特開 2024-132645 ナノ秒光スイッチアレイ、およびナノ秒波長選択スイッチ

(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】P2024132645

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】ナノ秒光スイッチアレイ、およびナノ秒波長選択スイッチ

(51)【国際特許分類】

   H04Q 3/52 20060101AFI20240920BHJP

   H04J 14/02 20060101ALN20240920BHJP

【ＦＩ】

H04Q3/52 B

H04J14/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023043498

(22)【出願日】2023-03-17

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人情報通信研究機構、「革新的情報通信技術研究開発委託研究／Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇ超大容量無線通信を支える空間多重光ネットワーク・ノード技術の研究開発 研究開発項目２ ＳＤＭ 光ネットワークシステム技術 副題：経済性と転送性能に優れた空間多重光ネットワークの研究開発」委託事業、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000208891

【氏名又は名称】ＫＤＤＩ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100125391

【弁理士】

【氏名又は名称】白川 洋一

(72)【発明者】

【氏名】ワン ツェン

(72)【発明者】

【氏名】吉兼 昇

【テーマコード（参考）】

5K069

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K069BA09

5K069DB01

5K069DB33

5K069EA25

5K102AA06

5K102AD01

5K102MB11

5K102NA02

5K102PD14

5K102PD16

5K102PD17

5K102PH45

5K102PH47

5K102PH48

(57)【要約】

【課題】スイッチング速度が高速で、大規模化が容易なナノ秒光スイッチアレイまたはナノ秒波長選択スイッチを提供する。
【解決手段】光信号の通信経路を切り替えるナノ秒光スイッチアレイであって、複数の２^ｉ×２^ｉ入力側光スイッチユニット（ｉ≧１）と、複数の２^ｊ×２^ｊ中央部光スイッチユニット（ｊ≧２）と、複数の２^ｋ×２^ｋ出力側光スイッチユニット（ｋ≧１）と、が論理的に直列に配置され、前記入力側光スイッチユニットの出力ポートと前記中央部光スイッチユニットの入力ポート、および前記中央部光スイッチユニットの出力ポートと前記出力側光スイッチユニットの入力ポートが所定の数式または規則に従って接続され、前記入力側光スイッチユニット、前記中央部光スイッチユニット、および前記出力側光スイッチユニットのスイッチング速度はナノ秒オーダーであり、デジタル信号により同期されて制御される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光信号の通信経路を切り替えるナノ秒光スイッチアレイであって、
複数の２^ｉ×２^ｉ入力側光スイッチユニット（ｉ≧１）と、複数の２^ｊ×２^ｊ中央部光スイッチユニット（ｊ≧２）と、複数の２^ｋ×２^ｋ出力側光スイッチユニット（ｋ≧１）と、が論理的に直列に配置され、
前記入力側光スイッチユニットの出力ポートと前記中央部光スイッチユニットの入力ポート、および前記中央部光スイッチユニットの出力ポートと前記出力側光スイッチユニットの入力ポートが所定の数式または規則に従って接続され、
前記入力側光スイッチユニット、前記中央部光スイッチユニット、および前記出力側光スイッチユニットのスイッチング速度はナノ秒オーダーであり、デジタル信号により同期されて制御されることを特徴とするナノ秒光スイッチアレイ。

【請求項2】

ｉ＝ｊ＝ｋであり、それぞれ２^ｉ個の前記入力側光スイッチユニット、前記中央部光スイッチユニット、および前記出力側光スイッチユニットが接続されていることを特徴とする請求項１記載のナノ秒光スイッチアレイ。

【請求項3】

ｉ＝ｋ＝１であり、２^ｊ個の前記入力側光スイッチユニット、２個の前記中央部光スイッチユニット、および２^ｊ個の前記出力側光スイッチユニットが接続されていることを特徴とする請求項１記載のナノ秒光スイッチアレイ。

【請求項4】

光信号の通信経路を切り替える２^ｍ×２^ｎナノ秒光スイッチアレイであって、
１の２^ｍ×２^ｍ入力側光スイッチユニット（ｍ≧２）と、２^ｍ個の１×２^ｎ－ｍ出力側光スイッチユニット（ｎ－ｍ≧１）と、が論理的に直列に配置され、
前記２^ｍ×２^ｍ入力側光スイッチユニットの出力ポートと前記１×２^ｎ－ｍ出力側光スイッチユニットの入力ポートが１対１に接続され、
前記２^ｍ×２^ｍ入力側光スイッチユニット、および前記１×２^ｎ－ｍ出力側光スイッチユニットのスイッチング速度はナノ秒オーダーであり、デジタル信号により同期されて制御され、
前記２^ｍ×２^ｍ入力側光スイッチユニットは、請求項２または請求項３記載のナノ秒光スイッチアレイであることを特徴とする２^ｍ×２^ｎナノ秒光スイッチアレイ。

【請求項5】

波長多重された光信号を所定の波長範囲ごとに分離し、通信経路を切り替えるナノ秒波長選択スイッチであって、
１または複数の入力側ＡＷＧと、複数の２^ｍ×２^ｎ光スイッチユニット（ｍ≧０、ｎ≧２）と、複数の出力側ＡＷＧと、が論理的に直列に配置され、
前記入力側ＡＷＧの出力ポートと前記光スイッチユニットの入力ポート、および前記光スイッチユニットの出力ポートと前記出力側ＡＷＧの入力ポートが所定の数式または規則に従って接続され、
前記光スイッチユニットのスイッチング速度はナノ秒オーダーであり、デジタル信号により同期されて制御されることを特徴とするナノ秒波長選択スイッチ。

【請求項6】

ｍ≦ｎであり、２^ｍ個の前記入力側ＡＷＧと、２^ｎ個の前記光スイッチユニットと、２^ｎ個の前記出力側ＡＷＧが接続され、
前記入力側ＡＷＧは、１の入力ポートと２^ｎの出力ポートを有し、
前記出力側ＡＷＧは、２^ｎの入力ポートと１の出力ポートを有することを特徴とする請求項６記載のナノ秒波長選択スイッチ。

【請求項7】

前記２^ｍ×２^ｎ光スイッチユニットは、ｍ＝０であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のナノ秒波長選択スイッチ。

【請求項8】

前記２^ｍ×２^ｎ光スイッチユニットは、ｍ≧１であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のナノ秒波長選択スイッチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、規模拡張可能なナノ秒光スイッチアレイ、およびナノ秒波長選択スイッチに関する。

【背景技術】

【0002】

単一のチップ（またはボード）のコンピューティング能力が限界に達したため、データセンターやチップクラスターなどの分散システムが積極的に開発および展開されている。このとき、光ネットワークに使用される光スイッチや波長選択スイッチは、この種のシステムのボトルネックとならないために、以下の機能が期待されている。（１）シングルレーンの高データレート（例えば、１００Ｇｂｐｓ以上）を有すること。（２）超大規模（例えば、１０００以上のノード）のネットワークに対応できること。（３）スイッチング速度が遅いとスイッチング時間がパケット配信時間よりも長くなるので、パケット／トラフィック配信効率の向上のために、ナノ秒オーダーの高速なスイッチング速度を有すること。（４）アプリケーションの要求を満たす複雑なコンピューティンググラフに対応するため、様々なトポロジへの適応性と波長資源の高収容効率性を有すること。

【0003】

ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）は大規模な光スイッチを実現する主流の技術であるが、そのスイッチング速度はマイクロ秒オーダーである（特許文献１）。また、ＷＳＳ（wavelength selective switch）は通常ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）で実装されており、スイッチング速度はマイクロ秒オーダーである（特許文献２）。

【0004】

また、特許文献３は、データセンター向けの大規模光スイッチアレイの技術を開示している。特許文献４または特許文献５は、クロスバー形状の光スイッチアレイの技術を開示している。非特許文献１または非特許文献２は、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）とＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）に基づいたナノ秒スイッチアーキテクチャの技術が開示され、高速で大規模なものが実現されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】ＵＳ２０１６０１５４１８３Ａ１

【特許文献2】ＵＳ８０７８０１９Ｂ２

【特許文献3】ＵＳ１１２０６４６６Ｂ２

【特許文献4】ＵＳ２０１３０２４３３７２Ａ１

【特許文献5】ＥＰ３５５５６８１Ｂ１

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Joshua L. Benjamin, Thomas Gerard, Domanic Lavery, Polina Bayvel, and Georgios Zervas, "PULSE: Optical Circuit Switched Data Center Architecture Operating at Nanosecond Timescales," J. Lightwave Technol. 38, 4906-4921 (2020)

【非特許文献2】Ballani, Hitesh, et al. "Sirius: A flat datacenter network with nanosecond optical switching." Proceedings of the Annual conference of the ACM Special Interest Group on Data Communication on the applications, technologies, architectures, and protocols for computer communication. 2020.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献３のデータセンター向けの大規模光スイッチアレイの技術は、構築方法が本発明とは異なる。特許文献４または特許文献５のクロスバー形状の光スイッチアレイの技術は、基本技術が本発明とは異なる。また、非特許文献１または非特許文献２の技術は、様々なトポロジへの適応性と波長資源の収容効率性に乏しく、また、構成エラーの検出が容易ではなかった。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スイッチング速度が高速で、大規模化が容易なナノ秒光スイッチアレイまたはナノ秒波長選択スイッチを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）上記の目的を達成するため、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の一態様のナノ秒光スイッチアレイは、光信号の通信経路を切り替えるナノ秒光スイッチアレイであって、複数の２^ｉ×２^ｉ入力側光スイッチユニット（ｉ≧１）と、複数の２^ｊ×２^ｊ中央部光スイッチユニット（ｊ≧２）と、複数の２^ｋ×２^ｋ出力側光スイッチユニット（ｋ≧１）と、が論理的に直列に配置され、前記入力側光スイッチユニットの出力ポートと前記中央部光スイッチユニットの入力ポート、および前記中央部光スイッチユニットの出力ポートと前記出力側光スイッチユニットの入力ポートが所定の数式または規則に従って接続され、前記入力側光スイッチユニット、前記中央部光スイッチユニット、および前記出力側光スイッチユニットのスイッチング速度はナノ秒オーダーであり、デジタル信号により同期されて制御される。

【0010】

（２）また、本発明の一態様のナノ秒光スイッチアレイにおいて、ｉ＝ｊ＝ｋであり、それぞれ２^ｉ個の前記入力側光スイッチユニット、前記中央部光スイッチユニット、および前記出力側光スイッチユニットが接続されている。

【0011】

（３）また、本発明の一態様のナノ秒光スイッチアレイにおいて、ｉ＝ｋ＝１であり、２^ｊ個の前記入力側光スイッチユニット、２個の前記中央部光スイッチユニット、および２^ｊ個の前記出力側光スイッチユニットが接続されている。

【0012】

（４）また、本発明の一態様のナノ秒光スイッチアレイは、光信号の通信経路を切り替える２^ｍ×２^ｎナノ秒光スイッチアレイであって、１の２^ｍ×２^ｍ入力側光スイッチユニット（ｍ≧２）と、２^ｍ個の１×２^ｎ－ｍ出力側光スイッチユニット（ｎ－ｍ≧１）と、が論理的に直列に配置され、前記２^ｍ×２^ｍ入力側光スイッチユニットの出力ポートと前記１×２^ｎ－ｍ出力側光スイッチユニットの入力ポートが１対１に接続され、前記２^ｍ×２^ｍ入力側光スイッチユニット、および前記１×２^ｎ－ｍ出力側光スイッチユニットのスイッチング速度はナノ秒オーダーであり、デジタル信号により同期されて制御され、前記２^ｍ×２^ｍ入力側光スイッチユニットは、上記（２）または（３）記載のナノ秒光スイッチアレイである。

【0013】

（５）また、本発明の一態様のナノ秒波長選択スイッチは、波長多重された光信号を所定の波長範囲ごとに分離し、通信経路を切り替えるナノ秒波長選択スイッチであって、１または複数の入力側ＡＷＧと、複数の２^ｍ×２^ｎ光スイッチユニット（ｍ≧０、ｎ≧２）と、複数の出力側ＡＷＧと、が論理的に直列に配置され、前記入力側ＡＷＧの出力ポートと前記光スイッチユニットの入力ポート、および前記光スイッチユニットの出力ポートと前記出力側ＡＷＧの入力ポートが所定の数式または規則に従って接続され、前記光スイッチユニットのスイッチング速度はナノ秒オーダーであり、デジタル信号により同期されて制御される。

【0014】

（６）また、本発明の一態様のナノ秒波長選択スイッチにおいて、ｍ≦ｎであり、２^ｍ個の前記入力側ＡＷＧと、２^ｎ個の前記光スイッチユニットと、２^ｎ個の前記出力側ＡＷＧが接続され、前記入力側ＡＷＧは、１の入力ポートと２^ｎの出力ポートを有し、前記出力側ＡＷＧは、２^ｎの入力ポートと１の出力ポートを有する。

【0015】

（７）また、本発明の一態様のナノ秒波長選択スイッチにおいて、前記２^ｍ×２^ｎ光スイッチユニットは、ｍ＝０である。

【0016】

（８）また、本発明の一態様のナノ秒波長選択スイッチにおいて、前記２^ｍ×２^ｎ光スイッチユニットは、ｍ≧１である。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、スイッチング速度が高速で、大規模化が容易なナノ秒光スイッチアレイまたはナノ秒波長選択スイッチを構成できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態に係るナノ秒光スイッチアレイの模式図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る２^２ｍ×２^２ｍナノ秒光スイッチアレイの模式図である。

【図3】第１の方法のフローチャートの一例である。

【図4】（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、ナノ秒光スイッチアレイの一例を示す模式図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る２^ｍ＋１×２^ｍ＋１ナノ秒光スイッチアレイの模式図である。

【図6】第２の方法のフローチャートの一例である。

【図7】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ナノ秒光スイッチアレイの一例を示す模式図である。

【図8】１６×１６ナノ秒光スイッチアレイの一例を示す模式図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る１×２^ｍナノ秒光スイッチアレイの模式図である。

【図10】（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、ナノ秒光スイッチアレイの一例を示す模式図である。

【図11】本発明の一実施形態に係る２^ｍ×２^ｎナノ秒光スイッチアレイの模式図である。

【図12】１６×６４ナノ秒光スイッチアレイの一例を示す模式図である。

【図13】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係るナノ秒波長選択スイッチの模式図である。

【図14】本発明の一実施形態に係るナノ秒波長選択スイッチの模式図である。

【図15】ナノ秒波長選択スイッチの一例を示す模式図である。

【図16】ナノ秒波長選択スイッチの一例を示す模式図である。

【図17】光ネットワークの一例を示す模式図である。

【図18】光ネットワークの一例を示す模式図である。

【図19】光ネットワークの一例を示す模式図である。

【図20】コントロールプレーンの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。具体的には、例えば、実施形態の説明に必要ではない制御機能等については図から省略する。

【0020】

［実施形態］
（ナノ秒光スイッチアレイの構成）
図１は、本発明の一実施形態に係るナノ秒光スイッチアレイの模式図である。本発明の一実施形態のナノ秒光スイッチアレイは、光信号の通信経路を切り替える。ナノ秒光スイッチアレイは、複数の２^ｉ×２^ｉ入力側光スイッチユニット（ｉ≧１）と、複数の２^ｊ×２^ｊ中央部光スイッチユニット（ｊ≧２）と、複数の２^ｋ×２^ｋ出力側光スイッチユニット（ｋ≧１）とを備える。

【0021】

入力側光スイッチユニット、中央部光スイッチユニット、および出力側光スイッチユニットをまとめて光スイッチユニットという。光スイッチユニットとは、本発明のナノ秒光スイッチアレイを構成する部品としての光スイッチをいう。光スイッチユニットは、内部で入力ポートと出力ポートの間で何らかの接続が既にされているものとする。従って、本発明のナノ秒光スイッチアレイは、それより大規模なナノ秒光スイッチアレイを構成する部品として使用する場合、光スイッチユニットという。また、光スイッチユニットは、本発明のナノ秒光スイッチアレイ以外の光スイッチであってもよい。

【0022】

２^ｉ×２^ｉ光スイッチユニットとは、入力ポートが２^ｉ個、出力ポートが２^ｉ個あり、入力ポートのいずれのポートから出力ポートのいずれのポートへも制御により光信号の経路選択が可能な光スイッチである。ｊ、ｋについても同様である。なお、図１の光スイッチユニットは、左側のポートを入力ポート、右側のポートを出力ポートと呼ぶ。他の図においても同様である。本明細書において、便宜上光スイッチユニットまたはナノ秒光スイッチアレイの一方のポートを入力ポート、他方のポートを出力ポートと呼ぶが、実際には光信号が出力ポートから入力されて入力ポートから出力されてもよい。

【0023】

ナノ秒光スイッチアレイは、複数の２^ｉ×２^ｉ入力側光スイッチユニットと、複数の２^ｊ×２^ｊ中央部光スイッチユニットと、複数の２^ｋ×２^ｋ出力側光スイッチユニットとが論理的に直列に配置される。また、入力側光スイッチユニットの出力ポートと中央部光スイッチユニットの入力ポート、および中央部光スイッチユニットの出力ポートと出力側光スイッチユニットの入力ポートが所定の数式または規則に従って接続される。このように、規模の小さな光スイッチユニットを直列に３段階（３層）に配置し、各ポートを所定の数式または規則に従って規則的に接続することで、より規模の大きな光スイッチアレイを容易に構成することができる。所定の数式または規則については後述する。

【0024】

入力側光スイッチユニットの出力ポートの一部、中央部光スイッチユニットの入力ポートもしくは出力ポートの一部、または出力側光スイッチユニットの入力ポートの一部は、他のポートと接続されていないものが存在してもよい。ただし、入力側光スイッチユニットの出力ポートの全部、中央部光スイッチユニットの入力ポートもしくは出力ポートの全部、または出力側光スイッチユニットの入力ポートの全部が他のポートと接続されていない光スイッチユニットはないものとする。

【0025】

入力側光スイッチユニット、中央部光スイッチユニット、および出力側光スイッチユニットのスイッチング速度はナノ秒オーダーであり、デジタル信号により同期されて制御される。これにより、ナノ秒光スイッチアレイをナノ秒オーダーで動作させることができる。スイッチング速度がナノ秒オーダーであるとは、一回のスイッチングに要する時間が、１マイクロ秒未満であることをいう。スイッチング速度は、１００ナノ秒以下であることが好ましく、１０ナノ秒以下であることがより好ましい。スイッチング速度が１ナノ秒未満である場合も、ナノ秒オーダーに含むものとする。

【0026】

複数の２^ｉ×２^ｉ入力側光スイッチユニットの出力ポート、複数の２^ｊ×２^ｊ中央部光スイッチユニットの入力ポートと出力ポート、および複数の２^ｋ×２^ｋ出力側光スイッチユニットの入力ポートの全てが他のポートと接続され、２^ｍ×２^ｍナノ秒光スイッチアレイ（ｍ＞ｉ，ｊ，ｋ）を構成する場合、２^ｉ×２^ｉ入力側光スイッチユニットを２^ｍ－ｉ個、２^ｊ×２^ｊ中央部光スイッチユニットを２^ｍ－ｊ個、２^ｋ×２^ｋ出力側光スイッチユニットを２^ｍ－ｋ個準備する。

【0027】

そして、ｐ番目の２^ｉ×２^ｉ入力側光スイッチユニットのｑ番目の出力ポートを、ｒ番目の２^ｊ×２^ｊ中央部光スイッチユニットのｓ番目の入力ポートに接続する。なお、ｐ、ｑ、ｒ、ｓは、各光スイッチユニットまたはそのポートの論理的な番号を示す。ｉ≦ｊのとき、ｒ・２^ｊ＋ｓを２^ｉで割った商をｒ’、余りをｓ’、ただし１≦ｓ’≦２^ｉとして計算する。このとき、例えば、所定の数式として、ｐ＝ｓ’、ｑ＝ｒ’に従って接続することができる。また、ｉ＞ｊのとき、ｐ・２^ｉ＋ｑを２^ｊで割った商をｐ’、余りをｑ’、ただし１≦ｑ’≦２^ｊとして計算する。このとき、例えば、所定の数式として、ｐ’＝ｓ、ｑ’＝ｒに従って接続することができる。

【0028】

同様に、ｔ番目の２^ｊ×２^ｊ中央部光スイッチユニットのｕ番目の出力ポートを、ｖ番目の２^ｋ×２^ｋ出力側光スイッチユニットのｗ番目の入力ポートに接続する。上記と同様に、ｔ、ｕ、ｖ、ｗは、各光スイッチユニットまたはそのポートの論理的な番号を示す。ｊ≦ｋのとき、ｖ・２^ｋ＋ｗを２^ｊで割った商をｖ’、余りをｗ’、ただし１≦ｗ’≦２^ｊとして計算する。このとき、例えば、所定の数式として、ｔ＝ｗ’、ｕ＝ｖ’に従って接続することができる。また、ｊ＞ｋのとき、ｔ・２^ｊ＋ｕを２^ｋで割った商をｔ’、余りをｕ’、ただし１≦ｕ’≦２^ｋとして計算する。このとき、例えば、所定の数式として、ｔ’＝ｗ、ｕ’＝ｖに従って接続することができる。

【0029】

このように、入力側光スイッチユニット、中央部光スイッチユニット、および出力側光スイッチユニットを所定の数式または規則に従って規則的に接続することで、２^ｍ×２^ｍナノ秒光スイッチアレイを構成できる。なお、上記の所定の数式または規則は一例であり、ナノ秒光スイッチアレイの制御が可能であれば、どのような数式や規則を用いて接続してもよい。例えば、空きポートがある場合、空きポートを考慮した数式や規則であってもよい。

【0030】

上記のナノ秒光スイッチアレイにおいて、ｉ＝ｊ＝ｋであることが好ましい。これにより、１種類の光スイッチユニットでナノ秒光スイッチアレイを構成できる。また、この場合、それぞれ２^ｉ個の入力側光スイッチユニット、中央部光スイッチユニット、および出力側光スイッチユニットが接続されていることが好ましい。これにより、全てのポートを使用した無駄のないナノ秒光スイッチアレイを構成できる。

【0031】

また、上記のナノ秒光スイッチアレイにおいて、ｉ＝ｋ＝１であることが好ましい。これにより、大規模化する場合の挿入損失を低減することができる。また、この場合、２^ｊ個の入力側光スイッチユニット、２個の中央部光スイッチユニット、および２^ｊ個の出力側光スイッチユニットが接続されていることが好ましい。これにより、全てのポートを使用した無駄のないナノ秒光スイッチアレイを構成することができる。また、必要な規模のナノ秒光スイッチアレイを構成できる。

【0032】

（ナノ秒光スイッチアレイの構築方法）
本発明のナノ秒光スイッチアレイは、小規模のナノ秒光スイッチアレイを光スイッチユニットとして用いて、同様の方法で配置、接続することを繰り返すことで、容易に大規模のナノ秒光スイッチアレイを構築することができる。以下では、２^ｍ×２^ｍタイプのナノ秒光スイッチアレイの構築（拡張）方法を説明する。

【0033】

（第１の方法）
図２は、本発明の一実施形態に係る２^２ｍ×２^２ｍナノ秒光スイッチアレイの模式図である。図２は、第１の方法で構成した２^２ｍ×２^２ｍナノ秒光スイッチアレイを示している。第１の方法は、２^ｍ×２^ｍ光スイッチユニットを３×２^ｍ個使用して、２^２ｍ×２^２ｍナノ秒光スイッチアレイを構築する方法である。すなわち、２^ｉ×２^ｉ入力側光スイッチユニット、２^ｊ×２^ｊ中央部光スイッチユニット、および２^ｋ×２^ｋ出力側光スイッチユニットにおいて、ｉ＝ｊ＝ｋ＝ｍとする。また、入力側光スイッチユニット、中央部光スイッチユニット、および出力側光スイッチユニットをそれぞれ２^ｍ個準備する。

【0034】

（ｘ，ｙ，ｚ，ｌ）をいずれかの光スイッチユニットの入力ポートの位置を示す記号とし、（ｘ，ｙ，ｚ，ｒ）をいずれかの光スイッチユニットの出力ポートの位置を示す記号として、以下のように定義する。第１の値（第１座標）は、光スイッチユニットを特定する値とし、１は入力側光スイッチユニットを、２は中央部光スイッチユニットを、３は出力側光スイッチユニットを示すとする。また、第２の値（第２座標）は、それぞれ複数個ある光スイッチユニットの順番を示す値とする。また、第３の値（第３座標）は、各光スイッチユニットのポート番号を示す値とする。この定義によると、例えば、（１，３，２，ｌ）は、入力側光スイッチユニットの３番目のユニットの２番目の入力ポートを示している。また、例えば、（２，４，１，ｒ）は、中央部光スイッチユニットの４番目のユニットの１番目の出力ポートを示している。

【0035】

上記のように定義した場合、第１の方法では、例えば、次のような規則に従って各ポートを接続することができる。全ての（１，ｙ，ｚ，ｒ）と（２，ｚ，ｙ，ｌ）を接続し、全ての（２，ｙ，ｚ，ｒ）と（３，ｚ，ｙ，ｌ）を接続する。（１，ｙ，ｚ，ｌ）および（３，ｙ，ｚ，ｒ）は、それぞれナノ秒光スイッチアレイの入力ポートおよび出力ポートとなる。これにより、２^ｍ×２^ｍ光スイッチユニットを３×２^ｍ個使用して、２^２ｍ×２^２ｍ光スイッチユニットを構築できる。

【0036】

以下では、２×２光スイッチユニットを使用して、第１の方法で６５５３６×６５５３６ナノ秒光スイッチアレイを作製するフローを説明する。図３は、第１の方法のフローチャートの一例である。図３では、光スイッチユニットをユニットと記載している。図４（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、ナノ秒光スイッチアレイの一例を示す模式図である。最初に、２×２光スイッチユニットを必要な個数準備する（ステップＳ１）。次に、ｎ＝２として（ステップＳ２）、ｎ×ｎ光スイッチユニットｎ個、３層に配置する（ステップＳ３）。

【0037】

次に、光スイッチユニットの各ポートを接続する（ステップＳ４）。ポートの接続は、例えば、上記の数式や規則を適用できる。次に、ｎ^２＜６５５３６かどうか判断し、ｎ^２＜６５５３６が成り立つ場合（ステップＳ５、ＹＥＳ）、ステップＳ６に進む。一方、ｎ^２＜６５５３６が成り立たたない（ｎ^２＝６５５３６が成り立つ）場合（ステップＳ５、ＮＯ）、６５５３６×６５５３６ナノ秒光スイッチアレイが作製できたため、終了する。

【0038】

ステップＳ６では、ｎ^２×ｎ^２光スイッチユニットを必要な個数作製したかどうか判断し、必要な個数作製していない場合（ステップＳ６、ＮＯ）、ステップＳ３に戻り、ｎ^２×ｎ^２光スイッチユニットを作製する。一方、必要な個数作製した場合（ステップＳ６、ＹＥＳ）、ｎにｎ^２を代入し（ステップＳ７）、ステップＳ３に戻り、次の値でｎ^２×ｎ^２光スイッチユニットを作製する。このようにして、第１の方法では、２×２光スイッチユニットを使用して、同様の方法を繰り返して６５５３６×６５５３６ナノ秒光スイッチアレイを作製できる。

【0039】

図４（ａ）は、２×２光スイッチユニットを６個使用して、４×４ナノ秒光スイッチアレイを構築している。（１，１，１，ｒ）と（２，１，１，ｌ）、（１，１，２，ｒ）と（２，２，１，ｌ）、（１，２，１，ｒ）と（２，１，２，ｌ）、および（１，２，２，ｒ）と（２，２，２，ｌ）が接続されている。（２，ｙ，ｚ，ｒ）と（３，ｚ，ｙ，ｌ）も同様である。スイッチング速度がナノ秒オーダーである２×２光スイッチユニットは、既存の２×２光スイッチを使用することができる。

【0040】

図４（ｂ）は、４×４光スイッチユニットを１２個使用して、１６×１６ナノ秒光スイッチアレイを構築している。１≦ｙ，ｚ≦４について、全ての（１，ｙ，ｚ，ｒ）と（２，ｚ，ｙ，ｌ）、および全ての（２，ｙ，ｚ，ｒ）と（３，ｚ，ｙ，ｌ）が接続されている。スイッチング速度がナノ秒オーダーである４×４光スイッチユニットは、上記の４×４ナノ秒光スイッチアレイを使用することができる。

【0041】

図４（ｃ）は、１６×１６光スイッチユニットを４８個使用して、２５６×２５６ナノ秒光スイッチアレイを構築している。１≦ｙ，ｚ≦１６について、全ての（１，ｙ，ｚ，ｒ）と（２，ｚ，ｙ，ｌ）、および全ての（２，ｙ，ｚ，ｒ）と（３，ｚ，ｙ，ｌ）が接続されている。スイッチング速度がナノ秒オーダーである１６×１６光スイッチユニットは、上記の１６×１６ナノ秒光スイッチアレイを使用することができる。

【0042】

図４（ｄ）は、２５６×２５６光スイッチユニットを７６８個使用して、６５５３６×６５５３６ナノ秒光スイッチアレイを構築している。１≦ｙ，ｚ≦２５６について、全ての（１，ｙ，ｚ，ｒ）と（２，ｚ，ｙ，ｌ）、および全ての（２，ｙ，ｚ，ｒ）と（３，ｚ，ｙ，ｌ）が接続されている。スイッチング速度がナノ秒オーダーである２５６×２５６光スイッチユニットは、上記の２５６×２５６ナノ秒光スイッチアレイを使用することができる。

【0043】

なお、上記の説明では、２×２光スイッチユニットを最小の単位として拡張しているため、２^ｍ×２^ｍタイプのナノ秒光スイッチアレイを作製している。しかし、第１の方法は、ｎ×ｎ光スイッチユニットを使用してｎ^２×ｎ^２ナノ秒光スイッチアレイを作製できるので、ｎ×ｎ光スイッチユニット（ｎ≠２，４，１６，２５６，…）を使用することで、異なるタイプのナノ秒光スイッチアレイを作製できる。。また、既存の２×２光スイッチを使用する場合、第１の方法では、１回拡大をするごとに挿入損失が約３倍になるため、６５５３６×６５５３６（２^１６×２^１６）を上限とすることが好ましい。ただし、将来的に既存の光スイッチよりも挿入損失の低い光スイッチを使用できるようになった場合は、更に大規模なナノ秒光スイッチアレイを構築してもよい。

【0044】

（第２の方法）
図５は、本発明の実施形態に係る２^ｍ＋１×２^ｍ＋１ナノ秒光スイッチアレイの模式図である。図５は、第２の方法で構成したナノ秒光スイッチアレイを示している。第２の方法は、２^ｍ×２^ｍ光スイッチユニット（ｍ≧２）を２個と２×２光スイッチユニットを２^ｍ＋１個使用して、２^ｍ＋１×２^ｍ＋１ナノ秒光スイッチアレイを構築する方法である。すなわち、２^ｉ×２^ｉ入力側光スイッチユニット、２^ｊ×２^ｊ中央部光スイッチユニット、および２^ｋ×２^ｋ出力側光スイッチユニットにおいて、ｉ＝ｋ＝２とし、ｊ＝ｍとする。また、入力側光スイッチユニット、および出力側光スイッチユニットをそれぞれ２^ｍ個準備し、中央部光スイッチユニットを２個準備する。

【0045】

（ｘ，ｙ，ｚ，ｌ）、および（ｘ，ｙ，ｚ，ｒ）を上記と同様に定義する。第２の方法でも、第１の方法と同一の規則に従って各ポートを接続することができる。再度説明すると、全ての（１，ｙ，ｚ，ｒ）と（２，ｚ，ｙ，ｌ）を接続し、全ての（２，ｙ，ｚ，ｒ）と（３，ｚ，ｙ，ｌ）を接続する。（１，ｙ，ｚ，ｌ）および（３，ｙ，ｚ，ｒ）は、それぞれナノ秒光スイッチアレイの入力ポートおよび出力ポートとなる。これにより、２^ｍ×２^ｍ光スイッチユニットを２個と２×２光スイッチユニットを２^ｍ＋１個使用して、２^ｍ＋１×２^ｍ＋１ナノ秒光スイッチアレイを構築できる。

【0046】

以下では、２×２光スイッチユニットを使用して、第２の方法で６５５３６×６５５３６ナノ秒光スイッチアレイを作製するフローを説明する。図６は、第２の方法のフローチャートの一例である。図６でも、光スイッチユニットをユニットと記載している。図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ナノ秒光スイッチアレイの一例を示す模式図である。最初に、２×２光スイッチユニットを必要な個数準備する（ステップＴ１）。次に、ｎ＝２として（ステップＴ２）、２×２光スイッチユニットをｎ個、ｎ×ｎ光スイッチユニットを２個、２×２光スイッチユニットをｎ個、３層に配置する（ステップＴ３）。

【0047】

次に、光スイッチユニットの各ポートを接続する（ステップＴ４）。ポートの接続は、例えば、上記の数式や規則を適用できる。次に、２ｎ＜６５５３６かどうか判断し、２ｎ＜６５５３６が成り立つ場合（ステップＴ５、ＹＥＳ）、ステップＴ６に進む。一方、２ｎ＜６５５３６が成り立たたない（２ｎ＝６５５３６が成り立つ）場合（ステップＴ５、ＮＯ）、６５５３６×６５５３６ナノ秒光スイッチアレイが作製できたため、終了する。

【0048】

ステップＴ６では、２ｎ×２ｎ光スイッチユニットを２個作製したかどうか判断し、２個作製していない場合（ステップＴ６、ＮＯ）、ステップＴ３に戻り、２ｎ×２ｎ光スイッチユニットを作製する。一方、２数作製した場合（ステップＴ６、ＹＥＳ）、ｎに２ｎを代入し（ステップＴ７）、ステップＴ３に戻り、次の値で２ｎ×２ｎ光スイッチユニットを作製する。このようにして、第２の方法では、２×２光スイッチユニットを使用して、同様の方法を繰り返して６５５３６×６５５３６ナノ秒光スイッチアレイを作製できる。

【0049】

図７（ａ）は、４×４光スイッチユニットを２個、２×２光スイッチユニットを８個使用して、８×８ナノ秒光スイッチアレイを構築している。１≦ｙ≦４、１≦ｚ≦２について、全ての（１，ｙ，ｚ，ｒ）と（２，ｚ，ｙ，ｌ）、および全ての（２，ｙ，ｚ，ｒ）と（３，ｚ，ｙ，ｌ）が接続されている。スイッチング速度がナノ秒オーダーである４×４光スイッチユニットは、上記の４×４ナノ秒光スイッチアレイを使用することができる。また、スイッチング速度がナノ秒オーダーである２×２光スイッチユニットは、既存の２×２光スイッチを使用することができる。

【0050】

図７（ｂ）は、８×８光スイッチユニットを２個、２×２光スイッチユニットを１６個使用して、１６×１６ナノ秒光スイッチアレイを構築した様子を模式的に表している。１≦ｙ≦８、１≦ｚ≦２について、全ての（１，ｙ，ｚ，ｒ）と（２，ｚ，ｙ，ｌ）、および全ての（２，ｙ，ｚ，ｒ）と（３，ｚ，ｙ，ｌ）が接続されている。スイッチング速度がナノ秒オーダーである８×８光スイッチユニットは、上記の８×８ナノ秒光スイッチアレイを使用することができる。

【0051】

図８は、１６×１６ナノ秒光スイッチアレイの一例を示す模式図である。図８は、４×４光スイッチユニットを４個、２×２光スイッチユニットを３２個使用して、１６×１６ナノ秒光スイッチアレイを構築している。すなわち、図７（ｂ）の８×８光スイッチユニットを図７（ａ）の４×４光スイッチユニットに置き換えたナノ秒光スイッチアレイを示している。図４（ｂ）と図８を比較することにより、２^ｍ≧１６のとき、第１の方法と第２の方法は異なる方法であることが分かる。なお、４×４ナノ秒光スイッチアレイは、第１の方法と第２の方法で同一の構成となる。

【0052】

第２の方法を繰り返すことで、２^ｍ×２^ｍナノ秒光スイッチアレイ（ｍ＝２，３，４，…）を構築できる。なお、上記の説明では、２×２光スイッチユニットを最小の単位として拡張しているため、２^ｍ×２^ｍタイプのナノ秒光スイッチアレイを作製している。しかし、第２の方法は、ｎ×ｎ光スイッチユニットを使用して２ｎ×２ｎナノ秒光スイッチアレイを作製できるので、２×２光スイッチユニットとｎ×ｎ光スイッチユニット（ｎ≠２^ｍ）を使用することで、異なるタイプのナノ秒光スイッチアレイを作製できる。既存の２×２光スイッチを使用する場合、第２の方法では、１回拡張をするごとに挿入損失が約０．６ｄＢ増加するため、６５５３６×６５５３６（２^１６×２^１６）を上限とすることが好ましい。ただし、将来的に既存の光スイッチよりも挿入損失の低い光スイッチを使用できるようになった場合は、更に大規模なナノ秒光スイッチアレイを構築してもよい。

【0053】

上記では、２^ｍ×２^ｍナノ秒光スイッチアレイの構築方法を説明したが、後述するナノ秒波長選択スイッチや種々のネットワークにナノ秒光スイッチアレイを使用する場合、１×２^ｎナノ秒光スイッチアレイや２^ｍ×２^ｎナノ秒光スイッチアレイ（ｍ≠ｎ）を構築できることが好ましい。そのため、以下では、１×２^ｎナノ秒光スイッチアレイおよび２^ｍ×２^ｎナノ秒光スイッチアレイの構築方法を説明する。

【0054】

図９は、本発明の実施形態に係る１×２^ｎナノ秒光スイッチアレイの模式図である。１×２^ｎナノ秒光スイッチアレイは、１の１×２^ｍ入力側光スイッチユニット（ｍ≧１）と２^ｍ個の１×２^ｎ－ｍ出力側光スイッチユニット（ｎ－ｍ≧１）を備え、１×２^ｍ入力側光スイッチユニットの出力ポートと１×２^ｎ－ｍ出力側光スイッチユニットの入力ポートが１対１に接続される。１×２^ｍ入力側光スイッチユニット、および１×２^ｎ－ｍ出力側光スイッチユニットのスイッチング速度はナノ秒オーダーであり、デジタル信号により同期され制御される。これにより、１×２^ｎナノ秒光スイッチアレイをナノ秒オーダーで動作させることができる。

【0055】

具体的な例で説明すると、例えば、図１０（ａ）から（ｃ）のようになる。図１０（ａ）から（ｃ）は、それぞれナノ秒光スイッチアレイの一例を示す模式図である。図１０（ａ）から（ｃ）は、それぞれ１×４ナノ秒光スイッチアレイ１５０、１×１６ナノ秒光スイッチアレイ１６０、および１×２５６ナノ秒光スイッチアレイ１７０を示している。このように、１×２光スイッチユニットを使用して順に拡張していくことで、１×２^ｎナノ秒光スイッチアレイを構築できる。なお、図１０（ａ）から（ｃ）では、入力側光スイッチユニットと出力側光スイッチユニットを同一の光スイッチユニットとして拡張しているが、異なる光スイッチユニットを使用して拡張してもよい。

【0056】

図１１は、本発明の実施形態に係る２^ｍ×２^ｎナノ秒光スイッチアレイの模式図である。２^ｍ×２^ｎナノ秒光スイッチアレイは、１の２^ｍ×２^ｍ入力側光スイッチユニット（ｍ≧１）と２^ｍ個の１×２^ｎ－ｍ出力側光スイッチユニット（ｎ－ｍ≧１）を備え、２^ｍ×２^ｍ入力側光スイッチユニットの出力ポートと１×２^ｎ－ｍ出力側光スイッチユニットの入力ポートが１対１に接続される。２^ｍ×２^ｍ入力側光スイッチユニット、および１×２^ｎ－ｍ出力側光スイッチユニットのスイッチング速度はナノ秒オーダーであり、デジタル信号により同期され制御される。これにより、２^ｍ×２^ｎナノ秒光スイッチアレイをナノ秒オーダーで動作させることができる。２^ｍ×２^ｍ入力側光スイッチユニット、または１×２^ｎ－ｍ出力側光スイッチユニットは、上で構築したナノ秒光スイッチアレイであってもよい。

【0057】

具体的な例で説明すると、例えば、図１２のようになる。図１２は、１６×６４ナノ秒光スイッチアレイ１８０の一例を示す模式図である。このように、２^ｍ×２^ｍナノ秒光スイッチアレイを構築し、必要であれば１×２^ｎ－ｍナノ秒光スイッチアレイを構築し、これらを組み合わせることで、２^ｍ×２^ｎナノ秒光スイッチアレイを構築できる。

【0058】

（ナノ秒波長選択スイッチの構成）
図１３（ａ）、（ｂ）および図１４は、本発明の一実施形態に係るナノ秒波長選択スイッチの模式図である。本発明の一実施形態のナノ秒波長選択スイッチ２００は、波長多重された光信号を所定の波長範囲ごとに分離し、通信経路を切り替える。なお、ナノ秒波長選択スイッチは、光信号が出力ポートから入力されて入力ポートから出力されてもよい。そのため、ナノ秒波長選択スイッチは、異なる通信経路を経由した所定の波長範囲ごとに分離された光信号を波長多重して、１の通信経路を経由する波長範囲の広い光信号にまとめるものであってもよい。ナノ秒波長選択スイッチは、１または複数の入力側ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）と、複数の２^ｍ×２^ｎ光スイッチユニット（ｍ≧０、ｎ≧２）と、複数の出力側ＡＷＧとを備える。２^ｍ×２^ｎ光スイッチユニットは、上記のナノ秒光スイッチアレイ１００であることが好ましい。

【0059】

ナノ秒波長選択スイッチ２００は、１または複数の入力側ＡＷＧと、複数の２^ｍ×２^ｎ光スイッチユニットと、複数の出力側ＡＷＧとが論理的に直列に配置される。また、入力側ＡＷＧの出力ポートと光スイッチユニットの入力ポート、および光スイッチユニットの出力ポートと出力側ＡＷＧの入力ポートが所定の数式または規則に従って接続される。このように、ＡＷＧと光スイッチユニットとＡＷＧを直列に３段階に配置し、各ポートを所定の数式または規則に従って接続することで、ナノ秒波長選択スイッチを容易に構成することができる。所定の数式または規則については後述する。

【0060】

入力側ＡＷＧの出力ポートの一部、光スイッチユニットの入力ポートもしくは出力ポートの一部、または出力側ＡＷＧの入力ポートの一部は、他のポートと接続されていないものが存在してもよい。ただし、入力側ＡＷＧの出力ポートの全部、光スイッチユニットの入力ポートもしくは出力ポートの全部、または出力側ＡＷＧの入力ポートの全部が他のポートと接続されていないＡＷＧまたは光スイッチユニットはないものとする。

【0061】

光スイッチユニットのスイッチング速度はナノ秒オーダーであり、デジタル信号により同期されて制御される。これにより、ナノ秒波長選択スイッチをナノ秒オーダーで動作させることができる。

【0062】

上記のナノ秒波長選択スイッチにおいて、ｍ≦ｎであり、２^ｍ個の入力側ＡＷＧと、２^ｎ個の光スイッチユニットと、２^ｎ個の出力側ＡＷＧが接続され、入力側ＡＷＧは、１の入力ポートと２^ｎの出力ポートを有し、出力側ＡＷＧは、２^ｎの入力ポートと１の出力ポートを有することが好ましい。これにより、全てのポートを使用した無駄のないナノ秒波長選択スイッチを構成できる。

【0063】

上記の場合、所定の数式または規則は、例えば、次のように定義できる。（ｘ，ｙ，ｚ，ｌ）、および（ｘ，ｙ，ｚ，ｒ）をナノ秒光スイッチアレイと同様に定義したとする。全ての（１，ｙ，ｚ，ｒ）と（２，ｚ，ｙ，ｌ）を接続し、全ての（２，ｙ，ｚ，ｒ）と（３，ｚ，ｙ，ｌ）を接続する。（１，ｙ，ｚ，ｌ）および（３，ｙ，ｚ，ｒ）は、それぞれナノ秒波長選択スイッチの入力ポートおよび出力ポートとなる。

【0064】

このように、入力側ＡＷＧ、光スイッチユニット、および出力側ＡＷＧを所定の数式または規則に従って接続することで、２^ｍ×２^ｎナノ秒波長選択スイッチを構成できる。なお、上記の所定の数式または規則は一例であり、ナノ秒波長選択スイッチの制御が可能であれば、どのような数式や規則を用いて接続してもよい。例えば、空きポートがある場合、空きポートを考慮した数式や規則であってもよい。

【0065】

図１３（ａ）に示されるように、ナノ秒波長選択スイッチにおいて、ｍ＝０であることが好ましい。これにより、単一入力複数出力の双方向タイプのナノ秒波長選択スイッチを構成できる。なお、図１３（ｂ）のように、図１３（ａ）のナノ秒波長選択スイッチの入力ポートと出力ポートを入れ替えた複数入力単一出力の双方向タイプのナノ秒波長選択スイッチも、本発明のナノ秒波長選択スイッチに含まれる。

【0066】

図１４に示されるように、ナノ秒波長選択スイッチにおいて、２^ｍ×２^ｎ光スイッチユニットは、ｍ≧１であることが好ましい。これにより、複数入力複数出力の双方向タイプのナノ秒波長選択スイッチを構成できる。

【0067】

単一入力複数出力の双方向タイプのナノ秒波長選択スイッチの具体例を説明する。図１５は、ナノ秒波長選択スイッチの一例を示す模式図である。図１５の例では、１の入力側ＡＷＧと、２５６個の１×２５６光スイッチユニットと、２５６個の出力側ＡＷＧと、が論理的に直列に配置され、入力側ＡＷＧの出力ポートと光スイッチユニットの入力ポート、および光スイッチユニットの出力ポートと出力側ＡＷＧの入力ポートが所定の数式または規則に従って接続されている。また、入力側ＡＷＧは、１の入力ポートと２５６の出力ポートを有し、出力側ＡＷＧは、２５６の入力ポートと１の出力ポートを有する。

【0068】

複数入力複数出力の双方向タイプのナノ秒波長選択スイッチの具体例を説明する。図１６は、ナノ秒波長選択スイッチの一例を示す模式図である。図１６の例では、１６個の入力側ＡＷＧと、６４個の１６×６４光スイッチユニットと、６４個の出力側ＡＷＧと、が論理的に直列に配置され、入力側ＡＷＧの出力ポートと光スイッチユニットの入力ポート、および光スイッチユニットの出力ポートと出力側ＡＷＧの入力ポートが所定の数式または規則に従って接続されている。また、入力側ＡＷＧは、１の入力ポートと６４の出力ポートを有し、出力側ＡＷＧは、６４の入力ポートと１の出力ポートを有する。

【0069】

（光ネットワークの構成）
以下では、本発明のナノ秒光スイッチアレイまたはナノ秒波長選択スイッチを使用した光ネットワークの構成の例を説明する。図１７から図１９は、本発明の一実施形態に係る光ネットワークの一例を示す模式図である。図１７から図１９は、本発明のナノ秒光スイッチアレイ１００またはナノ秒波長選択スイッチ２００を使用した光ネットワーク３００の一例を示している。

【0070】

図１７は、自由度１、波長可変の光ネットワーク３００の一例である。自由度とは、各ノードからネットワークに接続される入出力ポートの数である。図１７のネットワーク３００の各ノードの複数の入出力ポートは、１×２５６ナノ秒波長選択スイッチ２１０の２５６の入出力ポートのうちのいくつかと一対一で接続され、１×２５６ナノ秒波長選択スイッチ２１０の１の入出力ポートは、６５５３６×６５５３６ナノ秒光スイッチアレイ１４０の入出力ポートに接続されている。すなわち、各ノードからネットワークに接続される入出力ポートの数は１となる。各ノードは、一定期間通信を確保し他のノードに接続できる。また、その間、波長の帯域幅を変更することが可能である。他のノードとの相互接続は、ナノ秒光スイッチアレイを制御して行なわれているため、ナノ秒光スイッチアレイを制御することで再構成できる。なお、図１７から図１９において、ｍおよびｎはノードの数を示している。図１７では、ｍおよびｎの最大値は、６５５３６である。また、図１７から図１９では、便宜上、右側のノードと左側のノードを別のノードとしているが、右側のノードと左側のノードで、同一のノードがあってもよい。

【0071】

図１８は、自由度３、波長非依存の光ネットワーク３００の一例である。図１８のネットワーク３００には、３の６５５３６×６５５３６ナノ秒光スイッチアレイ１４０が搭載されている。各ノードは３の入出力ポートを有し、ｉ番目のノードのｊ番目の入出力ポートは、ｊ番目のナノ秒光スイッチアレイのｉ番目の入出力ポートに接続されている。各ノードは、最大で３の他のノードに同時に接続できる。３つの入出力ポートを同時に同じノードに接続してもよい。ノード内のポートの波長は柔軟であり、周波数の競合がない限り、同じでも異なっていてもよい。図１８では、ｍおよびｎの最大値は、６５５３６である。

【0072】

図１９は、自由度ｄ、波長可変の光ネットワーク３００の一例である。図１９のネットワーク３００の各ノードの複数の入出力ポートは、１６×６４ナノ秒波長選択スイッチ２２０の６４の入出力ポートのうちのいくつかと一対一で接続され、ネットワークに対して１６の入出力ポートを有している。そのため、ｄの最大値は１６である。図１９のネットワーク３００には、ｄ個の６５５３６×６５５３６ナノ秒光スイッチアレイ１４０が搭載されている。各ノードは最大ｄの入出力ポートを有し、ｉ番目のノードのｊ番目の入出力ポートは、ｊ番目のナノ秒光スイッチアレイのｉ番目の入出力ポートに接続されている。各ノードは、最大でｄの他のノードに同時に接続できる。ｄの入出力ポートを同時に同じノードに接続してもよい。また、その間、波長の帯域幅を変更することも可能である。

【0073】

（コントロールプレーン）
図２０は、本発明のナノ秒光スイッチアレイまたはナノ秒波長選択スイッチのコントロールプレーンの概念図である。本発明のナノ秒光スイッチアレイまたはナノ秒波長選択スイッチは、例えば、サーバー上のソフトウェアで実装されたコントローラ、および基板上のハードウェアエージェントによって、同期されたデジタル信号（同期制御信号）を用いて制御される。

【0074】

このように、本発明のナノ秒光スイッチアレイまたはナノ秒波長選択スイッチは、高速光スイッチと同期制御信号を使用して、規模拡張後も高速スイッチング速度を実現できる。

【0075】

（実施例）
第１の方法を用いて、４×４ナノ秒光スイッチアレイ、１６×１６ナノ秒光スイッチアレイ、２５６×２５６ナノ秒光スイッチアレイ、および６５５３６×６５５３６ナノ秒光スイッチアレイを作製した。２×２光スイッチユニットは、ナノ秒オーダーで動作する市販の光スイッチを用いた。これらを光スイッチとして使用したところ、いずれもナノ秒オーダーで動作し、適切に使用できた。

【0076】

作製した４×４ナノ秒光スイッチアレイ、１６×１６ナノ秒光スイッチアレイ、２５６×２５６ナノ秒光スイッチアレイ、および６５５３６×６５５３６ナノ秒光スイッチアレイの挿入損失は、それぞれ約０．７ｄＢ、約２．１ｄＢ、約６．３ｄＢ、および約１８．９ｄＢであった。これにより、第１の方法で作製したナノ秒光スイッチアレイは、６５５３６×６５５３６までの挿入損失は概ね許容範囲であることが確かめられた。

【0077】

次に、第２の方法を用いて、４×４ナノ秒光スイッチアレイ、１６×１６ナノ秒光スイッチアレイ、および６５５３６×６５５３６ナノ秒光スイッチアレイを作製した。これらを光スイッチとして使用したところ、いずれもナノ秒オーダーで動作し、適切に使用できた。

【0078】

作製した４×４ナノ秒光スイッチアレイ、１６×１６ナノ秒光スイッチアレイ、および６５５３６×６５５３６ナノ秒光スイッチアレイの挿入損失は、それぞれ約０．７ｄＢ、約１．９ｄＢ、および約８．７ｄＢであった。これにより、第２の方法で作製したナノ秒光スイッチアレイは、第１の方法で作製したナノ秒光スイッチアレイより低損失であることが確かめられた。また、６５５３６×６５５３６までの挿入損失は概ね許容範囲であることが確かめられた。

【0079】

上記以外に、１×４ナノ秒光スイッチアレイ、１×１６ナノ秒光スイッチアレイ、１×２５６ナノ秒光スイッチアレイ、および１６×６４ナノ秒光スイッチアレイを作製した。１６×６４ナノ秒光スイッチアレイは、第１の方法で作製した１６×１６ナノ秒光スイッチアレイを使用した。これらを光スイッチとして使用したところ、いずれもナノ秒オーダーで動作し、適切に使用できた。また、これらの挿入損失は、それぞれ約０．４ｄＢ、約０．８ｄＢ、約１．６ｄＢ、約２．５ｄＢであった。

【0080】

また、１×２５６ナノ秒波長選択スイッチ、１６×６４ナノ秒波長選択スイッチを作製した。それぞれ、上記の１×２５６ナノ秒光スイッチアレイ、および１６×６４ナノ秒光スイッチアレイを使用した。これらを波長選択スイッチとして使用したところ、いずれもナノ秒オーダーで動作し、適切に使用できた。また、これらの挿入損失は、それぞれ約３．６ｄＢ、約３．６ｄＢであった。

【0081】

以上のように、本発明のナノ秒光スイッチアレイおよびナノ秒波長選択スイッチは、高速スイッチング速度を実現している。また、低挿入損失と簡易な構築方法により大規模化が容易である。例えば、６５５３６ノードの相互接続が可能となる。また、設計のモジュール化度が高く、固定接続を必要としないため、様々な光ネットワークに対応が可能であり、様々なトポロジへの適応性と波長資源の収容効率性に優れている。

【符号の説明】

【0082】

１００ ナノ秒光スイッチアレイ
１１０ ４×４ナノ秒光スイッチアレイ
１１５ ８×８ナノ秒光スイッチアレイ
１２０ １６×１６ナノ秒光スイッチアレイ
１３０ ２５６×２５６ナノ秒光スイッチアレイ
１４０ ６５５３６×６５５３６ナノ秒光スイッチアレイ
１５０ １×４ナノ秒光スイッチアレイ
１６０ １×１６ナノ秒光スイッチアレイ
１７０ １×２５６ナノ秒光スイッチアレイ
１８０ １６×６４ナノ秒光スイッチアレイ
２００ ナノ秒波長選択スイッチ
２１０ １×２５６ナノ秒波長選択スイッチ
２２０ １６×６４ナノ秒波長選択スイッチ
３００ 光ネットワークシステム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】