(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光が入力される入力用光路と、信号光を遅延させる遅延ループ光路と、信号光を出力する出力用光路と、前記入力用光路および前記遅延ループ光路の出力端からの信号光が入力され、信号光を前記遅延ループ光路の入力端または前記出力用光路に出力する光路切替手段とを有する光パケットバッファであって、
前記光路切替手段は、
複数の出力ポートを有し、前記入力用光路および前記遅延ループ光路の出力端から入力される信号光を分波し、信号光の波長に応じて所定の出力ポートに出力する分波手段と、
該分波手段の複数の出力ポートの各々に接続され、該出力ポートから出力される信号光の波長を前記遅延ループ光路の入力端に出力するための第１の波長に変換するかまたは前記出力用光路に出力するための第２の波長に変換する複数の波長変換素子と、
該複数の波長変換素子から出力される信号光を合波して、信号光の波長が前記第１の波長である場合には前記遅延ループ光路の入力端に出力し、前記信号光の波長が前記第２の波長である場合には、前記出力用光路に出力する合波手段と
を有することを特徴とする光パケットバッファ。
【請求項２】
前記分波手段の入力側に設けられ、前記入力用光路からの信号光および前記遅延ループ光路の出力端からの信号光を前記分波手段に入力すべく合波する入力側合波手段を有することを特徴とする請求項１記載の光パケットバッファ。
【請求項３】
前記入力側合波手段は、反射波長が前記入力用光路からの信号光の波長に設定された回折格子、および該回折格子をアームに設けられたマッハツェンダ干渉系を具備する光パケット挿入回路を有することを特徴とする請求項２記載の光パケットバッファ。
【請求項４】
前記入力側合波手段は、第１の入力ポートに前記入力用光路からの信号光が入力され、第２の入力ポートに前記遅延ループ光路の出力端からの信号光が入力され、前記第１および第２の入力ポートから入力された信号光が合波されて、出力ポートから出力されるサーキュレータ、および該サーキュレータの第２の入力ポートに設けられ、反射波長が前記入力用光路からの信号光の波長に設定された回折格子を具備する光パケット挿入回路を有することを特徴とする請求項２記載の光パケットバッファ。
【請求項５】
前記入力側合波手段は、前記遅延ループ光路の出力端からの信号光を分波する光分波用アレイ導波路格子、および前記入力用光路からの信号光と前記光分波用アレイ導波路格子からの信号光を合波する光合波用アレイ導波路格子を具備した光パケット挿入回路を有することを特徴とする請求項２記載の光パケットバッファ。
【請求項６】
信号光が入力される入力用光路と、信号光を遅延させる遅延ループ光路と、信号光を出力する出力用光路と、前記入力用光路および前記遅延ループ光路の出力端からの信号光が入力され、信号光を前記遅延ループ光路の入力端または前記出力用光路に出力する光路切替手段とを有する光パケットバッファであって、
前記光路切替手段は、
複数の出力ポートを有し、前記遅延ループ光路の出力端から入力される信号光を分波し、信号光の波長に応じて所定の出力ポートに出力する分波手段と、
該分波手段の複数の出力ポートの各々に接続され、該出力ポートから出力される信号光の波長を前記遅延ループ光路の入力端に出力するための第１の波長に変換するかまたは前記出力用光路に出力するための第２の波長に変換する複数の波長変換素子と、
該複数の波長変換素子から出力される信号光および前記入力用光路からの信号光を合波して、信号光の波長が前記第１の波長である場合には前記遅延ループ光路の入力端に出力し、前記信号光の波長が前記第２の波長である場合には、前記出力用光路に出力する合波手段と
を有することを特徴とする光パケットバッファ。
【請求項７】
前記分波手段のＭ番目の出力ポートに接続された波長変換素子の第１の波長は、Ｍ＋１番目の出力ポートから出力される信号光の波長であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光パケットバッファ。
【請求項８】
前記遅延ループ光路は、信号光を増幅する光増幅器を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光パケットバッファ。
【請求項９】
光パケットバッファは、平面導波型光回路基板に集積されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の光パケットバッファ。
【請求項１０】
前記分波手段は、光分波用アレイ導波路格子を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の光パケットバッファ。
【請求項１１】
前記合波手段は、光合波用アレイ導波路格子を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の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、光情報処理などの光伝送システム、光ＬＡＮなどに適用される光パケットバッファに関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重を利用した光伝送システム（ＷＤＭシステム）が進歩するに従って、光パケット伝送の高度化が期待されている。ここで問題となるのは光パケットのバッファリングである。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、あるいはルーティング先が輻輳を起こしている場合などにパケットを一時的に保存し、衝突、輻輳が解消された後に送信するために使用される所謂バッファリングを行う。
【０００３】
光パケットを電気信号に変換せずに光のまま所望の時間だけ蓄積する光パケットバッファとして、ファイバ遅延線を用いた光パケットバッファがある。すなわち、ファイバ中の伝送時間をメモリとして使用し、ファイバ長によりメモリ時間が決まるものである。
【０００４】
図１５は、巡回型光パケットバッファを示す図である。同図において、８０１が空間スイッチ、８０２が光増幅器、８０３が巡回型光遅延線、８０４が光入力部、８０５が光出力部である。この従来例では、巡回型光遅延線８０３の長さを１つの光パケットの長さに予め設定しておく。例えば、１０Ｇｂｐｓ，５００Ｂｙｔｅの光パケットの長さは、ファイバ中で約８０ｍに達する。パケット制御回路からの制御信号により、空間スイッチ８０１を切り替えて、所望の遅延時間（メモリ時間）だけ周回させる。例えば、このパケットをＭパケット分遅延させるには、Ｍ周させた後、光出力部８０５から取り出すことになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のファイバ遅延線による光パケットバッファは、最低でも１つのパケット分の長さのファイバを用意する必要があり、光ファイバなどの光部品の数や量が多くなりがちで小型化・集積化が困難であった。また、光増幅器の入力出部がループによりつながっているため、光増幅器が発振を起こしやすく、極めて不安定な系になりやすい。更にまた、扱う光パケットは、すべて同じ長さである必要があり、ＩＰパケットのような任意長パケットには対応できないという欠点があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、波長変換素子を用いて同一波長の周回を回避して発振による不安定性を除去し、小型化および集積化を図り、任意長のパケットにも対応し得る光パケットバッファを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、信号光が入力される入力用光路と、信号光を遅延させる遅延ループ光路と、信号光を出力する出力用光路と、前記入力用光路および前記遅延ループ光路の出力端からの信号光が入力され、信号光を前記遅延ループ光路の入力端または前記出力用光路に出力する光路切替手段とを有する光パケットバッファであって、前記光路切替手段は、複数の出力ポートを有し、前記入力用光路および前記遅延ループ光路の出力端から入力される信号光を分波し、信号光の波長に応じて所定の出力ポートに出力する分波手段と、該分波手段の複数の出力ポートの各々に接続され、該出力ポートから出力される信号光の波長を前記遅延ループ光路の入力端に出力するための第１の波長に変換するかまたは前記出力用光路に出力するための第２の波長に変換する複数の波長変換素子と、該複数の波長変換素子から出力される信号光を合波して、信号光の波長が前記第１の波長である場合には前記遅延ループ光路の入力端に出力し、前記信号光の波長が前記第２の波長である場合には、前記出力用光路に出力する合波手段とを有することを要旨とする。
【０００８】
請求項１記載の本発明にあっては、入力用光路からの信号光および遅延ループ光路からの信号光を分波手段で分波し、信号光の波長に応じて所定の出力ポートに出力して、各波長変換素子に入力し、各波長変換素子で各信号光の波長を第１の波長または第２の波長に変換し、合波手段で各波長変換素子からの信号光を合波し、第１の波長の信号光は遅延ループ光路に出力し、第２の波長の信号光は出力用光路に出力するため、１つの光パケットが空間的に重なっても波長が必ずずれて混ざることがなく、遅延ループ光路の長さを１つの光パケットの長さよりも短くすることができ、小型化でき、更に任意長パケットにも対応可能である。
【０００９】
また、請求項２記載の本発明は、請求項１記載の発明において、前記分波手段の入力側に設けられ、前記入力用光路からの信号光および前記遅延ループ光路の出力端からの信号光を前記分波手段に入力すべく合波する入力側合波手段を有することを要旨とする。
【００１０】
請求項２記載の本発明にあっては、入力用光路からの信号光および遅延ループ光路からの信号光を入力側合波手段で合波して分波手段に入力するため、分波手段の構成を簡単化することができる。
【００１１】
更に、請求項３記載の本発明は、請求項２記載の発明において、前記入力側合波手段が、反射波長が前記入力用光路からの信号光の波長に設定された回折格子、および該回折格子をアームに設けられたマッハツェンダ干渉系を具備する光パケット挿入回路を有することを要旨とする。
【００１２】
請求項３記載の本発明にあっては、入力側合波手段は入力用光路からの信号光を回折格子で反射し、この反射された入力信号光をマッハツェンダ干渉系に入力された遅延ループ光路からの信号光と合波して、分波手段に入力する。
【００１３】
請求項４記載の本発明は、請求項２記載の発明において、前記入力側合波手段が、第１の入力ポートに前記入力用光路からの信号光が入力され、第２の入力ポートに前記遅延ループ光路の出力端からの信号光が入力され、前記第１および第２の入力ポートから入力された信号光が合波されて、出力ポートから出力されるサーキュレータ、および該サーキュレータの第２の入力ポートに設けられ、反射波長が前記入力用光路からの信号光の波長に設定された回折格子を具備する光パケット挿入回路を有することを要旨とする。
【００１４】
請求項４記載の本発明にあっては、入力側合波手段はサーキュレータの第１の入力ポートに入力された入力用光路からの信号光を第２の入力ポートの回折格子で反射し、この反射した信号を第２の入力ポートに入力された遅延ループ光路の出力端からの信号光と合波して出力ポートから出力し、分波手段に入力する。
【００１５】
また、請求項５記載の本発明は、請求項２記載の発明において、前記入力側合波手段が、前記遅延ループ光路の出力端からの信号光を分波する光分波用アレイ導波路格子、および前記入力用光路からの信号光と前記光分波用アレイ導波路格子からの信号光を合波する光合波用アレイ導波路格子を具備した光パケット挿入回路を有することを要旨とする。
【００１６】
請求項５記載の本発明にあっては、入力側合波手段は遅延ループ光路からの信号光を光分波用アレイ導波路格子で分波し、入力用光路からの信号光と光合波用アレイ導波路格子で合波し、分波手段に入力する。
【００１７】
更に、請求項６記載の本発明は、信号光が入力される入力用光路と、信号光を遅延させる遅延ループ光路と、信号光を出力する出力用光路と、前記入力用光路および前記遅延ループ光路の出力端からの信号光が入力され、信号光を前記遅延ループ光路の入力端または前記出力用光路に出力する光路切替手段とを有する光パケットバッファであって、前記光路切替手段は、複数の出力ポートを有し、前記遅延ループ光路の出力端から入力される信号光を分波し、信号光の波長に応じて所定の出力ポートに出力する分波手段と、該分波手段の複数の出力ポートの各々に接続され、該出力ポートから出力される信号光の波長を前記遅延ループ光路の入力端に出力するための第１の波長に変換するかまたは前記出力用光路に出力するための第２の波長に変換する複数の波長変換素子と、該複数の波長変換素子から出力される信号光および前記入力用光路からの信号光を合波して、信号光の波長が前記第１の波長である場合には前記遅延ループ光路の入力端に出力し、前記信号光の波長が前記第２の波長である場合には、前記出力用光路に出力する合波手段とを有することを要旨とする。
【００１８】
請求項６記載の本発明にあっては、入力用光路からの信号光を合波手段に入力して、遅延ループ光路に出力し、遅延ループ光路からの信号光を分波手段で分波し、信号光の波長に応じて所定の出力ポートに出力して、各波長変換素子に入力し、各波長変換素子で各信号光の波長を第１の波長または第２の波長に変換し、合波手段で各波長変換素子からの信号光を合波し、第１の波長の信号光は遅延ループ光路に出力し、第２の波長の信号光は出力用光路に出力するため、１つの光パケットが空間的に重なっても波長が必ずずれて混ざることがなく、遅延ループ光路の長さを１つの光パケットの長さよりも短くすることができ、小型化でき、更に任意長パケットにも対応可能である。
【００１９】
請求項７記載の本発明は、請求項１乃至６記載の発明において、前記分波手段のＭ番目の出力ポートに接続された波長変換素子の第１の波長が、Ｍ＋１番目の出力ポートから出力される信号光の波長であることを要旨とする。
【００２０】
請求項７記載の本発明にあっては、分波手段のＭ番目の出力ポートに接続された波長変換素子の第１の波長は、Ｍ＋１番目の出力ポートから出力される信号光の波長である。
【００２１】
また、請求項８記載の本発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記遅延ループ光路が、信号光を増幅する光増幅器を有することを要旨とする。
【００２２】
請求項８記載の本発明にあっては、遅延ループ光路においては光増幅器で信号光を増幅するため、遅延ループ光路における信号光の損失を補償し得るとともに、周回する毎に波長が変化し、光増幅器の発振が抑圧され、動作を安定化させることができる。
【００２３】
更に、請求項９記載の本発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、光パケットバッファが平面導波型光回路基板に集積されることを要旨とする。
【００２４】
請求項９記載の本発明にあっては、光パケットバッファは平面導波型光回路基板に集積されるため、遅延ループ光路も集積され、遅延ループ光路の長さをマスクにより精密に決定でき、光ファイバを用いた場合に比較して、長さの制御が極めて容易になるとともに、また屈折率の変化による遅延ループ光路の光路長の変化を防止するための温度調整も光ファイバに比較して極めて簡単になり、安定性も向上する。
【００２５】
請求項１０記載の本発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載の発明において、前記分波手段が、光分波用アレイ導波路格子を有することを要旨とする。
【００２６】
請求項１０記載の本発明にあっては、分波手段は光分波用アレイ導波路格子である。
【００２７】
また、請求項１１記載の本発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記合波手段が、光合波用アレイ導波路格子を有することを要旨とする。
【００２８】
請求項１１記載の本発明にあっては、合波手段は光合波用アレイ導波路格子である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光パケットバッファの構成を示す図である。図１において、１０１ａは１番目の波長（以下、波長λ１と記す）の光パケットを２番目の波長（以下、波長λ２もしくはλ２’と記す）に変換する波長変換素子、１０１ｂは波長λ２の光パケットを３番目の波長（以下、波長λ３もしくはλ３’と記す）に変換する波長変換素子、１０１ｃは波長λ３の光パケットを４番目の波長（以下、波長λ４もしくはλ４’と記す）に変換する波長変換素子、１０１ｄは波長λ４の光パケットを５番目の波長（以下、波長λ５もしくはλ５’と記す）に変換する波長変換素子、１０２は遅延ループ光導波路、１０３は入力用光導波路、１０４は出力用光導波路、１０５は光分波用アレイ導波路格子、１０６は光合波用アレイ導波路格子、１０７ａ−ｄは光導波路、１０８ａ−ｄは光導波路、１０９は光カプラである。
【００３０】
入力用光導波路１０３から入力された波長λ１の光パケットは、光カプラ１０９を通って光分波用アレイ導波路格子１０５に入力される。光分波用アレイ導波路格子１０５は４出力のアレイ導波路格子の例である。一般的にはＮ出力であるが、ここでは例としてＮ＝４の場合について説明する。また、光分波用アレイ導波路格子１０５は、入力された光パケットの波長がλ１，λ２，λ３，λ４の時にそれぞれ光導波路１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄに光パケットを振り分ける機能を持つ。波長λ１の光パケットは光導波路１０７ａへ出力され、次に波長変換素子１０１ａに入力されるが、この時、図示しないパケット制御回路からバッファリング終了の制御信号が波長変換素子１０１ａに届いていなければ、光パケットは波長変換素子１０１ａにおいて波長λ２に変換され、逆にパケット制御回路からバッファリング終了の制御信号が波長変換素子１０１ａに届いていれば、光パケットは波長変換素子１０１ａにおいて波長λ２’に変換される。なお、制御信号による変換波長の変更は、光パケットが波長変換素子を通過していない時、すなわち光パケット間のガードタイム内に行われる。
【００３１】
波長変換素子１０１ａから出力された光パケットは光導波路１０８ａを通過し、光合波用アレイ導波路格子１０６に入力される。光合波用アレイ導波路格子１０６は、遅延ループ周回用出力ポート１０６ａと、バッファリング終了用出力ポート１０６ｂの２つの出力ポートを有する。光合波用アレイ導波路格子１０６の入力出ポートと波長の関係を図２に示す。なお、アレイ導波路格子の特性により、光合波用アレイ導波路格子１０６において同じ波長の光パケットであっても、異なる入力ポートから入力されると、異なる出力ポートから出力される。この例の場合、λ２’＝λ３，λ３’＝λ４，λ４’＝λ５，λ５’＝λ６に設定すれば、バッファリングを継続する時に光パケットは遅延ループ周回用出力ポート１０６ａに出力され、逆にバッファリングを終了する時はバッファリング終了用出力ポート１０６ｂに出力されることになる。
【００３２】
バッファリングを継続する時、波長λ１の光パケットは遅延ループ周回用出力ポート１０６ａに出力された後、遅延ループ光導波路１０２を一周する。再び光カプラ１０９を通って光分波用アレイ導波路格子１０５に入力されるが、波長がλ２になっているために光導波路１０７ｂへ出力される。次に波長変換素子１０１ｂに入力されるが、パケット制御回路からバッファリング終了の制御信号が波長変換素子１０１ｂに届いていなければ、光パケットは波長変換素子１０１ｂにおいて波長λ３に変換され、光合波用アレイ導波路格子１０６の遅延ループ周回用出力ポート１０６ａを通った後、再び遅延ループ光導波路１０２を一周する。逆にパケット制御回路からバッファリング終了の制御信号が波長変換素子１０１ｂに届いていれば、光パケットは波長変換素子１０１ｂにおいて波長λ３’に変換され、光合波用アレイ導波路格子１０６のバッファリング終了用出力ポート１０６ｂを通った後、出力用光導波路１０４へ出力される。
【００３３】
以上述べたように、バッファリングを継続する間、光パケットを遅延ループ光導波路内を周回させておくことにより、光パケットを電気に変換せずに光のまま所望の時間だけ蓄積する光パケットバッファリングが可能となる。
【００３４】
図３は、波長λ１の光パケットを波長λ２もしくはλ２’の光パケットに変換する波長変換素子１０１ａの一例を示す図であり、相互位相変調型（ＸＰＭ）波長変換素子と一般に呼ばれているものである。１１１は発振波長がλ２の連続（ＣＷ）光源、１１２は発振波長がλ２’の連続（ＣＷ）光源、１１３は光ゲートスイッチ、１１４は光ゲートスイッチ、１１５ａ，ｂは半導体光増幅器、１１６は光合波器、１１７ａ，ｂ，ｃは多モード干渉（ＭＭＩ）型カプラもしくは方向性結合器である。光合波器１１６として、アレイ導波路格子や光カプラを用いることができる。
【００３５】
波長λ１の光パケットは、光導波路１０７ａを通り、多モード干渉（ＭＭＩ）型カプラもしくは方向性結合器１１７ｂに入射した後、半導体光増幅器１１５ａに入射する。この時、波長λ１の光パケットの各ビットのＯＮ／ＯＦＦに対応して半導体光増幅器１１５ａの屈折率が変化する。
【００３６】
一方、パケット制御回路からの制御信号により、光ゲートスイッチ１１３，１１４のどちらか一方がＯＮになり、残りがＯＦＦになる。すなわち、一波のＣＷ光が光合波器１１６から出力されることになる。ＣＷ光は多モード干渉（ＭＭＩ）型カプラもしくは方向性結合器１１７ａにより分岐され、半導体光増幅器１１５ａおよび１１５ｂに入射された後、多モード干渉（ＭＭＩ）型カプラもしくは方向性結合器１１７ｃにより再び合波される。すなわち、マッハツェンダ干渉計が形成されている。この時、半導体光増幅器１１５ａの屈折率が波長λ１の光パケットにより変調されているため、干渉路間の位相差が変化する。波長λ１の光パケットのビットがＯＮ，ＯＦＦの時、干渉路間の位相差がそれぞれ２ｇπ，（２ｈ＋１）π（ｇ，ｈは整数）になるように設定することにより、ＯＮの時は干渉効果で強めであった波長λ２もしくはλ２’の光が出力され、ＯＦＦの時は干渉効果で弱めであった波長λ２もしくはλ２’の光が出力される。すなわち、波長λ１の光パケットの持つ信号情報はそのままで、波長だけをＣＷ光の発振波長λ２もしくはλ２’に変換された光パケットを光導波路１０８ａから取り出すことが可能になる。
【００３７】
また、ここではＸＰＭ波長変換素子についてのみ説明したが、相互利得変調型（ＸＧＭ）波長変換素子、四光波混合型（ＦＷＭ）波長変換素子、レーザ発振抑圧型波長変換素子など、その他の手法を用いた波長変換素子を用いても構わない。なお、ここでは波長変換素子１０１ａを例に取り説明したが、その他の波長変換素子１０１ｂ−ｄにおいても波長が異なるだけでその他の点は全く同様である。
【００３８】
次に、具体的な数値を交えて、動作原理をより詳細に説明する。この説明では、λ１＝１５６５ｎｍ，λ２＝１５６４．８ｎｍ，λ３＝１５６４．６ｎｍ，λ４＝１５６４．４ｎｍ，λ５＝１５６４．２ｎｍであるとする。光パケットが遅延ループ光導波路１０２を周回する様子を示したものが図４である。
【００３９】
光パケットのビット列は、周回を重ねるとともに波長が短くなるため、光パケットのビット列は、回転しながら波長の短い方に進んでゆく。そして、パケット制御回路からバッファリング終了の制御信号が、波長λｋもしくはλｋ’（ｋは２≦ｋ≦５を満たす整数）に変換する波長変換素子に、その光パケットの直前のガードタイム内に届いていれば、光パケットは波長λｋ’に変換された後、バッファリング終了用出力ポート１０６ｂを通過し出力用光導波路１０４から取り出される。この方法によれば、１つのパケットの前後が空間的に重なっても、それらの波長が異なっているため、混ざり合うことがなく、遅延ループ光導波路１０２の長さを１つの光パケットの長さより短くすることも可能となるため、バッファの大きさを小型化することが可能となる。また、遅延ループ光導波路１０２の長さを、１つの光パケットの整数倍に設定する必要がないため、任意長のパケットにも対応可能である。
【００４０】
なお、図４を用いた説明においては、波長同士に規則的な関係がある場合を示したが、波長変換後に遅延ループ周回用出力ポート１０６ａもしくはバッファリング終了用出力ポート１０６ｂへ出力するような波長であれば、特に規則的でなくてもよい。
【００４１】
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施形態に係る光パケットバッファについて説明する。この第２の実施形態の光パケットバッファは、図１に示した第１の実施形態において光カプラ１０９を除去するとともに、１入力の光分波用アレイ導波路格子１０５の代わりに２入力の光分波用アレイ導波路格子２０５を使用し、この光分波用アレイ導波路格子２０５に入力用光導波路１０３から入力される波長λ１の光パケットと遅延ループ光導波路１０２から出力される光パケットを直接入力するように構成した点が異なるものであり、その他の構成および作用は同じであり、同じ構成要素には同じ符号が付されている。
【００４２】
光分波用アレイ導波路格子２０５に入力される入力用光導波路１０３からの波長λ１の光パケットおよび遅延ループ光導波路１０２からの波長λ２，λ３，λ４，λ５の光パケットは、光分波用アレイ導波路格子２０５に入力されると、各波長に応じて固有の出力ポート、すなわち光導波路１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄに接続された固有の出力ポートに振り分けられて出力されるようになっている。
【００４３】
このように構成される第２の実施形態においても、第１の実施形態の場合と同様に、バッファリングを継続している間、光パケットを遅延ループ光導波路１０２内で周回させておくことにより、光パケットを電気信号に変換せずに光のまま所望の時間だけ蓄積する光パケットバッファリングを実現することができる。
【００４４】
また、光遅延線ループである遅延ループ光導波路１０２の長さを１つの光パケットの長さよりも短くすることが可能となるため、バッファの大きさを小型化することが可能である。更に、任意長パケットにも対応可能である。
【００４５】
次に、図６を参照して、本発明の第３の実施形態に係る光パケットバッファについて説明する。この第３の実施形態の光パケットバッファは、図１に示した第１の実施形態において光カプラ１０９に代わりに波長λ１の光パケット挿入回路３０９を設けた点が異なるものであり、その他の構成および作用は同じであり、同じ構成要素には同じ符号が付されている。
【００４６】
波長λ１の光パケット挿入回路３０９は、波長λ１の光パケットの入力部３０９ａ、波長λ１以外の波長の光パケットの入力部３０９ｂ、および出力部３０９ｃを有し、入力部３０９ａから入った波長λ１の光パケットと入力部３０９ｂから入った波長λ１以外の光パケットを合波し、出力部３０９ｃから出力する。そして、入力部３０９ａに入力された波長λ１の光パケットは、光パケット挿入回路３０９の出力部３０９ｃから出力された後、遅延ループ光導波路１０２を通って光分波用アレイ導波路格子１０５に入力される。以降の動作は図１に示す第１の実施形態の動作と同じである。
【００４７】
このように構成される第３の実施形態においても、第１の実施形態の場合と同様に、バッファリングを継続している間、光パケットを遅延ループ光導波路１０２内で周回させておくことにより、光パケットを電気信号に変換せずに光のまま所望の時間だけ蓄積する光パケットバッファリングを実現することができる。
【００４８】
また、光遅延ループである遅延ループ光導波路１０２の長さを１つの光パケットの長さよりも短くすることが可能となるため、バッファの大きさを小型化することが可能である。更に、任意長パケットにも対応可能である。
【００４９】
次に、波長λ１の光パケット挿入回路３０９の詳細について説明する。図７、図８および図９は、波長λ１の光パケット挿入回路３０９の詳細な構成を示す図である。
【００５０】
まず、図７に示すマッハツェンダ干渉系と回折格子を具備した波長λ１の光パケット挿入回路３０９について説明する。図７において、３１１は回折格子、３１２はマッハツェンダ干渉系である。回折格子３１１の反射波長を波長λ１に設定し、かつ、マッハツェンダ干渉系３１２の干渉条件を適切に設定することにより、波長λ１の光パケットの入力部３０９ａから入った波長λ１の光パケットと、入力部３０９ｂから入った波長がλ１以外の光パケットは出力部３０９ｃから取り出される。
【００５１】
回折格子３１１として、ファイバグレーティングがある。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。この現象を利用して、屈折率に周期的変動を形成すると、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ようなファイバグレーティングを形成することができる。
【００５２】
なお、回折格子３１１は、誘電体多層膜でもよい。誘電体多層膜による波長λ１の反射の原理は、厚さが波長λ１の４分の１である低屈折率媒体（ＳｉＯ２な  ど）と高屈折率媒体（ＴｉＯ２など）の層を交互に重ねると、波長λ１に対して  高い反射率を持つ現象を利用するものである。
【００５３】
次に、図８に示すサーキュレータと回折格子を具備した波長λ１の光パケット挿入回路３０９について説明する。図８において、３２１は回折格子、３２２はサーキュレータである。回折格子３２１の反射波長を波長λ１に設定することにより、波長λ１の光パケットの入力部３０９ａから入った波長λ１の光パケットと、入力部３０９ｂから入った波長がλ１以外の光パケットは出力部３０９ｃから取り出される。
【００５４】
次に、図９に示すアレイ導波路格子を具備した波長λ１の光パケット挿入回路３０９について説明する。図９において、３３１は光合波用アレイ導波路格子、３３１ａは波長λ１の光パケットを入力するポート、３３２は光分波用アレイ導波路格子である。波長λ１の光パケットの入力部３０９ａから入った波長λ１の光パケットは、光合波用アレイ導波路格子３３１の入力ポート３３１ａに入力され、入力部３０９ｂから入った波長がλ１以外の光パケットは、光分波用アレイ導波路格子３３２で分波され、光合波用アレイ導波路格子３３１で波長λ１の光パケットと合波され、出力部３０９ｃから取り出される。
【００５５】
次に、図１０を参照して、本発明の第４の実施形態に係る光パケットバッファについて説明する。同図に示す第４の実施形態の光パケットバッファは、図５に示した第２の実施形態において波長λ１の光パケットが入力される入力用光導波路１０３を光分波用アレイ導波路格子２０５の入力に接続する代わりに、波長λ１の光パケットが入力される入力用光導波路１０３を入力用光導波路４０３として該入力用光導波路４０３を光合波用アレイ導波路格子４０６の入力に接続するとともに、この光合波用アレイ導波路格子４０６に入力された波長λ１の光パケットを該光合波用アレイ導波路格子４０６の遅延ループ周回用出力ポート４０６ａから他の波長の光パケットと合波して出力するように構成している点が異なるものであり、その他の構成および作用は第２の実施形態と同じであり、同じ構成要素には同じ符号を付している。
【００５６】
入力用光導波路４０３から入力された波長λ１の光パケットは、光合波用アレイ導波路格子４０６に入力される。光合波用アレイ導波路格子４０６は５入力のアレイ導波路格子の例である。一般的にはＮ＋１入力であるが、ここでは例としてＮ＝４の場合について説明する。光合波用アレイ導波路格子４０６は、遅延ループ周回用出力ポート４０６ａと、バッファリング終了用出力ポート４０６ｂの２つの出力ポートを持つ。光合波用アレイ導波路格子４０６の入力出ポートと波長の関係の一例を図１１に示す。この例の場合、入力用光導波路４０３から入射した波長λ１の光パケットは、遅延ループ周回用出力ポート４０６ａに出力される。次に遅延ループ光導波路１０２を１周した後、光分波用アレイ導波路格子１０５に入力される。
【００５７】
光分波用アレイ導波路格子１０５は、入力された光パケットの波長がλ１，λ２，λ３，λ４の時にそれぞれ光導波路１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄに光パケットを振り分ける機能を持つ。波長λ１の光パケットは光導波路１０７ａへ出力される。次に波長変換素子１０１ａに入力されるが、この時、パケット制御回路からバッファリング終了の信号が波長変換素子１０１ａに届いていなければ、光パケットは波長変換素子１０１ａにおいて波長λ２に変換され、逆にパケット制御回路からバッファリング終了の信号が波長変換素子１０１ａに届いていれば、光パケットは波長変換素子１０１ａにおいて波長λ２’に変換される。なお、制御信号による変換波長の変更は、光パケットが波長変換素子を通過していない時、すなわち光パケット間のガードタイム内に行われる。いずれにせよ、光パケットは光導波路１０８ａを通過し、光合波用アレイ導波路格子４０６に入力される。光合波用アレイ導波路格子４０６の入力出ポートと波長の関係が図１１に示したものの場合、λ２’＝λ３，λ３’＝λ４，λ４’＝λ５，λ５’＝λ６に設定すれば、バッファリングを継続する時に光パケットは遅延ループ周回用出力ポート４０６ａに出力され、逆にバッファリングを終了する時はバッファリング終了用出力ポート４０６ｂに出力されることになる。
【００５８】
バッファリングを継続する時、光パケットは遅延ループ周回用出力ポート４０６ａに出力された後、遅延ループ光導波路１０２を再び周回する。再び光分波用アレイ導波路格子１０５に入力されるが、波長がλ２になっているために光導波路１０７ｂへ出力される。次に波長変換素子１０１ｂに入力されるが、パケット制御回路からバッファリング終了の信号が波長変換素子１０１ｂに届いていなければ、光パケットは波長変換素子１０１ｂにおいて波長λ３に変換され、光合波用アレイ導波路格子４０６の遅延ループ周回用出力ポート４０６ａを通った後、再び遅延ループ光導波路１０２を一周する。逆にパケット制御回路からバッファリング終了の信号が波長変換素子１０１ｂに届いていれば、光パケットは波長変換素子１０１ｂにおいて波長λ３’に変換され、光合波用アレイ導波路格子４０６のバッファリング終了用出力ポート４０６ｂを通った後、出力用光導波路１０４へ出力される。
【００５９】
このように構成される第４の実施形態においても、上述した各実施形態と同様に、バッファリングを継続している間、光パケットを遅延ループ光導波路１０２内で周回させておくことにより、光パケットを電気信号に変換せずに光のまま所望の時間だけ蓄積する光パケットバッファリングを実現することができる。
【００６０】
また、光遅延線ループである遅延ループ光導波路１０２の長さを１つの光パケットの長さよりも短くすることが可能となるため、バッファの大きさを小型化することが可能である。更に、任意長パケットにも対応可能である。
【００６１】
次に、図１２を参照して、本発明の第５の実施形態に係る光パケットバッファについて説明する。同図に示す光パケットバッファは、図１に示した第１の実施形態の光パケットバッファの特に遅延ループ光導波路１０２が平面導波型光回路基板５０１上に作製したものであるが、光パケットバッファ全体を平面導波型光回路基板５０１上に集積、例えばモノリシック集積し得るものである。このように構成される光パケットバッファの動作は第１の実施形態のものと同じである。
【００６２】
このように構成される光パケットバッファは、第１の実施形態と同様に、遅延ループ光導波路１０２の長さを１つの光パケットの長さより短くすることも可能となるため、光パケットバッファの大きさを小型化・集積化することが可能となる。平面導波型光回路基板５０１上に遅延ループ光導波路１０２を作製する場合、遅延ループ光導波路１０２の長さは、作製時に用いるマスクにより精密に決定されるため、ファイバを用いたときと比べ、長さの制御が極めて容易になる。またこの場合、遅延ループ光導波路１０２が小型化・集積化されたため、屈折率変化による遅延ループ光導波路の光路長の変化を防ぐための温度調整も、ファイバを用いた場合に比べ極めて容易となり、安定性も向上する。また、任意長パケットにも対応可能である。
【００６３】
なお、図１２では、図１に示した第１の実施形態の光パケットバッファを平面導波型光回路基板５０１上に作製する場合について説明しているが、第２乃至第４の実施形態の光パケットバッファも同様に平面導波型光回路基板５０１上に作製することが可能なものであることは勿論のことである。
【００６４】
次に、図１３を参照して、本発明の第６の実施形態に係る光パケットバッファについて説明する。同図に示す第６の実施形態の光パケットバッファは、図１に示した第１の実施形態において遅延ループ光導波路１０２の途中に光増幅器６０１を設け、この光増幅器６０１で光パケットを増幅することにより、その損失を補償しているものである。この光増幅器６０１は遅延ループ光導波路１０２内のどこに設けられてもよいものである。また、光増幅器６０１としては、光ファイバ増幅器、半導体光増幅器を使用することができる。
【００６５】
このように構成される第６の実施形態においても、他の実施形態と同様に、光遅延線ループである遅延ループ光導波路１０２の長さを１つの光パケットの長さよりも短くすることが可能となるため、バッファの大きさを小型化することが可能である。更に、任意長パケットにも対応可能である。また、周回する毎に波長が変化するため、光増幅器６０１の発振は抑制され、動作を安定させることができる。
【００６６】
なお、図１３では、図１に示した第１の実施形態の光パケットバッファに光増幅器６０１を設けた場合について説明しているが、第２乃至第４の実施形態の光パケットバッファにも同様に光増幅器６０１を設けることが可能なものであることは勿論のことである。
【００６７】
次に、図１４を参照して、本発明の第７の実施形態に係る光パケットバッファについて説明する。同図に示す第７の実施形態の光パケットバッファは、図１３に示した光パケットバッファを平面導波型光回路基板７０１上に作製したものである。なお、図１３で示した光増幅器６０１は光増幅器７０２として図示されている。
【００６８】
このように構成される第７の実施形態においても、他の実施形態と同様に、光遅延線ループである遅延ループ光導波路１０２の長さを１つの光パケットの長さよりも短くすることが可能となるため、バッファの大きさを小型化かつ集積化することが可能である。また、平面導波型光回路基板７０１上に遅延ループ光導波路１０２を作製する場合、遅延ループ光導波路１０２の長さは作製時に用いるマスクにより精密に決定されるため、ファイバを用いたときと比べ、長さの制御が極めて容易になる。またこの場合、遅延ループ光導波路１０２が集積化されたため、屈折率変化による遅延ループ光導波路の光路長の変化を防ぐための温度調整も、ファイバを用いた場合に比べ極めて容易となり、安定性も向上する。更に、任意長パケットにも対応可能である。また、周回する毎に波長が変化するため、光増幅器７０２の発振は抑制され、動作を安定させることができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力用光路からの信号光および遅延ループ光路からの信号光を分波し、波長に応じて所定の出力ポートに出力して各波長変換素子に入力し、各波長変換素子で各信号光の波長を第１の波長または第２の波長に変換し、合波手段で各波長変換素子からの信号光を合波し、第１の波長の信号光は遅延ループ光路に出力し、第２の波長の信号光は出力用光路に出力するので、１つの光パケットが空間的に重なっても波長が必ずずれて混ざることがなく、遅延ループ光路の長さを１つの光パケットの長さよりも短くすることができ、小型化でき、更に任意長パケットにも対応可能である。
【００７０】
また、本発明によれば、遅延ループ光路においては光増幅器で信号光を増幅するので、遅延ループ光路における信号光の損失を補償し得るとともに、周回する毎に波長が変化し、光増幅器の発振が抑圧され、動作を安定化させることができる。
【００７１】
更に、本発明によれば、光パケットバッファは平面導波型光回路基板に集積されるので、遅延ループ光路の長さをマスクにより精密に決定でき、光ファイバを用いた場合に比較して、長さの制御が極めて容易になるとともに、また屈折率の変化による遅延ループ光路の光路長の変化を防止するための温度調整も光ファイバに比較して極めて簡単になり、安定性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光パケットバッファの構成を示す図である。
【図２】図１に示す第１の実施形態の光パケットバッファにおける光合波用アレイ導波路格子の入力出ポートと波長との関係を示す図である。
【図３】図１の光パケットバッファに使用されている波長変換素子の詳細な構成を示す図である。
【図４】図１の光パケットバッファの動作原理を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光パケットバッファの構成を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る光パケットバッファの構成を示す図である。
【図７】図６に示す光パケットバッファに使用されている波長λ１の光パケット挿入回路の構成を示す図である。
【図８】図６に示す光パケットバッファに使用されている波長λ１の光パケット挿入回路の別の構成を示す図である。
【図９】図６に示す光パケットバッファに使用されている波長λ１の光パケット挿入回路の他の構成を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る光パケットバッファの構成を示す図である。
【図１１】図１０に示す第４の実施形態の光パケットバッファにおける光合波用アレイ導波路格子の入力出ポートと波長との関係を示す図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る光パケットバッファの構成を示す図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態に係る光パケットバッファの構成を示す図である。
【図１４】本発明の第７の実施形態に係る光パケットバッファの構成を示す図である。
【図１５】従来の巡回型光パケットバッファの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ  波長変換素子
１０２  遅延ループ光導波路
１０３  入力用光導波路
１０４  出力用光導波路
１０５，２０５，３３２  光分波用アレイ導波路格子
１０６，３３１，４０６  光合波用アレイ導波路格子
１０９  光カプラ
３０９  波長λ１の光パケット挿入回路
３１１，３２１  回折格子
３１２  マッハツェンダ干渉系
３２２  サーキュレータ
５０１，７０１  平面導波型光回路基板
６０１，７０２  光増幅器
【図１】
0003566172.tif 000002
【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】
0003566172.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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