JP2002518712A - 光波長のスイッチングおよび進路切替えのための方法と多重波長選択スイッチ - Google Patents

光波長のスイッチングおよび進路切替えのための方法と多重波長選択スイッチ

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、方向性結合器構造体の形式の多重波長選択スイッチに関する。この方向性結合器構造体は、２個の導波器を有する。これらの導波器は、異なる実効屈折率を示して配置される。１つの部分では、これらの導波器は相互に近接して配置される。このことにより、この部分において、第１導波器の中の光電磁界が第２導波器に重なり合うことができ、そしてその逆も起こることができる。前記部分において、少なくとも２個の回折格子が共通の方向性をもって結合して配置される。前記回折格子は相互に分離して配置される。本発明はさらに、前記多重波長選択スイッチを用いることにより、波長チヤンネルをスイッチングする方法をも包含している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、光多重波長選択デバイスに関する。さらに詳細にいえば、本発明は
各波長を別々に進路を切り替えることができる光ネットワークの中で、波長の進
路切替えおよびスイッチングのための多重波長選択スイッチに関する。本発明は
また、光ネットワークの中の波長の進路切替えおよびスイッチングまたは付加／
除去マルチプレクシングのための方法を有する。
【０００２】 （発明の背景） 現在の光ネットワークの容量をさらに増大するために、多くの方法が知られて
いる。１つの方法は、利用可能な帯域幅の利用の程度をさらに改良するために、
いわゆる波長分割多重化（ＷＤＭ、wavelength division multiplexing）技術を
用いることである。ネットワークの順応性を増大するために、光ネットワークの
中のトラフイックを切り替えることができるデバイスが必要である。トラフイッ
クを切り替えるためのこのようなデバイスは、ネットワークをできるだけ効率的
に利用するために、およびネットワークの割り込みの場合に、また適切である。
【０００３】 Ｙ．ヒビノ（Y.Hibino）他の論文「シリコンの上のプレナ光波回路型非対称マ
ッハ・ツェンダ干渉計の中に製造された光誘起ブラッグ回折格子を備えた波長分
割マルチプレクサ（Wavelength Division Multiplexer with Photoinduced Brag
g Gratings Fabricated in a Planar Lightwave Circuit Type Asymmetric Mach
Zehnder Interferometer on Si）、ＩＥＥＥホトニックス・テクノロジ・レタ
ーズ（IEEE Photonics Technology Letters）、第８巻、第１号（1996年１月）
には、マッハ・ツェンダ干渉計の中にブラッグ回折格子と位相制御素子とが用い
られている光素子が開示されている。考察されている応用は、波長分割マルチプ
レクシングおよび波長分割デマルチプレクシングである。
【０００４】 けれども、前記で説明されたデバイスは多重波長選択スイッチとして用いるこ
とはできない。もし開示されたデバイスが複数個のチヤンネルの付加／除去のた
めに用いられるべきであるならば、取り扱われる付加／除去の対の数と同じ数の
デバイスが必要である。この種類のデバイスは、再構成することが比較的困難な
、すなわち適応性のないデバイスである。
【０００５】 Ｋ．Ｗ．シェウング（K.W.Cheung）、Ｄ．Ａ．スミス（D.A.Smith）、Ｊ．Ｋ
．バラン（J.K.Baran）、Ｊ．Ｊ．ジョンソン（J.J.Johnson）名の論文「音響・
光学的同調可能フィルタを用いた波長選択回路およびパケット・スイッチング（
Wavelength-selective circuit and packet switching using acoustic-optic t
unable filters）」、グローブコム’９０（Globecom）’９０、1541頁−1547頁
（1990年）には、光学・音響的スイッチングに基づき相互に分離し、および独立
に波長チヤンネルの多重波長選択進路切替えを解決する方式が開示されている。
典型的には、この種類の進路切替えには多数のマイクロ秒を用いる。このことは
、高速伝送における１つの問題点である。
【０００６】 Ｒ．Ｃ．アルフアネス（R.C.Alferness）、Ｌ．Ｌ．ブール（L.L.Buhl）、Ｕ
．コーレン（U.Koren）、Ｂ．Ｉ．ミラー（B.I.Miller）、Ｍ．ヤング（M.Young
）、Ｔ．Ｌ．コッホ（T.L.Koch）名の論文「広帯域に同調可能なＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ埋込みリブ導波器垂直型結合器フィルタ（Broadly tunable InGaAsP/In
P buried rib waveguide vertical coupler filter）」、テクニカル・ダイジェ
スト・インテグレイテッド・ホトニックス・リサーチ（Thech.Dig.Integrated P
hotonics Research）、締切後の論文、33頁−36頁（1991年）には、異なる実効
屈折率を有する２個の導波器と回折格子とを備えた同調可能波長選択回折格子支
援の方向性結合器が開示されている。この方向性結合器は、第１導波器から第２
導波器に波長を結合することができる。
【０００７】 多重波長選択スイッチおよび進路切替えデバイスに関する従来技術の問題点は
、非常に大型でかつ複雑な構造体であること、またはさらに多くの部品が必要で
あることである。このために、パワー損失が大きくそしてコストが高くなり、ま
たは高速伝送と接続して用いることができない。
【０００８】 （発明の要約） 光伝送システムの容量を増大するために、いくつかの既知の方法を用いること
ができる。波長分割多重化の場合、伝送チヤンネルは異なる搬送波波長に関して
情報流がそれぞれ多重化されそして多重化解除される。前記の多重化および多重
化解除は、光多重波長選択デバイスを必要とする。一定の波長チヤンネルに対し
て、光ネットを通る伝送経路を変えることがまた好ましい。この目的のために、
多重波長選択スイッチのような多重波長選択動作特性を有する部品が必要である
。
【０００９】 多重波長選択スイッチに関して既知の１つの問題点は、これらのスイッチのパ
ワー損失が大きいことである。
【００１０】 また別の問題点は、従来の多重波長選択スイッチはいづれも構造が比較的に複
雑であり、また非常に多数の部品を用いていることである。
【００１１】 従来の多重波長選択スイッチの更に別の問題点は、前記の複雑な構造のために
または多数個の部品を有しているために、製造コストが比較的に高いことである
。
【００１２】 従来の多重波長選択スイッチの更に別の問題点は、スイッチング速度が比較的
遅く、典型的にはマイクロ秒の何倍にもなることである。
【００１３】 本発明は、異なる実効屈折率を有する２個の導波器が配置された方向性結合器
構造体の形式の多重波長選択スイッチにより、前記問題点を解決することを目指
している。これらの導波器は１つの部分において相互に近接して配置されており
、それにより、それぞれの導波器の中の光電磁界が他の導波器と重なり合うこと
ができる。この部分において、少なくとも１つの回折格子が共通の方向性をもっ
て結合するように配置される。
【００１４】 本発明による方法では、光ネットワークの中の光波長のスイッチングおよび進
路切替えのために、種々の光波長用の方向性結合器構造体の中の１つの分肢が励
起される。その後、これら光波長が前記分肢を通して方向性結合器構造体に伝送
される。その後、これら光波長は導波器が相互に近接して配置されている部分を
通して伝送される。ここでは、共通の方向性をもって結合するため、この部分に
配置された少なくとも１個の回折格子によって、いずれの波長も影響されないか
または少なくとも１つの波長が影響され、また他の導波器にいずれの波長も結合
されないかまたは少なくとも１つの波長が結合される。
【００１５】 本発明による第２実施例では、少なくとも１個の波長選択増幅器は方向性結合
器構造体の少なくとも１つの分肢を有するもので、すなわち分布型ブラッグ反射
器増幅器の形式である。
【００１６】 本発明の目的は、できるだけ単純でかつ小型であり、したがって利用できる従
来の技術に比べて製造が容易であり、そしてなおスイッチング速度が比較的に速
い、多重波長選択スイッチを得ることである。
【００１７】 本発明の１つの利点は、パワー損失を比較的に低く保つことができることであ
る。
【００１８】 本発明のまた別の利点は、漏話などのような残りの動作特性が従来の技術に比
べて改良されることである。
【００１９】 本発明のさらに別の利点は、信号の分離のみがどうしても必要である時、信号
の分離だけを実行できることである。
【００２０】 添付図面を参照しつつ好ましい実施例を用いて、本発明をさらに説明する。
【００２１】 （発明の好ましい実施例） 図１は、２個の導波器１および２と、共通の方向性（co-directional）をもっ
て結合した４個の方向性回折格子１０、２０、３０および４０と、を有する方向
性結合器構造体の形式の多重波長選択スイッチの図である。前記導波器１および
２のおのおのは、異なる実効屈折率を有して配置される。すなわち、２個の導波
器の中の光の伝搬速度が異なる。１つの部分において、これらの導波器１および
２は相互に近接して配置され、そこではこれらの導波器のおのおのの光の電磁界
が相互に重なり合っている。これらの部分の両側には、導波器の２個の分肢が存
在する。これらの導波器が相互に近接して配置されている部分には、共通の方向
性をもって結合した４個の回折格子１０、２０、３０および４０が配置される。
前記の部分は回折格子部分と呼ばれる。これらの回折格子１０、２０、３０およ
び４０は、格子定数と長さとに関するそれらの特性に応じて、一定の波長を第１
導波器から第２導波器に結合させることができる。これらの回折格子は、一種の
位相整合デバイスであると見なすことができる。すなわち、一定の波長を第１実
効屈折率を示す１つの導波器から第２実効屈折率を示す第２導波器に結合させる
ことができる。位相整合状態では、１つの波長が１つの導波器から他の導波器に
結合し、したがって、このことはこの波長に対して交差結合状態にあることに対
応する。位相が不整合の状態では、どの波長も導波器の間で結合されない。した
がって、このことはこれらの波長に対して非結合状態（bar coupler state）に
あることに対応する。回折格子１０、２０、３０および４０は前記部分の中で、
それぞれの部分に対して位相整合状態が分離して影響するように配置される、す
なわち回折格子１０、２０、３０および４０の間にある種の分離が存在し、これ
らの回折格子ができるだけ相互に影響し合わないように配置される。１つの回折
格子部分に対する制御信号は、その回折格子部分に対してだけ影響を及ぼし、そ
の他のどの回折格子部分に対しも影響を及ぼしてはならない。
【００２２】 導波器１が４個の異なる波長λ１、λ２、λ３およびλ４を有する光信号で励
起されると仮定する。これらの波長は前記導波器１を通して伝送され、そして導
波器が相互に近接して配置されている部分に、すなわち、異なる導波器部分に到
達する。
【００２３】 導波器１および２が同じ実効屈折率を示し、かつ共通の方向性をもって結合し
た回折格子１０、２０、３０および４０が存在しない場合には、異なる波長のパ
ワーは２個の導波器の中で実質的に同様に分割される。本発明では、異なる導波
器１および２は異なる実効屈折率を示している。このことは、なんらかの位相整
合デバイスがない場合、光信号の中の異なる波長は１つの導波器から他の導波器
には結合しないか、または非常にわずかだけ結合することを意味する。位相整合
デバイスを構成する共通の方向性をもって結合した回折格子１０、２０、３０お
よび４０は、一定の波長をおのおのが制御するように構成される。
【００２４】 電気信号を用いて、回折格子１０、２０、３０および４０を制御することがで
きる。このことは、制御されない状態では一定の波長に影響を与える回折格子は
、制御された状態では他の波長に影響を与えることを意味する。回折格子が共通
の方向性をもって結合するこの機構により、励起された波長λ１、λ２、λ３お
よびλ４のおのおのおよびすべては、他の波長には無関係に影響される。この電
気信号を用いて、位相整合の程度を制御することができる。いわゆるブロードキ
ャスト状態では、与えられた波長に対して光信号は２個の導波器の間で平等に分
配される。それぞれの回折格子部分は、回折格子部分の制御信号によって制御さ
れる少なくとも１つの状態において、入力信号のすべての波長に対してそれが位
相不整合であるように設計される。すなわち、入力波長はいずれもその入射導波
器とは結合しないように設計される。
【００２５】 導波器が相互に結合しおよびまた前記回折格子を有するこの部分に、４個の波
長λ１、λ２、λ３およびλ４が存在する前記で説明した場合には、これらの回
折格子のおのおのに適切な電流を加えることにより、前記部分に存在するいずれ
かの分肢に一定の波長を進めることができる。導波器１に結合している波長のお
のおのは、導波器１および／または２に結合して出力することができる。
【００２６】 図２は、本発明による多重波長選択スイッチの更に別の実施例の図である。こ
の実施例の多重波長選択スイッチは、２個の導波器１および２と、共通の方向性
をもって結合した４個の回折格子１０、２０、３０および４０と、８個の選択的
光増幅器５０、６０、７０、８０とを有する形式の方向性結合器構造体を有する
。前記の２個の導波器１および２のおのおのは、異なる実効屈折率を示して配置
される、すなわち、光の伝搬速度が２個の導波器の中で異なるように配置される
。１つの部分において、導波器１および２は相互に近接して配置される。このこ
とにより、この部分において、導波器のおのおのからの光の電磁界が相互に重な
ることができるように、この部分の両側には、導波器の２つの分肢が存在する。
導波器が相互に近接して配置されているこの部分に、共通の方向性をもって結合
した４個の回折格子１０、２０、３０および４０が配置される。前記部分は回折
格子部分と呼ばれる。これらの回折格子１０、２０、３０および４０は、格子定
数（repetivity）および長さに関するそれらの特性に応じて、一定の波長を第１
導波器から第２導波器に結合させることができる。
【００２７】 回折格子１０、２０、３０および４０は、位相整合状態がそれぞれの部分に対
して個別に影響を及ぼすように前記部分の中に配置される。すなわち、回折格子
１０、２０、３０および４０の間にはある種の分離が存在し、これらの回折格子
が相互にできるだけ影響し合わないように配置される。１つの回折格子部分に対
する制御信号は１つの回折格子部分にだけ影響し、他のいずれの回折格子部分に
も影響してはならない。
【００２８】 この実施例では、波長選択光増幅器５０、６０、７０、８０は、波長分割多重
化信号を区別して増幅するために、導波器が相互に接触しているこの部分の一方
側の分肢の中に配置される。ブロードキャスト状態では、光信号はこれら入射導
波器の間で分配される。このことは、信号が２個の導波器の間で均等に分配され
る場合、それぞれの導波器の中の光の強度は半分の強度に減少することを意味す
る。
【００２９】 このことは、導波器が相互に近接している部分の近くの分肢の中に、電流制御
分布型ブラッグ反射器（ＤＢＲ、distributed Bragg-reflector）増幅器または
四分の一波長チャーピングＤＢＦ（quarter-wavelength chirping DBF）増幅器
のような波長選択光増幅器を多数個、好ましくは波長の数と同数個、導入するこ
とにより補償することができる。これらの増幅器を用いて、異なる波長に対する
信号強度の差を補償することができる。
【００３０】 この実施例のそれぞれの分肢は、導波器が相互に近接して配置されている部分
の中に、共通の方向性をもって結合する回折格子１０、２０、３０および４０の
数と同じ数の波長選択光増幅器を有する。それぞれの分肢では、波長分割多重化
信号は区別して増幅することができる。１つの波長が２個の導波器の間で分割さ
れる場合に、したがってその強度が減少する場合に、このことは重要であるであ
ろう。
【００３１】 波長選択光増幅器および共通の方向性をもって結合した回折格子は、当業者に
は周知である方法に従って製造することができる。したがって、ここでさらに説
明する必要はないであろう。
【００３２】 本発明の多重波長選択スイッチは、任意の誘電体材料、例えばＩｎＧｅＡｓＰ
／ＩｎＰシステム、のモノリシック集積光部品として製造することができる。
【００３３】 本発明は、当然に、前記説明および図面に示された実施例の限定されるわけで
はなく、請求項が包含する範囲内で種々に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による多重波長選択スイッチの１つの実施例の図。
【図２】 本発明による多重波長選択スイッチのまた別の実施例の図。
【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６月２８日（２０００．６．２８）
【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】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，Ｚ Ｗ Ｆターム(参考） 2H047 KA03 KB04 KB06 LA03 LA19 NA04 RA08 TA01 2K002 AA02 AB04 AB30 BA06 CA13 DA07 EA06 EA07 HA06 HA08 5K002 BA04 BA06 DA02 5K069 AA16 BA09 CB10 DB33 DC08 EA25 EA28 EA29

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 異なる実効屈折率を示す２個の導波器を有する方向性結合器
    構造体の形式にスイッチが配置されることと、第１導波器の中の光電磁界が第２
    導波器と重なり合うことができるようにおよびその逆も起こるように１つの部分
    においてこれらの前記導波器が相互に近接して配置されることと、前記部分にお
    いて少なくとも２個の回折格子が共通の方向性をもって結合するように配置され
    および前記回折格子が相互に分離して配置されることと、を特徴とする光波長の
    スイッチングおよび進路切替えのための多重波長選択スイッチ。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載された多重波長選択スイッチにおいて、すべ
    ての回折格子が同じ格子定数を有して配置されることを特徴とする前記多重波長
    選択スイッチ。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載された多重波長選択スイッチにおいて、少な
    くとも１個の回折格子が他の回折格子の格子定数とは異なる格子定数を有して配
    置されることを特徴とする前記多重波長選択スイッチ。
  4. 【請求項４】 請求項２または請求項３に記載された多重波長選択スイッチ
    において、前記方向性結合器構造体の少なくとも１個の分肢に少なくとも１個の
    波長選択光増幅器が配置されることを特徴とする前記多重波長選択スイッチ。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載された多重波長選択スイッチにおいて、前記
    波長選択光増幅器が電流制御分布型ブラッグ反射器（ＤＢＲ、distributed-Brag
    g-reflector）増幅器であることを特徴とする前記多重波長選択スイッチ。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載された多重波長選択スイッチにおいて、それ
    が誘電体材料で製造されることを特徴とする前記多重波長選択スイッチ。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載された多重波長選択スイッチにおいて、周期
    律表のＩＩＩ−Ｖ族元素から成る半導体システムで製造されることを特徴とする
    前記多重波長選択スイッチ。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載された多重波長選択スイッチにおいて、共通
    の方向性をもった結合のための前記回折格子が電気信号によって影響を受けるこ
    とができることを特徴とする前記多重波長選択スイッチ。
  9. 【請求項９】 光導波器が方向性結合器構造体の１つの分肢に結合すること
    と、 光波長が前記分肢を通して前記方向性結合器構造体に伝送されることと、 前記導波器が相互に近接して配置された部分を通して前記光波長が伝送され、
    それにより共通の方向性をもって結合するために前記部分に配置された少なくと
    も１個の回折格子によっていずれの波長も影響されないまたはまたは少なくとも
    １つの波長が影響される、およびまた別の導波器にいずれの波長も影響されない
    または少なくとも１つの波長が結合されることと、 を特徴とする光ネットワークの中の光波長のスイッチングおよび進路切替えのた
    めの方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１０に記載された方法において、前記方向性結合器
    構造体の少なくとも１つの分肢において少なくとも１つの波長が波長選択増幅器
    によって増幅されることを特徴とする前記方法。
  11. 【請求項１１】 請求項９または請求項１０に記載された方法において、共
    通の方向性をもって結合するための前記回折格子および前記波長選択光増幅器が
    電気信号によって影響されることを特徴とする前記方法。
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