JP3878013B2 - 光波長合分波モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波長合分波モジュールに関し、より詳細には、光波長多重された複数の光信号を波長に応じて合分波する光波長合分波モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の光信号を異なる光波長に割り当て１本の光ファイバで伝送する光波長分割多重（ＷＤＭ）伝送システムは、伝送路の容量を大幅に増大することが可能である。この光ＷＤＭシステムにより光伝送網を構築する際は、異なる波長の光信号を一本の光ファイバに合波して波長多重するか、または一本の光ファイバ内に波長多重された光信号をその波長毎に分波する光波長合分波モジュールが必要となる。
【０００３】
特に、Ｎ本の入力ポートとＮ本の出力ポートを有し、さらに周期的な入出力関係の分波特性を有するようなＮ×Ｎ波長周回性合分波モジュールは、ＷＤＭシステムにおいてさまざまな応用が考えられる。
【０００４】
図１は、入出力ポート数が４本、すなわち４×４波長周回性合分波モジュールにおける分波特性の一例を示す図である。４入力４出力のポート間には１６（Ｎ×Ｎ）のパスが形成されるが、僅か４（Ｎ）種類の波長λ１〜λ４で全てのパスを独立に設定することが可能である。この特性により、たとえば、Ｎノード間回線をフルメッシュに設定するＮ×Ｎ光波長ルータ機能などを果たすことが可能である。
【０００５】
このようなＮ×Ｎ波長周回性合分波モジュールの構成としては、従来、幾つかが提案されているが、１入力Ｎ出力を有する１×Ｎアレイ導波路格子（Arrayed-Waveguide Grating：ＡＷＧ）を２Ｎ個使用し、互いに光ファイバで接続する構成は、原理的損失がゼロであることと、非常に低いクロストーク特性が得られる点で優れている。
【０００６】
図２は、この２Ｎ個の１×ＮＡＷＧと光ファイバを用いたＮ×Ｎ波長周回性合分波モジュールの構成と機能を説明するための構成図で、図中符号１はＮ本の入力光ファイバ（入力ポート）、２はＮ本の出力光ファイバ（出力ポート）、３および４は１×ＮＡＷＧ、５はＡＷＧ間を接続する接続光ファイバである。
【０００７】
図２では一例として、入出力ポート数が４すなわちＮ＝４の場合を示している。各１×４ＡＷＧ３に接続される４本の入力ポート１から、４波多重された光信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を入射する。ここで、アルファベット文字は入力ポートの位置を、数字は光波長を表しており、アルファベット文字が同じ光信号は同じ入力ポートに入射されたことを示し、数字が同じ光信号は同じ光波長であることを示す。
【０００８】
従って、ここでは４種類の波長で１６の異なる光信号が伝播していることになる。入力光信号は各１×４ＡＷＧ３で４分波され、１６本の各接続光ファイバ５に出力される。ここで各接続光ファイバ５は、ｊ番目（ｊ＝１，２，３，４）の１×４ＡＷＧ３のｉ番目（ｉ＝１，２，３，４）の出力とｋ番目（ｋはｉ＋ｊ−１≦４のときｋ＝ｉ＋ｊ−１、ｉ＋ｊ−１＞４のときｋ＝ｉ＋ｊ−１−４であらわされる整数）の１×４ＡＷＧ３のｉ番目の入力とにそれぞれ両端を接続している。
【０００９】
各接続光ファイバ５からの出力光信号は、各１×４ＡＷＧ４で４合波され、４本の出力ポート２から、図中に示すような４波多重された光信号が出射する。この接続構成の結果、図１で説明したような周期的な入出力関係の分波特性が実現される。
【００１０】
図２に例示したようなモジュール構成は、原理的に損失がないＡＷＧと光ファイバからのみ構成されるため、比較的低損失なモジュールの実現が可能である。またある波長の光信号に対して、同波長の他の光信号が漏れ込むことが全く無い構成なので、同波長クロストークがゼロであり、異波長クロストークに関しても、光信号がＡＷＧを２回通過するために、非常に低く抑えることが可能である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のＮ×Ｎ波長周回性合分波モジュールでは、モジュールを構成するために、２Ｎ個の１×ＮＡＷＧを必要とし、またそれらをＮ^２本の光ファイバで接続する必要がある。よってＮが比較的大きなモジュールを作製する場合に、モジュールサイズが非常に大きくなってしまい、また光ファイバの実装工程が複雑になってしまうという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、低損失かつ低クロストークでありながら、入出力ポート数Ｎが大きく、かつ実用に適したモジュールサイズを有し、作製における実装工程が平易である光波長合分波モジュールを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、１本の入力導波路とＮ本（Ｎは２以上の整数）の出力導波路群を有し、前記入力導波路と該出力導波路群の導波路ｉ（ｉはＮを超えない自然数）との間を透過する光波長がλｉであり、入力された多重光信号を波長ごとに分波するアレイ導波路格子型合分波器Ｎ個からなる第１のアレイ導波路格子型合分波器群と、Ｎ本の入力導波路群と１本の出力導波路を有し、前記入力導波路群の導波路ｉと該出力導波路との間を透過する光波長がλｉであり、入力された複数の光信号を合波するアレイ導波路格子型合分波器Ｎ個からなる第２のアレイ導波路格子型合分波器群と、前記第１のアレイ導波路格子型合分波器群の各アレイ導波路格子型合分波器の入力導波路に接続されたＮ本の入力光ファイバと、前記第２のアレイ導波路格子型合分波器群の各アレイ導波路格子型合分波器の出力導波路に接続されたＮ本の出力光ファイバと、前記第１のアレイ導波路格子型合分波器群のアレイ導波路格子型合分波器ｊ（ｊはＮを超えない自然数）の出力導波路群の導波路ｉと前記第２のアレイ導波路格子型合分波器群のアレイ導波路格子型合分波器ｋ（ｋはｉ＋ｊ−１≦Ｎのときｋ＝ｉ＋ｊ−１、ｉ＋ｊ−１＞Ｎのときｋ＝ｉ＋ｊ−１−Ｎであらわされる整数）の入力導波路群の導波路ｉとを接続し、単一波長の光信号が通過するＮ^２本の接続光ファイバを備えた光波長合分波モジュールであって、前記第１のアレイ導波路格子型合分波器群および前記第２のアレイ導波路格子型合分波器群をなす２Ｎ個のアレイ導波路格子型合分波器のうち少なくとも２個以上が単一チップ上に集積されており、かつ前記Ｎ^２本の接続光ファイバの一部または全部が、固定配線された単数または複数光ファイバアレイであり、該光ファイバアレイの入出力端部に取り付けられた接続部材を介して前記アレイ導波路格子型合分波器の出力あるいは入力導波路と接続されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光ファイバアレイがＭ個（ＭはＮを超えない自然数）あり、該Ｍ個の光ファイバアレイのうち１番目（１はＭを超えない自然数）の光ファイバアレイが、前記第１のアレイ導波路格子型合分波器群のアレイ導波路格子型合分波器格子ｊの出力導波路群の導波路ｉと前記第２のアレイ導波路格子型合分波器格子群のアレイ導波路格子型合分波器ｋの入力導波路群の導波路ｉとを接続するＮ^２本の接続光ファイバのうち、ｉ＝１＋ｍ×Ｍ（ｍは正の整数）で限定される接続光ファイバより構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記光ファイバアレイが２個（Ｍ＝２）であって、該２個の光ファイバアレイが、前記アレイ導波路格子型合分波器の出力あるいは入力導波路との接続において前記接続部材を共有していることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２又は３に記載の発明において、前記アレイ導波路格子型合分波器が石英系平面導波回路として作製されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の発明において、前記光ファイバアレイにおける光ファイバの固定配線が、粘着性を有する粘着シート上でなされていることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記光ファイバアレイの前記粘着シートと接続部材との間がテープ状に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図３は、本発明の光波長合分波モジュールの第１実施例を説明するための構成図で、Ｎ＝４のＮ×Ｎ波長周回性合分波モジュールの構成を示している。図中符号１１，１２は、モジュールの入出力ポートとなる各４本の入出力光ファイバで、ここではテープ状に形成されている。１３，１４は平面導波回路チップであり、１５，１６はチップ１３、１４上にそれぞれ４個ずつ集積された１×４アレイ導波路格子である。また粘着シート１７上には、所定の規則に従って交差するとともに、入出力端部を粘着シート１７から飛び出させるように配列された１６本の光ファイバアレイ１８が取り付けられている。
【００２０】
上述した光ファイバアレイ１８の入出力端部は、Ｖ字型または円型の溝を有する接続部材である基板１９，２０にそれぞれ所定の間隔（２５０μｍピッチ）で整列固定され、平面導波回路チップ１３，１４上のアレイ導波路格子１５，１６の入出力導波路と、一括して接続されている。光ファイバアレイ１８の粘着シート１７と接続部材１９，２０の間は、テープ部１８ａとして形成されている。
【００２１】
本実施例の波長周回性合分波モジュールでは、４つの１×４アレイ導波路格子１５あるいは１６それぞれを、平面導波回路チップ１３あるいは１４の２枚に集積することで、１つの１×４アレイ導波路格子が形成されたチップを８枚使用するよりも、チップ面積を１／４以下にでき、ひいてはモジュールサイズを低減することが可能である。
【００２２】
また、各アレイ導波路格子間を接続する１６本の光ファイバを、粘着シート１７上の光ファイバアレイ１８とすることで、複数の光ファイバの取り扱いを容易にし、また光ファイバアレイ１８を、接続部材１９あるいは２０を介して、一括してアレイ導波路格子１５あるいは１６に接続するので、光ファイバを個々に配線して接続するよりも、光ファイバの実装工程を平易化できる。さらに、光ファイバアレイ１８は、光ファイバを個々に配線するよりも空間の占有が少なく、これもモジュールサイズの低減を可能とする。
【００２３】
［実施例２］
図４は、本発明の光波長合分波モジュールの第２実施例を説明するための構成図で、Ｎ＝８のＮ×Ｎ波長周回性合分波モジュールの構成を示している。図中符号３１，３２は、モジュールの入出力ポートとなる各８本の入出力光ファイバで、ここではテープ状に形成されている。３３，３４は平面導波回路チップであり、３５，３６はチップ３３，３４上にそれぞれ８個ずつ集積された１×８アレイ導波路格子である。
【００２４】
また、粘着シート１７および１８上には、所定の規則に従って交差するとともに、入出力端部を粘着シート１７および１８から飛び出させるように配列させたそれぞれ３２本の光ファイバアレイ３９および４０が取り付けられている。上述した光ファイバアレイ３９および４０の入出力端部は、光ファイバ１６本ずつの各２群に分岐し、Ｖ字型または円型の溝を有する接続部材である基板４１〜４４にそれぞれ所定の間隔（１２７μｍピッチ）で整列固定され、平面導波回路チップ３３，３４上のアレイ導波路格子３５，３６の入出力導波路と、一括して接続されている。光ファイバアレイ３９および４０の粘着シート１７および１８と接続部材４１〜４４の間は、それぞれテープ部３９ａおよび４０ａとして形成されている。
【００２５】
図５は、図４におけるＡの部分、すなわち、光ファイバアレイの接続部材を共有している部分の詳細な構成図である。図４にあるように、光ファイバアレイ３９のテープ状に形成された端部３９ａと、光ファイバアレイ４０のテープ状に形成された端部４０ａは、接続部材４３付近で重ねられ、テープ部３９ａを形成する光ファイバとテープ部４０ａを形成する光ファイバが交互に並ぶよう接続部材４３に整列固定される。この図５の構成は、他の接続部材４１，４２および４４への、光ファイバアレイ３９および４０の整列固定においても同様である。
【００２６】
本実施例の波長周回性合分波モジュールでは、実施例１と同様に、８つの１×８アレイ導波路格子３５あるいは３６それぞれを、平面導波回路チップ３３あるいは３４の２枚に集積することで、１つの１×８アレイ導波路格子が形成されたチップを１６枚使用するよりも、チップ面積を１／８以下にでき、ひいてはモジュールサイズを低減することが可能である。
【００２７】
また、各アレイ導波路格子間を接続する６４本の光ファイバを、粘着シート３７および３８上の光ファイバアレイ３９および４０とすることで、複数の光ファイバの取り扱いを容易にし、また光ファイバアレイ３９および４０を、接続部材４１〜４４を介して、一括してアレイ導波路格子３５あるいは３６に接続するので、光ファイバを個々に配線して接続するよりも、光ファイバの実装工程を平易化できる。
【００２８】
さらに、光ファイバアレイ３９および４０は、光ファイバを個々に配線するよりも空間の占有が少ないが、粘着シート３７と３８を上下に重ねてレイアウトできるので、６４本の光ファイバを１つの光ファイバアレイとして粘着シート上に固定するよりも、より占有面積を少なくでき、これもモジュールサイズの更なる低減を可能とする。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、第１のアレイ導波路格子群および第２のアレイ導波路格子群をなす２Ｎ個のアレイ導波路格子のうち少なくとも２個以上が単一チップ上に集積されており、かつＮ^２本の接続光ファイバの一部または全部が、固定配線された単数または複数光ファイバアレイであり、光ファイバアレイの入出力端部に取り付けられた接続部材を介してアレイ導波路格子の出力あるいは入力導波路と接続されているので、低損失かつ低クロストークであり、かつ入出力ポート数Ｎが大きいながら、実用に適したモジュールサイズを有し、作製における実装工程が平易であるようなＮ×Ｎ波長周回性合分波モジュールを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｎ×Ｎ波長周回性合分波モジュールの分波特性を示す説明図である。
【図２】Ｎ×Ｎ波長周回性合分波モジュールの構成と機能を説明するための構成図である。
【図３】本発明の光波長合分波モジュールの第１実施例を説明するための構成図である。
【図４】本発明の光波長合分波モジュールの第２実施例を説明するための構成図である。
【図５】第２実施例におけるＮ×Ｎ波長周回性合分波モジュールの部分詳細構成図である。
【符号の説明】
１，２ 入出力光ファイバ
３，４ １×Ｎアレイ導波路格子
５ 接続光ファイバ
１１，１２、３１，３２ 入力出力光ファイバ
１３，１４、３３，３４ 平面導波回路チップ
１５，１６ １×４アレイ導波路格子
１７，３７，３８ 粘着シート
１８，３９，４０ 接続光ファイバアレイ
１８ａ，３９ａ，４０ａ 接続光ファイバアレイのテープ部
１９，２０、４１〜４４ 接続部材
３５，３６ アレイ導波路格子

Claims (6)

1. １本の入力導波路とＮ本（Ｎは２以上の整数）の出力導波路群を有し、前記入力導波路と該出力導波路群の導波路ｉ（ｉはＮを超えない自然数）との間を透過する光波長がλｉであり、入力された多重光信号を波長ごとに分波するアレイ導波路格子型合分波器Ｎ個からなる第１のアレイ導波路格子型合分波器群と、Ｎ本の入力導波路群と１本の出力導波路を有し、前記入力導波路群の導波路ｉと該出力導波路との間を透過する光波長がλｉであり、入力された複数の光信号を合波するアレイ導波路格子型合分波器Ｎ個からなる第２のアレイ導波路格子型合分波器群と、前記第１のアレイ導波路格子型合分波器群の各アレイ導波路格子型合分波器の入力導波路に接続されたＮ本の入力光ファイバと、前記第２のアレイ導波路格子型合分波器群の各アレイ導波路格子型合分波器の出力導波路に接続されたＮ本の出力光ファイバと、前記第１のアレイ導波路格子型合分波器群のアレイ導波路格子型合分波器ｊ（ｊはＮを超えない自然数）の出力導波路群の導波路ｉと前記第２のアレイ導波路格子型合分波器群のアレイ導波路格子型合分波器ｋ（ｋはｉ＋ｊ−１≦Ｎのときｋ＝ｉ＋ｊ−１、ｉ＋ｊ−１＞Ｎのときｋ＝ｉ＋ｊ−１−Ｎであらわされる整数）の入力導波路群の導波路ｉとを接続し、単一波長の光信号が通過するＮ^２本の接続光ファイバを備えた光波長合分波モジュールであって、
   前記第１のアレイ導波路格子型合分波器群および前記第２のアレイ導波路格子型合分波器群をなす２Ｎ個のアレイ導波路格子型合分波器のうち少なくとも２個以上が単一チップ上に集積されており、かつ前記Ｎ^２本の接続光ファイバの一部または全部が、固定配線された単数または複数光ファイバアレイであり、該光ファイバアレイの入出力端部に取り付けられた接続部材を介して前記アレイ導波路格子型合分波器の出力あるいは入力導波路と接続されていることを特徴とする光波長合分波モジュール。
2. 前記光ファイバアレイがＭ個（ＭはＮを超えない自然数）あり、該Ｍ個の光ファイバアレイのうち１番目（１はＭを超えない自然数）の光ファイバアレイが、前記第１のアレイ導波路格子型合分波器群のアレイ導波路格子型合分波器ｊの出力導波路群の導波路ｉと前記第２のアレイ導波路格子型合分波器群のアレイ導波路格子型合分波器ｋの入力導波路群の導波路ｉとを接続するＮ^２本の接続光ファイバのうち、ｉ＝１＋ｍ×Ｍ（ｍは正の整数）で限定される接続光ファイバより構成されることを特徴とする請求項１に記載の光波長合分波モジュール。
3. 前記光ファイバアレイが２個（Ｍ＝２）であって、該２個の光ファイバアレイが、前記アレイ導波路格子型合分波器の出力あるいは入力導波路との接続において前記接続部材を共有していることを特徴とする請求項２に記載の光波長合分波モジュール。
4. 前記アレイ導波路格子型合分波器が石英系平面導波回路として作製されていることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の光波長合分波モジュール。
5. 前記光ファイバアレイにおける光ファイバの固定配線が、粘着性を有する粘着シート上でなされていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の光波長合分波モジュール。
6. 前記光ファイバアレイの前記粘着シートと接続部材との間がテープ状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光波長合分波モジュール。

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