JPH07253519A - 光接続装置 - Google Patents

光接続装置

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JPH07253519A
JPH07253519A JP6046190A JP4619094A JPH07253519A JP H07253519 A JPH07253519 A JP H07253519A JP 6046190 A JP6046190 A JP 6046190A JP 4619094 A JP4619094 A JP 4619094A JP H07253519 A JPH07253519 A JP H07253519A
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optical
wavelength
optical signal
light receiving
connection device
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JP6046190A
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Manabu Matsuda
松田　　学
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Fujitsu Ltd
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
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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
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    • G02B6/29304—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 diffraction, e.g. grating
    • G02B6/29316—Light guides comprising a diffractive element, e.g. grating in or on the light guide such that diffracted light is confined in the light guide
    • G02B6/29325—Light guides comprising a diffractive element, e.g. grating in or on the light guide such that diffracted light is confined in the light guide of the slab or planar or plate like form, i.e. confinement in a single transverse dimension only
    • G02B6/29328—Diffractive elements operating in reflection

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の波長多重化光信号を供給され、これを
各々の波長チャネルの光信号成分に分離し、分離した光
信号成分を波長に対応して設けられた受光素子へ導く光
接続装置を提供することを目的とする。 【構成】 光導波路上に複数の波長多重化光信号を出射
する複数の発光素子を設け、前記複数の発光素子に対応
するように 複数の回折格子を相互に異なったピッチで
形成し、前記複数の回折格子で回折された光信号成分
を、前記導波路上の前記光信号成分の波長に対応した位
置に形成された受光素子において、前記回折格子にピッ
チと位置を、複数の回折格子で回折された光信号成分の
うち、同一波長を有する成分は同一の受光素子に到達す
るように最適化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に光通信に関し、特
に波長多重化された光信号を供給される複数の光入力ポ
ートと各々が一の波長に対応する複数の光出力ポートと
の間で光信号の交換を行なう光接続装置に関する。
【０００２】光通信技術の発展にともない、波長多重化
された光信号を搬送する複数の入力側光ファイバと、前
記波長多重化光信号を構成する、各々固有の波長を有す
る複数のチャネルに対応した複数の出力側光ファイバと
の間で光信号の交換を行なう要求が存在する。かかる光
交換技術は光通信技術のみならず、複数のプロセッサを
備え、かかる複数のプロセッサ間でデータのやり取りを
行なう構成の並列処理コンピュータにおいても有用であ
る。
【０００３】従来、かかる光交換接続は光信号をいった
ん電気信号に変換し、かかる電気信号をデジタル交換装
置において処理し、得られた出力電気信号を再び光信号
に変換していた。しかし、かかる構成は複雑であり、交
換装置の構成が大規模になってしまう。複数の光ファイ
バを光結合器および分光器を構成する回折格子を介して
結合することにより光電変換を伴わない光接続装置を構
成することも可能ではあるが（ Fallahi, M., et al. I
EEE Photonics Technology Letters, vol5, no,7, Jul
y, 1993, pp.794-797 ）、かかる光接続装置は光信号
の多重化のため、Ｙ字型に分岐した光結合器により光フ
ァイバを多数縦続接続する必要があり、多重化されてい
るチャネル数が多い場合、その構成が非常に大規模なも
のとなってしまう。
【０００４】
【従来の技術】図１８は光導波路を使った光接続装置の
構成を示す。
【０００５】図１８を参照するに、光接続装置は各々複
数の処理ユニットＰＥ＃１〜＃ｎを含む複数の処理装置
＃１〜＃ｋと共働し、前記複数のユニットＰＥ＃１〜＃
ｎの各々は、集合的に符号１０で示した電気信号線束な
いしケーブルを構成するラインを介して電気信号を出力
し、また電気信号を入力される。すなわち、図示の例で
は、処理装置＃１〜＃ｋの各々に対応して一つのケーブ
ル１０が形成されている。前記ケーブル中の各々のライ
ン１０は光電変換インタフェースＩ／Ｆに接続され、イ
ンタフェースＩ／Ｆはライン１０を介して供給された電
気信号を光信号に変換し、集合的に符号１１で示した光
ファイバを介して出力する。また、インタフェースＩ／
Ｆに光ファイバ１１を介して供給された光信号は、イン
タフェースＩ／Ｆで電気信号に変換された後、ライン１
０を介して対応する処理装置に供給される。その際、一
つのインタフェースＩ／Ｆは複数の処理装置から電気信
号を供給され、これらの電気信号を各チャネルで異った
波長で多重化した波長多重化光信号を形成し、これを光
ファイバ１１に出力する。また、インタフェースＩ／Ｆ
は、光ファイバ１１より供給される波長多重化光信号を
反多重化することにより個々の電気信号を分離し、これ
らを対応する処理装置に供給する。
【０００６】このようにして形成された波長多重化光信
号は光ファイバ１１を介して光導波路を構成するガラス
板１２に供給される。図示の例ではガラス板１２は各処
理装置に複数設けられた処理ユニット＃１〜＃ｎに対応
して複数形成されており、各々の導波路１２には複数の
光ファイバが接続される複数のポートｌ1 ，ｌ2 ，・・
・ｌk が形成されている。すなわち、導波路１２は複数
のポートｌ11〜ｌk において波長多重化された複数の光
信号を注入され、これを多重反射させながら導波する。
また、導波路１２中を伝播する波長多重化光信号は、前
記一または複数のポートｌ1 〜ｌk を介して対応する光
ファイバ１１に出力される。すなわち、ポートｌ1 〜ｌ
k は入出力ポートとして作用する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようない
わゆるブロードキャスト型の導波路では、導波路中で光
が拡散するため、前記入出力ポートで得られる光信号の
強度、換言すると受信レベルは必然的に低下してしま
う。また、かかる構成では、導波路１２に波長選択作用
がないため、入出力ポートで取り出した波長多重化光信
号から所定のチャネルの光信号を分離するための構成を
インタフェースＩ／Ｆに設ける必要がある。しかし、か
かるブロードキャスト型の導波路では、入出力ポートに
入射する光信号の入射角が０゜〜９０゜の範囲に分布し
て一定しないため、波長多重化信号の分離のために、ブ
ラッグ回折により波長を選択する多層膜構成のフィルタ
を効果的に使うことができない。
【０００８】また、波長多重化光信号を導波する単一の
リッジ型導波路の端面に対応して単一の回折格子を形成
し、かかる単一の回折格子により導波路中の波長多重化
信号を波長に対応した複数の光導波路に分離させること
も可能ではあるが（ Fallahi, M., et al. 前出）、か
かる構成では単一のリッジ型導波路に多数の波長の光信
号を注入して波長多重化信号を形成するために、先に説
明したように多数の光結合器を縦続接続する必要がある
ため、導波路の構成が非常に大規模になってしまう。ま
た、多ビットデータを構成する多数の光信号を各ビット
毎に別々の導波路で同時に扱う構成の多ビット光接続装
置では、かかるリッジ型導波路を必要なビット数に対応
して多数積層しなければならないが、かかる構成の導波
路を製作するのは困難である。
【０００９】光接続装置に類似した機能を有する光学装
置として、超高速並列コンピュータに使われる光バスが
ある。
【００１０】図１９は従来提案されている、かかる光バ
スの構成を示す（電子情報通信学会誌 vol. 75, no.1,
１９９２年１月，ｐｐ．１０３）。
【００１１】図１９を参照するに、光バスは平行光導波
路２１より構成され、導波路２１上に複数の並列処理プ
ロセッサ２３を担持する基板２２が設けられる。基板２
２上には各プロセッサ２３に対応して発光素子２３ａお
よび受光素子２３ｂが形成され、発光素子２３ａはプロ
セッサ２３の出力信号を光信号の形で導波路２１に注入
する。注入された光信号は導波路２１中をその上主面と
下主面との間で多重反射を繰り返しながら伝播し、一ま
たは複数の受光素子により検出される。導波路２１中に
は、光信号の注入および抽出を容易にするためにマイク
ロレンズ２１ａが形成されている。かかる構成の導波路
は先に図１８で説明したブロードキャスト型のものであ
り、光信号の拡散に伴い受信レベルが低下してしまう問
題点を回避することができない。また、受光素子の側に
波長選択機能を設けることが困難である問題点を有す
る。
【００１２】従って、本発明は上記の課題を解決した新
規で有用な光接続装置を提供することを概括的目的とす
る。
【００１３】本発明のより具体的な課題は、複数の波長
多重化光信号を供給される簡単な構成の光導波部と、前
記光導波部上に、前記複数の波長多重化光信号の各々を
構成する個々の光信号成分の波長に対応した位置に形成
された受光素子とを備え、前記各光信号成分を前記複数
の波長多重化光信号から分離して分離した光信号成分を
対応する受光素子に供給する構成の光接続装置を提供す
ることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
複数の入力ポートにおいて複数の波長多重化光信号を供
給され、前記複数の波長多重化光信号の各々から、前記
波長多重化光信号を構成する複数の波長の各々につい
て、複数の光信号成分を分離し、前記複数の光信号成分
を、前記複数の波長に対応して設けられた複数の出力ポ
ートに、各々の波長毎に出力する光接続装置において、
光学的に透明な媒体よりなる光導波路と；前記光導波路
上に形成され、各々前記複数の入力ポートの一を構成
し、各々相互に波長が異る複数の光信号成分よりなる波
長多重化光信号を形成し、形成された波長多重化光信号
をそれぞれの光路に沿って前記光導波路中に注入する複
数の発光素子と；前記光導波路上に、それぞれ前記複数
の発光素子とは異った位置に、前記波長多重化光信号を
構成する個々の光信号成分の波長に対応して設けられ、
各々前記複数の出力ポートの一を構成し、前記光導波路
中を伝播する対応する波長の光信号成分を検出する複数
の受光素子と；前記光導波路上に前記複数の発光素子の
各々の光路に対応して設けられ、対応する発光素子から
前記導波路に注入された波長多重化光信号を個々の光信
号成分に分離し、分離された光信号成分を対応する受光
素子に回折させる複数の回折格子とよりなり；前記複数
の回折格子は、前記光導波路上において、それぞれ相互
に異ったピッチと位置とを有することを特徴とする光接
続装置により解決する。
【００１５】
【作用】本発明によれば、光導波路上に、複数の回折格
子を、複数の入射波長多重光信号に対応して、それぞれ
の位置にそれぞれのピッチで設けることにより、波長多
重化光信号を個々の光信号成分に分離し、さらに分離し
た光信号成分を前記波長多重化光信号を構成する複数の
波長に対応して前記光導波路上に形成された複数の受光
素子に導くことができる。かかる構成の光接続装置で
は、受光素子は前記回折格子で分離された光信号成分を
構成する光ビームの回折位置に対応した最適化された位
置に形成されるため、光導波路中における光信号成分の
拡散が抑止され、高いＳ／Ｎ比を達成することができ
る。特に、各受光素子に対応して多層膜構成のフィルタ
を設けることにより、隣接するチャネル間のクロストー
クを所望のレベル以下に抑止することが可能である。光
導波路上において前記複数の回折格子は相互に異なった
位置に形成されているため、一の回折格子に、この回折
格子に対応する一の発光素子以外の素子から入射する波
長多重化光信号の入射角は、前記一の発光素子から前記
回折格子に入射する波長多重化光信号の入射角に対して
異なっているため、かかる隣接する発光素子からの入射
光信号が、対応する受光素子においてクロストークを生
じることはない。また、発光素子の各々に対応してマイ
クロレンズを形成することにより、発光素子から出射す
る光ビームの拡散が抑止され、対応する回折格子以外の
回折格子に入射することがなくなる。
【００１６】また、かかる構成では、入射する複数の波
長多重化光信号は、それぞれの光路に沿ってそれぞれの
回折格子に入射するため、従来の装置で必要であった、
入射光信号を光ファイバやリッジ型導波路のような単一
の光路に注入するための、光結合器を多段に縦続接続し
た構成の光入力部が不必要になり、装置の構成が小型化
される。
【００１７】さらに、本発明の光接続装置は、ガラス板
や半導体基板、あるいはプラスチック板等のスラブ上の
媒体を光導波路として使い、その一の面上に発光素子あ
るいは受光素子を担持する半導体基板を貼付け、また前
記一の面に対向する他の面上に前記発光素子のピッチに
対応したピッチの鋸歯状面を形成し、前記斜鋸歯状面上
に前記複数の回折格子を形成することにより、あるいは
スラブ上に前記一の面に斜交する単一の斜面を形成し、
かかる単一の斜面上に前記複数の鋸歯状面を形成するこ
とにより、容易に製造することが可能である。さらに、
複数のビットに対応して、光導波路を構成する透明ブロ
ック上に前記発光素子および受光素子を、仮想的な層を
多数形成するように設けることにより、多ビットデータ
を表す光信号を同時に処理することが可能である。
【００１８】
【実施例】図１は本発明の第１実施例による光接続装置
の構成を示す図である。
【００１９】図１を参照するに、光接続装置はガラス等
の透明媒体よりなるスラブ３１上に構成され、その第１
の端面３１ａには複数のレーザダイオード３３0 〜３３
100よりなるレーザダイオードアレイ３３と、複数のフ
ォトダイオード３４0 〜３４ 100 よりなるフォトダイオ
ードアレイ３４とが形成される。図示の例では、レーザ
ダイオードアレイ３３は端面３１ａ上のそれぞれの位置
ｙ0 〜ｙ100 に、互いに１００μｍの間隔で配置された
１０１個のレーザダイオードを含み、各々のレーザダイ
オードは、１２８５〜１３３５ｎｍの波長範囲に０．５
ｎｍ間隔で設定された１０１個の波長チャネルλ0 〜λ
100 において光信号を形成し、それぞれのレーザダイオ
ードの光路に沿って波長多重化光信号として出力する。
図示の例では、レーザダイオード３３0 〜３３100 は共
通の半導体基板３３M 上に形成され、基板３３M が前記
スラブ３１の端面３１ａ上に接着剤等により接着され
る。スラブ３１は単純なガラス板や透明プラスチック板
あるいは半導体基板でもよいが、高い屈折率のコアガラ
ス層を低い屈折率を有する一対のガラスクラッド層の間
に挟んだ導波路構成を有するものであってもよい。
【００２０】図示の光接続装置では、前記第１の端面３
１ａに対向する第２の端面３１ｂ上に、前記レーザダイ
オードアレイ３３中のレーザダイオード３３0 〜３３
100 の各々に対応して１００μｍのピッチで繰り返され
る鋸歯部３１ｃ1 〜３１ｃ100が形成され、鋸歯部３１
ｃ1 〜３１ｃ100 は鋸歯状部３１ｃを形成する。鋸歯部
３１ｃ1 〜３１ｃ100 は、前記レーザダイオードの端面
３１ａ上の位置ｙ0 〜ｙ 100 に対応した端面３１ｂ上の
位置ｘ0 〜ｘ100 に形成され、各々対応するレーザダイ
オードにより形成されたレーザビームを照射される。各
々の鋸歯部３１ｃ 1 〜３１ｃ100 は対応する回折格子３
２0 〜３２100 を担持し、回折格子３２0〜３２100 は
入射する光ビームを回折する。換言すると、回折格子３
２0 〜３２ 100 はレーザダイオード３３0 〜３３100 か
ら入射した複数の波長多重化光信号を個々の光信号成分
に分離し、分離された光信号成分を波長に対応したそれ
ぞれの方向に回折する。
【００２１】回折格子３２0 〜３２100 はそれぞれ互い
に異なったピッチΛ0 〜Λ100 を有し、ピッチΛ0 〜Λ
100 は、回折格子３２0 〜３２100 で回折された同一波
長の光信号成分が、どの回折格子により回折されたかに
かかわらず、波長によって決まる端面３１ａ上の所定の
位置に集束されるように設定されている。例えば、レー
ザダイオード３３49により出力された波長多重化光信号
のうち、波長がλ50（λ50＝１３１０．０ｎｍ）の光信
号成分は、ピッチがΛ49の回折格子３２49で回折された
後、図１に実線で示した光路に沿って導波路３１の端面
３１ａ上の位置ｚ50に到達する。同様に、レーザダイオ
ード３３50により出力された波長多重化光信号のうち、
波長がλ50の光信号成分は、ピッチがΛ50の回折格子３
２50で回折された後、図１に実線で示した別の光路に沿
って前記端面３１ａ上の前記位置ｚ50に到達する。一
方、レーザダイオード３３49より出力された波長多重化
光信号のうち、波長がλ49（λ49＝１３０９．５ｎｍ）
の光信号成分は、回折格子３２49で回折された後、図１
に点線で示した経路に沿って端面３１ａ上の位置ｚ49に
到達する。同様に、レーザダイオード３３50より出力さ
れた波長多重化光信号のうち、波長がλ49の光信号成分
は、回折格子３２50で回折された後、図１に点線で示し
た別の経路に沿って前記端面３１ａ上の位置ｚ50に到達
する。端面３１ａ上には、前記位置ｚ49，ｚ50を含む位
置ｚ0 〜ｚ100 に前記フォトダイオード３４0 〜３４
100 が形成され、それぞれλ0 〜λ100 の波長の光を検
出する。換言すると、前記フォトダイオード３４0 〜３
４100 は、前記波長多重化光信号を構成する光信号成分
λ0 〜λ100 の波長にそれぞれ対応して形成されてい
る。
【００２２】図１の光接続装置におけるレーザダイオー
ド３３0 〜３３100 の位置ｙ0 〜ｙ 100 、回折格子３２
0 〜３２100 の位置ｘ0 〜ｘ100 とピッチΛ0 〜Λ
100 、およびフォトダイオード３４0 〜３４100 の位置
ｚ0 〜ｚ100 の関係の一例を表１に示す。ただし、表１
の例では光導波路を構成するスラブの加工精度を勘案し
て、回折格子のピッチΛ0 〜Λ100 の精度を０．１ｎ
ｍ、位置ｘ0 〜ｘ100 の精度を０．１ｍｍとしている。
【００２３】
【表１】
【００２４】図２は図１の回折格子の一部を拡大して示
す拡大図である。図２の回折格子は図１の回折格子３２
ｃ0 〜３２ｃ100 のいずれでもよく、符号３２を付して
ある。
【００２５】図２を参照するに、回折格子３２はスラブ
３１上の鋸歯部３１ｃ0 〜３１ｃ10 0 のいずれか一つを
代表して示す斜面３１ｃ上に形成されており、角度θ1
およびθ2 で傾斜した一対の斜面ａ，ｂの繰り返しによ
り画成されたエシェル回折格子よりなる。ただし、斜面
ａ，ｂの繰り返されるピッチは前記回折格子のピッチΛ
0 〜Λ100 に対応する。図示の例では、角度θ1 は１２
゜に、また角度θ2 は２８゜に設定されている。回折格
子上にはＡｕのコーティングが施され、反射率を向上さ
せている。回折格子３２を担持する前記斜面３１ｃはレ
ーザダイオード３３0 〜３３100 より出射される光ビー
ムに対して斜交するように形成されているため、レーザ
ダイオードより出力される波長多重化光信号を搬送する
光ビームは回折格子３２に所定の入射角θ0 で入射す
る。このようにして入射した光ビームは、入射角θ0 ，
波長多重化光信号中に含まれる光信号の波長λ、および
回折格子のピッチΛにより定まる所定の回折角θdif の
方向に回折される。図示の例ではスラブ３１は屈折率ｎ
0 として１．５７の値を有し、入射角θ0 は４５゜に設
定されている。換言すると、回折格子を担持する鋸歯部
３１ｃ0 から３１ｃ10 0 は、対応するレーザダイオード
から入射する光ビームの光路に対して４５゜の角度に形
成されている。
【００２６】図３はかかる回折格子により分離される光
信号成分の波長分散特性を示す。図示の例は１３１０ｎ
ｍの波長、すなわちλ50の波長に対応するフォトダイオ
ード３４50で検出される光信号の回折強度分布を示す。
図３よりわかるように、フォトダイオード３４50では、
λ50の波長の光信号成分に対して波長がλ50から５ｎｍ
ずれたλ49（＝１３０９．５ｎｍ）の光信号成分あるい
はλ51（＝１３１０．５ｎｍ）の波長の光信号成分に対
して約１０ｄＢの選択性が得られることがわかる。
【００２７】図４（Ａ）〜（Ｃ）は図１の光接続装置に
おいて、端面３１ａ上における各フォトダイオードによ
り、レーザダイオード３３0 ，３３50および３３100 か
ら出射した波長多重化光信号中の光信号成分を検出する
例を示す。ただし、図４（Ａ）は波長が１３３５．０ｎ
ｍの光信号成分（実線で示す）と１３３４．５ｎｍの光
信号成分（破線で示す）とを、フォトダイオード３４
100 とフォトダイオード３４99で検出した場合を示し、
図４（Ｂ）は波長が１３１０．０ｎｍの光信号成分（実
線で示す）と１３０９．５ｎｍの光信号成分（破線で示
す）とを、フォトダイオード３４50と３４49で検出した
場合を示し、さらに図４（Ｃ）は波長が１２８５．５ｎ
ｍの光信号成分（実線で示す）と１２８５．０ｎｍの光
信号成分（破線で示す）とを、フォトダイオード３４1
と３４0 で検出した場合を示す。
【００２８】図４（Ａ）を参照するに、実線は波長が１
３３５．０ｎｍの光信号成分の波長分散特性を、また破
線は波長が１２２４．５ｎｍの光信号成分の波長分散特
性を示す。図４（Ａ）よりわかるように実線および破線
で示した波長分散特性はいずれも多少幅をもって示され
ているが、これはレーザダイオード３３0 ，３３50，３
３100 の位置ｙ0 ，ｙ50，ｙ100 のちがいに起因する光
信号成分のフォトダイオード３４100 ，３４99への入射
角の差によるものと考えられる。かかる波長分散特性の
ずれは、回折格子のピッチλおよび位置ｘの精度をそれ
ぞれ０．１ｎｍおよび０．１ｍｍとしたための誤差と考
えられ、受光に使うフォトダイオードの径の最適化によ
り、あるいはフォトダイオードとマイクロレンズとを集
積化した構成を採用することにより最小化できる。同様
な傾向は、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）においても見ら
れる。
【００２９】図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、各々の
フォトダイオードは、隣接するフォトダイオードが検出
する波長の光信号成分の強度が最小になるような位置に
略対応して形成されている。例えば、図４（Ａ）におい
て、フォトダイオード３４10 0 は、隣接するフォトダイ
オード３４99が検出する、破線で示した波長が１３３
４．５ｎｍの光信号成分の強度が略最小となる位置に形
成されている。同様に、フォトダイオード３４99は、フ
ォトダイオード３４100 が検出する、実線で示した波長
が１３３５．０ｎｍの光信号成分の強度が略最小となる
位置に形成されている。同様な関係は図４（Ｂ）のフォ
トダイオード３４50と３４49の間、および図４（Ｃ）の
フォトダイオード３４1 と３４0 との間にも成立する。
フォトダイオード３４0 〜３４100 の位置をこのように
最適化することにより、各々の受光素子において異なっ
た波長チャネル間のクロストークの最小に抑制できる。
一方、図４（Ａ）〜（Ｃ）は、図１の構成の光接続装置
では、フォトダイオードの位置を最適化しても、前記ク
ロストークを２０ｄＢ以下に抑圧するのは困難であるこ
とをも示す。換言すると、図１の構成の回折格子のみを
使ったのでは、フォトダイオード３４0 〜３４100 にお
いて得られるクロストークの抑圧比を２０ｄＢ以上にす
ることができない。
【００３０】図５は上記のクロストークの抑圧比を向上
させた本発明の第２実施例による光接続装置の構成を示
す。ただし図５は本実施例の要部のみを示す。
【００３１】図５を参照するに、本実施例による装置で
は、スラブ３１の端面３１ａ上に、各々のフォトダイオ
ード３４0 〜３４100 に対応して三角形状の突出部３１
ｐが形成され、またフォトダイオード３４0 〜３４100
を担持する基板３４Ｍ上には、突出部３１ｐに対応する
三角形状の凹部３４ｎ0 〜３４ｎ100 が形成されてい
る。図示の例では凹部３４ｎm がフォトダイオード３４
m に対応し、凹部３４ｎ m+1 がフォトダイオード３４
m+1 （図示せず）に対応する。凹部３４ｎ1 〜３４ｎm
の各々は、対応するフォトダイオード３４1 〜３４m に
入射する光信号成分の光路に略直交する斜面を有し、か
かる斜面にはλ／４波長フィルタを構成する多層膜３５
が堆積される。
【００３２】図６は多層膜３５よりなるλ／４波長フィ
ルタの透過特性を示す。図６を参照するに、フィルタの
中心波長から５ｎｍずれた波長では１０ｄＢを超える減
衰が得られることがわかる。
【００３３】図７は、図５のλ／４波長フィルタを設け
た場合の光信号成分の波長分散特性を示す。図７よりわ
かるように、中心波長から５ｎｍずれた隣接チャネル波
長において３０ｄＢを超える減衰が得られることがわか
る。
【００３４】また、図８に示すように、三角形状の突出
部３１ｐのかわりにマイクロレンズ３１ｐ’を端面３１
ａ上に形成し、フォトダイオードに入射する光信号成分
が多層膜３５に対して垂直に入射するように構成しても
よい。このようなマイクロレンズを形成することによ
り、回折格子の位置の差により１３゜から１５．５゜の
範囲で変化する入射角の値を所定値に補正することがで
きる。
【００３５】図１の光接続装置を接続処理したいデータ
のビット数に応じて多数積層することにより、多数のビ
ットを同時に処理するように構成できる。
【００３６】図９は、本発明の第３実施例によるかかる
多ビット構成の光接続装置を示す斜視図である。
【００３７】図９を参照するに、本実施例では図１のス
ラブ３１が多数積層されて単一の光導波ブロック１００
が構成される。あるいはブロック１００を単一の光学的
に透明なガラスやプラスチックのブロック１００により
形成してもよい。ブロック１００の前記端面３１ａに対
応する端面１００ａ上には、１次元レーザダイオードア
レイ３３0 〜３３100 を多数配列した２次元レーザダイ
オードアレイを担持する半導体チップ１０１と、フォト
ダイオードアレイ３４0 〜３４100 を多数配列した２次
元フォトダイオードアレイを担持する半導体チップ１０
２とが、接着剤等により取り付けられる。また、前記端
面１００ａに対向する端面１００ｂには前記回折格子３
２に対応する回折格子１００ｃが形成される。その際、
各層において図１と同一の構成が繰り返され、従って各
層において、波長多重化光信号の各光信号成分への分離
が実行される。かかる層を、処理したい多ビットデータ
を構成するビット数に対応して多数形成することによ
り、多ビットデータを同時に処理することができる。ま
た、ブロック１００を単一の光学的に透明なブロックに
より構成した場合には、ブロックは多ビットデータの各
々のビットに対応する仮想的な層に分割され、前記波長
多重化光信号の各光信号成分への分離はこれらの仮想的
な層の各々において実行される。
【００３８】図１０は図９の多ビット光接続装置を複数
の端末装置＃０〜＃１００の間でのデータの交換接続に
使用した例を示す。ここで、端末装置＃０〜＃１００の
各々は通常のデジタル通信端末装置のみならず、例えば
前記多ビットデータを入出力するプロセッサを搭載した
並列処理コンピュータの基板であってもよい。図１０を
参照するに、レーザダイオードアレイを担持する半導体
チップ１０１とフォトダイオードアレイを担持する半導
体チップ１０２とは配線ユニット１０３上に担持され、
配線ユニット１０３上には端末＃０〜＃１００に接続さ
れる端子１０３ 0 〜１０３100 が形成され、光接続装置
は通信システムあるいはコンピュータのバスを構成す
る。
【００３９】ところで、図９の多ビット光接続装置にお
いて透明なブロック１００を光導波路に使った構成で
は、各ビットに対応する仮想的な層の各々において、レ
ーザダイオードから出射する光ビームが拡散して他の層
に入射するのを防ぐため、図１１に示すように、２次元
レーザダイオードアレイ１０１ａを構成する各々のレー
ザダイオードに対応してマイクロレンズ１０１1 を形成
するのが好ましい。かかるマイクロレンズを構成された
チップ１０１はブロック１００に接着剤層１００ｇによ
り接着される。かかる構成により、多ビットデータを構
成する各ビット間でのクロストークが抑圧される。
【００４０】図１２，１３は、図１あるいは図９の光接
続装置を設計するにあたり、レーザダイオード３３0 〜
３３100 およびフォトダイオード３４0 〜３４100 のそ
れぞれの位置ｙ0 〜ｙ100 およびｚ0 〜ｚ100 と、回折
格子３２0 〜３２100 の位置ｘ0 〜ｘ100 およびピッチ
Λ0 〜Λ100 のとの間の関係を決定する手順を示すフロ
ーチャートである。
【００４１】図１２，１３を参照するに、ステップ１に
おいて基準となる波長λ0 と波長間隔Δλ、波長チャネ
ル数Ｍ、およびレーザダイオード３３0 から３３100 の
間隔Δｙを決定する。基準波長λ0 は、例えば波長多重
化光信号を構成する最小の波長に設定する。
【００４２】次に、ステップ２において、ステップ１で
決定された基準波長λ0 、波長間隔Δλ、およびチャネ
ル数Ｍにもとづいて、各チャネルの波長λi を式 λi ＝λ0 ＋ｊ・Δλ （ｊ＝０，１，・・・Ｍ） に従って決定する。ただし、図１の例ではＭは１００に
設定される。
【００４３】さらに、基準波長λ0 に対応するレーザダ
イオード３３0 の位置ｙ0 を決定し、基準位置ｙ0 にも
とづいて複数のレーザダイオード３３1 〜３３N の位置
ｙiを式 ｙi ＝ｙ0 ＋ｉ・Δｙ （ｉ＝０，１，・・・Ｎ） に従って決定する。ただし、図１の例ではＮも１００に
設定される。
【００４４】次に、ステップ３において、任意のレーザ
ダイオード３３m に対応する回折格子３２m のピッチΛ
m および位置ｘm 、さらに入射角θ0 およびスラブ３１
の屈折率ｎ0 を決定する。
【００４５】さらに、ステップ４において、前記レーザ
ダイオード３３m から出射する波長多重化光信号の各々
の波長成分λ0 〜λM について、回折光の到達位置、換
言すると、フォトダイオード３４0 〜３４M を形成すべ
き位置ｚ0 m ，ｚ1 m ，・・・ｚM m が、式１により求
められる。
【００４６】
【数１】
【００４７】次に、ステップ５において、各々のレーザ
ダイオード３３0 〜３３N に対応して回折格子３２0 〜
３２N の位置ｘ0 〜ｘN を決定し、さらにステップ６に
おいて、各々のレーザダイオード３３0 〜３３N に対応
して回折格子３２0 〜３２NのピッチΛ0 〜ΛN が、式
２により求められる。
【００４８】
【数２】
【００４９】さらに、ステップ７において、各々のレー
ザダイオード３３0 〜３３N から出射される各チャネル
に対応する波長λ0 ，λ1 ，・・・λM の光信号成分が
到達する位置ｚ0 0，z1 0 ，・・・ｚM 0 ；ｚ0 1，z1 1 ，
・・・ｚM 1 ；・・・ｚ0 N，z1 N ，・・・ｚM N が、
式３により求められる。
【００５０】
【数３】
【００５１】さらに、ステップ８において、パラメータ
ｉ，ｊ，ｋの全ての組み合せについて式４ ｜ｚj i −ｚj k ｜＜ε が成立するか否か判定される。ただし、パラメータｉは
０〜Ｍの範囲で、パラメータｉは０〜Ｎの範囲で、また
パラメータｋは０〜Ｎの範囲で変化される。また量εは
許容範囲を示す。先の図４（Ａ）〜（Ｃ）の例では、許
容誤差εを０．１ｍｍに設定していた。式４が満足され
ている場合、回折格子３２0 〜３２N で回折された光信
号成分のうち、同一波長λj を有する成分は同一の位置
ｚj に到達する。
【００５２】さらに、ステップ９での判定の結果、各回
折格子から回折した光信号成分の到達位置が式４を満足
しないと判定された場合には、ステップ９で回折格子３
２0〜３２N の値が再設定され、ステップ６〜８が、前
記式４の関係が満足されるまで繰り返し実行される。
【００５３】次に、本発明の第４実施例を図１４を参照
しながら説明する。ただし、図１４中、先に説明した部
分は同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５４】本実施例では、光導波路を構成するスラブ
３１上に、レーザダイオード３３0〜３３100 の各々か
ら出射する波長多重化光信号の光路に４５゜の角度で交
差するように、単一の斜面３１ｄが形成され、斜面３１
ｄ上に回折格子３２0 〜３２ 100 が担持される。かかる
構成では、スラブ３１の端面３１ｂ上に図１の装置の鋸
歯状部３１ｃに対応する鋸歯状部を形成する必要がな
く、構成が簡単になる。
【００５５】本実施例の装置においても、レーザダイオ
ード３３0 〜３３100 の一より出射した波長多重化信号
を搬送する光ビームは対応する一の回折格子３１0 〜３
１10 0 により回折され、波長多重化信号を構成する光信
号成分が対応する波長を有する一のフォトダイオード、
例えばフォトダイオード３４50に入射する。図１４の装
置におけるレーザダイオードおよびフォトダイオードの
それぞれの位置ｙ0 〜ｙ100 およびｚ0 〜ｚ100 、およ
び回折格子３２0 〜３２100 の位置ｘ0 〜ｘ10 0 および
そのピッチΛ0 〜Λ100 の例を表２に示す。かかるパラ
メータｘ0 〜ｘ 100 ，ｙ0 〜ｙ100 ，ｚ0 〜ｚ100 およ
びΛ0 〜Λ100 は、図１２，１３に示したプロセスによ
り決定される。
【００５６】
【表２】
【００５７】図１５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は図１４の
構成の光接続装置の波長分散特性を示す。図４（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）の場合と同様に、図１５（Ａ）は波長が
１３３５．０ｎｍの光信号成分と１３３４．５ｎｍの光
信号成分をフォトダイオード３４100 および３４99で検
出する場合を示し、図１５（Ｂ）は波長が１３１０．０
ｎｍの光信号成分と１３０９．５ｎｍの光信号成分をフ
ォトダイオード３４50および３４49で検出する場合を示
し、さらに図１６（Ｂ）は波長が１２８５．５ｎｍの光
信号成分と波長が１２８５．０ｎｍの光信号成分をフォ
トダイオード３４1 および３４0 で検出する場合を示
す。図１５（Ａ）〜（Ｃ）より明らかなように、図１４
の光接続装置では、一の波長に対応するフォトダイオー
ドが、隣接する波長の光信号成分の極小値に対応してい
ないため、隣接するチャネル間でのクロストークの抑圧
が不十分になる。これは、図１４の装置において斜面３
１ｄに形成された回折格子ピッチが図１の場合よりも長
くなるためと考えられる。本実施例では、かかるクロス
トークの抑圧比を向上させるため、先に図５あるいは図
８で説明した誘電体多層膜よりなるλ／４型波長フィル
タ３５を各々各々のフォトダイオードに対応して形成す
る。
【００５８】図１６は本実施例で使われるフィルタの構
成を示す。もちろん、図１６のフィルタは図１の光接続
装置にも適用可能である。
【００５９】図１６を参照するに、フィルタは入射光波
長の１／４の厚さに設定された第１の誘電体層と第２の
誘電体層とをｎ回交互に積層した第１の干渉領域３５ａ
と、前記第１の誘電体層と第２の誘電体層とを２ｎ回交
互に積層した第２の干渉領域３５ｂとを、間に１／２波
長の厚さの誘電体層３５ｃを挟んで領域３５ａ／領域３
５ｂ／領域３５ｂ／領域３５ａの順序で積層した構造を
有し、図１７に破線で示した透過特性を示す。
【００６０】図１７を参照するに、フィルタ３５の透過
特性は中心波長の前後数ｎｍの範囲では平坦であるが、
それを外れると急峻に降下する特徴を有し、図１７に一
点鎖線で示した図１４の装置の波長分散特性と組み合せ
ると、図１７に実線で示した波長分散特性が得られる。
かかる特性を使うことにより、図１４の装置において、
隣接するチャネルとのクロストークを３０ｄＢ以下のレ
ベルに抑圧することが可能である。また、図１７の実線
で示した波長分散特性は、中心波長の前後の限られた波
長範囲において平坦であるため、受光素子への入射角の
わずかなちがいに起因して回折光信号の位置に多少のず
れが生じても動作に不都合は生じない。
【００６１】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものでは
なく、請求項に記載した要旨内において様々な変形・変
更が可能である。
【００６２】
【発明の効果】本発明によれば、光導波路上に、複数の
回折格子を、複数の入射波長多重光信号に対応して、そ
れぞれの位置にそれぞれのピッチで設けることにより、
非常に簡単で堅牢な構成を有する高速の光接続装置を構
成することができる。本発明の光接続装置は、波長多重
化光信号より回折格子により分離された光信号成分の波
長に対応して受光素子を形成し、さらに受光素子の位置
を、光接続装置に入射する波長多重化光信号の位置、光
導波路上における回折格子の位置およびそのピッチに対
応して最適化した結果、隣接する波長チャネル間でのク
ロストークを最小に抑圧できる。また、各受光素子に対
応して誘電体多層膜よりなるフィルタを形成することに
より、クロストークの抑圧度をさらに向上させることが
できる。またかかる光接続装置を、接続処理されるデー
タのビット数に対応して多数積層することにより、多ビ
ットデータを同時に処理出来る光接続装置を構成するこ
とができる。かかる光接続装置は、複数の通信端末の間
を接続する光交換機として、また複数の同時に平行して
動作するプロセッサを有する並列処理あるいは超並列処
理構成を有するコンピュータの光バスとしても有用であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による光交換装置の構成を
示す図である。
【図２】図１の光接続装置に形成された回折格子の構成
および作用を示す図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は図２の回折格子の波長分散特
性を示す図であるである。
【図４】図１の光接続装置で得られる波長多重化光信号
の、個々の光信号成分への分離を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例による光交換装置の要部を
示す図である。
【図６】図５に示したフィルタの透過特性を示す図であ
る。
【図７】図６の透過特性を有するフィルタを使った、図
５の光交換装置の波長分散特性を示す図である。
【図８】図５の装置の変形例を示す図である。
【図９】本発明の第３実施例による多ビット光接続装置
の構成を示す図である。
【図１０】図９の装置を使った光交換システムの構成を
示す図である。
【図１１】図９の装置の変形例を示す図である。
【図１２】本発明の光接続装置において受光素子の位置
を、回折格子の位置およびピッチに対して最適化するプ
ロセスを示すフローチャート（その一）である。
【図１３】本発明の光接続装置において受光素子の位置
を、回折格子の位置およびピッチに対して最適化するプ
ロセスを示すフローチャート（その二）である。
【図１４】本発明の第３実施例による光接続装置の構成
を示す図である。
【図１５】（Ａ）〜（Ｃ）は図１４の装置の波長分散特
性を示す図である。
【図１６】図１４の装置で使われる誘電体多層膜フィル
タの構成を示す図である。
【図１７】図１６の誘電体多層膜フィルタを使った場合
の図１４の光接続装置の波長分散特性を示す図である。
【図１８】従来の光接続装置の概略的構成を示す図であ
る。
【図１９】従来の光多重化バスの構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ ケーブル １１ 光ファイバ １２，２１，３１，１００ 光導波路 ２１ａ，３１ｐ’，１００1 マイクロレンズ ２２ 基板 ２３ プロセッサ ２３ａ 発光／受光素子 ３１ａ，３１ｂ，１００ａ，１００ｂ 導波路端面 ３１ｃ，３１ｃ0 〜３１ｃ100 鋸歯部 ３１ｄ 斜面 ３１ｐ 突出部 ３２，３２0 〜３２100 ，１００ｃ 回折格子 ３３，３３0 〜３３100 ，１０１ レーザダイオード ３４，３４0 〜３４100 ，１０２ フォトダイオード ３３Ｍ，３４Ｍ 基板 ３４ｎm ，３４ｎm+1 凹部 ３５，３５ａ，３５ｂ 誘電体多層膜フィルタ ３５ｃ １／２波長位相変化層 １００ｇ 接着剤 １０３ 配線ユニット １０３0 〜１０３100 端子
【手続補正書】
【提出日】平成６年７月４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】 図２の回折格子の波長分散特性を示す
図である。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年７月４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/14 10/135 10/13 10/12

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の入力ポートにおいて複数の波長多
    重化光信号を供給され、前記複数の波長多重化光信号の
    各々から、前記波長多重化光信号を構成する複数の波長
    の各々について、複数の光信号成分を分離し、前記複数
    の光信号成分を、前記複数の波長に対応して設けられた
    複数の出力ポートに、各々の波長毎に出力する光接続装
    置において、 光学的に透明な媒体よりなる光導波路と；前記光導波路
    上に形成され、各々前記複数の入力ポートの一を構成
    し、相互に波長が異る複数の光信号成分よりなる波長多
    重化光信号を各々形成し、形成された波長多重化光信号
    をそれぞれの光路に沿って前記光導波路中に注入する複
    数の発光素子と；前記光導波路上に、それぞれ前記複数
    の発光素子とは異った位置に、前記波長多重化光信号を
    構成する個々の光信号成分の波長に対応して設けられ、
    各々前記複数の出力ポートの一を構成し、前記光導波路
    中を伝播する対応する波長の光信号成分を検出する複数
    の受光素子と；前記光導波路上に前記複数の発光素子の
    各々の光路に対応して設けられ、対応する発光素子から
    前記導波路に注入された波長多重化光信号を個々の光信
    号成分に分離し、分離された光信号成分を対応する受光
    素子に回折させる複数の回折格子とよりなり；前記複数
    の回折格子は、前記光導波路上において、それぞれ相互
    に異ったピッチと位置とを有することを特徴とする光接
    続装置。
  2. 【請求項２】 前記複数の受光素子の各々は、前記光導
    波路上に、前記複数の回折格子により回折された複数の
    光信号成分のうち、前記当該受光素子に対応する波長を
    有する複数の光信号成分が入射するような位置に形成さ
    れていることを特徴とする請求項１記載の光接続装置。
  3. 【請求項３】 前記複数の受光素子の各々は、前記光導
    波路上に、前記複数の回折格子により回折された複数の
    光信号成分のうち、前記当該受光素子に隣接する別の受
    光素子に対応する波長を有する光信号成分の強度が、前
    記当該受光素子の位置において極小になるような位置に
    形成されていることを特徴とする請求項１記載の光接続
    装置。
  4. 【請求項４】 前記複数の回折格子の各々は、前記複数
    の光信号成分が、前記複数の回折格子における回折の
    後、光信号成分の波長毎に、対応する波長の受光素子に
    集中するように、前記ピッチを設定されていることを特
    徴とする請求項１または２記載の光接続装置。
  5. 【請求項５】 前記複数の回折格子の各々は、対応する
    発光素子以外の発光素子から入射する波長多重化光信号
    の入射角が、対応する発光素子から入射する波長多重化
    光信号と入射角に対して異なるような位置に形成されて
    いることを特徴とする請求項１ないし４のうち、いずれ
    か一項記載の光接続装置。
  6. 【請求項６】 前記複数の回折格子の各々は、前記対応
    する波長多重化光信号の光路に対して斜交する斜面上に
    形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のう
    ち、いずれか一項記載の光接続装置。
  7. 【請求項７】 前記複数の発光素子は、前記光導波路を
    画成する第１の端面上に形成されており、前記斜面は、
    前記第１の端面に対向する前記光学的に透明な媒体の第
    ２の端面上に、前記複数の発光素子のピッチに対応した
    ピッチで繰り返し、鋸歯波状に形成されていることを特
    徴とする請求項６記載の光接続装置。
  8. 【請求項８】 前記複数の回折格子の各々は、前記対応
    する波長多重化光信号の光路に対して斜交する単一の、
    共通斜面上に形成されていることを特徴とする請求項１
    ないし５のうち、いずれか一項記載の光接続装置。
  9. 【請求項９】 前記複数の発光素子と前記複数の受光素
    子とは、前記光導波路の一の面上に、共通に形成されて
    いることを特徴とする請求項１記載の光接続装置。
  10. 【請求項１０】 前記複数の発光素子は半導体基板上に
    所定の間隔で形成されており、前記半導体基板は前記光
    導波路上に接着されていることを特徴とする請求項１記
    載の光接続装置。
  11. 【請求項１１】 前記複数の受光素子は半導体基板上に
    所定の間隔で形成されており、前記半導体基板は前記光
    導波路上に接着されていることを特徴とする請求項１記
    載の光接続装置。
  12. 【請求項１２】 前記複数の発光素子の各々は対応する
    レンズを備え、前記レンズは前記発光素子から出射す
    る、前記波長多重化光信号を構成する光ビームを集束さ
    せることを特徴とする請求項１ないし１１のうち、いず
    れか一項記載の光接続装置。
  13. 【請求項１３】 前記複数の受光素子の各々に対応し
    て、前記光導波路上には前記受光素子の波長に対応した
    波長帯域の光を透過させるフィルタが形成されているこ
    とを特徴とする請求項１ないし１２のうち、いずれか一
    項記載の光接続装置。
  14. 【請求項１４】 前記光導波路上の、前記複数の受光素
    子が形成された端面には、前記複数の受光素子に入射す
    る複数の光信号成分の光路に対応して、各々前記光信号
    成分の光路に直交する平面で画成された複数の切欠きが
    形成され、前記複数の切欠きには前記フィルタを構成す
    る層状構造が形成されていることを特徴とする請求項１
    ３記載の光接続装置。
  15. 【請求項１５】 前記発光素子と前記受光素子とは、前
    記光導波路上に複数の層を形成するように設けられ、前
    記複数の層の各々において、前記回折格子が、前記発光
    素子から出力された波長多重化光信号を、個々の光信号
    成分に分離し、分離された光信号成分を対応する受光素
    子に回折させることを特徴とする請求項１記載の光接続
    装置。
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