(57)【要約】【課題】  光信号から宛先などの情報を読み取る光信号処理を高速に行うことを可能とする技術を提供する。【解決手段】  基板上に、入力用光導波路と、前記入力用光導波路に入力された光をＮ（２以上の整数）に分岐する光分岐手段と、前記光分岐手段の各出力ポートに接続され、異なる遅延時間を与えるＮ本の第１の光遅延導波路アレイと、前記第１の光遅延導波路アレイの各々に設けられた光ゲート手段と、前記第１の光遅延導波路アレイからの光信号を入力とするＮ入力Ｎ出力光スイッチと、前記Ｎ入力Ｎ出力光スイッチの各出力ポートに接続され、異なる遅延時間を与えるＮ本の第２の光遅延導波路アレイと、前記第２の光遅延導波路アレイからの光信号を合波する光合波手段と、前記光合波手段の出力ポートに接続された出力用光導波路とを備えたことを特徴とする光信号処理装置である。【選択図】        図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、入力用光導波路と、
前記入力用光導波路に入力された光をＮ（２以上の整数）に分岐する光分岐手段と、
前記光分岐手段の各出力ポートに接続され、異なる遅延時間を与えるＮ本の第１の光遅延導波路アレイと、
前記第１の光遅延導波路アレイの各々に設けられた光ゲート手段と、
前記第１の光遅延導波路アレイからの光信号を入力とするＮ入力Ｎ出力光スイッチと、
前記Ｎ入力Ｎ出力光スイッチの各出力ポートに接続され、異なる遅延時間を与えるＮ本の第２の光遅延導波路アレイと、
前記第２の光遅延導波路アレイからの光信号を合波する光合波手段と、
前記光合波手段の出力ポートに接続された出力用光導波路とを備えたことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の光信号処理装置において、
前記第２の光遅延導波路アレイの各々に位相調整手段を備えたことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載の光信号処理装置において、
前記第１及び第２の光導波路アレイ、及び前記入出力用光導波路がそれぞれ石英系光導波路であり、
前記位相調整手段が前記各石英系光導波路上に形成された薄膜ヒータであり、
前記振幅調整手段が前記各石英系光導波路上に形成された薄膜ヒータを具備したマッハツェンダ型干渉計と、
これに縦続に接続された薄膜ヒータを具備した位相変調器であり、
前記Ｎ入力Ｎ出力光スイッチが前記各石英系光導波路上に形成された薄膜ヒータを具備したマッハツェンダ型干渉計であることを特徴とする光信号処理装置。
【請求項４】
前記請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光信号処理装置において、
前記光分岐手段および前記光合波手段のいずれか一方あるいは両方が、多モード干渉光カプラであることを特徴とする光信号処理装置。
【請求項５】
前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光信号処理装置において、
前記光遅延導波路アレイの途中にＴＥ／ＴＭ変換手段を備えたことを特徴とする光信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信の分野において光信号の処理を行うための光信号処理装置に適用して有効な技術である。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの爆発的な発展により、通信の主体は音声からデータへと大きく変わりつつある。近い将来には通信路を流れる信号は大部分がパケット化されたデータになると考えられている。これに伴い、光ファイバ通信システムにも、単なる大容量の通信路から、パケット化された光信号を処理できるインテリジェントなネットワークヘの進化が求められている。パケット化された光信号を、各光信号の宛先情報に応じて振り分けることができる光ルータは、そのような次世代光通信ネットワークの核となる構成要素である。
【０００３】
光ルータにおいて最も重要なのは、光信号から宛先などの情報を読み取る信号処理装置である。従来、このような宛先情報の読み取りは電子回路により行われていた。
【０００４】
その従来の宛先情報の読み取り装置の概念図を図１１に示す。図１１に示すように、光ファイバ通信路からの光信号（アドレス情報、データ等）は、光タップ装置１１０により分離され、光・電気変換装置１１１の光電気変換素子により電気信号に変換される。この変換された電気信号は電子回路１１２に導かれて、データから宛先情報が抽出され、これに応じて光信号の処理が行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の信号処理装置では光信号を一旦電気に戻して、電子回路で処理を行い、再び光信号を光信号に戻すために、信号処理装置全体の処理速度が電子回路のスピードで制限されるという問題点があった。インターネットを起爆剤として光通信ネットワークヘ要求される通信容量は指数関数的に増大しているが、従来のように一旦電気信号に戻して処理を行う方法では、次世代、次々世代の４０Ｇｂｐｓ，１００Ｇｂｐｓといった超高速の光通信システムを構築することは不可能である。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、その目的は、光信号から宛先などの情報を書き換える光信号処理を高速に行うことを可能とする技術を提供することである。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願において開示される発明の概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）基板上に、入力用光導波路と、前記入力用光導波路に入力された光をＮ（２以上の整数）に分岐する光分岐手段と、前記光分岐手段の各出力ポートに接続され、異なる遅延時間を与えるＮ本の第１の光遅延導波路アレイと、前記第１の光遅延導波路アレイの各々に設けられた光ゲート手段と、前記第１の光遅延導波路アレイからの光信号を入力とするＮ入力Ｎ出力光スイッチと、前記Ｎ入力Ｎ出力光スイッチの各出力ポートに接続され、異なる遅延時間を与えるＮ本の第２の光遅延導波路アレイと、前記第２の光遅延導波路アレイからの光信号を合波する光合波手段と、前記光合波手段の出力ポートに接続された出力用光導波路とを備えたことを特徴とする光信号処理装置である。
【０００８】
（２）前記（１）の光信号処理装置において、前記第２の光遅延導波路アレイの各々に位相調整手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
（３）前記（２）の光信号処理装置において、前記第１及び第２の光導波路アレイ、及び前記入出力用光導波路がそれぞれ石英系光導波路であり、前記位相調整手段が前記各石英系光導波路上に形成された薄膜ヒータであり、前記振幅調整手段が前記各石英系光導波路上に形成された薄膜ヒータを具備したマッハツェンダ型干渉計と、これに縦続に接続された薄膜ヒータを具備した位相変調器であり、前記Ｎ入力Ｎ出力光スイッチが前記各石英系光導波路上に形成された薄膜ヒータを具備したマッハツェンダ型干渉計であることを特徴とする。
【００１０】
（４）前記（１）乃至（３）のいずれか１つの光信号処理装置において、前記光分岐手段および前記光合波手段のいずれか一方あるいは両方が、多モード干渉光カプラであることを特徴とする。
これにより、小型で安定な光信号の分岐、合波を行うことが可能になる。
【００１１】
（５）前記（１）乃至（４）のいずれか１つの光信号処理装置において、前記光遅延導波路アレイの途中にＴＥ／ＴＭ変換手段を備えたことを特徴とする。
これにより、前記光遅延導波路アレイが複屈折を有している場合にも、装置全体としては偏波依存性のない動作を実現することが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本願において開示される発明によって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明の光信号処理装置によれば、入力された光信号を複数に分岐し、それぞれを異なる量に遅延させ、それぞれの光信号を時間軸上でゲートし、そのゲートされた光信号を入れ替え、その入れ替えられた光信号をそれぞれ遅延させ、遅延を受けた光信号を合波することにより、入力された時間多重された光信号のスロットを入れ替えるなどの処理が可能となり、光領域で高速な光信号を取り扱うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１に本発明の第１実施形態に係る光信号処理装置の構成を示す。
図１に示すように、第１実施形態の光信号処理装置は、基板１０上に、入力用光導波路１１と、入力光信号をＮ（ここでは５）に分岐する多モード干渉光カプラ１２と、遅延がΔτずつ異なる光遅延導波路アレイ１３と、光遅延導波路アレイ１３に備えられた光振幅調整部１４と、Ｎの光信号を合波する多モード干渉光カプラ１５と、その多モード干渉光カプラ１５の出力ポートに接続された光ゲート１６と、出力用光導波路１７とを備える。
【００１４】
ここで、入力用光導波路１１、光遅導波路アレイ１３、及び出力用光導波路１７は、例えば、石英系の光導波路を用いる。
【００１５】
光ゲート１６としては、半導体光スイッチ、導波路型非線形ループミラー、誘電体光スイッチなどを用いることができ、また他の光スイッチを用いることもできる。
【００１６】
また、光振幅調整部１４としては、図２に示すように、石英系の遅延光導波路を用いる。薄膜ヒータ４０を用いて熱光学効果を利用したマッハツェンダ型光スイッチ４１と、熱光学効果を利用した位相変調器（薄膜ヒータ４０）を組み合わせたものを用いることができ、また別の構成の光振幅調整器を用いることもできる。
【００１７】
さらに、第１実施形態では、光分岐する手段、および光合波する手段としてそれぞれ多モード干渉光カプラ１２、１５を用いているが、これはこの構成が小型で安定な光分岐、および光合波を提供できるからである。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものでなく、例えば方向性結合器をツリー状あるいはタップ状に接続したものなど、他の光分岐手段、他の光合波手段も用いることができる。
【００１８】
加えて、第１実施形態では、光遅延導波路アレイ１３が光振幅調整部１４を備えているとしたが、これはこの構成が作製誤差などを後から補正可能な、および振幅調整量を後から変更可能な光振幅調整を実現できるからである。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、分岐手段である多モード干渉光カプラ１２に非等分岐比の光カプラを用いて光振幅調整を実現しても良く、合波手段である多モード干渉光カプラ１５に非等合波比の光カプラを用いて光振幅調整を実現しても良く、この両者を用いて光振幅調整を実現しても良く、さらに上記のいずれかあるいは両方と光遅延導波路アレイ１３に備えた光振幅調整部１４を併用しても良い。
【００１９】
次に、第１実施形態の光信号処理装置の動作について、図面を用いて詳細に説明する。図３は、第１実施形態の光信号処理装置により光パルス列の認識を行った例を示したである。ここでは入力光パルス列が５ビットからなる信号［ａ４，ａ３，ａ２，ａ１，ａ０］であるとする（各ビットの値は１ないしは０である）。
【００２０】
第１実施形態の光信号処理装置では、まず、この人力光パルス列が、多モード干渉光カプラ１２により分岐される。続いて各光パルス列は、遅延導波路アレイ１３により、タイムスロットを単位としてそれぞれ遅延される。遅延を受けた光パルス列は、多モード干渉光カプラ１５により合波されて、所定のタイムスロット領域が光ゲートにより抜き出される。このとき、光遅延導波路アレイ１３の振幅調整量をそれぞれ［２４、２３、２２、２１、２０］とすると、光ゲート１６を出力する光強度は次のように表わされる。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
この数１の式より、出力信号Ｓの振幅は入力信号をデジタル−アナログ変換したものになっていることが分かる。従来、光パルス列の内容を認識するためには光パルス列の各パルスを逐次電気信号に直す必要があったが、第１実施形態の構成によれば光信号を光の領域でデジタル−アナログ変換できるので、光パルス列よりも遅い電気処理装置により光パルスを認識することができる。
【００２３】
なお、図３ではすべてのビットの内容を認識する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光パルス列の一部だけを認識することも可能である。
【００２４】
例えば、図１で各光遅導波路アレイ１３の振幅調整量をそれぞれ［２２，０，２１，０，２０］とすれば、第１、第３、および第５ビットの内容をデジタルアナログ変換して得ることができる。
【００２５】
さらに、以上では振幅調整量を［２４，２３，２２，２１，２０］とすべて異なるように設定するとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の組み合わせでももちろん構わない。例えば［１，−１，１，−１，１］のように設定すれば（負符号は位相変調により実現される。）、データ列の奇数番目に含まれるビット数と、偶数番目に含まれるビット数とを比較することができ、パリティチェック装置として用いることができる。
【００２６】
このように、第１実施形態の光信号処理装置によれば、入力された光信号を複数に分岐する光分岐手段と、遅延量の異なる光遅延導波路アレイと、光遅延導波路アレイに導かれた光信号の振幅を調整する光振幅調整手段と、各光遅延導波路アレイからの光信号を合波する光合波手段と、光信号を時間軸上でゲートする光ゲートを用いているので、入力された光信号の値を光領域でデジタル−アナログ変換することが可能となり、比較的遅い電気装置で高速な光信号を取り扱う光信号処理装置を提供できる。
【００２７】
（実施例１）
図４は、第１実施形態の実施例１の光信号処理装置の構成を示す図である。
本実施例１の光信号処理装置は、図１に示す第１実施形態の光信号処理装置と同じ構成要素で形成されるが、光ゲート１６は基板１０上に配設されておらず基板２０の外に個別部品として設けられている。このような構成でも、図１に示す第１実施形態の光信号処理装置と同様に光パルス列の認識を行うことができる。
【００２８】
図４に示す本実施例１の光信号処理装置の構成では、光ゲート１６を基板上に配置しないことから、光ゲート１６として半導体光スイッチ、導波路型非線形ループミラー、誘電体光スイッチなどに加えて、光ファイバ型非線形ループミラーなど、様々なデバイスを用いることができる。
【００２９】
（実施例２）
図５は、第１実施形態の実施例２の光信号処理装置の構成を示す図である。
本実施例２の光信号処理装置は、図１に示す第１実施形態の光信号処理装置と同じ構成を有するが、光遅延導波路アレイ１３の中間点にＴＥ／ＴＭ変換器１８が挿入されている。
このようにすると、光遅延導波路アレイ１３が複屈折を有している場合にも、装置全体としては偏波依存性のない動作を実現することができる。
【００３０】
（実施例３）
図６は、第１実施形態の実施例３の光信号処理装置の構成を示す図である。
本実施例３の光信号処理装置は、図１に示す第１実施形態の光信号処理装置と同じ構成を有するが、光ゲート１６が合波を行う多モード干渉光カプラ１５の後ではなく、光遅延導波路アレイ１３のそれぞれに設置されている。このようにしても、図１の本発明の第１実施形態と全く同じ機能を提供することができる。
さらに、この場合には、それぞれの光ゲート１６の利得（あるいは損失）を調整することで振幅調整機能を備えさせることができる。
【００３１】
ただし通常、光ゲート１６において利得（あるいは損失）を調整すると光の位相シフト量も変化するので、本実施例３の光信号処理装置ではこれを補償するための位相調整器１９をそれぞれの光遅延導波路アレイ１３に設けている。この位相調整器１９により、光の位相シフトを補償できる。
なお、振幅調整に伴う位相シフトを考慮して光遅延導波路アレイ１３を設計すれば、このような位相調整器１９を用いなくてもよい。
【００３２】
なお、図６に示す本実施例３の光信号処理装置では光ゲート１６により振幅調整機能を実現するとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図７に示すように、各光遅延導波路アレイ１３に光ゲート１６とともに振幅調整器１４を配置しても構わない。
【００３３】
（第２実施形態）
図８に本発明の第２実施形態に係る光信号処理装置の構成を示す。
図８に示すように、第２実施形態の光信号処理装置は、基板２０上に、入力用光導波路２１と、入力された光信号を分岐する多モード干渉光カプラ２２と、分岐された光信号に遅延を与える第１の光遅延導波路アレイ２３と、第１の光遅延導波路アレイ２３に設けられた光ゲート２と、第１の光遅延導波路アレイ２３を入力とするＮ×Ｎ光スイッチ２５と、Ｎ×Ｎ光スイッチ２５の出力に接続された第２の光遅延導波路アレイ２６と、第２の光遅延導波路アレイ２６に設けられた位相調整器２７と、第２の光遅延導波路アレイ２６からの光信号を合波する多モード干渉光カプラ２８と、多モード干渉光カプラ２８の出力ポートに接続された出力用光導波路２９とを備える。
【００３４】
ここで、第２実施形態では、光分岐する手段、および光合波する手段としてそれぞれ多モード干渉光カプラ２２、２８を用いているが、これはこの構成が小型で安定な光分岐、および光合波を提供できるからである。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものでなく、例えば方向性結合器をツリー状あるいはタップ状に接続したものなど、他の光分岐手段、他の光合波手段も用いることができる。
【００３５】
図８に示す第２実施形態のＮ×Ｎ光スイッチ２５の構成例を図９に示す。図９に示すように、Ｎ×Ｎ光スイッチ２５は、ノンブロッキング構成のマトリクススイッチとなっている。図９のマトリクススイッチでは、丸１〜丸５の入力ポートとＡ〜Ｅの出力ポートを備え、両者がクロスするように配置されている。それぞれの交点にはマッハツェンダ型光スイッチ４１の熱光学スイッチが配置されており、それぞれのスイッチの状態に応じて、丸１〜丸５の入力ポートに入力された光信号は、スイッチの状態に応じてＡ〜Ｅの出力ポートヘとそれぞれ接続される。ここで、図９に示すＮ×Ｎ光スイッチ２５は熱光学を用いて実現されるとしたが、これはこの構成が安定で小型なスイッチを実現できるからである。しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、電気光学効果を用いたスイッチ、マイクロマシンを用いたスイッチ、光−光変調を用いたスイッチなど、他のスイッチング手法によっても実現できる。
【００３６】
さらに、図９に示すＮ×Ｎ光スイッチ２５ではスイッチをノンブロッキング構成としたが、これはこの構成が他の接続状態に影響を与えずにスイッチの状態を切り替えられるからである。しかしながら本発明はこの例に限定されるものではなく、ノンブロッキングな構成でなくとも実現できる。
【００３７】
次に、第２実施形態の光信号処理装置の動作について、図面を用いて詳細に説明する。図１０は、図８に示す第２実施形態に係る光信号処理装置により、時間軸上で多重化された光信号の入れ替えを行った例を示した図である。
【００３８】
今、５系列の光信号［ｂ４，ｂ３，ｂ２，ｂ１，ｂ０］が時間軸上で多重化されているとする。このとき入力信号は、第１の多モード干渉光カプラ２２により分岐され、第１の遅延導波路アレイ２３によりそれぞれタイムスロットずつ遅延を受ける。
続いて、それぞれの光信号はゲート２４により各系列の信号が同じタイミングとなるように切り出される。
【００３９】
多重分離された光信号は、続いてＮ×Ｎ光スイッチ２５へと導かれる。Ｎ×Ｎ光スイッチ２５では、スイッチの状態に従って、各信号系列が第２の光遅延導波路アレイ２６の各光遅延導波路へと、所望の組み合わせで導かれる。その後、各信号系列はそれぞれタイムスロットずつ遅延を受けて、合波用の多モード干渉光カプラ２８で合波されて出力用光導波路２９へと導かれる。
【００４０】
この結果、入力信号は時間軸上で入れ替えられて、例えばこの場合には［ｂ３，ｂ１，ｂ２，ｂ０，ｂ４］となって、出力用光導波路２９から得られる。
従って、本発明の第２実施形態に係る光信号処理装置によれば、時間軸上で多重化された光信号を光のままで、タイムスロットを入れ替えるなどの処理を行うことができる。
【００４１】
なお、本発明の第２実施形態の光信号処理装置においても、図５のように光遅導波路アレイ２３、２６の中途にＴＥ／ＴＭ変換器を挿入すると、偏波無依存な動作を得ることが可能である。
【００４２】
以上、詳細に説明したように、第２実施形態の光信号処理装置によれば、入力された光信号を複数に分岐する光分岐手段と、遅延量の異なる光遅延導波路アレイと、光遅延導波路アレイに導かれた光信号を時間軸上でゲートする光ゲートと、ゲートされた光信号を入れ替える光スイッチと、光スイッチで入れ替えられた光信号にそれぞれ遅延を与える光遅延導波路アレイと、遅延を受けた光信号を合渡する光合波手段とを用いているので、入力された時間多重された光信号のスロットを入れ替えるなどの処理が可能となり、光領域で高速な光信号を取り扱う光信号処理装置を提供できる。
【００４３】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る光信号処理装置の構成を示す図である。
【図２】光振幅調整装置の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る光信号処理装置の動作を説明するための図である。
【図４】実施例１の光信号処理装置の構成を示す図である。
【図５】実施例２の光信号処理装置の構成を示す図である。
【図６】実施例３の光信号処理装置の構成を示す図である。
【図７】実施例３の光信号処理装置の変形例の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る光信号処理装置の構成を示す図である。
【図９】Ｎ×Ｎ光スイッチの構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る光信号処理装置の動作を説明するための図である。
【図１１】従来の信号処理装置の例を示した図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…基板、１１…入力用光導波路、１２…多モード干渉光カプラ、１３…光遅延導波路アレイ、１４…光振幅調整部、１５…多モード干渉光カプラ、１６…光ゲート、１７…出力用光導波路、１８…ＴＥ／ＴＭ変換器、１９…位相変調器、２０…基板、２１…入力用光導波路、２２…多モード干渉光カプラ、２３…光遅延波路アレイ、２４…光ゲート、２５…Ｎ×Ｎ光スイッチ、２６…光遅延導波路アレイ、２７…位相調整器、２８…多モード干渉光カプラ、２９…出力用光導波路、４０…薄膜ヒータ、４１…マッハツェンダ型光スイッチ、１１０…光タップ、１１１…光・電気変換回路、１１２…電子回路
【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】
2004177973.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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