JP5006850B2 - 光信号処理回路 - Google Patents

Description

本発明は、光通信分野において、ラベル用光パルス列の認識を可能とする光信号処理回路に関する。

光パケット信号の方路切り替えを行う場合、ラベル用光パルス列を認識し光パケットの宛先を判断する必要がある。

上記用途の処理装置としては従来図１に示すものが用いられていた（非特許文献１、２）。図１に示す従来の処理装置は、ラベルとデータを含んだ光パルス列の一部を光タップ２によって分離し、受光器（光電変換器）４に入射して電気信号に変換し、この電気信号のラベル部分をラベル認識用電子回路６で処理し宛先を認識し、光スイッチ３を所望の方路に切り換える。

特許第３５２７４５５号公報 B. Meagher et al., "Design and implementation of ultra-low latency optical label switching for packet-switched WDM networks," Journal of Lightwave Technology, vol.18, no.12, pp.1978-1987, 2000 D. J. Blumenthal et, al., "All-optical label swapping net works and technologies," Journal of Lightwave Technology, vol.18, no.12, pp.2058-2075, 2000

しかしながら、上述した従来の処理装置では、ラベル用光パルス列を光電変換し電気領域での処理を行うため、４０Ｇｂｉｔ／ｓを越えるような高速光信号に対しては、電子回路の動作速度の制限により処理が困難になるという欠点があった。またタイムスロットごとに異なる波長のパルスを割り当てる時間／波長領域光ラベル信号用光パルス列の認識は不可能であった。

本発明は、上記従来技術の問題に鑑みて成されたものであり、高速の時間／波長領域光ラベル信号用光パルス列を、能動素子（光ゲート素子）を用いることなく認識可能な光信号処理回路を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、タイムスロットごとに異なる波長のパルスを割り当てる時間／波長領域光ラベル信号用光パルス列を処理する光信号処理回路であって、
前記時間／波長領域光ラベル信号用光パルス列の各光信号を複数の光信号として等分配する光強度分流器と、前記光強度分流器で等分配された複数の光信号を、それぞれ光パルス列のパルス間隔に相当する時間ずつ順次ずらすように設定された遅延時間分遅延させ、この遅延させられた複数の光信号を、それぞれの遅延時間に応じてそれぞれ異なる値となるように、光強度または光電界をそれぞれ異なる第１の係数で重み付けするか、または、前記光強度分流器で等分配された複数の光信号を、それぞれ異なる値となるように、光強度または光電界をそれぞれ異なる第１の係数で重み付けし、この重み付けされた複数の光信号を、それぞれ前記設定遅延時間分遅延させる複数の遅延兼重み付け手段と、前記複数の遅延兼重み付け手段で重み付けされた複数の光信号の各波長を第１の光波長合波器を用いて合波する手段と、前記第１の光波長合波器の複数の出力ポートのうち、前記各波長成分のすべてが合波されて出力されるポートと、光波長分波器の入力とを接続し、前記光波長分波器の複数の出力に前記各波長成分を分波する手段と、前記光波長分波器で分波された各波長の光信号を各波長に応じて、それぞれ異なる値となるように、光強度または光電界をそれぞれ異なる第２の係数で重み付けする複数の重み付け手段と、前記第２の係数で重み付けする複数の重み付け手段で重み付けされた複数の光信号を合波する第２の光波長合波器とを有し、
前記第１の係数の集合と前記第２の係数の集合に同一の数値はなく、前記第２の光波長合波器の前記各波長成分のすべてが合波されて出力される合波出力ポートを、前記時間／波長領域光ラベル信号用光パルス列を認識するための出力部として用いることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光信号処理回路であって、前記光強度分流器部と、前記光強度分流器部で等分配された複数の光信号を、それぞれ異なる値となるように、光強度または光電界をそれぞれ異なる係数で重み付けを行う手段とが、複数の対称マッハツェンダ型干渉計の入出力部を一対ずつツリー状に接続したものとすることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光信号処理回路であって、前記光波長分波器あるいは光波長合波器の少なくとも一方はアレイ導波路格子であることを特徴とする。

本発明の光信号処理回路では、タイムスロット毎に異なる波長のパルスを割り当てる時間／波長領域光ラベル信号を光強度分流器で等分配し、等分配された複数の光信号をそれぞれ光パルス列のパルス間隔に相当する時間ずつ順次ずらすように設定された遅延時間分遅延させ、この遅延させられた複数の光信号をそれぞれの遅延時間に応じてそれぞれ異なる値となるように光強度または光電界をそれぞれ異なる係数で重み付けする。重み付けされた複数の光信号を光波長合波器を用いて合波し、光波長合波器の複数の出力部のうち、各波長成分がすべて出力されるポートを時間／波長領域光ラベル信号用光パルス列を認識するための出力部として用いる。時間／波長領域光ラベルは本構成の光回路を通過した後、ラベリングに応じたアナログ光信号に変換される。このアナログ光信号は光素子部分（高々ｃｍオーダ）の伝搬遅延時間で得られるため、ラベル認識用電子回路の動作速度に律速されることなく、かつ光ゲート素子を用いることなく簡便な構成で、時間／波長領域高速光ラベル信号を認識可能な光信号処理回路を実現することができる。時間／波長領域光ラベル信号は、時間および波長の２次元情報を利用するため、生成ラベル数を増加させるために有効な手段である。

以上説明したように、本発明の構成を用いることにより、ラベル認識用電子回路の動作速度に律速されることなく、かつ光ゲート素子を用いることなく簡便な構成で、時間／波長領域高速光ラベル信号を認識可能な光信号処理回路を実現することができる。

上記のとおり、本発明は、タイムスロット毎に異なる波長のパルスを割り当てられた時間／波長領域光ラベル信号用の光パルス列を、能動素子（光ゲート素子）を用いることなしに認識可能な光信号処理回路を提供する。

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。
（第１の参考形態）
図２は、本発明の第１の参考形態の光信号処理回路を示す。図２に示す光信号処理回路は、光強度分流器１１と光波長合波器１３とを備える。光強度分流器１１の出力と光波長合波器１３の入力は、それぞれ光導波路１０−２〜１０−Ｎで接続されている。また、光強度分流器１１の入力には光導波路１０−１が接続されている。光波長合波器１３の出力には光導波路１０−Ｎ＋１が接続されている。ここで、Ｎは３以上の整数である。光導波路１０−１および１０−Ｎ＋１はそれぞれ光信号処理回路の入力部および出力部として用いる。

光導波路１０−２〜１０−Ｎはそれぞれ遅延線を含み、それぞれ長さが異なる。また、光導波路１０−２〜１０−Ｎは遅延線の後段にそれぞれ重み付け素子１２−１〜１２−（Ｎ−１）を含む。

光強度分流器１１は単純な強度の等分配器で、スターカプラ、多モード干渉（Ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：ＭＭＩ）方向性結合器、Ｙ分岐導波路あるいは２出力方向性結合器をツリー状に接続した素子、対称マッハツェンダ型干渉計をツリー状に接続した素子などで構成される。ツリー状素子は入力から出力にかけてポート数が順次増えるように配置する。

光導波路１０−２〜１０−Ｎにそれぞれ備えられた遅延線に設定される遅延量（遅延時間）は互いに異なり、これらの遅延線に同時に入射した光パルス列をパルス間隔に相当する時間ずつ順次ずらし、異なるタイミングで重み付け素子に入射するように遅延させるように設定されている。

重み付け素子１２−１〜１２−（Ｎ−１）に設定される重み付け計数は互いに異なり、重み付け素子１２−１〜１２−（Ｎ−１）に入射した各光パルス列の光強度または光電界を互いに異なる量で変化させるように設定されている。重み付け素子１２は、図３に構成を示す対称マッハツェンダ型干渉計によって実現可能である。位相シフタ１６の位相を調節することにより、対称マッハツェンダ型干渉計は可変光アッテネータ（Ｖａｒｉａｂｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ：ＶＯＡ）として動作する。位相シフタ１６は、被制御導波路部を例えばガラス導波路やポリマー導波路で構成した場合には、熱光学効果誘起用薄膜ヒータなどを用いて構成され、また、被制御導波路部を例えば誘電体導波路や半導体導波路で構成した場合には、電気光学効果誘起用電極などを用いて構成される。あるいは、重み付け素子１２として、半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）、光ファイバ増幅器などの減衰、増幅作用を用いて構成することができる。

光波長合波器１３は、図４に構成を示すアレイ導波路格子を用いるのが一般的であるが、たとえば非対称マッハツェンダ型干渉計をツリー状に接続した素子（本明細書中、ツリー状合波素子とも称する。）などを用いて構成することもできる。光波長合波器１３をツリー状合波素子で構成する場合には、当該ツリー状合波素子において入力から出力にかけてポート数が順次減るように非対称マッハツェンダ型干渉計を多段に配置する。

簡単のため、図２においてＮ＝５の場合を考える。図５は、本参考形態の光信号処理回路における時間／波長領域光ラベル信号の様子を示す図である。図２の構成の入力部となる光導波路１０−１に、図５（ａ）に示す４（＝Ｎ−１）ビットのパルスからなる時間／波長領域光ラベル信号が入射するものとする。時間／波長領域光ラベル信号の生成器としては、例えば、光ファイバの長手方向に複数のファイバグレーティングを作製し、各グレーティングの反射波長および強度を温度あるいは引張り力を変化させることによって可変可能としたものが用いられる。この光ラベル生成器に広帯域光パルスを入射すれば、反射光として時間／波長領域光ラベル信号が得られる。通常のラベルは同一中心波長のパルスを用いるのに対し、本発明では、時間と共に中心波長が長くなるパルスを用い、そのオン、オフによってそれぞれ信号の１、０を表している。すなわち通常の同一中心波長のパルスの強度情報を用いたラベルと等価である。光導波路１０−２〜１０−５のそれぞれに、λ１〜λ４の波長の光が入射する場合、光導波路１０−６（出力部）からλ１〜λ４（λ１＜λ２＜λ３＜λ４）の波長全ての光波が合波され出力される。

より詳細には、光導波路１０−１から入力された時間／波長領域光ラベル信号は、光強度分流器１１において互いに等しい光強度または光電界の光信号に分配され光導波路１０−２〜１０−５に出力される。光導波路１０−２〜１０−５に出力された時間／波長領域光ラベル信号は、光導波路１０−２〜１０−５に備えられた遅延線においてそれぞれ光パルス列のパルス間隔に相当する時間Δｔずつ順次ずれた遅延時間分だけ遅延して重み付け素子１２−１〜１２−４へ入射する。

光パルス列のパルス間隔に相当する時間ずつ順次ずれた遅延時間分遅延した各時間／波長領域光ラベル信号は、重み付け素子１２−１〜１２−４においてそれぞれ、光強度または光電界がそれぞれの遅延時間に応じた係数で重み付けされて出力される。図５（ｂ）は、光導波路１０−２〜１０−５に各々対応する重み付け素子１２−１〜１２−４と光波長合波器１３との間における光パルスの様子を示す。

重み付け素子１２−１〜１２−４において光強度または光電界が変化した各時間／波長領域光ラベル信号は、光波長合波器１３において合波され、光波長合波器１３の複数の出力ポートのうちの各波長成分がすべて出力されるポートに接続された光導波路１０−６から出力される。図５（ｃ）は、光導波路１０−６（出力部）における光パルスの様子を示す。

図２において、光導波路１０−２〜１０−５の長さを番号順（光導波路１０−２から１０−５の順）に、ΔＬ＝ｃΔｔ／ｎずつ順次短くする。ただし、ｃ：真空中の光速、Δｔ：パルスの時間間隔、ｎ：光導波路の屈折率である。なお図５（ａ）のパルスの波長を時間に対して順次短くする場合には、光導波路１０−２〜１０−５の長さを番号順に、ΔＬ＝ｃΔｔ／ｎずつ順次長くする。なお、図５（ａ）のパルスの波長は、時間に対して任意で良く、図５（ｂ）の破線で囲まれた真ん中のタイムスロットでの各中心波長と各光導波路での時間位置との関係が満たされるように遅延を与えればよい。従って、遅延部を可変遅延線とする手段は有効である。

本参考形態では、重み付け素子１２−１、１２−２、１２−３および１２−４の強度透過率はそれぞれ、１／２⁰＝１、１／２¹＝１／２、１／２²＝１／４および１／２³＝１／８に設定する。この値は正整数の整数乗分の１の異なる値に設定するのが一般的ではあるが、互いに異なる任意の値に設定すれば良い。また、必ずしも番号順（重み付け素子１２−１から１２−４の順）に単調減少あるいは単調増加させる必要はない。

図５（ｂ）のパルス中、破線で囲まれたタイムスロットのパルスのみが１０−６に出力される（図５（ｃ））。他のパルスは光波長合波器１３の波長合波特性により１０−６以外のポートに出力される。図５（ｂ）の破線で囲まれた部分においては、時間位置による重み付けをなされたラベル信号光の情報は、信号が直列−並列変換された状態で保持されている。異なる波長成分間の干渉成分は受光器の帯域外に設定され無視できるので、各波長間の強度成分は単純に加算され受光器から出力される。元々のラベル信号光の時間位置の強度情報に応じて決まる光強度成分が受光器に入射し光電変換される。受光器から出力される電気信号の強度成分を判別する。なお、図５（ｃ）は単一光パルスであるので、受光器は低速のものであっても強度情報を認識可能である。タイムスロット毎に異なる中心波長のパルスを割り当ててラベル信号とする必要があるが、同一の中心波長のパルスのオン・オフ情報を用いるラベル信号の認識手法（たとえば、特許文献１参照）と異なり、能動素子である光ゲート素子を用いることなく受動素子（光波長合波器１３）で図５（ｂ）の破線部分のみを抜き出すことができ、コスト、消費電力両面で利点がある。Ｎ−１ビットのラベルを使用する場合、２^N-1個のラベル認識が可能であり、この数は同一の中心波長のパルスのオン・オフ情報を用いるラベル数と同一である。

（第２の参考形態）
図６は、本発明の第２の参考形態の光信号処理回路を示す。本参考形態の光信号処理回路は、第１の参考形態の光信号処理回路の変形形態であり、図２における遅延線と重み付け素子１２の配置を入れ替えたものである。従って、重複する説明は省略する。

図６に示す光信号処理回路は、図２に示す光信号処理回路と同様に、光強度分流器１１と光波長合波器１３とを備え、光強度分流器１１の出力と光波長合波器１３の入力は、それぞれ光導波路１０−２〜１０−Ｎで接続されている。本参考形態の光信号処理回路にいては、光導波路１０−２〜１０−Ｎは、重み付け素子１２−１〜１２−（Ｎ−１）と重み付け素子の後段に配置された遅延線を含む。

重み付け素子１２−１〜１２−（Ｎ−１）は、光強度分流器１１で等分配された複数の光信号を、それぞれ異なる値となるように、光強度または光電界をそれぞれ異なる係数で重み付けする。

光導波路１０−２〜１０−Ｎの遅延線は、これらに同時に入射した光パルス列をパルス間隔に相当する時間Δｔずつ順次ずらし、異なるタイミングで光波長合波器１３へ入射するように遅延させる。

本参考形態の光信号処理回路と第１の参考形態の光信号処理回路とでは、出力動作に全く変わりはない。

（第３の参考形態）
図７は、本発明の第３の参考形態を示す。図７に示す光信号処理回路は、光波長分波器３１および光波長合波器３３を備える。光波長分波器３１の出力と光波長合波器３３の入力は、それぞれ光導波路３０−２〜３０−Ｎで接続されている。また、光波長分波器３１の入力には光導波路３０−１が接続されている。光波長合波器３３の出力には光導波路３０−Ｎ＋１が接続されている。ここで、Ｎは３以上の整数である。入力導波路３０−１および３０−Ｎ＋１はそれぞれ光信号処理回路の入力部および出力部として用いる。

光導波路３０−２〜３０−Ｎはそれぞれ遅延線を含み、それぞれ長さが異なる。また、光導波路３０−２〜３０−Ｎは遅延線の後段にそれぞれ重み付け素子３２−１〜３２−（Ｎ−１）を含む。

光波長分波器３１は、図４に構成を示すアレイ導波路格子を左右反転して用いるのが一般的であるが、非対称マッハツェンダ型干渉計をツリー状に接続した素子（本明細書中、ツリー状分波素子とも称する。）などを用いることもできる。ツリー分波状素子は入力から出力にかけてポート数が順次増えるように配置する。

本参考形態における光導波路３０−２〜３０−Ｎ、重み付け素子３２−１〜３２−（Ｎ−１）および光波長合波器３３は、第１の参考形態において図２を参照して説明した光導波路１０−２〜１０−Ｎ、重み付け素子１２−１〜１２−（Ｎ−１）および光波長合波器１３にそれぞれ対応する。従って、重複する説明は省略する。

簡単のため、図７においてＮ＝５の場合を考える。図８は、本参考形態の光信号処理回路における時間／波長領域光ラベル信号の様子を示す図である。図７の構成の入力部となる光導波路３０−１に、図８（ａ）に示す４（＝Ｎ−１）ビットのパルスからなる時間／波長領域光ラベル信号が入射するものとする。第１の参考形態と同じく、時間と共に中心波長が長くなるパルスを用い、そのオン、オフによってそれぞれ信号の１、０を表している。

光導波路３０−１（入力部）からλ１〜λ４（λ１＜λ２＜λ３＜λ４）の波長の光が入射すると、光波長分波器３１においてλ１〜λ４の波長の光に分波され、各波長の光が光導波路３０−２〜３０−５にそれぞれ出力される。

光導波路３０−２〜３０−５に出力された光は、光導波路３０−２〜３０−５に備えられた遅延線においてそれぞれ光パルス列のパルス間隔に相当する時間ずつ順次ずれた遅延時間分だけ遅延して重み付け素子３２−１〜３２−４へ入射する。

光パルス列のパルス間隔に相当する時間Δｔずつ順次ずれた遅延時間分遅延した光は、重み付け素子３２−１〜３２−４においてそれぞれ、光強度または光電界がそれぞれの遅延時間に応じた係数で重み付けされて出力される。図８（ｂ）は、光導波路３０−２〜３０−５に各々対応する重み付け素子３２−１〜３２−４と光波長合波器３３との間における光パルスの様子を示す。

重み付け素子３２−１〜３２−４において光強度または光電界が変化した光は、光波長合波器３３において合波され、光波長合波器３３の複数の出力ポートのうちの各波長成分が出力されるポートに接続された光導波路３０−６から出力される。図８（ｃ）は、光導波路３０−６（出力部）における光パルスの様子を示す。

図７において、光導波路３０−２〜３０−５の長さを番号順（光導波路３０−２から３０−５の順）に、ΔＬ＝ｃΔｔ／ｎずつ順次短くする。ただし、ｃ：真空中の光速、Δｔ：パルスの時間間隔、ｎ：光導波路の屈折率である。なお図８（ａ）のパルスの波長を時間に対して順次短くする場合には、光導波路３０−２〜３０−５の長さを番号順に、ΔＬ＝ｃΔｔ／ｎずつ順次長くする。なお、図８（ａ）のパルスの波長は、第１の参考形態と同様に時間に対して任意で良い。従って、遅延部を可変遅延線とする手段は有効である。

本参考形態では、重み付け素子３２−１、３２−２、３２−３および３２−４の強度透過率はそれぞれ、１／２⁰＝１、１／２¹＝１／２、１／２²＝１／４および１／２³＝１／８に設定する。この値は正整数の整数乗分の１の異なる値に設定するのが一般的ではあるが、互いに異なる任意の値に設定すれば良い。また、必ずしも番号順（３２−１から３２−４の順）に単調減少あるいは単調増加させる必要はない。

本参考形態の光信号処理回路は、第１の参考形態における光強度分流器１１を波長分波器３１に置き換えた構成であるため、図８（ｂ）のパルスは図５（ｂ）と異なり１タイムスロットのみとなる。また図８（ｂ）のパルスはすべて光導波路３０−６（出力部）に出力される（図８（ｃ））。従って図７の構成は、図５（ｂ）の破線部のみ出力される図２の構成よりも損失が少ない利点を有する。図８（ｂ）のパルスは、時間位置による重み付けをなされたラベル信号光の情報が、信号が直列−並列変換された状態で保持されている。異なる波長成分間の干渉成分は受光器の帯域外に設定され無視できるので、各波長間の強度成分は単純に加算され受光器から出力される。元々のラベル信号光の時間位置の強度情報に応じて決まる光強度成分が受光器に入射し光電変換される。受光器から出力される電気信号の強度成分を判別する。

（第４の参考形態）
図９は、本発明の第４の参考形態の光信号処理回路を示す。本参考形態の光信号処理回路は、第３の参考形態の光信号処理回路の変形形態であり、図７における遅延線と重み付け素子３２の配置を入れ替えたものである。従って、重複する説明は省略する。

図９に示す光信号処理回路は、図７に示す光信号処理回路と同様に、光波長分波器３１と光波長合波器３３とを備え、光波長分波器３１の出力と光波長合波器３３の入力は、それぞれ光導波路３０−２〜３０−Ｎで接続されている。本参考形態の光信号処理回路においては、光導波路３０−２〜３０−Ｎは、重み付け素子３２−１〜３２−（Ｎ−１）と重み付け素子の後段に配置された遅延線を含む。

重み付け素子３２−１〜３２−（Ｎ−１）は、光波長分波器３１で波長分波された互いに異なる波長の光の光強度または光電界をそれぞれ異なる係数で重み付けして異なる値に変化させる。

光導波路３０−２〜３０−Ｎの遅延線は、入射した光パルスを光パルス間隔に相当する時間Δｔずつ順次ずらし、光波長合波器３３へ入射するように遅延させる。

本参考形態の光信号処理回路と第３の参考形態の光信号処理回路とでは、出力動作に全く変わりはない。

（第１の実施形態）
図１０は、本発明の第１実施形態を示す。図１０に示す光信号処理回路は、光強度分流器４１、光波長合波器４３−１、光波長分波器４４および光波長合波器４３−２を備える。光強度分流器４１の出力と光波長合波器４３−１の入力は、それぞれ光導波路４０−２〜４０−Ｎで接続されている。光波長分波器４４の出力と光波長合波器４３−２の入力は、それぞれ光導波路４０−Ｎ＋２〜４０−２Ｎで接続されている。光波長合波器４３−１の出力と光波長分波器４４の入力は、光導波路４０−Ｎ＋１で接続されている。また、光強度分流器４１の入力には光導波路４０−１が接続されている。光波長合波器４３−２の出力には光導波路４０−２Ｎ＋１が接続されている。ここで、Ｎは３以上の整数である。入力導波路４０−１および４０−２Ｎ＋１はそれぞれ光信号処理回路の入力部および出力部として用いる。

光導波路４０−２〜４０−Ｎはそれぞれ遅延線を含み、それぞれ長さが異なる。また、光導波路４０−２〜４０−Ｎは遅延線の後段にそれぞれ重み付け素子４２−１〜４２−（Ｎ−１）を含む。

本実施形態における光強度分流器４１、光導波路４０−２〜４０−Ｎ，重み付け素子４２−１〜４２−（Ｎ−１）および光波長合波器４３−１は、第１の参考形態において図２を参照して説明した光強度分流器１１、光導波路１０−２〜１０−Ｎ、重み付け素子１２−１〜１２−（Ｎ−１）および光波長合波器１３にそれぞれ対応する。また、本実施形態における光波長分波器４４、重み付け素子４２−Ｎ〜４２−（２Ｎ−２）および光波長合波器４３−２は、第３の参考形態において図７を参照して説明した光波長分波器３１、重み付け素子３２−１〜３２−（Ｎ−１）および光波長合波器３３にそれぞれ対応する。さらに、光導波路４０−Ｎ＋１は、光導波路１０−Ｎ＋１（図２）および３０−１（図７）に対応する。従って、重複する説明は省略する。

本実施形態における光導波路４０−Ｎ＋２〜４０−２Ｎは、等長であり、遅延線を備えていない。

簡単のため、図１０においてＮ＝５の場合を考える。図１１は、本実施形態の光信号処理回路における時間／波長領域光ラベル信号の様子を示す図である。図１０の構成の入力部となる光導波路４０−１に、図１１（ａ）に示す４（＝Ｎ−１）ビットのパルスからなる時間／波長領域光ラベル信号が入射するものとする。この場合、時間と共に中心波長が長くなる常時オンのパルスを用い、中心波長の時間位置による違いによってラベルの種類が異なる。すなわち、中心波長の時間位置による違いによって種類の異なるラベルが示される。図１１（ａ）は光導波路４０−１（入力部）における光パルスの様子を示し、図１１（ｂ）は光波長合波器４３−１と光波長分波器４４とを接続する光導波路４０−６における光パルスの様子を示し、図１１（ｃ）は光導波路４０−７〜４０−１０に各々対応する重み付け素子４２−５〜４２−８と光波長合波器４３−２との間における光パルスの様子を示し、図１１（ｄ）は光導波路４０−１１（出力部）における光パルスの様子を示す。

図１０において、４０−２〜４０−５の長さを番号順に、ΔＬ＝ｃΔｔ／ｎずつ順次短くする。なお図１１（ａ）のパルスの波長を時間に対して順次短くする場合には、４０−２〜４０−５の長さを番号順に、ΔＬ＝ｃΔｔ／ｎずつ順次長くする。図１１（ａ）のパルスの波長は、第１の参考形態と同様に時間に対して任意で良い。従って、遅延部を可変遅延線とする手段は有効である。

重み付け素子４２−１、４２−２、４２−３および４２−４の強度透過率はそれぞれ、１／２⁰＝１、１／２¹＝１／２、１／２²＝１／４および１／２³＝１／８に設定する。この値は正整数の整数乗分の１の異なる値に設定するのが一般的ではあるが、互いに異なる任意の値に設定すれば良い。また、必ずしも番号順（重み付け素子４２−１から４２−４の順）に単調減少あるいは単調増加させる必要はない。

上記構成により、光波長合波器４３−１から光導波路４０−６へ出力されたパルスの状態は、図５（ｃ）に示すパルス形態と同様に、図１１（ｂ）に示すようになる。光波長分波器４４を通過後、λ１、λ２、λ３、λ４を中心波長とするパルスはそれぞれ、光導波路４０−７、４０−８、４０−９および４０−１０に分波される。重み付け素子４２−５、４２−６、４２−７および４２−８の強度透過率はそれぞれ、１／３⁰＝１、１／３¹＝１／３、１／３²＝１／９および１／３³＝１／２７に設定する。これらの値は重み付け素子４２−１、４２−２、４２−３および４２−４の強度透過率の設定に用いた正整数とは互いに素の関係にある正整数の整数乗分の１の異なる値に設定するのが一般的ではあるが、重み付け素子４２−１、４２−２、４２−３および４２−４と異なり、重み付け素子４２−５、４２−６、４２−７および４２−８の間でも異なる任意の値に設定すれば良い。また、必ずしも番号順（重み付け素子４２−５から４２−８）に単調減少あるいは単調増加させる必要はない。重み付け素子４２−５、４２−６、４２−７および４２−８と光波長合波器４３−２との間のパルスの様子は、図１１（ｃ）に示すようになる。最終的に光波長合波器４３−２で合波され、図１１（ｄ）に示されるパルスが光導波路４０−１１（出力部）から出力される。異なる波長成分間の干渉成分は受光器の帯域外に設定され無視できるので、各波長間の強度成分は単純に加算され受光器から出力される。元々のラベル信号光の時間位置の波長情報に応じて決まる光強度成分が受光器に入射し光電変換される。受光器から出力される電気信号の強度成分を判別する。なお、図１１（ｄ）は単一光パルスであるので、受光器は低速のものであっても強度情報を認識可能である。タイムスロット毎に異なる中心波長のパルスを割り当ててラベル信号とする必要があるが、能動素子である光ゲート素子を用いることなく受動素子のみで図１１（ｄ）のパルスを抜き出すことができ、コスト、消費電力両面で利点がある。本ラベル信号は各タイムスロットに異なるＮ個の中心波長の組み合わせからなるパルス（常時オン）を配置する方式で時間／波長の２次元情報を利用するため、ラベル数を多く生成することができる。Ｎ−１ビットのラベルを使用する場合、（Ｎ−１）！個のラベル認識が可能である。同一中心波長のパルスを並べパルスのオン・オフでラベルを生成する方法の場合、例えばＮ＝９のラベルを用いる場合、ラベルの種類は２⁸＝２５６通りとなる。これに対し本実施例におけるラベル信号の場合、８種類の波長を用いて８ビットのラベルを作ることとなるので、８！＝４０，３２０通りのラベルを生成可能となり、前者の約１５８倍となる。後者と前者のラベル生成数の差はビット数が多くなるほど顕著になる。

なお、光波長合波器４３−１、光導波路４０−Ｎ＋１、光波長分波器４４を省いて、光導波路４０−２〜４０−Ｎと、光導波路４０−Ｎ＋２〜４０−２Ｎとをそれぞれ直接接続することもできる。この場合、重み付け素子４２−１〜４２−（Ｎ−１）と、重み付け素子４２−Ｎ〜４２−（２Ｎ−２）とに２つに分けられた重み付け値を１つにまとめれば、図１０に示す光信号処理回路の機能は、図２または図７に示す光信号処理回路の機能と等価になる。従って、図２または図７に示す光信号処理回路でも本ラベル（各タイムスロットに異なる中心波長の組み合わせからなる常時オンのパルス）の処理が可能である。

（第２の実施形態）
図１２は、本発明の第２の実施形態の光信号処理回路を示す。本実施形態の光信号処理回路は、第１の実施形態の光信号処理回路の変形形態であり、図１０おける遅延線と重み付け素子４２−１〜４２−（Ｎ−１）の配置を入れ替えたものである。従って、重複する説明は省略する。

図１２に示す光信号処理回路は、図１０に示す光信号処理回路と同様に、光強度分流器４１、光波長合波器４３−１、光波長分波器４４および光波長合波器４３−２を備える。光強度分流器４１の出力と光波長合波器４３−１の入力は、それぞれ光導波路４０−２〜４０−Ｎで接続されている。光波長分波器４４の出力と光波長合波器４３−２の入力は、それぞれ光導波路４０−Ｎ＋２〜４０−２Ｎで接続されている。光波長合波器４３−１の出力と光波長分波器４４の入力は、光導波路４０−Ｎ＋１で接続されている。また、光強度分流器４１の入力には光導波路４０−１が接続されている。光波長合波器４３−２の出力には光導波路４０−２Ｎ＋１が接続されている。ここで、Ｎは３以上の整数である。入力導波路４０−１および４０−２Ｎ＋１はそれぞれ光信号処理回路の入力部および出力部として用いる。光導波路４０−２〜４０−Ｎは、重み付け素子４２−１〜４２−（Ｎ−１）と重み付け素子の後段に配置された遅延線を含む。

重み付け素子４２−１〜４２−（Ｎ−１）は、光強度分流器４１で等分配された複数の光信号を、それぞれ異なる値となるように、光強度または光電界をそれぞれ異なる係数で重み付けする。

光導波路４０−２〜４０−Ｎの遅延線は、これらに同時に入射した光パルス列をパルス間隔に相当する時間Δｔずつ順次ずらし、異なるタイミングで光波長合波器４３−１へ入射するように遅延させる。

本実施形態の光信号処理回路と第１の実施形態の光信号処理回路とでは、出力動作に全く変わりはない。

（第５の参考形態）
図１３は本発明の第５の参考形態を示す。本参考形態の光信号処理回路は、第２の参考形態の光信号処理回路の変形形態であり、図６における光強度分流器１１および重み付け素子１２−１〜１２−（Ｎ−１）を対称マッハツェンダ型干渉計５１に置換したものである。なお、図１３は、Ｎ＝５の場合を示している。図２における光強度分流器１１および重み付け素子１２−１〜１２−（Ｎ−１）を対称マッハツェンダ型干渉計５１に置換したものとしても良い。

図１３に示す光信号処理回路は、対称マッハツェンダ型干渉計５１−１と、該対称マッハツェンダ型干渉計５１−１の異なる出力ポートにそれぞれ接続された対称マッハツェンダ型干渉計５１−２および５１−３と、光波長合波器５２とを備える。対称マッハツェンダ型干渉計５１−２および５１−３の出力ポートと光波長合波器５２の入力ポートはそれぞれ光導波路５０−２〜５０−５で接続されている。光導波路５０−２〜５０−５はそれぞれ遅延線を含み、それぞれ長さが異なる。また、対称マッハツェンダ型干渉計５１−１の入力には光導波路５０−１が接続されている。光波長導波器５２の出力ポートには光導波路５０−６が接続されている。

対称マッハツェンダ型干渉計５１は図３の構成と同一である。

図１３は、図２、図６の構成においてＮ＝５とし、光強度分流器１１と重み付け素子１２−１〜１２−４を、対称マッハツェンダ型干渉計５１をツリー状に接続した構成に置き換えた構成に相当する。対称マッハツェンダ型干渉計５１は、入力から出力にかけてポート数が順次増えるように配置する。対称マッハツェンダ型干渉計５１は可変光アッテネータ（ＶＯＡ）として動作する。従って５１をツリー状に接続する場合、光導波路５０−１から入射した光は、任意の強度分岐比で光導波路５０−２〜５０−５に分配される。すなわち、対称マッハツェンダ型干渉計５１をツリー状に接続した構成は、光強度分流器１１と重み付け素子１２−１〜１２−４との機能に相当する。図２、図６の構成では、光強度を等分配した後重み付けするので光強度を無駄に捨てる部分がある。図１３の構成では、２機能を１つにまとめることによる素子小型化の利点の他に、重み付けを考慮して光強度の分岐比を決められるので光強度を捨てることがなく有効利用できる（要するに損失が低い）利点も有する。なお図１３では、後に続く光導波路数が４のため対称マッハツェンダ型干渉計５１の接続段数を２としているが、一般的に後の光導波路数がＪ（Ｊ：２以上の整数）の場合、接続段数Ｋ（Ｋ：１以上の整数）は以下の式を満たすように選ばれる。

ただし、［ａ］はａの整数部を表す。

対称マッハツェンダ型干渉計５１をツリー状に接続した構成は、図１０および図１２における光強度分流器４１および重み付け素子４２−１〜４２−（Ｎ−１）の部分との置き換えも可能であり、この場合も素子小型化、光強度の有効利用の利点が生じる。

本発明の各実施形態の光信号処理回路を構成する光導波路部分の作製は、石英系ガラス導波路を用いて行った。図１１を参照して、作製法を具体的に説明する。図１１は、図３の光回路の二点破線Ａから右側への断面図を示す。まずＳｉ基板６０上に火炎堆積法によってＳｉＯ₂下部クラッド層６１を堆積し、次にＧｅＯ₂をドーパントとして添加したＳｉＯ₂ガラスのコア層を堆積した後に、電気炉で透明ガラス化した。次に図２、図６、図７、図９、図１０、図１２、図１３に示すようなパターンを用いてコア層をエッチングしてコア部分６２−１、６２−２を作製した。最後に、再びＳｉＯ₂上部クラッド層６３を堆積、透明化し、さらに所定の光導波路上に薄膜ヒータ６４および電気配線を蒸着した。

なお本発明の光信号処理回路を構成する光導波路部分は、ガラス光導波路に限らず、誘電体光導波路、半導体光導波路、ポリマー光導波路、光ファイバ等を用いて実現できることは明らかである。またいくつかの種類の導波路を組み合わせたハイブリッド構成を用いて実現できることも明らかである。

従来の光ラベル認識用処理装置の構成を示す図である。 本発明の光信号処理回路の第１の参考形態を示す図である。 重み付け素子の構成例を示す図である。 光波長合波器の構成例を示す図である。 （ａ），（ｂ）および（ｃ）は、図２に示す光信号処理回路中の光パルスの状態をそれぞれ示す図である。 本発明の光信号処理回路の第２の参考形態を示す図である。 本発明の光信号処理回路の第３の参考形態を示す図である。 （ａ），（ｂ）および（ｃ）は、図７に示す光信号処理回路中の光パルスの状態をそれぞれ示す図である。 本発明の光信号処理回路の第４の参考形態を示す図である。 本発明の光信号処理回路の第１の実施形態示す図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、図１０に示す光信号処理回路中の光パルスの状態をそれぞれ示す図である。 本発明の光信号処理回路の第２の実施形態を示す図である。 本発明の光信号処理回路の第５の参考形態を示す図である。 本発明の各実施形態の光信号処理回路に使用されている光導波路を構成する石英系ガラス導波路の断面図である。

１ 光配線
２ 光タップ
３ 光スイッチ
４ 受光器（光電変換器）
５ 電気配線
６ ラベル認識用電子回路
１０、１４、３０、４０、５０ 光導波路
１１、３１、４１ 光強度分流器
１２、３２、４２ 重み付け素子
１３、３３、４３、５２ 光波長合波器
１５ 方向性結合器
１６ 位相シフタ
１７ 入力光導波路
１８ スラブ光導波路
１９ アレイ光導波路
２０ 出力光導波路
３１、４４ 光波長分波器
５１ 対称マッハツェンダ型干渉計
６０ Ｓｉ基板
６１ ＳｉＯ₂下部クラッド層
６２ コア部分
６３ ＳｉＯ₂上部クラッド層
６４ 薄膜ヒータ

Claims (3)

1. タイムスロットごとに異なる波長のパルスを割り当てる時間／波長領域光ラベル信号用光パルス列を処理する光信号処理回路であって、
   前記時間／波長領域光ラベル信号用光パルス列の各光信号を複数の光信号として等分配する光強度分流器と、
   前記光強度分流器で等分配された複数の光信号を、それぞれ光パルス列のパルス間隔に相当する時間ずつ順次ずらすように設定された遅延時間分遅延させ、この遅延させられた複数の光信号を、それぞれの遅延時間に応じてそれぞれ異なる値となるように、光強度または光電界をそれぞれ異なる第１の係数で重み付けするか、または、前記光強度分流器で等分配された複数の光信号を、それぞれ異なる値となるように、光強度または光電界をそれぞれ異なる第１の係数で重み付けし、この重み付けされた複数の光信号を、それぞれ前記設定遅延時間分遅延させる複数の遅延兼重み付け手段と、
   前記複数の遅延兼重み付け手段で重み付けされた複数の光信号の各波長を第１の光波長合波器を用いて合波する手段と、
   前記第１の光波長合波器の複数の出力ポートのうち、前記各波長成分のすべてが合波されて出力されるポートと、光波長分波器の入力とを接続し、前記光波長分波器の複数の出力に前記各波長成分を分波する手段と、
   前記光波長分波器で分波された各波長の光信号を各波長に応じて、それぞれ異なる値となるように、光強度または光電界をそれぞれ異なる第２の係数で重み付けする複数の重み付け手段と、
   前記第２の係数で重み付けする複数の重み付け手段で重み付けされた複数の光信号を合波する第２の光波長合波器とを有し、
   前記第１の係数の集合と前記第２の係数の集合に同一の数値はなく、前記第２の光波長合波器の前記各波長成分のすべてが合波されて出力される合波出力ポートからの光信号を、前記時間／波長領域光ラベル信号用光パルス列を認識するための光信号として出力することを特徴とする光信号処理回路。
2. 前記光強度分流器部と、前記光強度分流器部で等分配された複数の光信号を、それぞれ異なる値となるように、光強度または光電界をそれぞれ異なる係数で重み付けを行う手段とが、複数の対称マッハツェンダ型干渉計の入出力部を一対ずつツリー状に接続したものとすることを特徴とする請求項１に記載の光信号処理回路。
3. 前記光波長分波器あるいは光波長合波器の少なくとも一方はアレイ導波路格子であることを特徴とする請求項１または２に記載の光信号処理回路。

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