JP2001526793A - Wavelength-selective optical device - Google Patents

Wavelength-selective optical device

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grating
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ケウィッチ，アンソニー・エス
ラクルジック，ジョージ・エイ
ヤリフ，アムノン
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アロヨ・オプティクス・インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 光通信分野において種々のアプリケーションを有する波長選択装置及びサブシステムが開示される。これらの装置及びサブシステムは、グレーティングによってアシストされた二方向モード結合器（９）から構成される。この結合器の追加／ドロップの高い効率及び低損失によって、光スイッチ（６２）、増幅器（６３）、ルータ（５）及び光源のような、低損失の波長選択素子を製造することができる。グレーティングによってアシストされたモード結合器（２３）は、結合器の相互作用領域の光学的特性を変更することによって、波長を同調することができる。また、複数のグレーティングによってアシストされたモード結合器から構成されるプログラミング可能な波長選択型ルータ（５）もまた開示される。 (57) Abstract A wavelength selector and a subsystem having various applications in the field of optical communication are disclosed. These devices and subsystems consist of a two-way mode coupler (9) assisted by a grating. The high efficiency and low loss of the add / drop of this combiner allows for the production of low loss wavelength selective elements such as optical switches (62), amplifiers (63), routers (5) and light sources. The mode coupler (23), assisted by the grating, can tune the wavelength by changing the optical properties of the interaction area of the coupler. Also disclosed is a programmable wavelength selective router (5) consisting of a mode coupler assisted by a plurality of gratings.

Description

【発明の詳細な説明】 波長選択型光学装置 関連出願の表示 この出願は、１９９６年８月２６日に出願されたＰＣＴ／ＵＳ特許出願第９６ ／１３４８１号の一部継続出願である。 発明の分野 本発明は、光ファイバを介する複数の信号の通信に関し、特に、光ファイバ結 合器及びその製造方法に関する。特に、本発明は、波長選択型光結合器を用いた 光学装置及びサブシステムに関する。 従来技術の説明 損失の少ない波長選択型結合器は、波長分割多重（ＷＤＭ）に基づく光ファイ バ通信ネットワークのためには重要な構成部品である。ＷＤＭによって、個々の 光ファイバは幾つかのチャネルを同時に伝送することができ、当該チャネルは中 心波長によって区別される。目的は、製造が容易であり、効率性にすぐれ、高精 度で低い損失の波長選択型結合器を提供することである。波長選択素子を製造す るための技術の１つは、光ファイバのコアにおける屈折率グレーティングを記録 することに基づいている。例えば、ヒル（Hill）ほかによる米国特許第４，４７ ４，４２７号（１９８４年）及びグレン（Glenn）ほかによる米国特許第４，７ ２５，１１０号（１９８８年）を参照されたい。光ファイバにおけるインライン ・グレーティングを記録する現在の好ましい方法は、感光性コアを、非感光性ク ラッドを透過する光化学作用を有する２本のビーム（典型的には、紫外線）間の 干渉パターンにさらすことである。 従来技術で報告されている光ファイバグレーティングはほとんど、反射モード で動作する。高い電力効率でこのような反射モードへのアクセスを得ることは困 難であり、なぜなら、光波が同一のファイバ内で後方反射するからである。第１ の反射光アクセス方法は、グレーティングの前に３ｄＢ結合器（カップラ）を挿 入するが、これによって、後方反射して外部で結合する光の正味６ｄＢの損失を 伴う。第２の方法は、グレーティングの前に光サーキュレータを挿入し、後方伝 搬モードの方向を別のファイバに向ける。このサーキュレータによって、挿入損 失は１ｄＢ以上になり、複雑化されたバルク光学構成部品を含む。ファイバグレ ーティングのろ波機能を結合器の分波機能とを低い損失で高精度に実装するよう に組み合わせる方法は、ＷＤＭ通信ネットワークにとって非常に所望されるであ ろう。 従来技術で公知の別の方法では、方向性結合を用い、エバネッセント結合によ ってエネルギーを導波路間で伝送する（D.Marcuse，“誘電体導波路の理論（The ory of Dielectric Waveguides）”，Academic Press，１９９１年、及びA．Yar iv，“光エレクトロニクス(Optical Electronics)”，Saunders College Publis hing，１９９１年）。このエバネッセント結合は隣接する２つの導波路のモード の指数関数特性の尾部又は末端（exponential tails）の重なりから生じ、方向 性結合器に基づく装置の通常の動作モードである。これに対して、非エバネッセ ント結合は、２つの導波路が１つの導波路に併合（merge；マージ）する場合の ように、光学モードのほぼ全体が重なる場合に生じる。非エバネッセント結合と 比べて、エバネッセント結合（例えば、方向性結合器）に依存する装置は、本質 的に、より弱い相互作用の強度を有する。 方向性結合に基づく装置の実現には、互いに長手方向に隣接する２つの同一の 研磨ファイバからなる結合器に記録されたグレーティングを用いる（J．L.Archa mbaultほか，Optics Letters，Vol.19，p.180（１９９４年））。結合領域内で ２つの導波路が同一なので、導波路はともに同一の伝搬定数を有し、エネルギー は両導波路間で伝送される。このため、２つの導波路を伝送する２つの光信号の 分離がうまく行えず、なぜなら、光エネルギーがファイバから他のファイバに漏 洩するからである。さらに、エバネッセント結合に基づく別の装置は、E．Snitz erに、米国特許第５，４５９，８０１号（１９９５年１０月１７日）の特許が付 与された。この装置は２つの同一の単一モードファイバを備え、これらのファイ バを融着及び伸長して当該単一モードファイバのコアを互いに近接させる。結合 領域の長さは、出力光のすべてが２つの出力ポートの一方に出射するように、モ ード相互作用長の偶数倍又は奇数倍にまったく等しくなければならない。 次に、正確に位置決めされたブラッググレーティングは腰部領域のコアに紫外線 によって記録される。 R．Alfernessほかによる米国特許第４，７３７，００７号及びM．S．Whalenほ かによる「Optics Letters，Vol．22，p.681」（１９８６年）によって報告され るグレーティングを用いた方向性結合器の設計の代替案では、局部的に異なる光 ファイバを用いる。その結果として生じる２つのファイバの非対称性によって、 当該２つのファイバ内の光信号の分離性能が向上する。しかしながら、この装置 は研磨ファイバの一方の薄膜表層においてエッチングされた反射グレーティング を用いるので、グレーティングの結合強度が著しく低下した。また、この装置は エバネッセント結合に基づいている。この装置の重大な欠点は、光が隣接するフ ァイバ内に向かって後方結合する場合の波長が、光が元のファイバ内で後方反射 する場合の波長（約１ｎｍ）に非常に近いことである。このため、１つの波長の みを追加挿入又はドロップするように設計された追加／ドロップフィルタ装置に 不適な望ましくない通過帯域特性が生じる。光通信をＥｒ添加ファイバ増幅器（ ＥＤＦＡ）のゲイン窓（１５２０〜１５６０ｎｍ）で適用する場合、この後方反 射をこの窓以外の波長で生じさせ、望ましくないクロストークを防止しなければ ならない。従来技術のすべてファイバのグレーティングを用いた方向性結合器に よる手法の場合、後方反射波長と後方結合波長の間隔がすべてのファイバに対し て短く、実用的でない。 とって代わって、F．BilodeauほかによるIEEE Photonics Technology Letters ，Vol.7，p.388（１９９５年）では、波長選択型結合器として機能するマッハツ ェンダ干渉計を製造した。この装置は、２本の干渉計アームの正確に制御された 位相差に依存するとともに、環境の変化及び製造によるばらつきに対して非常に 敏感である。さらに、入力信号の意味のある部分は後方反射する。従って、この 装置が電気通信のための構成要素に必要な信頼性の要求に応じることができるか どうか不明である。 従来のグレーティングを用いた方向性結合器の問題は、比較的小さい結合強度 と、後方反射光と後方結合光の波長間隔が短いことである。これらの問題は、２ つの結合された光導波路が物理的に分離したままの状態を保持し、光が元のコア に主として導波されたままとなるために、生じる。２つの導波路のそれぞれのモ ードにおけるエバネッセントの特性の末端のみが、エバネッセント結合に対応し て重なる。 代わりに、局部的に異なる２つの光ファイバを局部的に融着及び伸長し、直径 が非常に小さい１つに併合された導波路のコアを形成し、モード結合器を形成す る。その結果得られる光学モード伝搬特性は、有効的に、マルチモード石英系コ ア／空気クラッド導波路の特性である。２つの導波路は、別個の導波路の元の光 学モードのエネルギーが併合領域で実質的に非エバネッセント状に相互作用する ように併合する。光導波路の屈折率分布は、導波路の１つの固有モードにおける 断熱テーパ領域に入射する光が、断熱遷移領域を伝搬するときに１つのローカル スーパーモードに進入するように、長手方向に非常にゆっくり変化する。導波路 を１つの光波伝搬領域に併合することによって、屈折率グレーティングを結合器 の腰部に順次記録するときに達成される波長選択結合を実質的に増加させること ができる。この装置はグレーティングによってアシスト（援助）されたモード結 合器と呼ばれ、米国及びＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９６／１３４８１号に詳 細に記載されている。 用語解説 “能動”光学装置は、電気入力信号に応答して光学的特性が変化する装置であ る。 “受動”光学装置は、光学的特性の変化に影響を及ぼす電気入力信号のない装 置である。 ここで、“光ファイバ”は公称で円形の断面を有する細長い構造であり、低屈 折率材料からなる“クラッド”に囲まれた、屈折率が比較的高い材料からなる“ コア”を備え、光学モードを長手方向に伝送するように構成される。 ここで、“導波路”は、低屈折率材料（クラッド）に囲まれた、屈折率が比較 的高い透明材料（コア）を備えた光導波領域からなる細長い構造であり、これら の屈折率は、光学モードを長手方向に伝送するように選択される。この構造は光 ファイバ及び平面型導波路を備える。 “追加／ドロップフィルタ”は、１組の特定の波長の光エネルギーのある１つ の導波路から別の導波路に向ける光学装置である。 ここで、“グレーティング”は、屈折率が媒質における距離関数に伴って変化 する領域である。変化は典型的には、必ずしもそうではないが、近接する屈折率 の最大値同士の距離が一定になるように変化する。 グレーティングの“帯域幅”は、グレーティングの反射率がグレーティングの ピークの反射率の５０％である２点間の波長間隔である。 ここで、“結合器”は、互いに近接した２つ又はそれ以上のファイバから構成 される導波路であり、ここで、近接とは、隣接する導波路のモードフィールド（ mode Field）がある程度重なることをいう。 ここで、“腰部”は最小の断面領域を有する細長い導波路の部分である。 ここで、“非対称結合器”は、結合領域に対して長手方向に隣接する領域内の 異なる２つ又はそれ以上の導波路からなる構造である。 “横断方向に非対称な”グレーティングは屈折率グレーティングであり、導波 路の中心軸から、長手方向の軸に対して垂直方向に沿った距離関数としての屈折 率の変化は、長手方向の軸に垂直な、反対の方向の屈折率の変化とは異なる。横 断方向に非対称なグレーティングは、長手方向の軸又は導波路のモード伝搬方向 に対してゼロではない角度のグレーティングベクトル成分を有する。直交モード は横断方向に対称なグレーティングでは効率的に結合されない。 “スーパーモード”は、完全な複合型導波路構造を有する光学固有モードであ る。 発明の概要 グレーティングによってアシストされたモード結合器に基いた、特定の導波路 の光エネルギーの方向をある１つの導波路から別の導波路に変更する光学装置及 びサブシステムを説明する。屈折率グレーティングは非対称結合器の腰部内に形 成され、選択された導波路を特定の光路に沿って二方向に向けるように構成され ている。 同調可能な、グレーティングによってアシストされたモード結合器は、結合器 の相互作用領域の光学的特性（例えば、屈折率、長さ）を変化させることによっ て製造されることができる。あるいは代わって、波長選択型光スイッチは、単一 グレーティングによってアシストされたモード結合器を用いることによって光学 スイッチを介して特定の波長の光の方向を変更することによって形成されること ができる。これと同様の技術は、波長選択型光増幅器及び波長選択型光変調器を 形成するために用いられることができる。固定された波長のグレーティングによ ってアシストされたモード結合器に取り付けられた、同調可能な、グレーティン グによってアシストされたモード結合器に基づく別の波長選択型光スイッチにつ いて説明する。ＷＤＭ多重波長送信機サブシステムと、広域同調可能な、追加／ ドロップフィルタと、再構成可能な波長選択型ルータとがさらに開示される。従 って、本発明は、特定の波長チャネルでの特定の導波路における光が、低い損失 で別の導波路にルーチングされる狭帯域幅の光学フィルタを必要とする光通信及 びセンサシステムにおいて非常に有利である。 図面の簡単な説明 本発明について、以下の図面を参照しながら説明する。 図１は、ブラッグ波長に同調された、グレーティングによってアシストされた モード結合器の動作を示す。 図２は、ブラッグ波長から離調された、グレーティングによってアシストされ たモード結合器の動作を示す。 図３は、グレーティングによってアシストされた、モード結合器の概略図であ る。 図４は、同調可能なグレーティングによってアシストされたモード結合器を示 す。 図５は、波長選択型光スイッチを示す。 図６は、グレーティングによってアシストされたモード結合器に接続された波 長を検出しない光素子を示す。 図７は、同調可能なグレーティングによってアシストされたモード結合器を、 ほぼ同一のドロップ波長を有する、同調不可能なグレーティングによってアシス トされたモード結合器とタンデム接続で又は直列で組み込んだゼロ損失波長選択 型光スイッチを示す。 図８は、８チャネルの多重波長ＷＤＭソースを示す。 図９は、光学バーニヤ（vernier）効果に基づく広域同調可能な追加／ドロッ プフィルタを示す。 図１０は、８チャネルのプログラミング可能なＷＤＭルータを示す。 発明の詳細な説明 光ファイバは、変調された光波の形状である信号を、送信機のデータ送信源か ら、受信機のデータ受信側に伝送する。一旦光がこの光ファイバに入射すると、 光結合器をファイバに沿ったある位置に挿入しなければ、光は所定のアイソレー ションで伝搬する。光結合器によって、複数の光信号は、通常別々に独立して設 けられている光導波路間を転送されることが可能になる。 異なる波長の多数の信号が同一のファイバを伝送するとき、予め決められた１ 組の波長で１つの信号をこのファイバに転送し、又はこのファイバから別のファ イバに転送することが望ましい。これらの装置は波長選択型光結合器と呼ばれる 。このような波長選択型光結合器の望ましい特性は、それが、結合される波長以 外のすべての波長に対してトランスペアレント（transparent：透過性）のまま であることである。このトランスペアレント性は、挿入損失、クロストーク及び 帯域幅によって定量化される。従来技術の波長選択型結合器は多くの重要なアプ リケーションに対して十分にトランスペアレント（transparent）ではない。グ レーティングによってアシストされたモード結合器は基本的にトランスペアレン トな装置である。この装置は、予め決められた正確な１組の波長だけで光信号を ファイバから別のファイバに転送する。この装置は本質的に、追加フィルタとド ロップフィルタの両方の機能を有する２方向の４ポート装置である。この優れた 機能性によって、まったく新しい種類の能動光学装置及びサブシステムをその周 囲に構築することができる。 本発明は、１つ又はそれ以上のグレーティングによってアシストされたモード 結合器を用いた波長選択型光学装置及びサブシステムを提供する。本発明によれ ば、光は、グレーティングによってアシストされたモード結合器の共有された結 合領域における屈折率グレーティングによって２つ以上の局部的に異なる導波路 間で結合される。当該グレーティングによってアシストされたモード結合器は、 ２つの光ファイバを互いに融着すること、又は、平面型導波路装置においてその 構造を形成することによって、製造することができる。図１及び図２は本装置の 動作原理を示す。モード結合器は、屈折率グレーティングが形成された結合領域 １の近傍では互いに異なる第１の導波路１１及び第２の導波路２１から構成され る。２つの導波路は結合領域に入るときは異なり、必要な結合器の非対称性を提 供する。伝搬ベクトルβ1’を有する入力モード３１は伝搬ベクトルβ1を有する 結合器の腰部モード７１に進み、伝搬ベクトルβ2を有する後方伝搬腰部モード ６１は伝搬ベクトルβ2’を有する出力モード４１に進む。腰部の伝搬ベクトル β1及びβ2は、特定の波長、すなわち、λiで間隔Λgの厚い屈折率グレーティン グからの反射のためのブラッグの法則を満たす。 β1（λi）−β2（λi）＝２π／Λg このとき、第１の導波路１１のλiの光エネルギーは、第２の導波路２１の後 方伝搬モードに結合される（図１）。この反射結合プロセスのスペクトル応答及 びスペクトル効率は、グレーティングによる光学モードの結合強度及び相互作用 長によって決定される。 図２において、入力モードの波長に対して離調され、すなわち、λiになり、 βj（λj）−β2（λj）≠２π／Λgとなり、第１の導波路における入力モード ３１は結合器の腰部を通過し、図２に示されるように、第２の導波路２１への漏 洩を最小限に抑えるように、第１の導波路５１の透過（伝送）出力モードとして 再び現れる。それゆえ、特定の波長λjだけが、結合領域１のグレーティング間 隔によって決定されるように第１の導波路１１から結合されて出力される。反射 結合を５０％ドロップするために必要とされる波長離調量は、グレーティングの 半値全幅（ＦＷＨＭ）帯域幅Δλによって与えられる。 ここで、Ｌeffは光ビーム及びグレーティングの有効相互作用長であり、大き さκのグレーティングの物理的長さＬより短くてもよい。反射グレーティングの 帯域幅は透過グレーティングの帯域幅より通常１０〜５０倍狭く、その理由は、 当該グレーティング間隔Λgが反射グレーティングの帯域幅に対してかなり短い からである。反射モードの狭域周波数応答は高密度のＷＤＭのアプリケーション に適している。典型的に、好ましい通過帯域は１．５５μｍで約０．１ｎｍであ る。このため、反射グレーティング長はおよそ１ｃｍになる。グレーティング厚 Ｌが１ｃｍの場合、９０％を超える反射率は２より大きいκＬを必要とする。そ れゆえ、κは２ｃｍ-1にすべきである。融着型結合器においてこの結合強度を達 成するためには、グレーティングの屈折率変調は少なくとも１０-4でなければな らない。この屈折率変調量は、石英系平面型導波路及び光ファイバにおいて媒体 の材質及び寸法の適切な準備によって得られる。 隣接する導波路への光の後方結合に加え、グレーティングは典型的には、幾つ かの光を、２β1（λ2）＝ｋgで得られる異なる波長で元のファイバに後方反射 させる。確実にλ2が関連の波長動作範囲外になることを保証するために、β1と β2の差は十分に大きくされる。導波路のコアが互いに併合するような制限的な 状態になるまで、この差は、導波路が強固に結合するにつれて大きくなる。この 差は、結合器の腰部が小さい場合、すなわち、β1及びβ2が空気クラッド光導波 路のＬＰ01モード及びＬＰ11モードに相当する場合に最大になる。さらに、適度 に横断方向に非対称なグレーティングは後方反射のための結合強度を実質的に小 さくする。 図３に示されるグレーティングによってアシストされたモード結合器９は、特 定の波長の光エネルギーの方向をソース（光源）７９から結合器の入力光ファイ バ６９に変更する。結合器内で形成される屈折率グレーティングの間隔は、特定 の波長帯域内の光エネルギーのみを、検出器８９に進行する第２の光ファイバの ドロップポート５９に向け直すように選択される。他のすべての波長は、結合器 を介して入力ポート６９から、検出器２９に取り付けられたスループットポート １９に伝搬する。さらに、同一波長の付加的な光源３９が追加ポート４９に取り 付けられることができ、同一の結合器９によってスループットポート１９に向け られる。この装置は１つの構成部品で、追加機能及びドロップ機能の両方を果た す。 新しいクラスの能動光ファイバ部品及びサブシステムは、他の光学装置を、こ のグレーティングによってアシストされたモード結合器に接続することによって 、経済的かつ実用的に実施できるようにする。このアプローチによって、標準的 な光ファイバ部品は、グレーティングによってアシストされたモード結合器を追 加するだけで波長選択を行うことができる。グレーティングによってアシストさ れたモード結合器９の固有の特性は、入力及び出力の相互交換性である。すなわ ち、入力ポート６９−スループットポート１９及び追加ポート４９−ドロップポ ート５９は相補的に動作する。単一のグレーティングによってアシストされたモ ード結合器によって、特定波長の光エネルギーを第１の導波路から第２の導波路 に完全に二方向に交換することができる。これによって、既存の部品を用いて実 施することが不可能だった重要な光学装置及びサブシステムは、この新しい二方 向装置を用いて容易に実現されることができる。この新型の装置は、波長選択型 光スイッチと、プログラミング可能な波長ルータと、ＷＤＭ多重波長源と、ＷＤ Ｍファイバ増幅器とを備える。以下に示す例では、グレーティングによってアシ ストされたモード結合器は、融着ファイバ結合器のアプローチ又は平面型導波路 のアプローチによって製造することができる。 例１：同調可能なグレーティングによってアシストされたモード結合器 受動グレーティングによってアシストされたモード結合器は、特定かつ一定の 中心波長の光エネルギーの方向をある１つのファイバから別のファイバに変更す る。多くのアプリーケーションの場合、グレーティングによってアシストされた モード結合器の中心波長を動的に変化させることが望まれる。グレーティングに よってアシストされたモード結合器を同調するために、結合器の腰部の光学的特 性は、例えば、屈折率又は物理的形状によって変更することができる。（実効屈 折率δneffの変化及びグレーティング間隔δΛgの変化から物理的に生じる）光 学的特性の変化に起因するグレーティングのブラッグ波長の変化の式は次式によ っ て示される。 δλBragg＝２Λgδneff＋２δΛgneff このような同調可能性は、結合器の腰部を物理的に歪み変形を印加すること又 は加熱することによって、又は、結合領域を外部電界にさらすことによって、実 現されることができる。腰部は非常に狭いので（典型的には、１５μｍ以下）、 結合器の腰部の一端を引っ張ることによって簡単に歪ませることができる。歪み 変形による同調は、グレーティング間隔のδΛg量だけの変化の大きな効果を有 する。ブラッグ波長の離調に対する比較的小さい寄与度は、弾性光学効果による 屈折率変化δneffから生じる。従って、歪み変形が印加された状態におけるブラ ッグ波長の離調は、次式によって近似的に示される。 この歪み変形は、図４に示されるように、電気信号４４を結合器の腰部３４の 一端に取り付けられた可動台１４に印加することによって生じさせることができ る。歪み変形は、可動プラットフォーム１４によって結合器の腰部３４で生じる 。プラットフォーム１４は、電気信号４４に応答して伸長又は短縮する圧電材料 によって作動される。結合器の他端は固定された台２４に取り付けられる。 グレーティングによってアシストされたモード結合器を同調する別の方法は、 外部温度を変化させることである。約０．１ｎｍの同調が１０℃毎の温度変化に よって行われる。あるいは代わって、グレーティングによってアシストされたモ ード結合器が光強度（又は光界：optical field）又は電界に応じて結合器の腰 部で大きな屈折率変化を示すと、グレーティングによってアシストされたモード 結合器の中心波長の電気的同調は、電気光学効果によって達成される。歪み変形 による同調は融着ファイバ結合器から製造されるグレーティングによってアシス トされたモード結合器に最適であるが、一方、電界による同調はグレーティング によってアシストされたモード結合器の平面型導波路での実施例の場合に容易に 行うことができる。 例２：波長選択型光スイッチ 光スイッチは、情報パケットをある位置から別の位置に動的にルーチングして 光ファイバ通信ネットワークを再構成することに使用されることができる。これ らのスイッチは典型的には、方向性結合器、Ｙ分岐導波路又はマッハツェンダ干 渉計の電気光学変調又は熱光学変調に基づき、１０ＧＨｚを超える変調帯域幅を 実現することができる。それらは、例えば、ユナイテッド・フォトニクス・テク ノロジー（United Photonics Technology）社及びアクゾ・ノーべル（Akzo-Nobe l）社製のものが市販されており入手できる。融着非対称結合器に基づいた音響 光スイッチは、バークス（Birks）ほかによる“Optics Letters，Vol．21，1996 年5月(pp.722-724)”に記載されている。比較的低速（１０ｍｓ）な機械スイッ チもまた容易に入手することができる。しかしながら、これらのスイッチでは典 型的には、ＷＤＭネットワークにおいてルーチングする波長に対して望まれるよ うな、個々のファイバに沿って伝わる多数の波長のうちの１つだけを切り替える ことはできない。すなわち、これらのスイッチは波長選択を行わない。 グレーティングによってアシストされたモード結合器によって、波長選択型ス イッチは非常に低い損失で製造することができる。図５はこのような装置を概略 的に図示する。光スイッチ６２は、低い損失のグレーティングによってアシスト されたモード結合器２２を、標準的な、波長には鈍感な（波長に依存しない）光 スイッチ１２と組み合わせることによって実用的に実施できる。グレーティング によってアシストされたモード結合器２２は、λ1のチャネルを、例えば、入力 ポート３２から標準的な光スイッチの入力９２に取り付けられたドロップポート １０２にルーチングする。当該スイッチに入力するλ1の信号は、他の複数の波 長の複数のチャネルを妨害することなく、第１の出力ファイバ４２と第２の出力 ファイバ７２との間を進む。電気入力信号２は光スイッチの状態を決定する。λ1 とは異なるすべての波長は入力ポート３２からスループットポート５２に直接 伝送する。 この波長には鈍感な（波長に依存しない）光スイッチの利点は多数あり、商業 的に重要である。明らかな利点の１つはスイッチ固有の簡単であることである。 また、ＷＤＭ光ネットワークのためには、異なる波長の多数のチャネルは、独立 して切り替えられる必要がある。回避不能な損失が存在する幾つかのスイッチが 縦続接続されるとき、波長毎に、損失が急速に増大する。それゆえ、我々の装置 の低損失性によって、波長が抽出され、次いで、トランスペアレントな方法で光 ファイバに対して加えられることができる。これによって、損失のある素子をフ ァイバ内の（他の波長の）他の信号から分離することができる。例えば、図５は 、各波長が１つだけの光スイッチを介して伝送し、チャネル当たりの損失を大幅 に減少させることを示す。 例３：ＷＤＭのための光増幅器 エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、多数のＷＤＭチャネルを１つ のファイバ内で同時に増幅することができる十分に広いゲインスペクトルを示す 。しかしながら、幾つかの事例では、個々の波長チャネルを光ファイバネットワ ーク内の異なる位置にルーチングすることが望ましい。その結果として、各波長 は、異なる距離を移動し、異なる増幅レベルを必要とする。１つの波長だけを増 幅する一方、他のすべての波長に対してはトランスペアレントな状態を保つ装置 が必要とされる。我々は、グレーティングによってアシストされたモード結合器 ２３とＥＤＦＡ１３とを組み合わせることによってそのような増幅器６３を製造 することができる（図６）。例えば、エルビウム添加ファイバは、グレーティン グによってアシストされたモード結合器の追加ポートとドロップポートの間に融 着接続されることができる。さらに、例えば、標準的なＷＤＭ結合器は、追加／ ドロップループに挿入され、ＡｌＧａＡｓポンプレーザから放射される９８０ｎ ｍの光を結合することができる。電気入力３は（ポンプレーザエネルギーによっ て決定される）光ゲインを調整し、その結果、波長λ1の信号が所望のレベルに 増幅される。 例４：波長選択型光変調器 別の例では、図６の能動素子１３は光変調器である。グレーテイングによって アシストされたモード結合器２３は、特定の波長の変調されない光エネルギーの 方向を標準的な波長には鈍感な（波長に依存しない）光変調器１３に変更し、か つこの特定波長の変調された信号を非常に低い損失で元のファイバに返送するこ とに用いられる。これは、グレーティングによってアシストされた個々のモード 結合器のドロップポート及び追加ポートをそれぞれ標準的な光変調器の入力ポー ト及び出力ポートに取り付けることによって実現される。この能動装置６３は他 のすべての波長に対してトランスペアレントであり、多重波長チャネルを変調す ることに関連する所望されない損失を除去する。光変調器は、例えば、ユナイテ ッド・フォトニクス・テクノロジー（United Photonics Technology）社から市 販されており入手可能である。 例５：同調可能な、グレーティングによってアシストされたモード結合器に基づ く波長選択型スイッチ また、すべてファイバの波長選択型スイッチ７７は、同調可能な、グレーティ ングによってアシストされたモード結合器２７を、固定波長のグレーティングに よってアシストされたモード結合器７と組み合わせることによって形成される。 この装置は、非常に低い損失及び高速の切り替え時間を示すことが期待される。 このような装置は図７に示される。同調は、結合器の腰部を引っ張っることによ って達成される。例えば、０．１％だけ歪み変形を印加すれば、ブラッグピーク １０７をλ1＋δからλ1に１ｎｍだけ離調するには十分である。この状態で、２ つの結合器の反射率ピーク８７及び９７のブラッグ波長は一致し、その結果、第 ２のグレーティングによってアシストされたモード結合器は、スイッチ入力５７ からの波長λ1の光をスイッチ出力４７に切り替える。この装置の対称性のため 、当該スイッチは二方向性を有し、その全ファイバ構成によって損失の非常に少 ない装置を生じる。腰部に対して引っ張り力を印加したときの時間応答は、圧電 アクチュエータが長手方向の音響波を伸長又は縮小してファイバの腰部に発射す る本質的な時間である。この時間はおよそ１０μｓである。結合器の腰部の直径 が小さいので、腰部を適度に歪み変形させるには非常に小さい力しか必要とされ ない。適切な圧電アクチュエータ及びコントローラはバーレー・インコーポレイ テッド（Burleigh,Inc）及びポリテック・ピー・アイ（Polytec P．I.）から市 販されており入手可能である。 例６：ＷＤＭ多重波長送信機 本技術分野では、モード同期レーザが一連の離散波長の光を発することがよく 知られ、これらの離散波長はＷＤＭ光源の基礎を形成する［D．U．Noske，M．J ．Guy，K．Rottwitt，R．Kashyap，J．R．Taylor，“Optics Comm．108”，297- 301（１９９４年）、D．A．Pattison，P．N．Kean，J．W．D．Gray，I．Bennion ，N．J．Doran，“ガラス導波路における感光性及び二次非線形性（Photosensit ivity and quadratic nonlinearity in glass waveguides）”（Opt．Soc．米国 オレゴン州ポートランド、１９９５年），vol．22，pp.140-143、J．B．Schlage r，S．Kawanishi，M．Saruwatari，“Electronics Letters 27”，2072-2073（ １９９１年）、H．Takara，S．Kawanishi，M．Saruwatari，J．B．Schlager，“ Electron．Lett．28”，2274-2275（１９９２年）］。しかしながら、モード同 期パルス列の波長成分は独立して外部変調されなければならない。これは、多数 の狭帯域幅のグレーティングによってアシストされたモード結合器を用いて低損 失で行うことができる。 モード同期レーザの周波数間隔は、往復のキャビティ時間の逆数であるτ＝２ ｎＬ／ｃと等しい。半導体レーザのゲインスペクトルは比較的広いので（すなわ ち、１００ｎｍ）、多数の離散、等間隔光周波数はモード同期によって発生させ ることができる。ＷＤＭのための標準的なチャネル間隔は１００ＧＨｚである。 この周波数間隔は５００μｍ〜１．５ｍｍのモード同期レーザのキャビティ長に 対応する。半導体レーザのより典型的なキャビティ長は１００μｍであり、２０ ＧＨｚのチャネル間隔を形成する。それゆえ、外部のキャビティ発振半導体レー ザは好ましいモード同期レーザ源である。 ＥＤＦＡのゲイン窓は１５５０ｎｍの周囲の約３０ｎｍである。これは、容易 にアクセスされてかつ独立して変調されることができる０．８ｎｍのチャネル間 隔を有する約３７個の独立波長チャネルに対応する。現在、個々の波長を低損失 で分離する光学装置は存在しない。しかしながら、ここに記載されているグレー ティングによってアシストされたモード結合器は、光信号をその波長成分に分波 し、各波長を多重化して出力ファイバに送る前に外部で変調（及び／又は増幅） することができる新しい方法を提供する。図８は本発明に係るＷＤＭ送信機のサ ブシステムを示す。モード同期パルス列３６は１つのモード同期レーザ２６（例 えば、半導体レーザ）によって発生され、光ファイバ又は平面型導波路に結合さ れる。レーザの波長を安定化するために、波長同期システム４６が必要とされ、 このシステムは、１つ以上の特定波長の信号を１つ以上の検出器にルーチングす るために使用される１つ以上のグレーティングによってアシストされたモード結 合器から構成される。２つの検出器が通常は用いられる。次いで、これらの検出 器からの電気信号の差はエラー信号として用いられ、当該エラー信号は、圧電装 着鏡（piezoelectric mounted mirror）２６又はヒータにフィードバックされ（ キャビティ長及び／又は光屈折率を変更し）、レーザを特定の１組の離散波長に 安定化する。 次に、多重波長レーザの出力は一連のグレーティングによってアシストされた モード結合器７６を進み、当該一連のグレーティングによってアシストされたモ ード結合器７６は、元のグレーティングによってアシストされたモード結合器７ ６によって各波長チャネルを主導波路１６に返送する前に、各波長チャネルを独 立した光変調器５６にルーチングする。信号の強度を大きくするために、すべて の波長が光増幅器６を通過されてもよい。あるいはとって代わって、１つの光増 幅器が各光変調器５６、６６と直列接続されてもよい。このことは、各波長チャ ネルを個々に増幅する。ＷＤＭ多重波長送信機のこの実施例は、出力波長のうち １つの波長のみをモニタすることによって外部基準に自動的かつ正確に固定され る一連の正確な間隔の波長を発生するという固有の利点を有する。グレーティン グによってアシストされたモード結合器の低損失によって、それらの結合器は、 種々の波長を変調するために分離すること、波長を出力ファイバで再合波するこ と、及びレーザ放射の波長を安定化させることのようないくつかのタスクを行う ことができる。このレーザ送信機の実施例はまた、１つの基板に種々の部品を集 積することが比較的容易で単純であるので、平面型導波路の製造アプローチにも 非常に適している。 例７：広域同調可能な追加／ドロップ 図９に示されるように、グレーティングによってアシストされたモード結合器 においてバーニヤタイプ効果（vernier type effect）を用いることによって広 域同調可能な追加／ドロップ装置７８を実現することができる［Z．M．Chuangほ か，IEEE Photonics Technology Letters，Vol．5，１９９３年１０月（pp．121 9-1221）、Z．M．Chuangほか，IEEE Journal of Quantum Electronics，Vol．29 ，１９９３年４月（pp．1071-1080）］。このことは、ある１つのグレーティン グによってアシストされたモード結合器の出力を別のグレーティングによってア シストされたモード結合器の入力に接続することによって達成される。第１のグ レーティングによってアシストされたモード結合器８は、その腰部において、記 録された多数のグレーティングを有し、これらのグレーティングはそれぞれ若干 異なる波長を有するが、標準的なＷＤＭ波長チャネルに好ましくは同一である。 このモード結合器は静止型（静的）であり、同調可能なグレーティングによって アシストされたモード結合器２８に取り付けられる。同調可能なグレーティング によってアシストされたモード結合器はまた、それぞれ若干異なる波長を用いて 記録された多数のグレーティングをその腰部に有する。この１組のグレーティン グは、静的グレーティングによってアシストされたモード結合器の１組の波長と はやや異なる隣接したチャネル間の波長間隔分だけ若干異なる波長を有する。次 に、この第２のモード結合器は、外部信号１８によって同調され、そのブラッグ 波長のうちの１つを第１の結合器のブラッグ波長のうちの１つに一致させる。さ らに同調を行うことによって、一連の各波長チャネルは、ある時刻で、静的グレ ーティングによってアシストされたモード結合器のそれに一致するようになる。 一連の波長チャネルのうちの最後の波長チャネルは最初の波長チャネルより１０ ｎｍ以上越えてもよく、直接同調することによって達成された波長初期値（wave length departure）（約１ｎｍ）よりはるかに大きい波長初期値である。バー ニヤタイプ効果は実用的な波長同調範囲を拡大する利点がある。 例８：再構成可能な波長選択型ルータ＃１ ある１つのファイバから別のファイバへ波長チャネルの任意の合成（組み合わ せ）で動的にルーチングする光サブシステムを有することが望ましく、各瞬間で ルーチングされるべき特定のチャネルの合成（組み合わせ）は入力信号によって 決定される。図１０は、８個の波長選択型光スイッチ４５から構成される８チャ ネルのプログラミング可能なルータ５を図示する。波長選択型光スイッチ４５は 例４において記載された装置に対応する。このセクションに記載されているよう に、各波長選択型光スイッチ自身は、動的グレーティングによってアシストされ たモード結合器に縦続接続される静的グレーティングによってアシストされたモ ード結合器から構成される。グレーティングによってアシストされた個々のモー ド結合器の損失は非常に少ないので、装置全体の損失はこれに対応して低損失で ある。各波長チャネルの光は、各光スイッチへの電気入力５５を調整することに よって、入力ファイバ１５から２つの出力ファイバ３５、２５のいずれか一方に 対して独立的にかつ動的にルーチングすることができる。 例９：再構成可能な波長選択型ルータ＃２ 別のｎチャネルプログラマブルルータは、例２で説明されたｎ個の波長選択型 光スイッチと、ｎ個のグレーティングによってアシストされたモード結合器とか ら構成される。各波長選択型光スイッチそれ自身は、波長に依存しない標準的な 光スイッチに縦続接続されてた静的グレーティングによってアシストされたモー ド結合器から構成される。光スイッチのドロップ出力はそれぞれ、同一波長のグ レーティングによってアシストされたモード結合器に接続され、特定波長の個々 のドロップチャネルをそれぞれ多重波長の出力ファイバに返送する。 結論 本発明及びその実施形態のすべてが種々の利点を示す波長選択型光結合器を提 供することは理解されるべきである。ここに開示された波長選択型光ファイバは 様々なアプリケーションを有する。ある１つのアプリケーションでは、結合器が 使用されて、共通の伝送路を介して通信するために光信号を追加又はドロップす る。別のアプリケーションでは、１つの装置が使用されて、狭帯域光切り換えを 達成する。別のアプリケーションでは、同調可能なグレーティングによってアシ ストされたモード結合器について説明する。別のアプリケーションでは、多数の 結合器が使用されて、多重波長レーザ源を生成する。別のアプリケーションでは 、いくつかの装置が組み合わされてプログラミング可能な波長選択型ルータを形 成する。別のアプリケーションでは、結合器が使用されて、波長選択型光増幅器 を 形成する。別のアプリケーションでは、結合器が使用されて、波長選択型光変調 器を形成する。本発明を理解する者は別の構造及び実施の形態又は上述の変形例 を理解することができる。ここに添付される請求の範囲内に含まれるすべてのも のは、本発明の一部として考えられる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION                            Wavelength-selective optical device                              Display of related application   This application is PCT / US Patent Application No. 96, filed August 26, 1996. / 13481 is a continuation-in-part application.                                Field of the invention   The present invention relates to communication of a plurality of signals via an optical fiber, and in particular, to an optical fiber connection. The present invention relates to a combiner and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention uses a wavelength-selective optical coupler. The present invention relates to an optical device and a subsystem.                              Description of the prior art   A wavelength-selective coupler with low loss is an optical fiber based on wavelength division multiplexing (WDM). It is an important component for communication networks. By WDM, individual Optical fiber can transmit several channels simultaneously, and the channels are medium It is distinguished by the heart wavelength. The goal is to be easy to manufacture, efficient, The object of the present invention is to provide a wavelength-selective coupler with low loss at a low temperature. Manufacture wavelength selection element One technique for recording is to record the refractive index grating in the core of an optical fiber. It is based on For example, U.S. Pat. No. 4,427 (1984) and U.S. Pat. 25,110 (1988). Inline in optical fiber The current preferred method of recording the grating is to replace the photosensitive core with a non-photosensitive Between two beams (typically, ultraviolet light) having a photochemical effect transmitted through the lad Exposure to interference patterns.   Most fiber gratings reported in the prior art are mostly reflective modes. Works with Obtaining access to such a reflection mode with high power efficiency is difficult. Difficult because light waves are reflected back in the same fiber. First In the reflected light access method, a 3 dB coupler (coupler) is inserted before the grating. But this results in a net 6 dB loss of light back-reflected and coupled out. Accompany. The second method is to insert an optical circulator before the grating, Direct the transport mode to another fiber. This circulator allows insertion loss Losses are in excess of 1 dB and include bulk optical components that are complicated. Fiber grey To implement the filtering function of the filtering with the demultiplexing function of the coupler with low loss and high accuracy. Is very desirable for WDM communication networks. Would.   Another method known in the prior art uses directional coupling and evanescent coupling. Transfer energy between waveguides (D. Marcuse, “Theory of Dielectric Waveguides (The ory of Dielectric Waveguides) ", Academic Press, 1991, and A. Yar iv, “Optical Electronics”, Saunders College Publis hing, 1991). This evanescent coupling is the mode of two adjacent waveguides. The direction resulting from the overlapping of the tails or exponential tails of the exponential property of This is the normal mode of operation of a device based on a sexual coupler. In contrast, non-Evanesse Coupling is when two waveguides merge into one waveguide. Thus, it occurs when almost all of the optical modes overlap. Non-evanescent coupling and In comparison, devices that rely on evanescent coupling (eg, directional couplers) And has a weaker interaction strength.   The realization of a device based on directional coupling involves two identical longitudinally adjacent ones. Using the grating recorded in the coupler consisting of polished fiber (J. L. Archa mbault et al., Optics Letters, Vol. 19, p. 180 (1994)). In the join area Since the two waveguides are identical, both waveguides have the same propagation constant, Is transmitted between both waveguides. For this reason, the two optical signals transmitted through the two waveguides Separation is not successful because light energy leaks from one fiber to another. Because it leaks. Further, another device based on evanescent coupling is described in E.C. Snitz er to US Patent No. 5,459,801 (October 17, 1995) Given. This device comprises two identical single-mode fibers and these The bars are fused and stretched to bring the single mode fiber cores closer together. Join The length of the area is such that all of the output light exits into one of the two output ports. Must be exactly equal to even or odd multiples of the mode interaction length. Next, the precisely positioned Bragg grating is applied to the core in the lumbar region with ultraviolet light. Recorded by.   R. U.S. Pat. No. 4,737,007 to Alferness et al. S. Whalen "Optics Letters, Vol. 22, p. 681" (1986) An alternative to the design of directional couplers using gratings is to use locally different optical Use fiber. Due to the resulting asymmetry of the two fibers, The separation performance of the optical signals in the two fibers is improved. However, this device Is a reflective grating etched on one thin film surface of a polished fiber , The bonding strength of the grating was significantly reduced. Also, this device Based on evanescent coupling. A significant disadvantage of this device is that light is The wavelength of the light that is back-coupled into the fiber will be reflected back into the original fiber. Is very close to the wavelength (about 1 nm). For this reason, one wavelength Add / drop filter devices designed to insert or drop only Inappropriate undesirable passband characteristics result. Optical communication using Er-doped fiber amplifier ( When applied in the gain window (1520 to 1560 nm) of EDFA), Radiation at wavelengths outside this window to prevent unwanted crosstalk. No. Conventional directional coupler using all fiber gratings In the case of this method, the spacing between the back reflection wavelength and the back coupling wavelength is Short and impractical.   Instead, F. IEEE Photonics Technology Letters by Bilodeau et al. , Vol. 7, p. 388 (1995) states that Machtz, which functions as a wavelength-selective coupler, A gender interferometer was manufactured. This device was precisely controlled with two interferometer arms Depends on phase difference and is very sensitive to environmental changes and manufacturing variations Sensitive. In addition, significant portions of the input signal are reflected back. Therefore, this Can the device meet the reliability requirements of components for telecommunications? I'm not sure.   The problem of the directional coupler using the conventional grating is that the coupling strength is relatively small. And that the wavelength interval between the backward reflected light and the backward coupled light is short. These problems are 2 The two coupled optical waveguides remain physically separated and the light is Occurs mainly because it remains guided to the Each module of the two waveguides Only the end of the evanescent property in the mode corresponds to evanescent coupling. Overlap.   Instead, two locally different optical fibers are locally fused and elongated, and the diameter is Form the core of the waveguide merged into a very small one and form the mode coupler You. The resulting optical mode propagation characteristics are effectively a multimode quartz-based core. (A) Characteristics of air-clad waveguide. The two waveguides are separated from the original light in separate waveguides. Mode energies interact virtually non-evanescent in the merged region To merge. The refractive index distribution of the optical waveguide is determined in one eigenmode of the waveguide. When light incident on the adiabatic tapered region propagates through the adiabatic transition region, one local It changes very slowly in the longitudinal direction to enter super mode. Waveguide Into a single lightwave propagation region, thereby combining the refractive index grating with the coupler. Substantially increasing the wavelength selective coupling achieved when sequentially recording at the waist of a human Can be. This device uses a mode assisted by the grating. It is referred to as a combiner and is described in detail in US and PCT Patent Application No. PCT / US96 / 13481. It is described in detail.                                 Glossary   An "active" optical device is a device whose optical properties change in response to an electrical input signal. You.   "Passive" optics are devices without electrical input signals that affect changes in optical properties. It is a place.   Here, the “optical fiber” is a slender structure having a nominally circular cross section, and has a low bending strength. A material made of a material with a relatively high refractive index surrounded by a "cladding" made of a material with a refractive index Core "and is configured to transmit the optical mode longitudinally.   Here, the "waveguide" is surrounded by a low refractive index material (cladding) It is an elongated structure consisting of an optical waveguide region with a highly transparent material (core). Is selected to transmit the optical mode longitudinally. This structure is light It comprises a fiber and a planar waveguide.   An "add / drop filter" is a set of light energy at a specific wavelength An optical device for directing from one waveguide to another waveguide.   Here, “grating” means that the refractive index changes with the distance function in the medium. Is the area to be used. The change is typically, but not necessarily, close to the index of refraction. Change so that the distance between the maximum values of the constants becomes constant.   The “bandwidth” of a grating is determined by the reflectivity of the grating. This is the wavelength interval between two points that is 50% of the peak reflectance.   Here, a “coupler” is composed of two or more fibers that are close to each other. Where the proximity is the mode field of the adjacent waveguide ( mode Field).   Here, "waist" is the portion of the elongated waveguide that has the smallest cross-sectional area.   Here, the “asymmetric coupler” is defined as a region in a region longitudinally adjacent to the coupling region. It is a structure composed of two or more different waveguides.   A “transversely asymmetric” grating is a refractive index grating, Refraction from the central axis of the path as a function of distance along a direction perpendicular to the longitudinal axis The change in index is different from the change in refractive index in the opposite direction, perpendicular to the longitudinal axis. side A grating that is asymmetric in the shear direction is the longitudinal axis or the mode propagation direction of the waveguide. Has a grating vector component at a non-zero angle with respect to. Ortho mode Are not efficiently coupled by a transversely symmetric grating.   “Supermode” is an optical eigenmode with a complete composite waveguide structure. You.                                Summary of the Invention   Specific waveguide based on grating-assisted mode coupler Optical device for changing the direction of light energy from one waveguide to another And subsystems. Refractive index grating is formed in the waist of the asymmetric coupler Configured to direct the selected waveguide in two directions along a particular optical path. ing.   A tunable, grating-assisted mode combiner By changing the optical properties (e.g., refractive index, length) of the Can be manufactured. Alternatively, a wavelength selective optical switch is a single Optics by using a grating-assisted mode coupler Being formed by changing the direction of light of a particular wavelength through a switch Can be. A similar technique uses wavelength selective optical amplifiers and wavelength selective optical modulators. Can be used to form. Due to fixed wavelength grating Tunable grating attached to a mode-assisted mode combiner Another wavelength-selective optical switch based on mode-assisted mode coupler Will be described. Wide range tunable, additional / Further disclosed are a drop filter and a reconfigurable wavelength selective router. Obedience Thus, the present invention provides a method for reducing light loss in a particular waveguide in a particular wavelength channel. Optical communications and other applications that require narrow bandwidth optical filters that are routed to different waveguides It is very advantageous in sensor and sensor systems.                             BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   The present invention will be described with reference to the following drawings.   FIG. 1 is assisted by a grating tuned to the Bragg wavelength The operation of the mode coupler is shown.   Figure 2 shows a grating assisted by a grating detuned from the Bragg wavelength The operation of the mode coupler shown in FIG.   FIG. 3 is a schematic diagram of a mode coupler assisted by a grating. You.   FIG. 4 shows a mode coupler assisted by a tunable grating. You.   FIG. 5 shows a wavelength selective optical switch.   FIG. 6 shows a wave connected to a mode coupler assisted by a grating. The optical element which does not detect a length is shown.   FIG. 7 shows a mode coupler assisted by a tunable grating, Assisted by a non-tunable grating with nearly identical drop wavelength Zero loss wavelength selection incorporated in tandem or in series with switched mode coupler 3 shows a type optical switch.   FIG. 8 shows an eight channel multi-wavelength WDM source.   FIG. 9 shows a globally tunable add / drop based on the optical vernier effect. Indicates a filter.   FIG. 10 shows an 8-channel programmable WDM router.                             Detailed description of the invention   Optical fiber transmits a signal in the form of a modulated lightwave to the transmitter's data source. Then, the data is transmitted to the data receiving side of the receiver. Once light enters this fiber, If the optocoupler is not inserted somewhere along the fiber, the light will Propagation at With optical couplers, multiple optical signals are usually set up separately and independently. It becomes possible to transfer between the optical waveguides which have been cut.   When multiple signals of different wavelengths are transmitted on the same fiber, a predetermined one One signal is transmitted to or from this fiber at a set of wavelengths. It is desirable to transfer to Eva. These devices are called wavelength-selective optical couplers . The desirable characteristics of such a wavelength-selective optical coupler are that it is less than the wavelength at which it is coupled. Remain transparent for all outside wavelengths It is to be. This transparency is due to insertion loss, crosstalk and Quantified by bandwidth. Prior art wavelength selective couplers have many important applications. Not sufficiently transparent to the application. The Mode couplers assisted by ratings are essentially transparent Device. This device converts an optical signal with only a predetermined, precise set of wavelengths. Transfer from one fiber to another. This device is essentially an additional filter and This is a two-way four-port device having both functions of a rop filter. This excellent The functionality allows for a whole new class of active optics and subsystems around it. Can be built around the enclosure.   The present invention relates to a mode assisted by one or more gratings. A wavelength-selective optical device and a subsystem using a coupler are provided. According to the present invention Light can be shared by the grating-assisted mode coupler. Two or more locally different waveguides depending on the refractive index grating in the merged region Joined between. The mode coupler assisted by the grating is: Fusing two optical fibers together, or in a planar waveguide device It can be manufactured by forming a structure. FIG. 1 and FIG. The principle of operation will be described. The mode coupler is a coupling region where the refractive index grating is formed. In the vicinity of 1, a first waveguide 11 and a second waveguide 21 which are different from each other are formed. You. The two waveguides are different when entering the coupling region and provide the required coupler asymmetry. Offer. Propagation vector β1′ With the propagation vector β1Having Proceeding to the waist mode 71 of the coupler, the propagation vector βTwoBackward propagating lumbar mode with 61 is the propagation vector βTwo′. Waist propagation vector β1And βTwoIs a specific wavelength, that is, λiAt intervals ΛgThick refractive index grating Satisfies Bragg's law for reflections from the ground. β1(Λi) -ΒTwo(Λi) = 2π / Λg   At this time, λ of the first waveguide 11iLight energy after the second waveguide 21 (See FIG. 1). The spectral response of this reflection coupling process and And the spectral efficiency depend on the coupling strength and interaction of the optical modes due to the grating. Determined by length.   In FIG. 2, detuning is performed for the wavelength of the input mode, ie, λibecome, βj(Λj) -ΒTwo(Λj) ≠ 2π / ΛgAnd the input mode in the first waveguide 31 passes through the waist of the coupler and leaks into the second waveguide 21 as shown in FIG. In order to minimize the leakage, the transmission (transmission) output mode of the first waveguide 51 Reappear. Therefore, a specific wavelength λjOnly between the gratings in coupling region 1 The first waveguide 11 is coupled and output as determined by the distance. Reflection The amount of wavelength detuning required to drop the coupling by 50% depends on the grating Full width at half maximum (FWHM) is given by the bandwidth Δλ.   Where LeffIs the effective interaction length of the light beam and the grating, May be shorter than the physical length L of the grating having the length κ. Reflection grating The bandwidth is typically 10 to 50 times narrower than the transmission grating bandwidth, because The grating intervalΛgIs significantly shorter than the bandwidth of the reflection grating Because. Narrow frequency response in reflection mode for high density WDM applications Suitable for. Typically, a preferred pass band is about 0.1 nm at 1.55 μm. You. Therefore, the length of the reflection grating is approximately 1 cm. Grating thickness If L is 1 cm, reflectivity greater than 90% requires κL greater than 2. So Therefore, κ is 2cm-1Should be. Achieve this bonding strength in fusion splicer To achieve this, the refractive index modulation of the grating should be at least 10-FourMust be No. This refractive index modulation amount depends on the medium in the silica-based planar waveguide and optical fiber. It can be obtained by appropriate preparation of the material and dimensions of   In addition to back coupling light into adjacent waveguides, gratings typically That light, 2β1(ΛTwo) = KgReflected back to the original fiber at different wavelengths Let it. Surely λTwoIs guaranteed to be outside the relevant wavelength operating range.1When βTwoIs made sufficiently large. Restrictive such that waveguide cores merge with each other Until the state is reached, this difference increases as the waveguides couple tightly. this The difference is small when the waist of the coupler is small, i.e., β1And βTwoIs air-clad optical waveguide Road LP01Mode and LP11It becomes the maximum when it corresponds to the mode. Furthermore, moderate Transversely asymmetric grating substantially reduces coupling strength for back reflection Frustrate   The mode coupler 9 assisted by the grating shown in FIG. The direction of light energy of a certain wavelength is changed from the source (light source) 79 to the input optical fiber of the coupler. Change to bar 69. The spacing of the index gratings formed in the coupler is specified Only the light energy within the wavelength band of the second optical fiber traveling to the detector 89. It is selected to redirect to the drop port 59. All other wavelengths From the input port 69 via the throughput port attached to the detector 29 Propagate to 19. Further, an additional light source 39 of the same wavelength is connected to the additional port 49. To the throughput port 19 by the same coupler 9 Can be The device is a single component that performs both add and drop functions. You.   A new class of active fiber optic components and subsystems integrates other optical devices. By connecting to a mode coupler assisted by the grating of To be implemented economically and practically. With this approach, the standard Optical fiber components add a mode coupler assisted by a grating. The wavelength selection can be performed simply by adding. Assisted by grating An inherent property of the mode coupler 9 is the input and output interchangeability. Sand Input port 69-throughput port 19 and additional port 49-drop port The ports 59 operate complementarily. Mode assisted by a single grating By using a waveguide coupler, light energy of a specific wavelength is transferred from the first waveguide to the second waveguide. Can be completely exchanged in two directions. This makes it possible to use existing components Important optics and subsystems that could not be implemented are now in this new direction. It can be easily realized using a directional device. This new device is a wavelength selective Optical switch, programmable wavelength router, WDM multiplex wavelength source, WD M fiber amplifier. In the example shown below, the grating The struck mode coupler is either a fused fiber coupler approach or a planar waveguide. It can be manufactured by the above approach. Example 1: Mode coupler assisted by a tunable grating   Mode couplers assisted by passive gratings provide a specific and constant Change the direction of light energy at the center wavelength from one fiber to another You. Many applications were assisted by a grating It is desired to dynamically change the center wavelength of the mode coupler. For grating Therefore, in order to tune the assisted mode coupler, the optical characteristics of the waist of the coupler are The properties can be changed, for example, by the refractive index or the physical shape. (Effective bending Folding ratio δneffChange and grating interval δΛgThe light physically arising from the change in The equation for the change in the Bragg wavelength of the grating due to the change in Tsu Shown. δλBragg= 2Λgδneff+ 2δΛgneff   Such tunability can be achieved by physically straining and deforming the hips of the coupler. Can be achieved by heating or by exposing the coupling region to an external electric field. Can be revealed. Because the waist is very narrow (typically less than 15 μm) It can be easily distorted by pulling one end of the hip of the coupler. distortion Tuning due to deformation is δΛgHas a great effect of changing only the amount I do. The relatively small contribution to Bragg wavelength detuning is due to the elasto-optic effect. Refractive index change δneffArising from Therefore, the blur in the state where strain deformation is applied The detuning of the fiber wavelength is approximately indicated by the following equation.   This distortion deformation, as shown in FIG. 4, converts the electrical signal 44 to the waist 34 of the coupler. It can be caused by applying to a movable table 14 attached to one end. You. The strain deformation is caused by the movable platform 14 at the hip 34 of the coupler. . Platform 14 comprises a piezoelectric material that expands or contracts in response to electrical signal 44. Actuated by The other end of the coupler is attached to a fixed base 24.   Another way to tune a grating-assisted mode combiner is Changing the external temperature. Tuning of about 0.1nm changes temperature every 10 ℃ This is done. Alternatively, a module assisted by a grating The coupler of the coupler depends on the light intensity (or optical field) or electric field. When a large refractive index change occurs in the part, the mode assisted by the grating Electrical tuning of the center wavelength of the coupler is achieved by the electro-optic effect. Distortion deformation Tuning by the grating produced from the fused fiber coupler Tuned mode couplers, while tuning by electric fields Easily in the case of an embodiment with a planar waveguide of a mode coupler assisted by It can be carried out. Example 2: Wavelength-selective optical switch   Optical switches dynamically route information packets from one location to another. It can be used to reconfigure a fiber optic communication network. this These switches are typically directional couplers, Y-branch waveguides or Mach-Zehnder switches. Based on the electro-optic or thermo-optic modulation of the interferometer, a modulation bandwidth exceeding 10 GHz Can be realized. They are, for example, United Photonics Technology Nology (United Photonics Technology) and Akzo-Nobe l) The product manufactured by the company is commercially available. Sound based on fused asymmetric couplers Optical switches are described in “Optics Letters, Vol. 21, 1996” by Birks et al. May (pp.722-724) ". Mechanical switches that are relatively slow (10 ms) Chi is also readily available. However, these switches do not Formally, it is desirable for wavelengths to be routed in a WDM network. Switch only one of a number of wavelengths traveling along an individual fiber It is not possible. That is, these switches do not perform wavelength selection.   A wavelength-selective switch is provided by a mode coupler assisted by the grating. The switch can be manufactured with very low losses. FIG. 5 schematically illustrates such an apparatus. It is shown schematically. Optical switch 62 is assisted by low loss grating The mode coupler 22 into standard, wavelength-insensitive (wavelength-independent) light. Practical implementation is possible by combining with the switch 12. Grating The mode combiner 22 assisted by1For example, input Drop port attached to input 92 of a standard optical switch from port 32 Routing to 102. Λ input to the switch1The signal of the other wave The first output fiber 42 and the second output fiber 42 do not interfere with the long channels. It travels between the fiber 72. The electrical input signal 2 determines the state of the optical switch. λ1 All wavelengths different from the input port 32 directly to the throughput port 52 Transmit.   The advantages of an optical switch that is insensitive to this wavelength (wavelength independent) are numerous, Is important. One of the obvious advantages is the switch's inherent simplicity. Also, for WDM optical networks, multiple channels of different wavelengths are independent. Need to be switched. Some switches with unavoidable losses When cascaded, the loss increases rapidly for each wavelength. Therefore, our equipment The low-loss nature of the light extracts the wavelength and then the light in a transparent way Can be added to the fiber. This allows lossy elements to be It can be separated from other signals (of other wavelengths) in the fiber. For example, FIG. , Each wavelength is transmitted through only one optical switch, greatly reducing the loss per channel It shows that it decreases. Example 3: Optical amplifier for WDM   Erbium-doped fiber amplifier (EDFA) integrates many WDM channels into one Exhibits a sufficiently wide gain spectrum that can be simultaneously amplified in a single fiber . However, in some cases, individual wavelength channels may be It is desirable to route to different locations within the network. As a result, each wavelength Travel different distances and require different amplification levels. Increase only one wavelength Device that keeps its width transparent while remaining transparent to all other wavelengths Is required. We use a grating-assisted mode coupler 23 and EDFA 13 to produce such an amplifier 63 (Figure 6). For example, erbium-doped fiber is Between the additional and drop ports of the mode coupler assisted by Can be connected. Further, for example, standard WDM combiners add / 980n inserted into the drop loop and emitted from an AlGaAs pump laser m of light can be combined. Electrical input 3 (depending on pump laser energy) The optical gain is adjusted so that the wavelength λ1Signal to the desired level Amplified. Example 4: Wavelength-selective optical modulator   In another example, active device 13 of FIG. 6 is an optical modulator. By grating The assisted mode combiner 23 converts the unmodulated light energy of a particular wavelength. Change the direction to an optical modulator 13 that is insensitive to wavelength (independent of wavelength), Return the modulated signal at this particular wavelength back to the original fiber with very low loss. Used for This is the individual mode assisted by the grating Connect the drop port and the additional port of the coupler to the input port of a standard optical modulator, respectively. It is realized by attaching to the port and the output port. This active device 63 is Is transparent to all wavelengths and modulates multiple wavelength channels. Eliminate unwanted losses associated with doing so. The optical modulator is, for example, United From United Photonics Technology Sold and available. Example 5: Based on a tunable, grating-assisted mode coupler Wavelength selective switch   An all-fiber wavelength selective switch 77 is a tunable, Mode coupler 27 assisted by tuning into a grating of fixed wavelength Thus, it is formed by combining with the assisted mode coupler 7. This device is expected to exhibit very low losses and fast switching times. Such a device is shown in FIG. Tuning is achieved by pulling the hips of the coupler. Is achieved. For example, if a strain deformation of 0.1% is applied, the Bragg peak 107 to λ1+ Δ to λ1Is sufficient to detune by 1 nm. In this state, 2 The Bragg wavelengths of the reflectivity peaks 87 and 97 of the two couplers match, so that the The mode combiner assisted by the grating of FIG. Wavelength λ from1Is switched to the switch output 47. Due to the symmetry of this device The switch is bidirectional and has very low loss due to its all-fiber configuration. Not result in equipment. The time response when a tensile force is applied to the waist is Actuator elongates or contracts longitudinal acoustic waves and launches them at the waist of the fiber Is an essential time. This time is about 10 μs. Combiner waist diameter Is very small, so only a very small force is needed to moderately deform the waist. Absent. Appropriate piezoelectric actuators and controllers are available from Burley, Inc. Markets from Burleigh, Inc. and Polytec P.I. Sold and available. Example 6: WDM multiplex wavelength transmitter   In the art, mode-locked lasers often emit a series of discrete wavelengths of light. Known, these discrete wavelengths form the basis of WDM light sources [D. U. Noske, M .; J . Guy, K. Rottwitt, R.A. Kashyap, J .; R. Taylor, “Optics Comm. 108”, 297- 301 (1994); A. Pattison, P .; N. Kean, J .; W. D. Gray, I. Bennion , N .; J. Doran, “Photosensitivity and second-order nonlinearity in glass waveguides (Photosensitivity efficiency and quadratic nonlinearity in glass waveguides) "(Opt. Soc. USA Portland, Oregon, 1995), vol. 22, pp. 140-143; B. Schlage r, S. Kawanishi, M. Saruwatari, “Electronics Letters 27”, 2072-2073 ( 1991); Takara, S.M. Kawanishi, M. Saruwatari, J.S. B. Schlager, “ Electron. Lett. 28 ", 2274-2275 (1992)] The wavelength components of the initial pulse train must be independently externally modulated. This is Low Loss Using Mode Coupler Assisted by Narrow Bandwidth Grating Loss can be done.   The frequency interval of the mode-locked laser is τ = 2, which is the reciprocal of the round-trip cavity time. It is equal to nL / c. Since the gain spectrum of a semiconductor laser is relatively wide, A large number of discrete, equally spaced optical frequencies are generated by mode-locking. Can be The standard channel spacing for WDM is 100 GHz. This frequency interval corresponds to the cavity length of the mode-locked laser of 500 μm to 1.5 mm. Corresponding. A more typical cavity length of a semiconductor laser is 100 μm, A channel spacing of GHz is formed. Therefore, external cavity oscillation semiconductor laser Is the preferred mode-locked laser source.   The gain window of the EDFA is about 30 nm around 1550 nm. This is easy 0.8nm channel that can be accessed and independently modulated It corresponds to about 37 independent wavelength channels with a separation. Currently low loss at individual wavelengths There is no optical device that separates at. However, the gray described here Mode coupler, assisted by the splitting, splits the optical signal into its wavelength components. Externally modulate (and / or amplify) each wavelength before multiplexing and sending to the output fiber Provide a new way that you can. FIG. 8 is a block diagram of a WDM transmitter according to the present invention. 3 shows the system. The mode-locked pulse train 36 is one mode-locked laser 26 (eg, E.g., a semiconductor laser) and coupled to an optical fiber or planar waveguide. It is. To stabilize the wavelength of the laser, a wavelength synchronization system 46 is needed, The system routes signals of one or more specific wavelengths to one or more detectors. Mode mode assisted by one or more gratings used to It is composed of a combiner. Two detectors are usually used. Then these detections The difference between the electrical signals from the devices is used as an error signal, and the error signal is Feedback to piezoelectric mounted mirror 26 or heater ( Altering the cavity length and / or the optical refractive index) to direct the laser to a particular set of discrete wavelengths. Stabilize.   Next, the output of the multiwavelength laser was assisted by a series of gratings. Proceeding through mode coupler 76, the mode assisted by the series of gratings The mode coupler 76 is a mode coupler 7 assisted by the original grating. Before returning each wavelength channel to the main waveguide 16 by 6, each wavelength channel is isolated. The routing is performed to the standing optical modulator 56. Everything to increase the signal strength May be passed through the optical amplifier 6. Or, instead, one photomultiplier A band may be connected in series with each light modulator 56,66. This means that each wavelength channel The cells are amplified individually. This embodiment of the WDM multi-wavelength transmitter has Automatically and accurately locked to an external reference by monitoring only one wavelength It has the inherent advantage of generating a series of precisely spaced wavelengths. Greatin Due to the low losses of the mode couplers assisted by the Separate the various wavelengths for modulation and re-multiplex the wavelengths on the output fiber. And perform some tasks such as stabilizing the wavelength of the laser radiation be able to. This embodiment of the laser transmitter also integrates various components on one board. Because it is relatively easy and simple to integrate, Very suitable. Example 7: Widely tunable add / drop   As shown in FIG. 9, a mode coupler assisted by a grating Use of the vernier type effect in A range tunable add / drop device 78 can be implemented [Z. M. Chuang Ho Or IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 5, October 1993 (pp. 121) 9-1221); M. Chuang et al., IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 29 , April 1993 (pp. 1071-1080)]. This is one of the gratings The output of the mode coupler assisted by the This is achieved by connecting to the input of a cysted mode combiner. The first group The mode coupler 8 assisted by the rating has a note at its waist. It has a large number of recorded gratings, each of which has a slight It has a different wavelength, but is preferably identical to a standard WDM wavelength channel. This mode coupler is static (static) and has a tunable grating. Attached to the assisted mode combiner 28. Tunable grating Mode couplers, also assisted by It has a number of recorded gratings at its waist. This set of grating Is coupled to a set of wavelengths of a mode coupler assisted by a static grating. Have slightly different wavelengths by the wavelength spacing between slightly different adjacent channels. Next The second mode combiner is tuned by an external signal 18 and its Bragg One of the wavelengths is matched to one of the first coupler Bragg wavelengths. Sa Tuning, each series of wavelength channels can be statically graded at some point in time. To match that of the mode combiner assisted by the switching. The last wavelength channel in the series of wavelength channels is 10 times higher than the first wavelength channel. The initial wavelength (wave) achieved by direct tuning may exceed This is the wavelength initial value which is much larger than the length departure (about 1 nm). bar The near-type effect has the advantage of extending the practical wavelength tuning range. Example 8: Reconfigurable wavelength selective router # 1   Arbitrary synthesis of wavelength channels from one fiber to another It is desirable to have an optical subsystem that dynamically routes at The particular channel combination (combination) to be routed depends on the input signal It is determined. FIG. 10 shows an eight-channel optical switch 45 composed of eight wavelength-selective optical switches 45. 1 illustrates a programmable router 5 of Nell. The wavelength selective optical switch 45 is Corresponds to the device described in Example 4. As described in this section In addition, each wavelength-selective optical switch itself is assisted by a dynamic grating. Mode assisted by a static grating cascaded to a closed mode coupler. It consists of a mode coupler. Individual modes assisted by the grating Since the loss of the coupler is very small, the loss of the whole device is correspondingly low. is there. The light of each wavelength channel adjusts the electrical input 55 to each optical switch. Therefore, from the input fiber 15 to one of the two output fibers 35 and 25, It can be independently and dynamically routed. Example 9: Reconfigurable wavelength selective router # 2   Another n-channel programmable router is the n wavelength-selective type described in Example 2. Optical switches and mode couplers assisted by n gratings It is composed of Each wavelength-selective optical switch itself is a standard that is independent of wavelength. A mode assisted by a static grating cascaded to an optical switch It is composed of a coupler. Each drop output of the optical switch has the same wavelength Connected to a rating-assisted mode combiner for individual wavelengths Are returned to the multi-wavelength output fibers.                                   Conclusion   The present invention and all of its embodiments provide a wavelength selective optical coupler that exhibits various advantages. It should be understood that The wavelength selective optical fiber disclosed here is Has various applications. In one application, the combiner is Used to add or drop optical signals to communicate over a common transmission path You. In another application, one device is used to provide narrowband optical switching. To achieve. In other applications, tunable gratings may A description will be given of the struck mode coupler. In another application, A combiner is used to create a multi-wavelength laser source. In another application , Several devices combine to form a programmable wavelength selective router To achieve. In another application, a combiner is used to provide a wavelength selective optical amplifier. To Form. In another application, combiners are used to provide wavelength selective optical modulation. Form a bowl. Those who understand the present invention have different structures and embodiments or the above-described modifications. Can understand. Anything that falls within the scope of the claims appended hereto Is considered as part of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ラクルジック，ジョージ・エイ アメリカ合衆国90401カリフォルニア州 サンタ・モニカ、ナインティーンス・スト リート402番 (72)発明者 ヤリフ，アムノン アメリカ合衆国91108カリフォルニア州 サン・マリノ、ホメット・ロード2257番────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF) , CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (KE, LS, MW, SD, S Z, UG), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD , RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ , BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, HU, I L, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LK , LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, R U, SD, SE, SG, SI, SK, TJ, TM, TR , TT, UA, UG, UZ, VN (72) Inventor Raklusic, George A             United States 90401 California             Santa Monica, nineteenth strike             REIT 402 (72) Inventor Yarif, Amnon             United States 91108 California             San Marino, 2257 Homed Road

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １．光信号エネルギーを制御する波長選択装置であって、 第１の対の端末と第２の対の端末を有し、かつ、すべての端末との通信におけ る結合領域に設けられ、選択された波長だけを上記第１の対の端末と上記第２の 対の端末との間で選択的に方向づけを行う一方、他の波長を２つの対の端末の間 で方向付けを行う波長選択型反射グレーティングを含む、少なくとも１つのグレ ーティングによってアシストされたモード結合器と、 多重波長信号を供給する光導波路と、 上記光導波路に接続された、上記グレーティングによってアシストされたモー ド結合器の上記第１の対の端末のうちの第１の端末とを備え、上記グレーティン グは上記選択された波長を上記第１の対の第２の端末に反射し、 上記第１の対の第２の端末と、上記第２の対の第１の端末との間に挿入され、 上記選択された波長で、変更された信号を上記結合器に伝送する信号プロセッサ を備えた波長選択装置。 ２．上記結合器は二方向性を有し、 上記多重波長信号は、上記選択された波長を除いて、上記結合器を介して上記 第２の対の第２の端末に送信され、上記変更された信号は上記結合器から反射さ れて上記送信された多重波長信号と合成される請求項１記載の装置。 ３．上記信号プロセッサは光増幅器を含む請求項１記載の装置。 ４．上記信号プロセッサは光変調器を含む請求項１記載の装置。 ５．上記信号プロセッサは光スイッチを含む請求項１記載の装置。 ６．上記信号プロセッサは二方向送信機／受信機を含む請求項１記載の装置。 ７．上記少なくとも１つの結合器及びプロセッサは、上記光導波路に沿って直列 に設けられ、別の組の波長をそれぞれ処理する複数の結合器及び信号プロセッサ を備えた請求項１記載の装置。 ８．上記信号プロセッサは複数の変調器を含む請求項７記載の装置。 ９．上記信号プロセッサは複数の光増幅器を含む請求項７記載の装置。 １０．上記信号プロセッサは複数の光スイッチを含む請求項７記載の装置。 １１．上記信号プロセッサは複数の二方向送信機／受信機を含む請求項７記載の 装置。 １２．光波エネルギーの方向を変更して光波エネルギーを方向づける二方向波長 選択装置であって、 第１対の端末と第２対の端末とを有し、かつ、すべての端末との通信における 結合領域に設けられた、波長選択型反射グレーティングを含む、少なくとも１つ のグレーティングによってアシストされたモード結合器と、 上記第１の対の端末のうちの一方に接続され、多重波長信号を、上記第１の対 の端末のうちの一方に印加する入力光導波路と、 上記第１の対の端末のうちの他方に接続され、上記選択された波長を受信する 第１の出力光導波路と、 上記第２の対の端末の一方に接続され、残りの複数の波長信号を受信する第２ の出力光導波路と、 上記第２の対の端末の他方に接続され、多重波長信号を、上記第２の対の端末 の他方に印加する第２の入力光導波路とを備えた二方向波長選択装置。 １３．上記グレーティングによってアシストされたモード結合器は、腰部領域を 有し、上記結合器の上記腰部領域に設けられた横断方向に非対称な屈折率グレー ティングを備えた請求項１２記載の装置。 １４．上記グレーティングによってアシストされたモード結合器は、上記結合器 の腰部に接続され、入力同調信号に応答する機械的支持部をさらに備えた請求項 １３記載の装置。 １５．特定の波長の光エネルギーをルーチングする波長選択型光スイッチであっ て、 第１の光導波路と、 第２の光導波路と、 入力ポートと、スループットポートと、ドロップ及び追加ポートとを有する、 グレーティングによってアシストされたモード結合器とを備え、上記入力ポート 及びスループットポートは上記第１の光導波路に接続され、かつ、１つ又はそれ 以上のグレーティングを含み、上記グレーティングの間隔は、選択された波長の チャネルの方向を上記第１の光導波路から上記ドロップポートに変更するように 選択され、 スイッチ入力と、第１と第２のスイッチ出力とを有する光スイッチ装置を備え 、上記スイッチ入力は上記ドロップポートに接続され、上記第１のスイッチ出力 は上記グレーティングによってアシストされたモード結合器の上記追加ポートに 接続され、上記第２のスイッチ出力は上記第２の光導波路に接続された波長選択 型光スイッチ。 １６．特定の波長で光信号を変調する波長選択型光変調器であって、 光導波路と、 入力ポートと、スループットポートと、ドロップ及び追加ポートとを有する、 グレーティングによってアシストされたモード結合器とを備え、上記入力ポート 及びスループットポートは上記光導波路に接続され、かつ、１つ又はそれ以上の グレーティングを含み、上記グレーティングの間隔は、選択された波長のチャネ ルの方向を上記第１の光導波路から上記ドロップポートに変更するように選択さ れ、 変調器入力及び出力ポートを有する光変調装置を備え、上記グレーティングに よってアシストされたモード結合器の上記ドロップポートは上記変調器入力ポー トに接続され、上記追加ポートは上記変調器出力ポートに接続された波長選択型 光変調器。 １７．上記光変調装置は、上記光変調装置を通過する光エネルギーの光位相を変 調する請求項１６記載の装置。 １８．上記光変調装置は、上記光変調装置を通過する光エネルギーの光振幅を変 調する請求項１６記載の装置。 １９．１つ又はそれ以上の可変波長のチャネルを、複数の波長を伝送する光導波 路に加える波長同調可能な光学装置であって、 第１の光導波路と、 第２の光導波路と、 上記第１の光導波路に接続された入力及びスループットポートと、上記第２の 光導波路に接続された追加ポートとを有する、グレーティングによってアシスト されたモード結合器とを備え、上記グレーティングによってアシストされたモー ド結合器は１つ又はそれ以上のグレーティングを含み、上記グレーティングの間 隔は、上記特定波長の追加チャネルの方向を上記第２の光導波路から上記第１の 光導波路に変更するように選択され、上記グレーティングによってアシストされ たモード結合器は腰部を有し、かつ、外部同調信号に応答して上記腰部内部に長 手方向の歪み変形を印加する手段を含む波長同調可能な光学装置。 ２０．１つ又はそれ以上の可変波長のチャネルを複数の波長を伝送する光導波路 に対してドロップする波長同調可能な光学装置であって、 第１の光導波路と、 第２の光導波路と、 上記第１の光導波路に接続された入力及びスループットポートと、上記第２の 光導波路に接続されたドロップポートとを有する、グレーティングによってアシ ストされたモード結合器とを備え、上記グレーティングによってアシストされた モード結合器は１つ又はそれ以上のグレーティングを含み、上記グレーティング の間隔は、上記特定波長のドロップされたチャネルの方向を上記第２の光導波路 から上記第１の光導波路に変更するように選択され、上記グレーティングによっ てアシストされたモード結合器は、上記グレーティングによってアシストされた モード結合器内に長手方向の歪み変形を印加する信号応答手段を含む波長同調可 能な光学装置。 ２１．光通信のための二方向波長選択相互接続装置であって、 第１の入力ポートと、第１のスループットポートと、第１のドロップポートと 、第１の追加ポート、及び第１のドロップ波長を有する第１の同調可能なグレー ティングによってアシストされたモード結合器と、 第２の入力ポートと、第２のスループットポートと、第２のドロップポートと 、第２の追加ポート、及び第２のドロップ波長を有する第２のグレーティングに よってアシストされたモード結合器とを備え、上記第１のドロップポートは上記 第２ の入力ポートに接続され、上記第２のスループットポートは上記第１の追加ポー トに接続された二方向波長選択相互接続装置。 ２２．上記第２のドロップポートと上記第１のスループットポートとの間の光切 り換えは、上記第１及び第２のドロップ波長を同調させたり離調させることによ って行われる請求項２１記載の装置。 ２３．上記第１と第２のドロップ波長は実質的に同一である請求項２１記載の装 置。 ２４．導波路からの波長チャネルのいくつかの組み合わせをルーチングするプロ グラミング可能な波長選択型ルータであって、 光導波路と、 入力ポートと、スループットポートと、追加ポートと、ドロップポートとをそ れぞれ有し、複数のグレーティングによってアシストされたモード結合器の入力 ポート及びスループットポートが、上記光導波路に沿って直列形式で配置される ように設けられた、上記複数のグレーティングによってアシストされたモード結 合器と、 入力と、第１の出力と、第２の出力とをそれぞれ有する複数の光スイッチとを 備え、 上記グレーティングによってアシストされた各モード結合器の上記ドロップポ ートは、別の光スイッチの入力に接続され、上記各追加ポートは別の光スイッチ の第１の出力に接続されるプログラミング可能な波長選択型ルータ。 ２５．波長チャネルの幾つかの組み合わせをある１つの光導波路から別の光導波 路に方向づけるプログラミング可能な波長選択型ルータであって、 第１の光導波路と、 第２の光導波路と、 入力ポートと、スループットポートと、追加ポートと、ドロップポートとをそ れぞれ有する、グレーティングによってアシストされた第１の複数のモード結合 器とを備え、上記グレーティングによってアシストされた第１の複数のモード結 合器の上記入力ポート及びスループットポートは上記第１の光導波路に沿って直 列形式で設けられ、 入力と、第１と第２のスイッチ出力とをそれぞれ有する複数の光スイッチを備 え、グレーティングによってアシストされた個々のモード結合器のドロップポー トは、別の光スイッチのスイッチ入力に接続され、グレーティングによってアシ ストされた個々のモード結合器の追加ポートはそれぞれ、別の第１のスイッチ出 力に接続され、 入力ポートと、スループットポートと、追加ポートとをそれぞれ有する、グレ ーティングによってアシストされた第２の複数のモード結合器を備え、上記グレ ーティングによってアシストされた第２の複数のモード結合器の上記入力ポート 及びスループットポートは上記第２の光導波路に沿って直列形式で設けられ、 上記第２のスイッチ出力は、上記グレーティングによってアシストされたモー ド結合器の別のものにそれぞれ接続されたプログラミング可能な波長選択型ルー タ。 ２６．追加ポートとドロップポートとをそれぞれ有する、複数の受動グレーティ ングによってアシストされたモード結合器と、 入力ポートとスループットポートとをそれぞれ有する、複数の同調可能なグレ ーティングによってアシストされたモード結合器とを備え、 上記受動グレーティングによってアシストされたモード結合器のドロップポー トはそれぞれ、上記同調可能なグレーティングによってアシストされたモード結 合器の別のものの入力ポートに接続され、上記受動グレーティングによってアシ ストされたモード結合器の追加ポートはそれぞれ、上記同調可能なグレーティン グによってアシストされたモード結合器のスループットポートの別のものに接続 されたプログラマブル波長選択型ルータ。 ２７．広域同調可能な追加／ドロップフィルタであって、 入力ポートと、スループットポートと、ドロップポートと、追加ポートとを有 し、第１の波長増加分で等間隔に配置された第１の組のドロップ波長を含む同調 可能なグレーティングによってアシストされたモード結合器と、 入力ポートと、スループットポートと、ドロップポートと、追加ポートとを有 し、上記第１の波長増加分とは別の第２の波長増加分で等間隔に配置された第２ の組のドロップ波長を含む、グレーティングによってアシストされたモード結合 器とを備え、 上記同調可能なグレーティングによってアシストされたモード結合器の上記入 力ポートは上記静的グレーティングによってアシストされたモード結合器の上記 ドロップポートに接続され、上記同調可能なグレーティングによってアシストさ れたモード結合器の上記スループットポートは上記静的グレーティングによって アシストされたモード結合器の上記追加ポートに接続され、これによって、上記 同調可能なグレーティングによってアシストされたモード結合器を同調すること によって、上記第１の組のドロップ波長のうちの１つを、上記静的グレーティン グによってアシストされたモード結合器の上記第２の組のドロップ波長のいずれ か１つに一致させることができる広域同調可能な追加／ドロップフィルタ。 ２８．情報を通信するための多重波長光信号源であって、 光導波路と、 多数の波長で動作するモード同期レーザを含み、かつ、上記光導波路に取り付 けられた多重波長光源と、 入力ポートと、スループットポートと、追加ポートと、ドロップポートとをそ れぞれ有する、グレーティングによってアシストされた複数のモード結合器とを 備え、上記入力ポート及びスループットポートは上記光導波路に沿って直列形式 で挿入され、 入力ポート及び出力ポートをそれぞれ有する等しい個数の光変調器を備え、個 々の結合器の上記ドロップポートは上記変調器の別の入力ポートに接続され、個 々の結合器の上記追加ポートは上記変調器の別の出力ポートに接続された多重波 長光信号源。 ２９．光検出器と、入力ポートと、スループットポートと、追加ポートと、ドロ ップポートとを有する、グレーティングによってアシストされた付加的なモード 結合器とをさらに備え、上記入力ポート及びスループットポートは上記光導波路 に沿って予め決められた位置に挿入され、上記ドロップポートは上記光検出器に 接 続されて電気信号を発生させ、上記光検出器からの上記電気信号は、上記光源の 特定波長の光パワーの指示子として動作し、上記指示子は上記多重波長光源の波 長を同期するために使用される請求項２８記載の多重波長光信号源。[Claims] 1. A wavelength selection device for controlling optical signal energy,   Having a first pair of terminals and a second pair of terminals, and in communicating with all terminals The selected pair of terminals and the second pair of terminals. Selectively direct between a pair of terminals while other wavelengths between two pairs of terminals At least one grating that includes a wavelength-selective reflective grating directed at A mode combiner assisted by   An optical waveguide for supplying a multi-wavelength signal;   A mode assisted by the grating connected to the optical waveguide A first terminal of the first pair of terminals of the coupler. Reflecting the selected wavelength to the second terminal of the first pair;   Inserted between said first pair of second terminals and said second pair of first terminals; A signal processor for transmitting a modified signal to the combiner at the selected wavelength. Wavelength selecting device comprising: 2. The coupler has bidirectionality,   The multi-wavelength signal, except for the selected wavelength, is transmitted through the coupler. The modified signal transmitted to the second pair of second terminals is reflected from the combiner. 2. The apparatus of claim 1, wherein the signal is combined with the transmitted multi-wavelength signal. 3. The apparatus of claim 1, wherein said signal processor comprises an optical amplifier. 4. The apparatus of claim 1, wherein said signal processor comprises a light modulator. 5. The apparatus of claim 1, wherein said signal processor comprises an optical switch. 6. The apparatus of claim 1, wherein said signal processor comprises a two-way transmitter / receiver. 7. The at least one coupler and the processor are in series along the optical waveguide. And a plurality of combiners and signal processors, each for processing a different set of wavelengths. The device according to claim 1, comprising: 8. The apparatus of claim 7, wherein said signal processor includes a plurality of modulators. 9. The apparatus of claim 7, wherein said signal processor includes a plurality of optical amplifiers. 10. The apparatus of claim 7, wherein said signal processor includes a plurality of optical switches. 11. The signal processor of claim 7, wherein the signal processor includes a plurality of two-way transmitters / receivers. apparatus. 12. Bidirectional wavelength that changes the direction of light wave energy to direct light wave energy A selection device,   It has a first pair of terminals and a second pair of terminals, and in communication with all terminals. At least one including a wavelength-selective reflection grating provided in the coupling region A mode coupler assisted by the grating of   The multi-wavelength signal is connected to one of the first pair of terminals and transmits the multi-wavelength signal to the first pair. An input optical waveguide applied to one of the terminals of   Connected to the other of the first pair of terminals and receiving the selected wavelength A first output optical waveguide;   A second terminal connected to one of the terminals of the second pair and receiving the remaining plurality of wavelength signals; An output optical waveguide of   A multi-wavelength signal connected to the other of the second pair of terminals and transmitting the multi-wavelength signal to the second pair of terminals. And a second input optical waveguide to be applied to the other of the two. 13. The mode coupler assisted by the grating described above A transversely asymmetric refractive index gray provided in the waist region of the coupler 13. The device according to claim 12, further comprising: 14． The mode coupler assisted by the grating comprises the coupler Further comprising: a mechanical support connected to the waist of the body and responsive to the input tuning signal. 13. The apparatus according to claim 13. 15. A wavelength selective optical switch that routes light energy of a specific wavelength. hand,   A first optical waveguide;   A second optical waveguide;   Having an input port, a throughput port, and drop and add ports, A mode coupler assisted by a grating; And a throughput port is connected to the first optical waveguide and one or more Including the above gratings, the spacing between the gratings is selected wavelength Changing the direction of the channel from the first optical waveguide to the drop port Selected,   An optical switch device having a switch input and first and second switch outputs , The switch input is connected to the drop port and the first switch output To the additional port of the mode coupler assisted by the grating Connected, and the second switch output is connected to a wavelength selector connected to the second optical waveguide. Type optical switch. 16. A wavelength selective optical modulator that modulates an optical signal at a specific wavelength,   An optical waveguide;   Having an input port, a throughput port, and drop and add ports, A mode coupler assisted by a grating; And a throughput port is connected to the optical waveguide, and one or more Including the gratings, the spacing between the gratings being the channel of the selected wavelength. Selected to change the direction of the probe from the first optical waveguide to the drop port. And   An optical modulator having a modulator input and an output port; Thus, the drop port of the assisted mode combiner is connected to the modulator input port. The additional port is connected to the modulator output port. Light modulator. 17． The light modulator changes an optical phase of light energy passing through the light modulator. 17. The apparatus of claim 16, wherein the setting is performed. 18. The light modulation device changes the light amplitude of light energy passing through the light modulation device. 17. The apparatus of claim 16, wherein the setting is performed. 19. Optical waveguides for transmitting one or more tunable channels to multiple wavelengths A wavelength tunable optical device to be added to the path,   A first optical waveguide;   A second optical waveguide;   An input and throughput port connected to the first optical waveguide; Grating assisted with additional port connected to optical waveguide And a mode coupler assisted by the grating. The coupler comprises one or more gratings, between which the gratings The distance is such that the direction of the additional channel of the specific wavelength is shifted from the second optical waveguide to the first channel. Selected to change to an optical waveguide, assisted by the grating above The mode coupler has a waist and extends in the waist in response to an external tuning signal. A wavelength-tunable optical device that includes a means for applying a distortion in the hand direction. 20. Optical waveguide for transmitting a plurality of wavelengths through one or more variable wavelength channels A wavelength tunable optical device that drops with respect to   A first optical waveguide;   A second optical waveguide;   An input and throughput port connected to the first optical waveguide; A grating with a drop port connected to the optical waveguide; With a struck mode coupler, assisted by the grating The mode coupler includes one or more gratings, wherein the grating The distance of the second optical waveguide corresponds to the direction of the dropped channel of the specific wavelength. From the first optical waveguide to be changed to the first optical waveguide. Mode coupler assisted by the grating Wavelength tunable including signal response means for applying longitudinal strain deformation in the mode coupler Optical device. 21. A bidirectional wavelength selective interconnect device for optical communications,   A first input port, a first throughput port, a first drop port, Tunable gray having a first additional port, and a first drop wavelength A mode combiner assisted by   A second input port, a second throughput port, a second drop port, , A second additional port, and a second grating having a second drop wavelength. Thus, the first drop port comprises an assisted mode coupler. Second And the second throughput port is connected to the first additional port. Bidirectional wavelength selective interconnect device connected to the 22. An optical switch between the second drop port and the first throughput port The switching is performed by tuning or detuning the first and second drop wavelengths. 22. The apparatus according to claim 21, wherein the apparatus is performed. 23. 22. The apparatus of claim 21, wherein said first and second drop wavelengths are substantially the same. Place. 24. Pro to route some combinations of wavelength channels from waveguides A grammable wavelength selective router,   An optical waveguide;   Input ports, throughput ports, additional ports, and drop ports Mode coupler input, each having multiple grating assists A port and a throughput port are arranged in series along the optical waveguide Mode setting assisted by the plurality of gratings With a combiner,   A plurality of optical switches each having an input, a first output, and a second output; Prepared,   The drop port of each mode coupler assisted by the grating Port is connected to the input of another optical switch, and each of the above additional ports is connected to another optical switch. A programmable wavelength-selective router connected to the first output of the device. 25. Several combinations of wavelength channels can be used to convert one optical waveguide to another A programmable wavelength selective router for directing a road,   A first optical waveguide;   A second optical waveguide;   Input ports, throughput ports, additional ports, and drop ports A first plurality of mode-assisted mode couplings each having A plurality of first mode combinations assisted by the grating. The input port and the throughput port of the coupler are directly connected along the first optical waveguide. Provided in a row format,   A plurality of optical switches each having an input and first and second switch outputs. In addition, the drop port of the individual mode coupler assisted by the grating Is connected to the switch input of another optical switch. Each additional port of the individual mode coupler Connected to the power,   A gray level with input ports, throughput ports, and additional ports, respectively. A second plurality of mode couplers assisted by the Input port of a second plurality of mode combiners assisted by a routing And a throughput port is provided in series along the second optical waveguide,   The output of the second switch is the mode assisted by the grating. Programmable wavelength-selective loops, each connected to another of the Ta. 26. Multiple passive gratings, each with an additional port and a drop port A mode combiner assisted by   Multiple tunable grays each having an input port and a throughput port. With a mode coupler assisted by   The drop port of the mode coupler assisted by the above passive grating Each mode is assisted by the above tunable grating. Is connected to the input port of another element of the Each additional port of the struck mode combiner is Connect to another of the throughput ports of the mode combiner assisted by Programmable wavelength selective router. 27. A wide-range tunable add / drop filter,   It has input ports, throughput ports, drop ports, and additional ports. And a tune including a first set of drop wavelengths equally spaced by a first wavelength increment. A mode coupler assisted by a possible grating;   It has input ports, throughput ports, drop ports, and additional ports. Then, the second wavelength increments different from the first wavelength increment and the second wavelength increments arranged at equal intervals. Grating-assisted mode coupling including a set of drop wavelengths With a container,   Above description of mode coupler assisted by tunable grating The force port is above the mode coupler assisted by the static grating Connected to the drop port and assisted by the above tunable grating The throughput port of the coupled mode coupler is Connected to the additional port of the assisted mode combiner, thereby Tuning a mode coupler assisted by a tunable grating The one of the first set of drop wavelengths into the static grating. Any of the second set of drop wavelengths of the mode coupler assisted by A broadly tunable add / drop filter that can be matched to one or the other. 28. A multi-wavelength optical signal source for communicating information,   An optical waveguide;   Includes a mode-locked laser operating at multiple wavelengths and is attached to the optical waveguide Multi-wavelength light source   Input ports, throughput ports, additional ports, and drop ports A plurality of grating-assisted mode couplers each having The input port and the throughput port are provided in series along the optical waveguide. Inserted in   An equal number of optical modulators each having an input port and an output port are provided. The drop port of each coupler is connected to another input port of the modulator. The additional port of each coupler is a multiplexed wave connected to another output port of the modulator. Long optical signal source. 29. Photodetectors, input ports, throughput ports, additional ports, Additional mode assisted by grating with top port A coupler, wherein the input port and the throughput port are connected to the optical waveguide. Is inserted at a predetermined position along the line, and the drop port is connected to the photodetector. Contact To generate an electric signal, and the electric signal from the photodetector is supplied to the light source. It operates as an indicator of the optical power of a specific wavelength, and the indicator is the wave of the multi-wavelength light source. 29. The multi-wavelength optical signal source according to claim 28, used for synchronizing lengths.
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