(57)【要約】【課題】低消費電力、高速、小型且つ低コストのネットワークシステムを提供する。【解決手段】実施形態において、ネットワークシステムは、複数のノード及び複数の光増幅器を備える。第１のノードは波長多重された光信号を送受信する第１の送信器及び第１の受信器を含み、第２のノードは波長多重された光信号を送受信する第２の送信器及び第２の受信器を含む。第１及び第２の送信器は、それぞれ、第１及び第２の光増幅器の入力と光学的に接続され、第１及び第２の受信器は、それぞれ、第１及び第２の光増幅器の出力と光学的に接続される。第１及び第２の受信器の各々は、受光器及び受信回路を含む。受光器は受信回路とフリップチップ接続により電気的に接続される。受信回路はトランスインピーダンスアンプを含まないように構成される。【選択図】図１
2018074273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１のノード及び第２のノードを含む複数のノードであって、前記第１のノードは、波長多重された光信号を送信するように構成される第１の送信器及び波長多重された光信号を受信するように構成される第１の受信器を含み、前記第２のノードは、波長多重された光信号を送信するように構成される第２の送信器及び波長多重された光信号を受信するように構成される第２の受信器を含む、複数のノードと、
少なくとも第１の光増幅器及び第２の光増幅器を含む複数の光増幅器であって、前記第１の送信器及び前記第２の送信器は、それぞれ前記第１の光増幅器の入力及び前記第２の光増幅器の入力と光学的に接続され、前記第１の受信器及び前記第２の受信器は、それぞれ前記第１の光増幅器の出力及び前記第２の光増幅器の出力と光学的に接続される、複数の光増幅器と
を備え、
前記第１の受信器は、第１の受光器及び第１の受信回路を含み、前記第２の受信器は、第２の受光器及び第２の受信回路を含み、前記第１の受光器及び前記第２の受光器は、それぞれ前記第１の受信回路及び前記第２の受信回路とフリップチップ接続により電気的に接続され、前記第１の受信回路及び前記第２の受信回路はトランスインピーダンスアンプを含まない、ネットワークシステム。
【請求項２】
第１の複数のポート及び第２の複数のポートを含む周回性波長ルーティング器
をさらに備え、
前記第１の送信器及び前記第２の送信器は、それぞれ前記周回性波長ルーティング器の前記第１の複数のポートのうちの第１のポート及び第２のポートと光学的に接続され、前記第１の光増幅器の入力及び前記第２の光増幅器の入力は、それぞれ前記周回性波長ルーティング器の前記第２の複数のポートのうちの第１のポート及び第２のポートと光学的に接続される、請求項１に記載のネットワークシステム。
【請求項３】
波長多重された光を出力するように構成された少なくとも第１の多波長光源及び第２の多波長光源を含む、複数の多波長光源と、
少なくとも第１の光サーキュレータ及び第２の光サーキュレータを含む複数の光サーキュレータと
をさらに備え、
前記第１の送信器は、第１の光変調器群と、前記第１の光変調器群と光学的に接続される第１の光折り返し器群とを含み、前記第２の送信器は、第２の光変調器群と、前記第２の光変調器群と光学的に接続される第２の光折り返し器群とを含み、
前記複数の光サーキュレータの各々は、少なくとも３つのポートを含み、第１のポートに入力された光を第２のポートから出力し、前記第２のポートに入力された光を第３のポートから出力するように構成され、前記第１の光サーキュレータの前記第１のポート及び前記第２の光サーキュレータの前記第１のポートは、それぞれ前記第１の多波長光源及び前記第２の多波長光源と光学的に接続され、前記第１の光サーキュレータの前記第２のポート及び前記第２の光サーキュレータの前記第２のポートは、それぞれ前記第１の送信器及び前記第２の送信器と光学的に接続され、前記第１の光サーキュレータの前記第３のポート及び前記第２の光サーキュレータの前記第３のポートは、それぞれ前記周回性波長ルーティング器の前記第１の複数のポートのうちの第１のポート及び第２のポートと光学的に接続され、
前記第１の送信器及び前記第２の送信器に入力された波長多重された光は、それぞれ前記第１の光折り返し器群及び前記第２の光折り返し器群を介して、前記第１の光変調器群及び前記第２の光変調器群を往復し、波長多重された光信号として前記第１の送信器及び前記第２の送信器から送信される、請求項２に記載のネットワークシステム。
【請求項４】
前記第１の光サーキュレータと前記第１の光変調器群との間に配置された第１の波長合分波器と、前記第２の光サーキュレータと前記第２の光変調器群との間に配置された第２の波長合分波器とを含む、複数の波長合分波器
をさらに備え、
前記第１の光変調器群及び前記第２の光変調器群の各光変調器は電界吸収型変調器であり、前記第１の光折り返し器群及び前記第２の光折り返し器群の各光折り返し器はループミラーである、請求項３に記載のネットワークシステム。
【請求項５】
前記第１の光サーキュレータと前記第１の光変調器群との間に配置された第１の波長合分波器と、前記第２の光サーキュレータと前記第２の光変調器群との間に配置された第２の波長合分波器とを含む、複数の波長合分波器
をさらに備え、
前記第１の光変調器群及び前記第２の光変調器群の光変調器と、前記第１の光折り返し器群及び前記第２の光折り返し器群の光折り返し器とが、マイケルソン干渉計型変調器を形成する、請求項３に記載のネットワークシステム。
【請求項６】
前記第１の光変調器群及び前記第２の光変調器群の各光変調器はリング変調器であり、前記第１の光折り返し器群及び前記第２の光折り返し器群の各光折り返し器はループミラーである、請求項３に記載のネットワークシステム。
【請求項７】
前記複数の光増幅器は第３の光増幅器及び第４の光増幅器を含み、前記第３の光増幅器の出力及び前記第４の光増幅器の出力は、それぞれ前記第１の受信器及び前記第２の受信器と光学的に接続され、
前記複数の光サーキュレータの各々は、第４のポートをさらに含み、前記第３のポートに入力された光を前記第４のポートから出力するようにさらに構成され、前記第１の光サーキュレータの前記第４のポート及び前記第２の光サーキュレータの前記第４のポートは、それぞれ前記第３の光増幅器の入力及び前記第４の光増幅器の入力に光学的に接続され、
前記複数の光サーキュレータは、第３の光サーキュレータ及び第４の光サーキュレータを含み、
前記第３の光サーキュレータの前記第１のポート及び前記第４の光サーキュレータの前記第１のポートは、それぞれ前記第１の多波長光源及び前記第２の多波長光源と光学的に接続され、前記第３の光サーキュレータの前記第２のポート及び前記第４の光サーキュレータの前記第２のポートは、それぞれ前記第１の送信器及び前記第２の送信器と光学的に接続され、前記第３の光サーキュレータの前記第３のポート及び前記第４の光サーキュレータの前記第３のポートは、それぞれ前記周回性波長ルーティング器の前記第２の複数のポートのうちの第１のポート及び第２のポートに光学的に接続され、前記第３の光サーキュレータの前記第４のポート及び前記第４の光サーキュレータの前記第４のポートは、それぞれ前記第１の光増幅器の入力及び前記第２の光増幅器の入力に光学的に接続される、請求項３から６のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【請求項８】
前記第１の光変調器群及び前記第２の光変調器群は、シリコン基板上の埋め込み酸化膜層上に形成されるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層内に形成される、請求項３から７のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【請求項９】
前記第１の受光器及び前記第２の受光器は、シリコン基板上の埋め込み酸化膜層上に形成されるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層内に形成される、請求項１から８のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【請求項１０】
前記複数の光増幅器の各々は光ファイバ増幅器である、請求項１から９のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【請求項１１】
前記周回性波長ルーティング器が周回性アレイ導波路回折格子である、請求項２から８のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【請求項１２】
前記複数の多波長光源の各々はコムレーザを含む、請求項３から８のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【請求項１３】
前記複数の多波長光源は、
コムレーザと、
前記コムレーザの出力に光学的に接続され、複数の出力を備えるスプリッタと
を含み、
該複数の出力のうちの第１の出力及び第２の出力は、それぞれ前記第１の送信器及び前記第２の送信器と光学的に接続される、請求項３から８のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【請求項１４】
前記スプリッタの前記第１の出力及び前記第２の出力と前記第１の送信器及び前記第２の送信器との間にそれぞれ配置された光増幅器
をさらに備える、請求項１３に記載のネットワークシステム。
【請求項１５】
前記第１の送信器及び前記第２の送信器は、それぞれ第１の駆動回路及び第２の駆動回路を含み、前記第１の光変調器群及び前記第２の光変調器群は、それぞれ前記第１の駆動回路及び前記第２の駆動回路とフリップチップ接続により電気的に接続されることを特徴とする、請求項３から８、１２から１４のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信ネットワークの規模の大小を問わず、通信ネットワークを構成するノード間の通信の大容量化に対する需要はますます高まってきている。これに対応するべく、光インターコネクションに関する様々なボトルネックを解消するための技術が開発されている。
【０００３】
例えば、非特許文献１は、シリコンフォトニクスベースの光トランシーバを用いて３００ｍの長さのマルチモードファイバにわたって２５Ｇｂｐｓ／ｃｈのエラーフリー動作を可能にする技術を開示している。
【０００４】
非特許文献１に開示される技術によると、光ファイバを介した２５Ｇｂｐｓ／ｃｈの光インターコネクションには約５ｍＷ／Ｇｂｐｓの消費電力が必要となる。この値は、光源となるレーザーダイオードの消費電力を含んでいない。レーザーダイオードの消費電力を考慮すると、非特許文献１に記載されるシステムを実現するためには、さらに大きな消費電力が必要となる。また、この光トランシーバを用いてＮ個のノード間をフルメッシュで接続すると、２Ｎ×（Ｎ−１）本の光ファイバが必要になる。このため、Ｎが大きい場合、ネットワークシステムが大型になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Kenichiro Yashiki, et al., "25-Gbps/ch error-free operation over 300-m MMF of low-power-consumption silicon-photonics-based chip-scale optical I/O cores," IEICE Trans. Electron., vol.E99-C, No.2, pp.148-156, 2016.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の実施形態は、低消費電力、高速、小型且つ低コストのネットワークシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態において、ネットワークシステムは、少なくとも第１のノード及び第２のノードを含む複数のノードであって、第１のノードは、波長多重された光信号を送信するように構成される第１の送信器及び波長多重された光信号を受信するように構成される第１の受信器を含み、第２のノードは、波長多重された光信号を送信するように構成される第２の送信器及び波長多重された光信号を受信するように構成される第２の受信器を含む、複数のノードを備える。ネットワークシステムはまた、少なくとも第１の光増幅器及び第２の光増幅器を含む複数の光増幅器であって、第１の送信器及び第２の送信器は、それぞれ第１の光増幅器の入力及び第２の光増幅器の入力と光学的に接続され、第１の受信器及び第２の受信器は、それぞれ第１の光増幅器の出力及び第２の光増幅器の出力と光学的に接続される、複数の光増幅器を備える。第１の受信器は、第１の受光器及び第１の受信回路を含み、第２の受信器は、第２の受光器及び第２の受信回路を含む。第１の受光器及び第２の受光器は、それぞれ第１の受信回路及び第２の受信回路とフリップチップ接続により電気的に接続される。第１の受信回路及び第２の受信回路はトランスインピーダンスアンプを含まない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、低消費電力、高速、小型且つ低コストのネットワークシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の一実施形態によるネットワークシステムのブロック図を示す。図１（Ｂ）は、一実施形態における受信器の概略的な断面図を示す。図１（Ｃ）は、一実施形態における送信器の概略的な断面図を示す。
【図２】図１のネットワークシステムの例示的な構成を詳細に示すブロック図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の一実施形態によるネットワークシステムのブロック図を示す。図３（Ｂ）は、周回性波長ルーティング器のルーティング特性の一例を示す表である。
【図４】本発明の一実施形態によるネットワークシステムのブロック図を示す。
【図５Ａ】（ａ）は、図４のネットワークシステムにおける送信器の構成及び当該送信器と光サーキュレータとの間の接続関係を示すブロック図である。（ｂ）は、光折り返し器の構成の例を示す。
【図５Ｂ】（ａ）乃至（ｃ）は、図４のネットワークシステムにおける送信器の構成の例を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態によるネットワークシステムのブロック図を示す。
【図７】本発明の一実施形態によるネットワークシステムのブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施形態によるネットワークシステムは、以下のような構成を備える。
（項目１）
少なくとも第１のノード及び第２のノードを含む複数のノードであって、前記第１のノードは、波長多重された光信号を送信するように構成される第１の送信器及び波長多重された光信号を受信するように構成される第１の受信器を含み、前記第２のノードは、波長多重された光信号を送信するように構成される第２の送信器及び波長多重された光信号を受信するように構成される第２の受信器を含む、複数のノードと、
少なくとも第１の光増幅器及び第２の光増幅器を含む複数の光増幅器であって、前記第１の送信器及び前記第２の送信器は、それぞれ前記第１の光増幅器の入力及び前記第２の光増幅器の入力と光学的に接続され、前記第１の受信器及び前記第２の受信器は、それぞれ前記第１の光増幅器の出力及び前記第２の光増幅器の出力と光学的に接続される、複数の光増幅器と
を備え、
前記第１の受信器は、第１の受光器及び第１の受信回路を含み、前記第２の受信器は、第２の受光器及び第２の受信回路を含み、前記第１の受光器及び前記第２の受光器は、それぞれ前記第１の受信回路及び前記第２の受信回路とフリップチップ接続により電気的に接続され、前記第１の受信回路及び前記第２の受信回路はトランスインピーダンスアンプを含まない、ネットワークシステム。
【００１１】
（項目２）
第１の複数のポート及び第２の複数のポートを含む周回性波長ルーティング器
をさらに備え、
前記第１の送信器及び前記第２の送信器は、それぞれ前記周回性波長ルーティング器の前記第１の複数のポートのうちの第１のポート及び第２のポートと光学的に接続され、前記第１の光増幅器の入力及び前記第２の光増幅器の入力は、それぞれ前記周回性波長ルーティング器の前記第２の複数のポートのうちの第１のポート及び第２のポートと光学的に接続される、項目１に記載のネットワークシステム。
【００１２】
（項目３）
波長多重された光を出力するように構成された少なくとも第１の多波長光源及び第２の多波長光源を含む、複数の多波長光源と、
少なくとも第１の光サーキュレータ及び第２の光サーキュレータを含む複数の光サーキュレータと
をさらに備え、
前記第１の送信器は、第１の光変調器群と、前記第１の光変調器群と光学的に接続される第１の光折り返し器群とを含み、前記第２の送信器は、第２の光変調器群と、前記第２の光変調器群と光学的に接続される第２の光折り返し器群とを含み、
前記複数の光サーキュレータの各々は、少なくとも３つのポートを含み、第１のポートに入力された光を第２のポートから出力し、前記第２のポートに入力された光を第３のポートから出力するように構成され、前記第１の光サーキュレータの前記第１のポート及び前記第２の光サーキュレータの前記第１のポートは、それぞれ前記第１の多波長光源及び前記第２の多波長光源と光学的に接続され、前記第１の光サーキュレータの前記第２のポート及び前記第２の光サーキュレータの前記第２のポートは、それぞれ前記第１の送信器及び前記第２の送信器と光学的に接続され、前記第１の光サーキュレータの前記第３のポート及び前記第２の光サーキュレータの前記第３のポートは、それぞれ前記周回性波長ルーティング器の前記第１の複数のポートのうちの第１のポート及び第２のポートと光学的に接続され、
前記第１の送信器及び前記第２の送信器に入力された波長多重された光は、それぞれ前記第１の光折り返し器群及び前記第２の光折り返し器群を介して、前記第１の光変調器群及び前記第２の光変調器群を往復し、波長多重された光信号として前記第１の送信器及び前記第２の送信器から送信される、項目２に記載のネットワークシステム。
【００１３】
（項目４）
前記第１の光サーキュレータと前記第１の光変調器群との間に配置された第１の波長合分波器と、前記第２の光サーキュレータと前記第２の光変調器群との間に配置された第２の波長合分波器とを含む、複数の波長合分波器
をさらに備え、
前記第１の光変調器群及び前記第２の光変調器群の各光変調器は電界吸収型変調器であり、前記第１の光折り返し器群及び前記第２の光折り返し器群の各光折り返し器はループミラーである、項目３に記載のネットワークシステム。
【００１４】
（項目５）
前記第１の光サーキュレータと前記第１の光変調器群との間に配置された第１の波長合分波器と、前記第２の光サーキュレータと前記第２の光変調器群との間に配置された第２の波長合分波器とを含む、複数の波長合分波器
をさらに備え、
前記第１の光変調器群及び前記第２の光変調器群の光変調器と、前記第１の光折り返し器群及び前記第２の光折り返し器群の光折り返し器とが、マイケルソン干渉計型変調器を形成する、項目３に記載のネットワークシステム。
【００１５】
（項目６）
前記第１の光変調器群及び前記第２の光変調器群の各光変調器はリング変調器であり、前記第１の光折り返し器群及び前記第２の光折り返し器群の各光折り返し器はループミラーである、項目３に記載のネットワークシステム。
【００１６】
（項目７）
前記複数の光増幅器は第３の光増幅器及び第４の光増幅器を含み、前記第３の光増幅器の出力及び前記第４の光増幅器の出力は、それぞれ前記第１の受信器及び前記第２の受信器と光学的に接続され、
前記複数の光サーキュレータの各々は、第４のポートをさらに含み、前記第３のポートに入力された光を前記第４のポートから出力するようにさらに構成され、前記第１の光サーキュレータの前記第４のポート及び前記第２の光サーキュレータの前記第４のポートは、それぞれ前記第３の光増幅器の入力及び前記第４の光増幅器の入力に光学的に接続され、
前記複数の光サーキュレータは、第３の光サーキュレータ及び第４の光サーキュレータを含み、
前記第３の光サーキュレータの前記第１のポート及び前記第４の光サーキュレータの前記第１のポートは、それぞれ前記第１の多波長光源及び前記第２の多波長光源と光学的に接続され、前記第３の光サーキュレータの前記第２のポート及び前記第４の光サーキュレータの前記第２のポートは、それぞれ前記第１の送信器及び前記第２の送信器と光学的に接続され、前記第３の光サーキュレータの前記第３のポート及び前記第４の光サーキュレータの前記第３のポートは、それぞれ前記周回性波長ルーティング器の前記第２の複数のポートのうちの第１のポート及び第２のポートに光学的に接続され、前記第３の光サーキュレータの前記第４のポート及び前記第４の光サーキュレータの前記第４のポートは、それぞれ前記第１の光増幅器の入力及び前記第２の光増幅器の入力に光学的に接続される、項目３から６のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【００１７】
（項目８）
前記第１の光変調器群及び前記第２の光変調器群は、シリコン基板上の埋め込み酸化膜層上に形成されるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層内に形成される、項目３から７のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【００１８】
（項目９）
前記第１の受光器及び前記第２の受光器は、シリコン基板上の埋め込み酸化膜層上に形成されるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層内に形成される、項目１から８のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【００１９】
（項目１０）
前記複数の光増幅器の各々は光ファイバ増幅器である、項目１から９のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【００２０】
（項目１１）
前記周回性波長ルーティング器が周回性アレイ導波路回折格子である、項目２から８のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【００２１】
（項目１２）
前記複数の多波長光源の各々はコムレーザを含む、項目３から８のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【００２２】
（項目１３）
前記複数の多波長光源は、
コムレーザと、
前記コムレーザの出力に光学的に接続され、複数の出力を備えるスプリッタと
を含み、
該複数の出力のうちの第１の出力及び第２の出力は、それぞれ前記第１の送信器及び前記第２の送信器と光学的に接続される、項目３から８のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【００２３】
（項目１４）
前記スプリッタの前記第１の出力及び前記第２の出力と前記第１の送信器及び前記第２の送信器との間にそれぞれ配置された光増幅器
をさらに備える、項目１３に記載のネットワークシステム。
【００２４】
（項目１５）
前記第１の送信器及び前記第２の送信器は、それぞれ第１の駆動回路及び第２の駆動回路を含み、前記第１の光変調器群及び前記第２の光変調器群は、それぞれ前記第１の駆動回路及び前記第２の駆動回路とフリップチップ接続により電気的に接続されることを特徴とする、項目３から８、１２から１４のいずれか１項に記載のネットワークシステム。
【００２５】
本発明の実施形態に関して、以下に詳細に説明する。
本願発明者は、従来技術においては、エラーフリー（通常、誤り率が１０−１２以下）伝送を実現するために、受信回路の出力での信号対雑音電力比（ＳＮＲ）を２３ｄＢ以上とする必要があることを発見した。本願発明者はまた、従来技術において、主要な雑音源は、受信回路、特にトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）の熱雑音であること、及び、主にこの熱雑音の量によって、受光器に入力すべき最小の光振幅（最小受信感度）とＴＩＡの増幅率が規定されることを発見した。また、本願発明者は、上記の最小受信感度と伝送系の光損失から、光変調器の出力として必要な光振幅が規定されること、及び、この光振幅に必要な変調器駆動回路の電圧振幅が規定されることを発見した。さらに、本願発明者は、その光変調器の出力の光振幅と光変調器の消光比及び光損失から、光源の最小出力光電力が規定され、さらにこの出力光電力から光源への入力電力が規定されることを発見した。本願発明者は、これらの発見から、従来技術における伝送系全体の消費電力が、概ね上記の手順で規定された光源、変調器駆動回路及びＴＩＡに入力される電力の和であることを発見した。
【００２６】
上記の事項の検討から、本願発明者は、従来技術においては、光増幅器を用いていないために受光器に入力する光振幅が小さく、その結果、ＴＩＡの増幅率を大きくするためにＴＩＡの消費電力が大きくなっていたことを発見した。本願発明者はまた、光変調器の出力光振幅を大きくするためには、光源及び変調器駆動回路の消費電力を大きくする必要があることを発見した。
【００２７】
このような発見に基づいてなされた本発明の実施形態に関して、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
図１（Ａ）は、本発明の一実施形態によるネットワークシステム１０のブロック図を示す。ネットワークシステム１０は、ノード１１及び１２を含む複数のノードと、光増幅器４１及び４２を含む複数の光増幅器とを備える。光増幅器４１及び４２は、光ファイバ増幅器であってもよいし、他の光増幅器であってもよい。図１（Ａ）に示される各コンポーネントの数は一例にすぎない。ネットワークシステム１０は、さらに多くのノード、光増幅器、光導波路などを備えてもよい。
【００２８】
ノード１１は、波長多重された光信号５６を送信するように構成される送信器２１及び波長多重された光信号６６を受信するように構成される受信器３１を備える。ノード１２は、波長多重された光信号５７を送信するように構成される送信器２２及び波長多重された光信号６７を受信するように構成される受信器３２を備える。送信器２１は、光導波路５１を介して光増幅器４１の入力と光学的に接続される。送信器２２は、光導波路５２を介して光増幅器４２の入力と光学的に接続される。受信器３１は、光導波路６１を介して光増幅器４２の出力と光学的に接続される。受信器３２は、光導波路６２を介して光増幅器４１の出力と光学的に接続される。
【００２９】
図１（Ａ）において、送信器２１及び光増幅器４１は光導波路５１を介して直接接続されるように示されている。しかしながら、本実施形態のネットワークシステム１０はこのような構成に限定されない。例えば、波長合波器、波長分波器、波長合分波器、光カプラ、周回性波長ルーティング器、光サーキュレータなどを含む様々なコンポーネントが、送信器２１と光増幅器４１との間に配置されてもよい。同様に、様々なコンポーネントが、送信器２２と光増幅器４２との間に配置されてもよい。
【００３０】
図１（Ｂ）は、一実施形態における受信器３１の概略的な断面図を示す。受信器３１は、受光器３０１及び受信回路３１１を含む。受光器３０１及び受信回路３１１は、それぞれ基板３０２及び３１３内に形成されてもよい。受光器３０１は、例えばフォトダイオードであり、光信号をアナログ電気信号に変換するように構成される。受信回路３１１は、受光器３０１からアナログ電気信号を受け取り、これを増幅したり、デジタル信号に変換したりするなどの処理を行う。本実施形態において、受光器３０１と受信回路３１１とは、バンプ３１２を用いてフリップチップ接続により電気的に接続される。受信回路３１１はトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）を含まないように構成される。受信器３２もまた、受信器３１と同様に構成される。
【００３１】
本実施形態では、光増幅器４２を導入することにより、受光器３０１へ入力される光信号の振幅を大きくすることができる。このため、消費電力が大きいＴＩＡを受信回路３１１に配置する必要がなく、受信回路３１１の消費電力を低減することが可能となる。ＴＩＡを用いない場合、受信回路３１１の遮断周波数は受信回路３１１の抵抗値及び電気容量によって決まる。本実施形態では、上述のように受光器３０１と受信回路３１１とをフリップチップ接続することにより、電気容量を小さくすることができ、したがって、高速の信号を受信することができる。また、光増幅器４２を用いた場合の主な雑音源は信号光と自然放出光とのビート雑音であり、これはＴＩＡ等の電気増幅器の熱雑音に比べて小さい。したがって、より良好なＳＮＲを実現するシステムが得られる。さらに、本実施形態では、波長多重された光を光増幅器４２で一括して増幅することで、単位ビットレート当たりの光増幅器の消費電力を小さくすることができる。図１（Ｂ）には示されていないが、受信器３２及び光増幅器４１は、受信器３１及び光増幅器４２と同様の構成を備えるので、上述の特徴及び利点を有する。
【００３２】
図１（Ｃ）は、一実施形態における送信器２１の概略的な断面図を示す。送信器２１は、光変調器２０１及び駆動回路２１１を含む。光変調器２０１及び駆動回路２１１は、それぞれ基板２０２及び２１３内に形成されてもよい。光変調器２０１は、駆動回路２１１から供給される電気信号によって光を変調し、光信号を生成する。本実施形態において、光変調器２０１と駆動回路２１１とは、バンプ２１２を用いてフリップチップ接続により電気的に接続されてもよい。光変調器２０１と駆動回路２１１とをフリップチップ接続することにより、駆動回路２１１の電気容量を小さくすることができるため、高速の信号を用いた光変調が可能となる。
【００３３】
光変調器２０１は受光器３０１と同じ基板に形成されてもよい。例えば、光変調器２０２及び受光器３０１（並びに、他の送信器及び受信器内の他の光変調器及び受光器）は、シリコンフォトニクス技術を用いて、シリコン基板上の埋め込み酸化膜層上に形成されるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層内に形成されてもよい。また、駆動回路２１１及び受信回路３１１は、同一のＬＳＩに組み込まれるように構成されてもよい。
【００３４】
図２は、図１のネットワークシステム１０の例示的な構成を詳細に示すブロック図である。ネットワークシステム１０は、図１に示されるコンポーネントに加えて、多波長光源４０１及び４０２、分波器８１、８２、８３及び８４並びに合波器８５及び８６を備えてもよい。送信器２１及び２２は、それぞれ複数の光変調器２１−１乃至２１−Ｎ及び２２−１乃至２２−Ｎ、並びに複数の駆動回路（図示せず）を含んでもよい。受信器３１及び３２は、それぞれ複数の受光器３１−１乃至３１−Ｎ及び３２−１乃至３２−Ｎ、並びに複数の受信回路（図示せず）を含んでもよい。
【００３５】
多波長光源４０１は、複数（例えば、Ｎ個）の異なる波長の光を含む波長多重された光を出力するように構成される。例えば、多波長光源４０１は、複数のＤＦＢレーザを含んでもよい。また、多波長光源４０１は、複数の異なる波長の光を出力するコムレーザを含んでもよい。多波長光源４０１から出力された波長多重された光は、分波器８１によって波長ごとに分割される。各波長の光は、それぞれ、光変調器２１−１乃至２１−Ｎのうちの対応する光変調器によって変調されて、光信号として出力される。各波長の光信号は、合波器８５によって合波されて、波長多重された光信号５６として出力される。波長多重された光信号５６は、導波路５１を介して光増幅器４１へ入力され、光増幅器４１によって増幅され、波長多重された光信号６７として出力され、分波器８３へ入力される。波長多重された光信号６７は、分波器８３によって波長ごとに分割される。各波長の光信号は、それぞれ、受光器３２−１乃至３２−Ｎのうちの対応する受光器によって電気信号に変換される。多波長光源４０２、分波器８４、光変調器２２−１乃至２２−Ｎ、合波器８６、光増幅器４２、分波器８２及び受光器３１−１乃至３１−Ｎもまた同様に機能する。
【００３６】
図３（Ａ）は、本発明の一実施形態によるネットワークシステム３０のブロック図を示す。ネットワークシステム３０は、ノード１１、１２、１３及び１４を含む複数のノード、周回性波長ルーティング器１００並びに光増幅器４１、４２、４３及び４４を含む複数の光増幅器を備える。周回性波長ルーティング器１００は、周回性アレイ導波路回折格子であってもよい。ノード１１乃至１４は、それぞれ、送信器２１及び受信器３１、送信器２２及び受信器３２、送信器２３及び受信器３３並びに送信器２４及び受信器３４を含む。ノード１１乃至１４の各々は、図１及び図２に示されたコンポーネントを含む様々なコンポーネントを含んでもよい。ノードや光増幅器の数は４個に限定されず、様々な複数の数であってもよい。
【００３７】
周回性波長ルーティング器１００は、第１の複数のポート１２１、１２２、１２３及び１２４と、第２の複数のポート１３１、１３２、１３３及び１３４を含む。本実施形態において、第１の複数のポート１２１乃至１２４は入力ポートとして機能してもよく、第２の複数のポート１３１乃至１３４は出力ポートとして機能してもよい。周回性波長ルーティング器１００は、入力される光の波長と当該光が入力されるポートに依存して、当該光が異なるポートに出力されるように構成される。図３（Ｂ）は、周回性波長ルーティング器１００のルーティング特性の一例を示す表である。この例では、例えば、第１の複数のポートのうちのポート１２１に入力された波長λ１、λ２、λ３及びλ４の光は、それぞれ、第２の複数のポートのうちのポート１３２、１３３、１３４及び１３１に出力される。ポート１２２に入力された波長λ１、λ２、λ３及びλ４の光は、それぞれ、ポート１３３、１３４、１３１及び１３２に出力される。ポート１２３に入力された波長λ１、λ２、λ３及びλ４の光は、それぞれ、ポート１３４、１３１、１３２及び１３３に出力される。ポート１２４に入力された波長λ１、λ２、λ３及びλ４の光は、それぞれ、ポート１３１、１３２、１３３及び１３４に出力される。第１の複数のポートの数及び第２の複数のポートの数は４個に限定されず、２個以上の様々な数であってもよい。
【００３８】
送信器２１乃至２４は、それぞれ、光導波路５１乃至５４を介して、周回性波長ルーティング器１００のポート１２１乃至１２４と光学的に接続される。受信器３１乃至３４は、それぞれ、光導波路６１乃至６４を介して、光増幅器４１乃至４４の出力と光学的に接続される。光増幅器４１乃至４４の入力は、それぞれ、光導波路７１乃至７４を介して、周回性波長ルーティング器１００のポート１３１乃至１３４と光学的に接続される。これらのコンポーネントは、必ずしも、光導波路のみを介して直接接続される必要はない。例えば、波長合波器、波長分波器、波長合分波器、光カプラ、光減衰器、光サーキュレータなどを含む様々なコンポーネントが、送信器２１乃至２４とポート１２１乃至１２４との間、ポート１３１乃至１３４と光増幅器４１乃至４４との間などに配置されてもよい。また、多波長光源（図示せず）が送信器２１乃至２４と光学的に接続されてもよい。さらに、図２に示されるように、送信器２１乃至２４の各々は複数の変調器を含んでもよく、受信器３１乃至３４の各々は複数の受光器を含んでもよい。
【００３９】
動作時、送信器１１乃至１４は、波長多重された光信号を生成して送信する。波長多重された光信号の各々は、それぞれ、周回性波長ルーティング器１００の第１の複数のポートのうちのポート１２１乃至１２４に入力される。波長多重された光信号に含まれる光信号の各々は、その波長及びその光信号が入力された第１の複数のポートのうちのポートに基づいて、第２の複数のポート１３１乃至１３４のうちのいずれかに出力される。例えば、ポート１２１に入力される波長多重された光信号が波長λ１、λ２、λ３及びλ４の光信号を含む場合、波長λ１の光信号が第２の複数のポートのうちのポート１３２に出力され、波長λ２の光信号がポート１３３に出力され、波長λ３の光信号がポート１３４に出力され、波長λ４の光信号がポート１３１に出力されてもよい。このようにして、第２の複数のポートのうちのポート１３１乃至１３４の各々から、波長多重された光信号が出力される。ポート１３１乃至１３４から出力された波長多重された光信号は、それぞれ、光増幅器４１乃至４４によって増幅され、受信器３１から３４に入力されて、電気信号に変換される。
【００４０】
図３に示されるノード、送信器、受信器、光増幅器などのコンポーネントの数は一例にすぎない。本実施形態のネットワークシステム３０は、様々な数のこのようなコンポーネントを備えることができる。
【００４１】
図３の実施形態における受信器３１乃至３４の各々は、図１（Ｂ）に関連して説明されたような受光器及び受信回路を含む。送信器２１乃至２４の各々は、図１（Ｃ）に関連して説明されたような光変調器及び駆動回路を含んでもよい。受光器と受信回路とはフリップチップ接続により電気的に接続される。受信回路はＴＩＡを含まないように構成される。したがって、本実施形態のネットワークシステム３０によれば、光増幅器４１乃至４４を備える一方で、ＴＩＡを受信器３１乃至３４の受信回路に配置する必要がない。このため、ネットワークシステム３０は、図１（Ｂ）に関連して説明したものと同様の特徴及び利点を有する。
【００４２】
本実施形態のネットワークシステム３０はまた、上記の効果に加えて、図１のネットワークシステム１０に比べて光導波路及び光増幅器の数を少なくすることができるという利点を有する。すなわち、ネットワークシステム１０においては、Ｎ個のノードをフルメッシュ接続する場合、２Ｎ×（Ｎ−１）個の光導波路及びＮ×（Ｎ−１）個の光増幅器が必要になる。これに対して、ネットワークシステム３０は、３Ｎ個の光導波路及びＮ個の光増幅器を備えていればよい。したがって、本実施形態のネットワークシステムによれば、光コンポーネントの数を低減することができ、システムの小型化及び低コスト化を実現することができる。
【００４３】
図４は、本発明の一実施形態によるネットワークシステム４０のブロック図を示す。ネットワークシステム４０は、ノード１１、１２、１３及び１４を含む複数のノード、周回性波長ルーティング器１００、光増幅器４１、４２、４３及び４４を含む複数の光増幅器、多波長光源４０１、４０２、４０３及び４０４、光サーキュレータ４１１、４１２、４１３及び４１４を含む複数のサーキュレータを備える。ノード１１乃至１４は、それぞれ、送信器２１及び受信器３１、送信器２２及び受信器３２、送信器２３及び受信器３３並びに送信器２４及び受信器３４を含む。ノード１１乃至１４の各々は、図１及び図２に示されたコンポーネントを含む様々なコンポーネントを含んでもよい。受信器３１乃至３４の各々は、図１（Ｂ）に関連して説明されたような受光器及び受信回路を含む。送信器２１乃至２４の各々は、図１（Ｃ）に関連して説明されたような光変調器及び駆動回路を含んでもよい。受光器と受信回路とはフリップチップ接続により電気的に接続される。受信回路はＴＩＡを含まないように構成される。光サーキュレータ４１１乃至４１４の各々は、少なくとも３つのポートを含み、第１のポートに入力された光を第２のポートから出力し、第２のポートに入力された光を第３のポートから出力するように構成される。ネットワークシステム４０に含まれるノード、送信器、受信器、光増幅器などのコンポーネントの数は図示されたものに限定されず、２個以上の様々な数であってもよい。
【００４４】
光サーキュレータ４１１乃至４１４の第１のポートは、それぞれ、光導波路１４１乃至１４４を介して、多波長光源４０１乃至４０４と光学的に接続される。光サーキュレータ４１１乃至４１４の第２のポートは、それぞれ、光導波路１５１乃至１５４を介して、送信器２１乃至２４（又は、後述する光変調器群）と光学的に接続される。光サーキュレータ４１１乃至４１４の第３のポートは、それぞれ、光導波路１８１乃至１８４を介して、周回性波長ルーティング器１００の第１の複数のポートのうちのポート１２１乃至１２４と光学的に接続される。受信器３１乃至３４、光増幅器４１乃至４４及び周回性波長ルーティング器１００の第２の複数のポート１３１乃至１３４は、図３の実施形態と同様に接続されてもよい。
【００４５】
図５Ａ（ａ）は、図４の実施形態における送信器２１の構成及び送信器２１と光サーキュレータ４１１との間の接続関係を示すブロック図である。本実施形態において、送信器２１は、光変調器群４２１と、光変調器群４２１に光学的に接続された光折り返し器群４３１とを含む。光変調器群４２１は、例えば、図２に示される光変調器２１−１乃至２１−Ｎのような複数の光変調器を含んでもよい。光折り返し器群４３１は、当該複数の光変調器に対応する複数の光折り返し器を含んでもよい。図５Ａ（ｂ）は、光折り返し器群４３１に含まれ得る光折り返し器４３１−１乃至４３１−Ｎの各々の構成の例を示す。一例として、光折り返し器は、３ｄＢカプラ５０１及び光導波路１９１を含むループミラーであってもよい。光変調器群４２１は、光導波路１６１を介して、光折り返し器群４３１と光学的に接続される。光変調器群４２１はまた、光導波路１５１を介して、光サーキュレータ４１１の第２のポートと光学的に接続される。波長合分波器８７が、光変調器群４２１と光サーキュレータ４１１の第２のポートとの間に配置されてもよい。図示しないが、図４の実施形態における他の送信器２２、２３及び２４の各々も、それぞれ、光変調器群４２１及び光折り返し器群４３１と同様の光変調器群及び光折り返し器群を含んでもよく、波長合分波器８７と同様の波長合分波器を介して、それぞれ光サーキュレータ４１２、４１３及び４１４の第２のポートと接続されてもよい。
【００４６】
光変調器群４２１（及び、他の送信器内の他の光変調器群）は、シリコンフォトニクス技術を用いて、シリコン基板上の埋め込み酸化膜層上に形成されるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層内に形成されてもよい。
【００４７】
図示しないが、受信器３１乃至３４の各々は、複数の受光器を含む受光器群を備えてもよい。また、各受光器群の前に波長分波器が配置されてもよい。光増幅器４１乃至４４の出力は、それぞれ、受信器３１乃至３４の前に配置された波長分波器を介して、受信器３１乃至３４内の受光器群と光学的に接続される。
【００４８】
動作時、多波長光源４０１乃至４０４は、それぞれ、波長多重された光４４１乃至４４４を出力する。波長多重された光４４１乃至４４４は、それぞれ、光サーキュレータ４１１乃至４１４の第１のポートに入力され、光サーキュレータ４１１乃至４１４の第２のポートから出力され（例えば、図５における波長多重された光４５１）、それぞれの波長合分波器（例えば、図５における波長合分波器８７）に入力されて波長ごとに分割される。各波長の光は、各送信器内の光変調器群（例えば、図５の光変調器群４２１）のうちの対応する光変調器に入力され、変調された光信号（例えば、図５の光信号４６１）として出力される。これらの光信号は、各送信器内の光折り返し器群（例えば、図５の光折り返し器群４３１）によって折り返され（例えば、図５の光信号４７１）、各光変調器群内の対応する光変調器に再び入力されて変調され、各波長合分波器に入力される。これらの光信号は、各波長合分波器によって合波されて、波長多重された光信号５６乃至５９として出力される。波長多重された光信号５６乃至５９は、それぞれ、光サーキュレータ４１１乃至４１４の第２のポートに入力され、光サーキュレータ４１１乃至４１４の第３のポートから出力され、周回性波長ルーティング器１００の第１の複数のポートのうちのポート１２１乃至１２４に入力される。波長多重された光信号５６乃至５９に含まれる各光信号の波長及び当該光信号が入力されたポートに基づいて、当該光信号が第２の複数のポート１３１乃至１３４のうちのどのポートから出力されるかが決まる。このようにして、ポート１３１乃至１３４の各々から、波長多重された光信号６６乃至６９が出力される。ポート１３１乃至１３４から出力された波長多重された光信号６６乃至６９は、それぞれ、光増幅器４１乃至４４によって増幅され、受信器３１乃至３４に入力されて、電気信号に変換される。
【００４９】
図５Ｂ（ａ）乃至（ｃ）は、図４の実施形態における送信器２１の構成の例を示すブロック図である。図５Ｂ（ａ）に示すように、一実施形態において、光変調器群４２１に含まれる光変調器４２１−１乃至４２１−Ｎの各々は、電界吸収型変調器（ＥＡＭ）であってもよい。この場合、第１の光折り返し器群４３１に含まれる光折り返し器４３１−１乃至４３１−Ｎの各々は、ループミラー（ＬＭ）であってもよい。各ＥＡＭと各ＬＭとの対は異なる波長に対応する。例えば、ＥＡＭ４２１−１及びＬＭ４３１−１の組み合わせは、波長λ１の光を変調するために用いられてもよい。ＥＡＭ４２１−Ｎ及びＬＭ４３１−Ｎの組み合わせは、波長λＮの光を変調するために用いられてもよい。
【００５０】
図５Ｂ（ｂ）に示すように、別の実施形態では、光変調器群４２１に含まれる光変調器と、光折り返し器群４３１に含まれる光折り返し器とが、マイケルソン干渉計型変調器を形成してもよい。この例において、送信器２１は、複数の３ｄＢカプラ５１１−１乃至５１１−Ｎを含んでもよい。光変調器群４２１は、複数の位相変調器（ＰＳ）の対（例えば、ＰＳ４２１−１ａとＰＳ４２１−１ｂの対、ＰＳ４２１−ＮａとＰＳ４２１−Ｎｂの対など）を含んでもよい。光折り返し器群４３１は、複数のＬＭの対（例えば、ＬＭ４３１−１ａとＬＭ４３１−１ｂの対、ＬＭ４３１−ＮａとＬＭ４３１−Ｎｂの対など）を含んでもよい。３ｄＢカプラ、ＰＳの対及びＬＭの対の組み合わせは、異なる波長に対応する。例えば、３ｄＢカプラ５１１−１、ＰＳ４２１−１ａ及びＰＳ４２１−１ｂの対及びＬＭ４３１−１ａ及びＬＭ４３１−１ｂの対の組み合わせは、波長λ１の光を変調するために用いられてもよい。３ｄＢカプラ５１１−Ｎ、ＰＳ４２１−Ｎａ及びＰＳ４２１−Ｎｂの対及びＬＭ４３１−Ｎａ及びＬＭ４３１−Ｎｂの対の組み合わせは、波長λＮの光を変調するために用いられてもよい。
【００５１】
図５Ｂ（ｃ）に示すように、さらに別の実施形態では、光変調器群４２１に含まれる光変調器４２１−１乃至４２１−Ｎの各々はリング変調器であってもよい。この例では、光変調器４２１−１乃至４２１−Ｎは直列に接続される。光折り返し器４３１−１乃至４３１−Ｎの各々はＬＭであってもよい。各リング変調器は異なる波長に対応する。例えば、リング変調器４２１−１は、波長λ１の光を変調するために用いられてもよい。リング変調器４２１−Ｎは、波長λＮの光を変調するために用いられてもよい。図５Ｂ（ｃ）の例では、波長合分波器８７は不要であり、送信器２１は光サーキュレータ４１１に直接接続されてもよい。
【００５２】
本実施形態のネットワークシステム４０は、他の実施形態のネットワークシステム１０及び３０と同様の効果を有する。さらに、本実施形態のネットワークシステム４０は、ネットワークシステム１０及び３０と比較して、各送信器に接続される光導波路の数及び各送信器において用いられる波長合分波器の数を少なくすることができる。したがって、送信器の小型化及び低コスト化を実現することができる。すなわち、ネットワークシステム１０及び３０の場合、光源と送信器との間に配置される波長分波器及び光導波路が必要になる。これに対して、ネットワークシステム４０の場合、波長合分波器（例えば、図５の波長合分波器８７）が、波長合波器の機能に加えて波長分波器の機能をも備えるので、上記のような波長分波器及び光導波路が必要とされない。さらに、ネットワークシステム４０では、各波長の光は、対応する光変調器を往復する間に変調される。したがって、本実施形態のネットワークシステムは、光が光変調器を一方向のみに通過する間に当該光が変調される方式と比較して、半分の長さの光変調器を用いるか又は光変調器に印加する電圧の大きさを半分にすることによって、同等の変調度を得ることができる。このため、光変調器の小型化、低消費電力化及び高速化を実現することができる。
【００５３】
図６は、本発明の一実施形態によるネットワークシステム６０のブロック図を示す。ネットワークシステム６０は、図４に示したネットワークシステム４０と比較して、多波長光源の構成が異なる。図６の実施形態において、多波長光源は、コムレーザ４０５と、コムレーザ４０５の出力に光学的に接続され、複数の出力を備えるスプリッタ４０６とを含む。スプリッタ４０６の複数の出力の各々は、送信器２１乃至２４（又は、送信器２１乃至２４内の光変調器群）の各々と光学的に接続される。一例として、図６に示すように、スプリッタ４０６の複数の出力の各々と光サーキュレータ４１１乃至４１４の各々との間に、光増幅器９１から９４が配置されてもよい。
【００５４】
本実施形態によれば、複数の多波長光源を１つのコムレーザ及び１つのスプリッタで置き換えることができるので、システムの小型化や低コスト化を実現することができる。
ネットワークシステム６０の多波長光源以外の構成は、図４に示されるネットワークシステム４０の構成と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００５５】
図７は、本発明の一実施形態によるネットワークシステム７０のブロック図を示す。ネットワークシステム７０は、ノード１１、１２、１３及び１４を含む複数のノードと、周回性波長ルーティング器１００と、光増幅器４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７及び４８を含む複数の光増幅器と、多波長光源４０１、４０２、４０３及び４０４と、光サーキュレータ５１１、５１２、５１３、５１４、５１５、５１６、５１７及び５１８を含む複数のサーキュレータとを備える。ノード１１乃至１４は、それぞれ、送信器２１及び受信器３１、送信器２２及び受信器３２、送信器２３及び受信器３３並びに送信器２４及び受信器３４を含む。受信器３１乃至３４の各々は、図１（Ｂ）に関連して説明されたような受光器及び受信回路を含む。送信器２１乃至２４の各々は、図１（Ｃ）に関連して説明されたような光変調器及び駆動回路を含んでもよい。受光器と受信回路とはフリップチップ接続により電気的に接続される。受信回路はＴＩＡを含まないように構成される。ノード１１乃至１４の各々は、図１及び図２に示されたコンポーネントを含む様々なコンポーネントを含んでもよい。光サーキュレータ５１１乃至５１８の各々は、少なくとも４つのポートを含み、第１のポートに入力された光を第２のポートから出力し、第２のポートに入力された光を第３のポートから出力し、第３のポートに入力された光を第４のポートから出力するように構成される。ネットワークシステム７０に含まれるノード、送信器、受信器、光増幅器、光サーキュレータなどのコンポーネントの数は図示された例に限定されず、様々な数となり得る。
【００５６】
光サーキュレータ５１１及び５１５の第１のポート、光サーキュレータ５１２及び５１６の第１のポート、光サーキュレータ５１３及び５１７の第１のポート、並びに光サーキュレータ５１４及び５１８の第１のポートは、それぞれ、多波長光源４０１、４０２、４０３及び４０４と光学的に接続される。光サーキュレータ５１１及び５１５の第２のポート、光サーキュレータ５１２及び５１６の第２のポート、光サーキュレータ５１３及び５１７の第２のポート、並びに光サーキュレータ５１４及び５１８の第２のポートは、それぞれ、送信器２１、２２、２３及び２４と光学的に接続される。図示しないが、一例として、送信器２１乃至２４は、それぞれ、２つの光変調器群及び２つの光折り返し器群を含んでもよい。また、各送信器内の２つの光変調器群の前に、対応する２つの波長合分波器が配置されてもよい。この場合、光サーキュレータ５１１の第２のポートは、送信器２１のための２つの波長合分波器のうちの第１の波長合分波器を介して、送信器２１内の第１の光変調器群と光学的に接続される。また、光サーキュレータ５１５の第２のポートは、送信器２１のための２つの波長合分波器のうちの第２の波長合分波器を介して、送信器２１内の第２の光変調器群と光学的に接続される。光サーキュレータ５１２及び５１６、光サーキュレータ５１３及び５１７並びに光サーキュレータ５１４及び５１８もまた、それぞれ、対応する２つの波長合分波器、２つの光変調器群及び２つの光折り返し器群と同様に接続される。光サーキュレータ５１１、５１２、５１３及び５１４の第３のポートは、それぞれ、周回性波長ルーティング器１００の第１の複数のポートのうちのポート１２１、１２２、１２３及び１２４と光学的に接続される。光サーキュレータ５１５、５１６、５１７及び５１８の第３のポートは、それぞれ、周回性波長ルーティング器１００の第２の複数のポートのうちのポート１３１、１３２、１３３及び１３４と光学的に接続される。光サーキュレータ５１１、５１２、５１３及び５１４の第４のポートは、それぞれ、光増幅器４５、４６、４７及び４８の入力と光学的に接続される。光サーキュレータ５１５、５１６、５１７及び５１８の第４のポートは、それぞれ、光増幅器４１、４２、４３及び４４の入力と光学的に接続される。光増幅器４１及び４５の出力、光増幅器４２及び４６の出力、光増幅器４３及び４７の出力並びに光増幅器４４及び４８の出力は、それぞれ、受信器３１、３２、３３及び３４と光学的に接続される。図示しないが、一例として、受信器３１乃至３４は、それぞれ、２つの受光器群を含んでもよい。２つの受光器群の前に、対応する２つの波長分波器が配置されてもよい。この場合、光増幅器４１の出力及び光増幅器４５の出力は、それぞれ、受信器３１のための２つの波長分波器のうちの第１の波長分波器及び第２の波長分波器を介して、受信器３１内の第１の受光器群及び第２の受光器群と光学的に接続される。光増幅器４２及び４６の出力、光増幅器４３及び４７の出力並びに光増幅器４４及び４８の出力は、それぞれ、対応する２つの波長分波器及び２つの受光器群と、同様に接続される。
【００５７】
動作時、多波長光源４０１乃至４０４から出力された波長多重された光は、それぞれ、光サーキュレータ５１１及び５１５の第１のポート、光サーキュレータ５１２及び５１６の第１のポート、光サーキュレータ５１３及び５１７の第１のポート並びに光サーキュレータ５１４及び５１８の第１のポートに入力され、光サーキュレータ５１１及び５１５の第２のポート、光サーキュレータ５１２及び５１６の第２のポート、光サーキュレータ５１３及び５１７の第２のポート並びに光サーキュレータ５１４及び５１８の第２のポートから出力される。光サーキュレータ５１１、５１２、５１３及び５１４の第２のポートから出力された波長多重された光は、それぞれ、送信器２１、２２、２３及び２４の各々のための２つの波長合分波器のうちの第１の波長合波器に入力され、波長ごとに分割される。各波長の光は、各送信器内で、光折り返し器を介して、２つの光変調器群のうちの第１の光変調器群内の対応する光変調器を往復し、光信号として出力され、第１の波長合分波器によって合波される。他方、光サーキュレータ５１５、５１６、５１７及び５１８の第２のポートから出力された波長多重された光は、それぞれ、送信器２１、２２、２３及び２４の各々のための２つの波長合分波器のうちの第２の波長合分波器に入力され、波長ごとに分割される。各波長の光は、各送信器内で、光折り返し器を介して、２つの光変調器群のうちの第２の光変調器群内の対応する光変調器を往復し、光信号として出力され、第２の波長合分波器によって合波される。送信器２１乃至２４の各々の第１の波長合分波器から出力された波長多重された光信号は、それぞれ、光サーキュレータ５１１、５１２、５１３及び５１４の第２のポートに入力され、それらの第３のポートから出力され、周回性波長ルーティング器１００の第１の複数のポートのうちのポート１２１、１２２、１２３及び１２４に入力される。他方、送信器２１乃至２４内の各々の第２の波長合分波器から出力された波長多重された光信号は、それぞれ、光サーキュレータ５１５、５１６、５１７及び５１８の第２のポートに入力され、それらの第３のポートから出力され、周回性波長ルーティング器１００の第２の複数のポートのうちのポート１３１、１３２、１３３及び１３４に入力される。
【００５８】
図７（Ｂ）は、周回性波長ルーティング器１００のルーティング特性の一例を示す表である。本実施形態では、ポート１２１乃至１２４及び１３１乃至１３４のいずれもが、周回性波長ルーティング器１００の入力ポート及び出力ポートの両方として機能することができる。例えば、ポート１２１に入力された波長λ１、λ２、λ３及びλ４の光信号は、それぞれ、ポート１３２、１３３、１３４及び１３１に出力される。また、ポート１３１に入力された波長λ１、λ２、λ３及びλ４の光信号は、それぞれ、ポート１２４、１２３、１２２及び１２１に出力される。このように、本実施形態のネットワークシステム７０は、周回性波長ルーティング器１００及びそれに接続される光導波路を双方向通信に用いることができる。周回性波長ルーティング器１００を通って第１の複数のポートのうちのポート１２１乃至１２４から出力された波長多重された光信号は、それぞれ、光サーキュレータ５１１乃至５１４の第３のポートに入力され、それらの第４のポートから出力され、光増幅器４５乃至４８に入力される。光増幅器４５乃至４８から出力された波長多重された光信号は、それぞれ、受信器３１乃至３４の各々のための２つの波長分波器のうちの第２の波長分波器に入力され、波長ごとに分割される。各波長の光は、各受信器内の２つの受光器群のうちの第２の受光器群内の対応する受光器に入力され、電気信号に変換される。他方、周回性波長ルーティング器１００を通って第２の複数のポートのうちのポート１３１乃至１３４から出力された波長多重された光信号は、それぞれ、光サーキュレータ５１５乃至５１８の第３のポートに入力され、それらの第４のポートから出力され、光増幅器４１乃至４４に入力される。光増幅器４１乃至４４から出力された波長多重された光信号は、それぞれ、受信器３１乃至３４の各々のための２つの波長分波器のうちの第１の波長分波器に入力され、波長ごとに分割される。各波長の光は、各受信器内の２つの受光器群のうちの第１の受光器群内の対応する受光器に入力され、電気信号に変換される。
【００５９】
本実施形態のネットワークシステム７０によれば、周回性波長ルーティング器１００及びそれに接続される光導波路（例えば、周回性波長ルーティング器１００のポート１２１と光サーキュレータ５１１の第３のポートとの間の光導波路、周回性波長ルーティング器１００のポート１３１と光サーキュレータ５１６の第３のポートとの間の光導波路など）を双方向通信に用いることができる。このため、図４及び６に示すネットワークシステム４０及び６０と比較して、同数の波長及び同数の周回性波長ルーティング器を用いてノード間の帯域幅を２倍にすることができる。したがって、ネットワークシステムの広帯域化、小型化及び低コスト化を実現することができる。
【００６０】
本発明は特定の実施形態に関して記載されたが、本明細書に記載された実施形態は、本発明を限定的に解釈することを意図したものではなく、本発明の実施形態を例示的に説明することを意図したものである。本発明の範囲から逸脱することなく他の代替的な実施形態を実施することが可能であることは当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００６１】
１０、３０、４０、６０、７０…ネットワークシステム、１１、１２、１３、１４…ノード、２１、２２、２３、２４…送信器、３１、３２、３３、３４…受信器、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、９１、９２、９３、９４…光増幅器、５１、５２、５３、５４、６１、６２、６３、６４、７１、７２、７３、７４、１４１、１４２、１４３、１４４、１５１、１５２、１５３、１５４、１６１、１８１、１８２、１８３、１８４、１９１…光導波路、５６、５７、５８、５９、６６、６７、６８、６９、４６１、４７１…光信号、８１、８２、８３、８４…分波器、８５、８６…合波器、８７…合分波器、１００…周回性波長ルーティング器、１２１、１２２、１２３、１２４、１３１、１３２、１３３、１３４…ポート、２０１…光変調器、２０２、２１３、３０２、３１３…基板、２１１…駆動回路、２１２、３１２…バンプ、３０１…受光器、３１１…受信回路、４０１、４０２、４０３、４０４…多波長光源、４０５…コムレーザ、４０６…スプリッタ、４１１、４１２、４１３、４１４、５１１、５１２、５１３、５１４、５１５、５１６、５１７、５１８…光サーキュレータ、４２１…光変調器群、４２１−１、４２１−Ｎ、４２１−１ａ、４２１−１ｂ、４２１−Ｎａ、４２１−Ｎｂ…光変調器、４３１…光折り返し器群、４３１−１、４３１−Ｎ、４３１−１ａ、４３１−１ｂ、４３１−Ｎａ、４３１−Ｎｂ…光折り返し器、４４１、４４２、４４３、４４４、４５１…光、５０１，５１１−１、５１１−Ｎ…３ｄＢカプラ
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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