JPH04233502A - 光デュプレクサ - Google Patents

光デュプレクサ

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JPH04233502A
JPH04233502A JP3177460A JP17746091A JPH04233502A JP H04233502 A JPH04233502 A JP H04233502A JP 3177460 A JP3177460 A JP 3177460A JP 17746091 A JP17746091 A JP 17746091A JP H04233502 A JPH04233502 A JP H04233502A
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wavelength
coupler
light wave
optical
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JP3177460A
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Gerhard Heise
ゲルハルト　ハイゼ
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29331—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by evanescent wave coupling
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は双方向の光情報伝送のた
めの光デュプレクサに関する。
【０００２】
【従来の技術】双方向の光情報伝送のための光デュプレ
クサにおいては、第２および第３のゲートに通常屈折率
跳躍が存在しており、そこでこれらの両ゲートに第１の
ゲートから結合器を介して供給される第１の波長λ１　
の光波の一部分が結合器へ復帰反射されるという問題が
ある。結合器のなかで、復帰反射された両波は干渉させ
られ、またこの形態で第４のゲートに望ましくない近端
漏話を発生する擾乱光として供給される。第２および第
３のゲートから復帰する第１の波長λ１　の光波は通常
、等しい光路長さまたは異なる光路長さを有し得る２つ
の異なる光路で結合器に復帰する。
【０００３】上記の擾乱光により発生される漏話は両光
路に戻される第１の波長λ１　の光路の間の位相差に関
係しており、またこの漏話をこの位相差の設定により予
め定められた値に最小化することが既に提案された。さ
らに、その際に、この予め定められた値を両光路の間の
相応に選定された光路長さの差により発生することが既
に提案された。この受動的な位相マッチングは、好まし
くは光集積回路で製造されるデュプレクサの製造のため
に非常に正確に管理すべきテクノロジーを必要とする。 このような光集積回路では光路長さの差の決定が波長の
何分の一かの光路長さの管理を必要とし、その際に約２
０ｎｍの幾何学的許容差が生ずる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に記載した種類のデュプレクサにおいて、両光路に導か
れる第１の波長λ１　の光波の間の位相差の、近端漏話
の減少のために必要な値への設定が、両光路の間の光路
長さの差の発生の回避のもとに、いかにして発生され得
るかを示すことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明においては、請求項１および５に示すように
デュプレクサを構成するものである。
【０００６】請求項１による本発明のデュプレクサでは
能動的な位相設定が実現され、請求項５によるデュプレ
クサでは位相マッチングは受動的である。
【０００７】本発明による両解決策は、２つのビーム干
渉または２つのモード干渉に基づく光結合器により実現
され得る。
【０００８】請求項１によるデュプレクサの有利な構成
は請求項２ないし４、８および９にあげられており、ま
た請求項５によるデュプレクサの有利な構成は請求項６
ないし９にあげられている。
【０００９】
【実施例】以下、本発明を図面に示されている例により
一層詳細に説明する。
【００１０】図１は能動的位相制御を有する本発明によ
るデュプレクサの平面図、図２は受動的位相マッチング
を有する本発明によるデュプレクサの平面図で、Ｄはデ
ュプレクサ、Ｋは波長選択性結合器、Ｅは結合器Ｋの第
１のゲート、Ｐはその第２のゲート、Ｘはその第３のゲ
ート、またＡはその第４のゲートである。各ゲートＥ、
Ｐ、ＸおよびＡは結合器Ｋに通ずる当該の光導波路ＷＬ
１、ＷＬ２、ＷＬ３およびＷＬ４の端部により定められ
ている。
【００１１】図１および図２によるデュプレクサはたと
えば、第１のゲートＥを介してレーザーから送り出され
、情報を担う第１の波長λ１　の光波が入射結合され、
また結合器Ｋを介してゲートＰに伝達され、そこでこの
光波は光ファイバへ入射結合されたとえば離れて位置す
る同種の又は相補的なデュプレクサに伝達されるように
作動させられる。ファイバから第２のゲートＰに情報を
担う第２の波長λ２　の光波が供給され、この光波は結
合器Ｋを介して、第４のゲートＡに導かれている。この
第４のゲートＡは光受信器に接続されることができる。
【００１２】第１の波長λ１　を発生するための送信器
および第２の波長λ２　を受信するための受信器は、デ
ュプレクサと一緒に共通の基板上に集積されていてよい
。図４は、第１の波長λ１　の光波に対する送信器とし
てレーザーＬ（例えばレーザーダイオード）が共通の基
板Ｓ上に集積される構成の一例を示す。図５は、第１の
波長λ１　の光波に対する送信器としてのレーザーＬ、
第２の波長λ２　の光波に対する受信器としてのフォト
ダイオードＰＤが共通の基板Ｓ上に集積される構成の一
例を示す。 両者において、レーザーＬと集積された導波路ＷＬ１と
の構成は、例えばヨーロツパ特許第０１７８４９７号明
細書に示すような方法で行うことができる。図５の例に
おいて、第２のゲートＰと第３のゲートＸで反射された
第１の波長λ１　の光波間の位相差を適切に設定するこ
とにより、反射により生じるレーザーＬからフォトダイ
オードへの漏話が有利に減ぜられる。第３のゲートＸは
光サンプのなかに開口し得る。光サンプは、基板上に集
積されるが、または他の仕方で第３のゲートＸに接続さ
れていてよい。最後に述べた場合には光導波路ＷＬ３は
基板の１つの縁に終端し、そこにはファイバに連結され
ている光導波路ＷＬ２も終端している。
【００１３】通常、第１のゲートＥを通じて入射結合さ
れた第１の波長λ１の光波は部分的に第３のゲートＸに
も供給される。一般に第２のゲートＰおよび第３のゲー
トＸには、このゲートＰまたはＸに供給された第１の波
長λ１　の光波を光導波路ＷＬ２または光導波路ＷＬ３
上で結合器Ｋに復帰反射する反射係数が存在している。 結合器のなかでこれらの復帰反射された両部分は干渉さ
せられ、また光導波路ＷＬ４のなかで重畳されて第４の
ゲートＡに供給される。
【００１４】第１のゲートＥを通じて入射結合された第
１の波長λ１　の光波が第２のゲートＰまたは第３のゲ
ートＸに到達する経路は図面中に右向きの矢印を有する
実線で記入されている。
【００１５】第２のゲートＰまたは第３のゲートＸから
結合器Ｋに復帰反射された光が第４のゲートＡに到達す
る経路は図面中に左向きの矢印を有する破線で記入され
ている。
【００１６】特に、第２のゲートＰから反射された光は
光導波路ＷＬ２により与えられている第１の光路上で結
合器Ｋに到達し、他方において第３のゲートＸで反射さ
れた光は光導波路ＷＬ３により与えられている第２の光
路上で結合器Ｋに戻る。
【００１７】図１による配置では本発明により、両光路
ＷＬ２およびＷＬ３の一方、たとえば光路ＷＬ３で結合
器Ｋに復帰する一方の波長λ１　の光波の位相を予め定
められた値範囲からの予め定められた値に調節するため
の装置ＰＳが設けられている。
【００１８】図２によるデュプレクサでは両光路ＷＬ２
およびＷＬ３は本発明により永久的屈折率差Δｎにより
発生される予め定め得る光路差を有する。図２による例
ではこの屈折率差Δｎは光導波路ＷＬ３において実現さ
れている。永久的屈折率差Δｎは両光路の一方の光導波
路ＷＬ３またはＷＬ２に他方の光路の光導波路ＷＬ２ま
たはＷＬ３にくらべて幾何学的に異なる形状を付与する
ことにより発生されていてよい。たとえば、ＩｎＰのな
かに埋められており、λｇａｐ＝１．０５μｍを有する
ＩｎＧａＡｓＰから成る光導波層と０．５μｍのリブ高
さと１μｍのリブ幅とを有するリブ形光導波路では、リ
ブと並んでクオーターネール層の厚みが３００ｎｍから
２００ｎｍへ減ぜられることによって、０．００４の有
効屈折率の変化が達成され得る。よりわずかな屈折率変
化はよりわずかなエッチング深さにより達成され得る。
【００１９】永久的屈折率差Δｎは、両光路の一方のド
ーピングを他方のドーピングと異なるものとすることに
より生成することもできる。
【００２０】図１によるデュプレクサの図３に示されて
いる光集積回路の実施例は熱的位相マッチングを有する
デュプレクサであり、その結合器Ｋはエレクトロニック
レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）２
５（１９８９）、第１１８０〜１１８１頁に記載されて
いるＢＯＡ方向性結合器から成っている。このデュプレ
クサでは近端漏話はたとえば本発明による屈折率の熱的
制御により減ぜられている。図１によるデュプレクサの
場合のように図３によるデュプレクサの場合には第２の
ゲートＰにラインファイバが取り付けられていなければ
ならない。第２の波長λ２　の到来する光は第４のゲー
トＡに導かれなければならず、第１のゲートＥにおいて
ライン上で送るべき第１の波長λ１の光が入射結合され
る。近端漏話は、どのように多くの光が第１のゲートＥ
から第４のゲートＡに到達するかを示す。位相に影響を
与えるため、アルゴン‐イオン‐レーザーの光が光導波
路ＷＬ２または光導波路ＷＬ３の上に焦点を合わされた
。局部的加熱により屈折率が変化する。能動的トリミン
グによりこの実験では近端漏話が９０％だけ減ぜられ得
た。こうして達成可能な最小の近端漏話はもはや導かれ
る光によってではなく光導波路層のなかの漏洩光によっ
て与えられていることが確認され得た。
【００２１】当該の光導波路の加熱はたとえば蒸着され
た導体路または一体集積された抵抗を介して行われ得る
。λｇａｐ　および測定された屈折率の温度係数２．２
×１０−４１／°Ｋを有するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ光
導波路に対しては、必要とされる位相シフトに対してλ
＝１．５μｍにおいてＬ＝１００μｍの１つの区間にわ
たり光導波路ＷＬ２と光導波路ＷＬ３との間の約１８°
Ｋの温度差が必要である。適切な大きさにされた構成要
素、光導波路ＷＬ２とＷＬ３との間の約７０μｍの間隔
および１００×１μｍ２　の加熱面積の場合にはそのた
めに約１００ｍＷの加熱電力が必要であった。
【００２２】図１によるデュプレクサの装置ＰＳは両光
導波路ＷＬ２またはＷＬ３の一方のなかに集積されてい
る電荷キァリア注入に基づく位相シフタであってもよい
。ＩｎＰの屈折率ｎと電子密度Ｎとの関係はｄｎ／ｄＮ
＝−１０−２０　ｃｍ−３である。従って１００μｍの
位相シフタの長さでは４×１０１７ｃｍ−３の追加的な
キャリア密度が必要である。これはｐｉｎリブ形光導波
路構造により問題なしに注入され得る。このような位相
シフタにより近端漏話が最大値の約３×１０−４に補償
され得る。
【００２３】位相変調器は種々の材料、たとえばガラス
、ＬｉＮｂＯ３　またはＩＩＩ−Ｖ族半導体で実現され
ている。電子光学的位相制御はたとえばＬｉＮｂＯ３　
のなかで、またＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰへの電荷キャリ
ア注入による位相制御で実現されている。１００μｍの
位相変調器の長さではΔｎ＝０．００４の最大屈折率変
化が必要である。
【００２４】第２のゲートＰおよび第３のゲートＸに本
質的に第１の波長λ１　にたいする等しい反射能が存在
しているすべてのデュプレクサでは、位相差がπ／２の
予め定められた値に設定または決定されるならば、反射
により発生される近端漏話が任意の反射能に対して有利
な仕方で完全に補償され得る。それにもかかわらず反射
能は、デュプレクサの挿入損失および第１のゲートＥへ
の反射の反作用をわずかに保つために、可能なかぎり小
さくなければならない。
【００２５】最も望ましくない場合にも近端漏話の完全
な補償を可能にするため、最大π／２の位相に対する調
節範囲が必要である。最大波長λ＝１．６μｍに対して
、このことは光導波路ＷＬ２と光導波路ＷＬ３との間の
光路差が０．４μｍよりも小さいかそれに等しくなけれ
ばならないことを意味する。従って、１００μｍの位相
変調器の長さ又は１００μｍの光導波路ＷＬ２またはＷ
Ｌ３の区間では、０．００４の最大屈折率変化Δｎが必
要である。
【００２６】本発明によるデュプレクサの第３のゲート
Ｘが光学的サンプに開口していれば、近端漏話は本質的
に第２のゲートＰにおける反射能のみに関係する。
【００２７】本発明によるデュプレクサにより、集積さ
れた光デュプレクサに対して必要な少なくとも４５ｄＢ
のチャネル分離が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の平面図である。
【図２】本発明の異なる実施例の平面図である。
【図３】図１によるデュプレクサの光集積回路の例の斜
視図である。
【図４】図１または図２によるデュプレクサの光集積回
路の例の平面図である。
【図５】図１または図２によるデュプレクサの光集積回
路の異なる例の平面図である。
【符号の説明】
Ｄ　　　　デュプレクサ Ｅ　　　　第１のゲート Ｐ　　　　第２のゲート Ｘ　　　　第３のゲート Ａ　　　　第４のゲート Ｋ　　　　結合器 ＰＳ　　　　位相調節のための装置

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　４つのゲート（Ｅ、Ｐ、Ｘ、Ａ）を有
    する波長選択性の光結合器（Ｋ）を備え、第１のゲート
    （Ｅ）が第１の光波長（λ１　）の入射結合のために、
    また第２のゲート（Ｐ）が第２の光波長（λ２　）の入
    射結合のために設けられており、第１のゲート（Ｅ）に
    より入射結合された第１の波長（λ１　）の光波が部分
    的に第２のゲート（Ｐ）に、また部分的に第３のゲート
    （Ｘ）に供給され、第２のゲート（Ｐ）により入射結合
    された第２の波長（λ２　）の光波が完全にまたは部分
    的に第４のゲート（Ａ）に供給され、第２のゲート（Ｐ
    ）から結合器（Ｋ）に復帰する第１の波長（λ１　）の
    光波が結合器（Ｋ）に第１の経路（ＷＬ２）で供給され
    、また第３のゲート（Ｘ）から結合器（Ｋ）に復帰する
    第１の波長（λ１　）の光波が結合器（Ｋ）に第２の経
    路（ＷＬ３）で供給され、両経路（ＷＬ２、ＷＬ３）で
    結合器（Ｋ）に復帰する第１の波長（λ１　）の光波が
    結合器（Ｋ）のなかで干渉させられ、また第１の波長（
    λ１　）の重畳された光波が完全にまたは部分的に第４
    のゲート（Ａ）に供給されるように結合器（Ｋ）が構成
    されている双方向の光情報伝送のためのデュプレクサに
    おいて、両経路（ＷＬ２、ＷＬ３）の一方で結合器（Ｋ
    ）に復帰する一方の波長（λ１　）の光波の位相を予め
    定められた値範囲からの予め定められた値に調節するた
    めの装置（ＰＳ）が設けられていることを特徴とする光
    デュプレクサ。
  2. 【請求項２】　　位相調節のための装置（ＰＳ）が両光
    路（ＷＬ２、ＷＬ３）の一方のなかの屈折率を熱的制御
    により位相の予め定められた値の達成のために必要な値
    に設定することを特徴とする請求項１記載のデュプレク
    サ。
  3. 【請求項３】　　位相調節のための装置（ＰＳ）が両光
    路（ＷＬ２、ＷＬ３）の一方の屈折率を電気光学的制御
    により位相の予め定められた値の達成のために必要な値
    に設定することを特徴とする請求項１または２記載のデ
    ュプレクサ。
  4. 【請求項４】　　位相調節のための装置（ＰＳ）が両光
    路（ＷＬ２、ＷＬ３）の一方の屈折率を半導体材料への
    電荷キャリア注入により位相の予め定められた値の達成
    のために必要な値に設定することを特徴とする請求項１
    ないし３の１つに記載のデュプレクサ。
  5. 【請求項５】　　４つのゲート（Ｅ、Ｐ、Ｘ、Ａ）を有
    する波長選択性の光結合器（Ｋ）を備え、第１のゲート
    （Ｅ）が第１の光波長（λ１　）の入射結合のために、
    また第２のゲート（Ｐ）が第２の光波長（λ２　）の入
    射結合のために設けられており、第１のゲート（Ｅ）に
    より入射結合された第１の波長（λ１　）の光波が部分
    的に第２のゲート（Ｐ）に、また部分的に第３のゲート
    （Ｘ）に供給され、第２のゲート（Ｐ）により入射結合
    された第２の波長（λ２　）の光波が完全にまたは部分
    的に第４のゲート（Ａ）に供給され、第２のゲート（Ｐ
    ）から結合器（Ｋ）に復帰する第１の波長（λ１　）の
    光波が結合器（Ｋ）に第１の経路（ＷＬ２）で供給され
    、また第３のゲート（Ｘ）から結合器（Ｋ）に復帰する
    第１の波長（λ　　）の光波が結合器（Ｋ）に第２の経
    路（ＷＬ３）で供給され、両経路（ＷＬ２、ＷＬ３）で
    結合器（Ｋ）に復帰する第１の波長（λ１　）の光波が
    結合器（Ｋ）のなかで干渉させられ、また第１の波長（
    λ１　）の重畳された光波が完全にまたは部分的に第４
    のゲート（Ａ）に供給されるように結合器（Ｋ）が構成
    されている、特に請求項１ないし４の１つによるデュプ
    レクサにおいて、両光路（ＷＬ２、ＷＬ３）が永久的屈
    折率差（Δｎ）により発生される予め定め得る光路差を
    有することを特徴とする光デュプレクサ。
  6. 【請求項６】　　永久的屈折率差（Δｎ）が、両光路（
    ＷＬ２、ＷＬ３）の一方の光導波路に他方の光路の光導
    波路にくらべて幾何学的に異なる形状を付与することに
    より発生されていることを特徴とする請求項５記載のデ
    ュプレクサ。
  7. 【請求項７】　　永久的屈折率差（Δｎ）が、両光路（
    ＷＬ２、ＷＬ３）の一方のドーピングを他方のドーピン
    グと異なるものとすることにより作られていることを特
    徴とする請求項５または６記載のデュプレクサ。
  8. 【請求項８】　　結合器（Ｋ）の第２のゲート（Ｐ）ま
    たは第３のゲート（Ｘ）が光学的サンプのなかに開口し
    ていることを特徴とする請求項１ないし７の１つに記載
    のデュプレクサ。
  9. 【請求項９】　　両光路（ＷＬ２、ＷＬ３）の一方で結
    合器に復帰する一方の波長（λ１　）の光波の位相が、
    両光路（ＷＬ２、ＷＬ３）の他方で結合器に復帰する一
    方の波長（λ１　）の光波の位相からπ／２だけ異なる
    予め定められた値に設定または決定されることを特徴と
    する請求項１ないし８の１つに記載のデュプレクサ。
  10. 【請求項１０】　　デュプレクサ（１０）が基板（Ｓ）
    上に集積されていることを特徴とする請求項１ないし９
    の１つに記載のデュプレクサ。
  11. 【請求項１１】　　第１のゲート（Ｅ）により入射結合
    される第１の波長（λ１　）の光波を得るための光送出
    器（Ｌ）が基板上に集積されていることを特徴とする請
    求項１０記載のデュプレクサ。
  12. 【請求項１２】　　第４のゲート（Ａ）に導かれる波長
    （λ２　）の光波に対する受光器（ＰＤ）が基板（Ｓ）
    上に集積されていることを特徴とする請求項１０または
    １１記載のデュプレクサ。
JP3177460A 1990-06-25 1991-06-21 光デュプレクサ Withdrawn JPH04233502A (ja)

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DE4020214 1990-06-25
DE4020214.3 1990-06-25

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EP (1) EP0463504A3 (ja)
JP (1) JPH04233502A (ja)

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