(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長信号光を合波して波長多重信号光として送信する光送信部と、波長多重信号光を複数の波長信号光に分波して受信する光受信部とを有する複数のノードと、
複数の入力ポートと複数の出力ポートを有し、各入力ポートから入力された波長多重信号光を互いに異なる出力ポートに分波し、複数の入力ポートから入力された互いに異なる波長の信号光を各出力ポートに合波して出力する波長多重分離素子とを備え、
前記波長多重分離素子を介して、前記複数のノード同士をハイパーキューブネットワーク接続（以下「ＨＣＮ接続」という）する波長多重ネットワークにおいて、
前記波長多重ネットワークで各ノードからの送信に使用する波長の無変調光を合波した多波長光を出力する多波長光源と、
前記多波長光を前記各ノードの出力ポートに接続するとともに、前記各ノードの出力ポートから出力された波長多重信号光をＨＣＮ接続のための所定の組み合わせでそれぞれ結合し、前記波長多重分離素子の所定の入力ポートに接続する光分岐・結合手段と、
前記波長多重分離素子の出力ポートから出力される波長多重信号光を複数に分岐し、ＨＣＮ接続のための所定の組み合わせの複数のノードに接続する光分岐手段とを備え、
前記各ノードの光送信部に、入力される前記多波長光からそれぞれ割り当てられた波長の無変調光を分波する光合分波器と、各波長の無変調光を送信信号により変調して折り返す反射型光変調器とを備え、各反射型光変調器から出力された波長信号光を前記光合分波器で合波して前記波長多重信号光として送信する構成である
ことを特徴とする波長多重ネットワーク。
【請求項２】
複数のノードがＨＣＮ接続された複数のサブハイパーキューブネットワークをＨＣＮ接続する波長多重ネットワークにおいて、
前記ノードは、前記サブハイパーキューブネットワーク間のＨＣＮ接続に用いる波長多重信号光を送信する光送信部と、前記サブハイパーキューブネットワーク間の接続に用いる波長多重信号光を受信する光受信部とを備え、
前記サブハイパーキューブネットワークは、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有し、各入力ポートから入力された波長多重信号光を互いに異なる出力ポートに合分波する波長多重分離素子を他のサブハイパーキューブネットワークに対する出力用および入力用に２個備え、
前記サブハイパーキューブネットワーク内の各ノードから他のサブハイパーキューブネットワークに送信する波長多重信号光を前記出力用の波長多重分離素子の各入力ポートに接続し、前記入力用の波長多重分離素子の各出力ポートから出力された波長多重信号光を各ノードに接続し、
ＨＣＮ接続となるサブハイパーキューブネットワーク間で、前記各サブハイパーキューブネットワークの前記出力用の波長多重分離素子の各出力ポートと前記入力用の波長多重分離素子の各入力ポートを接続する構成に加え、
前記波長多重ネットワークの前記各サブハイパーキューブネットワーク間の接続に使用する波長の無変調光を合波した多波長光を出力する多波長光源と、
前記多波長光を前記出力用の波長多重分離素子の出力ポートに接続するとともに、前記出力用の波長多重分離素子の出力ポートから出力された波長多重信号光をＨＣＮ接続する他のサブハイパーキューブネットワークの入力用の波長多重分離素子の入力ポートに接続する光分岐手段とを備え、
前記出力用の波長多重分離素子の入力ポートから出力された多波長光が前記各ノードの出力ポートに入力され、
前記各ノードの光送信部に、入力される前記多波長光からそれぞれ割り当てられた波長の無変調光を分波する光合分波器と、各波長の無変調光を送信信号により変調して折り返す反射型光変調器とを備え、各反射型光変調器から出力された波長信号光を前記光合分波器で合波して前記波長多重信号光として送信する構成である
ことを特徴とする波長多重ネットワーク。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の波長多重ネットワークにおいて、
前記多波長光源は各ノードからの送信に使用する波長を含む白色光を出力し、前記光分岐手段を介して前記白色光を前記波長多重分離素子の出力ポート側から入力し、各波長の無変調光を合波した多波長光を前記波長多重分離素子の各入力ポートから出力して各ノードに供給する構成である
ことを特徴とする波長多重ネットワーク。
【請求項４】
請求項２に記載の波長多重ネットワークにおいて、
前記ノードは、前記サブハイパーキューブネットワーク内でＨＣＮ接続するための（以下「内向き用」という）波長多重信号光と、前記サブハイパーキューブネットワーク間をＨＣＮ接続するための（以下「外向き用」という）波長多重信号光を合波して送信する光送信部と、前記内向き用の波長多重信号光と前記外向き用の波長多重信号光を分波して受信する光受信部とを備え、
前記サブハイパーキューブネットワークは、前記ノードから送信された前記内向き用および前記外向き用の波長多重信号光を分波し、前記内向き用にＨＣＮ接続するための波長多重分離素子と前記出力用の波長多重分離素子に接続する群分波器と、前記内向き用にＨＣＮ接続するための波長多重分離素子と前記入力用の波長多重分離素子から入力する前記内向き用および前記外向き用の波長多重信号光を合波して前記各ノードに接続する群合波器とを備え、
前記外向き用のＨＣＮ接続に使用する波長の無変調光を合波した多波長光を出力する前記多波長光源の他に、前記内向き用のＨＣＮ接続に使用する波長の無変調光を合波した多波長光を出力する多波長光源と、
前記内向き用の多波長光と、前記群分波器から出力される外向き用の多波長光を結合して前記各ノードの出力ポートに接続するとともに、前記各ノードの出力ポートから出力された波長多重信号光を前記群分波器に接続する光分岐手段とを備えた
ことを特徴とする波長多重ネットワーク。
【請求項５】
請求項４に記載の波長多重ネットワークにおいて、
前記外向き用および前記内向き用の多波長光を出力する多波長光源を備え、
前記光分岐手段は、前記多波長光源から出力された内向き用および外向き用の多波長光を各ノードの出力ポートに接続するとともに、各ノードの出力ポートから出力された波長多重信号光を前記群分波器に接続する構成である
ことを特徴とする波長多重ネットワーク。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の波長多重ネットワークにおいて、
前記サブハイパーキューブネットワークは、
波長多重信号光を時間多重された単一波長の信号光に変換して出力する波長多重・時間多重変換回路と、時間多重された単一波長の信号光を波長多重信号光に変換して出力する時間多重・波長多重変換回路とを備え、
前記出力用の波長多重分離素子の各出力ポートに前記波長多重・時間多重変換回路を接続し、前記外向き用の波長多重分離素子の各出力ポートから出力された波長多重信号光をそれぞれ時間多重された互いに異なる単一波長の信号光に変換し、それを波長多重して出力する波長多重回路を備え、
外部から入力される波長多重信号光を波長分離し、それぞれ時間多重された互いに異なる単一波長の信号光として前記時間多重・波長多重変換回路に入力する波長分離回路を備え、
前記各回路を備えたサブハイパーキューブネットワークを請求項３〜５のいずれかに記載の波長多重ネットワークのノードとして用いてハイパーキューブネットワークを構成する
ことを特徴とする波長多重ネットワーク。
【請求項７】
請求項２，４，６のいずれかに記載の波長多重ネットワークにおいて、
ＨＣＮ接続となるサブハイパーキューブネットワーク間で、前記各サブハイパーキューブネットワークの前記出力用の波長多重分離素子の各出力ポートと前記入力用の波長多重分離素子の各入力ポートを接続する際に、前記波長多重分離素子の各出力ポートおよび各入力ポートに接続する複数の光ファイバを集線する多芯光ファイバケーブルを備え、
前記各サブハイパーキューブネットワークに接続された前記多芯光ファイバケーブルの他端を１箇所に集めてその芯線をＨＣＮ接続し、
前記多芯光ファイバケーブルを介して前記多波長光を各ノードに送信する構成である
ことを特徴とする波長多重ネットワーク。
【請求項８】
請求項２，４，６，７のいずれかに記載の波長多重ネットワークにおいて、
前記サブハイパーキューブネットワークは、請求項１に記載の波長多重ネットワークにより構成された
ことを特徴とする波長多重ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重技術と周回性波長多重分離素子（例えば、アレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ））を用いてハイパーキューブネットワークを構成することにより高スループット、フォールトトレラントなネットワークを実現する波長多重ネットワークにおいて、各ノードに配置される光源を複数のノードで共有化するネットワーク構成法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータの普及と高速光通信技術の発展を背景として、インターネットをはじめとするネットワーク利用が急速に進んでいる。オフィスでは、事務連絡が電子メールでなされるなど社内業務のネットワーク化が進んでいる。また、家庭においても電子メールやインターネットが外部との連絡や銀行の残高照会、電子ショッピングなどに利用されはじめている。このように生活のあらゆるシーンでのネットワーク利用が進展するにつれて、通信ネットワークには益々の大容量化が求められている。
【０００３】
通信ネットワークは接続端子数、接続距離など規模によって分類がなされている。まずビル内、工場内、オフィス内、キャンパス内など比較的小さな領域でコンピュータ端末などを相互接続するためのネットワークとしてのＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）がある。ネットワーク規模が地域、都市などの領域に広がったネットワークは、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  ）またはＭＡＮ（Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  ）などと呼ばれている。さらに、国内あるいは世界中を対象としたネットワークとして広域ネットワークなどが考えられている。これらのネットワークは単独で存在することは少なく、相互に接続されて世界中に広がる巨大なネットワークを構成している。
【０００４】
通信ネットワークは、複数の通信ノードと通信ノード間を接続する伝送路から構成されている。通信ノードは複数の入出力端子を持ち、入力された信号を所望の出力先に出力するためのスイッチング機能を持つ。また、伝送路はノード間の通信を確保する。ネットワークを高速化するためには、伝送路として光ファイバを用いた光通信方式の適用が有効である。光ファイバを用いた光通信方式の適用により、従来のメタルケーブルを用いた場合に比べて伝送容量、伝送距離を飛躍的に大きくすることが可能となった。
【０００５】
光通信方式には、主に光時分割多重通信方式（ＴＤＭ）と光波長多重通信方式（ＷＤＭ）、さらに光ファイバを多芯化して信号を送受信する空間多重通信方式（ＳＤＭ）がある。ＴＤＭ方式は複数の電気信号を時間軸上で多重化し高速な光信号に変換して光ファイバに入力する。受信端では受信光信号を電気信号に変換してもとの複数の信号に分離して出力する。光通信方式で一般的に用いられる近赤外光は数百テラヘルツの電磁波であり、テラヘルツオーダーの変調信号を生成することが原理的に可能である。実験室レベルでは数百ギガビット毎秒、実用化レベルでは４０ギガビット毎秒の光時分割多重通信が既に実現されている。
【０００６】
ＷＤＭ方式は、複数の電気信号を互いに異なる波長を有する複数の変調信号光に変換して、１本の光ファイバで伝送する方式である。光受信端では、光フィルタを用いて波長ごとに信号光を分離し、それぞれ電気信号に変換して出力する。波長多重通信方式は、光時分割多重通信方式にくらべて各変調信号光の信号速度がそれほど大きくなくても大容量通信が可能なので、電気回路への負担が小さいという特徴がある。そのため、波長多重通信方式をベースとしたネットワーク構成法が最近活発に研究開発されている。
【０００７】
ＷＤＭ方式を用いたネットワーク構成法の一つとして、ＷＤＭ方式とアレイ導波路回折格子型フィルタ（以下「ＡＷＧ」という）を用い、効率的なネットワーク構成として知られているハイパーキューブネットワーク（以下「ＨＣＮ」という）を実現する提案がなされている。
【０００８】
図１８は、ＷＤＭ方式とＡＷＧを組み合わせてＨＣＮを実現する従来例を示す。この従来例は、特開平８−２４２２０８号公報（ハイパーキューブ型インターコネクションネットワーク）に開示されている構成である。図１９は、８ノードによるＨＣＮの構成を示す。
【０００９】
図において、８個のノードをそれぞれに付与されるアドレス０００〜１１１で表示する。ノード０００〜１１１は、それぞれ送受信部５１、光合波器５２および光分波器５３を有する。ノード０００〜１１１の入出力光リンクは、ＡＷＧ１の入出力ポート０〜７に順番に接続される。すなわち、ノード０００とＡＷＧ１の入力ポート０および出力ポート０が接続され、以下同様にノード１１１とＡＷＧ１の入力ポート７および出力ポート７が接続される。
【００１０】
図２０は、ＡＷＧの入出力ポート間の信号波長および各入出力ポートに接続されるノードの関係を示す。８入力８出力のＡＷＧは、入力ポート０に入力された波長λ０  〜λ７  の信号光を出力ポート０〜７に分波し、入力ポート１に入力された波長λ０  〜λ７  の信号光を出力ポート７，０〜６に分波し、以下同様に波長と出力ポートがサイクリックにシフトする。すなわち、入力された８波長をそれぞれ異なる出力ポートから出力するとともに、各出力ポートには各入力ポートからの互いに異なる波長の信号光が波長多重して出力される。ＡＷＧのこのような性質を周回性と呼び、このような素子を一般的に周回性波長多重分離素子という。なお、本明細書ではＡＷＧを中心に説明するが、ＡＷＧに限定されるものではない。
【００１１】
ここで、ＨＣＮについて簡単に説明する。ＨＣＮは、２ｎ  （ｎは正整数）個のノードを接続するためのネットワーク構成法の１種で、ノード番号を２進数（ノード数が２ｎ  （ｎは正整数）個のときはｎビットの２進数となる）で表したときに、ノード番号の１ビットだけが反転しているノード同士を接続するものである。例えば、ノード数が８の場合のＨＣＮでは、ノード０００とノード００１、０１０、１００を接続すればよく、図２０からそのときの使用波長をλ１，λ２，λ４  とすればよいことがわかる。すなわち、図１８に示すように、ノード０００の光合波器５２で合波された波長λ１，λ２，λ４  の光信号をＡＷＧ１の入力ポート０に入力すると、出力ポート１，２，４に分波され、それぞれノード００１、０１０、１００に入力される。他のノードについても同様である（図２０中にハッチングで示す）。図１９は、このような接続規則でノード同士を接続した様子を示す。図から、立方体の角にノードを配置したような構成となっていることがわかる。ちなみに、ｎをＨＣＮの次数と言い、８個のノードからなるＨＣＮは３次ＨＣＮと呼ばれる。
【００１２】
さて、以上の規則でノード間を接続するＨＣＮは種々の利点があることが報告されている。まず、多数のノードを相互接続するときの配線数を少なくすることができる。ｎ次ＨＣＮ（ノード数Ｎ＝２ｎ  個）を実現するための総配線数Ｍは、Ｍ＝ｎ２ｎ  個となる。一方、例えばＮ個のノードを完全結合した場合の総配線数ＴはＴ＝Ｎ２  となる。ここで、Ｍ＜Ｔであるので、総ノード数が多くなるとＨＣＮが総配線数の点で有利になる。
【００１３】
次に、平均ホップ数（所望のノードに到達するまでに経由するノード数）を小さくできる。ＨＣＮの最大ホップ数はｎであるが、例えばメッシュネットワークでは２√Ｎ（Ｎは総ノード数）となり、ノード数が多くなるとやはりＨＣＮが有利となる。
【００１４】
次に、ルーティングの単純さとネットワークのフレキシビリティである。各ノードのルーティングは、送られてきた信号の宛先ノード番号を自分のノード番号と比較し、同一の場合には自分のノードで取り込むし、異なる場合には自分のノードが接続されているノードのうち、そのノード番号が宛先ノード番号と比較してビットが反転しているノードへ転送してやれば良い。また、図１９からもわかる通り、任意ノード間で信号転送を行う際の経路は一通りではないので、どこかの配線が切れても他の経路を迂回するように制御することもできる。また、各ノードは複数のノードに接続されているが、同じ宛先ノードの信号を複数の配線に分割して転送することにより、信号転送のスループットを大きくすることもできる。
【００１５】
このようにＨＣＮは種々の利点があり、主に並列計算機におけるプロセッサ間あるいはプロセッサ−メモリ間の接続ネットワークとして適用されてきた。ただし、実際のネットワークへＨＣＮを適用しようとすると、配線が複雑になるという問題があった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＷＤＭ方式とＡＷＧを組み合わせたＨＣＮでは、ＨＣＮの次数を大きくしてネットワーク規模を大きくしようとすると、ＡＷＧの入出力ポート数も大きくする必要があった。しかし、ＡＷＧのポート数を多くすることは容易でなく、現状技術で実現できるポート数は高々３２ポートである。したがって、従来方式では５次ＨＣＮまでしか実現できないことになる。
【００１７】
また、上記の特開平８−２４２２０８号公報（ハイパーキューブ型インターコネクションネットワーク）では、拡張性を確保するためにＡＷＧの入出力ポートの一部を拡張用に利用する構成も提案されているが、ＡＷＧの入出力ポート数が前述のように有限であることから大規模なＨＣＮを実現することは困難であった。また、入出力ポート数が大きくなるとＡＷＧの製作も難しくなるため高価になる問題もある。
【００１８】
また、上記のＨＣＮでは、各ノードがハイパーキューブの次数分だけの光源をもつ必要があった。図１８に示す３次のＨＣＮの構成では、各ノードがそれぞれ割り当てられた３波長分の光源をもつ必要があった。このようなノードに用いる光源は、あらかじめ設計された波長を安定に出力する必要があることから、光源製造時の歩留りが悪く、温度制御回路や波長モニタ回路など周辺回路も大規模なものとなり、高価になる問題があった。
【００１９】
本発明は、ＷＤＭ方式とＡＷＧを用いて複数のノード間をＨＣＮ接続するＨＣＮにおいて、各ノードの光源の共有化を図りながら、容易かつ安価にネットワークの大規模化を可能にする波長多重ネットワークを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、ＷＤＭ方式とＡＷＧを用いて複数のノード間をＨＣＮ接続するＨＣＮにおいて、次のような手段によりネットワークの大規模化および総光源数の削減を実現する。
【００２２】
請求項１の波長多重ネットワークでは、ＡＷＧの入出力ポートに光カプラを配置して見かけ上の入出力ポート数を増大し、各入出力ポートに接続されたノードの番号、波長数、波長などをＨＣＮ接続となるように配置することにより、少ない入出力ポート数のＡＷＧを用いて大規模なＨＣＮを実現する。多波長光源から出力される多波長光は、ＡＷＧの入力ポートに配置された光カプラを介して各ノードの出力ポートから入力し、反射型光変調器を有する各ノードで多波長光からそれぞれ割り当てられた無変調光を選択し、変調して折り返す構成とする。
【００２３】
また、請求項２の波長多重ネットワークでは、ＨＣＮ接続された複数のノードからなるサブＨＣＮ内に信号出力用ＡＷＧと信号入力用ＡＷＧを配置し、ＷＤＭ方式により各サブＨＣＮをＨＣＮ接続する構成とすることにより、大規模なＨＣＮを実現する。サブＨＣＮ間のＨＣＮ接続に用いる多波長光源は、信号出力用ＡＷＧの出力ポートから入力する。
【００２４】
ここで、請求項１または請求項２の波長多重ネットワークにおいて、多波長光源は各ノードからの送信に使用する波長を含む白色光を出力し、光分岐手段を介して白色光を波長多重分離素子の出力ポート側から入力し、各入力ポートから各波長の無変調光を合波した多波長光を出力して各ノードに供給する構成としてもよい（請求項３）。
【００２５】
また、請求項４，５の波長多重ネットワークでは、複数のサブＨＣＮ間をＷＤＭ方式によりＨＣＮ接続する外向き用のＨＣＮにおいて、群合分波器を組み合わせることによって内向き用のＨＣＮ接続もＡＷＧとＷＤＭ方式を用いて構成する。これにより、各ノードから入出力される光ファイバの数を少なくでき、安価に大規模なＨＣＮを実現する。なお、外向き用のＨＣＮ接続に用いる多波長光は、信号出力用ＡＷＧの出力ポートから入力して各ノードの出力ポートに入力するか（請求項４）、各ノードの出力ポートから内向き用のＨＣＮ接続に用いる多波長光とともに入力する（請求項５）。
【００２６】
また、請求項６の波長多重ネットワークでは、複数のサブＨＣＮ間をＷＤＭ方式によりＨＣＮ接続する上記のＨＣＮにおいて、サブＨＣＮへの信号入出力端に時間多重・波長多重変換回路（ＴＤＭ／ＷＤＭ）、波長多重・時間多重変換回路（ＷＤＭ／ＴＤＭ）をそれぞれ接続することにより、ＨＣＮを再帰的に拡張できる構成とする。これにより、より大規模なＨＣＮを実現する。
【００２７】
また、請求項７の波長多重ネットワークでは、複数のサブＨＣＮ間をＷＤＭ方式によりＨＣＮ接続する上記のＨＣＮにおいて、サブＨＣＮへの複数の入出力線を束ね、全てのサブＨＣＮの入出力線を１箇所に集線した上でＨＣＮ接続を実施する。このような構成により、物理的なＨＣＮ接続を既存の通信ネットワークの構成に近いスター網にすることができ、光ファイバケーブルの敷設なども含めたネットワーク構築コストを小さくする。また、集線部分から光ファイバケーブルを介して多波長光を入力することにより、効率的に各ノードに多波長光を供給することができる。
【００２８】
以上の各手段を組み合わせて階層的にＨＣＮを構成することにより、より効率的にＨＣＮを構築することができる。なお、請求項８の波長多重ネットワークは、サブＨＣＮを請求項１に記載のＨＣＮにより構成するものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態：８ポートのＡＷＧによる３次ＨＣＮ：参考例）
図１は、本発明の波長多重ネットワークの第１の実施形態（参考例）を示す。本実施形態は、図１８に示すＷＤＭ方式とＡＷＧを組み合わせて３次ＨＣＮを実現する従来構成に本発明を適用したものである。
【００３０】
図において、ノード０００〜１１１およびＡＷＧ１による全体的な構成は従来構成と同様である。本実施形態では、多波長光源４０から出力される多波長光を光カプラ２を介してそれぞれノード０００〜１１１の送信ポートに入力し、各ノードで多波長光からそれぞれ割り当てられた波長の無変調光を選択し、反射型光変調器を用いて変調し、折り返し送信する構成である。一方、各ノードにおける受信系の構成は従来のものと変わらない。なお、光カプラ２は、光サーキュレータを用いてもよい。
【００３１】
図２は、多波長光源４０の構成例を示す。なお、図１の波長多重ネットワークでは、波長λ０，λ１，λ２，λ４，λ５，λ６の６波長を使用する構成であり、多波長光源４０はそれらの波長を有する多波長光を出力する。すなわち、多波長光源４０は、波長多重ネットワークで使用する波長に応じた複数の波長を有する多波長光を出力する。
【００３２】
図において、多波長光源４０は、出力波長λ０，λ１，λ２，λ４，λ５，λ６の光源４１−１〜４１−６を有し、それぞれの出力光（無変調光）は光合波器４２で合波され、光増幅器４３および光アイソレータ４４を介して光カプラ４５で８分岐して出力される。各多波長光は、それぞれ図１に示す光カプラ２を介してノード０００〜１１１に入力される。なお、光カプラ２として光サーキュレータを用いた場合には、光アイソレータ４４は必ずしも必要としない。
【００３３】
なお、多波長光源４０としては、各ノードの送信波長を含む白色光から光フィルタで各波長の無変調光を切り出し、その後で合波、増幅および分岐して出力する構成としてもよい。この場合に、白色光を図１に示すＡＷＧ１の出力ポート側から入力することにより、ＡＷＧ１を光フィルタとして機能させ、各入力ポートからそれぞれ波長λ０〜λ７の多波長光を出力させることも可能である（請求項４）。
【００３４】
図３は、ノード０００の構成例を示す。なお、ノード０００は、波長λ１，λ２，λ４の信号光を送受信する構成であり、入力される波長λ０，λ１，λ２，λ４，λ５，λ６の多波長光から必要な波長の無変調光が選択される。
【００３５】
図において、多波長光源から出力された多波長光（λ０，λ１，λ２，λ４，λ５，λ６）がノード０００の光合分波器５４に入力されると、波長λ１，λ２，λ４の無変調光が分波され、それぞれ対応する反射型光変調器５５−１〜５５−３に入力される。各反射型光変調器は、それぞれ無変調光を送信信号で変調して折り返し出力する。波長λ１，λ２，λ４の信号光は光合分波器５４で合波され、図１に示す光カプラ２を介してＡＷＧ１の入力ポート０に入力される。一方、ＡＷＧ１の出力ポート０から出力され、ノード０００に入力される波長λ１，λ２，λ４の信号光は、光分波器５３で分波されて受光器５６−１〜５６−３に受光される。
【００３６】
なお、各ノード０００〜１１１は送受信波長がそれぞれ決められるので、各ノードの光分波器５３および光合分波器５４では、それぞれ割り当てられた波長を合分波するように設定される。また、図１に示す構成では、各ノードにおける送受信波長が同じであるので、光合分波器５４と光分波器５３は同じ合分波特性を有する。光合分波器５４（光分波器５３）および反射型光変調器５５の構成例については後述する。
【００３７】
このように、本実施形態では各ノードが光源をもたず、外部から入力された無変調光を反射型光変調器により変調して折り返し送信する構成になっている。波長多重用光源は、一般に波長精度に対する要求条件が厳しく、素子単体が高価であるばかりでなく、温度変化に伴う発振波長のドリフト補償のための温度調節回路やフィードバック制御回路が必要とされ高価である。図１８に示す従来構成では、８ノードからなる３次ＨＣＮで各ノードが３個の光源を必要とし、ネットワーク全体で２４個の光源が必要であった。一方、本実施形態では、光源の数は１つの多波長光源に６波長分を備えればよい。
【００３８】
一般に、ｎ次ＨＣＮ（ノード数は２ｎ  個）を実現するには、各ノードにｎ個の光源を備える必要があり、ネットワーク全体ではｎ×２ｎ  個の光源が必要であった。本実施形態の構成では、必要となる光源の数は２ｎ  個以下となる。このように、各ノードの波長多重用光源を共有化し、光源の数を大幅に削減することにより、ネットワークのコストを大幅に小さくすることができる。
【００３９】
（第２の実施形態：８ポートのＡＷＧによる４次ＨＣＮ：請求項１）
図４は、本発明の波長多重ネットワークの第２の実施形態を示す。本実施形態は、８ポートのＡＷＧを用いて構成される４次ＨＣＮ（16ノード）を示す。なお、本実施形態は、16ポートのＡＷＧによる５次ＨＣＮ、32ポートのＡＷＧによる６次ＨＣＮおよび７次ＨＣＮ、64ポートのＡＷＧによる８次ＨＣＮ、128 ポートのＡＷＧによる９次ＨＣＮおよび10次ＨＣＮのように順次拡張していくことができる（詳しくは、特願平１１−２３４６８１（波長多重ネットワーク）に記載）。
【００４０】
図において、ノード００００〜１１１１は、それぞれ光合分波器５４、反射型光変調器５５、光分波器５３、受光器５６を有する。多波長光源４０から出力される多波長光（λ０〜λ７）は、光カプラ２を介してそれぞれノード００００〜１１１１に入力され、各ノードで多波長光からそれぞれ割り当てられた波長の無変調光が選択され、反射型光変調器を用いて変調し、折り返し送信される。ただし、１つの光カプラで２つのノードに多波長光が分配される。
【００４１】
多波長光が分配されるペアとなるノード００００，１０００から送信された信号光は、折り返し光カプラ２で合波してＡＷＧ１の入力ポート０に入力される。以下同様に、ノード０００１〜０１１１とノード１００１〜１１１１がそれぞれ順番にペアとなり、各ペアのノードから出力された信号光が光カプラ２で合波され、ＡＷＧ１の入力ポート１〜７に順番に入力される。また、ＡＷＧ１の出力ポート０〜７には光カプラ３が接続され、それぞれ２分岐された一方の信号光がノード００００〜０１１１に順に入力され、他方の信号光がノード１１１１〜１０００に順に入力される。
【００４２】
本実施形態の基本的な構成は、図１に示した第１の実施形態のＨＣＮと同じである。異なる点は、ＡＷＧ１の１ポートあたり複数のノードの波長多重信号光の入出力を可能とした点である。そのときに、ノード００００はＡＷＧ１の入力ポート０および出力ポート０に接続し、ノード１０００はＡＷＧの入力ポート０および出力ポート７に接続する。同様に、ノード０００１はＡＷＧ１の入力ポート１および出力ポート１に接続し、ノード１００１はＡＷＧ１の入力ポート１および出力ポート６に接続する。すなわち、ノード００００〜０１１１は、同一番号の入出力ポート０〜７に順番に接続されるが、ノード１０００〜１１１１は、入力ポート０〜７に順番に接続され、出力ポート７〜０に逆順で接続される。
【００４３】
ここで、このような接続により、８ポートのＡＷＧを用いて４次ＨＣＮ（１６ノード）が構成可能な原理について説明する。１６個のノード００００〜１１１１を最上位ビット０と１の２つのグループに分け、下位３ビットについてノード番号とＡＷＧの入出力ポート番号（２進数表示）が一致するものを図５（ａ）  に示し、ノード番号とＡＷＧの入力ポート番号（２進数表示）が一致し、出力ポート番号（２進数表示）が逆順で接続されるものを図５（ｂ）  に示す。
【００４４】
図５（ａ）  は、入力ポート０〜７にノード００００〜０１１１を接続し、出力ポート０〜７にノード００００〜０１１１を接続したものであり、図２０に示す３次ＨＣＮと同じ入出力関係（図中ハッチングで示す）となる。なお、ＨＣＮ接続の各入出力ポート間で使用する波長は図２０と同様である。
【００４５】
図５（ｂ）  は、入力ポート０〜７にノード１０００〜１１１１を接続し、出力ポート０〜７にノード１１１１〜１０００を接続したものであり、出力ポート０〜７に接続するノードの降順が図５（ａ）  のものと逆になっている。このような配置において、ＨＣＮは例えばノード１０００とノード１００１、１０１０、１１００を接続すればよく、そのときの使用波長をλ３，λ５，λ６  とすればよいことがわかる。他のノードについても同様である（図中ハッチングで示す）。これにより、２種類の対称な３次ＨＣＮが構成され、入力ポートおよび出力ポートにそれぞれ２つのノードを同時に接続可能なことがわかる。
【００４６】
図６は、８ポートのＡＷＧによる４次ＨＣＮの接続関係の一例を示す。これは図５（ａ），（ｂ）  を組み合わせたものであり、入出力ポート間の波長は省略している。ＡＷＧの入力ポート０〜７には、ノード（００００，１０００）〜（０１１１，１１１１）がそれぞれペアで接続され、出力ポート０〜７には、ノード（００００，１１１１）〜（０１１１，１０００）がそれぞれペアで接続される。○印は図５（ａ）  にハッチングで示したＨＣＮ接続する組み合わせを示し、△印は図５（ｂ）  にハッチングで示したＨＣＮ接続する組み合わせを示す。また、●，▲印は図５（ａ）  に示すノードと図５（ｂ）  に示すノードがＨＣＮ接続になることを示す。
【００４７】
すなわち、例えば入力ポート０に接続されるノード００００は、ＨＣＮの定義からノード０００１，００１０，０１００，１０００と接続する必要があり、それぞれλ１，λ２，λ４，λ７  で接続される。一方、同一の入力ポート０に接続されるノード１０００は、ＨＣＮの定義からノード００００，１００１，１０１０，１１００と接続する必要があり、それぞれ波長λ０，λ６，λ５，λ３  で接続される。これは、１つのポートに２つのノードからの波長多重信号を合波して入力した場合であっても、接続のための波長が互いに重複することなくＨＣＮ接続が可能であることを示している。他の入出力ポートについても同様のことが図６から分かる。
【００４８】
なお、本実施形態は、波長λ０〜λ７の８波長を使用する構成であり、多波長光源４０はそれらの波長を有する多波長光を出力する。また、本実施形態では、各ノードにおける送信波長と受信波長が異なる。図４に示すノード００００〜０１１１は、上段に受信波長、下段に送信波長を示し、ノード１０００〜１１１１は、上段に送信波長、下段に受信波長を示す。例えば、ノード００００では、波長λ０〜λ７の多波長光から波長λ１，λ２，λ４，λ７の無変調光を選択し、反射型光変調器を用いて変調および折り返し送信する。この信号光は、ノード１０００から出力される波長λ０，λ３，λ５，λ６の信号光と光カプラ２で合波され、ＡＷＧ１の入力ポート０に入力される。一方、ＡＷＧ１の出力ポート０には波長λ０〜λ７の波長多重信号光が出力され、光カプラ３で２分岐してノード００００およびノード１１１１に入力されるが、ノード００００では波長λ０，λ１，λ２，λ４の信号光を受信する。
【００４９】
このように、ノード００００の送信波長はλ１，λ２，λ４，λ７であり、受信波長は波長λ０，λ１，λ２，λ４となり、両者は一致しない。他のノードにおいても同様である。したがって、各ノード００００〜１１１１の光分波器５３および光合分波器５４では、それぞれ割り当てられた波長を合分波するように設定される。
【００５０】
（第３の実施形態：請求項２）
図７は、本発明の波長多重ネットワークの第３の実施形態を示す。本実施形態は、ノード数４の２次ＨＣＮをサブＨＣＮとし、４つのサブＨＣＮを接続して４次ＨＣＮ（ノード数16）を構成する場合について説明する。
【００５１】
図において、サブＨＣＮ００〜１１は、それぞれノード００００〜００１１、ノード０１００〜０１１１、ノード１０００〜１０１１、ノード１１００〜１１１１を収容し、各ノード間がＨＣＮ接続されている。例えば、サブＨＣＮ００では、ノード００００−０００１、００００−００１０、０００１−００１１、００１０−００１１間がそれぞれ双方向接続されている。なお、サブＨＣＮを実現する際のインターコネクションの種類については特に言及しない。
【００５２】
各サブＨＣＮには、外部ネットワークへのインターフェースとして信号出力用ＡＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６が備えられる。各ノードには、信号出力用ＡＷＧ５の対応する入力ポートおよび信号入力用ＡＷＧ６の対応する出力ポートが接続されるが、それぞれ同一のポート番号が使用される。例えば、ノード００００には、信号出力用ＡＷＧ５の入力ポート０と信号入力用ＡＷＧ６の出力ポート０が接続される。
【００５３】
各サブＨＣＮ００〜１１は、信号出力用ＡＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６を介してＨＣＮ接続される。すなわち、サブＨＣＮ００−０１、００−１０、０１−１１、１０−１１間が双方向接続される。ただし、各サブＨＣＮの接続では、信号出力用ＡＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６の同一のポート番号を使用する。例えば、サブＨＣＮ００とサブＨＣＮ０１を接続する際には、信号出力用ＡＷＧ５の出力ポート０と信号入力用ＡＷＧ６の入力ポート０が接続される。信号出力用ＡＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６の入出力ポートと入出力波長の関係を図８に示す。
【００５４】
ここで、サブＨＣＮ間のＨＣＮ接続では、例えばサブＨＣＮ００のノード００００と、サブＨＣＮ０１のノード０１００およびサブＨＣＮ１０の１０００を接続することになる。このとき、図８の関係によると、ノード００００から波長λ０  、λ１  の信号光を送出することによって接続可能となる。ノード００００から送出された波長λ０  の信号光は、サブＨＣＮ００の信号出力用ＡＷＧ５の入力ポート０へ入力され、出力ポート０から出力される。信号出力用ＡＷＧ５の出力ポート０には、サブＨＣＮ０１の信号入力用ＡＷＧ６の入力ポート０が接続されているので、この波長λ０  の信号光は信号入力用ＡＷＧ６の出力ポート０からノード０１００へ入力される。同様に、ノード００００から送出された波長λ１  の信号光は、サブＨＣＮ００の信号出力用ＡＷＧ５およびサブＨＣＮ１０の信号入力用ＡＷＧ６を通過し、ノード１０００へ入力される。
【００５５】
以下同様に、各ノードの入出力信号光の波長を適切に選択することによって、全てのノードをＨＣＮ接続することが可能となる。すなわち、４つの２次ＨＣＮ（ノード数４）をＡＷＧを介してＨＣＮ接続することにより、４次ＨＣＮ（１６ノード）が実現される。
【００５６】
以上の構成において、サブＨＣＮ間を接続するための各ノードからの送信波長は、サブＨＣＮ００のノード００００でλ０，λ１、ノード０００１でλ１，λ２、ノード００１０でλ２，λ３、ノード００１１でλ３，λ０であり、それぞれサブＨＣＮ０１、サブＨＣＮ１０の対応するノードに対する送信に使用される。他のサブＨＣＮの各ノードからの送信においても同様である。このようなサブＨＣＮ間の接続に用いる各ノードの光源についても、多波長光源により共有化することができる。
【００５７】
サブＨＣＮ００の多波長光源４０は、各ノード００００〜００１１でサブＨＣＮ間の接続に使用する波長λ０〜λ３の多波長光を出力する。この多波長光は、光カプラ３を介して信号出力用ＡＷＧ５の出力ポート０，１から入力され、入力ポート０から出力される波長λ０，λ１の多波長光がノード００００に入力され、入力ポート１から出力される波長λ１，λ２の多波長光がノード０００１に入力され、入力ポート２から出力される波長λ２，λ３の多波長光がノード００１０に入力され、入力ポート３から出力される波長λ３，λ０の多波長光がノード００１１に入力される。各ノードでは、それぞれ入力される多波長光から各波長の無変調光を分波し、反射型光変調器を用いて変調および折り返し送信する。他のサブＨＣＮにおいても同様である。
【００５８】
なお、図７のように、各サブＨＣＮごとにそれぞれ多波長光源４０を備えてもよいし、複数のサブＨＣＮで１つの多波長光源４０を共有するようにしてもよい。また、例えばサブＨＣＮ００およびサブＨＣＮ１１に備えた多波長光源４０から出力される多波長光を信号入力用ＡＷＧ６の入力ポート０，１に接続されるリンクに逆向きに入力することにより、サブＨＣＮ０１およびサブＨＣＮ１０の各信号出力用ＡＷＧ５の入力ポート０，１に多波長光を入力させることができる。
【００５９】
また、多波長光源４０は、各ノードの送信波長を含む白色光を出力し、信号出力用ＡＷＧ５の出力ポート０，１から入力することにより、同様に各波長の多波長光を各ノードに供給することができる（請求項３）。
【００６０】
本構成によれば、サブＨＣＮの信号入出力用ＡＷＧのポート数分だけＨＣＮの次数を拡張することが可能である。図７の場合では、信号入出力用ＡＷＧが４ポートあるので、この４ポートを用いて１６個のサブＨＣＮをＨＣＮ接続することにより、最大６次ＨＣＮ（６４ノード）まで拡張することが可能である。すなわち、２つのＡＷＧを用いて複数のサブＨＣＮをＨＣＮ接続することにより、ＨＣＮの次数あるいはノード数を容易に拡張することができる。
【００６１】
（第４の実施形態：請求項２）
図９は、本発明の波長多重ネットワークの第４の実施形態を示す。本実施形態は、ノード数16の４次ＨＣＮをサブＨＣＮとし、２つのサブＨＣＮを接続して５次ＨＣＮ（ノード数32）を構成する場合について説明する。
【００６２】
図において、サブＨＣＮ００を構成するノード０００００〜０１１１１はＨＣＮ接続され、サブＨＣＮ０１を構成するノード１００００〜１１１１１はＨＣＮ接続されているものとする。それぞれのサブＨＣＮには、信号出力用ＡＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６が配置され、サブＨＣＮ間のＨＣＮ接続が行われる。ここで、２つのサブＨＣＮをＨＣＮ接続するとは、各サブＨＣＮ内のノード番号の下４桁が同じノード同士を接続することである。
【００６３】
サブＨＣＮ００のノード０００００〜０１１１１から波長λ０〜λ１５の信号光を信号出力用ＡＷＧ５の入力ポート０〜１５に入力すると、各波長の信号光は信号出力用ＡＷＧ５の出力ポート０に波長多重されて出力され、サブＨＣＮ０１の信号入力用ＡＷＧ６の入力ポート０に入力される。サブＨＣＮ０１の信号入力用ＡＷＧ６では、波長多重信号光を各波長ごとに分波し、出力ポート０〜１５からそれぞれノード１００００〜１１１１１に送出する。これにより、サブＨＣＮ００の各ノードからサブＨＣＮ０１の各ノードに対してＨＣＮ接続することができる。逆方向についても同様である。
【００６４】
多波長光源４０は、サブＨＣＮ００を構成する各ノード０００００〜０１１１１でサブＨＣＮ間の接続に使用する波長λ０〜λ１５の多波長光を出力する。この多波長光は、光カプラ３を介して信号出力用ＡＷＧ５の出力ポート０から入力され、入力ポート０〜１５から波長λ１〜λ１５の無変調光に分波して出力され、各ノード０００００〜０１１１１に入力される。各ノードでは、それぞれ入力される無変調光を反射型光変調器を用いて変調および折り返し送信する。なお、この多波長光源４０は、波長λ０〜λ１５を含む白色光源としてもよい。
【００６５】
本構成によるサブＨＣＮ間のＨＣＮ接続では、ＨＣＮの次数に応じて信号入出力用ＡＷＧの入出力ポートが他のサブＨＣＮと接続されることになる。その場合、各ノードでは１６波長の信号光をサイクリックに順次追加していくことになる。すなわち、次数の増大とともに、光カプラまたは光サーキュレータを介して信号出力用ＡＷＧ５に多波長光を入力する出力ポート数を順次増やしていけばよい（図中破線で示す）。これは、サブＨＣＮ間のＨＣＮ接続の次数が増大しても光源数は一定にできることを示している。
【００６６】
多波長光源４０における光源数（波長数）は、サブＨＣＮを構成するノード数１６に対応している。信号入出力用ＡＷＧの入出力ポートは、サブＨＣＮのノード数と等しい１６であり、本構成では最大１６次までのサブＨＣＮ間のＨＣＮ接続が可能となる。
【００６７】
（第５の実施形態：請求項４）
図１０は、本発明の波長多重ネットワークの第５の実施形態を示す。本実施形態は、図７，９に示すサブＨＣＮ内のＨＣＮ接続を図１に示す第１の実施形態の構成により実現し、さらにサブＨＣＮ内でノード間を入出力する波長とサブＨＣＮ間を入出力する波長の帯域を分け、それぞれの帯域ごとに合分波する群合分波器を用いて各ノードからの信号入出力線をそれぞれ１本とする構成について説明する。
【００６８】
図において、サブＨＣＮ００およびサブＨＣＮ０１は、それぞれノード００００〜０１１１、ノード１０００〜１１１１を収容し、各ノード間が８ポートのＡＷＧ１を介してＨＣＮ接続される。８ポートのＡＷＧによる３次ＨＣＮは、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００６９】
各サブＨＣＮには、外部ネットワークへのインターフェースとして信号出力用ＡＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６が備えられる。各ノードの送信ポートには、群分波器７を介してＡＷＧ１および信号出力用ＡＷＧ５の対応する入力ポートが接続され、各ノードの受信ポートには、群合波器８を介してＡＷＧ１および信号入力用ＡＷＧ６の対応する出力ポートが接続される。
【００７０】
本実施形態では、サブＨＣＮ内接続用（内向き用）のＡＷＧ１と、サブＨＣＮ間接続用（外向き用）の信号出力用ＡＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６をそれぞれ用意し、サブＨＣＮ内外への接続の切り分けをＡＷＧ外の群分波器７および群合波器８で実現することにより、各ノードに入出力する信号線が２本だけで第３および第４の実施形態と同様の機能を実現することができる。
【００７１】
サブＨＣＮ００の内向き用の多波長光源４０ａは、図１に示す多波長光源４０と同様に、各ノード００００〜０１１１のＨＣＮ接続に使用する波長の多波長光を出力する。この多波長光は、光カプラ２を介してノード００００〜０１１１に入力され、サブＨＣＮ００の外向き用の多波長光源４０ｂは、図７，図９に示す多波長光源４０と同様に、各ノード００００〜０１１１でサブＨＣＮ間の接続に使用する波長の多波長光を出力する。この多波長光は、光カプラ３を介して信号出力用ＡＷＧ５の出力ポート０から入力され、入力ポート０〜７から各波長の無変調光に分波して出力され、光カプラ２を介して各ノード００００〜０１１１に入力される。各ノードでは、それぞれ割り当てられた内向き用および外向き用の無変調光を選択し、反射型光変調器を用いて変調および折り返し送信する。
【００７２】
なお、サブＨＣＮ００の外向き用の多波長光源４０ｂは、各ノード００００〜０１１１でサブＨＣＮ間の接続に使用する波長を含む白色光源としてもよい。他のサブＨＣＮ０１においても同様である。
【００７３】
また、各サブＨＣＮごとに、内向き用の多波長光源４０ａと外向き用の多波長光源４０ｂを一つにまとめ、光カプラ２を介してそれぞれ所定の多波長光を各ノードに入力するようにしてもよい（図１２参照）。また、複数のサブＨＣＮで各多波長光源を共有するようにしてもよい。また、サブＨＣＮ００に備えた多波長光源４０ｂから出力される多波長光を信号入力用ＡＷＧ６の入力ポート０に接続されるリンクに逆向きに入力することにより、サブＨＣＮ０１の信号出力用ＡＷＧ５の入力ポート０に多波長光を入力させることができる。
【００７４】
図１０のＨＣＮは、８ノードからなる３次ＨＣＮを２個接続して４次ＨＣＮ（１６ノード）  を実現する構成である。ネットワーク拡張用のＡＷＧは８ポートなので、これを全て利用すれば最大で  ２５６個のサブＨＣＮをＨＣＮ接続することができる。その場合には、全体で１１次ＨＣＮ（２０４８ノード）、各ノードの入出力波長信号数は１１となる。
【００７５】
図１１は、第５の実施形態のサブＨＣＮとして第２の実施形態の構成（図４）を適用した例を示す（請求項８）。図において、ノード００００〜１１１１、ＡＷＧ１、光カプラ２，３は図４に示す第２の実施形態の構成と同様に接続される。また、群分波器７および群合波器８、サブＨＣＮ間接続に用いる信号出力用ＡＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６は、図１０に示す第５の実施形態に対応する。
【００７６】
ここで、群分波器７−１は、ノード００００〜０１１１からの出力信号光を分波し、ＡＷＧ１の入力ポート０〜７および信号出力用ＡＷＧ５の入力ポート８〜１５に接続する。群分波器７−２は、ノード１０００〜１１１１からの出力信号光を分波し、ＡＷＧ１の入力ポート０〜７および信号出力用ＡＷＧ５の入力ポート０〜７に接続する。群合波器８−１は、ＡＷＧ１の出力ポート０〜７および信号入力用ＡＷＧ６の出力ポート１５〜８の出力信号光をノード００００〜０１１１に接続する。群合波器８−２は、ＡＷＧ１の出力ポート０〜７および信号入力用ＡＷＧ６の出力ポート０〜７の出力信号光をノード１１１１〜１０００に接続する。
【００７７】
サブＨＣＮの内向き用の多波長光源４０ａは、図４に示す第２の実施形態と同様に、各ノード００００〜１１１１のＨＣＮ接続に使用する波長の多波長光を出力する。この多波長光は、光カプラ２および群分波器７−１，７−２を介してノード００００〜１１１１に入力され、各ノードでそれぞれ割り当てられた波長の無変調光が選択される。サブＨＣＮの外向き用の多波長光源４０ｂは、図９に示す第４の実施形態と同様に、各ノード００００〜１１１１でサブＨＣＮ間の接続に使用する波長の多波長光を出力する。この多波長光は、光カプラ３を介して信号出力用ＡＷＧ５の出力ポート０から入力され、入力ポート０〜１５から各波長の無変調光に分波して出力され、群分波器７−１，７−２を介して各ノード００００〜１１１１に入力される。各ノードでは、それぞれ割り当てられた波長の無変調光を反射型光変調器を用いて変調および折り返し送信する。
【００７８】
このような構成により、各ノードの光源を共有しながら少ないポート数のＡＷＧを用いてＨＣＮを構成することが可能となり、経済的にネットワークを構築できる。図１１のサブＨＣＮのノード数は１６で４次ＨＣＮとなっている。このサブＨＣＮでサブＨＣＮ間接続に用いる信号入出力用ＡＷＧ５，６は１６ポートなので、これを全て利用すれば２１６個のサブＨＣＮをＨＣＮ接続することができる。その場合には、全体で２０次ＨＣＮ（１，０４８，５７６  ノード）となる。
【００７９】
以上示した第５の実施形態では、図７に示す第３の実施形態に比べて、各ノードへの入出力信号線の数を少なくすることができ、経済的にＨＣＮを実現することが可能となる。
【００８０】
（第６の実施形態：請求項５，６）
図１２は、本発明の波長多重ネットワークの第６の実施形態を示す。本実施形態は、第３〜第５の実施形態において、他のサブＨＣＮとの接続用に設けられている信号出力用ＡＷＧ５の出力ポートに波長多重・時間多重変換回路（ＷＤＭ／ＴＤＭ）を接続し、信号入力用ＡＷＧ６の入力ポートに時間多重・波長多重変換回路（ＴＤＭ／ＷＤＭ）を接続することにより、再帰的なネットワーク構築を可能とするものである。
【００８１】
図において、サブＨＣＮ９は、ここでは図１０に示す第５の実施形態の１つのサブＨＣＮとする。信号出力用ＡＷＧ５の出力ポート０〜７には、それぞれＷＤＭ／ＴＤＭ１０が接続され、さらにその出力が波長多重回路１１により波長多重されて外部に出力される。外部から入力される波長多重信号は波長分離回路１２により波長分離され、さらにそれぞれ対応するＴＤＭ／ＷＤＭ１３を介して信号入力用ＡＷＧ６の入力ポート０〜７に接続される。図１２は、このようなサブＨＣＮ９を一つのノードとして階層的に接続した状態を示す。
【００８２】
サブＨＣＮ９の多波長光源４０は、各ノードの内向き用のＨＣＮ接続に使用する波長の多波長光および外向き用のＨＣＮ接続に使用する波長の多波長光を出力する。この多波長光は、光カプラ２を介して各ノードに入力され、各ノードでそれぞれ割り当てられた波長の無変調光が選択される。各ノードでは、それぞれ入力される無変調光を反射型光変調器を用いて変調および折り返し送信する。これらの信号光は、内向き用および外向き用にそれぞれ群分波器７で分波され、ＡＷＧ１または信号出力用ＡＷＧ５に入力される。さらに、多波長光源４０からは、ＷＤＭ／ＴＤＭ１０およびＴＤＭ／ＷＤＭ１３で使用する多波長光が出力される。
【００８３】
図１３は、信号出力用ＡＷＧ５の各出力ポートに接続されるＷＤＭ／ＴＤＭ１０の構成例を示す。ＷＤＭ／ＴＤＭ１０は、ＷＤＭ／ＴＤＭ変換部１４に多波長光源４０から出力された多波長光（λａ  ）を入力する構成である。
【００８４】
ＷＤＭ／ＴＤＭ変換部１４には、波長多重信号光（図ではλ０  〜λ３  ）が入力される。ここでは、各波長信号光は強度変調されたパルス信号とする。ＷＤＭ／ＴＤＭ変換部１４は、入力された複数の波長信号光を分波し、各波長ごとに電気信号に変換した後にパルス幅を圧縮して時間軸上に多重化する。さらに、この時分割多重信号で波長λａ  の光を変調して出力する。このようにＷＤＭ／ＴＤＭ１０は、複数の異なる波長の光信号を単一波長の光信号に変換する機能をもつ。なお、ここでは、入出力信号光として強度変調された光信号を想定しているが、位相変調、周波数変調など他の変調方式であってもよい。
【００８５】
信号出力用ＡＷＧ５の各出力ポートに接続されるＷＤＭ／ＴＤＭ１０で使用する波長λａ  は互いに異なっており、それぞれ異なる単一波長の光に時間多重された信号が図１２に示す波長多重回路１１により波長多重される。この波長多重された信号は、図１２の波長分離回路１２で波長分離されて各ＴＤＭ／ＷＤＭ１３に入力される。
【００８６】
図１４は、信号入力用ＡＷＧ６の各入力ポートに接続されるＴＤＭ／ＷＤＭ１３の構成例を示す。ＴＤＭ／ＷＤＭ１３は、多波長光源４０から出力された多波長光（λ０〜λ３）を光分波器１５で分波し、ＴＤＭ／ＷＤＭ変換部１６に入力する構成であり、ＷＤＭ／ＴＤＭ１０と逆の動作をする。
【００８７】
ＴＤＭ／ＷＤＭ変換部１６には、単一波長の光に時間多重された信号が入力され、一旦電気信号に変換して複数の時間多重分離信号を生成する。そして、時間多重分離された各信号は、互いに異なる波長λ０〜λ３の光をそれぞれ変調し、波長多重して出力する。
【００８８】
このように、サブＨＣＮの入出力端にＷＤＭ／ＴＤＭ１０およびＴＤＭ／ＷＤＭ１３を付加することにより、サブＨＣＮをサブＨＣＮと同一構成のネットワークのノード部分に埋め込むことが可能となる。その際、ＷＤＭ／ＴＤＭ１０から出力される信号光の波長、ＴＤＭ／ＷＤＭ１３から出力される信号光の波長は、それぞれネットワーク全体がＨＣＮを構成するように設定される必要がある。図１２では８ノードからなる３次ＨＣＮを２回再帰的に構成することによって、６４ノードからなる６次ＨＣＮを実現している。同じような構成を繰り返すことによって、ネットワーク規模をさらに拡大することが可能である。
【００８９】
このように、本実施形態によれば、サブＨＣＮを相互にＨＣＮ接続して大規模なＨＣＮを構成する波長多重ネットワークにおいて、ＷＤＭ／ＴＤＭ１０およびＴＤＭ／ＷＤＭ１３を組み合わせることによって再帰的なネットワーク構成を可能とし、大規模なＨＣＮが実現可能となる。
【００９０】
（第７の実施形態：請求項７）
ところで、第３〜第５の実施形態では、サブＨＣＮ同士を接続するためにＡＷＧを用いており、その間の配線はＡＷＧのポート数および接続するサブＨＣＮ数に応じて複雑になる。例えば、ＡＷＧのポート数が４であれば、最大で16個のサブＨＣＮのＨＣＮ接続が可能であるが、各サブＨＣＮが互いに離れていればその間をＨＣＮ接続することは容易ではない。第７の実施形態では、空間多重（ＳＤＭ）を用いることにより、サブＨＣＮ間のケーブル布設を容易にしたものである。
【００９１】
図１５は、本発明の波長多重ネットワークの第７の実施形態を示す。本実施形態は、サブＨＣＮ００〜１１間を接続するために、各サブＨＣＮの信号出力用ＡＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６に接続される入出力線を多芯光ファイバケーブル１７に収容し、インターコネクションノード１８に集線した構成になっている。なお、サブＨＣＮ内の構成は、第３および第５の実施形態のいずれでもよい。
【００９２】
インターコネクションノード１８は、複数の入出力線をＨＣＮ接続する。インターコネクションノード１８内のＨＣＮ接続は、光ファイバをＨＣＮ接続してもよいし、平面光導波路を用いてＨＣＮ接続する導波路パターンを形成してもよい。なお、各サブＨＣＮの信号出力用ＡＷＧ５および信号入力用ＡＷＧ６は４ポートあり、最大で１６個のサブＨＣＮを接続可能であるので、インターコネクションノード１８ではそのための空きポートが用意されている。
【００９３】
多波長光源４０（外向き用の多波長光源４０ｂ）は、サブＨＣＮ００〜サブＨＣＮ１１を構成する各ノードでサブＨＣＮ間の接続に使用する波長の多波長光を出力する。この多波長光は、信号出力用ＡＷＧ５の出力ポート０，１から入力されるように、インターコネクションノード１８内の各線路に入力される。ここでは、●および○の位置に光カプラを配置し、●には図中上向きに多波長光を入力し、○には図中下向きに多波長光を入力する。各ノードでは、それぞれ入力される多波長光から各波長の無変調光を分波し、反射型光変調器を用いて変調および折り返し送信する。
【００９４】
このように、サブＨＣＮの入出力線をインターコネクションノード１８に集線し、その中でＨＣＮ接続する構成にすることにより、互いに離れた位置にあるサブＨＣＮ同士を直接ＨＣＮ接続する場合に比べて、配線が単純になるとともに、光ファイバ敷設の手間を簡略化することができる。これにより、経済的にＨＣＮを構成することが可能となる。
【００９５】
（光合分波器５４の構成例）
各ノードは送信波長がそれぞれ決められるので、各ノードの光合分波器５４では、それぞれ割り当てられた波長を合分波するように設定される。なお、光分波器５３についても同様である。
【００９６】
図１６は、光合分波器５４（光分波器５３）の構成例を示す。ここでは、第１の実施形態（図１）のノード０００における構成を示す。図１６（ａ）  はＡＷＧ６１と空間スイッチ６２による構成、図１６（ｂ）  に示す光スターカプラ６３と波長可変フィルタ６４による構成を示す。
【００９７】
空間スイッチ６２は、例えば平面光導波路（ＰＬＣ）上に熱光学効果（ＴＯ）スイッチを形成し、ＡＷＧ６１のポートと反射型光変調器５５−１〜５５−３との接続を各ノードに分波する波長に応じて選択する。また、波長可変フィルタ６４−１〜６４−３は、各ノードに分波する波長に応じてそれぞれ選択する波長を設定する。
【００９８】
このように、本発明の波長多重ネットワークでは各ノードが光源をもたず、図１６に示すような光空間スイッチ６２または可変波長フィルタ６４の設定により各ノードで送受信する波長を選択することができる。したがって、各ノードの構成部品を共通にすることができ、ノードコストの低減が可能である。
【００９９】
（反射型光変調器５５の構成例）
図１７は、反射型光変調器５５の構成例を示す。図１７（ａ）  に示す反射型光変調器５５は、インライン型の光変調器７１と光サーキュレータ７２を組み合わせた構成である。インライン型の光変調器７１としては、例えばリチウムナイオベートを用いた光変調器や電界吸収型の光変調器（ＥＡ変調器）や半導体光アンプを光変調器として用いたものなどが利用できる。入力ポート７３から入力された無変調光は、光サーキュレータ７２を介してインライン型の光変調器７１に入力される。光変調器７１は、外部からの電気信号（送信信号）により入力された無変調光を変調して出力する。出力された変調光は、光サーキュレータ７２を介して入力ポート７３に出力される。
【０１００】
図１７（ｂ）  に示す反射型光変調器５５は、マッハツェンダ型光変調器７４のアーム部分を切断し、切断面にミラー７５を配置した構成である。マッハツェンダ型光変調器７４は、インライン型の光変調器の一つであり、ニオブ酸リチウムなどの基板に光導波路７６および光分岐部７７を形成し、アーム導波路部分に光制御用電極７８を配置した構成である。光導波路７６から入力された光は、光分岐部７７で等分岐され、ミラー７５で反射されて戻り、光分岐部７７で合波される。光制御用電極７８に外部からの電気信号（送信信号）を印加すると、一方の光導波路の屈折率が変化して通過する光に位相変調がかかる。この位相変調により、ミラー７５から光分岐部７７に戻ってきた２つの光の位相が逆位相になると、２つの光は互いに打ち消しあって出力されない。一方、光制御用電極７８に電気信号が印加されないときには、２つの光は同位相になって光導波路７６から出力される。
【０１０１】
図１７（ｃ）  に示す反射型光変調器５５は、半導体光増幅器７９の一方の端面にミラー８０を配置した構成である。半導体光増幅器７９は、半導体基板に光導波路８１を形成し、光導波路上の電流注入用電極８２に電流を注入すると光増幅器として動作する。一方、電流注入用電極８２に電流を注入しないか、あるいは逆バイアス電圧をかけると光吸収媒体として動作し、光は透過しない。この原理を利用し、電流注入時は入力光を増幅および反射して出力し、無電流時には反射光がない状態をつくる。
【０１０２】
このような構成は半導体光増幅器に限らず、面発光レーザの一方のミラーを取り去って反射型光増幅器とした素子を用いてもよい。この場合、基板上面に面発光レーザ構造を作り、基板底面にミラーを金属蒸着などによって作ることが容易である。また、面発光レーザの出力光の形状が光ファイバのモード形状と整合性がよいので実装も容易である。また、アレイ化も容易である。
【０１０３】
図１７（ｄ）  に示す反射型光変調器５５は、ハーフミラー８３とミラー８４を対向しておいたファブリペロー共振器の中に、電極８５に印加する信号に応じて屈折率を変調できる屈折率変調媒体８６を挟みこんだ構成である。入力光の一部は入力端のハーフミラー８３で反射され（ａ）、残りの入力光はハーフミラー８５を透過し、屈折率変調媒体８６、ミラー８４、屈折率変調媒体８６、ハーフミラー８３を経て出力される（ｂ）。ここで、屈折率変調媒体８６の屈折率を変調すると、ハーフミラー８３の一端で２つの光の振幅が同等でかつ同位相か逆位相かを制御することができ、反射光の強度を変調することができる。なお、屈折率変調媒体８６としては、ニオブ酸リチウムなどの強誘電性電気光学結晶に電極を付けたものを利用できる。
【０１０４】
また、図１７（ｂ）  〜（ｄ）  に示す反射型光変調器５５は、入力光が変調部を往復する構成であるので、各電極に印加する電力を低減できるとともに、通過型の光変調器に比べて相互作用長も短くでき、小型化することができる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の波長多重ネットワークは、ＷＤＭ方式と周回性波長多重分離素子（例えはＡＷＧ）を組み合わせたＨＣＮにおいて、次のような効果が得られる。
【０１０６】
多波長光源から各ノードに送信に用いる波長の無変調光を供給し、変調して折り返し送信することにより、各ノードでは光源が不要となり、安価にノードを構成することができる。また、多波長光源は、複数のノードで共用化されるので、ノード当たりの光源単位も低くすることができる。したがって、波長多重ネットワークを低コストで実現することができる。
【０１０７】
ＡＷＧの入出力ポートに光カプラを接続し、ＡＷＧの入出力ポートに複数のノードを接続することにより、少ないポート数のＡＷＧを用いて大規模なＨＣＮを実現することができる。多波長光は、ＡＷＧの入力ポート側に備えられた光カプラを用いて入力することにより、各ノードに効率よく分配することができる。
【０１０８】
また、ＡＷＧをサブＨＣＮ間の信号入出力用に用いることにより、ＨＣＮをさらに拡張することが可能になる。
また、サブＨＣＮ内のＨＣＮ接続用（内向き用）とサブＨＣＮ間のＨＣＮ接続用（外向き用）の波長帯を分離し、波長帯ごとに合分波を行う群合分波器を用いることにより、サブＨＣＮ内外の接続をＡＷＧで実現し、全体として配線数を削減することができる。
【０１０９】
また、ＷＤＭ／ＴＤＭ、ＴＤＭ／ＷＤＭの各変換回路をサブＨＣＮ接続時に用いることにより、再帰的なネットワーク構成が可能となり、現状のネットワーク構成との整合性がよい大規模なネットワークを経済的に実現することができる。
【０１１０】
さらに、以上の各構成を組み合わせることにより、大規模かつ大容量のネットワークを低コストで実現することができる。
なお、本発明の波長多重ネットワークは、主にＬＡＮ、ＷＡＮへの適用を想定しているが、適用分野はこれに限られるものでなく、広域ネットワークや並列処理装置内のプロセッサ間、プロセッサ−メモリ間ネットワーク、あるいはルータ、ＡＴＭスイッチ内の配線としても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の波長多重ネットワークの第１の実施形態を示す図。
【図２】多波長光源４０の構成例を示す図。
【図３】ノード０００の構成例を示す図。
【図４】本発明の波長多重ネットワークの第２の実施形態を示す図。
【図５】８ポートのＡＷＧを用いて４次ＨＣＮ（１６ノード）を構成する過程を説明する図。
【図６】８ポートのＡＷＧによる４次ＨＣＮの接続関係を示す図。
【図７】本発明の波長多重ネットワークの第３の実施形態を示す図。
【図８】信号入出力用ＡＷＧ５，６の入出力ポートと入出力波長の関係を示す図。
【図９】本発明の波長多重ネットワークの第４の実施形態を示す図。
【図１０】本発明の波長多重ネットワークの第５の実施形態を示す図。
【図１１】第５の実施形態のサブＨＣＮとして第２の実施形態の構成（図４）を適用した構成例を示す図。
【図１２】本発明の波長多重ネットワークの第６の実施形態を示す図。
【図１３】ＷＤＭ／ＴＤＭ１０の構成例を示す図。
【図１４】ＴＤＭ／ＷＤＭ１３の構成例を示す図。
【図１５】本発明の波長多重ネットワークの第７の実施形態を示す図。
【図１６】光合分波器５４（光分波器５３）の構成例を示す図。
【図１７】反射型光変調器５５の構成例を示す図。
【図１８】ＷＤＭ方式とＡＷＧを組み合わせてＨＣＮを実現する従来例を示す図。
【図１９】ハイパーキューブネットワークの構成を示す図。
【図２０】ＡＷＧの入出力ポート間の信号波長および各入出力ポートに接続されるノードの関係を示す図。
【符号の説明】
１  アレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ）
２，３  光カプラ
５  信号出力用ＡＷＧ
６  信号入力用ＡＷＧ
７  群分波器
８  群合波器
９  サブＨＣＮ
１０  波長多重・時間多重変換回路（ＷＤＭ／ＴＤＭ）
１１  波長多重回路
１２  波長分離回路
１３  時間多重・波長多重変換回路（ＴＤＭ／ＷＤＭ）
１４  ＷＤＭ／ＴＤＭ変換部
１５  光分波器
１６  ＴＤＭ／ＷＤＭ変換部
１７  多芯光ファイバケーブル
１８  インターコネクションノード
４０  多波長光源
４１  光源
４２  光合波器
４３  光増幅器
４４  光アイソレータ
４５  光カプラ
５３  光分波器
５４  光合分波器
５５  反射型光変調器
５６  受光器
６１  アレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ）
６２  光空間スイッチ
６３  光カプラ
６４  可変波長フィルタ
７１  インライン型の光変調器
７２  光サーキュレータ
７３  入力ポート
７４  マッハツェンダ型光変調器
７５  ミラー
７６  光導波路
７７  光分岐部
７８  光制御用電極
７９  半導体光増幅器
８０  ミラー
８１  光導波路
８２  電流注入用電極
８３  ハーフミラー
８４  ミラー
８５  電極
８６  屈折率変調媒体
【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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【図１９】
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【図２０】
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