JP6985604B2

JP6985604B2 - 光ノード装置

Info

Publication number: JP6985604B2
Application number: JP2018020546A
Authority: JP
Inventors: 浩孝小野; 光師福徳; 伸悟河合; 裕宮本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2038-02-07
Also published as: US11362753B2; WO2019155990A1; JP2019140471A; US20210159996A1

Description

本発明は、光ノード装置に関する。

スマートフォンやタブレットＰＣ（パーソナルコンピュータ）の普及により、光ネットワークのデータトラフィック量はますます増加している。特に、データトラフィックが集中する長距離・メトロ領域の光ネットワークシステムでは、毎年毎年増加する莫大な量のトラフィックに対して柔軟に対応を行い、効率的かつ経済的にトラフィックを収容することへの需要が高まっている。

光ノードにおける光クロスコネクト技術は、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）技術を活用することで、柔軟かつ経済的な光ネットワークシステムを実現している。この光ネットワークシステムのアーキテクチャは、光信号の波長分割多重（ＷＤＭ）により大容量化を実現したポイント・ツー・ポイントに始まり、光信号をそのまま挿入・分岐する再構築可光分岐挿入装置（ＲＯＡＤＭ）を用いた単一リング構成を経て、多方路ＲＯＡＤＭを用いたマルチリング構成へと発展している（例えば、非特許文献１参照）。マルチリングやメッシュネットワークを実現する多方路ＲＯＡＤＭには、１×Ｍ（１ポート×多ポート）またはＭ×Ｍ（多ポート×多ポート）波長選択スイッチが用いられる（例えば、非特許文献２参照）。

福徳光師，外２名，"柔軟かつ経済的なネットワークを実現する光ノードおよびスイッチ技術"，ＮＴＴ技術ジャーナル，2013年11月号，p.12-15 S. Yamakami，外４名，"Highly Reliable Large-Scale Optical Cross-Connect Architecture Utilizing MxM Wavelength-Selective Switches"，Proc. OFC2017，paper Th3K.5，2017年 H. Ono，外６名，"12-Core Double-Clad Er/Yb-Doped Fiber Amplifier Employing Free-space Coupling Pump/Signal Combiner Module"，Proc. ECOC2013, paper We.4.A.4，2013年

図４は、多方路ＲＯＡＤＭを実現する従来の光ノード装置９の構成を示すブロック図である。光ノード装置９は、複数の波長選択スイッチ９１を備える。ここでは、その他の機能を実現するための構成要素を省略している。波長選択スイッチ９１は、光ノード装置９の入力側と出力側とに配置される。同図では、入力側のＮ台の波長選択スイッチ９１を波長選択スイッチ９１−１１〜９１−１Ｎと記載し、出力側のＮ台の波長選択スイッチ９１を波長選択スイッチ９１−２１〜９１−２Ｎと記載している。入力側の波長選択スイッチ９１−１１〜９１−１Ｎと、出力側の波長選択スイッチ９１−２１〜９１−２Ｎとをメッシュ状に接続することにより、多方路経路選択において波長設定を自由に行うことができる。

ここで、方路数が多くなると、波長選択スイッチ９１の入出力ポート数が多くなる。これにより、波長選択スイッチ９１の規模が大きくなるとともに、透過損失が大きくなる。波長選択スイッチ９１の透過損失が大きくなると、伝送させる信号光パワー低下により信号対雑音比（ＳＮＲ）が劣化し、伝送距離（またはスパン数）の減少を招く。

上記事情に鑑み、本発明は、伝送距離の減少を抑制できる光ノード装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、複数の出力ポートを有し、入力した光を波長で分離し、分離された前記光それぞれを、分離された前記光の出力先に対応する前記出力ポートから出力する１以上の入力側波長選択スイッチと、１以上の前記入力側波長選択スイッチそれぞれから出力された光を入力する入力ポートを有し、前記入力ポートから入力した前記光を合波して出力する複数の出力側波長選択スイッチと、前記入力側波長選択スイッチの前記出力ポートそれぞれから出力された前記光を増幅し、増幅した前記光を前記出力ポートに対応する出力先の前記出力側波長選択スイッチに出力する増幅部と、を備え、前記増幅部は、前記入力側波長選択スイッチそれぞれに対応したクラッド励起マルチコア光増幅器を有し、前記クラッド励起マルチコア光増幅器は、対応する前記入力側波長選択スイッチの前記出力ポートそれぞれから出力された前記光を増幅し、増幅した前記光を前記出力ポートに対応する出力先の前記出力側波長選択スイッチに出力する、光ノード装置である。

本発明の一態様は、複数の出力ポートを有し、入力した光を波長で分離し、分離された前記光それぞれを、分離された前記光の出力先に対応する前記出力ポートから出力する１以上の入力側波長選択スイッチと、１以上の前記入力側波長選択スイッチそれぞれから出力された光を入力する入力ポートを有し、前記入力ポートから入力した前記光を合波して出力する複数の出力側波長選択スイッチと、前記入力側波長選択スイッチの前記出力ポートそれぞれから出力された前記光を増幅し、増幅した前記光を前記出力ポートに対応する出力先の前記出力側波長選択スイッチに出力する増幅部と、を備え、前記増幅部は、前記入力側波長選択スイッチそれぞれの前記出力ポートの数の合計値以上のコア数の光増幅器である、光ノード装置である。

本発明により、光ノード装置の伝送距離の減少を抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態による光ノード装置の構成を示すブロック図である。同実施形態による光ノード装置の他の構成を示すブロック図である。同実施形態による光ノード装置と従来の光ノード装置の伝送特性を示す図である。従来の光ノード装置のブロック図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本願発明の一実施形態による光ノード装置１の構成を示すブロック図である。同図において、光ノード装置１は、２Ｎ台の波長選択スイッチ１１及びＮ台のクラッド励起マルチコア光増幅器２１を備える（Ｎは２以上の整数）。同図では、入力側のＮ台の波長選択スイッチ１１を波長選択スイッチ１１−１１〜１１−１Ｎと記載し、出力側のＮ台の波長選択スイッチ１１を波長選択スイッチ１１−２１〜１１−２Ｎと記載している。また、波長選択スイッチ１１−１ｎ（ｎは１以上Ｎ以下の整数）が出力した光を入力するクラッド励起マルチコア光増幅器２１をクラッド励起マルチコア光増幅器２１−ｎと記載している。以下では、Ｎ＝９の場合を例に説明する。

波長選択スイッチ１１は、１×９のポートを有する。入力側の波長選択スイッチ１１と出力側の波長選択スイッチ１１の合計挿入損失は、接続損失も含めて３３ｄＢである。波長選択スイッチ１１−１１〜１１−１Ｎは、１つの入力側のポートから入力した光を波長ごとに分離する。波長選択スイッチ１１−１１〜１１−１Ｎは、分離された光をそれぞれ、９個の出力側のポート（出力ポート）のうち、分離されたその光（波長）の出力先に応じた出力側のポートから出力する。波長選択スイッチ１１−１１〜１１−１Ｎの各出力側のポートはそれぞれ、波長選択スイッチ１１−２１〜１１−２Ｎに対応する。波長選択スイッチ１１−２１〜１１−２Ｎの９つの入力側のポート（入力ポート）はそれぞれ、波長選択スイッチ１１−１１〜１１−１Ｎが出力した光を入力する。波長選択スイッチ１１−２１〜１１−２Ｎは、９つの入力側のポートそれぞれから入力した光を合波し、１つの出力側のポートから出力する。波長選択スイッチ１１として、図４に示す波長選択スイッチ９１を用いることもできる。

クラッド励起マルチコア光増幅器２１は、ダブルクラッド・９コアエルビウム添加ファイバ、及び、マルチモード９８０ｎｍ帯半導体レーザ（ＬＤ）を有する。クラッド励起マルチコア光増幅器２１が有する信号光ポートのうち、増幅用マルチコアファイバ側の光ファイバはダブルクラッド９コアファイバ、他方のポートの光ファイバはシングルクラッド９コアファイバであり、励起光源側の光ファイバはシングルクラッドマルチモードである。クラッド励起マルチコア光増幅器２１は、レンズ光学系で両マルチコアファイバの対応するコアを結合すると共に、ダイクロイックミラーにより励起光と信号光を合波してマルチコアファイバへ結合させる機能を有する合分波器を備える。一例として、クラッド励起マルチコア光増幅器２１は、非特許文献３に記載の構成である。

クラッド励起マルチコア光増幅器２１−ｎの入力側の９つの信号光ポートはそれぞれ、入力側の波長選択スイッチ１１−１ｎの９ポートからの光を入力する。また、クラッド励起マルチコア光増幅器２１−ｎの出力側の９つの信号光ポートはそれぞれ、出力側の波長選択スイッチ１１−２１〜１１−２Ｎに光を出力する。クラッド励起マルチコア光増幅器２１−ｎは、波長選択スイッチ１１−１ｎが光を出力したポートに対応した波長選択スイッチ１１−２１〜１１−２Ｎに、増幅した光を出力する。例えば、クラッド励起マルチコア光増幅器２１−ｎは、波長選択スイッチ１１−１ｎのｉ番目（ｉは１以上９以下の整数）のポートから入力した光を増幅し、波長選択スイッチ１１−２ｉに出力する。クラッド励起マルチコア光増幅器２１は、約１０ｄｂの利得を有しており、光ノード装置１内の波長選択スイッチ１１の挿入損失の一部分を補償する。これにより、信号光パワーが光ノード装置１内において極度に低下することを防ぐ。

図２は、本実施形態の光ノード装置１ａの構成を示すブロック図である。同図において、図１に示す光ノード装置１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。光ノード装置１ａは、光ノード装置１のクラッド励起マルチコア光増幅器２１−１〜２１−Ｎに代えて、光増幅器３１を備える。このように、Ｎ台のクラッド励起マルチコア光増幅器２１に代えて、入力側及び出力側のそれぞれに、波長選択スイッチ１１−１１〜１１−１Ｎそれぞれのポート数（１×ＭのＭ、Ｍは正の整数）の合計値と同じかそれ以上のコア数のコアを有する一つの光増幅器３１を備える構成とすることも可能である。光増幅器３１は、波長選択スイッチ１１−１ｎが光を出力したポートに応じた波長選択スイッチ１１−２１〜１１−２Ｎに増幅した光を出力する。例えば、光増幅器３１は、波長選択スイッチ１１−１ｎのｉ番目（ｉは１以上Ｎ以下の整数）のポートから入力した光を増幅し、波長選択スイッチ１１−２ｉに出力する。

図３は、本実施形態の光ノード装置１と従来の光ノード装置９の伝送特性を示す図である。同図に示すグラフは、本実施形態の光ノード装置１を使用した光伝送システム及び従来の光ノード装置９を使用した光伝送システムそれぞれの伝送特性として、Ｑファクターのスパン数依存性を比較したものである。Ｑファクターの値が大きいほど、光を長時間蓄えることができる。光伝送システムは、３６Ｇｂａｕｄ（ギガボー）偏波分割多重１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直交位相振幅変調）信号を伝送しており、光ノード装置１、９の入力側に配置された光増幅器（不図示）は入力パワーが−２６ｄＢｍ、利得が２０ｄＢである。光ノード装置１、９の出力側に配置された光増幅器（不図示）は出力光パワーが−１０ｄＢｍ、利得が実施形態の光ノード装置１では１９ｄＢ、従来の光ノード装置９では２９ｄＢである。伝送ファイバ（その他付加部品および接続損失も含む）損失は１６ｄＢである。伝送信号は、２０％のオーバーヘッドを持ち、低密度パリティ検査符号を用いるアルゴリズムで符号化され、受信機で誤り訂正を行う。このときの受信Ｑファクター限界は５．７ｄＢとなる。

同図に示すように、従来の光ノード装置９では、３スパン伝送後にＱファクターが５．７ｄＢを下回るため、伝送可能スパン数はたかだか２しかない。一方、本実施形態の光ノード装置１は、１８スパンまではＱファクターが５．７ｄＢを上回っており、伝送可能スパン数を従来の９倍である１８にまで増加できることを示している。

なお、上述した実施形態では、入力側の波長選択スイッチ１１と出力側の波長選択スイッチ１１とが同じ台数である場合を説明したが、異なる台数であってもよい。異なる台数の場合、入力側の波長選択スイッチ１１は１台であってもよい。

以上説明した実施形態によれば、光ノード装置は、入力側波長選択スイッチ及び出力側波長選択スイッチを有し、入力側波長選択スイッチと出力側波長選択スイッチとはメッシュ状に接続される。入力側波長選択スイッチは、例えば、波長選択スイッチ１１−１１〜１１−１Ｎであり、出力側波長選択スイッチは、例えば、波長選択スイッチ１１−２１〜１１−２Ｎである。光ノード装置は、入力側波長選択スイッチと、出力側の波長選択スイッチとの間に、入力側波長選択スイッチが波長ごとに分離した光を増幅する増幅部を備える。増幅部は、例えば、クラッド励起マルチコア光増幅器２１又は光増幅器３１である。この構成により、本実施形態の光ノード装置は、入出力ポート数の増大に伴う波長選択スイッチの透過損失を補償し、伝送距離（またはスパン数）の減少を抑制できるという効果を奏する。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１、１ａ…光ノード装置，１１−１１〜１１−１Ｎ、１１−２１〜１１−２Ｎ…波長選択スイッチ，２１−１〜２１−Ｎ…クラッド励起マルチコア光増幅器，３１…光増幅器

Claims

複数の出力ポートを有し、入力した光を波長で分離し、分離された前記光それぞれを、分離された前記光の出力先に対応する前記出力ポートから出力する１以上の入力側波長選択スイッチと、
１以上の前記入力側波長選択スイッチそれぞれから出力された光を入力する入力ポートを有し、前記入力ポートから入力した前記光を合波して出力する複数の出力側波長選択スイッチと、
前記入力側波長選択スイッチの前記出力ポートそれぞれから出力された前記光を増幅し、増幅した前記光を前記出力ポートに対応する出力先の前記出力側波長選択スイッチに出力する増幅部と、
を備え、
前記増幅部は、前記入力側波長選択スイッチそれぞれに対応したクラッド励起マルチコア光増幅器を有し、
前記クラッド励起マルチコア光増幅器は、対応する前記入力側波長選択スイッチの前記出力ポートそれぞれから出力された前記光を増幅し、増幅した前記光を前記出力ポートに対応する出力先の前記出力側波長選択スイッチに出力する、
光ノード装置。
複数の出力ポートを有し、入力した光を波長で分離し、分離された前記光それぞれを、分離された前記光の出力先に対応する前記出力ポートから出力する１以上の入力側波長選択スイッチと、
１以上の前記入力側波長選択スイッチそれぞれから出力された光を入力する入力ポートを有し、前記入力ポートから入力した前記光を合波して出力する複数の出力側波長選択スイッチと、
前記入力側波長選択スイッチの前記出力ポートそれぞれから出力された前記光を増幅し、増幅した前記光を前記出力ポートに対応する出力先の前記出力側波長選択スイッチに出力する増幅部と、
を備え、
前記増幅部は、前記入力側波長選択スイッチそれぞれの前記出力ポートの数の合計値以上のコア数の光増幅器である、
光ノード装置。