JP3979896B2 - タップ機能付き光アド・ドロップ回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波長多重を利用した光通信、光交換、光情報処理等の光伝送システムに適用されるタップ機能付き光アド・ドロップ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
大容量の通信を実現するため、1本の光ファイバに異なる光波長(周波数)をもつ複数の光信号を多重化して伝送する波長多重光通信ネットワーク技術の開発が現在盛んに行われている。複数の光波長多重信号の中から任意の波長をもつ信号を取り出したり(ドロップ(drop)と称する)、また、加えたりする(アド(add)と称する)ことができる光アド・ドロップ回路は上記波長多重光通信ネットワークにおいて欠かせないものである。
【0003】
図8はこのような光アド・ドロップ回路の概念を示し、801は光アド・ドロップ回路、802は複数の光波長多重信号λ1、λ2、…λk、…λnが入力するイン・ポート(in port),803は任意の波長をもつ信号λ`kを加えるためのアド・ポート(add port),804は任意の波長をもつ信号λkを取り出すためのドロップ・ポート(drop port)、805は取り出されなかった残りの複数の光波長多重信号λ1、λ2、…λ`k、…λn及び加えられた(アドされた)λ`kを出力するアウト・ポート(out port)である。
【0004】
この光アド・ドロップ回路を実現した既報告例として、アレイ導波路格子とTO(熱光学)スイッチを用いた K.Okamotoの論文(K.Okamoto, “16-channel optical add/drop multiplexer consisting of arrayed-waveguide gratings and double-gate switches”, Electronics letters, vol.32, No.16, pp.1471-1472, 1996)や T.Saidaの論文(T.Saida, “Athermal silica-based optical add/drop multiplexer consisting of arrayed waveguide gratings and double gate thermo-optical switches”, Electronics letters, vol.36, No.6, pp. 1471-1472, 2000)が挙げられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のK.Okamotoや T.Saidaらの論文に報告された方法では、図9に示すような、光波長多重信号λ1、λ2、…λk、…λnの中から任意の波長をもつ信号λkの一部を分割して取り出し(タップ(tap)と称する)たりするようなブロードキャスト(配信)型波長多重光通信ネットワークにも適用しようとすると、透過してくる波長多重信号において、タップされた信号にのみに原理的に過剰な損失を発生させてしまうため、光強度の均一性が損なわれるという解決すべき課題があった。
【0006】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、ブロードキャスト型波長多重光通信ネットワークにも対応できるタップ機能付き光アド・ドロップ回路を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載のタップ機能付き光アド・ドロップ回路は、波長多重光を入力して各波長毎に分波する第1の波長合分波器と、前記第1の波長合分波器の各出力導波路のそれぞれに接続された1×2光分岐回路と、前記1×2光分岐回路のそれぞれの出力導波路上に配置された光ゲートスイッチと、前記1×2光分岐回路のそれぞれの出力導波路が接続された第2の波長合分波器と、前記第2の波長合分波器の出力導波路の1本に接続された2×1光合流回路と、前記2×1光合流回路に接続されて外部から光を入力することができる導波路とを有することを特徴とする。
【0009】
また、請求項2に記載のタップ機能付き光アド・ドロップ回路は、波長多重光を入力して各波長毎に分波する第1の波長合分波器と、前記第1の波長合分波器の各出力導波路のそれぞれに接続された1×2光分岐回路と、前記1×2光分岐回路のそれぞれの出力導波路上に配置された光ゲートスイッチと、前記第1の波長合分波器の両端の出力導波路に接続されている前記1×2光分岐回路の出力導波路のそれぞれ一方が接続された2×1光合流回路と、前記1×2光分岐回路の残りの出力導波路を含めそれぞれ両隣りの前記1×2光分岐回路の出力導波路の一方が接続された2×1光合流回路と、全ての前記2×1光合流回路のそれぞれの出力導波路が接続された前記第2の波長合分波器と、前記第2の波長合分波器の出力導波路の1本に接続された2×1光合流回路と、前記2×1光合流回路に接続されて外部から光を入力することができる導波路とを有することを特徴とする。
【0010】
また、請求項3に記載のタップ機能付き光アド・ドロップ回路によれば、光ゲートスイッチに半導体光増幅器を用いるため、波長合分波器、光分岐回路、光合流回路の損失を補償することが可能となる。また、作製誤差等によって各信号間の損失の差が生じた場合においてもその差を補償することが可能で、各信号間の光強度を高いレベルで均一化することができる。
【0011】
また、請求項4に記載のタップ機能付き光アド・ドロップ回路は、波長多重光を入力して各波長毎に分波する第1の波長合分波器と、前記第1の波長合分波器の各出力導波路のそれぞれに接続された1×2光分岐回路と、前記1×2光分岐回路のそれぞれの出力導波路上に配置された半導体光増幅器を用いた光ゲートスイッチと、それぞれ両隣りの前記1×2光分岐回路の出力導波路の一方が接続された2×1光合流回路と、前記2×1光合流回路の出力導波路が接続されるとともに、前記第1の波長合分波器の両端の出力導波路が接続されている各前記1×2光分岐回路の出力導波路のそれぞれ一方が直接接続されている第2の波長合分波器と、前記第2の波長合分波器の出力導波路の1本に接続された2×1光合流回路と、前記2×1光合流回路に接続されて外部から光を入力することができる導波路とを有することを特徴とする。
【0013】
また、請求項1から4のいずれかに記載のタップ機能付き光アド・ドロップ回路は、前記光ゲートスイッチの制御に応じて、前記2×1光合流回路の出力導波路は任意の波長光を加えた波長多重光を取り出すことのできるアウトポートとなり、また前記第2の波長合分波器の出力導波路の1本は波長多重光から任意の波長光を分離、または分割して取り出すことができるドロップ/タップポートとなることを特徴とすることができる。
【0014】
また、前記波長合分波器としてアレイ導波路格子を用いることを特徴とすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るタップ機能付き光アド・ドロップ回路について
図面を参照しながら詳細に説明する。
(参考例)
図1は、本発明の参考例に係る波長多重数が4チャネルの場合のタップ機能付き光アド・ドロップ回路構成を示す。本実施形態では、波長合分波器として、入力導波路、スラブ導波路、および出力導波路から構成された一般的なアレイ導波路格子を用いている。アレイ導波路格子101のチャネル間隔は、入力される波長多重光のチャネル間隔に合わせて設計されている。アレイ導波路格子101の出力導波路102,103,104,105は、それぞれ1×2光分岐回路106,107,108,109に接続される。また、1×2光分岐回路106,107,108,109の出力導波路118,119,120,121,122,123,124,125上には、それぞれ光ゲートスイッチ110,111,112,113,114,115,116,117が配置されている。
【0016】
さらに1×2光分岐回路106,107,108,109の出力導波路118,119,120,121,122,123,124,125のうち、出力導波路118,120,122,124及び外部から光を入力することができる導波路(アドポート)128を第1の光合流回路126に接続し、残りの出力導波路119,121,123,125を第2の光合流回路127に接続している。この場合、第1の光合流回路126の出力導波路129は、アウトポートに対応し、光合流回路127の出力導波路130はドロップポートに対応する。
【0017】
この回路の動作を説明すると、異なる波長をもつ4つの入力光(λ1,λ2,λ3,λ4)はアレイ導波路格子101により分波され、アレイ導波路格子101の出力導波路102,103,104,105それぞれに導かれる。アレイ導波路格子101の出力導波路102,103,104,105に導かれたλ1,λ2,λ3,λ4の信号は、さらに1×2光分岐回路106,107,108,109により分岐され、信号λ1は1×2光分岐回路106の出力導波路118,119に、信号λ2は1×2光分岐回路107の出力導波路120,121に、信号λ3は1×2光分岐回路108の出力導波路122,123に、信号λ4は1×2光分岐回路109の出力導波路124,125に、それぞれ導かれる。
【0018】
この回路においてアド・ドロップを行わない通常のときは、光ゲートスイッチ110,112,114,116が透過動作状態で、光ゲートスイッチ111,113,115,117は遮断動作状態にある。このとき、λ1,λ2,λ3,λ4の信号は、それぞれ導波路118,120,122,124を通り、第1の光合流回路126により合波されて、アウトポート129からのみ出力される。
【0019】
次に、信号λ1に対してアド・ドロップを行う場合を例に上げて説明すると、光ゲートスイッチ111,112,114,116を透過動作状態に、光ゲートスイッチ110,113,115,117を遮断動作状態にする。このとき、λ1の信号は導波路119を通り、第2の光合流回路127を通り、ドロップポート130から出力される。他方、λ2,λ3,λ4の信号は、通常状態(アド・ドロップを行わない)のときと同様に、導波路120,122,124を通り、第1の光合流回路126に導かれる。また、このとき、アドポート128から新たな信号λ1′を入力すれば、信号λ1′が信号λ2,λ3,λ4とともに第1の光合流回路126により合波され、アウトポート129から出力される。
【0020】
同様に、対応の光ゲートスイッチ110、111、112、113、114、115、116、117の透過・遮断動作状態を切替え、あるいはアドポート128から任意の新たな信号を入力することにより、信号λ2,λ3,λ4についても信号λ1と同様なアド・ドロップの動作ができ、この回路が光アド・ドロップ回路として機能することがわかる。
【0021】
また、例えば、信号λ1に対して光ゲートスイッチ110、及び111を透過動作状態にすれば、信号λ1はアウトポート129、及びドロップポート130(このとき、130はタップポートとして機能する)両方から出力される。同様に、ペアーとなっている光ゲートスイッチ112と113、または114と115、または116と117を共に透過動作状態にすることで、信号λ2,λ3,λ4についても信号λ1と同様な動作が可能であり、この回路がタップ機能も有することがわかる。
【0022】
ここで、1×2光分岐回路106,107,108,109の分岐比を等しくしておけば、光ゲートスイッチ110,112,114,116に入る全ての信号λ1,λ2,λ3,λ4の光パワーは同じになり、タップされるかどうかに拘わらず、アウトポート129に出力される信号λ1,λ2,λ3,λ4の光パワーは同じにすることができる。
【0023】
(第1の実施形態)
図2は、本発明の第1の実施形態に係る波長多重数が4チャネルの場合のタップ機能付き光アド・ドロップ回路構成を示す。本実施形態では、上記の参考例と同様に、波長合分波器としては、入力導波路、スラブ導波路、および出力導波路から構成された一般的なアレイ導波路格子を用いている。第1のアレイ導波路格子201のチャネル間隔は入力される波長多重光のチャネル間隔に合わせて設計されている。アレイ導波路格子201の出力導波路202,203,204,205は、それぞれ1×2光分岐回路206,207,208,209に接続される。また、1×2光分岐回路206,207,208,209の出力導波路218,219,220,221,222,223,224,225上には、光ゲートスイッチ210,211,212,213,214,215,216,217が配置されている。
【0024】
さらに、導波路218,219,220,221,222,223,224,225は、第2のアレイ導波路格子226に接続され、また、第2のアレイ導波路格子226の出力導波路227は、外部から光を入力することができる導波路(アドポート)236とともに2×1光合流回路235に接続される。このとき、第2のアレイ導波路格子226は、入力される波長多重光λ1,λ2,λ3,λ4のチャネル間隔の半分のチャネル間隔を持つように設計すると、その透過特性は、下記の表1に示す通りになる。なお、この表の見方を簡単に説明すると、例えば入力導波路218から入力した入力光λ1は出力導波路227に導かれることを表わしている。同様に、例えば入力導波路219から入力した入力光λ1は出力導波路234に導かれることを表わしている。
【0025】
そして、2×1光合流回路235の出力導波路237はアウトポートに対応する。また、第2のアレイ導波路格子226の出力導波路234は、ドロップポートに対応する。
【0026】
【表1】
【0027】
この回路の動作を説明すると、異なる波長をもつ4つの入力光(λ1,λ2,λ3,λ4)はアレイ導波路格子201により分波され、アレイ導波路格子201の出力導波路202,203,204,205にそれぞれに導かれる。アレイ導波路格子201の出力導波路202,203,204,205に導かれたλ1,λ2,λ3,λ4の信号は、さらに1×2光分岐回路206,207,208,209により分岐され、信号λ1は1×2光分岐回路206の出力導波路218,219に、信号λ2は1×2光分岐回路207の出力導波路220,221に、信号λ3は1×2光分岐回路208の出力導波路222,223に、信号λ4は1×2光分岐回路209の出力導波路224,225に、それぞれ導かれる。
【0028】
この回路においてアド・ドロップを行わない通常のときは、光ゲートスイッチ210,212,214,216が透過動作状態で、光ゲートスイッチ211,213,215,217は遮断動作状態にある。このとき、λ1,λ2,λ3,λ4の信号は、それぞれ導波路218,220,222,224から第2のアレイ導波路格子226に入力される。そして、表1の透過特性に従い、λ1,λ2,λ3,λ4の信号は、すべて第2のアレイ導波路格子226の出力導波路227に導かれる。そして、2×1光合流回路235を通って、アウトポート237から出力される。
【0029】
次に、信号λ1に対してアド・ドロップを行う場合を例に挙げて説明すると、光ゲートスイッチ211,212,214,216を透過動作状態に、光ゲートスイッチ210,213,215,217を遮断動作状態にする。このとき、λ1,λ2,λ3,λ4の信号は、それぞれ導波路219,220,222,224から第2のアレイ導波路格子226に入力される。そして、表1の透過特性に従い、λ1の信号は第2のアレイ導波路格子226の出力導波路234(ドロップポート)から出力され、λ2,λ3,λ4の信号は、第2のアレイ導波路格子226の出力導波路227に出力される。また同時に、アドポート236から新たな信号λ1′を入力すれば、信号λ1′は信号λ2,λ3,λ4とともに2×1光合流回路235により合波され、アウトポート237から出力される。このように、信号λ2,λ3,λ4についても信号λ1と同様な動作ができ、この回路が光アド・ドロップ回路として機能することがわかる。
【0030】
また、例えば、信号λ1に対して光ゲートスイッチ210及び211を透過動作状態にすれば、信号λ1は導波路218及び219から第2のアレイ導波路格子226に入力されることになり、アウトポート237、及びドロップポート234(このとき234はタップポートとして機能する)の両方から信号λ1が出力される。信号λ2,λ3,λ4についても同様な動作が可能であり、この回路がタップ機能も有することがわかる。
【0031】
ここで、1×2光分岐回路206,207,208,209の分岐比を等しくしておけば、光ゲートスイッチ210,212,214,216に入る全ての信号λ1,λ2,λ3,λ4の光パワーは同じになり、タップされるかどうかに拘わらず、アウトポート237に出力される信号λ1,λ2,λ3,λ4の光パワーは同じにすることができる。
【0032】
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係る波長多重数が4チャネルの場合のタップ機能付き光アド・ドロップ回路構成を示す。本実施形態でも、波長合分波器としては、入力導波路、スラブ導波路、および出力導波路から構成された一般的なアレイ導波路格子を用いている。第1のアレイ導波路格子301のチャネル間隔は入力される波長多重光のチャネル間隔に合わせて設計されている。アレイ導波路格子301の出力導波路302,303,304,305は、それぞれ1×2光分岐回路306,307,308,309に接続される。また、1×2光分岐回路306,307,308,309の出力導波路318,319,320,321,322,323,324,325上には、光ゲートスイッチ310,311,312,313,314,315,316,317が配置されている。そして、導波路318,325は2×1光合流回路326に、導波路319,320は2×1光合流回路327に、導波路321,322は2×1光合流回路328に、導波路323,324は2×1光合流回路329にそれぞれ接続される。
【0033】
さらに、2×1光合流回路326,327,328,329の出力導波路330,331,332,333が第2のアレイ導波路格子334に接続され、また、第2のアレイ導波路格子334の出力導波路335は、外部から光を入力することができる導波路(アドポート)340とともに2×1光合流回路339に接続される。このとき、第2のアレイ導波路格子334は入力される波長多重光λ1,λ2,λ3,λ4のチャネル間隔と同じチャネル間隔を持つように設計されており、その透過特性は下記の表2に示す通りになる。なお、この表の見方を簡単に説明すると、例えば入力導波路330から入力した入力光λ1は出力導波路335に導かれることを表わしている。同様に、例えば入力導波路331から入力した入力光λ1は出力導波路338に導かれることを表わしている。
【0034】
そして、2×1光合流回路339の出力導波路341はアウトポートに対応する。また、第2のアレイ導波路格子334の出力導波路338は、ドロップポートに対応する。
【0035】
【表2】
【0036】
この回路の動作を説明すると、異なる波長をもつ4つの入力光(λ1,λ2,λ3,λ4)はアレイ導波路格子301により分波され、アレイ導波路格子301の出力導波路302,303,304,305のそれぞれに導かれる。アレイ導波路格子301の出力導波路302,303,304,305に導かれたλ1,λ2,λ3,λ4の信号は、さらに1×2光分岐回路306,307,308,309により分岐され、信号λ1は1×2光分岐回路306の出力導波路318,319に、信号λ2は1×2光分岐回路307の出力導波路320,321に、信号λ3は1×2光分岐回路308の出力導波路322,323に、信号λ4は1×2光分岐回路309の出力導波路324,325にそれぞれ導かれる。
【0037】
この回路においてアド・ドロップを行わない通常のときは、光ゲートスイッチ310,312,314,316が透過動作状態で、光ゲートスイッチ311,313,315,317は遮断動作状態にある。このとき、λ1,λ2,λ3,λ4の信号は、それぞれ導波路318,320,322,324からそれぞれ2×1光合流回路326,327,328,329へ、さらに、それぞれ2×1光合流回路326,327,328,329の出力導波路330,331,332,333を通り、第2のアレイ導波路格子334に入力される。そして、表2の透過特性に従い、λ1,λ2,λ3,λ4の信号は、すべて第2のアレイ導波路格子334の出力導波路335に導かれる。そして、2×1光合流回路339を通って、アウトポート341から出力される。
【0038】
次に、信号λ1に対してアド・ドロップを行う場合を例に挙げて説明すると、光ゲートスイッチ311,312,314,316を透過動作状態に、光ゲートスイッチ310,313,315,317を遮断動作状態にする。このとき、λ1,λ2,λ3,λ4の信号は、それぞれ導波路319,320,322,324からそれぞれ2×1光合流回路326,327,328,329へ、さらに、それぞれ2×1光合流回路327,328,329の出力導波路330,331,332を通り、第2のアレイ導波路格子334に入力される。そして、表2の透過特性に従い、λ1の信号は第2のアレイ導波路格子334の出力導波路338(ドロップポート)から出力され、λ2,λ3,λ4の信号は、第2のアレイ導波路格子334の出力導波路335に出力される。また同時に、アドポート340から新たな信号λ1′を入力すれば、信号λ1′は信号λ2,λ3,λ4とともに2×1光合流回路339により合波され、アウトポート341から出力される。このように、信号λ2,λ3,λ4についても信号λ1と同様な動作ができ、この回路が光アド・ドロップ回路として機能することがわかる。
【0039】
また、例えば、信号λ1に対して光ゲートスイッチ310及び311を透過動作状態にすれば、信号λ1は導波路330、及び331から第2のアレイ導波路格子334に入力されることになり、アウトポート341及びドロップポート338(このとき338はタップポートとして機能する)の両方から信号λ1が出力される。信号λ2,λ3,λ4についても同様な動作が可能であり、この回路がタップ機能も有することがわかる。
【0040】
ここで、1×2光分岐回路306,307,308,309の分岐比を等しくしておけば、光ゲートスイッチ310,312,314,316に入る全ての信号λ1,λ2,λ3,λ4の光パワーは同じになり、タップされるかどうかに拘わらず、アウトポート341に出力される信号λ1,λ2,λ3,λ4の光パワーは同じにすることができる。
【0041】
また、310〜317の光ゲートスイッチとして、半導体光増幅器(SOA)を用いると、電流を注入したときに、光を増幅して出力することが可能であることを利用し、上記のアレイ導波路格子、1×2光分岐回路、2×1光合流回路等のパッシブデバイスの損失を補償することもできる。また、半導体光増幅器を用いることで、パッシブデバイスの作製誤差等によって各信号間に損失の差が生じた場合においても、その差を補償することが可能で、各信号間の光強度を高いレベルで均一化することができる。さらに、半導体光増幅器に注入する電流量によりその光増幅量も調整することも可能であるので、以下に示すような実施形態も実現可能である。
【0042】
(第3の実施形態)
図4は、本発明の第3の実施形態に係る波長多重数が4チャネルの場合のタップ機能付き光アド・ドロップ回路構成を示す。本実施形態も、波長合分波器としては、入力導波路、スラブ導波路、および出力導波路から構成された一般的なアレイ導波路格子を用いている。第1のアレイ導波路格子401のチャネル間隔は入力される波長多重光のチャネル間隔に合わせて設計されている。アレイ導波路格子の出力導波路402,403,404,405は、それぞれ1×2光分岐回路406,407,408,409に接続される。また、1×2光分岐回路406,407,408,409の出力導波路418,419,420,421,422,423,424,425上には、半導体光増幅器を用いた光ゲートスイッチ(以下、半導体光増幅器光ゲートスイッチと称する)410,411,412,413,414,415,416,417が配置されている。
【0043】
そして、導波路418、及び425は、直接第2のアレイ導波路格子432に接続され、導波路419,420は2×1光合流回路426に、導波路421,422は2×1光合流回路427に、導波路423,624は2×1光合流回路428にそれぞれ接続される。さらに、2×1光合流回路426,427,428の出力導波路429,430,431は、第2のアレイ導波路格子432に接続される。
【0044】
また、第2のアレイ導波路格子432の出力導波路433は、外部から光を入力することができる導波路(アドポート)439とともに2×1光合流回路438に接続される。このとき、第2のアレイ導波路格子432は入力される波長多重光λ1,λ2,λ3,λ4のチャネル間隔と同じチャネル間隔を持つように設計されており、その透過特性は下記の表3に示す通りになる。なお、この表の見方を簡単に説明すると、例えば入力導波路418から入力した入力光λ1は出力導波路433及び437の両方に導かれることを表わしている。同様に、例えば入力導波路429から入力した入力光λ1は出力導波路436に導かれることを表わしている。
【0045】
そして、2×1光合流回路438の出力導波路440はアウトポートに対応する。また、第2のアレイ導波路格子432の出力導波路436は、ドロップポートに対応する。
【0046】
【表3】
【0047】
この回路の動作を説明すると、異なる波長をもつ4つの入力光(λ1,λ2,λ3,λ4)はアレイ導波路格子401により分波され、アレイ導波路格子401の出力導波路402,403,404,405にそれぞれに導かれる。アレイ導波路格子401の出力導波路402,403,404,405に導かれたλ1,λ2,λ3,λ4の信号は、さらに1×2光分岐回路406,407,408,409により分岐され、信号λ1は1×2光分岐回路406の出力導波路418,419に、信号λ2は1×2光分岐回路407の出力導波路420,421に、信号λ3は1×2光分岐回路408の出力導波路422,423に、信号λ4は1×2光分岐回路409の出力導波路424,425にそれぞれ導かれる。
【0048】
この回路においてアド・ドロップを行わない通常のときは、半導体光増幅器光ゲートスイッチ410,412,414,416が透過動作状態で、半導体光増幅器光ゲートスイッチ411,413,415,417は遮断動作状態にある。このとき、λ1の信号は、導波路418から第2のアレイ導波路格子432に入力され、また、λ2,λ3,λ4の信号は、それぞれ導波路420,422,424からそれぞれ2×1光合流回路426,427,428を通り、さらに、2×1光合流回路426,427,428の出力導波路429,430,431から第2のアレイ導波路格子432に入力される。
【0049】
そして、表3の透過特性に従い、λ1,λ2,λ3,λ4の信号は、すべて第2のアレイ導波路格子432の出力導波路433に導かれる。そして、2×1光合流回路438を通って、アウトポート640から出力される。
【0050】
次に、信号λ1に対してアド・ドロップを行う場合を例に挙げて説明すると、半導体光増幅器光ゲートスイッチ411,412,414,416を透過動作状態に、光ゲートスイッチ410,413,415,417を遮断動作状態にする。このとき、λ1,λ2,λ3,λ4の信号は、それぞれ導波路419,420,422,424からそれぞれ2×1光合流回路426,427,428,429、さらに、それぞれ2×1光合流回路426,428,429の出力導波路429,430,431を通り、第2のアレイ導波路格子432に入力される。
【0051】
そして、表3の透過特性に従い、λ1の信号は第2のアレイ導波路格子432の出力導波路436(ドロップポート)から出力され、λ2,λ3,λ4の信号は、第2のアレイ導波路格子432の出力導波路433に出力される。また同時に、アドポート439から新たな信号λ1′を入力すれば、信号λ1′は信号λ2,λ3,λ4とともに2×1光合流回路438により合波され、アウトポート440から出力される。このように、信号λ2,λ3,λ4についても信号λ1と同様な動作ができ、この回路が光アド・ドロップ回路として機能することがわかる。
【0052】
また、例えば、信号λ1に対して光ゲートスイッチ410及び411を透過動作状態にすれば、信号λ1は導波路418及び429から第2のアレイ導波路格子432に入力されることになり、アウトポート440及びドロップポート436(このとき436はタップポートとして機能する)の両方から出力される。信号λ2,λ3,λ4についても同様な動作が可能であり、この回路がタップ機能も有することがわかる。
【0053】
ここで、この光アド・ドロップ回路をみると、導波路418及び425を通るλ1及びλ4の信号以外の信号は、2×1光合流回路426,427,428のいずれかを通っているため、その2×1光合流回路の分岐損分だけ損失が発生する。ところが、この光アド・ドロップ回路では、410〜417の光ゲートスイッチとして半導体光増幅器を用いているので、半導体光増幅器光ゲートスイッチ411,412,413,414,415,416に注入する電流量を2×1光合流回路での損失を補うように多くすること(あるいは、半導体光増幅器光ゲートスイッチ410,417に注入する電流量を減らしてもよい。)によって、第2のアレイ導波路格子432に入る全ての信号λ1,λ2,λ3,λ4の光パワーが同じになるようにすることができる。
【0054】
よって、本実施形態によれば、ドロップ、あるいは、タップされるかどうかに拘わらず、アウトポート440に出力される信号λ1,λ2,λ3,λ4の光パワーを同じにすることができる。
【0055】
(アレイ導波路格子の詳細)
上述の本発明の各実施形態で例示したアレイ導波路格子は、周知の一般的なアレイ導波路格子(参考文献:H. Takahashi et al., “Transmission chaneracteristics of arrayed waveguide NxN wavelength multiplexer”, J. Lightwave Tech., vol.13, No.3, pp.447-455, 1995))が適用できるが、以下に図面を参照してそのアレイ導波路格子を説明する。
【0056】
図5に示すように、アレイ導波路格子501は、格子状に規則的に整列されたある一定の長さ△Lづつ異なる多数の導波路502、504、505と、その入出力部にあるスラブ導波路503、503とで構成されている。
【0057】
そのアレイ導波路格子501の動作原理は、入力導波路502から入射した光が入力側スラブ導波路503で回折して広がり、アレイ導波路504に結合する。次に、その光はアレイ導波路504で導波路長差△Lに応じた位相差が生じ、出力側スラブ導波路503に到達する。そして、各アレイ導波路504から出力側スラブ導波路503に入射した光は、相互に干渉し出力導波路505が配置している一点に集光する。
【0058】
ここで、アレイ導波路504で与えられる位相差は、波長により異なるため集光する一点は波長により異なる。これにより、アレイ導波路格子501は波長分波特性を実現している。
【0059】
また、アレイ導波路格子フィルタのある特定の出力導波路から透過してくる光の波長は、周期的なものとなる(波長周回性)。この周波数の周期はフリー・スペクトラル・レンジ(FSR)と呼ばれ、以下の式(1)により定まる。
【0060】
【数1】
【0061】
ここで、λは光の波長、nはアレイ導波路の実効屈折率、ΔLは隣合うアレイ導波路間の長さの差である。すなわち、FSRはアレイ導波路間の長さの差ΔLを設定することで、決定される。
【0062】
また、隣り合う出力導波路間における透過周波数の差、すなわちチャネル波長間隔Δλは、図6に示すように、スラブ導波路503の接続点におけるアレイ導波路の間隔a、及び出力導波路間の間隔b、スラブ導波路の長さR、及びFSRにより、以下の式(2)のように定めることができる。
【0063】
【数2】
【0064】
ここで、nsはスラブ導波路の等価屈折率である。
【0065】
また、このアレイ導波路格子(AWG)501は、図7に示すように、波長合/分波機能の他に、光を入力する導波路を変えることによるルーティング機能も持っている。図7において、(A)は波長分波機能を示し、(B)は波長合波機能を示し、(C)は波長ルーティング機能を示し、(D)は周回性機能を示している。
【0066】
さらに、本発明の各実施形態の第2のアレイ導波路格子について説明を追加する。
【0067】
まず、本発明の第1の実施形態における第2のアレイ導波路格子226は、第1のアレイ導波路格子201に対して、FSRは同じで、チャネル間隔を1/2にするように、式(2)の(a・b)/Rを1/2にすればよい。また、出力導波路本数は2倍にする。
【0068】
また、本発明の第2の実施形態における第2のアレイ導波路格子334は、アレイ導波路格子の基本的性質波長ルーティング機能(図7の(C)参照)を用いたものである。
【0069】
また、通常のアレイ導波路格子は、FSR=(出力導波路の本数)×Δλが成り立つように設計するが、出力導波路をもう一本多く配置すれば、そこには、波長は同じでFSRの回折次数か1つ異なるものが出力されることになり、本発明の第3の実施形態における第2のアレイ導波路格子432が得られる。
【0070】
(他の実施形態)
上述した本発明の各実施形態では、波長多重数が4チャネルの場合のタップ機能付き光アド・ドロップ回路構成を例示したが、本発明における波長多重数はこれに限定されず、任意のチャンネル数を同様に採用できる。
【0071】
また、上述した本発明の各実施形態では、波長合分波器としてアレイ導波路格子を例示したが、本発明はこれに限定されず、同様な機能を有する光回路も適用可能である。
【0072】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、1×2光分岐回路と光ゲートスイッチを組み合せる構成にして、すべての入力する光波長多重信号は、1×2光分岐回路でアウト用とドロップ、あるいはタップ用に一旦分割されるため、本発明の光アド・ドロップ回路をブロードキャスト型波長多重光通信ネットワークに適用した場合でも、透過してくる波長多重信号において、タップされた信号にのみ原理的過剰損が発生することによって光強度の均一性が損なわれるということがない、タップ機能を有する光アド・ドロップ回路を実現することができる。
【0073】
さらに、本発明によれば、光アド・ドロップ回路を構成する光ゲートスイッチに半導体光増幅器を用いることで、波長合分波器、光分岐回路、光合流回路の損失を補償することが可能となり、また、作製誤差等によって各信号間に損失の差が生じた場合においてもその差を補償することが可能で、各信号間の光強度を高いレベルで均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考例におけるタップ機能付き光アド・ドロップ回路の構成を示すブロック図である。
【図2】 本発明の第1の実施形態におけるタップ機能付き光アド・ドロップ回路の構成を示すブロック図である。
【図3】 本発明の第2の実施形態におけるタップ機能付き光アド・ドロップ回路の構成を示すブロック図である。
【図4】 本発明の第3の実施形態におけるタップ機能付き光アド・ドロップ回路の構成を示すブロック図である。
【図5】 本発明で利用可能なアレイ導波路格子の構成例を示す模式的な平面図である。
【図6】 本発明で利用可能なアレイ導波路格子のスラブ導波路を説明する概念図である
【図7】 本発明で利用可能なアレイ導波路格子の機能を説明するブロック図である。
【図8】 光アド・ドロップ回路の機能を説明する概念図である。
【図9】 タップ回路の機能を説明する概念図である。
【符号の説明】
101 アレイ導波路格子
102,103,104,105 アレイ導波路格子の出力導波路
106,107,108,109 1×2光分岐回路
110,111,112,113 光ゲートスイッチ
114,115,116,117 光ゲートスイッチ
118,119,120,121 1×2光分岐回路の出力導波路
122,123,124,125 1×2光分岐回路の出力導波路
126 第1の光合流回路
127 第2の光合流回路
128 アドポート
129 アウトポート
130 ドロップ/タップポート
201 第1のアレイ導波路格子
202,203,204,205 アレイ導波路格子の出力導波路
206,207,208,209 1×2光分岐回路
210,211,212,213 光ゲートスイッチ
214,215,216,217 光ゲートスイッチ
218,219,220,221 1×2光分岐回路の出力導波路
222,223,224,225 1×2光分岐回路の出力導波路
226 第2のアレイ導波路格子
227 228,229,230 第2のアレイ導波路格子の出力導波路
231,232,233 第2のアレイ導波路格子の出力導波路
234 ドロップポート
235 2×1光合流回路
236 アドポート
237 アウトポート
301 第1のアレイ導波路格子
302,303,304,305 第1のアレイ導波路格子の出力導波路
306,307,308,309 1×2光分岐回路
310,311,312,313 光ゲートスイッチ
314,315,316,317 光ゲートスイッチ
318,319,320,321 1×2光分岐回路の出力導波路
322,323,324,325 1×2光分岐回路の出力導波路
326,327,328,329 2×1光合流回路
330,331,332,333 2×1光合流回路の出力導波路
334 第2のアレイ導波路格子
335,336,337 第2のアレイ導波路格子の出力導波路
338 ドロップポート
339 2×1光合流回路
340 アドポート
341 アウトポート
401 第1のアレイ導波路格子
402,403,404,405 第1のアレイ導波路格子の出力導波路
406,407,408,409 1×2光分岐回路
410,411,412,413 光ゲートスイッチ
414,415,416,417 光ゲートスイッチ
418,419,420,421 1×2光合流回路の出力導波路
422,423,424,425 1×2光合流回路の出力導波路
426,427,428 2×1光合流回路
432 第2のアレイ導波路格子
431,434,435,437 第2のアレイ導波路格子の出力導波路
436 ドロップポート
438 2×1光合流回路
439 アドポート
440 アウトポート
Claims (6)
- 波長多重光を入力して各波長毎に分波する第1の波長合分波器と、
前記第1の波長合分波器の各出力導波路のそれぞれに接続された1×2光分岐回路と、
前記1×2光分岐回路のそれぞれの出力導波路上に配置された光ゲートスイッチと、
前記1×2光分岐回路のそれぞれの出力導波路が接続された第2の波長合分波器と、
前記第2の波長合分波器の出力導波路の1本に接続された2×1光合流回路と、
前記2×1光合流回路に接続されて外部から光を入力することができる導波路と
を有することを特徴とするタップ機能付き光アド・ドロップ回路。 - 波長多重光を入力して各波長毎に分波する第1の波長合分波器と、
前記第1の波長合分波器の各出力導波路のそれぞれに接続された1×2光分岐回路と、
前記1×2光分岐回路のそれぞれの出力導波路上に配置された光ゲートスイッチと、
前記第1の波長合分波器の両端の出力導波路に接続されている前記1×2光分岐回路の出力導波路のそれぞれ一方が接続された2×1光合流回路と、
前記1×2光分岐回路の残りの出力導波路を含めそれぞれ両隣りの前記1×2光分岐回路の出力導波路の一方が接続された2×1光合流回路と、
全ての前記2×1光合流回路のそれぞれの出力導波路が接続された前記第2の波長合分波器と、
前記第2の波長合分波器の出力導波路の1本に接続された2×1光合流回路と、
前記2×1光合流回路に接続されて外部から光を入力することができる導波路と
を有することを特徴とするタップ機能付き光アド・ドロップ回路。 - 前記光ゲートスイッチに半導体光増幅器を用いたことを特徴とする請求項1または2に記載のタップ機能付き光アド・ドロップ回路。
- 波長多重光を入力して各波長毎に分波する第1の波長合分波器と、
前記第1の波長合分波器の各出力導波路のそれぞれに接続された1×2光分岐回路と、
前記1×2光分岐回路のそれぞれの出力導波路上に配置された半導体光増幅器を用いた光ゲートスイッチと、
それぞれ両隣りの前記1×2光分岐回路の出力導波路の一方が接続された2×1光合流回路と、
前記2×1光合流回路の出力導波路が接続されるとともに、前記第1の波長合分波器の両端の出力導波路が接続されている各前記1×2光分岐回路の出力導波路のそれぞれ一方が直接接続されている第2の波長合分波器と、
前記第2の波長合分波器の出力導波路の1本に接続された2×1光合流回路と、
前記2×1光合流回路に接続されて外部から光を入力することができる導波路と
を有することを特徴とするタップ機能付き光アド・ドロップ回路。 - 前記光ゲートスイッチの制御に応じて、前記2×1光合流回路の出力導波路は任意の波長光を加えた波長多重光を取り出すことのできるアウトポートとなり、また前記第2の波長合分波器の出力導波路の1本は波長多重光から任意の波長光を分離、または分割して取り出すことができるドロップ/タップポートとなることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のタップ機能付き光アド・ドロップ回路。
- 前記波長合分波器として、アレイ導波路格子を用いたことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のタップ機能付き光アド・ドロップ回路。
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