JP2002328312A - 光学信号をフィルター処理する光学デバイス - Google Patents
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Abstract
ロスコネクトスイッチと波長追加−ドロップマルチプレ
クサを製造することのできる2ポートの波長ブロッカー
を具備する光学信号をフィルター処理する光学デバイス
を提供する。 【解決手段】 本発明の光学信号をフィルター処理する
光学デバイスは、(A) 光学信号を搬送する入力導波
路と、(B) 光学信号を搬送する出力導波路と、
(C) 前記入力導波路と光学導波路を結合する機械的
シャッターとからなり、前記機械的シャッターは、光パ
スの内外に選択的に配置されて前記光学信号をブロック
したり通過させたりすることを特徴とする。
Description
ークに関し、多重波長光学信号をルーティングする光学
デバイスに関する。
には、ある種の多重化技術が個々のユーザにサブチャネ
ルを提供するために必要とされる。ある種のアプリケー
ションに対し品質と完全性を保持しながら、利用可能な
バンド幅内で情報を信号を同時に伝送する多数の多重化
技術がある。
化(wavelength division multiplexing,WDM)技術
を用いて同一の光ファイバ上に複数の情報信号を送信
し、各ユーザのサブチャネルを不可視光の独自の波長で
もってそれを変調することにより区別している。WDM
技術は、光学伝送のアプリケーションに対し、速度とバ
ンド幅を増加するため、増え続ける需要を満たすために
用いられている。
を採用するものにおいては、個々の光学信号は、異なる
あて先に選択的にルーティングされる。かくして高容量
のマトリックス、即ちクロスコネクトスイッチを用い
て、通信ネットワーク内の相互に接続されたノードを介
して信号を選択的にルーティングしている。光学通信ネ
ットワークで用いられる多くのクロスコネクトスイッチ
は、手動型あるいは電子型のいずれかであり、何回もの
光から電気への変換および電気から光への変換を必要と
する。
性とバンド幅の利点は、全光ネットワークをWDMベー
スの光学ネットワークに対する好ましい解決方法を提供
している。しかし、全光ネットワークの素子は、光学層
(例、波長毎のベース)でバンド幅を管理するフレキシ
ビリティを与えるために必要である。さらにまた、ある
波長の光を光ファイバから取り出したり、あるいはある
波長の光を光ファイバに追加したりすることが好ましい
場合がある。このような特徴を与えるデバイスは、波長
追加−ドロップ(wavelength add-drop,WAD)マル
チプレクサと称する。
来入信号を受領し、ある波長チャネルを独自に通過させ
たり、ブロック(阻止)したりする光学デバイスであ
る。波長ブロッカーをより大きな光学通信システムの構
成要素として用いて、例えばソース(発信元)とあて先
との間の所望のパスに沿ってある光学信号をルーティン
グさせることができる。光学クロスコネクトスイッチと
波長追加−ドロップマルチプレクサは、波長ブロッカー
を用いて実現することができる。
有する。第1の特徴として波長ブロッカーを用いたネッ
トワーク構成要素は、モジュール構成にでき、かくして
拡張/縮小可能でかつ修理可能である。第2の特徴とし
て波長ブロッカーを用いたネットワーク素子は、マルチ
キャスティング(放送)の機能を有する。第3の特徴と
して波長ブロッカーは、高い性能をもって製造すること
が容易である。例えば、波長ブロッカーは、2本の光フ
ァイバの接続構成を有し、偏光ダイバシティスキームを
利用することおよびそれらを偏光独立に構成することが
可能である。
で光学バンド幅に対する需要が増加するにつれて、チャ
ネルの数を増やすことが望ましい。ところがチャネル数
の増加は、WDM通信システム内の光学デバイスの大き
さとコストと挿入損失(接続損失)を増加させることに
なる。その為波長ブロッカーを改善する必要があり、さ
らに大きさとコストを抑えて光学クロスコネクトスイッ
チ波長追加−ドロップマルチプレクサあるいは他の光学
デバイスを製造する必要がある。
ずに、光学クロスコネクトスイッチと波長追加−ドロッ
プマルチプレクサを製造することのできる2ポートの波
長ブロッカーに対するニーズ(需要)が存在する。さら
にまた、振幅と位相の両方に対し、平坦な伝送スペクト
ラム(周波数スペクトラム)を有する波長ブロッカーを
改善するニーズも存在する。
に選択的に配置される不透明または反射性シャッターを
用いて、光学信号を通過させたりあるいはブロック(阻
止)する方法と装置を提供する。本発明の波長ブロッカ
ーは、N個の波長チャネルからなる入力波長分割多重化
(WDM)信号をフィルター処理するものであり、機械的
なシャッターアレイが、N個の波長チャネルのそれぞれ
を選択的に通過させる。各機械的シャッターは、例えば
シャッターを光パス内に下げたりあるいはそれからはず
すよう、マイクロマシーン制御素子で制御される。
ロスコネクト、波長追加/ドロップマルチプレクサ、及
び他の光学デバイスで用いることができる。代表的な波
長選択性クロスコネクトにおいては、ミラーのアレイが
ある角度で挿入された導波路のグレーティングの二つの
組を有する平面状導波路内に用いられる。ミラーと導波
路グレーティングは、あるチャネルのミラーがあげられ
ている(光パスからはずれている)ときにはそのチャネ
ルはデバイスを通過して対応する出力ポート上に現れ
(バー状態)、それ以外の場合には光はミラーで反射さ
れて反対の位置にある出力ポートに現れるよう(クロス
状態)にする。
00を表す。図1に示すように、波長ブロッカー100
は、2個のポート110−1,110−2を有する光学
デバイスであり、第1のポート110−1で複数の波長
チャネルの来入信号を受け入れ、独自に各波長チャネル
を第2のポート110−2に通過させたりプロックした
りする。ディマルチプレクサ115−1は、来入信号を
各成分の波長チャネルiに分割し、その後対応するシャ
ッター120−i(あるいは可変の光学減衰器)で、マ
ルチプレクサ115−2に選択的に通過させたりあるい
はブロックしたりする。
A20030の特許出願に開示された波長ブロッカーを
用いて実現される。
20-iは光を選択的に通過させたりあるいはブロック
させるために、光パス内あるいは光パス外に選択的に配
置される不透明素子で実現される。以下の実施例におい
ては、各シャッター120-iは、物理的に上下させる
マイクロマシーン制御素子により制御される。
学ブロック図である。図2に示すように、波長ブロッカ
ーは、複数のレンズ205-1〜205-4と、2個の波
長グレーティング210-1、210-2と、制御素子ア
レイ215とから構成される。レンズ205-1は、入
力ビームを波長グレーティング210-1上に焦点を合
わせ、この波長グレーティング210-1は、各波長チ
ャネルを分離するよう機能している。レンズ205-2
は、各波長チャネルを制御素子アレイ215上に焦点を
あて、この制御素子アレイ215が、各波長を選択的に
通過させたりあるいはブロックしたりしている。
ロッカーの光学ブロック図である。図3に示すように波
長ブロッカーは、一対のレンズ305-1,305-2と
レンズ305-3,305-4によりそれぞれが包囲され
た2個の波長グレーティング310-1、310-2と、
マイクロマシーン制御素子315とから構成される。レ
ンズ305とマイクロマシーン制御素子315は、図2
と構成と同様に動作する。前述したようにマイクロマシ
ーン制御素子315は、光を選択的に通過させたり、あ
るいはブロック(阻止)するために、不透明の部品を光
パスの内外に物理的に上下させることのできるマイクロ
マシーンデバイスとして実現される。
ーンシャッターの平面状配置を用いた波長ブロッカー4
00の導波路レイアウトである。図4に示すように、波
長ブロッカー400は、2個の平面状光波回路410-
1と410-2から構成される。平面状光波回路410-
1と410-2は、表面が研磨されかあるいは反射防止
コーティングが塗布され、間にマイクロマシーンシャッ
ター500のアレイが配置される。一対のスターカプラ
420-1と420-2とは、導波路グレーティング43
0-1と430-2により結合されたディマルチプレクサ
/マルチプレクサの対として機能する。マイクロマシー
ンシャッター500は、図5を参照しながら議論する。
の出力ファイバに大きくずれた角度で入ると、これらの
チャネルに対し高い損失を引き起こす。しかしグレーテ
ィング(図3の波長グレーティング310-1と波長グ
レーティング310-2、又は図4の導波路グレーティ
ング430-1と導波路グレーティング430-2)の開
口を非常に大きくすることにより、あるいは制御素子マ
イクロマシーン制御素子315とマイクロマシーンシャ
ッター500を非常に小さくすることにより、あるいは
その両方により、この損失を任意に小さくすることがで
きる。言い換えると、グレーティングがシャッターに対
し大きな開口を有すると、中心からずれた波長、例えば
λ2は図3の出力ファイバを別のレンズを用いずに小さ
な角度にすることができる。制御素子側のグレーティン
グアームの入り口間の中心間距離をaとし、制御素子の
スペースをbとすると、b=λR/(Ma)となる。こ
こでλは波長、Rはグレーティングと制御素子の間の距
離、Mはグレーティングアームの数である。
ャネルあたり少なくとも2個の最小制御素子のスペース
が必要である。そして最外側のチャネル(中心ブリリア
ンゾーンのエッジにある)対しては、ファイバ内のモー
ドセンターはその幅のb/a倍だけずれている。通常の
値a=25μm、b=5μm(チャネルあたり3つの素
子スペースが用いられると、チャネル制御素子は中心間
が15μmだけ離間している場合)を選ぶと、最悪のチ
ャネルでもその幅の1/5しかずれない。中心ブリリア
ンゾーンの半分のみを占有すると、この値は1/10と
なりその結果全てのチャネルに対する損失が減ることに
なる。
ー500の詳細図である。図5に示すようにマイクロマ
シーンシャッター500は、1個あるいは複数個のスペ
ーサ510を有し、平面状光波チップ510-1,51
0-2の間のギャップを維持する。かくして平面状光波
チップ510-1、510-2が、スペーサ510を間に
挟んで取り付けられ、これによりシャッター挿入用のギ
ャップが得られる。シャッターは、マイクロマシーンデ
バイスの制御のもとでギャップの内外に上下する不透明
な部品である。代表的な実施例においては、シャッター
は図5に示すように平面状光波回路の上部に取り付けら
れる。
にはデバイスは全てのチャネルに対し平坦な伝送を与
え、これはWADを製造するときにきわめて有利であ
る。このことはチャネルあたり1個のシャッターを有す
る必要はないことを意味する。あるチャネルが、ドロッ
プされることがない場合には、それらにはシャッターは
必要ない。高次の回折を阻止することが重要である。こ
れはシャッター近傍のフリースペース領域(free-space
regions)にテーパをつけること、あるいは不透明物体
をギャップ内に挿入することにより行うことができる。
シャッターは、例えば絶縁ウエハー状のシリコンからマ
イクロ技術を用いて製造することができる。
のブロック図である。波長選択性クロスコネクト600
は、複数の光ファイバリングを有する通信システムで用
いることができる。図6に示すように、波長選択性クロ
スコネクト600は、2個の入力ポート610-1、6
10-2、2個の出力ポート610-3、610-4とを
有する光学デバイスである。ある入力ポート610-
1、610-2上で受領した来入信号は、選択的に
(i)それぞれ対応する出力ポート610-3と610-
4に通過させるか(バー状態)、あるいは(ii)それ
ぞれ対の位置にある出力ポート610-4又は610-3
にクロスして通過させる(クロス状態)。波長選択性ク
ロスコネクト600は、4個の100-1ないし100-
4から構成され、これらは図1で議論した波長ブロッカ
ー100として実現される。
波長選択性クロスコネクト700を示す。図7に示すよ
うに、2×2波長選択性クロスコネクト700は、2個
の平面状光波回路710-1と710-2から構成され
る。4個のスターカプラ720-1ないし720-4は、
導波路グレーティング730-1ないし730-4により
結合されたディマルチプレクサ/マルチプレクサとして
機能する。マイクロマシーンミラーアレイ750は、図
5で議論したマイクロマシーンシャッター500を用い
て実現されるが、不透明のシャッターはこの実施例では
ミラー(鏡)で置換されている。
2の2個の組がある角度で交差している。かくしてある
チャネルに対するミラーマイクロマシーンミラーアレイ
750が、上がっている(光パスから取り除かれてい
る)場合には、そのチャネルはデバイスを横切り対応す
る出力ポートから出ていく(バー状態)、あるいは反射
されて対の位置にある出力ポートから出ていく(クロス
状態)。さらに別のグレーティングを周囲に追加して回
転ミラーを用いて1×N WSCを構成することもでき
る。
700は、2個の入力ポート705ー1と705ー2、
2個の出力ポート出力ポート705-3と705-4とを
有する。ある入力ポート705ー1と705ー2上で受
領した来入信号は、選択的に(i)それぞれ対応する出
力ポート705-3と705-4に通過されるか(バー状
態)、あるいは(ii)対の位置にある出力ポート70
5-4と705-3にクロスして通過される(クロス状
態)
加/ドロップWADマルチプレクサ800の光学ブロッ
ク図である。図8に示すように波長追加/ドロップWA
Dマルチプレクサ800は、入力ポート810-1と出
力ポート810-2及び追加ポート815-Aとドロップ
ポート815-Dを有する。4個のスターカプラ825-
1〜825-4が、2個の導波路グレーティング820-
1、820-2(パス長さは全て等しい)と、2個の導
波路レンズ830-1、830-2により結合されたディ
マルチプレクサ/マルチプレクサとして機能する。マイ
クロマシーンミラーアレイ850は、図5で議論したマ
イクロマシーンシャッター500を用いて実現される
が、ここでは不透明のシャッターはミラーで置換されて
いる。多重波長チャネルの来入信号を入力ポート810
-1で受信し導波路グレーティング820-1に加える。
ズ830の2つの組が、ある角度で交差している。かく
してあるチャネルに対しミラー850が上がっている
(光パスからはずされている)時には、そのチャネルは
デバイスを通過して出力ポート810-2から出力さ
れ、それ以外の場合にはそのチャネルは反射され、ドロ
ップポート815-Dから出力されて追加ポート815-
Aからの信号は互いに多重化されてスルーポートに送ら
れる。
り、本発明の範囲内で様々な変形が可能である。特許請
求の範囲に記載した参照番号は発明の容易なる理解の為
で保護範囲を限定するよう用いるべきではない。
記載した番号がある場合は、本発明の一実施例の対応関
係を示すものであって、本発明の範囲を限定するものと
解釈すべきではない。
図
す光学ブロック図
いた波長ブロッカーの代表的な導波路レイアウトを示す
図
細図
ク図
ロスコネクト(WSC)の光学ブロック図
マルチプレクサの光学ブロック図
Claims (10)
- 【請求項1】 光学信号をフィルター処理する光学デバ
イスにおいて、 (A) 光学信号を搬送する入力導波路と、 (B) 光学信号を搬送する出力導波路と、 (C) 前記入力導波路と光学導波路を結合する機械的
シャッターとからなり、前記機械的シャッターは、光パ
スの内外に選択的に配置されて前記光学信号をブロック
したり通過させたりすることを特徴とする光学信号をフ
ィルター処理する光学デバイス - 【請求項2】 前記光学信号はN個の波長チャネルを含
む波長分割多重化WDM信号であり (D) 前記入力WDM信号から分離された複数の出力
信号を生成するディマルチプレクサと、 (E) 出力WDM信号を生成するマルチプレクサと、 (F) 前記N個の波長チャネルのそれぞれに関連して
配置された機械的シャッターとをさらに有することを特
徴とする請求項1記載の光学デバイス - 【請求項3】 前記ディマルチプレクサは、導波路グレ
ーティングで実現され、前記導波路グレーティングの開
口は、前記機械的シャッターの開口よりも大きいことを
特徴とする請求項2記載の光学デバイス。 - 【請求項4】 平面状光学デバイス内の光学信号をフィ
ルター処理する方法において、 (A) 入力導波路上で光学信号を受領するステップ
と、 (B) 前記入力導波路を出力導波路に結合するステッ
プと、 (C) 機械的シャッターを用いて前記光学信号を選択
的にブロックしたり通過させたりするステップとを有す
ることを特徴とする平面状光学デバイス内の光学信号を
フィルター処理する方法 - 【請求項5】 前記光学信号は、N個の波長チャネルか
らなる波長分割多重化WDM信号であり、 (D) 前記入力WDM信号からディマルチプレクサを
用いて分離された複数の出力信号を生成するステップを
さらに有することを特徴とする請求項4記載の方法 - 【請求項6】 入力ポート上で受領した来入信号を対応
する出力ポートあるいは対の位置にある出力ポートに選
択的にそのまま通過させるか、あるいはクロスして通過
させる複数の入力ポートと出力ポートを有する波長選択
性クロスコネクト(WSC)において、 (A) 前記入力ポートに対応する第1の組の導波路グ
レーティングと、 (B) 前記出力ポートに対応する第2の組の導波路グ
レーティングと、 (C) 前記第1の組の導波路グレーティングを第2の
組の導波路グレーティングに結合する反射性シャッター
アレイとからなり前記第一の組の導波路グレーティング
と第2の組の導波路グレーティングは、ある角度で交差
し前記反射性シャッターアレイは 光パスの内外に選択
的に配置可能で前記信号を反射させたり通過させたり
し、 バー状態ではチャネルは前記WSCを通過して対応する
出力ポートに出力され、 クロス状態では前記チャネルは反射されて対の位置にあ
る出力ポートに出力されることを特徴とする複数の入力
ポートと出力ポートを有する波長選択性クロスコネク
ト。 - 【請求項7】 前記シャッターアレイは、前記シャッタ
ーを光パスの内外に配置するようマイクロマシーン制御
素子で制御されることを特徴とする請求項6記載のクロ
スコネクト - 【請求項8】 N個の波長チャネルを有する光学信号に
ある波長を追加したりあるいはそこから取り出したりす
る、入力ポートと出力ポートを有する波長追加−ドロッ
プ(WAD)マルチプレクサにおいて、 (A) 入力ポートに対応する第1の導波路グレーティ
ングと、 (B) 出力ポートに対応する第2の導波路グレーティ
ングと、 (C) ドロップポートに対応する第1の導波路レンズ
と、 (D) 追加ポートに対応する第2の導波路レンズと、 (E) 前記第1と第2の導波路グレーティングと第1
と第2の導波路レンズとを結合する反射性シャッターア
レイとからなり前記反射性シャッターアレイは、光パス
の内外に選択的に配置されて、信号を反射したり通過し
たりし、 第1状態においてあるチャネルは、WADマルチプレク
サを通過して出力ポートから出力され、 第2状態においては前記チャネルは、反射されてドロッ
プポートから出力され、 前記追加ポートからの信号が
多重化されて出力ポートに送られることを特徴とする波
長追加−ドロップマルチプレクサ - 【請求項9】 前記シャッターアレイは、シャッターを
光パスの内外に配置するようマイクロマシーン制御素子
により制御されることを特徴とする請求項8記載のマル
チプレクサ - 【請求項10】 前記導波路グレーティングの開口は反
射性シャッターの開口よりも大きいことを特徴とする請
求項8記載のマルチプレクサ
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