JP2014160216A - Mach-zehnder interferometer type wavelength selection switch - Google Patents

Mach-zehnder interferometer type wavelength selection switch Download PDF

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Takayuki Mizuno
隆之 水野
Hiroshi Takahashi
浩 高橋
Takemasa Yoshida
健将 吉田
Hideaki Asakura
秀明 浅倉
Hiroyuki Tsuda
裕之 津田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Mach-Zehnder interferometer type wavelength selection switch capable of reducing the size thereof by integrating wavelength couplers and by increasing the number of output ports.SOLUTION: The Mach-Zehnder interferometer type wavelength selection switch includes: a first array waveguide diffraction grating that has one input port and N output waveguides, which branches a wavelength division multiplex signal to output an optical signal of a wavelength to the respective output waveguides; N of 1×M optical switches that inputs an optical signal which is output from one of the N output waveguides to output the same to either one of M output ports; a Mach-Zehnder interferometer type complex wavelength coupler including plural wavelength couplers that inputs N optical signals which are output from the N of 1×M optical switches to combine the same into N+M-1 outputs; and a second array waveguide diffraction grating that inputs the N optical signals output from the Mach-Zehnder interferometer type complex wavelength coupler into any of the N+M-1 input ports to output the same to the M output ports.

Description

本発明は、マッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチに関し、より詳細には、光通信ネットワークノードにおいて光スイッチとして機能する波長選択スイッチに関する。   The present invention relates to a Mach-Zehnder interferometer type wavelength selective switch, and more particularly to a wavelength selective switch that functions as an optical switch in an optical communication network node.

近年、光通信デバイスの分野では波長選択スイッチ(WSS:Wavelength Selective Switch)の研究が盛んに行われている。WSSは、次世代のROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)ノードを構成するために必要不可欠である。入力された波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)信号のうちの任意の波長を任意の出力ポートに選択的に出力できるデバイスであり、2種類に大別される。第1に、回折格子と、MEMS(Micro Electro Mechanical System)、LCoS(Liquid Crystal on Silicon)等の面型スイッチング素子とを空間光学系で接続した空間光学型WSSである。第2に、光導波路技術に基づく集積型WSSである。空間光学型WSSは、集積型WSSに比べ、多くのポートを収容でき、光学特性も良いことから主流となっている。しかしながら、サイズが大きく、製造工程の複雑さから高価であるという欠点がある。一方、集積型WSSは、空間光学型WSSに比べ、多くのポートを収容することが困難であるが、省スペース、コストの面で有利である。   In recent years, research on wavelength selective switches (WSS) has been actively conducted in the field of optical communication devices. WSS is indispensable for constructing the next generation of Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer (ROADM) nodes. A device that can selectively output an arbitrary wavelength in an input wavelength division multiplexing (WDM) signal to an arbitrary output port, and is roughly classified into two types. The first is a spatial optical WSS in which a diffraction grating and a planar switching element such as MEMS (Micro Electro Mechanical System) or LCoS (Liquid Crystal on Silicon) are connected by a spatial optical system. Second, integrated WSS based on optical waveguide technology. Spatial optical WSS has become mainstream because it can accommodate more ports and has better optical characteristics than integrated WSS. However, it has the disadvantages of being large and expensive due to the complexity of the manufacturing process. On the other hand, it is difficult for the integrated WSS to accommodate more ports than the spatial optical WSS, but it is advantageous in terms of space saving and cost.

図1に、従来の集積型WSSである光回路型1×2波長選択スイッチを示す。波長選択スイッチ100は、N個の波長を含む波長分割多重信号を、1本の入力ポートINから入力し、2本の出力ポートOUT,OUTから選択された波長を含む波長分割多重信号を出力する。波長選択スイッチ100は、1個の入力導波路およびN個の出力導波路を含むアレイ導波路回折格子(AWG:Arrayed Waveguide Grating)101と、N個の1×2光スイッチ102と、N−1個の2×1波長カプラ103と、N+1個の入力導波路および2個の出力導波路を含むAWG104とを備える(例えば、非特許文献1参照)。 FIG. 1 shows an optical circuit type 1 × 2 wavelength selective switch which is a conventional integrated WSS. The wavelength selective switch 100 receives a wavelength division multiplexed signal including N wavelengths from one input port IN 1 and includes a wavelength selected from two output ports OUT 1 and OUT 2. Is output. The wavelength selective switch 100 includes an arrayed waveguide grating (AWG) 101 including one input waveguide and N output waveguides, N 1 × 2 optical switches 102, and N−1. 2 × 1 wavelength couplers 103 and AWGs 104 including N + 1 input waveguides and two output waveguides (see, for example, Non-Patent Document 1).

入力ポートINに入力された波長分割多重信号は、AWG101によって分波され、出力導波路A〜A(最も長いアレイ導波路に近い側からA,A,…,Aとする)の各々に、各波長λ〜λの光信号が出力される。各波長の光信号は、1×2光スイッチ102によってスイッチされ、図の上側の出力導波路Bまたは下側の出力導波路Bのいずれかに出力される。各々の波長カプラ103は、1×2光スイッチ102の選択によって、(a)隣り合う波長の光信号を合波する、(b)一方の波長の光信号のみを通す、(c)隣り合う波長のいずれも通さない、の3つの動作をする。 The wavelength division multiplexed signal input to the input port IN 1 is demultiplexed by the AWG 101 and output waveguides A 1 to A N (A 1 , A 2 ,..., A N from the side closest to the longest arrayed waveguide). ), Optical signals having wavelengths λ 1 to λ N are output. Optical signals of respective wavelengths, 1 × 2 is switched by the optical switch 102 is outputted to one of output waveguides B 2 output waveguides B 1 or below the upper side of FIG. Each wavelength coupler 103 is selected by the 1 × 2 optical switch 102 (a) combines optical signals of adjacent wavelengths, (b) passes only optical signals of one wavelength, (c) adjacent wavelengths The above three operations are performed.

AWG104の入力導波路を、最も長いアレイ導波路に近い側からH,H,…,HN+1とする。AWGの対称性から、例えば、入力導波路H〜HN+1のそれぞれに、各波長λ〜λの光信号が入射されると、波長λ〜λを含む波長分割多重信号が出力ポートOUTに出力される。入力導波路H〜Hのそれぞれに、各波長λ〜λの光信号が入射されると、波長λ〜λを含む波長分割多重信号が出力ポートOUTに出力される。このようにして、任意の波長の光信号を、出力ポートOUT,OUTのどちらかに出力させることができる。 It is assumed that the input waveguide of the AWG 104 is H 1 , H 2 ,..., H N + 1 from the side closest to the longest arrayed waveguide. Due to the symmetry of AWG, for example, when optical signals of wavelengths λ 1 to λ N are incident on the input waveguides H 2 to H N + 1 , wavelength division multiplexed signals including wavelengths λ 1 to λ N are output. Output to port OUT 1 . When optical signals having wavelengths λ 1 to λ N are incident on the input waveguides H 1 to H N , wavelength division multiplexed signals including the wavelengths λ 1 to λ N are output to the output port OUT 2 . In this way, an optical signal having an arbitrary wavelength can be output to either of the output ports OUT 1 and OUT 2 .

しかしながら、従来の集積型WSSでは、出力ポート数が2と少なく、空間光学型WSSと比べてポート数の点で性能が劣っていた。   However, in the conventional integrated WSS, the number of output ports is as small as two, and the performance is inferior in terms of the number of ports as compared with the spatial optical type WSS.

Yuichiro Ikuma, Takayuki Mizuno, Hiroshi Takahashi, Hiroyuki Tsuda, “Wavelength selective switches using silica optical waveguide,” The Institute Of Electronics, Information And Communication Engineers, OPE2012-125, October 26, 2012Yuichiro Ikuma, Takayuki Mizuno, Hiroshi Takahashi, Hiroyuki Tsuda, “Wavelength selective switches using silica optical waveguide,” The Institute Of Electronics, Information And Communication Engineers, OPE2012-125, October 26, 2012

従来の集積型WSSにおいて、出力ポート数Mを増やすためには、光スイッチのポート数を増やし、N+M−1個の波長カプラを備えなければならず、回路が大型化してしまうという問題があった。   In the conventional integrated WSS, in order to increase the number M of output ports, the number of ports of the optical switch must be increased and N + M−1 wavelength couplers must be provided, which causes a problem that the circuit becomes large. .

また、従来の集積型WSSでは、1×2波長選択スイッチの構成においては交差導波路を含まないのに対し、1×M波長選択スイッチの構成とすると、光回路中に交差導波路を多く含んでしまう。交差導波路は、交差角が小さいほど、交差する導波路間でクロストークを生じ、伝搬する光信号の特性を劣化させることになる。交差導波路を設ける場合は、クロストークを低減するために、交差導波路の交差角をできるだけ90度に近づけることが望ましい。   In addition, in the conventional integrated WSS, the configuration of the 1 × 2 wavelength selective switch does not include the crossed waveguide, whereas the configuration of the 1 × M wavelength selective switch includes many crossed waveguides in the optical circuit. It will end up. In the crossed waveguide, as the crossing angle is smaller, crosstalk occurs between the crossed waveguides, and the characteristics of the propagating optical signal are deteriorated. When a cross waveguide is provided, it is desirable to make the cross angle of the cross waveguide as close to 90 degrees as possible in order to reduce crosstalk.

本発明の目的は、集積型WSSの出力ポートの数を増大させるとともに、マッハツェンダ干渉計型波長カプラを集積して小型化することにある。   An object of the present invention is to increase the number of output ports of an integrated WSS and to reduce the size by integrating Mach-Zehnder interferometer type wavelength couplers.

本発明は、このような目的を達成するために、第1の実施態様は、N個の波長分割多重信号を1本の入力ポートから入力し、M本(Mは3以上の整数)の出力ポートから選択された波長を含む波長分割多重信号を出力するマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチであって、前記1本の入力ポートとおよびN個の出力導波路を含み、前記波長分割多重信号を分波して、前記出力導波路の各々に各波長の光信号を出力する第1のアレイ導波路回折格子と、前記N個の出力導波路の1つから出力された光信号を入力し、M個の出力ポートのいずれかに出力するN個の1×M光スイッチと、前記N個の1×M光スイッチから出力されたN個の光信号を入力し、N+M−1本の出力に合成する複数の波長カプラからなるマッハツェンダ干渉計型複合波長カプラと、前記マッハツェンダ干渉計型複合波長カプラから出力されたN個の光信号をN+M−1個の入力ポートのいずれかに入力し、M本の出力ポートに出力する第2のアレイ導波路回折格子とを備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to the first embodiment, N wavelength division multiplexed signals are inputted from one input port, and M (M is an integer of 3 or more) outputs. A Mach-Zehnder interferometer-type wavelength selective switch for outputting a wavelength division multiplexed signal including a wavelength selected from a port, including the one input port and N output waveguides, wherein the wavelength division multiplexed signal is separated. A first arrayed waveguide diffraction grating that outputs an optical signal of each wavelength to each of the output waveguides and an optical signal output from one of the N output waveguides; N 1 × M optical switches output to any one of the output ports and N optical signals output from the N 1 × M optical switches are input and combined into N + M−1 outputs. Mach-Zehnder interferometer type composite wavelength consisting of multiple wavelength couplers A second arrayed waveguide diffraction which inputs N optical signals output from the coupler and the Mach-Zehnder interferometer-type composite wavelength coupler to any one of N + M−1 input ports and outputs them to M output ports. And a lattice.

第2の実施態様は、前記第1のアレイ導波路回折格子と前記第2のアレイ導波路回折格子とを、1つのアレイ導波路回折格子に集約したことを特徴とする。   The second embodiment is characterized in that the first arrayed waveguide diffraction grating and the second arrayed waveguide diffraction grating are combined into one arrayed waveguide diffraction grating.

以上説明したように、本発明によれば、複数のマッハツェンダ干渉計型波長カプラを集積して、マッハツェンダ干渉計型複合波長カプラを構成することにより、光回路の小型化を図るとともに、マッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチの出力ポート数M(Mは3以上の整数)を増大させることができる。   As described above, according to the present invention, a plurality of Mach-Zehnder interferometer-type wavelength couplers are integrated to form a Mach-Zehnder interferometer-type composite wavelength coupler, thereby reducing the size of the optical circuit and the Mach-Zehnder interferometer. The number M of output ports of the type wavelength selective switch (M is an integer of 3 or more) can be increased.

従来の集積型WSSである光回路型1×2波長選択スイッチを示す図である。It is a figure which shows the optical circuit type 1x2 wavelength selective switch which is the conventional integrated WSS. 本発明の第1の実施形態にかかるマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチを示す図である。It is a figure which shows the Mach-Zehnder interferometer type | mold wavelength selective switch concerning the 1st Embodiment of this invention. アレイ導波路回折格子の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of an array waveguide diffraction grating. 1×M光スイッチの構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of a 1 * M optical switch. 本発明の第1の実施形態にかかるマッハツェンダ干渉計型波長カプラの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the Mach-Zehnder interferometer type | mold wavelength coupler concerning the 1st Embodiment of this invention. マッハツェンダ干渉計型波長カプラの他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of a Mach-Zehnder interferometer type | mold wavelength coupler. マッハツェンダ干渉計型波長カプラの透過帯域を比較するための図である。It is a figure for comparing the transmission band of a Mach-Zehnder interferometer type wavelength coupler. マッハツェンダ干渉計型複合波長カプラの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a Mach-Zehnder interferometer type composite wavelength coupler. マッハツェンダ干渉計の段数と出力ポートの数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the stage number of a Mach-Zehnder interferometer, and the number of output ports. マッハツェンダ干渉計型複合波長カプラの実装方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mounting method of a Mach-Zehnder interferometer type | mold composite wavelength coupler. 本発明の第2の実施形態にかかるマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチを示す図である。It is a figure which shows the Mach-Zehnder interferometer type | mold wavelength selective switch concerning the 2nd Embodiment of this invention. 1×M光スイッチとマッハツェンダ干渉計型複合波長カプラとの接続方法を示す図である。It is a figure which shows the connection method of a 1 * M optical switch and a Mach-Zehnder interferometer type | mold composite wavelength coupler. 1×M光スイッチとマッハツェンダ干渉計型複合波長カプラとの接続方法を示す図である。It is a figure which shows the connection method of a 1 * M optical switch and a Mach-Zehnder interferometer type | mold composite wavelength coupler. 本発明の第3の実施形態にかかるマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチを示す図である。It is a figure which shows the Mach-Zehnder interferometer type | mold wavelength selective switch concerning the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態にかかるマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチを示す図である。It is a figure which shows the Mach-Zehnder interferometer type | mold wavelength selective switch concerning the 4th Embodiment of this invention.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図2に、本発明の第1の実施形態にかかるマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチを示す。波長選択スイッチ200は、N個(図はN=9の場合を示す)の波長を含む波長分割多重信号を、1本の入力ポートINから入力し、M本(Mは3以上の整数、図はM=4の場合を示す)の出力ポートOUT,OUT,…,OUTから選択された波長を含む波長分割多重信号を出力する。波長選択スイッチ200は、1個の入力導波路およびN個の出力導波路A〜A(最も長いアレイ導波路に近い側からA,A,…,Aとする)を含むAWG201(第1のアレイ導波路回折格子)と、N個の1×M光スイッチ202(AWG201の最も長いアレイ導波路に近い側からS,S,…,Sとする)と、マッハツェンダ干渉計型複合波長カプラ(MZC)203と、N+M−1個の入力導波路(最も長いアレイ導波路に近い側からE,E,…,EN+M−1とする)およびM個の出力導波路を含むAWG204(第2のアレイ導波路回折格子)とを備えている。
(First embodiment)
FIG. 2 shows a Mach-Zehnder interferometer type wavelength selective switch according to the first embodiment of the present invention. The wavelength selective switch 200 inputs a wavelength division multiplexed signal including N wavelengths (shown in the case of N = 9) from one input port IN 1 , and M (M is an integer of 3 or more, FIG output port OUT 1, OUT 2 are shown) in the case of M = 4, ..., and outputs the wavelength division multiplexed signal including a wavelength selected from the OUT M. The wavelength selective switch 200 includes an input waveguide and N output waveguides A 1 to A N (A 1 , A 2 ,..., A N from the side closest to the longest arrayed waveguide). (First arrayed waveguide diffraction grating), N 1 × M optical switches 202 (referred to as S 1 , S 2 ,..., S N from the side closest to the longest arrayed waveguide of AWG 201), and Mach-Zehnder interference Meter-type composite wavelength coupler (MZC) 203, N + M−1 input waveguides (E 1 , E 2 ,..., E N + M−1 from the side closest to the longest arrayed waveguide) and M output leads And an AWG 204 (second arrayed waveguide diffraction grating) including a waveguide.

MZC203は、2個の1×1波長カプラ(すなわち1本のスルー光導波路)、2個の2(M−2)×1波長カプラ、2個の3(M−1)×1波長カプラ、N−M+1個の4(M)×1波長カプラを含むように構成されている。波長カプラは、MZC203の最も長いアレイ導波路に近い側からC,C,…,CN+M−3とする。最も長いアレイ導波路に近い側のスルー光導波路をC、最も短いアレイ導波路に近い側のスルー光導波路をCN+M−2とする。これにより、N個の1×M光スイッチ202からのN×M本の入力を、Z×1波長カプラ(Z=1〜M)のM種類の波長カプラに入力して、N+M−1本の出力に合成する。 The MZC 203 includes two 1 × 1 wavelength couplers (ie, one through optical waveguide), two 2 (M−2) × 1 wavelength couplers, two 3 (M−1) × 1 wavelength couplers, N -M + 1 4 (M) × 1 wavelength couplers are included. The wavelength couplers are C 1 , C 2 ,..., C N + M−3 from the side closest to the longest array waveguide of MZC 203. The through optical waveguide on the side closest to the longest arrayed waveguide is C 0 , and the through optical waveguide on the side closest to the shortest arrayed waveguide is C N + M−2 . As a result, N × M inputs from N 1 × M optical switches 202 are input to M types of wavelength couplers of Z × 1 wavelength couplers (Z = 1 to M), and N + M−1 Composite to output.

図3を参照して、アレイ導波路回折格子の構成を説明する。アレイ導波路回折格子は、第1の入出力導波路301、第1のスラブ導波路302、アレイ導波路303、第2のスラブ導波路304、および第2の入出力導波路305から構成されている。dは、第1のスラブ導波路302のアレイ導波路側の導波路設置間隔であり、dは、第2のスラブ導波路304のアレイ導波路側の導波路設置間隔である。Dは、第1のスラブ導波路302の入出力導波路側の導波路設置間隔であり、Dは、第2のスラブ導波路304の入出力導波路側の導波路設置間隔である。fは、第1のスラブ導波路302の長さであり、fは、第2のスラブ導波路304の長さである。アレイ導波路回折格子は、(式1)を満たしているとする。 The configuration of the arrayed waveguide diffraction grating will be described with reference to FIG. The arrayed waveguide diffraction grating includes a first input / output waveguide 301, a first slab waveguide 302, an arrayed waveguide 303, a second slab waveguide 304, and a second input / output waveguide 305. Yes. d 1 is a waveguide installation interval on the array waveguide side of the first slab waveguide 302, and d 2 is a waveguide installation interval on the array waveguide side of the second slab waveguide 304. D 1 is a waveguide installation interval on the input / output waveguide side of the first slab waveguide 302, and D 2 is a waveguide installation interval on the input / output waveguide side of the second slab waveguide 304. f 1 is the length of the first slab waveguide 302, and f 2 is the length of the second slab waveguide 304. It is assumed that the arrayed waveguide diffraction grating satisfies (Equation 1).

Figure 2014160216
Figure 2014160216

図2のAWG204が(式1)を満たしているとき、AWGの基本的特性から、AWG204の入力導波路の位置に応じて、出力ポートOUT〜OUTに振り分けられる。従って、AWG201によって分波された、ある波長の光信号を、出力ポートOUTから出力ポートOUTに変更するには、この光信号が入射されているAWG204の入力導波路を、図中の1つ上側の入力導波路に変更すればよい。 When the AWG 204 in FIG. 2 satisfies (Equation 1), the AWG 204 is distributed to the output ports OUT 1 to OUT 4 according to the position of the input waveguide of the AWG 204 from the basic characteristics of the AWG. Therefore, in order to change an optical signal having a certain wavelength, which has been demultiplexed by the AWG 201, from the output port OUT 1 to the output port OUT 2 , the input waveguide of the AWG 204 into which this optical signal is incident is designated as 1 in FIG. What is necessary is just to change to the upper input waveguide.

図4を参照して、1×M光スイッチの構成を説明する。1×M光スイッチ202は、2×2対称型マッハツェンダ干渉計を組み合わせることによって構成される。2×2対称型マッハツェンダ干渉計400aは、2つの2×2カプラ401a,401bの間を接続する、等長の2本のアーム導波路402a,402bからなり、片方のアーム導波路402bに、位相を制御する位相シフタ403を備えている。位相シフタ403は、光導波回路上に集積されたヒータであり、光導波路の熱光学効果を利用して、光導波路内で生じる位相を制御する。   The configuration of the 1 × M optical switch will be described with reference to FIG. The 1 × M optical switch 202 is configured by combining 2 × 2 symmetric Mach-Zehnder interferometers. The 2 × 2 symmetric Mach-Zehnder interferometer 400a includes two equal-length arm waveguides 402a and 402b that connect between two 2 × 2 couplers 401a and 401b. Is provided with a phase shifter 403 for controlling. The phase shifter 403 is a heater integrated on the optical waveguide circuit, and controls the phase generated in the optical waveguide using the thermo-optic effect of the optical waveguide.

アーム導波路402a,402b間に位相差が無い場合は、入力ポート404から入力された光信号は、クロスポート405に出力される。アーム導波路402a,402b間位相差がπである場合は、入力された光信号は、バーポート406に出力される。クロスポート405およびバーポート406のそれぞれに、さらに2×2対称型マッハツェンダ干渉計400b,400cを縦続接続することにより、M個(図はM=4の場合を示す)の出力のスイッチングを行うことができる。   When there is no phase difference between the arm waveguides 402 a and 402 b, the optical signal input from the input port 404 is output to the cross port 405. When the phase difference between the arm waveguides 402 a and 402 b is π, the input optical signal is output to the bar port 406. Further, 2 × 2 symmetrical Mach-Zehnder interferometers 400b and 400c are cascade-connected to each of the cross port 405 and the bar port 406, thereby switching M outputs (the figure shows the case of M = 4). Can do.

第1の実施形態の1×M光スイッチ202は、N個の1×M光スイッチSを含み、1×M光スイッチSは、M(=4)本の出力ポートPk1,Pk2,…,PkMのいずれかに、波長λの光を出力する。 The 1 × M optical switch 202 according to the first embodiment includes N 1 × M optical switches Sk , and the 1 × M optical switch Sk includes M (= 4) output ports P k1 and P k2. , ..., to any of the P kM, and outputs the light of wavelength λ k.

MZC203は、2本のスルー光導波路(C,CN+M−2)、2個の2(M−2)×1波長カプラ(C,CN+M−3)、2個の3(M−1)×1波長カプラ(C,CN+M−4)、N−M+1個の4(M)×1波長カプラ(C〜CN+M−5)を含む。1×M光スイッチSのM(=4)本の出力ポートPk1,Pk2,…,PkMは、それぞれ順に、MZC203に含まれる波長カプラCk−1,C,Ck+1,Ck+2に接続される。MZC203の詳細については、後述する。 The MZC 203 includes two through optical waveguides (C 0 , C N + M−2 ), two 2 (M−2) × 1 wavelength couplers (C 1 , C N + M−3 ), and two three (M−1). ) × 1 wavelength coupler (C 2 , C N + M−4 ), NM + 1 4 (M) × 1 wavelength couplers (C 3 to C N + M−5 ). The M (= 4) output ports P k1 , P k2 ,..., P kM of the 1 × M optical switch S k are sequentially connected to wavelength couplers C k−1 , C k , C k + 1 , C included in the MZC 203, respectively. connected to k + 2 . Details of the MZC 203 will be described later.

図2の波長選択スイッチ200の動作を説明する。入力ポートINに入力された波長分割多重信号は、AWG201によって分波され、出力導波路A〜Aの各々に、添え字に対応する各波長λ〜λの光信号がそれぞれ出力される。各波長の光信号は、1×M光スイッチ202によって、M個の出力ポートPk1,Pk2,…,PkMのいずれかにスイッチされ、MZC203に含まれる波長カプラCk−1,C,Ck+1,Ck+2のいずれかに出力される。MZC203に含まれる各々の波長カプラは、1×M光スイッチから入力された光信号を合波して、AWG204の入力導波路E〜EN+M−1に出力する。 The operation of the wavelength selective switch 200 in FIG. 2 will be described. Wavelength division multiplexed signal input to the input port IN 1 is demultiplexed by AWG201, to each of the output waveguides A 1 to A N, the optical signals of respective wavelengths lambda 1 to [lambda] N corresponding to subscript outputs Is done. An optical signal of each wavelength is switched to one of M output ports P k1 , P k2 ,..., P kM by a 1 × M optical switch 202, and wavelength couplers C k−1 and C k included in the MZC 203 are included. , C k + 1 , or C k + 2 . Each wavelength coupler included in the MZC 203 combines the optical signals input from the 1 × M optical switch and outputs the combined optical signals to the input waveguides E 1 to E N + M−1 of the AWG 204.

AWG201,204が(式1)を満たしているとき、AWGの基本的特性から、入力導波路E〜EN+M−1にそれぞれ波長λ〜λの光が入射したとすると、波長λ〜λを含む波長分割多重信号が出力ポートOUTに出力される。入力導波路E〜Eにそれぞれ波長λ〜λの光が入射したとすると、波長λ〜λを含む波長分割多重信号が出力ポートOUTに出力される。このようにして、1×M光スイッチSに導波された波長λの光が、出力ポートPk1にスイッチされたとすると、AWG203の波長カプラを介して、AWG204の出力ポートOUTから出力される。また、波長λの光が、出力ポートPkMにスイッチされたとすると、AWG204の出力ポートOUTから出力される。 When the AWGs 201 and 204 satisfy (Equation 1), assuming that light of wavelengths λ 1 to λ N is incident on the input waveguides E M to E N + M−1 due to the basic characteristics of the AWG, the wavelength λ 1 wavelength division multiplexed signal including to [lambda] N are output to the output port OUT 1. If light of wavelengths λ 1 to λ N is incident on the input waveguides E 1 to E N , a wavelength division multiplexed signal including the wavelengths λ 1 to λ N is output to the output port OUT M. In this way, assuming that the light of wavelength λ k guided to the 1 × M optical switch S k is switched to the output port P k1 , it is output from the output port OUT M of the AWG 204 via the wavelength coupler of the AWG 203. Is done. Also, assuming that light of wavelength λ k is switched to output port P kM , it is output from output port OUT 1 of AWG 204.

第1の実施形態において、アレイ導波路回折格子、光スイッチを構成する光導波回路は、例えば、石英またはシリコンからなる基板上に形成された、石英からなるクラッド層とコアとからなる。第1の実施形態では、N=9、M=4としたが、さらなる大規模化が可能であることは明らかである。   In the first embodiment, the optical waveguide circuit constituting the arrayed waveguide diffraction grating and the optical switch includes, for example, a clad layer made of quartz and a core formed on a substrate made of quartz or silicon. In the first embodiment, N = 9 and M = 4, but it is obvious that further enlargement is possible.

(マッハツェンダ干渉計型波長カプラ)
図5に、本発明の第1の実施形態にかかるマッハツェンダ干渉計型波長カプラの構成を示す。MZC203は、2×2非対称型マッハツェンダ干渉計を組み合わせることによって構成される。非対称型マッハツェンダ干渉計500は、図5(a)に示すように、2つの2×2カプラ501a,501bの間を接続する、長さの異なる2本のアーム導波路502a,502bからなる。非対称型マッハツェンダ干渉器500は、上下のアーム導波路間で位相差が波長λに対しては0となり、波長λk+1に対してはπとなるように設計されているので、波長λの光信号はクロスポートに、波長λk+1の光信号はバーポートに出力される。従って、波長λとλk+1の光信号を、それぞれ異なる入力ポートに入力した場合には、2つの光信号が同じ出力ポートから出力される。光回路における入出力の対称性から、入力と出力とを入れ替えれば、異なる波長の光信号を合波する波長カプラとなる。
(Mach-Zehnder interferometer type wavelength coupler)
FIG. 5 shows the configuration of a Mach-Zehnder interferometer-type wavelength coupler according to the first embodiment of the present invention. The MZC 203 is configured by combining 2 × 2 asymmetric Mach-Zehnder interferometers. As shown in FIG. 5A, the asymmetric Mach-Zehnder interferometer 500 includes two arm waveguides 502a and 502b having different lengths that connect between two 2 × 2 couplers 501a and 501b. Asymmetric Mach-Zehnder interferometer 500, becomes zero phase difference with respect to the wavelength lambda k between the upper and lower arm waveguides, since it is designed to be π with respect to the wavelength lambda k + 1, the wavelength lambda k The optical signal is output to the cross port, and the optical signal of wavelength λ k + 1 is output to the bar port. Therefore, when optical signals having wavelengths λ k and λ k + 1 are input to different input ports, two optical signals are output from the same output port. If the input and output are interchanged due to the symmetry of input and output in the optical circuit, a wavelength coupler that combines optical signals of different wavelengths is obtained.

出力ポートが切り替わる周波数間隔は、長いアーム導波路と短いアーム導波路の長さの差ΔLによって定まる。合波する2つの波長の差を周波数単位で表したものをΔν、真空中の光速をc、導波路の群屈折率をnとする。出力ポートが切り替わる周波数間隔がΔνとなるためのΔLは、式(2)で与えられる。 The frequency interval at which the output port is switched is determined by the difference ΔL in length between the long arm waveguide and the short arm waveguide. The difference between the two wavelengths to be combined expressed in frequency units is Δν, the speed of light in vacuum is c, and the group index of the waveguide is ng . ΔL for the frequency interval at which the output port is switched becomes Δν is given by Equation (2).

Figure 2014160216
Figure 2014160216

しかし、式(2)で表されるΔLをそのまま用いると、一般的には透過帯域が合波する波長に一致しない。そこで、ΔLを式(2)からわずかに増減させる必要がある。この増減分の長さをLとする。波長λがクロスポートに透過するようにするには、上下のアーム導波路間の位相差が0であればよいので、mを正の整数として、式(3)を満たすようなΔL’を用いる。Lは、最大でも1波長以下にすることができ、Δνに与える影響は十分に小さい。 However, if ΔL represented by Equation (2) is used as it is, the transmission band generally does not match the wavelength to be combined. Therefore, ΔL needs to be slightly increased or decreased from Equation (2). The length of the increment or decrement the L s. In order to allow the wavelength λ k to pass through the cross port, the phase difference between the upper and lower arm waveguides need only be 0. Therefore, ΔL ′ satisfying the expression (3) is satisfied, where m is a positive integer. Use. L s can be 1 wavelength or less at the maximum, and its influence on Δν is sufficiently small.

Figure 2014160216
Figure 2014160216

非対称型マッハツェンダ干渉器を組み合わせて波長カプラを構成する方法を、M=4の場合を例に取り説明する。図5(b)の波長カプラは、周波数間隔がΔνの非対称型マッハツェンダ干渉器500と、非対称型マッハツェンダ干渉器500の出力ポート505に接続された周波数間隔2Δνの非対称型マッハツェンダ干渉器510と、非対称型マッハツェンダ干渉器500の出力ポート506に接続された周波数間隔2Δνの非対称型マッハツェンダ干渉器520とから構成されている。   A method of configuring a wavelength coupler by combining asymmetric Mach-Zehnder interferometers will be described by taking the case of M = 4 as an example. 5B includes an asymmetric Mach-Zehnder interferometer 500 having a frequency interval of Δν, an asymmetric Mach-Zehnder interferometer 510 having a frequency interval of 2Δν connected to the output port 505 of the asymmetric Mach-Zehnder interferometer 500, and an asymmetric type. And an asymmetric Mach-Zehnder interferometer 520 having a frequency interval of 2Δν connected to the output port 506 of the Mach-Zehnder interferometer 500.

次に、波長カプラの動作を説明する。非対称型マッハツェンダ干渉器500の片方の入力ポート504に、周波数間隔Δνの波長λ1〜λ4を入射する。入力ポートに対してクロスポートとなる出力ポート505には、波長λ1,λ3の光信号が出力され、入力ポートに対してバーポートとなる出力ポート506には、波長λ2,λ4の光信号が出力される。非対称型マッハツェンダ干渉器510のクロスポートから波長λ1、バーポートから波長λ3の光信号が出力され、非対称型マッハツェンダ干渉器520のクロスポートから波長λ4、バーポートから波長λ2の光信号が出力される。   Next, the operation of the wavelength coupler will be described. Wavelengths λ1 to λ4 having a frequency interval Δν are incident on one input port 504 of the asymmetric Mach-Zehnder interferometer 500. Optical signals with wavelengths λ1 and λ3 are output to an output port 505 that is a cross port with respect to the input port, and optical signals with wavelengths λ2 and λ4 are output to an output port 506 that is a bar port with respect to the input port. Is done. An optical signal with wavelength λ1 and a wavelength λ3 is output from the cross port of the asymmetric Mach-Zehnder interferometer 510, and an optical signal with wavelength λ4 is output from the crossport of the asymmetric Mach-Zehnder interferometer 520, and an optical signal with wavelength λ2 is output from the bar port. .

図5(b)のように、光回路上において、非対称型マッハツェンダ干渉器510,520の長いアーム導波路を、対向するように配置することにより、波長カプラの占有する面積を小さくすることができる。また、非対称型マッハツェンダ干渉器510,520の後段に交差導波路530を設けることにより、波長カプラの出力ポート540において、波長λ1〜λ4の光信号を添え字の順番に出力することができる。   As shown in FIG. 5B, the area occupied by the wavelength coupler can be reduced by disposing the long arm waveguides of the asymmetric Mach-Zehnder interferometers 510 and 520 so as to face each other on the optical circuit. . Further, by providing the crossed waveguide 530 in the subsequent stage of the asymmetric Mach-Zehnder interferometers 510 and 520, the optical signals having the wavelengths λ1 to λ4 can be output in the order of the subscripts at the output port 540 of the wavelength coupler.

光回路における入出力の対称性から、出力ポート540に1×M光スイッチ202の入力を接続し、入力ポート504にAWG204を接続することにより、波長カプラとして機能することができる。   By connecting the input of the 1 × M optical switch 202 to the output port 540 and connecting the AWG 204 to the input port 504 due to the input / output symmetry in the optical circuit, the optical circuit can function as a wavelength coupler.

図6を参照して、非対称型マッハツェンダ干渉器の異なる組み合わせ方法について説明する。周波数間隔が2Δνの非対称型マッハツェンダ干渉器600を前段に置き、片方の入力ポート604に、周波数間隔Δνの波長λ〜λを入射する。入力ポートに対してクロスポートとなる出力ポート605には、波長λ,λの光信号が出力され、入力ポートに対してバーポートとなる出力ポート606には、波長λ,λの光信号が出力される。次に、クロスポート605に周波数間隔Δνの非対称型マッハツェンダ干渉器610を接続し、バーポート506にも周波数間隔Δνの非対称型マッハツェンダ干渉器620を接続する。波長カプラの出力ポート640において、波長λ〜λの光信号を添え字の順番に出力することができる。 With reference to FIG. 6, a description will be given of different combinations of asymmetric Mach-Zehnder interferometers. An asymmetric Mach-Zehnder interferometer 600 with a frequency interval of 2Δν is placed in the preceding stage, and wavelengths λ 1 to λ 4 with a frequency interval of Δν are incident on one input port 604. Optical signals with wavelengths λ 1 and λ 2 are output to an output port 605 that is a cross port with respect to the input port, and wavelengths λ 3 and λ 4 are output to an output port 606 that is a bar port with respect to the input port. An optical signal is output. Next, an asymmetric Mach-Zehnder interferometer 610 having a frequency interval Δν is connected to the cross port 605, and an asymmetric Mach-Zehnder interferometer 620 having a frequency interval Δν is also connected to the bar port 506. At the output port 640 of the wavelength coupler, optical signals having wavelengths λ 1 to λ 4 can be output in the order of subscripts.

図7に、図5(b)に示した波長カプラと図6に示した波長カプラの透過帯域を示す。図7(a)は、図5(b)に示した波長カプラの透過率であり、透過帯域が合波する波長に一致し、ピーク損失は約0dB、クロストークは約−40dBとなる。一方、図7(b)は、図6に示した波長カプラの透過率であり、透過帯域が合波する波長に一致せず、ピーク損失は約0.5dB、クロストークは約−12dBとなる。図5(b)に示した波長カプラは、交差導波路530を含むものの、伝送特性は、図6に示した波長カプラよりも優れている。本実施形態では、マッハツェンダ干渉計型波長カプラとして、前段に周波数間隔がΔνの非対称型マッハツェンダ干渉器、後段に周波数間隔2Δνの非対称型マッハツェンダ干渉器を配置する構成とした。   FIG. 7 shows the transmission band of the wavelength coupler shown in FIG. 5B and the wavelength coupler shown in FIG. FIG. 7 (a) shows the transmittance of the wavelength coupler shown in FIG. 5 (b). The transmission band coincides with the wavelength to be combined, the peak loss is about 0 dB, and the crosstalk is about −40 dB. On the other hand, FIG. 7B shows the transmittance of the wavelength coupler shown in FIG. 6. The transmission band does not match the wavelength to be combined, the peak loss is about 0.5 dB, and the crosstalk is about −12 dB. . Although the wavelength coupler shown in FIG. 5B includes the crossed waveguide 530, the transmission characteristics are superior to the wavelength coupler shown in FIG. In this embodiment, as the Mach-Zehnder interferometer type wavelength coupler, an asymmetric Mach-Zehnder interferometer having a frequency interval of Δν is arranged in the front stage and an asymmetric Mach-Zehnder interferometer having a frequency interval of 2Δν is arranged in the rear stage.

図8に、波長選択スイッチ200に適用されるマッハツェンダ干渉計型複合波長カプラ(MCZ)の構成を示す。MZC203に含まれる波長カプラのうち、4(M)×1波長カプラC〜Cを示す。説明の便宜上、異なる波長の光信号を分波する波長カプラとして説明する。前段に周波数間隔がΔνの非対称型マッハツェンダ干渉器、後段に周波数間隔2Δνの非対称型マッハツェンダ干渉器を配置する構成とした。アーム導波路長の差がΔL、周波数間隔がΔνの非対称型マッハツェンダ干渉器801は、波長λ〜λの光信号を入力すると、添え字の奇数番目の波長の光信号をクロスポートに、添え字の偶数番目の光信号をバーポートに出力する。アーム導波路長の差がΔL、周波数間隔が2Δνの非対称型マッハツェンダ干渉器802は、波長λ,λ,λ,…の光信号をクロスポートに、波長λ,λ,λ11,…の光信号をバーポートに出力する。アーム導波路長の差がΔL、周波数間隔が2Δνの非対称型マッハツェンダ干渉器803は、波長λ,λ,λ12,…の光信号をクロスポートに、波長λ,λ,λ10,の光信号をバーポートに出力する。このようにして、残りの4(M)×1波長カプラC〜CN+M−5も構成することができる。 FIG. 8 shows a configuration of a Mach-Zehnder interferometer type composite wavelength coupler (MCZ) applied to the wavelength selective switch 200. Among the wavelength couplers included in the MZC 203, 4 (M) × 1 wavelength couplers C 3 to C 6 are shown. For convenience of explanation, a wavelength coupler that demultiplexes optical signals having different wavelengths will be described. An asymmetric Mach-Zehnder interferometer having a frequency interval of Δν is arranged in the front stage, and an asymmetric Mach-Zehnder interferometer having a frequency interval of 2Δν is arranged in the rear stage. The asymmetric Mach-Zehnder interferometer 801 having an arm waveguide length difference of ΔL 1 and a frequency interval of Δν receives an optical signal of wavelengths λ 1 to λ N as a cross port. , The even-numbered optical signal of the subscript is output to the bar port. An asymmetric Mach-Zehnder interferometer 802 having an arm waveguide length difference of ΔL 2 and a frequency interval of 2Δν uses optical signals of wavelengths λ 1 , λ 5 , λ 9 ,... As cross ports and wavelengths λ 3 , λ 7 , λ. 11 ,... Are output to the bar port. The asymmetric Mach-Zehnder interferometer 803 having an arm waveguide length difference of ΔL 3 and a frequency interval of 2Δν uses optical signals of wavelengths λ 4 , λ 8 , λ 12 ,... As cross ports and wavelengths λ 2 , λ 6 , λ 10 optical signals are output to the bar port. In this way, the remaining 4 (M) × 1 wavelength couplers C 7 to C N + M-5 can also be configured.

このようなマッハツェンダ干渉計型複合波長カプラは、式(4)の場合に成り立つ。   Such a Mach-Zehnder interferometer type composite wavelength coupler is established in the case of the equation (4).

Figure 2014160216
Figure 2014160216

ここで、nは波長カプラを構成するマッハツェンダ干渉計の段数、2は波長選択スイッチの最大出力ポート数(2出力のマッハツェンダ干渉計をn段接続すると、2のn乗となる)、aは波長選択スイッチの最大出力ポート数から減ずるポート数である。交差導波路における交差の数は、nが増えるに従って増大し、n=2,a=0で1個、n=3,a=0で8個、n=4,a=0で9個、n=5で21個となる。 Here, n is the number of stages of the Mach-Zehnder interferometer constituting the wavelength coupler, 2 n is the maximum number of output ports of the wavelength selective switch (when two stages of Mach-Zehnder interferometers are connected in n stages, it becomes 2 n), and a is The number of ports is subtracted from the maximum number of output ports of the wavelength selective switch. The number of crossings in the crossing waveguide increases as n increases, with n = 2 and a = 0, 1 with n = 3 and a = 0, n = 4 and 9 with a = 0, n = 5 means 21 pieces.

図9に、マッハツェンダ干渉計の段数と出力ポートの数の関係を示す。出力ポート数が3以上波長選択スイッチを実現したいので、マッハツェンダ干渉計の段数はn≧2となる。各段において、アーム導波路長の差と周波数間隔との関係から、減らすことのできるポート数aは決まっており、aの最大値amax=2(n−1)−1となる。 FIG. 9 shows the relationship between the number of stages of the Mach-Zehnder interferometer and the number of output ports. Since it is desired to realize a wavelength selective switch having three or more output ports, the number of stages of the Mach-Zehnder interferometer is n ≧ 2. In each stage, the number of ports a that can be reduced is determined from the relationship between the difference in arm waveguide length and the frequency interval, and the maximum value of a is amax = 2 (n−1) −1 .

マッハツェンダ干渉計型複合波長カプラは、前段に周波数間隔がΔνの非対称型マッハツェンダ干渉器、後段に複数の周波数間隔2Δνの非対称型配置マッハツェンダ干渉器を縦続接続する。図9に示したように、nとaとMの関係から、マッハツェンダ干渉計の段数nとaとを選択することにより、1×M(Mは3以上の整数)波長選択光スイッチのいずれの入力ポート数Mも、構成することができる。   The Mach-Zehnder interferometer type composite wavelength coupler has an asymmetrical Mach-Zehnder interferometer with a frequency interval of Δν in the front stage and a plurality of asymmetrical arrangement Mach-Zehnder interferometers with a frequency interval of 2Δν in the subsequent stage. As shown in FIG. 9, by selecting the number n and a of Mach-Zehnder interferometers from the relationship between n, a and M, any one of 1 × M (M is an integer of 3 or more) wavelength selective optical switch The number of input ports M can also be configured.

図10を参照して、マッハツェンダ干渉計型複合波長カプラの、より小型な実装方法を説明する。隣接する波長カプラにおいて、前段の周波数間隔Δνの非対称型マッハツェンダ干渉器901a,901bの長いアーム導波路が対向するように配置することにより、図8に示した構成よりも、さらに波長カプラの占有する面積を小さくすることができる。   A more compact mounting method of the Mach-Zehnder interferometer type composite wavelength coupler will be described with reference to FIG. In the adjacent wavelength coupler, the asymmetric Mach-Zehnder interferometers 901a and 901b having the frequency interval Δν of the preceding stage are arranged so that the long arm waveguides face each other, so that the wavelength coupler occupies more than the configuration shown in FIG. The area can be reduced.

(第2の実施形態)
図11に、本発明の第2の実施形態にかかるマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチを示す。波長選択スイッチ1000は、N個(図はN=9の場合を示す)の波長を含む波長分割多重信号を、1本の入力ポートINから入力し、M本(M≧3、M=整数、図はM=4の場合を示す)の出力ポートOUT,OUT,…,OUTから選択された波長を含む波長分割多重信号を出力する。波長選択スイッチ1000は、第1の実施形態のマッハツェンダ干渉計型波長カプラ200のAWG201とAWG204とを、1つのAWG1001に集約した形態である。
(Second Embodiment)
FIG. 11 shows a Mach-Zehnder interferometer-type wavelength selective switch according to the second embodiment of the present invention. The wavelength selective switch 1000 inputs a wavelength division multiplexed signal including N wavelengths (the figure shows a case where N = 9) from one input port IN 1 , and M (M ≧ 3, M = integer) , Shows a case where M = 4), and outputs a wavelength division multiplexed signal including wavelengths selected from the output ports OUT 1 , OUT 2 ,..., OUT M. The wavelength selective switch 1000 is a form in which the AWG 201 and the AWG 204 of the Mach-Zehnder interferometer type wavelength coupler 200 of the first embodiment are integrated into one AWG 1001.

AWG1001は、1本の入力ポートINと、AWG204の入力導波路に相当するN+M−1個の入力導波路とを有する(最も長いアレイ導波路に近い側からF,F,…,FN+Mとする)。また、AWG201の出力導波路に相当するN個の出力導波路と、AWG204の出力ポートOUT,OUT,…,OUTに相当する出力ポートとを有する(最も長いアレイ導波路に近い側からG,G,…,GN+Mとする)。AWG1001は、(式1)を満たしているものとする。 The AWG 1001 has one input port IN 1 and N + M−1 input waveguides corresponding to the input waveguides of the AWG 204 (F 1 , F 2 ,..., F from the side closest to the longest arrayed waveguide) N + M ). Also, N output waveguides corresponding to the output waveguides of the AWG 201 and output ports corresponding to the output ports OUT 1 , OUT 2 ,..., OUT M of the AWG 204 (from the side closest to the longest arrayed waveguide) G 1 , G 2 ,..., GN + M ). The AWG 1001 satisfies (Equation 1).

入力ポートINに入力された波長分割多重信号が入力導波路Fに入力されたとき、AWGの基本的特性から、出力導波路GN+Mに中心波長が出力される。出力導波路GM+1〜GN+Mに出力される光の波長をそれぞれλ〜λとすると、波長λがAWG1001の中心波長となる。したがって、AWG1001は、波長分割多重信号のうち、最も長波長の波長を中心波長として選択して設計する。 When the wavelength division multiplexed signal input to the input port IN 1 is input to the input waveguide F 1 , the center wavelength is output to the output waveguide G N + M from the basic characteristics of the AWG. If the wavelengths of light output to the output waveguides G M + 1 to G N + M are λ 1 to λ N , respectively, the wavelength λ N is the center wavelength of the AWG 1001. Therefore, the AWG 1001 selects and designs the longest wavelength among the wavelength division multiplexed signals as the center wavelength.

図11の波長選択スイッチ1000の動作を説明する。入力ポートINに入力された波長分割多重信号は、AWG1001によって分波され、出力導波路GM+1〜GN+Mの各々に、各波長(λ〜λ)の光信号が出力される。各波長の光信号は、1×M光スイッチ(S)202によって、出力ポートPk1,Pk2,…,PkMのいずれかにスイッチされ、MZC203に含まれる波長カプラCk−1,C,Ck+1,Ck+2のいずれかに出力される。MZC203に含まれる各々の波長カプラは、1×M光スイッチから入力された光信号を合波して、AWG1001の入力導波路F〜FN+Mに出力する。 The operation of the wavelength selective switch 1000 in FIG. 11 will be described. The wavelength division multiplexed signal input to the input port IN 1 is demultiplexed by the AWG 1001, and optical signals of the respective wavelengths (λ 1 to λ N ) are output to the output waveguides G M + 1 to G N + M. An optical signal of each wavelength is switched to one of output ports P k1 , P k2 ,..., P kM by a 1 × M optical switch (S k ) 202, and wavelength couplers C k−1 , C included in the MZC 203. It is output to any one of k , C k + 1 , and C k + 2 . Each wavelength coupler included in the MZC 203 combines the optical signals input from the 1 × M optical switch and outputs them to the input waveguides F 2 to F N + M of the AWG 1001.

AWGの基本的特性から、入力導波路FM+1〜FN+Mにそれぞれ波長λ〜λの光が入射したとすると、波長λ〜λを含む波長分割多重信号が出力ポートOUTに出力される。入力導波路F〜FN+1にそれぞれ波長λ〜λの光が入射したとすると、波長λ〜λを含む波長分割多重信号が出力ポートOUTに出力される。このようにして、1×M光スイッチSに導波された波長λの光が、出力ポートPk1にスイッチされたとすると、MZC203の波長カプラを介して、AWG1001の出力ポートOUTから出力される。また、波長λの光が、出力ポートPkMにスイッチされたとすると、AWG1001の出力ポートOUTから出力される。 From the basic characteristics of the AWG, if light of wavelengths λ 1 to λ N is incident on the input waveguides F M + 1 to F N + M , wavelength division multiplexed signals including wavelengths λ 1 to λ N are output to the output port OUT 1 . Is done. If light of wavelengths λ 1 to λ N is incident on the input waveguides F 2 to F N + 1 , a wavelength division multiplexed signal including the wavelengths λ 1 to λ N is output to the output port OUT M. If the light of wavelength λ k guided to the 1 × M optical switch S k is switched to the output port P k1 in this way, the light is output from the output port OUT M of the AWG 1001 via the wavelength coupler of the MZC 203. Is done. Also, assuming that light of wavelength λ k is switched to output port P kM , it is output from output port OUT 1 of AWG 1001.

本実施形態によれば、アレイ導波路回折格子型波長選択スイッチの出力ポートの数を増大させることができ、複数個の波長カプラを1個のAWGで置き換えることより、回路の小型化も実現することができる。   According to this embodiment, the number of output ports of the arrayed waveguide grating type wavelength selective switch can be increased, and the circuit can be reduced in size by replacing a plurality of wavelength couplers with one AWG. be able to.

(光導波路の設置方法)
図12および13を参照して、1×M光スイッチとマッハツェンダ干渉計型複合波長カプラとの接続方法を説明する。図11の波長選択スイッチにおいて、各波長の光信号は、1×M光スイッチ(S)1202によって、出力ポートPk1,Pk2,…,PkMのいずれかにスイッチされ、MZC1203に含まれる波長カプラCk−1,C,Ck+1,Ck+2のいずれかに出力される。出力ポートPk1,Pk2,…,PkMの最小導波路間隔をpとし、等間隔とする。隣接する2つの1×M光スイッチ1202の間の最小導波路間隔をsとする。同様に、MZC1203の入力ポートの最小導波路間隔をpとし、等間隔とする。隣接する2つのMZC1203の最小導波路間隔をsとする。
(Installation method of optical waveguide)
A connection method between the 1 × M optical switch and the Mach-Zehnder interferometer-type composite wavelength coupler will be described with reference to FIGS. In the wavelength selective switch of FIG. 11, the optical signal of each wavelength is switched to one of the output ports P k1 , P k2 ,..., P kM by a 1 × M optical switch (S k ) 1202 and included in the MZC 1203. It is output to one of the wavelength couplers C k−1 , C k , C k + 1 , C k + 2 . The minimum waveguide interval of the output ports P k1 , P k2 ,..., P kM is set to p and equal intervals. The minimum waveguide interval between two adjacent 1 × M optical switches 1202 is s. Similarly, the minimum waveguide interval of the input port of the MZC 1203 is set to p and equal intervals. Let s be the minimum waveguide interval between two adjacent MZCs 1203.

図13において、波長カプラCk−1,C,Ck+1,Ck+2の入力ポートをU1、U2、U3、U4とする。1×M光スイッチ(S)1202出力ポートPk1を、MZC1203の波長カプラCk−1の入力ポートU4に接続し、出力ポートPk2を波長カプラCの入力ポートU3に接続し、出力ポートPk3を波長カプラCk+1の入力ポートU2に接続し、
出力ポートPkMを波長カプラCk+2の入力ポートU1に接続する。このようにして接続された4本の光導波路は、1×M光スイッチ(S)1202の出力ポートの中心を通るx軸に対して対称となっている。
In FIG. 13, the input ports of the wavelength couplers C k−1 , C k , C k + 1 , and C k + 2 are U1, U2, U3, and U4. 1 × M optical switch (S k ) 1202 The output port P k1 is connected to the input port U4 of the wavelength coupler C k-1 of the MZC 1203, the output port P k2 is connected to the input port U3 of the wavelength coupler C k , and the output Connect port P k3 to input port U2 of wavelength coupler C k + 1 ,
The output port P kM is connected to the input port U1 of the wavelength coupler C k + 2 . The four optical waveguides connected in this way are symmetrical with respect to the x-axis passing through the center of the output port of the 1 × M optical switch (S k ) 1202.

一実施例として、s=1700μm、p=50μmとし、光導波路の曲げ半径R=3000μmとすると、   As one example, when s = 1700 μm, p = 50 μm, and the bending radius of the optical waveguide R = 3000 μm,

Figure 2014160216
Figure 2014160216

として求められ、θ1=約90°となる。このとき、θ2=約70°となる。1本の光導波路は、他の3本の光導波路と交差することになるが、図12に示したように、2本の光導波路との交差角を90度に、他の1本の光導波路の交差角を90度に近づけるように光導波路を設置することができる。 And θ1 = about 90 °. At this time, θ2 = about 70 °. One optical waveguide intersects with the other three optical waveguides. However, as shown in FIG. 12, the intersection angle with the two optical waveguides is set to 90 degrees, and the other one optical waveguide is intersected. The optical waveguide can be installed so that the crossing angle of the waveguide approaches 90 degrees.

(第3の実施形態)
図14に、本発明の第3の実施形態にかかるマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチを示す。図2示した第1の実施形態においては、4種類の波長カプラを含むマッハツェンダ干渉計型複合波長カプラ(MZC)を用いた。第3の実施形態では、1種類の4(M)×1波長カプラのみを使ってMZC1303を構成する。すなわち、N+M−1個のM×1波長カプラのみにより、MZC1303を構成する。
(Third embodiment)
FIG. 14 shows a Mach-Zehnder interferometer-type wavelength selective switch according to the third embodiment of the present invention. In the first embodiment shown in FIG. 2, a Mach-Zehnder interferometer type composite wavelength coupler (MZC) including four types of wavelength couplers is used. In the third embodiment, the MZC 1303 is configured using only one type of 4 (M) × 1 wavelength coupler. That is, the MZC 1303 is configured by only N + M−1 M × 1 wavelength couplers.

2個の1×1波長カプラ(すなわち1本のスルー光導波路)、2個の2(M−2)×1波長カプラ、および2個の3(M−1)×1波長カプラに相当するM×1波長カプラは、入力ポートの一部が、1×M光スイッチ202の出力ポートに接続されない。これにより、波長カプラにおける透過特性は、光信号がどの経路を伝搬しても等しくなるので、挿入損失を均一化することができる。   M corresponding to two 1 × 1 wavelength couplers (ie, one through optical waveguide), two 2 (M−2) × 1 wavelength couplers, and two 3 (M−1) × 1 wavelength couplers In the × 1 wavelength coupler, a part of the input port is not connected to the output port of the 1 × M optical switch 202. As a result, the transmission characteristics in the wavelength coupler are the same regardless of which path the optical signal propagates, so that the insertion loss can be made uniform.

(第4の実施形態)
図15に、本発明の第4の実施形態にかかるマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチを示す。図11示した第2の実施形態においては、4種類の波長カプラを含むマッハツェンダ干渉計型複合波長カプラ(MZC)を用いた。第4の実施形態では、1種類の4(M)×1波長カプラのみを使ってMZC1403を構成する。すなわち、N+M−1個のM×1波長カプラのみにより、MZC1403を構成する。これにより、波長カプラにおける透過特性は、光信号がどの経路を伝搬しても等しくなるので、挿入損失を均一化することができる。
(Fourth embodiment)
FIG. 15 shows a Mach-Zehnder interferometer-type wavelength selective switch according to the fourth embodiment of the present invention. In the second embodiment shown in FIG. 11, a Mach-Zehnder interferometer type composite wavelength coupler (MZC) including four types of wavelength couplers is used. In the fourth embodiment, the MZC 1403 is configured using only one type of 4 (M) × 1 wavelength coupler. That is, the MZC 1403 is configured by only N + M−1 M × 1 wavelength couplers. As a result, the transmission characteristics in the wavelength coupler are the same regardless of which path the optical signal propagates, so that the insertion loss can be made uniform.

本実施形態によれば、波長選択スイッチの出力ポートの数を増大させるとともに、マッハツェンダ干渉計型波長カプラを集積して小型化することができる。また、光スイッチと波長カプラとを適切に配置することにより、交差導波路の交差角をできるだけ90度に近づけることができ、導波路交差で交差方向へのクロストークを低減することができる。   According to the present embodiment, the number of output ports of the wavelength selective switch can be increased, and the Mach-Zehnder interferometer type wavelength coupler can be integrated and downsized. Further, by appropriately arranging the optical switch and the wavelength coupler, the crossing angle of the crossing waveguide can be as close to 90 degrees as possible, and crosstalk in the crossing direction at the crossing of the waveguide can be reduced.

100,200,1000,1300,1400 波長選択スイッチ
101,104,201,204,601,1001 AWG
102,202,1202 1×2光スイッチ
103 波長カプラ
203,1203,1303,1403 マッハツェンダ干渉計型複合波長カプラ(MZC)
301 第1の入出力導波路
302 第1のスラブ導波路
303 アレイ導波路
304 第2のスラブ導波路
305 第2の入出力導波路
400 対称型マッハツェンダ干渉計
401,501 2×2カプラ
402,502 アーム導波路
403 位相シフタ
404,504,604 入力ポート
405,505,605 クロスポート
406,506,606 バーポート
500,510,520,600,610,620,801〜803,901〜903 非対称型マッハツェンダ干渉計
530 交差導波路
540,640 出力ポート
100, 200, 1000, 1300, 1400 Wavelength selective switch 101, 104, 201, 204, 601, 1001 AWG
102, 202, 1202 1 × 2 optical switch 103 wavelength coupler 203, 1203, 1303, 1403 Mach-Zehnder interferometer type composite wavelength coupler (MZC)
301 First Input / Output Waveguide 302 First Slab Waveguide 303 Array Waveguide 304 Second Slab Waveguide 305 Second Input / Output Waveguide 400 Symmetric Mach-Zehnder Interferometer 401,501 2 × 2 Coupler 402,502 Arm waveguide 403 Phase shifter 404, 504, 604 Input port 405, 505, 605 Cross port 406, 506, 606 Bar port 500, 510, 520, 600, 610, 620, 801-803, 901-903 Asymmetrical Mach-Zehnder interference Total 530 Cross waveguide 540,640 Output port

Claims (9)

N個の波長分割多重信号を1本の入力ポートから入力し、M本(Mは3以上の整数)の出力ポートから選択された波長を含む波長分割多重信号を出力するマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチであって、
前記1本の入力ポートとおよびN個の出力導波路を含み、前記波長分割多重信号を分波して、前記出力導波路の各々に各波長の光信号を出力する第1のアレイ導波路回折格子と、
前記N個の出力導波路の1つから出力された光信号を入力し、M個の出力ポートのいずれかに出力するN個の1×M光スイッチと、
前記N個の1×M光スイッチから出力されたN個の光信号を入力し、N+M−1本の出力に合成する複数の波長カプラからなるマッハツェンダ干渉計型複合波長カプラと、
前記マッハツェンダ干渉計型複合波長カプラから出力されたN個の光信号をN+M−1個の入力ポートのいずれかに入力し、M本の出力ポートに出力する第2のアレイ導波路回折格子と
を備えたことを特徴とするマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチ。
Mach-Zehnder interferometer type wavelength selection that inputs N wavelength division multiplexing signals from one input port and outputs wavelength division multiplexing signals including wavelengths selected from M (M is an integer of 3 or more) output ports A switch,
First array waveguide diffraction including the one input port and N output waveguides, demultiplexing the wavelength division multiplexed signal, and outputting an optical signal of each wavelength to each of the output waveguides Lattice,
N 1 × M optical switches that receive an optical signal output from one of the N output waveguides and output to one of the M output ports;
A Mach-Zehnder interferometer-type composite wavelength coupler comprising a plurality of wavelength couplers for inputting N optical signals output from the N 1 × M optical switches and combining them into N + M−1 outputs;
A second arrayed waveguide grating for inputting N optical signals output from the Mach-Zehnder interferometer-type composite wavelength coupler to any one of N + M−1 input ports and outputting the output to M output ports; A Mach-Zehnder interferometer type wavelength selective switch characterized by comprising.
N個の波長分割多重信号を1本の入力ポートから入力し、M本(Mは3以上の整数)の出力ポートから選択された波長を含む波長分割多重信号を出力するマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチであって、
前記1本の入力ポートとおよびN個の出力導波路を含み、前記波長分割多重信号を分波して、前記出力導波路の各々に各波長の光信号を出力する第3のアレイ導波路回折格子と、
前記N個の出力導波路の1つから出力された光信号を入力し、M個の出力ポートのいずれかに出力するN個の1×M光スイッチと、
前記N個の1×M光スイッチから出力されたN個の光信号を入力し、N+M−1本の出力に合成する複数の波長カプラからなるマッハツェンダ干渉計型複合波長カプラを備え、
前記第3のアレイ導波路回折格子は、前記マッハツェンダ干渉計型複合波長カプラから出力されたN個の光信号をN+M−1個の入力ポートのいずれかに入力する入力導波路とM本の出力ポートとをさらに含み、前記N個の光信号を前記M本の出力ポートに出力することを特徴とするマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチ。
Mach-Zehnder interferometer type wavelength selection that inputs N wavelength division multiplexing signals from one input port and outputs wavelength division multiplexing signals including wavelengths selected from M (M is an integer of 3 or more) output ports A switch,
Third array waveguide diffraction including the one input port and N output waveguides, demultiplexing the wavelength division multiplexed signal, and outputting an optical signal of each wavelength to each of the output waveguides Lattice,
N 1 × M optical switches that receive an optical signal output from one of the N output waveguides and output to one of the M output ports;
A Mach-Zehnder interferometer type composite wavelength coupler comprising a plurality of wavelength couplers for inputting N optical signals output from the N 1 × M optical switches and combining them into N + M−1 outputs,
The third arrayed waveguide diffraction grating includes an input waveguide for inputting N optical signals output from the Mach-Zehnder interferometer-type composite wavelength coupler to any of N + M−1 input ports and M outputs. A Mach-Zehnder interferometer-type wavelength selective switch, further comprising a port, and outputting the N optical signals to the M output ports.
前記1×M光スイッチは、2×2対称型マッハツェンダ干渉計を縦続接続することにより構成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチ。   3. The Mach-Zehnder interferometer-type wavelength selective switch according to claim 1, wherein the 1 × M optical switch is configured by cascading 2 × 2-symmetric Mach-Zehnder interferometers. 前記マッハツェンダ干渉計型複合波長カプラは、Z×1波長カプラ(Z=1〜M)のM種類の波長カプラであって、0番目からN+M−2番目のN+M−1個の波長カプラを含み、
k番目の1×M光スイッチのM個の出力ポートのそれぞれが、k−1,k,k+1,…,k+M−2番目の波長カプラの入力導波路に接続されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチ。
The Mach-Zehnder interferometer-type composite wavelength coupler is M types of wavelength couplers of Z × 1 wavelength couplers (Z = 1 to M), and includes N + M−2th N + M−1 wavelength couplers,
Each of the M output ports of the kth 1 × M optical switch is connected to the input waveguide of the k−1, k, k + 1,..., k + M−2nd wavelength coupler. The Mach-Zehnder interferometer-type wavelength selective switch according to claim 1 or 2.
前記Z×1波長カプラは、非対称型マッハツェンダ干渉計により構成されることを特徴とする請求項4に記載のマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチ。   5. The Mach-Zehnder interferometer-type wavelength selective switch according to claim 4, wherein the Z × 1 wavelength coupler includes an asymmetric Mach-Zehnder interferometer. 前記マッハツェンダ干渉計型複合波長カプラは、N+M−1個のM×1波長カプラを含み、
k番目の1×M光スイッチのM個の出力ポートのそれぞれが、k−1,k,k+1,…,k+M−2番目の波長カプラの入力導波路に接続されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチ。
The Mach-Zehnder interferometer-type composite wavelength coupler includes N + M−1 M × 1 wavelength couplers,
Each of the M output ports of the kth 1 × M optical switch is connected to the input waveguide of the k−1, k, k + 1,..., k + M−2nd wavelength coupler. The Mach-Zehnder interferometer-type wavelength selective switch according to claim 1 or 2.
前記M×1波長カプラは、非対称型マッハツェンダ干渉計により構成されることを特徴とする請求項6に記載のマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチ。   The Mach-Zehnder interferometer-type wavelength selective switch according to claim 6, wherein the M × 1 wavelength coupler includes an asymmetric Mach-Zehnder interferometer. 前記非対称型マッハツェンダ干渉計は、前段に周波数間隔がΔνの非対称型マッハツェンダ干渉器、後段に複数の周波数間隔2Δνの非対称型配置マッハツェンダ干渉器が縦続接続されていることを特徴とする請求項5または7に記載のマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチ。   6. The asymmetric Mach-Zehnder interferometer, wherein an asymmetric Mach-Zehnder interferometer having a frequency interval of Δν is connected to a front stage, and a plurality of asymmetric arrangement Mach-Zehnder interferors having a frequency interval of 2Δν are cascade-connected to the rear stage. 8. A Mach-Zehnder interferometer-type wavelength selective switch according to 7. 前記出力ポートの数Mは、nは波長カプラを構成するマッハツェンダ干渉計の段数、aは波長選択スイッチの最大出力ポート数から減ずるポート数とすると、
Figure 2014160216
の関係にあることを特徴とする請求項8に記載のマッハツェンダ干渉計型波長選択スイッチ。
As for the number M of the output ports, n is the number of stages of the Mach-Zehnder interferometer constituting the wavelength coupler, and a is the number of ports subtracted from the maximum number of output ports of the wavelength selective switch.
Figure 2014160216
The Mach-Zehnder interferometer-type wavelength selective switch according to claim 8, wherein:
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