特許 7590677 光経路切り替えシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-19

(45)【発行日】2024-11-27

(54)【発明の名称】光経路切り替えシステム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/27 20130101AFI20241120BHJP

   H04J 14/02 20060101ALI20241120BHJP

【ＦＩ】

H04B10/27

H04J14/02

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2023565819

(86)(22)【出願日】2021-12-09

(86)【国際出願番号】 JP2021045407

(87)【国際公開番号】W WO2023105729

(87)【国際公開日】2023-06-15

【審査請求日】2024-04-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(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】上田 悠太

【審査官】鴨川 学

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１６４８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１０１４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／１３１００１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－８４２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１４５８８６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／２７

Ｈ０４Ｊ １４／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎ個のノード間に形成される光経路を切り替える光経路切り替えシステムであって、Ｎは２以上の整数であり、ｋは１以上Ｎ以下の整数であり、前記光経路切り替えシステムは、
波長を切り替えて光を出力することが可能なＮ個の波長可変レーザと、
前記ノード間の前記光経路に関連付けられた光信号についての情報に基づいて、前記波長可変レーザが出力する光の波長の切り替えを制御する波長可変レーザ制御回路と、
前記Ｎ個の波長可変レーザとＮ個の第１の光路を介して接続されたＮ個の光トランシーバであって、前記Ｎ個の光トランシーバのうちの第ｋの光トランシーバが、
前記Ｎ個のノードのうちの第ｋのノードと対応し、
電気信号を用いて入力された光を光信号に変換する光変調器と、
光信号を電気信号に変換する光受信器と
を備えている、Ｎ個の光トランシーバと、
前記Ｎ個の光トランシーバとＮ個の第２の光路を介して接続された、入力された光信号を分岐するＮ個のビームスプリッタであって、Ｎ個の第３の光路を介して前記波長可変レーザ制御回路と接続されたＮ個のビームスプリッタと、
前記Ｎ個のビームスプリッタとＮ個の第４の光路を介して接続された、入力された光の波長と入力ポートの位置に応じて出力ポートの位置が異なる、Ｎ個の入力ポートと、Ｎ個の出力ポートを有する波長ルータ装置であって、前記Ｎ個の出力ポートがＮ個の第５の光路を介して前記Ｎ個の光トランシーバと接続された波長ルータ装置と
を備え、
前記Ｎ個の波長可変レーザのうちの第ｋの波長可変レーザから出力された光が、
前記Ｎ個の第１の光路のうちの第ｋの第１の光路を介して、前記Ｎ個の光トランシーバのうちの第ｋの光トランシーバに入力され、
前記第ｋの光トランシーバの前記光変調器において光信号に変換された後に、前記第２の光路のうちの第ｋの光路を介して前記Ｎ個のビームスプリッタのうちの第ｋのビームスプリッタに入力され、
前記第ｋのビームスプリッタにおいて分割された前記光信号の一方が、前記Ｎ個の第３の光路のうちの第ｋの光路を介して前記波長可変レーザ制御回路に入力され、分割された前記光信号の他方が前記Ｎ個の第４の光路のうちの第ｋの光路を介して前記波長ルータ装置の前記Ｎ個のポートに入力され、
前記波長ルータ装置においてルーチングされて前記Ｎ個の出力ポートのうちの第ｋの出力ポートから出力された前記光信号が、前記第５の光路のうちの第ｋの光路を介して、前記Ｎ個の光トランシーバのうちの第ｋの光トランシーバが備える前記光受信器に入力される
ように構成された、光経路切り替えシステム。

【請求項2】

前記第ｋの光トランシーバの前記光受信器が、
入力される互いに波長の異なる複数の光信号を、波長ごとに受信するように構成されている、請求項１記載の光経路切り替えシステム。

【請求項3】

前記第ｋの波長可変レーザと前記第ｋの光トランシーバとを接続する光ファイバと、
前記光ファイバに接続されたサーキュレータであって、前記第ｋの波長可変レーザと接続される第１のポートと、前記第ｋの光トランシーバと接続される第２のポートと、前記第ｋのビームスプリッタと接続される第３のポートとを有するサーキュレータと
をさらに備え、
前記第１の光路の一部と前記第２の光路の一部が１つの前記光ファイバを共有しており、
前記サーキュレータは、前記第１のポートから入力された光を前記第２のポートへ透過し、前記第２のポートから入力された光を前記第３のポートへ透過するように構成されている、請求項１記載の光経路切り替えシステム。

【請求項4】

前記Ｎ個の第１の光路、前記Ｎ個の第２の光路、前記Ｎ個の第３の光路、前記Ｎ個の光路、または前記Ｎ個の光路のうちの１つまたは複数が、２つ以上のコアを有する１つの多芯線型のファイバにおいて集約されている、請求項１記載の光経路切り替えシステム。

【請求項5】

前記波長可変レーザ制御回路は、
前記波長可変レーザから出力される光が、前記光変調器における変調に用いる信号と干渉しない領域の周波数で変調されるように、前記波長可変レーザを制御し、これにより前記Ｎ個の光トランシーバが常に同期する、請求項１記載の光経路切り替えシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光経路切り替えシステム、より詳細には、異なるノード間を簡素な構成で光通信接続する光経路切り替えシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

光通信技術は長距離伝送では海底ケーブル通信や、近距離ではfiber to the homeなどの数ｋｍ以上のノード間の通信への応用が一般的であった。また、近年においては、データセンタ内のサーバ間の通信などにも応用が試みられている。（非特許文献１参照）

【0003】

更には、データセンタを構成する個々のサーバ内にすら光通信技術を導入する試みもなされている。この背景には、サーバが処理するデータ量の急激な増加がある。膨大なデータ処理を効率よく実行するために、中央演算装置（ＣＰＵ）ですべての計算を実施するのではなく、特定の計算に特化した計算回路（アクセラレータ）に分担させる手法が採られる。

【0004】

ＣＰＵの負担を軽減することで計算に必要とする低電力化や高速化が期待されている。ただしこのような手法を実現するには、ＣＰＵからアクセラレータへのデータ転送の時間を十分短く、かつ低消費電力で実施する必要がある。

【0005】

データ転送を効率化するために、従来のＣＰＵを中心としたコンピュータ設計から、ＣＰＵやアクセラレータが大規模なメモリに接続される形態のメモリを中心とした、いわゆるメモリセントリックなコンピュータアーキテクチャの検討が盛んになされている。このようなメモリを中心としたコンピュータアーキテクチャの場合も、ＣＰＵやアクセラレータとメモリとの間の高速・低電力通信が重要となる（非特許文献２参照）。

【0006】

コンピュータを構成する要素（以下、本明細書においてノードと呼ぶ）間の通信を高速にするために、ＣＰＵ、アクセラレータ、およびメモリなどの複数のノードを極力高密度に実装することで、各ノード間の物理的距離を最短化して通信のための電気信号損失を最小化する手法が一般的である。

【0007】

ただし、このような物理的距離を最短化する実装手法においては、集積できるノード数に空間的な制限があるだけでなく、複数のノードが高密度に実装された電子機器の局所発熱が問題となる。

【0008】

そこで、各ノード間の通信を電気から光に置き換えることでこの問題を解決する手法が盛んに検討されている。

【0009】

これは、従来の電気通信が伝送距離によって通信品質が大きく劣化する一方で光通信では通信品質の劣化が著しく小さいからである。

【0010】

すなわち、各ノード間の通信を電気から光に置き換えることにより、コンピュータを構成する各ノード間の物理的に距離に対する要件を緩和する事が可能となる。

【0011】

コンピュータ内の通信を光に置き換える際の大きな問題の１つは、その光通信網の光経路切り替えである。

【0012】

例えば従来は、多数のマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型のスイッチをカスケード接続する事による大規模な光スイッチが報告されている（非特許文献３参照）。

【0013】

ただし、ＭＺＩ型のスイッチをカスケード接続した光スイッチには、次のような問題がある。
・スイッチの規模が大規模になるほど各ＭＺＩスイッチを個別に制御するための制御回路が複雑化する
・光信号はバッファリングする事が非常に困難なため、異なる入力ポートから同一の出力ポートへ光信号が衝突する事を回避するための複雑なスケジューリングのアルゴリズムが必要となる

【0014】

上記の問題を解決するために、高速な波長可変光源と波長ルータ装置（非特許文献４参照）による光経路制御も検討されている。

【0015】

図１は、波長ルータ装置の概略を説明する図である。波長ルータ装置ＷＲは、入力ポート１～８と出力ポート１～８を備えている。入力ポート１～８の各々には、波長λ_１～λ_８を高速に切り替えることが可能な波長可変光源（不図示）からの光信号が入力される。波長ルーチング機能部は、カスケード接続されたＭＺＩスイッチで構成され、入力ポート１～８から入力した光信号を出力ポート１～８のいずれかにルーチングする。図１において、入力ポート１から入力する光信号の８つの波長をλ_１-1～λ_８-1として示し、入力ポート２から入力する光信号の８つの波長をλ_１-２～λ_８-２として示し、入力ポート８から入力する光信号の８つの波長をλ_１-８～λ_８-８として示している。波長ルーチング機能部において、入力ポート１から入力する波長λ_１-1～λ_８-1の光信号は出力ポート１～８にそれぞれルーチングされ、入力ポート８から入力する波長λ_１-８～λ_８-８の光信号は出力ポート８～１にそれぞれルーチングされている。

【0016】

すなわち、図１に示す通り、波長ルーチング機能部は、波長ルータ装置ＷＲのある入力ポートから光信号を入力する際に、所望の出力ポートに光信号が出力されるように光の波長を選択する。

【0017】

波長可変光源の波長さえ正確に制御できれば、それ以降は完全に受動光回路のみを用いた構成で自律的に光信号の経路を制御することが可能になる。

【0018】

ただし、この波長を用いる経路制御においても幾つかの課題がある。まず、波長可変光源の波長精度が課題となる。コンピュータ内に実装される波長可変光源はその物理的なサイズの要請から半導体を用いて構成されたレーザ（以下、単導体レーザ）となるが、半導体レーザは一般に環境温度による波長変動が大きく、ペルチェによる温度制御が必要となる。ここで、各ノードにペルチェの温調機構を実装する事は各ノードのコストの増大や消費電力の増大を意味する。

【0019】

また、各ノードに対応する波長可変光源が光信号を送信する際の、行先に応じた波長に関する情報や（上述の衝突の問題などから）光信号の送信のタイミングに関する情報が必要になる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0020】

【文献】Ken-ichi Sato, “Realization and Application of Large-Scale Fast Optical Circuit Switch for Data Center Networking,” J. Lightw. Technol., vol. 36, p.1411, 2018.

【文献】Near Margalit, Chao Xiang, Steven M. Bowers, Alexis Bjorlin, Robert Blum, and John E. Bowers , "Perspective on the future of silicon photonics and electronics", Appl. Phys. Lett. 118, 220501 (2021)

【文献】Ryotaro Konoike, Keijiro Suzuki, Shu Namiki, Hitoshi Kawashima, and Kazuhiro Ikeda, "Ultra-compact silicon photonics switch with high-density thermo-optic heaters," Opt. Express 27, 10332-10342 (2019)

【文献】原田啓司、小泓正博、原田秀丸、野口一人、”スター型ＷＤＭシステムの開発”, ＮＴＴ技術ジャーナル 2003.10, p.46

【発明の概要】

【0021】

本開示は、この問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、波長可変光源と波長ルータ装置との組み合わせによる光経路切り替えシステムにおいて、各ノードに波長可変光源を実装する際のコストの増大、消費電力の増大、または、送信制御に付随する遅延を軽減できる光経路切り替えシステムを提供することにある。

【0022】

このような目的を達成するために、本開示の一実施形態は、Ｎ個のノード間に形成される光経路を切り替える光経路切り替えシステムであって、Ｎは２以上の整数であり、ｋは１以上Ｎ以下の整数であり、光経路切り替えシステムは、１００ナノ秒以下の時間で波長を切り替えて光を出力することが可能なＮ個の波長可変レーザ（ＴＬ）と、ノード間の光経路に関連付けられた光信号についての情報に基づいて、波長可変レーザ（ＴＬ）が出力する光の波長の切り替えを制御する波長可変レーザ制御回路（ＴＬＣ）と、Ｎ個の波長可変レーザとＮ個の第１の光路（Ａ）を介して接続されたＮ個の光トランシーバ（ＴＲ）であって、Ｎ個の光トランシーバのうちの第ｋの光トランシーバ（ＴＲ_ｋ）が、Ｎ個のノードのうちの第ｋのノードと対応し、電気信号を用いて入力された光を光信号に変換する光変調器（ＯＭ_ｋ）と、光信号を電気信号に変換する光受信器（ＯＲ_ｋ）とを備えている、Ｎ個の光トランシーバと、Ｎ個の光トランシーバとＮ個の第２の光路（Ｂ）を介して接続された、入力された光信号を分岐するＮ個のビームスプリッタ（ＢＳ）であって、Ｎ個の第３の光路（Ｃ_ｋ）を介して波長可変レーザ制御回路と接続されたＮ個のビームスプリッタと、Ｎ個のビームスプリッタとＮ個の第４の光路（Ｄ）を介して接続された、入力された光の波長と入力ポートの位置に応じて出力ポートの位置が異なる、Ｎ個の入力ポートと、Ｎ個の出力ポートを有する波長ルータ装置（ＷＲ）であって、Ｎ個の出力ポートがＮ個の第５の光路（Ｅ）を介してＮ個の光トランシーバと接続された波長ルータ装置とを備える。

【0023】

上記光経路切り替えシステムにおいて、Ｎ個の波長可変レーザのうちの第ｋの波長可変レーザ（ＴＬ_ｋ）から出力された光が、Ｎ個の第１の光路（Ａ）のうちの第ｋの第１の光路（Ａ_ｋ）を介して、Ｎ個の光トランシーバのうちの第ｋの光トランシーバ（ＴＲ_ｋ）に入力され、第ｋの光トランシーバの光変調器（ＯＭ_ｋ）において光信号に変換された後に、第２の光路（Ｂ）のうちの第ｋの光路を介してＮ個のビームスプリッタのうちの第ｋのビームスプリッタ（ＢＳ_ｋ）に入力され、第ｋのビームスプリッタ（ＢＳ_ｋ）において分割された光信号の一方が、Ｎ個の第３の光路のうちの第ｋの光路（Ｃ_ｋ）を介して波長可変レーザ制御回路（ＴＬＣ）に入力され、分割された光信号の他方がＮ個の第４の光路のうちの第ｋの光路（Ｄ_ｋ）を介して波長ルータ装置（ＷＲ）のＮ個のポートに入力され、波長ルータ装置（ＷＲ）においてルーチングされてＮ個の出力ポートのうちの第ｋの出力ポートから出力された光信号が、第５の光路のうちの第ｋの光路（Ｅ_ｋ）を介して、Ｎ個の光トランシーバ（ＴＲ_ｋ）のうちの第ｋの光トランシーバが備える光受信器（ＯＲ_ｋ）に入力される。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、波長ルータ装置の概略を説明する図である。

【図2A】図２Ａは、一実施形態の光経路切り替えシステムの概略構成を示す図である。

【図2B】図２Ａ中の光トランシーバＴＲ_ｋの概略構成を示す図である。

【図3A】図３Ａは、波長可変レーザＴＬ_１が出力する光の波長がλ_１の状態を示す図である。

【図3B】図３Ｂは、波長可変レーザＴＬ_１が出力する光の波長がλ_８に変わった際の状態を示す図である。

【図4】図４は、一実施形態の光経路切り替えシステムにおける光トランシーバＴＲ_ｋの概略構成を示す図である。

【図5A】図５Ａは、一実施形態のサーキュレータＣＲ_ｋを配置した光経路切り替えシステムの概略構成を示す図である。

【図5B】図５Ｂは、図５Ａ中の光トランシーバＴＲ_ｋの概略構成を示す図である。

【図6A】図６Ａは、本実施形態の光をタップしてモニタする機構（Ｍｋ）を配置した光経路切り替えシステムの概略構成を示す図である。

【図6B】図６Ｂは、図６Ａ中の光トランシーバＴＲ_ｋの概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

【0026】

（実施形態１）
図２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂを参照して実施形態１の光経路切り替えシステムを説明する。以下の説明において、Ｎを２以上の任意の整数とし、ｋを１以上Ｎ以下の整数とする。

【0027】

図２Ａに示す光経路切り替えシステムは、Ｎ個の波長可変レーザＴＬと、波長ルータ装置ＷＲと、Ｎ個の光トランシーバＴＲと、Ｎ個のビームスプリッタＢＳと、を備える。また、光経路切り替えシステムは、Ｎ個の波長可変レーザＴＬを制御する波長可変レーザ制御回路ＴＬＣをさらに備える。

【0028】

図２Ａは、Ｎ＝８の場合の光経路切り替えシステムを例示するが、本開示の要旨を逸脱しない限り、Ｎは他の値であってもよい。

【0029】

波長可変レーザＴＬ_ｋは、１００ナノ秒以下の速さで波長を切り替えることができる波長可変レーザであり、波長λ_１からλ_Ｎの光を選択的に出力することができる。

【0030】

波長ルータ装置ＷＲは、Ｎ個の入力ポートと、Ｎ個の出力ポートと、Ｎ個の入力ポートとＮ個の出力ポートとの間を接続するＮ×Ｎチャネルを有する。波長ルータ装置ＷＲは、周回性アレー回折格子を用いて構成してもよく、リング共振器を用いて構成してもよい。図２Ａにおいて、上からｋ番目の入力ポートを単に入力ｋと示し、同様に上からｋ番目の出力ポートを単に出力ｋと示している。

【0031】

光トランシーバＴＲ_ｋは、光を送受信する機能を有する。図２Ｂは、光トランシーバＴＲ_ｋの概略構成を示す図である。図２Ｂに示すように、光トランシーバＴＲ_ｋは、２つの入力ポートと１つの出力ポートを有し、一方の入力ポートから入力された光（被変調光）を電気信号で変調することで光信号に変換して出力ポートから出力する光変調器ＯＭ_ｋと、もう一方の入力ポートから入力された光信号を電気信号に変換して出力する光受信器ＯＲ_ｋとを備える。以下、もう一方の入力ポートを受信ポートともいう。

【0032】

ここで光変調器ＯＭ_ｋの材料や構成は問わない。例えばシリコンによるマッハツェンダ変調器や化合物半導体による電界吸収型変調器を用いることができる。

【0033】

図２Ａに示す様に、波長可変レーザＴＬ_ｋと光トランシーバＴＲ_ｋとの間が光路Ａ_ｋで接続される。光トランシーバＴＲ_ｋとビームスプリッタＢＳ_ｋとの間が光路Ｂ_ｋで接続される。ビームスプリッタＢＳ_ｋと波長可変レーザ制御回路ＴＬＣとの間が光路Ｃ_ｋで接続されるとともに、ビームスプリッタＢＳ_ｋと波長ルータ装置ＷＲとの間が光路Ｄ_ｋで接続される。波長ルータ装置ＷＲと光トランシーバＴＲ_ｋとの間が光路Ｅ_ｋで接続される。

【0034】

本実施形態の光経路切り替えシステムは、初期状態として全ての波長可変レーザＴＬ_ｋからそれぞれ波長λ_ｋの光が送信されているとする。

【0035】

図３Ａを参照して、本実施形態の光経路切り替えシステムの動作を説明する。図３Ａの構成は、図２Ａを参照して説明した構成と同じであるため、繰り返しの説明は省略する。図３Ａでは特にｋ＝１に関する光の経路を太線で示している。

【0036】

図３Ａにおいて、ノードｋは、ＣＰＵ、アクセラレータ、またはメモリなどのコンピュータの構成要素とともに光トランシーバＴＲ_ｋを備え、互いに光信号を用いて通信する。

【0037】

波長可変レーザＴＬ_ｋから出力された光は光路Ａ_ｋを通じてノードｋに実装されている光トランシーバＴＲ_ｋの１つの入力ポートに入力される。

【0038】

光トランシーバＴＲ_ｋに入力された光は、光トランシーバＴＲ_ｋが有する光変調器ＯＭ_ｋを通過して、光路Ｂ_ｋに入力されて、ビームスプリッタＢＳ_ｋに達する。

【0039】

ビームスプリッタＢＳ_ｋに達した光の一部または全ては、光路Ｃ_ｋを通じて、波長可変レーザ制御回路ＴＬＣへ入力される。また、ビームスプリッタＢＳ_ｋに達した光の一部または全ては、光路Ｄ_ｋを通じて波長ルータ装置ＷＲに入力される。換言すると、ビームスプリッタＢＳ_ｋに達した光の一部は、光路Ｃ_ｋを通じて波長可変レーザ制御回路ＴＬＣへ入力され、光の残りの一部は光路Ｄ_ｋを通じて波長ルータ装置ＷＲに入力される。あるいは、ビームスプリッタＢＳ_ｋに達した光の全ては、光路Ｃ_ｋを通じて波長可変レーザ制御回路ＴＬＣへ入力されるか、または光路Ｄ_ｋを通じて波長ルータ装置ＷＲに入力される。

【0040】

波長可変レーザＴＬ_ｋから送信される波長λ_ｋの光について考えているので、波長ルータ装置ＷＲの入力ポートｋに入力された光は、出力ポートｋから出力されて光路Ｅ_ｋを通じて、ノードｋが有する光トランシーバＴＲ_ｋの受信ポートに入力される。光トランシーバＴＲ_ｋに入力された光は内蔵されている光受信器ＯＲ_ｋに入力される。

【0041】

従って、この状態においては光トランシーバＴＲ_ｋから見ると自身の光変調器ＯＭ_ｋで変調した光信号について、再び自身の光受信器ＯＲ_ｋにて受信していることになる。

【0042】

ここでノードｋ＝１がノードｋ＝８と通信を行いたい場合を考える。まずノード１が備える光トランシーバＴＲ_１が有する光変調器ＯＭ_１によって通信を実施したい相手（すなわちノード８）や通信に伴う関連情報を光信号として出力する。

【0043】

光変調器ＯＭ_１には光路Ａ_１を通じて非変調光が入力されており、さらに光路Ｂ_１、光路Ｃ_１を通じて波長可変レーザ制御回路ＴＬＣまでの通信接続があらかじめ成立している点に注意する。

【0044】

光変調器ＯＭ_１で変調された光は、光路Ｂ_１、ビームスプリッタＢＳ_１、光路Ｃ_１を経由して波長可変レーザ制御回路ＴＬＣに入力される。

【0045】

波長可変レーザ制御回路ＴＬＣは、受信された信号（すなわちノード１からノード８への通信要求）によって波長可変レーザＴＬ_１の出力波長をλ_１からλ_８に変更する。

【0046】

図３Ｂは、波長可変レーザＴＬ_１が出力する光の波長がλ_８に変わった際の状態を示す図である。

【0047】

波長可変光源ＴＬ_ｋの波長切り替え時間は１００ナノ秒以下である必要がある。コンピュータを構成する要素（すなわちノード）間における高速な通信に本開示の光経路切り替えシステムを適用することを考慮した場合に、一般的に好ましいと考えらえる波長切り替え時間である。たとえば、ノード間のビットストリームの発現頻度または粒度や、実装における費用対効果を考慮した場合に、波長切り替え時間は、１００ナノ秒以下が好ましいと言える。しかしながら、波長可変光源ＴＬ_ｋの波長切り替え時間は、１００ナノ秒以下に限定されず、本開示の光経路切り替えシステムを適用する任意のシステムに要求される任意の切り替え時間とすることができる。

【0048】

これによって光トランシーバＴＲ_１が備える光変調器ＯＭ_１に波長λ_８の光が入力されることになる。

【0049】

光変調器ＯＭ_１において波長λ_８の光（非変調光）を必要な情報を含むように変調して出力される光信号が、光路Ｂ_１、ビームスプリッタＢＳ_１、光路Ｄ_１を通じて波長ルータＷＲに入力される。

【0050】

波長ルータＷＲに入力された波長λ_８の光はλ_８に対応する光トランシーバＴＲ_８(すなわちノード８)に入力され、光トランシーバＴＲ_８が有する光受信器ＯＭ_８により受信される。これにより、ノード１とノード８との間の通信が実現される。

【0051】

本開示は、発振波長が環境温度に敏感な光源機能を各ノードに持たせる必要が無い。すなわち温調機能を一か所に集中できるため、光源温調の消費電力を節約できる。

【0052】

また、ノードと対応する波長の情報についても波長可変レーザ制御回路ＴＬＣにおいて一元的に管理されていることに加えて、波長可変レーザ制御回路ＴＬＣを波長可変光源ＴＲ_ｋの近くに配置することで、両者の電気的接続（たとえば波長可変光源ＴＲ_ｋの波長を高速に切り替える高速な電気信号の品質な送受信）も容易になる。

【0053】

さらに、トランシーバＴＲ_ｋ（すなわちノードｋ）が追加・変更されても光経路切り替えシステムとして動作する事が可能であるため、保守性や拡張性が担保され得る。

【0054】

（実施形態２）
実施形態１の光経路切り替えシステムの波長ルータ装置ＷＲの出力ポート８において、ノード１以外の他のノードからの光が入力されている場合は、光トランシーバＴＲ_８(すなわちノード８)が有する光受信器ＯＲ_８は、異なる波長の光信号を一括で受けることになる。すなわち混線が生じるために光信号を正確に受信することができない。

【0055】

それを回避するためには、例えば図３Ｂを参照して説明した光経路切り替えシステムの状態の場合、波長可変光源ＴＬ_１以外のノード８にアクセスしている波長可変光源ＴＬ_ｋ（ｋ≠１）の出力をＯＦＦにするなどの処置が必要になる。この時、出力をＯＦＦに波長可変光源ＴＬ_ｋ（ｋ≠１）を用いて通信をノードｋ（ｋ≠１）は通信が遮断された状態となる。これを実現するには、波長可変レーザ制御回路ＴＬＣに競合の有無を判定して競合を解決する機構が必要となり、さらに、競合する複数の要求を含む光信号の少なくとも一部を光電変換してバッファリングする機能が必要となる。また、波長可変レーザ制御回路ＴＬＣが、ビームスプリッタを介して変調された光信号（データ搬送する光信号）を受信する場合には、必要に応じて波長可変光源ＴＬが波長可変レーザ制御回路ＴＬＣでバッファリングした電気信号で所望の波長の光を変調した光信号を出力するように構成する必要がある。波長可変レーザ制御回路ＴＬＣが光信号を電気信号に変更してバッファリングする機能を有していたとしても、ノードｋ（ｋ≠１）の通信に遅延が生じる。

【0056】

この問題を解決するために、周回性アレー回折格子の性質に注目する。図３Ｂを参照して説明した光経路切り替えシステムの状態におけるノード８が有するＴＲ_８に注目する。

【0057】

波長ルータ装置ＷＲのＮ個の入力ポートに入力された光の全てが１つの出力ポート８に出力される事を考えた時に、Ｎ個の入力ポートに入力される光の波長は全て異なる事になる（図１の通り）。

【0058】

言い換えると、ノード８に達した光の波長自体がその送信元の波長可変レーザＴＬがどのレーザに該当するかを示している。

【0059】

つまり、光トランシーバＴＲ_８が有する光受信器ＯＲ_８が、異なる光波長毎に光を受信できる構成が取られていれば、光トランシーバＴＲ_８に波長の異なる複数の光信号が入力された場合でも混線なく光信号を受信できる。

【0060】

すなわち、ノード８は自身を除く全てのノードｋ（ｋ≠８）と並行して通信を実施する事ができるため、上述の混線の問題は解消される。

【0061】

図４は、本実施形態の光経路切り替えシステムにおける光トランシーバＴＲ_ｋの概略構成を示す図である。図４の光トランシーバＴＲ_ｋは、光受信器ＯＲ_ｋの構成が異なる点で、図２Ｂの光トランシーバＴＲ_ｋと相違する。図４の光トランシーバＴＲ_ｋの光受信器ＯＲ_ｋは、波長分波器ＷＤ_ｋと、波長分波器ＷＤ_ｋの出力に接続されたＮ個のフォトディテクタＰＤ_ｋとを備える。

【0062】

波長分波器ＷＤ_ｋは、典型的に１×Ｎポートのアレー回折格子などの波長フィルタの各出力の先にフォトディテクタＰＤが集積される構成となるが、波長フィルタとしてリング共振器などを用いた他の構成でもより。

【0063】

尚、前述したように、本開示の目的の１つは各ノードの消費電力の低減であるから、図４の波長分波器ＷＤ_ｋを構成する波長フィルタは、無温調動作（アサーマル）である事が望ましい。例えばアサーマルアレー回折格子は既に市販にて入手できる部品である。

【0064】

（実施形態３）
図２を参照して説明したように、本開示の光経路切り替えシステムは、複数の光路（光路Ａ_ｋ，Ｂ_ｋ，Ｃ_ｋ，Ｄ_ｋ，Ｅ_ｋ）を含むが、サーキュレータを用いることによって光路の構成を簡素化する事が可能である。

【0065】

図５Ａは、本実施形態のサーキュレータＣＲ_ｋを配置した光経路切り替えシステムの概略構成を示す図である。サーキュレータＣＲ_ｋは、波長可変レーザＴＬ_ｋと光トランシーバＴＲ_ｋとを接続する光ファイバの間に配置されている。

【0066】

サーキュレータＣＲ_ｋは、波長可変レーザＴＬ_ｋと接続される第１のポートと、光トランシーバＴＲ_ｋと接続される第２のポートと、ビームスプリッタＢＳ_ｋと接続される第３のポートとを有する。サーキュレータＣＲ_ｋは、第１のポートを介して入力される波長可変レーザＴＬ_ｋからの光を光トランシーバＴＲ_ｋが接続された第２のポートへ透過し、第２のポートを介して入力される光トランシーバＴＲ_ｋからの光をビームスプリッタＢＳ_ｋとが接続された第３のポートへ透過する。

【0067】

サーキュレータＣＲ_ｋと光トランシーバＴＲ_ｋとを接続する１つの光ファイバは、光を双方向に伝搬させることで、光路Ａ_ｋおよび光路Ｂ_ｋに対応付けることができる。これにより、配線を簡略化することができる。

【0068】

図５Ａに示すように、波長可変レーザＴＬ_ｋからサーキュレータＣＲ_ｋまでの光路およびサーキュレータＣＲ_ｋから光トランシーバＴＲ_ｋまでの光路が、光路Ａ_ｋとなる。光トランシーバＴＲ_ｋからサーキュレータＣＲ_ｋまでの光路が、光路Ｂ_ｋの一部となる。さらに、サーキュレータＣＲ_ｋからビームスプリッタＢＳ_ｋまでの光路が、光路Ｂ_ｋの一部となる。

【0069】

図５Ｂは、本実施形態の光経路切り替えシステムにおける光トランシーバＴＲ_ｋの概略構成を示す図である。図５Ｂの光トランシーバＴＲ_ｋは、光変調器ＯＭ_ｋの入力および出力と接続されたサーキュレータＣＲ_ｋを備える点で、図２Ｂの光トランシーバＴＲ_ｋと相違する。図５Ｂに示すように、光トランシーバＴＲ_ｋが備えるサーキュレータＣＲ_ｋは、光路Ａ_ｋおよび光路Ｂ_ｋを構成する光ファイバと接続される第１のポートと、光変調器ＯＭ_ｋの入力と接続される第２のポートと、光変調器ＯＭ_ｋの出力と接続される第３のポートとを有する。サーキュレータＣＲ_ｋは、光ファイバ（光路Ａ_ｋ）が接続された第１のポートを介して入力される波長可変レーザＴＬ_ｋからの光を光変調器ＯＭ_ｋの入力が接続された第２のポートへ透過し、第３のポートを介して入力される光変調器ＯＭ_ｋの出力からの光を光ファイバ（光路Ｂ_ｋ）が接続された第１のポートへ透過する。このように、光トランシーバＴＲ_ｋの中にも光路Ａ_ｋ→光変調器ＯＭ_ｋ→光路Ｂ_ｋの順に光を透過させるサーキュレータＣＲＴＲ_ｋを設置すれば光路Ａ_ｋと光路Ｂ_ｋを１つのファイバに集約できる。

【0070】

（実施形態４）
本開示の光経路切り替えシステムにおいて、複数のコアを持つマルチコアファイバ（多芯線型のファイバ）を用いることでも、複数の光路（光路Ａ_ｋ，Ｂ_ｋ，Ｃ_ｋ，Ｄ_ｋ，Ｅ_ｋ）の構成を簡素化することができる。

【0071】

例えば光路Ａ_ｋと光路Ｂ_ｋは２コアファイバ（２つのコアを有するファイバ）にて集約できるので光トランシーバＴＲ_ｋのファイバプラグは当該のマルチコアファイバと光路Ｅ_ｋと合わせて２つで済む。

【0072】

たとえば、図２Ａの光経路切り替えシステムにおいて、波長可変レーザＴＬ_ｋと光トランシーバＴＲ_ｋとを接続するｋ本の単一のコアを有する光ファイバを、Ｎ個のコアを有する１本のマルチモード光ファイバに集約することができる。

【0073】

また、図５Ａの光経路切り替えシステムにおいて、波長可変レーザＴＬ_ｋからサーキュレータＣＲ_ｋまでの光路Ａ_ｋ、サーキュレータＣＲ_ｋから光トランシーバＴＲ_ｋまでの光路Ａ_ｋと光路Ｂ_ｋ、およびサーキュレータＣＲ_ｋからビームスプリッタＢＳ_ｋまでの光路Ｂ_ｋを１本のマルチモード光ファイバに集約することができる

【0074】

更に図２Ａおよび図５Ａの光経路切り替えシステムにおいて、光路Ｅ_ｋについても、波長ルータ装置ＷＲの出力ポートｋと光トランシーバＴＲ_ｋとの接続に、マルチコアファイバを用いることで、複数の光路を１本のマルチモード光ファイバに集約することができ。光トランシーバＴＲ_ｋのファイバプラグは１つで済むことになる。同様に、ビームスプリッタＢＳ_ｋと波長可変レーザ制御回路ＴＬＣとの間の光路Ｃ_ｋ、およびビームスプリッタＢＳ_ｋと波長ルータ装置ＷＲとの間の光路Ｄ_ｋを、１本のマルチモード光ファイバにそれぞれ集約してもよい。

【0075】

（実施形態５）
本開示の波長可変レーザ制御回路ＴＬＣがすべての波長可変レーザＴＬ_ｋを一元的に管理または制御している。

【0076】

さらに、図２Ａおよび図５Ａを参照して説明した光経路切り替えシステムにおける光トランシーバＴＲ_ｋのすべてが光を出力していれば、各光トランシーバＴＲ_ｋは、経路Ａ_ｋを通じて、常に波長可変レーザＴＬ_ｋからの光を受信していることになる。

【0077】

そこで、波長可変レーザＴＲ_ｋにおいて、光変調器ＯＭ_ｋの変調信号と干渉しない領域の周波数で周期的に変調した光を同期信号として出力するとともに、光トランシーバＴＲ_ｋにおいて、光路Ａ_ｋからの光の一部をタップして同期信号をモニタする機構（Ｍｋ）が備わっていれば、波長可変レーザＴＬ_ｋと光トランシーバＴＲ_ｋを常に同期しておくことが可能となる。

【0078】

図６Ａは、本実施形態の光をタップしてモニタする機構Ｍ_ｋを配置した光経路切り替えシステムの概略構成を示す図である。図６Ａに示す構成は、図５Ａに示す構成と略同じである。図６Ａには波長可変レーザ制御回路ＴＬＣから波長可変レーザＴＬ_ｋに対して供給される光の周波数（同期信号の周波数）と、波長可変レーザＴＲ_ｋに入力される波長可変レーザＴＬ_ｋからの光の周波数（同期信号の周波数）を示す正弦波の形状のシンボルが教示されている。

【0079】

図６Ｂは、図６Ａ中の光トランシーバＴＲ_ｋの概略構成を示す図である。図６Ｂの光トランシーバＴＲ_ｋは、光路Ａ_ｋを介して波長可変レーザＴＬ_ｋからの光が入力する入力ポートと、光変調器ＯＭ_ｋの入力との間に配置され、波長可変レーザＴＬ_ｋからの光の一部をタップしてモニタする機構Ｍ_ｋを備える点で、図２Ｂの光トランシーバＴＲ_ｋと相違する。機構Ｍ_ｋにおけるモニタの結果に基づくフィードバックが、任意の通信方式用いて波長可変レーザ制御回路ＴＬＣに提供されてもよい。

【0080】

上述の通り、波長可変レーザ制御回路ＴＬＣがすべての波長可変レーザＴＬ_ｋを一元的に管理していることから、すなわち上記の同期機構を用いれば波長可変レーザ制御回路ＴＬＣがすべての光トランシーバＴＲ_ｋ間の同期を保つことが可能になる。

【0081】

したがって、例えば図３Ｂを参照して説明したように、ノード８がノード１からの光信号を受信する場合においてもノード８は直ちに光信号を受信できる（バースト対応である）ことになる。

【産業上の利用可能性】

【0082】

本開示の光経路切り替えシステムによれば、異なるノード間を簡素な構成で光通信接続することが可能になる。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】