JP2002503837A - 単一モードの光ファイバ通信リンクのためのマルチプレクサ及びデマルチプレクサ - Google Patents

単一モードの光ファイバ通信リンクのためのマルチプレクサ及びデマルチプレクサ

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JP2002503837A
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polarization
wavelength
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beams
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ウォーレン・ティモシー・ブード
アニル・ケイ・ジャイン
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エイピーエイ・オプティクス・インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度波長分割多重されたファイバ光通信システムのための光学的なマルチプレクサ及びデマルチプレクサを提供する。 【解決手段】 マルチプレクサ及びデマルチプレクサのデバイスは、バルク光学素子及び集積された光学素子を含む。異なる波長のレーザビームの空間的な分割及び合成はバルク回折格子を用いて達成される。また、バルク光学素子は、自由空間を伝搬する光ビームをコリメートしかつ整形し、単一モードの光ファイバ又は集積された光導波路への十分な結合を可能にし、光学的なクロストークを減少させる。偏光ビームスプリッタは光の偏光方向を、格子による最大の回折の効率を可能にし、偏波依存損失を減少させるように方向付ける。さらに、光ファイバ及び集積された光導波路の端面は背面方向への反射を減少させるために所定の角度で研磨され、それによってレーザ光源へのフィードバックによって生じる雑音を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に光デバイスに関し、特に、高密度波長分割多重（“ＤＷＤＭ
”）されたファイバ光通信システムのための、光学的なマルチプレクサとデマル
チプレクサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信システムの領域における光通信技術の発展の衝撃は劇的であった。例えば
、新しい通信システムのアーキテクチャがこのような光通信技術に基づいて提案
された。これらの通信アーキテクチャには、光ファイバがいったん敷設されたと
きは、光ファイバが非常にわずかの限界原価で非常に多くの量の情報を伝える能
力があるという利点がある。
【０００３】 光ファイバシステムの情報を伝送するポテンシャルを高めるために、光波長分
割多重（ＷＤＭ）又は光周波数分割多重（コヒーレント技術）に基づく、光通信
システムのアーキテクチャが開発されている。ＷＤＭシステムについて、それぞ
れが異なる波長を放射する複数のレーザが用いられる。これらの型のシステムに
おいては、複数の光信号を単一の光ファイバに多重化し、又は単一の光ファイバ
から多重分離するためのデバイスが必要とされている。初期のＷＤＭシステムは
チャンネル間に広い波長の間隔を用いた。例えば、λ＝１３１０ｎｍのリンクの
帯域幅は１５５０ｎｍのチャンネルを付加することにより増大された。ファイバ
の光方向性結合器の技術がそのような広く間隔をあけられた波長のチャンネルを
多重化するために用いられた。光ファイバシステムの性能は単一波長の窓におけ
る使用にとって最適化されたときに最良なので、最適のＷＤＭシステムは特定の
波長の窓の内のいくつかの近接しかつ所定の間隔を有して設定された波長を用い
る。現在、電気通信産業は、波長において８オングストローム（１００ＧＨｚの
光の周波数の間隔）の間隔で分離された隣接チャンネルを有する、１５３０から
１５６５ｎｍの波長の窓における３２チャンネルまでの高密度波長分割多重（Ｄ
ＷＤＭ）されたシステムの展開に向けて努力している。将来の発展として、４オ
ングストローム（５０ＧＨｚの光の周波数の間隔）のチャンネルの波長の間隔が
構想されている。
【０００４】 ＤＷＤＭを提供するためにいくつかの技術が開発されている。これらの技術は
、マイクロ光デバイス、集積された光デバイス、ファイバ光デバイスを含む。マ
イクロ光デバイスは光干渉フィルタと回折格子とを用い、異なる複数の波長の合
成及び分離をする。集積された光デバイスは位相の違いを導入するために異なる
長さの光導波路を利用し、光干渉の効果を用いて異なる複数の波長を空間的に分
離することができる。ファイバ光デバイスは、ファイバの光導波領域に形成され
たブラッグ格子を利用し、狭波長帯域を反射する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロ光デバイスは以下の文献で提案された回折デバイスを利用する（例え
ば、W. J. Thomson, Applied Optics vol. 16, no. 8, pp. 2180-2194, 1977; J
. P. Laude, Technical Digest of the Third Integrated Optics and Optical
Fiber Communication Conference, San Francisco, 1981, pp. 66-67; R. Watan
abe et. al., Electronics Letters, vol. 16, no. 3, pp. 106-107, 1980; Y.
Fujii et. al., Applied Optics, vol. 22, no. 7, pp. 974-978, 1983 を参照 ）。これらの参考文献は一般に、ＷＤＭにおいて回折格子をどのように用いるこ
とができるかを記述している。しかしながら、ＤＷＤＭファイバ光通信システム
の必要に応じるために、偏波依存損失、クロストーク、反射減衰量、及び挿入損
失のようなパラメータについて高性能が要求される。これらのＤＷＤＭの性能の
パラメータについての仕様を満たすために、回折格子を用いることで可能になる
波長を多重化及び多重分離する能力を効果的に用いるための追加の光学素子が要
求される。
【０００６】 従って、ＤＷＤＭシステムにおいて用いる高性能の光学装置及び方法が必要と
されるようになった。低い偏波依存損失（＜０．５ｄＢ）、単一モードのファイ
バ光システムに対する低い挿入損失（＜５ｄＢ）、波長チャンネルの間の低いク
ロストーク（１００ＧＨｚのチャンネル間隔に対して３５ｄＢ未満、及び５０Ｇ
Ｈｚのチャンネル間隔に対して３０ｄＢ未満）、及び低い反射減衰量（＜５５ｄ
Ｂ）を有するＤＷＤＭを提供することで、本発明は先行技術の欠点に直接取り組
み、克服する。
【０００７】
【課題を解決するため手段】
本発明は、高密度波長分割多重（“ＤＷＤＭ”）されたファイバ光通信システ
ムのための、光学的なマルチプレクサとデマルチプレクサを提供する。本発明の
１つの好ましい実施形態において、デバイスは本発明の原理よりマルチプレクサ
として構成してもよい。このデバイスは、いくつかの（それぞれが異なる波長で
ある）レーザ光源からの光信号を空間的に合成し、上記空間的に合成されたレー
ザビームを単一の光ファイバに放射するように機能する。本発明の２つ目の好ま
しい実施形態において、デバイスは本発明の原理によりデマルチプレクサとして
構成してもよい。ここで、上記デバイスは、波長分割多重された光リンクの異な
る複数の波長を空間的に分離し、異なる複数の波長のそれぞれを異なる光ファイ
バに放射するように機能する。
【０００８】 ここに記述された好ましい実施形態において、デバイスはバルク（bulk）型の
光学素子と、集積された光学素子との双方を含む。異なる波長のレーザビームの
空間的な分離及び空間的な合成は、バルク回折格子を用いて達成される。また、
バルク型光学素子は自由空間を伝搬するレーザビームをコリメートすることと、
整形することとに用いられ、単一モードの光ファイバ又は集積された光導波路へ
の光の効果的な結合を可能にし、光のクロストークを減少させる。偏光ビームス
プリッタは光の偏光方向を、グレーティングによる最大の回折効率を可能にし、
偏波依存損失を減少させるように方向付ける。
【０００９】 本発明の別の特徴は、光ファイバの端面と集積された光導波路の端面が、背面
方向への反射を減少するように所定の角度で研磨され、それによってレーザ光源
へのフィードバックにより生じる雑音を減少させることである。好ましくは、回
折格子及び焦点調整装置は、１５５０ナノメートル（ｎｍ）の波長帯において０
．４ｎｍの間隔で分離されたレーザ波長の多重化と多重分離を可能にするように
条件付けられる。光学装置の好ましい視野は、１５５０ナノメートル（ｎｍ）の
波長帯において０．４ｎｍの間隔で分離された３２個までの波長チャンネルの多
重化と多重分離を可能にする。１５５０ｎｍの光の波長帯においての動作性能の
例が提供されているが、デバイスの構成要素を別の波長帯、例えばλが約１３１
０ｎｍの光ファイバ低吸収損失帯において使用するために設計することができる
。
【００１０】 従って、本発明の１つの態様によれば、複数のレーザ光源によって生成され光
ファイバにより伝送される光信号との結合において用いられる型の双方向光学装
置が提供され、上記装置は、光ファイバと、それぞれ異なる波長であるいくつか
のレーザ光源からの光信号を空間的に合成し、上記空間的に合成された光信号を
単一の光ファイバに放射し、波長分割多重された光信号を形成するマルチプレク
サ手段と、波長分割多重された光信号を伝送する単一の光ファイバから異なる複
数の波長を空間的に分離し、異なる複数の波長のそれぞれを別々の光ファイバに
放射するデマルチプレクサ手段とを備える。
【００１１】 本発明の別の態様によれば、双方向光学装置が提供され、上記装置は、異なる
波長の複数の光信号をコリメートする手段と、複数の光波長信号を互いに垂直に
偏光した２つの平行な伝搬ビームに分割する手段と、上記ビームの１つの偏光方
向を９０°回転させ、各波長の両方のビームを同一の方向に偏光させる手段と、
上記コリメートされたビームの直径を偏光方向に平行な方向に拡張する手段と、
異なる波長のそれぞれを所定の方向に対して異なる角度の方向に回折する手段と
、上記コリメートされたビームの拡張された直径を偏光方向に平行な方向に減少
させる手段と、各波長の２つのビームを各波長の単一のビームに再合成する手段
とを備え、上記再合成されたビームは２つの互いに垂直な偏光成分を有し、上記
各再合成されたビームは光軸に対して異なる角度の方向に伝搬し、焦点調節手段
の焦点面内の直線に沿う異なる空間的位置に異なる波長の各ビームの焦点を合わ
せる手段と、各波長において焦点が合わされた光信号を受信し、独立した複数の
信号を別々の光ファイバに放射する手段とを備える。
【００１２】 本発明の特徴の１つは、それぞれが異なる波長であるいくつかのレーザ光源か
らの光信号を空間的に合成し、上記空間的に合成されたレーザビームを単一の光
ファイバに放射するマルチプレクサとして用いることができ、及び波長分割多重
された光リンクの異なる複数の波長を空間的に分離し、上記異なる波長のそれぞ
れを異なる光ファイバに放射するデマルチプレクサとして用いることができる双
方向性のデバイスを本発明が備えることである。動作の各モードにおいて、デバ
イスは、低い偏波依存損失と、単一モードファイバ光システムに対する低い挿入
損失と、波長チャンネルの間の低いクロストークと、低い反射減衰量とに関する
ＤＷＤＭの要求を満たす。
【００１３】 本発明は好ましい実施形態の構成に関し、及びそこで用いられる特定のデバイ
スに関して記述されるが、本発明がここに記述されたような構成又は構成要素の
いずれかにより、いかなる方法にも制限されて解釈されるべきでないことが理解
されよう。また、好ましい実施形態で用いられる特定の型のレーザ及び光学素子
がここに記述されているが、そのような特定の構成要素は制限する方法で解釈さ
れるべきでないことが理解されよう。代わりに、それらのデバイスの機能が評価
されるべきである。さらに、本発明の好ましい実施形態は情報を光ファイバ上で
送受信することに関して記述されるが、本発明の範囲はそのように制限されるべ
きでないことが理解されよう。本発明の原理は、複数の異なる波長の光信号を単
一の伝送デバイスに多重化して放射し、複数の異なる波長の光信号を多重分離し
て、複数の信号を別々の伝送デバイスに放射することの用途に適用される。本発
明のこれらの態様と別の変形物とは、本発明のさらなる詳細な説明により当業者
には明らかであろう。
【００１４】 本発明を特徴付ける利点及び特色は、特に、この文書に付加され、この文書の
一部をなしている請求項において示されている。しかしながら、発明をよりよく
理解するために、本願の一部をなしている図面と、本発明の好ましい実施形態が
説明され、記述される添付の記述事項とを参照するべきである。
【００１５】 図面において、同一の番号はいくつかの視点を通じて同一の部分を表現する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の原理より構成されるデバイスは、好ましくはいくつかの近接しかつ所
定の間隔を有して設定された光の波長を、多重化又は多重分離のいずれかをする
ために用いることができる。ゆえに、デバイスの動作及び構成要素はデマルチプ
レクサとして詳細に記述される。逆の動作モード、すなわちマルチプレクサとし
ては、本質的には光の伝搬の方向が変化するだけであることが当業者には理解さ
れるため、以下においてより簡潔に記述される。
【００１７】 いま図１を参照すると、本発明の原理に従って構成された光デマルチプレクサ
デバイスの構成要素と動作が、機能的な形式で説明されている。デマルチプレク
サデバイスは一般に参照番号１５で表示されている。いくつかの波長（例えば、
λ1，λ2，λ3乃至λn）が単一の光ファイバ２０によりデバイス１５に伝送され
る。光ファイバ２０から放出される光は、コリメートレンズアセンブリ２１によ
り集められ、コリメートされる。各波長の光はコリメートレンズアセンブリ２１
からコリメートされたビームとして放出される。異なる波長は、コリメートレン
ズアセンブリ２１から等しい数のコリメートされたビーム（すなわち、複数の波
長λnと等しいビームの波長成分の数が存在する）として放出され、上記コリメ ートされたビームは同一の経路に沿う平行な方向に沿って伝搬し、ビームスプリ
ッタ素子２３に入射することが理解される。
【００１８】 好ましくは、コリメートレンズアセンブリの仕様は、光ファイバとの入出力の
結合損失を最小化するように、レンズアセンブリ（２１及び２１’）の開口数（
ＮＡ）が光ファイバ２０において導波されたビームのそれに一致するというもの
である。また、レンズアセンブリの開口は、好ましくは、自由空間を伝搬するコ
リメートされたビームの1／ｅ2ビーム直径のほぼ２倍であって、挿入損失及び偏
波依存損失の双方を増大させることがある回折の効果を減少させる。
【００１９】 ビームスプリッタ２３はコリメートされたビームを２つのコリメートされたビ
ームに分割し、また（ビームを分割するインターフェースにより定義された）２
つのビームのうちの１つの偏光を回転させる半波長板を含み、コリメートされた
ビームの双方の偏光は回折格子素子２７の複数の溝に垂直になる。結合している
ビームスプリッタ２３により、光ファイバ２０から放出される光の９８％よりも
多くは、回折格子２７において適当な偏光方向を有し、光ファイバ２０から放出
される光学的偏光状態とは独立に最適な回折の効率を達成するように条件づけら
れる。参照番号２２におけるコリメートされたビームの偏光は図２ａにおいて最
もよくわかり、参照番号２４における偏光は図２ｂにおいて最もよくわかる。
【００２０】 今図６を参照すると、半波長板２３を有するビームスプリッタのための好まし
い仕様が以下に記述されている。３つの構成要素である直角プリズム３５と、ビ
ーム変位プリズム３６と、半波長板３７とは互いに接着され、モノリシック構造
２３を形成している。（プリズム３５とインターフェースＩ１を形成する）プリ
ズム３６の面Ｆ２は、多層誘電体の偏光ビームスプリッタのコーティングで被覆
されている。素子の面Ｆ１、Ｆ６及びＦ８は無反射コーティングされている。イ
ンターフェースＩ１へ入射する光は２つの成分に分割され、１つは入射面に垂直
に偏光し（すなわちｓ成分）、１つは入射面に平行に偏光している（すなわちｐ
成分）。ｓ成分は面Ｆ５へ反射され、そこでｓ成分は全反射され、プリズム３６
の面Ｆ６から放出される。ｐ成分は半波長板３７に伝送される。光が半波長板を
通じて伝搬すると偏光方向は９０°回転されるので、光が半波長板３７の面Ｆ８
から放出されるとき、偏光方向はプリズム３６の面Ｆ６から放出されるｓ成分の
それと平行である。
【００２１】 図１及び図３の偏光ビームスプリッタ２３，２３’，２９，及び２９’は、偏
光ビームスプリッタから放出される（又は入射する）２つのビームが、ＤＷＤＭ
デバイス１５の面に垂直な面において互いに平行に伝搬するように方向付けられ
て図示されている。この配置において、偏光ビームスプリッタは図８ａに図示さ
れているように構成されている。また、上記偏光ビームスプリッタを９０°回転
し、偏光ビームスプリッタから放出される（又は入射する）２つのビームが、Ｄ
ＷＤＭデバイス１５の面に平行な面において互いに平行に伝搬するようにするこ
とができる。この配置において、偏光ビームスプリッタは図８ｂに図示されてい
るように構成されている。この場合、（入射光の方向及び図６のインターフェー
スＩ１により特徴付けられる）ｐ偏光成分は回折格子の複数の溝に垂直に方向付
けられる。
【００２２】 いま図１に戻ると、分割され、偏光され、コリメートされたビームは、次いで
、ビームの直径を偏光方向、すなわち回折格子２７の複数の溝に垂直な方向に拡
張する光学的に透明なプリズム２５を通過する。図２ｃは、ビーム整形プリズム
２５から回折格子２７への経路に沿う２６で示されたコリメートされたビームの
形状の直径の拡張を概略的に図示している。ビームはグレーティング２７での回
折でアナモルフィクに縮小されるので、１つの方向へのビームの拡張が実現され
る。次いで、回折されたビームは、円対称な光ファイバ（３３及び２０）及び集
積された光導波路３２への結合効率を増大させる円形断面を有する。
【００２３】 好ましいプリズム２５を図７を参照して記述する。上記プリズムは直角プリズ
ムで、高い屈折率（例えば、ｎ＝１．７４４）のガラス材料を用いて製造される
。直角プリズムの角度Ａ１は２５°から３０°の範囲にある。コリメートされた
光ビームは、空気からガラスへのインターフェースにおいて、ブルースター角に
ほぼ等しい角度で直角プリズムの斜辺（面Ｆ９）に入射する。偏光ビームスプリ
ッタ２３のビームを分割するインターフェースに対してｓ偏光している入射光は
、アナモルフィックなビーム拡張プリズム２５において入射面に対してｐ偏光し
ている。従って、表面Ｆ９に入射するｐ偏光した光の反射率は、１パーセント未
満である（＜１％）。プリズム２５を介して伝送される光は、面Ｆ１０にほぼ垂
直に入射する。面Ｆ１０は反射損失を減少させるために無反射コーティングされ
ている。表面Ｆ９における入射光ビームの反射は、直角プリズム２５の斜辺方向
にビームの直径を増大させ、光は面Ｆ１０においてほぼ垂直に入射するので、光
は、図２ｂ及び図２ｃに示されているように、ビーム直径のアナモルフィックな
拡大をしながら面Ｆ１０から放出される。
【００２４】 回折格子２７において、異なる波長（例えば、λ1，λ2，λ3乃至λn）のそれ
ぞれのコリメートされたビームは、グレーティングの垂線（透視図法で図示され
る）に対して異なる角度の方向に回折される。また、各波長のコリメートされた
ビームは回折においてアナモルフィックに縮小される。それは（図２ｄの参照番
号２８において最もよくわかるように）グレーティングの複数の溝に垂直な方向
にビームの直径が減少されることである。従って、回折の後で、コリメートされ
たビームの断面は再びほぼ円形になる。回折格子２７は、１００ＧＨｚチャンネ
ル間隔に対して、１ｃｍ当たり約９０００本の溝を有し、５０ＧＨｚチャンネル
間隔に対して、１ｃｍ当たり約１１０００本の溝を有するホログラフィックグレ
ーティングである。
【００２５】 次いで、各波長におけるコリメートされた２つのビームは、ビームを分割する
偏光子及び半波長板の素子２９により、単一のビームに再合成される。従って、
素子２９から放出される各波長の単一のビームが存在する。上記２つのビームは
単一のビームに再合成され、集積された光導波路３２への（及び逆のモードの動
作、すなわちマルチプレクサとしての光ファイバ２０への）結合効率を改善する
。参照番号３０における各ビームは再び２つの互いに垂直な偏光成分（図２ｅに
おいて最もよくわかる）を有する。また、各波長についてコリメートされたビー
ムは、レンズアセンブリ素子３１の光軸に対して異なる角度の方向に伝搬する。
ビームを分割する偏光子及び半波長板素子２９は素子２３と同一である。
【００２６】 各波長についてのコリメートされたビームは参照番号３０において異なる角度
の方向に伝搬するので、レンズアセンブリ３１は、レンズアセンブリ３１の焦点
面内の直線に沿った異なる空間的な位置に各波長の焦点を合わせる。好ましい実
施形態において、レンズアセンブリ３１はレンズアセンブリ２１と同一である。
【００２７】 集積された光ファンアウト回路素子３２は、数十ミクロンの距離で互いに等し
い間隔をあけられた入力結合ポートを持つ、集積された光導波路のアレーを有す
る。レンズアセンブリ３１の焦点距離に沿った導波路入力ポートの間隔と、回折
格子２７の周期とは、各波長の焦点が合わされた地点が異なる導波路結合ポート
に整列するように特徴付けられる。また、コリメートされたビームの直径及びレ
ンズアセンブリ３１の焦点距離は、焦点が合わされた地点の直径を集積された光
導波路における導波されたビームのモード直径に合わせるように特徴付けられる
。このことは導波路への良い光結合の効率を確立する。
【００２８】 素子３２の集積された光導波路は、単一モード光ファイバ３３の線形アレーへ
の導波路のバットカップリングを可能にするようにより広い間隔でファンアウト
で接続する。このように、各導波路は異なる光ファイバ３３に結合され、そこで
各波長を異なる場所の端末に伝送するために上記光ファイバを用いることができ
る。導波路結合ポートの端面ＥＦ２と、光ファイバの端面ＥＦ１は、背面方向へ
の反射光を６０ｄＢ未満に減少させるために所定の角度で研磨されている。レー
ザ光源へのフィードバックを減少することは、レーザ出力ビーム上の光の強度の
ノイズを減少させるということが理解されよう。導波路デバイス３２はシリカを
ベースとする集積された光導波路回路である。
【００２９】 いま図３を参照すると、図１について上述されたデマルチプレクサと同様の構
成要素を含むマルチプレクサデバイス１６が図示されている。マルチプレクサデ
バイス１６はデマルチプレクサ１５と逆の方向に用いられ、いくつかの異なる複
数の波長のレーザ光源を合成するために用いられることが理解されよう。従って
、図１について上述された構成要素と同様の構成要素は、プライムが付いた同一
の番号で表される。２つの実施形態において構成要素は全体的に、及び個別的に
「逆」の機能を実行するが、一般に構成要素の選択の問題は同一であることが当
業者には理解されるだろう。
【００３０】 まず、各波長（例えば、λ1，λ2，λ3乃至λn）は、異なる単一モードの光フ
ァイバ３３’からマルチプレクサデバイス１６に結合される。上記複数の波長は
ファンイン回路３２’に送り込まれ、各ファイバにおける光は異なる集積された
光導波路に結合される。これらの導波路は、上記複数の波長のそれぞれを異なる
出力結合ポートに導波するように配置されかつ構成される。導波路の出力結合ポ
ートは数十ミクロンの距離で互いに等しい間隔を有している。出力結合ポートに
おいて、各波長は自由空間を伝搬するビームに送り込まれる。
【００３１】 レンズアセンブリ３１’は、導波路の出力ポートの線形アレーにおいて放出さ
れた光を集め、上記光をコリメートする。レンズアセンブリ３１’の焦点面内の
直線に沿う異なる位置に配置されたポートから各波長は放出されるので、レンズ
アセンブリ３１’によるコリメートの後、各波長の光は異なる角度の方向に伝搬
する。参照番号３０’における光の概略図が図４ａに図示されている。
【００３２】 次に、ビームを分割する偏光子及び半波長板アセンブリ２９’は、コリメート
されたビームのそれぞれを２つのビームに分割し、ｐ成分ビームの偏光を回転さ
せ、各波長に対する２つのビームのそれぞれの偏光は回折格子２７’のグレーテ
ィングの複数の溝に垂直になる。参照番号２８’における、偏光の状態とビーム
の断面形状の概略図が図４ｂに図示されている。
【００３３】 回折格子２７’において、（各波長について）コリメートされたビームのそれ
ぞれは、同一の角度の方向に回折される。それは、回折された波長のそれぞれに
ついてコリメートされたビームが同一の光学的な経路に沿う平行な方向に伝搬す
るということである。素子２７’による回折では、コリメートされたビームはア
ナモルフィックに拡大され、グレーティングの複数の溝に垂直な方向にビームの
直径はほぼ２の倍率で増大する。参照番号２６’におけるビームの断面形状及び
ビームの偏光方向は、図４ｃにおいて概略が図示されている。
【００３４】 次いで、ビーム整形プリズム２５’はコリメートされたビームの直径を偏光方
向に減少させることにより、素子２５’から素子２３’，２１’及び２０’に伝
搬するコリメートされたビームが円形の断面形状を有するようにする。参照番号
２４’における円形の断面形状は図４ｄに概略が図示されている。
【００３５】 偏光ビームスプリッタ２３’は各波長についてコリメートされた２つのビーム
を再合成し、２つのビームのうちの１つの偏光を回転させ、素子２３’から放出
されるコリメートされたビーム（例えば、参照番号２２’において）が、図４ｅ
に概略が図示されているように、２つの偏光の状態を有するようにする。レンズ
アセンブリ２１’は各波長についてコリメートされたビームの焦点を光ファイバ
２０’の端面の上に合わせる。好ましくは、ビームの直径及びレンズアセンブリ
の焦点距離は、焦点が合わされた地点の直径が光ファイバにおいて導波されたモ
ード直径に合うように特徴付けられる。これは光ビームの効率的な入力結合を保
証する。導波路結合ポート３２’の端面、及び光ファイバ端面３３’及び２０’
は背面方向への反射光が６０ｄＢよりも少なく（＜６０ｄＢ）減少されるように
所定の角度で研磨されている。レーザ光源へのフィードバックを減少することが
、レーザ出力ビーム上の光の強度のノイズを減少させるということが理解されよ
う。
【００３６】 動作例 いま図５を参照して、使用時において、好ましいマルチプレクサ１６及びデマ
ルチプレクサ１５を、光ファイバ２０上で情報を伝送するためのシステム１０に
おいて用いてもよい。情報をそこに符号化するために波長を変調することを含む
、複数の波長の多重化を提供するデバイスは、１９９６年１２月１８日に出願さ
れた米国特許出願第０８／７６９，４５９号明細書と、１９９５年６月７日に出
願された米国特許出願第０８／４８２，６４２号明細書と、１９９４年６月９日
に出願された米国特許出願第０８／２５７，０８３号明細書とにより詳細に記述
されている。先行するこれらの各出願は本発明の譲受人により所有され、ここに
参照され、ここに参照文献として含まれる。
【００３７】 さらに図５を参照すると、符号化された情報は前処理ブロック１１によりマル
チプレクサ１６に提供される。ブロック１１のための（複数の）制御機能を提供
するコントローラブロック１２は、当業者には理解されるようにミニコンピュー
タ、特殊な目的のコンピュータ及び／又はパーソナルコンピュータを備えてもよ
い。ブロック１１に提供された情報は、デジタル化されたデータ、音声、映像な
どを含んでもよい。しかしながら、マルチプレクサ１６及びデマルチプレクサ１
５に関して振幅変調を用いてもよいことが理解されよう。
【００３８】 デマルチプレクサ１５は分離された光信号を後処理ブロック１４に提供する。
ブロック１４について（複数の）制御信号を提供するコントローラブロック１３
は、ミニコンピュータ、特殊な目的のコンピュータ及び／又はパーソナルコンピ
ュータを備えてもよい。
【００３９】 この方式で、マルチプレクサ１６及びデマルチプレクサ１５は、新しい通信シ
ステムのアーキテクチャを発展させることができる構築すべきブロック（buildi
ng block）の発展の補助をする。これらの新しい通信システムのアーキテクチャ
はネットワークを通じて大量の情報を分配することができる。レーザ光の波長分
割多重及び高速外部変調は、大量の情報の生成を提供する。
【００４０】 本発明の原理は、本発明を実現するための回路に適用されるだけではなく、一
般に単一のファイバ光デバイス上で情報を伝送するために複数の波長を自動的に
利用する方法にも適用される。本発明のアプリケーションについてその特定の実
施形態が記述されたが、本発明はここに開示されかつ記述されたそのようなアプ
リケーション又は実施形態又は特定の構成要素には制限されないことが当業者に
は理解されよう。本発明の原理を具体化する別の構成要素と、ここに記述された
ものの代わりの別のアプリケーションとが、本発明の意図と目的に従って実現す
ることができることは当業者には理解されよう。ここに記述された配置は、本発
明の原理を具体化し、実践するある実施形態の１つの例としてのみ提供されてい
る。別の改良及び改変は当業者の知識の中に十分に存在し、付加された請求項の
広い範囲に含まれるはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の原理に従って構成されたデマルチプレクサの機能的なブ
ロック図である。
【図２ａ】 図１の装置１５を通過するときの種々の波長の光信号のビーム
の直径と偏光の状態とを説明する概略図である。
【図２ｂ】 図１の装置１５を通過するときの種々の波長の光信号のビーム
の直径と偏光の状態とを説明する概略図である。
【図２ｃ】 図１の装置１５を通過するときの種々の波長の光信号のビーム
の直径と偏光の状態とを説明する概略図である。
【図２ｄ】 図１の装置１５を通過するときの種々の波長の光信号のビーム
の直径と偏光の状態とを説明する概略図である。
【図２ｅ】 図１の装置１５を通過するときの種々の波長の光信号のビーム
の直径と偏光の状態とを説明する概略図である。
【図３】 本発明の原理に従って構成されたマルチプレクサの機能的なブロ
ック図である。
【図４ａ】 図３の装置１６を通過するときの種々の波長の光信号のビーム
の直径と偏光の状態とを説明する概略図である。
【図４ｂ】 図３の装置１６を通過するときの種々の波長の光信号のビーム
の直径と偏光の状態とを説明する概略図である。
【図４ｃ】 図３の装置１６を通過するときの種々の波長の光信号のビーム
の直径と偏光の状態とを説明する概略図である。
【図４ｄ】 図３の装置１６を通過するときの種々の波長の光信号のビーム
の直径と偏光の状態とを説明する概略図である。
【図４ｅ】 図３の装置１６を通過するときの種々の波長の光信号のビーム
の直径と偏光の状態とを説明する概略図である。
【図５】 本発明のマルチプレクサ１６及びデマルチプレクサ１５の原理が
用いられる環境を示す図である。
【図６】 図１及び図３における偏光ビームスプリッタ２３，２９，２３’
及び２９’を示す図である。
【図７】 プリズム２５及び２５’を通過する光ビームをより詳細に示した
図である。
【図８ａ】 図１及び図３における偏光ビームスプリッタ２３，２９，２３
’及び２９’の可能な配置を示す図である。
【図８ｂ】 図１及び図３における偏光ビームスプリッタ２３，２９，２３
’及び２９’の可能な配置を示す図である。
【符号の説明】
１０…光ファイバ上で情報を伝送するためのシステム、 １１…前処理、 １２，１３…コントローラ、 １４…後処理、 １５…デマルチプレクサ、 １６…マルチプレクサ、 ２０，２０’，３３，３３’…光ファイバ、 ２１，２１’…コリメートレンズアセンブリ、 ２２，２２’，２４，２４’，２６，２６’，２８，２８’，３０，３０’…レ
ーザビーム、 ２３，２３’…ビームスプリッタ素子、 ２５，２５’…プリズム、 ２７，２７’…回折格子、 ２９，２９’…偏光ビームスプリッタ、 ３１，３１’…レンズアセンブリ、 ３２，３２’…集積された光導波路、 ３５…直角プリズム、 ３６…ビーム変位プリズム、 ３７…半波長板、 ＥＦ１…光ファイバの端面、 ＥＦ２…導波路の結合ポート、 Ｆ１，Ｆ２，Ｆ５，Ｆ６，Ｆ８，Ｆ９，Ｆ１０…面、 Ｉ１…インターフェース。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年２月１６日（２０００．２．１６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】 マイクロ光デバイスは以下の文献で提案された回折デバイスを利用する（例え
ば、W. J. Thomson, Applied Optics vol. 16, no. 8, pp. 2180-2194, 1977; J
. P. Laude, Technical Digest of the Third Integrated Optics and Optical
Fiber Communication Conference, San Francisco, 1981, pp. 66-67; R. Watan
abe et. al., Electronics Letters, vol. 16, no. 3, pp. 106-107, 1980; Y.
Fujii et. al., Applied Optics, vol. 22, no. 7, pp. 974-978, 1983 を参照 ）。これらの参考文献は一般に、ＷＤＭに関し回折格子をどのように用いること
ができるかを記述している。しかしながら、ＤＷＤＭファイバ光通信システムの
必要に応じるために、偏波依存損失、クロストーク、反射減衰量、及び挿入損失
のようなパラメータに関して高性能が要求される。これらのＤＷＤＭの性能のパ
ラメータに関する仕様を満たすために、回折格子を用いることで可能になる波長
を多重化及び多重分離する能力を効果的に用いるための追加の光学素子が要求さ
れる。 米国特許第５，０２６，１３１号明細書は、概して、レンズの焦点距離に等し
い、ファイバアレーとフーリエ変換されたレンズの間の光経路長と、分散グレー
ティングとレンズの間の光経路長とを有する波長分割マルチプレクサ／デマルチ
プレクサを開示している。しかしながら、この装置は、損失を最小化するための
偏光方向調整手段と、より広い通過帯域を提供するためのファンアウト回路との
いずれも含まない。独国特許出願公開第３１４９６１５号公報は、概して偏光装
置を含む波長多重化システムを説明している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｊ 14/00 14/02 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ， ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，Ｌ Ｔ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，Ｕ Ａ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 アニル・ケイ・ジャイン アメリカ合衆国55127ミネソタ州ノース・ オークス、ウエスト・ベイ・レイン４番 Ｆターム(参考） 5K002 BA02 BA05 DA02 FA01

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ．複数の光ビームを生成するための複数のレーザ光源と、
    ｂ．第１の光伝送ファイバと、 ｃ．それぞれが異なる波長である上記複数のレーザ光源からの複数の光ビームを
    空間的に合成し、上記空間的に合成された光ビームを上記光伝送ファイバに放射
    し、波長分割多重された光信号を形成するマルチプレクサ手段とを備えた光ファ
    イバ伝送装置であって、上記マルチプレクサ手段は、 ｉ．回折格子と、 ii．上記複数の光ビームを整形する手段と、 iii．上記複数の光ビームの偏光方向を調整する手段とを含み、それによって 上記回折格子の効率は改善され、偏波依存損失は最小化され、 ｄ．複数の第２の光ファイバと、 ｅ．上記光伝送ファイバからの複数の異なる波長を空間的に分離し、上記異なる
    波長のそれぞれを別々の上記第２の光ファイバに放射するデマルチプレクサ手段
    とを備え、上記デマルチプレクサ手段は、 ｉ．回折格子と、 ii．上記複数の光ビームを整形する手段と、 iii．上記複数の光ビームの偏光方向を調整する手段とを含み、それによって 上記回折格子の効率は改善され、偏波依存損失は最小化される光ファイバ伝送装
    置。
  2. 【請求項２】 上記第１の光伝送ファイバは単一モードの光ファイバ通信リ
    ンクである請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 上記複数の光ビームの偏光方向を調整する手段は、ｐ偏光ビ
    ーム又はｓ偏光ビームのいずれかの偏光方向を回転させる手段を含む請求項１記
    載の装置。
  4. 【請求項４】 上記偏光方向を回転させる手段は偏光ビームスプリッタ及び
    半波長板を含む請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 上記偏光ビームスプリッタ及び半波長板は ａ．直角プリズムと、 ｂ．ビーム変位プリズムと、 ｃ．半波長板とを備えたモノリシック構造である請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 上記複数の光信号を整形する手段はプリズムを含む請求項１
    記載の装置。
  7. 【請求項７】 複数のレーザ光源によって生成され光ファイバによって伝送
    される複数の光ビームとの結合において用いられる型の双方向光学装置であって
    、 ａ．回折格子と、 ｂ．上記複数の光ビームを整形する手段と、 ｃ．上記複数の光ビームの偏光方向を調整する手段とを備え、それによって上記
    回折格子の効率は改善され偏波依存損失は最小化される双方向光学装置。
  8. 【請求項８】 複数のレーザ光源によって生成され光ファイバによって伝送
    される複数の光信号との結合において用いられる型の双方向光学装置であって、
    ａ．光ファイバと、 ｂ．それぞれが異なる波長である上記いくつかのレーザ光源からの複数の光ビー
    ムを空間的に合成し、上記空間的に合成された光信号を単一の光ファイバに放射
    し、波長分割多重された光信号を形成するマルチプレクサ手段と、 ｃ．波長分割多重された複数の光信号を伝送する上記単一の光ファイバからの異
    なる波長を空間的に分離し、上記異なる波長のそれぞれを別々の光ファイバに放
    射するデマルチプレクサ手段とを備え、上記マルチプレクサ手段とデマルチプレ
    クサ手段は同一の複数の素子から構成される双方向光学装置。
  9. 【請求項９】 上記光ファイバは単一モードの光ファイバ通信リンクである
    請求項８記載の装置。
  10. 【請求項１０】 上記マルチプレクサ手段とデマルチプレクサ手段は、 ａ．上記光ファイバの端面から放出される光をコリメートする手段と、 ｂ．複数の光波長信号を２つのビームに分割する手段と、 ｃ．ｐ偏光ビーム又はｓ偏光ビームのいずれかの偏光方向を回転させる手段と、
    ｄ．上記コリメートされたビームの直径を偏光方向に拡張する手段と、 ｅ．異なる波長のそれぞれを所定の方向に対して異なる角度の方向に回折する手
    段と、 ｆ．上記コリメートされたビームの拡張された直径を偏光方向に減少させる手段
    と、 ｇ．各波長信号について、各波長における２つの光ビームを単一のビームに再合
    成する手段とを備え、上記各波長について再合成されたビームは、２つの互いに
    垂直な偏光成分を有し、光軸に対して異なる角度の方向に伝搬し、 ｈ．焦点調整手段の焦点面内の直線に沿った異なる空間的な位置に、上記複数の
    波長信号の焦点を合わせる手段と、 ｉ．上記焦点が合わされた複数の信号を受信し、独立した複数の信号を別々の光
    ファイバに放射する手段とを備えた請求項８記載の装置。
  11. 【請求項１１】 上記ビームの直径を偏光方向に拡張する手段はプリズムで
    ある請求項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 上記ビームを回折する手段は回折格子である請求項１０記
    載の装置。
  13. 【請求項１３】 上記回折格子はホログラフィックグレーティングである請
    求項１２記載の装置。
  14. 【請求項１４】 上記焦点が合わされた信号を受信する手段は光導波路であ
    る請求項１０記載の装置。
  15. 【請求項１５】 上記コリメートされた光ビームを互いに垂直な２方向に偏
    光された２つのビームに分割する手段は、多層誘電体の偏光ビームスプリッタの
    コーティングを有するガラスプリズムのアセンブリである請求項１０記載の装置
    。
  16. 【請求項１６】 上記複数のビームの偏光を回転させる手段は半波長板であ
    る請求項１０記載の装置。
  17. 【請求項１７】 ａ．回折格子と、 ｂ．複数の光ビームを整形する手段と、 ｃ．複数の光ビームの偏光方向を調整する手段とを備え、それによって上記回折
    格子の効率は改善され、偏波依存損失は最小化された双方向装置であって、 ｄ．上記装置は、 ｉ．それぞれが異なる波長である上記いくつかのレーザ光源からの複数の光ビ
    ームを空間的に合成し、上記空間的に合成された光ビームを単一の光ファイバに
    放射するマルチプレクサとして用い、 ii．波長分割多重された光リンクの異なる波長を空間的に分離し、上記異なる
    波長のそれぞれを異なる光ファイバに放射するデマルチプレクサとして同時に用
    いる双方向装置。
  18. 【請求項１８】 上記マルチプレクサ及びデマルチプレクサを構成する複数
    の素子は同一であり、単一モードの光ファイバ通信リンクとの結合において用い
    られる請求項１７記載の装置。
  19. 【請求項１９】 上記装置は、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）を利用する
    単一モードの光ファイバ通信リンクの環境で用いられ、上記高密度波長分割多重
    において複数のレーザ光源の波長は０．４ｎｍの整数倍の間隔によって分離され
    ている請求項１７記載の装置。
  20. 【請求項２０】 １つの光ファイバによって伝送される複数の光信号を多重
    分離する方法であって、 ａ．光ファイバの端面から放出される光をコリメートするステップと、 ｂ．複数の光波長信号を２つのビームに分割するステップと、 ｃ．ｐ偏光ビーム又はｓ偏光ビームのいずれかの偏光を回転させるステップと、
    ｄ．上記コリメートされたビームの直径を偏光方向に拡張するステップと、 ｅ．異なる波長のビームのそれぞれを所定の方向に対して異なる角度の方向に回
    折するステップと、 ｆ．上記コリメートされたビームの拡張された直径を偏光方向に減少させるステ
    ップと、 ｇ．各波長信号について、各波長における２つの光ビームを単一のビームに再合
    成するステップとを備え、上記各波長について再合成されたビームは、２つの互
    いに垂直な偏光成分を有し、光軸に対して異なる角度の方向に伝搬し、 ｈ．焦点調整手段の焦点面内の直線に沿った異なる空間的な位置に、上記複数の
    光波長信号の焦点を合わせるステップと、 ｉ．上記焦点が合わされた複数の信号を受信し、独立した複数の信号を別々の光
    ファイバに放射するステップとを備えた方法。
  21. 【請求項２１】 上記両方のビームの偏光は回折格子上の複数の溝に垂直で
    ある請求項２０記載の方法。
  22. 【請求項２２】 偏光ビームスプリッタ及び半波長板を備えた光デバイスで
    あって、任意の光学的偏光状態の到来するビームは、任意の特定方向へ直線偏光
    された光ビームに変換される光デバイス。
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