JP2009531720A - 混合回折要素を有する平面光波フィルタ - Google Patents

Abstract

複数の入力および出力ポートを光学的に結合する複数の異なる回折フィルタ要素を有する、スラブ導波路を備えた平面光波回路が、多重化、多重化分離、ダイプレクサ、およびトリプレクサを含む種々の光学的機能を提供する。この基本的構成では、１つ以上の出力ポートが、スラブ導波路のクラッドにおいてエッチングされた格子フィルタを介して入力ポートに光学的に結合され、追加のポートが、スラブ導波路の端部壁にエッチングされた回折格子を介して入力ポートに光学的に結合されている。クラッドにエッチングされた２つのフィルタによって入力信号から多重化分離された波長チャネルを受け取る２つの出力ポートに光検出器を光学的に結合することによって、かつ、端部壁にエッチングされた格子フィルタにおいて出て行くレーザ信号を送出して元の入力信号を送出した同じファイバに結合する別の入力ポートにレーザを光学的に結合することによって、トリプレクサ・プラットフォームを得ることができる。

Description

本発明は平面光波フィルタ回路に関し、特に、異なる特性を有するフィルタ要素の組み合わせを同じチップにおいて提供する混合回折要素を有する平面光波フィルタ回路に関する。

双方向マルチプレクサ／デマルチプレクサ、すなわち、トリプレクサおよびダイプレクサは、家庭用（ＦＴＴＨ）光ネットワークへのファイバと加入者の家との間の光ゲートウェイとして働く。トリプレクサおよびダイプレクサは、１つの（ダイプレクサ）または２つの（トリプレクサ）高速チャネル（例えば、電話およびインターネット用の１４９０ｎｍとビデオ用の１５５０ｎｍ）を受信するとともに、第３チャネル（例えば、情報送出用の１３１０）上で同時に伝送することのできる、非常に小型で低コストのアクセス装置である。これらの信号はすべて、設置を単純にするために単一の光ファイバ上に多重化される。

典型的なトリプレクサ要件は、従来の光学部品設計者にとって相当な挑戦である。トリプレクサの光学的アーキテクチャは、公称波長１３１０ｎｍのレーザが、加入者の家から光信号を送信するための単一モード・ファイバに結合されることを必要とする。同じファイバの他方の方向では、家の外側からの公称波長１４９０ｎｍおよび１５５０ｎｍの光が取り込まれ、多重化分離され、光検出器に向けて送られる。この種々の波長での動作通過帯域に起因して問題が生じる。つまり、１３１０ｎｍチャネルでは、５０ｎｍから１００ｎｍの帯域が予想され、レーザが本質的に非熱的に動作することのできる広いマージンが提供されるが、検出器チャネルには、１０ｎｍから２０ｎｍ幅だけの帯域が必要である。更に、レーザ・ダイオードは単一横モードで動作し、一般の入出力ファイバは単一モード・ファイバであるので、レーザ・チャネルが辿る経路は、すべての地点において単一モード光学と互換性がなければならない。つまり、レーザ・チャネルの経路は可逆でなければならない。従来の設計、特に平面光波回路で単一回折構造を用いる設計では、実質的に異なる通過帯域を有する各チャネルを用いて広い波長範囲（約１２５０ｎｍから１６００ｎｍ）に対処する実際的手段がない。

２００２年１２月１０日にＡｌｔｈａｕｓに発行された米国特許第６４９３１２１号に開示され、図１に示されているトリプレクサ１などの先行技術の装置は、平行化されたビーム経路に沿って特定の場所に配置された、多数の個々に形成された薄膜フィルタ（ＴＦＦ）２ａおよび２ｂを使用して、トリプレクサの機能性を達成する。ＴＦＦ２ａおよび２ｂは、離散的なレーザ３および光検出器４ａおよび４ｂに結合され、別個のトランジスタ・アウトライン（ＴＯ）容器６内にパッケージングされ、次いで個別に１つの部品として組み立てられる。２つの着信チャネル（１４９０ｎｍおよび１５５０ｎｍ）を有する着信信号が、光ファイバ７を介してトリプレクサ１に入る。第１のチャネルは、第１のＴＦＦ２ａによって多重化分離され、第の１光検出器４ａに向けて送られ、第２のチャネルは、第２のＴＦＦ２ｂによって多重化分離され、第２の光検出器４ｂに向けて送られる。出力チャネル（１３１０ｎｍ）がレーザ３で生成され、第１のＴＦＦ２ａおよび第２のＴＦＦ２ｂを介して光ファイバ７に出力される。残念ながら、そのような装置の組立は、要素のすべてを非常に低い公差で位置合せすることを必要とする非常に労働集約的なものである。

ハウジング構造を単純化し、それによって組立行程を単純化するための試みが、２００４年５月４日にＡｌｔｈａｕｓ等に発行された米国特許第６７３１８８２号、および２００４年６月２９日にＭｅｌｃｈｉｏｒ等に発行された米国特許第６７５７４６０号に開示されている。図２に示す、トリプレクサ５によって提供される更なる進歩は、ＴＦＦ２ａ、２ｂ、および２ｃ、レーザ３、ならびに光検出器４ａおよび４ｂを半導体マイクロベンチ９上に設置することを伴い、反復可能かつ正確な位置合せが保証される。残念なことに、これらの解決策はいずれも、依然としてＴＦＦをＴＯ容器と位置合せすることを伴う。ＴＦＦを用いない先行技術の解決策の一例が、２００４年２月１７日にＢａｕｍａｎｎ等に発行された米国特許第６６９４１０２号に開示されており、複数のマッハツェンダ干渉計を使用する双方向マルチプレクサが開示されている。

２００６年６月２７日に本発明の出願人等に発行された米国特許第７０６８８８５号は、スラブ導波路の両側上の１対の対向回折格子を含む平面光波回路を開示しており、これは光信号を相互から反対方向に反射し、ダイプレクサおよびトリプレクサの機能性が得られる。

２００５年４月１２日にＭｏｓｂｅｒｇの名前で発行された米国特許第６８７９４４１号に開示されたものなどの凹状分散型ブラッグ反射器は、単純なマルチプレクサ／デマルチプレクサ機能性を提供する。しかし、分散型ブラッグ反射器に関しては、反射されたチャネルのスペクトル幅がブラッグ反射器の長さに比例する。例えば、２ｍｍのブラッグ反射器は１０ｎｍの帯域を反射するので、１００ｎｍの帯域を反射するには２０ｍｍ相当のブラッグ反射器が必要になることになる。残念ながら、レーザ・ダイオード・チャネルを結合するのに１００ｎｍの帯域を必要とするダイプレクサおよびトリプレクサのような用途では、３つのチャネル全部のためのブラッグ反射器の累積サイズは、実用には大き過ぎるものになる。
米国特許第６４９３１２１号 米国特許第６７３１８８２号 米国特許第６７５７４６０号 米国特許第６６９４１０２号 米国特許第７０６８８８５号 米国特許第６８７９４４１号

本発明の目的は、混合回折要素を有する平面光波フィルタ回路を提供することによって先行技術の短所を克服することにあり、これにより、異なるタイプの回折フィルタ要素の利点を単一の平面光波フィルタ回路において利用することができる。

したがって、本発明は平面光波回路デバイスに関し、
コア領域を含むスラブ導波路と、
第１の入力光信号をスラブ導波路に送出する第１のポートと、
スラブ導波路からの入力光信号の少なくとも第１の部分を出力する第１のポートに光学的に結合された第２のポートと、
第１のポートに光学的に結合された第３のポートと、
入力光信号の第１の部分を第２のポートへ再方向付けする、スラブ導波路に形成された第１の平面フィルタと、
第１のポートを第３のポートに光学的に結合するとともに、光をその間に集束させる、スラブ導波路の端部壁に形成された光パワーを有する凹状反射要素とを備える。

本発明を好適な実施形態を表す添付図面を参照して更に詳細に説明する。

図３を参照すると、本発明の平面光波回路１０は、入力ポート１２に光学的に結合された入力導波路１１を含む。１つ以上の波長チャネル（例えば、λ_１、λ_２、およびλ_３＋）を有する入力光信号が、入力導波路１１を通って２次元スラブ導波路１３に入る。スラブ導波路１３は導波路構造によって画定され、光を主に２次元に閉じ込める一方で、光の回折を３次元に限定する。典型的には、スラブ導波路１３は上部および下部クラッド領域または層から成り、その間に１つ以上のコア領域を有する。しかし、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）などの幾つかの実施形態では、上部クラッド領域は空気であり得る。入力光信号は導波路構造によって閉じ込められるので、コア領域を水平方向に拡大する。すなわち、入力信号は水平面に分岐する。続いて、この入力光信号は第１のフィルタ要素１４、例えば第１の分散型ブラッグ反射器などの第１の平面フィルタと遭遇する。最も一般的であるが、ブラッグ反射器１４はマルチコア幾何学形状、ＵＶ光変更コア領域、またはエッチングされたクラッド層のいずれかに基づいたものである。第１のフィルタ要素１４は、入力光信号の一部を、例えば、波長チャネル（例えば、λ_１に中心がある）の１つ以上を有する所望の通過帯域を多重分離するための狭い波長帯で、あるいは監視目的で各波長チャネルの少しの部分をタップオフして第１の反射された光信号形成するための広い波長帯で反射する一方で、入力光信号の残り、例えば残りの波長チャネル（例えば、λ_２およびλ_３に中心がある）、または各波長チャネルの残りの部分をスラブ導波路１３に通過させる。第１の反射された光信号は、第１のフィルタ要素１４（または光パワーを有する他の幾つかの手段）によって、第１の出力ポート１６にて第１の出力導波路、例えばファイバ１７に集束される。

第１のフィルタ１４を通過した入力光信号は、第２の平面フィルタ（例えば、第２の分散型ブラッグ反射器）を備える追加のフィルタ要素、例えば第２のフィルタ要素１８に遭遇することが好ましい。第２のフィルタ要素１８は、例えば、１つ以上の異なる波長チャネル（例えば、λ_２に中心がある）を有する所望の異なる通過帯域など、第１のフィルタ要素１４とは異なる第２の範囲の波長で入力光信号の一部を反射して第２の反射された光信号を形成する。第２の反射された光信号は、第２のフィルタ要素１８（または光パワーを有する他の幾つかの手段によって）によって、第２の出力ポート１９から第２の出力導波路、例えばファイバ２１に再集束される。第１のフィルタ要素１４および第２のフィルタ要素１８のそれぞれは、凹状分散型ブラッグ反射器（例えば、参照により本願に援用するＭｏｓｂｅｒｇの名において２００５年４月１２日発行の米国特許第６，８７９，４４１号に開示されたもの）を備えることが好ましい。この反射器は入力光信号の所望の部分を除去するとともに再集束させるので、追加のレンズ要素の必要がない。追加のチャネルまたは帯域を上記光信号のいずれかに多重化するか、または追加のチャネルまたは帯域を上記光信号のいずれかから多重化分離するための、スラブ導波路１３内の同じか、または異なる通過帯域を有する１、２、３個以上のフィルタ要素も本発明の範囲内にある。

チャープと呼ばれる格子期間の線形的変化などを加えて反射されたスペクトルを拡大するために、第１のフィルタ要素１４および第２のフィルタ要素１８を変更してもよい。チャープを有する格子は分散を加えるという特性を有する。すなわち、この格子から反射された異なる波長は異なる遅延を受けることになる。

第１および第２のフィルタ１４および１８を通過した入力光信号の残り（例えば、残りの波長チャネルλ_３＋）は第３の反射要素２２に遭遇する。この第３の反射要素は第１のフィルタ１４および第２のフィルタ１８とは異なっており、例えば、１以上の回折次数を有する、光パワーを有する平面凹状（すなわち弓形）回折格子または光パワーを有する平面凹状（すなわち弓形）反射型ミラー、すなわち０次回折格子である。第３の反射要素２２はスラブ導波路１３の端部壁上に形成（例えば、エッチングおよび／または被覆）されることが好ましい。平面凹状ミラーとしては、第３の反射要素２２は、残りの入力光信号、例えば残りの波長チャネルの全部を第３の出力ポート２３に反射し、第３の出力導波路（例えば、ファイバ２４）上に再集束させる。第３の反射要素２２がミラー（反射率Ｒ＝１）である場合、第３の出力導波路２４の透過率Ｔ_３はＴ_３＝１−Ｔ_１−Ｔ_２として算出することができる。式中、Ｔ_１およびＴ_２はそれぞれ、第１の出力導波路１７および第２の出力導波路２１の透過率である（図４を参照）。しかし、第３の反射要素２２は平面反射格子、例えば、参照により本願に援用する２００６年１２月１９日に本発明の出願人等に発行された米国特許第７，１５１，６３５号に開示された凹状回折格子またはエシェル格子であってもよい。したがって、第３の反射要素２２を用いて所望の通過帯域を有する１つ以上の特定の波長チャネルを入力光信号から第３の出力ポート２３上に反射させて集束させることができるので、追加のレンズ光学の必要がなく、望ましくない信号および／または雑音が除去される（図５を参照）。

回折フィルタの異なる形態である第３の反射要素２２は、残りの１以上の波長チャネルを濾波するときに設計者が利用することのできる、第１のフィルタ１４および第２のフィルタ１８とは異なる強度および弱点を有する応答を有し得る。分散型ブラッグ反射器１４および１８に関し、反射されたチャネルのスペクトル幅はブラッグ反射器の長さに比例する。例えば、１０ｎｍの帯域を反射するのに２ｍｍ相当のブラッグ反射器が必要な場合、１００ｎｍの帯域を反射するには２０ｍｍ相当のブラッグ反射器が必要となる。残念ながら、レーザ・ダイオード・チャネルを結合するのに１００ｎｍの帯域を必要とするダイプレクサおよびトリプレクサのような用途では、３つのチャネル全部のためのブラッグ反射器の累積サイズは、実用には大き過ぎるものになる。しかし、反射型回折格子またはミラー（ミラー＝０次回折格子）から反射された信号のスペクトル幅は、その反射器の長さに依存しない。すなわち、光は回折格子またはミラー様構造を貫通しないので、反射器の長さは重要ではない。ここで、狭いチャネルについて、ブラッグ反射器は狭いチャネル、例えば５０ｎｍ以下（理想的には１０〜２０ｎｍ）に対して低損失のスペクトルが平坦な透過率を提供することができるので、分散型ブラッグ反射器および回折格子反射器を組み合わせることで利点が得られる。他方、ミラー構造または低分散強度格子は、レーザを結合するために、非常に幅広のスペクトル応答、例えば、７５ｎｍを超えるか第１のフィルタ要素１４および第２のフィルタ要素１８の５倍を超える（理想的には約１００ｎｍあるいは第１のフィルタ要素１４および第２のフィルタ要素１８よりも５〜１０倍幅が広い）スペクトル応答を提供するので、２ｃｍのチップ長を効果的に除去され、追加のレンズなしに実用的なデバイスを構築することが可能となる。

図３に示した本発明の平面光波回路を用いて、種々のフィルタの組み合わせが可能となる。１）３枚のフィルタ要素１４、１８、および２２のそれぞれは、所望の（例えば、同じか、または異なる）チャネル幅を有する所定の波長チャネルを多重化分離するために、異なる所望の通過帯域を反射する。２）第１のフィルタ要素１４および第２のフィルタ要素１８のそれぞれは、所望の（例えば、同じか、または異なる）チャネル幅を有する所定の波長チャネルを多重化分離するために、異なる所望の通過帯域を反射し、第３の反射要素２２が残りの光信の全部を反射する。３）第１のフィルタ要素１４および第２のフィルタ要素１８の一方は入力光信号の波長チャネルのそれぞれの一部をタップするためのタップ・フィルタであり、他方が所望のチャネル幅を有する所定の波長チャネルを多重化分離するために所望の通過帯域を反射し、第３の反射要素２２が、所望のチャネル幅を有する所定の波長チャネルを多重分離化するために、残りの光信号の全部または所望の通過帯域を反射する

導波路１７、２１、および２３は光ファイバであってもよいし、平面光波回路内の平面導波路であってもよいし、完全に取り除いてもよく、これによって、ファイバまたは他の光学部品をスラブ導波路１３に直接結合することができる。

図４は第３の反射要素２２が凹状ミラー（例えば、０次回折格子）である場合の平面光波回路１０の性能の上記実施例２）の透過率のプロットを示す。第１のフィルタ要素１４は、特定の範囲（透過率Ｔ_１）の波長、例えば、中心波長λ_１を有する波長チャネルが第１の出力ポート１６を通って出て行くことを保証し、第２のフィルタ１８は、異なる波長帯（透過率Ｔ_２）、例えば、中心波長λ_２を有する波長チャネルが第２の出力ポート１９を通って出て行くことを保証する。入力光信号（透過率Ｔ_３）の残りは第３の出力ポート２３上に再集束される。

上記実施例１）の、すなわち、第３の反射要素２２が平面反射格子（回折次数が１以上）であるときの透過率のプロットを図５に示す。第１のフィルタ要素１４および第２のフィルタ要素１８は、図４の透過率と同様の性能、例えば透過率Ｔ_１およびＴ_２を提供する。しかし、第３の反射要素２２の性能、すなわち透過率Ｔ_３は、その格子２２の回折特性によって決定される。図示の例では、第３の反射要素２２の通過帯域は第１のフィルタ１４および第２のフィルタ１８の幅の約５倍であり、中心はλ_３にある。残りの光はこぼされる。図５の透過率プロットは図３からの多重化されたチャネルを示すことができるか、または、図６に関して多重化分離された入射するチャネルを表すことができる。更に、透過率Ｔ_１およびＴ_２は図９からの入射する多重分離化されたチャネルを表すことができ、Ｔ_３は多重化された出力レーザ・チャネルを表す。

図３の平面光波回路は、反対に、すなわち図６に示したマルチプレクサ１０’として働くこともできる。ここでは、スラブ導波路１３の第１のフィルタ要素１４、第２のフィルタ要素１８、および第３のフィルタ要素２２は、出力ポート１６、１９、および２３からそれぞれ送出された（例えば、波長の中心がλ_１、λ_２およびλ_３にある）入力光信号を単一の出力光ビームに多重化し、入力ポート１２を出力する。上記のように、種々のスペクトル特性（例えば、帯域およびロールオフ）を異なるタイプの回折フィルタを利用して異なるチャネルに提供することができる。

図７に示した本発明のマルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ）２５の別の実施形態は、スラブ導波路３３への複数の波長チャネルを有する光信号を送出（または出力）する入力ポート１２を含む。この光信号は、波長チャネルの第１のセット（第１のチャネル間隔、例えば２０ｎｍのチャネル間隔を有する低密度波長分割多重化（ＣＷＤＭ）チャネル（λ_Ｃ１およびλ_Ｃ２）を有する）と、第１のセットとは異なる例えば０．４のチャネル間隔を有する波長チャネルの第２のセット（例えば、高密度波長分割多重化チャネルλ_Ｄ１〜λ_Ｄ４）とを含む。チャネルの第２のセットのチャネル間隔は、第１のセットのチャネル間隔の少なくとも１／２、チャネル間隔の１／１０、またはチャネル間隔の１／５０であることができる。あるいは、波長チャネルの第２のセットは、より大きなチャネル間隔、例えば、波長チャネルの第１のセットのチャネル間隔の少なくとも２倍、５倍、または１０倍のチャネル間隔を有することができる。第１のフィルタ要素１４および第２のフィルタ要素１８によって、波長チャネルの第１のセットからの波長チャネル（例えば、λ_Ｃ１およびλ_Ｃ２）を多重化分離（または多重化）し、出力ポート１６および１９にそれぞれ再方向付けして、出力導波路１７および２１を出力することが可能となる。米国特許第７，１５１，６３５号に開示されているように、光パワーを有する凹状回折格子１２２は、異なるチャネル間隔を有する波長チャネルの第２のセットを個々の出力ポート２３ａ〜２３ｄ上に分散させて、再集束させ、導波路２４ａ〜２４ｄを介して個々に出力する。上記のように、ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ２５は、ポート１６、１９、および２３ａ〜２３ｄから送出されたチャネルを多重化して、入力ポート１２を出力することもできる。あるいは、ＭＵＸ／ＤＥＭＵＸ２５は双方向性の濾波を行うことができる。例えば、第１のフィルタ１４および第２のフィルタ１８は、入ってくる波長チャネルのセットを多重化分離して、出力ポート１６および１９を出力することができ、凹状回折格子１２２は出て行く波長チャネルのセットを多重化し、出力ポート２３ａ〜２３ｄを入力して入力ポート１２を出力するか、この逆を行う。

任意の数の入力および出力波長チャネルのため、または第１のフィルタ要素１４および第２のフィルタ要素１８が入力ポート１２、第１の出力ポート１６、および第２の出力ポート１９の１つ以上の選択された波長チャネルを再方向付けする実施のために、種々の異なる構成を実施することができる。すなわち、出力ポート１６、１９および／または２４ａ〜２４ｄの１つを介して入力された入力光信号からの１つ以上の波長チャネルが、入力ポート１２を介して入力された波長チャネルの１つ以上と組み合わされ、次いで、他の出力ポート１６、１９および／または２４ａ〜２４ｄの１つを出力する。

例えば、交差接続３１の機能は、入力ポート１２を介してスラブ導波路４３に送出された第１の入力光信号の一部、例えば、λ_１およびλ_２を含む、λ_１に中心がある波長チャネルが第１の分散型ブラッグ反射器フィルタ３４によって第２の出力ポート１９に再方向付けされ、再集束され、他方、ポート１６を介して送出された第２の入力光信号の一部、例えば、λ_３およびλ_４を含む、波長チャネルλ_３が第２の分散型ブラッグ反射器フィルタ３８によって第２の出力ポート１９に再方向付けされ、再集束されるときに、達成することができる。λ_２およびλ_４を含む第１および第２の入力光信号の残りは回折格子形態の第３の反射要素４２を通過し、図８に示すように、その全部または一部は多重化され、第３の出力ポート２３に再方向付けされる。

図９に示した本発明の平面光波回路のための別の用途は、アクセス通信市場用のトリプレクサ７１である。スラブ導波路７３に形成された（例えば、上記凹状分散型ブラッグ反射器形態の）第１および第２の波長のフィルタ７４および７８は、（例えば、それぞれアナログ・ビデオ・チャネルおよびデータ・チャネル用の１５５０ｎｍおよび１４９０ｎｍ波長の）第１および第２の波長チャネルを入力導波路１１から入力ポート１２を介して送出された入力光信号から多重化分離する。第１のフィルタ７４および第２のフィルタ７８は、幅が１０ｎｍ〜２０ｎｍの波長チャネルを提供する狭い通過帯域を有する。第１および第２の波長チャネルは、第１および第２の出力ポート１６および１９にそれぞれ光学的に結合された光検出器ＰＤ_１およびＰＤ_２によってそれぞれ電気信号に変換される。第３の反射要素７２（好ましくは、上記凹状回折格子（１以上の回折次数）の形態）が、ポート２３を介して送出されたレーザＬＤ（例えば、約１３１０ｎｍ）を入力ポート１２を介して入力導波路１１に入る、出て行く信号と多重化する。製造上の変動および温度ドリフトに起因して、レーザは、広い多重化帯域、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍ（第１のフィルタ７４および第２のフィルタ７８の少なくとも５倍）を必要とする。これは第３のフィルタ７２によってもたらされる。第３のフィルタのこの設計された通過帯域は、他のポート１２、１６、および１９から移動する望ましくない波長が第３のポート２３に入るのを阻止する。導波路１７、２１、および２３は光ファイバであってもよいし、平面光波回路内の平面導波路であってもよいし、完全に取り除いてもよく、これによって、ファイバ１０、ＰＤ_１およびＰＤ_２およびＬＤがスラブ導波路７３に直接結合される。更に、出力ポートならびに導波路１２、１６、１９、および２３の順序および位置は重要ではなく、図９は可能な組み合わせの１つを示しているだけである。

図１０を参照すると、ダイプレクサ・デバイス８１は、第２のフィルタ７８、第２の出力ポート１９、第２の出力導波路２１、および第２の光検出器ＰＤ_２を省くことによって、トリプレクサ７１と同じプラットフォームを用いて構成することができる。残りの要素はこのトリプレクサと同じであり、これによって、（例えば、幅が１０ｎｍ〜２０ｎｍの）単一チャネルλ_１は入力ポート１２を介してスラブ導波路８３に入力され、第１のフィルタ７４によって分離され、第１の光検出器ＰＤ_１によって変換され、単一チャネルλ_２はポート２３を介してレーザＬＤによって送出され、凹状回折格子７２を用いて入力ポート１２を介してファイバ１１に多重化される。

図１１に示した別の実施形態は、本発明の平面光波回路９１をレーザ・ダイオードＬＤ用の波長ロッカー（ｌｏｃｋｅｒ）として利用する。スラブ導波路９３は、第１のフィルタ１４に関連して上で定義した第１のフィルタ９４、例えば、分散型ブラッグ反射器を含み、レーザ・ダイオードＬＤから第１のポート９２を介して放出された光の一部を第１のポート９２を介してレーザ・ダイオードＬＤに反射する。すなわち、第１および第２のポートは、レーザ・ダイオードの波長を固定するために同じ場所にある。凹状反射要素９６（例えば、凹状平面回折格子または凹状ミラー）は、レーザ・ダイオードＬＤから出力ポート９８および出力導波路（例えば、ファイバ９９）に放出された光の残りを再集束させる。回折格子９６を用いて、望ましくない波長を除去、例えば、レーザ・ダイオードからの自然放出を排除することができる。したがって、単一の導波路チップがレーザへのフィードバックを提供するとともに、残りの光を出力ポートに集束させることができる。また、同じ平面導波路チップが出力信号中の雑音を排除するための追加の濾波を提供することができる。

薄膜フィルタを用いた従来のトリプレクサ・デバイスを示す図である。 半導体基板上に設置された薄膜フィルタを用いる従来のトリプレクサ・デバイスを示す図である。 光信号を多重化分離する本発明の平面光波回路を示す図である。 図３の平面光波回路の出力ポートへの伝送の可能なセットを示す図である。 図３の平面光波回路の出力ポートへの伝送の別の可能なセットを示す図である。 光信号を多重化する本発明の平面光波回路を示す図である。 異なるチャネル間隔を有する光信号の２つのセットを多重化分離する本発明の平面光波回路を示す図である。 光信号を多重化分離および多重化する本発明の平面光波回路を示す図である。 双方向型のトリプレクサ機能を提供する本発明の平面光波回路を示す図である。 双方向型のダイプレクサ機能を提供する本発明の平面光波回路を示す図である。 波長固定機能をレーザに提供する本発明の平面光波回路を示す図である。

Claims (21)

1. コア領域を含むスラブ導波路と、
   第１の入力光信号を前記スラブ導波路に送出する第１のポートと、
   前記スラブ導波路からの前記入力光信号の少なくとも第１の部分を出力する、前記第１のポートに光学的に結合された第２のポートと、
   前記第１のポートに光学的に結合された第３のポートと、
   前記入力光信号の前記第１の部分を前記第２のポートへ再方向付けする、前記スラブ導波路に形成された第１の平面フィルタと、
   前記第１のポートを前記第３のポートに光学的に結合するとともに、光をその間に集束させる、前記スラブ導波路の端部壁に形成された光パワーを有する凹状反射要素とを備える、平面光波回路デバイス。
2. 前記第１のフィルタが、前記第１の入力光信号の前記第１の部分を前記第２のポートに再方向付けし、再集束させる凹状分散型ブラッグ反射器を含む、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記反射要素が、前記第１のポートと前記第３のポートとの間で少なくとも１つの波長チャネルを濾波して、再集束させる前記スラブ導波路の端部壁に形成された凹状回折格子を含む、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記回折格子が前記第１の入力光信号から少なくとも１つの波長チャネルを分離し、前記第３のポートに再集束させる、請求項３に記載のデバイス。
5. 前記回折格子が前記第３のポートから送出された第２の光信号からの波長チャネルを前記第１のポートに多重化する、請求項３に記載のデバイス。
6. 前記回折格子が前記第１のフィルタのスペクトル応答よりも少なくとも５倍のスペクトル応答を有する、請求項３に記載のデバイス。
7. 前記第１のポートに光学的に結合された第４のポートと、前記第１のポートを前記第４のポートに光学的に結合する前記スラブ導波路領域に形成された第２の平面フィルタとを更に備える、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記第１の入力光信号が複数の波長チャネルを含み、前記第１のフィルタが多重化分離する第１の波長チャネルを前記第１の部分が含み、前記凹状反射要素が前記第１の入力光信号からの第２の波長チャネルを前記第３のポートに再方向付けし、前記第２のフィルタが前記第１の入力光信号からの第３の波長チャネルを多重化分離するとともに、前記第３の波長チャネルを前記第４のポートに再方向付けする、請求項７に記載のデバイス。
9. 前記第１のポートに光学的に結合された第５のポートを更に備え、前記凹状反射要素が前記第１の入力光信号から第４の波長チャネルを多重化分離し、前記第５のポートに再方向付けもする凹状回折格子を含む、請求項８に記載のデバイス。
10. 前記第１および前記第２のフィルタが第１のチャネル間隔を有するチャネルを多重化分離し、前記凹状回折格子が前記第１のチャネル間隔とは異なる第２のチャネル間隔を有するチャネルを多重化分離する、請求項９に記載のデバイス。
11. 前記第１の入力光信号が複数の波長チャネルを含み、前記第１の部分が、前記第１のフィルタを前記第２のポートに方向付けする波長チャネルのそれぞれの一部を含み、前記反射要素が第２の波長チャネルを前記第３のポートに再方向付けし、前記第２のフィルタが、前記第１の入力光信号から第３の波長チャネルを多重化分離し、前記第３の波長チャネルを前記第４のポートに再方向付けする、請求項７に記載のデバイス。
12. 前記第１の入力光信号が複数の波長チャネルを含み、前記第１の部分が、第２の波長チャネルをパスしながら、前記第１のフィルタが前記第２のポートに再方向付けされる、第１の波長チャネルを含み、前記第２のフィルタが、第４の波長チャネルをパスしながら、前記第４のポートを介して送出された第３の波長チャネルを前記第２のポートに再方向付けし、前記反射要素が前記第２および前記第４の波長チャネルを前記第３のポートに再方向付けして、再集束させる、請求項７に記載のデバイス。
13. 前記入力光信号が複数の波長チャネルを含み、前記第１のフィルタが多重化分離する第１の波長チャネルを前記第１の部分が含み、前記第２のフィルタが前記第１の入力光信号から第２の波長チャネルを多重化分離し、前記第４のポートに再方向付けし、前記反射要素が、第２の入力光信号において送出された第３の波長チャネルを前記第３のポートを介して前記第１のポートに多重化する、請求項７に記載のデバイス。
14. 前記第１の波長チャネルを第１の電気信号に変換するための、前記第２のポートに光学的に結合された第１の光検出器と、
    前記第２の波長チャネルを第２の電気信号に変換するために、前記第４のポートに光学的に結合された第２の光検出器と、
    前記第３の波長チャネルを含む光信号を発生するための、前記第３のポートに光学的に結合されたレーザとを更に含む、請求項１３に記載のデバイス。
15. 前記第１および前記第２のフィルタのそれぞれが、前記第１および前記第２の波長チャネルを前記第２および前記第４のポートそれぞれに再方向付けして、再集束させる凹状分散型ブラッグ反射器を含み、前記反射要素が、前記第１および前記第２のチャネルの少なくとも５倍の所望のチャネル幅を有する、前記第３のポートから前記第１のポートに前記第３の波長チャネルを再集束させるための、前記スラブ導波路の端部壁に形成された回折格子を含む、請求項１４に記載のデバイス。
16. 前記第１のポートに光学的に結合されたレーザを更に含み、前記第２のポートが前記第１のポートと同じ場所にあり、これによって、前記第１の平面フィルタが前記入力光信号の第１の部分をレーザに再方向付けして、再集束させ、その波長を所望の波長に固定し、前記入力光信号の残りを前記凹状反射要素に送り、前記凹状反射要素が前記入力光信号の残りを前記第３のポートに再集束させる、請求項１に記載のデバイス。
17. コア領域を含むスラブ導波路と、
    入力光信号を前記スラブ導波路に送出する第１のポートと、
    前記入力光信号の第１の部分を送出する第２のポートと、
    前記入力光信号の前記第１の部分を前記第２のポートに再方向付けし、再集束させ、前記入力光信号の第２の部分をパスする、前記スラブ導波路に形成された第１の凹状分散型ブラッグ反射器フィルタと、
    前記入力光信号の前記第２の部分を出力する第３のポートと、
    前記第１ポートと前記第３のポートとの間に光を集束させる、前記スラブ導波路の端部壁に形成された０以上の回折次数を有する凹状回折格子とを含む、光波回路デバイス
18. 第４のポートと、前記第１のポートを前記第４のポートに光学的に結合する第２の凹状分散型ブラッグ反射器フィルタとを更に含む、請求項１７に記載のデバイス。
19. 出力信号を前記凹状回折格子において送出して前記第１のポートを出力する、前記第４のポートに光学的に結合されたレーザを更に含む、請求項１８に記載のデバイス。
20. コア領域を含むスラブ導波路と、
    入力光信号を前記スラブ導波路に送出する、レーザに光学的に結合する第１のポートと、
    前記入力光信号の第１の部分を前記第１のポートの再方向付けし、再集束させ、その波長を所望の波長に固定し、前記入力光信号の残りをパスする、前記スラブ導波路に形成された第１の凹状分散型ブラッグ反射器フィルタと、
    前記入力光信号の残りを前記スラブ導波路から出力する、前記第１のポートに光学的に結合された第２のポートと、
    前記入力光信号の残りを前記第２のポートに再方向付けし、再集束させるために、前記第１のポートを前記第３のポートに光学的に結合する、前記スラブ導波路の端部壁に形成された凹状反射要素とを含む、波長ロッカー。
21. 前記反射要素が、前記入力光信号の残りの望ましくない部分を除去する凹状回折格子を含む、請求項２０に記載のデバイス。

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