(57)【要約】【課題】  本発明は、光制御による全光パケットルータの実現を目的とする。また、ルーティング数を柔軟に拡張できる光パケットルータを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明による光パケットルータＲ１は、光デジタル信号のヘッダＤ１とペイロードＤ２とで構成される光パケットＤを、そのヘッダＤ１が内蔵する行先情報に従って振り分ける。ヘッダＤ１が時間軸上に並んだ複数の２値のデジタル光信号（ビット）で構成されており、そのビットの１、０により光パケットＤを異なる出力ポートに出射する複数の光制御の光スイッチＧをカスケード接続して、光パケットＤのペイロードＤ２を指定された行先に振り分ける。この時、ヘッダＤ２のＫ番目のビットをＫ段目の光スイッチＧの光制御信号Ｄ３に用いる。本光パケットルータＲ１は、制御を全て光で行なうので、超高速、低消費電力という特徴を持つ。【選択図】    図６
2005295233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２値のＮビット（Ｎは自然数）の行先情報を含むヘッダと、２値のデータ列からなるペイロードとで構成されるデジタル光信号パケットを入力して、前記ヘッダと前記ペイロードとを分離する光分離器と；
１個の入力ポートと２個の出力ポートを有する光スイッチをＮ段カスケード接続し、１段目の光スイッチの入力ポートに前記光分離器から出力された前記ペイロードを入力し、Ｋ段目（Ｋ＝１、２、・・・、Ｎ）の各光スイッチは、前記光分離器から出力された前記行先情報のＫビット目の情報を光制御信号として、前記ペイロードがその入力ポートに入力された場合に前記ペイロードをその２個の出力ポートのいずれかに振り分け、その結果、前記行先情報に対応する出力ポートに前記ペイロードを振り分ける光スイッチアレイと；
を備える光パケットルータ。
【請求項２】
２値のＮビット（Ｎは自然数）の行先情報を含むヘッダと、２値のデータ列からなるペイロードとで構成されるデジタル光信号パケットを入力して、前記ヘッダと前記ペイロードとを分離する光分離器と；
１個の入力ポートと２個の出力ポートを有する光スイッチをＮＳ段（ＮＳ≧Ｎ）カスケード接続し、１段目の光スイッチの入力ポートに前記光分離器から出力された前記ペイロードを入力し、前記光分離器から出力された前記行先情報の各ビットの情報は、互いに異なるいずれかの段の各光スイッチに光制御信号として付加され、各光スイッチは、前記ペイロードがその入力ポートに入力された場合に前記ペイロードをその２個の出力ポートのいずれかに振り分け、その結果、前記行先情報に対応する出力ポートに前記ペイロードを振り分ける光スイッチアレイと；
を備える光パケットルータ。
【請求項３】
前記光スイッチは、マッハツェンダー干渉光学系の一方の分枝に前記光制御信号により透過光の位相が変化する半導体光増幅器を用いる；
請求項１又は請求項２に記載の光パケットルータ。
【請求項４】
前記光分離器は前記行先情報を時間空間変換して前記光制御信号を生成する；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光パケットルータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光パケットルータに関する。詳しくは、光デジタル信号のヘッダとペイロードとで構成される光パケットを、そのヘッダが内蔵する行先情報に従って振り分ける光パケットルータに関する。
【背景技術】
【０００２】
光パッケットルータの代表例では、波長の異なる複数ビットを時間軸上に並べた波長−時間の２次元的なヘッダを用いる。ルータの各ノードに光相関器を設置し、ヘッダが光相関器の波長−時間の並びによるコードに一致した時のみ、その光相関器から相関光パルスが出力されるので、それを電気信号に変換して光スイッチに付加することにより、パケットのルーティングを行なう。（例えば特許文献１参照）
【０００３】
別の例では、同一波長で時間軸上に並べた複数ビットをヘッダとし、それを光ＡＤ（アナログ−デジタル）変換器によりビット列情報に従った強度光信号に変換する。それを電気信号に変換した後に、波長変換器に通して波長を変える。その後、波長分波器を通すことにより波長毎に異なった分波器ポートへ出力することで、ヘッダ情報に従ったパケットルーティングを実現している。（例えば特許文献２参照）
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２４４１９２号公報（段落０００８〜００１５、図１〜図３）
【特許文献２】特開平７−４６２４４号公報（段落０００７〜００２１、図４〜図７）
【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、前者の相関器を用いる方法は、行先毎に異なる光相関器を用意する必要があり、行先数が多いルータでは、装置のコスト、サイズなどが大きな問題になる。また、ヘッダに波長の異なるビットを使うことから、ビット数が大きいとき、拡張が困難になる。また、後者の波長変換器を用いる方法は、デジタルのヘッダ情報をアナログ変換するので、ルーティング数の拡張に制限が加わり、非常に多数の行先を持つルータを実現するのは困難である。また、どちらも途中で光・電気変換を含むため、処理速度、消費電力、コスト等に課題が残る。
【０００６】
本発明の目的は、制御信号に光を用いて、超高速、低消費電力の全光パケットルータを実現すること、また、ルーティング数を柔軟に拡張できるルーティング技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の光パケットルータは、例えば図６に示すように、２値のＮビット（Ｎは自然数）の行先情報を含むヘッダＤ１と、２値のデータ列からなるペイロードＤ２とで構成されるデジタル光信号パケットＤを入力して、ヘッダＤ１とペイロードＤ２とを分離する光分離器Ｔと、１個の入力ポートと２個の出力ポートを有する光スイッチＧ１〜ＧＭをＮ段カスケード接続し、１段目の光スイッチＧ１の入力ポートＰ１０に光分離器Ｔから出力されたペイロードＤ２を入力し、Ｋ段目（Ｋ＝１、２、・・・、Ｎ）の各光スイッチＧは（図３参照）、光分離器Ｔから出力された行先情報のＫビット目の情報を光制御信号Ｄ３として、ペイロードＤ２がその入力ポートＰ０に入力された場合にペイロードＤ２をその２個の出力ポートＰ１、Ｐ２のいずれかに振り分け、その結果、行先情報に対応する出力ポートＰＸ１〜ＰＭ２にペイロードＤ２を振り分ける光スイッチアレイとを備える。
【０００８】
ここにおいて、パケットは可変長のデータだけでなく、固定長のデータも含むものとする。また、ヘッダには行先情報の他に、例えばヘッダの先頭ビットを示す情報等が含まれても良い。このように構成すると、電気信号を用いず、光信号のみで動作する全光スイッチアレイを実現でき、高速、低消費電力の行先制御が可能になる。また、Ｋ段目の各光スイッチを行先情報のＫビット目で制御するので、ヘッダビット数の拡大に応じて、ルーティング数を拡張でき、行先を柔軟に拡張できる。また、同じ構成の光スイッチを用いて、整然とした配列の光スイッチアレイを提供でき、これにより各光スイッチの性能ばらつきも少なくでき、信頼性の高い光パケットルータを提供できる。
【０００９】
また、請求項２に記載の光パケットルータは、例えば図１０に示すように、２値のＮビット（Ｎは自然数）の行先情報を含むヘッダＤ１と、２値のデータ列からなるペイロードＤ２とで構成されるデジタル光信号パケットＤを入力して、ヘッダＤ１とペイロードＤ２とを分離する光分離器Ｔと、１個の入力ポートと２個の出力ポートを有する光スイッチＧ１〜ＧＭをＮＳ段（ＮＳ≧Ｎ）カスケード接続し、１段目の光スイッチＧ１の入力ポートＰ１０に光分離器Ｔから出力されたペイロードＤ２を入力し、光分離器Ｔから出力された行先情報の各ビットの情報は、互いに異なるいずれかの段の各光スイッチＧ（図３参照）に光制御信号Ｄ３として付加され、各光スイッチＧは、ペイロードＤ２がその入力ポートＰ０に入力された場合にペイロードＤ２をその２個の出力ポートＰ１、Ｐ２のいずれかに振り分け、その結果、行先情報に対応する出力ポートＰＸ’１〜ＰＭ’２にペイロードＤ２を振り分ける光スイッチアレイとを備える。
【００１０】
このように構成すると、請求項１の効果に加えて、行先情報に比して段数が多い場合でも、余分の出力ポートや余分の段を設けて、ゆとりをもって光パケットルータを使用できる。これにより、多種類の光パケットルータを準備する必要はなくなる。また、余分の出力ポートを予備ポートとして使用することもできる。また、行先情報と段の順序を合わせる必要もないので、融通性に富んだ出力ポートの割り当てができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の光パケットルータにおいて、例えば図３に示すように、光スイッチは、マッハツェンダー干渉光学系の一方の分枝に光制御信号により透過光の位相が変化する半導体光増幅器を用いる。このように構成すると、各光スイッチで光制御信号の有無により透過光の位相をπ変化させて出力ポートを切り替えできるので、高速で高信頼性の光スイッチングができる。ここにおいて、半導体光増幅器は位相が変化するものでなければならないが、増幅は必ずしも必要ではない。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光パケットルータにおいて、光分離器Ｔは行先情報を時間空間変換して光制御信号を生成する。このように構成すると、光分離器を含め、光信号のみで動作する全光ルータを実現でき、超光速、低消費電力の光パケットルータを実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による光パケットルータは、制御を全て光で行なうことにより、超高速、低消費電力の光パケットルータを提供できる。また、Ｋ段目の各光スイッチを行先情報のＫビット目で制御するので、行先を柔軟に拡張できる。また、同じ構成の光スイッチを用いて、整然とした配列の光スイッチアレイを提供でき、これにより各光スイッチの性能ばらつきを少なくでき、信頼性の高い光パケットルータを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１に、本発明の第１の実施の形態による光パケットルータの構成例を示す。説明の簡単化のため、光デジタル信号のヘッダが２ビットラベルの例を示す。図１において、Ｒ１は光パケットルータである。Ｄはデジタル光信号パケットで、２値の２ビットラベルの行先情報からなるヘッダＤ１と２値のデータ列からなるペイロードＤ２とで構成される。例えばヘッダＤ１は１ＧＨｚのパルス信号からなり、ペイロードＤ２は４０ＧＨｚの高速パルス信号からなる。Ｔはデジタル光信号パケットＤをヘッダＤ１とペイロードＤ２とに分離し、ヘッダＤ１の行先情報をシリアル−パラレル変換（時間空間変換）して、光制御信号Ｄ３を生成する光分離器である。Ｇ１〜Ｇ３は光分離器Ｔから出力された行先情報を光制御信号Ｄ３として、ペイロードＤ２が入力ポートＰ１０、Ｐ２０、Ｐ３０に入力された場合にペイロードＤ２を２個の出力ポートＰ１１かＰ１２、Ｐ２１かＰ２２、Ｐ３１かＰ３２のいずれかに振り分ける光スイッチである。
【００１６】
光スイッチＧ１は光分離器Ｔの出力ポートに接続され、入力ポートＰ１０から光パケットＤのペイロード（データ列）Ｄ２を入力し、ラベル（行先情報、ヘッダＤ１部分）の１ビット目に対応する光制御信号Ｄ３１を受けて、１ビット目の情報が１のときペイロードＤ２を出力ポートＰ１１へ出力し、１ビット目の情報が０のときペイロードＤ２を出力ポートＰ１２へ出力する。光スイッチＧ２、Ｇ３はそれぞれ、光スイッチＧ１の出力ポートＰ１１、出力ポートＰ１２に接続され、ペイロードＤ２がその入力ポートＰ２０、Ｐ３０に入力された場合に、ラベル（行先情報）の２ビット目に対応する光制御信号Ｄ３２を受けて、２ビット目の情報が１のときペイロードＤ２をそれぞれ出力ポートＰ２１、Ｐ３１へ出力し、２ビット目の情報が０のときペイロードＤ２をそれぞれ出力ポートＰ２２、Ｐ３２へ出力する。結果として、ラベルがそれぞれ、１１（１ビット目：１、２ビット目：１）、１０、０１、００の時、それぞれ出力ポートＰ２１、Ｐ２２、Ｐ３１、Ｐ３２に出力される。
【００１７】
図２に本実施の形態における光制御信号の例を示す。ラベル（行先情報）Ｄ１をシリアル−パラレル変換（時間−空間変換）して光制御信号Ｄ３１、Ｄ３２を形成する。光制御信号Ｄ３１、Ｄ３２として、例えばペイロードＤ２が通過する時間幅Δｗ０又はそれよりやや大きな時間の幅Δｗ１をもつ一定出力光Ｗ１（図２（ａ）参照）、又は時間幅Δｗ１と同様な時間幅Δｗ２の間に加えられる光パルス列Ｗ２が用いられる（図２（ｂ）参照）。ペイロードＤ２が光スイッチＧ１〜Ｇ３を通るタイミングに合わせて、光制御信号Ｄ３をそれぞれ光スイッチＧ１〜Ｇ３に付加する。このため光制御信号Ｄ３の光路に適当な長さの光ファイバや光導波路を用いた遅延線を挿入してタイミングを調整する。逆に、光制御信号Ｄ３を生成するのに時間がかかる場合は、光分離器Ｔと光スイッチＧ１との間に又は光スイッチＧ１と光スイッチＧ２、Ｇ３との間に適当な長さの光ファイバや光導波路を用いた遅延線を挿入してタイミングを調整する。
【００１８】
図３に光スイッチの基本ユニットをマッハツェンダー干渉光学系で構成した例を示す。マッハツェンダー干渉光学系の分枝ＢＲ１に、光制御信号Ｄ３により位相が変化する半導体光増幅器ＳＯＡ１を配置した構成である。
【００１９】
図３において、Ｇは光スイッチで、Ｐ０は信号光（ペイロード）Ｄ２の入力ポート、Ｐ１、Ｐ２は第１、第２の出力ポートである。Ｐ３は制御光（光制御信号）Ｄ３の入力ポートで、光スイッチＧにはラベルの情報が１の場合に制御光Ｄ３が入力され、０の場合には入力されない。
【００２０】
Ｂ１は第１のビームスプリッタで入力ポートＰ０から入力された信号光（ペイロード）Ｄ２をほぼ等量に第１の分枝ＢＲ１と第２の分枝ＢＲ２に分枝する。第１の分枝ＢＲ１と第２の分枝ＢＲ２に分枝された光は第２のビームスプリッタＢ２で合成され、第１の出力ポートＰ１と第２の出力ポートＰ２に分岐される。第１の分枝ＢＲ１からの光と第２の分枝ＢＲ２からの光に位相差がなければ合成光は第１の出力ポートＰ１に出力され、位相差がπであれば合成光は第２の出力ポートＰ２に出力される。第１の分枝ＢＲ１には半導体光増幅器ＳＯＡ１が設けられ、半導体光増幅器ＳＯＡ１は制御光（光制御信号）Ｄ３によりその活性層のキャリア密度が変化するので、光が通過する活性層の屈折率が変化する。制御光Ｄ３の入射の有無により、半導体光増幅器ＳＯＡ１内の活性層の屈折率の変化を介して半導体光増幅器ＳＯＡ１を通過する光の位相がπ変化する。
【００２１】
制御光Ｄ３の入射が無い場合（ラベルの情報が０の場合）には、第２のビームスプリッタＢ２の入口で第１の分枝ＢＲ１からの光と第２の分枝ＢＲ２からの光の位相差がπになるように、したがって合成光（信号光）が第２の出力ポートＰ２から出射されるように、半導体光増幅器ＳＯＡ１を予め調整しておく。制御光Ｄ３の入射が有る場合（ラベルの情報が１の場合）には、半導体光増幅器ＳＯＡ１を通過した光の位相は更にπ変化するので、第２のビームスプリッタＢ２の入口で第１の分枝ＢＲ１からの光と第２の分枝ＢＲ２からの光の位相差が０になり、したがって合成光（信号光）が第１の出力ポートＰ１から出射される。
【００２２】
２つの分枝ＢＲ１とＢＲ２を通る光の位相差は、これとは逆に設定することも可能である。例えば、制御光Ｄ３の入射が無い場合（ラベルの情報が０の場合）には、第２のビームスプリッタＢ２の入口で第１の分枝ＢＲ１からの光と第２の分枝ＢＲ２からの光の位相差が０になるように、したがって合成光（信号光）が第１の出力ポートＰ１から出射されるように、２つの分枝ＢＲ１とＢＲ２を予め調整しておく。制御光Ｄ３の入射が有る場合（ラベルの情報が１の場合）には、半導体光増幅器ＳＯＡ１を通過した光の位相はπだけ変化するので、第２のビームスプリッタＢ２の入口で第１の分枝ＢＲ１からの光と第２の分枝ＢＲ２からの光の位相差がπになり、したがって合成光（信号光）が第２の出力ポートＰ２から出射されるように設定することも可能である。
【００２３】
Ｆ１、Ｆ２はそれぞれ第１、第２の出力ポートＰ１、Ｐ２に設けられた制御光カットフィルタで、制御光Ｄ３を遮断し、信号光（ペイロード）Ｄ２を通過させる。なお、信号光Ｄ２が半導体光増幅器ＳＯＡ１で増幅されて光強度が高くなり過ぎる場合には、その後段に光減衰器を配置して、分枝ＢＲ１と分枝ＢＲ２との光強度のバランスを調整すれば良い。
【００２４】
このように、光スイッチＧは制御光（光制御信号）Ｄ３の有無により、すなわちラベル（行先情報）Ｄ１の１、０により、入力ポートＰ０から入力された信号光（ペイロード）Ｄ２を第１の出力ポートＰ１と第２の出力ポートＰ２に振り分ける。
【００２５】
図４はヘッダとペイロードとを分離する例を説明する図である。例えば図４（ａ）に示すように、ヘッダＤ１とペイロードＤ２とを異なる波長の光で構成しておき、波長依存性のある半透明反射鏡５０に入射することにより分離することができる。例えば、ヘッダＤ１の波長を１．５０μｍ、ペイロードＤ２の波長を１．５５μｍとする。図４（ｂ）に示すように、半透明反射鏡５０は波長を１．５５μｍの光を殆ど透過し、波長を１．５０μｍの光を殆ど反射する特性を有する。このような特性は誘電体多層膜をコーティングすることによって容易に実現できる。かかる半透明反射鏡５０に光パケット信号Ｄを入射すると、ヘッダＤ１は反射され、ペイロードＤ２は透過されるので、両者は分離される。
【００２６】
行先情報のシリアル−パラレル変換（時間空間変換）は、例えば、ヘッダビット数と同数の出力ポートを持つ光スイッチにおいて、入力光をヘッダの繰り返し周期（例えば１ＧＨｚ）で周期的に出力ポートに切り替えることにより実現できる。
【００２７】
図５にシリアルーパラレル変換の例を示す。図５において、入力されたデジタル光信号パケットのヘッダＤ１は半透明反射鏡５１により二つに分離され、一方はスターカプラ６０により分岐される。もう一方は最初のヘッダ信号により単一パルス光８０を作り、それをヘッダ信号周期と同じ周期の遅れを持たせて、光制御信号で開く光スイッチ７１〜７４（例えば図３参照）に順次加えることにより、光スイッチ７１はヘッダＤ１の最初のビットが来た時に開くので、最初のビットは光スイッチ７１に接続された出力ポート８１から出射される。同様に２番目のビットと光スイッチ７２を開くタイミングは一致するので、２番目のビットは光スイッチ７２に接続された出力ポート８２から出射される。同様に３番目のビットと光スイッチ７３を開くタイミングは一致するので、３番目のビットは光スイッチ７３に接続された出力ポート８３から出射され、４番目のビットと光スイッチ７４を開くタイミングは一致するので、４番目のビットは光スイッチ７４に接続された出力ポート８４から出射される。なお、制御信号として電気的な単一パルスを用いて、光スイッチ７１〜７４を制御することも可能である。
【００２８】
これ以外にも、ヘッダＤ１の時間軸上に並んだヘッダビットを時間的に波長が変化する波長可変レーザ出力と波長変換器により、ヘッダＤ１の各ビットの波長を変え、その後にアレイ光導波路のような波長分波器に入射することにより、ビット毎に波長分波器の異なる出力ポートから出射させることにより、時間空間変換を実現することができる（特開２００１−１７４８５５号参照）。どちらの方法も、光信号は一度も電気信号に変換されることなく、光のままで時間空間変換がなされる。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態による光パケットルータは、デジタル光信号のヘッダＤ１とペイロードＤ２とで構成される光パケットＤを、そのヘッダＤ１が内蔵する行先情報に従って振り分けている。すなわち、行先情報が時間軸上に並んだ２値のデジタル光信号で構成されており、そのビットの１、０により、入力ポートＰ０に入力された光パケットのペイロードＤ２を異なる出力ポートＰ１、Ｐ２に出射する光スイッチＧをカスケード接続して、ペイロードＤ２を指定された行先に振り分けている。
【００３０】
この構成では、信号に光を用い、信号光の行先振り分けの制御を全て光で行なうことにより、超高速、低消費電力の光パケットルータを実現できる。すなわち、光制御信号のみで全光ルーティングを行なうので、高速のヘッダ信号（例えば１ＧＨｚ）に対応でき、超高速の光パケットルータを実現できる。さらに、電気と光の信号変換が不要であり、光パケットルータの低消費電力化、低コスト化が計れる。また、ヘッダビット数の拡大に応じて、カスケードの段数を増やすことにより、行先を柔軟に拡張できる。
【００３１】
図６に、本発明の第２の実施の形態による光パケットルータの構成例を示す。光デジタル信号のヘッダＤ１がＮビットラベルの例を示す。第１の実施の形態と同じ構成の光スイッチＧを使用し、光スイッチの段数が増加しているだけである。また、光スイッチの基本ユニットは図３に記載のマッハツェンダー干渉光学系で構成できる。各光スイッチＧの信号振り分けの動作は第１の実施の形態と同じであり、第１の実施の形態と同じ機能を呈する部位については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３２】
図６において、Ｒ２は光パケットルータである。図６では、図１のビットラベルが２からＮに増加し、３段目〜Ｎ段目の光スイッチＧ４〜ＧＭ（Ｍ＝２Ｎ−１）が追加されている。１段目の光スイッチＧ１は第１の実施の形態と同様に機能する。Ｋ段目の１つの光スイッチＧＬは前段（Ｋ−１段目）の１つの光スイッチの出力ポートに接続され、入力ポートＰＬ０から光パケットＤのペイロード（データ列）Ｄ２が入力されれば、ラベル（行先情報）のＫビット目に対応する制御光（光制御信号）Ｄ３Ｋを受けて、Ｋビット目の情報Ｄ３Ｋが１のときペイロードＤ２を出力ポートＰＬ１へ出力し、Ｋビット目の情報Ｄ３Ｋが０のときペイロードＤ２を出力ポートＰＬ２へ出力する。
【００３３】
本実施の形態における光パケットルータＲ２は、かかる光スイッチＧをＮ段カスケード接続している。その接続の仕方は、１段目には光スイッチＧ１が１つ、２段目にはその出力ポートにそれぞれ１つづつ計２つの光スイッチＧ２、Ｇ３が、３段目には２段目の光スイッチＧ２、Ｇ３の出力ポートに計４つの光スイッチＧ４〜Ｇ７が接続される。Ｎ段目には、２Ｎ−１個の光スイッチＧＸ（Ｘ＝２Ｎ−１）〜ＧＭ（Ｍ＝２Ｎ−１）が接続される。ヘッダのＫビット目の信号から作られた制御光Ｄ３Ｋは、Ｋ段目の光スイッチ全部に共通に供給され、Ｎビット目の信号から作られた制御光Ｄ３Ｎは、Ｎ段目の光スイッチ全部に共通に供給される。
【００３４】
時間軸上に並んだＮビットのラベル（行先情報）からなるヘッダＤ１の各ビットを、そのビットが１か０かで光スイッチの出力ポート（行先）に対応付け、先頭ビットからそのビットの情報（１，０）に従って、パケットＤのペイロードＤ２の行先を振り分ける。すなわち、１入力ポート×２出力ポートの光スイッチＧを１段目は１個、２段目は２個、３段目は４個、Ｎ段目は２Ｎ−１となるように接続する。これにより、Ｎビットのラベル（行先情報）からなるヘッダＤ１の情報により、２Ｎの行先を指定できる。その結果、本実施の形態による光パケットルータＲ２においては、ラベルで指定された出力ポートにペイロードＤ２が出力される。例えば、Ｎが５であり、ラベルが１０１０１であれば２２番目の出力ポートに、１００１０であれば１９番目の出力ポートにパケットＤのペイロードＤ２が出力される。
【００３５】
また、本実施の形態によれば、途中に電気と光の信号変換を含まず、光制御信号のみで全光ルーティングを行なうので、超高速化、低消費電力化、低コスト化に好適である。また、同じ構成の光スイッチを用いて、整然とした配列の光スイッチアレイを提供でき、これにより各光スイッチの性能ばらつきも少なくでき、信頼性の高い光パケットルータを提供できる。
【００３６】
また、パケットＤの行先数は、ヘッダＤ１のビットの数Ｎで決まる。つまり、２Ｎ通りになる。光スイッチＧをＮ段、直列につないでいけば良いので、ビット数Ｎが増えても容易に対応できる。すなわち、ヘッダビット数の拡大に応じて、カスケードの段数を増やすことにより、行先を柔軟に拡張できる。
【００３７】
また、行先指定のための光相関器を行先分だけ用意する必要は無いので、やはり、きわめて拡張性に富む。また、装置コスト、装置サイズの大幅な効率化が図られる。
【００３８】
図７に第３の実施の形態における光スイッチの基本ユニットの例を示す。第３の実施の形態による光スイッチＧ’は、第１又は第２の実施の形態における光スイッチＧを変形するもので、マッハツェンダー光学干渉系の代わりに方向性結合器Ｂ３を用いるものである。
【００３９】
光スイッチのアレイ構成（段構成）は第１及び第２の実施の形態と同様である。制御光（光制御信号）Ｄ３は第５の入力ポートＰ５から方向性結合器Ｂ３の第３の分枝ＢＲ３に入射し、信号光（ペイロード）Ｄ２は第６の入力ポートＰ６から方向性結合器Ｂ３の第４の分枝ＢＲ４に入射する。第３の分枝ＢＲ３を通過する光は第３の制御光カットフィルタＦ３を介して第７の出力ポートＰ７から出射される。第４の分枝ＢＲ４を通過する光は第４の制御光カットフィルタＦ４を介して第８の出力ポートＰ８から出射される。この光スイッチＧ’は、方向性結合器Ｂ３の結合長Ｃ（図８参照）を制御光Ｄ３によって変化させ、制御光Ｄ３の有るときと無いときとで出力ポートＰ７、Ｐ８を変更させるものである。
【００４０】
図８は方向性結合器Ｂ３内の光結合の状態を説明するための図である。制御光Ｄ３が無い時には、信号光（ペイロード）Ｄ２は方向性結合器の２つの分枝ＢＲ３とＢＲ４の間を振動的に渡り合いながら伝播し、出口で丁度第８の出力ポートＰ８に出力されるように設定されている。
【００４１】
図７の光スイッチＧ’において、第３の分枝ＢＲ３には第２の半導体光増幅器ＳＯＡ２が設けられ、制御光Ｄ３が有る時には第２の半導体光増幅器ＳＯＡ２の屈折率の変化により分枝ＢＲ３の伝播定数が変化することを通じて２つの分枝ＢＲ３とＢＲ４の結合長Ｃが変化し、その結果、信号光（ペイロード）Ｄ２は第７の出力ポートＰ７に出射される。
【００４２】
制御光（光制御信号）Ｄ３は第３の制御光カットフィルタＦ３又は第４の制御光カットフィルタＦ４で遮断される。このように、本実施の形態における光スイッチの基本ユニットは、ラベルの１、０信号により、（ペイロード）Ｄ２を第７の出力ポートＰ７と第８の出力ポートＰ８に振り分ける。
【００４３】
図９に、本発明の第４の実施の形態による光パケットルータの構成例を示す。第２の実施の形態と同じスイッチアレイの構成で、各段の光スイッチを制御する制御光（光制御信号）の順序が異なるだけである、すなわち、１、２、…、Ｎ段目の各光スイッチには行先情報のｂ１、ｂ２、…、ｂＮ番目の情報（ｂ１〜ｂＮは１〜Ｎのいずれかに該当し、互いに異なる番号である）が制御光Ｄ３ｂ１〜Ｄ３ｂＮとして付与される。また、光スイッチの基本ユニットは図３に記載のマッハツェンダー干渉光学系で構成できる。各光スイッチの信号振り分けの動作は第１の実施の形態と同じであり、第２の実施の形態と同じ機能を呈する部位については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４４】
図９において、Ｒ３は光パケットルータである。Ｋ段目の各光スイッチＧは、ペイロードＤ２がその入力ポートＰ０に入力された場合に、行先情報のｂＫビット目の情報（１，０）に従って、ペイロードＤ２をその２個の出力ポートＰ１、Ｐ２のいずれかに振り分ける（図３参照）。その結果、第２の実施の形態（図６参照）とはペイロードＤ２が出力される出力ポートの順序は異なるが、出力ポートＰＸ１〜ＰＭ２にペイロードＤ２が振り分けられる。この構成では、行先情報と段の順序を合わせる必要がないので、融通性に富んだ出力ポートの割り当てができる。
【００４５】
図１０に、本発明の第５の実施の形態による光パケットルータの構成例を示す。光デジタル信号のヘッダがＮビットラベルで、光スイッチの段数がＮＳ（ＮＳ＞Ｎ）の例を示す。第４の実施の形態と同じ構成の光スイッチを使用しているが、光スイッチの段数が増加しており、また、余分の段と余分のポートが生じていることのみが異なる。また、光スイッチの基本ユニットは図２に記載のマッハツェンダー干渉光学系で構成できる。各光スイッチの信号振り分けの動作は第１の実施の形態と同じであり、第４の実施の形態と同じ機能を呈する部位については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図１０において、Ｒ４は光パケットルータである。ＮＳ−Ｎ個の余分の段が存在し、これら余分な段には制御光（Ｄｕｍｍｙと示す、複数でも良い）として例えば全段を１に固定した信号（全段を０に固定しても良く、段毎に交互に１、０を繰り返して固定しても良い）を付与する。また、光パケットルータＲ４の出力ポートには、２ＮＳ−２Ｎ個の余分の出力ポートが存在する。余分の出力ポート（Ｄｕｍｍｙと示す、複数でも良い）は使用しなくても良く、予備ポートとして用いても良い。なお、Ｎ段目には、２ＮＳ−１個の光スイッチＧＸ’（Ｘ’＝２（Ｎ−１）Ｓ）〜ＧＭ’（Ｍ’＝２ＮＳ−１）が接続される。もし、余分な段の制御光Ｄ３を切り替えて用いれば、冗長ポートとして利用し宛先を２重化することも可能である。また、必要な出力ポートが２Ｎとならない場合にも余分な出力ポートが生じるが、この場合も不使用ポートや予備ポートとして取り扱えば良い。この構成では、余分の出力ポートや余分の段があるので、ゆとりをもって光パケットルータを使用でき、またヘッダのビット数が増えても対応できる。これにより、多種類の光パケットルータを準備する必要はなくなる。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態に種々変更を加えられることは明白である。
【００４８】
例えば、第４、第５の実施の形態においても、第３の実施の形態の光スイッチの基本ユニットを適用できる。また、第４、第５の実施の形態では、行先数が２Ｎで割り切れず、不使用の出力ポートがあっても良く、行先数が２Ｎ−１以下で実質的に不使用の段があっても良い。後者の場合、ラベルに余分なビットを付加して用いれば良い。
【００４９】
また、ラベルの１番目のビットが０の場合でも行先情報が来ていることを光分離器が認識できるようにパケットのヘッダの先頭に、ヘッダの先頭であることを示すビットを設けても良い。また、第１の実施の形態を元に、第２の分枝ＢＲ２にも別の半導体光増幅器ＳＯＡを設け、そこに直流バイアス光を注入し、その屈折率を変えることにより、πだけ位相差をつけておくことも可能である。
【００５０】
また、ラベルのビットから制御光を生成する際に、例えば光双安定デバイス使用しても良い。光双安定デバイスは、入力パルス信号１ビットが入射されると、それまでとは異なる状態に遷移し、入力パルス信号が切れた後もその遷移した状態に留まる性質を持つ。すなわち、光のメモリ動作をする。この動作を利用すると、空間的に分離されたヘッダ光信号の各ビットに対応した光出力を、ペイロードが通過する間、出すことができる。
【００５１】
また、制御光は半導体光増幅器で効果的に吸収されることが好ましく、信号光は半導体光増幅器であまり吸収されないことが好ましい。したがって、所定の波長以上を通す半導体光増幅器を用いる場合は、制御光波長を信号光波長よりも短くすることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、高速、低消費電力の光パケットルータや多数の行先を持つ光パケットルータに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１の実施の形態による光パケットルータの構成例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態による光制御信号の例を示す図である。
【図３】第１の実施の形態による光スイッチの基本ユニットの例を示す図である。
【図４】ヘッダとペイロードとを分離する例を説明する図である。
【図５】時間空間変換の例を説明する図である。
【図６】第２の実施の形態による光パケットルータの構成例を示す図である。
【図７】第３の実施の形態による光スイッチの基本ユニットの例を示す図である。
【図８】第３の実施の形態による方向性結合器内の光結合の状態を説明するための図である。
【図９】第４の実施の形態による光パケットルータの構成例を示す図である。
【図１０】第５の実施の形態による光パケットルータの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
Ｂ１〜Ｂ２  ビームスプリッタ
Ｂ３    方向性結合器
ＢＲ１〜ＢＲ４  分枝
ｂ１〜ｂＮ  ビット番号
Ｃ    結合長
Ｄ    デジタル光信号パケット
Ｄ１    ヘッダ
Ｄ２    ペイロード（データ列、信号光）
Ｄ３、Ｄ３１〜Ｄ３Ｎ、Ｄ３ｂ１〜Ｄ３ｂＮ  光制御信号（制御光）
Ｆ１〜Ｆ４  制御光カットフィルタ
Ｇ、Ｇ１〜ＧＮ、Ｇ’  光スイッチ
Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｍ’、Ｎ、ＮＳ、Ｘ、Ｘ’  数（ビット数又は段数）
Ｐ０、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ１０、Ｐ２０、Ｐ３０  入力ポート
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ７、Ｐ８、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ３１、Ｐ３２  出力ポート
Ｒ１〜Ｒ４  光パケットルータ
ＳＯＡ１、ＳＯＡ２  半導体光増幅器
Ｔ      光分離器
Ｗ１、Ｗ２  光制御信号（制御光）
Δｗ０  ペイロードの時間幅
Δｗ１、Δｗ２  光制御信号の時間幅
５０、５１  半透明反射鏡
６０  スターカプラ
７１〜７４  光スイッチ
８０    パルス光
８１〜８４  出力ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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