JP5579817B2 - Optical-optical serial-parallel converter for multi-wavelength optical signals - Google Patents

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Description

本発明は、光情報通信等で用いられる多波長の光信号の全光を一括でシリアル−パラレル変換する光−光型シリアル−パラレル変換装置に関する発明である。   The present invention relates to an optical-optical serial-parallel conversion device that performs serial-parallel conversion of all light of a multi-wavelength optical signal used in optical information communication or the like.

光通信は大容量、超高速性という特長があり、近年では多くの情報通信網で実用化されている。10Gbps程度の高速化では、光信号を光ファイバで数十km程度伝送しても光ファイバの損失や分散等による光信号の波形劣化は軽微であるため、一つの波長にすべての情報を重畳して転送することが一般的である。   Optical communication has the features of large capacity and ultra-high speed, and has been put into practical use in many information communication networks in recent years. At high speeds of about 10 Gbps, even if an optical signal is transmitted over several tens of kilometers over an optical fiber, the waveform degradation of the optical signal due to optical fiber loss or dispersion is minimal, so all information is superimposed on one wavelength. Is generally transferred.

しかしながら、40Gbpsや100Gbpsを超える高速化では、上記光ファイバの分散等による光信号の波形劣化は無視できなくなる。更に、これほど高速な信号は、現在、最も一般的で低コストで作製できるシリコンを用いたCMOS電子回路では処理できない。そこで、例えば、40Gbpsでは20Gbps×2波長、100Gbpsでは25G×4波長というように、複数の波長の光信号に分割した情報を重畳して送受信を行っている。   However, at high speeds exceeding 40 Gbps and 100 Gbps, the waveform deterioration of the optical signal due to the dispersion of the optical fiber cannot be ignored. Furthermore, such high-speed signals cannot be processed by CMOS electronic circuits using silicon, which is currently the most common and can be produced at low cost. Therefore, for example, 20 Gbps × 2 wavelengths at 40 Gbps and 25 G × 4 wavelengths at 100 Gbps are used to transmit and receive information by superimposing divided information on optical signals having a plurality of wavelengths.

この場合でも、電子回路は20Gbps超の電気信号を直接処理する必要があり、そのためには、シリコン系CMOSでは線幅を更に微細化する工程が必要になったり、材料系をシリコンゲルマニウム系やインジウムリン系などの化合物半導体を用いたり、バイポーラトランジスタを用いたりする必要がある。上記のような化合物半導体を用いると、消費電力の上昇、作製コストの増大を引き起こす。   Even in this case, the electronic circuit needs to directly process an electrical signal exceeding 20 Gbps. For this purpose, a silicon-based CMOS requires a step of further reducing the line width, or the material system is made of silicon germanium or indium. It is necessary to use a compound semiconductor such as phosphorus or a bipolar transistor. Use of the compound semiconductor as described above causes an increase in power consumption and an increase in manufacturing cost.

従って、光信号の段階で低速化できるシリアル−パラレル変換装置が実現できれば、これらの課題を解決することができる。上記の機能を持つ従来の光−光型のシリアル−パラレル変換装置として、特許文献1のようなものがある。従来の光−光型のシリアル−パラレル変換装置を図5(a)、(b)に示し、その基本的な動作を以下に説明する。なお、図5(a)、(b)及び後述する図6において、点線の波形は信号「0」を示し、実線の波形は信号「1」を示している。又、以降の説明において、M及びNは、2以上の自然数である。   Therefore, these problems can be solved if a serial-parallel converter capable of reducing the speed at the optical signal stage can be realized. As a conventional optical-optical type serial-parallel conversion device having the above-mentioned function, there is one as disclosed in Patent Document 1. A conventional optical-optical serial-parallel conversion device is shown in FIGS. 5A and 5B, and its basic operation will be described below. In FIGS. 5A and 5B and FIG. 6 described later, the dotted waveform indicates the signal “0” and the solid waveform indicates the signal “1”. In the following description, M and N are natural numbers of 2 or more.

従来の光−光型のシリアル−パラレル変換装置50においては、光パケット(シリアル光Ls)を1:Nの光スプリッタ51に入力し、入力されたシリアル光Lsをパラレル数Nに分岐し、分岐した並列光信号Ld1〜LdNの各々に、各々の光遅延線52aを用いて、1ビット分の時間ずつ順次ずらした遅延を与える。その後、順次遅延させた並列光信号Ld1〜LdNを、入力側ファイバアレイ52、マイクロレンズアレイ53aを介して、偏光ビームスプリッタ(PBS)54へ入力して反射させ、集光レンズ55を介して、面型光スイッチ56の一点に集光する。このようにすると、順次遅延させた並列光信号Ld1〜LdNにおいて、1ビット目からNビット目までの全ビットが、同一時間に面型光スイッチ56の一点に集光されるタイムウィンドウTwが存在する(図5(b)参照)。 In the conventional optical-optical serial-parallel converter 50, an optical packet (serial light Ls) is input to a 1: N optical splitter 51, and the input serial light Ls is branched to a parallel number N. Each of the parallel optical signals Ld 1 to Ld N is given a delay that is sequentially shifted by a time of 1 bit by using each optical delay line 52a. Thereafter, the sequentially delayed parallel optical signals Ld 1 to Ld N are input to the polarization beam splitter (PBS) 54 via the input side fiber array 52 and the microlens array 53 a, reflected, and then passed through the condenser lens 55. Thus, the light is condensed at one point of the surface optical switch 56. In this way, in the sequentially delayed parallel optical signals Ld 1 to Ld N , the time window Tw in which all the bits from the first bit to the Nth bit are condensed on one point of the surface optical switch 56 at the same time. (See FIG. 5B).

このタイムウィンドウTwにおいて、予め用意しておいた制御光パルスPcを、ミラー57を介して面型光スイッチ56へ入射して、面型光スイッチ56の反射率を変動させると、この同一時間に一点に集光されたビットの光のみが反射して、PBS54の出力ポートへ出力され、マイクロレンズアレイ53b、出力側ファイバアレイ58を介して出力される。これにより、1対Nの光−光型のシリアル−パラレル変換が実現されるので、変換後のパラレル光LpをN個のPD59で光電変換した後に、シリアル光Lsのビットレートの1/Nの帯域を持つ低速な電子回路で処理することができる。   In this time window Tw, when a control light pulse Pc prepared in advance is incident on the surface optical switch 56 via the mirror 57 and the reflectance of the surface optical switch 56 is changed, the same time is taken. Only the bit light collected at one point is reflected and output to the output port of the PBS 54, and is output via the microlens array 53 b and the output side fiber array 58. As a result, 1-to-N optical-optical serial-parallel conversion is realized. After the converted parallel light Lp is photoelectrically converted by N PDs 59, the bit rate of the serial light Ls is 1 / N. It can be processed by a low-speed electronic circuit having a bandwidth.

特許3577289号公報Japanese Patent No. 3577289

しかしながら、M個の波長の光パケットを、上述したような光−光型のシリアル−パラレル変換装置50で変換する場合には、そのまま入力すると同一時間に多波長の光が同時にPD59に入射されるため、複数の波長のパラレル光Lp間で混信を生じる。そこで、図6に示すように、予め多波長シリアル光Lmを波長分波器61で波長毎にM個のシリアル光Ls1〜LsMに分波し、M個の光−光型のシリアル−パラレル変換装置501〜50Mに各波長λ1〜λMのシリアル光Ls1〜LsMを入力して、シリアル−パラレル変換を処理する必要がある。このようにすると、シリアル−パラレル変換装置501〜50Mの増加に伴い、制御光パルスPc用の装置及び受信用PDも増加し、それらの増加によるコスト増大が生じる。更に、多波長の光パケットは電子回路内では同期して処理するため、各シリアル−パラレル変換装置501〜50Mにおける遅延を全体で調整する必要があり、コスト増大が生じる。 However, when the optical packet of M wavelengths is converted by the optical-optical serial-parallel converter 50 as described above, if it is input as it is, light of multiple wavelengths is simultaneously incident on the PD 59 at the same time. Therefore, interference occurs between the parallel lights Lp having a plurality of wavelengths. Therefore, as shown in FIG. 6, demultiplexes into M serial optical Ls 1 ~Ls M for each wavelength in advance multiwavelength serial optical Lm by the wavelength demultiplexer 61, the M light - optical type serial - enter the serial light Ls 1 ~Ls M of wavelengths lambda 1 to [lambda] M to parallel converter 50 1 to 50 M, the serial - it is necessary to handle the parallel conversion. If it does in this way, the apparatus for control light pulses Pc and PD for reception will also increase with the increase in the serial-parallel converters 50 1 to 50 M , and the cost will increase due to these increases. Furthermore, since multi-wavelength optical packets are processed synchronously in the electronic circuit, it is necessary to adjust the delay in each of the serial-parallel converters 50 1 to 50 M as a whole, resulting in an increase in cost.

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、低コスト化、小型化ができ、多波長光信号間の受信タイミングの調整が簡便となる多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides an optical-optical serial-parallel conversion device for multi-wavelength optical signals which can be reduced in cost and size and can easily adjust the reception timing between the multi-wavelength optical signals. The purpose is to provide.

上記課題を解決する第の発明に係る多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置は、
同一伝送速度のM個の波長の光信号からなり、M個の前記光信号の先頭ビットを同一時間に揃えた多波長光信号を、1:Nにシリアル−パラレル変換する多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置であって、
前記多波長光信号のNビット毎に、各ビットを互いに異なる位置のN個の出力ポートに出力して、1:Nにシリアル−パラレル変換するシリアル−パラレル変換部と、
前記出力ポートに各々接続され、各出力ポートから出力されたM個の波長からなる光信号を波長毎に分離して電気信号に変換し、前記電気信号毎に順次等間隔の遅延を与える遅延部とを有し、
前記シリアル−パラレル変換部は、
前記多波長光信号を、N本の並列光信号に分波する分波器と、
前記分波器で分波された前記N本の並列光信号の各々を1ビットずつ順次遅延させる光遅延部と、
前記光遅延部で遅延させた前記N本の並列光信号を反射すると共に、前記N本の並列光信号と偏光方向が異なる光信号を透過して、前記N個の出力ポートへ出力する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタで反射した前記N本の並列光信号を一点に集光するレンズと、
前記レンズで集光した一点に配置され、所定の光パルスが入力されている間、集光された前記N本の並列光信号の偏光方向を変化させて、前記偏光ビームスプリッタへ反射する光スイッチと、
前記光遅延部で1ビットずつ順次遅延させた前記N本の並列光信号の1ビット目からNビット目が、前記光スイッチに集光されるタイミングで、前記所定の光パルスを出力する光パルス発生器とを有し、
前記遅延部は、
前記出力ポートに接続され、平面光回路基板又は化合物半導体基板に形成された光導波路と、
前記光導波路に形成され、各々異なる波長の光信号を分離するM個のグレーティングカップラと、
前記グレーティングカップラで分離した光信号を、各々前記電気信号に変換するM個のフォトダイオードと、
前記フォトダイオードで変換した前記電気光信号を、前記電気信号毎に順次等間隔の遅延を与えるM個の電気遅延線と、
前記M個の電気遅延線と接続され、遅延させた前記電気信号を合波する主電気遅延線とを有する
ことを特徴とする。
但し、M、Nは、2以上の自然数である。
An optical-optical serial-parallel conversion device for a multi-wavelength optical signal according to the first invention for solving the above-mentioned problems
Light of a multi-wavelength optical signal, which is composed of optical signals of M wavelengths having the same transmission speed and serial-parallel converts 1: N into a multi-wavelength optical signal in which the first bits of the M optical signals are aligned at the same time. An optical serial-parallel converter,
A serial-parallel converter that outputs each bit to N output ports at different positions for every N bits of the multi-wavelength optical signal, and performs serial-parallel conversion to 1: N;
A delay unit connected to each of the output ports, separating optical signals having M wavelengths output from the output ports for each wavelength, converting the optical signals into electrical signals, and sequentially delaying the electrical signals at equal intervals It has a door,
The serial-parallel converter is
A demultiplexer for demultiplexing the multi-wavelength optical signal into N parallel optical signals;
An optical delay unit that sequentially delays each of the N parallel optical signals demultiplexed by the demultiplexer by 1 bit;
A polarized beam that reflects the N parallel optical signals delayed by the optical delay unit, transmits an optical signal having a polarization direction different from that of the N parallel optical signals, and outputs the optical signal to the N output ports. A splitter,
A lens that condenses the N parallel optical signals reflected by the polarization beam splitter at one point;
An optical switch that is arranged at one point condensed by the lens and changes the polarization direction of the N parallel optical signals collected and reflects to the polarization beam splitter while a predetermined optical pulse is being input. When,
An optical pulse that outputs the predetermined optical pulse at a timing at which the first to Nth bits of the N parallel optical signals sequentially delayed one bit at a time by the optical delay unit are condensed on the optical switch. A generator,
The delay unit is
An optical waveguide connected to the output port and formed on a planar optical circuit substrate or a compound semiconductor substrate;
M grating couplers formed in the optical waveguide and separating optical signals of different wavelengths,
M photodiodes each converting the optical signal separated by the grating coupler into the electrical signal;
M electrical delay lines for sequentially delaying the electrical light signals converted by the photodiodes at equal intervals for each electrical signal;
A main electrical delay line connected to the M electrical delay lines and for combining the delayed electrical signals .
However, M and N are natural numbers of 2 or more.

本発明によれば、1つのシリアル−パラレル変換部とN個の遅延部を用いて、多波長光信号を光信号のままシリアル−パラレル変換できるので、低コスト化、小型化ができ、多波長光信号間の受信タイミングの調整が簡便となる多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置を実現することができる。   According to the present invention, since a multi-wavelength optical signal can be serial-parallel converted as an optical signal using one serial-parallel converter and N delay units, the cost can be reduced and the size can be reduced. It is possible to realize an optical-optical serial-parallel conversion device for multi-wavelength optical signals that makes it easy to adjust the reception timing between optical signals.

(a)は、本発明に係る多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置の実施形態の参考例(参考例1)を示す概略構成図であり、(b)は、その遅延部を示す概略構成図である。(A) is a schematic block diagram which shows the reference example ( reference example 1) of embodiment of the optical-optical serial-parallel conversion apparatus of the multiwavelength optical signal which concerns on this invention, (b) is the delay part. It is a schematic block diagram which shows. 図1に示した多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置におけるシリアル−パラレル変換処理を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the serial-parallel conversion process in the optical-optical serial-parallel conversion apparatus of the multiwavelength optical signal shown in FIG. 図1(b)に示した遅延部の変形例(参考例2)を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification ( reference example 2) of the delay part shown in FIG.1 (b). 図1(b)に示した遅延部の他の変形例(実施例)を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other modification (Example 1 ) of the delay part shown in FIG.1 (b). (a)は、従来の光−光型のシリアル−パラレル変換装置を示す概略構成図であり、(b)は、その面型光スイッチでの動作を説明する図である。(A) is a schematic block diagram which shows the conventional optical-optical type serial-parallel converter, (b) is a figure explaining the operation | movement with the surface type optical switch. 図5に示した従来の光−光型のシリアル−パラレル変換器を用いて、多波長光信号を処理する場合の構成を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the structure in the case of processing a multi-wavelength optical signal using the conventional optical-optical type serial-parallel converter shown in FIG.

以下、図1〜図4を参照して、本発明に係る多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置の実施形態を説明する。   Hereinafter, an embodiment of an optical-optical serial-parallel conversion apparatus for multi-wavelength optical signals according to the present invention will be described with reference to FIGS.

参考例1)
図1(a)は、本参考例の多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置を示す概略構成図であり、図1(b)は、その遅延部を示す概略構成図であり、図2は、そのシリアル−パラレル変換処理を説明する概念図である。なお、図1(a)、(b)において、点線の波形は信号「0」を示し、実線の波形は信号「1」を示している。又、以降の説明においても、M及びNは、2以上の自然数である。
( Reference Example 1)
FIG. 1A is a schematic configuration diagram showing an optical-optical serial-parallel conversion device for a multi-wavelength optical signal of this reference example, and FIG. 1B is a schematic configuration diagram showing its delay unit. FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the serial-parallel conversion process. In FIGS. 1A and 1B, the dotted waveform indicates the signal “0”, and the solid waveform indicates the signal “1”. In the following description, M and N are natural numbers of 2 or more.

参考例の多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置は、図1に示すように、シリアル−パラレル変換部10とN個の遅延部201〜20Nを有している。 Light Serial - - light of multi-wavelength optical signal of the reference example parallel conversion device, as shown in FIG. 1, the serial - has parallel converter 10 and the N delay unit 20 1 to 20 N.

シリアル−パラレル変換部10では、多波長シリアル光LmのNビット毎に、各ビットを互いに異なる位置のN個の出力ポートP1〜PNに分離し、各出力ポートP1〜PNからM個の波長の光信号を出力して、多波長シリアル光Lmを1:Nにシリアル−パラレル変換している。 In the serial-parallel conversion unit 10, for each N bits of the multi-wavelength serial light Lm, each bit is separated into N output ports P 1 to P N at different positions, and each output port P 1 to P N to M The optical signals of a plurality of wavelengths are output, and the multi-wavelength serial light Lm is serial-parallel converted to 1: N.

このシリアル−パラレル変換部10は、1:Nの光スプリッタ11(分波器)と、光遅延線12a(遅延部)を有する入力側ファイバアレイ12と、マイクロレンズアレイ13a、13bと、偏光ビームスプリッタ(PBS)14と、集光用の非球面レンズ15と、面型光スイッチ16と、コリメートファイバ17と、90度反射ミラー18a、18bと、出力側ファイバアレイ19とを有している。   The serial-parallel converter 10 includes a 1: N optical splitter 11 (demultiplexer), an input-side fiber array 12 having an optical delay line 12a (delay unit), microlens arrays 13a and 13b, and a polarized beam. A splitter (PBS) 14, a condensing aspheric lens 15, a surface optical switch 16, a collimating fiber 17, 90-degree reflecting mirrors 18 a and 18 b, and an output side fiber array 19 are provided.

そして、シリアル−パラレル変換部10の出力側、つまり、PBS14の出力ポートP1〜PNの各々には、出力側ファイバアレイ19を介して、各出力ポートP1〜PNから出力されたM個の波長からなる光信号に、波長毎に順次等間隔の遅延を与える遅延部201〜20Nが各々接続されている。 Then, serial - output side of the parallel converter 10, i.e., M in each of the output ports P 1 to P N of PBS 14, which via an output-side fiber array 19, output from the output port P 1 to P N the optical signal consisting of number of wavelengths, the delay unit 20 1 to 20 N for giving sequential equally spaced delay for each wavelength are respectively connected.

この遅延部201〜20Nはファイバ型のものであり、その中の1つの遅延部201は、後述するサーキュレータ21を介して、出力側ファイバアレイ19の光ファイバ(出力ポートP1)に接続された光ファイバ22と、等間隔の遅延を与えるために光ファイバ22に互いに等間隔離れて形成され、各々異なる波長の光信号を反射するM個のファイバグレーティング231〜23Mと、出力側ファイバアレイ19の光ファイバ(出力ポートP1)と光ファイバ22との間に挿入され、M個のファイバグレーティング231〜23Mで反射した光信号を、光ファイバ22から分離して出力する光サーキュレータ21とを有している。光ファイバ22は、サーキュレータ21の一方の出力ポート21aに接続され、PD24は、サーキュレータ21の他方の出力ポート21bに接続されている。 The delay unit 20 1 to 20 N is of the fiber type, the delay unit 20 1 one of them via the circulator 21 to be described later, the optical fiber of the output side fiber array 19 (output port P 1) a connected optical fiber 22, are formed apart at equal intervals from each other in the optical fiber 22 to provide equally spaced delays, and M of the fiber grating 23 1 ~ 23 M for reflecting the light signals of mutually different wavelengths, the output The optical signals inserted between the optical fibers (output port P 1 ) of the side fiber array 19 and the optical fibers 22 and reflected by the M fiber gratings 23 1 to 23 M are separated from the optical fibers 22 and output. And an optical circulator 21. The optical fiber 22 is connected to one output port 21 a of the circulator 21, and the PD 24 is connected to the other output port 21 b of the circulator 21.

次に、図1と共に、図2に示す概念図を参照して、本発明におけるシリアル−パラレル変換処理の基本動作を説明する。なお、図2では、一例として、M=4、N=16として説明している。   Next, the basic operation of the serial-parallel conversion process in the present invention will be described with reference to the conceptual diagram shown in FIG. 2 together with FIG. In FIG. 2, as an example, M = 4 and N = 16 are described.

まず、送信側では、同一特性(同一伝送速度、同一偏光方向)を有し、M個の波長の光信号からなり、波長毎に異なる情報を持つ光パケット(多波長シリアル光Lm)を生成する(図2(a)参照)。生成は、例えば、M個のDFBレーザから出力されたCW光を、M個のLN変調器又はEA変調器を用いて強度変調して、光合波器で合波すれば良い。ここで、全体の伝送速度をT[bit/s]とすると、各波長の光信号の伝送速度は、T/M[bit/s]となり、LN変調器、EA変調器は、この伝送速度で駆動される。この際、各波長の光信号の先頭ビットが同一時間に揃うように変調信号を駆動する。又、各波長の光信号は直線偏光で偏光面が一致するように偏光コントローラなどで調整しておく。   First, on the transmission side, an optical packet (multi-wavelength serial light Lm) having the same characteristics (the same transmission speed and the same polarization direction), consisting of optical signals of M wavelengths and having different information for each wavelength is generated. (See FIG. 2 (a)). The generation may be performed by, for example, intensity-modulating CW light output from M DFB lasers using M LN modulators or EA modulators and multiplexing the light with an optical multiplexer. Here, if the overall transmission rate is T [bit / s], the transmission rate of the optical signal of each wavelength is T / M [bit / s], and the LN modulator and the EA modulator use this transmission rate. Driven. At this time, the modulation signal is driven so that the first bits of the optical signals of the respective wavelengths are aligned at the same time. The optical signal of each wavelength is linearly polarized and adjusted by a polarization controller or the like so that the polarization planes coincide.

このような多波長シリアル光Lmが、シリアル−パラレル変換部10に入力されるが、ここでは、一例として、半導体から構成され、差動スピン分極法を用いた反射型の面型光スイッチ16を用いた構成について述べる。他の原理、方法を用いた場合でも、多波長シリアル光Lmの同一時間のビットが物理的に異なる出力位置にシリアル−パラレル変換されるのであれば、他の原理、方法、例えば、透過型の面型光スイッチを用いた構成でも、本発明は適用可能である。   Such multi-wavelength serial light Lm is input to the serial-parallel converter 10. Here, as an example, a reflective surface optical switch 16 made of a semiconductor and using a differential spin polarization method is used. The configuration used is described. Even when other principles and methods are used, if the same time bits of the multi-wavelength serial light Lm are serial-parallel converted to different physical output positions, other principles and methods such as transmission type The present invention can also be applied to a configuration using a surface optical switch.

多波長シリアル光Lmが、シリアル−パラレル変換部10に入力されると、まず、1:Nの光スプリッタ11でN本の並列光信号に分岐(分波)される。入力側ファイバアレイ12は、N個の光ファイバからなり、各々光遅延線12a(遅延部)を備えている。各々の光遅延線12aでは、光スプリッタ11で分波されたN本の並列光信号の各々を1ビットずつ順次遅延させている。遅延されたN本の並列光信号は、マイクロレンズアレイ13aを介して平行光となり、PBS14で反射させ、集光用の非球面レンズ15を介して、面型光スイッチ16の一点に集光される。この面型光スイッチ16は、レンズで集光した一点に配置されている。   When the multi-wavelength serial light Lm is input to the serial-parallel converter 10, first, the 1: N optical splitter 11 branches (splits) it into N parallel optical signals. The input-side fiber array 12 is composed of N optical fibers, and each includes an optical delay line 12a (delay unit). In each optical delay line 12a, each of the N parallel optical signals demultiplexed by the optical splitter 11 is sequentially delayed by one bit. The delayed N parallel optical signals become parallel light via the microlens array 13 a, reflected by the PBS 14, and condensed at one point of the surface optical switch 16 via the condensing aspherical lens 15. The The surface optical switch 16 is arranged at one point condensed by a lens.

PBS14は、多波長シリアル光Lmに透明な透明媒質からなる2つの直角プリズムから構成され、直角プリズムの斜面には誘電体偏光膜が形成されている。この誘電体偏光膜は、所定の偏光方向の光信号を反射し、その偏光方向と異なる偏光方向の光信号を透過するように設定されている。具体的には、入力されたN本の並列光信号は、直線偏光であるので、PBS14で反射され、面型光スイッチ16で反射したN本の並列光信号は、後述するように、楕円偏光に変化するので、PBS14を透過して、出力ポートP1〜PNへ出力するように設定されている。 The PBS 14 is composed of two right-angle prisms made of a transparent medium transparent to the multi-wavelength serial light Lm, and a dielectric polarizing film is formed on the slope of the right-angle prism. The dielectric polarizing film is set to reflect an optical signal having a predetermined polarization direction and transmit an optical signal having a polarization direction different from the polarization direction. Specifically, since the input N parallel optical signals are linearly polarized light, the N parallel optical signals reflected by the PBS 14 and reflected by the surface optical switch 16 are elliptically polarized as described later. Therefore, it is set so as to pass through the PBS 14 and output to the output ports P 1 to P N.

ここで、N本の並列光信号は各々1ビットずつ順次遅延されているので、図2(b)で説明したように、順次遅延させた並列光信号(Ld1〜LdN)において、1ビット目からNビット目までの全ビットがある特定の同一のタイミング(タイムウィンドウTw)で並列になり、これらが面型光スイッチ16に入ると、N個のビットが同一時間に一点に集光されることになる。 Here, since each of the N parallel optical signals is sequentially delayed by one bit, in the sequentially delayed parallel optical signals (Ld 1 to Ld N ), as shown in FIG. When all the bits from the first to the Nth bit are arranged in parallel at a certain same timing (time window Tw) and they enter the surface type optical switch 16, N bits are collected at one point at the same time. Will be.

このタイムウィンドウTwのonとoffのタイミングで、光パルス発生器(図示省略)で発生させた一方のスピンの円偏光の制御光パルスPc1と他方のスピンの円偏光の制御光パルスPc2を、コリメートファイバ17及び90度反射ミラー18a、18bを介して、面型光スイッチ16に入射する。すると、差動スピン分極法の効果により、面型光スイッチ16からの反射光が、このonとoffのタイムウィンドウTwの間だけ楕円偏光に変化して、PBS14の方へ反射することになる。つまり、タイムウィンドウTwの間に面型光スイッチ16の一点に集光されたN個のビットのみがPBS14へ反射することになる。その結果、反射したN個のビットは、PBS14を透過して、物理的に分離したN個の出力ポートP1〜PNへシリアル−パラレル変換されて出力されることになる。出力ポートP1〜PNでは、マイクロレンズアレイ13bで集光して出力側ファイバアレイ19に入力している。 At the timing of turning on and off the time window Tw, the circularly polarized control light pulse Pc 1 of one spin and the circularly polarized control light pulse Pc 2 of the other spin generated by an optical pulse generator (not shown) are generated. Then, the light enters the surface optical switch 16 through the collimating fiber 17 and the 90-degree reflecting mirrors 18a and 18b. Then, due to the effect of the differential spin polarization method, the reflected light from the planar optical switch 16 changes to elliptically polarized light only during the on and off time windows Tw and is reflected toward the PBS 14. That is, only the N bits collected at one point of the surface optical switch 16 during the time window Tw are reflected to the PBS 14. As a result, the reflected N bits pass through the PBS 14 and are serial-parallel converted and output to N physically separated output ports P 1 to P N. At the output ports P 1 to P N , the light is condensed by the microlens array 13 b and input to the output side fiber array 19.

ここまでの過程は、各波長で共通であるので、出力ポートP1〜PNの各々(出力側ファイバアレイ19の各々の光ファイバ)には、シリアル−パラレル変換されたM個の波長の光信号が含まれている。 Since the processes up to this point are common to each wavelength, each of the output ports P 1 to P N (each optical fiber of the output-side fiber array 19) has M wavelengths of light that are serial-parallel converted. The signal is included.

そして、ここからの過程は、各出力ポートP1〜PN(出力側ファイバアレイ19の各光ファイバ)で共通であるので、1つの出力ポートP1に着目して述べる。 The process from here is common to each of the output ports P 1 to P N (each optical fiber of the output-side fiber array 19), and therefore will be described by focusing on one output port P 1 .

この出力ポートP1には、1/Nにシリアル−パラレル変換されたM個の波長の光信号が含まれる(図2(b)参照)。このままだと、M個の光ビットが同一時間にあるため、時間的に分離して受信する必要がある。ある波長の光信号に着目すると、Nビット周期で光ビットが存在する。従って、この間にM個の波長の各ビットを等間隔で時間的に配置できれば、各波長の光ビットを同一のPDで受信可能になる。これは、各波長の光ビットの反射位置をずらして、その間に適当な遅延を挿入することで実現する。そこで、図1(b)に示すように、各々異なる波長λ1〜λMの光を反射するM個のファイバグレーティング231〜23Mを光ファイバ22に等間隔に配置する。 The output port P 1 includes optical signals of M wavelengths that have been serial-parallel converted to 1 / N (see FIG. 2B). If this is the case, since M optical bits are at the same time, it is necessary to receive them separately in time. When attention is paid to an optical signal of a certain wavelength, there are optical bits at an N bit period. Therefore, if bits of M wavelengths can be arranged at regular intervals in the meantime, optical bits of each wavelength can be received by the same PD. This is realized by shifting the reflection position of the optical bit of each wavelength and inserting an appropriate delay therebetween. Therefore, as shown in FIG. 1 (b), equally spaced, each different wavelengths lambda 1 to [lambda] M M-number of the fiber grating 23 1 ~ 23 M for reflecting light to the optical fiber 22.

次に、cを光速、nを光ファイバ22の等価屈折率として、各波長の実効的な反射点間の距離ΔL/2を下記式から求める。   Next, with c being the speed of light and n being the equivalent refractive index of the optical fiber 22, the distance ΔL / 2 between the effective reflection points of each wavelength is obtained from the following equation.

ΔL/2=(c/n)×((N/M)/(T/M))/2   ΔL / 2 = (c / n) × ((N / M) / (T / M)) / 2

このようにして、各々異なる波長λ1〜λMの光を反射するM個のファイバグレーティング231〜23Mを、距離ΔL/2の等間隔で、光ファイバ22に設けている。 In this manner, each different wavelengths lambda 1 to [lambda] M M-number of the fiber grating 23 1 ~ 23 M for reflecting light, at equal intervals of a distance [Delta] L / 2, is provided to the optical fiber 22.

従って、ファイバグレーティング231は波長λ1の光のみを反射し、ファイバグレーティング232は波長λ2の光のみを反射し、ファイバグレーティング233は波長λ3の光のみを反射し、ファイバグレーティング23Mは波長λMの光のみを反射するので、波長λ1の光に対して、波長λ2の光は距離ΔLの時間遅延し、波長λ2の光に対して、波長λ3の光は距離ΔLの時間遅延し、波長λ3の光に対して、波長λMの光は距離ΔLの時間遅延することになり、各波長λ1〜λMの光ビットは、ΔLだけ順次遅延されることになる(図2(c)参照)。その後、各波長λ1〜λMの光ビットは、再び合波されて、各波長λ1〜λMの光ビットは、時間的な重なりが無くなることになる(図2(d)参照)。 Accordingly, the fiber grating 23 1 reflects only light having the wavelength λ 1 , the fiber grating 23 2 reflects only light having the wavelength λ 2 , the fiber grating 23 3 reflects only light having the wavelength λ 3 , and the fiber grating 23 since M reflects only light of the wavelength lambda M, with respect to the wavelength lambda 1 of light, light of the wavelength lambda 2 is the time delay of the distance [Delta] L, with respect to the wavelength lambda 2 of light, light of the wavelength lambda 3 is The light of the wavelength λ M is delayed by the time of the distance ΔL with respect to the light of the wavelength λ 3 , and the optical bits of the wavelengths λ 1 to λ M are sequentially delayed by ΔL. (See FIG. 2 (c)). Thereafter, the optical bits of the wavelengths λ 1 to λ M are recombined, and the optical bits of the wavelengths λ 1 to λ M disappear in time (see FIG. 2D).

ここで、ΔLはNビットの間隔の中に等間隔でMビットを挿入する場合のビット間遅延を表しており、この反射してきた光ビットを光サーキュレータ21で分離して、PD24で受光すれば、各波長のビットを独立して同一のPD24で受信できる。この際にPD24で受信される伝送速度はT/N[bit/s]となる。   Here, ΔL represents an inter-bit delay when M bits are inserted at equal intervals in an N-bit interval. If the reflected optical bits are separated by the optical circulator 21 and received by the PD 24, The bits of each wavelength can be received independently by the same PD 24. At this time, the transmission rate received by the PD 24 is T / N [bit / s].

一例として、T=100Gbit/s、M=4、N=16とすると、PD24で受信すべき伝送速度は6.25Gbit/sで、一般的に安価なシリコン系CMOS回路の動作周波数は10GHz以下であるため十分に動作可能である。   As an example, if T = 100 Gbit / s, M = 4, and N = 16, the transmission speed to be received by the PD 24 is 6.25 Gbit / s, and the operating frequency of a generally inexpensive silicon-based CMOS circuit is 10 GHz or less. It is possible to operate sufficiently.

又、Tが増加した場合は、Nをその分だけ増加させることで、受信すべき伝送速度を任意に低減することが容易に可能である。   Further, when T increases, it is possible to easily reduce the transmission rate to be received by increasing N by that amount.

更に、ΔL/2は、光ファイバでは、その等価屈折率が1.5程度であるので、16mm程度となり、半導体では、その等価屈折率が3.2程度であるので、8mm程度となり、セラミック基板では、その比誘電率が4程度であるので、12mm程度となり、どのような材料で作製しても十分な小型化が可能である。   Furthermore, ΔL / 2 is about 16 mm because the equivalent refractive index of an optical fiber is about 1.5, and is about 8 mm because the equivalent refractive index of a semiconductor is about 3.2. Then, since the relative dielectric constant is about 4, it is about 12 mm, and it can be sufficiently downsized with any material.

次に、図1(a)、(b)を参照して、本参考例の多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置の作製方法を説明する。なお、ここでは、一例として、T=100Gbit/s、M=4、N=16としているが、勿論、その他の場合でも同様に作製できる。 Next, with reference to FIGS. 1A and 1B, a manufacturing method of an optical-optical serial-parallel conversion apparatus for a multi-wavelength optical signal of this reference example will be described. Note that, here, as an example, T = 100 Gbit / s, M = 4, and N = 16.

まず、1:Nの光スプリッタ11から分岐されたN本(16本)の光ファイバを、切削と融着により、各光ファイバの長さが1ビット分(ここでは、25Gbit/s×4波長として、40ps)長くなるように、具体的には、長さで約8mmずつ順次長くなるように作製する。つまり、各光ファイバの長さが、各々の光遅延線12aを含む長さになっている。   First, N (16) optical fibers branched from the 1: N optical splitter 11 are cut and fused so that each optical fiber has a length of 1 bit (here, 25 Gbit / s × 4 wavelengths). 40 ps), specifically, the length is made to be gradually increased by about 8 mm. That is, the length of each optical fiber is a length including each optical delay line 12a.

次に、このN本(16本)の光ファイバを、中心を除いたハニカム状にファイバ固定治具に配置して、端面位置と偏光方向を合わせた後にUV接着剤で固定して、入力側ファイバアレイ12を作製する。出力側ファイバアレイ19も、入力側ファイバアレイ12と略同様の構成にすれば良いが、入力側ファイバアレイ12からは光スプリッタ11を除いた構成であり、しかも、出力側ファイバアレイ19の光ファイバの長さは特に精密に設定する必要はない。   Next, the N optical fibers (16 optical fibers) are arranged in a fiber fixing jig in a honeycomb shape excluding the center, aligned with the end face position and the polarization direction, and fixed with a UV adhesive. The fiber array 12 is produced. The output-side fiber array 19 may be configured substantially the same as the input-side fiber array 12, but the configuration is obtained by removing the optical splitter 11 from the input-side fiber array 12, and the optical fiber of the output-side fiber array 19. It is not necessary to set the length of the to be particularly precise.

立方体構造を持ったPBS14の入力側の面に、ガラス製のマイクロレンズアレイ13aをUV接着剤で固定する。このマイクロレンズアレイ13aの各レンズは、ハニカム状に配置された入力側ファイバアレイ12の各光ファイバの配置と同一に配置され、各光ファイバから出射された光ビームを平行光に変換するのに必要な開口数に設定されている。   A glass microlens array 13a is fixed to the input side surface of the PBS 14 having a cubic structure with a UV adhesive. Each lens of the micro lens array 13a is arranged in the same manner as each optical fiber of the input side fiber array 12 arranged in a honeycomb shape, and converts the light beam emitted from each optical fiber into parallel light. The required numerical aperture is set.

PBS14の面型光スイッチ16側の面には、その中心にガラス製で三角形の90度反射ミラー18aをUV接着剤で固定する。更に、PBS14のマイクロレンズアレイ13aに対向する面には、90度反射ミラー18bを持つコリメータファイバ17をUV接着剤で固定する。このコリメータファイバ17及び90度反射ミラー18bは、図1に示すように、90度反射ミラー18aを介して、制御光パルスPc1、Pc2を面型光スイッチ16に導けるように配置する。 On the surface of the PBS 14 on the surface optical switch 16 side, a triangular 90-degree reflecting mirror 18a made of glass is fixed at its center with a UV adhesive. Further, a collimator fiber 17 having a 90-degree reflection mirror 18b is fixed to the surface of the PBS 14 facing the microlens array 13a with a UV adhesive. As shown in FIG. 1, the collimator fiber 17 and the 90-degree reflecting mirror 18b are arranged so that the control light pulses Pc 1 and Pc 2 can be guided to the surface optical switch 16 via the 90-degree reflecting mirror 18a.

PBS14を固定治具にUV接着剤で固定し、入力側ファイバアレイ12をPBS14の入力側であって、マイクロレンズアレイ13aの焦点距離となる位置にUV接着剤で固定する。この際、面型光スイッチ16側から赤外線カメラで平行光を観察しながら適切な位置に調芯する。   The PBS 14 is fixed to a fixing jig with a UV adhesive, and the input side fiber array 12 is fixed to the input side of the PBS 14 with a UV adhesive at a position corresponding to the focal length of the microlens array 13a. At this time, alignment is performed at an appropriate position while observing parallel light from the surface optical switch 16 side with an infrared camera.

次に、マイクロレンズアレイ13aからの平行光と、コリメータファイバ17と複数の90度反射ミラー18a、18bを通過した制御光パルスPc1、Pc2が、面型光スイッチ16の一点で集光するように、非球面レンズ15の位置を調整し、その後、UV接着剤で固定する。この際、集光された光を面型光スイッチ16側から赤外線カメラで観察しながら非球面レンズ15の位置を適切な位置に調芯する。 Next, the parallel light from the microlens array 13 a and the control light pulses Pc 1 and Pc 2 that have passed through the collimator fiber 17 and the plurality of 90-degree reflection mirrors 18 a and 18 b are collected at one point of the surface optical switch 16. Thus, the position of the aspherical lens 15 is adjusted, and then fixed with a UV adhesive. At this time, the position of the aspherical lens 15 is adjusted to an appropriate position while observing the collected light from the surface optical switch 16 side with an infrared camera.

次に、非球面レンズ15の焦点位置に、固定台に予め固定された面型光スイッチ16を配置する。この際、1/4波長板を非球面レンズ15とPBS14の間に挿入し、PBS14の出力側から平行光となった光を赤外線カメラで観察しながら適切な位置に調芯する。   Next, the surface type optical switch 16 fixed in advance on the fixed base is disposed at the focal position of the aspheric lens 15. At this time, a ¼ wavelength plate is inserted between the aspherical lens 15 and the PBS 14, and the parallel light from the output side of the PBS 14 is aligned with an appropriate position while observing with an infrared camera.

次に、PBS14の出力側の面にマイクロレンズアレイ13bをUV接着剤で固定した後に、出力側ファイバアレイ19をマイクロレンズアレイ13bの焦点距離となる位置に調芯して、UV接着剤で固定する。この際、出力側ファイバアレイ19の各ファイバへの入力光強度を観測し、それらが最大となる適切な位置に調芯する。   Next, after fixing the microlens array 13b with the UV adhesive on the output side surface of the PBS 14, the output side fiber array 19 is aligned at a position that becomes the focal length of the microlens array 13b and fixed with the UV adhesive. To do. At this time, the input light intensity to each fiber of the output side fiber array 19 is observed, and alignment is performed at an appropriate position where they are maximized.

ここまでが、シリアル−パラレル変換部10の作製方法である。次に、遅延部201〜20Nの作製方法を説明する。 This is the method for manufacturing the serial-parallel converter 10. Next, a manufacturing method of the delay units 20 1 to 20 N will be described.

ファイバ型の遅延部201〜20Nでは、まず、フェーズマスク法を用いて、異なる波長λ1〜λMを反射するM種類のグレーティングを1本の光ファイバ22に作製して、ファイバグレーティング231〜23Mを作製する。この際、M種類のファイバグレーティング231〜23Mの各々の相対位置は、前述したΔL/2となるように、16mmとしている。光ファイバ22は、光サーキュレータ21の一方の出力ポート21aに接続されている。 In fiber-type delay unit 20 1 to 20 N, first, by using a phase mask method, to prepare a M types of gratings for reflecting different wavelengths lambda 1 to [lambda] M in one optical fiber 22, the fiber grating 23 to produce a 1 ~23 M. At this time, the relative position of each of the M types of fiber gratings 23 1 to 23 M is set to 16 mm so as to be ΔL / 2 described above. The optical fiber 22 is connected to one output port 21 a of the optical circulator 21.

次に、シリアル−パラレル変換部10の出力側ファイバアレイ19の光ファイバと光ファイバ22の間に光サーキュレータ21を接続し、光サーキュレータ21の他方の出力ポート21bに受光用のPD24を接続する。このようにして、遅延部201〜20Nが完成する。 Next, the optical circulator 21 is connected between the optical fiber 22 and the optical fiber 22 of the output side fiber array 19 of the serial-parallel converter 10, and the light receiving PD 24 is connected to the other output port 21 b of the optical circulator 21. In this manner, the delay unit 20 1 to 20 N is completed.

参考例2)
参考例では、参考例1で説明したファイバ型の遅延部201〜20Nに代えて、図3に示すPLC(平面光回路)型の遅延部30をN個用いるようにしている。なお、シリアル−パラレル変換部10は、その構成を含め、その作製方法も参考例1と同じもので良いので、ここでは、その図示及び説明を省略する。なお、図3においても、点線の波形は信号「0」を示し、実線の波形は信号「1」を示している。
( Reference Example 2)
In this reference example, N pieces of PLC (planar optical circuit) type delay units 30 shown in FIG. 3 are used instead of the fiber type delay units 20 1 to 20 N described in the reference example 1. Note that the serial-parallel conversion unit 10, including its configuration, may be manufactured in the same manner as in Reference Example 1, and therefore its illustration and description are omitted here. Also in FIG. 3, the dotted line waveform indicates the signal “0”, and the solid line waveform indicates the signal “1”.

参考例において、シリアル−パラレル変換部10の出力側、つまり、PBS14の出力ポートP1〜PNの各々には、出力側ファイバアレイ19を介して、各出力ポートP1〜PNから出力されたM個の波長からなる光信号に、波長毎に順次等間隔の遅延を与えるPLC型の遅延部30が各々接続されている。 In this reference example, a serial - output side of the parallel converter 10, i.e., each of the output ports P 1 to P N of PBS 14, via the output-side fiber array 19, the output from the output port P 1 to P N A PLC type delay unit 30 is sequentially connected to each of the optical signals having M wavelengths, which sequentially delays at equal intervals for each wavelength.

PLC型の遅延部30は、PLC基板32に形成されると共に、後述するサーキュレータ31を介して、出力側ファイバアレイ19の光ファイバ(出力ポートP1〜PN)に接続された平面光導波路33と、等間隔の遅延を与えるために平面光導波路33上に互いに等間隔離れて形成され、各々異なる波長の光信号を反射するM個のグレーティング341〜34Mと、出力側ファイバアレイ19の光ファイバ(出力ポートP1〜PN)とPLC基板32との間に挿入され、M個のグレーティング341〜34Mで反射した光信号を、平面光導波路33から分離して出力する光サーキュレータ31とを有している。PLC基板32に形成された平面光導波路33は、サーキュレータ31の一方の出力ポート31aに接続され、PD35は、サーキュレータ31の他方の出力ポート31bに接続されている。 The PLC type delay unit 30 is formed on the PLC substrate 32 and is connected to the optical fibers (output ports P 1 to P N ) of the output side fiber array 19 via a circulator 31 described later. If, formed at equal intervals apart from each other on the plane optical waveguide 33 to provide equally spaced delays, and M grating 34 1 to 34C M to reflect light signals of mutually different wavelengths, the output-side fiber array 19 An optical circulator that is inserted between the optical fiber (output ports P 1 to P N ) and the PLC substrate 32 and outputs the optical signals reflected by the M gratings 34 1 to 34 M separately from the planar optical waveguide 33. 31. The planar optical waveguide 33 formed on the PLC substrate 32 is connected to one output port 31 a of the circulator 31, and the PD 35 is connected to the other output port 31 b of the circulator 31.

なお、グレーティング341〜34Mに代えて、平面光導波路33にM個の溝を形成すると共に、形成したM個の溝に、各々異なる波長の光信号を反射する多層膜の反射フィルタを各々挿入するようにしてもよい。 Instead of the gratings 34 1 to 34 M , M grooves are formed in the planar optical waveguide 33, and multilayer reflection filters for reflecting optical signals of different wavelengths are respectively formed in the formed M grooves. You may make it insert.

このように、PLC型の遅延部30においても、各々異なる波長λ1〜λMの光を反射するM個のグレーティング341〜34Mを、距離ΔL/2の等間隔で、平面光導波路33に設けている。 Thus, in the delay unit 30 of the PLC type, each different the M grating 34 1 to 34C M for reflecting light having a wavelength lambda 1 to [lambda] M, at equal intervals of a distance [Delta] L / 2, the planar optical waveguide 33 Provided.

従って、グレーティング341は波長λ1の光のみを反射し、グレーティング342は波長λ2の光のみを反射し、グレーティング343は波長λ3の光のみを反射し、グレーティング34Mは波長λMの光のみを反射するので、波長λ1の光に対して、波長λ2の光は距離ΔLの時間遅延し、波長λ2の光に対して、波長λ3の光は距離ΔLの時間遅延し、波長λ3の光に対して、波長λMの光は距離ΔLの時間遅延することになり、各波長λ1〜λMの光ビットは、ΔLだけ順次遅延されることになる(図2(c)参照)。その後、各波長λ1〜λMの光ビットは、再び合波されて、各波長λ1〜λMの光ビットは、時間的な重なりが無くなることになる(図2(d)参照)。この反射してきた光ビットを光サーキュレータ31で分離して、PD35で受光すれば、各波長のビットを独立して同一のPD35で受信できる。 Therefore, the grating 34 1 reflects only the light with the wavelength λ 1 , the grating 34 2 reflects only the light with the wavelength λ 2 , the grating 34 3 reflects only the light with the wavelength λ 3 , and the grating 34 M has the wavelength λ Since only M light is reflected, light of wavelength λ 2 is delayed by a time of distance ΔL with respect to light of wavelength λ 1 , and light of wavelength λ 3 is time of distance ΔL with respect to light of wavelength λ 2. delayed, with respect to the wavelength lambda 3 of the light, the light of wavelength lambda M becomes possible to time delay the distance [Delta] L, light bits of respective wavelengths lambda 1 to [lambda] M will be sequentially delayed by [Delta] L ( (Refer FIG.2 (c)). Thereafter, the optical bits of the wavelengths λ 1 to λ M are recombined, and the optical bits of the wavelengths λ 1 to λ M disappear in time (see FIG. 2D). If the reflected optical bits are separated by the optical circulator 31 and received by the PD 35, the bits of each wavelength can be received independently by the same PD 35.

次に、PLC型の遅延部30の作製方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the PLC type delay unit 30 will be described.

PLC型の遅延部30では、まず、PLC基板32上に火炎堆積法とドライエッチング法を用いて平面光導波路33を作製する。その際に、EB描画法とドライエッチング法を用いて、平面光導波路33の直上に異なる波長λ1〜λMを反射するM種類のグレーティング341〜34Mを作製する。この際、M種類のグレーティング341〜34Mの各々の相対位置は、前述したΔL/2となるように、16mmとしている。 In the PLC type delay unit 30, first, the planar optical waveguide 33 is produced on the PLC substrate 32 by using a flame deposition method and a dry etching method. At that time, by using an EB lithography and dry etching, to produce the M types of gratings 34 1 to 34C M to reflect different wavelengths lambda 1 to [lambda] M immediately above the planar optical waveguide 33. At this time, the relative position of each of the M types of gratings 34 1 to 34 M is set to 16 mm so as to be the above-described ΔL / 2.

グレーティング341〜34Mに代えて、多層膜の反射フィルタを用いる場合には、例えば、平面光導波路33のΔL/2間隔の位置に、ダイシング装置でM個の箇所を切削して溝構造を作成し、作製した溝構造に予め誘電体多層膜で作製した反射フィルタを挿入すれば良い。 When a multilayer reflective filter is used in place of the gratings 34 1 to 34 M , for example, M grooves are cut by a dicing device at positions of ΔL / 2 intervals of the planar optical waveguide 33 to form a groove structure. A reflection filter made in advance with a dielectric multilayer film may be inserted into the created groove structure.

次に、シリアル−パラレル変換部10の出力側ファイバアレイ19の光ファイバとPLC基板32の間に光サーキュレータ31を接続し、光サーキュレータ31の他方の出力ポート31bに受光用のPD35を接続する。このようにして、PLC型の遅延部30が完成する。   Next, the optical circulator 31 is connected between the optical fiber of the output side fiber array 19 of the serial-parallel converter 10 and the PLC substrate 32, and the light receiving PD 35 is connected to the other output port 31 b of the optical circulator 31. In this way, the PLC type delay unit 30 is completed.

(実施例
本実施例では、参考例1で説明したファイバ型の遅延部201〜20Nに代えて、図4に示すストリップライン型の遅延部40をN個用いるようにしている。なお、シリアル−パラレル変換部10は、その構成を含め、その作製方法も参考例1と同じもので良いので、ここでは、その図示及び説明を省略する。なお、図4においても、点線の波形は信号「0」を示し、実線の波形は信号「1」を示している。
(Example 1 )
In this embodiment, instead of the delay unit 20 1 to 20 N of the fiber type as described in Reference Example 1, and the delay unit 40 of the stripline shown in FIG. 4 as used N pieces. Note that the serial-parallel conversion unit 10, including its configuration, may be manufactured in the same manner as in Reference Example 1, and therefore its illustration and description are omitted here. In FIG. 4, the dotted waveform indicates the signal “0”, and the solid waveform indicates the signal “1”.

本実施例において、シリアル−パラレル変換部10の出力側、つまり、PBS14の出力ポートP1〜PNの各々には、出力側ファイバアレイ19を介して、各出力ポートP1〜PNから出力されたM個の波長からなる光信号を波長毎に分離して電気信号に変換し、変換した電気信号毎に順次等間隔の遅延を与えるストリップライン型の遅延部40が各々接続されている。 In the present embodiment, the serial - output side of the parallel converter 10, i.e., each of the output ports P 1 to P N of PBS 14, via the output-side fiber array 19, the output from the output port P 1 to P N Each of the M-wavelength optical signals is separated into wavelengths and converted into electrical signals, and stripline-type delay units 40 are connected to each of the converted electrical signals to sequentially delay at equal intervals.

ストリップライン型の遅延部40は、InP基板41と、出力側ファイバアレイ19の光ファイバに接続された主光導波路42と、主光導波路42上に形成されたM個のグレーティング431〜43Mと、M個のグレーティング431〜43Mにより主光導波路42と結合する結合用導波路441〜44Mと、結合用導波路441〜44Mの出力端面に接続された導波路型PD451〜45Mと、セラミック基板46と、導波路型PD451〜45Mに接続されたM個の電気遅延線471〜47Mと、M個の電気遅延線471〜47Mに接続された主電気遅延線48とを有している。 Delay of stripline 40 is a InP substrate 41, a main optical waveguide 42 connected to the optical fiber on the output side fiber array 19, M-number of gratings 43 formed on the main optical waveguide 42 1 ~ 43 M And coupling waveguides 44 1 to 44 M coupled to the main optical waveguide 42 by M gratings 43 1 to 43 M, and waveguide type PD 45 connected to the output end faces of the coupling waveguides 44 1 to 44 M. 1 to 45 M , ceramic substrate 46, M electrical delay lines 47 1 to 47 M connected to waveguide type PDs 45 1 to 45 M , and M electrical delay lines 47 1 to 47 M Main electrical delay line 48.

主光導波路42、グレーティング431〜43M、結合用導波路441〜44M及び導波路型PD451〜45Mは、InP基板41に形成され、電気遅延線471〜47M及び主電気遅延線48は、セラミック基板46に形成されており、導波路型PD451〜45Mと電気遅延線471〜47Mとの間は、金ワイヤで接続されている。 The main optical waveguide 42, the gratings 43 1 to 43 M , the coupling waveguides 44 1 to 44 M, and the waveguide type PDs 45 1 to 45 M are formed on the InP substrate 41, and the electric delay lines 47 1 to 47 M and the main electricity The delay line 48 is formed on the ceramic substrate 46, and the waveguide type PDs 45 1 to 45 M and the electrical delay lines 47 1 to 47 M are connected by a gold wire.

このInP基板41では、グレーティング431〜43M及び結合用導波路441〜44Mにより、主光導波路42にM個のグレーティングカップラを形成しており、M個のグレーティングカップラにより、各々異なる波長の光信号を主光導波路42から結合用導波路441〜44Mに各々分離している。なお、InP基板41に代えて、他の化合物半導体基板やPLC基板を用いて、M個のグレーティングカップラを形成するようにしてもよい。 In this InP substrate 41, M grating couplers are formed in the main optical waveguide 42 by the gratings 43 1 to 43 M and the coupling waveguides 44 1 to 44 M , and each of the M grating couplers has a different wavelength. Are separated from the main optical waveguide 42 into coupling waveguides 44 1 to 44 M , respectively. Note that M grating couplers may be formed using another compound semiconductor substrate or PLC substrate instead of the InP substrate 41.

このように、ストリップライン型の遅延部40では、各々異なる波長λ1〜λMの光を分離するM個のグレーティングカップラを設け、更に、M個のグレーティングカップラで分離した光信号を各々電気信号に変換するM個の導波路型PD451〜45Mを設け、導波路型PD451〜45Mで変換した電気信号を、電気信号毎に順次等間隔の遅延を与えるため、各々の長さがΔLずつ順次長くなる電気遅延線471〜47Mとを設けている。 As described above, the stripline type delay unit 40 is provided with M grating couplers that separate light beams having different wavelengths λ 1 to λ M , and further, the optical signals separated by the M grating couplers are respectively electric signals. the M waveguide PD45 1 to 45 M for converting the provided electric signal converted by the waveguide type PD45 1 to 45 M, to provide sequential equally spaced delay for each electric signal, the length of each Electrical delay lines 47 1 to 47 M that are sequentially increased by ΔL are provided.

従って、グレーティング431及び結合用導波路441は波長λ1の光のみを分離し、グレーティング432及び結合用導波路442は波長λ2の光のみを分離し、グレーティング433及び結合用導波路443は波長λ3の光のみを分離し、グレーティング43M及び結合用導波路44Mは波長λMの光のみを分離する。そして、分離された波長λ1の光は、導波路型PD451で電気信号に変換され、電気遅延線471を介して、主電気遅延線48に合波され、分離された波長λ2の光は、導波路型PD452で電気信号に変換され、電気遅延線471に対して距離ΔLの時間遅延する電気遅延線472を介して、主電気遅延線48に合波され、分離された波長λ3の光は、導波路型PD453で電気信号に変換され、電気遅延線472に対して距離ΔLの時間遅延する電気遅延線473を介して、主電気遅延線48に合波され、分離された波長λMの光は、導波路型PD45Mで電気信号に変換され、電気遅延線473に対して距離ΔLの時間遅延する電気遅延線47Mを介して、主電気遅延線48に合波されることになる。従って、各波長λ1〜λMに対応する電気信号は、ΔLだけ順次遅延されることになり、時間的な重なりが無くなることになる。 Thus, the grating 43 1 and coupling waveguide 44 1 separates only the light of wavelength lambda 1, a grating 43 2, and coupling waveguides 44 2 separates only the light of wavelength lambda 2, the grating 43 for 3 and bond The waveguide 44 3 separates only light having the wavelength λ 3 , and the grating 43 M and the coupling waveguide 44 M separate only light having the wavelength λ M. Then, the light of the separated wavelength lambda 1 is a waveguide type PD45 1 is converted into an electric signal, via an electrical delay line 47 1 is multiplexed into the main electrical delay line 48, separated wavelength lambda 2 The light is converted into an electric signal by the waveguide type PD 45 2 , and is combined with the main electric delay line 48 and separated through the electric delay line 47 2 that is delayed by a distance ΔL with respect to the electric delay line 47 1 . the light wavelength lambda 3, the waveguide-type PD45 3 is converted into an electric signal, via an electrical delay line 47 3 to time delay distance ΔL relative electrical delay line 47 2, if the main electrical delay line 48 are waves, light separated wavelength lambda M is converted to an electrical signal by the waveguide PD45 M, via an electrical delay line 47 M for time delay distance ΔL relative electrical delay line 47 3, the main electric It will be multiplexed to the delay line 48. Therefore, the electrical signals corresponding to the wavelengths λ 1 to λ M are sequentially delayed by ΔL, and there is no time overlap.

次に、ストリップライン型の遅延部40の作製方法を説明する。   Next, a manufacturing method of the stripline type delay unit 40 will be described.

ストリップライン型の遅延部40では、まず、InP基板41上に火炎堆積法とドライエッチング法を用いて、主光導波路42と4本の結合用導波路441〜44Mを作製する。その際、EB描画法とドライエッチング法を用いて、主光導波路42の直上に異なる波長λ1〜λMの光信号を結合用導波路441〜44Mと結合するM種類のグレーティング431〜43Mを作製する。これにより、各波長λ1〜λMの光信号は異なる結合用導波路441〜44Mに結合されて、結合用導波路441〜44Mの出力端面へ導波される。更に、ドライエッチング法を用いて、結合用導波路441〜44Mの出力端面に、導波路型PD451〜45Mを設置するベンチを形成し、その上にPD451〜45Mをハンダバンプで固定する。 In the stripline type delay unit 40, first, the main optical waveguide 42 and the four coupling waveguides 44 1 to 44 M are formed on the InP substrate 41 by using a flame deposition method and a dry etching method. At that time, by using the EB drawing method and the dry etching method, M types of gratings 43 1 for coupling optical signals having different wavelengths λ 1 to λ M to the coupling waveguides 44 1 to 44 M immediately above the main optical waveguide 42. Make ~ 43 M. Thus, optical signals having respective wavelengths lambda 1 to [lambda] M is coupled to a different coupling waveguide 44 1 ~ 44 M, it is guided to the output end face of the coupling waveguide 44 1 ~ 44 M. Furthermore, using a dry etching method, the output end face of the coupling waveguide 44 1 ~ 44 M, to form a bench to place a waveguide PD45 1 to 45 M, the PD45 1 to 45 M thereon with solder bumps Fix it.

又、4本の電気遅延線471〜47Mとそれらを合波する主電気遅延線48を持つセラミック基板46を作製しておき、4本の電気遅延線471〜47Mと各PD451〜45Mとを金ワイヤにて接続する。4本の遅延線は各々の信号が時間的に等間隔に順次遅延するように、前述したΔL/2を12mmとしている。このようにして、ストリップライン型の遅延部40が完成する。 Further, a ceramic substrate 46 having four electric delay lines 47 1 to 47 M and a main electric delay line 48 for multiplexing them is prepared, and the four electric delay lines 47 1 to 47 M and each PD 45 1 are prepared. Connect ~ 45 M with gold wire. The four delay lines have the aforementioned ΔL / 2 of 12 mm so that the respective signals are sequentially delayed at equal intervals in time. In this way, the stripline type delay unit 40 is completed.

本発明は、多波長の光パケットの光通信に好適なものである。   The present invention is suitable for optical communication of multi-wavelength optical packets.

10 シリアル−パラレル変換部
201〜20N 遅延部
21 光サーキュレータ
22 光ファイバ
231〜23M ファイバグレーティング
24 PD
30 遅延部
31 光サーキュレータ
32 PLC基板
33 平面光導波路
341〜34M グレーティング
35 PD
40 遅延部
41 InP基板
42 主導波路
431〜43M グレーティング
441〜44M 結合用導波路
451〜45M 導波路型PD
46 セラミック基板
451〜45M 電気遅延線
48 主電気遅延線
10 Serial - parallel converter 20 1 to 20 N delay unit 21 the optical circulator 22 optical fibers 23 1 ~ 23 M fiber grating 24 PD
30 delay unit 31 optical circulator 32 PLC substrate 33 planar optical waveguide 34 1 to 34 M grating 35 PD
40 delay section 41 InP substrate 42 main waveguide 43 1 to 43 M grating 44 1 to 44 M coupling waveguide 45 1 to 45 M waveguide type PD
46 Ceramic substrate 45 1 to 45 M electrical delay line 48 main electrical delay line

Claims (1)

同一伝送速度のM個の波長の光信号からなり、M個の前記光信号の先頭ビットを同一時間に揃えた多波長光信号を、1:Nにシリアル−パラレル変換する多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置であって、
前記多波長光信号のNビット毎に、各ビットを互いに異なる位置のN個の出力ポートに出力して、1:Nにシリアル−パラレル変換するシリアル−パラレル変換部と、
前記出力ポートに各々接続され、各出力ポートから出力されたM個の波長からなる光信号を波長毎に分離して電気信号に変換し、前記電気信号毎に順次等間隔の遅延を与える遅延部とを有し、
前記シリアル−パラレル変換部は、
前記多波長光信号を、N本の並列光信号に分波する分波器と、
前記分波器で分波された前記N本の並列光信号の各々を1ビットずつ順次遅延させる光遅延部と、
前記光遅延部で遅延させた前記N本の並列光信号を反射すると共に、前記N本の並列光信号と偏光方向が異なる光信号を透過して、前記N個の出力ポートへ出力する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタで反射した前記N本の並列光信号を一点に集光するレンズと、
前記レンズで集光した一点に配置され、所定の光パルスが入力されている間、集光された前記N本の並列光信号の偏光方向を変化させて、前記偏光ビームスプリッタへ反射する光スイッチと、
前記光遅延部で1ビットずつ順次遅延させた前記N本の並列光信号の1ビット目からNビット目が、前記光スイッチに集光されるタイミングで、前記所定の光パルスを出力する光パルス発生器とを有し、
前記遅延部は、
前記出力ポートに接続され、平面光回路基板又は化合物半導体基板に形成された光導波路と、
前記光導波路に形成され、各々異なる波長の光信号を分離するM個のグレーティングカップラと、
前記グレーティングカップラで分離した光信号を、各々前記電気信号に変換するM個のフォトダイオードと、
前記フォトダイオードで変換した前記電気光信号を、前記電気信号毎に順次等間隔の遅延を与えるM個の電気遅延線と、
前記M個の電気遅延線と接続され、遅延させた前記電気信号を合波する主電気遅延線とを有する
ことを特徴とする多波長光信号の光−光型シリアル−パラレル変換装置。
但し、M、Nは、2以上の自然数である。
Light of a multi-wavelength optical signal, which is composed of optical signals of M wavelengths having the same transmission speed and serial-parallel converts 1: N into a multi-wavelength optical signal in which the first bits of the M optical signals are aligned at the same time. An optical serial-parallel converter,
A serial-parallel converter that outputs each bit to N output ports at different positions for every N bits of the multi-wavelength optical signal, and performs serial-parallel conversion to 1: N;
A delay unit connected to each of the output ports, separating optical signals having M wavelengths output from the output ports for each wavelength, converting the optical signals into electrical signals, and sequentially delaying the electrical signals at equal intervals It has a door,
The serial-parallel converter is
A demultiplexer for demultiplexing the multi-wavelength optical signal into N parallel optical signals;
An optical delay unit that sequentially delays each of the N parallel optical signals demultiplexed by the demultiplexer by 1 bit;
A polarized beam that reflects the N parallel optical signals delayed by the optical delay unit, transmits an optical signal having a polarization direction different from that of the N parallel optical signals, and outputs the optical signal to the N output ports. A splitter,
A lens that condenses the N parallel optical signals reflected by the polarization beam splitter at one point;
An optical switch that is arranged at one point condensed by the lens and changes the polarization direction of the N parallel optical signals collected and reflects to the polarization beam splitter while a predetermined optical pulse is being input. When,
An optical pulse that outputs the predetermined optical pulse at a timing at which the first to Nth bits of the N parallel optical signals sequentially delayed one bit at a time by the optical delay unit are condensed on the optical switch. A generator,
The delay unit is
An optical waveguide connected to the output port and formed on a planar optical circuit substrate or a compound semiconductor substrate;
M grating couplers formed in the optical waveguide and separating optical signals of different wavelengths,
M photodiodes each converting the optical signal separated by the grating coupler into the electrical signal;
M electrical delay lines for sequentially delaying the electrical light signals converted by the photodiodes at equal intervals for each electrical signal;
An optical-optical serial-parallel conversion of a multi-wavelength optical signal, comprising: a main electrical delay line connected to the M electrical delay lines and configured to multiplex the delayed electrical signals apparatus.
However, M and N are natural numbers of 2 or more.
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