CN103176327A - 解复用器和光解复用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种解复用器和光解复用方法。一种光开关包括：基板；环形谐振器，其形成在基板上；第一波导，其与环形谐振器光学耦合地形成在基板上，该第一波导被配置成引导WDM信号；光学检测器，其被配置成检测所述环形谐振器中的光信号分量；温度调节器，其响应于光学检测器的输出信号而被驱动，该温度调节器被配置成改变环形谐振器的温度，环形谐振器具有与构成WDM信号的光信号分量的波长相对应的谐振波长，环形谐振器、光学检测器和温度调节器一起构成反馈控制系统，该反馈控制系统将环形谐振器的谐振波长锁定至WDM信号中的光信号分量的波长。

Description

解复用器和光解复用方法
技术领域
此处描述的实施例一般涉及光开关、使用这种光开关的解复用器还有光解复用方法。
背景技术
在使用波分复用（WDM）技术的大容量光纤通信系统中，以WDM信号的形式在单根光纤上传送由大量相互不同的波长的光源形成的光信号。因此，WDM信号包括大量相互不同的波长的通道，并且以各个波长的信号分量的形式通过各个通道传送构成WDM信号的分量的光信号。在这样的大容量光纤通信系统中，光开关用于从通过光纤传送的WDM信号中分离期望通道的光信号分量。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本公开专利申请2002-72260
发明内容
根据实施例的一方面，光开关包括：基板；环形谐振器，其形成在基板上；第一波导，其与环形谐振器光学耦合地形成在基板上，该第一波导被配置成引导WDM信号；光学检测器，其被配置成检测所述环形谐振器中的光信号分量；温度调节器，其响应于光学检测器的输出信号而被驱动，该温度调节器被配置成改变环形谐振器的温度，环形谐振器具有与构成WDM信号的光信号分量的波长相对应的谐振波长，环形谐振器、光学检测器以及温度调节器一起构成反馈控制系统，该反馈控制系统将环形谐振器的谐振波长锁定至WDM信号中的光信号分量的波长。
根据本实施例，在利用环形谐振器的波长-温度相关性的情况下，通过环形谐振器、光学检测器和温度调节器实现了反馈操作，该反馈操作将环形谐振器的谐振波长锁定至WDM信号中的信号分量的波长。
附图说明
图1是表示根据第一实施例的光开关的构造的框图；
图2是详细表示图1的一部分的平面视图；
图3是沿着图2的线A-A’得到的横截面图；
图4是沿着环形谐振器的圆周方向得到的、图2的环形谐振器的横截面图；
图5是表示沿着协作光波导的、图1中的光电二极管的横截面图；
图6A和图6B是表示图1的光开关的透射率的图；
图7A和图7B是表示由加热引起的图1的光开关中的环形谐振器的谐振波长的移动的图；
图8是与图7A和图7B对应的、表示环形谐振器温度与谐振波长之间的关系的图；
图9是表示图1的光开关中环形谐振器温度与环形谐振波长之间的关系的图；
图10是说明在图1的光开关中实现的波长锁定操作的图；
图11是说明图1的光开关的启动过程的流程图；
图12A至图12C是说明与图11的流程图对应的、图1的光开关中的波长锁定操作的图；
图13是表示图11的启动过程的变型的流程图；
图14是表示图1的光开关的变型的框图；
图15是表示图1的光开关的另一变型的框图；
图16是说明图15的光开关的操作的流程图；
图17是表示图15的光开关的构造的示例的电路图；
图18是表示图15的光开关的构造的另一示例的电路图；
图19是表示根据第二实施例的光开关的构造的框图；
图20是沿着图19的线B-B’得到的横截面图；
图21是沿着图19的线C-C’得到的横截面图；
图22是表示根据第三实施例的光开关的构造的框图；
图23是沿着图22的线D-D’得到的横截面图；
图24是表示沿着由图22的线D-D’表示的横截面的、图22的光开关的变型的横截面图；
图25是表示根据第四实施例的光开关的构造的框图；
图26是说明在图25的光开关中实现的波长锁定操作的图；
图27是表示根据第五实施例的光开关的构造的框图；
图28是表示图27的光开关中使用的非线性放大器的示例的电路图；
图29是说明图28的非线性放大器的操作特性的图；
图30A和图30B是说明在图24的光开关中实现的波长锁定操作的图；
图31是表示根据第六实施例的WDM信号解复用器的构造的框图；以及
图32A至图32C是说明图31的解复用器的启动操作的图。
具体实施方式
在以下，将参照附图描述实施例。
[第一实施例]
图1是表示根据第一实施例的光开关20的构造的框图，图2是详细表示图1的光开关20的一部分的平面图，图3是沿着图2的线A-A’的横截面图，并且图4是沿着圆周方向得到的、图2中所表示的环形谐振器的横截面图。
参照图1至图4，光开关20构造在图3和图4中所表示的硅基板41上，并且包括：环形谐振器21；第一光波导22，其形成在同一硅基板41上，并且具有构成输入端口的边缘表面22in和构成输出端口的边缘表面22out，第一光波导22在边缘表面22in处被提供有来自外部光纤1等的WDM信号，并且在耦合点CA处与环形谐振器21光耦合；第二光波导23，其形成在同一硅基板41上，并且在耦合点CB处光耦合到环形谐振器，第二光波导23具有输出端口23out；以及光电二极管24，其检测第二光波导中的光信号功率Plight。被提供到第一光波导22的WDM信号是波分复用信号，并且包括相互不同的波长的光信号通道Ch1、Ch2、Ch3、Ch4......。此外，光电二极管24产生与光信号功率Plight成比例的输出电流I。
此外，环形谐振器21形成有与环形谐振器21的形状一致的环形加热器21H，以使得加热器21H具有接地端子21Ha和输入端子21Hb，并且光电二极管24的输出电流I由跨阻抗放大器25放大并输出作为输出电压V，该跨阻抗放大器25配备有跨阻抗电阻RT和反馈电容Cp。输出电压V经由稍后要说明的启动器开关SW1被提供到环形加热器21H的输入端子21Hb。启动器开关SW1在触点A与触点B之间切换，并且当选择触点A时，驱动电压V被从跨阻抗放大器25提供到加热器21H。另一方面，当选择触点B时，来自启动器电压源21HB的电压被提供到加热器21H。在下文的描述中，除非另行指出，否则将假设启动器开关SW1处于选择触点A的状态。应注意，启动器开关SW1可由操作者手动操作，或者可由控制单元100（诸如使用例如定时器的序列发生器）来驱动。
光电二极管24的输出信号包括由环形谐振器21分离的期望通道的电信号（诸如与通道Ch3的光信号分量对应的电信号），并且该输出信号被从跨阻抗放大器25提供到限幅放大器26以用于信号再现。限幅放大器26是由比较器构成的放大器，并且执行阈值操作。因此，限幅放大器26将电脉冲信号整形为具有预定电压的脉冲信号的形式，其中如此获得的脉冲信号从输出端子OUT输出。
参照图3和图4的横截面图，硅基板41由SOI（绝缘体上硅）基板构成，该SOI基板包括隐埋氧化物（BOX:隐埋氧化物）膜的形式的硅氧化物膜42，并且在硅氧化物膜42中形成有环形单晶硅图案43R，作为环形谐振器21的芯。此外，在硅图案43R附近，形成有单晶硅图案43A和43B，分别作为光波导22和23的芯。
芯43A、43B和43R覆盖有硅氧化物膜44，硅氧化物膜44具有平坦主表面并且用作左覆层和右覆层，并且优选为难熔金属（诸如Ti或W）的环形加热器21H形成在硅氧化物膜44的平坦主表面上，以优选地以略大于环形硅图案43R的宽度的宽度来覆盖环形硅图案43R。此外，应注意，硅氧化物膜42构成芯43A、43B和43R的下部覆层。
在一个示例中，硅氧化物膜42可具有2μm至3μm的膜厚度。通过利用干法刻蚀工艺等在硅氧化物膜42上形成硅单晶膜的图案来形成芯43A、43B和43R，并且在WDM信号是1.3μm至1.5μm波长带的光信号的情况下，芯43A、43B和43R可具有200nm至250nm的高度和400nm至550nm的宽度。优选地，芯43A、43B和43R中的每个芯通过在硅氧化膜42上被硅氧化物膜44在顶表面和两侧表面处包围而构成单模波导芯。
此外，在WDM信号是1.3μm至1.5μm波长带的光信号的情况下，优选地，芯43A和芯43R在50nm至500nm的范围中在耦合点CA处靠近彼此而布置，以在通过芯43A和芯43R引导的光信号中引起光学耦合。同样，优选地，芯43B和芯43R在50nm至500nm的范围中在耦合点CB处靠近彼此而布置，以在通过芯43B和芯43R引导的光信号中引起光学耦合。
因此，在环形谐振器21被调谐至例如WDM信号中的通道Ch3的光信号分量的波长的情况下，通道Ch3的光信号分量的能量如图2中的箭头所示在耦合点CA处转移到环形谐振器21，并且形成在箭头的方向上在环形谐振器21中循环的谐振信号。另一方面，WDM信号中的其它光信号分量沿着光波导22被径直引导到输出端子22out。如此转移到环形谐振器21的、通道Ch3的光信号分量的能量然后在耦合点CB处转移到光波导23，因此，原始通过光波导22引导的通道Ch3的光信号分量现在通过光波导23在箭头的方向上被朝着输出端口23out引导。
结果，如图6A所表示的，在波导23的输出端口23out处出现通道Ch3的光信号分量。此外，如图6B所表示的，在波导22的输出端口22out处出现WDM信号。在图6B中，应注意，已丢弃了通道Ch3的光信号分量。应注意，图6A表示从光波导23的输出端口23out所看到的光开关20的总体透射率的波长相关性，并且因而表示光波导22、环形谐振器21和光波导23整体上的透射率的波长相关性，而图6B表示从光波导22的输出端口22out所看到的光开关20的总体透射率的波长相关性，并且因而表示波导22的透射率的波长相关性。
图5是表示耦合到光波导23的输出端口23out的光电二极管24的构造的横截面图。
参照图5，硅基板41形成有与光波导23的输出端口23out对应的沟41G，并且在沟41G中外延地形成有构成光电二极管24的下部覆层的n型硅层24N。在n型硅层24N上，还外延地形成有未掺杂的混合有SiGe的晶体层24I，作为处于相对于硅图案43B的端表面的对接状态下的光吸收层。此外，在混合有SiGe的晶体层24I上外延地形成有p型硅层24P作为上部覆层。在p型硅层24P上，形成有上部电极24Et，并且在去除p型硅层24P和混合有SiGe的晶体层24I的一部分之后，还在n型硅层24N上形成有下部电极24Eb。
在图5的构造中，p型硅层24P和n型硅层24N可以互换。此外，取代未掺杂的混合有SiGe的晶体层，还可以使用未掺杂的硅层或未掺杂的锗层。此外，还可以通过将诸如GaAs或InP的化合物半导体的光电二极管芯片安装到沟41G中来形成光电二极管24。
在图1的构造中，应注意，跨阻抗放大器25是将光电二极管24的微小输出电流转换成输出电压V的放大器。为此，通过由用作跨阻抗的电阻RT连接运算放大器的输入端和输出端来构成跨阻抗放大器25。设置电容器Cp，以通过提供负反馈来稳定跨阻抗放大器25的操作。
限幅放大器26是通过阈值操作来根据光电二极管24的输出而产生预定电压幅度的二进制信号的形式的数字输出的放大器，并且可以由比较器来实现。
接下来，将参照图7A和图7B，针对在环形谐振器21中引起了温度变化的情况来说明图1和图2的光开关20的操作。
图7A是表示针对驱动电流I被提供到加热器21H并且环形谐振器21的温度升高的情况、在输出端口23out处所观察到的光开关20的对于通道Ch3的透射率的图，而图7B表示在输出端口22out处所观察到的类似光开关20的透射率的改变。
参照图7A和图7B，可以看出，随着驱动电流I从零（这对应于不受控状态）增加，引起透射率峰值朝向较长波长侧的移动。如之前所说明的，这样的现象是由环形谐振器21的谐振波长因环形谐振器21的迂回光路长度增加而朝向较长波长侧移动所引起的，其中环形谐振器21的迂回光路长度的增加又是由芯43R和包围的覆层的折射率因环形谐振器21的温度增加而增加所引起的。
图8是表示环形谐振器21的谐振波长与温度之间的关系的图。
参照图8，可以看出，随着环形谐振器21的温度增加，引起环形谐振波长沿着线L1朝向较长波长侧移动。
另一方面，在图1的光开关20中，应注意，与光电二极管24的输出电流I成比例的、跨阻抗放大器25的输出电压V被反馈到为环形谐振器21设置的加热器21H，并且响应于此，环形谐振器21被加热。因此，如图9中的虚线所表示的，光电二极管24的输出电流I在从WDM信号分离的、通道Ch3的光信号分量的波长λ3处变为最大值。输出电流I在波长λ3的较短波长侧减小，并且也在波长λ3的较长波长侧减小。在图1的由跨阻抗放大器25的输出电压V来驱动加热器21H的构造中，提供到加热器21的功率W也在波长λ3处变成最大值，并且因而加热器21H的热生成也在波长λ3处变成最大值。加热器21H中的热生成量与输出电压V的平方成比例（W=V x I=V2/R；I是加热器21H中的电流，R是加热器21H的电阻），因此，加热器21H中的热生成呈现出由通道Ch3的光信号波长λ3处的尖峰来表征的波长相关性，该尖峰比光电二极管24检测到的光功率Plight尖锐得多。
图10是将图9的图叠加在图8的图上的图。
参照图10，可以看出，如之前所指出的，随着环形谐振器21的温度增加而引起环形谐振器21的谐振波长沿着线L1朝向较长波长侧移动。另一方面，在环形谐振器21的谐振波长位于图10中被表示为CP2的交叉点的较短波长侧的情况下（其中线L1关于曲线C1的中心在较短波长侧与曲线C1相交于点CP2），当环形谐振器21的温度降低时，在加热器21H中出现热生成的相应减小，因此，环形谐振器21的温度继续减小到不向环形谐振器21施加加热的交叉点CP1。这意味着环形谐振器21的谐振波长在交叉点CP2处不稳定，但是在交叉点CP1处稳定。然而，在交叉点CP1处，环形谐振器21的谐振波长由光开关20的环境温度来确定，并且没有被调谐至期望通道的波长（诸如通道Ch3的波长）。
在环形谐振器21被加热到一定温度以使得其谐振波长为位于图10中的交叉点CP2的较长波长侧的情况下，温度的进一步增加引起环形谐振器21的谐振波长朝向较长波长侧移动，而这样的移动引起加热器21H的热生成的进一步增加，结果，引起环形谐振器21的谐振波长朝向较长波长侧进一步移动。现在，当谐振波长已朝向较长波长侧移动超过线L1关于曲线C1的中心在较长波长侧与曲线C1相交的交叉点CP3时，引起了加热器21H中的热生成量的减小，并且因此，引起了环形谐振器21的温度的降低。结果，环形谐振器21的谐振波长被拉回到交叉点CP3的波长。此外，当环形谐振器21的温度已从交叉点CP3的温度降低时，引起环形谐振器21的谐振波长朝向较短波长侧的移动，而谐振波长从交叉点CP3朝向较短波长侧的这种移动导致加热器21H中的热生成的增加，并且环形谐振器21的温度再次增加。结果，环形谐振器21的谐振波长被拉回到交叉点CP3的波长。
因此，对于本实施例，环形谐振器21、加热器21H、光电二极管24和跨阻抗放大器25构成反馈环，该反馈环将环形谐振器21的谐振波长锁定至交叉点CP3的波长。
图11是说明用于启动图1的光开关20的上述反馈操作的启动过程的流程图。
参照图11，步骤1是未对环形加热器21热的初始状态，并且可以看出，在图1中说明的启动器开关SW1选择触点A。在该状态下，如图12A中所表示的，环形谐振器21的温度与环境温度一致，并且因此，环形谐振器21具有比光信号波长λ3短得多的谐振波长。由于在该状态下光电二极管24的输出为零，因此当光电二极管24的输出被反馈到加热器21H时，没有引起谐振波长的改变。
接下来，在图11的步骤2中，例如作为操作者的操作结果，启动器开关SW1选择触点B，并且将预定电压Vs从启动器电压源21HB提供到加热器21H。在此情况下，如图12B所表示的，在环形谐振器中引起温度上升，并且与此相关联，引起谐振波长朝向较长波长侧移动。因此，操作者监视环形谐振器21的温度，直到谐振波长达到交叉点CP2的波长为止，或者更简单的，直到环形谐振器21的温度达到如下温度为止：在该温度处，谐振波长变得长于通道Ch3的光信号分量的波长λ3。在图12B的示例中，环形谐振器21的温度被设置为使得谐振波长远远长于波长λ3的温度。
接下来，在图11的步骤3中，开始将WDM信号注入到光波导22中。由于在光波导22的输入端口22in与光纤1之间没有设置光开关，因此可借助于驱动光电二极管24来实现与该处理等同的处理。
此外，在步骤4中，开关SW1被切换到触点A，并且在此情况下，在步骤5中开始反馈操作。
尽管说明了图11的流程图中的开关SW1的操作或光电二极管24的驱动是通过操作者的操作来实现的，但是还可以通过控制单元100来实现这样的处理，控制单元100可以是使用定时器的序列发生器。
对于本实施例，从例如图12B将注意到，环形谐振器21的锁定波长略微偏离目标光信号分量的波长λ3。如之前所指出的，加热器21H的热生成量与由光电二极管24所检测的光功率Plight的平方成比例，并且因此，应注意，在锁定波长处的光功率Plight的比例大于在锁定波长处的加热器的热生成的比例。因此，光电二极管24可以从上述锁定波长处的目标通道的光信号分量获得充分的检测电流I。
如图13的变型中所指出的，步骤2和步骤3可互换。
在本实施例中，应注意，其上构造有光开关20的基板不限于参照图3和图4所说明的SOI基板，而是还可以使用其它材料的基板，诸如GaAs基板或InP基板，只要可以在其上形成光波导22和23以及环形谐振器21即可。在使用GaAs基板来取代硅基板41的情况下，芯43A、43B和43R可由InGaAs或InGaAsP形成，并且覆层44可由GaAs或AlGaAs形成。此外，在使用InP基板取代硅基板41的情况下，芯43A、43B和43R可由InGaAs、InAsP或InGaAsP形成，并且覆层44可由InP、InAlAs或InGaAlAs形成。在利用这样的化合物半导体材料形成基板41、芯43A、43B和43R以及覆层44的情况下，能够由这些化合物半导体装置的外延层来形成光电二极管，并且光电二极管24的形成变得容易得多。
在本实施例中，还可以如用于表示本实施例的变型的图14中所示的那样，在自从跨阻抗放大器25到限幅放大器26的信号路径分支出来的、并且电信号V的信号路径中设置低通滤波器25F，并且将其反馈到加热器21H。在图14中，以相同的附图标记来表示之前说明的那些部分，并且将省略其描述。
通过WDM信号的通道传送的光信号通常是非常快的信号，并且通常不包含低频分量。另一方面，在通过例如通道Ch3传送的信号包含相对低频率的、会影响对环形谐振器21进行加热的加热器21H的操作的信号分量的情况下，通过设置这样的低通滤波器25F，能够去除这样相对低频率的信号分量对加热器21H的加热操作的影响。
在跨阻抗放大器25的输出电压V较小并且加热器21H无法产生足够的热以达到参照图10所说明的交叉点CP3的情况下，可在跨阻抗放大器25与加热器21H之间插入线性放大器27，线性放大器27以预定的放大因数对跨阻抗放大器25的输出电压V进行放大。在所示出的示例中，线性放大器27插入在开关SW1与加热器21H的端子21Hb之间，并且以预定放大因数对输出电压V进行放大而与工作点的波长无关。线性放大器27还可插入在滤波器25F与开关SW1之间。此外，对于本实施例，可省略滤波器25F。
通过设置这样的线性放大器27，在光学谐振器21的温度仅通过跨阻抗放大器25的输出电压无法充分升高的情况下，能够将光学谐振器21加热到使得如图16所表示的出现交叉点CP3的温度。
更具体地，在图15的构造中，线性放大器27以使得环形谐振器21的温度超过温度Tλ的放大因数对输出电压V进行放大，并且因此能够确定地获得交叉点CP3，其中温度Tλ提供与信号波长λ3对应的谐振波长。
图17表示实现图15的构造的示例电路的电路图。
参照图17，低通滤波器25F由插入到电压信号V的反馈路径中的线圈27L以及从通过线圈27L的电压信号消除高频分量的旁路电容器27C构成。
图18是实现图15的构造的另一示例电路的电路图。
参照图18，放大器27在本实施例中由运算放大器27A来实现，运算放大器27A具有接地的非反向输入端子和被提供有电压信号V的反向输入端子，其中运算放大器27A被设置有反馈电路并且用作有源低通滤波器，该反馈电路具有设置在输出端子与反向输入端子之间的电容器和电阻的形式。
[第二实施例]
图19是表示根据第二实施例的光开关20A的构造的平面图，而图20和图21是分别沿图19的线B-B’和C-C’得到的横截面图。在这些图中，以相同的附图标记来表示之前说明的那些部分，并且将省略其描述。
参照图19，本实施例包括深沟20AG，深沟20AG形成在硅基板41上以包围环形谐振器21，并且具有到达硅基板41的深度。
参照图21的横截面图，应理解，当加热器21H产生的热从加热器21H传递到光电二极管24时，加热器21H产生的热沿着在其下侧的避开了沟20AG的路径而传输。因此，硅基板41的形成有环形谐振器21的区域与形成光电二极管24的区域热隔离，并且有效地抑制了加热器21H生成的热被传导到光电二极管24并引起其中的温度改变的问题。如从图20的横截面图所注意的，形成光电二极管24的区域和形成环形谐振器21的区域一起构成了被狭窄地限制的区域21G，并且有效地抑制了到光电二极管24中的热流动。
[第三实施例]
图22是表示根据第三实施例的光开关20B的构造的平面图，而图23是沿着图22中的线D-D’得到的横截面图。
参照图22的平面图，本实施例消除了第二光波导23，并且在环形谐振器21的一部分中设置光电二极管24，以用于在位于环形谐振器21内部的情况下检测通道Ch3的光信号分量。
参照图23的横截面图，本实施例将n型InP基板用于基板41，并且由在InP基板41上外延地形成的未掺杂InGaAsP层来形成芯43R。尽管未示出，但是本实施例使用未掺杂的InGaAsP层用于波导22的芯43R。此外，覆层44由在基板41上外延形成的p型InP层形成。
此外，对于本实施例，光电二极管24的底部电极24Eb均匀地形成在InP基板的底部主表面上，并且构成加热器21H的环形图案形成在覆层44上。此外，与加热器21H的经由绝缘膜21i的在端子21Ha与端子21Hb之间的中断相对应，光电二极管24的顶部电极24Et形成在覆层44上。
利用这样的构造，能够省略第一实施例的第二光波导23并且将光电二极管24集成到环形谐振器21中。因而，可以减小光开关20B的大小。如已经指出的，在第一实施例中，光开关20也可以形成在化合物半导体基板上，诸如GaAs基板或InP基板。
此外，对于本实施例，同样也可以通过使用参照图3和图4说明的SOI基板来构造光开关20B，并且可以将类似于图5的构造的光电二极管集成到环形谐振器21的中断中。在图24的变型中，底部电极24Eb可在向上方向上垂直于图的平面而延伸。在图24中，以相同的附图标记来表示之前说明的那些部分，并且将省略其描述。
[第四实施例]
图25是表示根据第四实施例的光开关20C的构造的平面图。在这些图中，以相同的附图标记来表示之前说明的那些部分，并且将省略其描述。
参照图25，本实施例被构造成使得跨阻抗放大器25的输出电压信号V在通过限幅放大器26之后作为限幅放大器26的输出电压信号Vp而被提供到加热器21H。
如已经指出的，限幅放大器26是执行阈值操作的放大器，结果，当跨阻抗放大器的输出电压信号V小于阈值电压时，输出电压信号Vp是零。另一方面，当输出电压信号V超过阈值电压时，输出电压信号Vp取预定电压。因此，在环形谐振器21的温度已改变并且电压信号V已相应地改变的情况下，如图26所表示的，在预定波长范围中在提供到加热器21H的电压信号Vp中会出现急剧增加，并且获得了以曲线C2表示的波长相关性，该波长相关性比图9的以曲线C1表示的波长相关性尖锐得多。因此，交叉点CP3的波长和交叉点CP3’的波长在曲线C2的较长波长侧几乎一致，并且甚至在环形谐振器的谐振波长由于环形谐振器21的制造误差等而在室温处显著偏离的情况下，也能够通过使用如曲线C2表示的非常尖锐的波长相关性的反馈操作而将环形谐振器21的谐振波长锁定至与期望的预定波长几乎相同的波长。
更具体地，考虑如下情况：由于在制造环形谐振器21时的误差等，环形谐振器21具有从之前指出的上述温度相关性L1偏离的、谐振波长的温度相关性L1’。在这样的情况下，环境温度处的各个谐振波长L1λ和L1λ’可如图26所表示的分开较宽。应注意，甚至在这样的情况下，由交叉点CP3和交叉点CP3’给出的谐振波长中也不存在显著差异，其中交叉点CP3和交叉点CP3’表示反馈操作有效的波长。
在图26中，应注意，线L1和L1’的斜率由构成环形谐振器21的光波导的材料的热-光效应来确定，并且一般不依赖于环形谐振器21的图案化的精度。
[第五实施例]
图27表示根据第五实施例的光开关20D的构造。在这些图中，以相同的附图标记来表示之前说明的那些部分，并且将省略其描述。
参照图27，除了取代线性放大器27设置了非线性放大器37之外，光开关20D具有与图15的光开关类似的构造，其中该非线性放大器37具有图28中所表示的构造和图29中表示的输入-输出特性。
参照图28，非线性放大器37包括被提供有输入信号Vin的二极管连接的MOS晶体管37A、以及设置有反馈电阻37R的运算放大器37B，其中可以看出，运算放大器37B具有被提供有MOS晶体管37A的输出电压的反向输入端子，并且还具有接地的非反向输入端子。非线性放大器37具有在图29中表示的抛物线输入-输出电压特性，并且响应于输入电压Vin而产生与输入电压Vin的平方成比例（因而与Vin2成比例）的输出电压Vout。
图30A是说明使用这样的非线性放大器37的光开关20D的反馈操作的图。
参照图30A，由于使用了产生与输入电压Vin的平方成比例的输出电压Vout的非线性放大器，所以类似于图26的情况，环形谐振器21的波长和加热器21H的热生成的谐振变得比图30B的与图10的情况对应的谐振更尖锐，因此，甚至在线L1已平行移动一定程度时在工作点CP3处在谐振波长中也几乎不引起改变。
[第六实施例]
图31是表示使用光开关201、202、……20N的WDM信号解复用器30的示意构造的图，每个光开关均具有图1的光开关20的构造。
参照图31，在参照图3和图4说明的SOI基板41上设置有光波导，其中WDM信号被注入到光波导22的输入端22in，并且光开关201、202、……20N连续地耦合到光波导22。在图31的图示中所表示的光开关201、202、……20N中的每个中，跨阻抗放大器25、限幅放大器26、启动器开关SW1以及启动器电压源21HB被共同指定为电路28。包含在WDM信号中的、并且由各个光开关201、202、……20N分离的光信号分量以二进制数字电信号的形式从各个电路28输出。
图32A至图32C是说明通过锁定各个谐振波长而从由图31中表示的各个光开关201、202、……20N所传导的输入WDM信号中分离信号分量的过程的图。
参照与图11的流程图的步骤1对应的图32A，其中光开关201、202、……20N处于保持在室温处的状态，可以看出如透射率的下探（dip）所表示的，光开关201、202、……20N被制造为使得谐振波长λ1’、λ2’、……λN’分别朝向相应的光信号分量的波长λ1、λ2、……λN的较短波长侧移动。
因此，与图11的步骤2相对应，将启动器开关SW1切换到触点B，并且在光开关201、202、……20N中的每个中由启动器电源21HB来对加热器21H进行加热，以使得如图32B所表示的，谐振波长λ1’、λ2’、……λN’分别朝向相应的光信号分量的波长λ1、λ2、……λN的较长波长侧移动。
此外，在图11的步骤3中，开始WDM信号的提供，并且在步骤4中，将启动器开关SW1切换到触点A。在此情况下，对于光开关201、202、……20N，各个环形谐振器21的谐振波长λ1’、λ2’、……λN’被锁定接近于相应的波长λ1、λ2、……λN，并且开始步骤5的信号分离处理。
尽管已针对使用图1的光开关20的情况进行了上述说明，但是应注意，可以类似地通过使用之前说明的光开关20A至20D中的任一个来实现本实施例的信号分离。
尽管已针对优选实施例说明了本发明，但是本发明不限于这样的特定实施例，并且在专利权利要求中描述的本发明的范围内可进行各种改变和修改。

Claims (15)

1.一种光开关，包括：
基板；
环形谐振器，其形成在所述基板上；
第一波导，其与所述环形谐振器光学耦合地形成在所述基板上，所述第一波导引导波分复用信号；
光学检测器，其检测所述环形谐振器中的光信号分量；以及
温度调节器，其响应于所述光学检测器的输出信号而被驱动，所述温度调节器改变所述环形谐振器的温度，
所述环形谐振器具有与构成所述波分复用信号的光信号分量的波长相对应的谐振波长，
所述环形谐振器、所述光学检测器和所述温度调节器一起构成反馈控制系统，所述反馈控制系统将所述环形谐振器的所述谐振波长锁定至所述波分复用信号中的所述光信号分量的所述波长。
2.根据权利要求1所述的光开关，其中，所述温度调节器包括：加热器，其对所述环形谐振器进行加热；驱动电源，其驱动所述加热器；以及启动器开关，其在操作时选择所述光学检测器和所述驱动电源中的一个作为所选择的装置，所述启动器开关进一步将所述所选择的装置的输出提供到所述加热器。
3.根据权利要求1所述的光开关，还包括信号处理单元，所述信号处理单元处理所述光学检测器的所述输出信号，所述信号处理单元包括电流到电压转换装置，所述电流到电压转换装置将所述光学检测器的所述输出信号从电流信号转换为电压信号，并且其中，由经所述电流到电压转换装置转换后的所述电压信号来驱动所述温度调节器。
4.根据权利要求1所述的光开关，其中，所述温度调节器包括低通滤波器，所述低通滤波器从所述光学检测器的所述输出信号中消除高频分量，所述温度调节器响应于所述光学检测器的被消除了所述高频分量的所述输出信号而被驱动，并且进一步引起所述环形谐振器中的温度改变。
5.根据权利要求1所述的光开关，其中，所述温度调节器包括放大器，所述放大器放大所述光学检测器的所述输出信号，所述温度调节器响应于所述光学检测器的放大后的所述输出信号而被驱动，并且进一步引起所述环形谐振器中的温度改变。
6.根据权利要求5所述的光开关，其中，所述放大器放大所述光学检测器的所述输出信号，以使得所述环形谐振器的温度增加到如下温度以上：在该温度处，所述环形谐振器的所述谐振波长与所述光信号分量的所述波长一致。
7.根据权利要求5所述的光开关，其中，所述放大器包括线性放大器。
8.根据权利要求5所述的光开关，其中，所述放大器包括非线性放大器。
9.根据权利要求3所述的光开关，其中，所述信号处理单元包括比较器，所述比较器对所述光学检测器的所述输出信号执行阈值处理，并且其中，所述温度调节器响应于所述比较器的输出信号而被驱动。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的光开关，还包括：与所述环形谐振器光学耦合地设置在所述基板上的第二波导，所述第二波导引导所述波分复用信号的信号分量，所述光学检测器光学耦合到所述第二波导。
11.根据权利要求10所述的光开关，其中，所述光学谐振器形成在所述基板的由沟限定的第一区域上，所述光学检测器形成在所述第一区域之外的第二区域中，所述第二波导在所述沟中断的区域处从所述第一区域延伸到所述第二区域。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的光开关，其中，所述光学检测器形成在所述环形谐振器中，作为所述环形谐振器的一部分。
13.一种光解复用器，包括：
基板；
波导，其形成在所述基板上，所述波导在一端处被提供有波分复用信号，并将所述波分复用信号引导到另一端；
多个光开关，其沿着所述波导连续地形成在所述基板上，所述多个光开关中的每个光开关均包括环形谐振器，所述环形谐振器光学耦合到所述波导并且具有与所述波分复用信号中的光信号分量的波长相对应的谐振波长；
光学检测器，其检测所述环形谐振器中的光信号分量；
信号处理单元，其处理所述光学检测器的输出信号，以产生与所述光信号分量相对应的电信号；以及
温度调节器，其响应于所述光学检测器的输出信号而被驱动，所述温度调节器改变所述环形谐振器的温度，
所述环形谐振器、所述光学检测器和所述温度调节器一起构成反馈控制系统，所述反馈控制系统将所述环形谐振器的所述谐振波长锁定至所述波分复用信号中的所述光信号分量的所述波长。
14.根据权利要求13所述的光解复用器，其中，所述温度调节器包括：加热器，其对所述环形谐振器进行加热；驱动电源，其驱动所述加热器；以及启动器开关，其在操作时选择所述光学检测器和所述驱动电源中的一个作为所选择的装置，所述启动器开关进一步将所述所选择的装置的输出提供到所述加热器。
15.一种使用权利要求14的光解复用器的光解复用方法，所述解复用方法包括：
第一步骤，由所述启动器开关选择所述驱动电源，并且由所述加热器将所述环形谐振器加热到如下温度：在该温度处，所述环形谐振器的谐振波长比所述光信号分量的波长长；
第二步骤，将波分复用信号提供到所述波导；以及
第三步骤，在所述第一步骤和所述第二步骤之后，由所述启动器开关选择所述光学检测器的输出信号，并且将所述环形谐振器的所述谐振波长锁定至所述光信号分量的所述波长。
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