特開 2023-67090 光信号処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023067090

(43)【公開日】2023-05-16

(54)【発明の名称】光信号処理装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/27 20130101AFI20230509BHJP

【ＦＩ】

H04B10/27

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021178069

(22)【出願日】2021-10-29

(71)【出願人】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】591230295

【氏名又は名称】ＮＴＴエレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 賢哉

(72)【発明者】

【氏名】山口 慶太

(72)【発明者】

【氏名】葉玉 恒一

(72)【発明者】

【氏名】福徳 光師

(72)【発明者】

【氏名】山田 智之

(72)【発明者】

【氏名】小川 大輔

(72)【発明者】

【氏名】竹下 諒

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AA11

5K102AD01

5K102KA15

5K102KA42

5K102MB11

5K102NA02

5K102PC11

5K102PD14

5K102PD17

5K102PH11

5K102PH13

5K102PH49

5K102PH50

5K102RB11

5K102RB12

(57)【要約】

【課題】入力から出力に至るまでの経路における信号損失が小さく、しかも低コストのトランスポンダ集約機能を提供することが可能な光信号処理装置を提供する。
【解決手段】Ｎ個のトランスポンダ４１のポートＰと、Ｍ個のクロスコネクトポート４８と、を有するＴＰＡ４は、Ｎ個のうちのＫ個のポートＰと接続されるＫ個の光スイッチ４２と、Ｎ個のうちの（Ｎ－Ｋ）個と接続されるＬ個の光スイッチ５２と、光スイッチ４２とメッシュ状に接続されるＭ個の光合流分岐器４３と、Ｌ個の光スイッチ５２の各々とメッシュ状に接続されるＬ個の光合流分岐器４４と、光合流分岐器４４と接続されたマトリックススイッチ４６と、光合流分岐器４３、マトリックススイッチ４６及びクロスコネクトポート４８と接続されたＭ個の光合流分岐器４７と、を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎ個の第１ポートと、Ｍ個の第２ポートと、を有する光信号処理装置であって、
Ｎ個のうちのＫ個の前記第１ポートと接続されたＫ個の第１光スイッチと、
Ｎ個のうちの（Ｎ－Ｋ）個と接続されたＬ個の第２光スイッチと、
Ｋ個の前記第１光スイッチの各々とメッシュ状に接続されたＭ個の第１光合流分岐器と、
Ｌ個の前記第２光スイッチの各々とメッシュ状に接続されたＬ個の第２光合流分岐器と、
前記第２光合流分岐器と接続されたマトリックススイッチと、
前記第１光合流分岐器、前記マトリックススイッチ、及び前記第２ポートと接続されたＭ個の第３光合流分岐器と、
を備えた、光信号処理装置。

【請求項2】

前記第１光スイッチが１×Ｍの光スイッチであり、前記第２光スイッチが１×Ｌの光スイッチであり、前記第１光合流分岐器がＫ×１の光合流分配器であり、前記第２光合流分岐器が（Ｎ－Ｋ）×１の光合流分配器であり、前記マトリックススイッチがＬ×Ｍのマトリックススイッチである、請求項１に記載の光信号処理装置。

【請求項3】

前記第１光スイッチがＭ×１の光スイッチであり、前記第２光スイッチがＬ×１の光スイッチであり、前記第１光合流分岐器が１×Ｋの光合流分配器であり、前記第２光合流分岐器が１×（Ｎ－Ｋ）の光合流分配器であり、前記マトリックススイッチがＭ×Ｌのマトリックススイッチである、請求項１に記載の光信号処理装置。

【請求項4】

前記Ｌは、前記Ｎから前記Ｋを差し引いた数に等しい、請求項１から３のいずれか一項に記載の光信号処理装置。

【請求項5】

拡張ポートをさらに備え、
前記マトリックススイッチと前記第２光合流分岐器は、前記拡張ポートを介して接続されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の光信号処理装置。

【請求項6】

前記第１ポート、前記第２ポート、前記第１光スイッチ、前記第２光スイッチ、前記第１光合流分岐器、前記第２光合流分岐器、前記第３光合流分岐器、前記マトリックススイッチ及び前記拡張ポートの少なくとも一部は、共通の光導波路基板上に形成されている、請求項５に記載の光信号処理装置。

【請求項7】

前記第３光合流分岐器と前記第２光合流分岐器との間に、光アンプをさらに備えた、請求項１から６のいずれか一項に記載の光信号処理装置。

【請求項8】

前記第３光合流分岐器は、合流分岐比を変更する機能を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の光信号処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光信号処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

インターネット等のデータ通信ネットワークの広がりにより、光通信ネットワークにはいっそうの大容量化が望まれている。このようなネットワーク需要の拡大に対応するため、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）通信が実用化されている。また、近年は、光信号を電気信号に変換することなく、光信号のノードを波長ごとに切り替える波長選択スイッチ（ＷＳＳ： Wavelength Selective Switch）の需要も高まりつつある。波長選択スイッチを用いるノードの構成をＲＯＡＤＭ（Reconfigurable optical add/drop multiplexing）システムという。非特許文献１には、複数のノードからの光信号を処理するマルチディグリーＲＯＡＤＭと呼ばれる構成のノードが開示されている。また、非特許文献２には、このようなシステムにおいて、任意のノードからの光信号を任意の送受信器（トランスポンダ）に接続するトランスポンダーアグリゲーター（ＴＰＡ：Transponder Aggregator）として機能する、マルチキャストスイッチ（ＭＣＳ：Multicast Switch）を使う構成が開示されている。

【0003】

図１は、非特許文献２に開示されたＭＣＳを説明するための模式的な機能ブロック図であって、マルチディグリーの光ノードの構成を示している。図１に示すように、マルチディグリーの光ノードは、ＳＰＬ（スプリッタ）とＷＳＳとを組み合わせたマルチキャストスイッチ１０２と、ＷＳＳ１０３とから構成されるクロスコネクト部（ＷＸＣ：Wavelength Cross Connect）１０１を含んでいる。光ノードには、Ｍ個の入力ファイバ１１１から１１ＭからＷＤＭ信号が入力される。また、入力された信号のうちの光ノードでアド・ドロップされるべき信号はドロップＴＰＡであるＴＰＡ１０４ａに送られ、ＴＰＡ１０４ａからＮ個のトランスポンダ１３１から１３Ｎのいずれかに送信される。同様に、トランスポンダ１３１から１３Ｎにおいて発生した光信号は、アドＴＰＡであるＴＰＡ１０４ｂ及びクロスコネクト部１０１のＷＳＳ１０３を介して、出力ファイバ１２１から１２Ｍのいずれかに出力される。なお、本明細書において、注目素子を基準にし、光信号が入力（受信）、または出力（送信）されるノードを指して、以降「方路」とも記す。

【0004】

図２は、図１に示したＴＰＡのうち、ドロップＴＰＡであるＴＰＡ１０４ａを説明するための機能ブロック図である。ただし、アドＴＰＡであるＴＰＡ１０４ｂは、ＴＰＡ１０４ａと同様の構成を有するため、本明細書では、ＴＰＡ１０４ａの説明をＴＰＡ１０４ｂの説明に代えるものとする。図２に示すように、ＴＰＡ１０４ａは、各入力ファイバ１１１から１１Ｍに対応した入力を備えるＭ個の１入力Ｎ出力（以下、１×Ｎとも記す）スプリッタ２０１から２０Ｍと、１×Ｎスプリッタ２０１から２０Ｍの各々から光信号を受信して出力するＭ×１スイッチ２１１と、Ｍ×１スイッチ２１１の出力を入力し、フィルタリングするＮ個の光フィルタ２２１から２２Ｎと、を含む。光フィルタ２２１から２２Ｎは、各々フィルタリングした信号を、図１に示すトランスポンダ１３１から１３１Ｎに出力する。

【0005】

ただし、ＭＣＳは、入力された光信号の分岐を伴うため、原理的に光信号の損失を伴う。すなわち、ＭＣＳでは、１×Ｎスプリッタ２０１から２０Ｍによって光信号はＮ個に分岐されるため、光信号の強度は１／Ｎに減少する。例えば、８個のトランスポンダが接続される場合に９ｄＢの原理損失が、１６個のトランスポンダが接続される場合に１２ｄＢの原理損失が発生する。一般に、トランスポンダは、最小受信感度（信号を受信できる最小の光パワー）以上の光パワーの入力を必要とするため、分岐できる数Ｍには上限が存在する。この上限による規制を緩和するため、図１に示すマルチキャストスイッチ１０２とＴＰＡとの間にＥＤＦＡ（Erbium-doped Fiber Amplifier）等の光アンプが挿入される場合がある。

【0006】

しかし、ＥＤＦＡは、光信号の強度を高める一方、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）ノイズを発生するため、ＯＳＮＲ（Optical Signal-to-Noise Ratio）を劣化させるという欠点がある。これを解消するため、図２に記載のように、トランスポンダとＭＣＳとの間に光フィルタ２２１から２２Ｎを挿入してＡＳＥを除去することが考えられる。しかし、光フィルタの挿入は、部品点数を増やす上、ＥＤＦＡで補償したはずの信号損失の増加につながる等の欠点がある。

【0007】

特許文献１には、光信号の損失を解消するため、複数の波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）と非波長選択スイッチを組みあわせ、原理損の存在しないＴＰＡ機能（Ｍ×Ｎ ＷＳＳ）を実現することが記載されている。図３は、特許文献１のこのような構成を説明するための図であって、光導波路と空間光学系を組み合わせたＳＰＯＣ（Spatial and Planar Optical Circuit）と呼ばれる光学系によるＭ×Ｎ ＷＳＳを示している。図３に示す構成は、図２に示すＭＣＳにおけるＭ個の１×Ｎスプリッタを、空間光学系で接続されるトランスポンダを選択するための、Ｍ個の１×Ｎ ＷＳＳに置き換えたものと言える。

【0008】

図３において、図１に示したクロスコネクト部１０１に接続されるＩｎ（ＷＤＭ側）（図ではａ、ｂ、ｃの３入力）から、ＷＤＭ信号が入力される。ＷＤＭ信号は、光導波路に集積されたレンズ機能を有するＳＢＴ（Space Beam Transformer）回路を介して、コリメート光に変換されて空間光学系に出力される。この際、入力導波路ａ、ｂ、ｃは、光波の出射方向が異ならしめる。空間光学系において、ＷＤＭ信号は、回折格子Ｇｒにより紙面の垂直方向に信号を波長分離した後、複数枚のレンズＬ_ＳＰ、Ｌ_ＤＰを介してスイッチングエレメントである液晶素子ＬＣに波長ごとにｙ軸方向に異なる位置に入射する。この際、入力される導波路ａ、ｂ、ｃに応じて液晶素子ＬＣの位置はｘ軸方向に異なる位置Ａ、Ｂ、Ｃに入射する。液晶素子ＬＣは２次元状に個別に光位相を変調することができる複数のピクセル素子から構成される。液晶素子ＬＣでは波長ごとに紙面の上下方向（ｘ軸方向）に偏向して反射する。すなわち、紙面垂直方向に分波された光信号はそれぞれが異なる方向に、かつ入力導波路ａ、ｂ、ｃごとに独立に偏向反射される。反射された光信号は、ＳＢＴ１１_１～１１_４のいずれかに結合して光導波路光学系に入力される。光導波路光学系に入力された光信号は、入力導波路ａ、ｂ、ｃに応じて、接続導波路１２_１－ａ～１２_１－ｃ、１２_２－ａ～１２_３－ｃ、…、１２_４－ａ～１２_４－ｃのいずれかを伝搬し、Ｎ個のＭ×１スイッチ１３_１～１３_３を通過して出力導波路１～４のいずれかから出力されてトランスポンダに入力される。

【0009】

以上説明したＭ×Ｎ ＷＳＳは、分岐に起因する損失を生じない。加えて、空間光学系で構成されるＷＳＳ機能が波長フィルタ機能を提供するため、信号波長以外の波長のノイズ成分が除去される。このように、Ｍ×Ｎ ＷＳＳ構成は、原理損失が存在せず、波長選択機能が自動的に内包されるという点でＭＣＳに比較して優れた機能、性能を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１６－２１２１２８号公報

【非特許文献】

【0011】

【非特許文献1】M. Fukutoku, “Next Generation ROADM technology and applications”, paper M3A.4, OFC, 2015

【非特許文献2】T. Watanabe et al., “Silica-based PLC Transponder Aggregators for Colorless, Directionless, and Contention less ROADM”, paper OThD3.1, OFC, 2012

【非特許文献3】Y. Ikuma et al., “Low-loss transponder aggregator using spatial and planar optical circuit”, Journal of Lightwave Technology, Vol.34, No. 1, 2016

【非特許文献4】P. D. Colbourne et al. “Contentionless Twin 8x24 WSS with Low Insertion Loss”, paper Th4A.1, OFC, 2018

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、Ｍ×Ｎ ＷＳＳにおいては、高価なＷＳＳを接続される方路の数だけ設置する必要があり、この点がスケーラビリティの観点で課題となる。例えば、８方路であれば８台、１６方路であれば１６台のＷＳＳを包含する必要がある。ひとつの光学系で実現し得るＷＳＳの最大集積数は液晶素子ＬＣの面積Ｓで制限され、
Ｍ×Ｎ∝Ｓ
の関係がある。

【0013】

最大集積数と液晶素子ＬＣの面積Ｓとの関係は、例えば、非特許文献３や、非特許文献４に記載されている。非特許文献３、非特許文献４においては、Ｍ＝８、Ｎ＝２４の場合、すなわちＭ×Ｎ＝１９２程度の性能指数の例が示されている。これは、液晶素子ＬＣの制限によるものであり、これ以上の規模の拡大は困難である。このような制限を受ける場合、例えば、Ｍ＝１６の１６方路のＴＰＡを実現しようとすると、ＷＳＳを１６方路分用意しなければならないにも関わらず、接続可能な出力側のＮの数が１２に限定されることになる。

【0014】

さらに、Ｍ×ＮのＴＰＡのＷＳＳは、空間光学系と導波路光学系を一体で形成する必要があるため、製造が難しい。特に、特許文献１に記載の熱光学効果を利用するＭ×１スイッチは、発生する熱によって光学系のアライメントが変化するため、信頼性の観点で課題を有する。

【0015】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、入力から出力に至るまでの経路における信号損失が小さく、しかも低コストのトランスポンダ集約機能を提供する光信号処理装置を提供することに係る。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記目的を達成するために本発明の一形態の光信号処理装置は、Ｎ個の第１ポートと、Ｍ個の第２ポートと、を有する光信号処理装置であって、Ｎ個のうちのＫ個の前記第１ポートと接続されたＫ個の第１光スイッチと、Ｎ個のうちの（Ｎ－Ｋ）個と接続されたＬ個の第２光スイッチと、Ｋ個の前記第１光スイッチの各々とメッシュ状に接続されたＭ個の第１光合流分岐器と、Ｌ個の前記第２光スイッチの各々とメッシュ状に接続されたＬ個の第２光合流分岐器と、前記第２光合流分岐器と接続されたマトリックススイッチと、前記第１光合流分岐器、前記マトリックススイッチ、及び前記第２ポートと接続されたＭ個の第３光合流分岐器と、を備える。

【発明の効果】

【0017】

以上の形態によれば、入力から出力に至るまでの経路における信号損失が小さく、しかも低コストのトランスポンダ集約機能を提供する光信号処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】非特許文献２に開示されたＭＣＳを説明するための模式的な機能ブロック図である。

【図2】図１に示したＴＰＡのうち、ドロップＴＰＡを説明するための機能ブロック図である。

【図3】特許文献１に記載の、複数の波長選択スイッチと非波長選択スイッチを組みあわせた構成を説明するための図である。

【図4】本発明の一実施形態の光信号処理装置を説明するための図である。

【図5】図４に示す実施形態の光信号処理装置を使った実施例の結果の表を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

［ＴＰＡの構成］
図４は、本発明の一実施形態の光信号処理装置であるＴＰＡ４の概略を示す図である。本ＴＰＡ４は、外部との間で光信号を出力または入力する第１ポートと第２ポートとを有している。本実施形態は、Ｎ個のトランスポンダ４１１から４１Ｎと接続されるポートＰが第１ポートに対応し、外部の図示しないクロスコネクト部と接続されるクロスコネクトポート４８１から４８Ｍが第２ポートに対応する。また、ＴＰＡ４は、Ｎ個のうちのＫ個のトランスポンダ４１１から４１Ｋと接続されるＫ個の第１光スイッチである光スイッチ４２１から４２Ｋと、Ｎ個のうちの（Ｎ－Ｋ）個のトランスポンダ４１（Ｋ＋１）から４１Ｎと接続されるＬ個の第２光スイッチである光スイッチ５２（Ｋ＋１）から５２Ｎと、を備えている。また、ＴＰＡ４は、光スイッチ４２１から４２Ｋとメッシュ状に接続されるＭ個の第１光合流分岐器である光合流分岐器（光スプリッタ）４３１から４３Ｍと、Ｌ個の光スイッチ５２（Ｋ＋１）から５２Ｎとメッシュ状に接続されるＬ個の光合流分岐器４４１から４４Ｌと、を備えている。さらに、ＴＰＡ４は、光合流分岐器４４１から４４Ｌと接続されたマトリックススイッチ４６と、光合流分岐器（光スプリッタ）４３１から４３Ｍ、マトリックススイッチ４６及び光合流分岐器４４１から４４Ｌと接続されるＭ個の光合流分岐器４７１から４７Ｍと、を備えている。光合流分岐器４７１から４７Ｍは、光合流分岐器４３１から４３Ｍとクロスコネクトポート４８との間を通る光信号を分岐してマトリックススイッチ４６へ出力する、またはマトリックススイッチ４６から出力された光信号を光合流分岐器４３１から４３Ｍとクロスコネクトポート４８との間を通る光信号に合流させる

【0020】

本明細書では、上記の構成において、トランスポンダ４１１から４１Ｎの各々を区別する必要がない場合は単に「トランスポンダ４１」と記す。また、クロスコネクトポート４８１から４８Ｍの各々を区別する必要がない場合は単に「クロスコネクトポート４８」と記す。さらに、光スイッチ４２１から４２Ｋの各々を区別する必要がない場合には単に「光スイッチ４２」と記し、光スイッチ５２（Ｋ＋１）から５２Ｎの各々を区別する必要がない場合には単に「光スイッチ５２」と記し、光合流分岐器４３１から４３Ｍの各々を区別する必要がない場合には単に「光合流分岐器４３」と記し、光合流分岐器４４１から４４Ｌの各々を区別する必要がない場合には単に「光合流分岐器４４」と記し、光合流分岐器４７１から４７Ｍの各々を区別する必要がない場合には単に「光合流分岐器４７」と記す。

【0021】

本実施形態は、トランスポンダ４１の側を入力とし、クロスコネクトポート４８の側を出力として説明する。そして、図４に示すように、入力数Ｎを「８」、出力数Ｍを「８」に設定した。そして、入力されるＮ個の光信号を光スイッチ４２と光スイッチ５２とに入力するようにしている。Ｎ個のうちの光スイッチ４２に入力される光信号数の数をＫ個とすると、光スイッチ４２に入力される光信号数の数Ｌは、ＮからＫを差し引いた数に等しくなる。する。また、光スイッチ４２は１入力、Ｍ出力（１×８）の光スイッチ、光スイッチ５２は１入力、Ｌ出力（１×４）の光スイッチ、光合流分岐器４３はＫ入力、１出力（４×１）、光合流分岐器４４はＬ入力、１出力（４×１）である。したがって、本実施形態では、１×８の光スイッチ４２１から４２４がトランスポンダ４１１から４１４の光信号を入力する。また、１×４の光スイッチ５２５から５２８がトランスポンダ４１５から４１８の光信号を入力する。ただし、当然のことながら、本実施形態は、Ｎ、Ｍ、Ｋ、Ｌといった数値を上記の例に限定するものではなく、Ｋは、Ｎより小さな整数であれば、どのような数であってもよい。

【0022】

また、ＴＰＡ４は、トランスポンダ４１の側を出力とし、クロスコネクトポート４８の側を入力として動作することも可能である。すなわち、ＴＰＡ４はＤＥＭＵＸ側ドロップ側として動作する。このような場合、当然のことながら、光スイッチ４２、５２、光合流分岐器４３、４４、４７の入力と出力の関係も反対となる。

【0023】

また、本実施形態は、トランスポンダ４１と光スイッチ４２及びトランスポンダ４１と光スイッチ５２との間にＫ個の光フィルタ５１１から５１Ｋ、５１（Ｋ＋１）から５１Ｎがそれぞれ接続されている（各々を区別する必要がない場合、単に「光フィルタ５１」と記す）。ただし、本実施形態は、光フィルタ５１を備える構成に限定されるものでなく、光信号をフィルタリングする必要がない場合、光フィルタ５１をＴＰＡ４から除き、部品点数の低減を図ってもよい。

【0024】

各光スイッチ４２の８つの出力信号は、８個の光合流分岐器４３の各々に対し、メッシュ状に接続される。ここで、「メッシュ状」とは、図４に示すように、１つの光スイッチ４２から出力される８つの出力信号が、８つの光合流分岐器４３の全てに入力することを指す。メッシュ状の接続によれば、光合流分岐器４３の各々に合計４つの光信号が入力される。また、各光スイッチ５２の４つの出力信号は、４個の光合流分岐器４４の各々に対し、メッシュ状に接続される。このため、光合流分岐器４４の各々には合計４つの光信号が入力される。このような光合流分岐器４３と光スイッチ４２は、４×８のマルチキャストを構成する。また、光合流分岐器４４と光スイッチ５２は、４×４のマルチキャストスイッチを構成する。

【0025】

光合流分岐器４７は、光合流分岐器４３とクロスコネクトポート４８との間で光信号を分岐し、分岐した光信号をマトリックススイッチ４６に接続する。また、光合流分岐器４４の出力信号もマトリックススイッチ４６に接続される。マトリックススイッチ４６と光合流分岐器４４との間には光アンプ４５１から４５Ｌが接続され（以下、各々を区別する必要がない場合、単に「光アンプ４５」と記す）、光合流分岐器４４からマトリックススイッチ４６に向かう光信号を増幅する。光合流分岐器４４１から４４Ｌと光アンプ４５１から４５Ｌとを接続する複数のノードを拡張ポート群４９１と記し、光アンプ４５１から４５Ｌと、マトリックススイッチ４６とを接続する複数のノードを拡張ポート群４９２と記す。

【0026】

上記構成では、光アンプ４５が拡張ノード４９１、４９２上に設けられている。ただし、光アンプは、トランスポンダ４１（Ｋ＋１）からトランスポンダ４１Ｎから入力された光信号を増幅するものであればよく、拡張ノード４９１、４９２上に設けられることに限定されない。光アンプ４５は、光合流分岐器４７と光合流分岐器４４との間に配置されることが好ましい。

【0027】

本実施形態は、以上の構成が光導波路基板４７０上に形成され、一体化したものであってもよい。また、以上の構成は、複数の素子が組み合わされて、上記の機能を発揮するものであってもよい。

【0028】

次に、上記構成おける光信号の伝送について説明する。トランスポンダ４１１から４１ＫによってＴＰＡ４に入力された光信号は、それぞれ光フィルタ５１を通って４個の光スイッチ４２に入力する。光スイッチ４２は、光合流分岐器４３のうちのいずれか一つを選択して出力信号を出力する。光合流分岐器４３は、入力した光信号のうちの最大４つを選択して合流し、光合流分岐器４７に出力する。一方、トランスポンダ４１（Ｋ＋１）から４１ＮによってＴＰＡ４に入力された光信号は、それぞれ光フィルタ５１を通って光スイッチ５２に入力する。光スイッチ５２は、光合流分岐器４４のうちのいずれか一つを選択して出力信号を出力する。光合流分岐器４４の出力信号は、光アンプ４５により増幅されて、マトリックススイッチ４６に接続される。マトリックススイッチ４６は、光合流分岐器４７に出力信号を出力し、この出力信号は光合流分岐器４３の出力信号と光合流分岐器４７において合流する。

【0029】

［作用及び効果］
本実施形態のＴＰＡ４は、Ｍ×Ｎのマルチキャストスイッチと同様の機能を有するが、損失の観点で有利である。以下、本実施形態の光信号処理装置であるＴＰＡ４の作用及び効果について説明する。なお、この説明は、クロスコネクトポート４８の側から見た、ＴＰＡ４のＤｅＭｕｘ（DeMultiplexer）としての動作を例にして行う。すなわち、図４に示したＭ＝８、Ｎ＝８の例では、クロスコネクトポート４８から入力された光信号は、８個の光合流分岐器４７によって分岐され、一部が光合流分岐器４３に入力され、他の一部がマトリックススイッチ４６に伝搬される。ここでは、入力された光信号が２分岐される場合を考え、その分岐比をγ：１－γとする。

【0030】

ここで、光合流分岐器４７によって光信号を分岐する効果について説明する。ＴＰＡにおいては、接続されるトランスポンダの数により信号損失の程度が変化することが知られていて、例えば、８入力（または８出力）、４出力（または４出力）の場合、入力から出力までの信号損失は許容できる程度に小さくなる。本発明の発明者は、この点に注目し、８×８のＴＰＡ４において光信号を分岐して、信号損失の少ない８入力、４出力のマルチキャストスイッチ、及び４入力４出力のマルチキャストスイッチに分割して処理する。すなわち、クロスコネクトポート４８１から４８Ｍとトランスポンダ４１１から４１Ｋが１つのマルチキャストスイッチを構成し、クロスコネクトポート４８１から４８Ｍとトランスポンダ４１（Ｋ＋１）から４１Ｎが１つのトランスポンダ集約機能を構成する。このようにすることにより、本実施形態は、トランスポンダ４１１から４１Ｋとクロスコネクトポート４８１から４８Ｍとの間の信号損失を最小限に抑えている。

【0031】

上記構成において、光合流分岐器４７が光信号を光合流分岐器４３とマトリックススイッチ４６とから合流する、または振り分ける割合（合流分岐比）γの好ましい値は、ＴＰＡ４の用途、入出力のポート数、仕様によって異なっている。このような条件に適合するように、本実施形態の光合流分岐器４７は、合流分岐比を変更する機能を有していてもよい。さらに、本実施形態は、図４に示すように、マトリックススイッチ４６と光合流分岐器４４との間に光アンプ４５を設け、マトリックススイッチ４６に振り分けられた信号の信号損失を補ってもよい。

【0032】

次に、光合流分岐器４３にクロスコネクトポート４８から入力された光信号は、光合流分岐器４３によってパワーが４分割された後、光スイッチ４２を介してトランスポンダ４１１から４１Ｋに入力される。以上の光信号の経路を、ここでは「経路１」とする。経路１におけるクロスコネクトポート４８からトランスポンダ４１に至るまでの伝搬損失Ｉ_Ｌ１は、以下の式（１）によって表される。
Ｉ_Ｌ１＝－１０×ｌｏｇ（γ）－１０×ｌｏｇ（１／Ｋ）・・・式（１）

【0033】

一方、光合流分岐器４７によって分岐され、マトリックススイッチ４６に伝搬された８個の光信号は、そのうちの４個がマトリックススイッチ４６によって選択され、拡張ポート群４９２に出力される。そして、光アンプ４５を介して拡張ポート群４９１を通り、光合流分岐器４４１から４４Ｌによって４つに分岐される。分岐された各光信号は、光スイッチ５２（Ｋ＋１）から５２Ｎに入力され、光フィルタ５１を通ってトランスポンダ４１（Ｋ＋１）から４１Ｎに到達する。このような経路を、本実施形態では経路２とする。経路２のクロスコネクトポート４８からトランスポンダ４１に至るまでの伝搬損失Ｉ_Ｌ２は、以下の式（２）によって表される。式（２）において、Ｇ_ａｍｐは、光アンプ４５のゲインである。
Ｉ_Ｌ２＝－１０×ｌｏｇ（１－γ）－１０×ｌｏｇ（１／（Ｎ－Ｋ））－Ｇ_ａｍｐ
・・・式（２）

【0034】

光アンプ４５を有する本実施形態は、経路２を通過する光信号の損失を補償可能であるのに対して、経路１を通過する光信号は、分岐により損失－１０×ｌｏｇ（γ）及び－１０×ｌｏｇ（１／Ｋ）を受ける。ただし、このような本実施形態は、光合流分岐器４７のγやトランスポンダ４１のうちの光スイッチ５２と接続されるトランスポンダの数（すなわちＫ）を調整することで経路１の信号損失を充分に低減することができる。そして、経路１における信号損失を低減するのに最適な条件を設定した上で、経路２において生じる信号損失を光アンプ４５によって補償することができる。このような構成は、光アンプの数を抑えて素子の部品点数の増加及び大型化を防ぐことに有利である。また、本実施形態は、上記したように、光スイッチ５２及び光合流分岐器４４の数を、入力数Ｎから経路１に接続されるトランスポンダの数Ｋを差し引いた値Ｌとする。これは、経路２に接続されるトランスポンダの数だけの信号を経路２に伝搬すればよいためである。

【0035】

以上、説明したように、本実施形態の光信号処理装置は、ＷＳＳを用いることが無く、トランスポンダ４１からクロスコネクトポート４８までの光信号を分岐して信号損失の少ない８入力、４出力のマルチキャストスイッチ、及び４入力４出力のマルチキャストスイッチを構成することにより、光信号処理装置における信号損失を低減することができる。このような構成は、方路毎にＷＳＳを設ける公知の構成と比較して部品点数を低減し、素子面積の増大を抑えることができる。また、本実施形態は、分岐した方路に光アンプ４５を設ける場合であっても、光アンプ４５の数が方路の数ＮからＫを差し引いた数Ｌでよいため、公知の構成よりも光アンプの数が少ないことが明らかである。さらに本実施形態の光信号処理装置では、方路数Ｍが１２、１６等と拡大した場合においてもＫの数を適切に設定することによって必要な光アンプの台数が増加することがない、あるいは台数の増加を抑えることができるという効果を有する。このような本実施形態は、トランスポンダ集約機能のコストを抑えながら、高品質の信号を取り出せる光信号処理装置を提供することが可能である。

【実施例0036】

次に、以上説明した実施形態の実施例を、具体的な数値を挙げて説明する。本実施形態例では、トランスポンダの数Ｎを８、クロスコネクトポート数をＭ、合流分岐比γを０．９の条件を設定した。また、本実施例は、クロスコネクトポートを入力側、トランスポンダを出力側とする。このような条件によれば、Ｍ個のポートから入力した光信号の９０％が実施形態で説明した経路１に、１０％が経路２に分岐されるとする。本発明者らは、このとき、Ｋを変化させて各経路１の信号損失と、経路２の信号損失が等しくなるように、光アンプ４５（図４）のゲインＧ_ａｍｐ（光フィルタの信号損失を含む）を設定した。この結果を図５に表として示す。なお、公知のＮ＝８のマルチキャストスイッチの原理損失は９ｄＢである。

【0037】

図５の表において、γは図４の光合流分岐器４７の合流分岐比、Ｋはトランスポンダ４１１から４１Ｋに接続される光スイッチ４２の数、Ｇ_ａｍｐは光アンプ４５のゲイン、経路１はトランスポンダ４１１から４１Ｋとクロスコネクトポート４８との間の経路、経路２はトランスポンダ４１（Ｋ＋１）から４１Ｎとクロスコネクトポート４８との間の経路、ＬはＮ－Ｋ、つまりトランスポンダ４１（Ｋ＋１）から４１Ｎに接続される光スイッチ５２の数をそれぞれ示している。このようなＬは、図４に示すように、図４の光アンプ４５の数と一致する。

【0038】

図５の表に示すように、Ｋ＝２のとき、光アンプの利得Ｇａｍｐを１４．３ｄＢに設定する場合は、経路１、２の信号損失はともに３．５ｄＢである。Ｋ＝４のとき、光アンプの利得Ｇａｍｐを９．５ｄＢに設定する場合は、経路１、２の信号損失はともに６．５ｄＢである。Ｋ＝６のとき光アンプの利得Ｇａｍｐを４．８ｄＢに設定する場合は、経路１、２の信号損失は８．２ｄＢである。いずれの場合も公知のマルチキャストスイッチよりも小さいことが分かる。また、光合流分岐器４７の合流分岐比γは、光導波路上に形成したマッハツェンダ干渉計等を用いて可変とすることができる。このようにすれば、光アンプ４５への利得性能要求を緩和することが可能である。図５に示した表に示すように、γ＝０．８、Ｋ＝２の条件においては、γ＝０．９の場合に比べて３．５ｄＢ程度低い利得の光アンプでもよいことがわかる。また、このような場合でも、ＴＰＡとしての信号損失は原理損失９ｄＢに対して、４ｄＢと十分に低減されることがわかる。

【符号の説明】

【0039】

４１ トランスポンダ
４２，５２ 光スイッチ
４３、４４、４７ 光合流分岐器
４５ 光アンプ
４６ マトリックススイッチ
４８ クロスコネクトポート
５１ 光フィルタ
４７０ 光導波路基板
４９１，４９２ 拡張ポート群

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】