JP3651876B2 - 波長多重光信号の合分波方式 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は光導波路回折格子型の光合分波器(以下、AWG型の光合分波器または回路ということもある。)を使用する波長多重光信号の合分波方式の改良に関する。特に、AWG型の光合分波器を使用する波長多重光信号の合分波方式に使用可能な波長帯域を拡張して、リンク系(幹線系)は勿論、アクセス系(加入者系)においても、各チャンネルを構成するそれぞれの光ファイバ等の光信号伝送路の利用効率を向上するとゝもに、AWG型の光合分波器を使用する波長多重光信号の合分波方式を構成する装置をユニット化することを可能にし、さらに、そのAWG型の光合分波波方式に使用する装置の大量生産対応性を向上し、さらには、特にアクセス系(加入者系)において、チャンネル数の増加に当たり、既存設備を廃棄することなく、若干の器具の追加をもって、チャンネル数の増加を可能にする改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
光を信号媒体として使用してなす通信方式においては、各加入者等の送信端からの信号をもって、1310nm帯域、1550nm帯域等の光搬送波を変調して伝送することゝされているが、光ファイバ等の光信号伝送路の利用効率を向上するため波長多重変調方式が使用されることが一般である。光を信号媒体として使用してなす通信方式においては、理論的には、光ファイバ等の光信号伝送路の1本毎に10000チャンネル程度を乗せる波長多重変調方式とすることが可能である筈であるが、現在の技術水準においては、クロストークを避けるために、各チャンネル相互間に約0.4nm以上の波長間隔を設ける必要があるので、光信号伝送路の1本当たりのチャンネル数をそれ程多くすることはできない。それでも、光ファイバ等の光信号伝送路の1本毎に乗せるチャンネル数を、幹線伝送路においてはできるだけ多くして、できれば数千チャンネル程度にすることが望ましい。そして、通信需要の少ない支線伝送路においては、光ファイバ等の光信号伝送路の1本毎に乗せるチャンネル数を、1000チャンネル、100チャンネルのように、次第に小さくすることが望ましい。この概念を実現するため、光波長多重変調方式においては、光合分波器が必須である。光ファイバ等の光信号伝送路の数そのものを、幹線伝送路においては多くしておき、支線伝送路においては次第に少なくしておくことは当然であるが、それに加えて、支線伝送路においては光ファイバ等の光信号伝送路の1本毎に乗せる波長帯域をある範囲に限定しておき、幹線伝送路においては、それらの波長帯域の全てを使用するようにすることができるからである。
【0003】
伝統的な光合分波回路としては、方向性結合器と、マッハツエンダ干渉型光合分波回路と、干渉膜フィルタ型光合分波回路とが知られている。干渉膜フィルタ型光合分波回路には、ある範囲の波長帯域を一括してパスまたはストップする、所謂、バンドパスフィルタ型のものもあるが、方向性結合器とマッハツエンダ干渉型光合分波回路とは、いずれも、ある波長をもってパス波長域とストップ波長域とに分割する、所謂、ハイパスフィルタまたはローパスフィルタ型のものである。いずれにせよ、これらの光合分波回路は、連続する短い波長間隔をもって隔てられる複数の波長すなわち複数のチャンネルよりなる多重波を、それぞれの単一波長すなわちそれぞれの単一チャンネルに合分波することはできない。ところが、連続する短い波長間隔をもって隔てられる複数の波長すなわち複数のチャンネルよりなる多重波を、それぞれの単一波長すなわちそれぞれの単一チャンネルに合分波することが可能な光導波路回折格子型合分波器(上記したとおり、AWG型の光合分波器または回路ということもある。)が開発されて、光波長多重変調方式を広く実用することが可能になった。
【0004】
こゝで、上記の従来技術に係る方向性結合器と、マッハツエンダ干渉型光合分波回路と、干渉膜フィルタ型光合分波回路と、AWG型の光合分波回路とを、それぞれ、図面を参照して、概説する。
【0005】
図3・図4参照
まず、方向性結合器は、10μm以下の距離相互に離隔して配置されておりそれぞれ独立して動作する二つの光導波路が相互に50μm程度以上の距離(光導波路にそう距離であり、本明細書においては、結合長と言う。)接近している領域(本明細書においては結合点と言う。)を有すると、その接近している領域(結合点)において、一方の光導波路を伝播している二つの異なる波長の波の一つが、他方の光導波路に移転するという性質を利用したものである。図はその1例を示すが、図3は平面図であり、図4はそのA-A断面図である。図において、1はシリコン基板であり、2はSiO2よりなる下部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。3はゲルマニュウムがドープされたSiO2よりなり、屈折率がSiO2の屈折率より大きなコア層であり、光導波路の本体をなす。4はSiO2よりなる上部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。図において、矢印Bの方向に左から波長多重波が入射されると、C点(結合点)において、分波され、それぞれの単一波長の光が、矢印D・Eの方向に射出される。
【0006】
図5・図6参照
次に、マッハツエンダ干渉型光合分波回路は、上記の方向性結合器において、光導波路の一部が相互に接近している領域(結合点)が2箇所あり、それらの結合点の長さすなわち結合長がいくらか短く、それらの結合点が相互に離隔する領域(本明細書においては、光路長差付与部と言う。)の長さが10mm程度ある場合、特に、光路長差付与部に電圧が印加されて、その中を流れる光の位相が他方の光導波路の中を流れる光の位相と一致しない場合、一方の光導波路を伝播している二つの異なる波長の光の一方が、高精度に他方の光導波路に移転するという性質を利用したものである。図はその1例を示すが、図5は平面図であり、図6はそのF-F断面図である。図において、1はシリコン基板であり、2はSiO2よりなる下部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。3はゲルマニュウムがドープされたSiO2よりなり、屈折率がSiO2の屈折率より大きなコア層であり、光導波路の本体をなす。4はSiO2よりなる上部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。図において、その長さ(結合長)がいくらか短くされている結合点はCとGとの2箇所あり、それらの結合点C・Gが相互に離隔する領域(光路長差付与部)の長さは10mm程度である。そして、矢印Hの方向に左から波長多重波が入射されると、結合点Cにおいて、波長多重波の1部は他方の光導波路に移り、位相が一方の光導波路を流れる波の位相と位相差をもって結合点Gに至り、こゝで、合波された後、再度高精度に分波されて、それぞれの単一波長の光が、矢印J・Kの方向に射出される。
【0007】
図7・図8参照
第3に、干渉膜フィルタ型の光合分波回路は、例えば、TiO2膜とSiO2膜との積層体よりなる誘電体干渉膜が有する光の選択的透過能を利用したものである。図はその1例を示すが、図7は平面図であり、図8はそのL-L断面図である。図において、1はシリコン基板であり、2はSiO2よりなる下部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。3はゲルマニュウムがドープされたSiO2よりなり、屈折率がSiO2の屈折率より大きなコア層であり、光導波路の本体をなす。4はSiO2よりなる上部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。5が光の選択的透過能を有する誘電体干渉膜であり、例えば、厚さが0.17μmのTiO2膜10層と厚さが0.27μmのSiO2膜10層との積層体よりなる誘電体干渉膜であり、光が通る光導波路に垂直に配置される必要があるので、従来、光導波路に垂直の方向にシリコン基板面に溝を穿ち、この溝にインプラントする方式で製造されている。図において、矢印Mの方向に左から波長多重波が入射されると、誘電体干渉膜5において、波長多重波の一部が反射して分波され、一部は矢印Nの方向に射出され、他の一部は矢印Pの方向に射出される。
【0008】
図13・図14参照
第4に、AWG型の光合分波器または回路は、波長多重波に、それぞれ長さの異なるAWG型の光導波路群のそれぞれを通過させると、その出力端において、それぞれのAWG型の光導波路を通る多重波毎に位相に差が生ずることになり、このそれぞれ位相差を有する複数の波長多重波のそれぞれは、出力側スラブの入力端に、それぞれ隣接する別個の位置に並んで入射されることになる。そして、このそれぞれ位相差を有する波長多重波を、この出力側スラブの互に曲率が異なり対向する二つの曲面の一方に入射すると、このそれぞれ位相差を有する波長多重波のそれぞれは相互に干渉して各単一波長の光に分波され、各単一波長の光が、他方の曲面上のそれぞれ隣接する位置に並んで射出されることになるという光分波能と、その逆の方向に光を通過させると発現する合波能とを利用したものである。図はその1例を示すが、図13は平面図であり、図14はそのQ-Q断面図(光路に沿う断面図)である。図において、1はシリコン基板であり、2はSiO2よりなる下部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。3はゲルマニュウムがドープされたSiO2よりなり、屈折率がSiO2の屈折率より大きなコア層であり、光導波路の本体をなす。4はSiO2よりなる上部クラッド層であり、光閉じ込め機能を有する。6は、点Rから波長多重光を入射させ点Sに射出する1本の入射用光導波路である。7は入射側と射出側とが相互に対向しておりそれぞれ二つの特定の曲面を有し(この例においては、光信号は、1本の入射用光導波路を介して入射するので、入射側には、曲面は必須ではない。)、平面図が概ね扇形をなす部材であり、当業界においては入射側スラブ導波路と呼ばれている。この入射側スラブ導波路7の入射点Sに波長多重波が入射されると、入射点Sを起点として放射状に広がり、対向する面T上に同時に射出されることになる。8はそれぞれ特定の長さづゝ異なる長さを有する複数の導波路であり、当業界においてはAWG導波路と呼ばれている。曲面T上に同時に射出された波長多重波は、AWG導波路8のそれぞれの中に同時に入射する。そして、それぞれのAWG導波路8中を通る波長多重波は、それぞれのAWG導波路8中において位相差が与えられて、曲面U上のそれぞれ隣接する位置に、概ね同時に射出される。9は入射側と射出側とが相互に対向しておりそれぞれ特定の曲面を有し平面図が概ね逆扇形をなす部材であり、当業界においては、射出側スラブ導波路と呼ばれている。この射出側スラブ導波路9の入射側曲面Uに入射した波長多重波(相互に位相差を有する複数の波長多重波)は、この射出側スラブ導波路9において、相互に干渉して、分波され、複数の単一波長の光として、射出曲面V上の相互に隣接するそれぞれ異なる位置に射出される。このようにして、分波機能が發現される。10は複数の単一波長の光をそれぞれの射出ポートWに導く射出用光導波路である。
【0009】
【発明が解決する課題】
上記のとおり、AWG型の光合分波器は、連続する短い波長間隔をもって隔てられる複数の波長の光(複数のチャンネル)をそれぞれの単一波長の光(チャンネル)に合分波することが可能であるが、その構造的制約から、合分波できる波長(チャンネル)の数はそれ程大きくはなく、最大でも100程度であるという欠点がある。換言すれば、AWG導波路を構成する複数の光導波路の本数に本来的制限はない筈であるが、事実上、スラブ導波路の大きさを無限に大きくはできないから、AWG型の光合分波器が合分波できる波長の光(チャンネル)の数はそれ程大きくはない。そのため、現在の技術水準において、単一のAWG型の光合分波器に許容される波長の光(チャンネル)の数は30〜60程度であり、加入者系においては大きな問題はないが、リンク系(局相互間系等幹線系)に広く使用するには、なお、改良の余地がある。AWG型の光合分波器が合分波しうるチャンネルの数を増加すれば、光ファイバ等の光信号伝送路の1本毎に乗せるチャンネル数は増加することになり、光ファイバ等の光信号伝送路の1本毎に乗せるチャンネル数が多くなれば、光ファイバ等の光信号伝送路の利用効率が向上するからである。ところで、リンク系(局相互間系等幹線系)においても、増設の簡易さ・容易さを考慮すると、AWG型の光合分波器の許容波長数(許容チャンネル数)を無限に増加することのみが、技術開発の目標とも言いきれないということも、明らかな事実である。すなわち、別の観点からは、光合分波回路のユニット化・大量生産対応性の増大等(AWG型の光合分波器と他の光フィルタ(方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型光合分波回路)とを結合回路とし、この結合回路を単一の基板上にモノリシックに形成してユニット化すること等)も、技術開発の目標として、充分有意義であることは明らかである。また、既存の設備の通信容量を増加する場合、既存の設備を廃棄することなく、若干の器具の追加で、既存の設備の通信容量を増加することも、有意義な改良である。この改良は、アクセス系(加入者系)において、特に有意義な改良である。
【0010】
本発明の目的は、AWG型の光合分波器または回路を使用する波長多重光信号の合分波方式において、その使用可能な波長帯域を拡張して、リンク系(幹線系)は勿論、アクセス系(加入者系)においても、各チャンネルを構成するそれぞれの光ファイバ等の光信号伝送路の利用効率を向上するとゝもに、AWG型の光合分波器と他の光フィルタ(方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型光合分波回路)とを結合回路とし、この結合回路を単一の基板上にモノリシックに形成してユニット化することゝして、AWG型の光合分波器または回路を使用する波長多重光信号の合分波方式を構成する装置をユニット化することを可能にし、さらに、そのAWG型の光合分波波方式を構成する装置の大量生産対応性を向上し、さらには、既存設備を廃棄することなく、若干の器具の追加をもって、チャンネル数の増加を可能にすることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、光フィルタ(ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器)とAWG型の光合分波器との組よりなるユニットの複数個を階層的に使用することゝし、多数の単一波長の光(チャンネル)を有する波長多重光信号を、先ず、第1段のユニットの光フィルタ(ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器)に入射して、その第1段ユニットのAWG型の光合分波器が受け入れることができるチャンネル数だけの光信号を透過させて、その第1段ユニットのAWG型の光合分波器に入射して、その中で、そのチャンネル数だけの光信号をそれぞれのチャンネルに分波し、残余のチャンネルの光信号は、一括、第2段のユニットの光フィルタに入射して、その第2段ユニットのAWG型の光合分波器が受け入れることができるチャンネル数だけの光信号を透過させて、その第2段ユニットのAWG型の光合分波器に入射して、その中で、そのチャンネル数だけの光信号をそれぞれのチャンネルに分波し、残余のチャンネルの光信号は、一括、第3段のユニットの光フィルタに入射するという階層的光合分波工程を、順次実行させるという技術思想によって達成される。
【0012】
より正確に表現すれば、本願発明に係る波長多重光信号の合分波方式は、複数のチャンネル例えば700〜2000nmの波長範囲であり3250チャンネルをなす波長多重光信号を入射され、特定の波長範囲例えば700〜750nmの波長範囲であり125チャンネルをなす複数の波長多重光信号と残余の波長多重光信号例えば750〜2000nmの波長範囲であり3125チャンネルをなす複数の波長多重光信号とに合分波する光フィルタ(ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器)と、前記の特定の波長範囲例えば700〜750nmの波長範囲であり125チャンネルをなす波長多重光信号を入射され、この複数の波長多重光信号例えば700〜750nmの波長範囲であり125チャンネルをなす波長多重光信号を、それぞれのチャンネルをなす125チャンネルの単一波長の光信号に合分波するAWG型の光合分波器と、前記の特定の波長範囲例えば700〜750nmの波長範囲であり125チャンネルをなす波長多重光信号を除く残余のチャンネル例えば750〜2000nmの波長範囲であり3125チャンネルをなす複数の波長多重光信号を射出する分岐ポートとよりなる第1段ユニット(各ユニットは、AWG型の光合分波器と他の光フィルタ(方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型光合分波回路)とを結合回路とし、この結合回路を単一の基板上にモノリシックに形成したユニットである。)と、この第1段ユニットと同様な構成を有し、第1段ユニットが分岐する特定の波長範囲例えば750〜2000nmの波長範囲であり3125チャンネルをなす複数の波長多重光信号を入射されて、第1段ユニットと同様に動作する第2段ユニットと、同様な第3段ユニット、第4段ユニット、・・・と複数のユニットが階層的構成をなしており、入射される波長多重光信号を、各段のユニットにおいて、逐次、分波することゝされている波長多重光信号の合分波方式である。
【0013】
こゝで、前記の光フィルタには、ハイパスフィルタ型光合分波器またはローパスフィルタ型光合分波回路とする場合は、方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型の光合分波回路を使用することができ、バンドパスフィルタ型光合分波器とする場合は、干渉膜フィルタ型の光合分波回路を使用すればよい。
【0014】
さらに、前記のユニットは、半導体装置を製造する技術を使用して、1枚の基板上にモノリシックに形成することができ、その場合は、大量生産対応大生性が向上する。
【0015】
また、本発明に係るユニットは、単一のユニットでも機能することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の三つの実施の形態に係る波長多重光信号の合分波方式の構成とその振る舞いとその製造方法とを説明する。
【0017】
第1実施例
図1参照
光信号の光源は半導体レーザであり、半導体レーザの発振波長は、その半導体レーザの活性層を構成する半導体の禁制帯幅(Eg)によって決まる基礎吸収端波長の近傍に存在するので、半導体レーザの活性層の材料(GaAs系、AlGaAs系、InP系、GaInP系、AlGaInP系、HgCdTe系等)の選択と混晶比の選択とによって、可視光範囲を含み紫外光領域から赤外光領域に及ぶ広い波長範囲であるが、光信号伝送媒体である光ファイバの伝送効率(光透過率)を考慮すると、実用上使用可能な波長範囲は700〜2000nmである。そこで、本実施例において使用する波長範囲は700〜2000nmとし、各チャンネル相互間の波長間隔は0.4nmとし、使用チャンネル数は3250チャンネルとする。図1は、本実施例に係る波長多重光信号の合分波方式の全体構成を示す。図において、11は第1段ユニットをなす光合分波回路であり、第1段AWG型光合分波器111と、第1段光フィルタ(ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器を使用しうるが、本実施例においては、ハイパスフィルタ型光合分波器である。)112と、と入力導波路113と、結合導波路114と、出力導波路115と、分岐導波路116とをもって構成される。そして、入力導波路113には、波長範囲が700〜2000nmである3250チャンネルの光信号が入射される。第1段光フィルタ(ハイパスフィルタ型光合分波器)112により、波長範囲が700〜750nmの125チャンネルの光信号が結合導波路114を介して第1段AWG型光合分波器111に入射され、こゝで、各チャンネル毎に分波され、125個の出力導波路115を介して射出される。一方、波長範囲が750〜2000nmである3125チャンネルの光信号は分岐導波路116を介して第2段ユニットをなす光合分波回路12に入射される。そして、この第2段ユニットをなす光合分波回路12が、上記と同様に動作して、波長範囲が750〜800nmである125チャンネルの光信号は、各チャンネル毎に分波される。一方、波長範囲が800〜2000nmである3000チャンネルの光信号は第3段ユニットをなす光合分波回路13に入射される。このようにして、26段の各段光合分波回路において、3250チャンネルが各チャンネル毎に分波されることになる。こゝで、各段の光フィルタは、上記のとおり、ハイパスフィルタ型光合分波器またはローパスフィルタ型光合分波回路とする場合は、方向性結合器でもマッハツエンダ干渉型光合分波回路でも干渉膜フィルタ型光合分波回路でも使用でき、バンドパスフィルタ型光合分波器とする場合は、干渉膜フィルタ型光合分波回路が使用できる。
【0018】
図2参照
次に、各段のユニット11、12、13、・・・の構成を説明する。第1段光合分波回路11を例として説明すると、111はAWG型光合分波器であり、112は光フィルタ(方向性結合器でもマッハツエンダ干渉型光合分波回路でも干渉膜フィルタハ干渉型光合分波回路でもよい。)であり、113は1本の光ファイバよりなる1本の入力導波路であり、114は1本の光ファイバよりなる1本の結合導波路であり、115は125本の光ファイバが平面的に集合されている集合型出力導波路であり、116は1本の光ファイバよりなる1本の分岐導波路であり、いずれも、プラスチック基板11上に接着されている。
【0019】
ところで、AWG型光合分波器111は、シリコン基板上に形成されている、1本のプレーナ型入力導波路1111と、1個の入力側スラブ導波路1112と、複数本(本数に意味はない。)のAWG型光合分波器1113と、1個の出力側スラブ導波路1114と、125本のプレーナ型出力導波路1115とよりなる。AWG型光合分波器111を構成する部材は、図13・図14に示した従来技術の場合と同様に、いずれも、シリコン基板上に形成されたSiO2層よりなる下部クラッド層の上に形成されたゲルマニュウムがドープされたSiO2よりなり屈折率がSiO2の屈折率より大きなコア層と、その上に形成されたSiO2よりなる上部クラッド層とよりなり、全ての光導波路は接続点を介さずに連続している。したがって、これを製造するには、図13・図14を参照して説明した従来技術の場合と同様に、シリコン基板上にSiO2層よりなる下部クラッド層を形成し、その上にゲルマニュウムがドープされたSiO2よりなり屈折率がSiO2の屈折率より大きなSiO層を形成し、このゲルマニュウムがドープされたSiO2層を図2に示す形状(プレーナ型入力導波路1111と、入力側スラブ導波路1112と、AWG型光合分波器1113と、出力側スラブ導波路1114と、プレーナ型出力導波路1115とが、接続点を介することなく連続して一体とされている形状)にパターニングし、その上にSiO2よりなる上部クラッド層を形成すればよい。従来技術の記載において上記してあるように、AWG型の光合分波器または回路は、波長多重波を、それぞれ長さの異なるAWG型の光導波路群1113のそれぞれに流すと、その出力端において、それぞれのAWG型の光導波路1113を通る多重波毎に位相に差が生ずることになり、このそれぞれ位相差を有する複数の波長多重波のそれぞれは、出力側スラブ1114の入力端のそれぞれ隣接する別個の位置に並んで入射されることになるから、このそれぞれ位相差を有する波長多重波を、この出力側スラブ1114の互に曲率が異なり対向する二つの曲面の一方に入射すると、このそれぞれ位相差を有する波長多重波のそれぞれは相互に干渉して各単一波長の光に分波され、各単一波長の光が、他方の曲面上のそれぞれ隣接する位置に並んで射出されることになるという光分波能を利用したものであるから、入力側スラブ導波路1112は入射側ポートと射出側ポートとが相互に対向しており、射出側ポートが特定の曲面を有し平面図が概ね扇形をなす部材である。そして、AWG型光合分波器1113は、それぞれ特定の長さづゝ異なる長さを有する複数の光導波路であり、出力側スラブ導波路1114は入射側と射出側とが相互に対向しておりそれぞれ特定の曲面を有し平面図が概ね逆扇形をなす部材である。こゝで、AWG型光合分波器111の振る舞いに就いて述べる。プレーナ型入力導波路1111を介して入射側スラブ導波路1112に波長多重光が入射されると、入射側スラブ導波路1112の対向する面上に広がって射出されることになり、その侭、AWG導波路1113のそれぞれの中に入射し、AWG導波路1113のそれぞれの中で、位相差を与えられた後、出力側スラブ導波路1115の中に射出し、この出力側スラブ導波路1115の内において、相互に干渉して分波され、125本のプレーナ型出力導波路1115を介して、それぞれ別々の光ファイバ115に射出される。
【0020】
第1段光フィルタ112には、上記のとおり、方向性結合器でもマッハツエンダ干渉型光合分波回路でも干渉膜フィルタ型光合分波回路でも使用できる。但し、バンドパスフィルタ型光合分波回路の場合は、干渉膜フィルタ型光合分波回路に限られる。
【0021】
図3・図4再参照
第1段フィルタ112として、方向性結合器を使用する場合について説明する。方向性結合器は、10μm以下の距離相互に離隔して配置されており、それぞれ独立して動作する二つの光導波路が相互に50μm程度以上の距離(光導波路にそう距離であり、結合長と言う。)接近していると、その接近している領域において、一方の光導波路を伝播している複数の異なる波長の波の一部が、他方の光導波路に移転するという性質を利用したものであるから、シリコン基板1上にSiO2よりなる下部クラッド層2を形成し、その上に、ゲルマニュウムがドープされたSiO2よりなり屈折率がSiO2の屈折率より大きなコア層3を形成し、図示すようにパターニングした後、SiO2よりなる上部クラッド層4を形成すれば製造できる。図において、矢印Bの方向に左から多重波が入射されると、C点(結合点)において、分波され、それぞれが、矢印D・Eの方向に射出される。
【0022】
図5・図6再参照
第1段光フィルタ112として、マッハツエンダ干渉型光合分波回路を使用する場合について説明する。マッハツエンダ干渉型光合分波回路の構造は、上記の方向性結合器において、光導波路の一部が相互に接近している領域(結合点)を2箇所としたものであるから、シリコン基板1上にSiO2よりなる下部クラッド層2を形成し、その上に、ゲルマニュウムがドープされたSiO2よりなり屈折率がSiO2の屈折率より大きなコア層3を形成し、図示すようにパターニングし、SiO2よりなる上部クラッド層4を形成すれば製造できる。図において、矢印Hの方向に左から多重波が入射されると、C点(結合点)とG点とにおいて、分波され、それぞれが、矢印J・Kの方向に射出される。
【0023】
図7・図8再参照
第1段光フィルタ112として、干渉膜フィルタ型の光合分波回路を使用する場合について説明する。干渉膜フィルタ型の光合分波回路は、例えば、TiO2膜とSiO2膜との積層体よりなる誘電体干渉膜が有する光の選択的透過能を利用したものであるから、図7(平面図)・図8(図7のL-L断面図)において、シリコン基板1上にSiO2よりなる下部クラッド層2を形成し、その上にゲルマニュウムがドープされたSiO2よりなり屈折率がSiO2の屈折率より大きなSiO2よりなるコア層3を形成し、図示すようにパターニングし、SiO2よりなる上部クラッド層4を形成した後、誘電体干渉膜は光導波路に垂直に配置される必要があるので、光導波路に垂直の方向にシリコン基板面に、例えば、溝等を穿ち、その溝を使用して、例えば、厚さが0.17μmのTiO2膜10層と厚さが0.27μmのSiO2膜10層との積層体よりなる干渉膜を、図示するように、コア層3に垂直にインプラントする方式で製造できる。図において、矢印Mの方向に左から多重波が入射されると、干渉膜5において、多重波の一部が反射して分波され、一部は矢印Nの方向に射出され、他の一部は矢印Pの方向に射出される。
【0024】
1本の入力導波路で113と、1本の結合導波路114と、125本の集合型出力導波路115と、1本の分岐導波路116とは、光ファイバまたは光ファイバが平面的に集合されている集合型光ファイバであり、いずれも、プラスチック基板の上に接着される。
【0025】
第2実施例
図9・図10・図11参照
本実施例は、全体構成(図9に示す。)の技術思想は、第1例と全く同一であるが、各段の合分波ユニット21、22、23、・・・は、図示するように、1枚のシリコン基板21の上に、モノリシックに形成されている。図10は、第1段合分波ユニット21の平面図であり、図11はそのX-X断面図である。図において、211(破線をもって示す。)はAWG型光合分波回路であり、212(破線をもって示す。)は光フィルタであり、ハイパスフィルタ型光合分波器またはローパスフィルタ型光合分波回路の場合は、方向性結合器でもマッハツエンダ干渉型光合分波回路でも干渉膜フィルタ型光合分波回路でもよく、バンドパスフィルタ型光合分波回路の場合は、干渉膜フィルタ型光合分波回路が使用できる。213は1本のプレーナ型入力導波路であり、214は1本のプレーナ型結合導波路であり、215は125本のプレーナ型出力導波路であり、216は1本のプレーナ型分岐導波路であり、シリコン基板21の上に、モノリシックに形成されている。これを製造するには、シリコン基板1上にSiO2よりなる下部クラッド層2を形成し、その上に、ゲルマニュウムがドープされたSiO2よりなり屈折率がSiO2の屈折率より大きなコア層3を形成し、図示すようにパターニングし、SiO2よりなる上部クラッド層4を形成すればよい。このようにすれば、これらの光導波路の全ては、接続点を介することなく連続した一体の光導波路となる。唯、光フィルタ212として、干渉膜フィルタ型光合分波回路を使用する場合は、誘電体干渉膜を光導波路に垂直に設ける必要があるので、誘電体干渉膜を重力を使用して垂下させながら、治具を使用して誘導する等して、誘電体干渉膜を光導波路に対して極めて正確に垂直に接着する必要がある。この実施例の振る舞いは、第1実施例の場合と全く同一である。
【0026】
第3実施例
図12参照
本実施例は、1310nm系加入者回線(4チャンネル回線)に、さらに、1550nmチャンネル1回線を増設する場合の例である。4チャンネル用のAWG型光合分波器が使用されることゝされているが、将来、これに1550nmの1チャンネル回線を増設しようとすると、既存の4チャンネル用のAWG型光合分波器を除去して、新たに、8チャンネル用のAWG型光合分波器を設けなければならず、甚だ不経済である。本実施例は、この欠点を解消したものであり、図示するように、既存の4チャンネル用のAWG型光合分波器311の前段に、光フィルタ(方向性結合器でもマッハツエンダ干渉型光合分波回路でも干渉膜フィルタハ干渉型光合分波回路でも使用できるが、1550nmチャンネル1回線の増設であるから、ローパスフィルタ型光合分波回路である。)312を追加すればよい。図において、311はは既存の4チャンネル用のAWG型光合分波器であり、3111は1本の入力導波路であり、3112は入力側スラブ導波路であり、3113は複数本(本数に意味はない。)よりなるAWG導波路であり、3114は4チャンネル用の出力側スラブ導波路であり、3115は4本の光ファイバが平面的に集合されている集合型出力導波路であり、プラスチック等の基板311の上に接着されている。312が本実施例の要旨に係る光フィルタであるが、上記のとおり、方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型光合分波回路よりなるローパスフィルタ型光合分波回路であり、プラスチック等の基板311の上に接着されている。なお、313は1本の入力導波路であり、314は結合用光導波路であり、既存の4チャンネル用のAWG型光合分波器311の入力導波路3111に接続する。315は4本の光ファイバよりなる出力側導波路であり、316は1本の光ファイバよりなる分岐用導波路である。
【0027】
光フィルタ312に、1310nm系4チャンネルと1550nmチャンネル1回線とを入力すると、1310nm系4チャンネルは、方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型光合分波回路を透過して、既存の4チャンネル用のAWG型光合分波器311の入力導波路3111に入射するが、1550nmチャンネル1回線は、方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型光合分波回路よりなる光フィルタ312において反射して、1本の光ファイバよりなる分岐用導波路316を介して、1550nmチャンネルの光受信モジュウル(図示せず。)に射出される。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本願発明に係る波長多重光信号の合分波方式においては、光フィルタ(ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器)とAWG型の光合分波器との結合回路よりなるユニット(各ユニットは、前記の結合回路を単一の基板上にモノリシックに形成したユニットである。)の複数個を階層的に使用することゝし、多数の単一波長の光(チャンネル)を有する波長多重光信号を、先ず、第1段のユニットの光フィルタ(ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器)に入射して、その第1段ユニットのAWG型の光合分波器が受け入れることができるチャンネル数だけの光信号を透過させて、その第1段ユニットのAWG型の光合分波器に入射して、その中で、そのチャンネル数だけの光信号をそれぞれのチャンネルに分波し、残余のチャンネルの光信号は、一括、第2段のユニットの光フィルタに入射して、その第2段ユニットのAWG型の光合分波器が受け入れることができるチャンネル数だけの光信号を透過させて、その第2段ユニットのAWG型の光合分波器に入射して、その中で、そのチャンネル数だけの光信号をそれぞれのチャンネルに分波し、残余のチャンネルの光信号は、一括、第3段のユニットの光フィルタに入射するという階層的合分波工程を、順次実行させることゝされているので、その使用可能な波長帯域を拡張するとゝもに、光フィルタ(ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器)とAWG型の光合分波器とが結合回路とされているので、本発明に係るAWG型の光合分波器または回路を使用する波長多重光信号の合分波方式を構成する装置をユニット化することにより製造コストを低減し、取り扱いを容易にし、さらに、そのAWG型の光合分波波方式を構成する装置の大量生産対応性を向上し、さらには、既存設備の増設に当たり、既存設備を廃棄することなく、若干の器具の追加をもって、チャンネル数の増加を可能にすることができる。しかも、光フィルタ(ハイパスフィルタ型光合分波器、ローパスフィルタ型光合分波回路、または、バンドパスフィルタ型光合分波器)とAWG型の光合分波器と の結合回路の形成には、複雑な回路構成を必要としないという実用的利益や各部材を温度制御する等の特殊の条件を必要としないという実用的利益も特筆するべき実用的利益である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の第1実施例に係る波長多重光信号の合分波方式の全体構成図である。
【図2】本願発明の第1実施例に係る波長多重光信号の合分波方式の構成要素である各段ユニット(第1段ユニット)の平面図である。
【図3】方向性結合器よりなる光フィルタの平面図である。
【図4】方向性結合器よりなる光フィルタの断面図(図3のA-A断面図)である。
【図5】マッハツエンダ干渉型光合分波回路の平面図である。
【図6】マッハツエンダ干渉型光合分波回路の断面図(図5のF−F断面図)である。
【図7】干渉膜フィルタ型の光合分波回路の平面図である。
【図8】干渉膜フィルタ型の光合分波回路の断面図(図7のL−L断面図)である。
【図9】本願発明の第2実施例に係る波長多重光信号の合分波方式の全体構成図である。
【図10】本願発明の第2実施例に係る波長多重光信号の合分波方式の構成要素である各段ユニット(第1段ユニット)の平面図である。
【図11】本願発明の第2実施例に係る波長多重光信号の合分波方式の構成要素である各段ユニット(第1段ユニット)の断面図(図10のX−X断面図)である。
【図12】本願発明の第3実施例に係る波長多重光信号の合分波方式の全体構成図である。
【図13】AWG型の光合分波器または回路の平面図である。
【図14】AWG型の光合分波器または回路の断面図(図13のQ−Q断面図)である。
【符号の説明】
1 シリコン基板
2 下部クラッド層
3 コア層
4 上部クラッド層
5 誘電体干渉膜
6 入射用光導波路
7 入射側スラブ導波路
8 AWG導波路
9 射出側スラブ導波路
10 射出用光導波路
11 第1段ユニット
12 第2段ユニット
13 第3段ユニット
111 第1段AWG光合分波器
112 第1段光フィルタ(図1においては、ハイパスフィルタ型光合分波器)
113 入力導波路
114 結合導波路
115 出力導波路
116 分岐導波路
1111プレーナ型入力導波路
1112入力側スラブ導波路
1113AWG型光合分波器
1114出力側スラブ導波路
1115プレーナ型出力導波路
21 第1段ユニット
22 第2段ユニット
23 第3段ユニット
211 AWG型光合分波器
212 光フィルタ
213 プレーナ型入力導波路
214 プレーナ型結合導波路
215 プレーナ型出力導波路
216 プレーナ型分岐導波路
31 ユニット
311 AWG型光合分波器
312 光フィルタ
Claims (4)
- 複数のチャンネルをなす波長多重光信号を入射され、特定の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号と残余の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号とに合分波する機能を有し、方向性結合器、マッハツエンダ干渉型光合分波回路、または、干渉膜フィルタ型光合分波回路よりなる光フィルタと
前記特定の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号を入射され、該複数の波長多重光信号を、それぞれのチャンネルをなす単一波長の光信号に合分波する機能を有し石英よりなる光導波路からなる光導波路回折格子型の光合分波器と
前記特定の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号を除く前記残余の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号を射出する分岐ポートと
よりなる結合回路が単一の基板上にモノリシックに形成されてなるユニットの複数
よりなり、
前記ユニットの一つの分岐ポートに他の一つのユニットの入射ポートが、光ファイバよりなる1本の分岐導波路を介して接続され、前記ユニットの一つが分岐する波長多重光信号が前記他の一つのユニットに入射される波長多重光信号とされて、前記ユニットの複数が階層的構成をなしてなる
ことを特徴とする波長多重光信号の合分波方式。 - 前記残余の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号の波長範囲は、前記特定の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号の波長範囲より長い波長の波長範囲である
ことを特徴とする請求項1記載の多重光信号の合分波方式。 - 前記残余の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号の波長範囲は、前記特定の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号の波長範囲より短い波長の波長範囲である
ことを特徴とする請求項1記載の多重光信号の合分波方式。 - 前記特定の波長範囲のチャンネルをなす複数の波長多重光信号の波長範囲は、前記入射される複数のチャンネルをなす波長多重光信号の波長範囲の末端を除く波長範囲である
ことを特徴とする請求項1記載の多重光信号の合分波方式。
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