JP2009128644A - Light signal processor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光信号処理装置に関する。より詳細には、モニタ機能を備えた反射型の光信号処理装置に関する。 The present invention relates to an optical signal processing device. More specifically, the present invention relates to a reflection type optical signal processing apparatus having a monitor function.
光通信ネットワークの高速化、大容量化が進み、波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)伝送信号の処理に代表されるような光信号処理装置へのニーズも高まっている。例えば、多重化された光信号をノード間で経路切り替えする機能が要請されている。光−電気変換を経ないで、光信号のまま経路変換を行なうことで、光信号処理装置の高速化が進められている。 As the speed and capacity of optical communication networks have increased, there has been an increasing need for optical signal processing apparatuses such as those represented by processing of wavelength division multiplexing (WDM) transmission signals. For example, there is a demand for a function of switching the path of multiplexed optical signals between nodes. An optical signal processing apparatus has been increased in speed by performing path conversion without changing the optical-electrical conversion.
一方、光信号処理装置の小型化・集積化の観点から、導波路型光回路(PLC:Planar Lightwave Circuit)の開発研究が進められている。PLCでは、例えばシリコン基板上に石英ガラスを材料としたコアを形成して1つのチップに多様な機能を集積し、低損失で信頼性の高い光機能デバイスを実現している。さらには、複数のPLCチップと他の光機能部品とを組み合わせた複合的な光信号処理部品(装置)も登場している。 On the other hand, from the viewpoint of miniaturization and integration of an optical signal processing device, research and development of a waveguide type optical circuit (PLC: Planar Lightwave Circuit) is in progress. In a PLC, for example, a core made of quartz glass is formed on a silicon substrate, and various functions are integrated on one chip, thereby realizing an optical functional device with low loss and high reliability. Furthermore, a complex optical signal processing component (apparatus) that combines a plurality of PLC chips and other optical functional components has also appeared.
例えば、特許文献1には、AWGなどを含む導波路型光回路(PLC)と液晶素子などの空間変調素子とを組み合わせた、光信号処理装置が開示されている。より具体的には、液晶素子を中心として対称に配置されたPLC、コリメートレンズからなる波長ブロッカをはじめ、波長イコライザ、分散補償器などの検討が進められている。これらの光信号処理装置では、異なる波長を持つ複数の光信号に対して、波長毎に独立して光信号処理を行う。
For example,
図5は、光信号処理装置の一例を概念図で示したものである。この光信号処理装置では、分光素子51を経由して光信号が入出力される。分光素子51は、異なる波長を持つ複数の光信号を、その波長に応じた出射角度θで分波する。分波された光信号は、集光レンズ52へ向かって出射する。集光レンズ52によって集光された光信号は、出射角度θに対応して、強度変調、位相変調または偏向する機能を持つ信号処理素子53の所定の位置の各集光点に集光される。すなわち、入力光信号の波長に応じて、光信号は信号処理素子の異なる位置に集光されることに留意をされたい。信号処理素子53は、例えば複数の要素素子(ピクセル)からなる液晶素子などである。各要素素子の透過率などの制御によって、各波長の光信号は強度変調などを受け、所定の信号処理機能が実現される。信号処理を受けた光信号は、ミラー54で反射されて進行方向を反転させる。光信号はさらに集光レンズ52を通って、再び分光素子51において合波される。一般によく知られているように、分光素子51は、進行方向によって光信号を合波することもできる。合波された各波長の光信号は、再び出力光として、光信号処理装置外へ出力される。
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating an example of an optical signal processing apparatus. In this optical signal processing apparatus, an optical signal is input / output via the
図5において、分光素子51は概念的に示したものであり、光信号の波長に応じて分波および合波をできるものであれば良い。例えば、分光素子には、グレーティング、プリズム、アレイ導波路回折格子(AWG:Arrayed Waveguide Grating)などがある。信号処理素子は、光信号の強度もしくは位相、または強度および位相を変調できるもの、または光信号の進行方向を偏向できるものであれば良い。例えば、信号処理素子には、液晶素子、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー、非線形結晶などがある。
In FIG. 5, the
図5に示した光信号処理装置は、ミラーを使用して光信号を折り返すことで、1つの分光素子によって光信号の分波および合波の両方を行なう構成である(本明細書において、この構成を反射型と呼ぶ。)。波長ブロック等の光信号処理を行なう装置は、この構成だけに限られない。 The optical signal processing device shown in FIG. 5 is configured to perform both demultiplexing and multiplexing of an optical signal by one spectroscopic element by folding the optical signal using a mirror (in this specification, this The configuration is called a reflective type.) An apparatus that performs optical signal processing such as a wavelength block is not limited to this configuration.
また、異なる波長を持つ複数の光信号を入力し波長毎に独立して光信号処理を行う波長ブロッカ、波長イコライザ、分散補償器などの光信号処理装置では、波長毎に光信号の強度をモニタすることで光信号パワー等のパラメータを取得して信号処理に供する。そのため、光信号処理装置の内部あるいは外部には、光信号処理装置へ入力するあるいは光信号処理装置から出力する光信号の一部を光カプラ等の分岐素子を用いて分岐して、さらに波長分波素子を用いて異なる波長を有する光信号に分波して各波長の光信号を各々モニタするための機構が必要となる。 In addition, optical signal processing devices such as wavelength blockers, wavelength equalizers, and dispersion compensators that input multiple optical signals with different wavelengths and perform optical signal processing independently for each wavelength monitor the intensity of the optical signal for each wavelength. By doing so, parameters such as optical signal power are acquired and used for signal processing. Therefore, a part of the optical signal that is input to or output from the optical signal processing device is branched inside or outside of the optical signal processing device using a branching element such as an optical coupler, and is further divided into wavelength components. A mechanism for demultiplexing optical signals having different wavelengths using a wave element and monitoring the optical signals of the respective wavelengths is required.
光信号処理装置の小型化・集積化の観点から、各波長の光信号を各々モニタするための機構は、小型で、光信号処理装置の内部に設けられると共に、簡略化された構成であることが望ましい。 From the viewpoint of miniaturization and integration of the optical signal processing device, the mechanism for monitoring each optical signal of each wavelength is small and is provided inside the optical signal processing device and has a simplified configuration. Is desirable.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、モニタ機能を備えた反射型の光信号処理装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a reflection type optical signal processing apparatus having a monitor function.
このような目的を達成するために、本発明に係る光信号処理装置は、入射した光信号を異なる波長を有する複数の光信号に分光して波長に応じた出射角度で出射する分光手段と、前記分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、前記集光手段により集光された光信号の各々を変調する信号処理手段と、前記信号処理手段により変調された光信号の各々を反射して光路を変化させるミラーとを備えた反射型の光信号処理装置であって、前記ミラーが前記信号処理手段により変調された光信号の各々について一部を反射するとともに残りの一部を透過させように構成されるとともに、前記ミラーを透過した光信号の強度を各々モニタするための1つあるいは複数のフォトダイオードをさらに備える。 In order to achieve such an object, an optical signal processing device according to the present invention includes a spectroscopic unit that splits an incident optical signal into a plurality of optical signals having different wavelengths and emits them at an emission angle according to the wavelength, Condensing means for condensing each of the optical signals separated by wavelength by the spectroscopic means, signal processing means for modulating each of the optical signals collected by the condensing means, and modulation by the signal processing means A reflection-type optical signal processing apparatus including a mirror that reflects each of the optical signals and changes an optical path, wherein the mirror reflects a part of each of the optical signals modulated by the signal processing means And further includes one or a plurality of photodiodes for monitoring the intensity of the optical signal transmitted through the mirror.
一実施形態では、アレイ導波路回折格子を分光手段として用いる。また、屈折率の異なる膜を積層した誘電体多層膜ミラーをミラーとして用いる。さらに、ミラーとフォトダイオードとの間に、ミラーを透過した光信号をフォトダイオードに集光させる第2のレンズのアレイを備えることができる。 In one embodiment, an arrayed waveguide grating is used as the spectroscopic means. In addition, a dielectric multilayer mirror in which films having different refractive indexes are stacked is used as a mirror. Further, a second lens array for condensing the optical signal transmitted through the mirror onto the photodiode can be provided between the mirror and the photodiode.
以上説明したように、本発明によれば、反射型の光信号処理装置の内部に本質的に備えられたミラーを光信号の一部を反射するとともに残りの一部を透過させように構成し、ミラーの背後に設けたフォトダイオードでミラーを透過した光信号を直接または間接的に受光するようにしたことにより、反射型の光信号処理装置内に波長数に応じた数の光カプラ等の分岐素子をさらに設ける必要がなくなり、小型化・集積化した光信号処理装置の提供が可能となる。 As described above, according to the present invention, the mirror essentially provided in the reflection type optical signal processing apparatus is configured to reflect a part of the optical signal and transmit the remaining part. The optical signal transmitted through the mirror is received directly or indirectly by the photodiode provided behind the mirror, so that the number of optical couplers or the like corresponding to the number of wavelengths is reflected in the reflective optical signal processing device. There is no need to further provide a branch element, and a miniaturized and integrated optical signal processing apparatus can be provided.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る光信号処理装置の一例を概念図で示したものである。本実施形態の光信号処理装置は、入射した光信号を異なる波長を有する複数の光信号に分光して波長に応じた出射角度で出射する分光素子51と、分光素子51により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光レンズ52と、集光レンズ52により集光された光信号の各々を変調する信号処理素子53と、信号処理素子53により変調された光信号の各々について、一部を反射して光路を変化させるとともに残りの一部を透過するミラー100と、ミラー100を透過した光信号の強度を各々モニタするための複数のフォトダイオード101−1,101−2および101−3とを備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of an optical signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The optical signal processing apparatus according to the present embodiment splits an incident optical signal into a plurality of optical signals having different wavelengths and splits the optical signal for each wavelength by the
分光素子51は、例えば、グレーティング、プリズム、アレイ導波路回折格子(AWG)などを用いて構成することができる。
The
信号処理素子53は、光信号の強度もしくは位相、または強度および位相を変調できるもの、または光信号の進行方向を偏向できるものであれば良い(本明細書において、光信号の強度もしくは位相、または強度および位相を変調することおよび光信号の進行方向を偏向することを変調という。)。信号処理素子は、例えば、液晶素子、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラー、非線形結晶などを用いて構成することができる。
The
ミラー100は、例えば、屈折率の異なる膜を積層した誘電体多層膜ミラーを用いて構成することができる。
The
また、本実施形態の光信号処理装置は、ミラー100を透過した光信号をフォトダイオード101の受光面に集光させる第2のレンズのアレイ102(図2(b))をさらに備えてもよい。凸レンズを用いて第2のレンズを構成することができる。
The optical signal processing apparatus according to the present embodiment may further include a second lens array 102 (FIG. 2B) that focuses the optical signal transmitted through the
本実施形態の光信号処理装置では、分光素子51を経由して光信号が入出力される。分光素子51は、異なる波長を持つ複数の光信号を、その波長に応じた出射角度θで分波する。図1において、分波された光信号の波長をそれぞれλ1,λ2,λ3(λ1<λ2<λ3)として示している。分波された光信号は、それぞれ集光レンズ52へ向かって出射する。
In the optical signal processing apparatus of this embodiment, optical signals are input / output via the
集光レンズ52によって集光された各光信号は、出射角度θに対応して、強度変調、位相変調または偏向など変調する機能を持つ信号処理素子53の所定の位置の各集光点に集光される。すなわち、入力光信号の波長に応じて、光信号は信号処理素子の異なる位置に集光される。信号処理素子53は、例えば複数の要素素子(ピクセル)からなる液晶素子などである。各要素素子の透過率などを制御することによって、各波長の光信号は強度変調などの変調を受け、所定の信号処理機能が実現される。信号処理を受けた光信号の一部は、ミラー100で反射されて進行方向を反転させる。ミラー100で反射された光信号はさらに集光レンズ52を通って、再び分光素子51において合波される。合波された各波長の光信号は、再び出力光として、光信号処理装置外へ出力される。
Each optical signal collected by the
他方、ミラー100を透過した各波長の光信号は、フォトダイオード101で受光される。図1は、波長がλ1,λ2,λ3の光信号がそれぞれフォトダイオード101−1,101−2,101−3で受光されるように示されている。
On the other hand, the optical signal of each wavelength transmitted through the
図2は、信号処理素子53によって信号処理を受けた光信号の一部がミラー100を透過してフォトダイオード101で直接受光される様子を示す図であり、図2(b)は、ミラー100を透過した光信号が凸レンズ102により集光されフォトダイオード101で受光される様子を示す図である。図2は、図4に示すような液晶素子を用いて信号処理素子53を構成した例を示す。波長がλ1,λ2,λ3の光信号は、それぞれ集光レンズ52によって液晶素子のピクセル要素素子(ピクセル)506−1,506−2,506−3に集光され、信号処理を受ける。
FIG. 2 is a diagram showing a state in which a part of the optical signal subjected to signal processing by the
図4は、信号処理素子53として用いることができる液晶光可変減衰器(液晶VOA)500の概略構成を示す図である。図4(a)は、液晶VOA500のピクセル部の拡大した側面図であり、図4(b)は、液晶VOA500の拡大した正面図である。液晶VOA500は、液晶素子550を、2つの偏光素子502により挟んだ構造である。また、液晶素子550は、液晶510を、ITO(Indium Tin Oxide、インジウムスズ酸化物)電極506および配向膜508が形成された2つのガラス基板504により挟んだ構造である。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a liquid crystal optical variable attenuator (liquid crystal VOA) 500 that can be used as the
上述のようにアレイ導波路回折格子(AWG)などの分光素子51によって分光された各光信号が各々集光する場所が図4(b)のITO電極の各ピクセル506の場所に対応する。
As described above, a place where each optical signal dispersed by the
本実施形態の液晶VOA500は、液晶素子550が、ツイストネマティック型の液晶素子であり、当該液晶素子550が水平方向の偏光のみを透過する偏光子502により前後を挟まれている。この液晶VOA500は、各ピクセルに水平方向の偏光を入射した時に、透明導電膜のITO電極506に所望の電圧を加えることにより、光信号の偏光面を光軸に垂直面上に0〜90度まで回転できる。そして出力側にも偏光子502があるので可変光減衰器として作用する。つまり、光信号は、液晶VOA500において強度変調を受けることで信号処理を受ける。
In the
ところで近年、光通信システムにおける光信号の伝送速度は、例えば、40Gbpsに高速化が進んでおり、信号処理素子は、光信号をできるだけ広い帯域で透過できることが望ましい。図4に示した液晶VOA500の例では、ITO電極の各ピクセル506を大きくして、ITO電極の各ピクセル506間のギャップを小さくすることが求められる。
Incidentally, in recent years, the transmission speed of an optical signal in an optical communication system has been increased to, for example, 40 Gbps, and it is desirable that the signal processing element can transmit the optical signal in as wide a band as possible. In the example of the
また、より効率的に光信号のパワーをモニタできるように、各フォトダイオード101の受光面を大きくすることが望ましい。 Further, it is desirable to increase the light receiving surface of each photodiode 101 so that the power of the optical signal can be monitored more efficiently.
しかしながら、各フォトダイオード101の受光面を大きくすると、フォトダイオードが隣のチャネルのクロストーク光を受信してモニタ誤差が生じるという問題がある。その原因には、2つの要因がある。 However, when the light receiving surface of each photodiode 101 is enlarged, there is a problem that the photodiode receives the crosstalk light of the adjacent channel and a monitoring error occurs. There are two causes for this.
第1の要因は、図1に示す構造ではミラー100がガウスビームのビームウエストであるため、ミラーを透過した後の光ビームが広がる傾向にあることによるものである。実際にはフォトダイオード101の実装上の都合から、ミラー100とフォトダイオード101は例えば100μmオーダの間隙を設けるため、その広がった光が隣接チャネルの光信号の強度をモニタするためのフォトダイオードに入射する可能性がある。
The first factor is due to the fact that the
第2の要因は、フォトダイオード101の実際の実装によるものである。つまり、実際の実装において複数のフォトダイオード101−1、101−2、・・・の受光部を1チップで作製したフォトダイオードアレイを用いると、多数のフォトダイオードを1度に実装できて好都合である。しかしフォトダイオードチップの中で散乱された光が隣チャネルの光信号の強度をモニタするためのフォトダイオードに入力することがある。 The second factor is due to the actual mounting of the photodiode 101. In other words, in the actual mounting, using a photodiode array in which the light receiving portions of a plurality of photodiodes 101-1, 101-2,... Are manufactured on a single chip is advantageous because a large number of photodiodes can be mounted at a time. is there. However, the light scattered in the photodiode chip may be input to the photodiode for monitoring the intensity of the optical signal in the adjacent channel.
このようなクロストークは、図2(a)に示すように各フォトダイオード101の受光面を大きくすることにより、増加する傾向にある。 Such crosstalk tends to increase by increasing the light receiving surface of each photodiode 101 as shown in FIG.
したがって、図2(b)に示すように、ミラー100を透過した各光信号を各フォトダイオード101の受光面に集光するような凸レンズ102をさらに配置することで、フォトダイオード101の受光面を大きくせずに、クロストークの防止、モニタ誤差を低減したモニタが可能になる。
Therefore, as shown in FIG. 2 (b), the light receiving surface of the photodiode 101 is arranged by further arranging a convex lens 102 for condensing each optical signal transmitted through the
図3は、フォトダイオード101でモニタされるクロストークを説明するための表である。図3の表に示す値は、図2において、各ピクセル506間のピッチ(中心間の距離)を250μmとし、各ピクセル506間のギャップを10μmとし、各フォトダイオード(PD)101の径およびレンズ102の有無をパラメータにしてクロストークを測定した値と評価している。 FIG. 3 is a table for explaining crosstalk monitored by the photodiode 101. The values shown in the table of FIG. 3 are as follows. In FIG. 2, the pitch (distance between the centers) between the pixels 506 is 250 μm, the gap between the pixels 506 is 10 μm, the diameter of each photodiode (PD) 101 and the lens. It is evaluated as a value obtained by measuring crosstalk using the presence or absence of 102 as a parameter.
図3に示すように、レンズ102と共に径の小さいフォトダイオードを用いることでクロストークを防止したモニタ機能を備えた反射型の光信号処理装置を提供することができる。 As shown in FIG. 3, by using a photodiode having a small diameter together with the lens 102, it is possible to provide a reflection type optical signal processing apparatus having a monitoring function that prevents crosstalk.
なお、図2において、フォトダイオード101は、単体(個別)のフォトダイオードを複数実装したものを用いてもよく、多アレイのフォトダイオードが1つのチップとして集積されたものを用いてもよい。また、図2において、レンズ102は、単体(個別)のレンズを複数組み合わせてもよく、多アレイのマイクロレンズアレイを用いてもよい。また、上述の目的を達成すべく光を集光する機能を有するレンズであれば種類は特に限定しない。 In FIG. 2, a photodiode 101 in which a plurality of single (individual) photodiodes are mounted may be used, or a photodiode in which multiple arrays of photodiodes are integrated as one chip. In FIG. 2, the lens 102 may be a combination of a plurality of single (individual) lenses or a multi-array microlens array. Further, the type is not particularly limited as long as the lens has a function of condensing light so as to achieve the above-described object.
また、信頼性向上の観点から、このようなフォトダイオードは、気密封止パッケージに封入されることもあるが、この場合、パッケージ前面の窓材が図2(a)および(b)に示すミラー100を兼ねてもよい。部材数が減り、実装が容易になるというメリットがある。 From the viewpoint of improving reliability, such a photodiode may be enclosed in a hermetically sealed package. In this case, the window material on the front surface of the package is a mirror shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). 100 may also be used. There are advantages that the number of members is reduced and mounting becomes easy.
なお本実施形態においては、図1のようにミラーで反射して同様の光路に戻す形態の例を掲げたが、本特許は、同様の利点を有するなら、全くその形態のみに限るわけではない。例えばミラーに光信号が、図1の紙面に垂直な方向に少し垂直からずれて入射して入力ポートと出力ポートが、紙面垂直方向の上下に分かれるものであってもよい。 In the present embodiment, an example of a form that is reflected by a mirror and returned to the same optical path as shown in FIG. 1 is described. However, this patent is not limited to that form as long as it has the same advantage. . For example, an optical signal may be incident on the mirror in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 with a slight deviation from vertical, and the input port and the output port may be separated vertically in the paper surface vertical direction.
51 分光素子
52 レンズ
53 信号処理素子
54,100 ミラー
101 フォトダイオード
102 レンズ
500 液晶VOA
506 電極(ピクセル)
51
506 Electrode (pixel)
Claims (4)
前記分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、
前記集光手段により集光された光信号の各々を変調する信号処理手段とを備えた光信号処理装置において、
前記信号処理手段により変調された光信号の各々について、一部を反射して光路を変化させ、残りの一部を透過するミラーと、
前記ミラーを透過した光信号の強度を各々モニタするための1つあるいは複数のフォトダイオードと
を備えたことを特徴とする光信号処理装置。 A spectroscopic unit that splits an incident optical signal into a plurality of optical signals having different wavelengths and emits the optical signal at an emission angle corresponding to the wavelength;
Condensing means for condensing the optical signals spectrally separated for each wavelength by the spectroscopic means;
In an optical signal processing device comprising signal processing means for modulating each of the optical signals collected by the light collecting means,
For each of the optical signals modulated by the signal processing means, a mirror that reflects part of the optical signal to change the optical path and transmits the remaining part of the optical signal;
An optical signal processing apparatus comprising: one or a plurality of photodiodes for monitoring the intensity of an optical signal transmitted through the mirror.
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