JP2017156444A - 波長選択スイッチ、及び光ノード装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より少ない数のＷＳＳを使用してＷＳＤＭ光ノード装置を実現する。
【解決手段】波長選択スイッチにおいて、位置角度変換部と、ポート選択レンズと、スイッチ素子とを備え、前記位置角度変換部は、ＳＤＭファイバ毎に、ＳＤＭファイバのコア数分の入出力ポートを有する変換部位を備え、前記変換部位は、前記ＳＤＭファイバの各コアに対応する位置に各入出力ポートを備え、入出力ポートの位置に対応した角度で、入出力ポートに入力された光信号を出力する手段を備え、前記スイッチ素子における光信号を反射する面は、前記ＳＤＭファイバのコア毎に分割された分割領域を有し、入力ＳＤＭファイバに対応する変換部位のある入出力ポートに入力された光信号は、当該入出力ポートの位置に対応付けられたコアに対応する分割領域に集光され、分割領域から反射された光信号は、当該光信号が出力されるＳＤＭファイバに対応する変換部位に到達する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、光信号の波長情報と空間情報に応じて経路を制御する波長多重・空間多重光ネットワークを構成する光ノード装置を実現するための技術に関連するものである。

一般に伝送路は、伝送帯域と信号対雑音比のいずれか、あるいは両方を増加させることで、その伝送容量を増加させることが可能である。現在、長距離光ファイバネットワークで広く用いられている光ファイバは、１本の光ファイバ中に１本の単一モードコアが形成されている。これを単一モードファイバ（SMF: Single Mode Fiber）と呼び、その断面を図１（ａ）に示す。ＳＭＦを伝送路に用いた場合、信号対雑音比を増加するために送信光パワーを一定以上増加させると、光ファイバのコア中の非線形光学効果による波形歪が顕著となる。このため、送信光パワーには上限があり、従って、１本のＳＭＦの容量には物理的な限界があり、長距離伝送用途では、総容量１Ｐｂ／ｓ程度が上限だと考えられている。一方、最新の長距離光ファイバ通信システムの総容量は、すでに１００Ｔｂ／ｓに達し、インターネットトラフィックの増加傾向を勘案すると、現状の単一モードファイバに変わる新しい光ファイバ技術が必要との共通認識が醸成されている（非特許文献１）。

新しい光ファイバとして、複数のＳＭＦを束ねて用いる光ファイバ束（FB: Fiber Bundle）、一本の光ファイバにコア間結合のない（実用上、無視できる程度にコア間結合が小さい）複数の単一モードコアを配置した非結合マルチコアファイバ（UC-MCF: Uncoupled Multi Core Fiber）（図１の（ｂ））、一本のコアで数個の伝搬モードを伝搬可能とするフューモードファイバ（FMF: Few Mode Fiber）（図１の（ｃ））、複数の近接配置した単一モードコアにより複数のスーパーモードを伝搬可能とする結合コアファイバ（CCF: Coupled Core Fiber）（図１の（ｄ））、及びそれらを組み合わせた構造（図１の（ｅ）、（ｆ））が提案されている。これらの光ファイバは、空間軸方向に情報を多重することから、空間分割多重（SDM: Spatial Division Multiplexing）ファイバと総称される。ＳＤＭファイバでは、波長数と伝搬モード数の積で表される数の光チャネルを伝送することができる。

ＳＤＭファイバは伝搬する空間モード間の結合の有無により、非結合タイプと結合タイプの２つに分類される。伝搬モード間に結合があると、伝搬モードは異なるが同一波長である光チャネル間にクロストークが発生するが、この場合、混合した複数の同一波長光チャネルは、MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 処理により分離される。ＦＢならびにＵＣ−ＭＣＦは非結合型、ＦＭＦならびにＣＣ−ＭＣＦは、結合型に分類される。今後は、従来の波長軸に加えて空間軸の多重化を組み合わせて用いる、波長多重・空間多重（ＷＳＤＭ）光ネットワークが重要な役割を担うと期待されている。

このようなＷＳＤＭ光ネットワークの光ノード装置では、光ノード装置に接続された光リンクを空間多重かつ波長多重されて伝搬した複数の光チャネルを一旦分離し、最終目的地に応じて経路振り分けして適切な光リンクに多重化する、波長軸と空間軸における多重・分離・経路振り分け機能を提供する必要がある。このような機能を有する装置を波長多重・空間多重ノード装置（ＷＳＤＭ光ノード装置）と呼ぶ。現状の波長多重光ネットワークの光ノード装置では、波長選択スイッチ（WSS: Wavelength Selective Switch）がその構成要素として広く用いられている。従って、ＷＳＤＭ光ネットワークにおいても、ＷＳＳをベースとし、これを空間軸に拡張した空間多重用波長選択スイッチ（ＳＤＭ−ＷＳＳ）がキーデバイスとなると考えられる。

参考として、図２に、従来の単一モードファイバ用のＷＳＳを備えた光ノード装置の構成例を示す。なお、図２及び以降の構成図において、図の左側を入力側とし、右側を出力側とする。また、入力される光信号は波長多重された信号である。図２の場合、ファイバ数（Ｎ）が３、モード数（ｍ）が１であり、入力側と出力側のそれぞれで、ファイバ数分の１入力Ｎ出力のＷＳＳが備えられる。

次に、従来の単一モードＷＳＳを用いる場合の、非結合型ＳＤＭファイバに対するＷＳＤＭ光ノード構成について説明する。非結合型ＳＤＭファイバを、従来の単一モードファイバが並列に並べられたものと考えれば、従来の単一モードファイバに用いられるRoute and Select構造のＳＤＭファイバ用に拡張したＷＤＭ−ＳＤＭ光ノード装置構成として、図３に示す構成が考えられる。この構成は、ＮをＳＤＭファイバ数（ＦＢについては、ファイバ束を１本と数える）、１本のＳＤＭファイバが伝搬する空間モード数（単一モードコア数）をｍとすると、１入力Ｎｍ出力の単一モードＷＳＳが２Ｎｍ個必要になる。

図３に示す構成は、Ｎ＝３、ｍ＝４の場合の構成を示しており、入力側と出力側のそれぞれでＮｍ＝１２個の１入力Ｎｍ（１２）出力の単一モードＷＳＳが必要になること示されている。この構成においては、任意の入力ＳＤＭファイバ中の任意の空間モードの任意の波長は、任意の出力ＳＤＭファイバ中の任意の空間モードに接続することができる。

図４は、１入力Ｎ出力のＷＳＳを使用する構成（Ｎ＝３、ｍ＝４の場合の例）であり、例えば、ＳＤＭファイバの空間モードに番号を振るとすると、任意の入力ＳＤＭファイバ中の任意の空間モードの任意の波長は、任意の出力ＳＤＭファイバ中の同一番号の空間モードに接続することができる。この場合、異なる空間モードへの接続は不可能となるが、１本のＳＤＭファイバを伝搬する各空間モードは、すべて同じ隣接光ノードに接続されることを考えると、実用上、問題ないと考えることができる。１入力Ｎ出力のＷＳＳの必要数は２Ｎｍ個で変わらず、図２に示す従来の単一モード光ファイバ用の光ノードに必要なＷＳＳの数２Ｎのｍ倍のＷＳＳが必要になる。

次に結合型ＳＤＭファイバに対するＷＳＤＭ光ノード構成について説明する。結合型ＳＤＭファイバでは、入力端においてある空間モードで送信された光チャネルのエネルギーの一部が別の空間モードに移行するため、出力端では個々の空間モードの光信号は複数の光チャネルの成分の混合となる。前述のように混合した光チャネルは、最終的に受信端においてＭＩＭＯ処理により分離される。一般に、結合型ＳＤＭファイバにおける空間モードのパワー分布はモード毎に異なるので、空間モードに依らず、均一の波長透過特性を得るためには、ＳＤＭファイバ伝搬する光信号を空間モード数ｍだけ空間的にサンプリングし、サンプリングした光信号をｍ本の単一モードファイバに入力する。結合型ＳＤＭファイバは受信端でＭＩＭＯ処理を行う必要上、同じＳＤＭファイバ内のある波長のすべての空間モードは、同一送信端から同一受信端まで転送される。このため、ＳＤＭファイバ内のある波長についてはすべての空間モードを単一の光スイッチ素子で切り替えることが可能であれば、光スイッチ素子のコストを複数の光チャネルで分担できるので、光チャネル当たりのスイッチングコストを低減することが可能である。

そのような構成として、図５と図６の構成のＷＳＳが提案されている（非特許文献２，３）。

図５に示す構成では、ポート総数が（Ｎ＋１）ｍのＷＳＳにおいて、ｍ本のポートを入力ポートに、残りのＮｍ本のポートを出力ポートとして用いて、ｍ入力Ｎｍ出力のＷＳＳとして用いる。

前述の空間的にサンプリングされた光信号を入力したｍ本の単一モードファイバをｍ入力Ｎｍ出力ＷＳＳに入力し、単一のスイッチング素子の角度を調整することで、同一ＳＤＭファイバ中のすべての光チャネルを一括して、目的の出力ＳＤＭファイバへ接続することができる。このような技術は波長結合スイッチング (Wavelength Joint switching) と呼ばれる。

図５は、ｍ＝３、Ｎ＝２の場合を示しており、３本の単一モードファイバにより各モード（１〜３）の光信号が入力され、例として、ＯＵＴ１の出力ポートに出力されている。図６は、入力単一モードファイバをシャッフルして接続する構成であり、これにより、スイッチング素子に必要な角度変化を低減することができる。

図７は、ｍ入力Ｎｍ出力ＷＳＳを用いたＷＳＤＭ光ノード装置の構成である。この構成は、図５、図６に示した波長結合スイッチングを行うＷＳＳを使用した構成である。なお、図７の１０で示すデバイスは、マルチモードの光信号を、空間モード数分の単一モードに変換するＭＭ−ＳＭ変換部（converter）である。

本構成を用いれば、ＷＳＳの数を２Ｎ個に削減可能である。ただし、必要な総ポート数は（Ｎ＋１）ｍに増加する。なお、多ポートの波長結合スイッチングを実現するＷＳＳ構成としては、従来、１次元に配置されていた入力ポートを２次元配置する構成が提案されている（非特許文献４）。

また、図８に示すように、結合するグループ毎に波長結合スイッチングを行う構成も可能である。

現状の大規模ＷＤＭ光ネットワークにおいては、光ファイバの損失を一定距離ごとに設置する光アンプにより補償する。光アンプの増幅率には各波長依存性があり、各光チャネルに対する光アンプの増幅率を完全に均一にすることは難しく光チャネルのパワー偏差は光アンプを経由するごとに累積する。このためパワー偏差は、ＷＤＭ光ノード装置を構成するＷＳＳにより均一になるように調整している。ＷＳＤＭ光ネットワークにおいては、各空間モードの光チャネルの伝送損失を光アンプにより補償することになるが、増幅率の波長依存性と同様に、各空間モードに対する増幅率を完全に均一にすることは困難と考えられる。また、コネクタやスプライシング、その他の光デバイスの損失の空間モード依存性も影響すると考えられる。

図５、図６に示した構成は、ｍ本の単一モードファイバから入力した全ての光信号を一つの光スイッチング素子の角度を調整して接続先を切り替えているので、角度調整によって出力光ポートへの結合率を同時に調整することできても、各光信号に対して個別に結合率を調整し、出力光パワーを均一化することはできない。しかし、結合型ＳＤＭファイバにおいては、ファイバ伝搬に伴い空間モード間で強い結合があるため、各光チャネルは複数の空間モードに分散して伝搬する。このため、空間モード依存損失は大幅に少なくなり、空間モード毎のパワー調整は不要である。一方、非結合型ＳＤＭファイバにおいては、このような空間モード間の結合はなく、光チャネル間の光パワーの偏差は累積するので、例え、ある入力光ファイバ中の全ての光チャネルを同一出力光ファイバへ接続する場合であっても、パワー偏差調整用が必要なことから、波長結合スイッチングを用いることはできない。

P. J. Winzer, "Scaling optical fiber networks: challenges and solutions," OPTICS & PHOTONICS NEWS, March 2015, pp. 28-35. M. D. Feuer, et al., "ROADM system for space division multiplexing with spatial superchannels," OFC 2013, PDP5B.8. N. K. Fontaine, et al., "Few-mode fiber wavelength selective switch with spatial-diversity and reduced-steering angle," OFC 2014, Th4A.7. N. K. Fontaine, et al., "Heterogeneous space-division multiplexing and joint wavelength switching demonstration," OFC 2015, Th5C.5. T. Mizuno, et al., "12-core × 3-mode dense space division multiplexed transmission over 40 km employing multi-carrier signals with parallel MIMO equalization," OFC 2014, Th5B.2. R. Ryf, et al., "Space-division multiplexed transmission over 3×3 coupled-core multicore fiber," OFC 2014, Tu2J.4, 2014K. K. Suzuki, et al., "Ultra-high port count wavelength selective switch employing waveguide-based I/O frontend," OFC 2015, Tu3A.7. Y. Ikuma, et al., "8 × 24 wavelength selective switch for low-loss transponder aggregator," OFC 2015, Th5A.4. N. Nemoto, et al., "8 × 8 wavelength cross connect with add/drop ports integrated in spatial and planar optical circuits," ECOC 2015, Tu.3.5.1.

前述したように、ｍ個の空間モードを提供するＮ対の非結合型ＳＤＭファイバに対してRoute and Select構成でＷＳＤＭ光ノード装置を構築する場合（例：図４）、従来型の１入力Ｎ出力の単一モードＷＳＳは２Ｎｍ個必要である。このＷＳＤＭ光ノード装置は、ファイバ当たりｍ個の空間モードの経路設定が可能であるが、必要なＷＳＳの個数は従来のＷＤＭ用光ノードの２Ｎ個（例：図２）に対して、ｍ倍の２Ｎｍ個になる。空間モード当たりに必要なＷＳＳの個数は２Ｎであり、ビット当たりの転送コストは低減しないという課題がある。空間モード間に結合がないため、波長結合スイッチングを採用することはできない。

一方、結合型のＳＤＭファイバに対しては、波長結合スイッチングの技術により、ｍ入力Ｎｍ出力ＷＳＳを用いてＷＳＤＭ光ノードを構築すれば、ＷＳＳの数を２Ｎ個に削減可能である（例：図７）。しかし、１本のファイバで伝搬可能な空間モード数をさらに増やすために提案されている、結合型と非結合型を組み合わせた構成のＳＤＭファイバに対しては、波長結合スイッチングＷＳＳの個数は増加してしまうという課題がある（例：図８）。そのようなＳＤＭファイバには、複数空間モードが伝搬する複数モードコアをパワー結合がないように複数配置したFM-MCF (Few Mode Multi-Core Fiber) （非特許文献５）（図１（ｅ））と、隣接配置した結合した複数の単一モードコアグループをパワー結合がないように配置したGCC-MCF (Grouped Coupled Core Multi-Core Fiber) （非特許文献６）（図１（ｆ））がある。この場合、複数モードコア数あるいは結合単一コアグループ数の数だけ、ＷＳＳの数が増加してしまう。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、より少ない数のＷＳＳを使用してＷＳＤＭ光ノード装置を実現する技術を提供することを目的とする。

本発明によれば、ＷＳＤＭ光ネットワークを構成する光ノード装置における波長選択スイッチであって、
位置角度変換部と、ポート選択レンズと、スイッチ素子とを含み、
前記位置角度変換部は、前記波長選択スイッチに接続されるＳＤＭファイバ毎に、当該ＳＤＭファイバのコア数分の入出力ポートを有する変換部位を備え、
前記変換部位は、前記ＳＤＭファイバの各コアに対応する位置に各入出力ポートを備えるとともに、入出力ポートの位置に対応した角度で、当該入出力ポートに入力された光信号を前記ポート選択レンズ側に出力する手段を備え、
前記スイッチ素子における光信号を反射する面は、前記ＳＤＭファイバのコア毎に分割された分割領域を有し、
入力ＳＤＭファイバに対応する変換部位のある入出力ポートに入力された光信号は、当該入出力ポートの位置に対応付けられたコアに対応する分割領域に集光され、当該分割領域から反射された光信号は、当該光信号が出力されるＳＤＭファイバに対応する変換部位に到達するように構成される
ことを特徴とする波長選択スイッチが提供される。

本発明によれば、より少ない数のＷＳＳを使用してＷＳＤＭ光ノード装置を実現する技術を提供することが可能となる。

光ファイバの例を示す図である。 従来の光ノード装置の構成例を示す図である。 ＷＤＭ‐ＳＤＭ光ノード装置の構成例を示す図である。 ＷＤＭ‐ＳＤＭ光ノード装置の構成例を示す図である。 ＷＳＳの構成を説明するための図である。 ＷＳＳの構成を説明するための図である。 ＷＤＭ‐ＳＤＭ光ノード装置の構成例を示す図である。 ＷＤＭ‐ＳＤＭ光ノード装置の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における光ノード装置の構成図である。 実施例１のＷＳＳの構成図である。 波長面とスイッチ面を含む既存のＷＳＳの構成図である。 ＬＣＯＳを説明するための図である。 実施例１のＷＳＳの構成図である。 位置角度変換部の構成例１を示す図である。 位置角度変換部の構成例２を示す図である。 実施例２のＷＳＳの構成図である。 実施例２のＷＳＳの構成図である。 実施例２のＷＳＳの構成を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。

（光ノード装置の構成）
図９は、本発明の実施の形態における光ノード装置１００の構成図である。光ノード装置１００は、波長多重・空間多重（ＷＳＤＭ）光ネットワークを構成する光ノード装置であり、ＷＳＤＭ光ノード装置、ＷＤＭ−ＳＤＭ光ノード装置等と称してもよい。当該光ノード装置が複数、光ファイバで接続されることで、波長多重・空間多重（ＷＳＤＭ）光ネットワークを実現できる。

図９に示すように、光ノード装置１００は、入力側と出力側のそれぞれに、接続されるＳＤＭファイバ数分のＷＳＳ（波長選択スイッチ）が備えられる。例えば、入力ＳＤＭファイバ数、出力ＳＤＭファイバ数がそれぞれ４であるとすると、４つのＷＳＳが入力側に備えられ、４つのＷＳＳが出力側に備えられる。また、この場合、入力側の各ＷＳＳは、４つの出力ポートを有し、各出力ポートは、出力側の１つのＷＳＳとファイバ等で接続される。

図９に示すように、ＷＳＳ１０１の各出力ポートは、１つの出力側のＷＳＳに接続される。つまり、ＷＳＳ１０１は、ＷＳＳ１０５〜１０８と接続される。図示を省略しているが、ＷＳＳ１０２、１０３、１０４についても同様である。

なお、図９の構成において、入力側のＷＳＳ１０１〜１０４は、ＳＤＭファイバからの光信号パワーを出力側ＷＳＳの数Ｎ（この場合はＮ＝４）に分割する１対Ｎ光スプリッタに置き換えてもよい。同様に、図９の構成において、出力側ＷＳＳ１０５〜１０８は、Ｎ本のＳＤＭファイバを１本のＳＤＭファイバにパワー結合するＮ対１光カップラに置き換えてもよい。

光ノード装置１００に用いられるＳＤＭファイバの種類には限定はなく、図１に示したいずれのＳＤＭファイバでも使用することができる。

以下では、ＷＳＳの詳細構成について、実施例１、実施例２として説明する。

（実施例１）
図１０は、本実施の形態における光ノード装置１００を構成する実施例１のＷＳＳの構成図である。なお、以下では、入力側のＷＳＳについて説明するが、出力側のＷＳＳも同じ構成で実現できる。出力側のＷＳＳに関しては、以下で説明する光信号の接続動作を逆向きにしたものに相当する。

ここで、ＷＳＳは、回折格子によって波長分離される波長面と、ポートが配列するスイッチ面からなるが、本実施の形態におけるＷＳＳは、スイッチ面に特徴があり、波長面については既存技術を使用することができるため、ＷＳＳの構成図としてスイッチ面の構成図を示している。参考として、既存のＷＳＳにおける波長面とスイッチ面の両方を示した構成を図１１に示す（非特許文献７）。本実施の形態におけるＷＳＳは、波長面の構成として、例えば、図１１に示す構成をとることができる。

図１０に示す実施例１のＷＳＳは、非結合型マルチコアファイバ（ＵＣ−ＭＣＦ）用のＷＳＳである。実施例１では、当該非結合型マルチコアファイバ（以下、ファイバと称する）は、コア数が４であり、各コアは単一空間モードで光信号を伝搬する。以下、「空間モード」を「モード」と称する。

図１０に示すように、ＷＳＳの入力側に接続されるファイバがファイバＣＯＭとして示され、ＷＳＳの出力側に接続される４つのファイバが、ファイバＡ、ファイバＢ、ファイバＣ、ファイバＤとして示されている。

当該ＷＳＳは、接続部５０、位置‐角度変換部２０、ポート選択レンズ３０、ＬＣＯＳ４０を有する。

接続部５０は、各ファイバの各コアを単一モードファイバに接続するデバイスである。各コアに対応する単一モードファイバは、位置‐角度変換部２０に接続される。当該デバイスにより、ファイバＣＯＭの各コアから出力される光信号は、対応する単一モードファイバにより、位置‐角度変換部２０に入力される。位置‐角度変換部２０からファイバ側に出力される光信号は、ファイバＡ〜Ｄの各コアに対応する単一モードファイバにより、ファイバＡ〜Ｄの各コアに入力される。

図１０に示す例では、位置‐角度変換部２０は光導波路（PLC：planar lightwave circuit）により集積化されたデバイスである。より詳細には、位置‐角度変換部２０は、各ファイバに対応する部位を有する。図１０の例では、ファイバＣＯＭ、Ａ〜Ｄに対応する位置‐角度変換部２０における部位にそれぞれＣＯＭ、Ａ〜Ｄの文字が記載されている。以下、例えば、ファイバＣＯＭに対応する位置‐角度変換部２０の部位に言及する場合には、位置‐角度変換部２０ＣＯＭ（あるいは、単に２０ＣＯＭ）のように記述する場合がある。ファイバＡ〜Ｄについても同様である。

位置‐角度変換部２０ＣＯＭは、ファイバＣＯＭのコア毎に位置の異なる入力ポートを備え、各コアに対応する単一モードファイバから入力された光信号を、当該入力ポートの位置に対応する角度（方向）でＬＣＯＳ側に出力するように構成されている。

上記の「位置」は、図１０の上下方向の一次元的な位置である。図１０の例では、ファイバＣＯＭのコア数（４）に対応する４つの入力ポートが並んでいる。例えば、最も上にあるポートから下に向けて、入力ポート１、入力ポート２、入力ポート３、入力ポート４のように番号付けすると、入力ポート１に入力された光信号（ａで示される光信号）は、２０ＣＯＭにおける入力ポート１の位置に対応する角度で出力され、入力ポート２に入力された光信号（ｂで示される光信号）は、入力ポート２の位置に対応する角度で出力される。入力ポート３、入力ポート４についても同様である。

位置‐角度変換部２０Ａ〜Ｄについても、入力／出力が逆になるだけで、位置‐角度変換部２０ＣＯＭと同様の機能を有する。

上記の「角度」に関しては、例えば、２０ＣＯＭの入力ポート１に入力される、ａで示される光信号は、ポート選択レンズ３０により、ＬＣＯＳ４０のａで示す部分に集光されるように、出力される角度が設定されている。ｂ、ｃ、ｄで示される光信号についても同様である。

また、例えば、位置‐角度変換部２０Ａに関して、ＬＣＯＳ４０のａの部分から反射された光信号が、ポート選択レンズ３０を介して位置‐角度変換部２０Ａに入力された場合、当該入力の角度に対応する出力ポートから光信号が出力され、出力ポートに接続されている単一モードファイバを経由して対応するコア（ファイバＡのコアａ）に光信号が入力される。ＬＣＯＳ４０ｂ、ｃ、ｄの部分から反射された光についても同様である。位置‐角度変換部２０Ｂ、Ｃ、Ｄに関しても同様である。

ポート選択レンズは、位置‐角度変換部２０から出力された光信号をＬＣＯＳ４０上に集光するデバイスである。

LCOS（Liquid CrystalOn Silicon: 駆動IC集積型液晶素子）４０は、非常に多数の微細ピクセルを持つ光位相変調器であり、２次元のデバイスである。位相変調により、ＬＣＯＳ４０からの反射光を傾けることができる。本実施の形態におけるＬＣＯＳ４０は、図１０の紙面の上下方向（位置‐角度変換部２０におけるポートが並ぶ方向）に領域を分割している。

図１２に、光が入射される方向から見た場合のＬＣＯＳの領域の分割イメージを示す。また、図１２では、便宜上、図１１で示した構成に対応したｘ軸、ｙ軸が示されている。つまり、ｙ軸方向は、波長により位置が変化する方向であり、ｘ軸方向は、位置‐角度変換部２０におけるポートに応じて位置が変化する方向である。

実施例１では、ＬＣＯＳ４０の各領域が各コアに対応している。また、各コアは単一モードであり、各ファイバのモード数は、各ファイバのコア数になる。例えば、図１０の例において、各ファイバにおけるコアをコア１、コア２、コア３、コア４とし、それぞれに対応するモードをモード１、モード２、モード３、モード４とすると、ＬＣＯＳ４０における領域ａは、コア１に対応するとともにモード１に対応し、領域ｂは、コア２に対応するとともにモード２に対応する。領域ｃ、ｄについても同様である。

前述したように、位置‐角度変換部２０ＣＯＭにおける入力ポート１に入力され、位置‐角度変換部２０ＣＯＭから出力された光信号ａは、ポート選択レンズ３０を介してＬＣＯＳ４０の領域ａに集光される。そして、例えば、光信号ａが、ファイバＢに接続されるように方路選択がなされているとすると、ＬＣＯＳ４０の領域ａから反射された光信号ａが位置‐角度変換部２０Ｂに入力されるように、ＬＣＯＳ４０の領域ａにおける反射角度が設定され、ＬＣＯＳ４０の領域ａから反射された光信号ａが位置‐角度変換部２０Ｂに入力される。ファイバＡ、Ｃ，Ｄに接続したい場合でも同様に、領域ａにおける反射角度を設定すればよい。また、上記の動作は、領域ｂ、ｃ、ｄに関しても同様である。

図１３は、実施例１のＷＳＳの動作をより分かり易く示すために、図１０における光信号ａに関わる経路のみを示した図である。図１３に示すように、位置‐角度変換部２０ＣＯＭの入力ポート１（最も上にあるポート）に入力された光信号ａは、ＬＣＯＳ４０の領域ａに集光され、方路選択の設定に応じて、ファイバＡ〜Ｄのいずれかのファイバにおける、光信号ａのモードに対応するコアに接続される。

図１４、図１５は、位置‐角度変換部２０の例を示す図である。図１４は、前述したように、位置‐角度変換部２０を光導波路（ＰＣＬ）で実現する例を示す。

位置‐角度変換部２０は、光導波路以外のデバイスでも実現でき、その例を図１５に示している。図１５に示すように、位置‐角度変換部２０は、光ファイバと凸レンズからなる空間光学系により実現することも可能である。

（実施例２）
図１６は、本実施の形態における光ノード装置１００を構成する実施例２のＷＳＳの構成図である。なお、以下では、入力側のＷＳＳについて説明するが、出力側のＷＳＳも同じ構成で実現できる。出力側のＷＳＳに関しては、以下で説明する光信号の接続動作を逆向きにしたものに相当する。実施例１と同様に、図１６は、ＷＳＳにおけるスイッチ面のみを示している。波長面については、実施例１と同様に図１１における波長面の構成と同様の構成とすることができる。実施例２におけるＷＳＳの基本的な構成は、実施例１におけるＷＳＳの構成と同様である。

図１６に示す実施例２のＷＳＳは、各コアが複数モードを伝搬する複数のコアを有するファイバに使用されるＷＳＳである。このファイバは、ＣＣ−ＭＣＦであってもよいし、ＦＭ−ＭＣＦであってもよいし、ＧＣＣ−ＭＣＦであってもよい。以下では、各ファイバが伝搬するモードの総数をｍとし、各ファイバのコア数をｎとする。図１６に示す例では、各ファイバのコア数ｎ＝４であり、各ファイバが伝搬するモードの総数ｍ＝１２であり、１つのコアが伝搬するモード数がｍ／ｎ＝３である。なお、実施例１は、実施例２におけるｎ＝４、ｍ＝４（コア当たり１モード）のケースと考えることができる。

また、実施例１と同様に、ＷＳＳの入力側に接続されるファイバがファイバＣＯＭとして示され、ＷＳＳの出力側に接続される４つのファイバが、ファイバＡ、ファイバＢ、ファイバＣ、ファイバＤとして示されている。

図１６に示すように、当該ＷＳＳは、接続部５５、位置‐角度変換部２５、ポート選択レンズ３０、ＬＣＯＳ４０を有する。

接続部５５は、コア毎に備えられ、各ファイバの各コアを、コアのモード数分の単一モードファイバに接続するデバイスである。また、接続部５５は、コアから出力される複数モードが混在する光信号を空間サンプリングして、モード数分の単一モードの光信号に振り分けて、モードに対応する単一モードファイバに入力する。逆方向においては、逆の処理がなされる。

図１６の例では、接続部５５は、各ファイバの各コアを、３本の単一モードファイバに接続する。各コアの各単一モードファイバは、位置‐角度変換部２５の各ポートと接続される。基本的には、実施例１の場合と同様に、各コアの各単一モードファイバは、コアが属するファイバに対応する、位置‐角度変換部２５における部位に接続される。ただし、本実施の形態は、当該部位は、更に各モードに対応する部位に分かれている。

例えば、図１６のファイバＣＯＭの上から２番目のコア（コアｂと記述する）に対応する接続部５５を接続部５５ｂと表記し（図１６では、該当する接続部５５の中にｂが記載されている）、当該コアを伝搬する３モードを、１番目をモード１ｂ、２番目をモード２ｂ、３番目をモード３ｂと表記すると（図１６では、１、２、３で示されている）、接続部５５ｂに接続される、モード１ｂに対応する単一モードファイバは、位置‐角度変換部２５におけるファイバＣＯＭの１番目のモードに対応する部位（ＣＯＭ１と表記されている部位）の２番目のポート（コアｂに対応するポート）に接続される。

同様に、例えば、接続部５５ｃに接続される、モード３ｃに対応する単一モードファイバは、位置‐角度変換部２５における、ファイバＣＯＭの３番目のモードに対応する部位（ＣＯＭ３と表記されている部位）の３番目のポート（コアｃに対応するポート）に接続される。

他のファイバ／ポート／モードについても同様である。また、ファイバＡ〜Ｄについても同様の接続構成である。例えば、位置‐角度変換部２５のＡ３（ファイバＡの各コアの３番目のモードに対応）で示される部位の上から２番目のポートは、ファイバＡの上から２番目の接続部５５に接続される。

位置‐角度変換部２５は、実施例１と同様に、光導波路（PLC：planar lightwave circuit）により集積化されたデバイスである。より詳細には、上述したように、位置‐角度変換部２５は、各ファイバの各モードに対応する部位を有する。

図１６において、ファイバＣＯＭ、Ａ〜Ｄに対応する位置‐角度変換部２５における部位にそれぞれＣＯＭ、Ａ〜Ｄの文字が記載されており、更に、対応するモードの番号（各コア中の何番目のモードか、を表す番号）が記載されている。例えば、既に説明したように、位置‐角度変換部２５のＡ３は、ファイバＡの各コアの３番目のモードに対応する。

また、例えば、位置‐角度変換部２５のＣＯＭ２は、ファイバＣＯＭの各コアの２番目のモードの単一モードファイバに接続され、コア毎に位置の異なる入力ポートを備え、各コアに対応する単一モードファイバから入力された光信号を、当該入力ポートの位置に対応する角度（方向）で出力するように構成されている。実施例１と同様に、上記の「位置」は、図１６の上下方向の一次元的な位置である。図１６の例では、ファイバＣＯＭのコア数（４）に対応する４つの入力ポートが並んでいる。

上記の「角度」に関して、例えば、ＣＯＭ２の入力ポート２に入力される光信号（ファイバＣＯＭの接続部５５ｂ（コアｂ）から出力される２番目のモード）は、ＣＯＭ２から出力されると、ポート選択レンズ３０により、ＬＣＯＳ４０のｂで示す部分（コアｂに対応）に集光されるように、出力される角度が設定されている。他のファイバ／コア／モードについても同様である。

また、例えば、位置‐角度変換部２５Ａ２に関して、ＬＣＯＳ４０のｂの部分から反射された光信号が、ポート選択レンズ３０を介して位置‐角度変換部２０Ａ２に入力された場合、当該入力の角度に対応する出力ポート（上から２番目のポート）から光信号が出力され、出力ポートに接続されている単一モードファイバを経由して対応するコア（ファイバＡのコアｂ）に光信号が入力される。ＬＣＯＳ４０のａ、ｃ、ｄの部分から反射された光についても同様である。位置‐角度変換部２０Ｂ、Ｃ、Ｄに関しても同様である。

ポート選択レンズ３０は、位置‐角度変換部２０から出力された光信号をＬＣＯＳ４０上に集光するデバイスである。

実施例１と同様に、ＬＣＯＳ４０は、図１６の紙面の上下方向（位置‐角度変換部２０におけるポートが並ぶ方向）に領域を分割している。光が入射される方向から見た場合のＬＣＯＳの領域の分割イメージは図１２に示したとおりである。

実施例２でも、各領域が各コアに対応している。ただし、各コアは複数モードであり、各領域は、該当コアの複数モードの光信号を受信し、各モードの光信号を方路選択で選択したファイバにおける当該モードに対応する位置‐角度変換部２５の部位へ反射する（ポート選択レンズ３０を介して）。

例えば、ＬＣＯＳ４０の領域ｂにおいて、コアｂの３番目のモード（モード３ｂ）の光信号を受信し、それをファイバＡに接続する場合、領域ｂから反射された光信号は、位置‐角度変換部２０のＡ３に入力され、当該入力の角度に対応するポートである、上から２番目のポートから出力され、ファイバＡのコアｂに入力される。

図１６に示す構成により、図６を参照して説明したシャッフルが実現され、ＬＣＯＳ４０の反射角度を小さくすることを可能としている。また、反射の際の角度をコア毎に調整することで、結合率を調整し、パワー調整を行うことを可能としている。

図１７は、実施例２のＷＳＳの動作をより分かり易く示すために、図１６におけるファイバｃｏｍのコアｂ（接続部５５ｂに接続されるコア）から出力される光信号に関わる光信号の経路のみを示した図である。図１７に示すように、例えば、位置‐角度変換部２５のＣＯＭ１の入力ポート２（上から２番目のポート）に入力されたモード２ｂの光信号は、ＬＣＯＳ４０の領域ｂに集光され、方路選択の設定に応じて、ファイバＡ〜Ｄのいずれかのファイバにおける、コアｂ（各ファイバにおける上から２番目の接続部５５に接続されるコア）に接続される。

図１８は、コア数やモード数等の観点から実施例２の構成を説明するための図である。図１８に示すように、各ファイバのコア数がｎ、各ファイバが伝搬するモードの総数がｍである。この場合、１つの接続部５５は、ｍ／ｎ個のモードを出力（入力）する。また、全ファイバ数をＮとすると、接続部５５の数は全コア数となり、ｎＮとなる。また、位置―角度変換部２５の各部位（Ａ３、Ｂ３、...．．等）は、ｎ本の単一モードファイバによりファイバＡの各接続部５５と接続される。また、位置―角度変換部２５の部位全体の数はｍＮとなる。また、位置―角度変換部２５において、モード毎にＮ個の部位が備えられる。また、全モード数は、ｍ／ｎＮとなり、ＬＣＯＳ４０の領域数は、コア数ｎである。

（実施の形態のまとめ）
以上、説明したように、本実施の形態によれば、ＷＳＤＭ光ネットワークを構成する光ノード装置における波長選択スイッチであって、
位置角度変換部と、ポート選択レンズと、スイッチ素子とを含み、
前記位置角度変換部は、前記波長選択スイッチに接続されるＳＤＭファイバ毎に、当該ＳＤＭファイバのコア数分の入出力ポートを有する変換部位を備え、
前記変換部位は、前記ＳＤＭファイバの各コアに対応する位置に各入出力ポートを備えるとともに、入出力ポートの位置に対応した角度で、当該入出力ポートに入力された光信号を前記ポート選択レンズ側に出力する手段を備え、
前記スイッチ素子における光信号を反射する面は、前記ＳＤＭファイバのコア毎に分割された分割領域を有し、
入力ＳＤＭファイバに対応する変換部位のある入出力ポートに入力された光信号は、当該入出力ポートの位置に対応付けられたコアに対応する分割領域に集光され、当該分割領域から反射された光信号は、当該光信号が出力されるＳＤＭファイバに対応する変換部位に到達するように構成された波長選択スイッチが提供される。

また、本実施の形態によれば、ＷＳＤＭ光ネットワークを構成する光ノード装置における波長選択スイッチであって、
位置角度変換部と、ポート選択レンズと、スイッチ素子とを含み、
前記位置角度変換部は、前記波長選択スイッチに接続されるＳＤＭファイバ毎、及びＳＤＭファイバのコアを伝搬するモード毎に、当該ファイバのコア数分の入出力ポートを有する変換部位を備え、
前記変換部位は、前記ＳＤＭファイバの各コアに対応する位置に各入出力ポートを備えるとともに、入出力ポートの位置に対応した角度で、当該入出力ポートに入力された光信号を前記ポート選択レンズ側に出力する手段を備え、
前記スイッチ素子における光信号を反射する面は、前記ＳＤＭファイバのコア毎に分割された分割領域を有し、
入力ＳＤＭファイバのあるモードに対応する変換部位の、ある入出力ポートに入力された光信号は、当該入出力ポートの位置に対応付けられたコアに対応する分割領域に集光され、当該分割領域から反射された光信号は、当該光信号が出力されるＳＤＭファイバ及び前記モードに対応する変換部位に到達するように構成された波長選択スイッチが提供される。

また、本実施の形態によれば、上記の波長選択スイッチを入力側と出力側にそれぞれ備える光ノード装置が提供される。

実施例で説明したＬＣＯＳは、上記のスイッチ素子の例である。また、変換部位の上記手段は、既に説明したように、光導波路系で実現してもよいし、空間光学系で実現してもよい。

（実施の形態の効果）
以上、説明したように、本実施の形態によれば、より少ない数のＷＳＳでＷＤＳＭ光ノード装置を構築することができる。また、ＬＣＯＳにおける反射の際の角度をコア毎に調整することで、結合率を調整し、コア毎にパワー調整を行うことが可能なので、非結合型と結合型を組み合わせたファイバ（例：ＧＣＣ−ＭＣＦ）を使用する場合でも、ファイバ当たりのＷＳＳ数を１つとした光ノード装置を実現できる。

本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。

２０、２５ 位置−角度変換部
３０ ポート選択レンズ
４０ ＬＣＯＳ
５０、５５ 接続部
１００ 光ノード装置

Claims (3)

1. ＷＳＤＭ光ネットワークを構成する光ノード装置における波長選択スイッチであって、
   位置角度変換部と、ポート選択レンズと、スイッチ素子とを含み、
   前記位置角度変換部は、前記波長選択スイッチに接続されるＳＤＭファイバ毎に、当該ＳＤＭファイバのコア数分の入出力ポートを有する変換部位を備え、
   前記変換部位は、前記ＳＤＭファイバの各コアに対応する位置に各入出力ポートを備えるとともに、入出力ポートの位置に対応した角度で、当該入出力ポートに入力された光信号を前記ポート選択レンズ側に出力する手段を備え、
   前記スイッチ素子における光信号を反射する面は、前記ＳＤＭファイバのコア毎に分割された分割領域を有し、
   入力ＳＤＭファイバに対応する変換部位のある入出力ポートに入力された光信号は、当該入出力ポートの位置に対応付けられたコアに対応する分割領域に集光され、当該分割領域から反射された光信号は、当該光信号が出力されるＳＤＭファイバに対応する変換部位に到達するように構成される
   ことを特徴とする波長選択スイッチ。
2. ＷＳＤＭ光ネットワークを構成する光ノード装置における波長選択スイッチであって、
   位置角度変換部と、ポート選択レンズと、スイッチ素子とを含み、
   前記位置角度変換部は、前記波長選択スイッチに接続されるＳＤＭファイバ毎、及びＳＤＭファイバのコアを伝搬するモード毎に、当該ＳＤＭファイバのコア数分の入出力ポートを有する変換部位を備え、
   前記変換部位は、前記ＳＤＭファイバの各コアに対応する位置に各入出力ポートを備えるとともに、入出力ポートの位置に対応した角度で、当該入出力ポートに入力された光信号を前記ポート選択レンズ側に出力する手段を備え、
   前記スイッチ素子における光信号を反射する面は、前記ＳＤＭファイバのコア毎に分割された分割領域を有し、
   入力ＳＤＭファイバのあるモードに対応する変換部位の、ある入出力ポートに入力された光信号は、当該入出力ポートの位置に対応付けられたコアに対応する分割領域に集光され、当該分割領域から反射された光信号は、当該光信号が出力されるＳＤＭファイバ及び前記モードに対応する変換部位に到達するように構成される
   ことを特徴とする波長選択スイッチ。
3. 請求項１又は２に記載された波長選択スイッチを入力側と出力側にそれぞれ備えることを特徴とする光ノード装置。

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