JP2014092661A - 多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化、小型化ができ、多波長光信号間の受信タイミングの調整が簡便となる多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置を提供する。
【解決手段】同一特性を有するＭ個の波長の光信号からなる多波長光信号Ｌｍを１：Ｎにシリアル−パラレル変換する多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置であって、多波長光信号ＬｍのＮビット毎に、各ビットを互いに異なる位置のＮ個の出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nに分離し、各出力ポートＰ₁〜Ｐ_NからＭ個の波長の光信号を出力して、多波長光信号Ｌｍを１：Ｎにシリアル−パラレル変換するシリアル−パラレル変換部１０と、シリアル−パラレル変換部１０の出力ポートＰ₁〜Ｐ_N側に配置されると共に、出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nから入力された各々Ｍ個の波長の光信号から、各波長の光信号を順次選択し各々異なる位置に出力する波長選択部２０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光情報通信等で用いられる多波長の光信号の全光を一括でシリアル−パラレル変換する光−光型シリアル−パラレル変換装置に関する発明である。

光通信は大容量、超高速性という特長があり、近年では多くの情報通信網で実用化されている。１０Ｇｂｐｓ程度の高速化では、光信号を光ファイバで数十ｋｍ程度伝送しても光ファイバの損失や分散等による光信号の波形劣化は軽微であるため、一つの波長にすべての情報を重畳して転送することが一般的である。

しかしながら、４０Ｇｂｐｓや１００Ｇｂｐｓを超える高速化では、上記光ファイバの分散等による光信号の波形劣化は無視できなくなる。更に、これほど高速な信号は、現在、最も一般的で低コストで作製できるシリコンを用いたＣＭＯＳ電子回路では処理できない。そこで、例えば、４０Ｇｂｐｓでは２０Ｇｂｐｓ×２波長、１００Ｇｂｐｓでは２５Ｇ×４波長というように、複数の波長の光信号に分割した情報を重畳して送受信を行っている。

この場合でも、電子回路は２０Ｇｂｐｓ超の電気信号を直接処理する必要があり、そのためには、シリコン系ＣＭＯＳでは線幅を更に微細化する工程が必要になったり、材料系をシリコンゲルマニウム系やインジウムリン系などの化合物半導体を用いたり、バイポーラトランジスタを用いたりする必要がある。上記のような化合物半導体を用いると、消費電力の上昇、作製コストの増大を引き起こす。

従って、光信号の段階で低速化できるシリアル−パラレル変換装置が実現できれば、これらの課題を解決することができる。上記の機能を持つ従来の光−光型のシリアル−パラレル変換装置として、特許文献１のようなものがある。従来の光−光型のシリアル−パラレル変換装置を図２（ａ）、（ｂ）に示し、その基本的な動作を以下に説明する。なお、図２（ａ）、（ｂ）及び後述する図３において、点線の波形は信号「０」を示し、実線の波形は信号「１」を示している。又、以降の説明において、Ｍ及びＮは、２以上の自然数である。

従来の光−光型のシリアル−パラレル変換装置５０においては、光パケット（シリアル光Ｌｓ）を１：Ｎのスプリッタ５１に入力し、入力されたシリアル光Ｌｓをパラレル数Ｎに分岐し、分岐した並列光信号Ｌｄ₁〜Ｌｄ_Nの各々に、各々の光遅延線５２ａを用いて、１ビット分の時間ずつ順次ずらした遅延を与える。その後、順次遅延させた並列光信号Ｌｄ₁〜Ｌｄ_Nを、入力側ファイバアレイ５２、マイクロレンズアレイ５３ａを介して、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５４へ入力して反射させ、集光レンズ５５を介して、面型光スイッチ５６の一点に集光する。このようにすると、順次遅延させた並列光信号Ｌｄ₁〜Ｌｄ_Nにおいて、１ビット目からＮビット目までの全ビットが同一時間に面型光スイッチ５６の一点に集光されるタイムウィンドウＴｗが存在する（図２（ｂ）参照）。

このタイムウィンドウＴｗにおいて、予め用意しておいた制御光パルスＰｃを、ミラー５７を介して面型光スイッチ５６へ入射して、面型光スイッチ５６の反射率を変動させると、この同一時間に一点に集光されたビットの光のみが反射して、ＰＢＳ５４の出力ポートへ出力され、マイクロレンズアレイ５３ｂ、出力側ファイバアレイ５８を介して出力される。これにより、１対Ｎの光−光型のシリアル−パラレル変換が実現されるので、変換後のパラレル光ＬｐをＮ個のＰＤ５９で光電変換した後に、シリアル光Ｌｓのビットレートの１／Ｎの帯域を持つ低速な電子回路で処理することができる。

特許３５７７２８９号公報

しかしながら、Ｍ個の波長の光パケットを、上述したような光−光型のシリアル−パラレル変換装置５０で変換する場合には、そのまま入力すると同一時間に多波長の光が同時にＰＤ５９に入射されるため、複数の波長のパラレル光Ｌｐ間で混信を生じる。そこで、図３に示すように、予め多波長シリアル光Ｌｍを波長分波器６１で波長毎にＭ個のシリアル光Ｌｓ₁〜Ｌｓ_Mに分波し、Ｍ個の光−光型のシリアル−パラレル変換装置５０₁〜５０_Mに各波長λ₁〜λ_Mのシリアル光Ｌｓ₁〜Ｌｓ_Mを入力して、シリアル−パラレル変換を処理する必要がある。このようにすると、シリアル−パラレル変換装置５０₁〜５０_Mの増加に伴い、制御光パルスＰｃ用の装置及び受信用ＰＤも増加し、それらの増加によるコスト増大が生じる。更に、多波長の光パケットは電子回路内では同期して処理するため、各シリアル−パラレル変換装置５０₁〜５０_Mにおける遅延を全体で調整する必要があり、コスト増大が生じる。

又、シリアル−パラレル変換した後の出力側において、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）などで波長分離する場合には、パラレル数分のＡＷＧが必要となり、更に、大型化、部品コストの増大が生じる。加えて、ＡＷＧやファイバ型の波長フィルタのような導波路型の光デバイスを追加すると、コリメート光を一度光ファイバに結合させる必要があり、比較的光軸調整のトレランスが大きいＰＤで終端できる利点を活かすことができず、大型化、実装コストの増大を招く。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、低コスト化、小型化ができ、多波長光信号間の受信タイミングの調整が簡便となる多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置は、
同一特性（同一伝送速度、同一偏光方向）を有するＭ個の波長の光信号からなり、Ｍ個の前記光信号の先頭ビットを同一時間に揃えた多波長光信号を、１：Ｎにシリアル−パラレル変換する多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置であって、
前記多波長光信号のＮビット毎に、各ビットを互いに異なる位置のＮ個の出力ポートに分離し、各出力ポートからＭ個の波長の光信号を出力して、前記多波長光信号を１：Ｎにシリアル−パラレル変換するシリアル−パラレル変換部と、
前記シリアル−パラレル変換部の出力ポート側に配置されると共に、前記Ｎ個の出力ポートから入力した各々Ｍ個の波長からなる光信号から、各波長の光信号を順次選択し、選択したＮ個の光信号を対応する前記出力ポート毎に異なる位置に出力する波長選択部とを有することを特徴とする。
但し、Ｍ、Ｎは、２以上の自然数である。

上記課題を解決する第２の発明に係る多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置は、
上記第１の発明に記載の多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置において、
前記波長選択部は、Ｍ／２個の波長ビームスプリッタから構成され、
前記波長ビームスプリッタは、
前記Ｍ個の波長を透過する透明媒質からなる４つの三角柱から構成され、前記４つの三角柱により内部で交差する２つの平面を形成すると共に、外側の１つの側面に前記Ｎ個の出力ポートから各々Ｍ個の波長からなる光信号が入力される四角柱と、
前記２つの平面の一方の平面を構成する２つの前記三角柱の面に形成され、他の前記波長ビームスプリッタで選択する波長以外の１つの波長の光信号を、前記側面の両側の側面の一方側へ、対応する前記出力ポート毎に異なる位置に反射する多層膜と、
前記２つの平面の他方の平面を構成する２つの前記三角柱の面に形成され、他の前記波長ビームスプリッタで選択する波長以外の他の１つの波長の光信号を、前記両側の側面の他方側へ、対応する前記出力ポート毎に異なる位置に反射する他の多層膜とを有することを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置は、
上記第２の発明に記載の多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置において、
前記シリアル−パラレル変換部と前記Ｍ／２個の波長ビームスプリッタとを一体化したことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置は、
上記第２又は第３の発明に記載の多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置において、
前記波長ビームスプリッタの前記両側の側面に各々対向して配置され、前記多層膜及び前記他の多層膜で反射した光信号を受光して光電変換するフォトダイオードアレイを有することを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置は、
上記第１から第４のいずれか１つに記載の多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置において、
前記シリアル−パラレル変換部は、
前記多波長光信号を、Ｎ本の並列光信号に分波する分波器と、
前記分波器で分波された前記Ｎ本の並列光信号の各々を１ビットずつ順次遅延させる光遅延部と、
前記光遅延部で遅延させた前記Ｎ本の並列光信号を反射すると共に、前記Ｎ本の並列光信号と偏光方向が異なる光信号を透過して、前記Ｎ個の出力ポートへ出力する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタで反射した前記Ｎ本の並列光信号を一点に集光するレンズと、
前記レンズで集光した一点に配置され、所定の光パルスが入力されている間、集光された前記Ｎ本の並列光信号の偏光方向を変化させて、前記偏光ビームスプリッタへ反射する光スイッチと、
前記光遅延部で１ビットずつ順次遅延させた前記Ｎ本の並列光信号の１ビット目からＮビット目が、前記光スイッチに集光されるタイミングで、前記所定の光パルスを出力する光パルス発生器とを有することを特徴とする。

本発明によれば、１つのシリアル−パラレル変換部と波長選択部を用いて、多波長光信号を光信号のままシリアル−パラレル変換できるので、低コスト化、小型化ができ、多波長光信号間の受信タイミングの調整が簡便となる多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置を実現することができる。

（ａ）は、本発明に係る多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置の実施形態の一例（実施例１）を示す概略構成図であり、（ｂ）は、その波長選択部を示す概略構成図である。 （ａ）は、従来の光−光型のシリアル−パラレル変換装置を示す概略構成図であり、（ｂ）は、その面型光スイッチでの動作を説明する図である。 図２に示した従来の光−光型のシリアル−パラレル変換器を用いて、多波長光信号を処理する場合の構成を示す概略構成図である。

以下、図１を参照して、本発明に係る多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置の実施形態を説明する。

（実施例１）
図１（ａ）は、本実施例の多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置を示す概略構成図であり、図１（ｂ）は、その波長選択部を示す概略構成図である。なお、図１（ａ）、（ｂ）において、点線の波形は信号「０」を示し、実線の波形は信号「１」を示している。又、以降の説明においても、Ｍ及びＮは、２以上の自然数である。

本実施例の多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置は、図１に示すように、シリアル−パラレル変換部１０と波長選択部２０とを有している。

シリアル−パラレル変換部１０では、多波長シリアル光ＬｍのＮビット毎に、各ビットを互いに異なる位置のＮ個の出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nに分離し、各出力ポートＰ₁〜Ｐ_NからＭ個の波長の光信号を出力して、多波長シリアル光Ｌｍを１：Ｎにシリアル−パラレル変換している。

このシリアル−パラレル変換部１０は、１：Ｎのスプリッタ１１（分波器）と、光遅延線１２ａ（遅延部）を有する入力側ファイバアレイ１２と、マイクロレンズアレイ１３と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１４と、集光用の非球面レンズ１５と、面型光スイッチ１６と、コリメートファイバ１７と、９０度反射ミラー１８ａ、１８ｂとを有している。

なお、本実施例は、図２に示した従来の光−光型のシリアル−パラレル変換装置５０とは異なり、ＰＢＳ１４の出力側にマイクロレンズアレイ５３ｂを設ける必要はない。又、ＰＢＳ１４の出力側に出力側ファイバアレイを設ける必要も無いが、もし、設ける場合でも、その調芯は精密に行う必要はなく、マルチモードファイバを使用可能である。

そして、シリアル−パラレル変換部１０の出力側（ＰＢＳ１４の出力ポートＰ₁〜Ｐ_N側）には、Ｎ個の出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nから入力した各々Ｍ個の波長の光信号から、各波長の光信号を順次選択し、選択したＮ個の光信号を対応する出力ポートＰ₁〜Ｐ_N毎に異なる位置に出力する波長選択部２０が配置されている。

この波長選択部２０は、複数（Ｍ／２個）の波長選択型の波長ビームスプリッタ（以下、ＷＢＳ）２１を有しており、各々のＷＢＳ２１の２つの異なる出力面に、ＷＢＳ２１から出力された光信号を受光して光電変換するマイクロレンズアレイ付のフォトダイオードアレイ（以降、ＰＤアレイ）２６を各々配置している。各出力面側においては、複数のＷＢＳ２１に対応する複数のＰＤアレイ２６が１つの固定板２７に固定されている。

ＷＢＳ２１は、基本的には、図１（ｂ）に示すように、４つの三角柱２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂから構成される四角柱であり、この四角柱は、４つの三角柱２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂにより内部で交差する２つの平面を形成している。この四角柱の外側の１つの側面にＮ個の出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nから各々Ｍ個の波長からなる光信号が入力される。４つの三角柱２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂは、多波長シリアル光ＬｍのＭ個の波長を透過する透明媒質（ガラス）から構成されている。

そして、四角柱の内部で交差する２つの平面の一方の平面を構成する２つの三角柱の面には、他のＷＢＳ２１で波長選択する波長以外の１つの波長の光信号を反射する多層膜２２ａ、２２ｂが形成されており、四角柱の出力ポートＰ₁〜Ｐ_N側の側面の両側の側面の一方側へ、対応する出力ポートＰ₁〜Ｐ_N毎に異なる位置に反射している。同じように、四角柱の内部で交差する２つの平面の他方の平面を構成する２つの三角柱の面には、他のＷＢＳ２１で波長選択する波長以外の他の１つの波長の光信号を反射する他の多層膜２３ａ、２３ｂが形成されており、四角柱の出力ポートＰ₁〜Ｐ_N側の側面の両側の側面の他方側へ、対応する出力ポートＰ₁〜Ｐ_N毎に異なる位置に反射している。

例えば、本実施例では、透明媒質の三角柱に対し、三角柱２４ａでは、３つの側面の中の２つの側面に、互いに反射波長が異なる多層膜２２ａ、多層膜２３ａを各々形成しており、三角柱２４ｂでは、３つの側面の中の２つの側面に、互いに反射波長が異なる多層膜２２ｂ、多層膜２３ｂを各々形成しているが、三角柱２５ａ、２５ｂでは、いずれの面にも多層膜を形成せず、そのまま使用している。そして、多層膜２２ａと多層膜２２ｂは同じ反射波長であり、多層膜２３ａと多層膜２３ｂも同じ反射波長である。

そして、このような三角柱２４ａ、２４ｂと三角柱２５ａ、２５ｂとを用い、同じ反射波長の多層膜２２ａ、２２ｂが一平面を形成し、同じ反射波長の多層膜２３ａ、２３ｂが一平面を形成し、且つ、これらの平面同士（異なる反射波長の平面同士）が交差するように、三角柱２４ａ、２４ｂ及び三角柱２５ａ、２５ｂを配置している。従って、ＰＤアレイ２６は、ＷＢＳ２１の出力ポートＰ₁〜Ｐ_N側の側面の両側の側面に各々対向して配置されており、多層膜２２ａ、２２ｂ、多層膜２３ａ、２３ｂで反射した光信号を受光して光電変換することになる。

次に、図１を参照して、本発明におけるシリアル−パラレル変換処理の基本動作を説明する。なお、ここでは、一例として、Ｍ＝４、Ｎ＝１６として説明している。

まず、送信側では、同一特性（同一伝送速度、同一偏光方向）を有し、Ｍ個の波長の光信号からなり、波長毎に異なる情報を持つ光パケット（多波長シリアル光Ｌｍ）を生成する。生成は、例えば、Ｍ個のＤＦＢレーザから出力されたＣＷ光を、Ｍ個のＬＮ変調器又はＥＡ変調器を用いて強度変調して、光合波器で合波すれば良い。ここで、全体の伝送速度をＴ［ｂｉｔ／ｓ］とすると、各波長の光信号の伝送速度は、Ｔ／Ｍ［ｂｉｔ／ｓ］となり、ＬＮ変調器、ＥＡ変調器は、この伝送速度で駆動される。この際、各波長の光信号の先頭ビットが同一時間に揃うように変調信号を駆動する。又、各波長の光信号は直線偏光で偏光面が一致するように偏光コントローラなどで調整しておく。

このような多波長シリアル光Ｌｍが、シリアル−パラレル変換部１０に入力されるが、ここでは、一例として、半導体から構成され、差動スピン分極法を用いた反射型の面型光スイッチ１６を用いた構成について述べる。他の原理、方法を用いた場合でも、多波長シリアル光Ｌｍの同一時間のビットが物理的に異なる出力位置にシリアル−パラレル変換されるのであれば、他の原理、方法、例えば、透過型の面型光スイッチを用いた構成でも、本発明は適用可能である。

多波長シリアル光Ｌｍが、シリアル−パラレル変換部１０に入力されると、まず、１：Ｎのスプリッタ１１でＮ本の並列光信号に分岐（分波）される。入力側ファイバアレイ１２は、Ｎ個の光ファイバからなり、各々光遅延線１２ａ（遅延部）を備えている。各々の光遅延線１２ａでは、スプリッタ１１で分波されたＮ本の並列光信号の各々を１ビットずつ順次遅延させている。遅延されたＮ本の並列光信号は、マイクロレンズアレイ１３を介して平行光となり、ＰＢＳ１４で反射させ、集光用の非球面レンズ１５を介して、面型光スイッチ１６の一点に集光される。この面型光スイッチ１６は、レンズで集光した一点に配置されている。

ＰＢＳ１４は、多波長シリアル光Ｌｍに透明な透明媒質からなる２つの直角プリズムから構成され、直角プリズムの斜面には誘電体偏光膜が形成されている。この誘電体偏光膜は、所定の偏光方向の光信号を反射し、その偏光方向と異なる偏光方向の光信号を透過するように設定されている。具体的には、入力されたＮ本の並列光信号は、直線偏光であるので、ＰＢＳ１４で反射され、面型光スイッチ１６で反射したＮ本の並列光信号は、後述するように、楕円偏光に変化するので、ＰＢＳ１４を透過して、出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nへ出力するように設定されている。

ここで、Ｎ本の並列光信号は各々１ビットずつ順次遅延されているので、図２（ｂ）で説明したように、順次遅延させた並列光信号（Ｌｄ₁〜Ｌｄ_N）において、１ビット目からＮビット目までの全ビットがある特定の同一のタイミング（タイムウィンドウＴｗ）で並列になり、これらが面型光スイッチ１６に入ると、Ｎ個のビットが同一時間に一点に集光されることになる。

このタイムウィンドウＴｗのｏｎとｏｆｆのタイミングで、光パルス発生器（図示省略）で発生させた一方のスピンの円偏光の制御光パルスＰｃ₁と他方のスピンの円偏光の制御光パルスＰｃ₂を、コリメートファイバ１７及び９０度反射ミラー１８ａ、１８ｂを介して、面型光スイッチ１６に入射する。すると、差動スピン分極法の効果により、面型光スイッチ１６からの反射光が、このｏｎとｏｆｆのタイムウィンドウＴｗの間だけ楕円偏光に変化して、ＰＢＳ１４の方へ反射することになる。つまり、タイムウィンドウＴｗの間に面型光スイッチ１６の一点に集光されたＮ個のビットのみがＰＢＳ１４へ反射することになる。その結果、反射したＮ個のビットは、ＰＢＳ１４を透過して、物理的に分離したＮ個の出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nへシリアル−パラレル変換されて出力されることになる。

ここまでの過程は、各波長で共通であるので、出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nの各々には、シリアル−パラレル変換されたＭ個の波長の光信号が含まれている。

そして、ここからの過程は、各出力ポートＰ₁〜Ｐ_Nで共通であるので、１つの出力ポートＰ₁に着目して述べる。

出力ポートＰ₁には、１／Ｎにシリアル−パラレル変換されたＭ個の波長の光信号が含まれる。このままだと、Ｍ個の光ビットが同一時間にあるため、空間的に分離して受信する必要がある。

しかも、ＰＢＳ１４からの出力は自由空間を伝搬するコリメート光であるため、従来のように、ＡＷＧやファイバ型波長フィルタ等の導波路型の波長分波器を用いると、レンズ系を用いて光ファイバ又導波路に一度結合する必要があり、高コスト化、大型化を招く。

そこで、本実施例では、前述した構成のＷＢＳ２１を用いるようにしている。このような構成のＷＢＳ２１を用いると、二つの反射波長の光は、多層膜２２ａ、２２ｂ及び多層膜２３ａ、２３ｂで反射して進行方向が変わり、ＷＢＳ２１の異なる出力面から出力することになる。それ以外の波長の光は、このＷＢＳ２１を通過して、次のＷＢＳ２１に入り、同様に、２つの波長の光を分離する。

この際、Ｎ個のパラレル光は空間的に分離されたまま出射するため、この出力面に平行にマイクロレンズ付きのＰＤアレイ２６を配置すれば、各パラレル光を独立に受光して光電変換できる。

ここで注目すべきことは、ＰＢＳ１４の出力からＰＤアレイ２６までに光ファイバ結合が全く不要となることである。これにより、光軸調整に伴う実装コストが大幅に削減でき、更に、ＷＢＳ２１の異なる２つの出力面を用いて、効率的に波長分離して受光するため、装置を小型化できる。

更に、ＰＢＳ１４とそれに続くＷＢＳ２１を接続して、予め一体化しておけば、モジュールの小型化は勿論、実装工程でのＷＢＳ２１の位置合わせがＰＢＳ１４の位置合わせと同時に完了するため、ＰＤアレイ２６のみを光軸調整すればよい。このＰＤアレイ２６の光軸調整も、そのトレランスは数μｍ程度と光デバイスの中では比較的大きいため、大幅に実装コストを低減できる。

ここで、ＰＤアレイ２６の各ＰＤで受信される伝送速度は、Ｔ／Ｍ／Ｎ［ｂｉｔ／ｓ］となる。

一例として、Ｔ＝１００［Ｇｂｉｔ／ｓ］、Ｍ＝４、Ｎ＝１６とすると、ＰＤアレイ２６の各ＰＤで受信すべき伝送速度は、１．５６［Ｇｂｉｔ／ｓ］となり、一般的に安価なシリコン系ＣＭＯＳ回路の動作周波数は１０ＧＨｚ以下であるため、光電変換された信号を容易に処理できる。

又、Ｔが増加した場合には、Ｎをその分だけ増加させることで受信すべき伝送速度を任意に低減することが容易に可能である。

更に、ＷＢＳ２１のサイズはＰＢＳ１４と同等の１ｃｍ³程度であるため、Ｍ＝４の場合に付加されるＷＢＳ２１は、２ｃｍ×１ｃｍとなり、少なくとも１０ｃｍ×１０ｃｍ以上あるＡＷＧ等を用いた場合と比べて大幅に小型化できる。

次に、図１（ａ）、（ｂ）を参照して、本実施例の多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置の作製方法を説明する。なお、ここでも、一例として、Ｔ＝１００Ｇｂｉｔ／ｓ、Ｍ＝４、Ｎ＝１６としているが、勿論、その他の場合でも同様に作製できる。

まず、１：１６の光スプリッタ１１から分岐された１６本の光ファイバを、切削と融着により、各光ファイバの長さが１ビット分（ここでは、２５Ｇｂｉｔ／ｓ×４波長として、４０ｐｓ）長くなるように、具体的には、長さで約８ｍｍずつ順次長くなるように作製する。つまり、各光ファイバの長さが、各々の光遅延線１２ａを含む長さになっている。

次に、この１６本の光ファイバを、中心を除いたハニカム状にファイバ固定治具に配置して、端面位置と偏光方向を合わせた後にＵＶ接着剤で固定して、入力側ファイバアレイ１２を作製する。出力側ファイバアレイを使用する場合には、出力側ファイバアレイも、入力側ファイバアレイ１２と略同様の構成にすれば良いが、入力側ファイバアレイ１２から光スプリッタ１１を除いた構成であり、しかも、出力側ファイバアレイの光ファイバの長さは特に精密に設定する必要はない。

立方体構造を持ったＰＢＳ１４の入力側の面に、ガラス製のマイクロレンズアレイ１３をＵＶ接着剤で固定する。このマイクロレンズアレイ１３の各レンズは、ハニカム状に配置された入力側ファイバアレイ１２の各光ファイバの配置と同一に配置され、各光ファイバから出射された光ビームを平行光に変換するのに必要な開口数に設定されている。

ＰＢＳ１４の面型光スイッチ１６側の面には、その中心にガラス製で三角形の９０度反射ミラー１８ａをＵＶ接着剤で固定する。更に、ＰＢＳ１４のマイクロレンズアレイ１３に対向する面には、９０度反射ミラー１８ｂを持つコリメータファイバ１７をＵＶ接着剤で固定する。このコリメータファイバ１７及び９０度反射ミラー１８ｂは、図１に示すように、９０度反射ミラー１８ａを介して、制御光パルスＰｃ₁、Ｐｃ₂を面型光スイッチ１６に導けるように配置する。

ＰＢＳ１４の出力側の面には、２つのＷＢＳ２１を赤外線領域で透明なＵＶ接着剤で順次貼り付ける。ＷＢＳ２１は、上述した三角柱２４ａ、２４ｂと三角柱２５ａ、２５ｂとを用い、同じ反射波長の多層膜２２ａ、２２ｂが一平面を形成し、他の同じ反射波長の多層膜２３ａ、２３ｂが一平面を形成し、且つ、これらの平面同士（異なる反射波長の平面同士）が交差するように配置して、赤外線領域で透明なＵＶ接着剤で張り付ける。

ＰＢＳ１４を固定治具にＵＶ接着剤で固定し、入力側ファイバアレイ１２をＰＢＳ１４の入力側であって、マイクロレンズアレイ１３の焦点距離となる位置にＵＶ接着剤で固定する。この際、面型光スイッチ１６側から赤外線カメラで平行光を観察しながら適切な位置に調芯する。

次に、マイクロレンズアレイ１３からの平行光と、コリメータファイバ１７及び９０度反射ミラー１８ａ、１８ｂを透過した制御光パルスＰｃ₁、Ｐｃ₂が、面型光スイッチ１６の一点で集光するように、非球面レンズ１５の位置を調整した後に、ＵＶ接着剤で固定する。この際、集光された光を面型光スイッチ１６側から赤外線カメラで観察しながら非球面レンズ１５の位置を適切な位置に調芯する。

次に、非球面レンズ１５の焦点位置に、固定台に予め固定された面型光スイッチ１６を配置する。この際、１／４波長板を非球面レンズ１５とＰＢＳ１４の間に挿入し、ＰＢＳ１４の出力側から平行光となった光を赤外線カメラで観察しながら適切な位置に調芯する。この際、利用する光は４つの反射波長帯以外の波長を用いることでＷＢＳ２１の後端から出力光を観察できる。

次に、反射波長λ₁のＰＤアレイ２６₁を当該反射波長に対応したＷＢＳ２１の出力面に配置して、全てのＰＤの受光感度が最適になるように、ＰＤアレイ２６₁の光軸調整を行い、固定板２７にＵＶ接着剤で固定する。同様に、反射波長λ₂〜λ_MのＰＤアレイ２６₂〜２６_Mを当該反射波長に対応したＷＢＳ２１の出力面に配置して、全てのＰＤの受光感度が最適になるように光軸調整を行い、固定板２７にＵＶ接着剤で固定する。

本発明は、多波長の光パケットの光通信に好適なものである。

１０ シリアル−パラレル変換部
２０ 波長選択部
２１ ＷＢＳ（波長ビームスプリッタ）
２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ 多層膜
２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ 三角柱
２６₁〜２６_M ＰＤアレイ

Claims (5)

1. 同一特性を有するＭ個の波長の光信号からなり、Ｍ個の前記光信号の先頭ビットを同一時間に揃えた多波長光信号を、１：Ｎにシリアル−パラレル変換する多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置であって、
   前記多波長光信号のＮビット毎に、各ビットを互いに異なる位置のＮ個の出力ポートに分離し、各出力ポートからＭ個の波長の光信号を出力して、前記多波長光信号を１：Ｎにシリアル−パラレル変換するシリアル−パラレル変換部と、
   前記シリアル−パラレル変換部の出力ポート側に配置されると共に、前記Ｎ個の出力ポートから入力した各々Ｍ個の波長からなる光信号から、各波長の光信号を順次選択し、選択したＮ個の光信号を対応する前記出力ポート毎に異なる位置に出力する波長選択部とを有することを特徴とする多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置。
   但し、Ｍ、Ｎは、２以上の自然数である。
2. 請求項１に記載の多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置において、
   前記波長選択部は、Ｍ／２個の波長ビームスプリッタから構成され、
   前記波長ビームスプリッタは、
   前記Ｍ個の波長を透過する透明媒質からなる４つの三角柱から構成され、前記４つの三角柱により内部で交差する２つの平面を形成すると共に、外側の１つの側面に前記Ｎ個の出力ポートから各々Ｍ個の波長からなる光信号が入力される四角柱と、
   前記２つの平面の一方の平面を構成する２つの前記三角柱の面に形成され、他の前記波長ビームスプリッタで選択する波長以外の１つの波長の光信号を、前記側面の両側の側面の一方側へ、対応する前記出力ポート毎に異なる位置に反射する多層膜と、
   前記２つの平面の他方の平面を構成する２つの前記三角柱の面に形成され、他の前記波長ビームスプリッタで選択する波長以外の他の１つの波長の光信号を、前記両側の側面の他方側へ、対応する前記出力ポート毎に異なる位置に反射する他の多層膜とを有することを特徴とする多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置。
3. 請求項２に記載の多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置において、
   前記シリアル−パラレル変換部と前記Ｍ／２個の波長ビームスプリッタとを一体化したことを特徴とする多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置において、
   前記波長ビームスプリッタの前記両側の側面に各々対向して配置され、前記多層膜及び前記他の多層膜で反射した光信号を受光して光電変換するフォトダイオードアレイを有することを特徴とする多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置において、
   前記シリアル−パラレル変換部は、
   前記多波長光信号を、Ｎ本の並列光信号に分波する分波器と、
   前記分波器で分波された前記Ｎ本の並列光信号の各々を１ビットずつ順次遅延させる光遅延部と、
   前記光遅延部で遅延させた前記Ｎ本の並列光信号を反射すると共に、前記Ｎ本の並列光信号と偏光方向が異なる光信号を透過して、前記Ｎ個の出力ポートへ出力する偏光ビームスプリッタと、
   前記偏光ビームスプリッタで反射した前記Ｎ本の並列光信号を一点に集光するレンズと、
   前記レンズで集光した一点に配置され、所定の光パルスが入力されている間、集光された前記Ｎ本の並列光信号の偏光方向を変化させて、前記偏光ビームスプリッタへ反射する光スイッチと、
   前記光遅延部で１ビットずつ順次遅延させた前記Ｎ本の並列光信号の１ビット目からＮビット目が、前記光スイッチに集光されるタイミングで、前記所定の光パルスを出力する光パルス発生器とを有することを特徴とする多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置。