JP3686088B2 - 少なくとも１つのブラッグ格子構造体を含む波長選択光デバイス - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は波長選択光デバイスに関し、より詳細には、光ネットワークにおける光伝送チャンネルを多重化／多重分離するためのデバイス、例えば追加／解除マルチプレクサに関する。
発明の背景
当技術分野では、ネットワーク内に存在する光ファイバーの容量を増すための多数の異なる方法が知られている。１つの方法として、光ネットワークにおける光ファイバー上で利用可能なバンド幅を利用できる程度を改善するために、波長分割多重化（ＷＤＭ）を使用する技術がある。しかしながら、この技術は光ネットワーク内でいわゆる異なる光搬送波波長にある伝送チャンネルを多重化し、多重分離できる手段を設けなければならない。
いわゆるバスネットワークまたはリングネットワークに特に関連するあるタイプの多重化とは、追加／解除多重化、すなわち上記搬送波波長に配置された１つ以上の、いわゆる情報チャンネルを情報の流れから解除したり、それに追加したりする方法である。
発明の概要
光伝送システムの容量を異なる多数の方法で増加できることは公知である。例えば波長多重化では、情報の流れを得るために伝送チャンネルを異なる搬送波波長で多重化したり、多重分離する。
追加／解除チャンネルの双方および伝送チャンネルに関し電力損失が大きいことがこれら公知の技術で生じる１つの問題である。
他の問題は、チャンネル間のクロストークのレベルを許容できるレベルに維持することである。本発明は、少なくとも１つのＭＭＩ構造体、少なくとも１つのブラッグ格子、および外部光デバイスまたは光ファイバーへ接続するための少なくとも２つのいわゆるアクセス導波路とを含む、光デバイスによりこれら問題を解決せんとするものである。
上記ＭＭＩ（マルチモード干渉）構造体は、前記ＭＭＩ構造体の入力端の１つにおける光強度分布を、このＭＭＩ構造体のすべての出力端に結像することができる。従って、光を分割するのにＭＭＩ構造体を使用できる。本発明ではＭＭＩ導波路の長さは１：１の結像が得られるように選択される。すなわち最適なケースではＭＭＩ導波路の設けられた第１のアクセス導波路から入射するすべての光が、前記第１のアクセス導波路に対し、反対側に配置された第２のアクセス導波路上に合焦される。このＭＭＩ構造体に関するより基本的な理論は、ドイツ特許明細書第2506272号およびＬ・Ｂ・ソルダーノ氏およびＥ・Ｃ・Ｍ・ペニング氏による論文、「自己結像に基づく光マルチモード干渉デバイス：原理および応用」、ジャーナル・オブ・ライトウェーブテクノロジー、第１３（４）巻、第６１５〜６２７ページ、１９９５年に記載されている。
ブラッグ格子は光をフィルタリングするのに使用されており、このフィルタリングプロセスは所定の波長の光を格子に通過させながら、他の波長の光を反射できるようにするものである。ある種の波長選択ミラーを構成するのにブラッグ格子を使用できる。所定の波長の反射は種々の異なる方法で行うことができるが、導波路内でいわゆる材料の屈折率を周期的に変えることによって反射を行う方法が、これら方法のうちで一般的な方法である。
本発明のデバイスは、いわゆる位相制御要素も含むことができ、この位相制御要素は、導波路内でいわゆる光波長に影響する。このような影響は導波路に外部信号を印加することによって行われる。
前記位相制御を行う１つの方法は、導波路内の有効屈折率を変えるような電界を導波路に作用させる方法である。
導波路が熱変化を受けるようにすることによってもこの位相制御を行うことができる。
導波路における屈折率を永続的に変える１つの方法は、導波路に紫外光を照射する方法である。この方法は通常、導波路ＵＶ書き込み方法と称されている。この技術は周期的な反射率変化を生じさせる、いわゆるＵＶ書き込みを行うのに最も多く使用されている。また、この技術は調節またはトリミング用にも使用できる。
上記フィルタリング方法および導波路において位相制御を行う方法は、単に例示にすぎず、よって本発明に関し、説明していない方法を利用することを排除するものではない。
本発明はブラッグ格子が配置されたＭＭＩ構造体を含む。このブラッグ格子はＭＭＩ構造体の中心に配置することが好ましく、ＭＭＩ構造体上にはアクセス導波路が設けられる。光デバイスが機能するには、これらアクセス導波路をＭＭＩ構造体に設置することが極めて重要である。本発明は、一方のＭＭＩ構造体を備えた実施例および他方のブラッグ格子を備えたアクセス導波路を備えた実施例を含む多数の異なる実施例により、上記問題を解決するものである。
よって本発明の課題は、公知の技術と比較してパワー損失が少なく、異なる伝送チャンネル間のチャンネルクロストークが少なく、パワー変化が少ない光デバイスを提供することにある。
本発明によって得られる１つの利点は、公知のデバイスよりもデバイスがよりコンパクトとなることである。
別の利点は本発明の光デバイスを比較的安価に製造できることである。
以下、本発明の好ましい実施例および添付図面を参照して、本発明についてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係わる波長選択光デバイスの実施例を示す。
図２は、本発明の波長選択光デバイスの別の実施例を示す。
図３は、本発明の波長選択光デバイスの更に別の実施例を示す。
図４は、本発明の波長選択光デバイスの更に別の実施例を示す。
図５は、本発明の波長選択光デバイスの更に別の実施例を示す。
図６は、本発明の波長選択光デバイスの更に別の実施例を示す。
好ましい実施例の詳細な説明
図１は、本発明の波長選択光デバイスの一実施例を示す。この波長選択光デバイスは、ブラッグ格子５０と、ＭＭＩ導波路とを含む。ブラッグ格子５０はその中心線がＭＭＩ導波路の中心線と一致するように、ＭＭＩ導波路内に配置できる。図１から明らかなように、このブラッグ格子はＭＭＩ導波路の短辺側からＬ／２＋Ｌｐｈｃの距離（ここでＬｐｈｃはＭＭＩ導波路の中心からの変位量を示す）に配置することもできる。ブラッグ格子はＭＭＩ導波路の中心からオフセットされており、モードに依存した位相シフトを補償するようになっているが、オフセットしない場合、この位相シフトによってデバイスが機能しなくなる。このブラッグ格子はＬＢＧと表示させる所定の幅を有し、ＭＭＩ導波路は図１でＬと表示された所定の長さを有する。
ＭＭＩ導波路の短辺にはいわゆるアクセス導波路１、２、３、４を設けいることができ、図１の実施例は４つのアクセス導波路、すなわち各短辺に２つのアクセス導波路を含む。このアクセス導波路の数は波長選択光デバイスが使用される用途に応じ、実施例ごとに変わり得る。図にはアクセス導波路の中心線１０、２０、３０および４０が示されている。図１ではＭＭＩ導波路の長辺からアクセス導波路の中心線１０までの距離がａと表示されている。更に図１ではＭＭＩ導波路の前記同じ長辺からアクセス導波路２の中心線２０までの距離がｂと表示されている。同様に、ＭＭＩ導波路の前記長辺から他のアクセス導波路３および４までの距離はそれぞれｃおよびｄを表示されている。距離ａとｃとは等しくてよく、距離ｂとｄも等しくてよい。距離ａ、ｂ、ｃ、ｄはＭＭＩ導波路の有効幅Ｗｅ、画像の数および当該ＭＭＩ導波路のタイプに応じて決まる。ピエール・Ａ・ベッセ外による論文「マルチモード干渉カプラーの最適なバンド幅および製造公差」、ジャーナル・オブ・ライトウェーブテクノロジー、第１２（４）巻、第１１０４〜１１０９ページ、１９９４年に、異なるＭＭＩ導波路の深遠な理論が記載されている。
ＭＭＩ導波路の有効幅Ｗｅは、波長λ、ＭＭＩ導波路内の屈折率のステップ幅、ＭＭＩ導波路の物理的幅および光の偏光に応じて決まる。
また、ＭＭＩ導波路の長さは前記導波路の有効幅Ｗｅと所望するパワーに応じて決まる。
図１の実施例ではアクセス導波路はそれらの自由端よりもＭＭＩ導波路への接続部のほうが広くなっている。このような構造は、通常テーパ付き構造を称す。このような構造の効果は直線状のアクセス導波路と比較して光の場が変化することである。この結果、アクセス導波路のエラー訂正に対するエラー公差が大きくなる。更に、この効果は低次のモードで大きく、ブラッグ格子は反射チャンネルに対し、モードに依存した位相シフトを生じさせるので、このことは有利である。
図示された波長選択光デバイスは位相制御要素も含むことができる。この位相制御要素は多数の異なる態様の１つに配列できる。本明細書の冒頭の発明の概略において、位相制御要素を配列する、想到できる多数の態様について説明しており、当業者には公知であるので、本明細書ではこれ以上詳細には説明しない。
図２は、本発明の波長選択光デバイスの別の実施例を示す。先に説明した実施例のように、図２の実施例はブラッグ格子５０と、ＭＭＩ導波路とを含む。ブラッグ格子の幅はＬＢｇと表示され、ＭＭＩ導波路を前記実施例の場合と同じようにＬと表示される。この実施例と第１実施例との違いは、ＭＭＩ導波路の形状にある。この導波路はアクセス導波路１、２、３および４と同様にテーパが付いており、ＭＭＩ導波路の長辺は、ＭＭＩ導波路の長手方向にあり、かつＭＭＩ導波路の長手方向の仮想中心線に直交するブラッグ格子の両側で、短い距離にわたって互いに平行となっている。ブラッグ格子に隣接するＭＭＩ導波路の幅は、Ｗ２と表示されている。ＭＭＩ導波路の短辺の幅はＷ１（ここでＷ１＜Ｗ２である）。
図２から明らかとなるように、ＭＭＩ導波路は長さＬ３を有する最終部分を含む。別の実施例では、長さＬ３はゼロに等しくてよく、この構造体はＭＭＩ導波路の幅Ｗ１からＷ２の間でテーパが付いている。このテーパ構造は直線状でも放物線状でも、または他のある形状でもよい。図示されたケースでは、テーパ構造の目的は伝搬モード間の差を減少し、かつこれと共に格子内の反射モードのいわゆる有効透過深さの差を減少することである。
ＭＭＩ導波路の短辺にはアクセス導波路１、２、４および４が配置されており、図２の実施例ではかかるアクセス導波路は各短辺に配置されている。前記実施例の表示と同じように、図にはアクセス導波路１、２、３および４のそれぞれの中心線１０、２０、３０および４０が示されている。短辺の一端からアクセス導波路１の中心線１０までの距離はａと表示されており、短辺の同じ端部からアクセス導波路２の中心線２０までの距離はｂと表示され、同様に、他のアクセス導波路の他の短辺までの距離はｃおよびｄと表示されている。距離ａとｃとは等しくてよく、距離ｂとｄも等しくてよい。先の実施例を参照して説明したように、ブラッグ格子はＭＭＩ導波路の中心に配置してもよいし、または前記中心から若干オフセットされてもよい。前記実施例を参照して説明したのと全く同じ理由から、すなわちモードに応じた位相シフトを補償するために、ブラッグ格子は導波路の中心からオフセットされている。
図３は、本発明の波長選択光デバイスの別の実施例を示す。この実施例と、第２実施例との唯一の差は多数のアクセス導波路に対し、いわゆる光路長さが長くなっていることである。図３の実施例では、導波路をＭＭＩ導波路の外側に突出する部分に配置することにより、アクセス導波路２および３に対し光路の長さを長くしている。これら外側に突出する部分の幅は、図３ではそれぞれｅおよびｆと表示されており、これらの距離ｅおよびｆは所望する結果に応じて等しくてもよいし、異なっていてもよい。当然ながら、光路長さを変えるＭＭＩ導波路上に設けられた所定の形態の手段の上にアクセス導波路のいずれかおよび前記導波路の１つ以上を配置することが可能である。所定のアクセス導波路の光路長さを変える目的は、モードに応じた位相シフトを補償することである。ＭＭＩ導波路の長さＬがいわゆるクロスモードに対応すると仮定した場合、ＭＭＩ導波路の長さを２Ｌに長くすることにより、いわゆるバーモードを得ることは可能である。この用語が意味するように、クロスモードとはＭＭＩ導波路の片側からの少なくとも１波長チャンネルがＭＭＩ導波路を通過して伝送され、信号を励起したアクセス導波路に対して横方向にオフセットされたＭＭＩ導波路の反対側のアクセス導波路に合焦されるようなモードを意味する。クロスモードの一例は、アクセス導波路１０から１波長のチャンネルが伝送され、アクセス導波路４０に合焦するような場合が挙げられる。バーモードとはＭＭＩ導波路の片側でアクセス導波路から１波長チャンネルが伝送され、前記ＭＭＩ導波路の反対側に配置された対応するアクセス導波路に合焦するモードを意味する。このバーモードの一例は、アクセス導波路１０から１波長チャンネルが伝送され、アクセス導波路３０に合焦するような場合である。
図４は、本発明の波長選択光デバイスの別の実施例を示す。この実施例では前後に２つのＭＭＩ導波路が配置されており、これら導波路または光ファイバーのいずれかによって接合されている。それぞれのＭＭＩ導波路の構造は基本的には図２に示された構造に類似しているが、両端部で接合されている点が異なる。これら端部は１つのアクセス導波路しか含んでいないことが図４から理解できよう。更にそれぞれの短辺の部分ｐ、ｑはアクセス導波路の中心線に対して直交していない。このようになっている理由は、この構造のこの部分でＭＭＩ導波路内の望ましくない光が反射し、消滅できるようにするためである。２つの順次配置されたＭＭＩ導波路のカスケードは、クロストークを減少するという効果を有する。本実施例では、本明細書の発明の概要で説明したタイプの位相制御要素を含んでもよい。２つのＭＭＩ導波路には必要な数のアクセス導波路を設けることができるが、これら導波路は一方の側に２つ設け、反対側に２つ設けることが好ましい。図から明らかなように、ブラッグ格子はＭＭＩ導波路の中心からオフセットしていてもよいし、前記導波路の中心に配置してもよい。
図５は、２つのＭＭＩ導波路を直接組み合わせた、本発明の波長選択光デバイスの別の実施例を示す。
図５から判るように、本実施例のＭＭＩ導波路はアクセス導波路が配置された側だけにテーパが付けられている。ＭＭＩ導波路のそれぞれの長辺は２つのブラッグ格子の間で互いに平行となっている。ＭＭＩ導波路の中心線は他のＭＭＩ導波路の中心線に対して平行に横方向にオフセットさせている。ＭＭＩ導波路における望ましくない光の反射を解消するために、それぞれのＭＭＩ導波路の部分ｐおよびｑには角度が付けられており、これら部分はいわゆる前記中心線の上記横方向の平行変位部分にわたって残されたものである。この実施例も、本明細書の発明の概要の説明で説明されたタイプの位相制御要素も含むことができる。それぞれのＭＭＩ導波路の自由端には任意の数のアクセス導波路を配置でき、この数の実際の限度はＭＭＩ導波路の寸法によって決定される。
前記外側に突出する部分にアクセス導波路を配置する別の例として、同じ効果、すなわちモードに応じた位相シフトを補償するために、ＭＭＩ導波路内の光路長さを変えながら、適当なアクセス導波路に関連してＭＭＩ導波路の屈折率を変えることができる。この別の例は図６に示されている。この実施例では、それぞれのアクセス導波路の中心線に一致する、長方形の長手方向中心軸線を備えた一対のアクセス導波路に隣接する長方形領域６０内のＭＭＩ導波路の屈折率を変えてある。このような反射率の変化は、ＵＶ書き込みによりＭＭＩ導波路内の現在の材料を転移させることにより、このような反射率の変化を行うことができる。前記屈折率変化の形態および大きさはこの効果を得るには決定的である。
本発明のデバイスは、水晶（ＳｉＯ₂）、ポリマー材料、ある種の半導体系またはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）から適当に製造でき、好ましくは水晶が使用されている。
本発明は、図示した実施例のみに限定されることではなく、請求範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができる。

Claims (14)

1. 少なくとも１つのＭＭＩ（マルチモード干渉）導波路と、少なくとも１つのブラッグ格子構造体とを含む光デバイスにおいて、
   前記ＭＭＩ導波路の第１の辺には少なくとも１つの、いわゆるアクセス導波路が配置されており、前記ＭＭＩ導波路の第２の辺には少なくとも１つのアクセス導波路が配置されており、前記第１の辺および第２の辺が前記ＭＭＩ導波路の短辺であり、前記アクセス導波路がいわゆるテーパ構造体となるように配置されており、前記ＭＭＩ導波路にブラッグ格子構造体が配置されていることを特徴とする光デバイス。
2. 前記ブラッグ格子が前記ＭＭＩ導波路の中心に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
3. 前記ブラッグ格子が前記ＭＭＩ導波路の中心に対してオフセットされていることを特徴とする、請求項１記載の光デバイス。
4. 熱的、光学的、または電気的に能動的な位相制御要素を含むことを特徴とする、請求項２または３記載の光デバイス。
5. 前記ＭＭＩ導波路が前記ブラッグ格子構造体の各辺にテーパ構造体を有することを特徴とする、請求項４記載の光デバイス。
6. 前記ＭＭＩ導波路上の前記テーパ構造体が直線状であることを特徴とする、請求項５記載の光デバイス。
7. 前記ＭＭＩ導波路上の前記テーパ構造体が放物線状であることを特徴とする、請求項５記載の光デバイス。
8. アクセス導波路の光路長さが他のアクセス導波路の光路長さと異なるように、前記ＭＭＩ導波路の前記１つの辺に少なくとも１つのアクセス導波路が配置されていることを特徴とする、請求項６または７記載の光デバイス。
9. 光路長さが他のアクセス導波路の光路長さと異なるように、前記ＭＭＩ導波路の第１の辺および第２の辺に少なくとも１つのアクセス導波路が配置されていることを特徴とする、請求項６または７記載の光デバイス。
10. 第１のＭＭＩ導波路上のアクセス導波路が第２のＭＭＩ導波路上のアクセス導波路に結合されていることを特徴とする、請求項８または９記載の光デバイス。
11. 前記ＭＭＩ導波路内の少なくとも１つのアクセス導波路に隣接する部分が、前記ＭＭＩ導波路の他の部分の屈折率と異なる屈折率を有することを特徴とする、請求項１０記載の光デバイス。
12. 本デバイスが、少なくとも２つのＭＭＩ導波路と、少なくとも２つのブラッグ格子とを含み、第１のＭＭＩ導波路の第１の辺に少なくとも１つのいわゆるアクセス導波路が配置されており、第２のＭＭＩ導波路の第２辺に少なくとも１つのアクセス導波路が配置されており、前記第１の辺および前記第２の辺が前記ＭＭＩ導波路の短辺であり、前記第１のＭＭＩ導波路の第２の短辺と前記第２のＭＭＩ導波路の第２の辺とが互いに結合されており、前記アクセス導波路が、いわゆるテーパ構造を有し、前記ＭＭＩ導波路にブラッグ格子構造体が配置されていることを特徴とする、請求項１１記載の光デバイス。
13. 前記第１のＭＭＩ導波路の第２の辺と、第２のＭＭＩ導波路の第１の辺とが互いに横方向にオフセットされていることを特徴とする、請求項１２記載の光デバイス。
14. 前記ＭＭＩ導波路がブラッグ格子構造体の各辺にテーパ構造体を有することを特徴とする、請求項１３記載の光デバイス。

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