(57)【要約】【課題】従来技術の波長デフラグメンテーションでは、送信ノード側の信号光の波長と、受信ノード側の局部発振光の波長を、遠隔地にあるノード間で同期して変化させ、信号光が通過するノードの波長選択スイッチで使用する波長透過帯域も同期して変化させる必要がある。光通信ネットワーク運用中に波長を変更するのは面倒で複雑な制御が必須で、変更範囲にも制限がありサービス中断や通信品質低下なしに波長切替は難しかった。【解決手段】本発明は、波長デフラグメンテーションの新規な構成を提供する。光通信ノード内で、出力合波用ＷＳＳへのパスまたはＡｄｄポートからの経路上に、少なくとも１つの波長変換手段を設ける。入力ポートから複数の方路へ向けた出力ポートまでのパス内で、一部のパスは直接接続であり、残りの一部のパス上に波長変換手段が設けられる。波長変換手段に対し、ポンプ光発生手段から波長変換のためのポンプ光が供給される。波長変換手段へポンプ光を供給するための集積化に適した構成も開示される。【選択図】図４
2018191109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる入力方路からの波長分割多重信号を分波する複数の分波用波長選択スイッチと、
前記複数の分波用波長選択スイッチの各々からの分波された信号光を含む波長分割多重信号を合波する複数の合波用波長選択スイッチと、
前記複数の分波用波長選択スイッチの各々と、前記複数の合波用波長選択スイッチとの各々との間を相互に接続する複数の経路と
を備え、
前記複数の合波用波長選択スイッチへ接続される経路の内の少なくとも１つの経路に対して、波長変換手段が設置されたことを特徴とする光通信ノード。
【請求項２】
前記少なくとも１つの経路は、
前記分波用波長選択スイッチおよび前記合波用波長選択スイッチの少なくとも１つの組み合わせの経路、または
前記複数の合波用波長選択スイッチへ接続されるＡｄｄポートからの経路
を含むことを特徴とする請求項１に記載の光通信ノード。
【請求項３】
前記波長変換手段に励起光を供給する励起光発生手段をさらに備え、
前記波長変換手段は、波長変換が光レイヤのみで実施される全光的波長変換手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の光通信ノード。
【請求項４】
前記励起光発生手段は、
ＣＷ光から周波数コム光を発生する励起光生成部と、
前記励起光生成部で発生した前記周波数コム光を、コム周波数毎に単一のＣＷ光へ空間的に分波するコム分離手段と、
前記分波された単一のＣＷ光の周波数をシフトする複数の周波数シフト部と、
前記複数の周波数シフト部の各々からの前記周波数をシフトされたＣＷ光を合波し、空間的に分波する励起光選択分配手段と
を含むことを特徴とする請求項３に記載の光通信ノード。
【請求項５】
前記励起光選択分配手段から出力される少なくとも２つのＣＷ光は同一の周波数であって、前記少なくとも２つのＣＷ光は、異なる２つ以上の前記分波用波長選択スイッチへの前記経路上の前記波長変換手段へ、それぞれ励起光として供給されること
を特徴とする請求項４に記載の光通信ノード。
【請求項６】
前記励起光選択分配手段は、多入力多出力の波長選択スイッチであることを特徴とする請求項４または５に記載の光通信ノード。
【請求項７】
前記コム分離手段は波長選択スイッチであって、前記多入力多出力の波長選択スイッチと同一の光学系を共有することを特徴とする請求項６に記載の光通信ノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信ノードおよび光通信サブシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の光通信ネットワークでは、一本の光ファイバーケーブルに複数の異なる波長の光信号を同時に乗せる波長分割多重通信（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）技術を用いることで、大容量化が実現されている。ＷＤＭ技術を用いた光通信ネットワークは、ノード間を異なる波長によって接続して、仮想的に任意の接続の光通信パスを設定する（以下、光通信パスをパスと呼ぶ）。これらのパスに使用する波長の構成は、ほぼ固定的に運用されていた。
【０００３】
一方で、近年のビデオオンデマンドやソーシャルメディアの発達により、インターネット上のトラフィック要求量は時々刻々と変動するようになっている。光通信ネットワークに対しても、このような時間的に変動するトラフィックを効率的に柔軟に処理することが求められている。例えば、トラフィック需要の変化に対応してノード間のパスの容量およびパスを形成する波長構成などを柔軟に変更できるのが好ましい。しかしながら、新規にパスを構成したり、既設のパスにおける通信容量を変更したりすることは、既設のパスの構成によって影響を受ける。例えば、既設のパスの起点ノードおよび終点ノード、使用波長、波長帯域幅などによって影響を受ける。このため、光通信の通信帯域における波長資源を必ずしも効率的に利用できておらず、ネットワークのトラフィック収容効率を最大化することはできなかった。
【０００４】
図１は、従来技術の光通信ネットワークにおけるトラフィック時間変化の例を説明する図である。図１の（ａ）は光通信ネットワークのノード構成を示し、図１の（ｂ）は各ノードまたはパス上における信号を波長軸上で概念的に示している。図１の（ａ）では、ノードＡ、ノードＢ、ノードＣおよびノードＤの４つのノードからなる光通信ネットワークにおいて、ノードＡからノードＣへのトラフィックを考える。ここで、次のようにパスが設定された状況を考える。図１の（ｂ）も参照すると、まずノードＡにおいて信号１〜６がＡｄｄ部１からアドされ（Ａ：Ａｄｄ）、ノードＢ方向へ伝送される。ノードＢでは、信号１〜６の内の信号２および信号４がノードＢのＤｒｏｐ部２からドロップされる（Ｂ：Ｄｒｏｐ）。さらに残りの信号１、３、５、６が、ノードＣのＤｒｏｐ部３からドロップ（Ｃ：Ｄｒｏｐ）される。このような状況で、さらに新しいトラフィック需要が発生し、ノードＢからノードＣへ信号７のパスを設定する必要が生じたとする。ノードＢからノードＣへのＷＤＭ波長帯域には、全体としてみれば十分な余裕がある。しかしながら、信号７の波長帯域７が、信号３の全帯域５および信号５の帯域６の一部の重なるため、ノードＢで信号７を収容することができない。結局、波長帯域全体としては空きがあり余裕があっても、新規のトラフィックのためのパスの態様によっては、そのトラフィックを受け入れることができない。このような問題を解決するため、例えば非特許文献１では、波長デフラグメンテーションが提案されている。
【０００５】
図２は、非特許文献１における波長デフラグメンテーションの概念を説明する図である。非特許文献１では、図２に示すようなノードＡ〜ノードＤからなる直線状のネットワークにおいて、３つのＳｔｅｐによる波長デフラグメンテーションが開示されている。初期状態のＳｔｅｐ１では、Signal１〜Signal４がノードＡ〜ノードＤ間で伝送されている。各Ｓｔｅｐにおいて縦方向は波長λを表しており、横軸方向はノード位置（伝送方向）を表している。帯域幅の広いSignal１（広帯域信号）がノードＡ〜ノードＣ間で、帯域幅の狭いSignal４（狭帯域信号）がノードＡ〜Ｂ間でそれぞれ伝送されている。Ｓｔｅｐ２の状態は、初期状態のＳｔｅｐ１においてノードＣからノードＤへパスが設定されていたSignal３が廃止された状態である。ここで、Signal２（１０ａ）およびSignal１（９ａ）の波長を徐々に下方（例えば短波長側）に変化させることができる。これによって、Ｓｔｅｐ３で、元々Signal１が占めていた波長帯に空きの波長帯域８を設け、波長資源におけるトラフィック収容効率を最大化することができる。非特許文献１では、１００Ｇの２重偏波４位相偏移変調（ＤＰ―ＱＰＳＫ）信号の伝送に成功した例が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Kyosuke Sone, Xi Wang, Shoichiro Oda, Goji Nakagawa, Yasuhiko Aoki, Inwoong Kim, Paparao Palacharla, Takeshi Hoshida, Motoyoshi Sekiya, and Jens C. Rasmussen, “First Demonstration of Hitless Spectrum Defragmentation using Real-time Coherent Receivers in Flexible Grid Optical Networks,” ECOC2012,_Th.3.D.1(PD)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に開示された波長デフラグメンテーションでは、実施するための制御が複雑で面倒な問題があった。非特許文献１の方法によれば、送信ノード側の信号光の波長と、受信ノード側の受信器のための局部発振光の波長を、遠隔地にあるこれらノード間で同期させて変化させる必要がある。さらに、その信号光が通過するノードにおける波長選択スイッチで使用する透過帯域の波長も同期させて変化させる必要がある。
【０００８】
図３は、従来技術の波長デフラグメンテーションにおける各ノードで必要な制御動作の概要を説明する図である。図３では、ノードＡ１１、ノードＢ１２、ノードＣ１３の間で、同期させては信号光の波長を切替える場合の制御を示している。ノードＡ１１のアド回路１４から信号を入力して波長λ１の信号光を伝送し、ノードＢ１２を経由して、ノードＣ１３のドロップ回路１５から信号を出力していたものとする。ここで使用していた波長をλ１からλ２へ切替え、波長を再配置する場合を考える。このとき、ノードＡ１１における信号のための送信器１６のＴｘ周波数（波長）、ノードＡ〜Ｃの複数の波長選択スイッチの透過波長、並びに、ノードＣ１３の受信器のための局部発振器の周波数（波長）を同期して制御する必要がある。したがって、波長をλ１からλ２へ再配置する際には、遠隔地にある３つのノードに渡って光伝送機器の複雑な制御が要求される。
【０００９】
加えて、その波長帯域幅の違いから波長が交錯するような波長再配置、たとえば図２においてSignal１とSignal４との関係を入れ替えるような波長再配置もできなかった。ノードに配置される光伝送機器は、多くの場合レーザ光源を用いている。レーザ光源の波長を変更する際には、デジタル式に瞬時に波長変更ができるわけではなく、レーザの共振長などをアナログ的に変化させて安定化させる必要がある。
【００１０】
多くの光伝送機器では、通信のための波長を実際に使用可能な状態に変更するためには一定の時間が掛かる。実際には、ユーザから見れば信号光を完全に停止させてしまうことになり、通信が途絶えてしまうことになる。切替える２つの波長の間の帯域内に他の信号に使用中の波長が含まれていれば、波長が切り替わる間にその使用中の信号への妨害や通信の途絶も生じさせてしまう。結局、実際の光通信ネットワーク運用中に波長を変更するのは面倒で複雑な制御が必須で、変更できる範囲にも制限があり、サービスの中断や通信品質の低下なしに波長切り替えを行うのは難しかった。
【００１１】
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、従来技術より柔軟かつ簡単な波長デフラグメンテーション手段を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、異なる入力方路からの波長分割多重信号を分波する複数の分波用波長選択スイッチと、前記複数の分波用波長選択スイッチの各々からの分波された信号光を含む波長分割多重信号を合波する複数の合波用波長選択スイッチと、前記複数の分波用波長選択スイッチの各々と、前記複数の合波用波長選択スイッチとの各々との間を相互に接続する複数の経路とを備え、前記複数の合波用波長選択スイッチへ接続される経路の内の少なくとも１つの経路に対して、波長変換手段が設置されたことを特徴とする光通信ノードである。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１の光通信ノードであって、前記少なくとも１つの経路は、前記分波用波長選択スイッチおよび前記合波用波長選択スイッチの少なくとも１つの組み合わせの経路、または前記複数の合波用波長選択スイッチへ接続されるＡｄｄポートからの経路を含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２の光通信ノードであって、前記波長変換手段に励起光を供給する励起光発生手段をさらに備え、前記波長変換手段は、波長変換が光レイヤのみで実施される全光的波長変換手段であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３の光通信ノードであって、前記励起光発生手段は、ＣＷ光から周波数コム光を発生する励起光生成部と、前記励起光生成部で発生した前記周波数コム光を、コム周波数毎に単一のＣＷ光へ空間的に分波するコム分離手段と、前記分波された単一のＣＷ光の周波数をシフトする複数の周波数シフト部と、前記複数の周波数シフト部の各々からの前記周波数をシフトされたＣＷ光を合波し、空間的に分波する励起光選択分配手段とを含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４の光通信ノードであって、前記励起光選択分配手段から出力される少なくとも２つのＣＷ光は同一の周波数であって、前記少なくとも２つのＣＷ光は、異なる２つ以上の前記分波用波長選択スイッチへの前記経路上の前記波長変換手段へ、それぞれ励起光として供給されることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５の光通信ノードであって、前記励起光選択分配手段は、多入力多出力の波長選択スイッチであることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項６の光通信ノードであって、前記コム分離手段は波長選択スイッチであって、前記多入力多出力の波長選択スイッチと同一の光学系を共有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によって、従来技術より柔軟かつ簡単な波長デフラグメンテーション手段が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、光通信ネットワークのトラフィック時間変化を説明する図である。
【図２】図２は、従来技術の波長デフラグメンテーションを説明する図である。
【図３】図３は、従来技術の波長デフラグメンテーション制御を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の光通信ノードの概略構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の光通信ノードのポンプ光発生手段の構成を示す図である。
【図６】図６は、ポンプ光発生手段における各部のスペクトルを示す図である。
【図７】図７は、本発明の光通信ノードの波長変換手段の構成を示す図である。
【図８】図８は、波長変換手段における各部のスペクトルを説明する図である。
【図９】図９は、２つの光信号を入替える波長変換の動作を説明する図である。
【図１０】図１０は、実施例１のＭ×ｐＷＳＳの構成および動作を示す図である。
【図１１】図１１は、実施例２で使用されるＬＣＯＳの構成を説明する図である。
【図１２】図１２は、空間ビーム変換器の回路要素の概略を示す図である。
【図１３】図１３は、実施例３の３つのＷＳＳを集積する光学系の光路図である。
【図１４】図１４は、本発明の光通信ノードの別の構成例を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の光通信ノードのさらに別の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の光通信ノードは、波長デフラグメンテーションのための新規な構成を提供する。通信ノード内における、入力ポート（経路切り替えのための分波用ＷＳＳおよびＡｄｄポート）および出力ポート（合波用ＷＳＳ）間のパスの途中に、少なくとも１つの波長変換手段を設ける。ある入力ポートから複数の方路へ向けた出力ポートまでのパスの内で、一部のパスは直接接続であり、残りの一部のパス上に波長変換手段が設けられる。すべてのパスに波長変換手段を備えても良い。波長変換手段に対しては、ポンプ光発生手段から、波長変換のために使用するポンプ光が供給される。波長変換手段へポンプ光を供給するための効率的で集積化に適したな構成も開示される。以下、図面を参照しながら、本発明の光通信ノードの全体構成、その動作および各構成要素の具体的な構成について詳細に説明する。
【００２２】
[光通信ノードの構成]
図４は、本発明の光通信サブシステムの概略構成を示す図である。図４の光通信サブシステム２０は、図１における方路数Ｎ＝３のノードＢやノードＤに対応している。典型的には、光通信サブシステム２０は、例えばＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）システムにおける光通信ノードに対応する。以下、簡単のため図４の光通信サブシステム２０を光通信ノードと呼ぶ。図４の光通信ノードは、従来技術の一般的な光通信ノードの構成に加えて、本発明による波長デフラグメンテーションに必要な機能ブロックを追加した構成を持つ。図４の光通信ノード２０は、方路数Ｎ＝３の光ネットワークノードの構成を例に示すが、方路数Ｎは３だけに限られず、異なる方路数Ｎに適合させスケーラブルに構成できる。
【００２３】
図４において異なる方路の入力（Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３）からの波長分割多重信号（以下ＷＤＭ信号）が、それぞれ分波用波長選択スイッチ２１−１〜２１−３（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）（Ｉｎｇｒｅｓｓ１〜Ｉｎｇｒｅｓｓ３）に入力される。入力されたＷＤＭ信号は、分波用ＷＳＳ２１−１〜２１−３の各々によって波長分波され、波長毎にいずれかの所望の方路（Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ３）に向かってルーティングされる。ルーティングされた光信号は、それぞれの方路（Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ３）の対応する合波用ＷＳＳ２９−１〜２９−３（Ｅｇｒｅｓｓ１〜Ｅｇｒｅｓｓ３）により波長合波される。合波用ＷＳＳ２９−１〜２９−３で波長合波された光信号は、ＷＤＭ信号としてＷＳＳ２９−１〜２９−３の各々の出力（Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ３）より出力される。
【００２４】
上述の光通信ノード２０におけるルーティングにおいて、入力側の分波用ＷＳＳ２１−１〜２１−３と出力側の合波用ＷＳＳ２９−１〜２９−３は、それぞれ図４の点線で示されたパスおよび実線で示されたパスによって接続される。ここで、例えばＩｎ１とＯｕｔ１との間などの同一方路のＷＳＳ間のパスでは、同じ方路に信号をルーティングして光信号を返すことになるので意味が無い。したがって、光通信ノード２０内において、同一方路の分波用ＷＳＳおよび合波用ＷＳＳ間は接続されない。
【００２５】
図４において点線で示されたパス２３−１〜２３−３は、入力側の分波用ＷＳＳおよび出力側の合波用ＷＳＳを直接接続するパスである。これに対し、実線で示されたパス２２−１〜２２−３は、本発明の光通信ノードにおいて新たに加えられるパスであって、各々のパス上に波長変換手段が挿入される。従来技術の光通信ノードでは、方路Ｉｎ１から入力したＷＤＭ信号は、分波用ＷＳＳ２１−１を経由して波長分波され、点線のパス２３−１を経由して合波用ＷＳＳ２９−２、２９−３へと直接接続される。光通信ノード２０において、分波用ＷＳＳ２１−１を経由して波長分波され実線のパス２２−１を経由する場合、波長変換手段２４ａ〜２４ｄをそれぞれ経由して、合波用ＷＳＳ２９−２、２９−３に接続される。分波用ＷＳＳ２１−１で分波された光信号は、波長変換手段２４ａ〜２４ｄにおいて波長変換された後に、合波用ＷＳＳ２９−２〜２９−３を経て所望の方路へルーティングされる。分波用ＷＳＳ２２−２から合波用ＷＳＳ２９−１、２９−３へのパス２２−２、分波用ＷＳＳ２２−３から合波用ＷＳＳ２９−１、２９−２へのパス２２−３に対しても、同様の波長変換手段が設置される。
【００２６】
したがって本発明の光通信ノードは、異なる入力方路からの波長多重信号を分波する複数の分波用波長選択スイッチ２１−１〜２１−３と、前記複数の分波用波長選択スイッチの各々からの分波された信号光を含む波長多重信号を合波する複数の合波用波長選択スイッチ２９−１〜２９−３と、前記複数の分波用波長選択スイッチの各々と、前記複数の合波用波長選択スイッチとの各々との間を相互に接続する複数の経路とを備え、前記複数の合波用波長選択スイッチへ接続される経路２２−１〜２２−３の内の少なくとも１つの経路に対して、波長変換手段が設置されたものとして実施できる。この少なくとも１つの経路は、分波用波長選択スイッチおよび合波用波長選択スイッチの少なくとも１つの組み合わせの経路である。
【００２７】
特定の接続パス（たとえば、Ｉｎ１→Ｏｕｔ２）において、波長変換手段はｑ台設置される。したがって、ｑは、特定の接続パスにおいて波長変換手段を含むパスの数となる。図４の光通信ノードの構成例ではｑ＝２であり、ｑの値は１でも３でも構わないが、ｑが多いほうが光通信ノードで波長デフラグメンテーションを行う際の自由度は高い。光通信ノード２０において、１つの方路の分波用ＷＳＳについて、ｑの値は接続パス（ルーティングする方路）毎に異なっていても良い。また何らかの他の理由によって、光通信ノード２０の一部で、ｑ＝０すなわち波長変換手段が設置されない方路が含まれていても良い。
【００２８】
最も簡単な構成は、図４に示したように、異なる方路間の分波用ＷＳＳおよび合波用ＷＳＳを接続するすべての接続パスにおいて、波長変換手段が設置された同じ数の経路を含めば良い。以下の説明では、図４の構成を前提として、本発明の光通信ノードで使用される波長変換手段の構成について説明する。
【００２９】
[波長変換手段の構成]
図４の光通信ノードにおける波長変換手段２４ａ〜２４ｄとして、全光的波長変換手段を用いることができる。ここで全光的波長変換手段とは、光―電気―光変換（Ｏ／Ｅ／Ｏ変換）を実施せずに、全て光レイヤだけで波長変換を実施するものである。後述するように、本発明の光通信ノードにおける波長変換手段２４ａ〜２４ｄでは、光レイヤの非線形光学現象を利用して波長変換を行う。全光的波長変換手段は、電気レイヤを介在させないため、配備コスト、消費電力、部品の故障率、運用の煩雑さなどあらゆる面でメリットを持つ。
【００３０】
図４を再び参照すると、例えば１つの波長変換手段２４ａに対しては、信号光７８が入力されるとともに、波長変換を生じるためのポンプ光７７が入力される。ポンプ光７７は、複数のポンプ光の１つとして、ポンプ光発生手段２５−１により発生され、Ｍ×ｐ構成のＷＳＳ２６−１を介して、波長変換手段２４ａ〜２４ｄへと入力される。ポンプ光は、励起光とも呼ばれ、ポンプ光発生手段は励起光発生手段に対応する。以下、入力ポート数がＭで出力ポート数がｐ構成のＷＳＳをＭ×ｐ ＷＳＳと呼ぶ。Ｍ×ｐ ＷＳＳ２６−１における出力ポート数ｐは、ｐ＝（Ｎ−１）×ｑとなる。ここでＮを光通信ノードにおける方路数、ｑを１つの方路から他の１つの方路への接続パスにおける波長変換手段を含む経路の最大数とする。
【００３１】
図４においてはｑの値はすべての接続パスで同じであって、Ｎ＝３、ｑ＝２であるから、ポンプ光発生手段におけるＭ×ｐ ＷＳＳ２６−１における出力ポート数ｐは２×２＝４となる。図４の光通信ノードのようにすべての接続パスでｑの数が同じであれば、Ｍ×ｐ ＷＳＳのすべてのポートを過不足なく利用できる。Ｍ×ｐ ＷＳＳ２６−１における入力ポート数Ｍについては、後述する。図４の本発明の光通信ノードにおいては１つの分波用ＷＷＳからの接続パスに対して、１つのポンプ光発生手段からポンプ光が供給される構成とした。図１４では、別の構成でポンプ光を供給する光通信ノードが説明される。
【００３２】
全光的波長変換手段としては、光ファイバや非線形結晶における四光波混合を用いた波長変換を用いることができる。加えて、半導体光増幅器の相互利得変調を用いた方式を用いても構わない。波長変換を行う手段としては、電気レイヤを介在させるため消費電力が増える欠点はあるが、全光的波長変換手段を用いないで、ＯＥ変換およびＥＯ変換を伴うものであっても良い。この場合は、ポンプ光発生手段２５−１〜２５−３およびＭ×ｐ ＷＳＳは不要となる。次に、波長変換手段とともに使用されるポンプ光発生手段のより具体的な構成について説明する。
【００３３】
[ポンプ光発生手段の構成]
図５は、本発明の光通信ノードにおけるポンプ光発生手段のより具体的な構成を示す図である。図５に示したポンプ光発生手段（励起光発生手段）は、励起光生成部２５ａおよび励起光周波数シフト部２５ｂからなる。図５に示したポンプ光発生手段には、図４におけるＭ×ｐ ＷＳＳ２６−１〜２６−３が、励起光選択分配部２６として含まれている。図５の励起光生成部２５ａでは、まずレーザダイオード光源ＬＤ４１により出力された連続光（ＣＷ光）は、ガスセル４２を経由してフォトディテクタＰＤ４３へと入力される。ＰＤ４３により受光された光信号は、電気信号に変換されて、制御回路４４に入力される。制御回路４４は、ＬＤ４１への注入電流を制御する機構を持っている。したがって、ＬＤ４１、ガスセル４２、ＰＤ４３および制御回路４４は、ＬＤ４１からの出力波長を制御するフィードバックループを形成する。本ループにおいてＬＤ４１への注入電流に微弱な変調を加えることによって、ガスセル４２の吸収線にＬＤ４１の発振波長をロックする制御ループが構成される。結果として、点６０において、ＬＤ４１から出力光の発振波長は非常に精密に所望の波長へとロックされる。
【００３４】
ＬＤ４１から出力されたＣＷ光の一部は強度変調器４５により、周波数ｆで強度変調され、点６１においてパルスが生成される。生成されたパルス光は、エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ: Erbium Dopedoptical Fiber Amplifier）４６で増幅された後に、高非線形ファイバＨＮＬＦ４７へと入力される。ＨＮＬＦ４７では、点６２において、自己位相変調によってスーパコンティニュウム光（周波数コム）が生成される。ここで周波数コムの周波数間隔は、周波数ｆである。
【００３５】
ＨＮＬＦ４７で発生した周波数コムは、１×Ｍ ＷＳＳ４８によって、周波数コム光の中から所望のポンプ周波数の１つのＣＷ光が選択される。点６３において、選択されたＣＷ光がＳＳＢ（Single Side Band）変調器４９へ入力される。したがって、１×Ｍ ＷＳＳ４８は、周波数コム光をコム周波数毎に単一のＣＷ光へ空間的に分波するコム分離手段として機能する。１×Ｍ ＷＳＳ４８の出力においては、最大Ｍ個のＳＳＢ変調器が並列に備えられる。変調周波数Δｆで駆動されたＳＳＢ変調器４９では、入力されたＣＷ光の周波数を微調整する。微調整されたＣＷ光は、ＥＤＦＡ５０で増幅された後に、周波数シフト部２５ｂから出力される。並列に備えられた最大Ｍ個のＳＳＢ変調器における変調周波数Δｆは、それぞれ異なって良い。
【００３６】
周波数シフト部２５ｂからの最大Ｍ個の微調整されたＣＷ光は、励起光選択分配部２６において、まずＭ×１ ＷＳＳ５２によって合波される。さらに、１×ｐ ＷＳＳ５３によって分波されて、所定の出力ポート５４ａ〜５４ｄに希望の波長のＣＷ光である励起光として出力される。出力ポート５４ａ〜５４ｄの何れかに出力された所望の波長のＣＷ光は、図４におけるポンプ光発生手段からのポンプ光として、波長選択手段に供給される。出力ポート５４ａ〜５４ｄは、図４の波長変換手段２４ａ〜２４ｄに接続される接続端子であり、前述のＣＷ光は、波長変換手段２４ａ〜２４ｄにそれぞれ入力される。周波数シフト部２５ｂのＥＤＦＡ５０から出力されたＣＷ光は、励起光選択分配部２６を経由せずに、その一部を分岐して、分岐光５１をポンプ光発生手段２５−１〜２５−３のポンプ光としても良い。
【００３７】
したがって、ポンプ光発生手段すなわち励起光発生手段は、ＣＷ光から周波数コム光を発生する励起光生成部２５ａと、前記励起光生成部で発生した前記周波数コム光を、コム周波数毎に単一のＣＷ光へ空間的に分波するコム分離手段４８と、前記分波された単一のＣＷ光の周波数をシフトする複数の周波数シフト部４９と、前記複数の周波数シフト部の各々からの前記周波数をシフトされたＣＷ光を合波し、空間的に分波する励起光選択分配手段５２、５３とを含むものとして実施できる。
【００３８】
図６は、ポンプ光発生手段におけるポンプ光発生過程をスペクトルで示した図である。以下の説明における各点は、図５のポンプ光発生手段の点６０〜６６ｄに対応する。波長制御ループの出力である点６０において、ガスセルの吸収スペクトルの１つに、ＬＤ４１の発振波長がロックされ、ＣＷ光として出力される。強度変調器４５の出力である点６１では、ＣＷ光が強度変調されることによって側帯波を発生する。強度変調された光波がＥＤＦＡ４６で増幅された後、高非線形ファイバ中の自己位相変調により、スーパコンティニュウム（Supercontinuum）光を生成する。その結果、ＨＮＬＦ４７の出力である点６２では、スペクトルは非常に広い帯域に渡る周波数コム光６７となる。ここで周波数コム光の間隔は、強度変調周波数ｆである。
【００３９】
周波数シフト部２５ｂの１×Ｍ ＷＳＳ４８出力である点６３において、周波数コム光６７のうち所望のスペクトルを、１×Ｍ ＷＳＳ４８の各出力ポートに一波ずつ出力する。点６３で出力されるのは、ＣＷ光６８のままである。このＣＷ光はＳＳＢ変調器４９の出力である点６４において、周波数がΔｆだけシフトされ、微調整されたものとなる。さらにＭ×１ ＷＳＳ５２の合波出力である点６５において、異なるＳＳＢ変調器からの複数のＣＷ光が合波される。図６では、３波が合波された状態を示している。最終的に１×ｐ ＷＳＳ５３の出力ポートの各点６６ａ〜６６ｄにおいて、周波数シフトされた、所望の波長のＣＷ光であるポンプ光が１つずつ分配される。１×ｐ ＷＳＳ５３の各出力ポートには異なるＳＳＢ変調器からのＣＷ光が一波ずつ分配、出力されるが、図６に示したように、同一の波長のポンプ光６９−１、６９−２を複数の出力ポートに分配しても構わない。図６では、１×ｐ ＷＳＳ５３の２つの出力ポート５４ｂ、５４ｄに同一の波長のＣＷ光６９−１、６９−２を出力する例を示した。分配出力の方法は、後述の実施例で詳細に説明する。
【００４０】
図５に示したポンプ光発生手段では、励起光選択分配部２６におけるＭ×１ ＷＳＳ５２の波長フィルタ機能により、必要とする波長のポンプ光をＣＷ光として抜き出すことができる。したがって、図５における周波数シフト部２５ｂのＳＳＢ変調器４９は、両側帯波を発生する位相変調器または強度変調器に置き換えても良い。すなわち、ＳＳＢ変調器４９の代替変調器において発生した不要側帯波および搬送波は、Ｍ×１ ＷＳＳのフィルタ機能により除去することもできる。次に、図４の光通信ノードにおける波長変換手段２４ａ〜２４ｄの具体的な構成について説明する。
【００４１】
[波長変換手段の構成]
図７は、本発明の光通信ノードにおける波長変換手段の構成例を示す図である。波長変換手段２４は、ポンプ光７７および信号光７８を合流する光合流器７０と、信号光の波長を変換する非線形光学媒質７２とからなる。光合流器７０で合流されたポンプ光および信号光の強度が非線形現象を発生するのに不十分な場合は、ＥＤＦＡ７１により光増幅した後に非線形光学媒質７２に入力することができる。
【００４２】
光合流器７０としては、光方向性結合器や波長選択スイッチを用いることができる。また非線形光学媒質７２としては、高非線形光ファイバや周期分極反転ＬｉＮｂＯ３導波路または半導体光アンプ等を用いることができる。さらに、本発明の光通信ノードの各要素においてＥＤＦＡとして説明した光増幅器は、代わりに半導体光アンプを用いても良い。
【００４３】
図８は、本発明の光通信ノードの波長変換手段における各部のスペクトルを説明する図である。以下の説明の各点は、図７の波長変換手段２４の点７３〜７６に対応する。波長変換手段の２つの入力である点７３、７４において、相異なる波長のポンプ光８１および信号光８２がそれぞれ入力される。光合流器７０の出力である点７５において、上述の２波が合波される。次いで、点７６において、非線形光学媒質７２により縮退四光波混合によりアイドラ光７８を発生する。ポンプ光８１の光周波数をｆｐ、信号光８２の光周波数をｆｓとすると、アイドラ光７８の光周波数ｆｉは次式で表される。  
ｆｉ＝２ｆｐ−ｆｓ          式（１）
また非線形光学媒質７２では、ｆｉの発生と同時に信号光をポンプ光とし、ポンプ光をプローブ光として生じたアイドラ光８３も同時に発生する。
【００４４】
図４の光通信ノードにおける波長変換手段２４ｃ、２４ｄは、図４の光通信ノードにおける合波用ＷＳＳ２９−２（Ｅｇｒｅｓｓ２）に接続される。合波用ＷＳＳ２９−２のフィルタリング機能により、図８の元のポンプ光８１、信号光８２および不要なアイドラ光８３は除去され、波長変換された後の光信号８４（アイドラ光）だけが合波用ＷＳＳ２９−２の出力ポートである点８０−２へと出力される。図８では波長変換の説明のためにアイドラ光８４のみのスペクトルを示したが、点８０−２では波長変換されずに伝送される光信号や、他の波長に変換された光信号が合波されて出力される。
【００４５】
[複数の波長の光信号の波長変換のための構成]
前述の図８のスペクトルの説明では、ポンプ光を光通信ノードの特定の１つの波長の光信号の波長変換だけに用いる例を示した。しかし図５に示したポンプ光発生手段を用いると、本発明の光通信ノード２０において複数の波長の光信号の波長変換を同時に行うのに用いることも可能である。図５のポンプ光発生手段では、周波数コム光６７から１つのＣＷ光を１×Ｍ ＷＳＳ４８で選択し、複数のＳＳＢ変調器を並列して独立して動作させ、同時に異なる波長のポンプ光を出力できるからである。これは異なる２つの光信号の波長を相互に入れ替える場合に効果的である。すなわち、ｆｓ２の光周波数をもつ光信号がｆｓ４に変換され、ｆｓ４の光周波数をもつ信号がｆｓ２に変換されるような場合に適用できる。
【００４６】
図９は、２つの光信号の波長変換を一括で行う場合と、図５に示したポンプ光発生手段で波長変換を分割して行う場合の動作を比較して説明した図である。図９の（ａ）は、図７の波長変換手段の非線形光学媒質７２へ、周波数ｆｓ２の光信号およびｆｓ４の光信号を一括して導入して波長変換を行う場合の動作を説明する。光合流器７０の出力である点７５では、周波数ｆｐのポンプ光を含めて３つの波長が存在する。非線形光学媒質７２の出力である点７６における光スペクトルは、ｆｓ２の信号光の残留成分および変換後のｆｉ４が混合している。同様に、ｆｓ４の信号光の残留成分および変換後のｆｉ２が混合している。これらの混合した信号は、それぞれ同一波長であるため、光通信ノード２０の例えば合波用ＷＳＳ２９−２の出力ポートである点８０−２で、ＷＳＳ２９−２のフィルタリング機能では分離できない。
【００４７】
図９の（ｂ）は、図５に示したポンプ光発生手段において、同一波長のＣＷ光６９−１、６９−２で波長変換を行う動作を説明する図である。図９の（ｂ）に示すように、ｆｓ２→ｆｉ２（＝ｆｓ４）の変換およびｆｓ４→ｆｉ４（＝ｆｓ２）の変換を、同一波長のＣＷ光６９−１、６９−２を使い、別個の波長変換手段で行う。この場合は、図９の（ａ）で説明した一方信号光の残留成分と他方の信号光の変換光成分の混合を避けることができる。すなわち、ｆｐの光周波数をもつポンプ光６９−１、６９−２を、１×ｐ ＷＳＳ５３の出力ポート５４ｂ、５４ｄにそれぞれ分配し、波長変換手段２４ｄ、２４ｂで個別に行う。
【００４８】
図９の（ｂ）の上側の図には、波長変換手段２４ｄにおいて信号光ｆｓ２をｆｓ４に変換する場合を示す。ポンプ光ｆｐおよび元の信号光ｆｓ２の残留成分の不要信号８５は合波用ＷＳＳ２９−２でフィルタリングされ、点８０−２において波長変換後の信号光ｆｓ４のみが抽出される。図９の（ｂ）の下側の図には、波長変換手段２４ｂにおいて信号光ｆｓ４をｆｓ２に変換する場合を示す。波長変換手段２４ｄの場合と同様に、不要信号８６は合波用ＷＳＳ２９−３でフィルタリングされ、点８０−３において波長変換後の信号光ｆｓ４のみが抽出される。このように、本発明の光通信ノード２０では、２つの信号光の波長を入れ替えることも簡単にできる。ここでは２波に対する波長入れ替えの例を示したが、３つ以上の信号光の相互の波長変換に対して同一波長の３つのポンプ光を用いることも可能である。ここで説明した１×ｐ ＷＳＳ５３の２つの出力ポートの点６６ｂ、６６ｄで同一波長のＣＷ光を出力することは、実施例２で後述する波長選択スイッチのブロードキャスト機能を用いて実現される。
【００４９】
図４に示した本発明の光通信ノードにより、従来技術と比べて、より柔軟で簡単な波長デフラグメンテーションが実現できる。送信ノードにおける送信器の周波数を変えずに、光通信ノード内の経路上で波長変換を行うことで、複数の通信ノード間に渡って必要であった面倒で複雑な制御が大幅に簡略化される。波長変更についての情報が受信ノードで知られていれば、予め受信ノードの受信器側で変更後の周波数（波長）に局部発振器の周波数を変更しておくことができる。ポンプ光発生手段でも、波長変更の実施の前に予め所定の周波数のポンプ光を準備しておけば良い。入力側ＷＳＳおよび出力側ＷＳＳの透過波長の設定を変更すれば、即座に信号光の波長変更を実施できる。受信ノード側では、変更前の波長による受信と、変更後の波長による受信を並行して行うこともできる。したがって、通信の中断を生じなくとも波長変更ができる。  
次に、本発明の光通信ノードにおける各構成要素を集積化したＷＳＳを用いて実現したより具体的な実施例を説明する。
【実施例１】
【００５０】
図４に示した本発明の光通信ノードにおけるＭ×ｐ ＷＳＳ２６−１〜２６−３は、図５に示したＭ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３を従属接続することで実現される。一般に多入力多出力のＷＳＳでは、入力ポートへの波長がすべて異なる場合、図５のように２つのＷＳＳの共通ポート（合波側のポート）を接続できる。入力ポートへの波長がすべて異なれば波長衝突は起こらず、スイッチとして内部閉塞しない。図５におけるポンプ光発生手段２５ａ、２５ｂでは、周波数シフト部２５ｂのＭ×１ ＷＳＳ５２への入力は原理的にすべて異なるので、内部閉塞は発生しない。Ｍ×ｐ ＷＳＳ２６−１〜２６−３と同様の機能のＷＳＳは、１つの合波ポートを有する通常の１×（Ｍ＋ｐ−１）構成のＷＳＳを用いても実現可能である。
【００５１】
図１０は、本発明の光通信ノードにおける励起光の選択配分のためのＭ×ｐ ＷＳＳの構成例を示した図である。単一の１×（Ｍ＋ｐ−１）構成のＷＳＳを、図４に示したＭ×ｐ構成のＷＳＳとして用いる例を示している。図１０の１×（Ｍ＋ｐ−１）構成のＷＳＳは、（Ｍ＋ｐ）個の入出力ポート１０１、回折格子１０２、シリンドリカルレンズ１０３、１０４および偏向素子１０５から構成される。図１０は、光の進行方向であるｚ方向を図面の横方向として、入出力ポート１０１の配列面（ｘ−ｚ面）を見た図と、これに直交する側面（ｙ-ｚ面）を見た図からなる。（Ｍ＋ｐ）個の入出力ポート１０１の内、Ｍ個を入力ポート１０１ａとして、ｐ個を出力ポート１０１ｂとして用いる。Ｍ個の入力ポート１０１ａには、それぞれ異なる波長のＣＷ光が入力される。たとえば、入力ポート１０１−２より入力されたＣＷ光は、一点鎖線の光路に沿って伝搬する。このＣＷ光は、まず回折格子１０２によって波長分波され、ｙ−ｚ平面内でＣＷ光の波長に対応した方向に分散される。ＣＷ光は、さらにシリンドリカルレンズ１０３によりｘ−ｚ平面内に屈折され、続いてシリンドリカルレンズ１０４によりｙ−ｚ平面内で屈折され、最終的に偏向素子１０５に到達する。
【００５２】
Ｍ個の入力ポートの内の他の入力ポート、例えば入力ポート１０１−３より入力されたＣＷ光は、点線の光路に沿って伝搬する。このＣＷ光は、入力ポート１０１−２に入力されたＣＷ光とは異なる波長を持つため、回折格子１０２で異なる方向に分散される。入力ポート１０１−４より入力されたＣＷ光も同様に回折格子１０２によって、上述の２つのＣＷ光とは異なる方向に分散される。異なる入力ポートから入力されたＣＷ光はすべて異なる波長を有するため、各ＣＷ光は、最終的に偏向素子１０５上でｙ方向の異なる位置に着弾する。偏向素子１０５は、ｐ個の出力ポート１０１ｂのうち所望のポートに出力するように各ＣＷ光を偏向する。偏向された各ＣＷ光は、シリンドリカルレンズ１０４、１０３および回折格子１０２を通過し、ｐ個の出力ポート１０１ｂのいずれかに出力される。
【００５３】
上述のように、図５に示したＭ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３を構成する多入力多出力のＭ×ｐ ＷＳＳは、１つの合波ポートを有する、単一の１×（Ｍ＋ｐ−１）構成のＷＳＳを図１０のように構成することで実現できる。
【実施例２】
【００５４】
図５に示したポンプ光発生手段では、１×ｐ ＷＳＳ５３の２つの２つの出力ポート（点６６ｂ、６６ｄ）へ同一波長のＣＷ光を出力の方法について言及した。本実施例では、偏向素子のブロードキャスト機能を使ってＭ×ｐ ＷＳＳの異なる出力ポートから同一波長のＣＷ光を出力する構成が説明される。本実施例におけるＷＳＳの偏向素子としては、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）を用いる。ＬＣＯＳは、各々が個別に制御可能なピクセル状の位相変調素子を、２次元に配置した空間位相変調素子である。
【００５５】
図１１は、本実施例の励起光の選択配分のためのＭ×ｐ ＷＳＳで使用されるＬＣＯＳの構成を説明する図である。図１０に示したＬＣＯＳ１０５において、２次元に配置された位相変調素子（ピクセル）により表示される位相パターンと、ＬＣＯＳ１０５へ入射するＣＷ光のビームとの関係を示している。図１１の左側にはＬＣＯＳ上に２次元に配置されたピクセルを見ており、３つのＣＷ光が入射し、各々のＣＷ光のビーム面１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃが描かれている。このとき各ＣＷ光は、ｘ方向についてはその中心位置１０５ａに、ｙ方向についてはそれぞれ異なる位置に着弾する。
【００５６】
それぞれのＣＷ光がＬＣＯＳ上で占める領域にあるピクセルによって、異なる位相変調パターンを表示することができる。例えば、一点鎖線で示したＣＷ光のビーム面１０６ａがカバーする領域１０６−２には位相パターン１０７−２を表示する。同様に、点線で示したビーム面１０６ｂがカバーする領域１０６−３には位相パターン１０７−３を、実線で示したビーム面１０６ｃがカバーする領域１０６−４には位相パターン１０７−４を、表示する。
【００５７】
各位相パターンは、位相値が２πで折り返される、のこぎり状のパターンであり、そのパターン周期によって入射光の偏光方向が調整される。例えば、位相パターン１０７−２は一定のパターン周期Λ１を有しており、ビーム面１０６ａのＣＷ光はすべて同一の方向に偏向される。位相パターン１０７−３は、中心線１０５ａを境としてパターン周期Λ２およびΛ３の位相パターンからなる。このとき、パターン周期Λ２の領域に入射したＣＷ光１０６ｂの成分と、パターン周期Λ３の領域に入射したＣＷ光１０６ｂの成分はそれぞれ異なる方向に偏向される。位相パターン１０７−４は、パターン周期がΛ４、Λ５、Λ６の３つの成分からなっており、それぞれの領域に入射したＣＷ光１０６ｃの成分はそれぞれ異なる方向に偏向される。
【００５８】
上述のように、ＬＣＯＳ１０５に入射するＣＷ光のビーム面がＬＣＯＳ上の領域で分割されるようＣＷ光を入射させ、各領域の異なる位相パターンにより偏向することで、１つのＣＷ光を、図１０のＭ×ｐ ＷＳＳの異なる出力ポートに導くことができる。すなわち、図５における１×ｐ ＷＳＳ５３の異なる２つの出力ポートに同一波長のＣＷ光を出力し、２つの波長変換手段に導入することが可能になる。
【実施例３】
【００５９】
本実施例では、図５におけるポンプ光発生部における各波長合分波器の具体的な構成例について説明する。図５に示したポンプ光発生部では、波長合分波機能を備えたＷＳＳとして、１×Ｍ ＷＳＳ４８、Ｍ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３の三台が必要とされる。先の実施例２では、励起光選択配分のためのＭ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３を単一の光学系で実現する構成を説明した。本実施例では、さらに１×Ｍ ＷＳＳ４８を加えて、３台のＷＳＳを単一の光学系に集積する構成を説明する。
【００６０】
ＷＳＳの集積化の詳細を説明する前に、空間ビーム変換器（ＳＢＴ：Spatial Beam Transformer）について説明する。ＳＢＴは光導波路素子に形成される回路要素であり、ＷＳＳの集積化を進めるための重要な構成要素である。
【００６１】
図１２は、空間ビーム変換器の構成の概略を示す図である。ＳＢＴ２００は、基板上に形成された複数の入力導波路２０１、スラブ導波路２０２、およびアレイ導波路２０３からなる。入力導波路２０１に入力された光信号は、スラブ導波路２０２において基板面に平行な面内で広がりながら、アレイ導波路２０３に到達する。アレイ導波路２０３は、隣合う導波路間でそれぞれの光路長が等しくなるように構成されている。アレイ導波路２０３に到達した光信号は、その波面を保ったまま、チップ端２０４から自由空間に出力される。ここで、入力導波路２０１の内のいずれの導波路から光信号を入力するかによって、チップ端２０４から出力される光信号の自由空間での波面の向きが決定される。例えば、入力導波路２０１ａから入力された光信号は光線２０５ａの向きへ、入力導波路２０２ｂから入力された光信号は光線２０５ｂの向きへと出力される。
【００６２】
図１３は、本発明の光通信ノードで用いられるポンプ光発生手段における３つのＷＳＳを集積した光学系の光路図である。図１３に示した光学系では、図５における１×Ｍ ＷＳＳ４８、Ｍ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３の３つのＷＳＳを集積する。以下の説明では、図１３の光路図は、光の進行方向ｚ方向を図面の横方向として、Ｍ＋ｐ個の入出力ポートの配列面（ｘ−ｚ面）を見た図と、これに直交する側面（ｙ-ｚ面）を見た図からなる。本実施例の集積化したＷＳＳでは、入出力ポートとして、ＳＢＴ回路要素を少なくともＭ＋ｐ個含んだ光導波路チップ３０１を用いる。
【００６３】
まず、複数のＣＷ光を分離するコム分離手段である１×Ｍ ＷＳＳ４８としての動作を説明する。入力ポート３０１ｂから入力されたＣＷ光３００ｂは、ＳＢＴ回路要素３０２ｂを経由して、点線３０３ｂの光路方向に自由空間へ出力される。このＣＷ光は、回折格子１０２で波長分波された後、シリンドリカルレンズ１０３、１０４を介して偏向素子１０５へと到達する。偏向素子１０５は実施例２と同じく、ＬＣＯＳ素子を用いるのが好ましい。前述のようにＣＷ光３００ｂは、ｘ軸方向には光線３０３ｂの方向に傾いて自由空間に出力されている。このため、ＬＣＯＳ素子上でも光軸との交点１０５ａからｘ方向にオフセットした位置１０５ｂに着弾する。
【００６４】
偏向素子１０５は、ＳＢＴ回路要素群３０５の内で、ＣＷ光の波長毎に所望の出力ポートを構成するいずれか１つ（ＳＢＴ回路要素３０５ｂ）の方向へ、ＣＷ光を偏向して、点線３０４ｂの光路を進む。図１３に示した集積化したＷＳＳでは、基本的には１つのＳＢＴ回路要素において、１つの波長のＣＷ光が出力される。図５における、周波数シフトのためのＳＳＢ変調器４９による周波数調整量Δｆが同じである信号は、まとめて同一の出力ポートに出力しても構わない。図１３の光路図の例では、偏向素子（ＬＣＯＳ）１０５により偏向されたＣＷ光のうち、点線で示される波長の光信号は光線３０４ｂの方向への伝搬し、ＳＢＴ回路要素３０５ｂを介して出力ポート３０６ｂより出力される。
【００６５】
励起光選択分配部であるＭ×ｐ ＷＳＳ（Ｍ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３）としての動作は、以下のとおりである。ＳＢＴ回路要素群３０５に接続された入力導波路のうち、１×Ｍ ＷＳＳ４８の出力ポートとして用いない導波路に、例えばＳＢＴ回路要素３０５ｂにＣＷ光が入力される。このＣＷ光は、図５における周波数シフト部２５ｂの複数のＳＳＢ変調器の内の１つからのＣＷ光となる。入力されたＣＷ光３００ｃは、ＳＢＴ回路要素３０５ｂの端部から実線３０３ｃ方向に自由空間へ出力される。ＣＷ光３００ｃは、回折格子１０２、シリンドリカルレンズ１０３、１０４を介して、ＬＣＯＳ１０５上の点１０５ｃに着弾する。ここで着弾位置１０５ｃは、上述のＣＷ光３００ｂの場合と同様の理由により、光軸とＬＣＯＳ１０５の交点１０５ａとは異なる。空間への出射方向である光線３０３ｂおよび光線３０３ｃは異なる方向であるため、２つの着弾位置の点１０５ｂおよび点１０５ｃも異なる点となる。したがって、ＬＣＯＳ１０５で、ｘ方向について点１０５ｂおよび点１０５ｃの近傍でそれぞれ異なる位相パターンを表示することで、１×Ｍ ＷＳＳ４８およびＭ×ｐ ＷＳＳを、１つの光学系に集積することが可能となる。ＣＷ光３００ｃは、最終的にＳＢＴ回路要素群３０７のいずれか１つに接続された出力導波路に出力される。図１３では、出力ポート３０７ｃから出力される。
【００６６】
上述のように、本実施例の構成により、図５に示したポンプ光生成手段において必要な３つのＷＳＳ（１×Ｍ ＷＳＳ４８、Ｍ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３）を、単一の光学系に集積することができる。すなわち、コム分離手段である波長選択スイッチ１×Ｍ ＷＳＳ４８を、多入力多出力の波長選択スイッチ（Ｍ×１ ＷＳＳ５２および１×ｐ ＷＳＳ５３）と同一の光学系を共有することができる。本発明の光通信ノードにおいて追加されるポンプ光生成手段における構成要素を効率的に集積化して、光通信ノードにおけるノード装置の小型化を実現することができる。
【実施例４】
【００６７】
図４に示した本発明の光通信ノードでは、入力方路毎に波長変換手段および対応するポンプ光発生手段を有する構成を説明した。すなわち、入力方路Ｉｎ１の分波用ＷＳＳ２２−１からの経路２２−１に対して、ポンプ光発生手段２５−１およびＭ×ｐ ＷＳＳ２６−１を備えていた。同様に、入力方路Ｉｎ２の分波用ＷＳＳ２２−２からの経路２２−２に対して、ポンプ光発生手段２５−２およびＭ×ｐ ＷＳＳ２６−２を備えていた。入力方路Ｉｎ３の分波用ＷＳＳ２２−３からの経路２２−３でも同様である。しかしながら、ポンプ光の強度が十分であれば、異なる方路間に渡って１つのポンプ光発生手段からポンプ光を供給することもできる。
【００６８】
図１４は、本発明の光通信ノードの別の構成例を示す図である。図１４の光通信ノード４００では、１つのポンプ光発生手段２５からＭ×ｐ ＷＳＳ４０１を介してポンプ光が３つの方路（Ｉｎ１〜Ｉｎ３）すべての波長変換手段に供給される。方路Ｉｎ１における波長変換手段２４ａ〜２４ｄだけでなく、方路Ｉｎ２、Ｉｎ３のすべての他の波長変換手段へ、Ｍ×ｐ ＷＳＳ４０１の出力ポートが接続される。したがって、Ｍ×ｐ ＷＳＳ４０１におけるポート数ｐはこの光通信ノードにおける波長変換手段の総数と等しい。
【００６９】
本実施例の光通信ノードでは、ｐと波長変換手段の数が等しい例を示したが、ｐの数値はこの例に限定されない。複数の方路に対応する波長変換手段に対して単一のポンプ光発生手段でポンプ光を供給することで、光通信ノードにおける装置の小型化、低コスト化を実現できる。
【実施例５】
【００７０】
上述の各実施例の光通信ノードでは、波長変換手段は複数の分波用波長選択スイッチの各々と、複数の合波用波長選択スイッチとの各々との間を相互に接続する複数の経路の少なくとも１つに設置されている。この構成では、間に中継するノードが存在しない隣接する２つのノード間には適用できない。しかしながら、光通信ノードのＡｄｄポートからの光信号に対して、直ちに波長変換を行いたい場合もあり得る。本実施例では、Ａｄｄされる光信号における波長断片化が激しい場合などに好適な光通信ノードの構成を提示する。
【００７１】
図１５は、本発明の光通信ノードのさらに他の構成を示した図である。図１５の光通信ノード５００は、図１４に示した光通信ノード４００に対して、さらにＡｄｄポート２８からの経路上に波長変換手段を追加している。他の構成は図１４と同じであるので、相違点についてのみ説明する。図１５の光通信ノードは、Ａｄｄポート２８から３つの合波用波長選択スイッチ２９−１〜２９−３の各々へ、それぞれ２つの経路５０３が構成されている。各経路５０３上には、波長変換手段２４ｅ〜２４ｊが設置される。入力方路および出力方路間の経路、並びに、Ａｄｄポート２８からの経路５０３上のすべての波長変換手段に対して、１つのポンプ光発生手段２５からＭ×ｐ ＷＳＳ５０１を介してポンプ光が供給される。図１５では、Ｍ×ｐ ＷＳＳ５０１の出力５０２から波長変換手段２４ｅ〜２４ｊへポンプ光が供給される。
【００７２】
本実施例の光通信ノードでは、方路Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３だけでなく、Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２、Ｏｕｔ３に接続される経路上に存在するすべての波長変換手段へ、Ｍ×ｐ ＷＳＳ４０１の出力ポートが接続される。したがって図１５の構成の場合は、Ｍ×ｐ ＷＳＳ５０１におけるポート数ｐはこの光通信ノードにおける波長変換手段の総数と等しく、出力ポート数ｐは、ｐ＝Ｎ×ｑとなる。尚、本実施例の光通信ノードでは、励起光選択分配部２６のポート数ｐと波長変換手段の数が等しい例を示したが、ｐの数値はこの例に限定されない。励起光選択分配部２６における空きポートを許容すれば、どのようなポンプ光発生手段の数や組み合わせ方法で、各波長変換手段へポンプ光を供給しても良い。
【００７３】
Ａｄｄポートを含む複数の方路に対応する波長変換手段に対して単一のポンプ光発生手段でポンプ光を供給することで、光通信ノードにおける装置の小型化、低コスト化を実現できる。すなわち、複数の合波用波長選択スイッチへ接続される経路の内の少なくとも１つの経路であって、前記複数の合波用波長選択スイッチへ接続されるＡｄｄポートからの経路に波長変換手段が設置されている。
【００７４】
Ａｄｄポート２８上の経路に対しても波長変換手段を備えることで、送信器の直後で波長変換することになるが、光通信システム全体でより柔軟に波長を入れ替えることが可能となる。Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３などを通過した光信号における波長断片化の状態より、Ａｄｄされる光信号の波長断片化が激しい場合など、Ａｄｄされる光信号の波長変換を実施して波長デフラグメンテーションを行う方が変換される波長数が少なくて済む場合がある。このため、図１４に示した実施例の構成に加え、本実施例のようにＡｄｄポートの経路上で波長変換を可能とすることで、さらに柔軟な波長デフラグメンテーションが実現できる。本実施例のＡｄｄポートに対しても波長変換手段を備える構成は、当然に、最初に説明した図４の光通信ノードの構成にも適用できる。
【００７５】
本発明により、従来技術と比べて、より柔軟かつ簡単な波長デフラグメンテーションが実現できる。送信ノードにおける送信器の周波数を変えずに、光通信ノード内の経路上で波長変換を行うことで、複数の通信ノード間で面倒で複雑な制御が大幅に簡略化される。波長変更についての情報が受信ノードで知られていれば、予め受信ノードの受信器側で変更後の周波数（波長）に局部発振器の周波数変更を行っておけば良い。ポンプ光発生手段でも、波長変更の実施の前に予め所定の周波数のポンプ光を準備しておけば良い。入力側ＷＳＳおよび出力側ＷＳＳの透過波長の設定を変更すれば、即座に信号光の波長変更を実施できる。受信ノード側では、変更前の波長による受信と、変更後の波長による受信を並行して行うこともできる。したがって、通信の中断を生じなくとも波長変更ができる。本発明により追加となるポンプ光発生手段およびポンプ光の選択分配手段などの構成要素は、光平面回路で集積化したＷＳＳを利用することで関連する装置を小型で低コストに実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、一般的に通信システムに利用することができる。特に、光通信システムの光通信ノードに利用できる。
【符号の説明】
【００７７】
１１、１２、１３、２０、４００、５００  光通信ノード
２１−１〜２１−３  分波用ＷＳＳ
２４、２４ａ〜２４ｉ  波長変換手段
２５、２５−１〜２５−３  ポンプ光発生手段
２５ａ  励起光生成部
２５ｂ  周波数シフト部
２６  励起光選択分配部
２７  Ｄｒｏｐポート
２８  Ａｄｄポート
２６−１〜２６−３、４０１、５０１  Ｍ×ｐ ＷＳＳ
２９−１〜２９−３  合波用ＷＳＳ
４６、５０、７１  ＥＤＦＡ
４７  ＨＮＬＦ
４８  １×Ｍ ＷＳＳ
４９  ＳＳＢ変調器
５２  Ｍ×１ ＷＳＳ
５３  １×ｐ ＷＳＳ
７０  光合流器
７２  非線形光学媒質
１０２  回折格子
１０３、１０４  シリンドリカルレンズ
１０５  偏向素子（ＬＣＯＳ）
【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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