JPH06308347A - 光学遅延ライン - Google Patents

光学遅延ライン

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JPH06308347A
JPH06308347A JP6054232A JP5423294A JPH06308347A JP H06308347 A JPH06308347 A JP H06308347A JP 6054232 A JP6054232 A JP 6054232A JP 5423294 A JP5423294 A JP 5423294A JP H06308347 A JPH06308347 A JP H06308347A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 可変遅延を経済的に実現できる光学遅延ライ
ンを提供する。 【構成】 光信号を選択された時間期間だけ遅延するこ
とができる可変光学遅延ラインは異なる長さの光導波路
によって出力波長ルータに接続された入力波長ルータを
含む。この入力波長ルータの入力に結合された波長シフ
タは受信された信号の波長を所望の波長にシフトする。
波長シフタからの信号の波長に依存して、受信された信
号は制御可能な遅延を提供するために異なる長さの導波
路の特定の一つに向けられる。出力波長ルータは異なる
長さの様々な導波路からの光信号を一つの共通の出力導
波路に向ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学通信システムに関す
る。より詳細には、本発明は、可変であり、光通信シス
テム内に使用することが可能な光学遅延ライン（optica
l delay lines ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日の商用光波システムはある位置から
別の位置に長距離を通じて多量の多重化された情報を運
ぶために光ファイバを使用する。局間及び局内リンク、
ローカルエリア網（ＬＡＮ）及びメトロポリタンエリア
網（ＭＡＮ）などのような多くの伝送ラインは光学形式
であり、従って、伝送される情報は光ファイバ上を運ば
れる。光学形式にて情報を伝送する主要な長所は、単一
モード光ファイバと関連する非常に大きな帯域幅と低損
失である。
【０００３】通信網内においては、通常に、多くの伝送
ラインからの信号が柔軟性を提供するため及び一つの伝
送ラインからのトラヒックが異なる宛先に転送（rerout
e ）されることを許すために他の伝送ラインに交差接続
或は交換されることが要求される。
【０００４】光交換において時間領域にて使用されるた
めに開発されている様々なアーキテクチュアはファイバ
ループ或はファイバ遅延ライン光学緩衝（fiber-delay-
lineoptical buffering）を使用する。P.Gavignet-Mori
n（ガビグネット・モーリン）らによってOFC/100C'93 T
echnical Digest（テクニカルダイジェスト）に発表さ
れた論文には、広帯域光網内でのパケット格納及び時間
交換アプリケーション（packet storage and time-swit
ching application ）のための可変遅延を持つ電子多重
緩衝シフトレジスタ（electronic multibuffer shift r
egister ）の等価物を光領域において実現するセットの
ファイバ遅延ラインに基づく高容量光バッファが開示さ
れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】現在に至るまで、可変
遅延を提供でき、経済的に実現できる光学遅延ラインを
提供するための便利なアプローチが存在しない。
【０００５】
【発明を解決するための手段】本発明によると、可変光
学遅延ラインが開発される。本発明に従う可変遅延ライ
ンは光信号に大きな範囲の時間遅延を提供することがで
きる光集積回路に基づくが、これは比較的低コストにて
実現することができる。
【０００６】本発明の一例においては、本発明者は、例
えば、米国特許第５，００２，３５０号及び５，１３
６，６７１号に開示される集積光デバイスが大きな範囲
の遅延を持つ可変光学遅延ラインを形成するために使用
できることを認識した。より詳細には、ここに開示され
る発明は、光導波路にて相互接続された二つの同一の１
ｘＮ波長ルーティングデバイスを含む。各相互接続光導
波路は他の導波路の長さとは異なる特定の長さを持つ。
遅延されるべき入り光信号を受信するために接続された
１ｘＮ波長ルーティングデバイスは、少なくとも一つの
入力ポート及び複数の出力ポートを持つものと見なすこ
とができ、ここで、入力ポートによって受信されるある
特定の波長の信号はこれら複数の出力ポートの特定の一
つに向けられる。動作において、これら出力ポートのど
れが入力信号を受信するかを決定するのはその入力信号
の波長である。
【０００７】波長シフタが受信された光信号の波長を別
の波長にシフトするために第一の、つまり、入力波長ル
ーティングデバイスの導波路に結合される。シフタから
の信号の波長に依存して、受信された光信号はこの入力
波長ルーティングデバイスによって相互接続光導波路の
特定の一つに向けられる。つまり、所望の制御可能な遅
延を提供する特定の長さの導波路に向けられる。第二の
波長ルーティングデバイスは異なる長さの様々な光学導
波路の各々からの光信号を一つの共通出力導波路に向け
る。第二の波長シフタがこの光出力信号をその元の波長
にシフトし戻すために第二の波長ルーティングデバイス
のこの共通出力導波路に接続される。
【０００８】
【実施例】図１は本発明の原理に従う広いレンジの遅延
を提供することができる可変光学遅延ライン（variable
optical delay line ）の一例を示す。この可変遅延ラ
インは、デバイスの入力の所で異なる長さの光導波路と
制御可能な波長シフタと相互接続された二つの周波数ル
ーティングデバイス（frequency routing device）から
構成される。これら構造は、半導体ウエーハ上に部分的
或は完全にモノリシック的に集積され、周知のフォトリ
ソグラフィック技法によって形成される。
【０００９】この構造が完全に集積されているケースに
おいては、達成が可能な遅延は、ウエーハのサイズによ
って制約される。より大きな遅延柔軟性（delay flexib
ility ）は、部分的に集積された構造を使用することに
よって達成されるが、ここでは、遅延を得るために光フ
ァイバが使用される。
【００１０】図１は、リン化インジウムに基づく物質、
例えば、ＩｎＧａＡｓＰのような半導体材料から製造さ
れたウエーハ１０を図解する。既知の波長の光信号は入
力光導波路１１を介して波長シフタ１３に送られるが、
これは、受信された光信号の周波数を受信波長から第二
の波長にシフトする。波長シフタからの光波長信号は導
波路１４によってウエーハ１０上に示された第一の入力
波長ルータ１２に運ばれる。波長シフタ１３からの信号
の波長に依存して、ウエーハ１０上に示された単一入力
導波路１４上にＮ個の入力光波長Ｆ1 、Ｆ2 、．．．Ｆ
N を受信する。第一の波長ルータ１２は、この入力光波
長を受信し、波長ルータ１２の適当な出力ポート１６
1 、１６2 に向ける。より詳細には、入力導波路１４に
よって受信された波長Ｆ1 の信号は、出力ポート１６1
に向けられ、波長Ｆ2 の信号は出力ポート１６2 に向け
られ、そして、波長ＦN の信号は出力ポート１６N に向
けられる。
【００１１】出力ポート１６1 、１６2 ．．．１６N の
各々は長さの異なる導波路１８1 、１８2 、．．．１８
N を介して第二の波長ルータ２２の適当な入力ポート２
０1、２０2 、．．．２０N に接続される。長さの異な
る導波路１８1 、１８2 、．．．１８N は異なる出力ポ
ート１６1 、１６2 、．．．１６N からの光信号に所定
の量の経路長差を提供し、従って、これら導波路はそれ
らが運ぶ信号に異なる時間遅延を提供する。
【００１２】導波路１８1 、１８2 、．．．１８N は、
ウエーハ１０上にウエーハの細長い部分を選択的にドー
ピングすることによって形成することも、或はこれらは
様々な長さの個々の光ファイバであっても良い。図１に
示されるリン化インジウムウエーハ１０のようなウエー
ハ内にこのような導波路を形成することの詳細は、一般
的に知られており、本発明の部分を構成するものではな
い。従って、これらはここでは説明されない。
【００１３】より詳細には、図１において、導波路１１
上に受信された第一の波長の信号は波長シフタ１３によ
って第二の波長の信号にシフトされる。受信された光信
号に加えられる波長シフトは、信号が波長ルータ１２、
２２及び導波路１８1 、１８2 、．．．１８N を通じて
進むに当っての経路を決定し、従って、この信号が経験
する遅延の量を決定する。制御手段１５によって波長シ
フタ１３の制御ポート１７に加えられた制御信号の値に
依存して、導波路１１上の波長信号は、１．５μｍ領域
において５０ｎｍの帯域幅を通じてシフトされ得る。波
長信号をシフトするために適当な波長シフタは、B.Glan
ce（グランス）らによって１９９２年８月２７日発行の
Electronics Letters （エレクトロニクスレターズ）、
Ｖｏｌ．２８、Ｎｏ．１８に掲載の論文『高性能光学波
長シフタ（High Performance Optical Wavelength Shif
ter ）』において説明されている。この論文に開示の波
長シフタは半導体光学増幅器内の利得飽和効果（gain-s
aturation effect）に基づく。これは、二つ或はそれ以
上の波長間でマルチギガビットのデータ流を転送でき、
１．５μｍにおいて５０ｎｍの帯域幅を通じてチューニ
ング可能である。これはまた変換利得（conversion gai
n ）を提供し、縦続可能（cascadable）であり、一方に
おいて、信号の劣化を殆ど与えない。ここに開示される
波長シフタはデータを異なる波長の信号上にコピーする
ことによって波長のシフトを提供する。データのコピー
は、周知の利得飽和によって誘導される漏話効果に基づ
いて遂行される。この利得効果誘導漏話効果（gain sat
uration induced cross-talk effect ）は、通常は、従
来の光増幅では有害なものとして回避されるが、このケ
ースにおいては極大にされる。この効果の使用は変調フ
ォーマットをデジタル強度変調（digital intensity mo
dulation）に制限する。この制約内においては、結果
は、波長シフトと同一である。
【００１４】波長シフタ１３は入力導波路１４を介して
第一の波長ルータ１２に結合される。第一の波長ルータ
１２を通じての波長信号の経路は導波路１４上の信号の
波長によって決定される。より詳細には、導波路１４上
の波長Ｆ1 の入力信号は波長ルータ１２によって出力ポ
ート１６1 に向けられ、波長Ｆ2 の入力信号は出力ポー
ト１６2 に向けられ、そして最後に、波長ＦN の入力信
号は出力ポート１６Nに向けられる。出力ポート１６
1 、１６2 、．．．１６N の各々は、異なる所定の長さ
を持つ光導波路に接続される。本発明においては、長い
遅延を持つべきである光信号は導波路１８N のような相
対的に長い光導波路に向けられ、一方、短い遅延を持つ
べき光信号は、導波路１８2 のように相対的に短い光導
波路に向けられる。
【００１５】図１の説明を続けるが、出力ポート１６1
は第一の長さの導波路１８1 の入力に接続され、出力ポ
ート１６2 は導波路１８1 よりも長い第二の長さの導波
路１８2 の入力に接続され、そして最後に、出力ポート
１６N は最も長い導波路である導波路１８N の入力に接
続される。
【００１６】導波路１８1 、１８2 ．．．１８N は第二
の周波数ルータ２２の対応する入力ポート２０1 、２０
2 、．．．２０N に接続される。周波数ルータ２２はＮ
個の入力ポート２０1 、２０2 、．．．２０N の所に出
現する信号を単一出力導波路２４に向け直す。必要であ
れば、制御手段２８によって制御される第二の波長シフ
タが出力導波路２４上の信号の波長を入力光導波路１１
上に最初に受信された信号の波長にシフトし戻すために
接続される。最初の入力波長ルータ１２から出力波長ル
ータ２２に進むに当って信号が取る経路１８1 、１８
2 、．．．１８Nは、その信号の波長によって決定され
る。こうして、各導波路１８1 、１８2 、．．．１８N
が異なる長さを持つために、信号が入力導波路１１から
出力導波路２７に伝わるために必要な時間は、波長シフ
タ１３からの信号の波長によって決定される。本発明に
おいては、信号が入力導波路から出力導波路に進む過程
において経験する時間遅延が信号の波長を制御すること
によって制御される。
【００１７】図２は図１に示される波長ルータ１２及び
２２の重要な部分の詳細を示す。これら波長ルータは同
一の構成を持ち得る。各波長ルータは入力導波路を介し
て自由領域（free region ）２８に接続された複数の入
力ポート２６を含む。導波路に接続された出力ポート３
０はこの自由空間領域から延長し、光学グレーティング
３２に接続される。光学グレーティング３２は複数の長
さの異なる導波路を含むが、これは、自由空間領域３６
に接続された導波路に接続された対応する複数の入力ポ
ート３４に所定の量の経路長差を提供する。自由空間領
域３６は導波路３９に接続された複数の出力ポート３８
に接続される。これらの構造及び動作の詳細について
は、その全内容が参照のために本出願に導入されている
米国特許第５，００２，３５０号及び５，１３６，６７
１号においてより完全に説明されている。波長ルータ１
２の場合においては、複数の入力ポート２６の一つが図
１に示されるデバイスの入力導波路１４に接続され、出
力ボート３８に接続された複数の導波路３９が出力ポー
ト１６1 、１６2 、．．．１６N として使用される。周
波数ルーティングデバイス２２の場合においては、導波
路に接続された複数の入力ポート２６は図１に示される
入力ポート２０1 、２０2 、．．．２０N であり、これ
ら導波路３９の一つが図１に示される出力導波路２４で
ある。
【００１８】図１のデバイスは高速高容量光通信網に使
用される多数の異なる光学波長にチューニングすること
ができる。例えば、Ｎが３２或はそれ以上である周波数
ルーティングデバイスを単一半導体ウエーハ上に好都合
に製造することができる。本発明の原理によると、これ
は結果として、受信信号に最高３２或はそれ以上の異な
る遅延を提供することができる光学遅延ラインを与え
る。
【００１９】こうして、当業者においては、ここには明
示的に示されない或は説明されないが本発明の原理を具
現する多数の構成を考案できることが理解できるもので
ある。従って、特許請求の範囲の精神及び広義の範囲に
入るこれら全ての代替、修正及びバリエーションが本発
明の原理によって網羅されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学可変遅延ラインの一例の図面である。
【図２】図１の周波数ルーティングデバイスの詳細を示
す図面である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バーナード グランス アメリカ合衆国 07722 ニュージャーシ ィ，コルツ ネック，ウッドホロー ロー ド 64 (72)発明者 ロバート ウッドロウ ウィルソン アメリカ合衆国 07733 ニュージャーシ ィ，ホルムデル，ヴァレー ポイント ド ライヴ ９

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 可変光学遅延ラインであって、これが受
    信された光信号の波長を変更するための波長シフタ、 複数の出力ポートを持つ波長シフタからの信号を受信す
    るための入力波長ルーティングデバイス、 複数の入力ポート及び少なくとも一つの出力ポートを持
    つ出力波長ルーティングデバイス、及び前記入力波長ル
    ーティングデバイスの前記複数の出力ポートと前記出力
    波長ルーティングデバイスの前記複数の入力ポートとの
    間に介挿された光導波路を含むことを特徴とする可変光
    学遅延ライン。
  2. 【請求項２】 前記入力波長ルーティングデバイスの複
    数の出力ポートと前記出力波長ルーティングデバイスの
    複数の入力ポートとの間に介挿された光学導波路が異な
    る長さを持つことを特徴とする請求項１の可変光学遅延
    ライン。
  3. 【請求項３】 受信された光信号の波長を制御すること
    によって光信号に所望の遅延を提供するために受信され
    た光信号が異なる長さの導波路の所望の一つを通って伝
    わるように受信された光信号の波長を変更するために前
    記波長シフタに結合された制御手段がさらに含まれるこ
    とを特徴とする請求項２の可変光学遅延ライン。
  4. 【請求項４】 前記入力周波数ルーティングデバイス
    が、 導波路に結合された少なくとも一つの入力ポート、 前記少なくとも一つの入力ポートに結合された導波路に
    結合された第一の自由空間領域、 前記第一の自由空間領域に接続された導波路に結合され
    た複数の出力ポート、 複数の等しくない長さの導波路を持つ前記複数の出力ポ
    ートに結合された導波路に接続された光学グレーティン
    グ、 前記光学グレーティングに接続された導波路に結合され
    た複数の入力ポート、 前記光学グレーティングに接続された前記複数の入力ポ
    ートに接続された導波路に接続された第二の自由空間領
    域、及び前記第二の自由空間領域に接続された導波路に
    結合された複数の出力ポートを含むことを特徴とする請
    求項２の可変光学遅延ライン。
  5. 【請求項５】 前記出力波長ルーティングデバイスが、 複数の入力導波路、 前記複数の入力導波路に接続された第一の自由空間領
    域、 前記第一の自由空間領域に接続された複数の出力導波
    路、 複数の異なる長さの導波路を持つ前記複数の出力導波路
    に接続された光学グレーティング、 前記光学グレーティングに接続された複数の入力導波
    路、 前記光学グレーティングに接続された前記複数の入力導
    波路に接続された第二の自由空間領域、及び前記第二の
    自由空間領域に接続された少なくとも一つの出力導波路
    を含むことを特徴とする請求項１の可変光学遅延ライ
    ン。
  6. 【請求項６】 前記出力波長ルーティングデバイスが、 複数の入力導波路、 前記複数の入力導波路に接続された第一の自由空間領
    域、 前記第一の自由空間領域に接続された複数の出力導波
    路、 複数の長さの異なる導波路を持つ前記複数の出力導波路
    に接続された光学グレーティング、 前記光学グレーティングに接続された複数の入力導波
    路、 前記光学グレーティングに接続された前記複数の入力導
    波路に接続された第二の自由空間領域、及び前記第二の
    自由空間領域に接続された少なくとも一つの出力導波路
    を含むことを特徴とする請求項４の可変光学遅延ライ
    ン。
  7. 【請求項７】 前記入力波長ルーティングデバイスの前
    記複数の出力導波路の各々が前記複数の異なる長さの導
    波路の一つによって前記出力周波数ルーティングデバイ
    スの前記複数の入力導波路の対応する一つに接続される
    ことを特徴とする請求項６の可変光学遅延ライン。
JP05423294A 1993-03-26 1994-03-25 光学遅延ライン Expired - Lifetime JP3660367B2 (ja)

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US08/038,589 US5367586A (en) 1993-03-26 1993-03-26 Optical delay line
US038589 1993-03-26

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JPH06308347A true JPH06308347A (ja) 1994-11-04
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JP (1) JP3660367B2 (ja)
DE (1) DE69431973T2 (ja)

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