JP2010117626A - Arrayed waveguide type diffraction grating and optical multiplexer having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アレイ導波路型回折格子及びこれを備える光合波装置に関する。 The present invention relates to an arrayed waveguide grating and an optical multiplexing device including the same.
波長分割多重方式(WDM)の光通信では、多数の波長可変光源や波長分割多重方式のネットワークから供給される様々な波長の光信号を合波する必要がある。入力ポートに入力される波長が切り替わる場合の光信号の合波に使用するデバイスとして、3dBカプラやスターカプラ、偏波ビームコンバイナがある。しかしながら、3dBカプラやスターカプラでは合波時の損失が大きく、増幅器を別に設けて損失を補償する必要がある。また、偏波ビームコンバイナでは、3dBカプラやスターカプラに比べて低損失で合波することが可能ではあるが、縦方向の直線偏波と横方向の直線偏波との合波であるため、入力数が最大2ポートに制限されてしまうと共に、例えば通常のシングルモードファイバで伝送されてきた光信号等の偏波状態が変動する光信号を合波することができない。 In wavelength division multiplexing (WDM) optical communication, it is necessary to multiplex optical signals of various wavelengths supplied from a number of wavelength variable light sources and wavelength division multiplexing networks. Devices used for multiplexing optical signals when the wavelength input to the input port is switched include a 3 dB coupler, a star coupler, and a polarization beam combiner. However, the loss at the time of multiplexing is large in the 3 dB coupler and the star coupler, and it is necessary to separately provide an amplifier to compensate for the loss. In addition, in the polarization beam combiner, although it is possible to multiplex with a low loss compared to a 3 dB coupler or a star coupler, it is a combination of longitudinal linearly polarized waves and transversely linearly polarized waves. The number of inputs is limited to a maximum of 2 ports, and an optical signal whose polarization state fluctuates, such as an optical signal transmitted through a normal single mode fiber, cannot be multiplexed.
入力ポート毎に固定の波長が割り当てられている場合の合波方法としては、複数入力1出力のアレイ導波路型回折格子(AWG:arrayed waveguide grating)を使用して低損失で合波することが考えられている。AWGの概念を図16及び図17に示す。AWG101は、入力側スラブ導波路102と出力側スラブ導波路103とアレイ導波路104を備えており、入力側スラブ導波路102と出力側スラブ導波路103は同一形状を成している。即ち、各導波路102,103の焦点距離f、入力側スラブ導波路102又は出力側スラブ導波路103に接続されたアレイ導波路104の間隔dは、同一である。なお、図18に示すように、AWDの出力側スラブ導波路103に複数の出力ポートを設けて複数入力・複数出力の光合分波器として使用することもあるが、この場合には入力側スラブ導波路102の入力ポートの間隔Δxinと出力側スラブ導波路103の出力ポートの間隔Δxoutも同一である。
As a multiplexing method when a fixed wavelength is assigned to each input port, multiplexing is performed with low loss using an arrayed waveguide grating (AWG) having multiple inputs and one output. It is considered. The concept of AWG is shown in FIGS. The AWG 101 includes an input-
入力側スラブ導波路102の各入力ポートには入力光信号の波長が割り当てられており、割り当て波長に一致する波長の光信号を当該入力ポートに入力することで当該光信号を合波して単一の出力ポートから出力させることができ、多波長の光信号の合波を行うことができる。例えば図16のAWG101において、第1入力ポート102aに割り当てられた波長がλ1、第2入力ポート102bに割り当てられた波長がλ2、第3入力ポート102cに割り当てられた波長がλ3、第4入力ポート102dに割り当てられた波長がλ4であったとすると、第1入力ポート102aに入力された波長λ1の光信号は出力ポート103aから出力されるが、割り当て波長と異なる入力ポート102b〜102dに入力された波長λ4,λ2,λ3の光信号は出力ポート103aから出力されない。
The wavelength of the input optical signal is assigned to each input port of the input-
なお、AWGを光合分波器として使用した例としては、例えば特開2005−164758号に開示されたものがある。 An example of using AWG as an optical multiplexer / demultiplexer is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-164758.
しかしながら、上述のAWG101では、低損失で合波を行えるという利点は有るものの、入力された光信号を合波して単一の出力ポート103aから出力するためには、各入力ポート102a〜102dに割り当て波長の光信号を入力する必要がある。即ち、入力ポートに波長依存性がある。そのため、WDM光通信の合波器として使用するには、例えば図19に示すように、その前段階に入力信号を波長別に振り分ける分波器105と、入力光をスイッチングして波長別に割り当てられた入力ポート102a〜102dに出力するアクティブな光スイッチ106が必要であり、合波のために必要な装置が大型化すると共に、製造コストが増加する。
However, although the above-described AWG 101 has the advantage of being able to multiplex with low loss, in order to multiplex input optical signals and output them from a
本発明は、低損失で合波を行えるという利点を維持したまま、入力ポートに波長依存性がない光合波装置を提供することを目的とする。また、当該光合波装置での使用に適したアレイ導波路型回折格子を提供することを目的とする。さらに、入力ポートに波長依存性がないアレイ導波路型回折格子を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide an optical multiplexing device having no wavelength dependency at an input port while maintaining the advantage of being able to perform multiplexing with low loss. Another object of the present invention is to provide an arrayed waveguide type diffraction grating suitable for use in the optical multiplexer. It is another object of the present invention to provide an arrayed waveguide type diffraction grating having no wavelength dependency at the input port.
かかる目的を達成するために請求項1記載の発明は、入力側の形状と出力側の形状が数式5,6,7,8のうち少なくともいずれか一つを満たす非対称であり、出力側には、入力側に設けられた複数の入力ポートのうちいずれの入力ポートから入力された光信号であってもその波長が割り当て波長と一致するものを出力する出力ポートが設けられている。
〈数5〉
fin>fout
〈数6〉
Δxin<Δxout
〈数7〉
din<dout
〈数8〉
Δxin<ΔWout
ここで、fin:入力側スラブ導波路の焦点距離、fout:出力側スラブ導波路の焦点距離、Δxin:入力ポートの間隔、Δxout:出力ポートの間隔、din:入力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路の間隔、dout:出力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路の間隔、ΔWout:出力用導波路のコア開口幅、である。
In order to achieve this object, the invention according to
<
fin> fout
<
Δxin <Δxout
<
din <dout
<
Δxin <ΔWout
Here, fin: focal length of the input side slab waveguide, fout: focal length of the output side slab waveguide, Δxin: spacing of the input port, Δxout: spacing of the output port, din: connected to the input side slab waveguide The distance between the arrayed waveguides, dout: the distance between the arrayed waveguides connected to the output-side slab waveguide, and ΔWout: the core opening width of the output waveguide.
なお、入力側とは、入力側スラブ導波路と、アレイ導波路の入力側スラブ導波路近傍部分と、入力用導波路の入力側スラブ導波路近傍部分をいう。また、出力側とは、出力側スラブ導波路と、アレイ導波路の出力側スラブ導波路近傍部分と、出力用導波路の出力側スラブ導波路近傍部分をいう。 The input side means the input side slab waveguide, the portion near the input side slab waveguide of the arrayed waveguide, and the portion near the input side slab waveguide of the input waveguide. The output side means an output side slab waveguide, a portion near the output side slab waveguide of the arrayed waveguide, and a portion near the output side slab waveguide of the output waveguide.
したがって、入力側スラブ導波路の隣接する入力ポートの波長間隔Δλinと出力側スラブ導波路の隣接する出力ポートの波長間隔Δλoutとの関係が数式9を満たし、又は、入力側スラブ導波路の隣接する入力ポートの波長間隔Δλinと出力側スラブ導波路の出力ポートの透過帯域幅ΔBとの関係が数式10を満たすことになり、光信号はいずれの入力ポートに入力されても割り当て波長の出力ポートから出力される。
〈数9〉
NΔλin≦Δλout
〈数10〉
NΔλin≦ΔB
ここで、Δλinは数式11、Δλoutは数式12、ΔBは数式13によって表わされる。また、Nは2以上の整数である。
〈数11〉
Δλin=(Δxin/fin)・(din・ns/m)・(ng/ns)^-1
〈数12〉
Δλout=(Δxout/fout)・(dout・ns/m)・(ng/ns)^-1
〈数13〉
ΔB=(ΔWout/fout)・(dout・ns/m)・(ng/ns)^-1
ここで、Δxin:入力ポートの間隔、fin:入力側スラブ導波路の焦点距離、din:入力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路の間隔、ns:スラブ導波路の実効屈折率、m:回折次数、ng:群屈折率、Δxout:出力ポートの間隔、fout:出力側スラブ導波路の焦点距離、dout:出力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路の間隔、ΔWout:出力用導波路のコア開口幅、である。
Therefore, the relationship between the wavelength interval Δλin between the input ports adjacent to each other on the input side slab waveguide and the wavelength interval Δλout between the output ports adjacent to the output side slab waveguide satisfies Equation 9 or is adjacent to the input side slab waveguide. The relationship between the wavelength interval Δλin of the input port and the transmission bandwidth ΔB of the output port of the output-side slab waveguide satisfies
<Equation 9>
NΔλin ≦ Δλout
<
NΔλin ≦ ΔB
Here, Δλin is expressed by
<
Δλin = (Δxin / fin) · (din · ns / m) · (ng / ns) ^-1
<
Δλout = (Δxout / fout) · (dout · ns / m) · (ng / ns) ^-1
<
ΔB = (ΔWout / fout) · (dout · ns / m) · (ng / ns) ^-1
Here, Δxin: input port interval, fin: focal length of input side slab waveguide, din: interval of arrayed waveguide connected to input side slab waveguide, ns: effective refractive index of slab waveguide, m: Diffraction order, ng: group refractive index, Δxout: output port spacing, fout: focal length of output slab waveguide, dout: spacing of arrayed waveguides connected to output slab waveguide, ΔWout: output waveguide Core opening width.
即ち、ある波長の光信号を考えた場合、その波長が割り当てられている出力ポートから見たときに、入力ポートを変えても、あたかも同一の入力ポートよりその波長の光信号が入力されているように見える。したがって、いずれの入力ポートを用いても各出力ポートから出力される光信号の波長帯は同一となる。 That is, when considering an optical signal of a certain wavelength, when viewed from the output port to which that wavelength is assigned, even if the input port is changed, the optical signal of that wavelength is input from the same input port. looks like. Therefore, the wavelength band of the optical signal output from each output port is the same regardless of which input port is used.
例えば図3に示すように、入力ポート3と出力ポート5を4つずつ備える場合を例に説明する。なお、各入力ポート3を区別するために、入力ポート3a,3b,3c,3dといい、各出力ポート5を区別するために、出力ポート5A,5B,5C,5Dという。また、光信号の波長として、λ1、λ2、λ3、λ4の4種類を使用する。さらに、各出力ポート5の割り当て波長を、出力ポート5A:λ1、出力ポート5B:λ2、出力ポート5C:λ3、出力ポート5D:λ4とする。入力ポート3aに入力された波長λ1の光信号をλ1a、入力ポート3aに入力された波長λ2の光信号をλ2a、入力ポート3bに入力された波長λ1の光信号をλ1bと記載する。その他の光信号も同様に記載する。
For example, as shown in FIG. 3, a case where four
例えば、入力ポート3aに入力された波長λ1の光信号λ1aは出力ポート5Aから出力され、入力ポート3aに入力された波長λ2の光信号λ2aは出力ポート5Bから出力され、入力ポート3aに入力された波長λ3の光信号λ3aは出力ポート5Cから出力され、入力ポート3aに入力された波長λ4の光信号λ4aは出力ポート5Dから出力される。また、入力ポート3bに入力された波長λ1の光信号λ1bは出力ポート5Aから出力され、入力ポート3bに入力された波長λ2の光信号λ2bは出力ポート5Bから出力され、入力ポート3bに入力された波長λ3の光信号λ3bは出力ポート5Cから出力され、入力ポート3bに入力された波長λ4の光信号λ4bは出力ポート5Dから出力される。即ち、波長λ1の光信号は、いずれの入力ポート3a,…,3dから入力されても出力ポート5Aから出力され、波長λ2の光信号は、いずれの入力ポート3a,…,3dから入力されても出力ポート5Bから出力され、波長λ3の光信号は、いずれの入力ポート3a,…,3dから入力されても出力ポート5Cから出力され、波長λ4の光信号は、いずれの入力ポート3a,…,3dから入力されても出力ポート5Dから出力される。
For example, the optical signal λ1a of wavelength λ1 input to the
数式9又は数式10を満たす手法としては、fin>foutにすることによるもの(数式5)でも良く、Δxin<Δxoutにすることによるもの(数式6)でも良く、din<doutにすることによるもの(数式7)でも良く、Δxin<ΔWoutにすることによるもの(数式8)でも良い。また、これらを1つずつ採用しても良いが、これらを2つ、3つ又は4つ組み合わせても良い。
As a method of satisfying Equation 9 or
また、請求項2記載の光合波装置は、請求項1記載のアレイ導波路型回折格子よりなる光分波器と、光合波器とを備え、光分波器の出力側スラブ導波路は複数の出力ポートを有しており、光合波器は複数の出力ポートから出力された光信号を合波して単一の出力ポートから出力するものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical multiplexer comprising: an optical demultiplexer comprising the arrayed waveguide type diffraction grating according to the first aspect; and an optical multiplexer, wherein the output demultiplexer includes a plurality of output side slab waveguides. The optical multiplexer combines the optical signals output from the plurality of output ports and outputs from the single output port.
したがって、前段の光分波器に入力された光信号は、それがいずれの入力ポートに入力されたものであっても波長が割り当て波長と一致する出力ポートから出力され、後段の光合波器に入力されて合波され、単一の出力ポートから出力される。このとき、後段の光合波器の入力ポートの割り当て波長を前段の光分波器の出力ポートの割り当て波長に一致させておくことで、前段の光分波器の各出力ポートから出力された光信号を後段の光合波器によって合波することができる。 Therefore, the optical signal input to the preceding optical demultiplexer is output from the output port whose wavelength matches the assigned wavelength, regardless of which input signal is input to the optical demultiplexer. Input, combined, and output from a single output port. At this time, the light output from each output port of the front-end optical demultiplexer is set by matching the assigned wavelength of the input port of the rear-stage optical multiplexer to the assigned wavelength of the output port of the front-end optical demultiplexer. The signal can be multiplexed by a subsequent optical multiplexer.
さらに、請求項3記載の光合波装置は、光分波器を複数並列に設けると共に、光合波器は複数の光分波器から出力された光信号を合波して単一の出力ポートから出力するものであり、各光分波器の前段に設けられ、隣接する波長の入力光信号を異なる光分波器に入射させる振り分け手段を備えるものである。
Furthermore, the optical multiplexing device according to
入力ポート数Nが増加すると、N×Δλinの帯域が出力側スラブ導波路の隣接する出力ポートの波長間隔Δλoutに近づいていき、入力光の波長に対して透過帯域の端を使うことになり、損失が増加する。並列に設けられた複数の光分波器の前段に振り分け手段を設けることで、Δλoutを広く取り、透過帯域幅ΔBを広くとることで、損失の増加を抑えることができる。 When the number N of input ports increases, the band of N × Δλin approaches the wavelength interval Δλout between the adjacent output ports of the output side slab waveguide, and the end of the transmission band is used for the wavelength of the input light. Loss increases. By providing the sorting means in the preceding stage of the plurality of optical demultiplexers provided in parallel, it is possible to suppress the increase in loss by increasing Δλout and widening the transmission bandwidth ΔB.
光信号の波長が例えばλ1,λ2,λ3,λ4であり、光分波器の数が2であるとすると、例えば波長λ1,λ3の光信号は振り分け手段によって第1の光分波器に振り分けられ、波長λ2,λ4の光信号は振り分け手段によって第2の光分波器に振り分けられる。したがって、光分波器の数が1である場合と比べ、各光分波器毎の波長間隔Δλoutが広がる。 If the wavelength of the optical signal is, for example, λ1, λ2, λ3, λ4 and the number of optical demultiplexers is 2, for example, the optical signals of wavelengths λ1, λ3 are distributed to the first optical demultiplexer by the distributing means. The optical signals of wavelengths λ2 and λ4 are distributed to the second optical demultiplexer by the distributing means. Therefore, compared with the case where the number of optical demultiplexers is 1, the wavelength interval Δλout for each optical demultiplexer is widened.
請求項1記載のアレイ導波路型回折格子では、いずれの入力ポートを用いても各出力ポートから出力される光信号の波長帯を同一にすることができるので、各入力ポートに様々な波長帯の光信号を入力させても、対応する波長帯(割り当て波長)の出力ポートから出力させることができる。そのため、後述の光合波装置での使用に適した光分波器を提供することができると共に、例えばPONでの使用に適した光合波器を提供することができる。
In the arrayed waveguide grating according to
また、請求項2記載の光合波装置では、複数の入力ポートに入力された異なる波長の光信号を入力ポートに依存せずに合波して単一の出力ポートから出力することができるので、アクティブな光スイッチ等を用いなくても様々な波長の光を合波することができる。そのため、例えばWDM方式の光通信等での使用に適した光合波装置を低コストで提供することができる。また、小型の光合波装置を提供することができる。さらに、3dBカプラやスターカプラ等を使用する必要がなく、アレイ導波路型分波器である光分波器がその出力ポートから決められた波長チャネルを出力するという動作をするので低損失で合波を行うことができる。特に入力ポート数が多い場合に低損失がより顕著になる。
Further, in the optical multiplexing device according to
さらに、請求項3記載の光合波装置では、光分波器を複数設け、振り分け手段を使用して隣接する波長の入力光信号を異なる光分波器に入射させるようにしているので、チャンネル間隔を広く取り、透過帯域幅を広く取ることができ、特性安定化と入力波長数を増やすことができる。
Further, in the optical multiplexing device according to
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on the best mode shown in the drawings.
まず、本発明のアレイ導波路型回折格子について説明する。図1〜図3に、本発明のアレイ導波路型回折格子の実施形態の一例を示す。本実施形態のアレイ導波路型回折格子1は、光分波器(以下、光分波器1という)として使用されている。光分波器1は、入力側27の形状と出力側28の形状が数式14,15,16,17のうち少なくともいずれか一つを満たす非対称となっており、出力側28には、入力側27に設けられた複数の入力ポート3のうちいずれの入力ポート3から入力された光信号であってもその波長が割り当て波長と一致するものを出力する出力ポート5が設けられている。
〈数14〉
fin>fout
〈数15〉
Δxin<Δxout
〈数16〉
din<dout
〈数17〉
Δxin<ΔWout
ここで、fin:入力側スラブ導波路2の焦点距離、fout:出力側スラブ導波路4の焦点距離、Δxin:入力ポート3の間隔、Δxout:出力ポート5の間隔、din:入力側スラブ導波路2に接続されたアレイ導波路6の間隔、dout:出力側スラブ導波路4に接続されたアレイ導波路の間隔、ΔWout:出力用導波路20のコア開口幅(図20参照)、である。
First, the arrayed waveguide type diffraction grating of the present invention will be described. 1 to 3 show an example of an embodiment of an arrayed waveguide type diffraction grating of the present invention. The arrayed waveguide
<
fin> fout
<
Δxin <Δxout
<
din <dout
<
Δxin <ΔWout
Here, fin: focal length of the input
入力側27とは、入力側スラブ導波路2と、アレイ導波路6の入力側スラブ導波路2近傍部分と、入力用導波路29の入力側スラブ導波路2近傍部分をいう。また、出力側28とは、出力側スラブ導波路4と、アレイ導波路6の出力側スラブ導波路4近傍部分と、出力用導波路20の出力側スラブ導波路4近傍部分をいう。
The
このように非対称にすることで、数式18によって表わされる入力側スラブ導波路2の隣接する入力ポート3の波長間隔Δλinと、数式19によって表わされる出力側スラブ導波路4の隣接する出力ポート5の波長間隔Δλoutとの関係が数式20の関係、又は数式18によって表わされる入力側スラブ導波路2の隣接する入力ポート3の波長間隔Δλinと、数式21によって表わされる出力側スラブ導波路4の出力ポート5の透過帯域幅ΔBとの関係が数式22の関係を満たすことになる。
〈数18〉
Δλin=(Δxin/fin)・(din・ns/m)・(ng/ns)^-1
〈数19〉
Δλout=(Δxout/fout)・(dout・ns/m)・(ng/ns)^-1
〈数20〉
NΔλin≦Δλout
〈数21〉
ΔB=(ΔWout/fout)・(dout・ns/m)・(ng/ns)^-1
〈数22〉
NΔλin≦ΔB
ここで、Δxin:入力ポート3の間隔、fin:入力側スラブ導波路2の焦点距離、din:入力側スラブ導波路2に接続されたアレイ導波路6の間隔、ns:スラブ導波路2,4の実効屈折率、m:回折次数、ng:群屈折率、Δxout:出力ポート5の間隔、fout:出力側スラブ導波路4の焦点距離、dout:出力側スラブ導波路4に接続されたアレイ導波路6の間隔、N:入力ポート数で2以上の整数、ΔWout:出力用導波路20のコア開口幅、である。
By making it asymmetric in this way, the wavelength interval Δλin between the
<
Δλin = (Δxin / fin) · (din · ns / m) · (ng / ns) ^-1
<
Δλout = (Δxout / fout) · (dout · ns / m) · (ng / ns) ^-1
<
NΔλin ≦ Δλout
<
ΔB = (ΔWout / fout) · (dout · ns / m) · (ng / ns) ^-1
<
NΔλin ≦ ΔB
Here, Δxin: the distance between the
この光分波器1は、平面光回路(PLC)であるアレイ導波路型回折格子(AWG)であり、入力側スラブ導波路2と出力側スラブ導波路4の形状が異なる(入力側27と出力側28が非対称)ものである。本実施形態では、数式18のfinと数式19のfoutの関係をfin>foutとすることで数式20の関係を満たすようにしている。即ち、図18に示すように一般に市販されている波長合分波用のAWGや波長周回性を有したAWGでは入力側スラブ導波路102と出力側スラブ導波路103の形状が同一(入力側107と出力側108が対称)である。これに対し、本発明の光分波器1は入力側スラブ導波路2と出力側スラブ導波路4の形状を非対称にしており、fin>foutとすることでスラブ導波路2,4の形状を非対称にしている。例えば、一般に市販されているAWGと同程度の大きさであれば、当該AWGの寸法に対し、入力側スラブ導波路2の焦点距離finを増加させることで、fin>foutとすることが好ましい。一般に市販されているAWGでは、各スラブ導波路2,4の焦点距離fin,foutは既に小さい値となっており、出力側スラブ導波路4の焦点距離foutを更に小さくするよりも、入力側スラブ導波路2の焦点距離finを大きくする方が、製造が容易だからである。ただし、出力側スラブ導波路4の焦点距離foutを小さくすることでfin>foutとするようにしても良く、あるいは、入力側スラブ導波路2の焦点距離finを大きくし且つ出力側スラブ導波路4の焦点距離foutを小さくすることでfin>foutとするようにしても良い。fin>foutとすることで波長間隔Δλinと波長間隔Δλoutとの関係が数式20の関係を満たし、入力側スラブ導波路2での各アレイ導波路6への入力の光信号の波長間隔Δλinを小さくすることができ、出力ポート5から見て、入力ポート3が1つに見えるようになる。
This
入力側スラブ導波路2には例えば4つの入力ポート3が設けられている。ただし、入力ポート3の数は4つに限るものではない。また、出力側スラブ導波路4には使用される光信号の波長の種類と同数の出力ポート5が設けられている。出力ポート5には、使用される光信号の波長であって他の出力ポート5と異なるものを割り当てておく。光信号はいずれの入力ポート3に入力されても割り当て波長の出力ポート5から出力される。本実施形態では、光信号として使用される波長はλ1,λ2,λ3,λ4の4種類であり、4つの出力ポート5が設けられている。ただし、光信号の波長の数と出力ポート5の数は、4つに限るものではない。なお、ここでは説明とその理解を容易にするために入力ポート数や出力ポート数、光信号の波長の数を4にしているが、実際には、例えば16、32、64等であり、さらには例えば256、400等も可能であり、その他の数でも良い。以下、説明のため、4つの入力ポート3を入力ポート3a,3b,3c,3d、4つの出力ポート5を出力ポート5A,5B,5C,5Dと適宜記載して区別する。また、図2においては、入力ポート3a,3b,3c,3dを単に入力ポートa,b,c,dと記載し、出力ポート5A,5B,5C,5Dを単に出力ポートA,B,C,Dと記載して区別する(図11,図13,図15,図21,図23も同様)。
For example, four
出力ポート5Aには波長λ1が、出力ポート5Bには波長λ2が、出力ポート5Cには波長λ3が、出力ポート5Dには波長λ4がそれぞれ割り当てられている。即ち、入力ポートに依存せずに各出力ポートにこれらの波長が割り当てられるように光分波器1が形成されている。
Wavelength λ1 is assigned to
図2に、各出力ポート5と出力される光信号の波長の関係を示す。なお、参考のため、fin=foutの場合の関係を仮想線で示す。入力ポート3aに入力された波長λ1の光信号λ1a、入力ポート3bに入力された波長λ1の光信号λ1b、入力ポート3cに入力された波長λ1の光信号λ1c、入力ポート3dに入力された波長λ1の光信号λ1dは、出力ポート5Aから出力される。即ち、波長周回性を有する一般に販売されているAWGでは、図16に示すように、波長λ1の光信号は割り当て波長が一致する入力ポート102aに入力された場合にのみ出力ポートから出力されるが、本発明の光分波器1では、入力ポート3に依存せずに、即ち、どの入力ポート3a〜3dに入力されても波長λ1が割り当てられている出力ポート5Aから出力される。
FIG. 2 shows the relationship between each
同様に、入力ポート3aに入力された波長λ2の光信号λ2a、入力ポート3bに入力された波長λ2の光信号λ2b、入力ポート3cに入力された波長λ2の光信号λ2c、入力ポート3dに入力された波長λ2の光信号λ2dは波長λ2が割り当て波長の出力ポート5Bから出力される。同様に、各入力ポート3a〜3dに入力された波長λ3の光信号λ3a〜λ3dは波長λ3が割り当てられた出力ポート5Cから出力され、各入力ポート3a〜3dに入力された波長λ4の光信号λ4a〜λ4dは波長λ4が割り当てられた出力ポート5Dから出力される。
Similarly, an optical signal λ2a of wavelength λ2 input to the
つまり、図3に示すように、どの入力ポート3a,…,3dを用いても、各波長の光信号は割り当て波長が一致する出力ポート5A,…,5Dから出力される。このように、本発明の光分波器1では、いずれの入力ポート3を用いても各出力ポート5から出力される光信号の波長帯を同一にすることができるので、各入力ポート3に様々な波長帯の光信号を入力させても、対応する波長帯(割り当て波長)の出力ポート5から出力させることができる。そのため、後述の光合波装置7での使用に適した光分波器1を提供することができる。
That is, as shown in FIG. 3, regardless of which
次に、本発明の光合波装置7について説明する。図4に、本発明の光合波装置7の実施形態の一例を示す。光合波装置7は、上述の光分波器1と、光分波器1の出力ポート5から出力された光信号を合波して単一の出力ポート11から出力する光合波器8を備えるものである。
Next, the
本実施形態の光合波器8はアレイ導波路型合波器(アレイ導波路回折格子:AWG)であり、例えば図5に示すように、その入力側スラブ導波路9は光分波器1の出力ポート5と同じ数の入力ポート10が設けられており、各入力ポート10には、対応する光分波器1の出力ポート5と同じ波長が割り当てられている。即ち、光合波器8は、光分波器1の出力ポート5と同数の入力ポート10を有する入力側スラブ導波路9と、単一の出力ポート11を有する出力側スラブ導波路12と、入力側スラブ導波路9と出力側スラブ導波路12とを接続するアレイ導波路13を有している。この光合波器8は、入力側スラブ導波路9と出力側スラブ導波路12の形状が対称、即ち、焦点距離fin,fout、アレイ導波路の間隔din,doutが同一であり、一般に販売されている波長合波用のAWGの使用が可能である。
The
光分波器1の出力ポート5と光合波器8の入力ポート10は、同じ波長が割り当てられているもの同士で接続用導波路14によって接続されている。本実施形態では、光分波器1には4つの出力ポート5が設けられているので、光合波器8の入力ポート10も4つ設けられている。なお、以下、説明のため、光合波器8の4つの入力ポート10を入力ポート10a,10b,10c,10dとして区別する。そして、入力ポート10aには波長λ1が、入力ポート10bには波長λ2が、入力ポート10cには波長λ3が、入力ポート10dには波長λ4がそれぞれ割り当てられている。
The
光合波器8では、図6に示すように、割り当て波長に合った波長λ1,…,λ4の光信号が入力ポート10a,…,10dに入力された場合には、光信号は合波されて出力ポート11から出力される。一方、図16に示すように、割り当て波長とは異なる波長の光信号が入力ポート10に入力された場合にはきちんと合波することができず、波長が割り当て波長と異なる入力ポート10b,10c,10dに入力された光信号λ4,λ2,λ3は出力されない。
In the
光合波装置7では、光合波器8の前段に光分波器1を設けることで、光合波器8の各入力ポート10a,…,10dには割り当てられた波長λ1,…,λ4の光信号が入力される。したがって、光合波器8の出力ポート11からは、光合波器8に入力された光信号の全てが合波されて出力される。即ち、図4に示すように、光合波装置7に入力された光信号の全てが合波されて出力ポート11から出力される。このように、図19に示すようなアクティブな光スイッチ106を備えていなくても、入力ポート3a,…,3dに入力された光信号を合波して単一の出力ポート11から出力することができる。
In the
また、前段の光分波器1と後段の光合波器8とがともにアレイ導波路型回折格子であって平面光回路(PLC)であり、同一の平面光回路上に作成することができるので、前段の光分波器1と後段の光合波器8との接続を相性のいいものとすることができ、接続のための損失を低く抑えることができる。
In addition, since the front-stage
図7に、波長分割多重光通信(WDM:Wavelength Division Multiplexing)において、1本の光ファイバ15によって異なる波長の光信号を伝送する概念を示す。図7中符号18は光ファイバ15によって伝送された光信号をその波長に応じて分波させる分波器である。この通信方式を実現する場合に、合波器として本発明の光合波装置7を使用することで、例えば図8に示すように波長可変光源16を接続することや、例えば図9に示すようにWDMネットワーク17を接続することが可能になる。光合波装置7は入力ポート数が多い場合には3dBカプラやスターカプラに比べて低損失となり、効率の良いWDMを実現することができる。
FIG. 7 shows a concept of transmitting optical signals of different wavelengths through one
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。 The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上述の説明では、fin>foutとすることで、即ち焦点距離を非対称にすることで、入力側27の形状と出力側28の形状を非対称にし、これによってNΔλin≦Δλout又はNΔλin≦ΔBの関係を満たすようにしていたが、必ずしもこの手法に限るものではなく、他の手法によっても良い。例えば図10,図11に示すように、Δxin<Δxoutとすることで、即ち入力ポート3の間隔Δxinと出力ポート5の間隔Δxoutを非対称とすることで、入力側27の形状と出力側28の形状を非対称にし、これによってNΔλin≦Δλoutの関係を満たすようにしても良く、あるいは例えば図12,図13に示すように、din<doutとすることで、即ち入力側スラブ導波路2に接続されたアレイ導波路6の間隔dinと出力側スラブ導波路4に接続されたアレイ導波路6の間隔doutを非対称とすることで、入力側27の形状と出力側28の形状を非対称にし、これによってNΔλin≦Δλout又はNΔλin≦ΔBの関係を満たすようにしても良い。さらには、例えば図20,図21に示すように、Δxin<ΔWoutとすることで、入力側27の形状と出力側28の形状を非対称にし、これによってNΔλin≦ΔBの関係を満たすようにしても良い。なお、図10,図11のポート間隔Δxin,Δxoutを非対称とする場合には、出力ポート5のポート間隔Δxoutを大きくし、入力ポート3a,…,3dの違いによる出力ポート5A,…,5Dでの焦点の位置の変化が出力ポート5A,…,5Dの大きさの範囲内に収まるようにすることが好ましい。図10の実施形態では、出力ポート5を徐々に縮径させて例えば接続用導波路14に接続している。即ち、入力ポート3a,…,3dの切り替えによって出力ポート5A,…,5Dでの焦点の位置がずれるが、その変化は出力ポート5の広がったテーパ内に収まっている。なお、図11において仮想線で示すものは出力ポート5を徐々に縮径するテーパ部を形成しない場合である。テーパ部を形成したものと帯域幅が異なっている。また、図13において、仮想線で示すものは、din=doutの場合である。din<doutとした場合と、中心波長と帯域幅が異なっている。さらに、上述の焦点距離fin,foutを非対称(fin>fout)にする手法、ポート間隔Δxin,Δxoutを非対称(Δxin<Δxout)とする手法、アレイ導波路6の接続間隔din,doutを非対称(din<dout)とする手法、入力ポート3の間隔Δxin<出力用導波路20のコア開口幅ΔWoutとする手法のうち、いずれか2つ又は3つを組み合わせても良く、あるいは4つ全てを組み合わせても良い。
For example, in the above description, by setting fin> fout, that is, by making the focal length asymmetrical, the shape of the
また、上述の光合波装置7では、光合波器8としてアレイ導波路型合波器を使用していたが、複数の入力を合波して1の出力を得ることができるものであれば、アレイ導波路型合波器以外の光合波器、例えば多段に接続した多層膜フィルタ,凹面回折格子、透過型回折格子、反射型回折格子等を使用しても良く、また、光合波器8としてアレイ導波路型合波器又はこれ以外の光合波器を多段式にして使用しても良い。
Moreover, in the above-mentioned
また、例えば図14及び図15に示すように、光分波器1を複数並列に設けると共に、各光分波器1の前段に、隣接する波長の入力光信号を異なる光分波器1に入射させる振り分け手段19を備え、光合波器8は複数の光分波器1から出力された光信号を合波して単一の出力ポート11から出力するようにしても良い。本実施形態では、光分波器1を2台備えている。ただし、光分波器1の数は2台に限るものではなく、3台以上であっても良く、使用する光信号の波長の種類数や必要とされる出力ポート5の数等に応じて適宜数備えられる。
For example, as shown in FIGS. 14 and 15, a plurality of
振り分け手段19は、例えばインターリーバである。ただし、振り分け手段19はインターリーバに限るものではなく、例えばエタロン等の周期的に透過(反射)光のレベルが変化する光フィルタ等の使用も可能であり、要するに入力された光信号について隣接する波長のものを異なる光分波器1に入射させるものであれば特に制限されない。ここで、隣接する波長とは、光信号として使用される波長をその大きさ順に並べた場合に隣り合う波長をいい、例えば使用される波長がλ1,λ2,λ3,λ4の4種類であり、この順番で波長が大きくなるとすると、λ1とλ2,λ2とλ3,λ3とλ4がそれぞれ隣接する波長である。本実施形態では、光分波器1を2台備えているので、振り分け手段19として、2台の光分波器1に光信号を振り分けるもの、例えば1つの入力ポートと2つの出力ポート(1入力2出力)を有するインターリーバを使用する。振り分け手段19の入力ポートには光信号が入力される。また、2つの出力ポートのうち一方は第1の光分波器1に、他方は第2の光分波器1にそれぞれ接続されている。振り分け手段19は、各光分波器1の入力ポート3の数と同数設けられている。本実施形態の光分波器1は入力ポート3を4つ有しているので、振り分け手段19を4台有している。
The distribution means 19 is an interleaver, for example. However, the distribution means 19 is not limited to an interleaver, and an optical filter that periodically changes the level of transmitted (reflected) light, such as an etalon, can be used. In short, input optical signals are adjacent to each other. There is no particular limitation as long as it allows light having a wavelength to enter different
なお、光分波器1を多数備える場合には、振り分け手段19を多段式にしても良い。例えば、1入力2出力の振り分け手段19を2段式にすることで1ポートからの入力を4ポートに振り分けることができ、3段式にすることで1ポートからの入力を8ポートに振り分けることができるので、光分波器1を4つ備える場合には1入力2出力の振り分け手段19を2段式にすれば良く、光分波器1を8つ備える場合には1入力2出力の振り分け手段19を3段式にすれば良く、このように光分波器1の数と1段の出力ポート数に応じて振り分け手段19の段数を適宜設定すれば良い。
In addition, when many
振り分け手段19に入力された光信号はその周波数に応じて第1の光分波器1又は第2の光分波器1に振り分けられ、割り当て波長が一致する出力ポート5から出力され、光合波器8によって合波されて単一の出力ポート5から出力される。特に、入力ポート3の数Nが増加した場合等には、NΔλinの帯域が透過帯域幅に近付いてきて、透過帯域の端も使うことになり損失が増加する。振り分け手段19を設け、隣接する波長の光信号を異なる光分波器1に入射させることで、チャネル間隔を広く取り、透過帯域幅も広くとることができる。そのため、損失を抑えて特性安定化を図ることができると共に、入力光信号の波長数を増やすことができる。例えば、入力光信号を振り分け手段19で2分岐し、分岐された出力を各光分波器1に分けてチャネル間隔Δλoutと透過帯域幅を広げ、各光分波器1によって波長ごとに特定の出力ポート5から出力することで、トータルの波長チャネル数を減らさずに特性を改善できる。
The optical signal input to the
また、上述の説明では、本発明のアレイ導波路型回折格子1を光分波器としていたが、光合波器としても良い。光合波器とする場合には、使用する光信号の波長が割り当てられている出力ポート5が実際の出力ポートとして使用される。即ち、使用される光信号の波長が割り当てられている出力ポート5以外の出力ポートが存在していても良いし、存在しなくても良い。例えば、出力側スラブ導波路4に4つの出力ポート5A,5B,5C,5Dが設けられており、それぞれ波長λ1,λ2,λ3,λ4が割り当てられている場合、使用する光信号の波長がλ1であったとすると、出力ポート5Aが実際に使用される出力ポートである。この場合、波長λ2,λ3,λ4が割り当てられている出力ポート5B,5C,5Dは有っても無くても良い。即ち、波長λ2,λ3,λ4の光信号の焦点位置に出力ポート5B,5C,5Dが設けられていても良いし、設けられていなくても良い。実質的な出力ポート5の数が使用される光信号の波長の数と同数であれば良い。なお、ここでは使用する光信号の波長が1つの場合を例にしたが、2つ以上の場合も同様である。
In the above description, the arrayed waveguide grating 1 of the present invention is an optical demultiplexer, but may be an optical multiplexer. In the case of an optical multiplexer, the
出力ポート5の数を1つにした場合の光合波器1を図22,図23に示す。出力ポート5が1つの場合には、上述の数式14,数式16,数式17のうち少なくともいずれか1つを満たすことで、数式18のΔλinと数式21のΔBとが数式22の関係を満たすようにする。
The
図24に、アレイ導波路型回折格子1を光合波器(以下、光合波器1という)として使用する例を示す。光源として同一波長で送信タイミングをずらした複数の通信機21を用いている。本実施例では、通信機21は例えば波長λ1の信号を出力する。光合波器1の入力側スラブ導波路2の各入力ポート3には、通信機21からの光信号が入力される。また、光合波器1の出力側スラブ導波路4の波長λ1の光の焦点位置には出力ポート5が形成されている。この場合であっても、入力ポート3に依存せずに単一の出力ポート5から割り当て波長λ1の光信号を出力することができる。
FIG. 24 shows an example in which the arrayed waveguide grating 1 is used as an optical multiplexer (hereinafter referred to as an optical multiplexer 1). A plurality of
本発明の光分波器1は、例えばPON(Passive Optical Network)への適用が考えられる。PONは中央局から加入者宅へ伸びる光ファイバの途中にスターカプラを設けて複数の加入者宅へ引き込む方式である。PONの上り回線(加入者宅から中央局)の通信では、ONU(optical network unit:加入者宅側の光回線終端装置)は光信号をOLT(optical Line Terminal:中央局側の光回線終端装置)へ送る。各ONUは光信号が衝突しないように異なるタイミングで光信号を送信する。分岐数Nのスターカプラを通過する際、光信号の強度が1/N以下になり、分岐数が多い場合には損失が増大してしまう。
The
このスターカプラの代わりに本発明の光合波器1を使用する。図25に、PONに適用した例を示す。光合波器1の各入力ポート3には各ONU23から伸びる光ファイバ25が接続されている。各ONU23には例えばパソコン24が接続されている。各ONU23は例えば波長λ1の光信号を出力する。また、光合波器1の単一の出力ポート5にはOLT22へと向かう光ファイバ26が接続されている。出力ポート5には波長λ1が割り当てられている。
The
各ONU23からタイミングをずらして出力された波長λ1の光信号は光合波器1によって合波されてOLT22へと供給される。光信号の合波に光合波器1を使用することで、スターカプラを使用する場合に比べて損失を低減することができる。そのため、各ONU23としてレーザ出力の小さなものの使用が可能となり、消費電力を下げることができる。
The optical signals of wavelength λ1 output from the
1 アレイ導波路型回折格子(光分波器,光合波器)
2 入力側スラブ導波路
3 入力ポート
4 出力側スラブ導波路
5 出力ポート
6 アレイ導波路
7 光合波装置
8 光合波器
11 出力ポート
19 振り分け手段
27 入力側
28 出力側
1 Arrayed waveguide grating (optical demultiplexer, optical multiplexer)
2 Input
Claims (3)
〈数1〉
fin>fout
〈数2〉
Δxin<Δxout
〈数3〉
din<dout
〈数4〉
Δxin<ΔWout
ここで、fin:入力側スラブ導波路の焦点距離、fout:出力側スラブ導波路の焦点距離、Δxin:入力ポートの間隔、Δxout:出力ポートの間隔、din:入力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路の間隔、dout:出力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路の間隔、ΔWout:出力用導波路のコア開口幅、である。 The shape on the input side and the shape on the output side are asymmetrical satisfying at least one of Formulas 1, 2, 3, and 4, and the output side includes a plurality of input ports provided on the input side. An arrayed waveguide grating characterized in that an output port is provided for outputting an optical signal input from any input port whose wavelength matches the assigned wavelength.
<Equation 1>
fin> fout
<Equation 2>
Δxin <Δxout
<Equation 3>
din <dout
<Equation 4>
Δxin <ΔWout
Here, fin: focal length of the input side slab waveguide, fout: focal length of the output side slab waveguide, Δxin: spacing of the input port, Δxout: spacing of the output port, din: connected to the input side slab waveguide The distance between the arrayed waveguides, dout: the distance between the arrayed waveguides connected to the output-side slab waveguide, and ΔWout: the core opening width of the output waveguide.
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