JP2015510314A - 二重偏光多重波長コヒーレント受信機フロントエンド - Google Patents

Abstract

装置は、第１および第２の隣接する入力ポートを有するＡＷＧデマルチプレクサを含む。第１入力ポートは、第１ＷＤＭデータ担持信号を受け取るように構成され、第２入力ポートは、第１ＷＤＭ ＬＯ信号を受け取るように構成される。第１入力ポートおよび第２入力ポートは、前記ＷＤＭデータ担持信号の個々のチャネルが出力ポートの第１セットにルーティングされ、前記ＷＤＭ ＬＯ信号の個々のチャネルが第１セットとインターリーブされた出力ポートの第２セットにルーティングされるように配置される。

Description

本開示は、一般には、光通信のシステムおよび方法を対象とする。

この節では、本発明のよりよい理解を促すのに役立ち得る態様を導入する。したがって、この節で述べることは、これに鑑みて読まれるべきであり、何が従来技術にあるのかまたは何が従来技術にないのかを認めるものとして理解されるべきではない。

将来の光ネットワークは、スペクトル帯域幅の効率的な使用のためにコヒーレント偏光多重４位相偏移キーイング（ＰＭ−ＱＰＳＫ）伝送フォーマットを使用すると期待される。そのようなフォーマットは、長距離および超長距離（ＬＨ／ＵＬＨ）高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）システムで使用される可能性が最も高い。さらに、トランスポンダ・インターフェース・レートのボトルネックを克服するために、次世代コヒーレント受信機は、光学的並列性の度合を高め、したがってシステム容量を増やすために、多重波長受信を使用すると期待される。しかし、この高められた容量は、通常、より複雑な受信機フロントエンドを必要とする。

一態様は、装置、たとえば光受信機を提供する。この装置は、第１および第２の隣接する入力ポートを有するアレイ導波路格子（ＡＷＧ）デマルチプレクサを含む。第１入力ポートは、第１ＷＤＭデータ担持信号を受け取るように構成され、第２入力ポートは、第１ＷＤＭ ＬＯ信号を受け取るように構成される。第１入力ポートおよび第２入力ポートは、ＷＤＭデータ担持信号の個々のチャネルがＡＷＧの出力ポートの第１セットにルーティングされ、ＷＤＭ ＬＯ信号の個々のチャネルが第１セットとインターリーブされた出力ポートの第２セットにルーティングされるように配置される。

もう１つの態様は、方法、たとえば、光受信機を形成する方法を提供する。第１入力ポートおよび隣接する第２入力ポートを有するＡＷＧデマルチプレクサが、形成される。第１入力ポートは、第１ＷＤＭデータ担持信号を受け取るように構成される。第２入力ポートは、第１ＷＤＭ ＬＯ信号を受け取るように構成される。第１入力ポートおよび第２入力ポートは、ＷＤＭデータ担持信号の個々のチャネルが出力ポートの第１セットにルーティングされ、ＷＤＭ ＬＯ信号の個々のチャネルが第１セットとインターリーブされた出力ポートの第２セットにルーティングされるように配置される。

添付図面に関連して解釈される以下の説明をこれから参照する。

受信された偏光ダイバース（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｄｉｖｅｒｓｅ）ＷＤＭ光信号を復調するように構成された、光ＷＤＮデマルチプレクサを含む光システムの例示的実施形態を示す図である。 図１のマルチプレクサに適用可能なＮ×Ｎアレイ導波路格子（ＡＷＧ）（Ｎ＝８）の態様を示す図である。 入力信号と出力信号との間のさまざまな関係を示すために分離された図１のＷＤＮデマルチプレクサを示す図である。 図１のＷＤＭデマルチプレクサ内の入力信号と出力信号との間のルーティングを示す図である。 図１のＷＤＭデマルチプレクサ内の入力信号と出力信号との間のルーティングを示す図である。 図１のＷＤＭデマルチプレクサ内の入力信号と出力信号との間のルーティングを示す図である。 図１のＷＤＭデマルチプレクサ内の入力信号と出力信号との間のルーティングを示す図である。 図１のＷＤＮデマルチプレクサと光ハイブリッドとの間、およびハイブリッドと平衡検波器との間の接続性の諸態様を示す図である。 図１のさまざまな光コンポーネントを相互接続するのに使用される導波路構造の諸態様を示す図である。 たとえば、光システム、たとえば図１のシステムを形成する方法を示す図である。

本明細書で説明される実施形態は、単一のＰＬＣ基板上で、デマルチプレクサ（たとえば、ＡＷＧ）、偏光ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）、および９０°ハイブリッドを一体化する単一のデバイスを提供する。さまざまな実施形態は、さらに、第１入力ポートで多重波長（たとえば、波長分割多重すなわちＷＤＭ）データ担持信号コムおよび別の入力ポートでＬＯコムを受信するデマルチプレクサ（ｄｅｍｕｘ）を提供する。ｄｅｍｕｘ出力では、信号の各波長成分およびそれに対応するＬＯが、２つの別々の隣接する導波路にルーティングされ、信号およびＬＯを、さらに、９０°ハイブリッド・ミキサに結合することができる。二重偏光受信を実施するいくつかの実施形態は、各偏光成分を９０°ハイブリッド・ミキサの異なるセットに独立にルーティングするのに同一のｄｅｍｕｘを使用する。

本明細書で使用されるさまざまな実施形態は、光学コンポーネントに関する比較的低い屈折率（ＲＩまたはｎ_ｉ）を有する導波路材料と、コンポーネントおよび導波路の挿入損失および温度感度を下げるための導波路相互接続とを使用し、これによって、コヒーレント受信機応答性およびその温度安定性を大幅に改善する。さらに、単一のＡＷＧを使用する二重偏光受信に関する信号コムとＬＯコムとの両方の多重分離は、将来の４００ＧネットワークおよびＬＨ／ＵＬＨネットワークに適する低コスト解決策を提供する。

図１に、１つの例示的でありかつ非限定的な実施形態による光システム１００を示す。システム１００は、デマルチプレクサ（「ｄｅｍｕｘ」）１１０、第１偏光ビーム・スプリッタ（「ＰＢＳ」）１２０、および第２ＰＢＳ １３０を含む。第１ＰＢＳ １２０は、データ、たとえばディジタル・データを搬送するために変調された光入力信号１４０を受信する。入力信号１４０は偏光ダイバースとすることができ、偏光ダイバースはたとえば第１偏光、たとえば横電場（ＴＥまたはＸ）の光と、第二偏光、たとえば横磁場（ＴＭまたはＹ）の光とを含む。各偏光の光を、複数のＷＤＭチャネル内にデータを含めるために波長分割多重とすることもできる。限定ではなく例示のために、入力信号１４０は、波長λ_１、λ_２、λ_３、およびλ_４の４つのチャネルを含む。説明の明瞭さのために、Ｘ偏光チャネルを、

、および

と表し、Ｙ偏光チャネルを、

、および

と表す。チャネルは、チャネル間隔Δλだけ分離される。入力信号１４０を、本明細書および特許請求の範囲では入力コム１４０と称する場合がある。諸実施形態は、特定のチャネル間隔に限定されない。例示的実施形態では、Δλ≒１．６μｍまたは同等にΔｖ≒２００ＧＨｚである。したがって、図示の実施形態は、８つのデータ・チャネルを含み、各データ・チャネルは、独立に変調され得る。当業者は、本明細書で開示される原理を、より多数またはより少数のＷＤＭチャネルおよびより大きいまたはより小さいチャネル間隔に拡張できることを了解するであろう。

ｄｅｍｕｘ１１０は、ｉ１〜ｉ８と表される８つの信号入力ポートと、ｉ１’〜ｉ８’と表される８つのインターリーブされたＬＯ入力ポートとを有する。ｄｅｍｕｘ１１０は、さらに、ｏ１〜ｏ８と表される８つの信号出力ポートと、ｏ１’〜ｏ８’と表される８つのインターリーブされたＬＯ出力ポートとを有する。同様の符号を有する入力および出力を、本明細書では、それぞれ入力対および出力対と称する場合がある。したがって、たとえば、ｉ８およびｉ８’は、入力対であり、ｏ８およびｏ８’は、出力対である。さまざまな実施形態では、ｄｅｍｕｘ１１０は、Ｎ×Ｎルータとして動作するように構成されたＡＷＧを含む。そのような構成は、ｄｅｍｕｘ１１０が、偏光ダイバースの、たとえば二重偏光の光信号を受信し、多重分離することを可能にする。図１に示され、下でさらに説明されるように、Ｘ偏光光が、入力ポートｉ８に発射される場合に、その波長コム成分は、より下位の４つの出力ポート、たとえばｏ１〜ｏ４に多重分離される。その一方で、入力コム１４０のＹ偏光成分が、入力ポートｉ４に発射される時に、成分は、ｄｅｍｕｘ１１０出力の上半分、たとえばｏ５〜ｏ８に焦点を合わされる。

ＰＢＳ １３０は、局所発振器（ＬＯ）信号１３５を受け取る。ＬＯ １３５は、偏光ダイバースとすることもでき、たとえば、Ｘ偏光およびＹ偏光とすることができる。各偏光の光は、複数の波長の光を含むことができる。さまざまな実施形態では、各偏光は、入力コム１４０によって搬送されるＷＤＭチャネルの各波長、たとえば、λ_１、λ_２、λ_３、およびλ_４に対応する波長での変調されない光を含む。Ｘチャネルは、

、および

と表され、Ｙチャネルは、

、および

と表される。ＬＯ １３５が、ＷＭＤチャネル波長を有する光だけを含むことが好ましい可能性があるが、諸実施形態は、これに限定されない。ＰＢＳ １３０に入力されるＬＯ １３５信号は、本明細書および特許請求の範囲で、ＬＯコム１３０として言及される場合がある。

ＰＢＳ １２０は、入力コム１４０の第１偏光および第２偏光を分離する。第１部分、たとえばＸ偏光部分は、ｄｅｍｕｘ１１０のｉ８入力にルーティングされる。第２部分、たとえばＹ部分は、ｄｅｍｕｘ１１０のｉ４入力にルーティングされる。ＰＢＳ １３０は、同様に、ＬＯコムのＸ偏光成分およびＹ偏光成分を分離する。Ｘ偏光部分は、ｄｅｍｕｘ１１０のｉ８’入力にルーティングされる。Ｙ偏光部分は、ｄｅｍｕｘ１１０のｉ４’入力にルーティングされる。

各ポート対のポートは、隣接するポートである。ポートは、そのポートが入力導波路または出力導波路に接続されていようといまいと、存在すると考えられる。当業者は、ＡＷＧ設計が、受け取られた光を出力ポート位置に集中させるように働く入力面の特定の位置を提供することを了解するであろう。したがって、ポートｉ４は、ポートｉ４〜ｉ７およびポートｉ４’〜ｉ７’への接続が行われない場合であっても、入力ポートｉ８’に隣接しないと考えられる。より一般的に、ＡＷＧ設計によって決定された少なくとも１つの介在するポート位置が未使用である時に、本明細書では、すべてのポートは隣接しないと考えられる。

ＬＯコム１３５を、さまざまな実施形態で、ＬＯソース１５０、たとえば光学ソースと、マルチプレクサ（ｍｕｘ）１６０とによって生成することができる。ＬＯソース１５０のそれぞれは、光、たとえば変調されていないレーザ光を、ＬＯコムの周波数、たとえばλ_１、λ_２、λ_３、およびλ_４のうちの１つの付近で作る。各ＬＯソース１５０は、第１偏光および第２偏光、たとえばＸおよびＹのそれぞれでほぼ等しい強度の光を作ることができる。ｍｕｘ１６０は、ＬＯソース１５０の出力をＬＯコム１３５に組み合わせる。いくつかの代替実施形態では、ＬＯコムまたはコムの個々の波長を、ｄｅｍｕｘ１１０が形成される基板の外部で生成し、任意の適切な結合デバイスによってその基板に結合することができる。

システム１００は、光学ミキサ１７０ａ〜ｈ、たとえば９０°ハイブリッドおよび対応する平衡検波器１８０ａ〜ｈをも含む。ｄｅｍｕｘ１１０の各出力対は、対応する光学ミキサ１７０に結合される。各ハイブリッド・ミキサ１７０の出力は、対応する平衡検波器１８０に結合される。ｄｅｍｕｘ１１０とミキサ１７０との間およびミキサ１７０と平衡検波器１８０との間の接続の諸態様を、下でさらに議論する。

光信号は、ｍｕｘ１６０とＰＢＳ １３０との間、ＰＢＳ １２０、１３０とｄｅｍｕｘ１１０との間、ｄｅｍｕｘ１１０とミキサ１７０との間、ならびにミキサ１７０と平衡検波器１８０との間の参照されない導波路を介して伝えられる。導波路は、下でさらに議論するように、平坦な光学基板上に形成されたプレーナ型導波路とすることができ、オプションで、シリコンから形成することができる。ＰＢＳ １２０、１３０、ｍｕｘ１６０、およびｄｅｍｕｘ１１０を、導波路を形成するのに使用されるものと同一の光媒体層から形成することができる。

いくつかの実施形態で、ミキサ１７０は、そのミキサ１７０によって受け取られる波長ごとに独立に最適化される。たとえば、ミキサ１７０ａを、λ_４について最適化することができ、ミキサ１７０ｂを、λ_３について最適化することができる。そのような最適化は、ミキサ・フィルタ挿入損失を減らし、その出力でのより正確な光パワー分割を作り、潜在的に平衡検波器１８０の入力で受け取られるより高い出力パワーをもたらすと期待される。

図６に、平坦な基板６２０上の導波路コア６１０の断面図を示す。参照されないクラッディングを、オプションで、空気または誘電材料とすることができる。導波路コア６１０は、平坦な光学コア層から形成できるシステム１００のさまざまな光学コンポーネントを表す。そのようなコンポーネントは、たとえば、ｄｅｍｕｘ１１０、ＰＢＳ １２０、１３０、ｍｕｘ１６０、ミキサ１７０、および光学コンポーネントを相互接続するのに使用される導波路を含む。導波路コアは、屈折率（ＲＩ）ｎ_ｃｏｒｅを有し、一方基板は、ＲＩ ｎ_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}＜ｎ_ｃｏｒｅを有し、クラッディングは、ＲＩ ｎ_{ｃｌａｄｄｉｎｇ}＜ｎ_ｃｏｒｅを有する。

限定なしに、光学コア層、したがって導波路コア６１０は、たとえばシリカ（ｎ_ｉ≒１．５）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）（ｎ_ｉ≒１．５５）、窒化ケイ素（ｎ_ｉ≒１．８）、ＩｎＰ（ｎ_ｉ≒３．１）、またはケイ素（ｎ_ｉ≒３．３４）を含むことができる。１つの非限定的な実施形態では、導波路コア６１０は、２％屈折率差平面光波回路（ＰＬＣ）導波路プロセスを使用して形成される。当業者は、さまざまな材料を処理するのに必要なさまざまな材料オプションおよびステップを熟知している。

有利なことに、コア層に関するシリカまたはＢＣＢなどの低屈折率差光学材料の使用は、システム１００フィルタの製造公差を増やすことができる。これに関して、利益は、より小さいＲＩに正に相関すると期待される。したがって、いくつかの実施形態では、約３．１以下のＲＩが好ましく、約１．８以下のＲＩがより好ましく、約１．５以下のＲＩが最も好ましい。相対的に低い損失を有する光学材料の使用は、高い応答性をもたらすと期待され、この高い応答性は、さらに、より高損失の代替案に比べてよいシステム雑音指数を可能にすると期待される。限定なしに、０．０３ｄＢ／ｃｍの損失性能指数（ｌｏｓｓ ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ ｍｅｒｉｔ）を有するシリカは、これに関して適切な材料選択になると期待される。さらに、シリカなど、いくつかの光学材料は、ＩｎＰなどの他の光学材料より高い温度安定性（たとえば、より小さい∂ｎ／∂Ｔ）を有する。したがって、より温度安定な光学材料の使用は、ＩｎＰなどの代替物より高い、システム１００の温度安定性をもたらすと期待される。

基板６２０を、光学プロセスおよび光学デバイスと互換の任意の材料および形状とすることができる。いくつかの好ましい実施形態では、基板は、自動化半導体製造ツールを使用する処理に適切である。ＬＯソース１５０および平衡検波器１８０など、いくつかの非光学コンポーネントまたは光電気コンポーネントを、周知の技法を使用してシステム１００に一体化されるハイブリッド・デバイスとすることができる。

図２に、例示的で非限定的な実施形態でｄｅｍｕｘ１１０として使用できるＡＷＧ ２００を示す。ＡＷＧは、第１スラブ２１０および第２スラブ２２０を含む。スラブ２１０および２２０は、アレイ導波路２３０に接続される。図示の実施形態では、ＡＷＧ ２００は、８×８ ＡＷＧである。したがって、ＡＷＧ ２００は、スラブ２１０の入力面上の８つの位置のうちの１つ、たとえば入力ポートに光入力を集中させ、スラブ２２０の出力面上の８つの位置のうちの１つ、たとえば出力ポートに光を集中させるのに適当なチャネル間隔および自由スペクトル領域（ｆｒｅｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ）の組合せを有するように設計される。入力ポートの間の間隔は、チャネル波長間隔と、スラブ２１０および２２０の自由伝搬領域（ｆｒｅｅ−ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ）の焦点距離とによって決定される。入力ポートおよび出力ポートの位置は、下で説明するように、スラブ２１０および２２０の物理パラメータによって決定される。入力導波路または出力導波路の不在は、物理パラメータによって決定されるポートの存在に影響しない。

光学技術の当業者によって了解されるように、ＡＷＧを、特定のチャネル間隔について設計することができる。たとえば、理論による限定なしに、式１は、チャネル間隔ΔｆをＡＷＧのさまざまな物理的態様に関係付ける。

ただし、Δｘは、入力ポートまたは出力ポートの間隔であり、
Ｌ_ｆは、スラブの焦点距離であり、
ｄθ／ｄｆは、角分散であり、
ｍは、回折次数であり、
Ｘは、光の波長であり、
ｎ_ｇは、群屈折率であり、
ｎ_ｃは、アレイ導波路の屈折率であり、
ｎ_ｓは、スラブの実効屈折率であり、
ｄは、ピッチ長であり、
ｃは、導波路／スラブ媒体内での光速である。

式１によって示されるように、チャネル間隔Δｆは、入力ポートおよび出力ポートの間の間隔Ａｘによって部分的に決定される。逆に、ポート間隔Ａｘは、式１の関係を与えられて、適当な操作によってΔｆから判定され得る。従来、ＡＷＧ ２００の入力ポートおよび出力ポート、ならびにすべての入力導波路および出力導波路は、Δｘの整数増分に配置される。

ＡＷＧ ２００は、４つの入力導波路２４０と１６個の出力導波路２５０とを有して図示されている。入力導波路２４０および出力導波路２５０は、それぞれ、入力ポートへおよび出力ポートから信号を伝えるのに使用される導波路の部分とすることができる。接続されていない入力ポートは、入力導波路に接続されていない時であっても、そのアイデンティティを保つ。２つの入力導波路２４０−１および２４０−２は、スラブ２１０に、チャネル間隔によって決定される入力ポートに対応する位置、たとえばΔｘの整数増分で接続される。これらのポートは、たとえば、ｄｅｍｕｘ１１０の入力ポートｉ４およびｉ８に対応する。２つの追加の入力導波路２４０−３および２４０−４は、スラブ２１０に、入力導波路２４０−１および２４０−２からオフセットされた位置で接続され、したがって、たとえば入力ポートｉ４’およびｉ８’に対応する物理パラメータによって決定されるように、ポート位置からオフセットされる。オフセット距離は、チャネル間隔によって決定される入力ポートの間の間隔の約１／２、たとえば≒Δｘ／２とすることができる。８つの出力導波路２５０は、チャネル間隔によって決定される、出力ポートに対応する位置、たとえばΔｘの整数増分に配置される。これらの出力は、たとえばｄｅｍｕｘ１１０の出力ポートｏ１〜ｏ８に対応する。８つの追加の出力導波路２５０は、それぞれ、やはり、チャネル間隔考慮事項によって決定される出力ポートの間の距離の約１／２、たとえば≒Δｘ／２とすることができる距離だけ、最初の８つの出力からオフセットされる。これらの出力は、たとえばｄｅｍｕｘ１１０の出力ポートｏ１’〜ｏ８’に対応する。

したがって、いくつかの実施形態は、入力導波路および出力導波路のうちのいくつかが、たとえば式１によって決定されるように、従来の入力導波路位置および出力導波路位置の間の約半分の位置に配置される、ＡＷＧ ２００の新規の構成を提供する。言い替えると、たとえば、ｉ４が、入力スラブ２１０の位置ｘ_４に配置される場合に、ｉ４’は、ｘ_４＋Δｘ／２に配置される。同様に、ｉ８が、ｘ_８に配置される場合には、ｉ８’は、ｘ_８＋Δｘ／２に配置される。オフセットされた入力導波路位置および出力導波路位置を、本明細書では半チャネル位置と称する。さまざまな実施形態では、Δｘ／２を、公称チャネル入力位置からの正または負のオフセットとすることができる。チャネル入力ｉ１…ｉ８の位置を、ＡＷＧ ２００の物理的特性から決定することができる。したがって、ＡＷＧの点検によって、半チャネル入力ｉ１’〜ｉ８’が、たとえば標準チャネル入力位置から約Δｘ／２だけオフセットされた、半チャネル位置に配置されると決定することができる。

いくつかの場合に、ＡＷＧ ２００による対処がなければ、ポートｉ４’およびｉ８’に入力される信号が、ポートｏ１’〜ｏ８’で解決可能ではなくなる可能性がある。この問題には、８×８ ＡＷＧに通常使用されるはずのものより多数のアレイ導波路２３０を含めることによって対処することができる。通常、Ｎ×Ｎ ＡＷＧは、約３Ｎ個のチャネル導波路を含む。たとえば、８×８ ＡＷＧは、通常、２４個のアレイ導波路を有するはずである。そのような従来の設計実践とは異なって、ＡＷＧ ２００を、半チャネル信号を解決するために通常より狭いチャネル応答を有するように構成することができる。したがって、さまざまな実施形態で、アレイ導波路２３０の個数は、３Ｎより多い。いくつかの実施形態で、アレイ導波路２３０の個数は、少なくとも約３．５Ｎであり、好ましくは、少なくとも約４Ｎである。したがって、いくつかの実施形態のＡＷＧ ２００は、約３２個のアレイ導波路２３０を有することができる。したがって、ＷＤＭチャネル間隔（Δλ）が約１．６μｍである時に、ＡＷＧ ２００は、ポートｉ４’、ｉ８’、および０１’〜０８’が、波長の約８００ｎｍと同等の間隔によってオフセットされる時に、ＬＯ周波数成分を解決することができる。

代替実施形態では、２００ＧＨｚ間隔および半チャネル位置に配置された入力／出力導波路を有する８×８ ＡＷＧではなく、入力信号１４０のチャネル間隔の半分、たとえば１００ＧＨｚ間隔を有する１６×１６ ＡＷＧを使用することができる。そのような実施形態では、本開示の範囲内で構成されたＡＷＧを、物理的特性から決定されるＡＧＷのチャネル間隔および受け取られた光ＷＤＮ信号のチャネル間隔から決定することができる。そのような実施形態では、入力信号１４０ｘおよび１４０ｙを、たとえばＡＷＧの偶数番号のチャネル入力に入力することができ、ＬＯ信号１３５ｘおよび１３５ｙを、それぞれの入力信号に隣接する奇数番号のチャネルに入力することができる。この構成では、各出力信号およびそれに対応する出力ＬＯは、前に説明したように、ＡＷＧの隣接する出力に配置される。

当業者は、たとえば異なるチャネル間隔および異なる個数のＡＷＧチャネルを有するシステムに、上で議論した原理を拡張することができる。そのような代替実施形態は、本開示によって企図され、本開示の範囲に含まれる。

図３に、さまざまな態様をより明瞭に示すために、別々の詳細でｄｅｍｕｘ１１０を示す。この図では、入力信号チャネル成分は、それぞれ、ＬＯチャネル成分を示す線の２倍の長さの線を用いて概略的に示されている。この図示の慣例は、本明細書で、ｄｅｍｕｘ１１０を介する信号伝搬を追跡するのを助けるために使用され、信号成分強度の差を表すのではない。

図３は、限定なしに、ｄｅｍｕｘ１１０が、半チャネル・ポートを有して構成されたＡＷＧｄｅｍｕｘである実施形態について示されている。入力ｉ１〜ｉ８は、入力信号１４０のチャネル間隔について構成されたＡＷＧ ２００の公称チャネル入力に対応するＡＷＧ ２００の物理的位置に配置される。入力ｉ１’〜ｉ８’は、ＬＯ入力ｉ１’〜ｉ７’が信号入力ｉ１〜ｉ８とインターリーブされるように、信号入力ｉ１〜ｉ８から物理的にオフセットされる。さまざまな実施形態では、ＬＯ入力ｉ１’〜ｉ７’は、信号入力ｉ１〜ｉ８の間のほぼ中間に配置される。したがって、ＬＯ入力は、前に説明したように半チャネルだけオフセットされるものとすることができる。たとえば、ＷＭＤチャネル間隔Δｖを、≒２００ＧＨｚとすることができ、信号入力ｉ１〜ｉ８は、２００ＧＨｚ入力ポート位置に配置され、ＬＯ入力ｉ１’〜ｉ７’は、信号入力から約１００ＧＨｚだけオフセットされる。

出力ポートｏ１〜ｏ８は、入力コム１４０の周波数成分を出力し、したがって、信号出力ポートと呼ぶことができる。出力ポートｏ１’〜ｏ８’は、ＬＯコム１３５の周波数成分を出力し、したがって、ＬＯ出力ポートと呼ぶことができる。ＬＯ出力ポートｏ１’〜ｏ８’は、ＬＯ出力ポートｉ１’〜ｉ７’が信号出力ポートｏ１〜ｏ８とインターリーブされるように、信号出力ポートｏ１〜ｏ８から物理的にオフセットされる。さまざまな実施形態では、ＬＯ出力ポートｏ１’〜ｏ７’は、信号出力ポートｏ１〜ｏ８の間のほぼ中間に配置される。出力ポートｏ１〜ｏ８およびｏ１’〜ｏ８’は、それぞれ、所期の信号チャネルを受け取るためにｄｅｍｕｘ１１０の出力面に物理的に配置された出力導波路（図示せず）に関連する。

いくつかの実施形態では、ＡＷＧ ２００の入力導波路および出力導波路を、最も外側の出力導波路が使用されないように選択することができる。通常のＮ×Ｎは、最も外側のＡＷＧ入力で３ｄＢの過剰な損失を有する場合がある。したがって、いくつかの実施形態では、Ｎ個のチャネルの内側のサブセットを使用して、最も外側の導波路が使用された場合に生じるはずの挿入損失を回避することができる。Ｎ＝１６である、より特定の例では、位置ｉ１２、ｉ１２’の入力導波路（図３によって例示される命名規約に従う）を、ｘ偏光の入力として使用することができ、入力導波路ｉ８、ｉ８’を、Ｙ偏光に使用することができる。代替案では、入力導波路ｉ８、ｉ８’、ｉ４、およびｉ４’を使用することができる。したがって、光学分野の当業者は、図１の実施形態が、システム１００の説明された動作をもたらすＡＷＧ入力から出力へのマッピングをもたらすさまざまなＡＷＧ構成の一例にすぎないことを認めるであろう。

図４Ａ〜４Ｄに、ｄｅｍｕｘ１１０内の入力コム１４０とＬＯコム１３５の光のルーティングを示す。図４Ａに、入力ｉ８によって受け取られるＸ（たとえば、ＴＥ）偏光成分１４０ｘの場合を示す。入力コムの異なる波長は、異なる出力に集中し、より長い波長は、より下のポートに集中する。したがって、

チャネルは、ｏ１出力にルーティングされ、

チャネルは、ｏ２出力にルーティングされ、

チャネルは、ｏ３出力にルーティングされ、

チャネルは、ｏ４出力にルーティングされる。図４Ｂに、入力ｉ８’によって受け取られるＸ偏光ＬＯ成分１３５ｘの場合を示す。ＬＯコムの異なる波長は、隣接し、対応する信号出力ポートの上側にある異なるＬＯ出力ポートに集中する。したがって、

チャネルは、ｏ１’出力にルーティングされ、

チャネルは、ｏ２’出力にルーティングされ、

チャネルは、ｏ３’出力にルーティングされ、

チャネルは、ｏ４’出力にルーティングされる。

図４Ｃに、入力ｉ４によって受け取られるＴＭまたはＹ偏光信号成分１４０ｙの場合を示す。

チャネルは、ｏ５出力にルーティングされ、

チャネルは、ｏ６出力にルーティングされ、

チャネルは、ｏ７出力にルーティングされ、

チャネルは、ｏ８出力にルーティングされる。図４Ｄに、入力ｉ４’によって受け取られるＴＭまたはＹ偏光ＬＯ成分１３５ｙの場合を示す。

チャネルは、ｏ５’出力にルーティングされ、

チャネルは、ｏ６’出力にルーティングされ、

チャネルは、ｏ７’出力にルーティングされ、

チャネルは、ｏ８’出力にルーティングされる。

もう一度図３を検討して、複数の態様を注記する。第１に、Ｘ偏光成分に対応する信号は、一緒にグループ化され、Ｙ偏光成分に対応する信号は、一緒にグループ化される。第２に、２つの偏光成分に対応するグループは、互いに素である。本明細書では、互いに素は、Ｘ偏光に対応する出力ポートのセットとＹ偏光に対応する出力ポートのセットとがオーバーラップしないことを意味する。言い替えると、Ｘ偏光の信号成分またはＬＯ成分を担持する出力のいずれもが、Ｙ偏光の信号成分を担持する出力の間に配置されず、逆も同様であり、たとえば、Ｘ偏光出力およびＹ偏光出力は、インターリーブされない。第３に、各信号成分は、対応するＬＯ成分に隣接する出力にルーティングされる。したがって、たとえば、

は、

に隣接して配置され、

は、

に隣接して配置され、以下同様である。したがって、出力は、８つの出力対を形成し、各対は、信号成分出力およびそれに対応するＬＯ成分出力からなる。最後に、図１および３は、Ｘ偏光とＹ偏光との両方が存在することを示すが、実施形態はこれに限定されない。言い替えると、入力コム１４０は、Ｘ偏光成分だけ、Ｙ偏光成分だけを含むことができ、あるいは、Ｘ偏光成分とＹ偏光成分との両方を含むことができる。同様に、ＬＯコムは、Ｘ偏光成分とＹ偏光成分とのうちの一方または両方を含むことができる。

図５に、ミキサ１７０ｈと平衡検波器１８０ｈとの間の接続のさまざまな態様を強調するために、ミキサ１７０ｈおよび平衡検波器１８０ｈを詳細に提示する。ミキサ１７０ｈは、導波路５１０を介して

信号および

信号を受け取る。ミキサ１７０ｈは、相補的なＩ光信号および

光信号と、相補的なＱ光信号および

光信号とを作る。導波路５２０は、Ｉ信号、

信号、Ｑ信号、および

信号を、平衡検波器１８０ｈに伝える。平衡検波器１８０ｈは、電気領域でのさらなる処理のために、電気Ｉ信号および電気Ｑ信号を受信機５３０に出力する。

特筆すべきことに、光受信機システムの通常の従来の実施態様とは異なって、導波路５１０は、お互いと交差せず、導波路５２０は、お互いと交差しない。たとえば、従来のコヒーレント受信機は、通常、同相チャネルおよび直角位相チャネルのためにそれぞれ１つのＡＷＧを有して設計される。これらのチャネルが、偏光ダイバースである場合に、従来の受信機は、通常、同相チャネルおよび直角位相チャネルのそれぞれの偏光チャネルごとに１つを含む、４つのＡＷＧを使用する。ＡＷＧの出力が、プレーナ型導波路によってハイブリッド・ミキサに結合される時に、導波路は、通常、交差し、たとえば、導波路によって伝えられる光信号の間の漏話をもたらす。

そのような従来の設計実践とは異なって、ｄｅｍｕｘ１１０の出力での信号成分およびＬＯ成分の順序付けのおかげで、ｄｅｍｕｘ１１０とミキサ１７０ｈとの間またはミキサ１７０ｈと平衡検波器１８０ｈとの間で、導波路交差は不要である。交差の不在は、たとえば信号成分の間の漏話の減少または除去によって、導波路交差を含むシステムに対する相対的な改善された性能をもたらすと期待される。

図７に移ると、たとえば光デバイスを形成する方法７００が提示されている。方法７００のステップは、たとえば図１〜６で、本明細書で前に説明された要素を参照して、限定なしに説明される。方法７００のステップを、図示の順序とは別の順序で実行することができ、いくつかの実施形態では、完全に省略することができる。

ステップ７１０では、第１入力ポートおよび隣接する第２入力ポート、たとえばポートｉ８およびｉ８’を有するＡＷＧデマルチプレクサ、たとえばｄｅｍｕｘ１１０が、形成される。ステップ７２０では、第１入力ポートを、第１ＷＤＭデータ担持信号、たとえば信号１４０ｘを受け取るように構成する。ステップ７３０では、第２入力ポートを、第１ＷＤＭ ＬＯ信号、たとえば信号１３５ｘを受け取るように構成する。第１入力ポートおよび第２入力ポートは、ＷＤＭデータ担持信号の個々のチャネルが、出力ポートの第１セット、たとえばポートｏ５〜ｏ８にルーティングされ、ＷＤＭ ＬＯ信号の個々のチャネルが、出力ポートの第２セット、たとえばｏ５’〜ｏ８’にルーティングされ、第１セットおよび第２セットがインターリーブされるように、配置される。

上で説明した実施形態では、第１ＷＤＭデータ担持信号および第１ＷＤＭ ＬＯ信号は、第１偏光を有することができる。その場合に、形成は、ＡＷＧデマルチプレクサの第３入力ポートおよび隣接する第４入力ポート、たとえばポートｉ４およびｉ４’を形成することを含むことができる。そのような実施形態では、この方法は、さらに、第３入力ポートが、第２偏光を有する第２ＷＤＭデータ担持信号を受け取るように構成されるステップ７４０を含むことができる。ステップ７５０では、第４入力ポートを、第２偏光を有する第２ＷＤＭ ＬＯ信号を受け取るように構成することができる。第３入力ポートおよび第４入力ポートは、第２ＷＤＭデータ担持信号の個々のチャネルが出力ポートの第３セットにルーティングされ、第２ＷＤＭ ＬＯ信号の個々のチャネルが出力ポートの第４セットにルーティングされ、第３セットおよび第４セットがインターリーブされるように、配置することができる。

上で説明した実施形態のいずれにおいても、この方法は、複数の光学ミキサ、たとえばミキサ１７０が形成されるステップ７６０を含むことができる。各ミキサを、単一のＷＤＭチャネルおよび対応する単一のＬＯチャネルをＡＷＧデマルチプレクサから受け取るように構成することができる。そのような実施形態では、この方法は、さらに、複数の平衡検波器、たとえば検波器１８０が形成されるステップ７７０を含むことができる。各平衡検波器を、交差しない導波路を介して光学ミキサの対応する１つの出力を受け取るように構成することができる。

上で説明した実施形態のいずれにおいても、方法７００は、ＷＤＭ ＬＯ信号ソース、たとえばソース１５０が第２入力ポートに結合されるステップ７８０を含むことができる。ＷＤＭ ＬＯ信号は、ＷＤＭデータ担持信号のチャネル間隔とほぼ等しいチャネル間隔を有することができる。

上で説明した実施形態のいくつかでは、方法７００は、偏光ビーム・スプリッタ、たとえばＰＢＳ １２０が形成されるステップ７９０を含むことができる。ビーム・スプリッタを、偏光ダイバースＷＤＭデータ担持信号の第１および第２の偏光を分離し、第１ＷＤＭデータ担持信号を第１入力ポートに供給し、第２ＷＤＭデータ担持信号を第３入力ポートに供給するように構成することができる。

上で説明した実施形態のいくつかでは、方法７００は、偏光ビーム・スプリッタ、たとえばＰＢＳ １３０が形成されるステップ７９５を含む。ビーム・スプリッタを、偏光ダイバースＷＤＭ ＬＯ信号の第１および第２の偏光成分を分離し、第１偏光成分を第２入力ポートに供給し、第２偏光成分を第４入力ポートに供給するように構成することができる。

上で説明した実施形態のいずれにおいても、ＡＷＧデマルチプレクサを、データ信号コムのチャネル間隔の約半分であるチャネル間隔を有するように構成することができる。上で説明した実施形態のいずれにおいても、ＡＷＧデマルチプレクサと、ＡＷＧデマルチプレクサに接続された入力導波路および出力導波路とを、平坦なシリカ層から形成することができる。上で説明した実施形態のいくつかでは、第１入力ポートおよび第２入力ポートを、隣接するポートとすることができ、第３入力ポートおよび第４入力ポートを、隣接するポートとすることができ、第２入力ポートおよび第３入力ポートを、複数の未使用の入力ポートによって分離することができる。

本開示が関係する当業者は、他のおよびさらなる追加、削除、置換、および変更を、説明された実施形態に対して行うことができることを了解するであろう。

Claims (19)

1. 第１波長分割多重（ＷＤＭ）データ担持信号を受け取るように構成されたアレイ導波路格子（ＡＷＧ）デマルチプレクサの第１入力ポートと、
   前記第１入力ポートに隣接し、第１ＷＤＭ局所発振器（ＬＯ）信号を受け取るように構成された第２入力ポートであって、
   前記第１入力ポートおよび前記第２入力ポートは、前記ＷＤＭデータ担持信号の個々のチャネルを前記ＡＷＧの出力ポートの第１セットに、前記ＷＤＭ ＬＯ信号の個々のチャネルを前記ＡＷＧの出力ポートの第２セットに装置がルーティングできるように配置され、前記ＡＷＧの出力ポートの前記第１セットおよび前記第２セットは、お互いにインターリーブされる、第２入力ポートと、
   前記ＡＷＧデマルチプレクサの前記出力ポートから、前記ＷＤＭチャネルのうちの単一のチャネルおよび前記ＬＯチャネルのうちの対応する単一のチャネルを各ミキサが受け取るように構成される、複数の光学ミキサと、
   交差しない導波路を介して前記光学ミキサの対応する１つから出力を受け取るように各平衡検波器が構成される、複数の平衡検波器と
   を含む装置。
2. 前記第１ＷＤＭデータ担持信号および前記第１ＷＤＭ ＬＯ信号は、第１偏光を有し、前記装置は、
   第２偏光を有する第２ＷＤＭデータ担持信号を受け取るように構成された前記ＡＷＧデマルチプレクサの第３入力ポートと、
   前記第３入力ポートに隣接し、前記第２偏光を有する第２ＷＤＭ ＬＯ信号を受け取るように構成された、第４入力ポートと
   をさらに含み、前記第３入力ポートおよび前記第４入力ポートは、前記第２ＷＤＭデータ担持信号の個々のチャネルが出力ポートの第３セットにルーティングされ、前記第２ＷＤＭ ＬＯ信号の個々のチャネルが出力ポートの第４セットにルーティングされるように配置され、前記第３セットおよび前記第４セットは、インターリーブされる
   請求項１に記載の装置。
3. 前記ＡＷＧデマルチプレクサは、データ信号コムのチャネル間隔の約半分であるチャネル間隔を有するように構成される、請求項１に記載の装置。
4. （取り消し）
5. 前記ミキサのそれぞれは、交差しない導波路を介して前記ＡＷＧデマルチプレクサから前記単一のＷＤＭチャネルのうちの１つを受け取る、請求項１に記載の装置。
6. 前記ＡＷＧデマルチプレクサと、前記ＡＷＧデマルチプレクサに接続された入力導波路および出力導波路とは、平坦なシリカ層から形成される、請求項１に記載の装置。
7. 前記ＷＤＭ ＬＯ信号を提供するように構成された光学ソースをさらに含み、前記ＷＤＭ ＬＯ信号は、前記ＷＤＭデータ担持信号のチャネル間隔とほぼ等しいチャネル間隔を有する、請求項１に記載の装置。
8. 偏光ダイバースＷＤＭデータ担持信号の前記第１偏光および前記第２偏光を分離し、前記ＷＤＭデータ担持信号の前記第１偏光を前記第１入力ポートに提供し、前記ＷＤＭデータ担持信号の前記第２偏光を前記第３入力ポートに提供するように構成された偏光ビーム・スプリッタをさらに含む、請求項２に記載の装置。
9. 偏光ダイバースＷＤＭ ＬＯ信号の前記第１偏光および前記第２偏光を分離し、前記ＷＤＭ ＬＯ信号の前記第１偏光を前記第２入力ポートに提供し、前記ＷＤＭ ＬＯ信号の前記第２偏光を前記第４入力ポートに提供するように構成された偏光ビーム・スプリッタをさらに含む、請求項２に記載の装置。
10. 前記第１入力隣接ポートおよび前記第２入力隣接ポート、前記第３入力隣接ポートおよび前記第４入力隣接ポート、ならびに前記第２入力ポートおよび前記第３入力ポートは、複数の未使用入力ポートによって分離される、請求項２に記載の装置。
11. 第１入力ポートおよび隣接する第２入力ポートを有するアレイ導波路格子（ＡＷＧ）デマルチプレクサを形成するステップと、第１波長分割多重（ＷＤＭ）データ担持信号を受け取るように前記第１入力ポートを構成するステップと、
    第１ＷＤＭ局所発振器（ＬＯ）信号を受け取るように前記第２入力ポートを構成するステップであって、
    前記第１入力ポートおよび前記第２入力ポートは、前記ＷＤＭデータ担持信号の個々のチャネルが前記ＡＷＧの出力ポートの第１セットにルーティングされ、前記ＷＤＭ ＬＯ信号の個々のチャネルが前記ＡＷＧの出力ポートの第２セットにルーティングされるように配置され、前記ＡＷＧの出力ポートの前記第１セットおよび前記第２セットは、お互いにインターリーブされる
    構成するステップと、
    複数の光学ミキサを形成するステップであって、各ミキサは、前記ＡＷＧデマルチプレクサから前記ＷＤＭチャネルのうちの単一のチャネルおよび前記ＬＯチャネルのうちの対応する単一のチャネルを受け取るように構成される、形成するステップと、
    複数の平衡検波器を形成するステップであって、各平衡検波器は、交差しない導波路を介して前記光学ミキサの対応する１つから出力を受け取るように構成される、形成するステップと
    を含む方法。
12. 前記第１ＷＤＭデータ担持信号および前記第１ＷＤＭ ＬＯ信号は、第１偏光を有し、形成する前記ステップは、前記ＡＷＧデマルチプレクサの第３入力ポートおよび隣接する第４入力ポートを形成するステップを含み、前記方法は、
    第２偏光を有する第２ＷＤＭデータ担持信号を受け取るように前記第３入力ポートを構成するステップと、
    前記第２偏光を有する第２ＷＤＭ ＬＯ信号を受け取るように、前記第３入力ポートに隣接する前記第４入力ポートを構成するステップと
    をさらに含み、前記第３入力ポートおよび前記第４入力ポートは、前記第２ＷＤＭデータ担持信号の個々のチャネルが出力ポートの第３セットにルーティングされ、前記第２ＷＤＭ ＬＯ信号の個々のチャネルが出力ポートの第４セットにルーティングされるように配置され、前記第３セットおよび前記第４セットは、インターリーブされる
    請求項１１に記載の方法。
13. 前記ＡＷＧデマルチプレクサは、データ信号コムのチャネル間隔の約半分であるチャネル間隔を有するように構成される、請求項１１に記載の方法。
14. 前記ミキサのそれぞれは、交差しない導波路を介して前記ＡＷＧデマルチプレクサから前記単一のＷＤＭチャネルのうちの１つを受け取る、請求項１１に記載の方法。
15. 前記ＡＷＧデマルチプレクサと、前記ＡＷＧデマルチプレクサに接続された入力導波路および出力導波路とは、平坦なシリカ層から形成される、請求項１１に記載の方法。
16. ＷＤＭ ＬＯ信号ソースを前記第２入力ポートに結合するステップをさらに含み、前記ＷＤＭ ＬＯ信号は、前記ＷＤＭデータ担持信号のチャネル間隔とほぼ等しいチャネル間隔を有する、請求項１１に記載の方法。
17. 偏光ダイバースＷＤＭデータ担持信号の前記第１偏光および前記第２偏光を分離し、前記ＷＤＭデータ担持信号の前記第１偏光を前記第１入力ポートに提供し、前記ＷＤＭデータ担持信号の前記第２偏光を前記第３入力ポートに提供するように構成された偏光ビーム・スプリッタを形成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
18. 偏光ダイバースＷＤＭ ＬＯ信号の前記第１偏光および前記第２偏光を分離し、前記ＷＤＭ ＬＯ信号の前記第１偏光を前記第２入力ポートに提供し、前記ＷＤＭ ＬＯ信号の前記第２偏光を前記第４入力ポートに提供するように構成された偏光ビーム・スプリッタを形成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
19. 前記第１入力隣接ポートおよび前記第２入力隣接ポート、前記第３入力隣接ポートおよび前記第４入力隣接ポート、ならびに前記第２入力ポートおよび前記第３入力ポートは、複数の未使用入力ポートによって分離される、請求項１２に記載の方法。

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