でき且つ光デバイスの接続関係も簡便な構成になる。その結果、構成の複雑さや部品点数の多さに起因するシステムの初期投資コストの高さや信頼性の低下、さらには多数の光デバイスを装置内に収めなければならない為に生じる装置の大型化を抑える事が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は情報通信産業に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１１：局側送受信器
１２：光分岐器
１３：光集線器
１４：光合流分岐器
２１、１１１：送信器
２２、１１２：受信器
２３：光合流分岐器
２４：光分岐器
２５：光合流器
２６：波長合分波器
８１：ＯＬＴ
８２：ＯＮＵ
８３：光分岐器
１１３：ＳＭＦ
１１４：ＭＭＦ
１２１：細幅導波路
１２２：太幅導波路
１３１：光分岐器
１３２：周回性ＡＷＧ
１３３：ＡＷＧ
１４１：波長合分波器
１４２：スラブ導波路
１４３：シングルモード導波路
１４４：入力信号用スラブ導波路追加部
１４５：下り信号用入力ポート
１４６：ＤＭＦ
１４７：レンズ
１４８：スプリッタ素子
１４９：マルチモード変換・合流素子
２５１：スラブ導波路
２５２：シングルモード導波路
２５３：マルチモード導波路
２５４：クラッド
２５５：コア
２５６：融着部
【図１】
2014135588.tif 000003
【図２（ａ）】
2014135588.tif 000004
【図２（ｂ）】
2014135588.tif 000005
【図２（ｃ）】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１１（ｃ）】
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【図１２】
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