JP2004525395A - 光パワーモニタ - Google Patents

Abstract

光パワーモニタであって、間を入力光信号が第１の光相互作用領域の第１の側面上の第１の位置から第２の光相互作用領域の第２の側面上の第２の位置に伝播する第１および第２の光相互作用領域を含み、前記第１および第２の位置の間の対応が光信号の波長に依存し、複数のアレイ導波路が前記第１の光相互作用領域の第２の側面と前記第２の光相互作用領域の第１の側面との間に結合され、前記第２の光相互作用領域から異なった波長チャンネル出力を出力するために複数の出力導波路が１つの端部において前記第２の光相互作用領域の前記第２の側面に結合されるアレイ導波路回折格子、および、前記出力導波路の他の各端部において前記異なった波長チャンネル出力を検出するための検出器を含み、前記複数の出力導波路が波長チャンネルの少なくとも１つに対する少なくとも２つの出力導波路を含む光パワーモニタ。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は分散性光デバイスに関する。さらに詳細には、これに限るものではないが、本発明は分散性光デバイスを組み込んだ光パワーモニタに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信ネットワークの伝送帯域幅に対して絶えず増加し続ける需要を満たすために、運営業者は高密度波長分割多重方式（ＤＷＤＭ）のために技術開発に多大な投資を行っている。ＤＷＤＭは、間隔が密な多くの搬送波長を採用し、まとめて多重して光ファイバなどの単一の導波路へと導く。この搬送波長は、ＩＴＵ（国際電気通信連合）チャンネル「グリッド」の形式に設計された間隔配置においては、わずか５０ＧＨｚだけ間隔が空けられている。各搬送波長は、それぞれのデータ伝送チャンネルを供給するために変調することができる。各チャンネルのデータレートは、多くのチャンネルを使用することによって管理可能なレベルに抑え続けることができる。
【０００３】
明らかに、この利用可能な帯域幅を活用するために、受信側において各チャンネルを分離または多重分離できることが必要である。これを行うための新しい光学的構成要素がこの目的のために設計されており、それらの１つがアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）である。アレイ導波路回折格子は、一体となって分光計の回折格子のように機能する多くのアレイ状導波路を含む平面構造体である。ＡＷＧは多重化器として、および、多重分離器として使用することができ、一般に、単一ＡＷＧの設計が多重化器および多重分離器の双方として使用できる。図１に典型的なＡＷＧ多重化／多重分離器１を示し、これは基板または「ダイ」を含み、その上に、多重化された入力信号のための入力導波路２、一部のみを示す伝送導波路８のアレイで構成されるアレイ導波路回折格子５のいずれか端部に接続される２つの「スラブ」または「星型」カプラ３、４、および、第２の（出力）スラブカプラ４からダイ１のエッジ１２にそれぞれの波長チャンネル出力を出力するための複数のシングルモード出力導波路１０が設けられる。
【０００４】
ＤＷＤＭネットワークにおけるＡＷＧの１つの用途は多重化された信号のパワーをモニタすることである。多重化された信号はＡＷＧに入力され、ＡＷＧデバイスの出力エッジ１２に適切な検出器を配置することによって、各波長チャンネルからのパワー出力を検出することができる。
【０００５】
このようなパワーモニタの抱える１つの不都合は、各シングルモード出力チャンネルからの出力パワー応答が、図２ａに示すようにガウス型であることである。理想的なパワーモニタにおいて、各波長チャンネルからの出力応答は、図２ｂに示すように正方形または「平坦な」応答を有するだろう。これは、各チャンネル出力が、チャンネル出力を受信するように構成された検出器手段によって、より容易にかつ高信頼性で検出できることを意味する。より平坦な形状の応答は（同じパスバンドＰに対して）出力パワー応答のピークを平坦化すること、および／または、（出力応答を効果的に平坦化する）チャンネルのパスバンドＰを広げることによって達成できる。
【０００６】
シングルモード出力導波路を利用する従来技術のデバイスが抱える更なる不都合は、デバイス自体の条件が時間とともに変化するため、および／または、デバイスに影響を及ぼす環境の変化のために、第２のカプラの出力面上の焦点が合わされた波長の実際の位置が時間とともに変化することがあることである。出力位置にこのような変化が起きた時は、出力導波路からのパワー出力に劣化が起きることがある。
【０００７】
より平坦な出力応答を得るために、マルチモード干渉（ＭＭＩ）フィルタが、第２のスラブカプラと出力導波路の端部との間に第２のスラブカプラに隣接して位置する従来技術のＡＷＧの設計は知られている。しかし、この平坦化された応答はデバイス内のパワー損失を犠牲にして得られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、前述の短所の１つ以上を回避するか、または、最小に抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、第１の光相互作用領域と第２の光相互作用領域とを有し、該第１および該第２の光相互作用領域の間において入力光信号が第１の光相互作用領域の第１の側面上の第１の位置から第２の光相互作用領域の第２の側面上の第２の位置へ伝播し、前記第１および前記第２の位置の間の導波は光信号の波長に依存し、複数のアレイ導波路が第１の光相互作用領域の第２の側面と第２の光相互作用領域の第１の側面との間に結合され、第２の光相互作用領域から異なった波長チャンネル出力を出力するために複数の出力導波路が１つの端部において第２の光相互作用領域の第２の側面に結合されるアレイ導波路回折格子と、出力導波路の他の各端部において前記異なった波長チャンネル出力を検出するための検出器手段とを含み、複数の出力導波路が波長チャンネルの少なくとも１つに対する少なくとも２つの出力導波路を含む光パワーモニタが提供される。
【００１０】
本発明によるパワーモニタは、１つのシングルモード出力導波路が各波長チャンネル出力のために使用される従来の場合に比較して、各波長チャンネル出力に対してより平坦になった出力パワー応答という長所を有する。
【００１１】
好ましくは、少なくとも１つの検出器が各チャンネル出力のために提供される。
【００１２】
好ましくは、２つのシングルモード出力導波路が各チャンネル出力のために提供される。任意に、各チャンネルのために３つ以上のシングルモード出力導波路を提供できる。各チャンネルのための２つのシングルモード出力導波路の出力端部は、好ましくは、単一の検出器が前記チャンネルのための各出力導波路からの出力を検出するために使用できるようにまとめて十分密に間隔が空けられる。代わりとして、各チャンネルのために複数の検出器が提供されてもよく、１つの検出器は各シングルモード出力導波路のためにある。
【００１３】
代わりとして、前記少なくとも１つのチャンネルのための前記少なくとも２つの出力導波路は、マルチモード導波路であり、最も好ましくは、ダブルモード導波路である。好ましくは、２つの出力導波路が各チャンネル出力のために提供され、各前記出力導波路はダブルモード導波路である。
【００１４】
本発明の第２の態様によれば、パワーモニタに使用するための分散性光デバイスが提供される。このデバイスは、第１の光相互作用領域と第２の光相互作用領域とを有し、該第１および該第２の光相互作用領域の間において入力光信号が第１の光相互作用領域の第１の側面上の第１の位置から第２の光相互作用領域の第２の側面上の第２の位置へ伝播し、前記第１および第２の位置の間の導波は光信号の波長に依存し、複数のアレイ導波路が第１の光相互作用領域の第２の側面と第２の光相互作用領域の第１の側面との間に結合され、第２の光相互作用領域から光デバイスの出力エッジに異なった波長チャンネル出力を出力するために複数の出力導波路が第２の光相互作用領域の第２の側面に結合されるアレイ導波路回折格子を含み、複数の出力導波路は、チャンネル出力の少なくとも１つに対し、最も好ましくは各チャンネル出力に対して、少なくとも２つの出力導波路、好ましくは２つのシングルモード出力導波路を含む。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態を、例としてのみ、添付の図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図３および４は本発明の第１の実施形態によるパワーモニタ２０を示す。このパワーモニタはＡＷＧデバイスおよび複数の検出器２４を含み、ＡＷＧの各波長チャンネル出力に対し１つの検出器が設けられる。ＡＷＧデバイスは、基板または「ダイ」２２上に形成され、入力導波路２５、スラブカプラ２７の形の第１の光相互作用領域、第１のスラブカプラと（第２の光相互作用領域を提供する）第２のスラブカプラ３１との間に配列される異なった光路長の（６個のみを示す）導波路２９のアレイ、および、（８個を示す）複数の出力導波路３３を含む。一般に知られている方法では、アレイ内の隣接する導波路２９間に一定の所定の光路長の差があり、これは、第２のスラブカプラ３１の出力面上の波長出力チャンネルの位置を決定する。このようなＡＷＧの構造と動作は当該技術分野においてよく知られている。複数の検出器２４はダイの出力エッジ３５に隣接して配列される。検出器２４はパワー／制御電子回路３８に接続される。
【００１７】
出力導波路３３の配列は図４の拡大図に詳細に示す。出力導波路３３は各々シングルモード導波路であり、ＡＷＧの各波長出力チャンネルに対し２つのそのようなシングルモード出力導波路４０、４１が設けられる。図３に示すように、出力導波路３３の各対ａ、ｂ、ｃ、ｄに対して１つの検出器２４がある。各出力導波路の幅は典型的に約６μｍである。第２のスラブカプラ３１の領域内では出力導波路の各対ａ、ｂ、ｃ、ｄにおいて、出力導波路の端部５０は８〜１０μｍの範囲の幅だけ典型的に離れて間隔を空けられる。出力導波路の対ａ、ｂ、ｃ、ｄのうちの隣接する対の間の間隔は典型的に約２５μｍである。第２のカプラ３１に結合される導波路端部５０と（ダイ２２のエッジ３５に位置する）導波路の他の端部６０との間では、各対ａ、ｂ、ｃ、ｄにおける導波路の間隔が増大する。したがって、出力導波路の各対において、導波路は、各端部５０、６０から導波路の中間部分に向かって効果的に「扇形に広がり」、配列は、各対の導波路がそれらの端部において実質的に結合され、各端部の間では実質的に結合されないものになる。
【００１８】
第２のスラブカプラに結合される２つのシングルモード出力導波路の端部５０は、各チャンネル出力について、特定のチャンネル出力のために、１つのみのシングルモード導波路が使用された場合より広い範囲の波長を効果的に受信する。各シングルモード導波路出力は、図２ａのパスバンド応答のような従来のガウス型パスバンド応答を有する。２つ一組のシングルモード導波路からの出力は、ダイ２２の出力エッジ３５において、それぞれのチャンネル検出器２４において効果的に結合され、一般に図５に示す形の、すなわち、２つの一般的により小さなピーク６０、６１を有する結合出力パワー応答が得られ、そのチャンネルのための１つのシングルモード出力導波路についての対応するガウス分布よりはるかに平坦な全体的応答が得られる。
【００１９】
より平坦なパワー出力応答という主要な利益に加えて、本発明のデバイスは、第２のスラブカプラの出力側面上の波長チャンネルの合焦点位置に移動を生じさせるようなＡＷＧデバイス自体の変化（例えば、経時的な物理的変化、および／または、環境条件によって生じる変化）が起きた場合、従来設計のチャンネル当り１つのシングルモード導波路においては、これが各チャンネルからのパワー出力に劣化をもたらすが、本発明のデバイスにおいては、各チャンネルに対する２つのシングルモード導波路が、（少なくともある程度までは）チャンネル出力に及ぼすＡＷＧのそのような変化の影響を回避するか、または、少なくとも最小に抑えるという利益も有する。
【００２０】
出力導波路が第２のスラブカプラ２７に結合される、出力導波路の各対ａ、ｂ、ｃ、ｄにおける２つのシングルモード導波路の端部５０の選択された間隔が検出器における結合出力パワー応答に生じる平坦化の性質に影響を及ぼすことは理解される。例えば、各対の２つの導波路の端部５０が互いからより広く離れて間隔を空けられるにつれ、チャンネル出力のパスバンドもより広くなるが、図５の出力応答の２つの小さなピーク６０、６１はより明瞭になる。
【００２１】
上記に説明した実施形態に対する更なる修正および改変は、本発明の範囲から逸脱することなく可能である。例えば、いくつかの場合、入力導波路２５の使用は必要でないことがある。代わりに、入力（多重化された）光信号を第１のスラブカプラ２７に直接入力することもできる。
【００２２】
各チャンネル出力に対する１つの検出器２４の代わりに、各チャンネルに対する一対の検出器、すなわち、各シングルモード導波路に対して１つの検出器を設けることもできる。したがって、いずれの１つのチャンネルに対する一対の検出器からの出力も電子回路３８において結合され、その波長チャンネルに対する全体的なパワーの読取り値を与える。
【００２３】
各チャンネル出力に対する２つのシングルモード導波路の代わりに、各チャンネル出力に対して３つ以上のシングルモード導波路を使用することも可能であるが、ＡＷＧダイにおける占有面積の制約により、この実施が複式導波路の使用に比べ現実的でなくなる場合がある。
【００２４】
さらに、シングルモード導波路の代わりに、ダブルモード導波路、または、３つ以上のモードに対応するマルチモード導波路を使用することができる。これは各波長チャンネル出力に対するパワー出力応答を更に平坦化することができる。このような出力導波路は、出力応答において、より平坦なピークおよび／またはより広いパスバンドを提供する長所をなお有するものの、一般に好まれない。ダブルモード導波路には導波路のいかなる曲げもが導波路中を伝わる光信号の劣化／パワー損失をもたらし得るという不都合があるからである。特に、大きな曲げは問題を起こすことがある。ＡＷＧデバイスのサイズを最小に維持するために、出力導波路を曲げることが通常所望される。
【００２５】
他の可能な実施形態において、第２のスラブカプラ３１に接続される導波路４０、４１の端部５０は、スラブカプラに向かって（幅において）外側に開くテーパ状であってよい。そのようなテーパは波長チャンネルパスバンドの広域化を提供するとして知られている。図６は、出力導波路端部のそのようなテーパを示す。この実施形態において、導波路端部は第２のスラブカプラに向かって外側に断熱的に広がる。代わりに、同じ効果は、出力導波路端部がスラブカプラに向かって内側に断熱的に狭くなるようにテーパ化することによっても達成できる。テーパのサイズおよび形状は、シングルモード導波路の各対におけるスーパー（または、システム）モードの形状に影響を及ぼし、したがって、所望のチャンネルパスバンド形状を達成するために、これらのモードを操作するために使用することができる。これは、スラブカプラに向かって幅が増加するかまたは減少するかのいずれの導波路を使用して行うことができる。
【００２６】
アレイ導波路２９の端部は、それらが第１および／または第２のスラブカプラ２７、３１に結合されるのと同じ方法でテーパ状であってよい。加えて、または、代わりとして、出力導波路３３の出力端部６０は、所望であれば、ダイ２２の出力エッジ３５に向かって幅を外側に広げて行くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】知られている分散性光デバイスの模式的平面図である。
【図２ａ】シングルモード出力導波路のための典型的なガウス型パスバンド応答を示す図である。
【図２ｂ】出力導波路のための理想的なパスバンド応答を示す図である。
【図３】本発明によるパワーモニタの模式的平面図である。
【図４】図３のデバイスの丸で囲んだ部分の拡大図である。
【図５】図４のデバイスのためのパスバンド応答を示す図である。
【図６】図４のデバイスの改変版を示す図である。

Claims (17)

1. 第１の光相互作用領域と第２の光相互作用領域とを有し、該第１および該第２の光相互作用領域の間において入力光信号が前記第１の光相互作用領域の第１の側面上の第１の位置から前記第２の光相互作用領域の第２の側面上の第２の位置へ伝播し、前記第１および前記第２の位置の間の導波が光信号の波長に依存し、複数のアレイ導波路が前記第１の光相互作用領域の第２の側面と前記第２の光相互作用領域の第１の側面との間に結合され、前記第２の光相互作用領域から異なった波長チャンネル出力を出力するために複数の出力導波路が一の端部において前記第２の光相互作用領域の前記第２の側面に結合されるアレイ導波路回折格子と、各前記出力導波路の他の各端部において前記異なった波長チャンネル出力を検出するための検出器手段とを含み、前記複数の出力導波路が波長チャンネルの少なくとも１つのための少なくとも２つの出力導波路を含む光パワーモニタ。
2. 前記検出器手段が各チャンネル出力に対して少なくとも１つの検出器を含む請求項１に記載のパワーモニタ。
3. ２つのシングルモード出力導波路が各チャンネル出力に対して設けられる請求項１または２に記載のパワーモニタ。
4. ３つ以上のシングルモード出力導波路が各チャンネルに対して設けられる導波路が請求項３に記載のパワーモニタ。
5. 単一の検出器が前記チャンネルに対する各出力導波路からの出力を検出するために使用されることを可能にするために、各チャンネルに対する前記２つのシングルモード出力導波路の前記他の端部が、検出器手段において十分密にまとまって間隔が空けられる請求項３または４に記載のパワーモニタ。
6. 前記検出器手段が複数の検出器を含み、各シングルモード出力導波路に対して１つの検出器がある請求項３または４に記載のパワーモニタ。
7. 前記少なくとも１つのチャンネルに対する前記少なくとも２つの出力導波路が多モード導波路である請求項１または２に記載のパワーモニタ。
8. 前記少なくとも１つの前記波長チャンネル出力に対する前記少なくとも２つの出力導波路がダブルモード導波路である請求項７に記載のパワーモニタ。
9. 前記第２の光相互作用領域の第２の側面に結合される前記出力導波路端部が前記第２の光相互作用領域に向かってテーパ化されている請求項１から８のいずれかに記載のパワーモニタ。
10. 前記出力導波路端部が前記第２の光相互作用領域に向かって外向きにテーパ化されている請求項９に記載のパワーモニタ。
11. 前記出力導波路端部が前記第２の光相互作用領域に向かって断熱的にテーパ化されている請求項９または１０に記載のパワーモニタ。
12. 第１の光相互作用領域と第２の光相互作用領域とを有し、該第１および該第２の光相互作用領域の間において入力光信号が前記第１の光相互作用領域の第１の側面上の第１の位置から前記第２の光相互作用領域の第２の側面上の第２の位置へ伝播し、前記第１および前記第２の位置の間の対応が光信号の波長に依存し、複数のアレイ導波路が前記第１の光相互作用領域の第２の側面と前記第２の光相互作用領域の第１の側面との間に結合され、前記第２の光相互作用領域から前記光デバイスの出力エッジへ異なった波長チャンネル出力を出力するために複数の出力導波路が一の端部において前記第２の光相互作用領域の前記第２の側面に結合されるアレイ導波路回折格子を含み、
    前記複数の出力導波路は前記チャンネル出力の少なくとも１つに対して少なくとも２つの出力導波路を含む、パワーモニタに使用するための分散性光デバイス。
13. ２つのシングルモード出力導波路が各波長出力チャンネルに対して設けられる請求項１２に記載の分散性光デバイス。
14. 請求項１から１１のいずれかに記載のパワーモニタを少なくとも１つ組み込んだ通信システム。
15. 請求項１２または１３に記載の分散性光デバイスを少なくとも１つ組み込んだ通信システム。
16. 実質的に図３および図４を参照して本明細書に説明するパワーモニタ。
17. 実質的に図３および図６を参照して本明細書に説明するパワーモニタ。

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