JPH1090550A - 光マルチプレクサ及び光デマルチプレクサ - Google Patents
光マルチプレクサ及び光デマルチプレクサInfo
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- JPH1090550A JPH1090550A JP9232214A JP23221497A JPH1090550A JP H1090550 A JPH1090550 A JP H1090550A JP 9232214 A JP9232214 A JP 9232214A JP 23221497 A JP23221497 A JP 23221497A JP H1090550 A JPH1090550 A JP H1090550A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B6/12019—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by the optical interconnection to or from the AWG devices, e.g. integration or coupling with lasers or photodiodes
- G02B6/12021—Comprising cascaded AWG devices; AWG multipass configuration; Plural AWG devices integrated on a single chip
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ブロードキャストポートを有する光マルチプ
レクサ／光デマルチプレクサを提供する。 【解決手段】 本発明の光マルチプレクサ／光デマル
チプレクサ500は、長さの異なる複数の光導波路430によ
り相互接続されている第一及び第二のスターカプラーを
有しており、第一の波長領域λAにある光信号を波長に
応じて、第一のスターカプラー41の入力ポート401から
第二のスターカプラー42の個々の出力ポート426へと配
信する。第一のスターカプラーは、第二のスターカプラ
ーの全出力ポートへ同報通信される、第二の波長領域λ
Bにある光信号を受信するための、別の入力ポート402を
含んでおり、パワースプリッター50が、第一のスターカ
プラーの前記別の入力ポートと直列して接続されてい
る。
レクサ／光デマルチプレクサを提供する。 【解決手段】 本発明の光マルチプレクサ／光デマル
チプレクサ500は、長さの異なる複数の光導波路430によ
り相互接続されている第一及び第二のスターカプラーを
有しており、第一の波長領域λAにある光信号を波長に
応じて、第一のスターカプラー41の入力ポート401から
第二のスターカプラー42の個々の出力ポート426へと配
信する。第一のスターカプラーは、第二のスターカプラ
ーの全出力ポートへ同報通信される、第二の波長領域λ
Bにある光信号を受信するための、別の入力ポート402を
含んでおり、パワースプリッター50が、第一のスターカ
プラーの前記別の入力ポートと直列して接続されてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバー通信
ネットワークに関するものであり、より特定すると、光
信号を経路選択し、配信する受動形構成要素を含むネッ
トワークに関するものといえる。
ネットワークに関するものであり、より特定すると、光
信号を経路選択し、配信する受動形構成要素を含むネッ
トワークに関するものといえる。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバーネットワークは、音声信
号、動画像（ビデオ）信号、データ信号の配信にとって
次第に重要になってきている。そのようなシステムは一
般に、複数の加入者き電ファイバー（フィーダーファイ
バー）を伴っているものであり、そのようなファイバー
は、ヘッドエンド局から出て各リモート端末で終わって
いる。いわゆる、ファイバートゥーホームあるいはファ
イバートゥーカーブと称されるシステムにおいては、光
信号は、配信ファイバーを介して、これらのリモート端
末のそれぞれから複数の光ネットワークユニット（ＯＮ
Ｕ）へと送信される。信号は、光学的にあるいは電気的
に、各ＯＮＵへと送信される。
号、動画像（ビデオ）信号、データ信号の配信にとって
次第に重要になってきている。そのようなシステムは一
般に、複数の加入者き電ファイバー（フィーダーファイ
バー）を伴っているものであり、そのようなファイバー
は、ヘッドエンド局から出て各リモート端末で終わって
いる。いわゆる、ファイバートゥーホームあるいはファ
イバートゥーカーブと称されるシステムにおいては、光
信号は、配信ファイバーを介して、これらのリモート端
末のそれぞれから複数の光ネットワークユニット（ＯＮ
Ｕ）へと送信される。信号は、光学的にあるいは電気的
に、各ＯＮＵへと送信される。
【０００３】ヘッドエンド局と各光ネットワークユニッ
ト（ＯＮＵ）間で信号を送信するネットワークアーキテ
クチャーについては、これまで幾つも提示されてきた。
ある普及したアーキテクチャーでは、フィーダーと配信
ファイバー間で信号を交換するのに、受動形光分岐器を
用いており、これは、動力（パワー）を必要としないこ
とから特に望ましいものといえる。利用できる分岐器の
うち、あらゆるものの中で可能性として最も有用なもの
として、特に現れてきたものがある。このデバイスは、
信号同報通信と信号配信とを結びつけるものであって、
図１で表象的かつ機能的に示されている。
ト（ＯＮＵ）間で信号を送信するネットワークアーキテ
クチャーについては、これまで幾つも提示されてきた。
ある普及したアーキテクチャーでは、フィーダーと配信
ファイバー間で信号を交換するのに、受動形光分岐器を
用いており、これは、動力（パワー）を必要としないこ
とから特に望ましいものといえる。利用できる分岐器の
うち、あらゆるものの中で可能性として最も有用なもの
として、特に現れてきたものがある。このデバイスは、
信号同報通信と信号配信とを結びつけるものであって、
図１で表象的かつ機能的に示されている。
【０００４】各機能は、一般的には、別個の受動形光ネ
ットワーク（passive optical network,PON）により操
作されていることから、このようなデバイスは、「２PO
N１入力」あるいは短縮して、２Ｐ１として知られるよ
うになった。単純に言って、２Ｐ１装置は、同一の光集
積回路上に一つのパワースプリッター（PS)のPONと一つ
の波長分割多重化器（WDM)のPONをオーバレイして（重
ね合わせて）いるのである。WDMのPONは、各加入者へ個
々の信号を送るのに用いられることが可能であり、一
方、PSのPONは信号を同時に同報通信（ブロードキャス
ト）するのに用いられることが可能である。
ットワーク（passive optical network,PON）により操
作されていることから、このようなデバイスは、「２PO
N１入力」あるいは短縮して、２Ｐ１として知られるよ
うになった。単純に言って、２Ｐ１装置は、同一の光集
積回路上に一つのパワースプリッター（PS)のPONと一つ
の波長分割多重化器（WDM)のPONをオーバレイして（重
ね合わせて）いるのである。WDMのPONは、各加入者へ個
々の信号を送るのに用いられることが可能であり、一
方、PSのPONは信号を同時に同報通信（ブロードキャス
ト）するのに用いられることが可能である。
【０００５】選択的には、単一ファイバーによる双方向
ネットワークでは、WDMのPONは、ダウンストリーム（下
流域）について用いられることができ、PSのPONは、ア
ップストリーム（上流域）について用いられることが可
能である。加えて、ネットワークは、当初はPSのPONを
用いる公衆同報通信ネットワークとして配置され、後
に、構内の外での変更を行うことなく、WDMのPONを用い
る私用配信ネットワークへとアップグレードされること
が可能である。さらに、２Ｐ１装置を用いるパワースプ
リットネットワークにおいては、いわゆる「リット（li
t）」-すなわちファイバーの試験（つまり、異なる波長
における能動的な信号伝送を妨げることなしに、ある波
長において特定のファイバーを試験すること）のため
に、WDMのオーバレイが用いられることができる。
ネットワークでは、WDMのPONは、ダウンストリーム（下
流域）について用いられることができ、PSのPONは、ア
ップストリーム（上流域）について用いられることが可
能である。加えて、ネットワークは、当初はPSのPONを
用いる公衆同報通信ネットワークとして配置され、後
に、構内の外での変更を行うことなく、WDMのPONを用い
る私用配信ネットワークへとアップグレードされること
が可能である。さらに、２Ｐ１装置を用いるパワースプ
リットネットワークにおいては、いわゆる「リット（li
t）」-すなわちファイバーの試験（つまり、異なる波長
における能動的な信号伝送を妨げることなしに、ある波
長において特定のファイバーを試験すること）のため
に、WDMのオーバレイが用いられることができる。
【０００６】光の合成及び分波は、かっては光学的グレ
ーティング（すなわち、複数の導波路で−それぞれが、
所定の固定した割合で最も隣接するものと長さが異なっ
ている）により相互接続がなされたスターカップラの対
により実現されてきた。そのような構造は、しばしば、
密なWDM（dense WDM）と呼ばれており、これは、光伝送
を多くの狭い波長帯域（チャネル）へと分離している。
これに対して、粗いWDM（coarse WDM）では、光伝送を
相対的には広い２つのチャネルへと分離している。相互
接続されたスターカップラを用いている、密なWDM（den
se WDM）の例としては、米国特許第5,002,350号及び5,1
36,671号に示されている。
ーティング（すなわち、複数の導波路で−それぞれが、
所定の固定した割合で最も隣接するものと長さが異なっ
ている）により相互接続がなされたスターカップラの対
により実現されてきた。そのような構造は、しばしば、
密なWDM（dense WDM）と呼ばれており、これは、光伝送
を多くの狭い波長帯域（チャネル）へと分離している。
これに対して、粗いWDM（coarse WDM）では、光伝送を
相対的には広い２つのチャネルへと分離している。相互
接続されたスターカップラを用いている、密なWDM（den
se WDM）の例としては、米国特許第5,002,350号及び5,1
36,671号に示されている。
【０００７】光伝送の一つの方向においては、密なWDM
（dense WDM）は、マルチプレクサとして用いられるこ
とが可能である。ここで、分離しておりそれぞれ別個の
複数の波長（λ1,λ2,..λn）は、１つのスターカップ
ラの異なる入力ポートへと進み、他のスターカップラの
単一の出力ポート上に現れる。光伝送の他の方向におい
ては、密なWDM（dense WDM）は、デマルチプレクサとし
て用いられることが可能である。ここで、複数の異なる
波長は、１つのスターカップラの単一のポートへと進
み、それぞれの特定の波長に応じて、他のスターカップ
ラの複数のポート上に現れる。それ故に、密なWDM（den
se WDM）はしばしば、波長ルーティング（経路選択）デ
バイスと呼ばれており、特定のポートへあるいは、特定
のポートから経路選択される波長領域（バンド）は、チ
ャネルと呼ばれている。
（dense WDM）は、マルチプレクサとして用いられるこ
とが可能である。ここで、分離しておりそれぞれ別個の
複数の波長（λ1,λ2,..λn）は、１つのスターカップ
ラの異なる入力ポートへと進み、他のスターカップラの
単一の出力ポート上に現れる。光伝送の他の方向におい
ては、密なWDM（dense WDM）は、デマルチプレクサとし
て用いられることが可能である。ここで、複数の異なる
波長は、１つのスターカップラの単一のポートへと進
み、それぞれの特定の波長に応じて、他のスターカップ
ラの複数のポート上に現れる。それ故に、密なWDM（den
se WDM）はしばしば、波長ルーティング（経路選択）デ
バイスと呼ばれており、特定のポートへあるいは、特定
のポートから経路選択される波長領域（バンド）は、チ
ャネルと呼ばれている。
【０００８】米国特許第5,412,744号では、密なWDM（de
nse WDM）の入力ポートに直列に接続されたパワースプ
リッターを有する、密なWDM（dense WDM）を開示してい
る。しかしながら、このような構造は、２Ｐ１装置とし
て利用するには適切ではない。というのは、開示された
パワースプリッターは、出力チャネルのすべてへと光パ
ワーを同報通信することはしないからである。代わり
に、それは、より幅の広く、平らな通過帯域を持ってい
るにもかかわらず、別のWDMチャネルのようにふるまう
のである。
nse WDM）の入力ポートに直列に接続されたパワースプ
リッターを有する、密なWDM（dense WDM）を開示してい
る。しかしながら、このような構造は、２Ｐ１装置とし
て利用するには適切ではない。というのは、開示された
パワースプリッターは、出力チャネルのすべてへと光パ
ワーを同報通信することはしないからである。代わり
に、それは、より幅の広く、平らな通過帯域を持ってい
るにもかかわらず、別のWDMチャネルのようにふるまう
のである。
【０００９】米国特許第5,321,541号では、1550nm（ナ
ノメートル）（ここで１ナノメートル＝1nm＝10-9m）に
おいては密なWDM（dense WDM）として、1310nmにおいて
はパワースプリッターとして、トランスペアレントに
（シームレスに、透過的に）機能する２Ｐ１装置を開示
している。これらの２つの波長領域は、最初に粗いWDM
（coarse WDM）により分離される。その後、1550nm領域
での光信号は、パワースプリッターへ経路選択され、こ
のパワースプリッターは、1310nm領域での光信号を同報
通信する。
ノメートル）（ここで１ナノメートル＝1nm＝10-9m）に
おいては密なWDM（dense WDM）として、1310nmにおいて
はパワースプリッターとして、トランスペアレントに
（シームレスに、透過的に）機能する２Ｐ１装置を開示
している。これらの２つの波長領域は、最初に粗いWDM
（coarse WDM）により分離される。その後、1550nm領域
での光信号は、パワースプリッターへ経路選択され、こ
のパワースプリッターは、1310nm領域での光信号を同報
通信する。
【００１０】これらのパラレルな信号はさらに、粗いWD
M（coarse WDM）によって、２Ｐ１装置の各出力ポート
において再結合される。このような特定の設計は、既存
のシリカ導波路技術を用いて、単一チップ上に実装され
る。しかし、膨大な数の導波路交差と二段階の粗いWDM
（coarse WDM）を要し、これにより、損失（およそ、1.
5ｄＢ）及び漏話（混信）が増えることとなる。このよ
うな特定の設計については、ここでは図３に示されてい
る。
M（coarse WDM）によって、２Ｐ１装置の各出力ポート
において再結合される。このような特定の設計は、既存
のシリカ導波路技術を用いて、単一チップ上に実装され
る。しかし、膨大な数の導波路交差と二段階の粗いWDM
（coarse WDM）を要し、これにより、損失（およそ、1.
5ｄＢ）及び漏話（混信）が増えることとなる。このよ
うな特定の設計については、ここでは図３に示されてい
る。
【００１１】米国特許第5,440,416号では、反射導波路
を有する密なWDM（dense WDM）を基にした別の２Ｐ１装
置を開示している。このような設計の一実施例では、既
存の密なWDM（dense WDM）の鏡対称性が用いられてい
る。反射性被覆は、鏡映面においてなされており、鏡映
面の片側上にある、WDMの当該部分のみが保持されてい
る。別の実施例では、反射性被覆は、ブラッグの反射器
で置き換えられており、このブラッグの反射器は、光リ
ソグラフィーにより線引きされることのできるグレーテ
ィングである。しかしながら、付加的な処理が必要とさ
れる点で、コスト的に効率的でない。というのは、付加
的な時間がかかるのみならず、精密になされないと歩留
まり（収量）が低下するからである。
を有する密なWDM（dense WDM）を基にした別の２Ｐ１装
置を開示している。このような設計の一実施例では、既
存の密なWDM（dense WDM）の鏡対称性が用いられてい
る。反射性被覆は、鏡映面においてなされており、鏡映
面の片側上にある、WDMの当該部分のみが保持されてい
る。別の実施例では、反射性被覆は、ブラッグの反射器
で置き換えられており、このブラッグの反射器は、光リ
ソグラフィーにより線引きされることのできるグレーテ
ィングである。しかしながら、付加的な処理が必要とさ
れる点で、コスト的に効率的でない。というのは、付加
的な時間がかかるのみならず、精密になされないと歩留
まり（収量）が低下するからである。
【００１２】416号特許（米国特許第5,440,416号）は、
２Ｐ１装置についてのさらに別に実施例を開示してい
る。ここで、同報通信の光信号を搬送している（すべて
の出力ポートへの配信のため）導波路は、密なWDM（den
se WDM）の第二段に接続されている。しかしながら、導
波路のアレー（グレーティング）もまた、当該第二段へ
と接続されなくてはならないことから、同報通信用（ブ
ロードキャスト用）導波路は適切に配置されることがで
きない。同報通信用（ブロードキャスト用）導波路は、
グレーティングの中心に配置されるのが理想的といえ
る。
２Ｐ１装置についてのさらに別に実施例を開示してい
る。ここで、同報通信の光信号を搬送している（すべて
の出力ポートへの配信のため）導波路は、密なWDM（den
se WDM）の第二段に接続されている。しかしながら、導
波路のアレー（グレーティング）もまた、当該第二段へ
と接続されなくてはならないことから、同報通信用（ブ
ロードキャスト用）導波路は適切に配置されることがで
きない。同報通信用（ブロードキャスト用）導波路は、
グレーティングの中心に配置されるのが理想的といえ
る。
【００１３】しかし、このようにするには、最適でない
角度で導波路の交差をさせることを要するか、あるい
は、処理コストのかかる多層構造による配置とすること
を要するのである。残念なことに、ここで図４で示され
たように、同報通信される光信号を搬送する導波路をグ
レーティングアレーの端部に配置することで、光信号の
パワーは低下するのである。言い換えれば、結合効率が
低下するのである。
角度で導波路の交差をさせることを要するか、あるい
は、処理コストのかかる多層構造による配置とすること
を要するのである。残念なことに、ここで図４で示され
たように、同報通信される光信号を搬送する導波路をグ
レーティングアレーの端部に配置することで、光信号の
パワーは低下するのである。言い換えれば、結合効率が
低下するのである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】望まれること、そし
て、先行技術においても開示されていないと考えられる
ことは、２Ｐ１装置で利用されるための光マルチプレク
サ（光合波器）／光デマルチプレクサ（光分波器）であ
り、先行技術以上の、改良された結合効率を有するもの
である。さらに、望まれる光マルチプレクサ／光デマル
チプレクサとしては、導波路の交差及び、多層構造を避
けるということがある。
て、先行技術においても開示されていないと考えられる
ことは、２Ｐ１装置で利用されるための光マルチプレク
サ（光合波器）／光デマルチプレクサ（光分波器）であ
り、先行技術以上の、改良された結合効率を有するもの
である。さらに、望まれる光マルチプレクサ／光デマル
チプレクサとしては、導波路の交差及び、多層構造を避
けるということがある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】光マルチプレクサ／光デ
マルチプレクサは、第一及び第二のスターカップラから
成っており、これらは、長さの異なる複数の光導波路
（グレーティング）により相互接続されている。マルチ
プレクサ／デマルチプレクサは、第一波長領域（λA）
における光信号を、第一のスターカップラの一つの入力
ポートから、波長に応じて、第二のスターカップラそれ
ぞれの出力ポートへと配信する。第一のスターカップラ
は、第二のスターカップラのすべての出力ポートへと同
報通信される、第二の波長領域（λB）における光信号
を受け取るための、少なくとも一つの他の入力ポートを
含んでいる。
マルチプレクサは、第一及び第二のスターカップラから
成っており、これらは、長さの異なる複数の光導波路
（グレーティング）により相互接続されている。マルチ
プレクサ／デマルチプレクサは、第一波長領域（λA）
における光信号を、第一のスターカップラの一つの入力
ポートから、波長に応じて、第二のスターカップラそれ
ぞれの出力ポートへと配信する。第一のスターカップラ
は、第二のスターカップラのすべての出力ポートへと同
報通信される、第二の波長領域（λB）における光信号
を受け取るための、少なくとも一つの他の入力ポートを
含んでいる。
【００１６】しかしながら、第二の波長領域における光
信号を適切に同報通信するため、第一のスターカップラ
の他の入力ポートと直列して、パワースプリッターが接
続され、パワースプリッターの出力ポートについての結
合幅は、グレーティングのブリルアンゾーンにより定ま
る距離よりも大きなものである。
信号を適切に同報通信するため、第一のスターカップラ
の他の入力ポートと直列して、パワースプリッターが接
続され、パワースプリッターの出力ポートについての結
合幅は、グレーティングのブリルアンゾーンにより定ま
る距離よりも大きなものである。
【００１７】本発明の一実施例では、パワースプリッタ
ーは、一つの入力ポートと多数の出力ポートを有するス
ターカップラを含んでいる。
ーは、一つの入力ポートと多数の出力ポートを有するス
ターカップラを含んでいる。
【００１８】本発明の別の実施例では、パワースプリッ
ターは、単一の、帯域の広い出力ポートに対して先細に
なっている入力ポートを含んでいる。
ターは、単一の、帯域の広い出力ポートに対して先細に
なっている入力ポートを含んでいる。
【００１９】とりわけ有用な装置（「２PON１入力」あ
るいは短縮して、２Ｐ１）は、λAの波長領域における
光入力信号を、第一のスターカップラの入力ポートへと
経路選択し、λBの波長領域における光信号をパワース
プリッターへと経路選択する、粗いWDM（coarse WDM）
を添加することで形成されている。本発明の望ましい実
施例では、粗いWDM（coarse WDM）はフーリエフィルタ
ーを含んでおり、ここで、λAは1550nm周辺であり、λB
は1310nm周辺である。
るいは短縮して、２Ｐ１）は、λAの波長領域における
光入力信号を、第一のスターカップラの入力ポートへと
経路選択し、λBの波長領域における光信号をパワース
プリッターへと経路選択する、粗いWDM（coarse WDM）
を添加することで形成されている。本発明の望ましい実
施例では、粗いWDM（coarse WDM）はフーリエフィルタ
ーを含んでおり、ここで、λAは1550nm周辺であり、λB
は1310nm周辺である。
【００２０】
平面導波路（プレーナ形導波路）構造 本発明は、平面導波路（プレーナ形導波路）に関するも
のであり、平面導波路の構造については、一般に理解さ
れているところであり、数多くの論文や特許においても
記述されているところである。もっとも先端的で、技術
的にも進んでいる平面導波路は、シリコン光学ベンチ
（ＳｉＯＢ）技術をもって製造される、添加型シリカ導
波路である。添加型シリカ導波路は、大抵の場合、低コ
スト、低損失、低い複屈折率、安定性、ファイバーへの
結合の適合性を含めた、魅力的な特性が幾つもあること
から、好んで用いられている。さらに、処理ステップ
は、大量生産に合うように整えられており、またよく知
られているシリコン半導体集積回路（ＩＣ）技術におけ
るものと適合性がある。
のであり、平面導波路の構造については、一般に理解さ
れているところであり、数多くの論文や特許においても
記述されているところである。もっとも先端的で、技術
的にも進んでいる平面導波路は、シリコン光学ベンチ
（ＳｉＯＢ）技術をもって製造される、添加型シリカ導
波路である。添加型シリカ導波路は、大抵の場合、低コ
スト、低損失、低い複屈折率、安定性、ファイバーへの
結合の適合性を含めた、魅力的な特性が幾つもあること
から、好んで用いられている。さらに、処理ステップ
は、大量生産に合うように整えられており、またよく知
られているシリコン半導体集積回路（ＩＣ）技術におけ
るものと適合性がある。
【００２１】一般的には、添加型シリカの導波路は、シ
リコンあるいはシリカ基板上に、低屈折率のベース層あ
るいは下部クラッディング層を最初に置くことで形成さ
れている。高屈折率の添加型シリカの層、すなわちコア
層、は、さらに当該下部クラッディング層の上に置かれ
る。引き続いて、コア層は、集積回路製造において用い
られたものに類似するフォトリソグラッフィック技術を
用いて、光回路により必要とされる構造へとパターン付
けがなされるか、あるいは、形作られる。最終的には、
頂部クラッディング層が、パターン付けされた導波路コ
アを覆うように置かれる。このような技術は、一般的
に、例えばC.H.Henryらに発せられた米国特許第4,902,0
86号において開示されている。
リコンあるいはシリカ基板上に、低屈折率のベース層あ
るいは下部クラッディング層を最初に置くことで形成さ
れている。高屈折率の添加型シリカの層、すなわちコア
層、は、さらに当該下部クラッディング層の上に置かれ
る。引き続いて、コア層は、集積回路製造において用い
られたものに類似するフォトリソグラッフィック技術を
用いて、光回路により必要とされる構造へとパターン付
けがなされるか、あるいは、形作られる。最終的には、
頂部クラッディング層が、パターン付けされた導波路コ
アを覆うように置かれる。このような技術は、一般的
に、例えばC.H.Henryらに発せられた米国特許第4,902,0
86号において開示されている。
【００２２】あらゆる平面光導波路の性能にとって重要
なのは、導波路の寸法である。すなわち、導波路コアの
高さ及び幅、及び、Δとして表記される、当該コアと導
波路のクラッディングとの間での屈折率に関する屈折の
上での差異である。コアの高さ（Ｈ）あるいは厚さは、
コア層の厚さにより決まり、コアの幅（Ｗ）は、フォト
リソグラッフィックマスクと化学的エッチングで取り去
られた部分により決まる。導波路のΔは、大抵は材料系
及び製造プロセスにより決まる。実際には、異なる機能
の形式については異なる導波路構造及びシステムが用い
られ、光学的性能の異なる側面を最適化するべく、コア
の寸法とΔにおけるトレードオフがなされることにな
る。
なのは、導波路の寸法である。すなわち、導波路コアの
高さ及び幅、及び、Δとして表記される、当該コアと導
波路のクラッディングとの間での屈折率に関する屈折の
上での差異である。コアの高さ（Ｈ）あるいは厚さは、
コア層の厚さにより決まり、コアの幅（Ｗ）は、フォト
リソグラッフィックマスクと化学的エッチングで取り去
られた部分により決まる。導波路のΔは、大抵は材料系
及び製造プロセスにより決まる。実際には、異なる機能
の形式については異なる導波路構造及びシステムが用い
られ、光学的性能の異なる側面を最適化するべく、コア
の寸法とΔにおけるトレードオフがなされることにな
る。
【００２３】例えば、標準的な、Ｐ添加型導波路は、典
型的な場合、およそ5μｍ幅の左右対称な正方形のコア
構造と、およそ15μｍの厚い下部クラッディング、およ
そ15μｍの厚い上部クラッディングを有しており、媒体
のΔについては、Δ 0.6%である。等しい幅と高さを有
している正方形の形状をしたコアが選ばれる主な理由
は、円環状の光ファイバーと機能的に最もよく似ている
ということと、モデル化及びマスクレイアウトにおける
便宜性のためである。
型的な場合、およそ5μｍ幅の左右対称な正方形のコア
構造と、およそ15μｍの厚い下部クラッディング、およ
そ15μｍの厚い上部クラッディングを有しており、媒体
のΔについては、Δ 0.6%である。等しい幅と高さを有
している正方形の形状をしたコアが選ばれる主な理由
は、円環状の光ファイバーと機能的に最もよく似ている
ということと、モデル化及びマスクレイアウトにおける
便宜性のためである。
【００２４】コアの寸法は、強い光閉込め（コンファイ
ンメント）と低い伝搬損失が可能となる程度の大きさで
ある一方で、導波路が単一モードであることを維持する
程度小さいように選択される。しかしながら、Δ 0.3%
という低いΔと約8μｍのコア直径を持つ標準的な単一
モードの光ファイバーは、このような導波路は、モード
領域における不一致を相当程度有することになる。上述
の導波路での、ファイバー−導波路−ファイバーという
結合損失は、λ＝1.3μｍという波長において約0.8ｄＢ
である。
ンメント）と低い伝搬損失が可能となる程度の大きさで
ある一方で、導波路が単一モードであることを維持する
程度小さいように選択される。しかしながら、Δ 0.3%
という低いΔと約8μｍのコア直径を持つ標準的な単一
モードの光ファイバーは、このような導波路は、モード
領域における不一致を相当程度有することになる。上述
の導波路での、ファイバー−導波路−ファイバーという
結合損失は、λ＝1.3μｍという波長において約0.8ｄＢ
である。
【００２５】さらに、本発明で用いられ、発明者の名前
をとった、いわゆるドラゴンルーター」のような、密な
WDM（dense WDM）における漏話（混信）は、位相グレー
ティング導波路のランダムな位相エラーに敏感である。
導波路の幅における変動により引き起こされる、そのよ
うなエラーを低減させるため、Δ 0.6%、W 8μｍ、H
3.5μｍの寸法を有する導波路が用いられている。
をとった、いわゆるドラゴンルーター」のような、密な
WDM（dense WDM）における漏話（混信）は、位相グレー
ティング導波路のランダムな位相エラーに敏感である。
導波路の幅における変動により引き起こされる、そのよ
うなエラーを低減させるため、Δ 0.6%、W 8μｍ、H
3.5μｍの寸法を有する導波路が用いられている。
【００２６】しかしながら、５μｍの正方形をした導波
路に比較して、このような導波路構造は、標準的なファ
イバーとのモード領域における不一致としては、より大
きなものを有するものであり、カップラは、導波路の高
さ及び幅におけるコントロールされない変化に対してよ
り敏感である。これらの装置を同一のウエハーあるいは
基板上に最適に統合を行う件については、1995年10月24
日に出願された米国特許出願第08/547767号に開示され
ている。
路に比較して、このような導波路構造は、標準的なファ
イバーとのモード領域における不一致としては、より大
きなものを有するものであり、カップラは、導波路の高
さ及び幅におけるコントロールされない変化に対してよ
り敏感である。これらの装置を同一のウエハーあるいは
基板上に最適に統合を行う件については、1995年10月24
日に出願された米国特許出願第08/547767号に開示され
ている。
【００２７】２ＰＯＮ１入力（２Ｐ１）装置 先に議論したように、２Ｐ１という語は、パワースプリ
ッター（PS）及び波長分割多重化（WDM）の機能が、典
型的には別個の受動形光ネットワーク（passiveoptical
network,PON）上で実行されるという事実から得られた
ものである。しかしながら、これら２つの機能を結合さ
せることによる共同作用が、一旦認められると、上で論
じたシリコン光学ベンチ（ＳｉＯＢ）技術を用いて、単
一の光集積回路上に統合され、結果としての装置が、２
ＰＯＮ１入力（短縮して２Ｐ１）装置として広く知られ
るものとなるのである。
ッター（PS）及び波長分割多重化（WDM）の機能が、典
型的には別個の受動形光ネットワーク（passiveoptical
network,PON）上で実行されるという事実から得られた
ものである。しかしながら、これら２つの機能を結合さ
せることによる共同作用が、一旦認められると、上で論
じたシリコン光学ベンチ（ＳｉＯＢ）技術を用いて、単
一の光集積回路上に統合され、結果としての装置が、２
ＰＯＮ１入力（短縮して２Ｐ１）装置として広く知られ
るものとなるのである。
【００２８】波長分割多重化機能と同報通信機能を単一
の装置内に結合している、先行技術における光マルチプ
レクサ／光デマルチプレクサ装置のすべては、これらの
機能のパラレル（並行）な組み合わせとして、このよう
な結合を行ってきた。２Ｐ１装置は、同報通信ネットワ
ークの各チャネルをそれぞれ試験する方法として発展し
てきたことから、これは合理的なアプローチであったと
いえる。このようにするためには、各顧客へ異なる波長
を送信するマルチプレクサを伴った、同一の光信号をＮ
人の異なる顧客へと同報通信するパワースプリッターを
回っていく必要がある。
の装置内に結合している、先行技術における光マルチプ
レクサ／光デマルチプレクサ装置のすべては、これらの
機能のパラレル（並行）な組み合わせとして、このよう
な結合を行ってきた。２Ｐ１装置は、同報通信ネットワ
ークの各チャネルをそれぞれ試験する方法として発展し
てきたことから、これは合理的なアプローチであったと
いえる。このようにするためには、各顧客へ異なる波長
を送信するマルチプレクサを伴った、同一の光信号をＮ
人の異なる顧客へと同報通信するパワースプリッターを
回っていく必要がある。
【００２９】同報通信される情報は、第一の波長領域で
送信されるが、試験信号はすべて第一の波長領域と離れ
た第二の波長領域で送信される。そこで、それらの信号
は互いに干渉し合うことはないのである。米国特許第5,
321,541号で開示されている、最初の２Ｐ１装置は、光
時間領域反射（Optical Time Domain Reflectometer,Ｏ
ＴＤＲ）からの試験信号が、個々のラインを試験するた
め、パワースプリッターを回っていくことを可能とす
る、いわゆる「バイパス」ラインのことを述べているも
のであることは、別に意外なことではない。
送信されるが、試験信号はすべて第一の波長領域と離れ
た第二の波長領域で送信される。そこで、それらの信号
は互いに干渉し合うことはないのである。米国特許第5,
321,541号で開示されている、最初の２Ｐ１装置は、光
時間領域反射（Optical Time Domain Reflectometer,Ｏ
ＴＤＲ）からの試験信号が、個々のラインを試験するた
め、パワースプリッターを回っていくことを可能とす
る、いわゆる「バイパス」ラインのことを述べているも
のであることは、別に意外なことではない。
【００３０】これらに対比して、本発明では、パワース
プリッターを光マルチプレクサと直列して接続してい
る。これは、通常、あるものを他のものからバイパスさ
せる場合に考える方法に比して、新たな発展を表してい
るといえる。実際、「迂回」あるいは「バイパス」とい
った概念そのものが、パラレル（並行）な動作を示唆す
るものである。例えば、混雑した街をバイパスしている
高速幹線道路を考えてみられたい。すなわち、それらの
道路はその街を進んでいるローカルな（市中の）高速道
路と並行しているのである。
プリッターを光マルチプレクサと直列して接続してい
る。これは、通常、あるものを他のものからバイパスさ
せる場合に考える方法に比して、新たな発展を表してい
るといえる。実際、「迂回」あるいは「バイパス」とい
った概念そのものが、パラレル（並行）な動作を示唆す
るものである。例えば、混雑した街をバイパスしている
高速幹線道路を考えてみられたい。すなわち、それらの
道路はその街を進んでいるローカルな（市中の）高速道
路と並行しているのである。
【００３１】２Ｐ１の機能は、図１及び図２を参照され
ると容易に理解されることが可能である。図１では、あ
る波長領域λAに属している入力１０へ入ってくる光信
号は、出力ポート20-1、・・・20-nのそれぞれすべてへ
と同報通信される。一方、別の波長領域λBに属してい
る入力１０へ入ってくる光信号は、その特定の波長に応
じて出力ポート20-1、・・・20-nへと経路選択される。
これは、デマルチプレクシング（分波）と呼ばれている
特性である。例えば、サブチャネルλA1，λA2，．．．
λAnは、波長領域λAに属しており、λA1はもっぱら出
力ポート20-1へと経路選択され、一方、サブチャネルλ
A2はもっぱら出力ポート20-2へと経路選択される。
ると容易に理解されることが可能である。図１では、あ
る波長領域λAに属している入力１０へ入ってくる光信
号は、出力ポート20-1、・・・20-nのそれぞれすべてへ
と同報通信される。一方、別の波長領域λBに属してい
る入力１０へ入ってくる光信号は、その特定の波長に応
じて出力ポート20-1、・・・20-nへと経路選択される。
これは、デマルチプレクシング（分波）と呼ばれている
特性である。例えば、サブチャネルλA1，λA2，．．．
λAnは、波長領域λAに属しており、λA1はもっぱら出
力ポート20-1へと経路選択され、一方、サブチャネルλ
A2はもっぱら出力ポート20-2へと経路選択される。
【００３２】図２は、8出力のそれぞれについての出力
信号レベルを波長の関数として示している、8出力の２
Ｐ１装置の伝達特性を例示しているものである。波長領
域λBに（例示的には、1310nmを中心とする）おける信
号は、およそ同一の強度で８つの出力ポートのそれぞれ
により受信される。一方、波長領域λAに（例示的に
は、1550nmを中心とする）おける信号は、波長に応じて
８つの出力ポートのそれぞれへと経路選択される。
信号レベルを波長の関数として示している、8出力の２
Ｐ１装置の伝達特性を例示しているものである。波長領
域λBに（例示的には、1310nmを中心とする）おける信
号は、およそ同一の強度で８つの出力ポートのそれぞれ
により受信される。一方、波長領域λAに（例示的に
は、1550nmを中心とする）おける信号は、波長に応じて
８つの出力ポートのそれぞれへと経路選択される。
【００３３】ここで、図３への参照がなされる。これ
は、541特許で開示されている２Ｐ１装置についての既
知の設計を開示しているものであり、入力10と出力20-1
・・・20-nの間で、２つの離れた波長領域（λA，λB）
における光信号を選択的に経路選択するため用いられ
る。手短に言って、当該設計は、パワースプリッター50
を含んでおり、これは、以下の要素、(i)アップストリ
ーム（上流）における粗いWDM（coarse WDM）30、(ii)
ダウンストリーム（下流）における粗いWDM（coarseWD
M）70、(iii)密なWDM（dense WDM）40、(iv)バイパスラ
イン60を含むネットワークによりバイパスされている。
は、541特許で開示されている２Ｐ１装置についての既
知の設計を開示しているものであり、入力10と出力20-1
・・・20-nの間で、２つの離れた波長領域（λA，λB）
における光信号を選択的に経路選択するため用いられ
る。手短に言って、当該設計は、パワースプリッター50
を含んでおり、これは、以下の要素、(i)アップストリ
ーム（上流）における粗いWDM（coarse WDM）30、(ii)
ダウンストリーム（下流）における粗いWDM（coarseWD
M）70、(iii)密なWDM（dense WDM）40、(iv)バイパスラ
イン60を含むネットワークによりバイパスされている。
【００３４】粗いWDM（coarse WDM）それぞれは、伝送
を２つの相対的に幅の広い波長チャネルへと分離してい
る。密なWDM（dense WDM）40は、波長領域λAを、さら
にサブチャネル（λA1，λA2，．．．λAn）へとサブ分
割する。各サブチャネルは、典型的な場合でおよそ2nm
という、相対的に狭いスペクトル幅を有している。そこ
で、各サブチャネルは、粗いWDM（coarse WDM）70によ
り、パワースプリッター50からでている光信号と結合さ
れる。そこで、各出力20-1、・・・20-nは、波長領域λ
Aからの特定のサブチャネル及び波長領域λBのすべてを
含んでいる。
を２つの相対的に幅の広い波長チャネルへと分離してい
る。密なWDM（dense WDM）40は、波長領域λAを、さら
にサブチャネル（λA1，λA2，．．．λAn）へとサブ分
割する。各サブチャネルは、典型的な場合でおよそ2nm
という、相対的に狭いスペクトル幅を有している。そこ
で、各サブチャネルは、粗いWDM（coarse WDM）70によ
り、パワースプリッター50からでている光信号と結合さ
れる。そこで、各出力20-1、・・・20-nは、波長領域λ
Aからの特定のサブチャネル及び波長領域λBのすべてを
含んでいる。
【００３５】ここで、図４への参照がなされる。これ
は、米国特許第5,440,416号で開示された、先行技術に
おける２Ｐ１装置100を示しているものである。この装
置においては、粗いWDM（coarse WDM）30が、λAの波長
領域における光信号を、スターカップラ41の自由空間領
域410へ向けて経路選択し、λBの波長領域における光信
号をスターカップラ42の自由空間領域420へ向けて経路
選択する。ここで、すべての出力ポート20-1、・・・20
-nへ同報通信される信号は、λBの波長領域における信
号に対応しており、導波路440上に存在していることに
留意されたい。
は、米国特許第5,440,416号で開示された、先行技術に
おける２Ｐ１装置100を示しているものである。この装
置においては、粗いWDM（coarse WDM）30が、λAの波長
領域における光信号を、スターカップラ41の自由空間領
域410へ向けて経路選択し、λBの波長領域における光信
号をスターカップラ42の自由空間領域420へ向けて経路
選択する。ここで、すべての出力ポート20-1、・・・20
-nへ同報通信される信号は、λBの波長領域における信
号に対応しており、導波路440上に存在していることに
留意されたい。
【００３６】残念なことに、平面導波路アレー（グレー
ティング ）430の底部端に同報通信用導波路440を配置
すると、およそ3ｄＢ損失が増えることになる。加え
て、グレーティング430の中心に同報通信用導波路440を
配置することは極めて困難である。例えば、すべての導
波路430,440が同一平面上に置かれているとすると、お
よそ15゜以下の角度で導波路が交差することは避けられ
なければならない。というのは、そのような交差は、信
号結合（漏話あるいは混信）を増加させることになるか
らである。鋭角の屈曲も避けられなくてはならない。こ
れは、微少な屈曲による損失のためである。導波路440
を異なる平面に（おそらくは、導波路グレーティング43
0を含む平面の上に）配置することで、これらの問題は
解決されよう。しかし一方で製造のコストは増加する。
ティング ）430の底部端に同報通信用導波路440を配置
すると、およそ3ｄＢ損失が増えることになる。加え
て、グレーティング430の中心に同報通信用導波路440を
配置することは極めて困難である。例えば、すべての導
波路430,440が同一平面上に置かれているとすると、お
よそ15゜以下の角度で導波路が交差することは避けられ
なければならない。というのは、そのような交差は、信
号結合（漏話あるいは混信）を増加させることになるか
らである。鋭角の屈曲も避けられなくてはならない。こ
れは、微少な屈曲による損失のためである。導波路440
を異なる平面に（おそらくは、導波路グレーティング43
0を含む平面の上に）配置することで、これらの問題は
解決されよう。しかし一方で製造のコストは増加する。
【００３７】本発明は、図５と結びつけて、より幅広い
開示が行われている。図５では、光マルチプレクサ／光
デマルチプレクサ500を開示しており、これは、２Ｐ１
装置100において利用されるのに適している。前に論じ
られたように、波長領域λA及びλBにおける光信号は、
入力導波路10上に存在している。
開示が行われている。図５では、光マルチプレクサ／光
デマルチプレクサ500を開示しており、これは、２Ｐ１
装置100において利用されるのに適している。前に論じ
られたように、波長領域λA及びλBにおける光信号は、
入力導波路10上に存在している。
【００３８】これらの光信号は、λAの信号が導波路31
上に現れ、λBの信号が導波路32上に現れるように、粗
いWDM（coarse WDM）80により２つの方向へと分割され
たものである。本発明で用いられた、粗いWDM（coarse
WDM）80は、フーリエ展開に基づいた導波路フィルター
であり、以下では、フーリエフィルターと称することと
する。（粗いWDMの初期の設計においては、マッハーツ
ェンダー干渉計を用いたが、これらは正弦波応答を有し
ており、強く波長に依存した伝送と狭い拒絶バンドを生
じさせるものである。）
上に現れ、λBの信号が導波路32上に現れるように、粗
いWDM（coarse WDM）80により２つの方向へと分割され
たものである。本発明で用いられた、粗いWDM（coarse
WDM）80は、フーリエ展開に基づいた導波路フィルター
であり、以下では、フーリエフィルターと称することと
する。（粗いWDMの初期の設計においては、マッハーツ
ェンダー干渉計を用いたが、これらは正弦波応答を有し
ており、強く波長に依存した伝送と狭い拒絶バンドを生
じさせるものである。）
【００３９】フーリエフィルター80は、異なる長さの差
分遅延がつなげられた、異なる実行長を持つ光カップラ
のチェーンを含んでいる。カップラと遅延のチェーンに
ついての伝達関数は、考えられるすべての光路からの寄
与の和であり、フーリエ級数のある項を形成している、
それぞれの寄与の合計が、光学的な出力を成しているの
である。望ましい周波数応答は、フーリエ級数が望みの
応答を最もよく近似するように、カップラと遅延経路の
長さを最適化することで得られる。フーリエフィルター
80の設計に関する詳細については、1994年12月28日に出
願された米国特許出願第08/365,618号に開示されてい
る。
分遅延がつなげられた、異なる実行長を持つ光カップラ
のチェーンを含んでいる。カップラと遅延のチェーンに
ついての伝達関数は、考えられるすべての光路からの寄
与の和であり、フーリエ級数のある項を形成している、
それぞれの寄与の合計が、光学的な出力を成しているの
である。望ましい周波数応答は、フーリエ級数が望みの
応答を最もよく近似するように、カップラと遅延経路の
長さを最適化することで得られる。フーリエフィルター
80の設計に関する詳細については、1994年12月28日に出
願された米国特許出願第08/365,618号に開示されてい
る。
【００４０】密なWDM（dense WDM）40は、少なくとも２
つの入力ポートを含んでいる。すなわち、（１）波長に
応じて、個々の出力ポート20-1、・・・20-nへ経路選択
するため、ポート401はλAの波長領域における光信号を
受信する。そして、（２）すべての出力ポート20-1、・
・・20-nへ経路選択するため、ポート402はλBの波長領
域における光信号を受信する。ここで、ポート402は、
導波路を複数含んでいるが、その累積幅は、本発明にと
って極めて重要であることに留意されたい。また、パワ
ースプリッター50からの出力についても、これが密なWD
M（dense WDM）40へと直接接続していることに注意され
たい。
つの入力ポートを含んでいる。すなわち、（１）波長に
応じて、個々の出力ポート20-1、・・・20-nへ経路選択
するため、ポート401はλAの波長領域における光信号を
受信する。そして、（２）すべての出力ポート20-1、・
・・20-nへ経路選択するため、ポート402はλBの波長領
域における光信号を受信する。ここで、ポート402は、
導波路を複数含んでいるが、その累積幅は、本発明にと
って極めて重要であることに留意されたい。また、パワ
ースプリッター50からの出力についても、これが密なWD
M（dense WDM）40へと直接接続していることに注意され
たい。
【００４１】ここで、密なWDM（dense WDM）40の動作に
幾分詳細に注目することが大事であるといえる。という
のは、パワースプリッター50の出力における導波路402
の累積幅は、密なWDM（dense WDM）内の回折格子のブリ
ルアンゾーンの幅よりも大きくなくてはならないからで
ある。λBの信号がすべての出力ポート20-1、・・・20-
nへ同報通信されることを可能とするためにはこの点は
鍵となるポイントである。そこで、密なWDM（dense WD
M）についての簡潔な議論が、図６と結びつけて提供さ
れる。もっとも、ここで、参考のため、米国特許第5,13
6,671号が導入される。
幾分詳細に注目することが大事であるといえる。という
のは、パワースプリッター50の出力における導波路402
の累積幅は、密なWDM（dense WDM）内の回折格子のブリ
ルアンゾーンの幅よりも大きくなくてはならないからで
ある。λBの信号がすべての出力ポート20-1、・・・20-
nへ同報通信されることを可能とするためにはこの点は
鍵となるポイントである。そこで、密なWDM（dense WD
M）についての簡潔な議論が、図６と結びつけて提供さ
れる。もっとも、ここで、参考のため、米国特許第5,13
6,671号が導入される。
【００４２】これは、当該特許がそのような密なWDM（d
ense WDM）の一般的な設計についてより詳細に開示して
いるからである。加えて、回折格子とブリルアンゾーン
についての簡潔な議論についても、図８と結びつけて提
供される。
ense WDM）の一般的な設計についてより詳細に開示して
いるからである。加えて、回折格子とブリルアンゾーン
についての簡潔な議論についても、図８と結びつけて提
供される。
【００４３】図６は、光マルチプレクサ／光デマルチプ
レクサ500の第一の特定の実施例を開示している。そこ
では、図５の一般化されたパワースプリッター50が、単
一の入力ポート51と導波路402を含む出力ポートを有す
るスターカップラ50-1であることが特に示されている。
導波路402の累積幅は、以下で論じるようなブリルアン
ゾーンにより定められた幅よりも大きい。
レクサ500の第一の特定の実施例を開示している。そこ
では、図５の一般化されたパワースプリッター50が、単
一の入力ポート51と導波路402を含む出力ポートを有す
るスターカップラ50-1であることが特に示されている。
導波路402の累積幅は、以下で論じるようなブリルアン
ゾーンにより定められた幅よりも大きい。
【００４４】スターカップラは、その任意の入力ポート
へ入る光パワーをその出力ポートすべてへと分割する。
密なWDM（dense WDM）40はまた、長さの異なる導波路43
0が複数相互接続されているスターカップラ41,42を用い
ている。各カップラ41,42は、２つの、導波路の周期的
アレー416,425の間の自由空間領域を画定している誘電
性スラブ410,420を含んでいる。ここでの導波路の周期
的アレーはそれぞれ、仮想的な焦点へ放射状に向いてい
る。隣接する導波路間での相互結合により生じる位相エ
ラーを最小にするべく、それぞれの焦点が自由空間領域
から所定の距離離れて位置するように、これらのアレー
は配置されている。
へ入る光パワーをその出力ポートすべてへと分割する。
密なWDM（dense WDM）40はまた、長さの異なる導波路43
0が複数相互接続されているスターカップラ41,42を用い
ている。各カップラ41,42は、２つの、導波路の周期的
アレー416,425の間の自由空間領域を画定している誘電
性スラブ410,420を含んでいる。ここでの導波路の周期
的アレーはそれぞれ、仮想的な焦点へ放射状に向いてい
る。隣接する導波路間での相互結合により生じる位相エ
ラーを最小にするべく、それぞれの焦点が自由空間領域
から所定の距離離れて位置するように、これらのアレー
は配置されている。
【００４５】スターカップラ41は、２つの湾曲した、望
ましくは円環状の、境界410a、410bを有する自由空間領
域を含む誘電性スラブ410を含んでいる。スターカップ
ラ41における、入力アレー401-402と出力アレー416間で
のパワー転換は、誘電性スラブ410における放射を通じ
て実現される。単一のガラス基板上に誘電性スラブ410、
420及び、それに関連した導波路アレーを形成するた
め、上で論じた、シリコン光学ベンチ（ＳｉＯＢ）技術
を用いて、そのようなスターカップラは製造される。ス
ターカップラ41は、放射状の方向を持った、入力導波路
のアレー401-402と、放射状の方向を持った、出力導波
路のアレー416を含んでいる。
ましくは円環状の、境界410a、410bを有する自由空間領
域を含む誘電性スラブ410を含んでいる。スターカップ
ラ41における、入力アレー401-402と出力アレー416間で
のパワー転換は、誘電性スラブ410における放射を通じ
て実現される。単一のガラス基板上に誘電性スラブ410、
420及び、それに関連した導波路アレーを形成するた
め、上で論じた、シリコン光学ベンチ（ＳｉＯＢ）技術
を用いて、そのようなスターカップラは製造される。ス
ターカップラ41は、放射状の方向を持った、入力導波路
のアレー401-402と、放射状の方向を持った、出力導波
路のアレー416を含んでいる。
【００４６】これらの入力及び出力ポートのそれぞれ
は、境界410a、410bに沿って、実質的に均一に自由空間
領域410に接続されている。グレーティング430における
各導波路の長さは、当該グレーティングの他のすべての
導波路の長さと異なるものである。そこで、所定かつ異
なる位相シフトが、スターカップラ41からグレーティン
グの導波路を通じて伝搬する光信号へ加わることとな
る。これは、グレーティング内の信号は、当該グレーテ
ィングの出力へ到達するために、異なる光路長を進まな
くてはならないからである。そこで、グレーティング43
0の各導波路から出ている光信号は、異なる位相を有し
ており、これらの位相は導波路の長さの関数である。
は、境界410a、410bに沿って、実質的に均一に自由空間
領域410に接続されている。グレーティング430における
各導波路の長さは、当該グレーティングの他のすべての
導波路の長さと異なるものである。そこで、所定かつ異
なる位相シフトが、スターカップラ41からグレーティン
グの導波路を通じて伝搬する光信号へ加わることとな
る。これは、グレーティング内の信号は、当該グレーテ
ィングの出力へ到達するために、異なる光路長を進まな
くてはならないからである。そこで、グレーティング43
0の各導波路から出ている光信号は、異なる位相を有し
ており、これらの位相は導波路の長さの関数である。
【００４７】グレーティング430の導波路は、スターカ
ップラ42の、放射状の方向を持った、入力導波路のアレ
ー425へと接続されており、スターカップラ42はまた、
放射状の方向を持った、出力導波路のアレー426を含ん
でいる。スターカップラ41と類似して、スターカップラ
42は、２つの湾曲した、望ましくは円環状の、境界420
a、420bを有する自由空間領域を形成している、誘電性材
料420のスラブを含んでいる。入力ポート425と出力ポー
ト426のそれぞれは、境界420a、420bにそれぞれ沿って、
実質的に均一に自由空間領域420に接続されている。
ップラ42の、放射状の方向を持った、入力導波路のアレ
ー425へと接続されており、スターカップラ42はまた、
放射状の方向を持った、出力導波路のアレー426を含ん
でいる。スターカップラ41と類似して、スターカップラ
42は、２つの湾曲した、望ましくは円環状の、境界420
a、420bを有する自由空間領域を形成している、誘電性材
料420のスラブを含んでいる。入力ポート425と出力ポー
ト426のそれぞれは、境界420a、420bにそれぞれ沿って、
実質的に均一に自由空間領域420に接続されている。
【００４８】図７は、光マルチプレクサ／光デマルチプ
レクサ500の第二の特定の実施例を開示している。そこ
で、図５の一般化されたパワースプリッター50は導波路
50-2を含んでいる。導波路50-2の幅は、以下で論じるよ
うなブリルアンゾーンにより定められた幅（w2）よりも
大きい幅（w1）に至るまで逓増している。図５と類し
て、自由空間領域410、420を含む密なWDM（dense WDM）
は、複数の長さの異なる導波路430により相互接続され
ている。
レクサ500の第二の特定の実施例を開示している。そこ
で、図５の一般化されたパワースプリッター50は導波路
50-2を含んでいる。導波路50-2の幅は、以下で論じるよ
うなブリルアンゾーンにより定められた幅（w2）よりも
大きい幅（w1）に至るまで逓増している。図５と類し
て、自由空間領域410、420を含む密なWDM（dense WDM）
は、複数の長さの異なる導波路430により相互接続され
ている。
【００４９】フーリエフィルター80は、マルチプレクサ
／デマルチプレクサ500の入力へ接続され、２Ｐ１装置1
00の構成を完全なものとしている。λA及びλBの波長領
域における光入力信号は、フーリエフィルター80により
分割され、それぞれ導波路31,32上に生成する。重要な
点としては、同報通信される光信号（すなわち、λBの
波長領域にあるもの）は、最初に先細形（テーパ状）導
波路50-2を通るということである。そこで、各出力ポー
ト20-1、・・・、20-n上に生成する、λBの波長領域にある
光信号は、おおよそ等しい信号強度を持つことになるの
である。
／デマルチプレクサ500の入力へ接続され、２Ｐ１装置1
00の構成を完全なものとしている。λA及びλBの波長領
域における光入力信号は、フーリエフィルター80により
分割され、それぞれ導波路31,32上に生成する。重要な
点としては、同報通信される光信号（すなわち、λBの
波長領域にあるもの）は、最初に先細形（テーパ状）導
波路50-2を通るということである。そこで、各出力ポー
ト20-1、・・・、20-n上に生成する、λBの波長領域にある
光信号は、おおよそ等しい信号強度を持つことになるの
である。
【００５０】回折格子 デマルチプレクシング（分波）は、合波された信号を回
折格子を通して送信することでなされることは知られて
いる。ここで、回折格子は、光の個々の波長を分離し、
僅かに異なる方向へとそれぞれを回折するのである。合
波は、同一のデバイスを逆に用いること（すなわち、す
べての波長が、本質的に単一の合波された光のビームと
して生成するように、所定の波長に依存した角度で、グ
レーティングを通して波長を向けるということ）でなさ
れる。様々な長さの複数の導波路から構成された、光学
的フェーズドアレーを用いることで、グレーティングの
機能は統合化される。
折格子を通して送信することでなされることは知られて
いる。ここで、回折格子は、光の個々の波長を分離し、
僅かに異なる方向へとそれぞれを回折するのである。合
波は、同一のデバイスを逆に用いること（すなわち、す
べての波長が、本質的に単一の合波された光のビームと
して生成するように、所定の波長に依存した角度で、グ
レーティングを通して波長を向けるということ）でなさ
れる。様々な長さの複数の導波路から構成された、光学
的フェーズドアレーを用いることで、グレーティングの
機能は統合化される。
【００５１】各導波路は、隣接する導波路と所定の量だ
け長さが異なる。各導波路は、その全長を通じて、端部
を除いては実質的に結合されていない。一方、端部にお
いては、各導波路間での強い相互結合が存在している。
結合がなされた部位から結合がなされていない部位まで
の変化は、漸次的なものであり、その結果として、高次
モードの生成については無視しうる。導波路グレーティ
ングアレーの動作に関する議論については、米国特許第
5,002,350号で表記されている。
け長さが異なる。各導波路は、その全長を通じて、端部
を除いては実質的に結合されていない。一方、端部にお
いては、各導波路間での強い相互結合が存在している。
結合がなされた部位から結合がなされていない部位まで
の変化は、漸次的なものであり、その結果として、高次
モードの生成については無視しうる。導波路グレーティ
ングアレーの動作に関する議論については、米国特許第
5,002,350号で表記されている。
【００５２】最後に、図８への参照がなされる。図８
は、図７で示された自由空間領域410の拡大図を提供し
ている。図８は、パワースプリッター50-2の幅（w1）
と、中央ブリルアンゾーンにより定められた幅（w2）と
の間の関係を例示しているものである。ブリルアンゾー
ンは、グレーティング430と関連している。ラジアン単
位でのその角度の値は、２γである。ここでγは、入射
光の波長（λ）、スラブの屈折率（ｎs）、及びグレー
ティング430の導波路中心（ａ0）間の距離と共に関係が
あり、その関係は以下の式で表される。 ｓｉｎγ＝λ／２ａ0ｎs
は、図７で示された自由空間領域410の拡大図を提供し
ている。図８は、パワースプリッター50-2の幅（w1）
と、中央ブリルアンゾーンにより定められた幅（w2）と
の間の関係を例示しているものである。ブリルアンゾー
ンは、グレーティング430と関連している。ラジアン単
位でのその角度の値は、２γである。ここでγは、入射
光の波長（λ）、スラブの屈折率（ｎs）、及びグレー
ティング430の導波路中心（ａ0）間の距離と共に関係が
あり、その関係は以下の式で表される。 ｓｉｎγ＝λ／２ａ0ｎs
【００５３】中央ブリルアンゾーンにより定められた幅
（w2）は、入射光の波長の関数であり、この幅は、λB
の波長領域にある光信号（すなわち、すべての出力ポー
トへ同報通信される信号）を操作するパワースプリッタ
ー50-2の幅（w1）と関連しうることから、ｓｉｎγ＝λ
／２ａ0ｎsとなるのである。さらに、境界410aは円の弧
上に存在しており、その中心は、境界410b上におよそ存
しているＣ0に位置しており、Ｃ0から境界410aまでの距
離は当該円の半径Ｒであることから、幅（w2）は以下の
ように表現されることができる。 w2＝２γＲ ここでγはラジアン単位である。
（w2）は、入射光の波長の関数であり、この幅は、λB
の波長領域にある光信号（すなわち、すべての出力ポー
トへ同報通信される信号）を操作するパワースプリッタ
ー50-2の幅（w1）と関連しうることから、ｓｉｎγ＝λ
／２ａ0ｎsとなるのである。さらに、境界410aは円の弧
上に存在しており、その中心は、境界410b上におよそ存
しているＣ0に位置しており、Ｃ0から境界410aまでの距
離は当該円の半径Ｒであることから、幅（w2）は以下の
ように表現されることができる。 w2＝２γＲ ここでγはラジアン単位である。
【００５４】以下の寸法は例示目的のみのためのもので
あり、これに限定することを意図するものではない。導
波路31、32は、一般的には正方形の横断面を有してお
り、各側面でおよそ５μｍである。グレーティング430
はおよそ100の導波路を含んでおり、その横断面の寸法
は、導波路31、32の寸法とだいたい同一である。パワー
スプリッター50-2は、約1.0センチメーター（ｃｍ）の
長さを有しており、この長さを越えると、その幅は５μ
ｍから1.1ｍｍまで、次第に増加してゆく。 w1 1.1 mm w2 0.8 mm Ｒ 1.0 cm ２γ 0.08ラジアン (5°) ａ0 10 μｍ
あり、これに限定することを意図するものではない。導
波路31、32は、一般的には正方形の横断面を有してお
り、各側面でおよそ５μｍである。グレーティング430
はおよそ100の導波路を含んでおり、その横断面の寸法
は、導波路31、32の寸法とだいたい同一である。パワー
スプリッター50-2は、約1.0センチメーター（ｃｍ）の
長さを有しており、この長さを越えると、その幅は５μ
ｍから1.1ｍｍまで、次第に増加してゆく。 w1 1.1 mm w2 0.8 mm Ｒ 1.0 cm ２γ 0.08ラジアン (5°) ａ0 10 μｍ
【００５５】本発明についての様々な特定の実施例が示
され、かつ記述されてきたが、本発明の技術思想及び保
護の範囲内において修正が可能である。これらの修正
は、異なる配置（コンフィギュレーション）及び、λA
についておよそ1550nm、λBについておよそ1310nmとい
う値よりも他の波長での動作を有しているパワースプリ
ッターの利用を含むものであるが、それに限られるもの
でもない。加えて、開示された実施例は双方向性のもの
であるが、本発明は一方向性である光デバイスをも考慮
に入れているものである。
され、かつ記述されてきたが、本発明の技術思想及び保
護の範囲内において修正が可能である。これらの修正
は、異なる配置（コンフィギュレーション）及び、λA
についておよそ1550nm、λBについておよそ1310nmとい
う値よりも他の波長での動作を有しているパワースプリ
ッターの利用を含むものであるが、それに限られるもの
でもない。加えて、開示された実施例は双方向性のもの
であるが、本発明は一方向性である光デバイスをも考慮
に入れているものである。
【００５６】
【発明の効果】本発明により、２Ｐ１装置で利用される
光マルチプレクサ／デマルチプレクサで、処理コストの
かかる、導波路における交差及び、多層構造を避け、か
つ改良された結合効率を有するものが実現された。
光マルチプレクサ／デマルチプレクサで、処理コストの
かかる、導波路における交差及び、多層構造を避け、か
つ改良された結合効率を有するものが実現された。
【図１】図１は、先行技術における、光マルチプレクサ
／光デマルチプレクサの表象的かつ機能的な表現であ
る。この光マルチプレクサ／光デマルチプレクサは、単
一のデバイス内で波長分割多重化と同報通信機能を結合
するものである。
／光デマルチプレクサの表象的かつ機能的な表現であ
る。この光マルチプレクサ／光デマルチプレクサは、単
一のデバイス内で波長分割多重化と同報通信機能を結合
するものである。
【図２】図２は、８入力の光マルチプレクサ／光デマル
チプレクサについての伝達特性を例示するものである。
チプレクサについての伝達特性を例示するものである。
【図３】図３は、図１で示された、先行技術における光
マルチプレクサ光デマルチプレクサについての、より詳
細な表現を開示するｍのである。
マルチプレクサ光デマルチプレクサについての、より詳
細な表現を開示するｍのである。
【図４】図４は、先行技術おける光マルチプレクサ／光
デマルチプレクサの別のものを開示している。
デマルチプレクサの別のものを開示している。
【図５】図５は、本発明に従った、光マルチプレクサ／
光デマルチプレクサについての機能的なブロック線図を
開示している。
光デマルチプレクサについての機能的なブロック線図を
開示している。
【図６】図６は、図５で示された光マルチプレクサ／光
デマルチプレクサについての、第一の実施例を開示して
いる。
デマルチプレクサについての、第一の実施例を開示して
いる。
【図７】図７は、図５で示された光マルチプレクサ／光
デマルチプレクサについての、第二の実施例を開示して
いる。
デマルチプレクサについての、第二の実施例を開示して
いる。
【図８】図８は、図７で示された光マルチプレクサ／光
デマルチプレクサの部分についての拡大図である。
デマルチプレクサの部分についての拡大図である。
１０ 入力 ２０−１〜２０−ｎ 出力ポート ３０ （アップストリームにおける）粗いＷＤＭ（粗い
波長分割多重化器） ３１、３２ 導波路 ４０ 密なＷＤＭ（密な波長分割多重化器） ４１、４２ スターカップラ ５０ パワースプリッター ５０−１ スターカップラ ５０−２ 先細形導波路（テーパ状導波路） ５１ 入力導波路（入力ポート） ６０ バイパスライン ７０ （ダウンストリームにおける）粗いＷＤＭ（粗い
波長分割多重化器） ８０ 粗いＷＤＭ（粗い波長分割多重化器）（フーリエ
フィルター） １００ ２Ｐ１デバイス（「２PON（受動形光ネットワー
ク）１入力」デバイス） ４０１、４０２ 入力導波路（ポート） ４１０、４２０ 自由空間領域（誘電性スラブ） ４１６ 導波路の周期的アレー（出力アレー） ４１０ａ、４１０ｂ 境界 ４２０ａ、４２０ｂ 境界 ４２５ 入力導波路のアレー（入力ポート）（導波路の
周期的アレー）（放射状の方向を持った入力導波路のア
レー） ４２６ 出力導波路のアレー（出力ポート）（放射状の
方向を持った出力導波路のアレー） ４３０ グレーティング （平面導波路アレー）（長さ
の異なる導波路） ４４０ 同報通信用（ブロードキャスト用）導波路 ５００ 光マルチプレクサ／光デマルチプレクサ
波長分割多重化器） ３１、３２ 導波路 ４０ 密なＷＤＭ（密な波長分割多重化器） ４１、４２ スターカップラ ５０ パワースプリッター ５０−１ スターカップラ ５０−２ 先細形導波路（テーパ状導波路） ５１ 入力導波路（入力ポート） ６０ バイパスライン ７０ （ダウンストリームにおける）粗いＷＤＭ（粗い
波長分割多重化器） ８０ 粗いＷＤＭ（粗い波長分割多重化器）（フーリエ
フィルター） １００ ２Ｐ１デバイス（「２PON（受動形光ネットワー
ク）１入力」デバイス） ４０１、４０２ 入力導波路（ポート） ４１０、４２０ 自由空間領域（誘電性スラブ） ４１６ 導波路の周期的アレー（出力アレー） ４１０ａ、４１０ｂ 境界 ４２０ａ、４２０ｂ 境界 ４２５ 入力導波路のアレー（入力ポート）（導波路の
周期的アレー）（放射状の方向を持った入力導波路のア
レー） ４２６ 出力導波路のアレー（出力ポート）（放射状の
方向を持った出力導波路のアレー） ４３０ グレーティング （平面導波路アレー）（長さ
の異なる導波路） ４４０ 同報通信用（ブロードキャスト用）導波路 ５００ 光マルチプレクサ／光デマルチプレクサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ.
Claims (7)
- 【請求項１】 複数の入力導波路(401、402)及び複数
の出力導波路(416)をもつ第一のスターカップラ(41)
と、 複数の入力導波路(425)をもつ第二のスターカップラ(4
2)と、 前記第一のスターカップラの前記出力導波路を前記第二
のスターカップラの前記入力導波路へ相互接続する、長
さの異なる複数の導波路を有するグレーティング(430)
と、 前記第一のスターカップラの前記入力導波路と直列して
接続された出力導波路をもつパワースプリッター(50)
と、 を有し、 前記第一のスターカップラのもつ前記導波路はすべて、
第一の自由空間領域(410)へ接続されており、 前記第二のスターカップラのもつ前記導波路はすべて、
第二の自由空間領域(420)へと接続されており、 前記グレーティングは、第一の波長領域λAにおける光
信号を合波及びデマルチプレクシング（分波）するのに
適しており、前記グレーティングは、さらに、入射光の
波長λに関係のある中央ブリルアンゾーン角２γと関連
があり、 前記パワースプリッターは、前記第一の波長領域と離れ
ていて、第二の波長領域λBにおける光信号に応答する
ものであり、前記第一のスターカップラの前記入力導波
路と直列して接続された出力導波路をもち、前記出力導
波路は、λ＝λBのときに中央ブリルアンゾーンにより
定められた幅（ｗ2）よりも大きい累積幅（ｗ1）を有す
る、ことを特徴とする、光マルチプレクサ及び光デマル
チプレクサ(500)。 - 【請求項２】 前記パワースプリッター(50)は、入力
導波路(51)と、前記第一のスターカップラ(41)の入力導
波路に接続された複数の出力導波路を有していることを
特徴とする、請求項１の光マルチプレクサ及び光デマル
チプレクサ(500)。 - 【請求項３】 前記パワースプリッター(50)は、幅が
その長さに沿って次第に増えてゆく先細形の導波路(50-
2)を有していることを特徴とする、請求項１の光マルチ
プレクサ及び光デマルチプレクサ(500)。 - 【請求項４】 前記グレーティング (430)は、前記
λAの波長領域における光信号を、前記第一のスターカ
ップラ(41)の前記入力導波路の一つから、前記第二のス
ターカップラ(42)の個々の出力ポート導波路（20-1,・・・
20-n）へと、波長に応じて経路選択を行い、 ここで、前記グレーティングはλAの波長領域と離れて
いて、λBの波長領域における光信号を、前記第一のス
ターカップラの他の導波路(402)から、前記第二のスタ
ーカップラのすべての出力導波路へと、波長に応じて経
路選択を行うことを特徴とする、請求項１の光マルチプ
レクサ及び光デマルチプレクサ(500)。 - 【請求項５】 前記λAの波長領域は、1550nmを含
み、前記λBの波長領域は、1310nmを含むことを特徴と
する、請求項４の光マルチプレクサ及び光デマルチプレ
クサ(500)。 - 【請求項６】 前記λAの波長領域と前記λBの波長領
域における入力光信号を異なる出力ポートへと経路選択
する、粗い波長分割多重化器(80)をさらに有しており、 前記λAの波長領域における光信号は、前記第一のスタ
ーカップラ(41)の前記入力導波路(401)のうち前記一つ
へと経路選択され、 前記λBの波長領域における光信号は、前記パワースプ
リッター(50)へと経路選択されることを特徴とする、請
求項４の光マルチプレクサ及び光デマルチプレクサ(50
0)。 - 【請求項７】 前記粗い波長分割多重化器(80)は、フ
ーリエフィルターを有していることを特徴とする、請求
項６の光マルチプレクサ及び光デマルチプレクサ(50
0)。
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