JP2009530970A - 波長チャネルの挿入および分岐 - Google Patents

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Abstract

第１の態様では、装置は、表面が平らな基板と、表面に沿って配置された光分波器と、表面に沿って配置された光クロスコネクト・マトリックスとを含む。光分波器は、Ｎ個の光出力端を有する。光クロスコネクト・マトリックスは、Ｎ個の光入力ポートからなる第１のアレイと、Ｎ個の光出力ポートからなる第２のアレイとを有する。光クロスコネクト・マトリックスの各光入力ポートは、光分波器の光出力端のうちの対応する１つに光学的に接続される。出力ポートは、第１のアレイ内の対応する入力ポートの直列配列の自明でない置換である第２のアレイ内の直列配列を有する。

Description

本発明は、一般に光通信に関し、より詳細には、複数の波長チャネル上での光通信に関する。
本節は、本発明の態様のより良い理解を促進するのに有用となり得る態様について述べる。したがって、本節の記述は、この観点から読まれるべきである。本節の記述は、従来技術の範囲について認めるものではない。
高密度波長分割多重ＤＷＤＭ方式では、ＤＷＤＭ方式のアクセス・ポイントで、任意の所望の波長チャネルを挿入または分岐できることが望ましい場合が多い。その光ポートで任意の波長チャネルを挿入しまたは分岐させるための光学部品は、カラーレス光分岐挿入モジュールと呼ばれる。
図１は、例示的な光分岐挿入モジュール１０を示す。１つまたは複数の波長チャネルを分岐させるように機能するときは、光分岐挿入モジュール１０は、外部光ポート１２で光信号を受け取り、受け取った光信号を８つの外部光ポート１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１４６、１４７、１４８へ経路指定する。１つまたは複数の波長チャネルを挿入するように機能するときは、光分岐挿入モジュール１０は、８つの外部光ポート１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１４６、１４７、１４８で光信号を受け取り、受け取った光信号を外部光ポート１２へ経路指定する。
光分岐挿入モジュール１０は、７つの１×２光強度分割器１６１、１６２、１６３、１６４、１６５、１６６、１６７からなるアレイ１８と、８つの波長可変光帯域フィルタ２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８とを含む。アレイ１８は、３層のツリー構造を有する。第１の層では、光強度分割器１６１の光入力端ＯＩが、光分岐挿入モジュール１０の外部光ポート１２に接続する。第２および第３の層では、これらの層のＯＩが、光導波路ＯＷを介して、前の層の光出力端ＯＯに接続する。第３の層では、光強度分割器１６４〜１６７のＯＯが、ＯＷを介して、対応する波長可変光帯域フィルタ２０１〜２０８のＯＩに接続する。波長可変光帯域フィルタ２０１〜２０８は、光分岐挿入モジュール１０の外部光ポート１４１〜１４８として機能するＯＯを有する。
アレイ１８では、各１×２光強度分割器１６１〜１６７は、そのＯＩで受け取った光強度の約半分を、そのＯＯのそれぞれに誘導する。具体的には、受け取った光強度のこうした分割は、波長選択的でない形で実行され、したがって各波長チャネルの光が、１×２光強度分割器１６１〜１６７の両方のＯＯに誘導される。そのため、アレイ１８は、任意の波長チャネル上で受け取った光の約８分の１しか、波長可変光帯域フィルタ２０１〜２０８に再誘導しない。
各波長可変光帯域フィルタ２０１〜２０８の中心帯域通過波長は、可変である。具体的には、個々の光帯域フィルタ２０１〜２０８の帯域通過は、８つの予め選択された隣接する波長チャネルのうちの任意の１つを選択的に通過させ、かつ予め選択された隣接する波長チャネルのうちの残りの７つを選択的に阻止するように、別々に調整することができる。そのため、光分岐挿入モジュール１０は、波長チャネルを外部光ポート１４１〜１４８に分岐させるためのカラーレス光モジュールとして機能することができる。
光分岐挿入モジュール１０はまた、外部光ポート１４１〜１４８が光入力ポートとして機能し、外部光ポート１２が光出力ポートとして機能するときは、カラーレス挿入モジュールになる。
しかし残念ながら、１×８光分岐挿入モジュール１０では、外部光ポート１２で受け取った光の無駄が多い。具体的には、光分岐挿入モジュール１０は、任意の波長チャネルのそのように受け取った光の約８分の１しか外部光ポート１４１〜１４８に送達しない。さらに、外部光ポート１２から外部光ポート１４１〜１４８のいずれかに進む際に、光は、光学部品の長い鎖を通って伝えられる。そのような各鎖では、光損失により、送達される光の強度がさらに低減する可能性がある。
米国特許第５００２３５０号 米国特許第５１３６６７１号 米国特許第５５９６６６１号 米国特許第６５８０５３４号
開示される実施形態の範囲に相応の特定の態様について、以下に述べる。これらの態様は、単に例示的なものとして示し、本発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。
様々な実施形態が、光分岐挿入モジュールを提供する。そのようなモジュールの中には、１×２光強度分割器のツリー構造に基づく光分岐挿入モジュールに比べて、より電力効率が良く、かつ／またはより簡単に製造できるものもある。具体的には、光分岐挿入モジュールの実施形態の一部は、波長チャネルを分岐させる際に、受け取った光強度のうちより大きい部分を通過させることができる。また、光分岐挿入モジュールの実施形態の一部は、より単純な光フィルタを有する。最後に、光分岐挿入モジュールの実施形態の一部は、集積平面光学部品として容易に製造することができる。
第１の態様では、装置は、表面が平らな基板と、その表面に沿って配置された光分波器と、その表面に沿って配置された光クロスコネクト・マトリックスとを含む。光分波器は、Ｎ個の光出力端を有する。光クロスコネクト・マトリックスは、Ｎ個の光入力ポートからなる第１のアレイと、Ｎ個の光出力ポートからなる第２のアレイとを有する。光クロスコネクト・マトリックスの各光入力ポートは、光分波器の光出力端のうちの対応する１つに光学的に接続される。光出力ポートは、第１のアレイ内の対応する光入力ポートの直列配列の自明でない置換である第２のアレイ内の直列配列を有する。
別の態様では、装置は、光分波器と、光クロスコネクト・マトリックスと、光フィルタのアレイとを含む。光分波器は、光出力端のアレイを有する。光クロスコネクト・マトリックスは、Ｎ個の光入力ポートからなる第１のアレイと、Ｎ個の光出力ポートからなる第２のアレイとを有する。光クロスコネクト・マトリックスの各光入力ポートは、光分波器の光出力端のうちの対応する１つに光学的に接続される。各光フィルタは、光クロスコネクト・マトリックスの光出力ポートのうちの対応する１つに接続された光入力端を有する。
別の態様では、方法は、複数の波長チャネル上で受け取った光信号を経路指定するステップを含む。この方法は、光入力ポートから受け取った光信号を、Ｎ個の光出力端からなる第１の空間アレイの１つの光出力端に経路指定し、したがって第１の空間アレイの光出力端の１つずつが、光信号のうちの、その波長チャネル群の光信号を受け取るようにするステップを含む。この波長チャネル群は、光出力端の１つと対応関係にある。この方法は、第１の空間アレイの各光出力端からの光信号を、光出力端の第２の空間アレイのうちの対応する光出力端に経路指定し、したがって群と第２の空間アレイ内の光出力端との対応関係が、群と第１の空間アレイ内の光出力端との対応関係の自明でない置換になるようにするステップを含む。この方法は、第２の空間アレイの光出力端のうちの少なくとも１つで受け取った光信号をフィルタリングして、光出力端の少なくとも１つに対応する波長チャネルの適切なサブセット上だけで光信号を通過させるステップを含む。
様々な実施形態について、図および例示的な実施形態についての詳細な説明によってより完全に説明する。しかしながら、本発明は、様々な形式で実施することができ、図および／または例示的な実施形態についての詳細な説明に記載の実施形態に限定されるものではない。
図および説明では、同じ参照番号が、類似の機能を有する要素を示す。
図２は、外部光ポート１２と、Ｎ個の外部光ポート１４１、１４２、．．．、１４Ｎからなるアレイとを有する例示的な光分岐挿入モジュール２２を示す。Ｎは、３以上であり、８以上とすることもできる。光分岐挿入モジュール２２および外部光ポート１２、１４１、１４２〜１４Ｎは、平面基板２５の表面に沿って配置される。
光分岐挿入モジュール２２は、光挿入モジュールまたは光分岐モジュールとして動作することができる。光分岐モジュールとしての動作中は、外部光ポート１２が光信号を受け取り、光分岐挿入モジュール２２は、波長選択的な形で、受け取った光信号を外部光ポート１４１〜１４Ｎへ経路指定する。光挿入モジュールとして動作中は、外部光ポート１４１〜１４Ｎが光信号を受け取り、光分岐挿入モジュール２２は、受け取った光信号を外部光ポート１２へ経路指定する。光分岐挿入モジュール２２は、各光ポート１４１〜１４Ｎで、様々な波長チャネルを挿入しまたは分岐させることができ、したがって、擬似カラーレス分岐挿入モジュールとして機能することができる。
光分岐挿入モジュール２２は、光分波器ＤＥＭＵＸ２４と、Ｎ×Ｎ光クロスコネクトＯＸＣマトリックス２６と、Ｎ個組の光導波路２８１、２８２、．．．、２８Ｎとを含む。光ＤＥＭＵＸ２４、Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６、および光導波路２８１〜２８Ｎは、同じ基板２５の表面に沿って配置される。最後に、光分岐挿入モジュール装置２２は、電子制御装置３０を含むことができる。電子制御装置３０は、同じ基板２５の表面上に、または表面から離して配置される。
光ＤＥＭＵＸ２４は、波長選択的でかつ周期的な形で、光信号を、外部光ポート１２からそのＮ個の光出力端ＯＯへ経路指定する。すなわち、光ＤＥＭＵＸ２４は、波長チャネル１、Ｎ＋１、２Ｎ＋１、３Ｎ＋１などの光信号をその第１のＯＯへ経路指定し、波長チャネル２、Ｎ＋２、２Ｎ＋２、３Ｎ＋２などの光信号をその第２のＯＯへ経路指定し、より一般には、波長チャネルｋ、Ｎ＋ｋ、２Ｎ＋ｋ、３Ｎ＋ｋなどの光信号をそのｋ番目のＯＯへ経路指定する。予め選択された１組の隣接する波長チャネル、すなわち１、２、３などは、ほぼ等しい帯域幅を有する。
光ＤＥＭＵＸ２４の例示的な平面構造は、第１および第２のスター・カプラと、アレイ導波路格子ＡＷＧとを含むことができる。第１のスター・カプラは、外部光ポート１２を、ＡＷＧの光導波路の１つの端部に光学的に接続する。第２のスター・カプラは、ＡＷＧの光導波路の第２の端部を、光ＤＥＭＵＸ２４のＯＯに光学的に接続する。光ＤＥＭＵＸおよび光合波器ＭＵＸのそのようなＡＷＧ構造は、当業者には周知である。たとえば、米国特許第５００２３５０号および同第５１３６６７１号は、本明細書に記載の装置に適するであろう光ＭＵＸおよび光ＤＥＭＵＸについて記載している。同米国特許は、その全体を参照により本明細書に組み込む。
光導波路２８１〜２８Ｎは、光ＤＥＭＵＸ２４のＯＯを、Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６の対応する光入力端ＯＩに接続する。
Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６は、そのＯＩのそれぞれをそのＯＯのうちの対応する１つに光学的に接続するＮ個の光導波路からなるアレイを含む。これらの光導波路は、実質的に波長に依存しない光接続を生成する。これらの光接続は、基板２５上にＯＩによって形成された空間系列の、基板２５上にＯＯによって形成された空間系列への自明でない置換を効果的に生成する。置換によって、ｋ番目の外部光ポート１４ｋに、波長チャネルＰ（ｋ）、Ｐ（ｋ）＋Ｎ、Ｐ（ｋ）＋２Ｎ、．．．を出力させる。ここで、Ｐ（ｋ）は、ｋ番目の対象上でのＮ個の対象の置換の値である。
Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６は、そのＯＩの空間系列から、そのＯＯの空間系列への、固定または調整可能な置換を生成することができる。固定置換を生成する実施形態では、ＯＸＣマトリックス２６は、そのＯＩを対応するＯＯに接続する光導波路を交差させるパターンを含み、それによって置換を生成する。調整可能な置換を生成する実施形態の場合、ＯＸＣマトリックス２６は、光導波路のアレイと、光導波路を終端間接続して両端光路を形成する光スイッチとを含む。両端光路は、ＯＸＣマトリックス２６のＯＩを、ＯＸＣマトリックス２６の対応するＯＯに接続し、それによって置換を生成する。これらの実施形態では、光スイッチの状態が、Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６のＯＩの空間系列の、Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６のＯＯの空間系列への置換を決定する。ＯＩからＯＯへの置換を変えるためには、光スイッチの状態が変えられる。
Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６では、光スイッチは、たとえば熱光学スイッチまたは電子光学スイッチとすることができる。電子制御装置３０は、Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６の光スイッチを動作する制御信号を印加する。電子制御装置３０は、熱光学スイッチに基づく実施形態では、加熱器を介して熱制御信号を印加し、電子光学スイッチに基づく実施形態では、電極対を介して電圧制御信号を印加する。
光分岐挿入モジュールを使用して、複数、Ｍ個、の隣接する波長チャネルを分岐させることができる。Ｍは、光ＤＥＭＵＸ２４のＯＯの数Ｎより小さいか、それに等しいか、またはそれより大きい。Ｍ≦Ｎの場合、各外部光ポート１４１〜１４Ｎは、１つの波長チャネルから光信号を受け取るか、またはいずれの波長チャネルからも光信号を受け取らない。Ｍ≧Ｎの場合、外部光ポート１４１〜１４Ｎの一部またはすべてが、複数の波長チャネルからの光信号を受け取る。後者の場合、各外部光ポート１４１〜１４Ｎで、１つの波長チャネルだけが分岐されるように、光分岐挿入モジュール２２を変更することが望ましいかもしれない。図３は、そのような変更された光分岐挿入モジュール３２の一例を提供する。
図３を参照すると、変更された光分岐挿入モジュール３２は、図２にすでに示したように、光ＤＥＭＵＸ２４と、Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６と、光導波路２８１〜２８Ｎとを含む。
変更された光分岐挿入モジュール３２はまた、光フィルタ３４１、３４２、．．．、３４Ｎと、光フィルタ３４１〜３４ＮをＮ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６の対応するＯＯに接続する光導波路３６１、３６２、．．．、３６Ｎとを含む。光フィルタ３４１〜３４Ｎのそれぞれは、Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６の対応するＯＯからその光フィルタに出力される選択された波長チャネルのうちの１つまたは複数を遮断するように構成される。一部の実施形態では、各光フィルタ３４１〜３４Ｎは、Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６の対応するＯＯからその光フィルタに出力される波長チャネルのうちの１つだけを通過させることができる。たとえば、Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６の対応するＯＯが、波長チャネルｐ、ｐ＋Ｎ、ｐ＋２Ｎ、およびｐ＋３Ｎを出力する場合、光フィルタ３６ｐは、波長チャネル「ｐ」だけを通過させることができる。光フィルタ３４１〜３４Ｎは、波長可変とすることができ、したがって、通過および遮断される波長チャネルの選択は、望みに応じて変更することができる。
一部の他の実施形態（図示せず）では、ＯＸＣマトリックス２６のＯＯのうちの一部だけが、図３に示す光フィルタ３４ｋに接続する。これらの実施形態では、ＯＸＣマトリックス２６の残りのＯＯは、すべての受け取った波長チャネル上の光信号を、対応する外部光ポート１４ｑに伝送する。
図２および３の光分岐挿入モジュール２２、３２の一部の実施形態は、図１の分岐挿入モジュール１０に比べて有利となり得る。第１に、これらの光分岐挿入モジュール２２、３２は、光強度分割器をもたないので、外部光ポート１２と外部光ポート１４１〜１４Ｎの間の所望の波長チャネル上の光のうちより大きい割合を経路指定することができる。第２に、光分岐挿入モジュール３２は、光分岐挿入モジュール１０に比べて、より簡単な光フィルタ３４１〜３４Ｎを有することができる。具体的には、光フィルタ３４１〜３４Ｎは、通常、所望の波長チャネルからより広く間隔を空けた波長チャネルを遮断しなければならないので、光帯域フィルタ２０１〜２０８に比べて、より広いチャネル通過領域を有することができる。同じ理由のため、光分岐挿入モジュール３２は、同じ外部光ポート構成を有する光分岐挿入モジュール１０の実施形態に比べて、より簡単であり、より安価に構成でき、かつ／または単一の平面基板上でより容易に集積することができる。
様々な平面設計が、図３の光フィルタ３４１〜３４Ｎで利用可能である。これらの平面設計は、Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６から個々の光フィルタ３４１〜３４Ｎに出力される波長チャネルのうちの１つまたは複数を遮断するように適合される。様々な実施形態では、光フィルタ３４１〜３４Ｎは、ノッチ伝送特性、帯域伝送特性、または両方の挙動を組み合わせた伝送特性を有することができる。光フィルタ３４１〜３４Ｎまたはそれらの構成要素光フィルタに対するいくつかの平面設計を、図４Ａ〜４Ｅに示す。いくつかのそのような光フィルタに有用な平面設計は、たとえば米国特許第５５９６６６１号および同第６５８０５３４号に記載されているであろう。同米国特許はどちらも、その全体を参照により本明細書に組み込む。
図４Ａ〜４Ｃは、帯域および／またはノッチ・スペクトル伝送特性を有する光フィルタとして機能できるマッハ−ツェンダー干渉計３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃを示す。マッハ−ツェンダー干渉計３４Ａ、３４Ｂ、および３４Ｃは、それぞれ１つ、３つ、および４つの段を有する。各段は、光導波路対、すなわち比較的長い光導波路ＯＷＬと比較的短い光導波路ＯＷＳとを含む。隣接する段の光導波路対ＯＷＬ、ＯＷＳは、２×２光カプラＯＣを介して直列に結合する。２×２光カプラは、隣接する段相互間に位置する結合領域内で、光導波路対ＯＷＬ、ＯＷＳを互いに近づける。この構成により、隣接する段の光導波路対ＯＷＬ、ＯＷＳ間に直接結合を生成し、かつ隣接する段の光導波路対ＯＷＬ、ＯＷＳ間に交差結合を生成する。直接および交差結合の相対的な強度は、結合領域の長さ、結合領域内の屈折率、および結合領域内の光導波路対の離隔距離によって決まる。第１の段の光導波路対ＯＷＬ、ＯＷＳは、光強度分割器または２×２光カプラ、ＯＣ、の光出力端に接続し、これにより、それらの光フィルタのＯＯへの結合強度が決まる。最後の段の光導波路対ＯＷＬ、ＯＷＳは、光強度結合器または２×２光カプラ、ＯＣ、のＯＩに接続し、これにより、それらの光フィルタのＯＯへの結合強度が決まる。
マッハ−ツェンダー干渉計３４Ａ〜３４Ｃでは、各段の光導波路対ＯＷＬ、ＯＷＳが、そこを通って伝播する光相互間にもたらす相対位相差、ならびに２×２光カプラ、光分割器、および／または光結合器、すなわちＯＣ内の直接および交差結合の強度が、光フィルタのスペクトル伝送特性を実質的に規定する。
図４Ａを参照すると、単段マッハ−ツェンダー干渉計３４Ａは、光カプラが強度の等しい直接および交差結合を生成する場合、光ノッチ・フィルタとして構成することができ、光導波路ＯＷＬ、ＯＷＳは、そこを通って伝播する光信号間に相対位相差πをもたらす。単段マッハ−ツェンダー干渉計３４Ａは、図３のＮ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６の対応するＯＯから受け取る波長チャネル上の光信号を実質的に遮断するように構成することができる。
図４Ｂおよび４Ｃを参照すると、３段および４段マッハ−ツェンダー干渉計３４Ｂ、３４Ｃは、有限のフーリエ級数、たとえば有限の奇数調波級数によって表されるスペクトル伝送特性を有する。そのようなスペクトル伝送特性を得るためには、各段の光導波路ＯＷＬ、ＯＷＳは通常、そこを通って伝播する光相互間に特別な相対位相差をもたらすように制約されるべきである。具体的には、個々の段によってもたらされる相対位相差と、そのような相対位相差の最小のものをもたらす段によってもたらされる相対位相差との比は、特別な値の数列を形成するはずである。たとえば、３段マッハ−ツェンダー干渉計３４Ｂでは、特別な値の数列は、１、約２、および約４とすることができる。また、４段マッハ−ツェンダー干渉計３４Ｃでは、これらの特別な値の数列は、１、約２、約−２、および約−２とすることができる。３段および４段マッハ−ツェンダー干渉計３４Ｂ、３４Ｃのうち、段が上述の制約を満たし、かつ２×２光カプラ、光分割器、および／または光結合器が適切な直接および交差光結合を生成するものは、１段マッハ−ツェンダー干渉計３４Ａに比べて、より広いスペクトル・ノッチ領域を有することができる。本明細書の記載に照らしてみると、マッハ−ツェンダー干渉計３４Ｂ、３４Ｃの２×２光カプラ、光分割器、および／または光結合器に適した直接および交差光結合の値はまた、当業者には容易に求められるはずであり、たとえば、米国特許第５５９６６６１号に記載されているであろう。
一部の実施形態では、図３の光フィルタ３４１〜３４Ｎは、波長可変である。
そのような実施形態では、電子制御装置３０はまた、光フィルタ３４１〜３４Ｎによって通過させる波長チャネルの選択を制御する電気信号を生成することができる。電気制御信号は、図４Ａ〜４Ｃに示すように、光導波路ＯＷＬ、ＯＷＳの熱的活性セグメント（Ｓ）を加熱する加熱器を動作するか、または光導波路ＯＷＬ、ＯＷＳの電気光学的活性セグメント（Ｓ）間に電圧を印加する電極対を動作する。活性セグメント、Ｓ、は、その中の温度または電界の値に反応する屈折率を有する。その結果得られる屈折率の変化により、その光導波路対ＯＷＬ、ＯＷＳがそこを通って伝播する光にもたらす相対位相差が変動する。
そのような実施形態では、電子制御装置３０は、他の電気信号を生成して、図４Ｂ〜４Ｃのマッハ−ツェンダー干渉計３４Ｂ、３４Ｃの２×２光カプラ、光分割器、および／または光結合器、すなわちＯＣ内の温度または電界を調整する加熱器または電極対を制御することができる。具体的には、屈折率および屈折率コントラストは、２×２光カプラ、光分割器、および／または光結合器、すなわちＯＣの結合領域内の、狭い間隔で配置された光導波路対間の結合を調整する。それらの結合領域の熱光学的活性部分への熱の印加、またはそれらの結合領域の電気光学的活性部分間への電圧の印加を制御することによって、電子制御装置３０は、マッハ−ツェンダー干渉計３４Ｂ、３４Ｃの隣接する段相互間の直接および交差光結合の相対的な強度を変えることができる。
一部の実施形態は、マッハ−ツェンダー干渉計３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃの光導波路およびカプラを、電子制御装置３０からの上述のタイプの電気制御信号に反応するように構成することができる。そのような制御信号は、図４Ａ〜４Ｃのマッハ−ツェンダー干渉計３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ内の帯域通過および／または帯域ノッチの波長範囲を制御することができる。上述の説明に照らしてみると、当業者は、不必要な実験なしで、マッハ−ツェンダー干渉計３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ内で波長可変性を実施できるはずである。
図４Ｄおよび４Ｅに示す光フィルタ３４Ｄ、３４Ｅに図示のように、図３の光フィルタ３４１〜３４Ｎは、光リング共振器ＯＲＲを含むことができる。
図４Ｄを参照すると、光フィルタ３４Ｄは、入力光導波路ＩＯＷと、出力光導波路ＯＯＷと、結合された光リング共振器の系列とを含む。結合された光リング共振器の系列は、入力および出力光導波路ＩＯＷ、ＯＯＷ間で光カプラを形成する。この系列内では、様々な光リング共振器の共振波長は、近いが異なっており、すなわち、それらの共振波長はバーニアになる。共振波長のそのような構成により、この系列の共振波長は、個々の光リング共振器の共振波長に比べて、より広く間隔を空けることができる。これらの共振波長の間隔がより広いために、光リング共振器の系列は、入力および出力光導波路が単一の光リング共振器によって結合される光デバイス（図示せず）に比べて、より広い帯域ノッチ領域を有するように構成することができる。帯域ノッチをより広くすると、Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６から図３の個々の光フィルタ３４１〜３４Ｎへ出力される波長チャネルのうちのより多くを遮断し、それによって波長選択性を改善することができる。
図示の光帯域フィルタ３４Ｄは、３つの光リング共振器からなる系列を含むが、そのようなフィルタの他の実施形態は、入力および出力光導波路ＩＯＷ、ＯＯＷを結合する系列内に、１つ、２つ、３つ、またはそれ以上の光リング共振器を有することができる。
図４Ｅを参照すると、光フィルタ３４Ｅは、複数の段を有するハイブリッド・マッハ−ツェンダー干渉計を含む。各段は、光導波路対ＯＷＬ、ＯＷＳと、光導波路ＯＷＬ、ＯＷＳに結合する１つまたは複数の光リング共振器とを含む。各段では、光導波路対ＯＷＬ、ＯＷＳは、そこを通って伝播する光信号間に相対位相差をもたらす。異なる段相互間では、光リング共振器は、近い共振波長を有することができ、すなわち、様々な段の光リング共振器の共振波長は、バーニアのような関係を有することができる。そのため、一連の段は、図４Ｄの光フィルタ３４Ｄの場合のように、より広い光ノッチ領域を有するスペクトル伝送特性を提供することができる。そのようなハイブリッド多段マッハ−ツェンダー干渉計の実施形態は、米国特許第６５８０５３４号にさらに記載されているであろう。
図３の光フィルタ３４１〜３４Ｎの一部の実施形態は、図４Ｄまたは４Ｅの光フィルタ３４Ｄ、３４Ｅの波長可変のものを含む。そのような実施形態では、電子制御装置３０は、光共振リングの熱的活性部分に熱を印加できる１つまたは複数の加熱器を動作するように構成され、または光リング共振器の電気光学的活性部分間に電圧を印加できる１つまたは複数の電極対を動作するように構成される。どちらの構成でも、電子制御装置３０は、光リング共振器の活性部分内の屈折率を変動させ、それによって光リング共振器の共振波長を変動させることができる。ハイブリッド・マッハ−ツェンダー干渉計３４Ｅを含む実施形態では、電子制御３０はまた、光導波路対ＯＷＬ、ＯＷＳの活性セグメント、Ｓ、間に熱を印加できる加熱器に、または電圧を印加できる電極対に、制御信号を印加することができる。光導波路ＯＷＬ、ＯＷＳのそのような各対では、活性セグメント、Ｓ、は、そのような制御信号に反応する屈折率を有し、それによって、この対を通って伝播する光相互間にもたらされる相対位相差を変化させる。そのような実施形態では、電子制御３０はまた、光カプラ、ＯＣ、の活性領域間に熱を印加できる加熱器に制御信号を印加するように構成することができ、または光カプラ、ＯＣ、の活性領域間に電圧を印加できる電極対に制御信号を印加するように構成されることができる。そのような制御信号により、そのような光カプラ、ＯＣ、に隣接する段の光導波路ＯＷＬ、ＯＷＳ間の直接および交差光結合の相対的な強度を変動させることができる。上述の説明に照らしてみると、当業者は、そのような制御構造を実施して、波長可変帯域通過および／または帯域ノッチを有する光フィルタ１３Ｄ、１３Ｅの実施形態を形成することができるはずである。
一部の実施形態では、図３の個々の光フィルタ３４１〜３４Ｎは、構成要素光フィルタの直列カスケードを含むことができる。構成要素光フィルタは、図４Ａ〜４Ｅに示す設計を有することができ、または前述の設計の波長可変のものを有することができる。そのようなカスケードでは、異なる構成要素光フィルタは、Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６の対応するＯＯからカスケードに出力される個々の波長チャネルのうちの異なる波長チャネルを遮断するように構成することができる。すなわち、そのようなカスケードは、望ましくない波長チャネルを順次フィルタリングして除去するように構成することができる。たとえば、光フィルタ３４ｋは、波長チャネルｋに対する伝送ノッチを有する第１の構成要素光フィルタ、波長チャネルｋ＋２Ｎに対する伝送ノッチを有する第２の構成要素光フィルタ、および波長チャネルｋ＋３Ｎに対する伝送ノッチを有する第３の構成要素光フィルタからなるカスケードとすることができる。そのような実施形態では、光フィルタ３４ｋは、Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６から波長チャネルｋ、ｋ＋Ｎ、ｋ＋２Ｎ、およびｋ＋３Ｎ上の光信号を受け取ると、波長チャネルｋ＋Ｎ上の光信号だけを通過させるはずである。
図５は、第１の外部光ポートをＮ個の第２の外部光ポートに接続する全光学的分岐挿入モジュール、たとえば図２の光分岐挿入モジュール２２または図３の光分岐挿入モジュール３２を動作する方法４０を示す。
方法４０は、第１の外部光ポートから受け取った光信号を、Ｎ個のＯＯからなる第１の線形アレイへ経路指定し、それによってそれらの関連する波長チャネル群に基づき、異なるＯＯ間に光信号を空間的に再分割するステップ（ステップ４２）を含む。具体的には、この経路指定するステップは、各波長チャネル群の光信号を、基板の表面上にまたはそれに沿って配置されたＯＯの空間系列のうちの対応するＯＯに伝送する。各波長チャネル群は、１つ、２つ、またはそれ以上の波長チャネルを含むことができる。光ＤＥＭＵＸ２４は、各波長チャネル群が、単一の波長チャネルの幅のＮ倍だけ離隔された波長チャネルを含むとき、この経路指定するステップを実行することができる。
方法４０はまた、ＯＯの第１の線形アレイからの光信号を、同じく基板の表面上にまたはそれに沿って配置されたＮ個のＯＯからなる第２の線形アレイへ再経路指定するステップ（ステップ４４）を含む。この再経路指定するステップは、波長群と線形アレイの個々のＯＯとの対応関係を自明でない形で置換する。具体的には、この置換するステップは、波長チャネル群の割当てを、基板の同じ表面に沿って線形に配列されたＯＯからなるアレイに空間的に並べ替える。たとえば、Ｎ×Ｎ ＯＸＣマトリックス２６は、両端光路の交差する空間パターンで、そのＮ個のＯＩをそのＮ個のＯＯに接続することによって、そのような置換動作を実行することができる。
任意選択で、方法４０は、第２の線形アレイの個々のＯＯのうちの１つまたは複数で受け取ったそれらの光信号をフィルタリングして、個々のＯＯに対応する群の波長チャネルの適切なサブセットに属さない光信号を除去するステップを含む（ステップ４６）。１つまたは複数のＯＯで、このフィルタリングするステップにより、通過される波長チャネルの数を低減させる。そのような各ＯＯで、フィルタリングするステップは、複数の波長チャネル上の光信号がＯＯに送達された場合でも、そのＯＯに対応する単一の選択された波長チャネルの光信号を除くすべての光信号を遮断するステップを含むことができる。光フィルタ３４１〜３４Ｎは、たとえば、各外部ポート１４１〜１４Ｎが、より小さい組の波長チャネル、たとえば１つのそのようなチャネル上の光信号を受け取るように、フィルタリングするステップを実行することができる。
図６は、多重チャネル光波長変換器５０を示す。多重チャネル光波長変換器５０は、Ｎ＋１個の外部光ポートを有する波長可変光分岐挿入モジュールＯＡＤＭ５２、たとえば図２および３に示す光分岐挿入モジュール２２、３２のうちの１つを含む。多重チャネル光波長変換器５０はまた、Ｎ個の単一チャネル光波長変換器５４１、５４２、．．．、５４Ｎと、Ｎ個のＯＩを有する光合波器ＭＵＸ５６とを含む。各単一チャネル光波長変換器５４１〜５４Ｎは、光導波路ＯＷを介して光分岐挿入モジュール５２のＮ個の外部光ポート１４１〜１４Ｎのうちの対応する１つに接続するＯＩを有する。各単一チャネル光波長変換器５４１〜５４Ｎは、別の光導波路を介して光ＭＵＸ５６の対応するＯＩに接続するＯＯを有する。各単一チャネル光波長変換器５４１〜５４Ｎは、波長可変励起レーザ５８１、５８２、．．．、５８Ｎによって励起される。
多重チャネル光波長変換器５０では、光分岐挿入モジュール５２は、１つの波長チャネルだけの光信号を各外部光ポート１４１〜１４Ｎへ経路指定する。そのため、各単一チャネル光波長変換器５４１〜５４Ｎは、単一の波長チャネル上の光信号だけを波長変換する。波長変換は、たとえば、外部光ポート１２で最初に受け取った独立したデータ・ストリームの一部に対するチャネル割当てを置換する。
多重チャネル光波長変換器５０では、電子制御装置３０は、単一チャネル光波長変換器５４１〜５４Ｎ内で波長変換によって引き起こされる波長チャネルの空間的置換を予め補償するように、光分岐挿入モジュール５２を構成する。具体的には、予め補償することによって確実に、波長変換された光信号が光ＭＵＸ５６の適切なＯＩに伝えられ、したがって光ＭＵＸ５６がその波長変換された光信号を外部光ポート１４へ経路指定するようにする。実際には、光ＭＵＸ５６はまた、単一チャネル光波長変換器５４１〜５４Ｎを通過する波長変換されていない光に対する光帯域フィルタとして機能する。そのような波長変換されていない光は通常、光ＭＵＸ５６から外部光ポート１４へ経路指定されない。
多重チャネル光波長変換器５０では、単一チャネル光波長変換器５４１〜５４Ｎは、波長可変レーザ５８１〜５８Ｎによって励起される。具体的には、波長可変レーザ５８１〜５８Ｎは、変換された波長で励起光を生成し、光信号の入力ストリームが、この励起光を変調して、波長変換された光信号を生成する。励起レーザ５８１〜５８Ｎは、波長可変であり、第２の電子制御装置３０’は、励起レーザ５８１〜５８Ｎの出力波長を設定し、また動作中には、波長可変ＯＡＤＭ５２の電子制御装置３０を制御する。
多重チャネル光波長変換器５０では、単一チャネル光波長変換器５４１〜５４Ｎは、たとえば半導体光増幅器ＳＯＡとすることができる。ＳＯＡでは、入力光信号の振幅が、変換された波長で励起光を変調して、波長変換された光信号を生成する。そのような変調は、ＳＯＡの半導体内の非線形光学効果によって生じる。この半導体は、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ヒ素（Ａｓ）、および／またはリン（Ｐ）を含む化合物結晶材料とすることができる。たとえば、ＳＯＡは、ＩｎＰ基板上に製作された積層ＩｎＧａＡｓＰ構造とすることができる。波長変換器として使用するためのＳＯＡの製作は、当業者には周知である。
単一チャネル光波長変換器５４１〜５４Ｎはまた、当業者に周知の他のタイプの単一チャネル光波長変換器、たとえばニオブ酸リチウムの光波長変換器とすることもできる。
多重チャネル光波長変換器５０では、光ＭＵＸ５６は、たとえば平面ＡＷＧデバイスとすることができる。ＡＷＧを有する光ＭＵＸの構築は、前述の平面ＡＷＧおよび光スター・カプラを有する光ＤＥＭＵＸの構築と実質的に同様である。米国特許第５００２３５０号および同第５１３６６７１号は、光ＭＵＸ５６に適するであろうＡＷＧベースの光ＭＵＸを記載している。
誘電体と半導体の平面基板を結合するハイブリッド集積技術により、光ＤＥＭＵＸ、スイッチング、フィルタリング、波長変換、および多重チャネル光波長変換器５０の構成部品のＭＵＸを含む、集積平面半導体モジュールの生成が可能になるかもしれない。そのようなハイブリッド集積技術は、高価な光コネクタおよびファイバ接続部を必要とすることなく、全体的な性能がより良好なモジュールを生成することができる。多重チャネル光波長変換器５０の製作は最終的に、単一の平面ＩｎＰ基板上で可能になるかもしれない。
図７は、ＤＷＤＭ光通信システムの一部分６０を示す。ＤＷＤＭ光通信システムの一部分６０は、ノード６２と、入力光伝送ファイバ６４と、出力光伝送ファイバ６６と、図６の多重チャネル光波長変換器５０とを含む。ノード６２では、多重チャネル光波長変換器５０は、入力光伝送ファイバ６４を出力光伝送ファイバ６６に終端接続する。この全光学的接続は、出力光伝送ファイバ６６に、その中で使用される波長チャネルのサブセット上の入力光伝送ファイバ６４の光信号を転送することができる。出力光伝送ファイバ６６では、転送される光信号は、入力光伝送ファイバ６４で使用されるのと同じもしくは異なる波長チャネル上で、または同じ波長チャネルと異なる波長チャネルの組合せ上で転送することができる。ノード６２では、波長変換は、前述の新しい波長チャネル割当てが、出力光伝送ファイバ６６内のチャネル障害、チャネル輻輳、および／またはチャネル利用不能に対応するように、動的に変化することができる。最後に、多重チャネル光波長変換器５０の光分岐挿入モジュール５２の周期的な動作により、入力光伝送ファイバ６４内の波長チャネルのセットの多くのサブセット上の波長変換を使用する光信号転送を実現することができる。
最後に図７のＤＷＤＭ光伝送システムでは、ノード６２はまた、多重チャネル光波長変換器５０を２つ以上並列に組み合わせて、入力光伝送ファイバ６４からのより多くの波長チャネル上の光信号を、出力光伝送ファイバ６６へ転送することができる。
図８は、多重チャネル光通信システムの第１および第２の光伝送線間で、たとえば図７のＤＷＤＭ光通信システムの伝送ファイバ６４および６６間で光信号を転送する全光学的方法７０を示す。方法７０は、第１の光伝送線の出力端から受け取った光信号を、Ｎ個のＯＯからなる第１の線形アレイへ経路指定して、その関連する波長チャネル群に応じて、受け取った光信号を再分割するステップ（ステップ７２）を含む。各波長チャネル群は、第１の光伝送ファイバ上で光信号を輸送する波長チャネルのうちの１つまたは複数を含むことができる。方法７０は、ＯＯの第１の線形アレイからの光信号をＮ個のＯＯからなる第２の線形アレイへ再経路指定して、波長チャネル群と直列に配列された個々のＯＯとの対応関係を自明でない形で置換するステップ（ステップ７４）を含む。第２の線形アレイのＯＯの一部またはすべてに対して、方法７０は、そのような各ＯＯから伝えられる光信号をフィルタリングして、波長チャネルのうちの１つを除くすべてを遮断するステップ（ステップ７６）を含む。このフィルタリングするステップは、そのようなＯＯごとに異なる波長チャネル上の光信号を通過させる。方法７０は、第２の線形アレイのＯＯの一部からの光信号を波長変換して、それらの光信号の波長チャネルを置換するステップ（ステップ７８）を含む。方法７０はまた、この波長変換された光信号を、第２の光伝送ファイバの一方の端部に接続する外部光ポートに光学的に多重化するステップ（８０）を含む。
本開示、図面、および特許請求の範囲から、本発明の他の実施形態が、当業者には明らかになるであろう。
カラーレス１×８光分岐挿入モジュールを示すブロック図である。 光分岐挿入モジュールの一実施形態のブロック図である。 光分岐挿入モジュールの別の実施形態のブロック図である。 図３の光分岐挿入モジュールの光フィルタとして使用できるマッハ−ツェンダー干渉計のブロック図である。 図３の光分岐挿入モジュールの光フィルタとして使用できるマッハ−ツェンダー干渉計のブロック図である。 図３の光分岐挿入モジュールの光フィルタとして使用できるマッハ−ツェンダー干渉計のブロック図である。 図３の光分岐挿入モジュールの光フィルタで使用できる光リング共振器デバイスのブロック図である。 光リング共振器を含み、かつ図３の光分岐挿入モジュールの光フィルタで使用できる、ハイブリッド・マッハ−ツェンダー干渉計のブロック図である。 光分岐挿入モジュール、たとえば図２および３の光分岐挿入モジュールを動作する方法を示す流れ図である。 図２および３の光分岐挿入モジュールのうちの１つを含むことができる多重チャネル光波長変換器のブロック図である。 図６の多重チャネル光波長変換器を含む光通信システムの一部分を示すブロック図である。 多重チャネル光通信システム、たとえば図７の光通信システム内の１つの光伝送ファイバと別の光伝送ファイバを接続する全光学的方法の流れ図である。

Claims (10)

  1. 表面が平らな基板と、
    Ｎ個の光出力端を有し、かつ前記表面に沿って配置された光分波器と、
    Ｎ個の光入力ポートからなる第１のアレイおよびＮ個の光出力ポートからなる第２のアレイを有し、かつ前記表面に沿って配置された光クロスコネクト・マトリックスであって、前記光クロスコネクト・マトリックスの各光入力ポートが、前記光分波器の前記光出力端のうちの対応する１つに光学的に接続される、光クロスコネクト・マトリックスとを備え、
    前記光出力ポートが、前記第１のアレイ内の対応する光入力ポートの直列配列の自明でない置換である前記第２のアレイ内の直列配列を有する、装置。
  2. 前記光クロスコネクト・マトリックスが、前記光入力ポートのうちの１つからの光を、その中の前記光出力ポートのうちの異なる光出力ポートへ経路指定するように波長可変である、請求項１に記載の装置。
  3. 複数の制御信号を前記光クロスコネクト・マトリックスに伝送するように構成された制御装置をさらに備え、前記光クロスコネクト・マトリックスが、各制御信号に応じて置換を変化させることができる、請求項１に記載の装置。
  4. 光フィルタのアレイをさらに備え、前記光フィルタのそれぞれが、前記光クロスコネクト・マトリックスの前記光出力ポートのうちの対応する１つからの光を受け取るように接続される、請求項１に記載の装置。
  5. 光出力端のアレイを有する光分波器と、
    Ｎ個の光入力ポートからなる第１のアレイおよびＮ個の光出力ポートからなる第２のアレイを有する光クロスコネクト・マトリックスであって、前記光クロスコネクト・マトリックスの各光入力ポートが、前記光分波器の前記光出力端のうちの対応する１つに光学的に接続される、光クロスコネクト・マトリックスと、
    光フィルタのアレイであって、各光フィルタが、前記光クロスコネクト・マトリックスの前記光出力ポートのうちの対応する１つに接続された光入力端を有する、光フィルタのアレイとを備える、装置。
  6. 前記光フィルタの一部が、それらのスペクトル通過領域を変動させるように再構成できる、請求項５に記載の装置。
  7. 前記光クロスコネクト・マトリックスが、その光入力ポートとその光出力ポートの間の光経路指定を変化させることができる、請求項５に記載の装置。
  8. 複数の波長チャネル上で受け取った光信号を経路指定する方法において、
    光入力ポートから受け取った光信号を、Ｎ個の光出力端からなる第１の空間アレイの光出力ポートに経路指定し、したがって前記第１の空間アレイの前記光出力端の１つずつが、光信号のうちの、前記波長チャネルからなる群上の光信号を受け取るようにするステップであって、前記波長チャネル群が、前記光出力端の前記１つと対応関係にある、ステップと、
    前記第１の空間アレイの各光出力端からの前記光信号を、光出力端の第２の空間アレイの対応する光出力端に経路指定し、したがって前記群と第２の空間アレイ内の前記光出力端との対応関係が、前記群と前記第１の空間アレイ内の前記光出力端との対応関係の自明でない置換となるようにする、ステップと、
    前記第２の空間アレイの前記光出力端のうちの少なくとも１つで受け取った前記光信号をフィルタリングして、前記光出力端のうちの少なくとも１つに対応する前記波長チャネルの適切なサブセット上の光信号だけを通過させるステップとを含む、方法。
  9. 前記第２の空間アレイの前記光出力端の一部からの前記光信号を波長変換して、前記光出力端の一部から受け取った光信号を運ぶ波長チャネルを変化させるステップ
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
  10. 前記第２の空間アレイの前記光出力端の前記一部からの前記波長変換された光信号を光学的に多重化して、前記多重化された光信号を単一の光出力ポートに経路指定するステップ
    をさらに含む、請求項９に記載の方法。
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