JP2005510754A - 光学チャネルマトリクスのための分割多重デバイスならびに波長分割多重技術やアッドドロップ技術に対する応用 - Google Patents

Abstract

本発明は、アレイをなす複数の光学チャネルを多重化するためのデバイスに関するものであり、波長分割多重技術やアッドドロップ技術に対して応用することができる。本発明によるデバイスは、−Ｎ個の平面型光学的導波器（１６）であるとともに、各平面型光学的導波器（１６）が、Ｍ個のチャネルを１個のチャネルへと多重化することができ、このため、Ｎ個の平面型光学的導波器（１６）であることのために、Ｍ×Ｎ個のチャネルＮ個の第１チャネルへと多重化することができるような、Ｎ個の平面型光学的導波器（１６）と、−１個の平面型光学的導波器（２４）であるとともに、Ｎ個の第１チャネルのそれぞれに対して光学的に接続されたＮ個の第２チャネルを、少なくとも１個の接続チャネルへと多重化することができるような、１個の平面型光学的導波器（２４）と、を具備している。

Description

本発明は、複数の光学チャネルからなるマトリクスを多重化するためのデバイスに関するものである。

本発明は、特に、波長分割多重デバイスやアッドドロップデバイスに対して応用することができる。

より広義には、本発明は、オプトエレクトロニクスアセンブリという技術分野に対して応用することができる。

様々な波長を有した複数の光学信号を単一の光ファイバ内において組み合わせるという手法は、公知である。

これを行うために、各波長のためのレーザー発光器を使用し、各レーザーをそれぞれ対応する光ファイバに対して光学的に接続し、例えば溶融によって（これにより、溶融バイコニックテーパー状（Fused Biconic Tapered,ＦＢＴ）カプラを形成する）あるいは平板型導波器内における組合せによって、これら光ファイバを多重化することが、公知である。

図１は、複数の光学信号を多重化するための公知デバイスを概略的に示す図である。

この公知デバイスは、内部に複数のＶ字形状グルーブが形成されているシリコン基板（２）を備えている。各光ファイバ（４）のそれぞれの端部は、それぞれ対応するグルーブ内に固定されている。多重化対象をなす複数の光学信号は、それら光ファイバ（４）内を伝搬する。

図１に示すデバイスは、さらに、平板型の光学的接続用導波器（６）を備えている。この導波器（６）は、複数の光ファイバと同じ数の入力ポートと、１つの出力ポートと、を有している。各入力ポートは、シリコン基板内の各グルーブに固定されている各光ファイバ端部に対して、光学的に接続されている。平板型の光学的導波器（６）は、各光ファイバ内を伝搬してきた複数の光学信号を多重化する。これにより、それら複数の光学信号は、平板型光学的導波器の出力ポート上に現れる。

図１のデバイスは、さらに、他のシリコン基板（８）を備えている。このシリコン基板（８）には、Ｖ字形状グルーブが形成されており、このグルーブ内に、他の光ファイバ（１０）の端部が固定されている。この端部は、平板型光学的導波器の出力ポートに対して光学的に接続されている。これにより、平板型光学的導波器（６）によって多重化された複数の光学信号が、出力用の光ファイバ（１０）内を伝搬することとなる。

また、複数の光ファイバからなる縦列型アセンブリ（カスケードアセンブリ）を使用することによって、そのような接続を行うことが、公知である。この主題に関するさらなる情報は、特許文献１に開示されている。

公知の多重技術は、実施するに際して非常に複雑なものである。さらに、例えば、上記溶融技術は、光ファイバを有した複数の光検出器からなるマトリクスを接続することができるものの、得られたデバイスは、かさ高いものである。それは、このデバイスが、それぞれが入力用発光器に対して接続されかつ互いに直列接続された複数の光ファイバからなる複数の対を備えて構成されたリンクを、使用しているからである。

さらに、平面型光学的導波器を使用する技術では、一組をなす複数の光ファイバを使用せずに複数の光放出器からなるマトリクスを接続することは、できない。この技術では、平面内においてしか、光学的導波器を多重化することができない。
米国特許第５，８０９，１９０号明細書（Chen 氏による） 欧州特許出願公開第０ ９４９ ７２８号明細書 M.Carlson 氏による DWDM Technology, fibre Systems Europe,March 2001, page 68

本発明の目的は、上記様々な欠点を克服することである。

本発明は、極めてコンパクトなデバイスを使用して、マトリクス構成とされた複数の光学チャネルを多重化し得る手段を提供する。

さらに、本発明は、複数の光ファイバを中間に介在させない技術を使用することによって、単一の光ファイバを使用しつつ、複数のレーザーからなるマトリクス（例えば、複数の鉛直方向キャビティ面発光型レーザー（vertical cavity surface emitting laser，ＶＣＳＥＬ）からなるマトリクス）から放出された複数の光ビームを接続して多重化し得る手段を提供する。

可変波長を有した複数のＶＣＳＥＬからなるマトリクスの製造に関するさらなる情報は、特許文献２に開示されている。

さらに、本発明によるデバイスは、図１に示すデバイスや特許文献１により公知のデバイスよりも、ずっと容易に製造することができる。

本発明は、上述した溶融技術の場合よりもずっとコンパクトな態様でもって、複数の光検出器からなるマトリクスと単一光ファイバとを接続し得るという利点を有している。

また、本発明は、複数の発光器からなるマトリクスと出力用光ファイバとの間に配置される複数の光ファイバを省略し得る手段であって、複数の入力光学信号を多重化するに際して、複数の平面型光学的導波器によって形成された複数の光学回路しか使用しないような手段を提供する。

より詳細には、本発明の目的は、ＭおよびＮを２以上の整数としたときに（Ｍ＞１かつＮ＞１）、Ｍ×Ｎ個の光学チャネルからなるマトリクスを、少なくとも１個のチャネルへと多重化するためのデバイスであって、
−Ｎ個の平面型光学的導波器であるとともに、各平面型光学的導波器が、Ｍ個のチャネルを１個のチャネルへと多重化することができ、このため、Ｎ個の平面型光学的導波器であることのために、Ｍ×Ｎ個のチャネルＮ個の第１チャネルへと多重化することができるような、Ｎ個の平面型光学的導波器と、
−１個の平面型光学的導波器であるとともに、Ｎ個の第１チャネルのそれぞれに対して光学的に接続されたＮ個の第２チャネルを、少なくとも１個の接続チャネルへと多重化することができるような、１個の平面型光学的導波器と、
を具備していることを特徴としている。

本発明によるデバイスのある好ましい実施形態においては、Ｎ個の平面型光学的導波器が、互いに隣接して配置され、Ｎ個の第１チャネルが、位置合わせされており、平面型光学的導波器が、Ｎ個の互いに隣接配置された平面型光学的導波器に対して垂直に配置されている。

本発明によるデバイスの特別の実施形態においては、デバイスは、さらに、Ｍ×Ｎ個のチャネルに対して光学的に接続されたＭ×Ｎ個の発光器および／または光検出器からなるマトリクスを具備している。

Ｍ×Ｎ個の発光器および／または光検出器は、レーザーを有することができる。

例えば、レーザーは、ＶＣＳＥＬ（鉛直方向キャビティ面発光型レーザー）とすることができる。

Ｍ×Ｎ個の発光器および／または光検出器の発光波長および／または光検出波長は、互いに相違するものとすることができる。

本発明によるデバイスのある特別の実施形態においては、デバイスは、さらに、接続チャネルに対して光学的に接続された少なくとも１つのフレキシブルな光学的導波器を具備している。

このフレキシブルな光学的導波器は、光ファイバとすることができる。

本発明は、また、波長分割多重デバイスに関するものであって、このデバイスは、本発明による多重化デバイスを具備している。

本発明は、また、アッドドロップデバイスに関するものであって、
−複数の入力光学信号を受領するとともに、本発明による第１多重デバイスと、この第１多重デバイスの各チャネルに対して光学的に接続された複数の光検出器からなるマトリクスと、を備えてなる入力デバイスであって、複数の入力光学信号を複数の電気信号へと変換するとともに、それら複数の電気信号の中から少なくとも１つの電気信号を取り出し得るものとされた、入力デバイスと、
−本発明による第２多重デバイスと、この第２多重デバイスの各チャネルに対して光学的に接続された複数の発光器からなるマトリクスと、を備えてなる出力デバイスであって、取り出されなかった複数の電気信号を複数の出力光学信号へと変換するとともに、これら複数の出力光学信号に対して少なくとも１つの光学信号を加え得るものとされた、出力デバイスと、
を具備している。

本発明は、添付図面を参照しつつ、本発明を何ら限定するものではなく単なる例示としての実施形態に関する以下の説明を読むことにより、明瞭となるであろう。

本発明によるデバイスは、図２の分解斜視図において概略的に示されているように、様々な波長で発光するような、好ましくはＭ×Ｎ個のＶＣＳＥＬからなるマトリクスといったような、Ｍ×Ｎ個のレーザーからなるマトリクス、を備えている。このマトリクスは、Ｍ個の列とＮ個の行とから構成されている。ここで、Ｍ＞１、かつ、Ｎ＞１である。

このデバイスは、さらに、一組をなすＮ個の隣接した平面型光学的導波器（１６）を備えている。各平面型光学的導波器（１６）は、Ｍ個の入力ポート（２０）を１個の出力ポート（２２）へと平面内において多重化することができるＭ個の平面型導波路（１８）を有している。

Ｎ個の平面型光学的導波器（１６）は、一組をなす平面型光学的導波器（１６）のＭ×Ｎ個の入力ポート（２０）の各々が、光学的に接続することを意図したそれぞれ対応する発光レーザー（１４）に対して光学的に位置合わせされ得るようにして、位置合わせされて積層されている。

さらに、図２のデバイスは、一組をなすＮ個の隣接した平面型光学的導波器（１６）からのＮ個の出力ポート（２２）が、完全に既知とされた間隔でもって互いに位置合わせされるようにして、形成されている。

図２のデバイスは、さらに、他の平面型光学的導波器（２４）を備えている。この平面型光学的導波器（２４）は、Ｎ個の入力ポート（２８）を１個の出力ポート（３０）へと平面内において多重化することができるＮ個の平面型導波路（２６）を有している。この平面型光学的導波器（２４）は、導波器（１６）に対して垂直に配置されているとともに、Ｎ個の入力ポート（２８）が、Ｎ個の平面型導波器（１６）のうちの、光学的に接続することを意図したそれぞれ対応する出力ポート（２２）に対して完全に位置合わせされるようにして、構成されている。

図２のデバイスは、さらに、例えば１つの光ファイバ（３２）とし得るような、１つのフレキシブルな出力用光学的導波器を備えている。

この光ファイバ（３２）の一端は、平面型光学的導波器（２４）の出力ポート（３０）に対して光学的に接続されている。これにより、この出力ポート（３０）から供給される光学信号を収集することができる。収集されるこの光学信号は、複数のレーザー（１４）によって供給された複数の光学信号を多重化したものである。

したがって、図２のデバイスは、複数の平面型光学的導波器を互いに平行に接続する手段を提供する。これにより、光学的出力ポートどうしを位置合わせし得るとともに、第１の平面型光学的導波器に対して垂直に配置された他の平面型光学的導波器によって、生成されたラインを多重化することができる。

複数の発光レーザー（１４）からなるマトリクス（１２）は、複数の光検出器（３４）からなるマトリクスへと置換することもできる。

その場合には、図２のデバイスを使用することによって、光ファイバ（３２）内を伝搬する光を、平面型光学的導波器（２４）を介して、さらに積層をなす平面型光学的導波器（１６）を介して、複数の光検出器（３４）に向けて送出することができる（本発明における光リターン原理）。この場合、図２におけるポート（２２，３０）は、入力ポートとして機能し、ポート（２０，２８）は、出力ポートとして機能する。

一変形例においては、マトリクス（１２）は、一組をなす複数の発光器−受光器とすることができる。このような発光器−受光器は、光ファイバ（３２）内を伝搬する光学信号を受光し得るとともに、図２のデバイスを使用して多重化されることとなる光学信号を光ファイバ（３２）内へと送出することができる。

さらに、単一の出力ポート（３０）を有することに代えて、平面型光学的導波器（２４）は、２つ以上の出力ポートを有することができる。その場合、各出力ポートのそれぞれに対応して１つずつのフレキシブルな光学的導波器が使用され、それらフレキシブルな光学的導波器の一端が、それぞれ対応する出力ポートに対して光学的に接続される。

本発明を何ら限定することなく例示を行うならば、６４個のデジタル信号を集積回路によって生成することが想定される。これら信号は、単一の光ファイバ上において、１つの信号あたりについて２．５Ｇｂｉｔｓ／ｓ（集合的な速度としては、１６０Ｇｂ／ｓに等しい）という速度で、３００ｍだけ離間した他の集積回路に向けて、伝達される必要がある。このようにして、本発明による多重デバイスが形成される。

これは、まず最初に、複数のＶＣＳＥＬからなるハイブリッド型多周波数マトリクスを有したＣＭＯＳ型集積回路を形成することによって、行われる。例えば、複数のＶＣＳＥＬからなるハイブリッド型多周波数マトリクスは、可変キャビティ長さを有した複数のＶＣＳＥＬからなるマトリクスという形態でもって、上記特許文献２に開示された技術を使用して、形成される。

ＶＣＳＥＬどうしの間のピッチは、２５０μｍに等しく、周波数間隔は、５０ＧＨｚ（０．４ｍｎ）に等しく、発光回路のサイズは、およそ３ｍｍ×３ｍｍに等しい。

多重化に際しては、シングルタイプの光学的集積回路が使用される。特に、２５０μｍというピッチを有した、平面型の『８個から１個への』多重回路が使用される。

このタイプの８個の光学回路からなる積層が、これら回路の面どうしの間のピッチを２５０μｍとして、形成される。このようにして得られたブロックは、発光マトリクスに対して位置合わせされた上で固定される。

さらに、同じタイプの光学回路が、２５０μｍというピッチを有した８個のブロックの出力ポートに対して位置合わせされた上で、このブロックに対して固定される。

その後、１つの光ファイバが、その光学回路の出力ポートに対して位置合わせされた上で固定される。これは、例えば、光ファイバの一端を固定するためのＶ字形状グルーブを有した基板を使用することによって、行われる。

本発明による多重デバイスの製造に際しては、ガラス基板上に『Ｍ個から１個へ』というタイプの平面型光学的多重化導波器を形成するための手法が、既に公知であることに注意されたい。μｍに近い精度でもって光学的導波器の切り出しを制御することにより、寸法が完全に制御された光学的導波器を使用することができる。

Ｎ個の平面型光学的導波器をエッジどうしでもって積層することは、それら平面型光学的導波器を機械的に位置合わせして固定するための手段をもたらし、これにより、『Ｍ×Ｎ個からＮ個へ』というタイプの多重化ブロックを形成することができる。

また、同じ外形寸法を有した他のブロックを、『Ｎ個から１個へ』というタイプの平面型光学的導波器として形成することができる。その後、２つのブロックを、互いに位置合わせしてエッジどうしにおいて機械的に固定することができる。これにより、本発明によるデバイスを得ることができる。

波長分割多重技術に対しての、本発明の応用例については、図２を参照して上述した通りである。

次に、アッドドロップデバイスの製造に対しての、本発明の他の応用例について、説明する。

光学回路分野における１つの非常に重要な機能が、アッドドロップデバイスであることは、公知である。この主題に関するさらなる情報は、例えば、非特許文献１により得ることができる。

本発明に基づいて、完全に『動的な』アッドドロップ回路（取り出したりあるいは加えたりする波長の選択が可能である）を形成することは、容易である。

これは、図３に概略的に示されており、図３は、本発明によるアッドドロップデバイスを示している。

このデバイスは、制御用集積回路（３６）を備えている。この制御用集積回路（３６）は、デバイス内において生成された様々な電気信号を処理して増幅する。デバイスは、さらに、複数の光学信号を分波するための部分（３８）と、複数の光学信号を多重化するための部分（４０）と、を備えている。

分波部分（３８）は、様々な波長（λ１，λ２，…，λｎ）を有した複数の光学信号（４４）を伝達する１つの入力用光ファイバと、分波ブロック（４６）と、マルチスペクトル検出回路（４８）と、を備えている。

分波ブロック（４６）は、付加的には、一端において、入力用光ファイバ（４２）に対して光学的に接続されており、他端において、マルチスペクトル検出回路（４８）に対して接続されている。マルチスペクトル検出回路（４８）は、また、複数の半田ボールを介して制御用集積回路（３６）に対して電気的に接続されている。

多重化部分（４０）は、様々な波長（λ１，λ２，…，λｎ）を有した複数の光学信号（５２）を伝達し得るよう構成された１つの出力用光ファイバ（５０）と、多重化ブロック（５４）と、マルチスペクトル発光回路（５６）と、を備えている。

多重化ブロック（５４）は、付加的には、一端において、出力用光ファイバ（５２）に対して光学的に接続されており、他端において、マルチスペクトル発光回路（５６）に対して接続されている。マルチスペクトル発光回路（５６）は、また、複数の半田ボールを介して制御用集積回路（３６）に対して電気的に接続されている。

分波ブロック（４６）および多重化ブロック（５４）は、本発明によるデバイスであって、図２に関連して上述したような構成のものとされている。つまり、一端に単一の入力チャネルまたは出力チャネルを有しかつ他端に一組をなす複数の出力チャネルまたは入力チャネルを有した複数の平面型光学的導波器からなるアセンブリを備えている。

より詳細には、分波ブロック（４６）は、一端において、１つの入力用光ファイバ（４２）に対して光学的に接続された１つの入力チャネルを有しており、かつ、他端において、マルチスペクトル検出回路（４８）内に含有された複数の光検出器に対して光学的に接続された一組をなす複数の出力チャネルを有している。

多重化ブロック（５４）は、一端において、１つの出力用光ファイバ（５０）に対して光学的に接続された１つの出力チャネルを有しており、かつ、他端において、マルチスペクトル発光回路（５６）内に含有された複数の発光器に対して光学的に接続された一組をなす複数の入力チャネルを有している。

マルチスペクトル検出回路（４８）は、複数の波長可変キャビティを有した複数の光検出器からなるマトリクスを備えている。この主題に関しては、例えば、上記特許文献２を参照することができる。

一組をなす複数の光学信号（４４）によって形成された入力複合信号は、マルチスペクトル検出回路（４８）を使用することによって、様々な波長へと分波される。抽出すべき分波信号は、例えば波長（λ１）に対応した信号（５８）といったようにして、選択することができる。

維持すべき複数の信号であって様々な波長（λ２，…，λｎ）に対応しているような、分波されて増幅された複数の電気信号（６０）は、制御用集積回路（３６）を介して、マルチスペクトル発光回路（５６）へと、送出される。

また、抽出された信号として加えられるべき信号が、この例においては波長（λ１）として選択された波長を有して、発光器に対して（電気信号の形態でもって）送出される。

マルチスペクトル発光回路（５６）が、複数の可変波長キャビティを有した複数の発光器からなるマトリクスを備えている（上記特許文献２を参照されたい）ことに、注意されたい。維持されるべく分波され増幅された複数の電気信号は、この発光器マトリクスに対して送出される。

再構成された光学信号は、出力用光ファイバ（５０）に対して案内される。光ファイバ（５０）は、他のアッドドロップデバイスを含有しているリング状ネットワークの一部を形成することができる。

公知の多重デバイスを概略的に示す図である。 本発明による多重デバイスの特別の実施形態を概略的に示す分解斜視図である。 本発明を使用したアッドドロップデバイスを概略的に示す図である。

符号の説明

１２ マトリクス
１４ レーザー（発光器）
１６ 平面型光学的導波器
２４ 平面型光学的導波器
３２ 光ファイバ（フレキシブルな光学的導波器）
３４ 光検出器
３８ 分波部分（入力デバイス）
４０ 多重化部分（出力デバイス）
４４ 入力光学信号
４６ 分波ブロック（第１多重デバイス）
４８ マルチスペクトル検出回路（複数の光検出器からなるマトリクス）
５４ 多重化ブロック（第２多重デバイス）
５６ マルチスペクトル発光回路（複数の発光器からなるマトリクス）
５８ 電気信号

Claims (10)

1. ＭおよびＮを２以上の整数としたときに、Ｍ×Ｎ個の光学チャネルからなるマトリクスを、少なくとも１個のチャネルへと多重化するためのデバイスであって、
   −Ｎ個の平面型光学的導波器（１６）であるとともに、各平面型光学的導波器（１６）が、Ｍ個のチャネルを１個のチャネルへと多重化することができ、このため、Ｎ個の平面型光学的導波器（１６）であることのために、Ｍ×Ｎ個のチャネルＮ個の第１チャネルへと多重化することができるような、Ｎ個の平面型光学的導波器（１６）と、
   −１個の平面型光学的導波器（２４）であるとともに、前記Ｎ個の第１チャネルのそれぞれに対して光学的に接続されたＮ個の第２チャネルを、少なくとも１個の接続チャネルへと多重化することができるような、１個の平面型光学的導波器（２４）と、
   を具備していることを特徴とするデバイス。
2. 請求項１記載のデバイスにおいて、
   前記Ｎ個の平面型光学的導波器（１６）が、互いに隣接して配置され、
   前記Ｎ個の第１チャネルが、位置合わせされており、
   前記平面型光学的導波器（２４）が、前記Ｎ個の互いに隣接配置された平面型光学的導波器（１６）に対して垂直に配置されていることを特徴とするデバイス。
3. 請求項１または２記載のデバイスにおいて、
   さらに、前記Ｍ×Ｎ個のチャネルに対して光学的に接続されたＭ×Ｎ個の発光器および／または光検出器（１４，３４）からなるマトリクス（１２）を具備していることを特徴とするデバイス。
4. 請求項３記載のデバイスにおいて、
   前記Ｍ×Ｎ個の発光器および／または光検出器（１４，３４）が、レーザーを有していることを特徴とするデバイス。
5. 請求項４記載のデバイスにおいて、
   前記レーザー（１４，３４）が、鉛直方向キャビティ面発光型レーザーとされていることを特徴とするデバイス。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
   前記Ｍ×Ｎ個の発光器および／または光検出器（１４，３４）の発光波長および／または光検出波長が、互いに相違するものとされていることを特徴とするデバイス。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイスにおいて、
   さらに、前記接続チャネルに対して光学的に接続された少なくとも１つのフレキシブルな光学的導波器（３２）を具備していることを特徴とするデバイス。
8. 請求項７記載のデバイスにおいて、
   前記フレキシブルな光学的導波器が、光ファイバ（３２）とされていることを特徴とするデバイス。
9. 波長分割多重デバイスであって、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載されたデバイスを具備していることを特徴とする波長分割多重デバイス。
10. アッドドロップデバイスであって、
    −複数の入力光学信号（４４）を受領するとともに、請求項１または２に記載された第１多重デバイス（４６）と、この第１多重デバイス（４６）の各チャネルに対して光学的に接続された複数の光検出器からなるマトリクス（４８）と、を備えてなる入力デバイス（３８）であって、前記複数の入力光学信号を複数の電気信号へと変換するとともに、それら複数の電気信号の中から少なくとも１つの電気信号（５８）を取り出し得るものとされた、入力デバイス（３８）と、
    −請求項１または２に記載された第２多重デバイス（５４）と、この第２多重デバイス（５４）の各チャネルに対して光学的に接続された複数の発光器からなるマトリクス（５６）と、を備えてなる出力デバイス（４０）であって、取り出されなかった複数の電気信号を複数の出力光学信号へと変換するとともに、これら複数の出力光学信号に対して少なくとも１つの光学信号を加え得るものとされた、出力デバイス（４０）と、
    を具備していることを特徴とするアッドドロップデバイス。

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