(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を入力する入力用光導波路と、
前記入力用光導波路に挿入され、前記光信号の波長を所定の波長に変換する可変波長変換回路と、
前記光信号が周回伝搬する遅延ループ光導波路と、
前記入力用光導波路と前記遅延ループ光導波路を接続し、前記可変波長変換回路で設定された波長の光信号を前記遅延ループ光導波路に入力し、周回伝搬させる光カプラと、
前記遅延ループ光導波路に挿入され、前記光信号の波長を周回ごとに一定の波長だけシフトさせる波長シフタと、
前記遅延ループ光導波路に挿入され、前記波長シフタで順次波長がシフトしながら周回する光信号の中から非特定波長の光信号を通過させ、特定波長の光信号を分離する特定波長抽出回路と、
前記特定波長抽出回路で分離された特定波長の光信号を出力する出力用光導波路と
を備えたことを特徴とする光パケットバッファ。
【請求項２】
請求項１に記載の光パケットバッファにおいて、
前記特定波長抽出回路は、マッハツェンダ干渉計のアーム導波路に前記特定波長を反射する回折格子を配置し、前記非特定波長の光信号と前記特定波長の光信号を異なるポートに分離出力する構成であることを特徴とする光パケットバッファ。
【請求項３】
請求項１に記載の光パケットバッファにおいて、
前記特定波長抽出回路は、第２のポートに前記特定波長を反射する回折格子を接続した光サーキュレータを備え、前記光サーキュレータの第１のポートから前記光信号を入力し、前記非特定波長の光信号を前記回折格子の透過ポートから出力し、前記特定波長の光信号を前記光サーキュレータの第３のポートから出力する構成であることを特徴とする光パケットバッファ。
【請求項４】
請求項１に記載の光パケットバッファにおいて、
前記特定波長抽出回路は、前記非特定波長と前記特定波長の光信号を異なるポートに分波する光分波器と、前記非特定波長の光信号を合波して前記遅延ループ光導波路に出力する光合波器とを備え、前記光分波器で分波された前記特定波長の光信号を前記出力用光導波路に出力する構成であることを特徴とする光パケットバッファ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の光パケットバッファにおいて、
前記遅延ループ光導波路が平面導波路型光回路基板上に作製された構成であることを特徴とする光パケットバッファ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の光パケットバッファにおいて、
前記遅延ループ光導波路に光増幅器を挿入した構成であることを特徴とする光パケットバッファ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光交換、光情報処理などを行う光伝送システムにおいて、光パケットのバッファリングを行う光パケットバッファに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＴＭパケットあるいはＩＰパケットの伝送では、複数のパケットが同時に同じ宛先にルーティングされて衝突を起こす場合やルーティング先が輻輳を起こしている場合に、パケットを一時的に保存し、衝突や輻輳が解消された後に送信する、いわゆるバッファリングが行われる。
【０００３】
光伝送システムにおいても光パケットのバッファリングが必要になる場合がある。ここで、光パケットを電気信号に変換せずに光のままで所定時間だけ蓄積する光パケットバッファとして、光ファイバ遅延線を用い、その光ファイバ遅延線中の伝送時間をメモリとして使用し、光ファイバ長と周回数によりメモリ時間を決めるものがある。
【０００４】
図８は、従来の光パケットバッファの構成例を示す。図において、従来の光パケットバッファは、光入力部８１と光出力部８２との間に空間スイッチ８３を配置し、空間スイッチ８３の切り換えにより光増幅器８４を含むループ状の光ファイバ遅延線８５を挿入接続する構成であり、巡回型光パケットバッファと呼ばれている。
【０００５】
外部からの制御信号により空間スイッチ８３を切り換え、光入力部８１から入力された光パケットを所定の遅延時間（メモリ時間）だけ光ファイバ遅延線８５を周回させて光出力部８２に出力する。例えば、光ファイバ遅延線８５の長さを１つの光パケットの長さに設定すると、光入力部８１から入力された光パケットをＮパケット分遅延させる場合には、光ファイバ遅延線８５をＮ周させた後に光出力部８２に取り出すように制御する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光パケットバッファは、１つのパケット長以上の長さをもつ光ファイバ遅延線が必要であり、例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓ  、５００  バイトの光パケットに対して、長さ約８０ｍ以上の光ファイバ遅延線が必要になり、小型化および集積化が困難であった。また、扱う光パケットは、光ファイバ遅延線の長さよりも短いという条件が必要であり、ＩＰパケットのように非等長パケットで光ファイバ遅延線の長さを越えるような場合には対応できない問題があった。
【０００７】
さらに、１つの光パケットが光ファイバ遅延線を周回している間は、次の光パケットを入力することができず、複数の光パケットのバッファリングを並列して行うには複数の光パケットバッファが必要になっていた。
【０００８】
また、光ファイバ遅延線の周回によって生じる損失を補償するために光増幅器が挿入されるが、光増幅器の入出力端がループにより接続されることになるので、発振が起こりやすく極めて不安定な系になりやすい問題があった。
【０００９】
本発明は、小型化および集積化を容易にし、発振による不安定性を解消するとともに、パケット長に制限のない非等長パケットにも対応できる光パケットバッファを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光パケットバッファは、光信号を入力する入力用光導波路と、可変波長変換回路と、光カプラと、遅延ループ光導波路と、波長シフタと、特定波長抽出回路と、所定の遅延を受けた光信号を出力する出力用光導波路とにより構成される（請求項１）。
【００１１】
可変波長変換回路は、入力用光導波路から入力された光信号の波長を所定の波長に変換し、光カプラを介して遅延ループ光導波路に入力する。遅延ループ光導波路に入力された光信号は周回しながら、波長シフタで周回ごとに一定の波長だけシフトする。特定波長抽出回路は、波長シフタで順次波長がシフトしながら周回する光信号の中から非特定波長の光信号を通過（周回）させ、特定波長の光信号を分離して出力用光導波路に出力する。
【００１２】
特定波長抽出回路は、マッハツェンダ干渉計と回折格子による構成（請求項２）、光サーキュレータと回折格子による構成（請求項３）、光分波器と光合波器による構成（請求項４）により実現できる。
【００１３】
また、以上示した本発明の光パケットバッファの構成において、少なくとも遅延ループ光導波路を平面導波路型光回路基板上に作製してもよい（請求項５）。また、以上示した本発明の光パケットバッファの構成において、遅延ループ光導波路に損失補償のための光増幅器を挿入してもよい（請求項６）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態：請求項１）
図１は、本発明の光パケットバッファの第１の実施形態を示す。図において、入力用光導波路１１から入力された光パケットは、可変波長変換回路１２で所定の波長に変換され、光カプラ１３を介して遅延ループ光導波路１４に入力される。遅延ループ光導波路１４には、通過する光パケットの波長をシフトする波長シフタ１５と、特定波長以外の光パケットをポートａからポートｂに通過させ、特定波長の光パケットをポートａからポートｃに分離する特定波長抽出回路１６が挿入される。特定波長抽出回路１６から分離された光パケットは出力用光導波路１７から出力される。
【００１５】
すなわち、特定波長抽出回路１６は、遅延ループ光導波路１４を周回する光パケットが波長シフタ１５を通過するごとに波長シフトして特定波長になるまで周回させる機能を有する。このような構成により、入力用光導波路１１から入力された光パケットの波長を可変波長変換回路１２で設定すれば、特定波長抽出回路１６から分離される波長にシフトするまでの周回数（波長シフタ１５の通過回数）が決定し、光パケットのメモリ時間が決まることになる。なお、光カプラ１３、波長シフタ１５、特定波長抽出回路１６の配列は任意である。また、波長シフタ１５における波長シフト量が小さい場合には、複数の波長シフタを直列に接続してもよい。
【００１６】
本発明の光パケットバッファの動作原理について図２を参照して説明する。特定波長抽出回路１６で分離される特定波長を１５３５ｎｍ、可変波長変換回路１２で設定する最大波長を１５６５ｎｍ、波長シフタ１５のシフト量を  ０．２ｎｍ減少とする。この場合、光パケットは最大で（１５６５−１５３５）／０．２＝１５０  回、遅延ループ光導波路１４内を周回することになる。ｎは、遅延ループ光導波路１４を１周するビット数を示す。光パケットのビット列は周回するごとに波長が短くなるので、図２に示すように回転しながら波長の短い方へ進んでゆく。そして、特定波長抽出回路１６の特定波長と波長が等しくなったビットから順に、ポートｃから出力用光導波路１７に取り出される。
【００１７】
なお、遅延ループ光導波路１４の長さが光パケット長よりも短くなる場合には、１つの光パケットの前後が遅延ループ光導波路１４内で重なることになるが、それらの波長が異なるので混ざり合うことがなく、所定数の周回後に特定波長になった時点でビット単位で順に出力される。これにより、遅延ループ光導波路１４の長さを光パケット長よりも短くすることができ、小型化することができる。また、扱う光パケット長が遅延ループ光導波路１４の長さにより制限されることはなく、任意のビット長を有する非等長パケットにも対応することができる。
【００１８】
また、本発明の光パケットバッファでは、光パケットは入力順番ではなく、可変波長変換回路１２で設定する波長と特定波長抽出回路１６で分離される特定波長との波長差に応じて、出力されるまでの遅延時間（周回数）が決まる。したがって、先に入力した光パケットの波長よりも、後から入力する光パケットの波長を特定波長に近い波長に設定することにより、後から入力した光パケットを先に出力させることができ、光パケットの追越しが可能となる。
【００１９】
すなわち、本発明の光パケットバッファは、１つの光パケットが出力されるまで次の光パケットを入力できないということはなく、複数の光パケットのバッファリングを並列して行うことができる。ただし、前の光パケットが周回中に次の光パケットを入力する場合には、遅延時間に応じて可変波長変換回路１２で設定する波長が決まるので、周回中の光パケットの波長と同じ波長でぶつからないように入力するタイミングを制御する必要がある。
【００２０】
また、図２は、光パケットが波長シフタ１５を通過ごとに短波長側にシフトする例を示したが、長波長側にシフトするような構成としてもよい。その場合には、可変波長変換回路１２で設定する波長は特定波長抽出回路１６で分離する特定波長よりも短波長に設定することになる。
【００２１】
（特定波長抽出回路１６の構成例）
図３は、特定波長抽出回路１６の第１の構成例を示す（請求項２）。本構成例は、マッハツェンダ干渉計２１のアーム導波路に特定波長を反射する回折格子２２，２３を挿入した構成である。ａは入力ポート、ｂは通過ポート、ｃは分離ポートであり、図１に示すポートａ，ｂ，ｃに対応する。マッハツェンダ干渉計２１の干渉条件を適当に設定することにより、入力ポートａから入力された非特定波長の光パケットを通過ポートｂから出力させ、特定波長の光パケットを回折格子２２，２３で反射して分離ポートｃから出力させることができる。
【００２２】
回折格子２２，２３は、ファイバグレーティングにより実現することができる。一般に、ゲルマニウムを添加したファイバコアに紫外線を照射すると、屈折率が増大する。この現象を利用し、紫外線を位相マスクを介して光導波路に照射し、周期的な屈折率変化を生じさせることにより回折格子を形成する。すると、そのブラッグ波長に一致する波長のみを反射し、残りの波長を透過するファイバグレーティングを形成することができる。
【００２３】
また、回折格子２２，２３は、誘電体多層膜でも実現することができる。誘電体多層膜による特定波長の反射の原理は、厚さが特定波長の１／４である低屈折率媒体（ＳｉＯ２等）と高屈折率媒体（ＴｉＯ２等）の層を交互に重ねると、特定波長に対して高い反射率をもつ現象を利用するものである。
【００２４】
図４は、特定波長抽出回路１６の第２の構成例を示す（請求項３）。本構成例は、光サーキュレータ２４と回折格子２５を組み合わせた構成である。ａは入力ポート、ｂは通過ポート、ｃは分離ポートであり、図１に示すポートａ，ｂ，ｃに対応する。
【００２５】
入力ポートａから光サーキュレータ２４の第１のポートに入力された非特定波長の光パケットは第２のポートから出力され、回折格子２５を通過して通過ポートｂに出力される。また、入力ポートａから光サーキュレータ２４の第１のポートに入力された特定波長の光パケットは第２のポートから出力され、回折格子２５で反射して第２のポートに戻り、第３のポートから分離ポートｃに出力される。回折格子２５は、第１の構成例の回折格子２２，２３と同様に、ファイバグレーティングまたは誘電体多層膜により構成することができる。
【００２６】
図５は、特定波長抽出回路１６の第３の構成例を示す（請求項４）。本構成例は、光分波器２６と光合波器２７を組み合わせた構成である。ａは入力ポート、ｂは通過ポート、ｃは分離ポートであり、図１に示すポートａ，ｂ，ｃに対応する。
【００２７】
光分波器２６は、入力ポートａから入力された光パケットを波長ごとに異なる出力ポートに分波し、非特定波長の光パケットを光合波器２７で合波して通過ポートｂに出力し、特定波長の光パケットを分離ポートｃに出力する。光分波器２６および光合波器２７としては、アレイ導波路回折格子を用いることができる。また、光合波器２７は光カプラを用いてもよい。
【００２８】
（第２の実施形態：請求項５）
図６は、本発明の光パケットバッファの第２の実施形態を示す。本実施形態の光パケットバッファは、第１の実施形態に示す入力用光導波路１１、可変波長変換回路１２、光カプラ１３、遅延ループ光導波路１４、波長シフタ１５、特定波長抽出回路１６、出力用光導波路１７を平面導波路型光回路基板１０上に形成したものである。各部の機能は、第１の実施形態と同様であり、詳細な構成および動作例については省略する。
【００２９】
本実施形態では、平面導波路型光回路基板１０上に作製される遅延ループ光導波路１４の長さを作製時に用いるマスクにより精密に調整することができるので、光ファイバを用いた場合に比べて長さの制御が極めて容易になる。また、遅延ループ光導波路１４の長さも１つの光パケット長よりも短くできるので、小型化および集積化が容易になる。さらに、小型化および集積化により、屈折率変化による光路長変化を防ぐための温度制御も容易になり、安定性も向上させることができる。
【００３０】
（第３の実施形態：請求項６）
図７は、本発明の光パケットバッファの第３の実施形態を示す。本実施形態の光パケットバッファは、第１の実施形態における遅延ループ光導波路１４内に、光増幅器１８を挿入したことを特徴とする。光増幅器１８は、光パケットの周回による損失を補償するものであり、波長シフタ１５および特定波長抽出回路１６との位置関係は任意である。各部の機能は、第１の実施形態と同様であり、詳細な構成および動作例については省略する。
【００３１】
なお、遅延ループ光導波路１４内に光増幅器１８を挿入しても、光パケットは周回ごとに波長が異なるので従来構成のように発振することはなく、安定に動作させることができる。光増幅器１８としては、光ファイバ増幅器または半導体光増幅器を用いることができる。
【００３２】
また、本実施形態においても、第２の実施形態と同様に平面導波路型光回路基板１０上に形成することができる。この場合には、遅延ループ光導波路１４自体が増幅作用をもつ平面導波路型光増幅器であってもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光パケットバッファは、可変波長変換回路で設定する光信号の波長と特定波長抽出回路で分離される特定波長の波長差に応じて、遅延ループ光導波路を周回する光信号の周回数が決まり、出力用光導波路に出力される光信号の遅延時間を制御することができる。すなわち、光信号は上記波長差に応じた数の周回後に出力用光導波路に出力され、光パケット長が遅延ループ光導波路の長さにより制限されない構成であるので、任意のビット長を有する非等長パケットにも対応することができる。
【００３４】
また、遅延ループ光導波路の長さが１つの光パケット長より短くなり、光パケットの前後が遅延ループ光導波路上で重なることになっても、周回ごとに波長が異なるので全く問題はない。これにより、小型化が容易になる。さらに、平面導波路型光回路基板上に集積化させることも可能となる。この集積化では、遅延ループ光導波路の長さを高精度に設定することができるとともに、光路長の変化を防ぐための温度制御も容易になり、安定性も向上させることができる。
【００３５】
また、遅延ループ光導波路に損失補償のための光増幅器を挿入しても、周回ごとに波長が異なるので発振することもなく、安定した動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光パケットバッファの第１の実施形態を示す図。
【図２】本発明の光パケットバッファの動作原理を説明する図。
【図３】特定波長抽出回路１６の第１の構成例を示す図。
【図４】特定波長抽出回路１６の第２の構成例を示す図。
【図５】特定波長抽出回路１６の第３の構成例を示す図。
【図６】本発明の光パケットバッファの第２の実施形態を示す図。
【図７】本発明の光パケットバッファの第３の実施形態を示す図。
【図８】従来の光パケットバッファの構成例を示す図。
【符号の説明】
１０  平面導波路型光回路基板
１１  入力用光導波路
１２  可変波長変換回路
１３  光カプラ
１４  遅延ループ光導波路
１５  波長シフタ
１６  特定波長抽出回路
１７  出力用光導波路
１８  光増幅器
２１  マッハツェンダ干渉計
２２，２３  回折格子
２４  光サーキュレータ
２５  回折格子
２６  光分波器
２７  光合波器
【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】
0003558575.tif 000007
【図７】
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【図８】
0003558575.tif 000009