JP6052679B2 - 光チャネルモニタ - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ通信システムにおいて波長多重光信号の監視に用いられる光チャネルモニタに関する。

光ファイバを伝送媒体とする光通信技術は、信号の伝送距離の長延化をもたらし、大規模な光通信網が構築されてきた。近年では、インターネット通信が広範に普及するのに伴って、通信トラフィックが急速に増大しており、通信網に対する大容量化、高速化、高機能化、低消費電力化、高信頼化の要求が高まっている。波長多重通信は、波長の異なる複数の光信号を1本の光ファイバ伝送路で同時に伝送する技術であり、これによって二地点間の伝送容量を増大することが可能となった。これまでの波長多重通信では、C帯と呼ばれる波長帯域1530nm〜1565nm（光周波数帯域191.6THz〜196.0THz）、あるいはL帯と呼ばれる波長帯域1570nm〜1610nm（光周波数帯域186.2THz〜191.0THz）において、特定の光周波数（例えば、C帯では193.1THz）を基準として、光周波数間隔100GHzまたは50GHzで光信号を多重するのが一般的であった。光周波数間隔が50GHzの場合、C帯あるいはL帯で80から96ch程度の光信号が多重されることになる。

実際の波長多重通信システムでは、光信号が正常に伝送されていることを監視するため、光チャネルモニタが用いられる。光チャネルモニタは、波長多重された光信号の光パワーを各チャネルごとに検出する機能を有する光デバイスである。従来の光チャネルモニタとしては、波長分波器を用いた構成（非特許文献１参照）と、可変波長フィルタを用いた構成（非特許文献２参照）が知られている。

図1に、波長分波器を用いた従来の光チャネルモニタの構成を示す。

図1に示す構成では、波長多重された入力光信号を波長分光素子11により各チャネルに分光した後、光検出器12により各チャネルの光パワーを測定する。この構成では、チャネル数と同数の光検出器を備えた場合に、全チャネルの光パワーを測定することができる。

図2に、可変波長フィルタを用いた従来の光チャネルモニタの構成を示す。

図2に示す構成では、波長多重された入力光信号のうち所望の1チャネルを可変波長フィルタ21で抜き出した後、1個の光検出器22で光パワーを測定する。この構成では、可変波長フィルタの透過中心波長を変えながら光パワーの測定を繰り返すことで、全チャネルについて光パワーを測定することができる。

大山貴晴ほか、2006年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、C-3-78. Lawrence Domash et al., Journal of Lightwave Technology, vol. 21, no. 1, pp. 126-135, January 2004.

ところが、最近では、光周波数帯域を有効に利用するために、波長多重における光周波数間隔をより細かい単位で設定したいという要求が顕在化してきている。すなわち、光周波数間隔を従来のように100GHzまたは50GHz間隔で固定とするのではなく、各チャネルの伝送ビットレートや伝送距離に応じて、75GHz間隔や37.5GHz間隔といったように、より細かい単位（例えば、12.5GHzの倍数）で自由に設定できることが望まれてきている。このような場合、光チャネルモニタとしては、従来の100GHzまたは50GHz間隔ではなく、より狭い間隔（この場合、12.5GHz間隔）で光パワーを測定することが求められる。しかしながら、従来の波長分波器を用いる構成では、光検出器をチャネル数と同数備える必要があり、光検出器の数が増大してしまうという問題があった。例えば、C帯全域にわたって12.5GHz間隔で光パワーをモニタする場合、チャネル数は400程度になり、400個の光検出器が必要となる。また、可変波長フィルタを用いる構成では、各チャネルごとに光パワーを計測するため、測定時間が増大してしまうという問題があった。すなわち、12.5GHz間隔で光パワーを計測する場合には、50GHz間隔で計測する従来の場合に比べて、4倍の測定時間を要することになる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、図１に示した構成と比較した場合に、光検出器の個数を削減するとともに、図２に示した構成と比較した場合に、多数の光チャネルの光パワーを高速に測定することが可能な光チャネルモニタを提供することにある。

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、波長多重されたM×Kチャネルの入力光信号が入力され、M組のK個の光チャネルのうち、1組のK個の光チャネルを選択し、選択したK個の光チャネルの光信号を合波して出力する波長選択素子と、前記選択されたK個の光チャネルの光信号を異なるK個のポートへ分光する波長分光素子と、前記分光された光チャネルのパワーを測定するK個の光検出器とを備え、M, Kは2より大きい整数であることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光チャネルモニタにおいて、前記波長選択素子が、M×K個の光チャネルの光信号を分波する波長分波器と、前記波長分波器に接続されたM×K個のゲート光スイッチからなり、M個ごとにK個の光チャネルの光信号が入力され、M組のK個の光チャネルのうち、1組のK個の光チャネルを選択するゲート光スイッチアレイと、前記ゲート光スイッチアレイに接続された波長合波器とからなり、前記波長分光素子が、アレイ導波路回折格子からなることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光チャネルモニタにおいて、前記波長選択素子が、光サーキュレータと、前記光サーキュレータに接続され、M×K個の光チャネルの光信号を合分波する波長合分波器と、前記波長合分波器に接続されたM×K個の反射型ゲート光スイッチからなり、M個ごとにK個の光チャネルの光信号が入力され、M組のK個の光チャネルのうち、1組のK個の光チャネルを選択する反射型ゲート光スイッチアレイとからなり、前記波長分光素子が、アレイ導波路回折格子からなることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光チャネルモニタにおいて、前記波長選択素子が、M個ごとにK個の光チャネルの光信号を分波する第１の周回型アレイ導波路回折格子と、前記第１の周回型アレイ導波路回折格子に接続されたM個のゲート光スイッチからなり、前記M組のK個の光チャネルのうち、1組のK個の光チャネルを選択するゲート光スイッチアレイと、前記ゲート光スイッチアレイに接続された第２の周回型アレイ導波路回折格子とからなり、前記波長分光素子が、アレイ導波路回折格子からなることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の光チャネルモニタにおいて前記波長選択素子が、M×K個の光チャネルの光信号を分波する波長分波器と、前記波長分波器に接続された、第１と第２の出力端子を有するM×K個の１×２光スイッチからなり、M個ごとにK個の光チャネルの光信号が入力され、M組のK個の光チャネルのうち、1〜M/2組のK個の光チャネルを第１の出力端子に出力し、(M/2)+1〜M組のK個の光チャネルを第２の出力端子に出力する１×２光スイッチアレイと、前記１×２光スイッチの前記第１の出力端子に接続された第１の波長合波器と、前記１×２光スイッチの前記第２の出力端子に接続された第２の波長合波器とからなり、前記波長分光素子が、前記第１および前記第２の波長合波器のそれぞれに接続された２つの入力ポートを有するアレイ導波路回折格子からなることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の光チャネルモニタにおいて、前記波長選択素子が、光サーキュレータと、前記光サーキュレータに接続され、M組のK個の光チャネルのうち、1〜M/2組のK個の光チャネルを第１の出力端子に出力し、(M/2)+1〜M組のK個の光チャネルを第２の出力端子に出力する１×２光スイッチと、前記１×２光スイッチに接続され、M個ごとにK個の光チャネルの光信号を分波する周回型アレイ導波路回折格子と、前記周回型アレイ導波路回折格子に接続されたM／２個の反射型ゲート光スイッチからなり、前記M組のK個の光チャネルのうち、1組のK個の光チャネルを選択する反射型ゲート光スイッチアレイとからなり、前記波長分光素子が、アレイ導波路回折格子からなることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の光チャネルモニタにおいて、前記光サーキュレータと前記波長分光素子との間に、第２の１×２光スイッチをさらに備え、前記波長分光素子の前記アレイ導波路回折格子は、前記第２の１×２光スイッチの出力に接続された２つの入力ポートを有することを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、波長多重されたM×Nチャネルの入力光信号が入力され、M組のN個の光チャネルのうち、1組のN個の光チャネルを選択し、選択したN個の光チャネルの光信号を合波して出力する波長選択素子と、前記選択されたN個の光チャネルの光信号を異なるN個のポートへ分光する波長分光素子と、前記分光された光チャネルのパワーを測定するN個の光検出器とを備え、前記波長選択素子が、M×N個の光チャネルの光信号を分波する波長分波器と、前記波長分波器に接続されたM×N個のゲート光スイッチからなり、M個ごとにN個の光チャネルの光信号が入力され、M組のN個の光チャネルのうち、1組のN個の光チャネルを選択するゲート光スイッチアレイと、前記ゲート光スイッチアレイに接続された波長合波器とからなり、前記波長分光素子が、周回型アレイ導波路回折格子からなり、MとNとは互いに素であることを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、波長多重されたM×Nチャネルの入力光信号が入力され、M組のN個の光チャネルのうち、1組のN個の光チャネルを選択し、選択したN個の光チャネルの光信号を合波して出力する波長選択素子と、前記選択されたN個の光チャネルの光信号を異なるN／２個のポートへ分光する波長分光素子と、前記分光された光チャネルのパワーを測定するN／２個の光検出器を備え、前記波長選択素子が、M×N個の光チャネルの光信号を分波する波長分波器と、前記波長分波器に接続された、第１と第２の出力端子を有するM×N個の１×２光スイッチからなり、前記M組のN個の光チャネルのうち、1組のN個の光チャネルを選択する１×２光スイッチアレイと、前記１×２光スイッチの前記第１の出力端子に接続された第１の波長合波器と、前記１×２光スイッチの前記第２の出力端子に接続された第２の波長合波器とからなり、前記波長分光素子が、1〜N/2個の光チャネルを入力するために前記第１の波長合波器に接続され、(N/2)+1〜N個の光チャネルを入力するために前記第２の波長合波器に接続された２つの入力ポートを有する周回型アレイ導波路回折格子からなり、MとNとは互いに素であることを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、波長多重されたM×Nチャネルの入力光信号が入力され、M組のN個の光チャネルのうち、1組のN個の光チャネルを選択し、選択したN個の光チャネルの光信号を合波して出力する波長選択素子と、前記選択されたN個の光チャネルの光信号を異なるN／２個のポートへ分光する波長分光素子と、前記分光された光チャネルのパワーを測定するN／２個の光検出器を備え、前記波長選択素子が、光サーキュレータと、前記光サーキュレータに接続され、M組のN個の光チャネルのうち、1〜M/2組のN個の光チャネルを第１の出力端子に出力し、(M/2)+1〜M組のN個の光チャネルを第２の出力端子に出力する１×２光スイッチと、前記１×２光スイッチに接続され、M個ごとにN個の光チャネルの光信号を分波する周回型アレイ導波路回折格子と、前記周回型アレイ導波路回折格子に接続されたM／２個の反射型ゲート光スイッチからなり、前記M組のN個の光チャネルのうち、1組のN個の光チャネルを選択する反射型ゲート光スイッチアレイとからなり、前記波長分光素子が、周回性アレイ導波路回折格子からなり、前記光サーキュレータと前記波長分光素子との間に、第２の１×２光スイッチをさらに備え、前記波長分光素子の前記周回性アレイ導波路回折格子は、前記第２の１×２光スイッチの出力に接続された２つの入力ポートを有し、MとNとは互いに素であることを特徴とする。

本発明によれば、波長多重された光信号の光パワーを、狭い光周波数間隔で測定する光チャネルモニタにおいて、必要な光検出器の個数を削減し、または、多数の光チャネルの光パワーを高速に測定することができる。

従来の光チャネルモニタの構成を示す模式図である。 従来の別の光チャネルモニタの構成を示す模式図である。 本発明の第1の実施形態による光チャネルモニタの構成を示す模式図である。 本発明の第2の実施形態による光チャネルモニタの構成を示す模式図である。 本発明の第3の実施形態による光チャネルモニタの構成を示す模式図である。 本発明の第4の実施形態による光チャネルモニタの構成を示す模式図である。 本発明の第5の実施形態による光チャネルモニタの構成を示す模式図である。 本発明の第6の実施形態による光チャネルモニタの構成を示す模式図である。 本発明の第7の実施形態による光チャネルモニタの構成を示す模式図である。 本発明の第8の実施形態による光チャネルモニタの構成を示す模式図である。 本発明の第9の実施形態による光チャネルモニタの構成を示す模式図である。

本発明における光チャネルモニタを実施するための方式としては、種々の形式の波長選択素子や光分光素子を用いることができる。なかでも、波長選択素子としては、バルク回折格子または石英系光導波路を用いたアレイ導波路回折格子と、液晶素子などの面型光スイッチ素子とを、レンズなどの空間光学系で結合した波長選択素子は、狭い光周波数間隔でのチャネル選択が可能であること、およびチャネル通過帯域が広いことから、本発明の実施に適している。また、波長分光素子としては、石英系光導波路を用いたアレイ導波路回折格子は、光ファイバとの整合性が良く、挿入損失が低いことに加えて、構成材料が物理的、化学的に安定で信頼性に優れていることから、実用性が最も高く、本発明の実施に適している。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態の例を具体的に説明する。

図3は、本発明の第１の実施形態による光チャネルモニタの構成例である。

図3に示す光チャネルモニタは、波長多重された入力光信号をモニタ光周波数間隔でM×K個の光チャネルに分波し、M個ごとにK個の光チャネルを選択して出力する波長選択素子31と、選択されたK個の光チャネルを異なるK本のポートへ分光する波長分光素子32と、分光された光チャネルのパワーを測定するK個の光検出器33とで構成される。

本発明の第１の実施形態において、波長選択素子31は、波長分波器311と、M×K個のゲート光スイッチ素子からなるゲート光スイッチアレイ312と、波長合波器313とで構成される。ここで、M, Kは整数であり、M×Kがモニタチャネル数となる。波長分光素子32には、波長選択素子31において選択されるM個の光チャネルの光周波数間隔に等しい分光間隔をもつアレイ導波路回折格子321を用いる。ここで、分光間隔とは、アレイ導波路回折格子の隣接ポートから出力される光チャネルの光周波数間隔をいう。

以下、本発明の第1の実施形態を、光チャネルのモニタ光周波数間隔12.5GHz、モニタチャネル数384、モニタ光周波数範囲191.5THz〜196.2875THz、M=16、K=24の場合を例として説明する。

波長分波器311は、波長多重された入力光信号を、光周波数間隔12.5GHzの光チャネル384個に分波する。ゲート光スイッチアレイ312は、分波された384個の光チャネルのうち、12.5GHz×16=200GHz間隔の24個の光チャネルを1組として選択して通過させ、残りの光チャネルを遮断する。これによって、モニタ光周波数範囲の全384個の光チャネルは16組に分けられる。これらの組を第1組（191.5THz, 191.7 THz, …, 196.1THz）、第2組（191.5125THz, 191.7125 THz, …, 196.1125THz）、…、第16組（191.6875THz, 191.8875 THz, …, 196.2875THz）とする。まず、ゲート光スイッチアレイ312によって第1組の光チャネルを選択する。選択された第1組の光チャネルは、光波長合波器313でいったん合波された後、波長分光素子32に入力される。波長分光素子32として、200GHz間隔24chのアレイ導波路回折格子321を用いると、入力された24個の光チャネルは、それぞれ異なるポートから出力され、24個の光検出器33で各チャネルの光パワーを測定することができる。続いて、ゲート光スイッチアレイ312によって、第2組の光チャネルを選択する。選択された第2組の光チャネルは、同様に、波長合波器313でいったん合波された後、アレイ導波路回折格子321で分波され、24個の光検出器33で各チャネルの光パワーを測定することができる。ゲート光スイッチアレイ312で選択する光チャネルの組を変えながら、同様の測定を16回行うと、全384チャネルの光パワーをモニタすることができる。

図4は、本発明の第2の実施形態による光チャネルモニタの構成例である。

図4に示す光チャネルモニタは、波長多重された入力光信号をモニタ光周波数間隔でM×K個の光チャネルに分波し、M個ごとにK個の光チャネルを選択して出力する波長選択素子41と、選択されたK個の光チャネルを異なるK本のポートへ分光する波長分光素子42と、分光された光チャネルのパワーを測定するK個の光検出器43とで構成される。波長分光素子42には、波長選択素子41において選択される光周波数間隔に等しい分光間隔をもつアレイ導波路回折格子421を用いる。

本発明の第2の実施形態において、波長選択素子41は、波長合分波器411と、M×K個の反射型ゲート光スイッチ素子からなる反射型ゲート光スイッチアレイ412と、光サーキュレータ413とで構成される。光サーキュレータ413に入力された波長多重信号は、波長合分波器411へ出力されて分波される。分波された光チャネルは、反射型ゲート光スイッチアレイ412で選択され、波長合分波器411でいったん合波された後、光サーキュレータ413を介して、アレイ導波路回折格子421へ入力される。

図4に示す構成は、図3に示す構成と同様の動作により、全M×Nチャネルの光パワーをモニタすることができる。図4に示す構成では、波長合分波器411が、図3に示す構成における分波側の波長分波器311と波長合波器313の機能を兼ねており、分波時の透過中心光周波数と合波時の透過中心光周波数が自動的に一致するという利点がある。

図5は、本発明の第3の実施形態による光チャネルモニタの構成例である。

図5に示す光チャネルモニタは、波長多重された入力光信号をモニタ光周波数間隔でM×K個の光チャネルに分波し、M個ごとにK個の光チャネルを選択して出力する波長選択素子51と、選択されたK個の光チャネルを異なるK本のポートへ分光する波長分光素子52と、分光された光チャネルのパワーを測定するK個の光検出器53とで構成される。

本発明の第3の実施形態において、波長選択素子51は、周回性アレイ導波路格子511と、M個のゲート光スイッチ素子からなるゲート光スイッチアレイ512と、周回性アレイ導波路格子513とで構成される。ここで、M, Kは整数であり、M×Kがモニタチャネル数となる。図5に示す構成は、図3に示す構成に比べて、ゲート光スイッチアレイの素子数を少なくできる、という利点がある。波長分光素子52には、波長選択素子51において選択される光周波数間隔に等しい分光間隔をもつアレイ導波路回折格子521を用いる。

以下、本発明の第3の実施形態を、光チャネルのモニタ光周波数間隔12.5GHz、モニタチャネル数384、モニタ光周波数範囲191.5THz〜196.2875THz、M=16、K=24の場合を例として説明する。

周回性アレイ導波路回折格子511は、波長多重された入力光信号を、光周波数間隔12.5GHzの光チャネルに分波し、自由スペクトル範囲（Free Spectral Range, FSR）200GHzを1周期として、すなわち、光チャネルを16個ごとに24個選択して1組として、16個のゲート光スイッチアレイ512の各素子に出力する。ゲート光スイッチアレイ512のうち第1番目の素子に出力される光チャネル24個（191.5THz, 191.7 THz, …, 196.1THz）を第1組、第2番目の素子に出力される光チャネル24個（191.5125THz, 191.7125 THz, …, 196.1125THz）を第2組、…、第16番目の素子に出力される光チャネル24個（191.6875THz, 191.8875 THz, …, 196.2875THz）を第16組とする。まず、16個のゲート光スイッチアレイ512のうち第1番目の素子のみを通過状態とすることによって、第1組の光チャネルのみを選択して通過させ、残りの光チャネルを遮断する。選択された第1組の光チャネルは、光波長合波器513でいったん合波された後、波長分光素子52に入力される。波長分光素子52として、200GHz間隔24chのアレイ導波路回折格子521を用いると、入力された24個の光チャネルは、それぞれ異なるポートから出力され、24個の光検出器53で各チャネルの光パワーを測定することができる。続いて、ゲート光スイッチアレイ512のうち第2番目の素子を通過状態として、第2組の光チャネルのみを選択する。選択された第2組の光チャネルは、同様に、波長合波器513でいったん合波された後、アレイ導波路回折格子521で分波され、24個の光検出器53で各チャネルの光パワーを測定することができる。ゲート光スイッチアレイ512で選択する光チャネルの組を変えながら、同様の測定を16回行うと、全384チャネルの光パワーをモニタすることができる。

なお、周回性アレイ導波路回折格子511は、FSR=200GHzを1周期として、全光チャネルを出力することができるが、その透過損失はFSRの中央周波数付近で最も小さく、FSRの端の周波数に近づくほど増大する。そのため光チャネルの各組によって光検出器への入力パワーに差異が生じることになるが、この差異は、周回性アレイ導波路回折格子511の透過特性を予め測定しておいて補正を掛けることが可能である。

また、アレイ導波路回折格子521は、分光間隔200GHzであり、各出力ポートは200GHz間隔に相当する帯域幅を有しているが、その透過損失は透過中心周波数付近で最も小さく、透過中心周波数から離れるほど透過損失が増大する。そのため光チャネルの各組のなかで光チャネルによって光検出器への入力パワーに差異が生じることになるが、この差異は、アレイ導波路回折格子521の透過特性を予め測定しておいて補正を掛けることが可能である。

図6は、本発明の第4の実施形態による光チャネルモニタの構成例である。

図6に示す光チャネルモニタは、波長多重された入力光信号をモニタ光周波数間隔でM×K個の光チャネルに分波し、、M個ごとにK個の光チャネルを選択して出力する波長選択素子61と、選択されたK個の光チャネルを異なるK本のポートへ分光する波長分光素子62と、分光された光チャネルのパワーを測定するK個の光検出器63とで構成される。ここで、M, Kは整数であり、M×Kがモニタチャネル数となる。

本発明の第4の実施形態において、波長選択素子61は、波長分波器611と、M×K個の1×2光スイッチ素子からなる1×2光スイッチアレイ612と、波長合波器613, 614とで構成される。さらに、波長分光素子62には、波長選択素子61において選択される光周波数間隔に等しい分光間隔をもち、2つの入力ポート6211, 6212を備えたアレイ導波路回折格子621を用いる。

以下、本発明の第4の実施形態を、光チャネルのモニタ光周波数間隔12.5GHz、モニタチャネル数384、モニタ光周波数範囲191.5THz〜196.2875THz、M=16、K=24の場合を例として説明する。

波長選択素子61は、波長多重された入力光信号を、光周波数間隔12.5GHzの光チャネル384個に分波し、12.5GHz×16=200GHz間隔の24個の光チャネルを1組として選択して、波長合波器613または614でいったん合波した後に出力し、残りの光チャネルを遮断する。これによって、モニタ範囲の全384チャネルは16組に分けられる。これを第1組（191.5THz, 191.7 THz, …, 196.1THz）、第2組（191.5125THz, 191.7125 THz, …, 196.1125THz）、…、第16組（191.6875THz, 191.8875 THz, …, 196.2875THz）とする。

アレイ導波路格子621は、2つの入力ポートのうち一方の入力ポート6211に入力されたとき、各出力ポートにおける透過中心光周波数が第5組（191.55THz, 191.75 THz, …, 196.15THz）と一致するように設定し、他方の入力ポート6212に入力されたとき、第13組（191.65THz, 191.85 THz, …, 196.25THz）と一致するように設定する。そして、第1〜8組を選択したときは入力ポート6211を用い、第9〜16組を選択したときは、1×2光スイッチアレイ612を切り替えて、入力ポート6212を用いる。このようにすることによって、光チャネルの光周波数が、アレイ導波路格子721の透過中心波長から離れたときの光検出器への入力パワーの低下を緩和することができる。

図7は、本発明の第5の実施形態による光チャネルモニタの構成例である。

図7に示す光チャネルモニタは、波長多重された入力光信号をモニタ光周波数間隔でM×K個の光チャネルに分波し、M個ごとにK個の光チャネルを選択して出力する波長選択素子71と、選択されたK個の光チャネルを異なるK本のポートへ分光する波長分光素子72と、分光された光チャネルのパワーを測定するK個の光検出器73とで構成される。ここで、M, Kは整数であり、M×Kがモニタチャネル数となる。波長分光素子72には、波長選択素子71において選択される光周波数間隔に等しい分光間隔をもつアレイ導波路回折格子721を用いる。

本発明の第5の実施形態において、波長選択素子71は、2つの入力ポート7111, 7112を備えた周回性アレイ導波路格子711と、M／2個の素子からなる反射型ゲート光スイッチアレイ712と、光サーキュレータ713とで構成される。さらに、周回性アレイ導波路回折格子711と光サーキュレータ713との間に、周回性アレイ導波路回折格子711の入力ポート7111, 7112を選択するための1×2光スイッチ714を備える。図7に示す構成は、図5に示す構成に比べて、ゲート光スイッチアレイの素子数を少なくできる、という利点がある。

以下、本発明の第5の実施形態を、光チャネルのモニタ光周波数間隔12.5GHz、モニタチャネル数384、モニタ光周波数範囲191.5THz〜196.2875THz、M=16、K=24の場合を例として説明する。

周回性アレイ導波路回折格子711は、波長多重された入力光信号を、光周波数間隔12.5GHzの光チャネルに分波し、FSR=200GHzを1周期として、すなわち、光チャネルを16個ごとに24個選択して1組として出力する。これによって、モニタ範囲の全384チャネルは16組に分けられる。これを第1組（191.5THz, 191.7 THz, …, 196.1THz）、第2組（191.5125THz, 191.7125 THz, …, 196.1125THz）、…、第16組（191.6875THz, 191.8875 THz, …, 196.2875THz）とする。

周回性アレイ導波路格子711は、2つの入力ポートのうち一方の入力ポート7111に入力されたとき、8個のゲート光スイッチアレイ712のうち第1番目の素子に第1組（191.5THz, 191.7 THz, …, 196.1THz）、第2番目の素子に第2組（191.5125THz, 191.7125 THz, …, 196.1125THz）、…、第8番目の素子に第8組（191.5125THz, 191.7125 THz, …, 196.1125THz）が出力されるように設定する。また、他方の入力ポート7112に入力されたとき、8個のゲート光スイッチアレイ712のうち第1番目の素子に第9組（191.6THz, 191.8THz, …, 196.2THz）、第2番目の素子に第10組（191.6125THz, 191.8125 THz, …, 196.2125THz）、…、第8番目の素子に第16組（191.6875THz, 191.8875 THz, …, 196.2875THz）が出力されるように設定する。そして、第1〜8組を選択するときは入力ポート7111を用い、第9〜16組を選択するときは、光スイッチ714を切り替えて、入力ポート7112を用いる。このようにすることによって、全384チャネルの光パワーをモニタすることができる。

なお、光スイッチ714を備える代わりに、アレイ導波路格子711の透過中心光周波数を、温度などによってチューニングすることによっても同様の構成をとることが可能である。図8は、本発明の第6の実施形態による光チャネルモニタの構成例である。

図8に示す光チャネルモニタは、波長多重された入力光信号をモニタ光周波数間隔でM×K個の光チャネルに分波し、、M個ごとにK個の光チャネルを選択して出力する波長選択素子81と、選択されたK個の光チャネルを異なるK本のポートへ分光する波長分光素子82と、分光された光チャネルのパワーを測定するK個の光検出器83とで構成される。ここで、M, Kは整数であり、M×Kがモニタチャネル数となる。

波長選択素子81は、2つの入力ポート8111, 8112を備えた周回性アレイ導波路格子811と、M／2個の素子からなる反射型ゲート光スイッチアレイ812と、光サーキュレータ813とで構成される。さらに、周回性アレイ導波路回折格子811と光サーキュレータ813との間に、周回性アレイ導波路回折格子の入力ポート8111, 8112を選択するための1×2光スイッチ814を備える。

本発明の第6の実施形態において、波長分光素子82には、波長選択素子81において選択される光周波数間隔に等しい分光間隔をもち、2つの入力ポート8211, 8212を備えたアレイ導波路回折格子821を用いる。さらに、波長選択素子81とアレイ導波路回折格子821との間に、アレイ導波路回折格子821の入力ポート8211, 8212を選択するための1×2光スイッチ824を備える。

以下、本発明の第6の実施形態を、光チャネルのモニタ光周波数間隔12.5GHz、モニタチャネル数384、モニタ光周波数範囲191.5THz〜196.2875THz、M=16、K=24の場合を例として説明する。

波長選択素子81は、図7に示す構成と同様に、波長多重された入力光信号を、光周波数間隔12.5GHzの光チャネルに分波し、FSR=200GHzを1周期として、すなわち、光チャネルを16個ごとに24個選択して1組として選択する。これによって、モニタ範囲の全384チャネルは16組に分けられる。これを第1組（191.5THz, 191.7 THz, …, 196.1THz）、第2組（191.5125THz, 191.7125 THz, …, 196.1125THz）、…、第16組（191.6875THz, 191.8875 THz, …, 196.2875THz）とする。

アレイ導波路格子821は、2つの入力ポートのうち一方の入力ポート8111に入力されたとき、各出力ポートにおける透過中心光周波数が第5組（191.55THz, 191.75 THz, …, 196.15THz）と一致するように設定し、他方の入力ポート8112に入力されたとき、第13組（191.65THz, 191.85 THz, …, 196.25THz）と一致するように設定する。そして、第1〜8組を選択したときは入力ポート8111を用い、第9〜16組を選択したときは、光スイッチ822を切り替えて、入力ポート8112を用いる。このようにすることによって、光チャネルの光周波数が、アレイ導波路格子821の透過中心波長から離れたときの光検出器への入力パワーの低下を緩和することができる。

なお、光スイッチ824を備える代わりに、アレイ導波路格子821の透過中心光周波数を、温度などによってチューニングすることによっても同様の構成をとることが可能である。

図9は、本発明の第7の実施形態による光チャネルモニタの構成例である。

図9に示す光チャネルモニタは、波長多重された入力光信号をモニタ光周波数間隔でM×N個の光チャネルに分波し、M個ごとにN個の光チャネルを選択して出力する波長選択素子91と、選択されたN個の光チャネルを異なるN本のポートへ分光する波長分光素子92と、分光された光チャネルのパワーを測定するN個の光検出器93とで構成される。波長選択素子91は、波長分波器911と、M×N個の素子からなるゲート光スイッチアレイ912と、波長合波器913とで構成される。ここで、M, Nは整数であり、M×Nがモニタチャネル数となる。

本発明の第7の実施形態において、波長分光素子92には、周回性アレイ導波路回折格子921を用いる。周回性アレイ導波路回折格子921の分光間隔は、波長分波器911および波長合波器913の分光間隔と同じとする。また、周回性アレイ導波路格子921のFSRは、分光間隔のN倍であり、かつ、MとNが互いに素な整数となるようにする。

以下、本発明の第7の実施形態を、光チャネルのモニタ光周波数間隔12.5GHz、モニタチャネル数408、モニタ光周波数範囲191.2THz〜196.2875THz、M=17、N=24の場合を例として説明する。

波長選択素子91は、図3に示す構成と同様に、波長多重された入力光信号を、光周波数間隔12.5GHzの光チャネル408個に分波し、そのうち12.5GHz×17=212.5GHz間隔の24個の光チャネルを1組として選択して通過させ、残りの光チャネルを遮断する。これによって、モニタ範囲の全408チャネルは17組に分けられる。これを第1組（191.2THz, 191.4125 THz, …, 196.0875THz）、第2組（191.2125THz, 191.425 THz, …, 196.1THz）、…、第17組（191.4THz, 191.4125 THz, …, 196.2875THz）とする。

周回性アレイ導波路回折格子921は、波長多重された入力光信号を、光周波数間隔12.5GHzの光チャネルに分波し、FSR=300GHzを1周期として、すなわち、光チャネルを24個おきに同じ出力ポートに出力する。ここで、波長選択素子91の選択間隔は12.5GHz×17=212.5GHz、周回性アレイ導波路回折格子のFSRは12.5GHz×24=300GHzであり、M=17とN=24は互いに素な整数であるため、周回性アレイ導波路回折格子921に入力された1つの組の光チャネルは、異なる出力ポートに出力される。

したがって、第1組の光チャネルが入力されたとき、第1組の第1番目の光チャネル（191.2THz）が第1番目の出力ポートに出力される場合、第1組の第2番目の光チャネル（191.4125THz）は第18番目の出力ポートに（これは1+17=18であることによる）、第1組の第3番目の光チャネル（191.625THz）は第11番目の出力ポートに（これは1+17×2=35の24の剰余が11であることによる）、…、第1組の第24番目の光チャネル（196.0875THz）は第8番目の出力ポートに（これは1+17×23=392の24の剰余が8であることによる）出力される。このようにして、24個の光検出器93で各チャネルの光パワーを測定することができる。他の組の光チャネルを選択した場合も、各光チャネルが異なる出力ポートから出力されるので、同様の測定を17回行うと、全408チャネルの光パワーをモニタすることができる。

図10は、本発明の第8の実施形態による光チャネルモニタの構成例である。

図10に示す光チャネルモニタは、波長多重された入力光信号をモニタ光周波数間隔でM×N個の光チャネルに分波し、M個ごとにN個の光チャネルを選択して出力する波長選択素子101と、選択されたN個の光チャネルを分光する波長分光素子102と、分光された光チャネルのパワーを測定する光検出器103とで構成される。ここで、M, Nは整数であり、M×Nがモニタチャネル数となる。

本発明の第8の実施形態において、波長選択素子101は、波長分波器1011と、M×N個の素子からなる1×2光スイッチアレイ1012と、波長合波器1013, 1014とで構成される。

波長分光素子102には、2つの入力ポート10211, 10212を備えた周回性アレイ導波路回折格子1021を用いる。周回性アレイ導波路回折格子1021の分光間隔は、波長分波器1011および波長合波器1012の分光間隔と同じとする。また、周回性アレイ導波路格子1021のFSRは、分光間隔のN倍であり、かつ、MとNが互いに素な整数となるようにする。

本発明の第8の実施形態において、周回性アレイ導波路回折格子1021の出力ポート数はN／2本とし、光検出器103の個数はN／2個とする。図10に示す構成は、図9に示す構成に比べて、光検出器103の個数を削減できるという利点がある。

以下、本発明の第8の実施形態を、光チャネルのモニタ光周波数間隔12.5GHz、モニタチャネル数408、モニタ光周波数範囲191.2THz〜196.2875THz、M=17、N=24の場合を例として説明する。

波長選択素101は、図6に示す構成と同様に、波長多重された入力光信号を、光周波数間隔12.5GHzの光チャネル408個に分波し、そのうち12.5GHz×17=212.5GHz等間隔の24個を1組として選択し、波長合波器1013あるいは1014いずれかでいったん合波した後に出力する。これによって、モニタ範囲の全408チャネルは17組に分けられる。これを第1組（191.2THz, 191.4125 THz, …, 196.0875THz）、第2組（191.2125THz, 191.425 THz, …, 196.1THz）、…、第17組（191.4THz, 191.4125 THz, …, 196.2875THz）とする。

周回性アレイ導波路回折格子1021は、波長多重された入力光信号を、光周波数間隔12.5GHzの光チャネルに分波し、FSR=300GHzを1周期として、すなわち、光チャネルを24個おきに同じ出力ポートに出力する。さらに、周回性アレイ導波路格子1021は、2つの入力ポートのうち一方の入力ポート10211に入力されたとき、12本の出力ポートのうち第1番目から順に、191.2THz, 191.2125 THz, …, 191.3375THzが出力されるように設定する。また、他方の入力ポート10212を12.5GHz×12=150GHzシフトした位置に配置して、入力ポート10212に入力されたとき、12本の出力ポートに第1番目から順に、191.35THz, 191.3625 THz, …, 191.4875THzが出力されるように設定する。このとき、1×2光スイッチアレイ1012を切り替えることで、すべての光チャネルを周回性アレイ導波路格子1021の12本の出力ポートに出力することができ、12個の光検出器103で光パワーをモニタすることができる。

図11は、本発明の第9の実施形態による光チャネルモニタの構成例である。

図11に示す光チャネルモニタは、波長多重された入力光信号をモニタ光周波数間隔でM×N個の光チャネルに分波し、M個ごとにN個の光チャネルを選択して出力する波長選択素子111と、選択されたN個の光チャネルを分光する波長分光素子112と、分光された光チャネルのパワーを測定する光検出器113とで構成される。ここで、M, Nは整数であり、M×Nがモニタチャネル数となる。

本発明の第9の実施形態において、波長選択素子111は、2つの入力ポート11111, 11112を備えた周回性アレイ導波路格子1111と、M／2個の反射型ゲート光スイッチからなる反射型ゲート光スイッチアレイ1112と、光サーキュレータ1113とで構成される。さらに、周回性アレイ導波路回折格子1111と光サーキュレータ1113との間に、周回性アレイ導波路回折格子1111の入力ポート11111, 11112を選択するための1×2光スイッチ1114を備える。

波長分光素子112には、2つの入力ポート11211, 11212を備えた周回性アレイ導波路回折格子1121を用いる。周回性アレイ導波路回折格子1121の分光間隔は、周回性アレイ導波路回折格子1111の分光間隔と同じとする。また、周回性アレイ導波路格子1121のFSRは、分光間隔のN倍であり、かつ、MとNが互いに素な整数となるようにする。

周回性アレイ導波路回折格子1121の出力ポート数はN／2本とし、光検出器113の個数はN／2個とする。図11に示す構成は、図10に示す構成と同様、光検出器113の個数を削減できるという利点がある。

本発明の第9の実施形態においては、周回性アレイ導波路回折格子1121の前段に、入力ポート11211, 11212を選択するための1×2光スイッチ1122を備える。

図11に示す構成では、1×2光スイッチアレイ1112を切り替えることで、図10に示す構成と同様に、周回性アレイ導波路回折格子1121の2つの入力ポート11211, 11212を光チャネルの光周波数に応じて切り替えることができる。

なお、光スイッチ1114を備える代わりに、アレイ導波路格子1111の透過中心光周波数を、温度などによってチューニングすることによっても同様の構成をとることが可能である。また、光スイッチ1122を備える代わりに、アレイ導波路格子1121の透過中心光周波数を、温度などによってチューニングすることによっても同様の構成をとることが可能である。

11、32、42、52、62、72、82、92、102、112 波長分光素子
12、33、43、53、63、73、83、93、103、113 光検出器アレイ
21 可変波長フィルタ
22 光検出器
31、41、51、61、71、81、91、101、111 波長選択素子
311、611、911、1011 波長分波器
312、512、912 ゲート光スイッチアレイ
313、613、614、913、1013、1014 波長合波器
321、421、521、621、821 アレイ導波路回折格子
411 波長合分波器
412、812、1112 反射型ゲート光スイッチアレイ
413、713、813、1113 光サーキュレータ
511、513、711、721、811、912、1021、1111、1121 周回性アレイ導波路格子
612 1×2光スイッチアレイ
6211、6212、7111、7112、8111、8112、8211、8212、10211、10212、11111、11112、11211、11212 入力ポート
714、814、824、1012、1114、1124 1×2光スイッチ

Claims (10)

1. 波長多重されたM×Kチャネルの入力光信号が入力され、M組のK個の光チャネルのうち、1組のK個の光チャネルを選択し、選択したK個の光チャネルの光信号を合波して出力する波長選択素子と、
   前記選択されたK個の光チャネルの光信号を異なるK個のポートへ分光する波長分光素子と、
   前記分光された光チャネルのパワーを測定するK個の光検出器とを備え、
   M, Kは2より大きい整数であることを特徴とする光チャネルモニタ。
2. 請求項１に記載の光チャネルモニタにおいて、
   前記波長選択素子が、M×K個の光チャネルの光信号を分波する波長分波器と、前記波長分波器に接続されたM×K個のゲート光スイッチからなり、M個ごとにK個の光チャネルの光信号が入力され、M組のK個の光チャネルのうち、1組のK個の光チャネルを選択するゲート光スイッチアレイと、前記ゲート光スイッチアレイに接続された波長合波器とからなり、
   前記波長分光素子が、アレイ導波路回折格子からなることを特徴とする光チャネルモニタ。
3. 請求項１に記載の光チャネルモニタにおいて、
   前記波長選択素子が、光サーキュレータと、前記光サーキュレータに接続され、M×K個の光チャネルの光信号を合分波する波長合分波器と、前記波長合分波器に接続されたM×K個の反射型ゲート光スイッチからなり、M個ごとにK個の光チャネルの光信号が入力され、M組のK個の光チャネルのうち、1組のK個の光チャネルを選択する反射型ゲート光スイッチアレイとからなり、
   前記波長分光素子が、アレイ導波路回折格子からなることを特徴とする光チャネルモニタ。
4. 請求項１に記載の光チャネルモニタにおいて、
   前記波長選択素子が、M個ごとにK個の光チャネルの光信号を分波する第１の周回型アレイ導波路回折格子と、前記第１の周回型アレイ導波路回折格子に接続されたM個のゲート光スイッチからなり、前記M組のK個の光チャネルのうち、1組のK個の光チャネルを選択するゲート光スイッチアレイと、前記ゲート光スイッチアレイに接続された第２の周回型アレイ導波路回折格子とからなり、
   前記波長分光素子が、アレイ導波路回折格子からなることを特徴とする光チャネルモニタ。
5. 請求項１に記載の光チャネルモニタにおいて、
   前記波長選択素子が、M×K個の光チャネルの光信号を分波する波長分波器と、前記波長分波器に接続された、第１と第２の出力端子を有するM×K個の１×２光スイッチからなり、M個ごとにK個の光チャネルの光信号が入力され、M組のK個の光チャネルのうち、1〜M/2組のK個の光チャネルを第１の出力端子に出力し、(M/2)+1〜M組のK個の光チャネルを第２の出力端子に出力する１×２光スイッチアレイと、前記１×２光スイッチの前記第１の出力端子に接続された第１の波長合波器と、前記１×２光スイッチの前記第２の出力端子に接続された第２の波長合波器とからなり、
   前記波長分光素子が、前記第１および前記第２の波長合波器のそれぞれに接続された２つの入力ポートを有するアレイ導波路回折格子からなることを特徴とする光チャネルモニタ。
6. 請求項１に記載の光チャネルモニタにおいて、
   前記波長選択素子が、光サーキュレータと、前記光サーキュレータに接続され、M組のK個の光チャネルのうち、1〜M/2組のK個の光チャネルを第１の出力端子に出力し、(M/2)+1〜M組のK個の光チャネルを第２の出力端子に出力する１×２光スイッチと、前記１×２光スイッチに接続され、M個ごとにK個の光チャネルの光信号を分波する周回型アレイ導波路回折格子と、前記周回型アレイ導波路回折格子に接続されたM／２個の反射型ゲート光スイッチからなり、前記M組のK個の光チャネルのうち、1組のK個の光チャネルを選択する反射型ゲート光スイッチアレイとからなり、
   前記波長分光素子が、アレイ導波路回折格子からなることを特徴とする光チャネルモニタ。
7. 請求項６に記載の光チャネルモニタにおいて、
   前記光サーキュレータと前記波長分光素子との間に、第２の１×２光スイッチをさらに備え、
   前記波長分光素子の前記アレイ導波路回折格子は、前記第２の１×２光スイッチの出力に接続された２つの入力ポートを有することを特徴とする光チャネルモニタ。
8. 波長多重されたM×Nチャネルの入力光信号が入力され、M組のN個の光チャネルのうち、1組のN個の光チャネルを選択し、選択したN個の光チャネルの光信号を合波して出力する波長選択素子と、
   前記選択されたN個の光チャネルの光信号を異なるN個のポートへ分光する波長分光素子と、
   前記分光された光チャネルのパワーを測定するN個の光検出器とを備え、
   前記波長選択素子が、M×N個の光チャネルの光信号を分波する波長分波器と、前記波長分波器に接続されたM×N個のゲート光スイッチからなり、M個ごとにN個の光チャネルの光信号が入力され、M組のN個の光チャネルのうち、1組のN個の光チャネルを選択するゲート光スイッチアレイと、前記ゲート光スイッチアレイに接続された波長合波器とからなり、
   前記波長分光素子が、周回型アレイ導波路回折格子からなり、MとNとは互いに素であることを特徴とする光チャネルモニタ。
9. 波長多重されたM×Nチャネルの入力光信号が入力され、M組のN個の光チャネルのうち、1組のN個の光チャネルを選択し、選択したN個の光チャネルの光信号を合波して出力する波長選択素子と、
   前記選択されたN個の光チャネルの光信号を異なるN／２個のポートへ分光する波長分光素子と、
   前記分光された光チャネルのパワーを測定するN／２個の光検出器を備え、
   前記波長選択素子が、M×N個の光チャネルの光信号を分波する波長分波器と、前記波長分波器に接続された、第１と第２の出力端子を有するM×N個の１×２光スイッチからなり、前記M組のN個の光チャネルのうち、1組のN個の光チャネルを選択する１×２光スイッチアレイと、前記１×２光スイッチの前記第１の出力端子に接続された第１の波長合波器と、前記１×２光スイッチの前記第２の出力端子に接続された第２の波長合波器とからなり、
   前記波長分光素子が、1〜N/2個の光チャネルを入力するために前記第１の波長合波器に接続され、(N/2)+1〜N個の光チャネルを入力するために前記第２の波長合波器に接続された２つの入力ポートを有する周回型アレイ導波路回折格子からなり、MとNとは互いに素であることを特徴とする光チャネルモニタ。
10. 波長多重されたM×Nチャネルの入力光信号が入力され、M組のN個の光チャネルのうち、1組のN個の光チャネルを選択し、選択したN個の光チャネルの光信号を合波して出力する波長選択素子と、
    前記選択されたN個の光チャネルの光信号を異なるN／２個のポートへ分光する波長分光素子と、
    前記分光された光チャネルのパワーを測定するN／２個の光検出器を備え、
    前記波長選択素子が、光サーキュレータと、前記光サーキュレータに接続され、M組のN個の光チャネルのうち、1〜M/2組のN個の光チャネルを第１の出力端子に出力し、(M/2)+1〜M組のN個の光チャネルを第２の出力端子に出力する１×２光スイッチと、前記１×２光スイッチに接続され、M個ごとにN個の光チャネルの光信号を分波する周回型アレイ導波路回折格子と、前記周回型アレイ導波路回折格子に接続されたM／２個の反射型ゲート光スイッチからなり、前記M組のN個の光チャネルのうち、1組のN個の光チャネルを選択する反射型ゲート光スイッチアレイとからなり、
    前記波長分光素子が、周回性アレイ導波路回折格子からなり、前記光サーキュレータと前記波長分光素子との間に、第２の１×２光スイッチをさらに備え、
    前記波長分光素子の前記周回性アレイ導波路回折格子は、前記第２の１×２光スイッチの出力に接続された２つの入力ポートを有し、MとNとは互いに素であることを特徴とする光チャネルモニタ。

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