JP2010175645A - 光波長多重信号監視装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号光の波長や信号光の有無についても監視が可能な光波長多重信号監視装置および方法を提供する。
【解決手段】本発明の光波長多重信号監視装置は、ＭＺＩ同期ＡＷＧのアーム導波路の少なくとも一方を加熱して、アーム導波路間の位相差を調整可能とするヒータを備え、このヒータに電力を印加して、ＡＷＧの透過率の波長依存性を複数の状態に変化させるよう構成されている。本発明によれば、複数の状態において測定された光強度から各チャネルの信号光の波長を算出することができる。また、ＡＷＧの透過率の波長依存性が略平坦な状態において測定された光強度から各チャネルの信号光の強度を算出することができる。また、ＡＷＧの透過率の波長依存性が略平坦な状態から光位相差が略１８０度シフトした状態において測定された光強度と、波長依存性が略平坦な状態において測定された光強度との差から各チャネルの信号光の有無を判定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光波長多重信号監視装置および方法に関し、詳しくは、アレイ導波路回折格子と複数のフォトダイオードを用いた光波長多重信号監視装置および方法に関する。

近年の通信容量の増大に伴い、光波長多重分割（ＷＤＭ）技術を用いた光伝送装置が広く導入されている。これら光伝送装置で構築されるＷＤＭシステムにおいては、各波長チャネルの光信号を監視することにより、伝送信号の品質管理やシステム制御等を行っている。他方、シリコン基板上に形成した石英系ガラス導波路によって構成されたプレーナ光波回路（ＰＬＣ）の研究開発が盛んに行われており、かかるＰＬＣ技術を利用したアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）は、光波長合分波を実現するフィルタ回路であり、ＷＤＭシステムの構成部品として重要な役割を果たしている。

ＷＤＭシステムにおいて波長多重された光信号を監視する装置の一形態として、ＡＷＧと複数のフォトダイオード（ＰＤ）を組み合わせた構成が提案され、非特許文献１に開示されている。図３０に、ＡＷＧとＰＤによる従来の光波長多重信号監視装置５１００の構成を示す。ＡＷＧは、入力導波路５１０１、第１のスラブ導波路５１０２、アレイ導波路５１０３、第２のスラブ導波路５１０４、および複数の出力導波路５１０５から構成されている。これら導波路は、通常シリコン基板上に石英系ガラスにより形成されたコアおよびクラッドから構成されている。複数の出力導波路５１０５はそれぞれ、光ファイバ５１０８等を介して複数のＰＤ５１０６に光学的に接続されている。また、入力導波路５１０１は、入力光ファイバ５１０７に光学的に接続されている。

ＡＷＧでは、入力導波路５１０１から、光波長多重信号を入力すると、出力導波路５１０５から各チャネルの分波された信号光を取り出すことができる。各出力導波路にＰＤを接続することにより、各信号光の強度を監視することができる。この構成によれば、ＡＷＧで分離された波長チャネルの信号をそれぞれのＰＤで同時かつ独立に検出できるため、光波長多重信号を高速に監視できるという特長がある。

また、ＡＷＧのチップ端面に、各出力導波路と結合するように直接ＰＤを実装することで、さらに小型でかつ受光特性に優れた光波長多重信号監視装置も提案されている。この構成を図３１に示す。ここで、ＡＷＧの各部分の符号は図３０と同様であり、筐体とガラス窓の中で気密封止されたチップスケールパッケージ型ＰＤアレイ（ＣＳＰ−ＰＤアレイ）５２０１がＡＷＧのチップ端面に実装されている。ＣＳＰ−ＰＤアレイについて詳しくは、非特許文献２に開示されている。ＣＳＰ−ＰＤアレイ５２０１内に内蔵された各ＰＤの受光面は、ＡＷＧの出力導波路５１０５の各々と光学的に結合している。

かかるＡＷＧにおいては、入力導波路５１０１の入力側スラブ導波路５１０２との接続界面に励起されている光電界と、出力導波路５１０５の出力側スラブ導波路５１０４との接続界面に励起される光電界のパワーオーバーラップ積分が透過スペクトルとなる。通常、これらの光電界は基底モードのみが励起されており、透過スペクトル波形はガウス関数型となる。一方、透過スペクトル波形が平坦化され、広い透過帯域幅を有する光波長合分波回路として、マッハツェンダ型干渉回路（ＭＺＩ）とＡＷＧを組み合わせたＭＺＩ同期ＡＷＧ型の光波長合分波回路が提案されている。この回路について詳しくは、特許文献４および５に開示されている。この平坦な透過スペクトルを有するＭＺＩ同期ＡＷＧにより、光信号の波長揺らぎに対して損失変動の小さい光波長合分波回路を得ることができる。

図３２は、ＭＺＩ同期ＡＷＧタイプの光波長合分波回路５３００の一例の構成を示した平面図である。この回路は、第１の入出力導波路５３０５、光スプリッタ５３０６、第１のアーム導波路５３０７、第２のアーム導波路５３０８、および光カプラである方向性結合器５３０９を備えている。また、この回路は、第１のスラブ導波路５３０１、アレイ導波路５３０２、第２のスラブ導波路５３０３、および第２の入出力導波路５３０４を備えている。複数の光波長を有する光波が第１の入出力導波路５３０５に入射すると、光スプリッタ５３０６により第１および第２のアーム導波路５３０７、５３０８に分岐され、その光路長差により、波長に応じて位相差が生じる。この光波は、方向性結合器５３０９における近接して配置された２つの導波路間で干渉し、その位相差（すなわち波長）に応じて２つの導波路間でパワーが分配される。そのため、方向性結合器５３０９が第１のスラブ導波路５３０１に接続する終端で集光する光波の位置が、その位相差（波長）によって２つの導波路の間で周期的に変化することになる。一方、方向性結合器５３０９から第１のスラブ導波路５３０１に入射した光波は、アレイ導波路５３０２における隣接導波路間の光路長差により、波長に応じて位相差が与えられ、その位相差（すなわち波長）に応じて第２のスラブ導波路５３０３の終端で集光する光波の位置が変化し、第２の入出力導波路５３０４それぞれに、所望の波長の光波が分波される。

ここで、方向性結合器５３０９における２つの導波路間で集光する光の位置が変わると、第１のスラブ導波路５３０１への光波の入射位置が変化し、各アレイ導波路までの光路長が変化する。そうすると、アレイ導波路５３０２の隣接導波路間の光路長差が変化せずとも、ＭＺＩ同期ＡＷＧでの光路長差が変化し、第２のスラブ導波路５３０３の終端で集光する光の位置が変化する。このことは、第２のスラブ導波路５３０３の終端で集光する光波の位置は、第１および第２のアーム導波路５３０７、５３０８の光路長差により調整できることを意味する。すなわち、ある波長領域において、方向性結合器５３０９の終端で集光する光の位置変化と、第２のスラブ導波路５３０３の終端で集光する光の位置変化が同期するように設定すれば、第２のスラブ導波路５３０３の終端で集光する光の位置は変化せず、したがって、この波長領域で平坦な透過スペクトル特性を得ることができる。このように、ＭＺＩ同期ＡＷＧにおいては、ＡＷＧで合分波する波長チャネル間隔と、ＭＺＩにおける波長周期が一致するように設計される。

特許第３２５６４１８号公報 米国特許第６７２８４４６号明細書 大山 他、"ＡＷＧとＣＳＰ型ＰＤアレイを用いた４０−ｃｈ光パワーチャンネルモニタモジュール"２００６年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会講演、Ｃ−３−７８． 土居 他、"チップスケールパッケージ型ＰＤアレイ（ＣＳＰ−ＰＤ）の開発"、信学技報ＥＭＤ２００７−３６、ＣＰＭ２００７−５７、ＯＰＥ２００７−７４、ＬＱＥ２００７−３、ｐｐ．３９−４４、２００７−０８．

しかしながら、従来のＭＺＩ同期ＡＷＧにおいては、平坦な透過スペクトル特性を有する光波長フィルタ回路であるものの、この特性を調整ないし変更することはできない。用途に応じて、ＭＺＩ同期ＡＷＧの透過スペクトル特性を調整ないし変更できることが望ましい。特に、光波長多重信号監視装置では、このような透過スペクトル特性を調整ないし変更できる光波長フィルタ回路を使用することによって、信号光の強度のみならず、信号光の波長や信号光の有無を測定することができる。

例えば、ＡＷＧ型の光波長多重信号監視装置は、光波長多重信号を高速に監視できるが、監視が可能な特性については、現状では各チャネル信号光の強度に限定されている。他方、伝送信号の品質管理やシステム制御等のためには、信号光の強度のみならず、信号光の波長をも同時に監視することを必要とする場合もある。また、各チャネルに到達する光強度のみを監視するＡＷＧ型の光波長多重信号監視装置においては、到達している光波が信号光か、累積したノイズ光であるのかを判別することはできない。しかし、システム制御の面では、伝送されているのが信号光であるか否かを監視することが必要な場合もある。したがって、伝送システムによっては、ＡＷＧ型の光波長多重信号監視装置では監視装置として十分に対応できないという問題があった。

本発明は、かかる問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、透過スペクトル特性を調整ないし変更できる光波長フィルタ回路を提供し、これを用いて信号光の波長や信号光の有無についても監視が可能な光波長多重信号監視装置および方法を提供することにある。

上述の課題を解消するにあたって、信号光の波長を測定する１つの手法として、透過スペクトルを変化させ、そのとき検出される信号光強度の変化から信号光の波長を算出することが考えられる。この測定手法に適した透過スペクトルの変化は、信号光波長近傍での透過率変化が単調であり、かつその変化率すなわち透過スペクトルの傾斜が変化するような場合である。この様な透過スペクトルの場合、変化前後での透過率の差分は、やはり単調な波長依存性を有するため、透過した信号光の強度の差分を検出し、換算することによって、波長の測定が可能である。

このような透過スペクトルの変化をＡＷＧにおいて得るために、本発明においては、ＭＺＩ同期ＡＷＧの透過スペクトル波形に着目した。従来技術によるＭＺＩ同期ＡＷＧにおいては、ＭＺＩとＡＷＧの接続面における光波のピーク位置変位が同期するように設計されている。ここで、ＭＺＩにおけるアーム導波路間の光位相差を、同期状態からずらした場合には、そのずれによって損失が発生する。そして、この損失がＭＺＩ同期ＡＷＧの透過スペクトルでは波形の傾斜となって表れる。したがって、適当な機構により、ＭＺＩにおけるアーム導波路間の光位相差を変化させることができれば、ＭＺＩ同期ＡＷＧにおいて、透過スペクトルの波形傾斜の変動を生じさせることが可能である。

また、信号光の有無を判別する１つの手法として、やはり透過スペクトルを変化させ、そのとき検出される信号光強度の変化から信号光の有無を判別することが考えられる。この測定手法に適した透過スペクトルの変化は、信号光波長近傍すなわちチャネル波長中央付近と、信号光が存在し得ないチャネル波長中央以外の波長域で、透過率変化が大きく異なるような場合である。この様な透過スペクトルの場合、単一波長光である信号光と、広範囲の波長光であるノイズ光において、変化前後での平均透過率の差分が異なるため、その差分値を元に信号光であるか否かの判別が可能である。

このような透過スペクトルの変化をＡＷＧにおいて得るために、本発明においては、やはりＭＺＩ同期ＡＷＧの透過スペクトル波形に着目した。ＭＺＩにおけるアーム導波路間の光位相差を、同期状態から１８０度ずらした場合には、透過中心波長付近において大きな損失が発生し、中心からある程度離れた波長においては、比較的損失は小さい状態となる。したがって、適当な機構により、ＭＺＩにおけるアーム導波路間の光位相差を１８０度変化させることができれば、ＭＺＩ同期ＡＷＧにおいて、信号光有無の判別に必要な透過スペクトルの変動を生じさせることが可能である。

以上の考察を踏まえ、請求項１に記載の発明は、第１のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路に接続された複数の導波路からなるアレイ導波路と、前記アレイ導波路の複数の導波路に接続された第２のスラブ導波路とを備えたアレイ導波路回折格子と、光スプリッタと、前記光スプリッタに接続された第１および第２のアーム導波路と、前記第１および第２のアーム導波路に接続された光カプラとを備えたマッハツェンダ干渉回路であって、前記光カプラが前記第１のスラブ導波路と接続されたマッハツェンダ干渉回路とを備えた光波長フィルタ回路であって、前記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方を加熱して、前記第１および第２のアーム導波路間の位相差を調整可能とするヒータを備え、前記ヒータに電力を印加して、前記光波長フィルタ回路の透過率の波長依存性を複数の状態に変化させるよう構成されたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光波長フィルタ回路を備えた光波長多重信号監視装置であって、前記第２のスラブ導波路に接続された複数の出力導波路と、前記複数の出力導波路に接続された複数のフォトダイオードとを備えたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光波長多重信号監視装置であって、前記複数のフォトダイオードは、チップスケールパッケージに封止されたフォトダイオードアレイであることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の光波長多重信号監視装置であって、前記光カプラは、方向性結合器であることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載の光波長多重信号監視装置であって、前記アレイ導波路回折格子およびマッハツェンダ干渉回路は、１つのチップで構成されたことを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載の光波長多重信号監視装置であって、前記アレイ導波路回折格子およびマッハツェンダ干渉回路は、複数のチップで構成されたことを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、第１のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路に接続された複数の導波路からなるアレイ導波路と、前記アレイ導波路の複数の導波路に接続された第２のスラブ導波路と、前記第２のスラブ導波路に接続された複数の出力導波路とを備えたアレイ導波路回折格子と、前記複数の出力導波路に接続された複数のフォトダイオードと、光波長多重信号が入力される入力導波路と、前記入力導波路に接続された光スプリッタと、前記光スプリッタに接続された第１および第２のアーム導波路と、前記第１および第２のアーム導波路に接続された光カプラとを備えたマッハツェンダ干渉回路であって、前記光カプラが前記第１のスラブ導波路と接続されたマッハツェンダ干渉回路と、前記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方を加熱して、前記第１および第２のアーム導波路間の位相差を調整可能とするヒータとを備えた光波長多重信号監視装置において、前記前記複数の出力導波路から出力される光強度を前記複数のフォトダイオードで検出して前記光波長多重信号の各チャネルの信号光を監視する方法であって、前記ヒータに電力を印加して、前記入力導波路から前記複数の出力導波路に至る透過率の波長依存性を複数の状態に変化させて、前記複数のフォトダイオードでの光強度を測定することと、前記複数の状態において測定された光強度から各チャネルの信号光の波長を算出することとを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の光波長多重信号監視方法であって、前記複数の状態は、前記入力導波路から前記複数の出力導波路に至る透過率の波長依存性が略平坦な状態を含み、前記略平坦な状態において測定された光強度から各チャネルの信号光の強度を算出することを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の光波長多重信号監視装置であって、前記略平坦な状態において測定された光強度と前記略平坦な状態以外の状態において測定された光強度との差から各チャネルの信号光の波長を算出することを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項７ないし９のいずれかに記載の光波長多重信号監視方法であって、前記複数の状態は、前記入力導波路から前記複数の出力導波路に至る透過率の波長依存性が略同程度に逆向きに傾斜した２つの状態を含み、前記信号光の波長を算出することとは、前記２つの状態において測定された光強度の差から各チャネルの信号光の波長を算出することを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項８または９に記載の光波長多重信号監視方法であって、前記複数の状態は、前記入力導波路から前記複数の出力導波路に至る透過率の波長依存性が略平坦な状態から光位相差が略１８０度シフトした状態を含み、前記波長依存性が略平坦な状態において測定された光強度と前記光位相差が略１８０度シフトした状態において測定された光強度との差から各チャネルの信号光の有無を判定することを特徴とする。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項８または９に記載の光波長多重信号監視方法であって、前記複数の状態は、前記入力導波路から前記複数の出力導波路に至る透過率の波長依存性が略平坦な状態から光位相差が略１８０度シフトした状態を含み、前記光位相差が略１８０度シフトした状態の近傍をスキャンして測定された光強度分布から各チャネルの信号光の波長を算出することを特徴とする。

本発明により、従来技術のＡＷＧ型光波長多重信号監視装置において、信号光の強度しか監視できなかった問題を解消し、信号光の強度に加え、信号光の波長や信号光の有無についても、全チャネル同時に監視することが可能であり、高速性を有しつつ、より高度な監視機能を備えた光波長多重信号監視装置および方法を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る光波長多重信号監視装置の構成例を示す図である。 図１の光波長多重信号監視装置において、ＭＺＩとＡＷＧとの位相状態に応じた透過スペクトルの一例を示す図である。 図２の透過スペクトルの先端を拡大した図である。 図１の光波長多重信号監視装置において、ＭＺＩとＡＷＧとの位相状態に応じた透過スペクトルの別の一例を示す図である。 光波長多重信号監視装置において、ＭＺＩとＡＷＧを別チップとした構成例を示す図である。 光波長多重信号監視装置において、ＭＺＩとＡＷＧを別チップとした別の構成例を示す図である。 図１の波長多重信号監視装置において、ＣＳＰ−ＰＤアレイを用いた構成例を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、光スプリッタから光カプラ近傍を拡大した図である。 図９の線分ＡＡ’での断面構造を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、第１から第３の状態に応じた透過スペクトルを示す図である。 光波長多重信号監視装置の入力における、監視すべきチャネルの信号光の光強度スペクトルの一例を示す。 本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、第１から第３の状態に応じたＰＤでの受光強度について、信号波長に関する依存性を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、第２の状態での信号強度の測定値の実際の信号強度に対する比率について、信号波長に関する依存性を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、第１および第３の状態での信号強度の測定値の差分について、信号波長に関する依存性を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、第１および第３の状態での信号強度の測定値の平均について、信号波長に関する依存性を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、断熱溝を形成した場合のアーム導波路およびヒータの近傍を拡大した図である。 図１７の線分ＢＢ’での断面構造を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る光波長多重信号監視装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、第１および第２の状態に応じた透過スペクトルを示す図である。 本発明の第２の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、第１および第２の状態に応じたＰＤでの受光強度について、信号波長に関する依存性を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、第１および第２の状態での信号強度の測定値の差分について、信号波長に関する依存性を示す図である。 本発明の第３の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、第１から第３の状態に応じた透過スペクトルを示す図である。 本発明の第３の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、ノイズ光だけを入力した場合の光強度スペクトルの一例を示す図である。 本発明の第３の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、第１から第３の状態に応じたＰＤでの受光強度について、信号波長に関する依存性を示す図である。 本発明の第３の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、ノイズ光だけを入力した場合に第１から第３の状態に応じたＰＤでの受光強度を示す図である。 本発明の第４の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、第１および第２の状態に応じた透過スペクトルを示す図である。 本発明の第４の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、第１および第２の状態に応じたＰＤでの受光強度について、信号波長に関する依存性を示す図である。 本発明の第４の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、ノイズ光だけを入力した場合に第１および第２の状態に応じたＰＤでの受光強度を示す図である。 ＡＷＧとＰＤを用いた従来の光波長多重信号監視装置の構成例を示す図である。 ＡＷＧとＣＳＰ−ＰＤアレイを用いた従来の光波長多重信号監視装置の構成例を示す図である。 ＭＺＩ同期ＡＷＧタイプの光波長合分波回路の構成例を示す図である。

本発明の実施形態について以下に説明する。図１に、本発明の一実施形態に係る光波長多重信号監視装置の構成例を示す。この装置は、入力光ファイバ１２１、ＭＺＩ同期ＡＷＧ回路チップ１００、接続光ファイバ１２２、およびフォトダイオード１２３から構成されている。また、ＭＺＩ同期ＡＷＧ回路１００は、入力導波路１０５、光スプリッタ１０６、第１のアーム導波路１０７、第２のアーム導波路１０８、および光カプラである方向性結合器１０９を備えている。また、回路１００は、第１のスラブ導波路１０１、アレイ導波路１０２、第２のスラブ導波路１０３、および出力導波路１０４をさらに備えている。入力導波路１０１は入力光ファイバ１２１と接続され、出力導波路１０４はそれぞれが接続光ファイバ１２２を介してフォトダイオード１２３と接続されている。また、第１のアーム導波路１０７および第２のアーム導波路１０８上にはそれぞれを加熱するヒータ１１０，１１１が設けられ、第１のアーム導波路１０７と第２のアーム導波路１０８間の光路長差、すなわち光位相差は、ヒータ１１０、１１１を加熱することによって調整が可能である。

図２は、本実施形態のＭＺＩ同期ＡＷＧの１つのチャネルにおいて、ＭＺＩとＡＷＧが同期状態にある場合、およびこの状態から第１および第２のアーム導波路間の光位相差が正方向に３０度、６０度変化した場合の透過スペクトルの例を示したものである。この図において、横軸は規格化された相対波長であり、チャネル中心波長をゼロ、波長チャネル間隔を１としている。また、図３は、特に図２における透過スペクトルの先端を拡大して示したものである。図２および図３より、第１および第２のアーム導波路間の光位相差を変えることで、透過スペクトル波形が徐々に傾斜することがわかる。ここで、第１および第２のアーム導波路間の光位相差は、ヒータ１１０あるいはヒータ１１１を加熱することにより調整することができる。非加熱の場合を基準として、ヒータ１１０を加熱すれば光位相差は正方向シフトし、ヒータ１１１に加熱すれば光位相差は負方向にシフトする。従って、本発明の実施形態における光波長多重信号監視装置においては、ヒータ１１０あるいはヒータ１１１に適切な電力を与えることで、ＭＺＩ同期ＡＷＧの透過スペクトル波形の傾斜を調整することが可能である。

図４は、本実施形態のＭＺＩ同期ＡＷＧの１つのチャネルにおいて、ＭＺＩとＡＷＧの同期状態から第１および第２のアーム導波路間の光位相差を正方向に１７０度、１８０度、１９０度シフトさせた場合の透過スペクトルの例を示したものである。この図においても横軸は規格化された相対波長であり、チャネル中心波長をゼロ、波長チャネル間隔を１としている。図４より、第１および第２のアーム導波路間の光位相差を１８０度程度変えることで、透過中心波長付近の狭い波長領域にのみ比較的大きな損失を発生させることができる。また、損失が最大となる波長は、光位相差を変えることにより徐々に変化することがわかる。このような透過スペクトル波形の変形は、ヒータ１１０あるいはヒータ１１１に適切な電力を与え加熱することにより調整することが可能である。

ＭＺＩ同期ＡＷＧは、図１に示すように、ＭＺＩ回路とＡＷＧ回路を同一チップに一体集積し、ヒータ１１０、１１１を更に集積すると、回路の小型化の観点から好ましい。一方、図５および図６は、ＭＺＩ回路とＡＷＧ回路を別チップで作製し、直接接合する構成を示したものである。ここで、各部分の符号は図１と同様であり、ＭＺＩ回路のチップ５０１、ＡＷＧ回路のチップ５０２が直接接合されている。図５は、第１のスラブ導波路１１０１の途中を境界に別チップとした例であり、図６は、第１のアーム導波路１０７および第２のアーム導波路１０８の途中を境界に別チップとした例である。図５および図６のような構成の場合、ヒータ集積を伴うＭＺＩ回路の作製と、ヒータ集積を伴わないＡＷＧ回路の作製を独立した工程で行うことができ、作製プロセスの最適化という観点で好ましい。

また、本実施形態の図１、図５、および図６におけるＰＤ１２３は、ＣＳＰ−ＰＤアレイのようにアレイ型のＰＤを用いて、接続光ファイバ１２２を介さず直接ＡＷＧチップの端面に接続することも可能である。図７は、図１の波長多重信号監視装置において、ＰＤ１２３の代わりにＣＳＰ−ＰＤアレイ７０１を用いてＭＺＩ同期ＡＷＧチップ１００と直接接合した構成を示したものである。ＣＳＰ−ＰＤアレイ７０１は、各ＰＤが出力導波路１０４のそれぞれと光学的に結合するように接合されている。この構成により、図１の構成に比較して、更に小型の光波長多重信号監視装置を実現することができる。

以下、このような光波長多重信号監視装置における光波長多重信号の監視方法を、具体的な例を用いて説明する。

本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置について説明する。図８は、本実施例による光波長多重信号監視装置の構成を示す平面図である。この装置は、入力光ファイバ１１２１、ＭＺＩ同期ＡＷＧチップ１１００、接続光ファイバ１１２２、およびフォトダイオード１１２３から構成されている。ＭＺＩ同期ＡＷＧ回路１１００は、入力導波路１１０５、光スプリッタ１１０６、第１のアーム導波路１１０７、第２のアーム導波路１１０８、および光カプラである方向性結合器１１０９を備えている。また、回路１１００は、第１のスラブ導波路１１０１、アレイ導波路１１０２、第２のスラブ導波路１１０３、および出力導波路１１０４を備えている。入力導波路１１０５は入力光ファイバ１１２１と接続され、出力導波路１１０４はそれぞれが接続光ファイバ１１２２を介してフォトダイオード１１２３と接続されている。また、第１のアーム導波路１１０７および第２のアーム導波路１１０８上にはそれぞれを加熱するヒータ１１１０、１１１１が設けられている。

図８においてアレイ導波路１１０２の長さは、一定量ΔＬずつ順次長くなるよう設計されている。このＭＺＩ同期ＡＷＧは石英系ＰＬＣにより構成され、導波路の比屈折率差Δが１．５％、コア厚が４．５μｍである。アレイ導波路１１０２、出力導波路１１０４、入力導波路１１０５、第１のアーム導波路１１０７、および第２のアーム導波路１１０８のコア幅は４．５μｍである。また、波長チャネル数は４８、中央の波長チャネルの透過波長は１５４４．５３μｍ（１９４．１ＴＨｚ）、波長チャネル間隔は０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）に設計されている。このとき、アレイ導波路の本数は２５０本、ΔＬは３１．８μｍである。また、第１のスラブ導波路１１０１および第２のスラブ導波路１１０３の長さは８６５０μｍであり、出力導波路１１０４は、第２のスラブ導波路１１０３に接続する部分において１６μｍ間隔で波長チャネル数、すなわち４８本配置されている。出力導波路１１０４は、第２のスラブ導波路１１０３との接続部において、直線テーパ導波路により幅１３μｍまで拡大されている。

図９は、図８の光波長多重信号監視装置における光スプリッタ１１０６から光カプラ１１０９近傍を拡大した図である。各部分の符号は図８と同様である。ここで、光スプリッタ１１０６としては分岐比５０：５０％のＹ分岐回路を用いている。ヒータ１１１０およびヒータ１１１１の全長は各２０００μｍであり、それぞれ第１のアーム導波路１１０７および第２のアーム導波路１１０８の上部に実装され、それぞれの導波路を加熱できるようになっている。光カプラである方向性結合器１１０９は、第１のアーム導波路１１０７に接続する導波路１２０１および第２のアーム導波路１１０８に接続する導波路１２０２の幅がそれぞれ５．０μｍ、導波路１２０１および導波路１２０２間のギャップは２μｍとなっている。また、導波路１２０１、１２０２の長さは５００μｍとしており、光カプラ１１０９の分岐比は５０：５０％である。光カプラ１１０９の終端におけるフィールドのピーク位置変動の周期は、第２のアーム導波路１１０８に対する第１のアーム導波路１１０７の長さの差Δｌによって定まっている。ここで、その周期は、ＡＷＧの分波波長チャネル間隔に等しく０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）に設計されており、このときΔｌは２０２０μｍである。また、第２のアーム導波路１１０８に対する第１のアーム導波路１１０７の光位相差は、ヒータ１１１０、１１１１を加熱し、第１のアーム導波路１１０７あるいは第２のアーム導波路１１０８の実効屈折率を増加することによって調整が可能である。この光位相差の変化に対してフィールドのピーク位置および変動周期がともに変化するが、ピーク位置の変化に比べて変動周期の変化は非常に小さい。よって、ヒータ１１１０、１１１１の加熱により光位相差を調整した場合に、実際的には、フィールドのピーク位置変動の周期は変化せずに、ピーク位置のみが調整される。これにより、ＭＺＩ同期ＡＷＧの全てのチャネルにおいて、ＭＺＩとＡＷＧを同期状態、および同期状態から一定位相だけシフトした状態を作り出すことが可能である。また、本実施例においては、ヒータ１１１０、１１１１をともに加熱しない条件でＭＺＩとＡＷＧが同期状態であり、ＭＺＩ同期ＡＷＧの透過スペクトル波形が傾斜なく平坦であるように設計されている。

図１０は、図９の線分ＡＡ’での断面構造を示す図である。シリコン基板１３０４上に、コア１３０１、１３０２およびクラッド１３０３を形成している。コア１３０１は、第１のアーム導波路１１０７のコアであり、コア１３０２は第２のアーム導波路１１０８のコアである。ヒータ１１１０、１１１１は、各導波路のコア１３０１、１３０２の位置でクラッドの上面に実装されており、ヒータを加熱することで対応するコアとその近傍のクラッドの温度が上昇し、導波路の実効屈折率を増加することによって、第１のアーム導波路１１０７および第２のアーム導波路１１０８の間で生成される光位相差を調整することが可能である。

本実施例における光波長多重信号の監視方法について説明する。本実施例では、４８チャネル、波長間隔０．８ｎｍの光波長多重信号の監視が可能である。いま特に、所定の１つのチャネルの信号に注目する。信号の監視は、ヒータ１１１０あるいはヒータ１１１１へ所定の電力を順次印加しながら、ＰＤ１１２３で当該チャネルの波長の受光強度を読み取ることで行う。具体的には、
（１） ヒータ１１１０に電力を印加
（２） ヒータ１１１０、１１１１ともに電力無印加
（３） ヒータ１１１１に電力を印加
の組合せで受光強度の読み取りを行う。本実施例においては、（１）および（３）においてヒータ１１１０、１１１１にそれぞれ印加する電力は、その印加によって、第１のアーム導波路１１０７あるいは第２のアーム導波路１１０８の光路長が信号波長（１５４５ｎｍ付近）の１／６増加する値、すなわち光位相が６０度変化する値とする。いま、ヒータ１１１０、１１１１それぞれの抵抗を３００Ωとすると、このような電力は２００ｍＷ程度である。

図１１は、（１）、（２）および（３）の状態におけるＭＺＩ同期ＡＷＧの当該チャネルの透過スペクトル波形Ｔ（λ）を示したものである。この図において、縦軸はｄＢ単位の透過率、すなわち１０・Ｌｏｇ_１０｛Ｔ（λ）｝を示しており、横軸はｎｍ単位の波長であり、（２）の状態における透過中心波長をλ_Ｃとした。（１）の状態では波長λ_Ｃ近傍において透過率は増加傾向となり、（２）の状態では波長λ_Ｃ近傍において透過率は増減なく平坦な波形となり、（３）の状態では波長λ_Ｃ近傍において透過率は減少傾向となる。

図１２に、監視すべき当該チャネルの信号光の光強度スペクトルの例を示す。これは、監視装置に入力する時点での光強度スペクトルである。信号光強度は、一般に信号波長の付近で鋭く幅の狭い線ピークを有し、波長に依存しないノイズ光を伴っている。この図において、ｄＢｍ単位の信号光強度を１０・Ｌｏｇ_１０（Ｐ_Ｓ）＝−５ｄＢｍ、その波長をλ_Ｓとし、波長に依存しないノイズ光強度を１０・Ｌｏｇ_１０（Ｐ_Ｎ）＝−２２ｄＢｍ／ｎｍとした。この信号を本実施例による光波長多重信号監視装置で検出した場合、ＰＤでの受光強度Ｉは、Ｉ＝Ｐ_Ｓ・Ｔ（λ_Ｓ）＋∫Ｐ_Ｎ・Ｔ（λ）ｄλ＝Ｐ_Ｓ・Ｔ（λ_Ｓ）＋Ｐ_Ｎ・Ｔ（λ_Ｃ）・ｗで表される。ここで、ｗはＭＺＩ同期ＡＷＧの透過スペクトルＴ（λ）における３ｄＢ帯域幅である。

図１３に、ＰＤでのｄＢｍ単位の受光強度１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_１）、１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_２）、および１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_３）の信号波長依存性を示す。横軸は信号波長λ_Ｓであり、Ｉ_１、Ｉ_２およびＩ_３はそれぞれ状態（１）、（２）および（３）における受光強度を意味している。

Ｉ_１〜Ｉ_３の検出値から信号光の特性を得る手法として、信号光の強度については、Ｉ_２／Ｔ（λ_Ｃ）を信号光の強度の測定値とする。図１４は、測定値Ｉ_２／Ｔ（λ_Ｃ）の実際の信号強度Ｐ_Ｓに対する比率について信号波長λ_Ｓに関する依存性を示したものである。信号光波長λ_Ｃ±０．１ｎｍの変動に対して、この比率は１．００〜１．０２の間でしか変動せず、よってこの測定方法において信号光強度は高々２％の測定誤差で得られることがわかる。

このように、変化させるＭＺＩ同期ＡＷＧの透過スペクトル波形において、１状態は波形が平坦であるように設定し、その状態における受光強度により信号光強度を測定する手法は、ある波長での透過率（本例では透過中心波長での透過率Ｔ（λ_Ｃ））の情報のみを予め取得しておけば、信号波長に依存せず精度の良い測定ができるという点で手法が単純であり、好ましい。また、ヒータ１１１０、１１１１に電力を印加しない状態で、本例の（２）の状態のように平坦な透過スペクトル波形が実現されるよう設計されているならば、何かの不具合によりヒータへの電力供給が断たれたとしても、信号光強度のみは精度良く測定ができるという点で更に好ましい。

次に、信号光の波長については、Ｉ_１、Ｉ_３の２点の検出値を用いた手法が考えられる。図１５に、信号波長λ_Ｓに対して検出されたＩ_１およびＩ_３のｄＢ単位での差分、すなわち１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_１／Ｉ_３）を示す。図からわかるように、信号光波長λ_Ｃ±０．１ｎｍの領域では、１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_１／Ｉ_３）はλ_Ｓに対してほぼ直線的に変化し、λ_Ｓ＝λ_Ｃにおいて０となっている。そのため、前以てその直線の傾きの情報を入手しておけば、測定の際にはＭＺＩ同期ＡＷＧの透過スペクトル波形を考慮することなく、Ｉ_１、Ｉ_３の検出値から信号光波長を算出し、測定することができる。

また、信号光の強度測定ついては、Ｉ_１／Ｔ（λ_Ｃ）とＩ_３／Ｔ（λ_Ｃ）の平均値を測定値とする方法も考えられる。図１６は、この測定値の実際の信号強度Ｐ_Ｓに対する比率について、信号波長λ_Ｓに関する依存性を示したものである。信号光波長λ_Ｃ±０．１ｎｍの変動に対して、この比率は１．００〜１．０２の間でしか変動せず、よってこの測定方法において信号光強度は高々２％の測定誤差で得られることがわかる。この測定の場合には、信号光強度と波長の測定をＩ_１、Ｉ_３の検出値のみで行うことができ、１回の監視時間をより短くできるという点で好ましい。

また、ヒータ１１１０、１１１１においては、ヒータを実装したアーム導波路１１０７、１１０８に近接するクラッド部分を除去して断熱溝を形成することにより、導波路の加熱効率を高め、所定の実効屈折率増加を与えるための印加電力を低減することが可能である。図１７は、本実施例において断熱溝を形成した場合のアーム導波路１１０７、１１０８およびヒータ１１１０、１１１１の近傍の構成を拡大した図である。図に示すように、ヒータが設けられた２つのアーム導波路の近傍にクラッドを除去して断熱溝１９０１、１９０２、１９０３が形成されている。また、図１８は、図１７の線分ＢＢ’での断面構造を示した図である。同様に、断熱溝１９０１、１９０２、１９０３がクラッドを除去して形成されており、各部分の符号は図１０と同様である。ここで、導波路１１０７、１１０８のコアと、各断熱溝１９０１、１９０２、１９０３の間に残されたクラッドの幅は１５μｍに設定している。このとき、状態（１）を生成するためにヒータ１１１０に印加すべき電力、あるいは状態（３）を生成するためにヒータ１１１１に印加すべき電力は、７０ｍＷにまで低減される。これにより、より消費電力の小さい光波長多重信号監視装置を実現することが可能である。

本発明の第２の実施例に係る光波長多重信号監視装置について説明する。本実施例は、第１の実施例と同様のＭＺＩ同期ＡＷＧ回路を用いるが、フォトダイオードとしてＣＳＰ−ＰＤアレイを用いたより小型な装置の例であり、更に実施例１とは異なる光波長多重信号の監視方法の例である。図１９は、本実施例による光波長多重信号監視装置の構成を示す平面図である。この装置は、入力光ファイバ２１２１、ＭＺＩ同期ＡＷＧチップ２１００、およびＣＳＰ−ＰＤアレイ２１２２から構成されている。ＭＺＩ同期ＡＷＧ回路２１００は、入力導波路２１０５、光スプリッタ２１０６、第１のアーム導波路２１０７、第２のアーム導波路２１０８、および光カプラである方向性結合器２１０９を備えている。また、回路２１００は、第１のスラブ導波路２１０１、アレイ導波路２１０２、第２のスラブ導波路２１０３、および出力導波路２１０４を備えている。入力導波路２１０５は入力光ファイバ２１２１と接続され、ＣＳＰ−ＰＤアレイ２１２２はＭＺＩ同期ＡＷＧ２１００のチップ端面に直接実装されている。ＣＳＰ−ＰＤアレイ２１２２の各ＰＤは、出力導波路２１０４のそれぞれと光学的に結合している。また、第１のアーム導波路２１０７および第２のアーム導波路２１０８上にはそれぞれを加熱するヒータ２１１０、２１１１が設けられ、その近傍にはクラッドを除去した断熱溝２１１２、２１１３、２１１４が形成されている。

本実施例において、ＭＺＩ同期ＡＷＧの構成および設計は第１の実施例の場合と同様であり、波長チャネル数４８、波長チャネル間隔０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）の波長分波機能を有する。また、本実施例においても、ヒータ２１１０、２１１１をともに加熱しない状態でＭＺＩとＡＷＧが同期状態であり、ＭＺＩ同期ＡＷＧの透過スペクトル波形が傾斜なく平坦であるよう設計されている。

本実施例における光波長多重信号の監視方法について説明する。本実施例では、４８チャネル、波長間隔０．８ｎｍの光波長多重信号の監視が可能である。いま特に、所定の１つのチャネルの信号に注目する。信号の監視は、ヒータ２１１０へ所定の電力を順次印加しながら、ＣＳＰ−ＰＤアレイ２１２２で当該チャネルの波長の受光強度を読み取ることで行う。具体的には、
（１） ヒータ２１１０、２１１１ともに電力無印加
（２） ヒータ２１１０に７０ｍＷ電力を印加
の組合せで受光強度の読み取りを行う。本実施例においては、（２）においてヒータ２１１０に電力印加することによって、第１のアーム導波路２１０７の光路長が信号波長（１５４５ｎｍ付近）の１／６増加する。すなわち光位相が６０度変化する。ここで、ヒータ２１１０、２１１１の抵抗は３００Ωとしている。

図２０は、（１）および（２）の状態におけるＭＺＩ同期ＡＷＧの当該チャネルの透過スペクトル波形Ｔ（λ）を示したものである。この図において、縦軸はｄＢ単位の透過率すなわち１０・Ｌｏｇ_１０｛Ｔ（λ）｝を示しており、横軸はｎｍ単位の波長であり、（１）の状態における透過中心波長をλ_Ｃとした。（１）の状態では波長λ_Ｃ近傍において透過率は増減なく平坦な波形となり、（２）の状態では透過率は減少傾向となる。

ここで、監視すべき当該チャネルの信号光の光強度スペクトルは、第１の実施例と同様に図１２のようであるとする。ｄＢｍ単位の信号光強度を１０・Ｌｏｇ_１０（Ｐ_Ｓ）＝−５ｄＢｍ、その波長をλ_Ｓとし、また、波長に依存しないノイズ光強度を１０・Ｌｏｇ_１０（Ｐ_Ｎ）＝−２２ｄＢｍ／ｎｍとする。図２１に、ＰＤでのｄＢｍ単位の受光強度１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_１）、１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_２）の信号波長依存性を示す。横軸は信号波長λ_Ｓであり、Ｉ_１およびＩ_２はそれぞれ状態（１）および（２）における受光強度を意味している。

Ｉ_１〜Ｉ_２の検出値から信号光の特性を得る手法として、信号光の強度については、Ｉ_１／Ｔ（λ_Ｃ）を信号光の強度の測定値とする。この手法は第１の実施例の場合と同じであり、図１４を参照すれば、信号光強度は高々２％の測定誤差で得られることがわかる。

次に、信号光の波長については、Ｉ_１、Ｉ_２の２点の検出値を用いた手法が考えられる。図２２に、信号波長λ_Ｓに対して検出されたＩ_１およびＩ_２のｄＢ単位での差分、すなわち１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_１／Ｉ_２）を示す。図からわかるように、信号光波長λ_Ｃ±０．１ｎｍの領域では、１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_１／Ｉ_２）はλ_Ｓに対してほぼ直線的に変化している。そのため、前以てその直線の傾きと切片の情報を入手しておけば、測定の際にはＭＺＩ同期ＡＷＧの透過スペクトル波形を考慮することなく、Ｉ_１、Ｉ_２の検出値から信号光波長を算出し、測定することができる。

ここまで説明した本実施例の監視手法では、ヒータ２１１１は必要としない。よって、ヒータ２１１１は構成から省略することも可能である。この場合、第１の実施例に比較して実装するヒータの数が少ないため、構造が単純で、かつ動作時にヒータを駆動する回路も少なくて済むため、より経済的に光波長多重信号監視装置を構成可能である。他方、ヒータ２１１１を敢えて備えた場合、ヒータ２１１０、２１１１に電力を印加しない状態において、ＭＺＩとＡＷＧが同期状態からずれていたとしても、ヒータ２１１１に適当な電力を印加することでこれを同期状態に補正し、かつヒータ２１１０に印加する電力量を変えることで、（１）および（２）の状態を得られるので、より作製誤差に対するトレランスの高い、光波長多重信号監視装置を実現可能である。

本発明の第３の実施例の光波長多重信号監視装置について説明する。本実施例では、第２の実施例と同様の構成の装置ではあるが、更に信号光の有無を監視する手法を示す。本実施例による光波長多重信号監視装置の構成は、第２の実施例と同様であり、図１９に示すとおりである。本実施例において、ＭＺＩ同期ＡＷＧは、波長チャネル数４８、波長チャネル間隔０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）の波長分波機能を有する。また、本実施例においても、ヒータ２１１０、２１１１をともに加熱しない状態でＭＺＩとＡＷＧが同期状態であり、ＭＺＩ同期ＡＷＧの透過スペクトル波形が傾斜なく平坦であるよう設計されている。

本実施例における光波長多重信号の監視方法について説明する。本実施例では、４８チャネル、波長間隔０．８ｎｍの光波長多重信号の監視が可能である。いま特に、所定の１つのチャネルの信号に注目する。信号の監視は、ヒータ２１１０へ所定の電力を順次印加しながら、ＣＳＰ−ＰＤアレイ２１２２で当該チャネルの波長の受光強度を読み取ることで行う。具体的には、
（１） ヒータ２１１０、２１１１ともに電力無印加
（２） ヒータ２１１０に７０ｍＷ電力を印加
（３） ヒータ２１１０に２１０ｍＷ電力を印加
の組合せで受光強度の読み取りを行う。本実施例においては、（２）および（３）においてヒータ２１１０に電力印加することによって、第１のアーム導波路２１０７の光路長が信号波長（１５４５ｎｍ付近）の１／６および１／２それぞれ増加する。すなわち光位相が６０度および１８０度それぞれ変化する。ここで、ヒータ２１１０、２１１１の抵抗は３００Ωとしている。

図２３は、（１）、（２）および（３）の状態におけるＭＺＩ同期ＡＷＧの当該チャネルの透過スペクトル波形Ｔ（λ）を示したものである。この図において、縦軸はｄＢ単位の透過率すなわち１０・Ｌｏｇ_１０｛Ｔ（λ）｝を示しており、横軸はｎｍ単位の波長であり、（１）の状態における透過中心波長をλ_Ｃとした。（１）の状態では波長λ_Ｃ近傍において透過率は増減なく平坦な波形となり、（２）の状態では透過率は減少傾向となり、（３）の状態では波長λ_Ｃ近傍において大きな損失が発生する。

ここで、監視すべき当該チャネルの信号光の光強度スペクトルは、第１の実施例と同様に図１２のようであるとする。ｄＢｍ単位の信号光強度を１０・Ｌｏｇ_１０（Ｐ_Ｓ）＝−５ｄＢｍ、その波長をλ_Ｓとし、また、波長に依存しないノイズ光強度を１０・Ｌｏｇ_１０（Ｐ_Ｎ）＝−２２ｄＢｍ／ｎｍとする。また、信号光が存在せず、ノイズ光だけが入力している場合の光強度スペクトルの例を図２４に示す。この図においても波長に依存しないノイズ光強度を１０・Ｌｏｇ_１０（Ｐ_Ｎ）＝−２２ｄＢｍ／ｎｍとする。図２５に、図１２のような信号光を本実施例の光波長多重信号監視装置に入力した場合におけるＰＤでのｄＢｍ単位の受光強度１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_１）、１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_２）、１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_３）の信号波長依存性を示す。横軸は信号波長λ_Ｓであり、Ｉ_１、Ｉ_２およびＩ_３はそれぞれ状態（１）、（２）および（３）における受光強度を意味している。また図２６は、同様に図２４のようなノイズ光が入力した場合におけるＰＤでのｄＢｍ単位の受光強度１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_１’）、１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_２’）、１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_３’）を示している。Ｉ_１’、Ｉ_２’およびＩ_３’はそれぞれ状態（１）、（２）および（３）における受光強度を意味している。

Ｉ_１〜Ｉ_３、Ｉ_１’〜Ｉ_３’の検出値から信号光の特性を得る手法として、信号光の強度については、Ｉ_１／Ｔ（λ_Ｃ）を信号光の強度の測定値とする。この手法は第１および第２の実施例の場合と同じである。信号光の波長については、信号波長λ_Ｓに対して検出されたＩ_１およびＩ_２のｄＢ単位での差分から算出する。この手法は第２の実施例の場合と同じである。

次に、信号光の有無の判別については、Ｉ_１、Ｉ_３（Ｉ_１’、Ｉ_３’）も２点の検出値を用いた手法が考えられる。図２５における１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_１）と１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_３）の差分と、図２６における１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_１’）と１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_３’）の差分を比較すると、信号光波長λ_Ｃ±０．１ｎｍの領域では、１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_１）と１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_３）は少なくとも１５ｄＢ以上の差があるのに対し、１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_１’）と１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_３’）の差分は高々８ｄＢしかない。よって、受光強度Ｉ_１、Ｉ_３（Ｉ_１’、Ｉ_３’）の差に対して適当なしきい値を設ければ、信号光の有無を判別することが可能である。

本発明の第４の実施例の光波長多重信号監視装置について説明する。本実施例では、第２および第３の実施例と同様の構成の装置ではあるが、更に別の手法により信号光の波長を監視する手法を示す。本実施例による光波長多重信号監視装置の構成は、第２および第３の実施例と同様であり、図１９に示すとおりである。本実施例において、ＭＺＩ同期ＡＷＧは、波長チャネル数４８、波長チャネル間隔０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）の波長分波機能を有する。また、本実施例においても、ヒータ２１１０、２１１１をともに加熱しない状態でＭＺＩとＡＷＧが同期状態であり、ＭＺＩ同期ＡＷＧの透過スペクトル波形が傾斜なく平坦であるよう設計されている。

本実施例における光波長多重信号の監視方法について説明する。本実施例では、４８チャネル、波長間隔０．８ｎｍの光波長多重信号の監視が可能である。いま特に、所定の１つのチャネルの信号に注目する。信号の監視は、ヒータ２１１０へ所定の電力を順次印加しながら、ＣＳＰ−ＰＤアレイ２１２２で当該チャネルの波長の受光強度を読み取ることで行う。具体的には、
（１） ヒータ２１１０、２１１１ともに電力無印加
（２） ヒータ２１１０に１９８〜２２２ｍＷの電力を連続的に印加
の組合せで受光強度の読み取りを行う。本実施例においては、（２）においてヒータ２１１０に電力印加することによって、第１のアーム導波路２１０７の光路長の増加分が信号波長（１５４５ｎｍ付近）の４７〜５３％まで連続的に変化する。すなわち光位相が１７０〜１９０度まで連続的に変化する。ここで、ヒータ２１１０、２１１１の抵抗は３００Ωとしている。

図２７は、（１）および（２）の状態におけるＭＺＩ同期ＡＷＧの当該チャネルの透過スペクトル波形Ｔ（λ）を示したものである。この図において、縦軸はｄＢ単位の透過率すなわち１０・Ｌｏｇ_１０｛Ｔ（λ）｝を示しており、横軸はｎｍ単位の波長であり、（１）の状態における透過中心波長をλ_Ｃとした。また、（２）の状態の代表値として、印加電力１９８ｍＷ、２１０ｍＷ、２２２ｍＷのときの透過スペクトル波形を示した。（１）の状態では波長λ_Ｃ近傍において透過率は増減なく平坦な波形となり、（２）の状態では波長λ_Ｃ近傍において大きな損失が発生するが、その損失がピークとなる波長が徐々に変化する。

ここで、監視すべき当該チャネルの信号光の光強度スペクトルは、第１から第３の実施例と同様に図１２のようであるとする。ｄＢｍ単位の信号光強度を１０・Ｌｏｇ_１０（Ｐ_Ｓ）＝−５ｄＢｍ、その波長をλ_Ｓとし、また、波長に依存しないノイズ光強度を１０・Ｌｏｇ_１０（Ｐ_Ｎ）＝−２２ｄＢｍ／ｎｍとする。また、信号光が存在せず、ノイズ光だけが入力している場合の光強度スペクトルは、第３の実施例と同様に図２４のようであるとする。ここで、ノイズ光強度は１０・Ｌｏｇ_１０（Ｐ_Ｎ）＝−２２ｄＢｍ／ｎｍとする。図２８には、図１２のような信号光を本実施例の光波長多重信号監視装置に入力した場合におけるＰＤでのｄＢｍ単位の受光強度１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_１）、１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_２）の信号波長依存性を示す。横軸は信号波長λ_Ｓであり、Ｉ_１およびＩ_２はそれぞれ状態（１）および（２）における受光強度を意味している。ただし、（２）について代表値として、印加電力１９８ｍＷ、２１０ｍＷ、２２２ｍＷのときの受光強度分布を示した。また、図２９は、同様に図２４のようなノイズ光が入力した場合におけるＰＤでのｄＢｍ単位の受光強度１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_１’）、１０・Ｌｏｇ_１０（Ｉ_２’）を示している。Ｉ_１’およびＩ_２’はそれぞれ状態（１）および（２）における受光強度を意味している。ただし、（２）について代表値として、印加電力１９８ｍＷ、２１０ｍＷ、２２２ｍＷのときの受光強度を示した。

Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_１’、Ｉ_２’の検出値から信号光の特性を得る手法として、信号光の強度については、Ｉ_１／Ｔ（λ_Ｃ）を信号光の強度の測定値とする。この手法は第１から第３の実施例の場合と同じである。

次に、信号光の波長については、Ｉ_２について印加電力を連続的に変化させたときの受光強度の変動から算出する。図２８からわかるように、（２）の状態において、ある印加電力のときの受光強度は、特定の信号波長において最小値をとる。これは、その印加電力を与えたときのＭＺＩ同期ＡＷＧの透過スペクトル波形において、損失が最小値となる波長と一致する。図２７において説明したように、この透過スペクトルにおける損失ピーク波長は、印加電力により徐々にシフトし、また損失ピークにおける透過率は殆ど変化しない。したがって、ある波長の光信号が入力した場合に、（２）の状態において印加電力を連続的に変化させると、信号波長に対応する印加電力（その信号波長において透過スペクトル波形が損失ピークを有するような印加電力）において、ＰＤでの受光強度Ｉ_２も最小値をとる。この信号波長とＩ_２が最小値をとる印加電力の関係は１対１の対応があるので、測定されたＩ_２が最小値をとる印加電力から、信号光波長を算出することができる。

また、信号光の有無の判別については、図２９からもわかるように、信号光が無い場合の受光強度Ｉ_２’は、印加電力を変化させても殆ど変化しない。よって、（２）の状態において印加電力を変化させたときの受光強度の変化量に対して適当なしきい値を設ければ、信号光の有無を判別することが可能である。

以上、本発明の実施形態と４つの実施例の説明から、本発明による光波長多重信号監視装置では、従来技術のＡＷＧ型光波長多重信号監視装置において、信号光の強度しか監視できなかった問題を解消し、信号光の強度に加え、信号光波長や信号光の有無についても、全チャネル同時に監視することが可能である。また、これにより、高速性を有しつつ、より高度な監視機能を備えた光波長多重信号監視装置およびその方法を得ることができることが示された。

全ての実施例では、光波長多重信号のチャネル数、チャネル間隔、各チャネルの信号波長を特定の数値に限定したが、本発明の適用範囲はこの数値に限定されるものではない。

全ての実施例では、ＭＺＩ同期ＡＷＧにおける導波路の比屈折率差、コア幅及びコア厚を特定の値に限定したが、本発明の適用範囲は、この値に限定されるものではない。

全ての実施例では、ＭＺＩ同期ＡＷＧ回路における設計パラメーターを特定の値に限定したが、本発明の適用範囲は、このパラメーターに限定されるものではない。

全ての実施例では、光スプリッタとしてＹ分岐回路を適用したが、光スプリッタの実現はこの構成に限定されない。例えば、単一の方向性結合器、マルチモード干渉回路、複数の方向性結合器と遅延回路を組合せた波長無依存カプラ（Wavelength Independent Coupler：ＷＩＮＣ）など、使用波長領域において動作するいかなる光スプリッタも適用可能である。

全ての実施例では、光カプラとして方向性結合器を適用したが、光カプラの実現はこの構成に限定されない。例えば、マルチモード干渉回路など、使用波長領域において動作するいかなる光カプラも適用可能である。

１００，１１００，２１００ ＭＺＩ同期ＡＷＧ回路（光波長フィルタ回路）
１０１，１１０１，２１０１，５１０２，５３０１ 第１のスラブ導波路
１０２，１１０２，２１０２，５１０３，５３０２ アレイ導波路
１０３，１１０３，２１０３，５１０４，５３０３ 第２のスラブ導波路
１０４，１１０４，２１０４，５１０５ 出力導波路
１０５，１１０５，２１０５，５１０１ 入力導波路
１０６，１１０６，２１０６，５３０６ 光スプリッタ
１０７，１１０７，２１０７，５３０７ 第１のアーム導波路
１０８，１１０８，２１０８，５３０８ 第２のアーム導波路
１０９，１１０９，２１０９，５３０９ 光カプラ
１１０，１１１，１１１０，１１１１，２１１０，２１１１ ヒータ
１２１，１１２１，２１２１，５１０７ 入力光ファイバ
１２２，１１２２，５１０８ 接続光ファイバ
１２３，１１２３，５１０６ フォトダイオード
５０１ ＭＺＩ回路
５０２ ＡＷＧ回路
５１００，５３００
７０１，２１２２，５２０１ ＣＳＰ−ＰＤアレイ
１２０１，１２０２ 導波路 １３０１，１３０２ コア
１３０３ クラッド
１３０４ シリコン基板
１９０１，１９０２，１９０３，２１１２，２１１３，２１１４ 断熱溝
５１００ 光波長多重信号監視装置
５３００ 光波長合分波回路
５３０４，５３０５ 入出力導波路

Claims (12)

1. 第１のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路に接続された複数の導波路からなるアレイ導波路と、前記アレイ導波路の複数の導波路に接続された第２のスラブ導波路とを備えたアレイ導波路回折格子と、
   光スプリッタと、前記光スプリッタに接続された第１および第２のアーム導波路と、前記第１および第２のアーム導波路に接続された光カプラとを備えたマッハツェンダ干渉回路であって、前記光カプラが前記第１のスラブ導波路と接続されたマッハツェンダ干渉回路と
   を備えた光波長フィルタ回路であって、
   前記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方を加熱して、前記第１および第２のアーム導波路間の位相差を調整可能とするヒータを備え、前記ヒータに電力を印加して、前記光波長フィルタ回路の透過率の波長依存性を複数の状態に変化させるよう構成されたことを特徴とする光波長フィルタ回路。
2. 請求項１に記載の光波長フィルタ回路を備えた光波長多重信号監視装置であって、
   前記第２のスラブ導波路に接続された複数の出力導波路と、
   前記複数の出力導波路に接続された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波長多重信号監視装置。
3. 請求項２に記載の光波長多重信号監視装置であって、
   前記複数のフォトダイオードは、チップスケールパッケージに封止されたフォトダイオードアレイであることを特徴とする光波長多重信号監視装置。
4. 請求項２または３に記載の光波長多重信号監視装置であって、
   前記光カプラは、方向性結合器であることを特徴とする光波長多重信号監視装置。
5. 請求項２ないし４のいずれかに記載の光波長多重信号監視装置であって、
   前記アレイ導波路回折格子およびマッハツェンダ干渉回路は、１つのチップで構成されたことを特徴とする光波長多重信号監視装置。
6. 請求項２ないし４のいずれかに記載の光波長多重信号監視装置であって、
   前記アレイ導波路回折格子およびマッハツェンダ干渉回路は、複数のチップで構成されたことを特徴とする光波長多重信号監視装置。
7. 第１のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路に接続された複数の導波路からなるアレイ導波路と、前記アレイ導波路の複数の導波路に接続された第２のスラブ導波路と、前記第２のスラブ導波路に接続された複数の出力導波路とを備えたアレイ導波路回折格子と、
   前記複数の出力導波路に接続された複数のフォトダイオードと、
   光波長多重信号が入力される入力導波路と、前記入力導波路に接続された光スプリッタと、前記光スプリッタに接続された第１および第２のアーム導波路と、前記第１および第２のアーム導波路に接続された光カプラとを備えたマッハツェンダ干渉回路であって、前記光カプラが前記第１のスラブ導波路と接続されたマッハツェンダ干渉回路と、
   前記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方を加熱して、前記第１および第２のアーム導波路間の位相差を調整可能とするヒータと
   を備えた光波長多重信号監視装置において、前記複数の出力導波路から出力される光強度を前記複数のフォトダイオードで検出して前記光波長多重信号の各チャネルの信号光を監視する方法であって、
   前記ヒータに電力を印加して、前記入力導波路から前記複数の出力導波路に至る透過率の波長依存性を複数の状態に変化させて、前記複数のフォトダイオードでの光強度を測定することと、
   前記複数の状態において測定された光強度から各チャネルの信号光の波長を算出することと
   を特徴とする光波長多重信号監視方法。
8. 請求項７に記載の光波長多重信号監視方法であって、
   前記複数の状態は、前記入力導波路から前記複数の出力導波路に至る透過率の波長依存性が略平坦な状態を含み、前記略平坦な状態において測定された光強度から各チャネルの信号光の強度を算出することを特徴とする光波長多重信号監視方法。
9. 請求項８に記載の光波長多重信号監視装置であって、
   前記略平坦な状態において測定された光強度と前記略平坦な状態以外の状態において測定された光強度との差から各チャネルの信号光の波長を算出することを特徴とする光波長多重信号監視方法。
10. 請求項７ないし９のいずれかに記載の光波長多重信号監視方法であって、
    前記複数の状態は、前記入力導波路から前記複数の出力導波路に至る透過率の波長依存性が略同程度に逆向きに傾斜した２つの状態を含み、前記信号光の波長を算出することとは、前記２つの状態において測定された光強度の差から各チャネルの信号光の波長を算出することを特徴とする光波長多重信号監視方法。
11. 請求項８または９に記載の光波長多重信号監視方法であって、
    前記複数の状態は、前記入力導波路から前記複数の出力導波路に至る透過率の波長依存性が略平坦な状態から光位相差が略１８０度シフトした状態を含み、前記波長依存性が略平坦な状態において測定された光強度と前記光位相差が略１８０度シフトした状態において測定された光強度との差から各チャネルの信号光の有無を判定することを特徴とする光波長多重信号監視方法。
12. 請求項８または９に記載の光波長多重信号監視方法であって、
    前記複数の状態は、前記入力導波路から前記複数の出力導波路に至る透過率の波長依存性が略平坦な状態から光位相差が略１８０度シフトした状態を含み、前記光位相差が略１８０度シフトした状態の近傍をスキャンして測定された光強度分布から各チャネルの信号光の波長を算出することを特徴とする光波長多重信号監視方法。

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