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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Multiplexer/Demultiplexer
zum Multiplexen von optischen Signalen mit hoher Dichte für eine optische
Kommunikation oder in einem Bereich optischer Vermittlung.
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Seit
kurzem wurde ein Wellenlängenmultiplexverfahren
einer steigenden Anzahl von Kanälen
untersucht, um dem wachsenden Bedürfnis des Kommunikationsverkehrs
Rechnung zu tragen. Auf Grund der begrenzten Bandbreite optischer
Fasern bei niedrigem Verlust oder der begrenzten Verstärkungsbandbreite
von mit seltenen Erdmetallen dotierten Faserverstärkern bei
geringem Rauschen wie zum Beispiel Erbium-dotierten Faserverstärkern sind
optische Multiplexer/Demultiplexer gefordert, die optische Signale
mit einem kleineren Kanalabstand handhaben können. Array-Wellenleiter-Gitter (AWGs) sind typische
optische Multiplexer/Demultiplexer, die einer derartigen Anforderung
genügen.
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Ein
Array-Wellenleiter-Gitter, das eine große Anzahl von Signalen auf
einmal selbst multiplexen kann, kann für ein optisches Kommunikationssystem
verwendet werden und wird tatsächlich
in derzeitig betriebenen optischen Systemen verwendet. Ein optischer
Multiplexer/Demultiplexer wie das Array-Wellenleiter-Gitter, das eine
Anzahl von Signalen (nicht weniger als 8 Wellen) handhabt, wird,
wenn das Übersprechen
je Kanal nicht sehr gering ist, aufgrund des kumulativen Rauschens
nicht für
ein optisches Kommunikationssystem verwendbar sein. Heute erzielen
Array-Wellenleiter-Gitter
mit einem Kanalabstand von 100 GHz ein ausreichend geringes Übersprechen
von weniger als –40
dB und befinden sich derzeitig in der Massenproduktion. Bei den Array-Wellenleiter-Gittern
mit einem kleineren Wellenlängenabstand
eines Kanalabstands von 10 GHz wurde die Massenherstellung jedoch
aufgrund des Problems, dass nur geringes Übersprechen nicht erhalten
werden kann, bis der Phasenfehler bei der Herstellung nicht genau
geschätzt
und kompensiert wird, noch nicht durchgeführt.
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Abgesehen
von den Array-Wellenleiter-Gittern gibt es einige optische Multiplex/Demultiplex-Vorrichtungen,
die Komponenten wie zum Beispiel Fasergitter oder Dünnfilmfilter
verwenden. Es ist für
diese jedoch schwierig, gleichzeitig derartige Anforderungen wie
eine Kanalkonfiguration mit einem präzisen Wellenlängenabstand,
einem geringen Überschussverlust
und einem geringen Ungleichgewicht des Verlusts der einzelnen Kanäle zu erfüllen. Somit
werden optische Multiplexer/Demultiplexer vorgeschlagen, die nur
wenig Kanäle handhaben
können.
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Um
einen optischen Multiplexer/Demultiplexer zu implementieren, der
optische Signale mit einem kleinen Wellenlängenabstand handhaben kann,
wird ein Verfahren vorgeschlagen, das zwei existierende Array-Wellenleiter-Gitter
mit einem Mach-Zehnder-Filter
mit einem FSR (freier Spektralbereich (Free Spectral Range)) von
gleich dem Kanalabstand der Array-Wellenleiter-Gitter kombiniert.
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Die
Verwendung eines derartigen Verfahrens kann einen optischen Multiplexer/Demultiplexer
bilden, der in der Lage ist, scheinbar die Anzahl der Kanäle des Array-Wellenleiter-Gitters
unter Verwendung der existierenden Array-Wellenleiter-Gitter zu verdoppeln.
Da die Array-Wellenleiter-Gitter und das Mach-Zehnder-Filter aus
optischen Wellenleitern vom selben Typ aufgebaut werden können, weist
das Verfahren außerdem
kein Problem hinsichtlich des Verbindungsverlustes auf, und sie
können
auf einfache Weise auf demselben Substrat integriert werden. Außerdem weist
das Verfahren den Vorteil auf, dass es in der Lage ist, das Übersprechen mit
anderen Kanälen
mit Ausnahme der benachbarten Kanäle auf einen ausreichend kleinen
Wert mittels der existierenden Array-Wellenleiter-Gitter zu unterdrücken.
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Da
jedoch das Mach-Zehnder-Filter eine schmale Sperrbandbreite aufweist
und somit benachbarte Kanäle
des optischen Multiplexers/Demultiplexers, der durch das Verfahren
gebildet wird, ebenfalls eine kleine Sperrbandbreite aufweisen,
weist die Verwendung des Mach-Zehnder-Filters mit einem derartigen Übertragungsspektrum
das Problem auf, dass es nicht in der Lage ist, das Übersprechen
eines benachbarten Kanals unter Berücksichtigung der Mittenwellenlängenvariationen
der optischen Signale ausreichend zu verbessern. Außerdem wird,
da das optische Signal des Kanals zwei Filter durchläuft, die
Durchlassbandbreite kleiner. Somit weist der optische Multiplexer/Demultiplexer,
der durch Kombinieren des Mach-Zehnder-Filters mit den Array-Wellenleiter-Gittern
aufgebaut ist, das Problem auf, dass die erlaubte Bandbreite der
optischen Signalwellenlänge
verringert wird.
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Das
Dokument
JP 11 223736
A beschreibt einen optischen Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer, wobei ein
Lichtwellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer
aus einem optischen Wellenleiter aufgebaut ist, der auf einem ebenen
Substrat ausgebildet ist. Ein Lichtwellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer
vom asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometertyp
und zwei Lichtwellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer
vom Array-Wellenleiter-Gittertyp sind mit zwei Ausgängen des
Lichwellenlängen-Multiplexers/Demultiplexers
vom asymmetrischen Mach-Zehnder-Interferometertyp verbunden. Die
Kanalanzahl wird unter Verwendung mehrerer Array-Wellenleiter-Gitter verdoppelt.
Die Durchlassbandbreite wird jedoch dadurch verringert.
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Die
folgende Erfindung entstand, um die vorherigen Probleme zu lösen. Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen
Multiplexer/Demultiplexer bereitzustellen, der eine große Durchlassbandbreite
und ein geringes Übersprechen über sämtliche
Kanäle
aufweist, um optische Signale mehrerer Wellenlängen mit schmalen Kanälen zu handhaben.
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Die
Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche sind
auf bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung gerichtet.
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Somit
weist das periodische Filter vom Wellenleitertyp gemäß der vorliegenden
Erfindung zwei optische Wellenleiter und drei Richtkoppler auf,
die die optischen Wellenleiter an drei Orten koppeln. Als Ergebnis kann
die Sperrbandbreite der benachbarten Kanäle des optischen Multiplexers/Demultiplexers,
der die Kombination aus dem Array-Wellenleiter-Gitter und dem periodischen
Filter vom Wellenleitertyps aufweist, verbreitert werden. Es ist
vorteilhaft, wenn das periodische Filter vom Wellenleitertyp aus
einem optischen 2 × 2-Signalprozessor
besteht, der Übertragungsspektren
mit einem quadratischen Profil mit einer breiten Durchlassbandbreite
und einer breiten Sperrbandbreite aufweisen kann. Dieses ermöglicht die
Unterdrückung
des Übersprechens
unter sämtlichen
Kanälen
auf einen geringen Betrag sogar dann, wenn die Mittenwellenlängenvariationen
des optischen Signals berücksichtigt
werden.
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Da
das periodische Filter vom Wellenleitertyp ein breites Durchlassband
mit flacher Spitze und ein breites Sperrband aufweist, weisen die Übertragungskanäle den Vorteil
auf, dass sie in der Lage sind, die Verringerung des richtigen Durchlassbandes
der Array-Wellenleiter-Gitter zu verhindern.
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Somit
kann die Verwendung des optischen Wellenleiterfilters mit dem erfindungsgemäßen Aufbau
einen optischen Multiplexer/Demultiplexer mit einem breiten Durchlassband
und einem geringen Übersprechen über sämtliche
Kanäle
sogar dann schaffen, wenn die Anzahl der Kanäle des existierenden Array-Wellenleiter-Gitters
verdoppelt wird.
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Wie
es oben beschrieben wurde, verwendet das periodische Filter vom
Wellenleitertyp den optischen 2 × 2-Signalprozessor, der die
beiden optischen Wellenleiter und die drei Richtkoppler, die die
optischen Wellenleiter an drei Orten koppeln, aufweist, der die
optischen Wellenleiter mit den optischen Pfadlängendifferenzen an zwei Orten
zwischen den Richtkopplern bereitstellt und der Übertragungsspektren mit einem
quadratischen Profil mit einem breiten Durchlassband und breiten
Sperrband bereitstellen kann. Als Ergebnis kann die Sperrbandbreite
der benachbarten Kanäle
des optischen Multiplexers/Demultiplexers, der die Kombination aus
den Array-Wellenleiter-Gittern
und dem periodischen Filter vom Wellenleitertyp enthält, verbreitert
werden. Dieses ermöglicht
das Übersprechen
unter sämtlichen
Kanälen
sogar unter Berücksichtigung
der Mittelwellenlängenvariationen
des optischen Signals.
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Außerdem weisen
die Übertragungskanäle einen
Vorteil dahingehend auf, dass sie in der Lage sind, die Verringerung
im richtigen Durchlassband der Array-Wellenleiter-Gitter zu verhindern, da
das periodische Filter vom Wellenleitertyp ein breites Durchlassband
mit flacher Spitze aufweist.
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Somit
kann die Verwendung des optischen Wellenleiterfilters mit dem erfindungsgemäßen Aufbau
einen optischen Multiplexer/Demultiplexer mit einem breiten Durchlassband
und geringem Übersprechen über sämtliche
Kanäle
sogar dann schaffen, wenn die Anzahl der Kanäle des existierenden Array-Wellenleiter-Gitters
verdoppelt wird.
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Die
obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen
in Verbindung mit den zugehörigen
Zeichnungen deutlich.
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Es
zeigen:
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1 ein
Diagramm, das eine Konfiguration eines ersten Beispiels des optischen
Multiplexers/Demultiplexers zeigt,
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2 ein
Diagramm, das die Übertragungscharakteristik
des ersten Beispiels und die Übertragungscharakteristika
von dessen Komponenten darstellt,
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3 ein
Diagramm, das eine Konfiguration eines herkömmlichen optischen Multiplexers/Demultiplexers
zeigt,
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4 ein
Diagramm, das die Übertragungscharakteristik
des herkömmlichen
optischen Multiplexers/Demultiplexers und die Übertragungscharakteristika
von dessen Komponenten darstellt,
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5 ein
Diagramm das ein Übersprechen
benachbarter Kanäle
in dem ersten Beispiel und in dem herkömmlichen optischen Multiplexer/Demultiplexer
zeigt,
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6 ein
Diagramm, das ein vergrößertes Spektrum
in dem Durchlassband des ersten Beispiels und demjenigen des herkömmlichen
optischen Multiplexers/Demultiplexers zeigt,
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7 ein
Diagramm, das eine Konfiguration einer Ausführungsform des optischen Multiplexers/Demultiplexers
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt,
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8 ein
Diagramm, das die Übertragungscharakteristik
der Ausführungsform
und die Übertragungscharakteristika
ihrer Komponenten zeigt,
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9 ein
Diagramm, das vergrößerte Spektren
des Durchlassbandes eines 2 × 2-Wellenleiterfilters, das
die Ausführungsform
bildet, zeigt,
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10 ein
Diagramm, das vergrößerte Spektren
des Durchlassbandes der Ausführungsform
zeigt,
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11 ein
Diagramm, das eine Konfiguration eines zweiten Beispiels des optischen
Multiplexers/Demultiplexers zeigt, und
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12 ein
Diagramm, das die Übertragungscharakteristik
des zweiten Beispiels zeigt.
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Im
Folgenden werden die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung und die Beispiele mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen
beschrieben.
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1 ist
ein Diagramm, das ein Konfiguration eines ersten Beispiels des optischen
Multiplexers/Demultiplexers zeigt. In dieser Figur bezeichnen die
Bezugszeichen 101 und 102 erste und zweite Array-Wellenleiter-Gitter,
und das Bezugszeichen 103 bezeichnet einen optischen 2 × 2-Signalprozessor,
der ein periodisches Filter vom Wellenleitertyp bildet. Der optische
2 × 2-Signalprozessor 103 weist
erste, zweite, dritte und vierte Richtkoppler 104, 105, 106 und 107 sowie
erste, zweite und dritte Verzögerungsleitungen 108, 109 und 110 auf.
Die ersten, zweiten und dritten Verzögerungsleitungen 108, 109 und 110 sind
mit Dünnfilm-Heiz-Phasenschiebern 111 und 112, 113 und 114 und 115 und 116 zum
Korrigieren von Phasenfehlern, die bei der Herstellung erzeugt werden,
versehen. Außerdem
ist ein optischer Überwachungswellenleiter 117 zum Überprüfen der
Einstellbedingungen der Dünnfilm-Heiz-Phasenschieber 111, 112, 113, 114, 115 und 116 auf
halbem Weg durch das Array-Wellenleiter-Gitter 101 angebracht.
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Die
Array-Wellenleiter-Gitter 101 und 102 weisen einen
Kanalabstand von 100 GHz auf, wobei die Mittenwellenlänge jeweils
um 50 GHz verschoben ist. Der optische 2 × 2-Signalprozessor 103 weist
einen FSR von 100 GHz auf und ist derart hergestellt, dass die Ausgangsanschlüsse jeweils
in einem Abstand von 50 GHz geschaltet bzw. vermittelt werden. Außerdem sind
die Winkeldarstellungen der Koppelkoeffizienten der ersten, zweiten,
dritten und vierten Richtkoppler 104, 105, 106 und 107 derart
ausgelegt, dass sie jeweils π/4,
3π/8, π/6 und π/24 aufweisen,
sodass der optische 2 × 2-Signalprozessor 103 ein
Spektrum mit flacher Spitze aufweist. Außerdem sind die ersten, zweiten
und dritten Verzögerungsleitungen 108, 109 und 110 derart
ausgelegt, dass sie jeweils eine Länge von L, 2L + λ/2 und 2L
+ λ/2 aufweisen,
wobei λ =
1553,6 nm, nL = 3 mm und n der effektive Index des Kanalwellenleiters
ist. Die Berechnung der Parameter wird durch ein Verfahren durchgeführt, das
in Jinguji etc., „Optical
Half-Band Filters",
Journal of Lightwave Technology, Band 18, Nr. 2, Februar 2000, Seiten
252–259,
beschrieben ist.
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Obwohl
das vorliegende Beispiel die oben beschriebenen Parameter verwendet,
ist die Kombination der Parameter nicht darauf beschränkt, sodass
das vorliegende Beispiel nicht auf die Kombinationen der Wellenleiterparameter
des vorliegenden Beispiels beschränkt ist.
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Tatsächliche
Wellenleiter werden durch Kombinieren einer Technik des Ausbildens
eines auf Silikat basierenden Glas-Dickfilms auf einem Si-Substrat
durch Flammenhydrolyseabscheidung (FHD) mit einem Wellenleiterprozess,
der durch Photolithographie und Trockenätzen durchgeführt wird,
hergestellt. Die letztlich hergestellten Wellenleiter weisen einen
Querschnitt mit einer Höhe
von 7 μm
und einer Breite von 7 μm
sowie eine relative Brechungsindexdifferenz von 0,75% auf.
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Die
Endoberflächen
der hergestellten Wellenleiter wurden mit einer Trennsäge (dicing)
abgeschnitten, und die Eingangs- und Ausgangswellenleiter, die mit
Dispersions-verschobenen Fasern verbunden sind, die allgemein in Übertragungsleitungen
in Japan verwendet werden, wurden dann einem Schätzverfahren unterzogen. Das
ASE-Licht (verstärkte
Spontanemission (Amplified Spontaneous Emission)), das von einem
Erbium-dotierten optischen Faserverstärker emittiert wird, wurde
in den optischen 2 × 2-Signalprozessor 103 eingegeben,
und die Betriebspunkte der Dünnfilm-Heiz-Phasenschieber 111, 112, 113,114,115 und 116 wurden durch Überwachung
des Lichtausgangs von dem Überwachungsanschluss
des optischen Wellenleiters 117 durch einen optischen Spektrum-Analysator
bestimmt. Nach dem Eingeben des ASE-Lichts in den optischen 2 × 2-Signalprozessor 103 wurden
die Lichtstrahlen, die von den Array-Wellenleiter-Gittern 101 und 102 ausgegeben
wurden, durch den opti schen Spektrum-Analysator geschätzt. Nach
dem Schätzen
der Charakteristika der gesamten Schaltung gemäß dem vorliegenden Beispiel
wurden die Array-Wellenleiter-Gitter 101 und 102 von
dem optischen 2 × 2-Signalprozessor 103 mit
der Trennsäge
getrennt, um die einzelnen Übertragungsspektren
zu schätzen.
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2 ist
ein Graph, der das Übertragungsspektrum
der gesamten Schaltung, dasjenige der Array-Wellenleiter-Gitter
und dasjenige des optischen 2 × 2-Signalprozessors
in der Nähe
von 193,1 THz zeigt. Das Durchlassband der Array-Wellenleiter-Gitter stimmt mit demjenigen
des optischen 2 × 2-Signalprozessors als
Ergebnis des geeigneten Einstellens der Betriebspunkte der Phasenschieber überein.
Anhand der 2 ist zu sehen, dass die Mittenwellenlänge des
Durchlassbandes von 193,1 THz von dem Licht, das um 100 GHz oder
mehr durch das Array-Wellenleiter-Gitter getrennt ist, und von dem um
50 GHz benachbarten Licht des nächsten
Kanals durch den optischen 2 × 2-Signalprozessor
als Ergebnis der Kombination der beiden optischen Filter, der Array-Wellenleiter-Gitter
und zusätzlich
des optischen 2 × 2-Signalprozessors,
isoliert ist.
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3 ist
ein Diagramm, das eine herkömmliche
optische Schaltung zeigt, die aus einer Kombination eines Mach-Zehnder-Filters
und Array-Wellenleiter-Gittern besteht. In dieser Figur bezeichnen
die Bezugszeichen 301 und 302 jeweils ein Array-Wellenleiter-Gitter,
das Bezugszeichen 303 bezeichnet einen Mach-Zehnder-Filter,
die Bezugszeichen 304 und 305 bezeichnen jeweils
einen Richtkoppler, das Bezugszeichen 306 bezeichnet eine
Verzögerungsleitung
und die Bezugszeichen 307 und 308 bezeichnen jeweils
einen Dünnfilm-Heiz-Phasenschieber. 4 stellt
die Übertragungscharakteristika
dar. Hier werden die Übertragungscharakteristika
der herkömmlichen
optischen Schaltung, die in 4 dargestellt
ist, mit den Übertragungscharakteristika
der optischen Schaltung gemäß dem ersten
Beispiel, das in 2 dargestellt ist, verglichen.
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5 zeigt
die vergrößerten Übertragungsspektren
der benachbarten Kanäle
von den Übertragungscharakteristika
der beiden optischen Schaltungen. Obwohl die beiden optischen Schaltungen
ein geringes Übersprechen
von weniger als –30
dB bei 193,15 THz aufweisen, unterscheiden sich ihre Sperrbandbreiten stark
voneinander. Beispielsweise ist es, um das Übersprechen von –30 dB oder
weniger zu erzielen, für
die optische Schaltung gemäß dem ersten
Beispiel ausreichend, wenn es eine Trennung von etwa 45 GHz aufweist,
während
die herkömmliche
optische Schaltung eine Trennung von etwa 49 GHz von der Mittenwellenlänge des
Durchlassbandes aufweisen muss. Mit anderen Worten beträgt die Bandbreite,
die das Übersprechen
von –30
dB oder weniger in der Nähe
des benachbarten Kanals bereitstellt, in dem her kömmlichen
Beispiel etwa 2 GHz, aber etwa 10 GHZ in der optischen Schaltung
gemäß dem ersten
Beispiel. Im Vergleich zum Kanalabstand von 50 GHz weist die optische
Schaltung gemäß dem ersten
Beispiel im Vergleich zu herkömmlichen
Schaltung, die einen Sperrbereich von 4% aufweist, einen viel größeren Sperrbereich
von 20% auf.
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6 stellt
vergrößerte Übertragungsspektren
der Übertragungskanäle der beiden
Schaltungen dar. Obwohl die beiden Schaltungen einen geringen Unterschied
in der Transmittanz bei 193,10 THz aufweisen, weisen sie große Unterschiede
in den Variationen der Transmittanz in Bezug auf die Frequenz auf.
Bei einer Definition einer 1-dB-Durchlassbandbreite als eine Bandbreite,
die die Transmittanzverschlechterung auf 1 dB in Bezug auf die Transmittanz
bei der Mittenwellenlänge
des Durchlassbandes herabsetzt, weist die optische Schaltung gemäß dem ersten
Beispiel im Vergleich zu herkömmlichen
optischen Schaltungen, die eine 1-dB-Durchlassbandbreite von 22
GHz aufweist, eine 1-dB-Durchlassbandbreite von 28 GHz auf. Im Vergleich zum
Kanalabstand von 50 GHz ist zu sehen, dass, obwohl die Transmittanzverschlechterung
von weniger als 1 dB 44% in der herkömmlichen optischen Schaltung
belegt, sie sich auf 56% in der Konfiguration der optischen Schaltung
gemäß dem ersten
Beispiel erhöht.
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Welcher
der beiden Wellenleiter des optischen 2 × 2-Signalprozessors 103 als
der Eingangswellenleiter zu verwenden ist, hängt von der Wellenlängenzuordnung
des optischen 2 × 2-Signalprozessors 103 und der
beiden Array-Wellenleiter-Gittern 101 und 102 ab.
Da jedoch das vorliegende Beispiel des optischen Multiplexers/Demultiplexers
den Eingangswellenleiter durch Verschieben seiner Phase um einen
Betrag von π durch
Betreiben des Phasenschiebers 111 oder 112 wechseln
kann, ist es nicht notwendig, den Eingangswellenleiter zu spezifizieren.
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7 ist
ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Ausführungsform des optischen Multiplexers/Demultiplexers
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Die
Ausführungsform
weist zwei Operationsmodi auf: einer besteht darin, das Übersprechen
eines benachbarten Kanals zu verringern, und der andere besteht
darin, die Durchlassbandbreite zu erhöhen, wobei die Details im folgenden
genauer beschrieben werden.
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Die
Ausführungsform
weist zwei Array-Wellenleiter-Gitter 701 und 702 und
einen optischen 2 × 2-Signalprozessor 703 auf,
der als ein periodisches Filter vom Wellenleitertyp dient. Der optische
2 × 2-Signalprozessor 703 weist
einen Richtkoppler 704, ab stimmbare Koppler 713 und 714 und
Verzögerungsleitungen 709 und 711 auf.
Der abstimmbare Koppler 713 weist zwei Richtkoppler 705 und 706 und
eine dazwischen angeordnete Verzögerungsleitung 710 auf.
Auf ähnliche
Weise weist der abstimmbare Koppler 714 zwei Richtkoppler 707 und 708 sowie
eine Verzögerungsleitung 712,
die dazwischen angeordnet ist, auf. Die Verzögerungsleitungen 709, 710, 711 und 712 weisen
jeweils zwei der Dünnfilm-Heiz-Phasenschieber 715–722 auf,
um die Phasenfehler zu korrigieren, die bei der Herstellung entstehen.
Außerdem
ist ein optischer Überwachungswellenleiter 723 am
Mittelpunkt des Array-Wellenleiter-Gitters 701 befestigt,
um die Einstellbedingungen der Dünnfilm-Heiz-Phasenschieber 715–722 zu überprüfen.
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Die
Verzögerungsleitungen 709 und 711 sind
derart ausgelegt, dass sie jeweils Verzögerungen von L und 2L + λ/2 aufweisen,
wobei λ =
1553,6 nm, nL = 3 mm, und n ein Brechungsindex der Kanalwellenleiter
ist. Die Richtkoppler 704, 705, 706, 707 und 708 sind
sämtlich
derart ausgelegt, dass sie eine Winkeldarstellung des Koppelkoeffizienten
von π/4
aufweisen, und die Verzögerungsleitungen 710 und 712 sind
derart ausgelegt, dass sie jeweils Verzögerungen von λ/6 und 5λ/12 aufweisen,
wobei λ =
1553,6 nm gilt. Ohne Herstellungsfehler würden die abstimmbaren Koppler 713 und 714 eine
Winkeldarstellung des Koppelkoeffizienten von jeweils π/3 und π/12 aufweisen.
Die Sollkoeffizienten π/3
und π/12
können
trotz kleiner Phasenfehler der Richtkoppler und optischen Pfadlängen erzielt
werden, da die abstimmbaren Koppler 713 und 714 ihre
Winkeldarstellungen des Koppelkoeffizienten durch Betreiben der
Phasenschieber 717, 718, 721 und 722 vollständig einstellen
können.
Außerdem
können
deren Winkeldarstellungen der Koppelkoeffizienten auf gegebene Werte
wie beispielsweise (π/3) – x, (π/12) + x,
etc. eingestellt werden. Die Sollwerte der Parameter des optischen
2 × 2-Signalprozessors
gemäß der Ausführungsform
werden ebenfalls durch das Verfahren berechnet, das in der obigen
Veröffentlichung
Jinguji etc., „Optical
Half-Band Filters",
Journal of Lightwave technology, Band 18, Nr. 2, Februar 2000, Seiten
252–259,
beschrieben ist.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung die oben beschrieben Parameter verwendet,
ist die Kombination der Parameter nicht darauf beschränkt. Derselbe
Effekt kann durch Einstellen der Winkeldarstellungen der Koppelkoeffizienten
auf (π/6)
+ x und (π/12)
+ x, und der optischen Pfadlängendifferenzen
auf L und –2L
oder durch Austauschen der Reihenfolge dieser Werte erzielt werden.
Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Kombinationen
der Wellenleiterparameter der vorliegenden Ausführungsform beschränkt.
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Die
tatsächlichen
Wellenleiter der vorliegenden Ausführungsform wurden ebenfalls
durch Kombinieren der Technik des Ausbildens eines auf Silikat basierenden
Glas-Dickfilmes auf einem Si-Substrat durch Flammenhydrolyseabscheidung
mit dem Wellenleiterprozess, der mittels Photolithografie und Trockenätzen durchgeführt wird,
hergestellt. Der letztlich hergestellte Wellenleiter weist einen
Querschnitt mit einer Höhe
von 7 μm und
einer Breite von 7 μm
sowie einen relative Brechungsindexdifferenz von 0,75% auf.
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Die
hergestellten Wellenleiter wurden durch dasselbe Verfahren wie dasjenige
des ersten Beispiels geschätzt.
Insbesondere wurden deren Endflächen
mit einer Trennsäge
abgeschnitten und deren Eingangs- und Ausgangswellenleiter, die
mit Dispersions-verschobenen Fasern, die allgemein als Übertragungsleitungen in
Japan verwendet werden, verbunden sind, wurden dem Schätzverfahren
unterzogen. Das ASE-Licht, das von dem Erbium-dotierten optischen
Faserverstärker
emittiert wurde, wurde in den optischen 2 × 2-Signalprozessor 703 eingegeben,
und die Betriebspunkte der Phasenschieber 715 und 722 wurden
bestimmt, während der
Lichtausgang von dem Überwachungsanschluss
des optischen Wellenleiters 723 durch einen optischen Spektrum-Analysator überwacht
wurde. Nach dem Eingeben des ASE-Lichts in das Ende auf der Seite
des optischen 2 × 2-Signalprozessors
wurden die Lichtstrahlen, die von den Array-Wellenleiter-Gittern 701 und 702 ausgegeben
wurden, durch den optischen Spektrum-Analysator geschätzt. Nach
diesen Messungen gefolgt von der Schätzung der Charakteristika der
gesamten Schaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung wurden die Array-Wellenleiter-Gitter 701 und 702 von
dem optischen 2 × 2-Signalprozessor 703 mit
der Trennsäge
getrennt, um die einzelnen Übertragungsspektren
zu schätzen.
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Im
Folgenden wird die Verwendung zur Unterdrückung des Übersprechens benachbarter Kanäle zusammen
mit den Charakteristika beschrieben.
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8 ist
ein Diagramm, das das Übertragungsspektrum
des Anschlusses zeigt, dessen Mittenwellenlänge des Durchlassbandes 193,1
THz beträgt,
wenn die abstimmbaren Koppler 713 und 714 derart
eingestellt sind, dass sie jeweils Winkeldarstellungen der Koppelkoeffizienten
von genau π/3
und π/12
aufweisen. Das Extinktionsverhältnis
des optischen 2 × 2-Signalprozessors
ist größer als
dasjenige des ersten Beispiels, da die Variationen, die bei der
Herstellung der Richtkoppler entstehen, unter Verwendung der abstimmbaren Koppler
korrigiert werden. Als Ergebnis kann die Ausführungsform der optischen Schaltung
ein Übersprechen von
weniger als –40
dB in der Nähe
des benachbarten Kanals von 193,15 THz erzielen.
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Im
Folgenden wird die Nutzung der Erhöhung der Durchlassbandbreite
zusammen mit den Charakteristika beschrieben.
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9 stellt
vergrößerte Spektren
des Durchlassbandes des optischen 2 × 2-Signalprozessors dar, wenn x = 0,00,
0,03 und 0,06 für
den Fall gilt, dass die abstimmbaren Koppler 713 und 714 jeweils
Winkeldarstellungen der Koppelkoeffizienten von (π/3) – x und
(π/12) +
x aufweisen. Bei der Durchlassbandmittenwellenlänge von 193,1 THz weist die Übertragungscharakteristik
eine geringe Welligkeit auf, wenn x erhöht wird, obwohl diese bei x
= 0,00 flach ist. Die Krümmung
der Welligkeit kann durch Variieren von x frei eingestellt werden.
Außerdem
ist zu sehen, dass die 1-dB-Durchlassbandbreite
leicht erhöht
wird, wenn x erhöht
wird.
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10 ist
ein Diagramm, das vergrößerte Spektren
des Durchlassbandes darstellt, wenn der optische 2 × 2-Signalprozessor 703 mit
den Array-Wellenleiter-Gittern 701 und 702 kombiniert
wird, wobei x = 0,00, 0,03 und 0,06 gilt. Gemäß den Welligkeiten der 9 ragt
das Spektrumsprofil in dem Durchlassband nach unten vor, wenn x
auf 0,06 erhöht
wird, obwohl es nach oben hervorragt, wenn x = 0,00 gilt. In der
Ausführungsform wird
der Bereich mit flacher Spitze in der Nähe der Mittenwellenlänge des
Durchlassbandes maximal, wenn x = 0,03 gilt.
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Tabelle
1 zeigt die minimalen Verluste in dem Durchlassband, die Verluste
bei der Mittenwellenlänge des
Durchlassbandes, die 1-dB-Durchlassbandbreiten bei den minimalen
Verlusten in dem Durchlassband und die Verhältnisse zwischen der 1-dB-Bandbreite und dem
Kanalabstand, wenn jeweils x = 0,00, 0,03 und 0,06 gilt.
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Wenn
x = 0,03 eingestellt ist, wird das Profil mit der flachsten Spitze
in der Nähe
der Durchlassbandmittenwellenlänge
erzielt, obwohl der minimale Verlust in dem Durchlassband um weniger
als 0,2 dB verschlechtert wird. Wenn andererseits x = 0,06 eingestellt
ist, ist die 1-dB-Durchlassbandbreite unter den 1-dB-Bandbreiten
maximal, wenn x = 0, 0,03 und 0,06 gilt, und erreicht 35 GHz. In
diesem Fall ist die 1- dB-Durchlassbandbreite
gegenüber
der Kanalbreite von 50 GHz so groß wie etwa 70%.
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In
der Ausführungsform
hängt das
endgültige
Profil des Durchlassbandes von dem Wert x und dem Entwurf der Array-Wellenleiter-Gitter
ab, obwohl der Bereich mit flacher Spitze maximal in der Nähe der Mittenwellenlänge des
Durchlassbandes ist, wenn x = 0,03 eingestellt ist. Der Wert x =
0,00–0,10
kann jedoch gewöhnlicherweise
einen maximalen Bereich mit flacher Spitze und die maximale 1-dB-Durchlassbandbreite implementieren.
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Wie
in dem ersten Beispiel hängt
es von der Wellenlängenzuordnung
des optischen 2 × 2-Signalprozessors 703 und
der beiden Array-Wellenleiter-Gitter 701 und 702 ab,
welcher der beiden Wellenleiter des optischen 2 × 2-Signalprozessors 703 als
der Eingangswellenleiter in der Ausführungsform zu verwenden ist.
Da jedoch die Ausführungsform
des Multiplexers/Demulitplexers ebenfalls den Eingangswellenleiter
durch Verschieben von dessen Phase um einen Betrag von π durch Betreiben
der Phasenschieber 715 oder 716 wechseln kann,
ist es nicht notwendig, den Eingangswellenleiter zu spezifizieren.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Kombinationen der Wellenleiterparameter
der Ausführungsform
beschränkt.
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11 ist
ein Diagramm, das eine Konfiguration eines zweiten Beispiels des
optischen Multiplexers/Demultiplexers zeigt.
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Das
zweite Beispiel des optischen Multiplexers/Demultiplexers weist
vier Array-Wellenleiter-Gitter 1101, 1102, 1103 und 1104 sowie
drei optische 2 × 2-Signalprozessoren 1105, 1106 und 1107 auf,
die als ein periodisches Filter vom Wellenleitertyp dienen. Der
Kanalabstand der vier Array-Wellenleiter-Gitter ist gleich dem FSR
der beiden optischen 2 × 2-Signalprozessoren 1105 und 1106 und
dem Kanalabstand des optischen 2 × 2-Signalprozessors 1107.
Außerdem
sind die Mittenwellenlängen
der vier Array-Wellenleiter-Gitter um ein Viertel der Wellenlänge des
Kanalabstands der Array-Wellenleiter-Gitter gegeneinander verschoben,
und die Mittenwellenlängen
der optischen 2 × 2-Signalprozessoren 1105 und 1105 sind
derart ausgelegt, dass sie um die Hälfte des Kanalabstands der
Array-Wellenleiter-Gitter verschoben sind.
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Die
optimalen Werte der Parameter der optischen 2 × 2-Signalprozessoren in dem
zweiten Beispiel werden ebenfalls durch das Verfahren berechnet,
dass in Jinguji etc., „Optical
Half-Band Filters",
Journal of Lightwave Technology, Band. 18, Nr. 2, Februar 2000,
Seiten 252–259,
beschrieben ist.
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Der
optische Multiplexer/Demultiplexer des zweiten Beispiels wurde auf
dieselbe Weise wie derjenige des ersten Beispiels und der Ausführungsform
hergestellt und geschätzt. 12 stellt
die Übertragungscharakteristik
des optischen Multiplexers/Demultiplexers des zweiten Beispiels
dar. In dem zweiten Beispiel liegt der nächste benachbarte Kanal bei
193,125 THz, was dichter beim Kanal von 193,15 Tz als der dichteste
benachbarte Kanal in dem ersten Beispiel und der Ausführungsform
des optischen Multiplexers/Demultiplexers ist. 12 zeigt,
dass das Übersprechen
ein wenig geringer als –30
dB ist und in der Nähe
von 193,125 THz stattfindet. Außerdem
wird eine Übertragungscharakteristik
mit flacher Spitze in der Nähe
der Durchlassbandfrequenz von 193,1 THz erhalten.
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In
der Konfiguration des zweiten Beispiels des optischen Multiplexers/Demultiplexers,
die in 11 gezeigt ist, gibt es viele
Kombinationen der Entwurfsparameter des optischen 2 × 2-Signalprozessors
wie zum Beispiel die Anzahl der Stufen des optischen 2 × 2-Signalprozessors,
das Plus oder Minus der Verzögerungsbeträge der Verzögerungsleitungen
und die Winkeldarstellungen der Koppelkoeffizienten der Richtkoppler.
Außerdem
ist es nicht notwendig, dass die optischen 2 × 2-Signalprozessoren 1105 und 1106 denselben
Aufbau aufweisen. Es gibt verschiedene Konfigurationen, die denselben
Effekt wie beispielsweise das Ändern
des Wellenleiters, der mit dem optischen 2 × 2-Signalprozessor 1107 zu
verbinden ist, schaffen.
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Obwohl
das zweite Beispiel vier Array-Wellenleiter-Gitter und drei optische
2 × 2-Signalprozessoren verwendet,
ist deren Anzahl nicht auf diese Anzahlen begrenzt. Beispielsweise
ermöglicht
die Verwendung von acht Array-Wellenleiter-Gittern und sieben optischen
2 × 2-Signalprozessoren
die Herstellung eines optischen Multiplexers/Demultiplexers mit
mehreren Kanälen,
niedrigem Übersprechen
und breitem Durchlassband. Mit anderen Worten ist, obwohl die Konfiguration
des zweiten Beispiels des optischen Multiplexers/Demultiplexers in 11 gezeigt
ist, diese nicht auf die Kombinationen der Entwurfsparameter der
optischen 2 × 2-Signalprozessoren
oder auf die Kombinationen der Array-Wellenleiter-Gitter und der
optischen 2 × 2-Signalprozessoren des
zweiten Beispiels beschränkt.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt, die
zum Beschreiben der Konfigurationen und Operationen gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wurde. Obwohl in der vorherigen Ausführungsform
auf Silikat basierende optische Wellenleiter verwendet wurden, ist
es ebenfalls beispielsweise möglich,
die optischen Wellenleiterschaltkreise unter Verwendung anderer
Materialien wie beispielsweise Halbleiter, LiNbO3 und
einem Polymer auszubilden. Außerdem
können, obwohl
die optischen 2 × 2-Signalprozessoren
der vorhergehenden Ausführungsform
Richtkoppler verwenden, sämtliche
oder ein Teil der Richtkoppler durch MMIs (Multi-Mode Interference couplers (Multimode-Interferenz-Koppler))
oder durch Multimode-Interferenz-Koppler
mit einem beliebigen Leistungsaufteilungsverhältnis, das aus einer Kombination
von MMIs und Verzögerungsleitungen
mit einem ähnlichen
Effekt, aber einer Erhöhung
des Verlustes besteht, ersetzt werden. Ein Beispiel für die Multimode-Interferenzkoppler
mit beliebigem Leistungsaufteilungsverhältnis, die aus einer Kombination
von MMIs und Verzögerungsleitungen
bestehen, ist in T. Saida et al, „Silica-based 2 × 2 multimode
interference coupler with arbitrary power splitting ratio", Electron Lett.,
1999, Band 35, Seiten 1–2,
beschrieben. Obwohl die vorherige Ausführungsform den thermooptischen
Effekt als ein Phasensteuerverfahren verwendet, können andere
Steuerverfahren ebenfalls verwendet werden, die einen elektrooptischen
Effekt, eine Brechungsindexänderung,
die durch Strahlung induziert wird, etc. verwenden.
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Die
vorliegende Erfindung implementiert den optischen Multiplexer/Demultiplexer
mit einem guten Transmittanzspektrum unter Verwendung der Tatsache,
dass der 2 × 2-Signalprozessor
einen hohen Grad der Entwurfsflexibilität hinsichtlich der Transmittanz
aufweist. Die 2 × 2-Signalprozessoren,
die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, weisen einen
hohen Grad der Entwurfsflexibilität hinsichtlich der Gruppenverzögerungscharakteristika
der optischen Signale, die diese durchlaufen, auf und wurden intensiv
untersucht. Ein Beispiel eines 2 × 2-Signalprozessors, der eine
beliebige Gruppenverzögerung
erzielen kann, ist in Takiguchi etc., „Variable group delay dispersion
equalizer based on a lattice form programmable optical filter", Electron Lett.,
1995, Band 31, Seiten 1240–1241,
beschrieben. Dieser kann die Gruppenverzögerung des optischen Multiplexers/Demultiplexers
in seiner Gesamtheit wie zum Beispiel das gegenseitige Auslöschen der
Gruppenverzögerungen
durch Kombinieren dieser steuern, da er die Gruppenverzögerungen
der Array-Wellenleiter-Gitter unter Verwendung von kegeligen Wellenleitern
oder Parabol-Wellenleitern oder die Gruppenverzögerungen des 2 × 2-Signalprozessors
selbst verwendet.