JP5400004B2 - Optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit - Google Patents

Description

本発明は、光直交周波数分割多重信号分離回路に関し、具体的には、光直交周波数分割多重（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：Ｏｐｔｉｃａｌ ＯＦＤＭ、光ＯＦＤＭ）伝送用の多重信号分離回路に関する。   The present invention relates to an optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit, and more specifically, to an optical orthogonal frequency division multiplexing (Optical Orthogonal Division Multiplexing: Optical OFDM, optical OFDM) transmission multiple signal separation circuit.

光通信システムの帯域利用効率を向上させる手段として、光直交周波数分割多重伝送システムの研究開発が行われている。チャネル間を直交状態とし、多値ではない通常のＩＭ−ＤＤ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）バイナリ伝送（強度０、１のみをデータ信号として用いる伝送）の場合でも、通常の波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）伝送とは異なり、帯域利用効率ＢＥ＝１を実現可能である。帯域利用効率ＢＥは、チャネル間隔がΔｆ（Ｈｚ）、各チャネルのビットレートがＢＲ（ｂｉｔ／ｓ）の場合、ＢＲ／Δｆで定義される。   Research and development of an optical orthogonal frequency division multiplex transmission system has been conducted as means for improving the band utilization efficiency of an optical communication system. Even in the case of normal IM-DD (Intensity Modulation-Direct Detection) binary transmission (transmission using only intensity 0 and 1 as a data signal) that is not multi-level, the normal wavelength division multiplexing (Wavelength Division) Unlike the Multiplexing (WDM) transmission, it is possible to realize the band use efficiency BE = 1. The band utilization efficiency BE is defined as BR / Δf when the channel interval is Δf (Hz) and the bit rate of each channel is BR (bit / s).

図１に従来のＷＤＭシステムの構成図を示す（非特許文献１を参照）。等周波数間隔Δｆに配置された複数の光送信器１‐１、１‐２、・・・、１‐Ｊ（ただし、Ｊは２以上の整数）からの各データ信号を、アレイ導波路格子（Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ：ＡＷＧ）などの波長合波器２を用いて合波する。合波された信号は、光ファイバ３を介して伝送された後、ＡＷＧなどの波長分波器４により周波数毎に分波され、各光受信器５‐１、５‐２、・・・、５‐Ｊで受信される。   FIG. 1 shows a configuration diagram of a conventional WDM system (see Non-Patent Document 1). Each data signal from a plurality of optical transmitters 1-1, 1-2,..., 1-J (where J is an integer of 2 or more) arranged at an equal frequency interval Δf is converted into an arrayed waveguide grating ( Using a wavelength multiplexer 2 such as Arrayed-Waveguide Grating (AWG). The combined signal is transmitted through the optical fiber 3 and then demultiplexed for each frequency by a wavelength demultiplexer 4 such as an AWG, and each optical receiver 5-1, 5-2,. Received at 5-J.

光直交周波数分割多重伝送においては、多重信号を光領域で直接高速に分離するために、光離散フーリエ変換（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：光ＤＦＴ）あるいは光高速フーリエ変換（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：光ＦＦＴ）を実行可能な光素子が構成要素として必須である。   In optical orthogonal frequency division multiplexing transmission, an optical discrete Fourier transform (Optical DFT) or an optical Fast Fourier Transform (Optical FFT) is used to directly separate multiplexed signals at high speed in the optical domain. An optical element capable of performing the above is essential as a component.

図１１Ａに４入力４出力の光ＦＦＴ回路の構成例を示す（非特許文献２を参照）。斯かる光ＦＦＴ回路は、入力導波路７１、対称マッハツェンダ型干渉計７２、位相調節部７３、出力導波路７４から構成されている。   FIG. 11A shows a configuration example of a 4-input / 4-output optical FFT circuit (see Non-Patent Document 2). Such an optical FFT circuit includes an input waveguide 71, a symmetric Mach-Zehnder interferometer 72, a phase adjustment unit 73, and an output waveguide 74.

また一般に、２Ｕ入力２Ｕ出力（ただし、Ｕ＝２^Tであり、Ｔは１以上の整数である）の光ＦＦＴ回路は、Ｕ入力Ｕ出力の光ＦＦＴ回路を２個組み合わせて、図１１Ｂのように構成される。斯かる光ＦＦＴ回路は、入力導波路７５、Ｕ入力Ｕ出力光ＦＦＴ回路７６、Ｕ入力Ｕ出力光ＦＦＴ回路の出力導波路７７、対称マッハツェンダ型干渉計７８、出力導波路７９から構成されている。なお、図１１Ｂにおいて、位相調節部は省略した。 Further, in general, an optical FFT circuit of 2U input 2U output (where U = 2 ^T and T is an integer equal to or greater than 1) combines two optical FFT circuits of U input U output as shown in FIG. 11B. Configured. Such an optical FFT circuit includes an input waveguide 75, a U input U output optical FFT circuit 76, an output waveguide 77 of the U input U output optical FFT circuit, a symmetric Mach-Zehnder interferometer 78, and an output waveguide 79. . In FIG. 11B, the phase adjustment unit is omitted.

Ａ．Ｒ．Ｃｈｒａｐｌｙｖｙ ａｎｄ Ｒ．Ｗ．Ｔｋａｃｈ，“Ｔｅｒａｂｉｔ／ｓｅｃｏｎｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，”ＩＥＥＥＪ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ｖｏｌ．３４，ｎｏ．１１，ｐｐ．２１０３−２１０７，１９９８．A. R. Chraplyvy and R.C. W. Tkach, “Terbit / second Transmission Experiments,” IEEE J. Quantum Electron. , Vol. 34, no. 11, pp. 2103-2107, 1998. Ｋ．Ｔａｋｉｇｕｃｈｉ，Ｍ．Ｏｇｕｍａ，Ｈ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，ａｎｄ Ａ．Ｍｏｒｉ，“Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ−ｏｐｔｉｃ ｅｉｇｈｔ−ｃｈａｎｎｅｌ ＯＦＤＭ ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ １６０ Ｇｂｉｔ／ｓ ｓｉｇｎａｌ ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ，”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．４６，ｎｏ．８，ｐｐ．５７５−５７６，２０１０．K. Takiguchi, M .; Oguma, H .; Takahashi, and A.A. Mori, “Integrated-optic-eight-channel OFDM demultiplexer and its demonstration with 160 Gbit / s signal reception,” Electron. Lett. , Vol. 46, no. 8, pp. 575-576, 2010.

対称マッハツェンダ型干渉計を主要構成要素とするＵ入力Ｕ出力光ＦＦＴ回路においては、入出力チャネル数が２の整数のべき乗個に限定される。また、構成に必要な対称マッハツェンダ型干渉計数は、（Ｕ／２）ｌｏｇ₂Ｕ個となる。従って、Ｕの増加に伴い必要となる対称マッハツェンダ型干渉計の数の増加は著しく、光回路サイズの増大や調整箇所数が増加するという課題があった。 In a U-input U-output optical FFT circuit whose main component is a symmetric Mach-Zehnder interferometer, the number of input / output channels is limited to an integer power of two. In addition, the symmetrical Mach-Zehnder interference count necessary for the configuration is (U / 2) log ₂ U. Therefore, the increase in the number of symmetrical Mach-Zehnder interferometers required with an increase in U is remarkable, and there is a problem that the optical circuit size increases and the number of adjustment points increases.

本発明は、上記の従来技術に鑑みて成されたものであり、光離散フーリエ変換をスラブ型スターカプラで主に実現することにより、チャネル数Ｕが２の整数のべき乗個である必要はなく、チャネル数Ｕが増加しても光回路サイズを小型に保つことが可能な光直交周波数分割多重信号の分離回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described prior art, and by realizing optical discrete Fourier transform mainly with a slab type star coupler, the number of channels U need not be an integer power of 2. An object of the present invention is to provide an optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit capable of keeping the optical circuit size small even when the number of channels U increases.

本発明は、Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数）のサブキャリアを持つ光直交周波数分割多重信号を分離するための光直交周波数分割多重信号分離回路であって、光直交周波数分割多重信号分離回路は、導波路基板上の、入力導波路と、入力導波路に接続される光スプリッタと、光スプリッタに接続される遅延線導波路と、遅延線導波路に接続されるスラブ型スターカプラと、スラブ型スターカプラに接続される出力導波路とから構成され、入力光をＮ分岐する光スプリッタのＮ個の出力と、導波路長差が順次ΔＬ＝ｃＴ／Ｎ（ただし、ｃは導波路中の光速であり、Ｔは各サブキャリアのビット時間間隔）異なるＮ本の遅延線導波路の一端とがそれぞれ接続され、Ｎ本の遅延線導波路の他端と、Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラのＮ個の入力とが接続され、スラブ型スターカプラのＮ個の出力からＮ個のサブキャリア信号が分離、出力され、Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラにおいて、遅延線導波路のうち最長の導波路と接続されるスラブ型スターカプラの入力の番号ｎ _i を１、遅延線導波路のうち最短の導波路と接続されるスラブ型スターカプラの入力の番号ｎ _i をＮとし、スラブ型スターカプラの出力の番号ｎ _O を入力の番号とは逆順に付与し（ただし、ｎ _i 、ｎ _o は整数）、入力側スラブ面の中心をＯ ₁ 、出力側スラブ面の中心をＯ ₂ とした場合、中心位置入出力（（Ｎ＋１）／２）間の位相を基準とした入出力間の相対位相φ _no-ni が、φ _no-ni ＝（２π／Ｎ）｛ｎ _i −（Ｎ＋１）／２｝｛ｎ _o −（Ｎ＋１）／２｝となるように構造パラメータが設定されており、スラブ型スターカプラのＫ番目の入力に接続される導波路にξ _k ＝（Ｋ−１）（Ｎ＋１−２Ｑ）π／Ｎの位相オフセット（１≦Ｑ≦Ｎ）が付与されており、スラブ型スターカプラのＱ番目の出力から最低周波数のチャネル０のサブキャリア信号が出力されることを特徴とする（請求項１）。
本発明は、Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数）のサブキャリアを持つ光直交周波数分割多重信号を分離するための光直交周波数分割多重信号分離回路であって、光直交周波数分割多重信号分離回路は、導波路基板上の、入力導波路と、入力導波路に接続される光スプリッタと、光スプリッタに接続される遅延線導波路と、遅延線導波路に接続されるスラブ型スターカプラと、スラブ型スターカプラに接続される出力導波路とから構成され、入力光をＮ分岐する光スプリッタのＮ個の出力と、導波路長差が順次ΔＬ＝ｃＴ／Ｎ（ただし、ｃは導波路中の光速であり、Ｔは各サブキャリアのビット時間間隔）異なるＮ本の遅延線導波路の一端とがそれぞれ接続され、Ｎ本の遅延線導波路の他端と、Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラのＮ個の入力とが接続され、スラブ型スターカプラのＮ個の出力からＮ個のサブキャリア信号が分離、出力され、Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラにおいて、遅延線導波路のうち最長の導波路と接続されるスラブ型スターカプラの入力の番号ｎ _i を１、遅延線導波路のうち最短の導波路と接続されるスラブ型スターカプラの入力の番号ｎ _i をＮとし、スラブ型スターカプラの出力の番号ｎ _O を入力の番号とは逆順に付与し（ただし、ｎ _i 、ｎ _o は整数）、入力側スラブ面の中心をＯ ₁ 、出力側スラブ面の中心をＯ ₂ とした場合、中心位置入出力（（Ｎ＋１）／２）間の位相を基準とした入出力間の相対位相φ _no-ni が、φ _no-ni ＝（２π／Ｎ）｛ｎ _i −（Ｎ＋１）／２｝｛ｎ _o −（Ｎ＋１）／２｝となるように構造パラメータが設定されたことを特徴とする（請求項２）。 The present invention is an optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit for separating an optical orthogonal frequency division multiplexing signal having N (where N is an integer of 2 or more) subcarriers, and an optical orthogonal frequency division multiplexing signal. The separation circuit includes an input waveguide on the waveguide substrate, an optical splitter connected to the input waveguide, a delay line waveguide connected to the optical splitter, and a slab type star coupler connected to the delay line waveguide And an output waveguide connected to the slab type star coupler, and the N outputs of the optical splitter for branching the input light into N and the waveguide length difference are sequentially ΔL = cT / N (where c is a guide) The speed of light in the waveguide, where T is the bit time interval of each subcarrier) one end of N delay line waveguides that are different from each other, and the other end of the N delay line waveguides and N input N output N pieces of slab type star coupler : It is connected, connect the N sub-carrier signals from the N outputs of the slab-type star coupler separated is output, the slab star coupler N input N output, the longest waveguide of the delay line waveguides the number n _i of the input slab star coupler to be 1, the number n _i of the input slab star coupler to be connected to the shortest waveguide of the delay line waveguides is n, the output of the slab star coupler When the number n _O is assigned in the reverse order of the input number (where n _i and n _o are integers), the center of the input slab surface is O ₁ and the center of the output slab surface is O ₂ , the center position The relative phase φ _no-ni between input and output with reference to the phase between input and output ((N + 1) / 2) is φ _no-ni = (2π / N) {n _i − (N + 1) / 2} {n _{o - (N + 1) /} 2} and is the structural parameters are set so that, slab Star The waveguides connected to the K-th input of the coupler _{ξ k = (K-1)} (N + 1-2Q) π / N of the phase offset (1 ≦ Q ≦ N) are applied, the slab type star coupler sub-carrier signals of channel 0 of the lowest frequency from the Q-th output is characterized Rukoto output (claim 1).
The present invention is an optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit for separating an optical orthogonal frequency division multiplexing signal having N (where N is an integer of 2 or more) subcarriers, and an optical orthogonal frequency division multiplexing signal. The separation circuit includes an input waveguide on the waveguide substrate, an optical splitter connected to the input waveguide, a delay line waveguide connected to the optical splitter, and a slab type star coupler connected to the delay line waveguide And an output waveguide connected to the slab type star coupler, and the N outputs of the optical splitter for branching the input light into N and the waveguide length difference are sequentially ΔL = cT / N (where c is a guide) The speed of light in the waveguide, where T is the bit time interval of each subcarrier) one end of N delay line waveguides that are different from each other, and the other end of the N delay line waveguides and N input N output N pieces of slab type star coupler And N subcarrier signals are separated and output from N outputs of the slab type star coupler and connected to the longest waveguide among the delay line waveguides in the N input N output slab type star coupler. the number n _i of the input slab star coupler to be 1, the number n _i of the input slab star coupler to be connected to the shortest waveguide of the delay line waveguides is n, the output of the slab star coupler When the number n _O is assigned in the reverse order of the input number (where n _i and n _o are integers), the center of the input slab surface is O ₁ and the center of the output slab surface is O ₂ , the center position The relative phase φ _no-ni between input and output with reference to the phase between input and output ((N + 1) / 2) is φ _no-ni = (2π / N) {n _i − (N + 1) / 2} {n _{o - (N + 1) /} 2 structural parameters such that} is characterized in that it is set ( Motomeko 2).

本発明の請求項１又は２の一実施形態において、光スプリッタは、２⁰、２¹、・・・、２^S個（ただし、Ｓはｌｏｇ₂Ｎ−１以上で最小の整数）ずつ並列配置したＹ分岐導波路を順次縦続接続し、右端の２^S+1個の導波路のうちＮ個の導波路を出力とするものであることを特徴とする（請求項３）。 In one embodiment of claim 1 or 2 of the present invention, an optical splitter, 2 ^0, 2 ^1, · · ·, 2 ^S number (where, S is the smallest integer log ₂ N-1 or more) by a parallel arrangement The Y branch waveguides are connected in cascade, and N waveguides are output from the 2 ^{S + 1} waveguides at the right end (claim 3 ).

本発明の請求項１又は２の一実施形態において、光スプリッタは、２⁰、２¹、・・・、２^S個（ただし、Ｓはｌｏｇ₂Ｎ−１以上で最小の整数）ずつ並列配置した２入力２出力方向性結合器を順次縦続接続し、右端の２^S+1個の導波路のうちＮ個の導波路を出力とするものであることを特徴とする（請求項４）。 In one embodiment of claim 1 or 2 of the present invention, an optical splitter, 2 ^0, 2 ^1, · · ·, 2 ^S number (where, S is the smallest integer log ₂ N-1 or more) by a parallel arrangement The two-input two-output directional couplers are connected in cascade, and N waveguides out of the 2 ^{S + 1} waveguides at the right end are output (claim 4 ).

本発明の請求項１又は２の一実施形態において、光スプリッタは、Ｎ出力の多モード干渉型カプラであることを特徴とする（請求項５）。 In one embodiment of claim 1 or 2 of the present invention, an optical splitter, characterized in that it is a multimode interference coupler of N output (claim 5).

本発明の請求項１又は２の一実施形態において、光スプリッタは、第２のＮ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラであることを特徴とする（請求項６）。 In one embodiment of claim 1 or 2 of the present invention, an optical splitter, characterized in that it is a second slab star coupler N input N output (claim 6).

本発明の請求項１乃至６の一実施形態において、出力されるサブキャリア信号の各々において、回路への入力信号中同一の時間長Ｔのタイムスロットから生成され時間的に重なった時間長Ｔ／Ｎの部分のみを時間Ｔ毎に周期的に取り出すＮ個の時間ゲート素子が、出力導波路に接続されることを特徴とする（請求項７）。 In one embodiment of the claims 1 to 6 of the present invention, in each of the sub-carrier signal output is produced from the time slot temporally overlapping time length of the input signal during the same time length T of the circuit T / N time gate elements that periodically extract only the N portion at every time T are connected to the output waveguide (claim 7 ).

本発明においては、光離散フーリエ変換をスラブ型スターカプラで主に実現する。これにより、任意のチャネル数で動作し、チャネル数が増加しても光回路サイズを小型に保つことが可能な光直交周波数分割多重信号の分離回路を実現することができる。   In the present invention, the optical discrete Fourier transform is mainly realized by a slab type star coupler. As a result, it is possible to realize an optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit that operates with an arbitrary number of channels and can keep the optical circuit size small even when the number of channels increases.

従来の波長分割多重伝送システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional wavelength division multiplex transmission system. 光直交周波数分割多重伝送システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of an optical orthogonal frequency division multiplexing transmission system. 光直交周波数分割多重伝送信号のスペクトル形状を示す図である。It is a figure which shows the spectrum shape of an optical orthogonal frequency division multiplex transmission signal. 本発明の第１の実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路を示す図である。It is a figure which shows the optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit which concerns on the 1st Embodiment of this invention. スラブ型スターカプラの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a slab type star coupler. 本発明の第１の実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路における光パルスの様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the optical pulse in the optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 光スプリッタの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an optical splitter. 光スプリッタの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an optical splitter. 本発明の第２の実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路を示す図である。It is a figure which shows the optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態の光直交周波数分割多重信号分離回路の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit of the 1st Embodiment of this invention and 2nd Embodiment. 従来の光ＦＦＴ回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional optical FFT circuit.

光直交周波数分割多重伝送においては、多重信号を光領域で直接高速に分離するために、光離散フーリエ変換を実行可能な光素子が構成要素として必須である。   In optical orthogonal frequency division multiplexing transmission, an optical element capable of performing optical discrete Fourier transform is indispensable as a component in order to separate a multiplexed signal directly at high speed in the optical domain.

Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラは、構成パラメータを適切に設定することにより、入力からのＮ個の信号を光離散フーリエ変換したＮ個の信号を異なる位置に出力することができる。従って、Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラを使用すれば、Ｎ×Ｎの光離散フーリエ変換を１個の素子で実現することができるため、光スプリッタ、導波路アレイなどの構成要素を付加することによって光直交周波数分割多重信号を分離出力できる光回路を実現することができる。   The slab type star coupler with N inputs and N outputs can output N signals obtained by optical discrete Fourier transform of N signals from the inputs to different positions by appropriately setting the configuration parameters. Therefore, if a slab type star coupler with N inputs and N outputs is used, an N × N optical discrete Fourier transform can be realized with one element, so that components such as an optical splitter and a waveguide array are added. Thus, an optical circuit capable of separating and outputting optical orthogonal frequency division multiplexed signals can be realized.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、光直交周波数分割多重伝送の概要を説明する。   First, an outline of optical orthogonal frequency division multiplexing transmission will be described.

図２に、光直交周波数分割多重伝送システムの構成図を示す。基準搬送波光周波数をｆ₀、第ｎチャネルと第ｎ＋１チャネルとの間の光周波数間隔をΔｆ_n（ただし、ｎ＝０、１、・・・、Ｎ‐１であり、Ｎは２以上の整数である）、各サブキャリアのビット時間間隔をＴ、各サブキャリア用のデータ信号をｄ_n（ｔ）（ただし、ｔは時間である）と定義する。なお、Δｆ_n＝ｋ_n／Ｔ（ただし、ｋ_nは１以上の整数である）である。送信側では、Ｎ個の光源１０‐０、１０‐１、・・・、１０‐（Ｎ−１）からの光をｄ_n（ｔ）で駆動された変調器１１‐０、１１‐１、・・・、１１‐（Ｎ−１）を用いて変調している。ｄ_n（ｔ）間の同期を保ちながら、光強度合流器１２を用いて光送信側の各光信号を合流した光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）は、以下の（式１）で表される。 FIG. 2 shows a configuration diagram of an optical orthogonal frequency division multiplexing transmission system. The reference carrier optical frequency is f ₀ , and the optical frequency interval between the nth channel and the (n + 1) th channel is Δf _n (where n = 0, 1,..., N−1, where N is an integer of 2 or more) The bit time interval of each subcarrier is defined as T, and the data signal for each subcarrier is defined as d _n (t) (where t is time). Incidentally, a Δf _n = k _n / T (provided that, k _n is an integer of 1 or more). On the transmitting side, light from N light sources 10-0, 10-1,..., 10- (N−1) is modulated by modulators 11-0, 11-1, driven by d _n (t), .., 11- (N-1) is used for modulation. The optical orthogonal frequency division multiplexed signal S (t) obtained by combining the optical signals on the optical transmission side using the optical intensity combiner 12 while maintaining synchronization between d _n (t) is expressed by the following (Equation 1). Is done.

ただし、ｊは虚数単位であり、Δｆ_-1＝０、である。各サブキャリアの変調信号Ｓ_n（ｔ）は、 However, j is an imaginary unit, and Δf ₋₁ = 0. The modulation signal S _n (t) of each subcarrier is

と表され、隣接するサブキャリアである、Ｓ_n（ｔ）とＳ_n+1（ｔ）との間の相互相関関数Ｅ［Ｓ_n（ｔ）Ｓ_n+1（ｔ）］は、 The cross-correlation function E [S _n (t) S _{n + 1} (t)] between S _n (t) and S _{n + 1} (t), which are adjacent subcarriers, is

となるため、隣接するサブキャリア同士は直交していることがわかる。全てのｎに対してｋ_n＝１の場合、隣接チャネルが直交する最小の周波数間隔が得られ、帯域利用効率ＢＥ＝１を実現することができる。このときの各サブキャリアのスペクトル形状を図３に示す（Ｎ＝５の場合）。ある１つのサブキャリアの周波数成分は、他のサブキャリアの中心周波数の位置では０となり、影響を及ぼさない。以下の実施形態の説明においては、簡単のため、ｋ_n＝１の場合の議論を進める。この場合、Ｓ（ｇΔｔ）の複素包絡線は以下の（式３）で表される。 Therefore, it can be seen that adjacent subcarriers are orthogonal to each other. When k _n = 1 for all n, the minimum frequency interval in which adjacent channels are orthogonal to each other is obtained, and the band use efficiency BE = 1 can be realized. The spectrum shape of each subcarrier at this time is shown in FIG. 3 (when N = 5). The frequency component of one subcarrier is 0 at the position of the center frequency of another subcarrier and has no effect. In the following description of the embodiment, for the sake of simplicity, the discussion in the case of k _n = 1 is advanced. In this case, the complex envelope of S (gΔt) is expressed by the following (Equation 3).

ただし、ｇ＝０、１、・・・、Ｎ−１であり、Δｔ＝Ｔ／Ｎである。従ってＳは、ｄ_nの逆離散フーリエ変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＩＤＦＴ）となる。光信号Ｓは光ファイバ１３を通過し、光離散フーリエ変換素子１４を通過した後、元のｄ_nに復調され、各光受信器１５‐０、１５‐１、・・・、１５‐（Ｎ−１）に入射される。光離散フーリエ変換素子１４では、以下の（式４）で表される処理が行われる。 However, g = 0, 1,..., N−1 and Δt = T / N. Thus S is the inverse discrete Fourier transform of _{d n (Inverse Discrete Fourier Transform:} IDFT) become. The optical signal S passes through the optical fiber 13, passes through the optical discrete Fourier transform element 14, is demodulated to the original d _n , and is received by the optical receivers 15-0, 15-1,. -1). In the optical discrete Fourier transform element 14, processing represented by the following (Equation 4) is performed.

（式３）及び（式４）は、ｋ_n≧１となる場合でも対応する離散変換の式が存在するので、ｋ_n＝１の場合と同様な議論ができることに留意されたい。 It should be noted that (Equation 3) and (Equation 4) can be discussed similarly to the case of k _n = 1 because there is a corresponding discrete transformation equation even when k _n ≧ 1.

ｄ_nが２値信号、ｋ_n＝１の場合、光直交周波数分割多重を用いることによって、各サブキャリアのビットレートは１／Ｔで、総計Ｎ／Ｔのビットレートを実現することができる。すなわちサブキャリア毎に、タイムスロットＴ毎の低速での処理を行えばよい。時間分割多重（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＴＤＭ）方式においてビットレートＮ／Ｔを実現する場合、短光パルスを用いた時間多重分離処理（タイムスロットＴ／Ｎ毎の高速時間多重分離処理）が必要となり、処理装置の負担が大きくなる。また光ファイバ伝送路における波長分散による波形劣化の影響はビットレートの２乗に比例して大きくなり、偏波分散による波形劣化の影響はビットレートの１乗に比例して大きくなる。従って、光直交周波数分割多重信号は、総ビットレートが等しい時間分割多重信号よりも、波長分散の影響は１／Ｎ²小さくなり、偏波分散の影響は１／Ｎ小さくなる。 When d _n is a binary signal and k _n = 1, by using optical orthogonal frequency division multiplexing, the bit rate of each subcarrier is 1 / T, and a total bit rate of N / T can be realized. That is, low-speed processing for each time slot T may be performed for each subcarrier. In order to realize the bit rate N / T in the time division multiplexing (Time Division Multiplexing: TDM) system, time demultiplexing processing using a short optical pulse (high-speed time demultiplexing processing for each time slot T / N) is required. The burden on the processing apparatus increases. In addition, the influence of waveform deterioration due to chromatic dispersion in the optical fiber transmission line increases in proportion to the square of the bit rate, and the influence of waveform deterioration due to polarization dispersion increases in proportion to the first power of the bit rate. Accordingly, the optical orthogonal frequency division multiplexing signal has a smaller chromatic dispersion effect by 1 / N ² and a polarization dispersion effect by 1 / N than a time division multiplexed signal having the same total bit rate.

図４に、本発明の第１の実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路の構成例を示す。本実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路は、導波路基板２７上の、入力導波路（光スプリッタ２１の入力ポート）２０、光スプリッタ２１、導波路（光スプリッタ２１の出力ポート）２２‐Ｎ、・・・、２２‐Ｋ、・・・、２２‐１（ただし、Ｎは２以上の整数）、遅延線２３‐Ｎ、・・・、２３‐Ｋ、・・・、２３‐１、位相オフセット付与部２４‐Ｎ、・・・、２４‐Ｋ、・・・、２４‐１、スラブ型スターカプラ２５、出力導波路（スラブ型スターカプラ２５の出力ポート）２６‐１、・・・、２６‐Ｎから構成されている。   FIG. 4 shows a configuration example of the optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit according to the first embodiment of the present invention. The optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit according to this embodiment includes an input waveguide (an input port of the optical splitter 21) 20, an optical splitter 21, and a waveguide (an output port of the optical splitter 21) 22 on the waveguide substrate 27. -N, ..., 22-K, ..., 22-1 (where N is an integer equal to or greater than 2), delay line 23-N, ..., 23-K, ..., 23-1 , 24-K,..., 24-1, slab type star coupler 25, output waveguide (output port of slab type star coupler 25) 26-1,.・ It is composed of 26-N.

光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）から各サブキャリア信号ｄ_n（ｔ）を復調する際、（式４）で示す光離散フーリエ変換が必要となる。簡単のためＮ＝４の場合を考えると、（式４）は以下の（式５）で表される。 When demodulating each subcarrier signal d _n (t) from the optical orthogonal frequency division multiplexing signal S (t), the optical discrete Fourier transform shown in (Expression 4) is required. Considering the case of N = 4 for simplicity, (Equation 4) is expressed by the following (Equation 5).

ただし、 However,

である。 It is.

図４の光回路構成を用いることによって、（式５）の位相関係を実現できることを以下に示す。   It will be shown below that the phase relationship of (Equation 5) can be realized by using the optical circuit configuration of FIG.

まず、図５を用いてスラブ型スターカプラ２５の入出力間の位相関係を説明する。図５において、３０‐Ｎ、・・・、３０‐Ｋ、・・・、３０‐１（ただし、Ｎは２以上の整数）は入力ポート、３１はスラブ導波路、３２‐１、・・・、３２‐Ｐ、・・・、３２‐Ｎは出力ポートである。中心Ｏ₁から半径Ｌ_f上に出力側スラブ面が配置され、中心Ｏ₂から半径Ｌ_f上に入力側スラブ面が配置されている。通常、スラブ型スターカプラでは、Ｏ₁、Ｏ₂を結ぶ線に対し線対称の位置に入出力ポートは配置される。入力ポート３０‐Ｋ及び入力側スラブ面の交点と、出力ポート３２‐Ｐ及び出力側スラブ面の交点との距離（入出力ポート間距離）をＤとする。中心Ｏ₁、Ｏ₂間の距離Ｌ_fに対してＤを通過するときの光波の相対位相Δφは以下の（式６）で表される。 First, the phase relationship between the input and output of the slab type star coupler 25 will be described with reference to FIG. 5, 30-N,..., 30-K,..., 30-1 (where N is an integer of 2 or more) is an input port, 31 is a slab waveguide, 32-1,. , 32-P,..., 32-N are output ports. An output side slab surface is arranged on the radius L _f from the center O ₁ , and an input side slab surface is arranged on the radius L _f from the center O ₂ . Usually, in the slab type star coupler, the input / output ports are arranged at positions symmetrical with respect to the line connecting O ₁ and O ₂ . The distance (inter-input / output port distance) between the intersection of the input port 30-K and the input side slab surface and the intersection of the output port 32-P and the output side slab surface is D. The relative phase Δφ of the light wave when passing through D with respect to the distance L _f between the centers O ₁ and O ₂ is expressed by the following (formula 6).

ただし、ｎ_sはスラブ導波路の屈折率であり、λは光波の波長である。 Where _ns is the refractive index of the slab waveguide and λ is the wavelength of the light wave.

ここで、入力ポート、出力ポート番号を、それぞれｎ_i、ｎ_oとする。中心Ｏ₁、Ｏ₂間に対する、ｎ_i、ｎ_o間の光波の相対位相差をφ_no-niとしたとき、 Here, an input port, an output port number, respectively n _i, and n _o. For between the center O _1, O _2, when n _i, the relative phase difference of the light wave between n _o and the φ _no-ni,

となるように、（式６）のパラメータ値Ｌ_f、ｎ_s、θ₁、θ₂を設定する。 The parameter values L _f , n _s , θ ₁ , and θ ₂ of (Equation 6) are set so that

図４を再び参照すると、入力導波路２０から入射する光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）は、光スプリッタ２１によって各導波路２２‐Ｎ、・・・、２２‐１に等しい強度で分配される。分配信号間の位相は等しい。Ｓ（ｇΔｔ）の信号を同一タイムスロットとして（式４）の演算を実現するために、遅延線２３‐Ｋの２３‐Ｎに対する相対遅延長ΔＬ_kを、 Referring again to FIG. 4, the optical orthogonal frequency division multiplexed signal S (t) incident from the input waveguide 20 is distributed by the optical splitter 21 with the same intensity to each of the waveguides 22-N,. The The phase between the distribution signals is equal. In order to realize the calculation of (Equation 4) using the signal of S (gΔt) as the same time slot, the relative delay length ΔL _k of the delay line 23-K with respect to 23-N is

と設定する。ただし、ｃは導波路中の光速である。また、位相オフセット付与部２４‐Ｋの２４‐１に対する相対位相シフト量ξ_kを、 And set. Where c is the speed of light in the waveguide. Further, the relative phase shift amount ξ _k with respect to 24-1 of the phase offset applying unit 24-K is set as follows:

と設定する。ただし、１≦Ｑ≦Ｎ、である。位相オフセットは、導波路の長さの増減、熱光学効果、電気光学効果、紫外光トリミング、光弾性効果を用いるトリミングなどによる導波路屈折率の変化、などによって付与可能である。位相オフセット部を通り、スラブ型スターカプラ２５の入力ポートＫから出力ポートＰへ出射する光波の相対位相差 And set. However, 1 ≦ Q ≦ N. The phase offset can be applied by changing the waveguide refractive index due to increase / decrease of the length of the waveguide, thermo-optic effect, electro-optic effect, ultraviolet light trimming, trimming using photoelastic effect, and the like. Relative phase difference of light waves that pass through the phase offset portion and output from the input port K to the output port P of the slab type star coupler 25

は、（式７）、（式９）より、２πの整数倍の位相差を無視すると、以下の（式１０）で表される。 From (Equation 7) and (Equation 9), if a phase difference of an integral multiple of 2π is ignored, it is expressed by the following (Equation 10).

従って、スラブ型スターカプラ２５の隣りあう入力ポートＫ＋１、Ｋから出力ポートＰへ出射する光波の相対位相 Therefore, the relative phase of the light wave emitted from the adjacent input ports K + 1, K to the output port P of the slab type star coupler 25.

は以下の（式１１）で表される。 Is represented by the following (formula 11).

従って、全ての入力ポートから出力ポートＰへの光波の入射を考えると、図４の構成を用いることによって（式４）の関係が満たされ、直交周波数分割多重信号の各サブキャリア信号ｄ_nは出力導波路２６‐１、・・・、２６‐Ｎで分離出力される。出力ポートＱの信号はｄ₀（最低周波数のサブキャリア信号）となる。また、出力ポートＰの信号は、１≦Ｐ＜Ｑの場合、ｄ_P+N-Q+1となり、Ｑ≦Ｐ≦Ｎの場合、ｄ_P-Qとなる。なお、Ｑ＝（Ｎ＋１）／２の場合（出力ポートＱを出力ポートの中央位置に配置する場合）、（式９）よりξ_k＝０となるため、位相オフセット付与部２４は不要となる。図４に示すような回路の構成においては、小型かつ入出力ポート数によるサイズの変動が少ない特徴を有するスラブ型スターカプラ２５を光離散フーリエ変換の主要素子として用いるため、素子全体を小型化でき、光直交周波数分割多重信号数が増加してもサイズの変動が少ない。今回、入出力ポート数が４、８、１０のスラブ型スターカプラの設計・作成を比屈折率差１．５％の石英導波路を用いて行ったが、３種類ともＬ_f＝１．５ｍｍで所望の特性が得られ、スラブ導波路自体の大きさには全く変化がなかった。また、図１１に示した従来構成の場合、チャネル数が８のときの素子サイズは３３×７０ｍｍ²であったが（非特許文献２を参照）、本発明に係る図４に示す素子では、チャネル数が１０に増大しても素子サイズは２１×４６ｍｍ²と半分以下に低減された（両者ともに比屈折率差１．５％の石英導波路を用いた場合）。なお、出力導波路２６の各々の特性を理想値に近づけるために、導波路２２の途中にマッハツェンダ型干渉計などの可変光アッテネータを配置し、スラブ型スターカプラ２５に入射する各光強度を調節しても良い。 Therefore, considering the incidence of light waves from all input ports to the output port P, the relationship of (Equation 4) is satisfied by using the configuration of FIG. 4, and each subcarrier signal d _n of the orthogonal frequency division multiplexed signal is Output is separated by output waveguides 26-1,..., 26-N. The signal at the output port Q is d ₀ (subcarrier signal with the lowest frequency). The signal of the output port P is d _{P + N−Q + 1} when 1 ≦ P <Q, and d _PQ when Q ≦ P ≦ N. When Q = (N + 1) / 2 (when the output port Q is arranged at the center position of the output port), since ξ _k = 0 from (Equation 9), the phase offset adding unit 24 is not necessary. In the circuit configuration as shown in FIG. 4, since the slab type star coupler 25 having a small size and a small variation in size due to the number of input / output ports is used as a main element of the optical discrete Fourier transform, the entire element can be reduced in size. Even if the number of optical orthogonal frequency division multiplexing signals increases, the size variation is small. This time, slab type star couplers with 4, 8 and 10 input / output ports were designed and created using quartz waveguides with a relative refractive index difference of 1.5%. All three types have L _f = 1.5 mm. Thus, the desired characteristics were obtained, and the size of the slab waveguide itself did not change at all. In the case of the conventional configuration shown in FIG. 11, the element size when the number of channels is 8 was 33 × 70 mm ² (see Non-Patent Document 2). However, in the element shown in FIG. Even when the number of channels was increased to 10, the element size was reduced to 21 × 46 mm ^{2, which} is less than half (both using a quartz waveguide having a relative refractive index difference of 1.5%). In order to make each characteristic of the output waveguide 26 close to an ideal value, a variable optical attenuator such as a Mach-Zehnder interferometer is arranged in the middle of the waveguide 22 to adjust each light intensity incident on the slab type star coupler 25. You may do it.

図６は、本発明の第１の実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路における光パルスの様子を示す図である。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに、図４のＡ、Ｂ、Ｃで示した箇所における１タイムスロット分のみの光パルスの様子をそれぞれ示す。図６Ｃは、ｄ₁分離用の出力導波路における光パルスの様子である。横軸は時間ｔを表し、縦軸の光振幅の値は任意目盛りである。図６においても、簡単のため、Ｎ＝４の場合について説明する。図６Ａで示すような入力光パルスである光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）は、光スプリッタ２１でＮ分岐される。Ｎ分岐された信号は、遅延線２３において、図６Ｂで示すように、ｃΔｔずつ異なる遅延を与えられる。図６Ｃで示すように、位相オフセット付与部２４、スラブ型スターカプラ２５において、光離散フーリエ変換に相当する位相が、各光パルスに与えられて、各サブキャリア信号ｄ_n（ｔ）が分離出力される。各サブキャリア信号の直交性は同一タイムスロット内のみで成立するので、図６Ｃでは、一点鎖線で囲まれた部分のみが有効な分離出力部分となり、データ信号のアイパターンもこの部分のみで開く。さらに一点鎖線で囲まれた部分を時間ゲート素子によって切り出せば、ジッタに強いサブキャリア信号を得ることができる。時間ゲート素子としては、電界吸収（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ：ＥＡ）効果を用いる半導体素子、強誘電体材料若しくは半導体材料の電気光学効果を用いた干渉計型スイッチ、半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）、光信号の光電変換後の電気領域でのゲーティング、周期光パルスによる光ファイバ、強誘電体材料、又は半導体材料中における非線形光学効果などを用いることができるが、小型で導波路への集積化に適し、ゲート時間窓を短く設定することが可能な半導体ＥＡ素子が現状では最適であると考えられる。 FIG. 6 is a diagram illustrating a state of an optical pulse in the optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 6A, 6B, and 6C show states of optical pulses for only one time slot at the locations indicated by A, B, and C in FIG. 4, respectively. FIG. 6C shows a state of an optical pulse in the output waveguide for d ₁ separation. The horizontal axis represents time t, and the optical amplitude value on the vertical axis is an arbitrary scale. In FIG. 6, the case where N = 4 will be described for the sake of simplicity. An optical orthogonal frequency division multiplexed signal S (t) that is an input optical pulse as shown in FIG. 6A is N-branched by the optical splitter 21. The N-branched signal is given different delays by cΔt in the delay line 23 as shown in FIG. 6B. As shown in FIG. 6C, in the phase offset giving unit 24 and the slab type star coupler 25, a phase corresponding to the optical discrete Fourier transform is given to each optical pulse, and each subcarrier signal d _n (t) is separated and output. Is done. Since the orthogonality of each subcarrier signal is established only in the same time slot, in FIG. 6C, only the portion surrounded by the alternate long and short dash line is an effective separation output portion, and the eye pattern of the data signal is opened only in this portion. Furthermore, if the portion surrounded by the alternate long and short dash line is cut out by the time gate element, a subcarrier signal resistant to jitter can be obtained. As the time gate element, a semiconductor element using an electro-absorption (EA) effect, an interferometer type switch using an electro-optic effect of a ferroelectric material or a semiconductor material, or a semiconductor optical amplifier (SOA). , Gating in the electrical domain after photoelectric conversion of optical signals, nonlinear optical effects in optical fibers, ferroelectric materials, or semiconductor materials by periodic light pulses can be used, but they are compact and integrated into waveguides It is considered that a semiconductor EA element that is suitable for manufacturing and that can set a gate time window short is optimal at present.

図７に、図４の光スプリッタ２１の一例を示す。４０‐１、４０‐２、４０‐３はＹ分岐導波路である。図４の光スプリッタ２１は、２⁰、２¹、・・・、２^S個（ただし、Ｓはｌｏｇ₂Ｎ−１以上で最小の整数）ずつ並列配置したＹ分岐導波路を順次縦続接続するものであり、図７では簡単のためＳ＝１、Ｎ＝４の場合の例を示している。Ｎが２のべき乗以外の場合、出力のうち２^S+1−Ｎ個が無駄になるが、Ｙ分岐導波路は良好で安定な１：１の分岐比を実現できるため、光信号の等強度分配に適している。 FIG. 7 shows an example of the optical splitter 21 shown in FIG. Reference numerals 40-1, 40-2, and 40-3 denote Y branch waveguides. The optical splitter 21 in FIG. 4 sequentially connects Y branch waveguides arranged in parallel by 2 ⁰ , 2 ¹ ,..., 2 ^S (where S is the smallest integer greater than or equal to log ₂ N−1). FIG. 7 shows an example where S = 1 and N = 4 for simplicity. If N is not a power of 2, 2 ^{S + 1} -N of the outputs are wasted, but the Y branch waveguide can realize a good and stable 1: 1 branch ratio, so that the optical signal has the same strength. Suitable for distribution.

図８に、図４の光スプリッタ２１の他の一例を示す。５０‐１、５０‐２、５０‐３は２入力２出力方向性結合器である。図４の光スプリッタ２１は、２⁰、２¹、・・・、２^S個（ただし、Ｓはｌｏｇ₂Ｎ−１以上で最小の整数）ずつ並列配置した２入力２出力方向性結合器を順次縦続接続するものであり、図８では簡単のためＳ＝１、Ｎ＝４の場合の例を示している。２入力２出力方向性結合器５０−１の入力ポートの一方から光を入力する。Ｎが２のべき乗以外の場合、図７と同様、出力のうち２^S+1−Ｎ個が無駄になる。２入力２出力方向性結合器の一部あるいは全部を２入力２出力対称マッハツェンダ型干渉計（２入力２出力結合率方向性結合器）に置き換えることができ、光信号の良好な等強度分配を実現することができる。 FIG. 8 shows another example of the optical splitter 21 shown in FIG. Reference numerals 50-1, 50-2 and 50-3 denote 2-input 2-output directional couplers. The optical splitter 21 shown in FIG. 4 includes 2-input 2-output directional couplers arranged in parallel by 2 ⁰ , 2 ¹ ,..., 2 ^S (where S is the smallest integer greater than or equal to log ₂ N−1). Cascade connection is performed sequentially, and FIG. 8 shows an example in which S = 1 and N = 4 for simplicity. Light is input from one of the input ports of the 2-input 2-output directional coupler 50-1. If N is not a power of 2, as in FIG. 7, 2 ^{S + 1} −N outputs are wasted. A part or all of the 2-input 2-output directional coupler can be replaced with a 2-input 2-output symmetric Mach-Zehnder interferometer (2-input 2-output coupling rate directional coupler), so that an equal intensity distribution of an optical signal can be achieved. Can be realized.

図４の光スプリッタ２１として、他に、Ｎ出力の多モード干渉型カプラ又はＮ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラを用いることもできる。   As the optical splitter 21 in FIG. 4, an N output multimode interference coupler or an N input N output slab star coupler may be used.

図９に、本発明の第２の実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路の構成例を示す。本実施形態では、第１の実施形態で使用した光スプリッタ２１の代わりにスラブ型スターカプラ６１を使用する。本実施形態に係る光直交周波数分割多重信号分離回路は、導波路基板６６上の、入力導波路（スラブ型スターカプラ６１の入力ポート）６０‐１、・・・６０‐Ｑ、・・・６０‐Ｎ、第２のスラブ型スターカプラ６１、導波路（スラブ型スターカプラ６１の出力ポート）６２‐Ｎ、・・・、６２‐Ｋ、・・・、６２‐１、遅延線６３‐Ｎ、・・・、６３‐Ｋ、・・・、６３‐１、第１のスラブ型スターカプラ６４、出力導波路（スラブ型スターカプラ６４の出力ポート）６５‐１、・・・、６５‐Ｐ、・・・、６５‐（Ｎ−Ｑ＋１）、・・・、６５‐Ｎから構成されている。   FIG. 9 shows a configuration example of an optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, a slab type star coupler 61 is used instead of the optical splitter 21 used in the first embodiment. The optical orthogonal frequency division multiplexing signal demultiplexing circuit according to the present embodiment includes an input waveguide (an input port of the slab type star coupler 61) 60-1, ... 60-Q, ... 60 on the waveguide substrate 66. -N, second slab type star coupler 61, waveguide (output port of slab type star coupler 61) 62-N, ..., 62-K, ..., 62-1, delay line 63-N, ..., 63-K, ..., 63-1, first slab type star coupler 64, output waveguide (output port of slab type star coupler 64) 65-1, ..., 65-P, ..., 65- (N-Q + 1), ..., 65-N.

入力導波路６０から入射する光直交周波数分割多重信号Ｓ（ｔ）は、第２のスラブ型スターカプラ６１によって各導波路６２‐Ｎ、・・・、６２‐Ｋ、・・・、６２‐１に等しい強度で分配される。Ｓ（ｇΔｔ）の信号を同一タイムスロットとして（式４）の演算を実現するために、遅延線６３‐Ｎ、・・・、６３‐Ｋ、・・・、６３‐１の相対遅延長ΔＬ_kは（式８）と同じ値が付与される。第２のスラブ型スターカプラ６１の入力ポートＱから出力ポートＫへの位相差φ１_K-Q、第１のスラブ型スターカプラ６４の入力ポートＫから出力ポートＰへの位相差φ２_P-Qは、スラブ型スターカプラ６１、６４のパラメータ設定によって（式７）のように設定することができ、以下の（式１２）で表される。 The optical orthogonal frequency division multiplexed signal S (t) incident from the input waveguide 60 is guided by the second slab type star coupler 61 to each of the waveguides 62-N,..., 62-K,. Distributed with an intensity equal to. In order to realize the calculation of (Equation 4) using the signal of S (gΔt) as the same time slot, the relative delay length ΔL _k of the delay lines 63-N,..., 63-K,. Is given the same value as in (Equation 8). The phase difference φ1 _KQ from the input port Q to the output port K of the second slab type star coupler 61 and the phase difference φ2 _PQ from the input port K to the output port P of the first slab type star coupler 64 are the slab type star It can be set as shown in (Expression 7) by setting the parameters of the couplers 61 and 64, and is expressed by the following (Expression 12).

従って、第１のスラブ型スターカプラ６４の隣りあう入力ポートＫ＋１、Ｋから出力ポートＰへ出射する光波の相対位相Δφ２_Pは（式１２）より以下の（式１３）で表される。 Accordingly, the relative phase Δφ2 _P of the light wave emitted from the adjacent input ports K + 1, K to the output port P of the first slab type star coupler 64 is expressed by the following (Expression 13) from (Expression 12).

従って、第１のスラブ型スターカプラ６４の全ての入力ポートから出力ポートＰへの光波の入射を考えると、図９の構成を用いることによって（式４）の関係が満たされ、直交周波数分割多重信号の各サブキャリア信号ｄ_nは出力導波路６５で分離出力される。出力ポートＮ−Ｑ＋１の信号はｄ₀（最低周波数のサブキャリア信号）となる。また、出力ポートＰの信号は、１≦Ｐ＜Ｎ−Ｑ＋１の場合ｄ_P+Qとなり、Ｎ−Ｑ＋１≦Ｐ≦Ｎの場合にｄ_P-N+Q-1となる。なお、図９の構成の場合、図４の構成で必要であった位相オフセット付与部は不要である。もちろん、出力ポートと出力サブキャリア周波数との関係を調整するため位相オフセットを付与しても良い。 Therefore, considering the incidence of light waves from all input ports of the first slab type star coupler 64 to the output port P, the relationship of (Equation 4) is satisfied by using the configuration of FIG. each sub-carrier signal d _n of the signal is separated output in the output waveguide 65. The signal at the output port N−Q + 1 is d ₀ (the subcarrier signal with the lowest frequency). The signal at the output port P is d _{P + Q} when 1 ≦ P <N−Q + 1, and d _{P−N + Q−1} when N−Q + 1 ≦ P ≦ N. In the case of the configuration of FIG. 9, the phase offset adding unit that is necessary in the configuration of FIG. 4 is not necessary. Of course, a phase offset may be added to adjust the relationship between the output port and the output subcarrier frequency.

図９の構成では小型かつ入出力ポート数によるサイズの変動が少ない特徴を有するスラブ型スターカプラ６１、６４を光分岐および光離散フーリエ変換の両方の主要素子として用いるため、素子全体を小型化することができ、光直交周波数分割多重信号数が増加してもサイズの変動が少ない。この効果はスラブ型スターカプラの使用が１個のみである図４の構成より大きい。なお、出力導波路６５の各々の特性を理想値に近づけるために、導波路６２の途中に可変光アッテネータを配置し、第１のスラブ型スターカプラ６４に入射する各光強度を調節しても良い。   In the configuration of FIG. 9, since the slab type star couplers 61 and 64 having a small size and a small size variation due to the number of input / output ports are used as main elements for both optical branching and optical discrete Fourier transform, the entire element is reduced in size. Even if the number of optical orthogonal frequency division multiplexing signals increases, the variation in size is small. This effect is greater than the configuration of FIG. 4 where only one slab type star coupler is used. In order to bring the characteristics of the output waveguide 65 close to ideal values, a variable optical attenuator is arranged in the middle of the waveguide 62 and the intensity of each light incident on the first slab type star coupler 64 is adjusted. good.

図４の構成と同様、図９の構成においても、出力導波路６５の後段に時間ゲート素子を配置しデータ信号の有効な分離出力部分のみを切り出す操作は、ジッタに強いサブキャリア信号を得ることができるので有効である。   Similar to the configuration of FIG. 4, in the configuration of FIG. 9, the operation of arranging the time gate element after the output waveguide 65 and cutting out only the effective separated output portion of the data signal can obtain a subcarrier signal that is resistant to jitter. Is effective.

図１０Ａに図４、図９の素子の１出力の強度透過率の周波数特性、図１０Ｂに図４、図９の素子の１出力の位相の周波数特性を示す（Ｎ＝４、Ｔ＝１００ｐｓ）。強度透過特性より、分離出力されるサブキャリア信号チャネル（相対周波数：０ＧＨｚ）では１０ＧＨｚ程度の帯域通過幅を持ち、そのチャネルから１０ＧＨｚの±１、±２、±３倍離れた不要チャネルでは、消光比が大きくなっている。また４０ＧＨｚ毎に繰り返すＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）特性を有し、光直交周波数分割多重信号分離フィルタとしての特性を満たしていることがわかる。また、直線位相特性を有しているため位相の周波数微分特性で表される群遅延時間特性は０となり、光パルスの波形劣化は引き起こさない。   10A shows the frequency characteristics of the intensity transmittance of one output of the elements of FIGS. 4 and 9, and FIG. 10B shows the frequency characteristics of the phase of one output of the elements of FIGS. 4 and 9 (N = 4, T = 100 ps). . Due to the intensity transmission characteristics, the subcarrier signal channel (relative frequency: 0 GHz) that is output separately has a band pass width of about 10 GHz, and the unnecessary channel that is 10 GHz away from that channel by ± 1, ± 2, ± 3 times is extinguished. The ratio is getting bigger. Moreover, it has FSR (Free Spectral Range) characteristics that repeat every 40 GHz, and it can be seen that the characteristics as an optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation filter are satisfied. Further, since it has a linear phase characteristic, the group delay time characteristic represented by the frequency differential characteristic of the phase becomes 0, and the waveform deterioration of the optical pulse is not caused.

なお、サブキャリア数と出力導波路チャネル数は通常の用途を想定し両者ともＮで等しいと説明したが、必ずしも等しい必要はない。サブキャリア数が出力導波路チャネル数より大きい場合、隣接チャネルのクロストークが残り完全な分離はできないが、出力導波路チャネル数に等しい分のサブキャリアを分離することができる。中心周波数をずらした分離回路を複数用いれば、全サブキャリアの分離が可能となる。サブキャリア数が出力導波路チャネル数より小さい場合、（出力導波路チャネル数−サブキャリア数）に等しい分は常にデータが０のサブキャリアと考えることができるため、１つの分離回路によって、実際のサブキャリアを隣接チャネルのクロストーク無しに完全に分離することが可能となる。   Although the number of subcarriers and the number of output waveguide channels are assumed to be equal to N, assuming normal use, they are not necessarily equal. When the number of subcarriers is larger than the number of output waveguide channels, crosstalk of adjacent channels remains and complete separation cannot be performed, but subcarriers equivalent to the number of output waveguide channels can be separated. If a plurality of separation circuits with shifted center frequencies are used, all subcarriers can be separated. If the number of subcarriers is smaller than the number of output waveguide channels, the amount equal to (number of output waveguide channels−number of subcarriers) can always be considered as a subcarrier with zero data. Subcarriers can be completely separated without adjacent channel crosstalk.

１‐１、１‐２、・・・、１‐Ｊ 光送信器
２ 波長合波器
３、１３ 光ファイバ
４ 波長分波器
５‐１、５‐２、・・・、５‐Ｊ、１５‐０、１５‐１、・・・、１５‐（Ｎ−１） 光受信器
１０‐０、１０‐１、・・・、１０‐（Ｎ−１） 光源
１１‐０、１１‐１、・・・、１１‐（Ｎ−１） 変調器
１２ 光強度合流器
１４ 光離散フーリエ変換素子
２０、６０‐１、・・・、６０‐Ｑ、・・・、６０‐Ｎ、７１、７５ 入力導波路
２１ 光スプリッタ
２２‐Ｎ、・・・、２２‐Ｋ、・・・、２２‐１、６２‐Ｎ、・・・、６２‐Ｋ、・・・、６２‐１ 導波路
２３‐Ｎ、・・・、２３‐Ｋ、・・・、２３‐１、６３‐Ｎ、・・・、６３‐Ｋ、・・・、６３‐１ 遅延線
２４‐Ｎ、・・・、２４‐Ｋ、・・・、２４‐１ 位相オフセット付与部
２５、６１、６４ スラブ型スターカプラ
２６‐１、・・・、２６‐Ｐ、・・・、２６‐Ｑ、・・・、２６‐Ｎ、６５‐１、・・・、６５‐Ｐ、・・・、６５‐（Ｎ−Ｑ＋１）、・・・、６５‐Ｎ、７４、７７、７９ 出力導波路
２７、６６ 導波路基板
３０‐Ｎ、・・・、３０‐Ｋ、・・・、３０‐１ 入力ポート
３１ スラブ導波路
３２‐１、・・・、３２‐Ｐ、・・・、３２‐Ｎ 出力ポート
４０‐１、４０‐２、４０‐３ Ｙ分岐導波路
５０‐１、５０‐２、５０‐３ ２入力２出力方向性結合器
７２、７８ 対称マッハツェンダ型干渉計
７３ 位相調節部
７６ Ｕ入力Ｕ出力光高速フーリエ変換回路 1-1, 1-2,..., 1-J Optical transmitter 2 Wavelength multiplexer 3, 13 Optical fiber 4 Wavelength demultiplexer 5-1, 5-2,. , 15-1,..., 15- (N-1) optical receivers 10-0, 10-1,..., 10- (N-1) light sources 11-0, 11-1,. .., 11- (N-1) Modulator 12 Light intensity combiner 14 Optical discrete Fourier transform elements 20, 60-1, ..., 60-Q, ..., 60-N, 71, 75 Waveguide 21 Optical splitter 22-N, ..., 22-K, ..., 22-1, 62-N, ..., 62-K, ..., 62-1 Waveguide 23-N, ... ..., 23-K, ..., 23-1, 63-N, ..., 63-K, ..., 63-1 Delay line 24-N, ..., 24-K, ... .. 24-1 Phase offset applying units 25, 6 , 64 Slab type star coupler 26-1, ..., 26-P, ..., 26-Q, ..., 26-N, 65-1, ..., 65-P, ..., 65- (N-Q + 1), ..., 65-N, 74, 77, 79 Output waveguide 27, 66 Waveguide substrate 30-N, ..., 30-K, ..., 30-1 input Port 31 Slab waveguide 32-1, ..., 32-P, ..., 32-N Output ports 40-1, 40-2, 40-3 Y-branch waveguides 50-1, 50-2, 50 -3 2-input 2-output directional couplers 72, 78 Symmetric Mach-Zehnder interferometer 73 Phase adjusting unit 76 U input U output optical fast Fourier transform circuit

Claims (7)

Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数）のサブキャリアを持つ光直交周波数分割多重信号を分離するための光直交周波数分割多重信号分離回路であって、
前記光直交周波数分割多重信号分離回路は、導波路基板上の、入力導波路と、該入力導波路に接続される光スプリッタと、該光スプリッタに接続される遅延線導波路と、該遅延線導波路に接続されるスラブ型スターカプラと、該スラブ型スターカプラに接続される出力導波路とから構成され、
入力光をＮ分岐する前記光スプリッタのＮ個の出力と、導波路長差が順次ΔＬ＝ｃＴ／Ｎ（ただし、ｃは導波路中の光速であり、Ｔは各サブキャリアのビット時間間隔）異なるＮ本の前記遅延線導波路の一端とがそれぞれ接続され、
前記Ｎ本の遅延線導波路の他端と、Ｎ入力Ｎ出力の前記スラブ型スターカプラのＮ個の入力とが接続され、
前記スラブ型スターカプラのＮ個の出力からＮ個のサブキャリア信号が分離、出力され、
前記Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラにおいて、前記遅延線導波路のうち最長の導波路と接続される前記スラブ型スターカプラの入力の番号ｎ _i を１、前記遅延線導波路のうち最短の導波路と接続される前記スラブ型スターカプラの入力の番号ｎ _i をＮとし、前記スラブ型スターカプラの出力の番号ｎ _O を入力の番号とは逆順に付与し（ただし、ｎ _i 、ｎ _o は整数）、入力側スラブ面の中心をＯ ₁ 、出力側スラブ面の中心をＯ ₂ とした場合、
中心位置入出力（（Ｎ＋１）／２）間の位相を基準とした入出力間の相対位相φ _no-ni が、φ _no-ni ＝（２π／Ｎ）｛ｎ _i −（Ｎ＋１）／２｝｛ｎ _o −（Ｎ＋１）／２｝となるように構造パラメータが設定されており、
前記スラブ型スターカプラのＫ番目の入力に接続される前記導波路にξ _k ＝（Ｋ−１）（Ｎ＋１−２Ｑ）π／Ｎの位相オフセット（１≦Ｑ≦Ｎ）が付与されており、
前記スラブ型スターカプラのＱ番目の出力から最低周波数のチャネル０のサブキャリア信号が出力されることを特徴とする光直交周波数分割多重信号分離回路。 An optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit for separating an optical orthogonal frequency division multiplexing signal having N (where N is an integer of 2 or more) subcarriers,
The optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit includes: an input waveguide on a waveguide substrate; an optical splitter connected to the input waveguide; a delay line waveguide connected to the optical splitter; and the delay line A slab type star coupler connected to the waveguide, and an output waveguide connected to the slab type star coupler,
N outputs of the optical splitter that splits the input light into N and the waveguide length difference are sequentially ΔL = cT / N (where c is the speed of light in the waveguide, and T is the bit time interval of each subcarrier) One end of each of the N different delay line waveguides is connected,
The other end of the N delay line waveguides is connected to N inputs of the slab type star coupler having N inputs and N outputs,
N subcarrier signals are separated and output from N outputs of the slab type star coupler ,
In the slab type star coupler with N inputs and N outputs, the input number n _i of the slab type star coupler connected to the longest waveguide among the delay line waveguides is 1, and the shortest among the delay line waveguides. The input number n _i of the slab type star coupler connected to the waveguide is set to N, and the output number n _O of the slab type star coupler is given in the reverse order of the input number (where n _i , n _o Is an integer), when the center of the input slab surface is O ₁ and the center of the output slab surface is O ₂ ,
The relative phase φ _no-ni between the input and output with reference to the phase between the center position input / output ((N + 1) / 2) is φ _no-ni = (2π / N) {n _i − (N + 1) / 2} The structural parameters are set to be { _no- (N + 1) / 2}
A phase offset (1 ≦ Q ≦ N) of ξ _k = (K−1) (N + 1−2Q) π / N is given to the waveguide connected to the Kth input of the slab type star coupler ,
The slab type star coupler Q-th sub-carrier signals of channel 0 of the lowest frequency from the output is outputted light orthogonal frequency division multiplex signal separating circuit according to claim Rukoto. Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数）のサブキャリアを持つ光直交周波数分割多重信号を分離するための光直交周波数分割多重信号分離回路であって、An optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit for separating an optical orthogonal frequency division multiplexing signal having N (where N is an integer of 2 or more) subcarriers,
前記光直交周波数分割多重信号分離回路は、導波路基板上の、入力導波路と、該入力導波路に接続される光スプリッタと、該光スプリッタに接続される遅延線導波路と、該遅延線導波路に接続されるスラブ型スターカプラと、該スラブ型スターカプラに接続される出力導波路とから構成され、  The optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit includes: an input waveguide on a waveguide substrate; an optical splitter connected to the input waveguide; a delay line waveguide connected to the optical splitter; and the delay line A slab type star coupler connected to the waveguide, and an output waveguide connected to the slab type star coupler,
入力光をＮ分岐する前記光スプリッタのＮ個の出力と、導波路長差が順次ΔＬ＝ｃＴ／Ｎ（ただし、ｃは導波路中の光速であり、Ｔは各サブキャリアのビット時間間隔）異なるＮ本の前記遅延線導波路の一端とがそれぞれ接続され、  N outputs of the optical splitter that splits the input light into N and the waveguide length difference are sequentially ΔL = cT / N (where c is the speed of light in the waveguide, and T is the bit time interval of each subcarrier) One end of each of the N different delay line waveguides is connected,
前記Ｎ本の遅延線導波路の他端と、Ｎ入力Ｎ出力の前記スラブ型スターカプラのＮ個の入力とが接続され、  The other end of the N delay line waveguides is connected to N inputs of the slab type star coupler having N inputs and N outputs,
前記スラブ型スターカプラのＮ個の出力からＮ個のサブキャリア信号が分離、出力され、  N subcarrier signals are separated and output from N outputs of the slab type star coupler,
前記Ｎ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラにおいて、前記遅延線導波路のうち最長の導波路と接続される前記スラブ型スターカプラの入力の番号ｎ  In the N input N output slab type star coupler, the input number n of the slab type star coupler connected to the longest waveguide among the delay line waveguides _ii を１、前記遅延線導波路のうち最短の導波路と接続される前記スラブ型スターカプラの入力の番号ｎ1, the input number n of the slab type star coupler connected to the shortest waveguide among the delay line waveguides _ii をＮとし、前記スラブ型スターカプラの出力の番号ｎIs N, and the output number n of the slab type star coupler _OO を入力の番号とは逆順に付与し（ただし、ｎAre given in the reverse order of the input number (however, n _ii 、ｎ, N _oo は整数）、入力側スラブ面の中心をＯIs an integer), and the center of the input side slab surface is O ₁₁ 、出力側スラブ面の中心をＯ, Center the output side slab surface ₂₂ とした場合、If
中心位置入出力（（Ｎ＋１）／２）間の位相を基準とした入出力間の相対位相φ  Relative phase φ between input and output with reference to phase between center position input and output ((N + 1) / 2) _no-nino-ni が、φIs φ _no-nino-ni ＝（２π／Ｎ）｛ｎ= (2π / N) {n _ii −（Ｎ＋１）／２｝｛ｎ− (N + 1) / 2} {n _oo −（Ｎ＋１）／２｝となるように構造パラメータが設定されたことを特徴とする光直交周波数分割多重信号分離回路。An optical orthogonal frequency division multiplexing signal demultiplexing circuit, wherein the structural parameters are set to be (N + 1) / 2}. 前記光スプリッタは、２⁰、２¹、・・・、２^S個（ただし、Ｓはｌｏｇ₂Ｎ−１以上で最小の整数）ずつ並列配置したＹ分岐導波路を順次縦続接続し、右端の２^S+1個の導波路のうちＮ個の導波路を出力とするものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光直交周波数分割多重信号分離回路。 The optical splitter sequentially cascades Y branch waveguides arranged in parallel by 2 ⁰ , 2 ¹ ,..., 2 ^S (where S is the smallest integer greater than or equal to log ₂ N−1). 2 S ^{+ 1} pieces of light orthogonal frequency division multiplex signal separating circuit according to claim 1 or 2, characterized in that it is an output of N waveguides of the waveguide. 前記光スプリッタは、２⁰、２¹、・・・、２^S個（ただし、Ｓはｌｏｇ₂Ｎ−１以上で最小の整数）ずつ並列配置した２入力２出力方向性結合器を順次縦続接続し、右端の２^S+1個の導波路のうちＮ個の導波路を出力とするものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光直交周波数分割多重信号分離回路。 The optical splitter sequentially cascades 2-input 2-output directional couplers arranged in parallel by 2 ⁰ , 2 ¹ ,..., 2 ^S (where S is the smallest integer greater than or equal to log ₂ N−1). 3. The optical orthogonal frequency division multiplexing signal demultiplexing circuit according to claim 1, wherein N of the rightmost 2 ^{S + 1} waveguides are output. 前記光スプリッタは、Ｎ出力の多モード干渉型カプラであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光直交周波数分割多重信号分離回路。 3. The optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit according to claim 1, wherein the optical splitter is an N-output multimode interference coupler. 前記光スプリッタは、第２のＮ入力Ｎ出力のスラブ型スターカプラであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光直交周波数分割多重信号分離回路。 3. The optical orthogonal frequency division multiplexing signal separation circuit according to claim 1, wherein the optical splitter is a slab type star coupler having a second N input and an N output. 出力される前記サブキャリア信号の各々において、回路への入力信号中同一の時間長Ｔのタイムスロットから生成され時間的に重なった時間長Ｔ／Ｎの部分のみを時間Ｔ毎に周期的に取り出すＮ個の時間ゲート素子が、前記出力導波路に接続されることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の光直交周波数分割多重信号分離回路。 In each of the output subcarrier signals, only a portion of time length T / N generated from time slots of the same time length T and overlapped in time is periodically extracted every time T from the input signal to the circuit. N time gate element, optical orthogonal frequency division multiplex signal separating circuit according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is connected to the output waveguide.

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