JP3556187B2 - 波長可変分波器及び波長可変合波器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は光ネットワークシステムのアドドロップに用いられ、光信号から任意の波長の光を分波する波長可変分波器及び任意の波長の光を合波する波長可変分波器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光通信システムにおいて光多重分割,伝送技術の進展に伴い多様で柔軟で光伝送システムが要求されている。光伝送システムにおいては、任意のノードで波長多重された光信号から所望の波長の光を取り出し、又は所望の波長の光を加えて波長多重光として伝送することが求められる。
【0003】
図10は従来の4チャンネルの光アドドロップ装置の構成を示している。本図において波長多重光は光分波器101に加えられ、多重化された波長λ1 〜λn から所望の波長、例えばλ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 が分波される。分波された波長の光は光スイッチ102a〜102dに夫々入射される。光スイッチ102a〜102dには新たに変調された波長λ1 〜λ4 の信号も同時に入射される。光スイッチ102a〜102dは2つの入力、2つの出力端を有しており、外部からの制御信号に基づいて光分波器で分波された信号と新たに変調されたλ1 〜λ4 の信号とを選択して、2つの出力端より出力する。光スイッチ102a〜102dの夫々の出力は光可変アッテネータ103a〜103d及び分波器104a〜104dを介して合波器105に与えられる。分波器104a〜104dは光可変アッテネータ103a〜103dの出力の一部を抽出してモニタ106に出力する。そしてモニタ106にて光可変アッテネータからの出力を調整することにより、波長強度を夫々同一となるように設定するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の光分波器では、選択される波長はあらかじめλ1 〜λ4 に固定されている。従ってチャンネル数が数十又は数百と増加していき、その中で任意の波長を選択するためには、それだけのチャンネル数の光を合波又は分波する必要がある。従って任意のチャンネルを選択したい場合には、一旦全てのチャンネルを分解し、その中から必要なチャンネルを選択する必要があった。そのため伝送システムの規模が増大し、伝送損失が増加するといったデメリットを生じる。大規模なマトリックスでの光クロスコネクト以外の通常の伝送ノードでは、ルーティングやアドドロップするために数チャンネル分の光信号を選択できれば十分であり、従来のように固定された波長でなく、多数のチャンネルから任意の波長を選択できることが望まれている。
【0005】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであって、波長多重分割光伝送システムにおいて、伝送ノード等で用いられ、任意の波長を選択することができる波長可変分波器及び波長可変合波器を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項1の発明は、所定の方向に沿って入射位置に応じて透過波長成分を連続的に変化する光フィルタと、前記光フィルタに対して所定の方向から波長多重光を入射させる投光手段と、前記投光手段と同一の光軸上に配置され、前記光フィルタを透過した透過光を受光する第1の受光手段と、前記光フィルタを透過波長の分布方向に移動させる移動手段と、選択すべき波長に応じて前記移動手段を制御する制御手段と、前記光フィルタからの反射光を再び反射し、前記フィルタの同一波長特性の位置に該反射光と平行に入射させる第1の折り返し反射手段と、前記第1の折り返し反射手段により反射され、再び前記光フィルタで反射された反射光を受光する第2の受光手段と、を具備することを特徴とするものである。
【0009】
本願の請求項2の発明は、請求項1の波長可変分波器において、反射部と該反射部を移動させる駆動部を含んで構成され、該反射部の位置を可変することによって前記投光手段から前記光フィルタへの入射位置と前記投光手段からの光を該反射部に入射させる位置とを切換える可動型のスイッチ手段と、前記スイッチ手段によって反射された光を再び反射し、該反射光と平行に前記スイッチ手段の反射部に入射させる第2の折り返し反射手段と、を具備し、前記制御手段は、選択波長の変更時に前記スイッチ手段を入射光の遮光位置に移動し、前記移動手段によって前記所定の波長特性位置に前記光フィルタを移動し、所定の波長が選択された後に前記スイッチ手段を入射位置に移動することを特徴とするものである。
【0010】
本願の請求項3の発明は、請求項1又は2の波長可変分波器において、前記光フィルタは、透過波長λに対してλ/4の光学厚さを有する低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に多重に積層して構成され、透過波長λが基板の所定方向に対して変化するように夫々の層の光学膜厚を変化させた波長可変型の干渉光フィルタであることを特徴とするものである。
【0012】
本願の請求項4の発明は、所定の方向に沿って入射位置に応じて透過波長成分を連続的に変化する光フィルタと、前記光フィルタに対して所定の方向から所定の波長の光を入射させる第1の投光手段と、前記第1の投光手段より前記光フィルタに入射される光と同一の波長特性を有する位置に向けて前記所定の波長を除く波長多重光を入光する第2の投光手段と、前記第2の投光手段より照射され、前記光フィルタからの反射光を再び反射し、前記第1の投光手段より前記フィルタに入射した光の透過光を出射する位置に該反射光と平行に入射させる第1の折り返し反射手段と、前記第1の投光手段と同一の光軸上に配置され、前記第1の投光手段から出射されて前記光フィルタを透過した透過光及び前記第1の折り返し反射手段から出射されて前記光フィルタで反射された反射光を受光する受光手段と、前記光フィルタを透過波長の分布方向に移動させる移動手段と、前記第1の投光手段より出射する波長に応じて前記移動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とするものである。
【0013】
本願の請求項5の発明は、請求項4の波長可変合波器において、反射部と該反射部を移動させる駆動部を含んで構成され、該反射部の位置を可変することによって前記第2の投光手段から前記光フィルタへの入射位置と前記第2の投光手段からの光を反射部に入射させる位置とを切換える可動型のスイッチ手段と、前記スイッチ手段によって反射された光を再び反射し、該反射光と平行に前記スイッチ手段の反射部に入射させる第2の折り返し反射手段と、を具備し、前記制御手段は、選択波長の変更時に前記スイッチ手段を入射光の遮光位置に移動し、前記移動手段によって光フィルタを所定の波長特性位置に前記光フィルタを移動し、所定の波長が選択された後に前記スイッチ手段を入射位置に移動することを特徴とするものである。
【0014】
本願の請求項6の発明は、請求項4又は5の波長可変合波器において、前記光フィルタは、透過波長λに対してλ/4の光学厚さを有する低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に多重に積層して構成され、透過波長λが基板の所定方向に対して変化するように夫々の層の光学膜厚を変化させた波長可変型の干渉光フィルタであることを特徴とするものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の第1の実施の形態による波長合分波器の概略構成を示す図である。本図において波長多重された信号光の入射用の光ファイバ11がコリメータレンズ12に接続される。コリメータレンズ12は入射光を所定幅の平行光ビームに変換するものであって、その光軸上に受光用のコリメータレンズ13が設けられ、それにコリメータレンズ13で集光した光を入射する光ファイバ14が接続されている。コリメータレンズ12,13の間には入射光がその面に対して垂直からわずかに傾くように、波長可変型の干渉光フィルタ15が配置される。
【0016】
本実施の形態で用いられる波長可変型の干渉光フィルタ15は、例えば長方形状の基板の面にその長手方向に沿って波長の透過特性が連続的に変化するようにした波長可変型の干渉光フィルタである。この干渉光フィルタは基板面上に光学膜厚が連続的に変化するように高屈折率誘電体薄膜、例えばTa2 O5 (屈折率nH =2.1)と低屈折率誘電体薄膜、例えばSiO2 (屈折率nL =1.45)を交互に積層してなる誘電体多層膜を形成したものである。誘電体多層膜はイオンビームスパッタ法、イオンアシスト蒸着法、イオンプレーティング法等により、ガラス基板上に交互に形成する。ここで高屈折率誘電体薄膜及び低屈折率誘電体薄膜の膜厚dH ,dL は夫々dH =λ/4nH 及びdL =λ/4nL とする。λはバンドパスフィルタの透過波長である。そして光学膜厚4nH ・dH ,4nL ・dL を基板の長手方向に沿って連続的に変化させるようにすれば、透過波長を連続的に変化させることができる。図2はこの干渉光フィルタ15の長手方向の位置に対する波長の選択特性を示している。
【0017】
この干渉光フィルタ15から反射した光を受光する位置にコリメータレンズ16を配置し、このコリメータレンズ16に光ファイバ17を接続する。光フィルタ15はその面に沿って波長が変化する方向(X軸)に自在に移動できるようにリニアスライダ18上に配置される。リニアスライダ18はモータを含む移動手段19に接続され、図中X軸方向に移動自在に構成される。制御手段20Aは移動手段19を介して光フィルタ15を所定の位置に移動させることによって、光フィルタ15への入射位置を変化させ、入射光からの波長を選択するものである。
【0018】
さて図3(a)に示すように、入射用の光ファイバ11に多重されている波長多重光の波長をλ1 〜λn とする。そして図1(a)に示す光フィルタ15の所定の位置S1ではこの波長多重光のうちλ1 のみを選択できる特性とする。この位置では図3(b),(c)に示すように、出射用光ファイバ14からはλ1 のみが得られ、反射用光ファイバ17にはλ1 を除くλ2 〜λn の波長多重光が得られることとなる。図3(b),(c)に示す破線は位置S1での干渉光フィルタ15の透過特性及び反射特性を示している。従ってその透過のピークを波長λ1 となるように設定すれば、波長多重光から波長λ1 の光信号のみが選択的に取り出せる。
【0019】
他の波長λj の光信号を選択する場合には、制御手段20Aを介して移動手段19を動作させ、光フィルタ15を位置S2に移動させる。こうすれば図3(d),(e)に示すように、出射用の光ファイバ14からはそれに対応した波長λj の光が得られ、反射用光ファイバ17からはλj を除く波長多重光が得られることとなる。このように制御手段20Aを介して光フィルタ15を移動させることで、任意の波長の光信号をドロップさせることができる。
【0020】
尚光フィルタ15は基板に誘電体多層膜が積層されているため、その膜厚が変化すればその入射位置に応じて反射光が得られる位置がわずかに変化する。これによって反射光の受光効率が光フィルタの位置によってわずかに変動する。従ってこれを避けるためには、波長可変型光フィルタの膜厚でなく、屈折率nH ,nL を連続的に変化させることによって波長特性を変化させることが考えられる。
【0021】
次に本発明の第2の実施の形態について図4,図5を用いて説明する。第2の実施の形態において第1の実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この実施の形態では図4に示すように、干渉光フィルタ15より得られる反射光の光軸L3をわずかに位置をずらせて光軸L4によって再び干渉光フィルタ15の同一の波長特性を有する位置に反射させる第1の折り返し用の反射手段、例えばプリズム21を設ける。図4(b)は光フィルタ15上の入射光の光軸L1、反射光の光軸L4を示している。光フィルタ15の波長特性は図中X軸方向にのみ変化し、Y軸方向には変化しないので、2つの光軸の光に対し同一波長特性を有する。
【0022】
この実施の形態においても投光用光ファイバ11からの光はコリメータレンズ12,光軸L1を介して光フィルタ15を通過し、光軸L2から出射用光ファイバ14に入射する。又選択されていない波長の光は光軸L3を介してプリズム21に反射され、光軸L4によって再び光フィルタ15に入射し、光軸L5を介して出射用光ファイバ17で出射される。このプリズム21を設けることによって波長多重光を光フィルタ15で2回反射させるため、図5に示すように反射特性を曲線Aから曲線Bとすることができ、不要な信号成分をより確実に阻止することができる。このため主信号線路に残ってしまう信号の阻止量を2倍とすることができる。従って主信号線路に新たな信号を加えたときに残留光が残っていることに伴う信号のクロストークを抑制することができ、波長多重光伝送システムの誤り率を低減することができる。
【0023】
この実施の形態では第1の実施の形態と同様に1つの干渉光フィルタ15を用いているが、同一の特性を有する2枚の光フィルタ15をリニアスライダ18上に並列に配置し、その波長選択特性を一致させるように配置してもよい。こうすれば透過光も2枚の干渉フィルタを透過するため、透過光の波長選択特性も向上させることができる。
【0024】
次に本発明の第3の実施の形態について図6〜図8を用いて説明する。この実施の形態においても第1,第2の実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この実施の形態では図6に示すように、同一の特性を有する光フィルタ15a,15bを図示のようにリニアスライダ18上に並列に配置し、その光学特性を一致させるように配置している。この実施の形態では図7に示すように光スイッチ22を設ける。光スイッチ22はアクチュエータ等の駆動部22aと反射部であるプリズム22bによって構成されている。そして駆動部22aを駆動することによって入射光の光軸L1を遮光できる位置と遮光しない位置とに移動自在とする。この光スイッチ22で入射光を遮光したときには、入射光はプリズム22bによって反射され、反射した光は光軸L6に沿ってX軸方向に反射される。光軸L6上にはわずかに位置をずらせて再び反射し、このプリズム22bに入射させるための第2の折り返し用反射手段、例えばプリズム23が設けられる。第2の折り返し用反射手段であるプリズム23は光をずらせて反射することにより、入射光L6と平行な反射光L7を光スイッチ22に導くものである。又この実施の形態においては、リニアスライダ18にその位置を正確に検出するための位置検出手段25、例えばリニアエンコーダやポテンショメータ等を設ける。その出力信号は制御手段20Bに入力され、この信号に基づいてリニアスライダ18の位置が制御される。制御手段20Bは波長を変化させるときにあらかじめ光スイッチ22を駆動すると共に、リニアスライダ18を駆動してフィルタを所定の波長特性の位置になるように移動し、移動が完了した後、光スイッチ22を元の位置に復帰させるものである。その他の構成は第2の実施の形態と同一である。尚光スイッチ22のプリズム22bは全反射型のミラーであってもよい。
【0025】
さてこの実施の形態の動作について図8を用いて説明する。図8では光フィルタ15a,15bをまとめて15として示している。図8(a)は第1のチャンネルλi を選択している状態の概略を示す斜視図である。この状態では、第2の実施の形態と同様に、入射光が光ファイバ11,コリメータレンズ12を介して光フィルタ15a,15bに入射する。そして選択された波長λi の光が光軸L2を介してコリメータレンズ13を介して光ファイバ14より出射される。又光フィルタ15aで反射した光は光軸L3を通って折り返し反射用のプリズム21で反射し、光軸L4を通って図4(b)と同様に反射光を光フィルタ15aの波長特性と同一特性を有する異なった位置に入射させる。この反射光がコリメータレンズ16を介して出射用の光ファイバ17より出射される。
【0026】
さて波長をλi からλj に変化させるときには、制御手段20Bに選択波長を設定する。制御手段20Bはその入力があれば図8(b)に示すように光スイッチ22を動作させ、光軸L1、即ちコリメータレンズ12と光フィルタ15aの光軸を遮る位置に移動させる。このため入射光は光スイッチ22のプリズム22bにて反射され、光軸L6より第2の折り返し反射用のプリズム23に導かれる。プリズム23は反射光をわずかに位置をずらせて光軸L7より反射光を光スイッチ22に戻す。光スイッチ22のプリズム22bで再び反射された光が光軸L5及びコリメータレンズ16を介して光ファイバ17より出射される。従って全ての波長λ1 〜λn はそのまま反射されることとなる。
【0027】
その後図8(c)に示すように、光フィルタ15a,15bをその波長変化方向に沿って移動させる。制御手段20Bは移動位置を検出することによって、所望の波長λj を選択する特性が得られる位置S2にまで移動させる。この位置に達すると図8(d)に示すように、光スイッチ22のプリズムミラー22bを元の位置に復帰させる。こうすれば最初の状態と同様にして波長λj の光信号が透過し、その他の光が反射されることとなる。
【0028】
この実施の形態では光フィルタを移動させる間には光を遮光して光フィルタに入射しないようにしているため、移動中にλi からλj までの間の不要な波長の光が順次出射用光ファイバ14に得られることがなくなる。従って光多重伝送システムにおいて波長を切り換える際に選択波長の移動に伴う不要な妨害を防止することができる。
【0029】
尚ここで用いられる光スイッチは図9に示すように、光をその内部に導くプリズム型の光スイッチ24であってもよい。又第1,第2の折り返し反射手段のいずれで反射される場合も、その光学的な距離を等しくするようにしておけば、スイッチの透過と反射に伴う光行路の変動を防止することができる。
【0030】
さてここで入射用光ファイバ11と出射用の光ファイバ14,17とを逆転させ、光ファイバ14を波長λi の入射用として用い、光ファイバ17を波長λi を除く波長多重光を入射する入射用として用いた場合には、同一の光学系で波長多重光に所望の波長を加える波長合波を実現することができる。この場合には光ファイバ11に波長λi を含む全ての波長が多重された信号が得られることとなる。
【0031】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本願の請求項1〜3の発明によれば、任意の波長の光を波長多重光から分波することができる。このため使用の用途に応じて柔軟な波長多重伝送システムを構成することが可能となる。又請求項2の発明によれば、波長を移動させている間にその間を連続して透過する波長がなくなるため、波長の移動に伴う不要な干渉を防止することができる。又本願の請求項4〜6の発明によれば、波長多重光に更に他の波長を多重するように合波することができる。従って使用の用途に応じて柔軟な波長多重伝送システムを構成することができる。又請求項5の発明によれば、波長を変化させている間にはその間を連続して透過する波長がなくなるため、波長の変化に伴う不要な干渉を防止することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による波長可変分波器の構成を示す概略図である。
【図2】この実施の形態による光の入射位置と透過波長との関係を示す斜視図である。
【図3】この実施の形態による入射光の波長スペクトルとその透過、反射特性を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態による波長可変分波器の構成を示す斜視図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態による波長可変分波器の波長選択特性を示す図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態による波長可変分波器の構成を示す側面図である。
【図7】本発明の第3の実施の形態による波長可変分波器の構成を示す上面図である。
【図8】本実施の形態による波長変更時の動作を示す斜視図である。
【図9】第3の実施の形態による光スイッチの他の例を示す概略図である。
【図10】従来の波長可変合分波器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
11,14,17 光ファイバ
12,13,16 コリメータレンズ
15,15a,15b 光フィルタ
18 リニアスライダ
19,22a 駆動部
20A,20B 制御手段
21,22b プリズム
22 光スイッチ
23 プリズム
Claims (6)
- 所定の方向に沿って入射位置に応じて透過波長成分を連続的に変化する光フィルタと、
前記光フィルタに対して所定の方向から波長多重光を入射させる投光手段と、
前記投光手段と同一の光軸上に配置され、前記光フィルタを透過した透過光を受光する第1の受光手段と、
前記光フィルタを透過波長の分布方向に移動させる移動手段と、
選択すべき波長に応じて前記移動手段を制御する制御手段と、
前記光フィルタからの反射光を再び反射し、前記フィルタの同一波長特性の位置に該反射光と平行に入射させる第1の折り返し反射手段と、
前記第1の折り返し反射手段により反射され、再び前記光フィルタで反射された反射光を受光する第2受光手段と、を具備することを特徴とする波長可変分波器。 - 反射部と該反射部を移動させる駆動部を含んで構成され、該反射部の位置を可変することによって前記投光手段から前記光フィルタへの入射位置と前記投光手段からの光を該反射部に入射させる位置とを切換える可動型のスイッチ手段と、
前記スイッチ手段によって反射された光を再び反射し、該反射光と平行に前記スイッチ手段の反射部に入射させる第2の折り返し反射手段と、を具備し、
前記制御手段は、選択波長の変更時に前記スイッチ手段を入射光の遮光位置に移動し、前記移動手段によって前記所定の波長特性位置に前記光フィルタを移動し、所定の波長が選択された後に前記スイッチ手段を入射位置に移動するものであることを特徴とする請求項1記載の波長可変分波器。 - 前記光フィルタは、透過波長λに対してλ/4の光学厚さを有する低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に多重に積層して構成され、透過波長λが基板の所定方向に対して変化するように夫々の層の光学膜厚を変化させた波長可変型の干渉光フィルタであることを特徴とする請求項1又は2記載の波長可変分波器。
- 所定の方向に沿って入射位置に応じて透過波長成分を連続的に変化する光フィルタと、
前記光フィルタに対して所定の方向から所定の波長の光を入射させる第1の投光手段と、
前記第1の投光手段より前記光フィルタに入射される光と同一の波長特性を有する位置に向けて前記所定の波長を除く波長多重光を入光する第2の投光手段と、
前記第2の投光手段より照射され、前記光フィルタからの反射光を再び反射し、前記第1の投光手段より前記フィルタに入射した光の透過光を出射する位置に該反射光と平行に入射させる第1の折り返し反射手段と、
前記第1の投光手段と同一の光軸上に配置され、前記第1の投光手段から出射されて前記光フィルタを透過した透過光及び前記第1の折り返し反射手段から出射されて前記光フィルタで反射された反射光を受光する受光手段と、
前記光フィルタを透過波長の分布方向に移動させる移動手段と、
前記第1の投光手段より出射する波長に応じて前記移動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする波長可変合波器。 - 反射部と該反射部を移動させる駆動部を含んで構成され、該反射部の位置を可変することによって前記第2の投光手段から前記光フィルタへの入射位置と前記第2の投光手段からの光を反射部に入射させる位置とを切換える可動型のスイッチ手段と、
前記スイッチ手段によって反射された光を再び反射し、該反射光と平行に前記スイッチ手段の反射部に入射させる第2の折り返し反射手段と、を具備し、
前記制御手段は、選択波長の変更時に前記スイッチ手段を入射光の遮光位置に移動し、前記移動手段によって光フィルタを所定の波長特性位置に前記光フィルタを移動し、所定の波長が選択された後に前記スイッチ手段を入射位置に移動するものであることを特徴とする請求項4記載の波長可変合波器。 - 前記光フィルタは、透過波長λに対してλ/4の光学厚さを有する低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に多重に積層して構成され、透過波長λが基板の所定方向に対して変化するように夫々の層の光学膜厚を変化させた波長可変型の干渉光フィルタであることを特徴とする請求項4又は5記載の波長可変合波器。
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