JP5903074B2 - Optical signal processor - Google Patents
Optical signal processor Download PDFInfo
- Publication number
- JP5903074B2 JP5903074B2 JP2013119296A JP2013119296A JP5903074B2 JP 5903074 B2 JP5903074 B2 JP 5903074B2 JP 2013119296 A JP2013119296 A JP 2013119296A JP 2013119296 A JP2013119296 A JP 2013119296A JP 5903074 B2 JP5903074 B2 JP 5903074B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide
- optical signal
- signal processing
- optical
- waveguides
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
本発明は、光信号処理装置に関し、より詳細には光通信ネットワークノードにおける光信号処理装置に関する。 The present invention relates to an optical signal processing device, and more particularly to an optical signal processing device in an optical communication network node.
石英系平面光波回路(PLC:Planar Lightwave Circuit)技術は、その機能性・安定性・量産性の良さから、今日光ネットワークの随所で用いられている。昨今では、空間光学をベースにした波長選択スイッチ(WSS:Wavelength selective switch)のような光信号処理装置においても、その一部にPLCを活用する研究開発が行われている。 Quartz-based planar lightwave circuit (PLC) technology is used everywhere in optical networks today because of its functionality, stability, and mass productivity. In recent years, even in an optical signal processing device such as a wavelength selective switch (WSS) based on spatial optics, research and development using a PLC as a part thereof has been performed.
図1は、非特許文献1に開示されている、波長選択スイッチ(以下単にスイッチ又はWSSとも言う。)の概略を示している。図1の波長選択スイッチは、PLC101、レンズ102、回折格子103、レンズ104、ビーム偏向素子105を備える。非特許文献1では、ビーム偏向素子105として、マトリックス状に配置されたLCOS(Liquid Crystal On Silicon)技術による液晶セルを用いている。この構成では、LCOS105に入射するビームはスイッチ軸方向(図中Y軸方向)に数100μm程度の大きさであることが好ましく、そのビーム径を実現するようにPLC101が作製される。
FIG. 1 shows an outline of a wavelength selective switch (hereinafter also simply referred to as a switch or WSS) disclosed in Non-Patent
図1に示したスイッチの動作は以下の通りである。すなわち、入力導波路106から入力された光信号は、スラブ導波路107を介して、アレイ導波路108へと結合し、PLC101出力端から出射される。アレイ導波路108はすべて等長であるため、出射する光ビームの角度は波長に依らない。この入力導波路106、スラブ導波路107、アレイ導波路からなる回路はSBT(Spatial Beam Transformer)と呼ばれる。PLC101から出力された光信号は、レンズ102、回折格子103、レンズ104を経由して、LCOS105に入力する。回折格子103によって分光された各波長成分は、紙面に垂直な方向(図中X軸方向)に空間展開されている。LCOS(105)は、各波長が所望の出力ポートに出力されるよう、PLCの基板がなす面(YZ面)内で、ビームを偏向、反射する。反射した光はレンズ104、回折格子103、レンズ102を介して、PLC101へと伝搬する。ここで、戻ってきた光信号の主光線は、点Aにおいて、往路の光信号の主光線と交わる。この点Aはレンズ102の前焦点位置に相当する。PLC101に戻った光信号は、PLCに対して出射時とは異なる角度で戻る。したがって、スラブ導波路107において入力光と異なる角度の波面をもって戻るため、たとえば出力ポート109へと結合する。出力ポートの選択はLCOSのピクセルで付与する位相分布を変えることで実現でき、波長選択スイッチ機能が実現される。
The operation of the switch shown in FIG. 1 is as follows. That is, the optical signal input from the
非特許文献1に開示される光学系は、特に空間光学系の部分を4f光学系と呼ぶものである。このような光学系では、点Aにて各光線が交わる構成をとるため、PLC101は図1に示されるように、入力ポート106、出力ポート109ともに同一のスラブ導波路107の異なる位置に接続される。
In the optical system disclosed in Non-Patent
図2は、特許文献1に開示されている、波長選択スイッチの概略を示している。(a)は側面図、(b)は上面図である。図2に示すスイッチは、PLC101、シリンドリカルレンズ202、主レンズ203、液晶型位相変調器(LCOS:Liquid Crystal on Silicon)204を備える。PLC101は、入出力導波路106、スラブ導波路107、アレイ導波路108からなるアレイ導波路回折格子(AWG:Arrayed Waveguide Grating)がアレイ状に配置された構成になっており、1つのAWGが入力用、その他のAWGが出力用に用いられる。入力AWGから出射した光は波長ごとに異なる角度をもって空間に射出し、主レンズ203を通ってLCOS204に達する。LCOS204では各波長に対して、PLC101の所望の出力ポートから出力されるように、PLC面内(YZ面内)の方向にビームの反射角度を制御する。反射した光は主レンズ203、シリンドリカルレンズ204を通って、PLC101に戻る。それぞれの出力AWGでは、異なる角度で入射する複数の異なる波長の信号を多重し、それぞれの出力ポートから出射する。これにより、波長選択スイッチとして働く。特許文献1に開示される光学系は、非特許文献1と異なり、特に空間光学系の部分を2f光学系と呼ぶものである。
FIG. 2 schematically shows a wavelength selective switch disclosed in
しかしながら、非特許文献1に開示された波長選択スイッチ(図1)は以下のような問題があった。すなわち、LCOS105で光路を変化させられた光がSBTに再結合する際において、光が斜めから入射した場合、垂直に入射した場合よりも損失が大きくなる。したがって、このWSSは、出力するポートによって損失が異なり、通信品質の劣化につながる。
However, the wavelength selective switch (FIG. 1) disclosed in
また、特許文献1に開示された波長選択スイッチ(図2)は、各AWGの中心波長が一致しないという問題があった。これは、製造誤差があるため、AWGの導波路長差ΔLがAWGによってわずかに異なることが原因である。中心波長が一致しないと、同じ角度で入射しても、AWGによって挿入損失がばらつく。すなわち、出力するポートによって挿入損が異なってしまう。
Further, the wavelength selective switch (FIG. 2) disclosed in
また、どちらの従来例においても、ビーム形状が導波路同士の方向性結合により乱れないよう、出射端面における導波路間隔は広く設計する必要があった。導波路同士の方向性結合とは、となりあう導波路間でのクロストークに対応する。すると、出射するビームの高次回折光が、0次光に対して狭い角度で出射する。したがって、その高次回折光の光路もレンズの有効径の中に含まれるため、0次光と同じように出力側のSBT(AWG)の端面に戻ってくる。このことを図3を参照して説明する。 In both conventional examples, it is necessary to design a wide waveguide interval at the emission end face so that the beam shape is not disturbed by the directional coupling between the waveguides. Directional coupling between waveguides corresponds to crosstalk between adjacent waveguides. Then, the high-order diffracted light of the emitted beam is emitted at a narrow angle with respect to the zero-order light. Therefore, since the optical path of the higher-order diffracted light is also included in the effective diameter of the lens, it returns to the end face of the SBT (AWG) on the output side in the same way as the 0th-order light. This will be described with reference to FIG.
図3は、PLC101にアレイ状に配置されたアレイ導波路回折格子(AWG:Arrayed Waveguide Grating)のうちの入力用AWGから出射されてLCOS204で反射された光が出力用AWGへ入射する様子を示している。図3において、302は所望の次数の光を示し、303は所望の次数に隣接する次数の回折光を示し、306は出射するビームのプロファイルを示している。次数が異なる光は、それぞれレンズ203の異なる位置を通過するため、それらの間で収差に起因した位相ずれが発生する。これにより、PLC101の端面に戻ってきたときには、主信号(0次光)と高次光の干渉によってビームの形状が乱れ(図3中に307で示すビームのプロファイルとなり)、隣接ポートへのクロストークや、光信号の位相乱れが発生してしまい、通信品質の劣化につながる。
FIG. 3 shows a state in which light emitted from an input AWG out of an arrayed waveguide grating (AWG) arranged in an array on the
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、高次光による通信品質の劣化を抑制することを目的とする。また、スイッチ状態によって挿入損失が異ならない波長選択スイッチを提供することを目的とする。また、製造誤差に起因する出力ポートごとの損失不均一性が少ない波長選択スイッチを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to suppress deterioration in communication quality due to higher-order light. It is another object of the present invention to provide a wavelength selective switch whose insertion loss does not vary depending on the switch state. It is another object of the present invention to provide a wavelength selective switch with less loss non-uniformity for each output port due to manufacturing errors.
本発明は、このような目的を達成するために、少なくとも1つの入力導波路、前記入力導波路に接続されたスラブ導波路、および前記スラブ導波路に接続されたアレイ導波路からなるアレイ導波路格子を含む光導波路基板と、前記光導波路基板の端面から出力された光ビームを集光させる集光手段を含む空間光学系とを備えた光信号処理装置であって、前記アレイ導波路は、複数の導波路の列であり、前記光導波路基板の端面の近傍における前記複数の導波路の間隔が狭くなる構造を有し、前記光導波路基板の端面の近傍における導波路の間隔が狭い部分は、前記光導波路基板の端面から出力された高次光の光ビームが前記集光手段の外周よりも外側を通るような導波路の間隔を有するように構成されている、ことを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention provides an arrayed waveguide comprising at least one input waveguide, a slab waveguide connected to the input waveguide, and an arrayed waveguide connected to the slab waveguide. An optical signal processing apparatus comprising: an optical waveguide substrate including a grating; and a spatial optical system including a condensing unit that condenses a light beam output from an end surface of the optical waveguide substrate, wherein the arrayed waveguide is A portion of a plurality of waveguides having a structure in which the interval between the plurality of waveguides in the vicinity of the end surface of the optical waveguide substrate is narrow, and the portion in which the interval between the waveguides in the vicinity of the end surface of the optical waveguide substrate is narrow The high-order light beam output from the end face of the optical waveguide substrate has a waveguide interval that passes outside the outer periphery of the light condensing means .
一実施形態では、複数の導波路の列を有する前記アレイ導波路の構造を、前記光導波路基板の端面の近傍において、導波路間隔が広い部分と、導波路間隔を狭く変換する部分と、導波路間隔が狭い部分とがこの順に接続された構造とし、前記複数の導波路の間隔が、前記光導波路基板の端面に向かって徐々にその間隔が狭くなるように構成してもよい。光導波路基板から出力される光ビームは、光導波路基板の端面に対して光ビームの主光線がなす角度が、波長によって異ならない。一実施形態では、N(2以上の整数)本の導波路のうちのk番目の導波路の長さL(k)が、何れのkに対してもL(k)=L(N+1−k)となるように前記アレイ導波路を構成してもよい。一実施形態ではアレイ導波路が有する複数の導波路の長さが全て等しい。一実施形態では、前記複数の導波路の間隔を狭くすることにより生じる導波路長の差分を、補正するための補正領域を前記スラブ導波路と前記導波路の間隔を狭く変換する部分との間に備えてもよい。一実施形態では、前記補正領域は第1の領域と第2の領域とを有し、前記複数の導波路は、前記第1の領域において導波路長が順次長くなり、前記第2の領域において導波路長が順次短くなるように構成してもよい。 In one embodiment, a structure of the arrayed waveguide having a plurality of waveguide rows is formed in a vicinity of an end face of the optical waveguide substrate, a portion having a wide waveguide interval, a portion for converting the waveguide interval to be narrow, and a waveguide. A structure in which portions having a narrow waveguide interval are connected in this order may be employed, and the intervals between the plurality of waveguides may be gradually reduced toward the end face of the optical waveguide substrate. In the light beam output from the optical waveguide substrate, the angle formed by the principal ray of the light beam with respect to the end face of the optical waveguide substrate does not vary depending on the wavelength. In one embodiment, the length L (k) of the kth waveguide out of N (an integer greater than or equal to 2) waveguides is L (k) = L (N + 1−k) for any k. The arrayed waveguide may be configured such that In one embodiment, the lengths of the plurality of waveguides included in the arrayed waveguide are all equal. In one embodiment, a correction region for correcting a difference in waveguide length caused by narrowing the interval between the plurality of waveguides is between a portion where the interval between the slab waveguide and the waveguide is converted to be narrow. You may prepare for. In one embodiment, the correction region has a first region and a second region, and the plurality of waveguides sequentially increase in waveguide length in the first region, and in the second region, You may comprise so that waveguide length may become short sequentially.
また、一実施形態では、前記光導波路基板に、複数の前記アレイ導波路格子を備えてもよい。一実施形態では、前記アレイ導波路格子を構成する前記スラブ導波路の前記光導波路基板の端面からの距離が、前記アレイ導波路格子毎に異なるように構成してもよい。 In one embodiment, the optical waveguide substrate may include a plurality of the arrayed waveguide gratings. In one embodiment, the distance from the end surface of the optical waveguide substrate of the slab waveguide constituting the arrayed waveguide grating may be different for each arrayed waveguide grating.
以上説明したように、本発明によれば、高次光による通信品質の劣化を抑制した光信号処理装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical signal processing device that suppresses deterioration of communication quality due to higher-order light.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted.
また、全ての実施形態において、PLC、レンズ、回折格子、レンズ、LCOSの順に配置したものとして図示および説明を行っているが、決してこれに限ることはない。たとえば、収差補正などの観点からレンズの枚数および形状、配置位置を変更することは単純な光学設計事項であり、これらは本発明を制限するものではない。また、説明にあたっては中心波長や導波路アレイ本数、導波路アレイピッチ等のパラメータを例示的に設定しているが、本発明においては、決してこれに限ることがないことは言うまでもない。 In all the embodiments, the illustration and description are made assuming that the PLC, the lens, the diffraction grating, the lens, and the LCOS are arranged in this order. However, the present invention is not limited to this. For example, it is a simple optical design matter to change the number, shape, and arrangement position of lenses from the viewpoint of aberration correction, and these do not limit the present invention. In the description, parameters such as the center wavelength, the number of waveguide arrays, and the waveguide array pitch are exemplarily set. Needless to say, the present invention is not limited to this.
(実施形態1)
図4は、実施形態1の光信号処理装置を説明する図である。図4(a)は側面図、図4(b)は上面図を示している。本光学系は、PLC401、分散方向レンズA402、分散方向レンズB 403、主レンズ404、回折格子405、液晶位相変調器(LCOS)406を備える。PLC401は、SBTがy軸方向に複数並べられた構成になっている。複数のSBTのうち、1つが入力用に、その他が出力用に用いられる。本実施例では、各々のSBTのアレイ導波路の長さが全て等長である場合について述べるが、ビームが波長に依らず同じ方向に伝搬するならば、必ずしも等長でなくても良い。一例を挙げれば、導波路の長さの分布を円弧状分布にすることで、出力ビームに初期曲率を付加することが考えられる。すなわち、SBTのアレイ導波路の長さは、導波路の数をN(2以上の整数)、導波路の列の任意の一方の端からk番目の導波路の長さをL(k)としたとき、何れのkに対してもL(k)=L(N+1−k)が成り立つように構成すればよい。
(Embodiment 1)
FIG. 4 is a diagram illustrating the optical signal processing device according to the first embodiment. 4A shows a side view, and FIG. 4B shows a top view. This optical system includes a
入力用SBTの入力導波路から入力された光は、スラブ導波路を広がり伝搬し、アレイ導波路に分配される。アレイ導波路はチップ端(PLC401のLCOS406側の端)において互いに近接した状態で終端され、ビームがチップ外へ出射する。出射するビームの主光線とチップの端面とのなす角度は、波長によって異ならない。出射した光のビームの幅は、チップの厚み方向(x軸方向)には導波路の厚みで決まる狭い幅となり、チップの辺方向(y軸方向)にはアレイ導波路の本数と配置間隔で決まる広い幅となるため、アスペクト比の大きなビームが得られる。
The light input from the input waveguide of the input SBT spreads and propagates through the slab waveguide and is distributed to the arrayed waveguide. The arrayed waveguides are terminated in the state of being close to each other at the chip end (the end on the
以下、本実施形態による信号処理装置を波長選択スイッチとして実施する場合の動作を説明する。
まず分散方向(x軸方向)については、PLC401の入力用SBTを伝搬した光は、空間に広がるビームとして出射される。従ってPLCを出射したビームは分散方向レンズA 402でコリメートされて回折格子405に入射し、波長ごとに異なる伝搬角度変化を与えられる。次いで分散方向レンズB 403を通過し、LCOS406に達する。回折格子で与えられた角度分散は、LCOS上では位置分散となり、波長ごとに異なるx座標に集光する。波長軸方向(x軸方向)にはLCOSは単なるミラーとして働くため、反射後の光は往路と同じ軌跡をたどり、PLCに再入射する。図4(b)は、分散方向レンズB 403により異なる角度分散を与えられた3つの光がそれぞれLCOS406の異なるx軸に集光する様子を示している。
The operation when the signal processing apparatus according to the present embodiment is implemented as a wavelength selective switch will be described below.
First, in the dispersion direction (x-axis direction), the light propagated through the input SBT of the
スイッチ軸方向(y軸方向)には、PLCに401に形成されたSBT回路によって出射ビーム径が所望の大きさに調整された状態でPLCから空間へ出射する。図4(a)に示すように、PLCから出射したビームは主レンズ404でコリメートされ、どのSBTから出た光もLCOS406上の同じy座標位置に集光する。LCOSでは各波長が所望の出力ポートから出射されるよう、反射角度が制御される。反射された光の光路は、再び主レンズ404を通り、PLC401の端に集光するように再入射する。このとき、各波長の光は所望の出力ポートに接続されたSBTに入射する。以上のように、波長スイッチが実現される。
In the switch axis direction (y-axis direction), the SBT circuit formed in the
特許文献1に示された構成と異なり、SBTは隣接アレイ導波路長差、すなわちΔLが0であるから、波長依存性は原理的に生じない。したがって、特許文献1の従来例にあった、製造誤差に起因する中心波長ずれが原因となって起こる透過率低下の問題が起こらない。また、非特許文献1に示された構成と異なり、空間光学系が2f系で構成されていることから、LCOSでの偏向角をどの角度に設定しようとも、出力するポートによるPLCへの再入射角度が異なることがなく、すべてPLCに対して垂直に入射するため、出力ポートごとの挿入損失不均一性が回避できるという利点を有している。
Unlike the configuration shown in
図5は、本実施形態のPLC401のSBTの回路構成を示す図である。図5において、アレイ導波路を部分A 501、部分B 502、部分C 503、に分けて示している。図中下から導波路番号を#1〜#Nとする。
FIG. 5 is a diagram illustrating a circuit configuration of the SBT of the
部分Bは、導波路間隔をd1からd2に変換する、導波路間隔変換構造であり、S字状の導波路によって構成されている。部分Bは、z方向の幅をsとする。ここにd1は該構造のスラブ導波路側における導波路間隔であり、方向性結合が事実上無視できる程度に大きな値に設計される。したがって、それよりも左側の部分Aにおいては、光結合が起こらない。d2は、導波路間隔変換構造の、出射端側の導波路間隔である。出射ビームの高次回折光の伝搬角を広げるため、d1よりも小さな値に設計される。部分Cでは、導波路は間隔d2で並置される。d2は長い距離伝搬すれば方向性結合が起こる程度の間隔であるが、部分Cの長さは十分短く設計されるため、方向性結合は起こらない。 Part B is a waveguide interval conversion structure that converts the waveguide interval from d 1 to d 2 , and is constituted by an S-shaped waveguide. In the portion B, the width in the z direction is s. Here, d 1 is a waveguide interval on the slab waveguide side of the structure, and is designed to be a large value such that directional coupling can be virtually ignored. Therefore, no optical coupling occurs in the portion A on the left side. d 2 is the waveguide spacing conversion structure, a waveguide spacing of the exit end. To broaden the propagation angle of the high-order diffracted light of the output beam is designed to a value smaller than d 1. In part C, waveguides are juxtaposed at intervals d 2. d 2 is an interval at which directional coupling occurs when propagating for a long distance, but the length of the portion C is designed to be sufficiently short, so that directional coupling does not occur.
部分B 502は、導波路番号がN/2に近いほど長さが短く、遠ざかるほど長さが長くなる。この長さずれは、部分A 501によって相殺される。
The length of the
また、本実施形態によれば、高次光をレンズの外部へ伝搬させることによって高次光がSBT端面に戻ることを回避する光学系を実現することが可能である。以下、図6を参照してこのことを概算により示す。 Further, according to the present embodiment, it is possible to realize an optical system that avoids the return of the high-order light to the SBT end surface by propagating the high-order light to the outside of the lens. Hereinafter, this will be shown by rough estimation with reference to FIG.
図6(a)はPLC401から主レンズ404までを示す図であり、図6(b)はPLCのビーム出射端の拡大図である。図6(b)には、出射するビームのプロファイルも示している。PLC401からレンズ404までの距離をF、ビームの波長をλ、チップ端でのアレイ導波路間隔をd、SBT同士の間隔をD、SBTの個数をNであるとする。また、SBTから出射するビームはガウシアンビームであるとし、そのビームウエスト半径が、定数kを用いてk×Dで表されるものとする。また、ガウシアンビームにおいては、ビームの中心から、電界振幅が0とみなせるほど小さくなるまでの距離は、ビームウエスト径の1.5倍であるとする。図6(a)において、302はN個のSBTの内の中心から最も離れた位置に配列された2つのSBTから出射された所望の次数の光(0次光)のビームを示し、303は当該2つのSBTから出射された所望の次数の光に隣接する次数の光(±1次光)のビームを示す。図6(a)から、y軸方向において、N個の+1次光のビームとN個の−1次光のビームとの間にN個の0次光のビームが並ぶことが理解される。
FIG. 6A is a view showing the
SBTから出射した0次光のビーム径は、ガウシアンビーム光学の理論に従えば、主レンズ位置でλF/(kDπ)と近似できる。いずれのSBTから出射した0次光も主レンズ404の有効径に入っていなければならないから、主レンズの最小径(半値)は、図6(a)を参照して、
The beam diameter of the 0th-order light emitted from the SBT can be approximated to λF / (kDπ) at the main lens position according to the theory of Gaussian beam optics. Since the zero-order light emitted from any SBT must be within the effective diameter of the
である。上記式からわかるように、本実施形態において、主レンズの最小径は、N個のSBTの内の中心と当該中心から最も離れた位置に配列されたSBTまでの距離にビームウエスト径の1.5倍を加えた量としている。 It is. As can be seen from the above equation, in the present embodiment, the minimum diameter of the main lens is the distance from the center of the N SBTs to the SBT arranged at a position furthest away from the center, 1. The amount is added 5 times.
一方、±1次の光は0次の光からλF/dだけ離れて位置する。これは、間隔dの複数のスリットを通る回折を考えると容易に導出できる。よって、レンズの内部にこれを含めないためのレンズの最大径(半値)は、 On the other hand, ± 1st order light is located away from 0th order light by λF / d. This can be easily derived in consideration of diffraction through a plurality of slits having a distance d. Therefore, the maximum diameter (half value) of the lens for not including this inside the lens is
である。上記式からわかるように、本実施形態において、主レンズの最大径は、N個のSBTの内の中心と、当該中心から最も離れた位置に配列されたSBTからの+1次光(又は−1次光)の位置との距離から、ビームウエスト径の1.5倍を減じた量としている。このような光学系が実現可能な条件は、G=Wmax−WminとすればG>0である。 It is. As can be seen from the above equation, in this embodiment, the maximum diameter of the main lens is the + 1st order light (or −1) from the SBT arranged at the center of the N SBT and the position farthest from the center. The amount obtained by subtracting 1.5 times the beam waist diameter from the distance to the position of the next light. The condition that such an optical system can be realized is G> 0 if G = Wmax−Wmin.
いま、λ=1.55μm、F=150mm、D=250μm、N=40、k=0.2であるとする。 Assume that λ = 1.55 μm, F = 150 mm, D = 250 μm, N = 40, and k = 0.2.
従来型SBTでは、dを、方向性結合が無視できる値に設計する。これを25μmであるとすると、G=−5140.4μmと負の値になり、前述の光学系は実現不可能であることがわかる。一方、本発明では、部分Bがあることにより方向性結合を回避しつつ導波路間隔を狭めることができる。d=12μmにしたとすると、G=4934.6μmと正の値になり、前述の光学系が実現可能となる。 In the conventional SBT, d is designed to a value in which directional coupling can be ignored. If this is 25 μm, G = −5140.4 μm, which is a negative value, indicating that the above-described optical system cannot be realized. On the other hand, in the present invention, the presence of the portion B makes it possible to narrow the waveguide interval while avoiding directional coupling. If d = 12 μm, G = 4934.6 μm, which is a positive value, the above-described optical system can be realized.
このように、チップ端のごく近傍において導波路間隔を狭めることで、高次回折光をチップ端面に戻さないようにし、高次回折光に由来する隣接ポートへのクロストークが少ないWSSを実現可能である。 As described above, by narrowing the waveguide interval in the very vicinity of the chip end, it is possible to prevent the high-order diffracted light from returning to the chip end surface, and to realize WSS with less crosstalk to the adjacent port derived from the high-order diffracted light. .
先述したように、部分Bにおける光路長は等長とならない。このずれを部分Aで補正する一方法について述べる。なお、補正する方法はこの限りではなく、部分Aと部分Bを合わせてすべての導波路が等長になっていればどのような方法でもよい。 As described above, the optical path length in the portion B is not equal. A method for correcting this shift at the portion A will be described. Note that the correction method is not limited to this, and any method may be used as long as all of the waveguides are equal in length for the portion A and the portion B.
導波路番号をkとしたとき、部分Bの導波路の長さLb(k)は、部分Bの両端のあいだのy方向の位置ずれ量(スラブ導波路側のy座標と出射端側のy座標との差)をΔy(k)、z方向の長さをsとしたとき、式(1)のように書ける。 When the waveguide number is k, the length Lb (k) of the waveguide of the portion B is the amount of displacement in the y direction between the ends of the portion B (y coordinate on the slab waveguide side and y on the exit end side). When the difference (with respect to the coordinates) is Δy (k) and the length in the z direction is s, it can be written as shown in Equation (1).
ここに、パラメータγは、 Where the parameter γ is
である。 It is.
次に、部分Aをレイアウトする方法を説明する。図7は、部分Aを部分A−1,A−2の2つの部分に分割する図である。図5では部分Aはスラブ導波路を含んでいないが、ここではアレイ導波路の配置を決定する必要上、スラブ導波路まで含めて考える。直線Mは、部分A−1,A−2を分かつ境界線である。直線Pはチップ端に平行な直線である。直線Mが直線Pとなす角度をβとする。δは、アレイ導波路が直線Mに対してなす角度であり、すべての導波路について同じである。点Aは入力導波路がスラブ導波路と接続される点で、アレイ導波路の始点は点Aを中心とし、スラブ長Lfを半径とした円弧上に並んでいる。点Aから直線Mに下した垂線を直線Qとする。 Next, a method for laying out the portion A will be described. FIG. 7 is a diagram in which the part A is divided into two parts A-1 and A-2. In FIG. 5, the portion A does not include the slab waveguide, but here, it is necessary to include the slab waveguide in order to determine the arrangement of the arrayed waveguide. The straight line M divides the portions A-1 and A-2 and is a boundary line. The straight line P is a straight line parallel to the chip end. An angle formed by the straight line M and the straight line P is β. δ is an angle formed by the arrayed waveguide with respect to the straight line M, and is the same for all waveguides. Point A is a point where the input waveguide is connected to the slab waveguide, and the starting point of the arrayed waveguide is arranged on an arc centered at point A and having a slab length Lf as a radius. A perpendicular line from the point A to the straight line M is defined as a straight line Q.
まず部分A−1の決定方法について述べる。図8は部分A−1の構成を示した図である。直線導波路801、曲げ導波路802、直線導波路803が接続されている。直線導波路801の長さをfk、直線導波路803の長さをgkとすると、次のような連立方程式(2)を立てることができる。なお、β、δは事前に定めておく。
First, a method for determining the portion A-1 will be described. FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the portion A-1. A
式(2)の第1式は終端が直線M上に乗る条件、式(2)の第2式は長さが所望の値になる条件である。ここに、uは曲げ導波路の半径、wkは直線Pと直線Mの交点から、直線Pと導波路の交点までの距離である。lkは、それぞれの導波路の長さである。 The first expression of the expression (2) is a condition that the terminal is on the straight line M, and the second expression of the expression (2) is a condition that the length becomes a desired value. Here, u is the radius of the bending waveguide, and w k is the distance from the intersection of the straight line P and the straight line M to the intersection of the straight line P and the waveguide. l k is the length of each waveguide.
wk、lkは以下の式(3)に示す等差数列になるように設定する。 w k and l k are set so as to be an equidistant sequence shown in the following equation (3).
d1は直線P上での導波路ピッチであり、ΔLは光路長差である。式(3)の第2式からわかるように、部分A−1では、導波路番号が若いほど長くなる。w1、l1は、式(2)において、f1、g1を初期値として与えることによって得られる。 d 1 is the waveguide pitch on the straight line P, and ΔL is the optical path length difference. As can be seen from the second expression of the expression (3), the portion A-1 becomes longer as the waveguide number is smaller. w 1 and l 1 are obtained by giving f 1 and g 1 as initial values in the equation (2).
以上をまとめると、以下の手順(1)〜(5)によってfk、gkを決定することができる。
手順(1) β、δ、f1、g1、uを適当な値に決める。
手順(2) 式(2)からw1、l1を求める。
手順(3) 手順(2)で求めたw1、l1と式(3)から、wk、lk(k:2〜N)を求める。
手順(4) 式(2)から、fk、gk(k:2〜N)を求める。
手順(5) 導波路同士が重なったり、長さが負の値になったりするなどの不都合が生じたら、手順(1)に戻って異なる値を設定し、手順(2)〜(4)を再度行うことを不都合が解消するまで繰り返す。
In summary, f k and g k can be determined by the following procedures (1) to (5).
Procedure (1) β, δ, f 1 , g 1 , u are determined to appropriate values.
Procedure (2) Obtain w 1 and l 1 from equation (2).
Step (3) w k and l k (k: 2 to N) are obtained from w 1 and l 1 obtained in step (2) and equation (3).
Procedure (4) fk , gk (k: 2-N) is calculated | required from Formula (2).
Step (5) If there are inconveniences such as waveguides overlapping or having a negative length, return to step (1) and set a different value. Repeat steps (2) to (4). Repeat the process until the inconvenience is resolved.
また、図8中のξkは、直線Pと直線Mの交点から、直線Mと導波路の交点までの距離であり、以下の式(4)で与えられる。これは部分A−2の設計に必要である。 Further, ξ k in FIG. 8 is the distance from the intersection of the straight line P and the straight line M to the intersection of the straight line M and the waveguide, and is given by the following equation (4). This is necessary for the design of part A-2.
次に、部分A−2の設計法について述べる。図9は、部分A−2の構成について示した図である。直線導波路901、曲げ導波路902、直線導波路903からなっている。直線導波路901の長さをpk、曲げ導波路902の曲げ半径をqk、直線導波路903の長さをrkとする。Wは点Aから直線Mに下した垂線の長さである。φkは、k番目のアレイ導波路が直線Qに対してなす角である。ここで満たされるべき連立方程式は式(5)のとおりである。φkは1番目のアレイ導波路の傾きφ1が決まればすべてのkについて自動的に定まる。
Next, a design method for the portion A-2 will be described. FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the part A-2. It consists of a
式(5)の第1式は長さが所望の値になるための式、式(5)の第2式は終端が直線M上に乗るための式、式(5)の第3式は、部分A−1で設計したアレイ導波路と接続点が合うように直線M上での位置を定めるための式である。 The first expression of the expression (5) is an expression for the desired length, the second expression of the expression (5) is an expression for the end to ride on the straight line M, and the third expression of the expression (5) is This is an equation for determining the position on the straight line M so that the connection point matches the arrayed waveguide designed in the part A-1.
lk、hkは、次の式(6)で定める。式(6)の第1式によって、部分A−1とA−2の接続点で位置ずれが起こらないようにする。式(6)の第2式によって、部分A−2が部分A−1と部分Bにおける導波路長差をまとめて補償し、部分A−1、部分A−2,部分Bの3部分の合計の長さが全ての導波路で等しくなるようにする。 l k and h k are determined by the following equation (6). According to the first expression of the expression (6), the positional deviation is prevented from occurring at the connection point between the portions A-1 and A-2. According to the second equation of the equation (6), the portion A-2 collectively compensates for the waveguide length difference between the portion A-1 and the portion B, and the sum of the three portions of the portion A-1, the portion A-2, and the portion B Is made equal in all waveguides.
l1、W、h1は、式(5)においてp1、q1、r1を定めれば求めることができる。
以上まとめると、部分A−2は次の手順(6)〜(10)のように設計される。
手順(6) p1、q1、r1、φ1を適当な値に決める。
手順(7) 式(5)からW、l1、h1を求める。
手順(8) 手順(7)で求めたl1、h1と式(6)からhk、lk(k:2〜N)を求める。
手順(9) 式(5)から、pk、qk、rk(k:2〜N)を求める。φk(k:2〜N)は、手順(6)の時点ですでに求まっている。
手順(10) 導波路同士が重なったり、長さが負の値になったりするなどの不都合が生じたら、手順(6)に戻って異なる値を設定し、再び手順(7)〜(9)を行うことを不都合が解消するまで繰り返す。
l 1 , W, and h 1 can be obtained by determining p 1 , q 1 , and r 1 in Equation (5).
In summary, the part A-2 is designed as in the following procedures (6) to (10).
Procedure (6) p 1 , q 1 , r 1 , and φ 1 are set to appropriate values.
Step (7) from (5) W, seek
Step (8) h k and l k (k: 2 to N) are obtained from l 1 and h 1 obtained in step (7) and equation (6).
Step (9) p k , q k , and r k (k: 2 to N) are obtained from the equation (5). φk (k: 2 to N) has already been obtained at the time of step (6).
Step (10) If inconveniences such as waveguides overlapping or having a negative length occur, return to step (6), set a different value, and again steps (7) to (9) Repeat until the inconvenience is resolved.
以上のように設計した部分A−2は、角度を3π/2−βだけ反時計回りに回転した後に平行移動すれば、部分A−2に、角度ずれ・位置ずれなく接続することができる。こうして設計した部分Aは、その長さが部分Bで生じた導波路長差を補正するようになっているから、部分Aと部分Bは合わせて等長なアレイ導波路となる。 The part A-2 designed as described above can be connected to the part A-2 without angular deviation or positional deviation if the part A-2 is rotated in the counterclockwise direction by 3π / 2−β and then translated. Since the length of the portion A thus designed is adapted to correct the waveguide length difference generated in the portion B, the portion A and the portion B together form an equal-length arrayed waveguide.
上記設計方法によれば、アレイ導波路は全て等長になる。すでに述べたように、アレイ導波路に等長でない分布を与えることもありうるが、その場合は式(6)の第2式を変更すれば、上記方法と同様の方法で実現可能である。 According to the above design method, all the arrayed waveguides have the same length. As already described, a non-equal distribution may be given to the arrayed waveguide, but in that case, it can be realized by a method similar to the above method by changing the second equation of equation (6).
(実施形態2)
ところで、WSSとしてのポート数は、光偏向素子の最大偏向角で決定される。したがって、ポートを密に配置できる場合、配置が疎な場合に比べて、実現できるポート数は増大することになる。本実施形態2では、ビーム間隔を密にして、多ポート化を実現する方策を示す。
(Embodiment 2)
By the way, the number of ports as WSS is determined by the maximum deflection angle of the optical deflection element. Therefore, when the ports can be densely arranged, the number of ports that can be realized increases as compared with the case where the arrangement is sparse. In the second embodiment, a measure for realizing a multi-port configuration with a close beam interval is shown.
図10は、本実施形態の光信号処理装置において用いるPLCのSBTの回路構成を示す図である。SBTの部分A 501より左側の部分(部分Aおよびスラブ導波路も含む)とPLC端面との距離が少しずつ異なっており、複数のSBTを階段状に配置した構造になっている。このようにすると出力ビーム同士の幅を密にしてもSBT同士の干渉を避けることが可能になる。 FIG. 10 is a diagram showing a circuit configuration of a PLC SBT used in the optical signal processing apparatus of the present embodiment. The distance between the portion on the left side of the SBT portion A 501 (including the portion A and the slab waveguide) and the PLC end face is slightly different, and a plurality of SBTs are arranged stepwise. In this way, it is possible to avoid interference between SBT even if the widths of the output beams are made dense.
この階段状配置は、部分B 502と部分A 501の間に、長い直線導波路1001を設けることによって可能になる。
This stepped arrangement is made possible by providing a long
部分B 502を有していない、非特許文献1で示された従来型SBTでは、密に並べるためにこのような直線導波路を設ける場合、方向性結合を避けるためには導波路間隔を広くしなくてはならず、先述した高次回折光が狭い角度で伝搬するという問題が避けられなかった。
In the conventional SBT shown in
上述したように本発明の実施形態では、SBTが部分B 502を有しているため、高次回折光の回折角の広さと、長い直線導波路1001を用いた階段状配置を両立することができる。
As described above, in the embodiment of the present invention, since the SBT has the
このように、本実施形態によれば、高次光による悪影響無しに、従来型よりも狭い間隔で配列させることができるSBTを提供可能であり、これを用いることで、WSSを多ポート化することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide an SBT that can be arranged at a smaller interval than the conventional type without adverse effects due to high-order light, and by using this, it is possible to increase the number of WSS ports. it can.
なお、上記実施形態では、光信号処理装置をWSSとして動作させる例を説明したが、本願発明の光信号処理装置は、特定の波長の光を出力ポートに結合させないように波長ブロッカーとして動作させることもできる。 In the above embodiment, the example in which the optical signal processing apparatus is operated as WSS has been described. However, the optical signal processing apparatus according to the present invention operates as a wavelength blocker so as not to couple light of a specific wavelength to the output port. You can also.
以上説明したように本願発明によれば、SBTを有するPLCとLCOSとの間の空間光学系が焦点距離をfとする主レンズのよる2f系で構成され、PLCに再入射する光の角度が垂直となる為、出力ポート間の挿入損失が等しい光信号処理装置を提供することが可能となる。また、PLCのLCOS側の端の極近傍においてSBTを構成する導波路の間隔を狭めることにより、高次光のSBTへの再入射を防止し高次光に起因するSBT間のクロストークを抑制した光信号処理装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, the spatial optical system between the PLC having the SBT and the LCOS is constituted by the 2f system of the main lens having the focal length f, and the angle of the light re-entering the PLC is Since it becomes vertical, it is possible to provide an optical signal processing device having the same insertion loss between output ports. In addition, by reducing the interval between the waveguides constituting the SBT in the vicinity of the end of the PLC on the LCOS side, optical signal processing that prevents re-incidence of high-order light to the SBT and suppresses crosstalk between the SBT caused by the high-order light An apparatus can be provided.
101 石英系平面光波回路(PLC)
102,104 レンズ
103 回折格子
105 ビーム偏向素子、LCOS
106 入力導波路
107 スラブ導波路
108 アレイ導波路
202 シリンドリカルレンズ
203 主レンズ
204 LCOS
302,303 ビーム
401 PLC
402,403 分散方向レンズ
404 主レンズ
405 回折格子
406 液晶位相変調器,LCOS
1001 直線導波路
101 Silica-based planar lightwave circuit (PLC)
102, 104
106
302,303
402, 403
1001 Straight waveguide
Claims (8)
前記光導波路基板の端面から出力された光ビームを集光させる集光手段を含む空間光学系と
を備えた光信号処理装置であって、
前記アレイ導波路は、複数の導波路の列であり、前記光導波路基板の端面の近傍において、導波路間隔が広い部分と、導波路間隔を狭く変換する部分と、導波路間隔が狭い部分とがこの順に接続された構造を有しており、前記導波路間隔が狭い部分は、前記光導波路基板の端面から出力された高次光の光ビームが前記集光手段の外周よりも外側を通る導波路間隔を有するように構成されている、ことを特徴とする光信号処理装置。 An optical waveguide substrate comprising at least one input waveguide, a slab waveguide connected to the input waveguide, and an arrayed waveguide grating comprising an arrayed waveguide connected to the slab waveguide;
An optical signal processing device including a spatial optical system including a condensing unit that condenses the light beam output from the end face of the optical waveguide substrate,
The arrayed waveguide is a row of a plurality of waveguides, and in the vicinity of the end face of the optical waveguide substrate, a portion where the waveguide interval is wide, a portion where the waveguide interval is narrowed, and a portion where the waveguide interval is narrow There are have a connection structure in this order, the waveguide spacing is narrower portion, a waveguide light beam of higher light output from the end face of the optical waveguide substrate is passing outside than the outer periphery of the focusing means An optical signal processing device configured to have an interval .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013119296A JP5903074B2 (en) | 2013-06-05 | 2013-06-05 | Optical signal processor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013119296A JP5903074B2 (en) | 2013-06-05 | 2013-06-05 | Optical signal processor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014235421A JP2014235421A (en) | 2014-12-15 |
JP5903074B2 true JP5903074B2 (en) | 2016-04-13 |
Family
ID=52138137
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013119296A Active JP5903074B2 (en) | 2013-06-05 | 2013-06-05 | Optical signal processor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5903074B2 (en) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6291434B2 (en) * | 2015-02-19 | 2018-03-14 | 日本電信電話株式会社 | Optical cross-connect device |
JP6491563B2 (en) * | 2015-02-19 | 2019-03-27 | 日本電信電話株式会社 | Optical cross-connect device |
JP6630098B2 (en) * | 2015-09-25 | 2020-01-15 | 日本電信電話株式会社 | Optical signal processing device |
JP6491593B2 (en) * | 2015-12-10 | 2019-03-27 | 日本電信電話株式会社 | Planar lightwave circuit |
JP6499603B2 (en) * | 2016-03-03 | 2019-04-10 | 日本電信電話株式会社 | Optical signal processing device |
JP6927092B2 (en) * | 2018-03-07 | 2021-08-25 | 日本電信電話株式会社 | Optical signal monitor device |
WO2021005641A1 (en) * | 2019-07-05 | 2021-01-14 | 日本電信電話株式会社 | Optical signal processing device |
CN113568096B (en) * | 2021-07-12 | 2023-06-02 | 西湖大学 | Array waveguide lens for guiding wave to free space imaging and array waveguide spectrometer |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3852409B2 (en) * | 2003-02-04 | 2006-11-29 | 富士通株式会社 | Optical functional device |
JP2007322886A (en) * | 2006-06-02 | 2007-12-13 | Hitachi Cable Ltd | Optical waveguide device |
JP2009003378A (en) * | 2007-06-25 | 2009-01-08 | Fujitsu Ltd | Mirror apparatus and optical switch |
JP4860757B2 (en) * | 2007-06-25 | 2012-01-25 | 日本電信電話株式会社 | Dispersion compensator |
WO2013038713A1 (en) * | 2011-09-16 | 2013-03-21 | 日本電信電話株式会社 | Optical switch |
-
2013
- 2013-06-05 JP JP2013119296A patent/JP5903074B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014235421A (en) | 2014-12-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5903074B2 (en) | Optical signal processor | |
Pathak et al. | Optimized silicon AWG with flattened spectral response using an MMI aperture | |
US11740361B2 (en) | Optical beam director | |
JP5750163B2 (en) | Light switch | |
CA2673455C (en) | Method for designing wave propagation circuits and computer program therefor | |
Lycett et al. | Perfect chirped echelle grating wavelength multiplexor: design and optimization | |
JP2004234031A (en) | Planar optical waveguide element | |
JP2010044350A (en) | Optical wavelength multiplexing and demultiplexing circuit | |
JP2023508155A (en) | Optoelectronic transmitter with phased array antenna with integrated controller | |
JP2008261952A (en) | Waveguides crossing each other three-dimensionally | |
US20230259017A1 (en) | Photomask, Optical-Waveguide, Optical Circuit and Method of Manufacturing an Optical-Waveguide | |
US6917736B1 (en) | Method of increasing number of allowable channels in dense wavelength division multiplexing | |
CN109164517A (en) | A kind of pair glued axial cone mirrors and method generating remote high-resolution bessel beam | |
JP5759430B2 (en) | Wavelength selective switch | |
JP2009282309A (en) | Optical apparatus and optical transmission apparatus | |
JP5016009B2 (en) | Optical signal processing apparatus and assembly method thereof | |
CN1524191A (en) | Asymmetric array waveguide grating device | |
JP4946346B2 (en) | Optical waveguide device and method for adjusting transmission loss thereof | |
JP6491593B2 (en) | Planar lightwave circuit | |
EP3577500B1 (en) | An optical waveguide crosspoint | |
JP5561304B2 (en) | Optical element | |
JP6344068B2 (en) | Wavelength selective switch | |
WO2023124374A1 (en) | Wavelength selection device, wavelength selection method and roadm | |
WO2022180835A1 (en) | Optical waveguide device and optical waveguide manufacturing apparatus and manufacturing method | |
KR100296383B1 (en) | Method of forming AWG multiplexer for crosstalk reduction and AWG multiplexer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141114 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150630 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150707 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150904 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160308 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160311 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5903074 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |