JPH11326851A - プログラム可能な波長分割多重化追加/ドロップ装置 - Google Patents

プログラム可能な波長分割多重化追加/ドロップ装置

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JPH11326851A
JPH11326851A JP11072681A JP7268199A JPH11326851A JP H11326851 A JPH11326851 A JP H11326851A JP 11072681 A JP11072681 A JP 11072681A JP 7268199 A JP7268199 A JP 7268199A JP H11326851 A JPH11326851 A JP H11326851A
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waveguide
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port
optical signal
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Christopher Richard Doerr
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光信号の伝送と管理を容易にするようなWDM
デバイスを提供する。 【解決手段】 本発明によれば、プログラム可能な波長
分割多重化追加/ドロップ装置において、入力ポートに
結合する複数の波長ディマルチプレクサを有する第1ユ
ニットと、前記第1ユニットの波長ディマルチプレクサ
と部分反射器との間で光学信号を搬送する位相シフタユ
ニットとを有し、前記部分反射器は、前記第1ユニット
に光学信号を部分的に反射して戻し、各反射された光学
信号は、位相シフタにより特定の入力ポートに向けら
れ、分離された光信号を部分的に伝送し、光学信号を選
択的に追加またはドロップすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長分割マルチプ
レクサ(Wavelength-Division-Multiplexers−WDM)
に関し、特にインターリーブチャープド導波路グレーテ
ィングルータを用いたプログラム可能なWDM追加/ド
ロップ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】波長分割多重化(WDM)の相互接続
(cross-connect)(非波長変更型)装置は、あるライ
ンの波長チャネルを別のラインの同一の波長チャネルに
交換する装置である。従来設計は、複数の波長マルチプ
レクサ、例えば導波路グレーティングルータ(Waveguid
e Grating Routers −WGR)の間を切り換えるマトリ
ックス構造を採用している。この従来設計に関しては以
下の文献を参照のこと。
【0003】[1] M. K. Smit, "New focusing and disp
ersive planar component based onan optical phased
array," Electron. Lett., vol. 24, pp. 385-386 (198
8). [2] H. Takahashi, S. Suzuki, K. Kato and I. Nishi,
"Arrayed-waveguidegrating for wavelength division
multi/demultiplexer with nanometer resolution," E
lectron. Lett., vol. 26, pp. 87-88 (1990); and [3] C. Dragone, "An N×N optical multiplexer using
a planar arrangement of two star couplers, "IEEE
Photon. Technol. Lett., vol. 3, 812-814 (1991).
【0004】2ライン×2ラインの場合、ディスクリー
ト素子でもって構成された設計例は、例えばB. Glance
著の "Tunable add drop optical filter providing ar
bitrary channel arrangements," IEEE Photon. Techno
l. Lett., vol. 7, 1303-1305 (1995) をそして完全な
集積回路構成のものは、K. Okamoto, M. Okuno, A. Him
eno, Y. Ohmori, "16-channel optical add/drop multi
plexer consisting ofarrayed-waveguide gratings and
double-gate switches," Electron, Lett., vol. 32,
1471-1472 (1996) を参照のこと。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】WDMの設計は進歩し
ているが、光信号の伝送(透過)と管理を容易にするよ
うなWDMデバイスの必要性は依然として存在してい
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、プログ
ラム可能な波長分割マルチプレクサ(WDM)追加/ド
ロップ装置は、反射装置内にインターリーブチャープド
導波路グレーティングルータと位相シフタとを用いて構
成される。
【0007】本発明のプログラム可能な波長分割多重化
追加/ドロップ装置は、光学的に接続された導波路グレ
ーティングルータと位相シフタと反射装置とを有する。
このような構成により、光学チャネルが光学伝送ライン
から取り出(ドロップ)されたり)それに追加されたり
できる。さらにまた本発明の装置により追加/ドロップ
装置を通るチャネルの相対的パワーを制御できる。
【0008】
【発明の実施の形態】図1を参照すると、本発明の再構
成可能な波長分割多重化(WDM)相互接続装置100
は、位相シフタ170により接続された2個のインター
リーブチャープドグレーティング導波路ルータ(WG
R)110,120を有する。そしてこの位相シフタ1
70は導波路列130,130′と位相シフタ列140
とを有する。WDM相互接続装置100は導波路が交差
しないようにモノリシックに集積され、理論的には非常
に高い切り換え消光比と過剰損失のないほぼ矩形のスペ
クトラム応答を有する。
【0009】複数の光学ライン例えばライン1,2は、
WDM相互接続装置100の入力ライン(入力ポート)
150と出力ライン(出力ポート)160として接続さ
れる。各ライン1,2は複数の波長チャネルを搬送す
る。図1に示した2ライン×2ラインの場合には、1本
のライン(例:ライン1)内のどの波長チャネルも他の
ライン(即ちライン2)内の同一の波長チャネルと交換
可能である。より一般的なPライン×Pラインの場合に
は(この実施例ではP=2であるが)、チャネルはライ
ン間を周期的に切り換えられる。WDM相互接続装置1
00は導波路が交差しないようにモノリシックに集積さ
れ、理論的には非常に高い製造許容誤差があり、大きな
切り換え消光比と過剰損失のないほぼ矩形のスペクトラ
ム応答を有する。
【0010】各2個のインターリーブチャープドWGR
110,120は、グレーティングアーム列113のア
レイにより接続された2個のスターカプラ111と11
2から構成される。このようなWGRは、米国特許5,
136,671号に開示されている。
【0011】各入力ライン1,2を介して受信したどの
多重波長信号に対しても、WGR110の動作により同
一の全ての信号波長は、導波路列130,130′の同
一の出力導波路に向けられる。したがって、入力ライン
1内の各異なる波長は、自由空間領域114内で受信さ
れ、その波長にしたがって導波路列130,130′の
1つあるいは複数の導波路の特定のグループに向けられ
る。
【0012】同様に入力ライン2の各異なる波長(入力
ライン1と同一のブリリュアンゾーンΩ0 内で離間して
いるとして)が自由空間領域114で受信され、波長に
したがって導波路列130,130′の1つあるいは複
数の導波路の特定のグループに向けられる。かくして図
1において、ライン1上の信号が4個の波長チャネルλ
1,λ2,λ3、λ4を含むとすると、これらの各波長
は、導波路列130の導波路群131,132,13
3,134のそれぞれに向けられる。
【0013】本発明によれば、P=2の入力ラインと出
力ライン(ライン1,2)に対しては、WGR110
(と120)は、グレーティングアーム列113(と1
23)の1本おきのグレーティングアームに対してはλ
c /4のパス長さがさらに付加されたインターリーブチ
ャープを具備している。ここでλc は、導波路内の特定
の波長(λc =λc0/n)である。λc /4のこの余分
のパス長さがπ/2(90度の遅延)即ち位相シフトを
生成する。
【0014】WGR110のスターカプラ111と11
2内の例えばグレーティングアーム列113のアレイか
らの放射パターンは、I次のブリリュアンゾーンΩi
幅2γを有する。これに関しては、C. Dragone著の "Op
timum design of a planar array of tapered waveguid
es," J. Opt. Soc. Am. A, vol. 7, pp. 2081-2091 (19
90) を参照のこと。
【0015】このインターリーブチャープによりWGR
は、各ブリリュアンゾーンΩi内の各波長に対しγだけ
互いに離間した2つのイメージを形成する。このことは
ノンチャープのWGRを考え、WGR110の1個のス
ターカプラ111内の入力ポート、即ち入力ライン1に
入る単一波長(周波数)の信号が他のスターカプラ11
2の自由空間領域114内のΩ0にイメージする(結像
する)ことからも明かである。
【0016】図2を参照すると、同図にはλ1信号のイ
メージ201が通常のノンチャープのWGRのスターカ
プラ112の自由空間領域114のブリリュアンゾーン
Ω0に合焦している。この実施例においては、イメージ
は入力ライン1上で受信したλ1信号用に得られたもの
で、一方入力ライン2を介して受信したλ1信号は、イ
メージ201と同一のイメージ206を生成する。入力
ライン1に入るより長い波長λ2は、ブリリュアンゾー
ンΩ0 のイメージ206を生成する。イメージ201
がいかに形成されるかを図3,4を参照して次に説明す
る。
【0017】図3にはスターカプラ112に入る偶数番
号アーム301を残し奇数番号アーム302を取り除い
た状態のスターカプラ112を示す。このような修正し
たカプラにおいては、新たなブリリュアンゾーンΩ0',
Ω+1',Ω-1'は図2のそれの大きさの半分であり、各Ω
0',Ω+1',Ω-1'の中にはそれぞれイメージ303,3
04,305があり、これらのイメージの全ては同じ位
相である。
【0018】図4には奇数番号アーム302を延ばし偶
数番号アーム301を除去した影響(効果)を示す。同
一のブリリュアンゾーンΩ0',Ω+1',Ω-1'と同一のイ
メージ303,304,305が得られるが、但し奇数
番号のブリリュアンゾーンΩ +1',Ω-1'は位相が逆にな
っている。
【0019】奇数番号と偶数番号の全てのグレーティン
グアーム301と302が存在する場合、即ち図2の場
合には偶数番号のアームと奇数番号のアームからのイメ
ージは、偶数番号のブリリュアンゾーンΩi'(即ち、Ω
0')では合算して組合わさり、奇数番号のブリリュアン
ゾーンΩi'(即ち、Ω+1',Ω-1')の中では打ち消し合
って加わり、その結果偶数番号のブリリュアンゾーンΩ
i (即ち、Ω0')の中のイメージのみが得られる。再
び図2を参照すると、このようにして得られたイメージ
はブリリュアンゾーンΩ0 内のイメージ201である。
【0020】図5を参照すると、本発明によりインター
リーブチャープが奇数番号アーム302に加わる場合に
は、奇数番号アーム302のフェイザ(phasor)は位相
シフトしている、即ちπ/2だけ回転している。図5に
示すように、このようにして得られたブリリュアンゾー
ンΩi'(即ち、Ω0',Ω+1',Ω-1')のイメージはイメ
ージ503,504,505に示すようにπ/2(90
度)だけ反時計方向に回転している(501)。
【0021】したがってスターカプラ112が図6に示
すように、グレーティングアーム302の全てが接続さ
れている場合には、そのイメージ603,604,60
5は、図5のイメージ503,504,505と、図3
のイメージ303,304,305とを組み合わせるこ
とにより形成される。図5の奇数番号のブリリュアンゾ
ーンのイメージ504,505が図3の奇数番号のイメ
ージ304,305と組合わさるとそれらは、打ち消し
合わずに図6の奇数番号のΩi のイメージ603,60
4が得られる。図2の標準のノンチャープのWGRにお
けるように、大部分のパワーはΩ0'内にある。またW
GRの自由スペクトラム範囲は、標準のノンチャープの
WGRに対し2分の1に減少する。
【0022】前述したように同一の単一波長信号が入力
ライン2に関連する入力ポートに入り、スターカプラ1
11内の入力ライン1に関連する入力ポートからの1つ
のW' の幅だけ離れている場合には、スターカプラ11
2の自由空間領域114内のブリリュアンゾーンΩ0'
に結像する。しかしこの実施例においては、回転するの
は図3のイメージであり、図4のイメージはそのままで
ある。図3の90度回転したイメージを図7Aでイメー
ジ703,704,705(Ω0',Ω+1',Ω- 1')で示
す。
【0023】したがって図7Bに示すように、スターカ
プラ112が全ての奇数番号アーム302が接続されて
構成されると、図7Aの回転したイメージ703,70
4,705は、図4のイメージ403,404,405
と組み合わされ、イメージ713,714,715(Ω
0',Ω+1',Ω-1')を形成する。図6と図7Bを組み合
わせてみると、イメージ603と713は同一である
が、イメージ714,715はイメージ604,605
に対しては180度回転している。
【0024】図1に戻ると、スターカプラ112からの
イメージは等しい長さの導波路列130により集められ
る。一般的にΩ0',Ω+1',Ω-1'からのイメージのみが
結合される、その理由はそれらはほとんど全てのイメー
ジパワーを含むからである。図1の導波路をさらによく
示すために、WGRの自由スペクトラム領域は、5チャ
ンネルの幅を有し、5番目のチャネルは接続されておら
ず、このことは同図において導波路のスペース内にギャ
ップが存在することからもわかる。
【0025】かくして3本の出力用導波路が存在し、そ
れらはWGR110のスターカプラ112から出てWG
R120のカプラ122に入る各導波路群131−13
4に対しγだけそれぞれ離間している。図1に示すよう
に3本の導波路131−134のグループの各々は、そ
れぞれ波長λ1,λ2,λ3,λ4を含む。入力ライン
1(または入力ライン2)に入る波長チャネルλ1 は
出力ライン1(または出力ライン2)のいずれかにその
チャネルに対する3本の接続された導波路間で相対位相
を制御する(位相シフタ列140により)ことにより切
り換えることができる。
【0026】例えば導波路群133を介して位相シフタ
列140に接続されたチャネルλ3は、位相シフタ列1
40の位相シフタ要素3,7,11によりその位相シフ
ト量が制御される。本質的に各導波路チャネルは、一般
化したマッハツェンダー干渉計を有する。この干渉計
は、WGR110と120からなり、かつそのチャネル
用に導波路列130,130′を接続する。
【0027】位相シフタ列140の各12個の位相シフ
タ装置は、第1値と第2値の間を切り換えられる制御可
能な位相シフト量を有するよう構成される。第1位相値
(例、通常ゼロ)によりWGR110の入力ライン1か
ら受領した所望の波長チャネルをWGR120の出力ラ
イン1に出力する。第2位相値(通常約180゜の位相
シフト量を与える)によりWGR110の入力ライン1
での所望の波長をWGR120の出力ライン2に出力す
る。
【0028】WDM相互接続装置100の動作は、中央
線190に対し対称であるのでWGR110と導波路列
130と位相シフタ列140の左半分は、位相シフタ列
140の右半分と導波路列130′とWGR120と同
一に動作する。その結果入力ライン1の波長λ1 のイ
メージは、入力ライン2の波長λ1 のイメージと類似
し、それらはWGR120により出力ライン2に出力さ
れる。
【0029】このようにしてWDM相互接続装置100
の入力ライン2においては、1つの入力ラインからの波
長チャネルは別の出力ラインに切り換えることができ、
かつその逆も行うことができる。より一般的にはPライ
ンのWDMにおいては(ここではP=2)、ライン1か
らの波長チャネルλ1 は隣接するライン2に切り換え
られ、ライン2からの波長チャネルλ1 はライン3等
に切り換えられる。P番目の波長チャネルλ1 は、ラ
イン1に切り換えられる。
【0030】入力ライン1の複数の波長λi が、出力
ライン1から出力ライン2に切り換えられると、この複
数の波長λi に関連する位相シフタ列140内の位相
シフト要素は、第2の位相値に切り換えなければならな
い。
【0031】位相シフタ列140内の位相シフト要素
は、電気信号,光信号あるいは温度、例えば制御装置1
49を用いて制御可能であり、これにより関連する位相
シフタ要素の屈折率を制御し位相シフタ要素の有効長を
変化させる。
【0032】図1のWDM相互接続構造は、WGR11
0と120内にインターリーブチャープを用いることに
よりPライン×Pラインの場合に拡張でき、この場合全
てのイメージを修正するために、十分に接続された導波
路を具備して各Ωi 内でP個のイメージを形成する。
Pの値が8までのインターリーブチャープを図14の表
1に示す。この表の右側の値は、λc の場合の各アーム
にさらに加えられるパス長さと、最後のアームが到達す
るまでの繰り返される数字列を示す。
【0033】例えば、P=4の場合には、WGRの4番
目のアームはλc /2の余分のパス長さが与えられる。
接続用の導波路の位相シフタ要素を調整することによ
り、あるラインのどのチャネルも別のラインのどのチャ
ネルにでも周期的に切り換えることができる。例えばP
=3の場合には、ライン1のチャネル1をライン2に切
り換え、ライン2のチャネル1は必ずライン3に切り換
えられ、ライン3のチャネル1は必ずライン1に切り換
えられる。
【0034】他のラインの同一のチャネルに影響を及ぼ
さずに、ライン間でチャネルを切り換えることはできな
い。この機能を必要とする場合には、例えば公知のバニ
アンネットワークを用いてP=2のデバイス列からそれ
を組み立てることができる。このバニアンネットワーク
に関しては、L. Goke, G. Lipovski, 著の "Banyan Ner
works for Partitioning Multiprocessor Systems," Pr
oceedings of the First Annual Symposium on Compute
r Architecture, pp. 21-28 (1973)を参照のこと。
【0035】公称上等しい長さの接続用導波路を有する
位相シフタ装置170を介して切り換えることは、3つ
の重要な利点を有する。第1の利点は、WGRの主要な
損失は、Ω0の放射外側に起因する点である。これに関
しては、C. Dragone, 著の "Optimum design of a plan
ar array of tapered waveguides," J. Opt. Soc. Am.
A, vol. 7, pp. 2081-2091 (1990)を参照のこと。この
損失はΩ0 の端の近くで特に高く、Ω0 のこの部分は
廃棄することもある、これに関しては前掲の K.Okamoto
et. al. 著の論文を参照のこと。このインターリーブ
相互接続構造においては、Ω~{−1}とΩ+1の接続を追
加することにより損失を大幅に低減できる。
【0036】第2の利点としては、2本のアームのマッ
ハツェンダーをスイッチとして制限することは、2個の
カプラの正確なパワー分離比に対し感受性があることで
ある。例えばこのことは、Okamoto et. al. 著の論文に
記載されているように、追加/ドロップ構成の切り換え
消光比を制限し、この消光比を改善するためには一連の
マッハツェンダーを必要とする点である。
【0037】しかし、干渉計内の波長チャネルあたり3
本以上のアームを有することにより(図1のインターリ
ーブ相互接続構造のように)位相を常に調整でき、その
結果あるポートにおいて正確なゼロパワーを有するよう
になる、但し最低のパワーのアームのパワーの和は3番
目のアームのパワーよりも大きい場合に限る。言い換え
ると、短い2本のセグメントの長さの和は3番目のセグ
メントよりも大きい場合には、3個のセグメントから常
に三角を形成できることである。
【0038】導波路をブリリュアンゾーンΩ0',
Ω+1',Ω-1'に接続するためには、このことは一般的に
言えることである。同様な議論が3本のアーム以外の場
合にもあてはまる。かくして製造が不完全な場合でも位
相シフタは、それらを修正するよう調整可能である。こ
のような製造許容誤差は、小さな導波路を具備する媒
体、例えばInPの設計に特に有効である。WDM相互
接続構造は、シリカ製の集積回路の一部として実現する
ことができる。
【0039】3番目の利点としては、提案されたデバイ
スにおいては、各導波路チャネルに対して各Ωi'にお
ける複数の接続用導波路を用いることができる点であ
る。図8を参照すると、1個の導波路801のみを用い
てスターカプラ112からの各Ωi'内の各波長チャネ
ルイメージ802に接続することができる。
【0040】図9は図8の構成に対し、図1のWDM相
互接続装置100の入力ライン1から出力ライン1への
伝送(透過)率(実線)と、入力ライン1から出力ライ
ン2への伝送(透過)率(点線)を示す。図9Aにおい
ては、全ての接続用導波路パス長さは等しいが但しチャ
ネル3(901)は、必要とする90゜の位相シフトを
生成するのに十分な長さを有するものとする。
【0041】図9Bにおいては、チャネル3の接続パス
長さは、最適の切り換え消光比を達成するよう調整され
る。同図から分かるように図9Aの切り換え消光比は、
約20dBである。かくして最適の切り換え消光比は、
接続用導波路が同一のパス長を有する場合には発生せ
ず、その理由はΩ-2',Ω+2'に対し、無視できない程度
のパワー損失が存在するからである。
【0042】図9Bは、最良の切り換え消光比に対して
は、チャネル3の導波路の長さは90゜の位相シフトに
必要とされる長さよりも幾分異なる(長短いずれか)必
要があることを示している。図9Bにおいては、Ω0',
Ω+1',Ω-1'からのイメージに対する位相シフトは、切
り換え消光比が最大となるよう調整される(即ち、3本
のアームのフェイザーから三角が形成されるように)。
この消光比は、WGRの応答のサイドローブにより制限
される。
【0043】図10を参照すると、カプラ112からの
Ωi'内の各波長チャネルイメージ1001に接続される
ために導波路1002,1003が用いられる構成が示
されている。この接続用導波路1002,1003の幅
は、各Ωi'イメージへの相互結合を強化するためにそれ
らの導波路間のスペースと共に狭くなっている。ブリリ
ュアンゾーンΩ0',Ω+1',Ω-1'のみが各導波路に用い
られると仮定すると、導波路グループ131−134の
各々は6本の導波路を含む(Ω0',Ω+1',Ω- 1'の中の
各イメージに対し2本)。図10に示されるように、イ
メージ1001は導波路1002と1003の間の領域
1004に合焦するが、このイメージの一部は導波路1
002と1003にも結合する。
【0044】図11Aは図10の構成に対し、、図1の
WDM相互接続装置100の入力ライン1から出力ライ
ン1への伝送(透過)率(実線)と、入力ライン1から
出力ライン2への伝送(透過)率(点線)を示す。図1
1Bにおいては、さらに別の脱合焦(defocusing)チャ
ープが、グレーティングアーム列113,123の両方
に加えられ、パスバンドの頂点の平坦さを増加させてい
る。
【0045】図12を参照すると、図1のWGR110
のカプラ112の領域1210の拡大図が示されてい
る。同図に示すようにこの構成は、3本の導波路120
2,1203,1204を用いてカプラ112からの各
Ωi'内の波長チャネルイメージ1201に接続される。
この接続用導波路1202−1204の幅は、カプラ1
12からの各Ωi'の相互結合を強化するためにそれらの
導波路間のスペースと共に狭くなっている。図12の導
波路1202−1204の幅と間隔の両方は、図10の
導波路1002−1003の幅と間隔(spacings)以下
である。
【0046】図12に戻って、ブリリュアンゾーン
Ω0',Ω+1',Ω-1'のみを用いると仮定すると、導波路
をこのΩ0',Ω+1',Ω-1'に接続して、その結果波長チ
ャネルあたり3本の接続用導波路が得られる。そして図
1の導波路グループ131−134の各々は、9本の導
波路(各Ω0',Ω+1',Ω-1'に対し3本)を含む。イメ
ージ1201は導波路1203の上に合焦するが、その
イメージの一部は依然として導波路1202と1204
に結合されている。同図には示していないが、図12の
構成の入力ライン1から出力ライン1への透過率と、入
力ライン1から出力ライン2への透過率は図11A,B
に示したそれと類似するが、より高い消光比を有するよ
り矩形のパスバンドを有する。
【0047】かくしてうまく設計することにより、スタ
ーカプラ112と各チャネルように用いられる導波路列
130との間の結合は、矩形のパスバンドとなり損失が
非常に低くなる。これは前掲の米国特許5,488,6
80号に記載した通りである。必要によっては、残留パ
スバンドリップル(図9の902)は、ポート導波路を
焦点から外すことにより平坦にすることができる、この
動作は物理的にあるいはWGRをアーム長さの分散に加
えられる関数ε[m−(M+1)/2]2 でもってW
GRをチャーピングすることのいずれかにより行われ
る、ここでεはある余分の損失を与える長さ単位を有す
る小数である。
【0048】このアプローチは、C. R. Doerr, M. Shir
asaki, C. H. Joyner 著の "Chromatic focal plane di
splacement in the parabolic chirped waveguide grat
ingrouter," IEEE Photon, Technol. Lett. vol. 9, p
p. 625-627 (1997) を参照のこと。位相シフタの接点の
数を減らすために、各導波路グループは1個の接点の元
に置かれる。
【0049】3番目の最後の利点としては、集積された
接続用導波路を具備する構成は、光ファイバによりバッ
クトゥバック(鏡対称)に接続されたマルチプレクサを
含む大きなネットワークで発生するマルチパス干渉に起
因するランダムな性能のフェージングを阻止できる点で
ある。これに関しては、E. L. Goldstein と L. Eskild
sen 著の Scaling limitations in transparent optica
l networks due to low-level crosstalk, IEEE Photo
n. Technol. Lett., vol. 7, pp. 93-94 (1995)を参照
のこと。
【0050】図13を参照すると再構成可能な波長分割
多重化(WDM)相互接続装置1300は、インターリ
ーブチャープしたインターリーブ導波路グレーティング
ルータ(WGR)1301と位相シフタ1302と反射
器1303とカプラ1304a,1304bを含む。W
DM相互接続装置100は軸190に対し対称であるた
め、WDM相互接続装置1300はWGR110を軸1
90で半分に切断して、軸190の位置に反射器を配置
して構成されている。
【0051】その結果得られたWDM相互接続装置13
00は、WGR110と導波路列130と位相シフタ列
140の左半分(即ちライン190まで)を含む図1の
構成の左半分を含む。WGR1301の動作は、導波路
列130のそれと同じである。位相シフタ1302の動
作は、導波路列130と位相シフタ列140の左半分の
それと同じである。かくして位相シフタ1306により
得られた位相シフトは、図1の位相シフタ列140に与
えられたそれの1/2だけである。
【0052】入力ライン1,2からの信号は、カプラ1
304を介してWGR1301に接続される。波長イメ
ージがWGR1301により分離処理され、導波路13
05と位相シフタ1306を通過した後、この波長イメ
ージは反射器1303により反射される。この反射後の
波長イメージは、位相シフタ1306からの別の位相シ
フトを得る。位相シフタ1306の2つの位相シフト
は、位相シフタ列140の位相シフトに等しい。
【0053】導波路1305を通過した波長イメージ
は、WGR1301で多重化され、位相シフタ1306
または1307のいずれかから出力され、その後カプラ
1304aまたは1304bのいずれかを介しそれぞれ
出力ライン1または2に結合される。位相シフタ130
6の位相シフト量を入力ライン1(入力ライン2)から
の信号の波長用に第1の値(ゼロ)に設定されると、こ
れらの波長は出力ライン1(出力ライン2)で出力さ
れ、一方位相シフタ1306の位相量を波長用に第2の
値(90゜)に設定されると、これらの波長は出力ライ
ン2(出力ライン1)から出力される。
【0054】イメージは位相シフタ1306を2回通過
するために、位相シフト量は、位相シフタ列140によ
り必要とされる量の半分だけでよい。位相シフタ130
6の位相シフト量は、位相シフタ1306の各々への電
気または光学信号1310により制御される。
【0055】図15は、位相シフタを具備する導波路を
示す。具体的に説明すると、図15は、InP内の2ラ
イン×2ラインの6チャネル×200GHzのスペース
相互接続構成を示す。M1=M2=30で、WGRは7
×200GHzの自由スペクトラム領域を有する。接続
用導波路は、各チャネルに際し、Ω0',Ω+1',Ω-1'?
に接続される(ここでΩi'は、WGRs[4]内のスタ
ーカプラのブリリュアンゾーンであり)、その結果全部
で3×6=18個の相互接続用導波路が得られる。2個
のWGR間の波長シフトを得るために、数個のポートが
各ライン接続に含まれる。導波路は、正規化した横方向
の屈折率ステップが0.85%で、曲げ半径は620μ
mである。デバイス全体の寸法は、4.2×9.5mm2であ
る。
【0056】導波路構造体は、図15に示すように埋め
込まれたリブ形状をしている。最初のステップとしてス
ラブとリブを調整し、その後導波路をリブ内にウェット
エッチングで形成する。アンドープInPを上部表面に
成長させる。その後SiO2製保護層(33μmのSi
2 幅)を位相シフタ間の導波路上に形成する。その後
pドープ層を位相シフタの上に成長し、最後に金製の接
点(52μmの幅)をこの位相シフタ上に堆積した。こ
の位相シフタは、1.4mmの長さで85μmだけ離間
しており<11 ̄0>方向に整合している。
【0057】本発明は、WGR110,120を用いて
図1に説明したが110,120は他のタイプの角度分
散素子を用いて構成することもできる。図16はより一
般化した図1の再構成可能な波長分割多重化相互接続構
成を示し、同図においては、これらの構成は位相シフタ
1603により接続された角度分散素子1601と16
02の2つのグループを用いて実現される。
【0058】角度分散素子1601,1602は垂直方
向のイメージ位相アレイ(virtually imaged phase arr
ay−VIPA)を用いて実現される。これに関しては、
M. Shirasaki 著の "Large angular dispersion by a v
irtually imaged phase array and its application to
a wavelength demultiplexer", OPTICS LETTERS, Vol.
21, No. 5, March 1996 を参照のこと。他の種類の角
度分散要素は、公知の反射性グレーティングである。図
16の位相シフタ1603と位相シフタ列140は自由
空間光学技術を用いて公知の方法で実現できる。
【0059】図16が対称であるために、反射装置を用
いて図16の右半分を図13と同様な方法で置き換える
ことができる。図17は角度分散素子1701と位相シ
フタ1702,反射器1703,カプラ1704を含む
再構成可能なWDM相互接続構造を示す。図17のWD
M相互接続構造の動作は、図13のWDM相互接続構造
の動作と類似する。
【0060】カプラ1704から入力された信号は、角
度分散素子1701と位相シフタ1702の選択された
ポートに入り、反射器1703と角度分散素子1701
を介して反射され、反射器1703の位相シフタ内に設
定された値でもってこの反射された信号は、角度分散素
子1601の選択されたポートから出力されて、カプラ
1704を介して出力ラインに出力される。
【0061】図18には本発明の追加/ドロップデバイ
スを示す。今までの議論はWDM接続構造に関連したも
のであるが、これからの議論は追加/ドロップデバイス
に関するものである。
【0062】波長分割多重化伝送ラインから任意の数の
波長チャネルを取り除き、すでに分離された多重化チャ
ネルをドロップ局に与えるデバイスが必要とされてい
る。このようなデバイスは、ドロップ装置が関係のない
チャネルに影響を与えずに、いつでもどのチャネルでも
ドロップできるようにプログラムされなければならな
い。集積デバイスにおいては、導波路グレーティングル
ータ(WGR)とマッハツェンダースイッチを用いてシ
リカおよびInP内でこれらのデバイスは実現される。
これに対し、本発明はインターリーブチャープしたWG
Rで装置上で実現される。
【0063】図18を参照すると、伝送ライン1801
からの信号は、ポートに入りスターカプラ1803を介
してグレーティングアーム1802に送られる。WGR
は従来の構成のものであるが、ただし1本おきにアーム
は、λ/4だけ短くなっている(言い換えると、λ/4
だけ長くなっているとも言う)。いわゆるインターリー
ブチャープされている。これにより各波長は、スターカ
プラのブリリュアンゾーン内で2つのイメージを形成す
る。
【0064】下側のスターカプラ1804においては、
2個のイメージと各チャネル用の中心ブリリュアンゾー
ンの外側にある最も近いイメージとが導波路により集め
られる。かくしてチャネルあたり3本の収集導波路が存
在し、全ての収集導波路はその長さが等しい。その後こ
の信号は、位相シフタ1805を通過して部分反射ミラ
ー1806で部分的に反射され、再度グレーティングに
入る。
【0065】これらはその後「イン」ポート1801ま
たは「パス」ポートのいずれかあるいはその組み合わせ
に送られるが、これは位相シフタのセッティングに依存
する。1チャネルあたり3個の位相シフタが存在するた
め、そのポートの1つに送信されている信号を常に完全
にヌルにできるが、ただし2つの低パワーポート内のパ
ワーの和が3番目のポートのそれよりも大きいことが条
件となる。チャネルはパスポート内でそれらをヌルにす
ることによりドロップされる。
【0066】部分反射ミラー1806を通過する信号の
一部は、ファイバに結合される。これらの信号は、ドロ
ップされたチャネルとするのが好ましい。同様にチャネ
ルは、部分反射ミラー1806を介して外部信号を送信
することにより追加される。選択すべき各チャネルに対
し、3個のポートがあるためにブリリュアンゾーンの中
心に最も近いポートをドロップポートとして、2番目に
近いポートを追加ポートとして選択する。
【0067】本発明のデバイスは、従来の追加/ドロッ
プ装置に対し、チャネルが実際にラインから取り除かれ
るか否かに関わらず、全てのチャネルはドロップポート
で常に得られる点で従来の追加/ドップ装置とは異な
る。かくして本発明のデバイスは、ネットワークをモニ
タするものとしてあるいはゲイン透過器のセンサーとし
て用いることができる。
【0068】本発明の装置は沢山の利点を有する。第1
の利点としては、インターリーブチャープによりファセ
ット(面)反射を最少にするために、サーキュラーを必
要とせずあるいは別の手段を必要とせずに、反射性の設
計が可能となる点である。このような反射性の設計は、
波長整合した複数のWGRを必要とせず、そのためデバ
イスを小型にでき、かつ必要な位相シフタのチューニン
グ電流を半分にすることができる。
【0069】第2の利点としては、本発明のデバイスの
製造は簡単である、その理由は、特徴寸法がそれほど臨
界的ではないからである。第3の利点としては、本発明
では導波路が交差することがない。最後の利点として
は、第2のスターカプラの中心のブリリュアンゾーンの
外側に入った光の一部は、集められるために損失を低減
し全てのチャネルに対し同一の損失となる。
【0070】図8に示したの同様な16チャネルの10
0GHzのチャネルスペース装置をInPを用いて構成
した。このデバイスは、76本のグレーティングアーム
を用いるが8×100GHzの自由スペクトラム範囲の
グレーティングと、850μm長さの位相シフタと85
μmのスペースを有する。
【0071】本発明のデバイスの製造は簡単である。具
体的に説明すると、導波路はアンドープのInPの0.
7μm内に埋設されたウェットエッチングで形成された
リブを具備するスラブであり、位相シフタがその上部表
面に成長したpドープ層である。位相シフタ上に必要と
される均一な接合を得るためにプリスティン(pristin
e)表面を得るためにInPキャップ層が18μm幅の
開口を有するパターニングの後、金属蒸着の前にp++層
をエッチングで取り除いて形成された。
【0072】電流の閉じ込めを行うために、pドープ層
が金属を形成した後、非選択性のエッチングで0.4μ
mの深さまでエッチングされた。最後に金製のストリッ
プラインを有するシリコンチップが従来のエポキシ接着
を用いてデバイスの上部表面に接着され、位相シフタか
ら金ストリップラインへの接合がなされ、その後ストリ
ップラインから50ピンのコネクタを有する回路ボード
にワイアボンディングがなされた。
【0073】位相シフタは、逆方向電圧または順方向電
流(+7mAに対し2π)のいずれかをかけることによ
り同調される。逆電圧に対しては、位相シフタ間にはク
ロストークは存在しないが、順方向電流に対しては幾分
の「近傍ヒーティング」が存在する。各チャネルに対し
3個の位相シフタが16チャネルのデバイスでは離れた
位置にあるので、順方向電流を用いて構成するためには
若干の修正を隣接チャネルに加えなければならない。に
もかかわらず、順方向電流のみが用いられる場合には、
32ピンの全ては、32個のコンピュータ制御の電流ド
ライバーに接続され、各チャネルに対し2個が第3のフ
ローティング用に残される。
【0074】図19は、インポートからパスポートへの
TE極性のファイバ間の伝送率の測定値を示し、Aは全
てのチャネルが通過した状態を示し、Bは3本のチャネ
ルがドロップした状態を示す。電流は位相シフタあた
り、0から7.3mAの範囲である。図4はインポート
から16個の追加/ドロップポートへの伝送率の測定値
を示す。同図におけるピーク伝送率の非均一性は、ファ
セット上のある場所での80%マルチ層反射コーティン
グの不完全性に起因する。同時に大きな損失は、位相シ
フタのp層のオーバードーピングに起因し、このために
TM極性はさらに大きな損失を示す。
【0075】ある種のアプリケーション用の性能を改善
するために、若干の修正が必要である。その修正は、回
路に対し45゜の複屈折軸を具備する1/4波長プレー
トを部分反射器と位相シフタの間に挿入することであ
る。この修正によりパスバンドチャネル用のデバイス内
の極性依存性が取り除かれる。
【0076】別の修正は、チャネルイメージあたり複数
の修正導波路を導入して通過チャネルあたりの過剰損失
のない矩形パスバンドを形成することである。各チャネ
ルイメージ用の各修正導波路は、1個の位相シフタの元
でグループ化される。
【0077】さらに別の修正は、「イン」ポートと「パ
ス」ポートを同一の導波路に形成して修正用導波路の組
に対する部分反射器の反射率を増加させインターリーブ
チャープを(λ/4長さ程度の変更を用いて)変化さ
せ、その結果大部分のパワーが部分反射でもって、修正
導波路に送ることである。
【0078】このドップポートはその後、低部分反射の
ポートに結合される。その結果ドロップポートまたは追
加ポート用に対しては損失が低くなる。最後に別の修正
例は、シリカまたはポリマーのような材料でデバイスを
構成して位相シフタ間にスロットを設けることである
(例えば、SAWまたはレーザーで)。位相シフタのチ
ューニングは、機械的な応力または歪でもって行うこと
ができる。さらにまたフリード位相シフタの基板を除去
して熱積付加と必要とされる位相シフタのパワーを低減
することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】2個のインターリーブチャープド導波路グレー
ティングルータ(WGR)を位相シフタにより接続した
再構成可能な波長分割多重化(WDM)相互接続装置を
表すブロック図
【図2】標準のWGRのスターカプラの自由空間領域の
ブリリュアンゾーンΩ0に合焦したイメージを表す図
【図3】偶数番号のグレーティングアームを残し、奇数
番号のグレーティングアームを取り除いた時のスターカ
プラの自由空間領域における入力ライン1からのイメー
ジを表す図
【図4】奇数番号のグレーティングアームを残し、偶数
番号のグレーティングアームを取り除いた時のスターカ
プラの自由空間領域における入力ライン1からのイメー
ジを表す図
【図5】奇数番号のグレーティングアームを長くしてさ
らに90゜の位相回転を得るようにし、偶数番号のグレ
ーティングアームを取り除いた時のスターカプラの自由
空間領域における入力ライン1からのイメージを表す図
【図6】奇数番号のグレーティングアームを長くしてさ
らに90゜の位相回転を得るようにし、スターカプラの
自由空間領域における図3,図5からの合成イメージを
表す図
【図7】A 奇数番号のグレーティングアームを長くし
てさらに90゜の位相回転を得るようにし、偶数番号の
グレーティングアームを取り除いた時のスターカプラの
自由空間領域における入力ライン2からのイメージを表
す図B 奇数番号のグレーティングアームを長くしてさ
らに90゜の位相回転を得るようにし、スターカプラの
自由空間領域における図4,図7からの合成イメージを
表す図
【図8】各波長イメージを位相シフタに結合する1本の
導波路を有するスターカプラの自由空間領域を表す図
【図9】A,B 図8の装置の異なる実施例の伝送率を
表すグラフ
【図10】各波長イメージを位相シフタに結合する2本
の導波路を有するスターカプラの自由空間領域を表す図
【図11】A,B 図10の装置の異なる実施例の伝送
率を表すグラフ
【図12】各波長イメージを位相シフタに結合する3本
の導波路を有するスターカプラの自由空間領域を表す図
【図13】インターリーブチャープドWGRと位相シフ
タと反射装置とカプラとを有する再構成可能なWDM交
差接続装置のブロック図
【図14】ライン数Pが2から8に変わるときのWGR
に適用されるグレーティングアームの数を表す図
【図15】導波路と位相シフタを具備する導波路の実施
例を表す図
【図16】位相シフタにより接続された角度分散素子の
2つのグループを含む再構成可能なWDM相互接続装置
のブロック図
【図17】角度分散素子と位相シフタと反射装置とカプ
ラとを有する再構成可能なWDM交差接続装置のブロッ
ク図
【図18】本発明のプログラム可能な追加/ドロップ装
置のレイアウト図
【図19】(A)全てのチャネルが通過すると(B)3
本のチャネルがドロップするポートとパスポートとの間
のファイバ間の伝送率の測定図
【図20】インポートと16本の追加/ドロップポート
の間のファイバ間の伝送率を表す測定図
【符号の説明】
100 波長分割多重化相互接続装置 101 イメージ 110,120 インターリーブチャープドグレーティ
ング導波路ルータ 111,112,122 スターカプラ 113 グレーティングアーム列 114 自由空間領域 130,130′ 導波路列 131,132,133,134 導波路群 140 位相シフタ列 150 入力ライン(入力ポート) 160 出力ライン(出力ポート) 170 位相シフタ 201,206 イメージ 301 偶数番号アーム 302 奇数番号アーム 303,304,305 イメージ 403,404,405 イメージ 503,504,505 イメージ 603,604,605 イメージ 703,704,705,713,714,715 イ
メージ 801 導波路 802,1201 波長チャネルイメージ 1002,1003,1202,1203,1204,
1305 導波路 1210 領域 1300 波長分割多重化(WDM)相互接続装置 1301 インターリーブ導波路グレーティングルータ
(WGR) 1302,1306,1307,1603,1702,
1805 位相シフタ 1303,1703 反射器 1304,1704 カプラ 1310 光学信号 1601,1602,1701 角度分散素子 1801 伝送ライン(インポート) 1802 グレーティングアーム 1803,1804 スターカプラ 1806 部分反射ミラー 1807 パスポート
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 (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プログラム可能な波長分割多重化追加/
    ドロップ装置において、 入力ポートに結合する複数の波長ディマルチプレクサを
    有する第1ユニットと、 前記第1ユニットの波長ディマルチプレクサと部分反射
    器との間で光学信号を搬送する位相シフタユニットとを
    有し、 前記部分反射器は、 前記第1ユニットに光学信号を部分的に反射して戻し、 各反射された光学信号は、位相シフタにより特定の入力
    ポートに向けられ分離された光信号を部分的に伝送し、
    光学信号を選択的に追加またはドロップすることを特徴
    とするプログラム可能な波長分割多重化追加/ドロップ
    装置。
  2. 【請求項2】 前記第1ユニットは、 その一端で「イン」ポートと「パス」ポートを有する第
    1カプラと、 一本おきに固定長Lだけ短いあるいは長いインターリー
    ブチャープを除いて、パス長が均一に増加している複数
    の導波路を有する相互接続ユニットと、を有し、 光学信号が、前記「イン」ポートを介してデバイスに入
    り、前記「パス」ポートと前記一端以外の端部にある複
    数のポートを介してデバイスから出て、 前記導波路は、第1カプラの複数のポートを第2カプラ
    の複数のポートに接続し、 前記第2カプラは、一端に複数のポートと他端に別の複
    数のポートとを有し、 前記第2の複数のポートは、分離された光学信号を受領
    し、ある光学信号の光学波長には複数のポートがあるこ
    とを特徴とする請求項1記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記位相シフタは、前記導波路グレーテ
    ィングルータに光学的に接続され、 前記位相シフタは、前記第2カプラの第2群のポートを
    複数の位相シフタに接続する複数の位相シフタ導波路を
    有し、 前記複数の位相シフタは、調整可能な位相シフト量を位
    相シフタを通過する光学信号に与えることを特徴とする
    請求項2記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記位相シフタに光学的に接続された反
    射器をさらに有し、 前記反射器は、 前記位相シフタと前記導波路グレーティングルータとを
    通過する光学信号を反射させる部分反射器と、 前記部分反射器を介して位相シフタ導波路に光学信号を
    接続する接続手段とを有することを特徴とする請求項3
    記載の装置。
  5. 【請求項5】 部分反射器と位相シフタとの間に配置さ
    れ、前記光学回路に対し45°の複屈折軸を有する1/
    4波長板をさらに有することを特徴とする請求項1記載
    の装置。
  6. 【請求項6】 プログラム可能な波長分割多重化追加/
    ドロップ装置において、 導波路グレーティングルータと、 前記導波路グレーティングルータに光学的に接続される
    位相シフタと、 前記位相シフタに光学的に接続されるリフレクタと、を
    有し、 前記導波路グレーティングルータは、 その一端で「イン」ポートと「パス」ポートを有する第
    1カプラと、 一本おきに固定長Lだけ短いあるいは長いインターリー
    ブチャープを除いて、パス長が均一に増加している複数
    の導波路を有する相互接続ユニットと、を有し、 光学信号が、前記「イン」ポートを介してデバイスに入
    り、前記「パス」ポートと前記一端以外の端部にある複
    数のポートを介してデバイスから出て、 前記導波路は、第1カプラの複数のポートを第2カプラ
    の複数のポートに接続し、 前記第2カプラは、一端に複数のポートと他端に別の複
    数のポートとを有し、 前記第2の複数のポートは、分離された光学信号を受領
    し、ある光学信号の光学波長には複数のポートがある前
    記位相シフタは、前記第2カプラの第2群のポートを複
    数の位相シフタに接続する複数の位相シフタ導波路を有
    し、 前記複数の位相シフタは、調整可能な位相シフト量を位
    相シフタを通過する光学信号に与え、 前記反射器は、 前記位相シフタと前記導波路グレーティングルータとを
    通過する光学信号を反射させる部分反射器と、 前記部分反射器を介して位相シフタ導波路に光学信号を
    接続する接続手段と を有することを特徴とするプロ
    グラム可能な波長分割多重化追加/ドロップ装置。
  7. 【請求項7】 部分反射器と位相シフタとの間に配置さ
    れる、前記光学回路に対し45°の複屈折軸を有する1
    /4波長板をさらに有することを特徴とする請求項6記
    載の装置。
  8. 【請求項8】 前記「イン」ポートと「パス」ポート
    は、同一導波路内に含まれることを特徴とする請求項6
    記載の装置。
  9. 【請求項9】 前記「イン」ポートと「パス」ポート
    は、異なる導波路内に含まれることを特徴とする請求項
    6記載の装置。
  10. 【請求項10】 前記追加/ドロップ装置は、シリカ製
    の光学集積回路の一部として実現されることを特徴とす
    る請求項6記載の装置。
  11. 【請求項11】 前記追加/ドロップ装置は、InP製
    の光学集積回路の一部として実現されることを特徴とす
    る請求項6記載の装置。
  12. 【請求項12】 切り欠きが、位相シフタ間に形成され
    ていることを特徴とする請求項6記載の装置。
  13. 【請求項13】 前記位相シフタは、熱光学素子である
    ことを特徴とする請求項6記載の装置。
  14. 【請求項14】 切り欠きが、位相シフタ間に形成さ
    れ、基板は、位相シフタの下から全てあるいは部分的に
    取り除かれていることを特徴とする請求項13記載の装
    置。
  15. 【請求項15】 前記位相シフタは、機械的応力により
    調整可能であることを特徴とする請求項6記載の装置。
  16. 【請求項16】 前記固定量Lは1/4波長に等しいこ
    とを特徴とする請求項6記載の装置。
  17. 【請求項17】 前記部分反射量は、全ての位相シフタ
    用導波路に対し同一であることを特徴とする請求項6記
    載の装置。
JP11072681A 1998-03-18 1999-03-17 プログラム可能な波長分割多重化追加/ドロップ装置 Pending JPH11326851A (ja)

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