(57)【要約】【課題】ネットワークトラフィックが急激に増加し、波長分割多重技術、各光デバイスの技術的な進展が見込まれており、近い将来には１本の光ファイバ伝送路の中の波長分割多重光に含まれる波長数は最大で２００を越えることが予測さる。要素光スイッチの数を抑え、スイッチ規模をさらに縮小させることのできる光可変フィルタの新しい構成が望まれている。さらに、１つの通信チャネルの帯域幅を狭くして多重化するチャネルの数が増えるシステムにおいて、クロストークの問題の解決が望まれていた。【解決手段】本発明では、周回性ＡＷＧの入力ポートによる選択機能を利用し、さらにコンパクト、低コストで高信頼性のデバイスを利用して光可変フィルタを構成する。周回性ＡＷＧのＦＳＲを適切に設定し、入力出力ポートの選択を行い、分波する波長数の条件を決定して、光スイッチの規模を低減する。さらに、クロストークとして作用し非所望波となる信号光を、非対称ＭＺＩを含む光スイッチのフィルタ特性によって除去する。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、
前記波長分割多重光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する第１の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第１の光スイッチと、
前記第１の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第２の光スイッチと、
前記第１の周回性波長合分波器の前記選択された出力ポートからの分波出力光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有し、前記第１の周回性波長合分波器とは異なる周回性を持つ第２の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第３の光スイッチと、
前記第２の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第４の光スイッチと
を備え、
前記第１の光スイッチ、前記第２の光スイッチ、前記第３の光スイッチおよび前記第４の光スイッチの内の少なくとも１つの光スイッチにおいて、前記所定の波長の光信号を透過させる単一のスイッチ要素素子または複数のスイッチ要素素子が、前記所定の波長の光信号を透過させかつ前記波長分割多重光に含まれる他の波長の光信号を減衰させるフィルタ特性を有することを特徴とする光可変フィルタ。
【請求項２】
前記１つ以上のスイッチ要素素子は、アーム導波路間の光路長差が１波長以上の光路長差を持つ非対称マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）で構成され、
前記フィルタ特性は、前記第１の周回性波長合分波器の第１の周期および前記第２の周回性波長合分波器の第２の周期に関連付けられた周期を有する１種類以上の非対称ＭＺＩで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光可変フィルタ。
【請求項３】
前記１つ以上のスイッチ要素素子は、アーム導波路間の光路長差が１波長以上の光路長差を持つ非対称マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）で構成され、
前記フィルタ特性は、前記第１の周回性波長合分波器の第１の周期および前記第２の周回性波長合分波器の第２の周期に関連付けられた異なる周期を有する複数の種類の非対称ＭＺＩの組み合わせによって構成されることを特徴とする請求項１に記載の光可変フィルタ。
【請求項４】
前記波長分割多重光の１つの光信号に対応するチャネルの帯域幅をΔｆとし、ＭおよびＮは相異なる自然数とするとき、前記第１の周回性波長合分波器の第１の周期はＭ×Δｆであり、前記第２の周回性波長合分波器の第２の周期はＮ×Δｆであって、
前記Ｍおよび前記Ｎは、共通因数ｋを持ち、
前記非対称ＭＺＩの前記周期は、ｋおよびＭ×Ｎ×Δｆに関連付けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の光可変フィルタ。
【請求項５】
前記波長分割多重光の１つの光信号に対応するチャネルの帯域幅をΔｆとし、ＭおよびＮは相異なる自然数とするとき、前記第１の周回性波長合分波器の第１の周期はＭ×Δｆであり、前記第２の周回性波長合分波器の第２の周期はＮ×Δｆであって、
前記Ｍおよび前記Ｎは、互いに素の関係にあることを特徴とする請求項２または３に記載の光可変フィルタ。
【請求項６】
前記第１の光スイッチ、前記第２の光スイッチ、前記第３の光スイッチおよび前記第４の光スイッチの内の前記少なくとも１つの光スイッチにおいて、
ツリー型に構成された複数のスイッチ要素素子の中の最終段のスイッチ要素素子、
ツリー型に構成された複数のスイッチ要素素子の中の最終段を除く前記ツリーの同一階層の段にある複数のスイッチ要素素子、または、
格子型に構成された複数のスイッチ要素素子の中の最終段のスイッチ要素素子
が、非対称ＭＺＩであることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の光可変フィルタ。
【請求項７】
前記第１の周回性波長合分波器は、Ｍ入力Ｍ出力を持ち、Ｍチャネルに対応するＦＳＲを持つように構成されたアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）であって、前記Ｍ入力の内のｍ個の入力ポートのいずれかが前記第１の光スイッチによって選択され、前記Ｍ出力の内のｍ´個の出力ポートのいずれかが前記第２の光スイッチによって選択され、
前記第２の周回性波長合分波器はＮ入力Ｎ出力を持ち、Ｎチャネルに対応するＦＳＲを持つように構成されたＡＷＧであって、前記Ｎ入力の内のｎ個の入力ポートのいずれかが前記第３の光スイッチによって選択され、前記Ｎ出力の内のｎ´個の出力ポートのいずれかが前記第４の光スイッチによって選択され、
ｍ、ｍ´、ｎおよびｎ´は、
Ｍ≦ｍ×ｍ´および
Ｎ≦ｎ×ｎ´の関係をさらに満たすよう選択されること
を特徴とする請求項４に記載の光可変フィルタ。
【請求項８】
前記２段目の光スイッチおよび前記３段目の光スイッチは、１つ以上の入力の中から１つを選択し、１つ以上の出力の中の１つに出力する一体の光スイッチとして構成されることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の光可変フィルタ。
【請求項９】
請求項１乃至８いずれかに記載の第１の光可変フィルタおよび第２の光可変フィルタを含み、前記２つの光可変フィルタの各々の第２の周回性波長合分波器は単一のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を共用して構成されることを特徴とする光可変フィルタ。
【請求項１０】
前記第１の光スイッチ、前記第１の周回性波長合分波器および前記第２の光スイッチからなる第１の光可変フィルタ機能部、および
前記第３の光スイッチ、前記第２の周回性波長合分波器および前記第４の光スイッチからなる第２の光可変フィルタ機能部に加え、
入力ポート選択のための光スイッチ、周回性波長合分波器および出力ポート選択のための光スイッチからなる別の光可変フィルタ機能部を１つ以上さらに備え、
前記第１の光スイッチ、前記第２の光スイッチ、前記第３の光スイッチおよび前記第４の光スイッチ、並びに、前記別の光可変フィルタ機能部に含まれる光スイッチの内の少なくとも１つの光スイッチにおいて、前記選択された１つの波長分割多重光に含まれるすべての光信号を透過させる単一のスイッチ要素素子または複数のスイッチ要素素子が、前記フィルタ特性を有することを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の光可変フィルタ。
【請求項１１】
波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、
前記波長分割多重光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する第１の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第１の光スイッチと、
前記第１の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第２の光スイッチと
を含む第１の光可変フィルタ機能部と、
前記第１の周回性波長合分波器の前記選択された出力ポートからの分波出力光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有し、前記第１の周回性波長合分波器とは異なる周回性を持つ第２の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第３の光スイッチと、
前記第２の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第４の光スイッチと
を含む第２の光可変フィルタ機能部と、
入力ポート選択のための光スイッチ、周回性波長合分波器および出力ポート選択のための光スイッチからなり、前記第１の光可変フィルタ機能部または前記第２の光可変フィルタ機能部に直列に接続された１つ以上の別の光可変フィルタ機能部と
を備え、
前記第１の光スイッチ、前記第２の光スイッチ、前記第３の光スイッチ、前記第４の光スイッチ、および、前記別の光可変フィルタ機能部に含まれる前記光スイッチの内の少なくとも１つの光スイッチにおいて、前記所定の波長の光信号を透過させる単一のスイッチ要素素子または複数のスイッチ要素素子が、前記所定の波長の光信号を透過させかつ前記波長分割多重光に含まれる他の波長の光信号を減衰させるフィルタ特性を有することを特徴とする光可変フィルタ。
【請求項１２】
波長分割多重光から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、
前記波長分割多重光が入力される１つの入力ポートおよび複数の出力ポートを有する第１の周回性波長合分波器と、
前記第１の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第１の光スイッチと、
前記第１の周回性波長合分波器の前記選択された出力ポートからの分波出力光が入力される１つの入力ポートおよび複数の出力ポートを有し、前記第１の周回性波長合分波器とは異なる周回性を持つ第２の周回性波長合分波器と、
前記第２の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第２の光スイッチと
を備え、
前記第１の光スイッチおよび前記第２の光スイッチの光スイッチの内の少なくとも１つの光スイッチにおいて、前記所定の波長の光信号を透過させる単一のスイッチ要素素子または複数のスイッチ要素素子が、前記所定の波長の光信号を透過させかつ前記波長分割多重光に含まれる他の波長の光信号を減衰させるフィルタ特性を有することを特徴とする光可変フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、光通信で用いられる光回路に関する。より詳細には、波長分割多重光信号から特定の波長の光信号を取り出しまたは加えるための光信号終端装置に使用される光可変フィルタに関する。
【０００２】
光ファイバを伝送媒体とする光通信技術は、信号の伝送距離の長延化をもたらし、大規模な光通信網が構築されてきた。近年では、インターネット通信が広く普及するのに伴って、通信トラフィックが急速に増大しており、通信網に対する大容量化、高速化、高機能化および低消費電力化の要求が高まっている。これまでに、波長の異なる複数の光信号を１本の光ファイバ伝送路で同時に伝送する波長多重通信技術の導入によって、２地点間の伝送容量を増大することが可能となった。しかし、通信網においては、複数の伝送路が集まるノードにおいて、信号の経路（パス）を設定（ルーティング）したり、切替（スイッチング）したりする必要がある。近年の急激な伝送容量の増大に伴って、経路設定や切替などの信号処理がボトルネックになってきている。
【０００３】
これまでは、伝送されてきた光信号を一旦電気信号に変換した後に経路設定や経路切替を行ない、再び電気信号を光信号に変換して伝送路に送出する方式が用いられてきた。しかし、今後は光信号を電気信号に変換することなく、光信号のままで信号経路の設定や切替処理を行なう方式を用いる、いわゆるフォトニックネットワークが実現されることになる。フォトニックネットワークを使用することによって、ノードのスループットを飛躍的に拡大するとともに、ノード装置の消費電力を大幅に削減することも期待されている。
【０００４】
フォトニックネットワークを用いた光ノードシステムとしては、複数のノードをリング状またはバス状に接続した再構成可能光アドドロップ多重（ＲＯＡＤＭ：Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexing）システム、および、複数のノードをメッシュ状に接続した光クロスコネクト（ＯＸＣ：Optical Cross-Connect）システムが知られている。ＲＯＡＤＭシステムの各ノードには、１本の入力側光ファイバ伝送路と、１本の出力側光ファイバ伝送路とが接続され、入力側光ファイバ伝送路から入力される波長分割多重光信号に対して、波長ごとに接続を切り替える光スイッチが装備されている。この構成によって、波長分割多重光信号のうち任意の波長の光信号について、スルー状態とアド／ドロップ状態とを切り替えることが可能となる。
【０００５】
スルー状態とは、入力側光ファイバ伝送路から入力された光信号が、出力側光ファイバ伝送路へ出力される状態のことである。また、アド／ドロップ状態とは、入力側光ファイバ伝送路側から入力された光信号がノードに接続された端局装置に出力される「ドロップ状態」、または、端局装置から入力された光信号が出力側光ファイバ伝送路に出力される「アド状態」のことである。
【０００６】
一方、ＯＸＣシステムでは、各ノードに複数の入力側光ファイバ伝送路と、複数の出力側光ファイバ伝送路とが接続され、入力側光ファイバ伝送路から入力される波長分割多重光信号に対して、波長ごとに接続経路（方路）を切り替える光スイッチが備えられている。この構成によって、任意の入力側光ファイバ伝送路から入力された波長分割多重光信号のうち任意の波長の光信号を、任意の出力側光ファイバ伝送路へ出力することができる。最近では、柔軟性の高いネットワークを構築するために、ＯＸＣノードにおいても端局装置を接続し、入出力光ファイバ伝送路間での接続経路の切替に加えて、端局装置へのアド／ドロップも可能なシステムが必要とされてきている。
【０００７】
図１は、フォトニックネットワークにおけるＯＸＣシステムの構成を概念的に示した図である。図１に示した構成は、当初のＯＸＣシステムにさらにアドシステム／ドロップシステムを追加したものである。視点を変えれば、図１のＯＸＣシステムは、ＲＯＡＤＭシステムの方路数を１本から複数（Ｋ本）にした構成を持つものと見ることもできる。本発明は、複数の入力伝送路ファイバおよび複数の出力伝送路ファイバを備え、かつ、光信号を伝送路光ファイバからアド／ドロップすることのできるノードで使用される光部品（装置）に関連するものである。以下では、便宜的にＯＸＣシステムに基づいて説明をするが、ＲＯＡＤＭシステムにも適用できることは言うまでも無い。尚、フォトニックネットワークにおいて、複数の伝送路が集まり、さらに光レイヤと電気レイヤとの交換および通信信号の処理を行うノードを、フォトニックノードと呼ぶ。
【０００８】
図１に示したＯＸＣシステムは、基本要素として、Ｊ個の波長分割多重光信号１−１〜１−Ｊがそれぞれ入力されるＫ本の入力側光ファイバ伝送路２−１〜２−Ｋと、光クロスコネクト部３と、Ｊ個の波長分割多重光信号５−１〜５−Ｊがそれぞれ出力されるＫ本の出力側光ファイバ伝送路４−１〜４−Ｋとを備える。さらに、アド／ドロップ機能を実現するために、ドロップシステム６−１およびアドシステム６−２が追加されている。図１において、入力側および出力側の光ファイバの数Ｋと、波長分割多重光信号の数Ｊとが、同じ場合であっても良い。
【０００９】
波長分割多重光信号は、異なる波長の複数の光信号を多重化した光信号である。複数の波長の光信号を多重化して１つの波長群を構成し、さらに複数の異なる波長群を多重化して波長分割多重光信号を構成することもできる。また、１つの波長群に含まれる波長は、波長の値が、その長さの順に連続的に配置された複数の波長から構成することができる。例えば、波長（番号）が、λ１、λ２、・・λ８のように、連続して並んでいる８つの波長で１波長群を構成できる。また、波長の長さ順に連続ではなくて、飛び飛びに不連続に配置された複数の波長から構成することもできる。例えば、波長（番号）が、λ１、λ５、λ９・・λ２９のように、所定の間隔を置いて不連続（離散的に）に並んだ８つの波長で１波長群を構成することもできる。１つの波長群を構成する波長の数も、上述の所定の間隔なども様々な場合が可能である。
【００１０】
ドロップシステム６−１によってドロップされた光信号は、複数の受信器（伝送路Ｒｘとも呼ぶ）８に接続されて終端信号処理が行われ、電気レイヤの別のネットワーク７（例えば、電気ルータ）などへ供給される電気信号１０が出力される。また、電気レイヤの別のネットワーク７から供給される電気信号１１が、複数の送信器（伝送路Ｔｘとも呼ぶ）９に接続され、アドシステム６−２を経由して光信号がアドされる。上述の終端信号処理とは、光信号および電気信号の間の変換、レベル調整、変換後の電気信号における誤り検出・訂正、適切な信号フォーマットの変換等の信号処理を含む。ドロップシステム６−１およびアドシステム６−２ならびに受信器８および送信器９は、合わせて光信号終端装置とも呼ばれる。また、受信器８および送信器９は、端局装置とも呼ばれる。
【００１１】
一般に、図１に示したようなＯＸＣシステムでは、理想的なアド／ドロップシステムとして、カラーレス（Colorless、波長無依存）、ディレクションレス（Directionless、方路無依存）、およびコンテンションレス（Contentionless）の３つの特性が求められている。カラーレスとは、任意の波長の光信号を任意のドロップポートから受信器へ出力することができ、任意の波長の光信号を、アドシステムを介して送信器からアドポートを経て出力側光ファイバ伝送路へ入力することができる構成のことである。また、ディレクションレスとは、任意の入力側光ファイバ伝送路から入力された光信号を、任意のドロップポート（受信器）から出力することができ、アドシステムへ入力された任意の光信号を任意の出力側光ファイバ伝送路から出力することができる構成のことである。
【００１２】
さらに、当然のことではあるが、同一波長を有する異なる２つ以上の光信号が、同時に、光ファイバ伝送路の同一の光経路に存在すれば、光信号同士の衝突が起きて混信が生じてしまう。その光経路は使用不能（ブロッキング状態）となってしまう。このような衝突は、アド／ドロップ動作に関わる光経路の接続設定においても生じる可能性がある。アド／ドロップ動作に関わる光経路の接続設定は、ブロッキングを生じさせることが無いようコンテンションレスに行う必要がある。アド／ドロップシステムは、その様な光信号同士の衝突が起こらない構成を有している必要がある。
【００１３】
現在、運用が開始されているアド／ドロップシステムでは、予め定められたポートにしか接続ができない、また、ポートの接続変更にマニュアル操作が必要であるなどの制限がある。理想的には、フォトニックネットワークにおける上述の３つの特性（ＣＤＣ：Colorless, Directionless and Contentionless）を実現する必要がある。次に、理想的フォトニックネットワークとして、現在提案されている構成を説明する。
【００１４】
図２は、ＯＸＣシステムにおいて、フルメッシュ接続の光スイッチを用いた従来技術のアド／ドロップシステムの構成を説明する図である。図２の構成は、図１に示したＯＸＣシステムの概要構成において、アド／ドロップ機能部分をより具体化して示したものである。したがって、ここでは図１に示した構成との相違点のみを説明する。入力側光ファイバ伝送路２−１〜２−Ｋと光クロスコネクト部３との間には、Ｋ本の入力側光ファイバ伝送路２−１〜２−Ｋからの各波長分割多重光信号を分岐する光カプラ２１−１〜２１−Ｋが備えられている。１つの光カプラには、分波器２２−１〜２２−Ｋの内の対応する１つが接続される。例えば、１番目の入力側光ファイバ伝送路２−１には、光カプラ２１−１が接続され、分岐した波長分割多重光信号１２は分波器２２−１に導かれる。
【００１５】
図２のアド／ドロップシステムにおいて、光カプラで分岐され、受信器へドロップされる波長の光信号は、光クロスコネクト部３において重複しないように適切に処理されるのは言うまでもない。光カプラは、方路切替の機能は持たないが、入力された波長を分岐して出力することが可能である。光カプラのコストは、光マトリックススイッチと比べて非常に小さく、１／１００程度である。
【００１６】
分波器２２−１〜２２−Ｋの出力は、Ｍ入力Ｌ出力を持つフルメッシュ構成の光マトリックススイッチ２３に接続される。光スイッチ２３のＬ個の出力は、Ｌ個の受信器２４−１〜２４−Ｌに接続される。一般に、光マトリクススイッチは、任意の粒度の光信号（波長パス、波長群パス）に関して、入力された光信号を任意の順序（ポート位置）に組み替えて各出力ポートに出力する。したがって、光スイッチ２３のＭ入力の内の任意の入力ポートに入る光信号は、Ｌ出力の内の任意の出力ポートに現れる。光スイッチデバイスを実現するに当たってのコストは、一般に、入力・出力ポートの数に大きく依存し、ポート数の増加とともにコストは増える。
【００１７】
一例を挙げれば、１つの波長分割多重光信号に９６個の異なる波長の光信号が多重化されており、Ｋ＝８本の入力側光ファイバ伝送路がある場合、光スイッチ２３は入力として７６８の入力ポートを持つ。１つのノード当たりの、アドポート数およびドロップポート数は、入力ポート数に対して所定の割合（ドロップ率／アド率）で決定される。例えば、アドポート数およびドロップポート数をそれぞれ１６とすれば、光スイッチ２３は、７６８入力×１６出力を持つ巨大なマトリックスを構成することになる。これは、アド側の光スイッチ２８についても同様である。
【００１８】
上述のように、図２に示したＯＸＣノードの構成では、カラーレス、ディレクションレス、コンテンションレスの３特性を実現できるものの、大型で高価な光スイッチを必要とする欠点がある。また、スイッチ素子の数の多さに起因して、信頼性が低下する問題も重要であった。そこで、アド／ドロップシステムに対して、いくつかの改善された構成が提案されている。例えば、特許文献１では、ＲＯＡＤＭシステムにおけるカラーレスの構成例が示されている。また、ＯＸＣノードに関するものとして、特許文献２では、波長群の分波選択および波長の分波選択をコンパクトな光スイッチを組み合わせて構成する例が提案されている。
【００１９】
図３は、特許文献２による別の従来技術のアド／ドロップシステムの構成を説明する図である。図３に示したＯＸＣシステムの構成は、図２に示した構成において、アド／ドロップ機能部分を異なる構成で実現したものであるので、以下、図２の構成との相違点のみを説明する。図３に示したＯＸＣノードにおけるアド／ドロップシステムは、ドロップ側の光信号終端装置３０およびアド側の光信号終端装置３１を備えている。Ｋ個の光カプラ２１−１〜２１−Ｋによって分岐される各入力側光ファイバ伝送路からの各波長分割多重光信号は、光増幅器３１−１〜３１−Ｋでそれぞれ光出力レベルを調整される。その後、１×Ｌの光カプラ（スターカプラ）３２−１〜３２−Ｋによって、受信器３５−１〜３５−Ｌの数に相当するＬ個の波長分割多重光信号に分岐される。
【００２０】
Ｌ個に分岐された各入力側光ファイバ伝送路からの波長分割多重光信号は、ファイバ選択スイッチ３３−１〜３３−Ｌの各々に接続される。ファイバ選択スイッチは、Ｋ個の入力側光ファイバ伝送路の中から、いずれか１つのファイバの波長分割多重光信号を選択する。ファイバ選択スイッチは、Ｋ入力１出力のスイッチによって構成できる。一例を挙げれば、図３では、Ｋ本すべての入力側光ファイバ伝送路からの波長分割光信号がファイバ選択スイッチ３３−１に与えられるが、入力側光ファイバ伝送路２−１の波長分割多重光信号１−１、３６、３７だけが、ファイバ選択スイッチ３３−１によって選択される。選択された波長分割多重光信号３８−１は、光可変フィルタ（波長可変フィルタ）３４−１に与えられ、さらに所望の波長の光信号３９−１のみが選択される。光可変フィルタは、複数の波長を含む波長分割多重光信号から、所望の波長のみを選択するので、同調可能なフィルタ（チューナブルフィルタ）とも呼ばれる。
【００２１】
図４は、Ａ入力１出力のスイッチの構成例を示す図である。Ａ入力１出力を持つＡ×１スイッチは、Ａ個の入力信号の中から１個の信号を抽出する能力を持ち、基本エレメントである１×２スイッチ４０、４１を組み合わせて構成できる。図４の（ａ）に示したスイッチは、ツリー型の構成であって、入力ポートによって生じる入力出力間の損失のばらつきを抑えられる点に特徴がある。図４の（ｂ）に示したスイッチは、格子型の構成であって、損失のばらつきの補正が必要となる。ファイバ選択スイッチは、上述のＡ×１スイッチによって構成できる。
【００２２】
上述のように、図３に示したアド／ドロップシステムは、上述の光可変フィルタ３４−１〜３４−Ｌの実現方法にその特徴がある。後述するように、発明者らは、図３に示した光可変フィルタをさらに改善したものを提供した。本発明では、発明者らがさらに改善を加えた光可変フィルタが開示されることになる。したがって、まず光可変フィルタの詳細についてさらに説明する。
【００２３】
図５は、従来技術のアド／ドロップシステムにおける光可変フィルタの構成方法を説明する概念図である。波長選択フィルタは、複数の入力側光ファイバ伝送路から選択された１つのファイバ伝送路の波長分割多重光信号から、所望の波長（光周波数）の光信号のみを選択する機能を持つ。光可変フィルタの構成には、様々なものが考えられる。その１つの例は、図５の（ａ）に示したように、波長分割多重光信号５０を、分波器５２によって波長パス単位で分波し、その後、分波された光信号を、選択スイッチ５１で選択して、ドロップした波長の光信号５３を得る方法である。しかし、図５の（ａ）の構成は、スイッチの規模が波長パス数と同じ以上となって巨大となるため、コストおよび信頼性の点で問題であった。
【００２４】
特許文献２に開示された発明は他の光可変フィルタを提案しており、図５の（ｂ）に示すように、可変フィルタとして多段階の分波機能を縦続接続することによって、（ａ）の構成の光可変フィルタの問題を解決しようとした。すなわち、１段目の分波機能部５４−１および選択スイッチ５４−２を持つ１段目の光可変フィルタ５４から、ｎ段目の分波機能部５５−２および選択スイッチ５５−２を持つｎ段目の光可変フィルタ５５が、ｎ段縦続接続されている。一例として、２段構成の場合を例にとると、第１段目の光可変フィルタ５４では、波長分割多重化光信号を波長群に分波し、所望の波長を含む波長群を選択した後、２段目の光可変フィルタ５５で、１つの波長群の波長分割多重化光信号を波長ごとに分波し、所望の波長を選択する構成である。
【００２５】
図６は、従来技術の２段構成の光可変フィルタの構成例を示す図である。図３に示した特許文献２に開示された従来技術のアド／ドロップシステムにおける光信号終端装置内の光可変フィルタ６０の構成例を示している。光可変フィルタ６０は、第１段目の波長群選択光可変フィルタ５４および２段目の波長選択光可変フィルタ５５を備える。第１段目の波長群選択光可変フィルタ５４は、１×Ｍ周回性アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）６１およびＭ×１選択スイッチ６２から構成される。第２段目の波長選択光可変フィルタ５５は、１×Ｎ周回性ＡＷＧ６３およびＮ×１選択スイッチ６４から構成される。波長分割多重光信号５０が第１段目の波長群選択光可変フィルタ５４に与えられ、１×Ｍ周回性ＡＷＧ６１によって例えば複数の波長群に群分波されて、１つのある波長群の波長分割多重光信号６６が選択される。さらに、ある波長群の波長分割多重光信号６６は、１×Ｎ周回性ＡＷＧ６３によって各波長に分波され、１つの波長の光信号５３が選択される。
【００２６】
詳細は、特許文献２に記載されているが、ＭとＮは互いに素の関係にある。また、１×Ｍ周回性ＡＷＧ６１のＦＳＲは、チャネル間隔δｆのＭ倍に対応し、１×Ｎ周回性ＡＷＧ６３のＦＳＲは、チャネル間隔δｆのＮ倍に対応する関係にあれば良い。選択スイッチ６２、６４は、コンパクトなスイッチを組み合わせることによって、カラーレス、ディレクションレス、コンテンテョンレスのドロップ機能を実現できた。
【００２７】
図６に示した光可変フィルタによれば、多段階でドロップする波長を選択するので、光スイッチの規模の小さいデバイスを利用することができる。スイッチの数は、概ね次式によって表される。ここで、ｎは、光可変フィルタの段数である。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
必要なスイッチ規模は、波長多重数が５以上であれば、周回性ＡＷＧの段数を増加するほど減少することが知られている。
【００３０】
しかしながら、スマートフォンの爆発的な普及に代表されるように、ネットワークトラフィックが急激に増加する状況を踏まえると、特許文献２に開示された構成の光可変フィルタも、スイッチ規模の大きさの点で依然として十分なものではなかった。ネットワークトラフィックの増加に加えて、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）技術、各光デバイスの技術的な進展が見込まれており、近い将来には１本の光ファイバ伝送路の中で取り扱われる波長の数は、最大で２００を越えることが予測された。光終信号端装置における光可変フィルタが処理すべき波長パス（波長）の数が増加すれば、スイッチの数もさらに増加することは必至であった。したがって、さらにスイッチ規模を縮小させることのできる光可変フィルタの新しい構成が望まれていた。そこで、発明者らは、図３に示した従来技術のアド／ドロップシステムにおける光信号終端装置内の光可変フィルタを改善する新しい提案を行った。
【００３１】
図７は、発明者らが提案した光スイッチの規模をさらに縮小することのできる光可変フィルタの構成を示した図である。発明者らは、従来技術の光可変フィルタにおいて着目されていなかった、周回性波長合分波器の入力ポートによる波長選択機能を利用して、波長光可変フィルタをさらにコンパクトかつ低コストで高信頼性のデバイスにより構成できることを見出した。周回性波長合分波器のＦＳＲを設定し、実際に分波に利用する入力ポートおよび出力ポートを選択し、分波する波長数を特定の条件に決定して、同一ポートに重複することなく各波長を出力するよう動作する。図７の構成によって、光スイッチの規模を低減することができた。
【００３２】
図７に示した光可変フィルタの動作の概略は、以下のとおりである。提案された光可変フィルタ７０は、図６で示した従来技術の光可変フィルタ６０に対応するものである。したがって、図３に示したフォトニックノードにおけるドロップシステム３０において、光可変フィルタ３４−１〜３４−Ｌを、それぞれ光可変フィルタ７０によって置き換えることができる。光可変フィルタ７０には、複数の光ファイバの中より選択された１つの入力側光ファイバ伝送路から、波長分割多重光信号５０が入力される。光可変フィルタ７０によって、所望の波長の光信号が選択されて、ドロップされた光信号５３が得られ、受信器３５−１〜３５−Ｌのうちの１つに渡される。
【００３３】
光可変フィルタ７０は、１入力ｍ出力（１×ｍ）を持つ第１の光スイッチ７１と、Ｍ入力Ｍ出力を持つ第１の周回性ＡＷＧ７２と、ｍ´入力ｎ出力を持つ第２の光スイッチ７３と、Ｎ入力Ｎ出力を持つ第２の周回性ＡＷＧ７４と、ｎ´入力１出力（ｎ´×１）を持つ第３の光スイッチ７５とを備えている。波長分割多重光信号５０は、第１の光スイッチ７１の入力ポート７６に入力されて、ドロップされた波長の光信号５３は、第３の光スイッチ７５の出力ポート７７から得られる。フォトニックノードの光信号終端装置においては、光可変フィルタ７０は、複数の光受信器の各々に対して備えられる。
【００３４】
１×ｍの第１の光スイッチ７１は、入力された波長分割多重光信号を、ｍ個のいずれかの出力ポートに切り替える機能を持つ。第１の光スイッチ７１の出力ポートは、それぞれ、第１の周回性ＡＷＧのＭ個の入力ポートのうちのいずれかｍ個に接続されている。したがって、少なくともｍ≦Ｍの関係が成り立つ。第１の光スイッチ７１は、第１の周回性ＡＷＧ７２の入力ポートのうちのいずれか１つを選択する機能を持つことになる。すなわち、第１の周回性ＡＷＧ７２の入力ポート選択機能を持つ。
【００３５】
第１の周回性ＡＷＧ７２は、選択されたいずれか１つの入力ポートに波長分割多重光信号が入力され、その出力ポートに波長（群）ごとに光信号を分波して出力する。第１の周回性ＡＷＧ７２は、Ｍ入力Ｍ出力を持ち、その分波特性はサイクリックであって周回性を持っている。したがって、第１の周回性ＡＷＧ７２は、周回性波長合分波器またはサイクリック波長合分波器と呼ばれる。Ｍは同一ポートに入出力されるチャネル番号の周期となる。１つの出力ポートに着目すれば、Ｍチャネルごとの異なる波長番号を持つ複数の光信号が出力される。
【００３６】
第１の周回性ＡＷＧ７２は、その分波機能のうちの一部だけしか利用されていない。図７の光可変フィルタにおいては、Ｍ個の入力ポートおよびＭ個の出力ポートの内で、それぞれ、ｍ個の入力ポートおよびｍ´個の出力ポートしか利用されていない。したがって、第１の周回性ＡＷＧ７２は、波長合分波器としてＭ入力Ｍ出力の合分波特性を持つように、その構成要素であるスラブ導波路およびアレイ導波路などが設定されているが、デバイスとしての入出力ポート配線は、一部であるｍ個の入力ポートおよびｍ´個の出力ポートだけ備えれば良い。
【００３７】
また、ｍおよびｍ´は、Ｍに対して次式の関係を持つ。
Ｍ≦ｍ×ｍ´            式（２）
【００３８】
第１の光スイッチ７１によって選択される第１の周回性ＡＷＧのｍ個の入力ポートに応じて、第１の周回性ＡＷＧのｍ´個の出力ポートの各々に現れる光信号の波長が決定される。したがって、ｍ×ｍ´通りの異なる波長群（または波長）を選択できる。第１の周回性ＡＷＧ７２は、チャネル間隔をδｆ（Ｈｚ）とするとき、次式で表されるＦＳＲ１を持つ。
ＦＳＲ１＝Ｍ×δｆ          式（３）
【００３９】
第１の周回性ＡＷＧ７２は、同一出力ポートにＭチャネル毎にサイクリック（周回的）に異なる波長の光信号を出力するので、式（２）を満たせば、重複することなく波長群（または波長）を分波できる。
【００４０】
第２の光スイッチ７３は、第１の周回性ＡＷＧ７２のｍ´個の出力の内の１つを選択し、かつ、後続の第２の周回性ＡＷＧ７４のｎ個の入力ポートを選択する機能を持つ。すなわち、第２の光スイッチ７３は、（ｍ´×１）スイッチ機能部分（前段部分）と（１×ｎ）スイッチ機能部分（後段部分）とを縦続接続したものとなる。第２の光スイッチ７３によって、第１の周回性ＡＷＧのｍ´個の出力ポートの内のいずれか１つの光信号が選択されて、さらに後続の第２の周回性ＡＷＧ７４のｎ個の入力ポートの１つに入力される。
【００４１】
第２の周回性ＡＷＧ７４は、選択されたいずれか１つの入力ポートに波長分割多重光信号が入力され、その出力ポートに波長ごとに光信号を分波して出力する。第２の周回性ＡＷＧ７４は、Ｎ入力Ｎ出力を持ち、その分波特性に周回性を持っている。Ｎは同一ポートに入出力されるチャネル番号の周期となる。したがって、１つの出力ポートに着目すれば、Ｎチャネルごとの異なるチャネル（波長）番号を持つ複数の光信号が出力され得る。ここで、第２の周回性ＡＷＧ７４も、第１の周回性ＡＷＧ７２同様に、その分波機能のうちの一部だけしか利用されていない。すなわち、Ｎ個の入力ポートおよびＮ個の出力ポートの内で、それぞれ、ｎ個の入力ポートおよびｎ´個の出力ポートしか利用されていない。したがって、第２の周回性ＡＷＧ７４は、波長合分波器としてＮ入力Ｎ出力の合分波特性を持つように構成要素であるスラブ導波路およびアレイ導波路などが設定されているが、デバイスとしての入出力ポート配線は、一部であるｎ個の入力ポートおよびｎ´個の出力ポートだけを備えれば良い。
【００４２】
また、ｎおよびｎ´は、Ｎに対して次式の関係を持つ。
Ｎ≦ｎ×ｎ´            式（４）
【００４３】
第２の周回性ＡＷＧ７４において第２の光スイッチ７３によって選択されるｎ個の入力ポートに応じて、第２の周回性ＡＷＧ７４のｎ´個の出力ポートの各々に現れる波長が決定される。したがって、第２の周回性ＡＷＧ７４によってｎ×ｎ´通りの異なる組み合わせに応じて、チャネル（波長）番号を一意に選択できる。第２の周回性ＡＷＧ７４は、チャネル間隔をδｆ（Ｈｚ）とするとき、次式で表されるＦＳＲ２を持つ。
ＦＳＲ２＝Ｎ×δｆ          式（５）
【００４４】
第２の周回性ＡＷＧ７４は、同一出力ポートにＮチャネル毎にサイクリック（周回的）に異なる波長の光信号を出力するので、式（４）を満たせば、重複することなく波長ごとに光信号を分波できる。ここで、第１の周回性ＡＷＧ７２のＭと、第２の周回性ＡＷＧ７４のＮは、互いに素の関係にあることが必要である。
【００４５】
第２の周回性ＡＷＧ７４のｎ´個の出力ポートは、そのうちの１つがｎ´入力１出力を持つ第３の光スイッチ７５によって選択される。第３の光スイッチ７５の出力ポート７７から、ドロップさせる特定の波長を持つ光信号５３が出力される。上述のように、光可変フィルタ７０は、全体として第１の周回性ＡＷＧ７２による１段目の光可変フィルタ機能と、第２の周回性ＡＷＧ７４による２段目の光可変フィルタ機能とを備えている。この点では、図６に示した従来技術の光可変フィルタの構成と似ている。しかしながら、図６に示した構成には無い、第１の周回性ＡＷＧ７２の入力ポートを選択する第１の光スイッチと、第２の周回性ＡＷＧ７４の入力ポートを選択する第２の光スイッチを備えている点で、提案された光可変フィルタは従来技術と相違していた。
【００４６】
図８は、提案された光可変フィルタの機能を含む光信号終端部（光信号終端装置）の機能を説明する図である。図８の（ａ）は、提案された光可変フィルタの機能を説明するものであり、（ｂ）は従来技術の光可変フィルタの機能を対比させて説明するものである。提案された光信号終端部では、従来技術と同様に、ファイバ選択スイッチ３３−１〜３３−Ｌ（図３を参照）によって、複数の入力側光ファイバ伝送路から１本のファイバの選択（段階８０）が実行される。さらに、図７に示した提案された光可変フィルタにおいて、第１の光スイッチ７１によって、第１の周回性ＡＷＧ７１の入力ポート選択が実行される（段階８１）。その後、第１の周回性ＡＷＧ７１によって波長群分波または波長分波が行われる（段階８２）。さらに、第２の光スイッチ７３の前段の光スイッチ部分によって、第１の周回性ＡＷＧの出力ポート選択が実行される（段階８３）。さらに、第２の光スイッチ７３の後段の光スイッチ部分によって、第２の周回性ＡＷＧの入力ポート選択が実行される（段階８４）。次に、第２の周回性ＡＷＧ７４によって波長分波が行われる（段階８５）。最後に、第３の光スイッチ７５によって、第２の周回性ＡＷＧの出力ポート選択が実行される（段階８６）。
【００４７】
図８の（ｂ）は、従来技術の光可変フィルタにおける機能を、提案された光可変フィルタの機能の（ａ）と対比させて示している。図８の（ｂ）の従来技術の光可変フィルタの機能は、図５の（ｂ）に示した概念図に示した機能と対応している。また、図８の（ａ）と（ｂ）とを対比することによって、提案された光可変フィルタは、第１の周回性ＡＷＧの入力ポート選択機能８１および第２の周回性ＡＷＧの入力ポート選択機能８４を備えている点に新規な特徴があることが分かる。
【００４８】
発明者らによって提案された図７の光可変フィルタでは、周回性を持つＡＷＧの入力ポートを選択することによって、ＡＷＧの持つ分波機能を効率的に使用するとともに、周回性ＡＷＧのＦＳＲの設定（ＭおよびＮの設定）と利用する入力ポートおよび出力ポートを選び、出力される波長に重複が生じない構成を選択していた。すなわち、同一の出力ポートからは、所望波の波長の光信号のみが出力される構成となっていた。第１の周回性ＡＷＧの入力ポート選択機能８１および第２の周回性ＡＷＧの入力ポート選択機能８４を利用して、光スイッチの規模を従来技術よりもさらに低減したものであった。光可変フィルタを構成する要素スイッチ素子の数を減らし光スイッチの規模を大幅に減らすことができるので、デバイスの構成を簡略化し低コスト化をすることができる。回路規模の縮小により、デバイスの信頼性の向上も期待できるものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４９】
【特許文献１】特開２０１０−３４８５８号公報
【特許文献２】特開２０１２−６０６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００５０】
しかしながら、図７で提案された光可変フィルタでは、１つの通信チャネルの帯域幅を狭くして多重化するチャネルの数が増えたシステムにおいて、クロストークの問題が新たに明らかとなってきた。ＷＤＭ技術は、例えば光透過率が高くエルビウム添加光ファイバ増幅器が適用できるＣバンド（波長：１５３０〜１５６５ｎｍ）において利用されており、より多くの光信号を多重化するために１つの光信号に対応するチャネル帯域幅がより狭くなってきている。近年では、従来の５０ＧＨｚ間隔のチャネル配置構成から２５ＧＨｚ間隔（チャネル帯域幅も２５ＧＨｚ）のチャネル配置構成への移行が進みつつある。例えば、１９２チャネルの光信号が２５ＧＨｚ間隔で配置され多重化されたＷＤＭ信号を利用するシステムが求められている。
【００５１】
図７で説明した光可変フィルタは、所望波の光信号と、非所望波の光信号とを分離して、所望波の光信号のみを取り出すために用いられる。この所望波のみを取り出すフィルタ特性は、例えば図７の２つの周回性ＡＷＧ７２、７４によって実現される。したがって、所望波のチャネルと非所望波のチャネルとが隣り合うような場合において、所望波に対して周回性ＡＷＧによって実現が可能なフィルタ特性が問題となる。すなわち、所望波の透過帯域に隣接するチャネルにおける非所望波の減衰量が十分に確保できるかどうかが問題となる。
【００５２】
図９は、ＡＷＧフィルタ特性の隣接チャネルにおける減衰量を説明する図である。図９の（ａ）は、従来のチャネル帯域幅が５０ＧＨｚのシステムにおけるＡＷＧフィルタの特性を概念的に示している。図９の（ｂ）は、チャネル帯域幅が２５ＧＨｚのシステムにおけるＡＷＧフィルタの特性を概念的に示している。（ａ）では、互いに隣接する光信号９２、９４に対応する２つのフィルタ特性９０ａ、９０ｂが示されている。所望波の光信号９２に対して、非所望波である隣接チャネルの光信号９４は、フィルタ特性９０ａの透過帯域の右側にある減衰域における傾斜部によって十分な減衰を受ける。一般に光通信システムでは、所望波に対して、隣接チャネルにおける非所望波の電力レベルが−２５ｄＢ程度の減衰を得られれば、光受信器において適切な復号特性（ビット誤り率、受信感度）を得られる。
【００５３】
一方、図９の（ｂ）に示したチャネル帯域幅が従来の半分であって２５ＧＨｚ間隔にチャネルが配置された場合では、非所望波である隣接チャネルの光信号の減衰量が十分に確保できない。（ｂ）では、（ａ）と同じ光周波数範囲で、４つのチャネルが構成されており、４つの対応するフィルタ特性９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄが示されている。所望波の光信号９３に対して、隣接チャネルの非所望波である光信号９５は、フィルタ特性９１ａの透過帯域の右側にある減衰域における傾斜部によって減衰を受けるが、減衰量は（ａ）の場合と比べて不十分であることが分かる。
【００５４】
光通信において、隣接チャネルからの非所望波による所望波への妨害は、クロストークと呼ばれている。アレイ導波路の本数や回折次数ｍが有限であり、さらにはＡＷＧの製造工程において生じる様々な誤差があるために、周回性ＡＷＧによって実現できるフィルタ特性において、遮断域（阻止域）で実現できる減衰特性には限界およびばらつきがある。すなわち、隣接チャネルにおけるフィルタの傾斜特性を十分に急峻とすることには限界がある。５０ＧＨｚ帯域幅のチャネル構成の場合のＡＷＧフィルタ特性と同じ量の減衰量を、２５ＧＨｚ帯域幅のチャネル構成のＡＷＧで実現するのは困難である。通信チャネルを狭帯域化するにあたって、クロストークの問題が顕在化することになる。
【００５５】
図１０は、クロストークの問題をより具体的に説明する図である。図１０では、６３チャネル分の光信号が多重化されたＷＤＭ信号に対して、７×７の構成を持つ第１の周回性ＡＷＧおよび９×９の構成を持つ第２の周回性ＡＷＧを含む光可変フィルタで、λ０の波長を持つ光信号を所望波として取り出す場合を考える。最上段の（ａ）は、波長がλ０からλ６２までの、異なる波長を持つ６３の光信号が示されている。第１の周回性ＡＷＧのフィルタ特性によって、所望波であるλ０の光信号が取り出される。さらにλ０に加えて、第１の周回性ＡＷＧの周回性によって、７チャネルの繰り返し周期で、λ７、λ１４、λ２１、λ２８、λ３５、λ４２、λ４９、λ５６の各光信号が同一出力ポートへ透過する。
【００５６】
図１０の（ｂ）は、第１の周回性ＡＷＧによって取り出された光信号が示されている。フィルタ特性の透過帯域の中心に合致する上記９つの波長の他に、これらの波長に隣接する波長の光信号も減衰量９５を受けた状態で現れる。
【００５７】
図１０の（ｃ）は、さらに所望波のλ０の光信号だけを取り出す第２の周回性ＡＷＧのフィルタ特性を示している。第２の周回性ＡＷＧは、９チャネルの繰り返し周期で、λ０、λ９、λ１８、λ２７、λ３６、λ４５、λ５４の波長を持つ各光信号が同一出力ポートから取り出される。
【００５８】
図１０の（ｄ）に示すように、結果的にλ０の所望波のみが取り出されるが、λ２７、λ２８、λ３５およびλ３６の波長の各光信号は、第１のＡＷＧまたは第２のＡＷＧのいずれかの一方のフィルタ特性における隣接チャネルの減衰を１回受けるだけである。したがって、隣接チャネルの減衰量が不十分な場合には、上記の４つのλ２７、λ２８、λ３５およびλ３６の波長の各光信号は、所望波９８に対して非所望波９６ａ、９６ｂ、９７ａ、９７ｂすなわちクロストークとなる。
【００５９】
現時点で、２５ＧＨｚ帯域幅のチャネル配置構成において、隣接チャネルにおいて十分な減衰量を持つＡＷＧフィルタ特性を実現するのは困難である。したがって、発明者らが提案した図７の光可変フィルタは、２５ＧＨｚ間隔以下の狭チャネル間隔のＷＤＭシステムに適用する場合には、さらにクロストークの問題にも対応する必要があった。
【００６０】
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、フォトニックノードの光信号終端装置で使用される光可変フィルタにおいて、光スイッチの規模を小型化し、デバイスの構成を簡略化および低コスト化をしながら、さらに狭帯域のチャネル構成においてもクロストークの問題を解決することにある。クロストークの影響を抑え、受信器における受信特性の劣化を防止する新たな光可変フィルタの構成を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００６１】
本発明は、このような課題を達成するために、請求項１の発明は、波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、前記波長分割多重光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する第１の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第１の光スイッチと、前記第１の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第２の光スイッチと、前記第１の周回性波長合分波器の前記選択された出力ポートからの分波出力光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有し、前記第１の周回性波長合分波器とは異なる周回性を持つ第２の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第３の光スイッチと、前記第２の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第４の光スイッチとを備え、前記第１の光スイッチ、前記第２の光スイッチ、前記第３の光スイッチおよび前記第４の光スイッチの内の少なくとも１つの光スイッチにおいて、前記所定の波長の光信号を透過させる単一のスイッチ要素素子または複数のスイッチ要素素子が、前記所定の波長の光信号を透過させかつ前記波長分割多重光に含まれる他の波長の光信号を減衰させるフィルタ特性を有することを特徴とする光可変フィルタである。
【００６２】
請求項２の発明は、請求項１の光可変フィルタであって、前記１つ以上のスイッチ要素素子は、アーム導波路間の光路長差が１波長以上の光路長差を持つ非対称マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）で構成され、前記フィルタ特性は、前記第１の周回性波長合分波器の第１の周期および前記第２の周回性波長合分波器の第２の周期に関連付けられた周期を有する１種類以上の非対称ＭＺＩで構成されることを特徴とする。
【００６３】
請求項３の発明は、請求項１の光可変フィルタであって、前記１つ以上のスイッチ要素素子は、アーム導波路間の光路長差が１波長以上の光路長差を持つ非対称マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）で構成され、前記フィルタ特性は、前記第１の周回性波長合分波器の第１の周期および前記第２の周回性波長合分波器の第２の周期に関連付けられた異なる周期を有する複数の種類の非対称ＭＺＩの組み合わせによって構成されることを特徴とする。
【００６４】
請求項４の発明は、請求項２または３の光可変フィルタであって、前記波長分割多重光の１つの光信号に対応するチャネルの帯域幅をΔｆとし、ＭおよびＮは相異なる自然数とするとき、前記第１の周回性波長合分波器の第１の周期はＭ×Δｆであり、前記第２の周回性波長合分波器の第２の周期はＮ×Δｆであって、前記Ｍおよび前記Ｎは、共通因数ｋを持ち、前記非対称ＭＺＩの前記周期は、ｋおよびＭ×Ｎ×Δｆに関連付けられていることを特徴とする。
【００６５】
請求項５の発明は、請求項２または３の光可変フィルタであって、前記波長分割多重光の１つの光信号に対応するチャネルの帯域幅をΔｆとし、ＭおよびＮは相異なる自然数とするとき、前記第１の周回性波長合分波器の第１の周期はＭ×Δｆであり、前記第２の周回性波長合分波器の第２の周期はＮ×Δｆであって、前記Ｍおよび前記Ｎは、互いに素の関係にあることを特徴とする。
【００６６】
請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかの光可変フィルタであって、前記第１の光スイッチ、前記第２の光スイッチ、前記第３の光スイッチおよび前記第４の光スイッチの内の前記少なくとも１つの光スイッチにおいて、ツリー型に構成された複数のスイッチ要素素子の中の最終段のスイッチ要素素子、ツリー型に構成された複数のスイッチ要素素子の中の最終段を除く前記ツリーの同一階層の段にある複数のスイッチ要素素子、または、格子型に構成された複数のスイッチ要素素子の中の最終段のスイッチ要素素子が、非対称ＭＺＩであることを特徴とする。
【００６７】
請求項７の発明は、請求項４の光可変フィルタであって、前記第１の周回性波長合分波器は、Ｍ入力Ｍ出力を持ち、Ｍチャネルに対応するＦＳＲを持つように構成されたアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）であって、前記Ｍ入力の内のｍ個の入力ポートのいずれかが前記第１の光スイッチによって選択され、前記Ｍ出力の内のｍ´個の出力ポートのいずれかが前記第２の光スイッチによって選択され、前記第２の周回性波長合分波器はＮ入力Ｎ出力を持ち、Ｎチャネルに対応するＦＳＲを持つように構成されたＡＷＧであって、前記Ｎ入力の内のｎ個の入力ポートのいずれかが前記第３の光スイッチによって選択され、前記Ｎ出力の内のｎ´個の出力ポートのいずれかが前記第４の光スイッチによって選択され、
ｍ、ｍ´、ｎおよびｎ´は、Ｍ≦ｍ×ｍ´およびＮ≦ｎ×ｎ´の関係をさらに満たすよう選択されることを特徴とする。
【００６８】
請求項８の発明は、請求項１乃至７いずれかの光可変フィルタであって、前記２段目の光スイッチおよび前記３段目の光スイッチは、１つ以上の入力の中から１つを選択し、１つ以上の出力の中の１つに出力する一体の光スイッチとして構成されることを特徴とする。
【００６９】
請求項９の発明は、請求項１乃至８いずれかの第１の光可変フィルタおよび第２の光可変フィルタを含み、前記２つの光可変フィルタの各々の第２の周回性波長合分波器は単一のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を共用して構成されることを特徴とする。
【００７０】
請求項１０の発明は、請求項１乃至９いずれかの光可変フィルタであって、前記第１の光スイッチ、前記第１の周回性波長合分波器および前記第２の光スイッチからなる第１の光可変フィルタ機能部、および前記第３の光スイッチ、前記第２の周回性波長合分波器および前記第４の光スイッチからなる第２の光可変フィルタ機能部に加え、入力ポート選択のための光スイッチ、周回性波長合分波器および出力ポート選択のための光スイッチからなる別の光可変フィルタ機能部を１つ以上さらに備え、前記第１の光スイッチ、前記第２の光スイッチ、前記第３の光スイッチおよび前記第４の光スイッチ、並びに、前記別の光可変フィルタ機能部に含まれる光スイッチの内の少なくとも１つの光スイッチにおいて、前記選択された１つの波長分割多重光に含まれるすべての光信号を透過させる単一のスイッチ要素素子または複数のスイッチ要素素子が、前記フィルタ特性を有することを特徴とする。
【００７１】
請求項１１の発明は、波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、前記波長分割多重光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する第１の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第１の光スイッチと、前記第１の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第２の光スイッチとを含む第１の光可変フィルタ機能部と、前記第１の周回性波長合分波器の前記選択された出力ポートからの分波出力光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有し、前記第１の周回性波長合分波器とは異なる周回性を持つ第２の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第３の光スイッチと、前記第２の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第４の光スイッチとを含む第２の光可変フィルタ機能部と、入力ポート選択のための光スイッチ、周回性波長合分波器および出力ポート選択のための光スイッチからなり、前記第１の光可変フィルタ機能部または前記第２の光可変フィルタ機能部に直列に接続された１つ以上の別の光可変フィルタ機能部とを備え、前記第１の光スイッチ、前記第２の光スイッチ、前記第３の光スイッチ、前記第４の光スイッチ、および、前記別の光可変フィルタ機能部に含まれる前記光スイッチの内の少なくとも１つの光スイッチにおいて、前記所定の波長の光信号を透過させる単一のスイッチ要素素子または複数のスイッチ要素素子が、前記所定の波長の光信号を透過させかつ前記波長分割多重光に含まれる他の波長の光信号を減衰させるフィルタ特性を有することを特徴とする光可変フィルタである。
【００７２】
請求項１２の発明は、波長分割多重光から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する第１の周回性波長合分波器と、前記第１の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第１の光スイッチと、前記第１の周回性波長合分波器の前記選択された出力ポートからの分波出力光が入力され、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有し、前記第１の周回性波長合分波器とは異なる周回性を持つ第２の周回性波長合分波器と、前記第２の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第２の光スイッチとを備え、前記第１の光スイッチおよび前記第２の光スイッチの光スイッチの内の少なくとも１つの光スイッチにおいて、前記所定の波長の光信号を透過させる単一のスイッチ要素素子または複数のスイッチ要素素子が、前記所定の波長の光信号を透過させかつ前記波長分割多重光に含まれる他の波長の光信号を減衰させるフィルタ特性を有することを特徴とする光可変フィルタである。
【発明の効果】
【００７３】
以上説明したように、本発明によって、フォトニックノードの光信号終端装置で使用される光可変フィルタの光スイッチの規模を小型化し、デバイスの構成を簡略化および低コスト化をする。さらに狭帯域のチャネル構成においてもクロストークの影響を抑え、受信器における受信特性の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、フォトニックネットワークにおけるＯＸＣシステムの構成を概念的に示した図である。
【図２】図２は、フルメッシュ接続の光スイッチを用いた、従来技術のアド／ドロップシステムの構成を説明する図である。
【図３】図３は、別の従来技術のアド／ドロップシステムの構成を説明する図である。
【図４】図４は、Ａ入力１出力のスイッチの構成例を示す図である。
【図５】図５は、従来技術のアド／ドロップシステムにおける光可変フィルタの構成方法を説明する概念図である。
【図６】図６は、従来技術の２段構成の光可変フィルタの構成例を示す図である。
【図７】図７は、発明者らが提案した光スイッチの規模をさらに縮小することのできる光可変フィルタの構成を示した図である。
【図８】図８は、提案された光可変フィルタの機能を含む光信号終端部（光信号終端装置）の機能を説明する図である。
【図９】図９は、ＡＷＧフィルタの隣接チャネルの減衰量を説明する図である。
【図１０】図１０は、クロストークの問題をより具体的に説明する図である。
【図１１】図１１は、本発明の光可変フィルタの構成を概念的に示した図である。
【図１２】図１２は、ＭＺＩの基本構成を示す図である。
【図１３】図１３は、非対称ＭＺＩにおける次数ｍの効果を説明する図である。
【図１４】図１４は、非対称ＭＺＩにおける透過特性の切替え動作を説明する図である。
【図１５】図１５は、非対称ＭＺＩにおいて次数ｍを連続的に変化させた場合の動作を説明する図である。
【図１６】図１６は、本発明の光可変フィルタにおいて非対称ＭＺＩによりフィルタ特性を実現する方法を説明する図である。
【図１７】図１７は、本発明の光可変フィルタにおいて非対称ＭＺＩによりフィルタ特性を実現する方法を説明する別の図である。
【図１８】図１８は、本発明の光可変フィルタにおいて非対称ＭＺＩによりフィルタ特性を実現する方法を説明するさらに別の図である。
【図１９】図１９は、光可変フィルタにおける光スイッチの具体的な構成例を示した図である。
【図２０】図２０は、本発明の光可変フィルタを構成する光スイッチ内で使用される非対称ＭＺＩの配置位置を説明する図である。
【図２１】図２１は、格子型の光スイッチにおける非対称ＭＺＩの配置位置を説明する図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施例１の光可変フィルタの構成を示す図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施例１の構成の光可変フィルタにおける各ＡＷＧの出力ポートから出力される波長を説明する図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施例１の光可変フィルタにおいて利用する非対称ＭＺＩによるフィルタ特性を説明する図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施例２の光可変フィルタの構成を示す図である。
【図２６】図２６は、本発明の実施例２の構成の光可変フィルタにおける各ＡＷＧの出力ポートから出力される波長を説明する図である。
【図２７】図２７は、本発明の実施例２の光可変フィルタにおいて利用する非対称ＭＺＩによるフィルタ特性を説明する図である。
【図２８】図２８は、本発明の実施例３の光可変フィルタの構成を示す図である。
【図２９】図２９は、本発明の実施例３の構成の光可変フィルタにおける各ＡＷＧの出力ポートから出力される波長を説明する図である。
【図３０】図３０は、実施例３において生じるクロストークの問題を説明する図である。
【図３１】図３１は、本発明の実施例３の光可変フィルタにおいて利用する非対称ＭＺＩによるフィルタ特性を説明する図である。
【図３２】図３２は、本発明においてＡＷＧのパラメータが特定の場合におけるクロストークの発生を一般的に説明する図である。
【図３３】図３３は、実施例４の光可変フィルタの第１のＡＷＧにおける分波動作を説明する図である。
【図３４】図３４は、実施例４の光可変フィルタの第２のＡＷＧにおける分波動作を説明する図である。
【図３５】図３５は、実施例４の光可変フィルタ構成を説明する図である。
【図３６】図３６は、本発明の光可変フィルタで共通因数ｋを持つ場合に非対称ＭＺＩの取り得る構成をまとめた表を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
本発明は、光信号のままで信号経路の設定や切替処理を行なう光パスネットワークにおける光クロスコネクト装置の光信号終端部などで使用される光可変フィルタに関する。光信号終端部は、複数の光ファイバを介してそれぞれ中継ノードへ並列的に伝送されてきた複数の波長分割多重光の中より選択された１つの波長分割多重光から、その波長分割多重光に含まれる所定の波長パスの光信号を選択して、電気レイヤへドロップさせる光可変フィルタを複数備えている。したがって、光可変フィルタは、所定の波長の光信号を透過させる透過帯域の中心波長（光周波数）を可変することができるフィルタを意味している。以下では、簡単のため光可変フィルタと呼ぶ。異なる波長の複数の波長多重化光信号から１つの波長を選択するものであれば、光信号終端部以外の用途にも当然に利用できる。
【００７６】
本発明の光可変フィルタは、一例を挙げれば、２５ＧＨｚ間隔で１９２チャネルの光信号が多重化された光通信システムに適用が可能である。しかし、他のチャネル間隔や他の多重化信号数を取り扱う光通信システムにも適用できる。さらに、光信号終端部だけではなく、複数の光信号から所望波のみを取り出す用途に適用できる。
【００７７】
本発明の光可変フィルタが取り扱う波長分割多重光信号は、複数の異なる波長の光信号が多重化されたものであるが、波長分割多重光信号の構成は様々なものを含む。例えば、波長分割多重光信号が、複数の波長群から構成され、１つの波長群は、複数の波長を含むような構成とすることができる。光通信システムにおいては、波長の値、または対応する光周波数と、チャネル番号とが関連付けられている。
【００７８】
１つの波長群に含まれる波長は、波長の値が、その長さの順に連続的に配置された複数の波長から構成することができる（連続配置型波長群）。例えば、波長（番号）が、λ１、λ２、・・λ８のように、連続して並んでいる８つの波長（チャネル番号でも連続）で１波長群を構成できる。また、波長の長さ順に連続ではなくて、所定のチャネル番号間隔で選択され飛び飛びに不連続な順に配置された複数の波長から構成することもできる（分散配置型波長群）。例えば、波長（番号）が、λ１、λ５、λ９・・λ２９のように、所定の間隔を置いて不連続（離散的に）に並んだ８つの波長で１波長群を構成することもできる。波長群の数、１つの波長群を構成する波長の数、上述の所定のチャネル番号間隔なども様々な場合が可能である。尚、チャネルの間隔は、システムによって、等波長間隔または等光周波数間隔で構成される。
【００７９】
従来技術の光可変フィルタでは、周回性波長合分波器が使用されており、代表的なものとして、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を利用できる。ＡＷＧにおいては、入力ポートへ入力された波長多重信号を分波して、各出力ポートに分波された光信号が出力される。ＦＳＲ（Free Spectral Range：自由スペクトル領域）を適切に設定してＡＷＧを構成することによって、出力ポートに現れる波長は、サイクリックなものすなわち周回性を持ったものとなる。光スイッチの規模を大幅に減らし、さらにクロストークの影響を抑えることができる本発明の特徴は、周回性を持つ波長合分波器を使用することによって得られるので、波長合分波器はＡＷＧだけには限られないが、後述する実施例では、周回性ＡＷＧを利用した例で説明する。
【００８０】
本発明は、発明者らが提案した図７の構成の光可変フィルタにさらに新しい機能を含めたものである。すなわち、図７に示した光可変フィルタに含まれる複数の光スイッチに新たにフィルタ機能を担わせることによって、クロストークの問題を解決する。したがって、図７に示した光可変フィルタの一部の構成を変更するだけで、クロストークの影響を減らし、狭帯域のチャネル構成の光通信システムにおいても受信器における受信特性の劣化を防止することができる。尚、後に述べるが、本発明の構成は、クロストークの問題を生じる図６の構成の光可変フィルタにおいても、同様に適用できる点に留意されたい。
【００８１】
以下、本発明の光可変フィルタの構成および動作を詳細に説明する。最初に本発明の光可変フィルタで使用される光スイッチにより実現するフィルタ機能について説明する。具体的には、非対称マッハツェンダー干渉計（非対称ＭＺＩ：ここでＭＺＩは、Ｍａｃｈ-Ｚｅｈｎｄｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒの略である）の構成を説明する。次に、フィルタ機能を持った光スイッチ（ＭＺＩ）をより効果的に使用するための周回性ＡＷＧの構成について説明する。尚、以下の記述では、光可変フィルタは２つのＡＷＧを持っているもの（２段構成）を例に説明をするが、本発明の基本的な概念は、ＡＷＧを３段以上含む構成の光可変フィルタにも適用できる。
【００８２】
図１１は、本発明の光可変フィルタの構成を概念的に示した図である。図１１に示した光フィルタ１００の構成は、先に図７に示した構成と概ね同一である。図７においては、第２の光スイッチ７３は、前段および後段からなる２つのスイッチ機能が直列接続された一体のものとして表現していた。図１１においては、本発明の説明を簡単にするために、図７の第２の光スイッチ７３を、第２の光スイッチ１０３および第３の光スイッチ１０４に分けて表現している。しかし、本発明の光可変フィルタにおいて、第２の光スイッチ１０３および第３の光スイッチ１０４を別個のものとして構成する必要はなく、図７のように一体のものとして構成して良い。また、図１１では、２つの周回性ＡＷＧ１０２、１０５を備えた、２段構成の光可変フィルタを例として示しているが、３段以上の構成であっても、本発明を適用できる。その他の構成要素は、図７において説明しているので、ここでは詳細を省略し、図７の構成との相違点に絞って説明する。
【００８３】
本発明の光可変フィルタ１００は、第１の光スイッチ１０１、第２の光スイッチ１０３、第３の光スイッチ１０４および第４の光スイッチ１０６の内の１つ以上の光スイッチに、クロストークを減らすためのフィルタ機能を持たせている。図１１では、第２の光スイッチ１０３および第４の光スイッチ１０６がフィルタ機能を持ったスイッチ要素素子１０９ａ、１０９ｂをそれぞれ含んでいる例を示している。後述するが、フィルタ機能を持ったスイッチ要素素子は、第１〜第４の光スイッチのいずれに含めることもできる。
【００８４】
したがって、本発明の光可変フィルタは、波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、前記波長分割多重光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する第１の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第１の光スイッチと、前記第１の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第２の光スイッチと、前記第１の周回性波長合分波器の前記選択された出力ポートからの分波出力光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有し、前記第１の周回性波長合分波器とは異なる周回性を持つ第２の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第３の光スイッチと、前記第２の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第４の光スイッチとを備えている。
【００８５】
そして、第１の光スイッチ、第２の光スイッチ、第３の光スイッチおよび第４の光スイッチの内の少なくとも１つの光スイッチにおいて、所定の波長の光信号を透過させる単一のスイッチ要素素子または複数のスイッチ要素素子が、上述の所定の波長の光信号を透過させかつ波長分割多重光に含まれる他の波長の光信号を減衰させるフィルタ特性を有することになる。
【００８６】
フィルタ機能を持ったスイッチ要素素子を含む光スイッチの数は、２つの周回性ＡＷＧ１０２、１０５の構成（Ｍ、Ｎ）によって変化する。逆に、２つの周回性ＡＷＧ１０２、１０５の構成を選択することによって、フィルタ機能を持ったスイッチ要素素子を含む光スイッチの数および位置を決定することができる。さらに、光スイッチに持たせるフィルタ特性を決定することができる。以下、クロストークを減らすためのフィルタ機能を持つ光スイッチの実現方法について説明する。
【００８７】
図７に示した光可変フィルタおよび図１１に示した本発明の光可変フィルタにおいて使用される光スイッチは、図４の（ａ）および（ｂ）で説明した基本構成を持つ。図４で示した１×２スイッチ４０、４１は、スイッチ要素素子に対応している。これらのスイッチ要素素子は、マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）によって実現され、光スイッチは複数のＭＺＩを組み合わせて構成されている。最初に、ＭＺＩの基本動作および本発明における利用方法について説明する。
【００８８】
図１２は、ＭＺＩの基本構成を示す図である。ＭＺＩでは、１つの入力光を方向性結合器（カプラ）１２２によって２つに分岐し、再び方向性結合器１２３で合流させることで光を干渉させる。２分岐した光が伝播するアーム導波路１２４ａ、１２４ｂ上には薄膜ヒーター１２５ａ、１２５ｂが備えられ、ヒーターに電流を流す（電力Ｐを印加する）ことで導波路の温度を変える。ＭＺＩへの電流をオンにした時とオフにした時では光の伝播速度が変わり、分岐光間に位相差が生じる。この位相差に応じて、合流時の光の干渉度合が変化して、出力ポート（ｏｕｔ１、ｏｕｔ２）を切り替えることができる。図１２の（ａ）は基板１２５の上方から見た上面図であり、（ｂ）は図中のＡ−Ａ’において光の進行方向に沿って見た基板１２５の断面図である。
【００８９】
入力導波路１２１ａに入力した光信号は、２つの出力導波路１２７ａ、１２７ｂのいずれかに切り替えられる。したがって、１つの出力導波路１２７ａに着目すると、入力した光信号のオン・オフを実現できる。図７に示した従来の光可変フィルタでは、このＭＺＩを組み合わせて、光信号を選択または合流する光スイッチを構成していた。また、光信号のオン・オフは、波長多重光信号に含まれるすべての波長の光信号を一括してオン・オフするよう動作していた。すなわち、例えはＣバンド全体をまとめてオン・オフするようにＭＺＩの構成パラメータが設定される。具体的には、２つのアーム導波路１２４ａ、１２４ｂ間の光路長差を適切に設定する。
【００９０】
通常、２つのアーム導波路１２４ａ、１２４ｂの光路長差が０の場合は、対称ＭＺＩと呼ばれる。２つのアーム導波路１２４ａ、１２４ｂの光路長差が、対象とする波長（光周波数）で半波長の長さ以上に相当する場合は、非対称ＭＺＩと呼ばれる。光路長差が半波長の場合も含めて、広義の対称ＭＺＩと呼ぶ場合もある。また、ヒーター１２５ａ、１２５ｂには、電極１２９ａ〜１２９ｄを経由して電力Ｐが印加される。図１２の構成例では、ヒーターは両方のアーム導波路上に備えられているが、片方のアーム導波路上のみに備えられていても良い。また、２つのアーム導波路間の位相差を変化させる手段は、温度の変化以外にもあるので、必ずしもヒーターによる加熱の方法だけに限定されない。
【００９１】
本発明の光可変フィルタでは、光スイッチ内の一部のスイッチ要素素子を非対称ＭＺＩとして、この非対称ＭＺＩに所望のフィルタ特性を持たせることで、クロストークの除去を行う。従来技術では、Ｃバンド全体をまとめてオン・オフするように構成されていたのとは対照的に、本発明では周回性ＡＷＧの構成に対応した所望のフィルタ特性を持つように、非対称ＭＺＩを構成する。図７で示した光可変フィルタの全体構成は何ら変更することなく、また、新たな構成要素を付加することもなく、クロストークの問題に対応する。
【００９２】
非対称ＭＺＩの動作は、よく知られているので詳細は述べないが、２つの出力ｏｕｔ１（スルーポート）、ｏｕｔ２（クロスポート）からの出力Ｔ１、Ｔ２および次数ｍは、下の各式によって表される。
【００９３】
【数２】
2015060125.tif 000004
【００９４】
また、ＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）、Δｆは、次式で表される。
【００９５】
【数３】
2015060125.tif 000005
【００９６】
ここで、各符号等は以下の通りである。Ｋ：方向性結合器の結合率、ｆ：光周波数、ｃ：光速、ｆ０：透過中心光周波数、λ０：透過中心波長（＝ｃ／ｆ０）、ｎｃ：導波路の等価屈折率、ｎｇ：導波路の群屈折率、ΔＬ：アーム部の導波路長差、Ｐ：位相シフタの印加電力（短アーム側に印加する場合Ｐ＞０、長アーム側に印加する場合Ｐ＜０）、Ｐπ：半波長電力、ｍ：次数（光路長差がλ０の何倍かを示す）
【００９７】
図１３は、非対称ＭＺＩにおける次数ｍの効果を説明するための図である。図１３の（ａ）は横軸を光周波数で表示した場合の出力ポート（クロスポート）Ｔ２の透過特性を、次数ｍをパラメータとして示す。図１３の（ｂ）は横軸を波長で表示した場合の出力ポートＴ２の透過特性を示す。（ａ）では、ｍ＝０．５の場合（非対称ＭＺＩ）の特性１３１からｍ＝３の場合（非対称ＭＺＩ）の特性１３４までの光周波数依存特性を、ｍ＝０．５、１、２、３と変化させて示している。（ｂ）でも、同様に、ｍ＝０．５の場合（非対称ＭＺＩ）の特性１３５からｍ＝３の場合（非対称ＭＺＩ）の特性１３８までの波長依存特性を、ｍ＝０．５、１、２、３と変化させて示している。尚、ｍ＝０の場合は、光路長差が０であって、対称ＭＺＩの透過特性を示しており、出力ポート（クロスポート）Ｔ２は、全帯域で透過率１を意味する。このとき、スルーポートＴ１では、全帯域で遮断となる。また図１３の（ａ）において、左端のｆ＝１５０ＴＨｚはλ＝１９９８．６ｎｍに相当し、右端のｆ＝５００ＴＨｚはλ＝５９９．６ｎｍに相当する。
【００９８】
上述のＴ１、Ｔ２の式からも分かるように、ＭＺＩの透過率特性は正弦波状の形状を持ち、図１３はＣバンド（１５３０〜１５６５ｎｍ）の概ね中央であるλ０＝１５５０ｎｍにおいて、透過率１となるように設定した場合を示している。λ０＝１５５０ｎｍは、光周波数ｆ０＝１９３．４ＴＨｚに対応している。次数ｍが０より大きいとき、次数ｍを変化させることによって、透過特性の周期は変化し、透過率特性のピークおよびディップの位置も変化する。次数ｍ（光路長差）を１、２、 ３, ・・と順次増やしていくにしたがって、クロスポートｏｕｔ２の透過帯域が狭くなっていき、光フィルタとして機能するようになる。したがって、スイッチ要素素子として非対称ＭＺＩを用いると、次数ｍを適切に選択することで、所望のフィルタ特性を得ることができる。尚、図７に示した従来の光可変フィルタでは、光スイッチを構成するスイッチ要素素子としてのＭＺＩは、ｍ＝０またはｍ＝０．５の広義の対称ＭＺＩを使用していた。したがって、スイッチ要素素子であるＭＺＩは、少なくともＣバンドにおいて全帯域透過（オン）または全帯域遮断（オフ）の特性を持つ。各ＭＺＩのオン・オフ特性の組み合わせによって、１つのポートを選択する光スイッチを構成していたことに留意されたい。全帯域透過または全帯域遮断の切り替えは、例えば図１２に示したヒーターによる加熱によって行っていた。
【００９９】
図１４は、非対称ＭＺＩにおける透過特性の切り替え動作を説明する図である。図１４の（ａ）は、横軸を光周波数で表示した場合の出力ポート（クロスポート）Ｔ２の透過特性を、次数ｍをパラメータとして示す。（ｂ）は、横軸を波長で表示した場合の出力ポート（クロスポート）Ｔ２の透過特性を、次数ｍをパラメータとして示す。いずれも、ｍ＝４０、４０．５の場合を示しており、（ｂ）に示したように、Ｃバンド（１５３０〜１５６５ｎｍ）中央であるλ０＝１５５０ｎｍにおいて、ｍ＝４０のときに透過率が１となるフィルタ特性１４４となるように設定した場合を示している。フィルタ特性１４４は、ＦＳＲ＝４８００ＧＨｚの光フィルタとして機能している。ここで、ｍを４０．５にすると、透過域および阻止域が逆転する。（ａ）の光周波数軸で見た場合も、透過率が１のフィルタ特性１４２は、ｍを４０から４０．５にすると、透過域と阻止域が逆転したフィルタ特性１４１となる。図１４の（ａ）および（ｂ）から、非対称ＭＺＩの次数ｍを制御することで、特定の波長（光周波数）における透過または阻止を制御可能であり、Ｃバンド内においても特定の波長（光周波数）の光信号を選択的に透過または阻止するフィルタ特性を実現できることが分かる。
【０１００】
図１５は、非対称ＭＺＩにおいて次数ｍを連続的に変化させた場合の動作を説明する図である。図１５の（ａ）および（ｂ）いずれも、図１５と同じ条件の透過特性を示しているが、ｍを４０から４０．５の間でより細かく変化させた場合の透過特性変化を示す。例えば（ｂ）では、ｍ＝４０のときの透過特性１５３からｍ＝４０．５のときの透過特性１５４までｍを変化させて、透過域の中心波長λ０が、１５５０ｎｍから１５７０ｎｍまで滑らかに可変できることが分かる。具体的には、透過中心周波数は印加電力にほぼ比例してシフトし、長アーム導波路側に電力印加すると低周波数側（長波長側）へ、短アーム導波路側に電力を印加すると高周波数側（短波長側）へシフトする。したがって、式（７）における電力Ｐをアナログ的に連続的に変化させれば、非対称ＭＺＩのフィルタ特性（透過特性）のピークおよびディップを所望の波長（光周波数）に一致させることができる。上述のようにスイッチ要素素子である非対称ＭＺＩのフィルタ特性を利用して、所望波である光信号に対しては、透過させる（オン）スイッチとして機能し、クロストークの問題を生じさせる非所望波である１つ以上の光信号に対しては、これを阻止するフィルタとして機能させる。図１１に示した４つの光スイッチのいずれか１つ以上の光スイッチで、その一部のスイッチ要素素子を、対称ＭＺＩから非対称ＭＺＩとすることで構成できる。
【０１０１】
後に具体的な例を挙げて説明するが、クロストークを生じる非所望波である光信号の数、および、所望波である光信号と非所望波である光信号との位置関係は、２つの周回性ＡＷＧの構成に依存する。すなわち、図１１における第１の周回性ＡＷＧ１０２のＦＳＲの設定（Ｍの設定）および第２の周回性ＡＷＧ１０５のＦＳＲの設定（Ｎの設定）に依存する。したがって、非対称ＭＺＩを効率的に利用して、様々なクロストークの発生状況に対応する必要がある。
【０１０２】
図１６は、本発明の光可変フィルタにおいて非対称ＭＺＩによりフィルタ特性を実現する方法を説明する図である。（ａ）および（ｂ）いずれも、横軸は波長を表しており、次数ｍを様々な条件に設定した非対称ＭＺＩによる１つの出力ポートの透過特性１６１、１６２、１６３、１６４を示している。図１６の（ａ）は、従来技術における（非対称）ＭＺＩのフィルタ特性の利用方法を示している。図７に示した従来技術の光可変フィルタでは、次数ｍが０または０．５の広義の対称ＭＺＩを使用している。次数ｍが小さい非対称ＭＺＩの場合には、概ねＣバンドのすべての光信号を透過させるか（フィルタ特性１６１）または遮断する（フィルタ特性１６２）かの２つの状態を選択していた。光可変フィルタの４つの光スイッチを構成するすべてのＭＺＩが、このような対称ＭＺＩを利用していた。
【０１０３】
これに対して、本発明の光可変フィルタでは、図１６の（ｂ）に示したように、Ｃバンド内で所望波である特定の波長の光信号のみを透過させ、非所望波であってクロストークを生じる他の波長の光信号を遮断するような非対称ＭＺＩのフィルタ特性を利用する。非対称ＭＺＩの次数ｍを大きく設定することで、例えば、フィルタ特性１６３によって、波長λ１の光信号のみを選択して、クロストークを生じる他の波長（λ４９、λ９７、λ１４５）の光信号を減衰させることができる。また、次数ｍを０．５だけ変化させて透過帯域のピークを反転させれば、フィルタ特性１６４によって、波長λ９７の光信号のみを選択して、クロストークを生じる他の波長（λ１、λ４９、λ１４５）の光信号を減衰させることもできる。
【０１０４】
図１７は、本発明の光可変フィルタにおいて非対称ＭＺＩによりフィルタ特性を実現する方法を説明する別の図である。図１７の（ａ）に示したように、本発明の光可変フィルタでは、Ｃバンド内で所望波である特定の波長の光信号のみを透過させ、非所望波であってクロストークを生じる他の波長の光信号を遮断するような非対称ＭＺＩのフィルタ特性を利用する。非対称ＭＺＩの次数ｍを大きく設定することで、例えば、フィルタ特性１７１によって、波長λ１の光信号のみを選択して、クロストークを生じる他の波長（λ４９、λ９７、λ１４５）の光信号を減衰させることができる。また、次数ｍをヒーターなどによって０．５だけ変化させて透過帯域のピークを反転させれば、フィルタ特性１７２によって、波長λ９７の光信号のみを選択して、クロストークを生じる他の波長（λ１、λ４９、λ１４５）の光信号を減衰させることもできる。さらに、次数ｍをヒーターなどによって連続的に変化させて透過帯域のピークを滑らかに変化させれば、フィルタ特性１７３、１７４によって、波長λ４９の光信号、波長λ１４５の光信号のみを選択して、クロストークを生じる他の波長の光信号を減衰させることができる。
【０１０５】
尚、図１７の（ｂ）に示した２つのフィルタ特性１７１、１７２は、透過域および阻止域が相互に反転した特性となっており、非対称ＭＺＩをオン・オフすることで、１つの非対称ＭＺＩにより実現できる。所望波および非所望波としてλ１、λ９７の２つのみの光信号が存在する場合、図１７の（ｂ）を見れば分かるように、フィルタ特性１７１によれば、λ１の波長を選択的に取り出し、クロストークとなるλ９７の光信号は十分に減衰できる。しかしながら、所望波および非所望波としてλ１、λ４９、λ９７、λ１４５の４つの光信号が存在する場合、同じくクロストークとなるλ４９、λ１４５における光信号の減衰量は半分（−３ｄＢ）程度で、不十分である。そこで、次に述べるようにＦＳＲの異なる２つ以上のフィルタ特性を組み合わることによって、より効果的にクロストークを抑えたフィルタ特性を実現できる。
【０１０６】
図１８は、本発明の光可変フィルタにおいて非対称ＭＺＩによりフィルタ特性を実現する方法を説明するさらに別の図である。非所望波であってクロストークを生じさせる光信号を効果的に減衰させるために、異なるＦＳＲを持つ２つ以上の非対称ＭＺＩのフィルタ特性を組み合わせることができる。図１８の（ａ）は、横軸に波長をとっており、異なる波長を持つ４つの光信号のうちの１つを選択的に透過させる状況を示す。ここで、第１のＦＳＲを持つ第１の非対称ＭＺＩによるフィルタ特性１８１と、第２のＦＳＲを持つ第２の非対称ＭＺＩによるフィルタ特性１８２とを組み合わせることで、所望波に対して非所望波を効果的に減衰させることができる。（ａ）では、所望波である波長λ１のみを透過させるため、フィルタ特性１８１およびフィルタ特性１８２の両方がλ１においてピークとなるように次数ｍおよび印加電力Ｐが設定される。このとき、クロストークを生じる他の波長（λ４９、λ９７、λ１４５）の光信号は、フィルタ特性１８１またはフィルタ特性１８２のいずれかのディップと一致している。
【０１０７】
図１８に示したフィルタ特性の実現方法は、光可変フィルタに入力する光多重信号において、所望波である選択する光信号および非所望波であるクロストークを生じさせる光信号が、波長（光周波数）軸上で概ね等間隔に並ぶような状況にうまく適合する。異なるＦＳＲを持つ複数の非対称ＭＺＩのフィルタ特性を組み合わせることによって、所望波および非所望波の多様な状況に対して、十分なクロストーク減衰を可能とするフィルタ特性を実現できる。また、クロストークを生じる光信号の数や間隔、配置が予め特定できるように、周回性ＡＷＧの構成を選択することによって、異なるＦＳＲを持つ複数の非対称ＭＺＩのフィルタ特性の組み合わせを、より効果的に利用できる。
【０１０８】
例えば、予め等間隔で並ぶ４つ（２２）の光信号の内の１つを選択する状況（他の３つはクロストーク）となるように周回性ＡＷＧの構成を選択すれば、図１８のように異なるＦＳＲを持つ２種類（タイプ）の非対称ＭＺＩのフィルタ特性を組み合わせて、クロストークを減らすことができる。同様に、予め等間隔で並ぶ８つ（２３）の光信号の内の１つを選択する状況（他の７つはクロストーク）となるように周回性ＡＷＧの構成を選択すれば、異なるＦＳＲを持つ３種類の非対称ＭＺＩのフィルタ特性を組み合わせてクロストークを減らすことができる。具体的な例は、後述する。
【０１０９】
図１９は、光可変フィルタにおける光スイッチの具体的な構成例を示した図である。いずれも、発明者らが提案した図７の光可変フィルタ構成における光スイッチ７３の構成例を示す。図１９の（ａ）は第１の構成例を、（ｂ）は第２の構成例を示す。（ａ）の第１の構成例では、光スイッチ７３は、図１９左側にある前段のＡ入力１出力の光スイッチ１０３と、図１９右側にある後段の１入力Ｂ出力の光スイッチ１０４とが接続されている。図１９では、Ａ＝８、Ｂ＝９の例を示している。いずれの光スイッチも、要素素子である１×２スイッチ１１２を、単独でまたは複数個組み合わせて構成できる。
【０１１０】
光スイッチ１０３のＡ個の入力ポートのうちのいずれか１つのポートへの入力光信号が選択される。次に、その選択された入力光信号は、後段の光スイッチ１０４の入力ポートに接続される。さらに、光スイッチ１０４のＢ個の出力ポートのいずれか１つに接続される。結局、光スイッチ７３は、Ａ入力から１入力のみを選択して、それをＢ出力のうちの任意の１ポートに出力するスイッチである。このような光スイッチは、図１９に示した構成だけに限定されず、他のどのような方法でも実現できる。図１９に示すように、光スイッチ７３は前段および後段の２つのスイッチ１０３、１０４から構成されているかのように描かれてはいるが、光スイッチ７３を一体の光スイッチデバイスとして構成することができる。
【０１１１】
別の構成例として、図１９の（ｂ）に示すように、中央部に２×２スイッチ１１３を用いて構成することもできる。すなわち、（ａ）の構成において、前段スイッチ１０３の出力スイッチおよび後段スイッチ１０４の入力スイッチを、１つの２×２スイッチ１１３によって実現することができる。図１９の（ａ）、（ｂ）の構成に限られず、他にも様々な方法で、光スイッチ７３を実現できることは言うまでもない。
【０１１２】
本発明の光可変フィルタでも光スイッチの構成は、図１９の例と同様である。上述の光スイッチの要素素子である１×２スイッチ１１２および２×２スイッチ１１３は、図１２に示したＭＺＩによって実現できることが簡単に理解できるだろう。したがって、光スイッチのさらに具体的構成は、図１９のスイッチ要素素子をＭＺＩに置き換えて考えれば良い。本発明では、光可変フィルタのいずれかの光スイッチにおいて、その光スイッチの中の少なくとも一部のＭＺＩについて、非対称ＭＺＩを利用する。
【０１１３】
図２０は、本発明の光可変フィルタを構成する光スイッチで使用される非対称ＭＺＩの配置位置を説明する図である。図２０の（ａ）は、従来の対称ＭＺＩのみを使用した４×１（４入力１出力）の光スイッチの例に示している。４つの入力ポート２０４からの入力信号を選択して、１つの出力ポート２０５に出力する。スイッチ要素素子２０１ａ〜２０１ｃは、いずれも対称ＭＺＩである。（ｂ）は、本発明で使用される、少なくとも一部が非対称ＭＺＩ（ＡＳと表記）で構成された４×１（４入力１出力）の光スイッチを示している。（ｂ）に示した光スイッチは、あるＦＳＲを持つ１種類の非対称ＭＺＩを含み、光スイッチに１種類のフィルタ特性の機能を持たせる場合である。ここで、（ｂ）に示した光スイッチは、最終段すなわちすべての入力光信号が通過するスイッチ要素素子を非対称ＭＺＩ２０２とする必要がある点に留意されたい。前段側にある２つのスイッチ要素素子２０１ａ、２０１ｂは対称ＭＺＩである。
【０１１４】
図２０の（ｃ）は、本発明で使用される、少なくとも一部が非対称ＭＺＩで構成された４×１（４入力１出力）の光スイッチの別の例を示している。（ｃ）に示した光スイッチは、すべての要素素子が非対称ＭＺＩ２０２、２０３ａ、２０３ｂとなっており、１種類以上のＦＳＲを持つ１種類以上の非対称ＭＺＩを含み、光スイッチに１種類以上のフィルタ特性の機能を持たせる場合である。ここで、１種類以上とは、１つの光スイッチ内の複数のＭＺＩが同一のＦＳＲを持つ構成も妨げないという意味である。後述の周回性ＡＷＧのパラメータＭ、Ｎの選択によっては、１つの光スイッチ内の複数のＭＺＩが同一のＦＳＲを持つ構成でも利用できるからである。しかしながら、図１８で説明したように、異なるＦＳＲを持つ２種類のフィルタ特性を組み合わせて利用する場合には、図２０の（ｃ）において、最終段の非対称ＭＺＩ２０２が第１のＦＳＲを持ち、前段側の２つの非対称ＭＺＩ２０３ａ、２０３ｂが、第１のＭＺＩとは異なる第２のＦＳＲを持つ構成が、本発明における光スイッチ内の非対称ＭＺＩの配置の好適な例となる。
【０１１５】
ここで、注意すべきことは、図１９および図２０で例示しているツリー構造を持つ光スイッチの場合に、最終段以外の前段側に非対称ＭＺＩを用いるときは、同じ段にあるすべての要素素子を同一のＦＳＲを持つ非対称ＭＺＩとしなければならないことである。したがって、図２０に示した２段構成よりもさらに段数が多い（３段、４段・・）光スイッチで、例えば、最終段から数えて３段目の要素素子を非対称ＭＺＩとする場合は、３段目にある８個の要素素子のすべてを同一のＦＳＲを持つ非対称ＭＺＩとしなければならない。
【０１１６】
つまり、本発明の光可変フィルタにおいて、光スイッチは、１つの波長分割多重光に含まれるすべての光信号を透過させる単一のスイッチ要素素子（最終段の場合）または複数のスイッチ要素素子（最終段以外の場合）が、所定の波長パス（所望波）の光信号を透過させかつ１つの波長分割多重光に含まれる他の波長（非所望波）の光信号を減衰させるフィルタ特性を有することになる。
【０１１７】
したがって、１つの種類のＦＳＲを持つフィルタ特性を実現するためには、光スイッチの最終段にあってすべての光信号が通過する要素素子を非対称ＭＺＩとするのが簡単で合理的である。非対称ＭＺＩを利用する場合、対称ＭＺＩに比べてアーム導波路間の光路長差のぶんだけ回路長が長くなるため、できるだけ少ない数の非対称ＭＺＩとする構成が合理的である。また、１つの光スイッチ内で、異なるＦＳＲを持つ２種類のフィルタ特性を実現するためには、図２０（ｃ）のように最終段の１つの要素素子およびその隣の段の２つの要素素子を非対称ＭＺＩとすれば良い。
【０１１８】
以上の説明および図１１の本発明の光可変フィルタの構成からわかるように、フィルタ機能を持った非対称ＭＺＩを含める光スイッチは、４つの光スイッチ１０１、１０３、１０４、１０６の内のいずれでも良い。また、２種類以上の異なるＦＳＲを持つフィルタ特性を利用する場合に、各々が非対称ＭＺＩを含む２つ以上の光スイッチを組み合わせても良い。また、１つの光スイッチ内に２種類以上の異なるＦＳＲを持つ複数の非対称ＭＺＩを含めても良い。
【０１１９】
具体的には、光可変フィルタにおいて、クロストークを低減するため１種類のＦＳＲを持つフィルタ特性を利用する場合には、４つの光スイッチ１０１、１０３、１０４、１０６の内のいずれか１つが非対称ＭＺＩを含めば良い。この場合は、最終段のスイッチ要素素子を非対称ＭＺＩとするのが好ましい。尚、光スイッチ１０１、１０４は、１入力多出力のスイッチなので、上記説明における「最終段」は、１段目と読み替えることになる。すなわち、すべての入力（出力）光信号が通過する段の要素素子を非対称ＭＺＩとする。
【０１２０】
したがって、本発明においては、第１の光スイッチ、第２の光スイッチ、第３の光スイッチおよび第４の光スイッチの内の前記少なくとも１つの光スイッチにおいて、ツリー型に構成された複数のスイッチ要素素子の中の最終段のスイッチ要素素子、ツリー型に構成された複数のスイッチ要素素子の中の最終段を除くツリーの同一階層の段にある複数のスイッチ要素素子、または、格子型に構成された複数のスイッチ要素素子の中の最終段のスイッチ要素素子を、非対称ＭＺＩとすることになる。
【０１２１】
また、光可変フィルタにおいて、クロストークを低減するため２種類のＦＳＲを持つフィルタ特性を利用する場合には、４つの光スイッチ１０１、１０３、１０４、１０６の内の２つを組み合わせ、組み合わせた光スイッチの各々に１つずつ異なるＦＳＲを持つ非対称ＭＺＩを含めば良い。具体的には、１つ目の光スイッチに第１のＦＳＲを持つ非対称ＭＺＩを含め、２つ目の光スイッチに第２のＦＳＲを持つ非対称ＭＺＩを含めれば良い。この場合も、最終段の要素素子を非対称ＭＺＩとするのが好ましい。また、４つの光スイッチ１０１、１０３、１０４、１０６の内の１つの光スイッチに、第１のＦＳＲを持つ非対称ＭＺＩと第２のＦＳＲを持つ非対称ＭＺＩを含めても良い。
【０１２２】
上述の説明では、図１９および図２０で例示しているツリー構造を持つ光スイッチについて説明したが、図４の（ｂ）で説明した格子型の構成の場合でも、本発明を適用できる。
【０１２３】
図２１は、格子型の光スイッチにおける非対称ＭＺＩの配置位置を説明する図である。説明のため簡単な３入力１出力の３×１スイッチの例を示している。格子型の構成の光スイッチでは、原理的にすべての光信号が通過するスイッチ要素素子は最終段だけである。したがって、格子型の光スイッチでは、最終段の要素素子のみ非対称ＭＺＩ２１３とすることができる。要素素子２１１、２１２を非対称ＭＺＩとすることはできない。２種類以上の異なるＦＳＲを持つフィルタ特性を利用する場合は、複数の光スイッチにそれぞれ異なるＦＳＲを持つフィルタ特性を担わせることになる。この場合であっても、非対称ＭＺＩを含む光スイッチは、４つの光スイッチ１０１、１０３、１０４、１０６のどれを選択しても良いし、どのように組み合わせても良い。  
ツリー型および格子型の選択は、素子数やチップ上で回路を構成する大きさ・形状、選択動作を行う場合に必要な消費電力など考慮して選択すれば良い。以上これまでは、本発明で利用されるフィルタ特性を持った非対称ＭＺＩおよび光スイッチの構成を説明してきた。以下では、周回性ＡＷＧの具体的な構成とともに、周回性ＡＷＧの構成パラメータとの組み合わせで非対称ＭＺＩをより効果的に利用する実施例を説明する。以下の実施例では、Ｃバンドにおいて２５ＧＨｚ間隔で１９２チャネルを有する波長分割多重光信号から所望の光信号を選択する光可変フィルタについて説明する。しかし、本発明のクロストーク問題を解決する基本的な考え方は、他の通信バンド、チャネル間隔、チャネル数の場合にも適用可能である。
【０１２４】
以上の説明のように、本発明においては、光スイッチに含まれる１つ以上のスイッチ要素素子は、アーム導波路間の光路長差が１波長以上の光路長差を持つ非対称マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）で構成され、非対称ＭＺＩが有するフィルタ特性は、第１の周回性波長合分波器の第１の周期および第２の周回性波長合分波器の第２の周期に関連付けられた周期（ＦＳＲ）を有する１種類以上の非対称ＭＺＩで構成される。
【０１２５】
また、光スイッチに含まれる１つ以上のスイッチ要素素子は、アーム導波路間の光路長差が１波長以上の光路長差を持つ非対称マッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）で構成され、
非対称ＭＺＩが有するフィルタ特性は、第１の周回性波長合分波器の第１の周期および第２の周回性波長合分波器の第２の周期に関連付けられた異なる周期（ＦＳＲ）を有する複数の種類の非対称ＭＺＩの組み合わせによって構成されることになる。
【０１２６】
本発明の光可変フィルタでは、所望波の光信号の波長とクロストークを生じる非所望波の光信号の波長との関係によって、非対称ＭＺＩに必要なフィルタ特性が変わってくる。しかし、周回性ＡＷＧの構成パラメータ（Ｍ、Ｎ）に何らかの条件を付加すれば、非対称ＭＺＩをより簡単に構成できる。以下、周回性ＡＷＧが特定の構成パラメータ（Ｍ、Ｎ）を持つ場合において、非対称ＭＺＩの構成例を示す。
【０１２７】
最初に、図１１の構成をとりながら同一出力ポートにおいて２以上の光信号が現れることを許容するようなＡＷＧ構成の場合に、本発明を適用する例を説明する。発明者らが提案した図７の従来の光可変フィルタの構成では、ＭおよびＮが互いに素の関係を持つことによって、光可変フィルタの同一出力ポートには１つの波長の光信号のみが現れるようにしていた。しかしながら、ＭとＮの関係を互いに素の場合以外に拡張しても、本発明のクロストークを除去する非対称ＭＺＩの構成を採用することで、出力ポートに重複して現れる光信号もクロストークとして除去し、ＭおよびＮの選択範囲に多様性をもたらすことができる。さらに、ＭとＮの関係が素数の場合に適用する実施例も示す。
【実施例１】
【０１２８】
図２２は、本発明の実施例１の光可変フィルタの構成を示す図である。図１１に示した構成において、周回性ＡＷＧ１０２、１０５および各光スイッチ１０１、１０３、１０４、１０６の構成を具体化したものである。実施例１では、第１のＡＷＧ１０２は１４×１４の構成（Ｍ＝１４）を持ち、第２のＡＷＧ１０５は１６×１６の構成（Ｎ＝１６）を持つ。各光スイッチは、順に、１×３スイッチ、５×１スイッチ、１×４スイッチ、４×１スイッチの構成を持つ。ＭとＮとは互いに素ではなく、ＭとＮの間には共通因数ｋ＝２を持つ。したがって、第４の光スイッチ１０６の出力には、共通因数ｋ＝２に対応した数の波長の光信号が同時に現れる。
【０１２９】
図２３は、実施例１の構成の光可変フィルタにおける各ＡＷＧの出力ポートから出力される波長を説明する図である。図２３は、ＡＷＧの入力ポートに波長分割多重光信号を入力した場合に、各出力ポートに分波される波長の番号を表の形式で示している。上の表は、Ｍ＝１４の第１のＡＷＧ１０２に対応し、下の表は、Ｎ＝１６の第２のＡＷＧ１０５に対応する。波長は、波長番号１から１９２までを含む。例えば、上の表に着目すると、太線の矩形領域２３５で囲った１行目の波長群２３０は、ある出力ポートから出力される波長を示す。２行目の波長群は、周回性ＡＷＧの特性から、上記ある出力ポートから１つだけずれた隣の出力ポートから出力される波長となる。
【０１３０】
ここで、波長番号１すなわちλ１の光信号を本発明の光可変フィルタで選択する場合を考える。第１のＡＷＧ１０２については、上の表の、λ１のセル２３２を含む第１行目２３５に対応する出力ポートを選択すれば良い。さらに、第２のＡＷＧ１０５については、下の表の、λ１のセル２３２が含まれる第１行目２３６に対応する出力ポートからの波長群２３１を選択すれば良い。しかしながら、上記のように各ＡＷＧの入力ポートおよび出力ポートを選択すると、所望波のλ１だけでなくλ１１３の光信号も同一出力ポートに出力される。λ１１３の光信号は、波長λ１に対して、２つのいずれのＡＷＧに関しても同一の波長グループに属するので、全く減衰を受けずに所望波のλ１と同じレベルで出力される。これは、ＭとＮとが共通因数ｋ（＝２）を持つためである。したがって、所望波のλ１に対して、非所望波であるクロストークと同様に作用するλ１１３の光信号を除去する必要がある。ここで、図１２〜図２１で説明をした非対称ＭＺＩを含む光スイッチのフィルタ特性を利用することができる。
【０１３１】
図２４は、実施例１の光可変フィルタにおいて利用する非対称ＭＺＩによるフィルタ特性を説明する図である。非対称ＭＺＩによって、所望波λ１を透過させ、非所望波λ１１３を除去するためには、１つの光スイッチのうちの１つの非対称ＭＺＩが図２４のフィルタ特性２４０を備えれば良い。すなわち、所望波λ１が透過域のピークに対応し、非所望波λ１１３が阻止域のピーク（すなわちディップ）に対応するようなフィルタ特性を実現すれば良い。具体的には、非対称ＭＺＩがＦＳＲ＝Ｍ×Ｎ×帯域幅＝１４×１６×２５＝５６００ＧＨｚを持てば良い。尚、所望波の波長が変わっても、非所望波との関係（波長間隔は１１２チャンネル相当）は同じなので、非対称ＭＺＩの次数ｍを調整して透過域の中心波長を調整すれば良い。
【０１３２】
上記構成の非対称ＭＺＩを含める光スイッチは、光スイッチ１０１、１０３、１０４、１０６の内のいずれか１つで良い。いずれかの光スイッチ内で、すべての光信号が通過するスイッチ要素素子を、ＦＳＲ＝５６００ＧＨｚの非対称ＭＺＩ（次数ｍ＝３４．５、中心光周波数は１９３．４ＴＨｚ）とすれば良い。
【０１３３】
以上説明したように、実施例１の光可変フィルタでは、共通因数をｋ＝２とすると、第１のＡＷＧ１０３の構成はＭ＝ｍｐ×ｋ＝１４＝７×ｋであり、第２のＡＷＧ１０５の構成はＮ＝ｎｐ×ｋ＝１６＝８×ｋとなる。ここで、ｍｐ＝７およびｎｐ＝８は互いに素の関係にある。第２のＡＷＧ１０５の同一の出力ポートから出力される光信号はｋ＝２＝２１個となる。本実施例では、所望波に対して、非所望波の波長はＡＷＧのフィルタ特性における隣接チャネルに相当せず、ＭおよびＮに共通因数を含むために当然に所望波の透過域に完全に一致して現れる光信号である。本実施例では、２つのＡＷＧの構成（ＭおよびＮ）に共通因数ｋ＝２を含む場合に、同一出力ポートから現れる非所望波をクロストークとして取り扱い、非対称ＭＺＩによるフィルタ特性によって除去している。次に、共通因数ｋの値が異なる場合の実施例を示す。
【実施例２】
【０１３４】
図２５は、本発明の実施例２の光可変フィルタの構成を示す図である。実施例１と同様に、図１１に示した構成において、周回性ＡＷＧ１０２、１０５および各スイッチ１０１、１０３、１０４、１０６の構成を具体化したものである。実施例２では、第１のＡＷＧ１０２は１２×１２の構成（Ｍ＝１２）を持ち、第２のＡＷＧ１０５は１６×１６の構成（Ｎ＝１６）を持つ。各光スイッチは、順に、１×３スイッチ、４×１スイッチ、１×４スイッチ、４×１スイッチの構成を持つ。ＭとＮとは互いに素ではなく、ＭとＮの間には共通因数ｋ＝４を持つ。したがって、第４の光スイッチ１０６の同一の出力ポート上には、波長の異なる共通因数ｋ＝４に対応した数の光信号が現れる。
【０１３５】
図２６は、実施例２の構成の光可変フィルタにおける各ＡＷＧの出力ポートから出力される波長を説明する図である。図２６は、ＡＷＧの入力ポートに波長分割多重光信号を入力した場合に、各出力ポートに分波される波長の番号を表の形式で示している。上の表は、Ｍ＝１２の第１のＡＷＧ１０２に対応し、下の表は、Ｎ＝１６の第２のＡＷＧ１０５に対応する。波長は、波長番号１から１９２までを含む。例えば、上の表に着目すると、太線の矩形領域２６５で囲った１行目の波長群２６１は、ある出力ポートから出力される波長を示す。２行目の波長群は、周回性ＡＷＧの特性から、上記ある出力ポートから１つだけずれた隣の出力ポートから出力される波長となる。
【０１３６】
ここで、波長番号１すなわちλ１の光信号を本発明の光可変フィルタで選択する場合を考える。第１のＡＷＧ１０２については、上の表の、λ１のセル２６３ａを含む第１行目２６５に対応する出力ポートを選択すれば良い。さらに、第２のＡＷＧ１０５については、下の表の、λ１のセル２６４ａが含まれる第１行目２６６に対応する出力ポートからの波長群２６２を選択すれば良い。しかしながら、上記のように各ＡＷＧの入力ポートおよび出力ポートを選択すると、所望波のλ１だけでなくλ４９、λ９７およびλ１４５の３つの光信号も同時に出力される。λ４９、λ９７およびλ１４５の各光信号は、波長λ１に対して、２つのいずれのＡＷＧに関しても同一の波長グループに属するので、全く減衰を受けずに所望波のλ１と同じレベルで出力される。これは、ＭとＮとが共通因数ｋ（＝４）を持つためである。したがって、所望波のλ１に対して、非所望波であるクロストークと同様に作用するλ４９、λ９７およびλ１４５の光信号を除去する必要がある。ここで、図１２〜図２１で説明をした非対称ＭＺＩを含む光スイッチのフィルタ特性を利用することができる。
【０１３７】
図２７は、実施例２の光可変フィルタにおいて利用する非対称ＭＺＩによるフィルタ特性を説明する図である。非対称ＭＺＩによって、所望波λ１を透過させ、非所望波λ４９、λ９７およびλ１４５を除去するためには、図１８で説明したような、異なるＦＳＲを持つ２種類の非対称ＭＺＩのフィルタ特性を組み合わせて、クロストークを除去すれば良い。すなわち、２種類の非対称ＭＺＩのフィルタ特性２７０、２７１を組み合わせた図２７のフィルタ特性を備えれば良い。図２７に示すように、所望波λ１が、２種類の非対称ＭＺＩのフィルタ特性２７０、２７１の両方の透過域のピークにそれぞれ対応し、非所望波λ４９、λ９７およびλ１４５が２種類の非対称ＭＺＩのフィルタ特性２７０、２７１のどちらかが阻止域のピーク（すなわちディップ）に対応するような各フィルタ特性を実現すれば良い。
【０１３８】
具体的には、本実施例では、２種類の非対称ＭＺＩを４つの光スイッチのいずれかに含めれば良い。第１の非対称ＭＺＩは、ＦＳＲ＝Ｍ×Ｎ×帯域幅＝１２×１６×２５＝４８００ＧＨｚを持ち、図２７におけるフィルタ特性２７０に対応する。第２の非対称ＭＺＩは、ＦＳＲ＝Ｍ×Ｎ×帯域幅／２＝１２×１６×２５／２＝２４００ＧＨｚを持ち、図２７におけるフィルタ特性２７１に対応する。２つのフィルタ特性２７０、２７１を組み合わせれば、λ１、λ４９、λ９７およびλ１４５の内のいずれか１つが所望波となり、残りの３つが非所望波の場合であっても、所望波のみを取り出すことができる。尚、所望波の波長が変わっても、所望波の波長と３つの非所望波の波長との関係（波長間隔は４８チャンネル相当）は同じなので、２種類の非対称ＭＺＩの次数ｍを、それぞれヒーター等によって調整すれば良い。また、２つのＦＳＲ値に関しては、一方の非対称ＭＺＩのＦＳＲ値（２４００ＧＨｚ）は、他方のＭＺＩのＦＳＲ値（４８００ＧＨｚ）の半分（１／２）の関係にあることに注目されたい。
【０１３９】
上記構成の２種類の非対称ＭＺＩを含める光スイッチは、２種類のいずれの非対称ＭＺＩについても、光スイッチ１０１、１０３、１０４、１０６の内のどれであっても良い。すなわち、第１の種類の非対称ＭＺＩは、光スイッチ１０１、１０３、１０４、１０６の内のどれに含めても良い。同様に、第２の種類の非対称ＭＺＩも、光スイッチ１０１、１０３、１０４、１０６の内のどれに含めても良い。さらに、光スイッチ１０１、１０３、１０４、１０６のどれか１つの中に、２種類の非対称ＭＺＩの両方を含めることもできる。１つの光スイッチに１種類のＭＺＩを含める場合は、図２０の（ｂ）に示したように、すべての光信号が通過する最終段のスイッチ要素素子を非対称ＭＺＩとするのが好ましい。１つの光スイッチ内に２種類のＭＺＩを含める場合は、図２０の（ｃ）に示した構成となる。
【０１４０】
より具体的には、より緩やかな広いフィルタ特性を持つ第１の種類の非対称ＭＺＩは、ＦＳＲ＝４８００ＧＨｚの非対称ＭＺＩ（次数ｍ＝４０．３、中心光周波数は１９３．４ＴＨｚ）とすれば良い。より狭いフィルタ特性を持つ第２の種類の非対称ＭＺＩは、ＦＳＲ＝２４００ＧＨｚの非対称ＭＺＩ（次数ｍ＝８０．６、中心光周波数は１９３．４ＴＨｚ）とすれば良い。任意の組み合わせの２つの光スイッチにおいて、一方の光スイッチの最終段のスイッチ要素素子を第１の種類の非対称ＭＺＩとし、他方の光スイッチの最終段のスイッチ要素素子を第２の種類の非対称ＭＺＩとすれば、非対称ＭＺＩの数は光可変フィルタ全体では２つで済む。
【０１４１】
以上説明したように、実施例２の光可変フィルタでは、共通因数ｋ＝４であって、第１のＡＷＧの構成はＭ＝ｍｐ×ｋ＝３×ｋ＝１２であり、第２のＡＷＧの構成はＮ＝ｎｐ×ｋ＝４×ｋ＝１６となる。ここで、ｍｐ＝３およびｎｐ＝４は互いに素の関係にある。第２のＡＷＧ１０５の同一の出力ポートから出力される光信号はｋ＝４＝２２個となる。本実施例でも、所望波に対して、３つの非所望波の波長はＡＷＧのフィルタ特性における隣接チャネルに相当せず、共通因数を含めために当然に完全に所望波（透過域）に一致して現れる光信号である。図７に示した光可変フィルタでは、共通因数ｋ＝１となるようにＭおよびＮを選択して、重複を避けていたことを確認されたい。本実施例では、２つのＡＷＧの構成パラメータのＭおよびＮが共通因数ｋ＝４を含む場合に、同一出力ポートから現れる非所望波をクロストークとして取り扱い、異なるＦＳＲを持つ２種類の非対称ＭＺＩによるフィルタ特性の組み合わせによって、クロストークを除去している。次に、共通因数ｋ＝１の場合、すなわち、ＭおよびＮが互いに素の関係にある場合の実施例を示す。この場合は、図７に示した構成の光可変フィルタに本発明の非対称ＭＺＩを含む光スイッチの構成を適用することになる。
【実施例３】
【０１４２】
図２８は、本発明の実施例３の光可変フィルタの構成を示す図である。実施例１、実施例２と同様に、図１１に示した構成において、周回性ＡＷＧ１０２、１０５および各スイッチ１０１、１０３、１０４、１０６の構成を具体化したものである。実施例３では、第１のＡＷＧ１０２は１３×１３の構成（Ｍ＝１３）を持ち、第２のＡＷＧ１０５は１５×１５の構成（Ｎ＝１５）を持つ。各光スイッチは、順に、１×３スイッチ、５×１スイッチ、１×３スイッチ、５×１スイッチの構成を持つ。ＭとＮとは互いに素の関係にあり、ＭとＮの間の共通因数はｋ＝１である。また、「Ｎ＝Ｍ＋２」であって、「Ｍは奇数」の条件も満たすことにも留意されたい。ＭとＮとは互いに素の関係にあるので、図７で説明したように、第４の光スイッチ１０６の出力には、波長の重複は生じず所望波の光信号のみが現れる（実施例１、２同様に、共通因数ｋ＝１に対応した数の波長の光信号が現れる）。
【０１４３】
図２９は、実施例３の構成の光可変フィルタにおける各ＡＷＧの出力ポートから出力される波長を説明する図である。図２９は、ＡＷＧの入力ポートに波長分割多重光信号を入力した場合に、各出力ポートに分波される波長の番号を表の形式で示している。上の表は、Ｍ＝１３の第１のＡＷＧ１０２に対応し、下の表は、Ｎ＝１５の第２のＡＷＧ１０５に対応する。ここで、図２９では、後の説明の都合のために、波長分割多重光信号が、波長番号０から始まって波長番号１９１までの１９２チャネルで構成されるものとする。上の表に着目すると、太線の矩形領域２９７で囲った１行目の波長群２９１は、ある出力ポートから出力される波長を示す。２行目の波長群は、周回性ＡＷＧの特性から、上記ある出力ポートから１つだけずれた隣の出力ポートから出力される波長となる。
【０１４４】
ここで、波長番号０すなわちλ０の光信号を本発明の光可変フィルタで選択する場合を考える。第１のＡＷＧ１０２については、上の表の、λ０のセル２９３を含む第１行目２９７に対応する出力ポートを選択すれば良い。さらに、第２のＡＷＧ１０５については、下の表の、λ０のセル２９５が含まれる第１行目２９８に対応する出力ポートからの波長群２９２を選択すれば良い。しかしながら、上記のように各ＡＷＧの入力ポートおよび出力ポートを選択すると、所望波のλ０だけでなく、セル２９４ａ、２９４ｂおよび２９６ａ、２９６ｂで示した隣接チャネルに相当するλ９０、λ９１およびλ１０４、λ１０５の４つの光信号がクロストークを生じる。このクロストークの問題を説明する。
【０１４５】
図３０は、実施例３において生じるクロストークを説明する図である。実施例３におけるクロストークは、図１０で説明をしたＭ＝７、Ｎ＝９の構成におけるクロストークの問題と同様である。図３０は、Ｍ＝１３の場合の波長λ０からλ１９１（全１９２ｃｈ）の透過帯域を概念的に示したものである。簡単のため、図内の数字は波長番号を示す。第１のＡＷＧは、周回性を持っているため、λ０の透過帯域３０１は、λ１３の透過帯域と同一である。同様に、λ２６、λ３９、・・λ１８２も、λ０の透過帯域３０１と同一となる。つまり、図３０で縦方向に並ぶ一群の波長は、同一のフィルタ特性に対応しており、これらの一群の波長が第１のＡＷＧの１つの出力ポートから出力される。例えば、λ６に着目すれば、同様に図３０のλ９７、λ１１０も同一の帯域特性に対応する。
【０１４６】
多チャンネル化のために、１つのチャネルの帯域幅が５０ＧＨｚから２５ＧＨｚとなり狭くなると、光可変フィルタにより透過させる所望の光信号のチャネル（帯域）に隣接するチャネルにおける妨害信号、クロストークが問題となる。具体的には、所望波の光信号としてλ６のチャネルに着目すれば、λ６の両脇にあるλ５、λ７における光信号が妨害となる。さらに、ＡＷＧの周回性によって、図面上では、λ９６、λ９８、λ１０９、λ１１１における光信号も、妨害となる。尚、所望波の光信号のチャネルから離れれば、クロストークは問題にならない。すなわち、λ６に対して、λ８、λ４などの次隣接チャネルはＡＷＧのフィルタ特性で十分に減衰される。
【０１４７】
ここで、λ０（１９２チャネル内の第１番目の波長）を所望波として選択し透過させる場合を考える。第１のＡＷＧ（Ｍ＝１３）からは、λ０、λ１３、λ２６、λ３９、λ５２、λ６５、λ７８、λ９１、λ１０４、λ１１７、λ１３０、λ１４３、λ１５６、λ１６８、λ１８２の波長の各光信号（波長群１）が出力される。一方、第２のＡＷＧ（Ｎ＝１５）では、透過し得るのは、λ０、λ１５、λ３０、λ４５、λ６０、λ７５、λ９０、λ１０５、λ１２０、λ１３５、λ１５０、λ１６５、λ１８０の波長の各光信号（波長群２）となる。
【０１４８】
上に列挙した２つの波長群１および波長群２を比較すれば分かるように、λ０に隣接するλ９０、およびλ１０５の帯域に存在する光信号成分については、第２のＡＷＧを素通りしてしまう。したがって、光可変フィルタ全体のフィルタ特性は、λ０のフィルタ特性３０１における隣接チャネルの減衰量によって決定される。例えば、波長多重光信号にλ９０の信号が含まれていれば、不十分な隣接チャネル減衰量しか持っていないフィルタ特性３０１のために、第１のＡＷＧを透過してきたこのλ９０の光信号の隣接チャネルの電力がλ０の所望波に対して雑音として影響を与えるクロストークが生じる。すなわち、所望波であるλ０の光信号に対して、λ９０の光信号が雑音として働き、受信器におけるＳＮ比は劣化し、復号特性も劣化する。第１のＡＷＧを透過してきたこのλ１０５の光信号の隣接チャネルの電力も、λ０の所望波に対して雑音として影響を与えるクロストークが生じる。
【０１４９】
また、第１のＡＷＧを素通りするλ９１およびλ１０４の光信号は、第２のＡＷＧで阻止されるが、第２のＡＷＧのフィルタ特性が不十分な隣接チャネル減衰量しか持っていなければ、λ９１およびλ１０４の光信号もクロストークを生じさせる。したがって、図３０の実施例３の例を考えると、λ０が所望波の光信号の場合、λ９０、λ９１およびλ１０４、λ１０５の４つの光信号をさらに減衰させるようなフィルタを、非対称ＭＺＩによって構成すれば良い。ここでも、図１２〜図２１で説明をした非対称ＭＺＩを含む光スイッチのフィルタ特性を利用することができる。
【０１５０】
図３１は、実施例３の光可変フィルタにおいて利用する非対称ＭＺＩによるフィルタ特性を説明する図である。非対称ＭＺＩによって、所望波の光信号λ０を透過させ、非所望波のλ９０、λ９１およびλ１０４、λ１０５の４つの光信号を除去するフィルタ特性３１１を備えれば良い。すなわち、λ０の所望波３１２が透過域のピークに対応し、第１の非所望波ペア（λ９０、λ９１）のλ９０．５相当の光信号３１３と、第２の非所望波ペア（λ１０４、λ１０５）のλ１０４．５相当の光信号３１４とを阻止域のピーク（すなわちディップ）に対応するようなフィルタ特性を実現すれば良い。したがって、概ねλ９７．５相当の位置に阻止域のピーク（ディップ）を持てば良い。λ９７．５は、全１９２チャネルをカバーする帯域を１周期とした場合に、概ね透過波長λ０から半周期離れた位置に相当する。図３１の非対称ＭＺＩによって実現するフィルタ特性を正弦波状とすると、ややピークから外れたλ９０、λ９１およびλ１０４、λ１０５の４つの光信号であっても、１０ｄＢ程度の減衰量を確保できる。クロストークは、隣接チャネルにおいて、フィルタ全体で２５ｄＢ程度の減衰が取れれば十分であるので、非対称ＭＺＩによって実現するフィルタ特性で１０ｄＢ程度の減衰量が確保できれば良い。
【０１５１】
尚、図１０で示したＭ＝７（奇数）、Ｎ＝Ｍ＋２＝９の場合でも、クロストークは、全チャネル数６３を１周期とした場合に所望波λ０から概ね半周期離れたλ３１．５相当の位置の近傍に集中している点に留意されたい。図３１で示した非対称ＭＺＩによるフィルタ特性は、実施例１で示したのと同様に、構成できる。図３１の構成の非対称ＭＺＩを含める光スイッチは、光スイッチ１０１、１０３、１０４、１０６の内のいずれか１つで良い。いずれかの光スイッチ内で、すべての光信号が通過するスイッチ要素素子を、ＦＳＲ＝１３×１５×２５＝４８７５ＧＨｚの非対称ＭＺＩ（次数ｍ＝３９．７、中心光周波数は１９３．４ＴＨｚ）とすれば良い。ここで、実施例３のＭとＮが互いに素の関係にある場合を整理すれば、以下の通りである。
【０１５２】
図３２は、本発明においてＡＷＧのパラメータが特定の場合におけるクロストークの発生を一般的に説明する図である。（ａ）は第１のＡＷＧ３２１（図１１の第１のＡＷＧ１０２に対応）を示しており、（ｂ）は第２のＡＷＧ３２４（図１１の第２のＡＷＧ１０５に対応）を示している。ここで、第１のＡＷＧ３２１は、Ｍ入力ポートＭ出力ポートを持つ。第２のＡＷＧ３２４は、Ｎ入力ポートＮ出力ポートを持つ。ここで、Ｍは奇数であり、Ｎ＝Ｍ＋２の関係があるものとする。このときＭとＮは互いに素の関係となる。入力光３２０は、λ（０）から始まるものとすると、Ｎ×Ｍ−１＝Ｍ（Ｍ＋２）−１＝Ｍ２＋２Ｍ−１の関係から、λ（Ｍ２＋２Ｍ−１）までとなる。
【０１５３】
λ（０）の波長を取り出す光可変フィルタを考えると、第１のＡＷＧ３２１の１つの出力ポートからは、透過波長群λ(０), λ(Ｍ), λ(２Ｍ), λ(３Ｍ), ・・・が得られる。また、第２のＡＷＧ３２４の１つの出力ポートからは、透過波長群λ(０), λ(Ｍ＋２), λ(２(Ｍ＋２)), λ(３(Ｍ＋２))・・が得られる。２つの波長群には、重複する波長は存在しないので、光可変フィルタからは所望波であるλ（０）の波長の光信号のみが現れる。しかしながら、峡帯域なチャネル構成では隣接チャネルのフィルタ減衰量が不十分なため、クロストークが生じる。２つの波長群において、クロストークが生じるのは、λ{Ｍ(Ｍ＋１)／２, (Ｍ＋２)(Ｍ−１)／２}の波長ペアおよび λ{Ｍ(Ｍ＋３)／２, (Ｍ＋２)(Ｍ＋１)／２}の波長ペアとなる。クロストークは、所望波の光信号λ（０）から概ね半波長離れた位置、λ(Ｍ(Ｍ＋２)／２)に集中する。したがって、１周期を全チャネルの帯域幅（Ｍ×Ｎ×１ｃｈ帯域幅）に対応するとした場合に、非対称ＭＺＩのＦＳＲを全帯域幅に等しくすれば、概ね半波長離れた位置のクロストークを除去できる。
【０１５４】
上記のような、所望波の波長とクロストークが生じる波長との特定の位置関係は、ＭおよびＮに上述のような条件（制限）を加えることで得られ、非対称ＭＺＩのＦＳＲになるべく大きい値を選択し、緩いフィルタ特性でクロストークを除去できる。
【０１５５】
実施例１および実施例２のように、ＭおよびＮの間に共通因数ｋを持つ場合も、必要とする非対称ＭＺＩの数および構成は以下のように整理できる。Ｍは第１のＡＷＧの入力ポートおよび出力ポート数に対応し、同一出力ポートにＭチャネル毎にサイクリック（周回的）に異なる波長の光信号を出力する。同様に、Ｎは第２のＡＷＧの入力ポートおよび出力ポート数に対応し、同一出力ポートにＮチャネル毎にサイクリック（周回的）に異なる波長の光信号を出力する。ＭおよびＮが互いに素ではなくて、共通因数ｋを持つものとすると、互いに素の関係にある自然数ｍｐおよびｎｐを使って、次式の関係でＭ、Ｎを定義できる。
Ｍ＝ｍｐ×ｋ                    式（１０）
Ｎ＝ｎｐ×ｋ                    式（１１）
【０１５６】
ここで、共通因数ｋは２以上の自然数となる。尚、ｋ＝１とすれば、ＭとＮが互いに素の関係となり、実施例３に対応することになる。この光可変フィルタによって対応可能な波長（チャネル）の最大数Ｎｍａｘは、Ｍ×Ｎ＝ｍｐ×ｎｐ×ｋ２個となる。また、このとき、入力波長多重信号として、λ１、λ２、・・・λｍｐｎｐｋ２の波長を有する光信号が光可変フィルタに与えられる。実施例１および実施例２から容易に分かるように、このとき、第２のＡＷＧの同一出力ポートからはｋ個の光信号が現れる。実施例１では、ｋ＝２であってλ１およびλ１１３の２つの波長の光信号が同一出力ポートから出力されている。実施例２では、ｋ＝４であってλ１、λ４９、λ９７およびλ１４５の４つの波長の光信号が同一出力ポートから出力されている。
【０１５７】
実施例１および実施例２の場合に、必要とする非対称ＭＺＩの数および構成は以下のように一般化できる。非対称ＭＺＩは、ｋ個の光信号から所望波のみを取り出して、残りの（ｋ−１）個の非所望波を減衰させるフィルタ特性を備えれば良い。実施例１では、ｋ＝２＝２１であって、所望波および非所望波は合計２個であり、１つの波長の非所望波の光信号を減衰させれば良い。実施例２では、ｋ＝４＝２２であって、所望波および非所望波は合計４個であり、３つの波長の非所望波の光信号を減衰させれば良い。また、実施例１および実施例２のいずれにおいても、所望波および非所望波は、等間隔で生じることに注目されたい。
【０１５８】
必要な非対称ＭＺＩの種類の数ＮＭＺＩは、[ｌｏｇ２ｋ]個で良いことが分かる。ここで[Ｘ]はＸ以上の整数であって最小の数を表す。例えば、ｋ＝３であれば、ＮＭＺＩ＝２となる。また、ｋ＝５、６、７、８であれば、ＮＭＺＩ＝３となる。すなわち、実施例１のようにｋ＝２のときは、ＮＭＺＩ＝１で、１種類のＦＳＲを持つ非対称ＭＺＩによって必要なフィルタ特性を実現できる。実施例２のようにｋ＝４のときは、ＮＭＺＩ＝２で、異なるＦＳＲを持つ２種類の非対称ＭＺＩによって必要なフィルタ特性を実現できる。ここで、２つのＦＳＲ値に関しては、一方の種類の非対称ＭＺＩのＦＳＲ値は、他方の種類のＭＺＩのＦＳＲ値の半分（１／２）の関係にある。
【０１５９】
実施例１および実施例２から容易に理解できるように、ｋ＝８でＮＭＺＩ＝３の場合であれば、異なるＦＳＲを持つ３種類の非対称ＭＺＩによって必要なフィルタ特性を実現できる。３つのＦＳＲ値に関しては、第２の種類の非対称ＭＺＩのＦＳＲ値は、第１の種類のＭＺＩのＦＳＲ値の半分（１／２）となり、第３の種類の非対称ＭＺＩのＦＳＲ値は、第２の種類のＭＺＩのＦＳＲ値のさらに半分（１／２２＝１／４）とすれば良い。
【０１６０】
本発明の光可変フィルタでは、波長分割多重光の１つの光信号に対応するチャネルの帯域幅をΔｆとし、ＭおよびＮは合い異なる自然数とするとき、第１の周回性波長合分波器の第１の周期はＭ×Δｆであり、第２の周回性波長合分波器の第２の周期はＮ×Δｆであって、非対称ＭＺＩの周期は、Ｍ×Ｎ×Δｆに関連付けられていることになる。さらに、ＭおよびＮは、共通因数ｋを持てば、非対称ＭＺＩの前記周期は、ｋおよびＭ×Ｎ×Δｆに関連付けられている。
【０１６１】
実施例１および実施例２では、ＭおよびＮに共通因数ｋを含むことで、同一出力ポートに異なる波長の複数の信号光が現れることを許容する一方で、クロストークとして作用し非所望波である信号光を、本発明特有の非対称ＭＺＩを含む光スイッチのフィルタ特性によって除去している。また、実施例３では、ＭおよびＮに共通因数ｋ＝１であって互いに素の関係にあるとして、同一出力ポートに所望波のみが現れる場合に、クロストークとして作用し非所望波（隣接チャネルに相当）となる信号光を本発明特有の非対称ＭＺＩを含む光スイッチのフィルタ特性によって除去している。いずれの場合でも、クロストークの問題を生じる非所望波を、従来の光可変フィルタの構成の一部（光スイッチ）の変更によって効果的に除去している。実施例３のように、ＭおよびＮの選択の特定の条件（例えば、Ｍは奇数、Ｎ＝Ｍ＋２）を付加することで、非対称ＭＺＩの種類の数およびその構成（ＦＳＲ）を単純化できる。
【実施例４】
【０１６２】
本発明の光可変フィルタは、図７に関連しても説明したように、２つのＡＷＧの入力ポートおよび出力ポートの一部しか利用していない。したがって、例えば第２のＡＷＧを別個の光可変フィルタの間で共有利用することで、複数の光可変フィルタを効率的に構成できる。次に、第１のＡＷＧ（Ｍ＝１２）および第２のＡＷＧ（Ｎ＝１６）の光可変フィルタ（実施例２の構成に相当）を、第２のＡＷＧを共有して使用して、２つの光可変フィルタを構成する例を説明する。
【０１６３】
図３３は、実施例４の光可変フィルタの第１のＡＷＧにおける分波動作を説明する図である。第１のＡＷＧ３３２は１２×１２構成を持ち、光スイッチ３３１によって３つの入力ポート３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃが選択される。これらの入力ポートが選択されると、図３３に示した出力ポート２、５、８、１１から、それぞれのボックスの中に記載された波長群が現れる。ただし、各ボックス内には、３つの入力ポートが選ばれた場合のすべての波長が記載されている。すなわち、出力ポート２（２３７）から出力され波長群の内で、入力ポート７（３３４ｃ）が選択された場合、ボックス内の３行目のλ３、λ１５、・・、λ１８３の波長群３３５が現れる。同様に、入力ポート５（３３４ａ）が選択された場合、ボックス１行目のλ１、λ１３、・・、λ１８１の波長群が現れる。同様に、入力ポート６（３３４ｂ）が選択された場合、ボックス２行目のλ２、λ１４、・・、λ１８２の波長群が現れる。光スイッチ３３３によって、いずれかのボックスの波長群が選択され、第２のＡＷＧへの出力３３６が得られる。
【０１６４】
図３４は、実施例４の光可変フィルタの第２のＡＷＧにおける分波動作を説明する図である。第１のＡＷＧからの出力が、スイッチ３４１に入力される。図３４の（ａ）および（ｂ）は、第２のＡＷＧ３４２で選択される入力ポートが異なる２つの場合の分波波長を示している。選択される入力ポートが異なれば、出力ポートが異なることが示されている。すなわち、入力ポート５〜８が選択されれば、出力ポート２、６、１０、１４から光信号が現れる。入力ポート１０〜１３が選択されれば、出力ポート４、８、１２、１６から光信号が現れる。したがって、入力ポートを重複することなく割り当てれば、第２のＡＷＧのすべてのポートを利用することができる。
【０１６５】
図３５は、実施例４の光可変フィルタ構成を説明する図である。図３３の第１のＡＷＧと図３４の第２のＡＷＧを組み合わせた全体構成を示す。このように、前段側の第１のＡＷＧ３５１、３５２を２つ備え、後段側の第２のＡＷＧ３５３を共用することで、第２のＡＷＧを効率的に利用できる。本実施例では、２つの光可変フィルタを構成しているが、これらのＡＷＧの構成（Ｍ＝１２、Ｎ＝１６）では最大４つの光可変フィルタを第２のＡＷＧを共用して構成できる。実施例４の発明は、第１の光可変フィルタおよび第２の光可変フィルタを含み、これらの２つの光可変フィルタの各々の第２の周回性波長合分波器が単一のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を共用して構成されることになる。
【０１６６】
図３６は、本発明の光可変フィルタで共通因数ｋを持つ場合に非対称ＭＺＩの取り得る構成をまとめた表を示す。共通因数ｋの範囲、非対称ＭＺＩの種類の数、および非対称ＭＺＩのＦＳＲの関係を示している。ここでＰは、光可変フィルタで対応可能な最大数のチャネル（１チャネルの帯域幅：Δｆ）に対応した帯域幅を示す。すなわち、Ｐ＝Ｍ×Ｎ×Δｆとなる。この表では、各光スイッチに最大で１種類の非対称ＭＺＩを含めること、および、図１１に示したように周回性ＡＷＧを２つ含むことを条件とすれば、表の２列目は、非対称ＭＺＩの数となる。各光スイッチの中の最終段のスイッチ要素素子１つを非対称ＭＺＩとすれば、非対称ＭＺＩの数を最小化できる。ｋが小さければ、非対称ＭＺＩを含まないスイッチも存在することになる。
【０１６７】
したがって、本発明の光可変フィルタでは、ＭおよびＮが、共通因数ｋを持つときは、Ｐ＝Ｍ×Ｎ×Δｆとするとき、ｋの値に応じて、非対称ＭＺＩの周期（ＦＳＲ）は、２１Ｐ／ｋ、２２Ｐ／ｋ、２３Ｐ／ｋおよび２４Ｐ／ｋの内のいずれかを含むことになる。また図３６から、周期が２１Ｐ／ｋの非対称ＭＺＩは必ず含まれ、ｋの値によって、さらに他の周期の非対称ＭＺＩが含まれることになる。さらに、ｋの値が１６を越えれば、２１Ｐ／ｋ、２２Ｐ／ｋ、２３Ｐ／ｋおよび２４Ｐ／ｋ以外の、周期が２ＡＰ／ｋ（Ａは２以上の自然数）の非対称ＭＺＩも含まれる。
【０１６８】
既に、図２０、図２１において説明してきたように、非対称ＭＺＩを含める光スイッチは、図１１に示した４つの光スイッチの内のいずれの光スイッチでも良い。また複数の種類の非対称ＭＺＩを備える場合でも、すべての波長の光信号が共通に通過するような方法で非対称ＭＺＩを構成する限り、その順序・および配置位置に制限はない。各光スイッチの最終段のスイッチ要素素子を非対称ＭＺＩにするのが最も簡易な構成となる。
【０１６９】
実施例１に当てはめると、ｋ＝２であって、非対称ＭＺＩのＦＳＲは、２×１４×１６×２５／２＝５６００ＧＨｚとなる。実施例２に当てはめると、ｋ＝４であって、各非対称ＭＺＩのＦＳＲは、第１の（種類の）非対称ＭＺＩについては２×１２×１６×２５／２＝２４００ＧＨｚとなり、第２の（種類の）非対称ＭＺＩについては４×１２×１６×２５／２＝４８００ＧＨｚとなる。
【０１７０】
上述のすべての説明および実施例では、光可変フィルタはＡＷＧを２つ含む２段構成のものとして説明してきた。しかしながら、３段構成の場合であっても、クロストークとして作用し非所望波となる信号光を本発明特有の非対称ＭＺＩを含む光スイッチのフィルタ特性によって除去できることに変わりはない。この場合には、ＡＷＧのポートを選択する光スイッチの数が４よりも多くなり、非対称ＭＺＩを含める光スイッチの選択も多様となる。
【０１７１】
すなわち本発明は、波長分割多重光の中から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、前記波長分割多重光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する第１の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第１の光スイッチと、前記第１の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第２の光スイッチとを含む第１の光可変フィルタ機能部と、前記第１の周回性波長合分波器の前記選択された出力ポートからの分波出力光を、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有し、前記第１の周回性波長合分波器とは異なる周回性を持つ第２の周回性波長合分波器の前記複数の入力ポートの内の１つの入力ポートに選択的に入力するための第３の光スイッチと、前記第２の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第４の光スイッチとを含む第２の光可変フィルタ機能部と、入力ポート選択のための光スイッチ、周回性波長合分波器および出力ポート選択のための光スイッチからなり、前記第１の光可変フィルタ機能部または前記第２の光可変フィルタ機能部に直列に接続された１つ以上の別の光可変フィルタ機能部とを備える光可変フィルタとすることができる。
【０１７２】
そして、上述の第１の光スイッチ、第２の光スイッチ、第３の光スイッチ、第４の光スイッチ、および、上述の別の光可変フィルタ機能部に含まれる前記光スイッチの内の少なくとも１つの光スイッチにおいて、所定の波長の光信号を透過させる単一のスイッチ要素素子または複数のスイッチ要素素子が、所定の波長の光信号を透過させかつ波長分割多重光に含まれる他の波長の光信号を減衰させるフィルタ特性を有することになる。
【０１７３】
また、１つのチャネルの帯域幅も２５ＧＨｚに限られず、１２．５ＧＨｚなどにも適用できる。チャネルの数についても１９２ｃｈに限定されず、様々な光通信システムに適用できる。また、適用できる通信バンドもＣバンドに限定されない。
【０１７４】
本発明は、光可変フィルタにおいて生じるクロストークの問題を、光スイッチ内に備えられた非対称ＭＺＩによるフィルタ特性を利用して、解決する点に新規な特徴がある。したがって、本発明の基本的構成として説明してきた図１１に示した各ＡＷＧの入力ポート選択機能（選択スイッチ１０１、１０４）を備えた構成だけに限られず、従来技術として図６に示した２つのＡＷＧの入力ポート選択スイッチを含まない光可変フィルタに対しても適用できる。図６に示した光可変フィルタにおいても、チャネル帯域幅が狭くなった場合にクロストークの問題が生じることには何ら変わりはない。図１１で説明した本発明の構成と同様に、図６における選択スイッチ６２、６４のいずれかの光スイッチの中に、本発明で説明してきたフィルタ特性を持つ非対称ＭＺＩを含めることができる。
【０１７５】
したがって、本発明の光可変フィルタは、波長分割多重光から所定の波長の光信号を選択する光可変フィルタにおいて、前記波長分割多重光が入力される１つの入力ポートおよび複数の出力ポートを有する第１の周回性波長合分波器（６１）と、前記第１の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第１の光スイッチ（６２）と、前記第１の周回性波長合分波器の前記選択された出力ポートからの分波出力光が入力される１つの入力ポートおよび複数の出力ポートを有し、前記第１の周回性波長合分波器とは異なる周回性を持つ第２の周回性波長合分波器（６３）と、前記第２の周回性波長合分波器の前記複数の出力ポートの内から１つの出力ポートを選択する第２の光スイッチ（６４）とを備え、前記第１の光スイッチおよび前記第２の光スイッチの光スイッチの内の少なくとも１つの光スイッチにおいて、前記所定の波長の光信号を透過させる単一のスイッチ要素素子または複数のスイッチ要素素子が、上述の所定の波長の光信号を透過させかつ波長分割多重光に含まれる他の波長の光信号を減衰させるフィルタ特性を有する光可変フィルタとしても実現できる。
【０１７６】
以上、詳細に説明してきたように、本発明の光可変フィルタによって、光スイッチの規模を小型化し、デバイスの構成を簡略化および低コスト化をしながら、さらに狭帯域のチャネル構成においてもクロストークの問題を解決することができる。クロストークの影響を抑え、受信器における受信特性の劣化を防止する新たな光可変フィルタの構成を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
本発明は、光通信システムに利用することができる。特に、波長分割多重光信号から特定の波長の光信号を取り出しまたは加える光可変フィルタに利用できる。
【符号の説明】
【０１７８】
１−１〜１−Ｊ、３６、３７、５０、１０７、  波長分割多重光信号
２−１〜２−Ｋ  入力側光ファイバ伝送路
３  光クロスコネクト部
４−１〜４−Ｋ  出力側光ファイバ伝送路
５−１〜５−Ｊ  出力波長分割多重光信号
６−１、３０  ドロップシステム
６−２、３１  アドシステム
７  電気レイヤネットワーク
８、２４−１〜２４−Ｌ、３５−１〜３５−Ｌ  受信器
９、２５−１〜２５−Ｌ  送信器
２１−１〜２１−Ｋ、２７−１〜２７−Ｋ  光カプラ
２３、２８  フルマトリックススイッチ
３３−１〜３３−Ｌ  ファイバ選択スイッチ
３４−１〜３４−Ｌ、６０、７０、１００、２００、３００、４００、５００  光可変フィルタ
３９−１〜３９−Ｌ、５３、１０８  ドロップされた光信号
６２、６４、７１、７３、７５、１０１、１０３、１０４、１０６、３３１、３３３、３４１、３４３、３５４ａ〜３５４ｄ、３５５ａ〜３５５ｃ  光スイッチ
６１、６３、７２、７４、１０２、１０５、３２１、３２２、３５１、３５２、３５３  周回性波長合分波器（ＡＷＧ）
９０ａ、９０ｂ、９１ａ〜９１ｄ  ＡＷＧフィルタ特性
１０９ａ、１０９ｂ、１２０、２０２、２０３ａ、２１３  非対称ＭＺＩ
１１２、１１３  スイッチ要素素子
２０１ａ〜２０１ｃ、２１１１、２１２    対称ＭＺＩ
【図１】
2015060125.tif 000006
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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