JPH11271559A - 光学装置 - Google Patents
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- JPH11271559A JPH11271559A JP2919499A JP2919499A JPH11271559A JP H11271559 A JPH11271559 A JP H11271559A JP 2919499 A JP2919499 A JP 2919499A JP 2919499 A JP2919499 A JP 2919499A JP H11271559 A JPH11271559 A JP H11271559A
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- waveguide
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- 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
- G02B6/12009—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 comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
- G02B6/12019—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 comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by the optical interconnection to or from the AWG devices, e.g. integration or coupling with lasers or photodiodes
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- 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
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- 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
- G02B6/29379—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 characterised by the function or use of the complete device
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- G02B6/29382—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 characterised by the function or use of the complete device for multiplexing or demultiplexing, i.e. combining or separating wavelengths, e.g. 1xN, NxM including at least adding or dropping a signal, i.e. passing the majority of signals
- G02B6/29383—Adding and dropping
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 固有損失が最小で通過帯域狭小化も最小とな
るルータ対を設計する。 【解決手段】 光デバイスは、コヒーレント接続路（偏
光状態を保存し位相遅延が互いに等しい導波路）を用い
て直列接続された光デマルチプレクサおよび光マルチプ
レクサからなる。第１実施例では、コヒーレント接続路
を有する１×Ｎ波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）が、
隣接するガウシアン通過帯域が−３ｄＢ波長で交わるよ
うに設計され、実質的に平坦な全伝送特性を提供する。
第２実施例では、合分波マルチプレクサ（ＡＤＭ）が、
コヒーレント接続路に配置された光スイッチにより個々
のチャネルを合分波するように構成される。パススルー
チャネルは通過帯域狭小化を受けず、このＡＤＭには固
有挿入損失がない。第３実施例では、単一のルータが、
出力信号を入力ポートにループバックすることによって
１対のルータのように作用する。
るルータ対を設計する。 【解決手段】 光デバイスは、コヒーレント接続路（偏
光状態を保存し位相遅延が互いに等しい導波路）を用い
て直列接続された光デマルチプレクサおよび光マルチプ
レクサからなる。第１実施例では、コヒーレント接続路
を有する１×Ｎ波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）が、
隣接するガウシアン通過帯域が−３ｄＢ波長で交わるよ
うに設計され、実質的に平坦な全伝送特性を提供する。
第２実施例では、合分波マルチプレクサ（ＡＤＭ）が、
コヒーレント接続路に配置された光スイッチにより個々
のチャネルを合分波するように構成される。パススルー
チャネルは通過帯域狭小化を受けず、このＡＤＭには固
有挿入損失がない。第３実施例では、単一のルータが、
出力信号を入力ポートにループバックすることによって
１対のルータのように作用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ルーティングデ
バイスに関し、特に、このようなデバイスの伝送特性に
関する。
バイスに関し、特に、このようなデバイスの伝送特性に
関する。
【０００２】
【従来の技術】多チャネル波長を有する増幅光伝送シス
テムの技術は急速に進歩している。現在のシステムは一
般に、１本の光ファイバで１６チャネルを伝送し、将来
のシステムでは６４チャネルを超えるであろう。すべて
のチャネルがともに光増幅されるように、波長の間隔は
非常に近接していなければならない。代表的なチャネル
間隔は１００ＧＨｚすなわち０．８ナノメートル（ｎ
ｍ）である。現在の技術は、光増幅リピータのチェーン
の入力で単一のファイバにこれらの波長を結合（多重
化）し、リピータチェーンの終端でこれらの波長を分離
（分離化）することに集中している。将来のシステムで
は、各リピータで全波長のうちから１つあるいはいくつ
かのチャネルを異なる宛先へルーティングすることによ
って部分的にトラフィックを変更することも必要とされ
るであろう。これは困難な課題である。その理由は、ル
ータは、通過するチャネルに対する狭帯域フィルタとし
て作用するわけにはいかないからである。なぜならば、
多くのリピータにおけるこのようなフィルタの連結は、
チャネル通過帯域を極度に狭くしてしまうことになるか
らである。
テムの技術は急速に進歩している。現在のシステムは一
般に、１本の光ファイバで１６チャネルを伝送し、将来
のシステムでは６４チャネルを超えるであろう。すべて
のチャネルがともに光増幅されるように、波長の間隔は
非常に近接していなければならない。代表的なチャネル
間隔は１００ＧＨｚすなわち０．８ナノメートル（ｎ
ｍ）である。現在の技術は、光増幅リピータのチェーン
の入力で単一のファイバにこれらの波長を結合（多重
化）し、リピータチェーンの終端でこれらの波長を分離
（分離化）することに集中している。将来のシステムで
は、各リピータで全波長のうちから１つあるいはいくつ
かのチャネルを異なる宛先へルーティングすることによ
って部分的にトラフィックを変更することも必要とされ
るであろう。これは困難な課題である。その理由は、ル
ータは、通過するチャネルに対する狭帯域フィルタとし
て作用するわけにはいかないからである。なぜならば、
多くのリピータにおけるこのようなフィルタの連結は、
チャネル通過帯域を極度に狭くしてしまうことになるか
らである。
【０００３】情報スーパーハイウェイ(information sup
erhighway)は、予測可能な将来には主に光ファイバから
なるであろう。これは、各光ファイバが提供する広大な
帯域幅のためである。例えば、光ファイバは、８２０〜
１６００ｎｍの波長範囲（レンジ）にわたり比較的低損
失を示す。この特定レンジは、約１８０，０００ＧＨｚ
の帯域幅を提供する。これは、単一の光ファイバは、４
５０億個の音声チャネル（それぞれ４ｋＨｚ）あるいは
３０００万個のテレビジョンチャネル（それぞれ６ＭＨ
ｚ）を伝送することができることを意味する。これらの
数は、到達するのは実際的ではない上限を表している
が、通信事業者が光伝送を使用する強力な理由を提供し
ている。
erhighway)は、予測可能な将来には主に光ファイバから
なるであろう。これは、各光ファイバが提供する広大な
帯域幅のためである。例えば、光ファイバは、８２０〜
１６００ｎｍの波長範囲（レンジ）にわたり比較的低損
失を示す。この特定レンジは、約１８０，０００ＧＨｚ
の帯域幅を提供する。これは、単一の光ファイバは、４
５０億個の音声チャネル（それぞれ４ｋＨｚ）あるいは
３０００万個のテレビジョンチャネル（それぞれ６ＭＨ
ｚ）を伝送することができることを意味する。これらの
数は、到達するのは実際的ではない上限を表している
が、通信事業者が光伝送を使用する強力な理由を提供し
ている。
【０００４】しかし、この情報スーパーハイウェイを十
分に利用するためには、個々の光チャネルあるいはチャ
ネル群を、光伝送路荷そった多くの中間地点でリダイレ
クト（ルーティング）するための簡便な機器が必要であ
る。「ルータ」として知られる機器はこの機能を実行
し、一般に、マルチプレクサおよびデマルチプレクサか
らなる。多くの場合、選択したチャネルを追加あるいは
分岐するために、デマルチプレクサとマルチプレクサの
間に光スイッチが配置される。
分に利用するためには、個々の光チャネルあるいはチャ
ネル群を、光伝送路荷そった多くの中間地点でリダイレ
クト（ルーティング）するための簡便な機器が必要であ
る。「ルータ」として知られる機器はこの機能を実行
し、一般に、マルチプレクサおよびデマルチプレクサか
らなる。多くの場合、選択したチャネルを追加あるいは
分岐するために、デマルチプレクサとマルチプレクサの
間に光スイッチが配置される。
【０００５】大規模な光ネットワークではルータが縦続
接続されるため、分離化および多重化を受ける各チャネ
ルの伝送特性は狭まる。これは、このような受動デバイ
スを縦続接続ことは個々の伝達関数を掛け合わせること
と等価であることを認識することによって直ちに理解さ
れる現象である。例えば、ルータのある特定チャネルの
伝送特性がその通過帯域の中心で１．０に正規化された
大きさを有し、その両端では０．８であると仮定する
と、２個のルータ対を通ったその特定チャネルの伝送特
性は、中心では依然として１．０であるが両端では０．
８×０．８＝０．６４となる。結果として得られる通過
帯域は、より顕著な中心ピークを有し、これは各通過帯
域の使用可能帯域幅を縮小することになって好ましくな
い。
接続されるため、分離化および多重化を受ける各チャネ
ルの伝送特性は狭まる。これは、このような受動デバイ
スを縦続接続ことは個々の伝達関数を掛け合わせること
と等価であることを認識することによって直ちに理解さ
れる現象である。例えば、ルータのある特定チャネルの
伝送特性がその通過帯域の中心で１．０に正規化された
大きさを有し、その両端では０．８であると仮定する
と、２個のルータ対を通ったその特定チャネルの伝送特
性は、中心では依然として１．０であるが両端では０．
８×０．８＝０．６４となる。結果として得られる通過
帯域は、より顕著な中心ピークを有し、これは各通過帯
域の使用可能帯域幅を縮小することになって好ましくな
い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】通過帯域を比較的広く
平坦にする技術は知られている。例えば、米国特許第
５，４１２，７４４号では、ルータの入力または出力
で、隣接する導波路を結合することによって、広く平坦
な通過帯域を達成している。米国特許第５，４８８，６
８０号には、隣接するガウシアン通過帯域が−３ｄＢ波
長で交わるようにすることによる、広くほぼ平坦な通過
帯域を有する周波数ルーティングデバイスを開示してい
る。さらに、米国特許第５，７０６，３７７号では、同
じルータ対内に複数のパワースプリッタを設置すること
によって広く平坦な通過帯域を達成している。しかし、
このようなルータ対は、パワースプリッタの使用による
好ましくないほどに高い固有損失を有する。従って、固
有損失が最小で通過帯域狭小化も最小となるルータ対を
設計することが所望されている。
平坦にする技術は知られている。例えば、米国特許第
５，４１２，７４４号では、ルータの入力または出力
で、隣接する導波路を結合することによって、広く平坦
な通過帯域を達成している。米国特許第５，４８８，６
８０号には、隣接するガウシアン通過帯域が−３ｄＢ波
長で交わるようにすることによる、広くほぼ平坦な通過
帯域を有する周波数ルーティングデバイスを開示してい
る。さらに、米国特許第５，７０６，３７７号では、同
じルータ対内に複数のパワースプリッタを設置すること
によって広く平坦な通過帯域を達成している。しかし、
このようなルータ対は、パワースプリッタの使用による
好ましくないほどに高い固有損失を有する。従って、固
有損失が最小で通過帯域狭小化も最小となるルータ対を
設計することが所望されている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による新規な光デ
バイスは、コヒーレント接続路（すなわち、偏光状態を
保存し位相遅延が互いに等しい導波路）を用いて直列接
続された光デマルチプレクサおよび光マルチプレクサか
らなる。コヒーレント接続路の使用により、光波が異な
る経路を通じて共通の端点まで伝搬することによって生
じるランダムなマルチパス干渉が回避される。
バイスは、コヒーレント接続路（すなわち、偏光状態を
保存し位相遅延が互いに等しい導波路）を用いて直列接
続された光デマルチプレクサおよび光マルチプレクサか
らなる。コヒーレント接続路の使用により、光波が異な
る経路を通じて共通の端点まで伝搬することによって生
じるランダムなマルチパス干渉が回避される。
【０００８】本発明の実施例では、コヒーレント接続路
を有する１×Ｎ波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）が、
隣接するガウシアン通過帯域が−３ｄＢ波長で交わるよ
うに設計され、実質的に平坦な全伝送特性を提供する。
を有する１×Ｎ波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）が、
隣接するガウシアン通過帯域が−３ｄＢ波長で交わるよ
うに設計され、実質的に平坦な全伝送特性を提供する。
【０００９】本発明の利点は、本発明のもう１つの実施
例で最も明らかとなる。この実施例では、合分波マルチ
プレクサ（ＡＤＭ(add-drop multiplexer)）が、コヒー
レント接続路に配置された光スイッチにより個々のチャ
ネルを合分波するように構成される。重要な点である
が、通過（パススルー）チャネルは通過帯域狭小化を受
けず、このＡＤＭには固有挿入損失がない。
例で最も明らかとなる。この実施例では、合分波マルチ
プレクサ（ＡＤＭ(add-drop multiplexer)）が、コヒー
レント接続路に配置された光スイッチにより個々のチャ
ネルを合分波するように構成される。重要な点である
が、通過（パススルー）チャネルは通過帯域狭小化を受
けず、このＡＤＭには固有挿入損失がない。
【００１０】本発明のさらにもう１つの実施例では、単
一のルータが、出力信号を入力ポートにループバックす
ることによって１対のルータのように作用する。ループ
バック路は、光スイッチを有するコヒーレント接続路を
含む。コンパクトなＡＤＭが構成され、パススルーチャ
ネルは通過帯域狭小化を受けず、固有損失もないという
点で有利である。
一のルータが、出力信号を入力ポートにループバックす
ることによって１対のルータのように作用する。ループ
バック路は、光スイッチを有するコヒーレント接続路を
含む。コンパクトなＡＤＭが構成され、パススルーチャ
ネルは通過帯域狭小化を受けず、固有損失もないという
点で有利である。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明は、一般的に理解され多く
の論文および特許に記載されている構成を有するプレー
ナ導波路に関連する。最も進歩し技術開発されているプ
レーナ導波路は、シリコンオプティカルベンチ（ＳｉＯ
Ｂ(silicon optical bench)）技術で製造されたドープ
トシリカ導波路である。ドープトシリカ導波路は、低コ
スト、低挿入損失、低複屈折率、安定性、およびファイ
バへの結合に対する両立性を含む多くの魅力的な性質を
有するため、通常の場合好ましい。さらに、加工ステッ
プは、大量生産に適応した周知のシリコン集積回路（Ｉ
Ｃ）技術のものと両立する。
の論文および特許に記載されている構成を有するプレー
ナ導波路に関連する。最も進歩し技術開発されているプ
レーナ導波路は、シリコンオプティカルベンチ（ＳｉＯ
Ｂ(silicon optical bench)）技術で製造されたドープ
トシリカ導波路である。ドープトシリカ導波路は、低コ
スト、低挿入損失、低複屈折率、安定性、およびファイ
バへの結合に対する両立性を含む多くの魅力的な性質を
有するため、通常の場合好ましい。さらに、加工ステッ
プは、大量生産に適応した周知のシリコン集積回路（Ｉ
Ｃ）技術のものと両立する。
【００１２】一般に、ドープトシリカ導波路の形成で
は、まず、シリコンまたはシリカの基板上に、低屈折率
のシリカのベース（下部）クラッド層を堆積する。次
に、高屈折率のドープトシリカ層（すなわちコア層）
を、下部クラッド層の上に堆積する。次に、コア層に対
して、集積回路製造で用いられるのと同様のフォトリソ
グラフィ技術を用いて、光回路に要求される構造をパタ
ーン形成する。最後に、上部クラッド層を堆積して、パ
ターン形成された導波路コアを被覆する。この技術は、
論文：Y. P. Li and C. H. Henry, "Silica-based opti
cal integrated circuits", IEEE Proceedings on Opto
electronics, Vol.143, No.5, p.263-280 (October 199
6)、に一般的に記載されている。
は、まず、シリコンまたはシリカの基板上に、低屈折率
のシリカのベース（下部）クラッド層を堆積する。次
に、高屈折率のドープトシリカ層（すなわちコア層）
を、下部クラッド層の上に堆積する。次に、コア層に対
して、集積回路製造で用いられるのと同様のフォトリソ
グラフィ技術を用いて、光回路に要求される構造をパタ
ーン形成する。最後に、上部クラッド層を堆積して、パ
ターン形成された導波路コアを被覆する。この技術は、
論文：Y. P. Li and C. H. Henry, "Silica-based opti
cal integrated circuits", IEEE Proceedings on Opto
electronics, Vol.143, No.5, p.263-280 (October 199
6)、に一般的に記載されている。
【００１３】以下の説明は３つのパートに分かれる。パ
ートＩで、本発明で用いられる主要な構成要素について
説明する。パートＩＩで、コヒーレント接続路を有する
１対のルータについて説明する。パートＩＩＩで、コヒ
ーレント接続路を有する合分波マルチプレクサについて
説明する。
ートＩで、本発明で用いられる主要な構成要素について
説明する。パートＩＩで、コヒーレント接続路を有する
１対のルータについて説明する。パートＩＩＩで、コヒ
ーレント接続路を有する合分波マルチプレクサについて
説明する。
【００１４】Ｉ．主要構成要素 本発明の実施例には、（Ａ）導波路グレーティングルー
タ、（Ｂ）２×２光スイッチ、および（Ｃ）合分波マル
チプレクサ、という３つの主要な構成要素がある。
タ、（Ｂ）２×２光スイッチ、および（Ｃ）合分波マル
チプレクサ、という３つの主要な構成要素がある。
【００１５】［Ａ．導波路グレーティングルータ］光ル
ータとは、波長（色）に従って特定の宛先へ光を「ルー
ティング」する（送る）デバイスである。プリズムは、
白色光の入力ビームが、プリズムの出力で色成分の連続
スペクトルに分かれるという点で、光ルータの良い例で
ある。このようなプリズムは、光デマルチプレクサの作
用も例示している。ただし、光デマルチプレクサは一般
に、いくつかの入力波長（λ1，λ2，...，λn）（入力
導波路にはこれらがすべてある。）のうちのいくつか
を、波長に従って、いくつかの特定の出力導波路へルー
ティングするものである。また、光デマルチプレクサ
は、入力波長のグループを、１つの特定の出力導波路へ
ルーティングすることもある。広く知られている光ルー
タの１つは導波路グレーティングルータ（ＷＧＲ(Waveg
uide Grating Router)）というものである。これは、一
方の光伝送方向にはデマルチプレクサとして作用し、逆
方向にはマルチプレクサとして作用する。このようなＷ
ＧＲは、米国特許第５，１３６，６７１号、および論
文：B. Glanceet al., "Applications of the Integrat
ed Waveguide Grating Router", Journal of Lightwave
Technology, Vol.12, No.6, p.957-962 (June 1994)、
に記載されている。
ータとは、波長（色）に従って特定の宛先へ光を「ルー
ティング」する（送る）デバイスである。プリズムは、
白色光の入力ビームが、プリズムの出力で色成分の連続
スペクトルに分かれるという点で、光ルータの良い例で
ある。このようなプリズムは、光デマルチプレクサの作
用も例示している。ただし、光デマルチプレクサは一般
に、いくつかの入力波長（λ1，λ2，...，λn）（入力
導波路にはこれらがすべてある。）のうちのいくつか
を、波長に従って、いくつかの特定の出力導波路へルー
ティングするものである。また、光デマルチプレクサ
は、入力波長のグループを、１つの特定の出力導波路へ
ルーティングすることもある。広く知られている光ルー
タの１つは導波路グレーティングルータ（ＷＧＲ(Waveg
uide Grating Router)）というものである。これは、一
方の光伝送方向にはデマルチプレクサとして作用し、逆
方向にはマルチプレクサとして作用する。このようなＷ
ＧＲは、米国特許第５，１３６，６７１号、および論
文：B. Glanceet al., "Applications of the Integrat
ed Waveguide Grating Router", Journal of Lightwave
Technology, Vol.12, No.6, p.957-962 (June 1994)、
に記載されている。
【００１６】図１を参照して、左から右への信号伝搬方
向で分離化機能を実行するルータについて説明する。Ｗ
ＧＲ２００（デマルチプレクサともいう。）は、回折グ
レーティング２５０によって相互接続された１対のスタ
ーカプラ１、２からなる。回折グレーティング２５０
は、長さの等しくない光導波路のアレイから形成され
る。アレイの内側から外側に向かって、導波路を通る光
信号の位相シフトが大きくなるように、導波路はだんだ
んと長くなっている。
向で分離化機能を実行するルータについて説明する。Ｗ
ＧＲ２００（デマルチプレクサともいう。）は、回折グ
レーティング２５０によって相互接続された１対のスタ
ーカプラ１、２からなる。回折グレーティング２５０
は、長さの等しくない光導波路のアレイから形成され
る。アレイの内側から外側に向かって、導波路を通る光
信号の位相シフトが大きくなるように、導波路はだんだ
んと長くなっている。
【００１７】スターカプラは、入力ポートからすべての
出力ポートへ、波長選択性なしに光波を結合する。これ
は、受動光ネットワーク(passive optical network)に
おける基本的なクロスコネクト要素として広く用いられ
ている。理想的には、入力ポートからの光パワーはすべ
ての出力ポートにパワー損失なしに均等に分割され、各
出力ポートが入力パワーの等部分を受け取るようにされ
る。スターカプラ１は、２つの曲がった（好ましくは円
形の）境界１ａおよび１ｂを有する自由空間領域を含む
誘電体スラブ１２０を有する。スターカプラ１における
パワー伝達は、入力ポート１０１と出力ポートの間の誘
電体スラブ１２０における放射を通じて行われる。スタ
ーカプラ２は、２つの曲がった（好ましくは円形の）境
界２ａおよび２ｂを有する自由空間領域を含む誘電体ス
ラブ２２０を有する。スターカプラ２におけるパワー伝
達は、入力ポートと出力ポートの間の誘電体スラブ２２
０における放射を通じて行われる。グレーティング２５
０の導波路は、スターカプラ２の境界２ａに沿って一様
に分布し、ほぼ境界２ｂ上にある焦点へと放射状に向い
ている。スターカプラ１と同様に、スターカプラ２は、
２つの曲がった（好ましくは円形の）境界２ａおよび２
ｂを有する自由空間領域を形成する誘電体スラブ２２０
を有する。出力ポート２０１〜２１６は、境界２ｂに沿
ってほぼ一様に分布して、自由空間領域２２０に接続さ
れている。
出力ポートへ、波長選択性なしに光波を結合する。これ
は、受動光ネットワーク(passive optical network)に
おける基本的なクロスコネクト要素として広く用いられ
ている。理想的には、入力ポートからの光パワーはすべ
ての出力ポートにパワー損失なしに均等に分割され、各
出力ポートが入力パワーの等部分を受け取るようにされ
る。スターカプラ１は、２つの曲がった（好ましくは円
形の）境界１ａおよび１ｂを有する自由空間領域を含む
誘電体スラブ１２０を有する。スターカプラ１における
パワー伝達は、入力ポート１０１と出力ポートの間の誘
電体スラブ１２０における放射を通じて行われる。スタ
ーカプラ２は、２つの曲がった（好ましくは円形の）境
界２ａおよび２ｂを有する自由空間領域を含む誘電体ス
ラブ２２０を有する。スターカプラ２におけるパワー伝
達は、入力ポートと出力ポートの間の誘電体スラブ２２
０における放射を通じて行われる。グレーティング２５
０の導波路は、スターカプラ２の境界２ａに沿って一様
に分布し、ほぼ境界２ｂ上にある焦点へと放射状に向い
ている。スターカプラ１と同様に、スターカプラ２は、
２つの曲がった（好ましくは円形の）境界２ａおよび２
ｂを有する自由空間領域を形成する誘電体スラブ２２０
を有する。出力ポート２０１〜２１６は、境界２ｂに沿
ってほぼ一様に分布して、自由空間領域２２０に接続さ
れている。
【００１８】図２に、左から右への信号伝搬方向で多重
化機能を実行するルータ（ＷＧＲ３００）を示す。中心
波長（λ1，λ2，...，λ16）の複数の光チャネルがそ
れぞれスターカプラ３の入力ポート３０１〜３０６にあ
る。スターカプラ３は、長さの等しくない複数の導波路
３５０を通じてスターカプラ４に接続されている。これ
らの導波路３５０は、それぞれ入力ポート３０１〜３０
６にある個々の入力チャネルをすべて出力ポート４０１
に集光させる回折グレーティングを形成する。上記のよ
うに、スターカプラ３、４はそれぞれ、対向する境界３
ａ、３ｂおよび４ａ、４ｂに沿って入力および出力導波
路を有する誘電体スラブ３２０、４２０を含む。
化機能を実行するルータ（ＷＧＲ３００）を示す。中心
波長（λ1，λ2，...，λ16）の複数の光チャネルがそ
れぞれスターカプラ３の入力ポート３０１〜３０６にあ
る。スターカプラ３は、長さの等しくない複数の導波路
３５０を通じてスターカプラ４に接続されている。これ
らの導波路３５０は、それぞれ入力ポート３０１〜３０
６にある個々の入力チャネルをすべて出力ポート４０１
に集光させる回折グレーティングを形成する。上記のよ
うに、スターカプラ３、４はそれぞれ、対向する境界３
ａ、３ｂおよび４ａ、４ｂに沿って入力および出力導波
路を有する誘電体スラブ３２０、４２０を含む。
【００１９】図１および図２のそれぞれのＷＧＲ２００
および３００はほぼ同一であるが、これらは異なる機能
を実行するため、明細書を通じての明確化のために異な
る参照符号を付してある。さらに、マルチプレクサある
いはデマルチプレクサとしての作用を向上させる設計変
更も考慮される。これらのＷＧＲは例として１６チャネ
ルデバイスであるが、理解されるように、より多いまた
はより少ないチャネル数も本発明の範囲内にある。
および３００はほぼ同一であるが、これらは異なる機能
を実行するため、明細書を通じての明確化のために異な
る参照符号を付してある。さらに、マルチプレクサある
いはデマルチプレクサとしての作用を向上させる設計変
更も考慮される。これらのＷＧＲは例として１６チャネ
ルデバイスであるが、理解されるように、より多いまた
はより少ないチャネル数も本発明の範囲内にある。
【００２０】［Ｂ．２×２光スイッチ］図３は、１対の
導波路アーム３２、３３によって接続された１対の３ｄ
Ｂ方向性カプラ３１、３５からなる２×２光スイッチ３
０の概略図である。このスイッチは、熱光学マッハ・ツ
ェンダ干渉計ともいう。アーム３２は、加熱素子（ヒー
タ）３４を有する光導波路からなる。加熱素子３４は、
この光導波路の光路長（従って位相シフト）を制御す
る。アーム３２は、加熱されないアーム３３に比べて位
相シフト（φ）を提供する。例えば、パワーオフのと
き、アーム３２と３３の長さは等しい。通常動作中、熱
光学スイッチ３０は、入力光がいずれの経路をとるかを
制御する。パワーオフのとき、φ＝０であり、ポートＡ
の光信号はポートＤに向かい、ポートＢの光信号はポー
トＣに向かう。これをスイッチ３０のクロス状態とい
う。十分なパワー（約０．５ワット）が加熱素子３４に
加えられると（パワーオン）、アーム３２の長さはλ／
２だけ増大する。ただしλは動作波長（例えば、約１５
５０ｎｍ）である。これをスイッチ３０のバー状態とい
う。このとき、ポートＡの光信号はポートＣに向かい、
ポートＢの光信号はポートＤに向かう。本発明は熱光学
スイッチを利用しているが、他のスイッチング技術につ
いては米国特許第５，５０２，７８１号に記載されてい
る。
導波路アーム３２、３３によって接続された１対の３ｄ
Ｂ方向性カプラ３１、３５からなる２×２光スイッチ３
０の概略図である。このスイッチは、熱光学マッハ・ツ
ェンダ干渉計ともいう。アーム３２は、加熱素子（ヒー
タ）３４を有する光導波路からなる。加熱素子３４は、
この光導波路の光路長（従って位相シフト）を制御す
る。アーム３２は、加熱されないアーム３３に比べて位
相シフト（φ）を提供する。例えば、パワーオフのと
き、アーム３２と３３の長さは等しい。通常動作中、熱
光学スイッチ３０は、入力光がいずれの経路をとるかを
制御する。パワーオフのとき、φ＝０であり、ポートＡ
の光信号はポートＤに向かい、ポートＢの光信号はポー
トＣに向かう。これをスイッチ３０のクロス状態とい
う。十分なパワー（約０．５ワット）が加熱素子３４に
加えられると（パワーオン）、アーム３２の長さはλ／
２だけ増大する。ただしλは動作波長（例えば、約１５
５０ｎｍ）である。これをスイッチ３０のバー状態とい
う。このとき、ポートＡの光信号はポートＣに向かい、
ポートＢの光信号はポートＤに向かう。本発明は熱光学
スイッチを利用しているが、他のスイッチング技術につ
いては米国特許第５，５０２，７８１号に記載されてい
る。
【００２１】図５を簡単に参照すると、光スイッチ３０
の伝送特性が、パワーオン状態およびパワーオフ状態の
それぞれに対して示されている。スイッチ３０は、伝送
が減衰されるべき光信号路において３０ｄＢより大きい
挿入損失を導入するが、伝送が行われるべき光信号路で
はほとんどあるいは全く挿入損失がないのが好ましい。
光スイッチ３０のヒータ３４にパワーが加えられると、
バー状態の伝送が有効になり、クロス状態の伝送は減衰
される。図５のＡに示されるように、この結果は、約１
５５０ｎｍを中心とする波長レンジでほぼ達成されてい
る。光スイッチ３０のヒータ３４からパワーがはずされ
ると、クロス状態の伝送が有効になり、バー状態の伝送
は減衰される。図５のＢに示されるように、この結果
は、約１５７０ｎｍを中心とする波長レンジでほぼ達成
されている。
の伝送特性が、パワーオン状態およびパワーオフ状態の
それぞれに対して示されている。スイッチ３０は、伝送
が減衰されるべき光信号路において３０ｄＢより大きい
挿入損失を導入するが、伝送が行われるべき光信号路で
はほとんどあるいは全く挿入損失がないのが好ましい。
光スイッチ３０のヒータ３４にパワーが加えられると、
バー状態の伝送が有効になり、クロス状態の伝送は減衰
される。図５のＡに示されるように、この結果は、約１
５５０ｎｍを中心とする波長レンジでほぼ達成されてい
る。光スイッチ３０のヒータ３４からパワーがはずされ
ると、クロス状態の伝送が有効になり、バー状態の伝送
は減衰される。図５のＢに示されるように、この結果
は、約１５７０ｎｍを中心とする波長レンジでほぼ達成
されている。
【００２２】図４に、非常に低いクロストークが所望さ
れる状況で用いられる、光スイッチ３０よりも良好なフ
ィルタリングを行うもう１つの光スイッチ４０を示す。
スイッチ４０は、光チャネルの合分波を行うために本発
明で使用するのにも適している。スイッチ４０は、２段
のフィルタリングを有し、各段の伝送特性は、加熱素子
４４および４５にパワーが加えられているときは図５の
Ａに示されており、加熱素子４４および４５からパワー
がはずされているときは図５のＢに示されている。パワ
ーがはずされると、２つの段は、導波路損失がない場
合、約０．１ｄＢの挿入損失で信号を通過させる。パワ
ーが加えられると、第１段は光信号をポートＡからポー
トＣへ送り、第２段は光信号をポートＢからポートＤへ
送る。各段は、３０ｄＢより高く入力を減衰させ、６０
ｎｍのスペクトル幅にわたり、分波信号と合波信号のミ
キシングを防止する。中程度のΔの導波路（すなわちΔ
〜０．６）と、０．０３ｄＢ／ｃｍの伝搬損失および
０．７ｄＢの終端損失を用いると、推定される挿入損失
として約０．９ｄＢが達成される。パワーは、信号を合
分波するようにセットされるスイッチにのみ加えればよ
い。パススルーチャネル（すなわち、ポートＡからポー
トＤへとスイッチを通るチャネル）にはパワーは不要で
ある。光スイッチ４０は、動作に約１．０ワットのパワ
ーを必要とし、スイッチング時間は１０〜２０ｍｓのオ
ーダーであると推定される。
れる状況で用いられる、光スイッチ３０よりも良好なフ
ィルタリングを行うもう１つの光スイッチ４０を示す。
スイッチ４０は、光チャネルの合分波を行うために本発
明で使用するのにも適している。スイッチ４０は、２段
のフィルタリングを有し、各段の伝送特性は、加熱素子
４４および４５にパワーが加えられているときは図５の
Ａに示されており、加熱素子４４および４５からパワー
がはずされているときは図５のＢに示されている。パワ
ーがはずされると、２つの段は、導波路損失がない場
合、約０．１ｄＢの挿入損失で信号を通過させる。パワ
ーが加えられると、第１段は光信号をポートＡからポー
トＣへ送り、第２段は光信号をポートＢからポートＤへ
送る。各段は、３０ｄＢより高く入力を減衰させ、６０
ｎｍのスペクトル幅にわたり、分波信号と合波信号のミ
キシングを防止する。中程度のΔの導波路（すなわちΔ
〜０．６）と、０．０３ｄＢ／ｃｍの伝搬損失および
０．７ｄＢの終端損失を用いると、推定される挿入損失
として約０．９ｄＢが達成される。パワーは、信号を合
分波するようにセットされるスイッチにのみ加えればよ
い。パススルーチャネル（すなわち、ポートＡからポー
トＤへとスイッチを通るチャネル）にはパワーは不要で
ある。光スイッチ４０は、動作に約１．０ワットのパワ
ーを必要とし、スイッチング時間は１０〜２０ｍｓのオ
ーダーであると推定される。
【００２３】［Ｃ．合分波マルチプレクサ］図６のＡ
に、相異なる公称波長（λ1，λ2，...，λ16）で動作
する１６個のチャネルをサービスする従来の合分波マル
チプレクサ（ＡＤＭ）６００を示す。これらのチャネル
は、例えば０．８ｎｍの間隔で互いに隣接している。こ
れらのチャネルは例えば１５５０ｎｍレンジにある。ル
ータ（ＤＥＭＵＸ）２００は、入力導波路１０１にある
多重化された光信号を成分チャネルに分離し、出力ポー
ト２０１〜２１６に提供する。一方、ルータ（ＭＵＸ）
３００は、ポート３０１〜３１６の入力チャネルを、導
波路４０１に伝送される合成出力信号へと結合する。
に、相異なる公称波長（λ1，λ2，...，λ16）で動作
する１６個のチャネルをサービスする従来の合分波マル
チプレクサ（ＡＤＭ）６００を示す。これらのチャネル
は、例えば０．８ｎｍの間隔で互いに隣接している。こ
れらのチャネルは例えば１５５０ｎｍレンジにある。ル
ータ（ＤＥＭＵＸ）２００は、入力導波路１０１にある
多重化された光信号を成分チャネルに分離し、出力ポー
ト２０１〜２１６に提供する。一方、ルータ（ＭＵＸ）
３００は、ポート３０１〜３１６の入力チャネルを、導
波路４０１に伝送される合成出力信号へと結合する。
【００２４】２×２スイッチ３０−１〜３０−ｎは、デ
マルチプレクサ２００とマルチプレクサ３００の間の各
光路間で相互接続される。（本発明は、これらの経路の
長さに特に関心がある。実際、スイッチが経路に含まれ
るかどうかにかかわらずこれらの経路をコヒーレントに
することの重大な効果を初めて認識したのは本発明の発
明者である。これについては後述する。）図３に関して
説明したように、スイッチ３０−１〜３０−ｎは、入力
信号のうちの一方を出力ポートへ伝送させる。例えば、
パワーがスイッチ３０−１に加えられていないとき（パ
ワーオフ）、デマルチプレクサ２００の出力ポート２０
０にある光信号はマルチプレクサ３００の入力ポート３
０１に向かう。この状況で、出力ポート２０１のチャネ
ルを「パススルー」チャネルという。また、パワーがス
イッチ３０−１に加えられているとき（パワーオン）、
デマルチプレクサ２００の出力ポート２００にある光信
号はスイッチ３０−１の「ＤＲＯＰ」出力に向かう。一
方、スイッチ３０−１の「ＡＤＤ」入力にある光信号が
マルチプレクサ３００の入力ポート３０１に向かう。注
意すべき点であるが、合波（ＡＤＤ）チャネルの波長レ
ンジは、分波（ＤＲＯＰ）チャネルの波長レンジと同一
である。（例えば、ルータ２００、３００は、ポート２
０１と３０１の間で、λ1を中心とする小さい波長レン
ジに対応するように設計される。）このようにして、Ａ
ＤＭ６００は、光伝送路からの個々のチャネルを合分波
するするように作用する。
マルチプレクサ２００とマルチプレクサ３００の間の各
光路間で相互接続される。（本発明は、これらの経路の
長さに特に関心がある。実際、スイッチが経路に含まれ
るかどうかにかかわらずこれらの経路をコヒーレントに
することの重大な効果を初めて認識したのは本発明の発
明者である。これについては後述する。）図３に関して
説明したように、スイッチ３０−１〜３０−ｎは、入力
信号のうちの一方を出力ポートへ伝送させる。例えば、
パワーがスイッチ３０−１に加えられていないとき（パ
ワーオフ）、デマルチプレクサ２００の出力ポート２０
０にある光信号はマルチプレクサ３００の入力ポート３
０１に向かう。この状況で、出力ポート２０１のチャネ
ルを「パススルー」チャネルという。また、パワーがス
イッチ３０−１に加えられているとき（パワーオン）、
デマルチプレクサ２００の出力ポート２００にある光信
号はスイッチ３０−１の「ＤＲＯＰ」出力に向かう。一
方、スイッチ３０−１の「ＡＤＤ」入力にある光信号が
マルチプレクサ３００の入力ポート３０１に向かう。注
意すべき点であるが、合波（ＡＤＤ）チャネルの波長レ
ンジは、分波（ＤＲＯＰ）チャネルの波長レンジと同一
である。（例えば、ルータ２００、３００は、ポート２
０１と３０１の間で、λ1を中心とする小さい波長レン
ジに対応するように設計される。）このようにして、Ａ
ＤＭ６００は、光伝送路からの個々のチャネルを合分波
するするように作用する。
【００２５】図６のＢに、隣接チャネルクロストークが
低くなるように設計された場合に生じる通過帯域狭小化
を例示するために、図６のＡの従来のＡＤＭのパススル
ーチャネルの伝送特性を示す。伝送利得の鋭い変動
（「マルチパススパイク」）が、相異なる経路を通って
共通の端点へと伝搬する光波が受ける位相遅延および偏
光状態変化によって引き起こされる。これらのスパイク
が全体の伝送特性に悪影響を与えないように、帯域エッ
ジにおける伝送利得スパイクの影響を最小にするため
に、設計者は通過帯域を故意に狭くしている。このよう
な通過帯域狭小化は、特に長い光ネットワークにおいて
ＡＤＭが縦続接続される場合には、システムの効率や性
能を低下させるため、好ましくないことは明らかであ
る。
低くなるように設計された場合に生じる通過帯域狭小化
を例示するために、図６のＡの従来のＡＤＭのパススル
ーチャネルの伝送特性を示す。伝送利得の鋭い変動
（「マルチパススパイク」）が、相異なる経路を通って
共通の端点へと伝搬する光波が受ける位相遅延および偏
光状態変化によって引き起こされる。これらのスパイク
が全体の伝送特性に悪影響を与えないように、帯域エッ
ジにおける伝送利得スパイクの影響を最小にするため
に、設計者は通過帯域を故意に狭くしている。このよう
な通過帯域狭小化は、特に長い光ネットワークにおいて
ＡＤＭが縦続接続される場合には、システムの効率や性
能を低下させるため、好ましくないことは明らかであ
る。
【００２６】図６のＣに、隣接チャネルクロストークが
高いことも許容するように設計された場合に生じるマル
チパススパイクを例示するために、図６のＡのＡＤＭの
パススルーチャネルの伝送特性を示す。この状況では、
設計者は通過帯域を狭くすることを避ける選択をしてい
る。しかし、この結果、伝送特性は、チャネル間の領域
で鋭い振幅変動を含む。これもまた、光伝送ネットワー
クを通って伝搬する光信号に与える歪みのため、好まし
くないことは明らかである。
高いことも許容するように設計された場合に生じるマル
チパススパイクを例示するために、図６のＡのＡＤＭの
パススルーチャネルの伝送特性を示す。この状況では、
設計者は通過帯域を狭くすることを避ける選択をしてい
る。しかし、この結果、伝送特性は、チャネル間の領域
で鋭い振幅変動を含む。これもまた、光伝送ネットワー
クを通って伝搬する光信号に与える歪みのため、好まし
くないことは明らかである。
【００２７】ＩＩ．コヒーレント接続路を有するルータ 通常の実装におけるマルチプレクサとデマルチプレクサ
の間の接続路はコヒーレントではない。すなわち、相異
なる経路では、位相遅延あるいは偏光状態変化は異な
り、制御されていない。これは、マルチプレクサ、デマ
ルチプレクサおよび接続路が別々の部分である場合には
不可避である。非コヒーレント接続路は、通過帯域の重
畳や非理想クロストークにより、予測できないマルチパ
ス干渉を生じる。その結果、デマルチプレクサの隣接チ
ャネルクロストーク条件を無視して２つの広通過帯域ル
ータを縦続接続したとしても、縦続接続された通過帯域
の対は、図６のＣに示されるようなマルチパス干渉によ
り引き起こされる発振するリプルにより、広い平坦領域
を有することはない。
の間の接続路はコヒーレントではない。すなわち、相異
なる経路では、位相遅延あるいは偏光状態変化は異な
り、制御されていない。これは、マルチプレクサ、デマ
ルチプレクサおよび接続路が別々の部分である場合には
不可避である。非コヒーレント接続路は、通過帯域の重
畳や非理想クロストークにより、予測できないマルチパ
ス干渉を生じる。その結果、デマルチプレクサの隣接チ
ャネルクロストーク条件を無視して２つの広通過帯域ル
ータを縦続接続したとしても、縦続接続された通過帯域
の対は、図６のＣに示されるようなマルチパス干渉によ
り引き起こされる発振するリプルにより、広い平坦領域
を有することはない。
【００２８】マルチパス干渉は、接続路をコヒーレント
に（すなわち、偏光状態を保存し同じ位相遅延を有する
経路に）することによって制御することができる。相異
なる接続路の位相遅延は、それらの長さを互いの±ｎλ
sに等しくすることによって等しくすることが可能であ
る。ただし、ｎは整数であり、λsはｓ番目の接続路に
よって伝送される平均波長である。コヒーレント接続路
を用いれば、すべてのＷＤＭチャネルをカバーする大き
い波長ウィンドウにわたって実質的に平坦な結合波長応
答を有するデマルチプレクサ−マルチプレクサ対を構成
することができる。プレーナ導波路技術を用いれば、マ
ルチプレクサ、デマルチプレクサ、および接続路をスイ
ッチなどとともに同一の基板上に集積することができ
る。これは重要である。その理由は、コヒーレント接続
路は経路長の精密な制御を必要とし、これは、光学構成
要素が複数の基板上に配置されている場合には容易に実
現可能ではないからである。従って、本発明の実施例で
は、すべての構成要素は同一の基板上にある。
に（すなわち、偏光状態を保存し同じ位相遅延を有する
経路に）することによって制御することができる。相異
なる接続路の位相遅延は、それらの長さを互いの±ｎλ
sに等しくすることによって等しくすることが可能であ
る。ただし、ｎは整数であり、λsはｓ番目の接続路に
よって伝送される平均波長である。コヒーレント接続路
を用いれば、すべてのＷＤＭチャネルをカバーする大き
い波長ウィンドウにわたって実質的に平坦な結合波長応
答を有するデマルチプレクサ−マルチプレクサ対を構成
することができる。プレーナ導波路技術を用いれば、マ
ルチプレクサ、デマルチプレクサ、および接続路をスイ
ッチなどとともに同一の基板上に集積することができ
る。これは重要である。その理由は、コヒーレント接続
路は経路長の精密な制御を必要とし、これは、光学構成
要素が複数の基板上に配置されている場合には容易に実
現可能ではないからである。従って、本発明の実施例で
は、すべての構成要素は同一の基板上にある。
【００２９】図７のＡは、デマルチプレクサとマルチプ
レクサを相互接続する経路の一部あるいは全部がコヒー
レントであるときに好ましい通過帯域形状が達成される
ことを例示している。図７のＡは、１×Ｎ ＷＤＭとし
て構成されたルータ対の例を示している。ルータ２０
０、３００は台形で図示されているが、実際のデバイス
のレイアウトは図８に示すものと同様とすることが可能
である。注意すべき点であるが、図７のＡにおいて、ル
ータ３００は、複数の出力ポート６０１〜６０９を有す
るように示されているが、これ以外の点ではルータ３０
０の構成は図２に示すルータ３００と同一である。図７
のＢのシミュレーション結果に示すように、ガウシアン
通過帯域がコヒーレントに結合されて、マルチパススパ
イクのない伝送特性が得られる。例えば、曲線７１は、
グループ６２１内の導波路のエンドツーエンド伝送特性
（すなわち、入力導波路１０１と出力導波路６０１の間
の）を示す。注意すべき点であるが、導波路グループ６
２１は、すべて長さが等しい４個の導波路からなる。こ
れらの導波路はそれぞれ、ほぼ長方形の断面形状を有す
る。注意すべき点であるが、非円形断面形状を有する導
波路、および、非等方応力を有する円形導波路が、偏光
状態保存に有効である。曲線７１は、４つのガウシアン
通過帯域７０１、７０２、７０３、７０４の合成特性で
ある。同様に、曲線７２および７３は、コヒーレント導
波路グループ６２２、６２３から得られる４つのガウシ
アン通過帯域の合成特性である。最後に注意すべき点で
あるが、より広い通過帯域は、６２９のようなより大き
い導波路グループを結合することによって容易に構成さ
れる。この場合、３２個のガウシアン通過帯域がコヒー
レントに接続され、より広い全通過帯域が得られる。Ｍ
ＵＸルータ３００の入力における相異なる接続路グルー
プ間に適当なギャップを導入して、（導波路グレーティ
ングルータのルーティング特性により）各グループの結
合パワーが異なる出力ポートに現れるようにされる。こ
のデバイスには固有挿入損失はなく、製造されたデバイ
スの挿入損失は、ルータ自体の損失に限定される。
レクサを相互接続する経路の一部あるいは全部がコヒー
レントであるときに好ましい通過帯域形状が達成される
ことを例示している。図７のＡは、１×Ｎ ＷＤＭとし
て構成されたルータ対の例を示している。ルータ２０
０、３００は台形で図示されているが、実際のデバイス
のレイアウトは図８に示すものと同様とすることが可能
である。注意すべき点であるが、図７のＡにおいて、ル
ータ３００は、複数の出力ポート６０１〜６０９を有す
るように示されているが、これ以外の点ではルータ３０
０の構成は図２に示すルータ３００と同一である。図７
のＢのシミュレーション結果に示すように、ガウシアン
通過帯域がコヒーレントに結合されて、マルチパススパ
イクのない伝送特性が得られる。例えば、曲線７１は、
グループ６２１内の導波路のエンドツーエンド伝送特性
（すなわち、入力導波路１０１と出力導波路６０１の間
の）を示す。注意すべき点であるが、導波路グループ６
２１は、すべて長さが等しい４個の導波路からなる。こ
れらの導波路はそれぞれ、ほぼ長方形の断面形状を有す
る。注意すべき点であるが、非円形断面形状を有する導
波路、および、非等方応力を有する円形導波路が、偏光
状態保存に有効である。曲線７１は、４つのガウシアン
通過帯域７０１、７０２、７０３、７０４の合成特性で
ある。同様に、曲線７２および７３は、コヒーレント導
波路グループ６２２、６２３から得られる４つのガウシ
アン通過帯域の合成特性である。最後に注意すべき点で
あるが、より広い通過帯域は、６２９のようなより大き
い導波路グループを結合することによって容易に構成さ
れる。この場合、３２個のガウシアン通過帯域がコヒー
レントに接続され、より広い全通過帯域が得られる。Ｍ
ＵＸルータ３００の入力における相異なる接続路グルー
プ間に適当なギャップを導入して、（導波路グレーティ
ングルータのルーティング特性により）各グループの結
合パワーが異なる出力ポートに現れるようにされる。こ
のデバイスには固有挿入損失はなく、製造されたデバイ
スの挿入損失は、ルータ自体の損失に限定される。
【００３０】注意すべき点であるが、ガウシアン通過帯
域が結合する場合、隣接する通過帯域間の波長間隔がそ
れらの帯域幅（パワーがその通過帯域の中心波長のパワ
ーの３ｄＢ下となる波長間で測る）に等しいときに「極
大平坦」形状が生成される。この状況において、隣接す
る通過帯域の中心波長間の正規化された間隔Ｓが１．０
０であると定義される。図７のＢを再び参照すると、ガ
ウシアン通過帯域７０１、７０２、７０３、７０４の中
心波長間の正規化間隔Ｓが１．００となるように設計さ
れている。
域が結合する場合、隣接する通過帯域間の波長間隔がそ
れらの帯域幅（パワーがその通過帯域の中心波長のパワ
ーの３ｄＢ下となる波長間で測る）に等しいときに「極
大平坦」形状が生成される。この状況において、隣接す
る通過帯域の中心波長間の正規化された間隔Ｓが１．０
０であると定義される。図７のＢを再び参照すると、ガ
ウシアン通過帯域７０１、７０２、７０３、７０４の中
心波長間の正規化間隔Ｓが１．００となるように設計さ
れている。
【００３１】比較のため、現在業界で用いられているＷ
ＤＭの平坦な帯域幅を、Ｙ分岐カプラあるいは同等の方
法で２つのガウシアン通過帯域を結合することによって
生成した。Ｙ分岐カプラは３ｄＢの固有損失を導入し、
その結果、全デバイス損失は４ｄＢより大きくなる。さ
らに通過帯域を広げるためには、さらに多くのガウシア
ン通過帯域を結合しなければならず、これにはさらに大
きい損失が伴う。kのように、本発明は、固有損失なし
でＷＤＭにおける広い平坦な通過帯域を提供する。
ＤＭの平坦な帯域幅を、Ｙ分岐カプラあるいは同等の方
法で２つのガウシアン通過帯域を結合することによって
生成した。Ｙ分岐カプラは３ｄＢの固有損失を導入し、
その結果、全デバイス損失は４ｄＢより大きくなる。さ
らに通過帯域を広げるためには、さらに多くのガウシア
ン通過帯域を結合しなければならず、これにはさらに大
きい損失が伴う。kのように、本発明は、固有損失なし
でＷＤＭにおける広い平坦な通過帯域を提供する。
【００３２】ＩＩＩ．コヒーレント接続路を有する合分
波マルチプレクサ 図８に、コヒーレント接続路８１０を有する１対のルー
タを含む合分波マルチプレクサ８００の平面レイアウト
を示す。２つのルータは、互いに光学的に干渉せずに、
共通の自由空間領域５２０、６２０で互いに交わる。各
ルータは、自由空間領域どうしを相互接続する長さの等
しくない複数の導波路２５０、３５０を有する。最も重
要な点であるが、相互接続路８１０の形状は、偏光状態
を保存するように、光学的に等しい経路長を有する。熱
光学スイッチ３０−１〜３０−ｎは、これらのコヒーレ
ント接続路８１０の中点に配置される。全体の動作にお
いて、ＡＤＭ８００は上記の図６のＡＤＭ６００の動作
とほぼ同様である。しかし、ＡＤＭ８００は、コヒーレ
ント接続路８１０を含むことによって、ＡＤＭ６００よ
りも大幅に改善されている。この改善は、ＡＤＭ８００
のパススルーチャネルで最も明確である。特に、このパ
ススルーチャネルは、固有挿入損失がなく、通過帯域の
狭小化も受けない。図８において、パススルーチャネル
は、パワーオフの光スイッチを通るチャネルからなる。
波マルチプレクサ 図８に、コヒーレント接続路８１０を有する１対のルー
タを含む合分波マルチプレクサ８００の平面レイアウト
を示す。２つのルータは、互いに光学的に干渉せずに、
共通の自由空間領域５２０、６２０で互いに交わる。各
ルータは、自由空間領域どうしを相互接続する長さの等
しくない複数の導波路２５０、３５０を有する。最も重
要な点であるが、相互接続路８１０の形状は、偏光状態
を保存するように、光学的に等しい経路長を有する。熱
光学スイッチ３０−１〜３０−ｎは、これらのコヒーレ
ント接続路８１０の中点に配置される。全体の動作にお
いて、ＡＤＭ８００は上記の図６のＡＤＭ６００の動作
とほぼ同様である。しかし、ＡＤＭ８００は、コヒーレ
ント接続路８１０を含むことによって、ＡＤＭ６００よ
りも大幅に改善されている。この改善は、ＡＤＭ８００
のパススルーチャネルで最も明確である。特に、このパ
ススルーチャネルは、固有挿入損失がなく、通過帯域の
狭小化も受けない。図８において、パススルーチャネル
は、パワーオフの光スイッチを通るチャネルからなる。
【００３３】図９に、いくつかの光スイッチを含む１対
のルータとして作用するように構成され、本発明による
合分波マルチプレクサ９００を形成する単一のルータを
示す。ＩＮポートで誘電体スラブ７２０に入る光信号
は、誘電体スラブ７２０、グレーティング９５０を通っ
て伝搬する間に分離化を受け、誘電体スラブ８２０の複
数の出力ポートに現われる。次に、分離化された信号
は、コヒーレント接続路９２０を通り、いくつかの２×
２光スイッチ（例えば、３０−１、３０−２、３０−
３、３０−４）を通る。これらのスイッチは、図３に関
して説明したように作用して、光伝送路での個々のチャ
ネルの合分波を行う。これらの光信号は、接続路９２０
を通って、誘電体スラブ７２０の複数の入力ポートにル
ープバックされ、そこで、それらの位置のために、誘電
体スラブ７２０、グレーティング９５０を通って伝搬す
る間に多重化され、誘電体スラブ８２０のＯＵＴポート
に現われる。
のルータとして作用するように構成され、本発明による
合分波マルチプレクサ９００を形成する単一のルータを
示す。ＩＮポートで誘電体スラブ７２０に入る光信号
は、誘電体スラブ７２０、グレーティング９５０を通っ
て伝搬する間に分離化を受け、誘電体スラブ８２０の複
数の出力ポートに現われる。次に、分離化された信号
は、コヒーレント接続路９２０を通り、いくつかの２×
２光スイッチ（例えば、３０−１、３０−２、３０−
３、３０−４）を通る。これらのスイッチは、図３に関
して説明したように作用して、光伝送路での個々のチャ
ネルの合分波を行う。これらの光信号は、接続路９２０
を通って、誘電体スラブ７２０の複数の入力ポートにル
ープバックされ、そこで、それらの位置のために、誘電
体スラブ７２０、グレーティング９５０を通って伝搬す
る間に多重化され、誘電体スラブ８２０のＯＵＴポート
に現われる。
【００３４】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明の技術的範囲内でさまざまな変形例が可能で
ある。例えば、導波路グレーティングルータ以外の光マ
ルチプレクサおよびデマルチプレクサの設計を用いるこ
とが可能である。また、コヒーレント接続路において、
スイッチ以外の光デバイスを用いてさまざまな機能を実
行することが可能である。
が、本発明の技術的範囲内でさまざまな変形例が可能で
ある。例えば、導波路グレーティングルータ以外の光マ
ルチプレクサおよびデマルチプレクサの設計を用いるこ
とが可能である。また、コヒーレント接続路において、
スイッチ以外の光デバイスを用いてさまざまな機能を実
行することが可能である。
【００３５】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の光デバイス
によれば、コヒーレント接続路の使用により、光波が異
なる経路を通じて共通の端点まで伝搬することによって
生じるランダムなマルチパス干渉が回避される。
によれば、コヒーレント接続路の使用により、光波が異
なる経路を通じて共通の端点まで伝搬することによって
生じるランダムなマルチパス干渉が回避される。
【図１】光デマルチプレクサとしての使用法を例示した
導波路グレーティングルータの図である。
導波路グレーティングルータの図である。
【図２】光マルチプレクサとしての使用法を例示した導
波路グレーティングルータの図である。
波路グレーティングルータの図である。
【図３】本発明で用いられる２×２光スイッチの図であ
る。
る。
【図４】本発明で用いられ、ダブルフィルタリングを行
うもう１つの２×２光スイッチの図である。
うもう１つの２×２光スイッチの図である。
【図５】ＡおよびＢはそれぞれ、図３の２×２光スイッ
チの、パワーオン状態およびパワーオフ状態の伝送特性
の図である。
チの、パワーオン状態およびパワーオフ状態の伝送特性
の図である。
【図６】Ａは、１６チャネル光伝送システムにおける従
来の合分波マルチプレクサ（ＡＤＭ）の図である。Ｂ
は、隣接チャネルクロストークが低くなるように設計さ
れた場合に生じる通過帯域狭小化を例示するために、図
６のＡのＡＤＭのいくつかのパススルーチャネルの伝送
スペクトルを示す図である。Ｃは、隣接チャネルクロス
トークが高いことも許容するように設計された場合に生
じるマルチパススパイクを例示するために、図６のＡの
ＡＤＭのいくつかのパススルーチャネルの伝送スペクト
ルを示す図である。
来の合分波マルチプレクサ（ＡＤＭ）の図である。Ｂ
は、隣接チャネルクロストークが低くなるように設計さ
れた場合に生じる通過帯域狭小化を例示するために、図
６のＡのＡＤＭのいくつかのパススルーチャネルの伝送
スペクトルを示す図である。Ｃは、隣接チャネルクロス
トークが高いことも許容するように設計された場合に生
じるマルチパススパイクを例示するために、図６のＡの
ＡＤＭのいくつかのパススルーチャネルの伝送スペクト
ルを示す図である。
【図７】Ａは、本発明によるコヒーレント接続路群によ
って相互接続された１つのルータの図である。Ｂは、図
７のＡの相互接続されたルータの伝送特性の図である。
って相互接続された１つのルータの図である。Ｂは、図
７のＡの相互接続されたルータの伝送特性の図である。
【図８】いくつかの光スイッチを有するコヒーレント接
続路によって相互接続されて、本発明による合分波マル
チプレクサを形成する１対のルータの図である。
続路によって相互接続されて、本発明による合分波マル
チプレクサを形成する１対のルータの図である。
【図９】いくつかの光スイッチを有し、ルータ対として
作用するように構成されて、本発明による合分波マルチ
プレクサを形成する単一のルータの図である。
作用するように構成されて、本発明による合分波マルチ
プレクサを形成する単一のルータの図である。
１ スターカプラ ２ スターカプラ ３ スターカプラ ４ スターカプラ ３０ ２×２光スイッチ ３１ ３ｄＢ方向性カプラ ３２ 導波路アーム ３３ 導波路アーム ３４ 加熱素子（ヒータ） ３５ ３ｄＢ方向性カプラ ４０ 光スイッチ ４４ 加熱素子 ４５ 加熱素子 １０１ 入力ポート １２０ 誘電体スラブ ２００ 導波路グレーティングルータ（ＷＧＲ） ２０１ 出力ポート ２２０ 誘電体スラブ（自由空間領域） ２５０ 回折グレーティング ３００ ＷＧＲ ３０１ 入力ポート ３２０ 誘電体スラブ ３５０ 導波路 ４０１ 出力ポート ４２０ 誘電体スラブ ５２０ 自由空間領域 ６００ 合分波マルチプレクサ（ＡＤＭ） ６０１ 出力ポート ６２０ 自由空間領域 ６２１ 導波路グループ ７０１ ガウシアン通過帯域 ７２０ 誘電体スラブ ８００ 合分波マルチプレクサ（ＡＤＭ） ８１０ コヒーレント接続路 ８２０ 誘電体スラブ ９００ 合分波マルチプレクサ ９２０ コヒーレント接続路 ９５０ グレーティング
フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ユアン ピー．リ アメリカ合衆国，30097 ジョージア，ダ ラス，フェアフォード レイン 410
Claims (12)
- 【請求項１】 １個の入力ポート（１０１）および複数
の出力ポート（２０１〜２１６）を有する光デマルチプ
レクサ（２００）と、 前記光デマルチプレクサと直列接続され、複数の入力ポ
ート（３０１〜３１６）および１個の出力ポート（４０
１）を有する光マルチプレクサ（３００）と、 前記光デマルチプレクサの出力ポートと、前記光マルチ
プレクサの入力ポートを相互接続する複数のコヒーレン
ト接続路とを有することを特徴とする光学装置。 - 【請求項２】 前記コヒーレント接続路は、位相遅延の
等しい光導波路からなり、各導波路は、伝搬する光の偏
光状態を保存することを特徴とする請求項１に記載の装
置。 - 【請求項３】 ｎを整数とし、λsを、ｓ番目のコヒー
レント接続路によって伝送される平均波長として、前記
コヒーレント接続路の経路長は互いの±ｎλ sに等しい
ことを特徴とする請求項２に記載の装置。 - 【請求項４】 前記光マルチプレクサ（３００）、前記
光デマルチプレクサ（２００）、および前記コヒーレン
ト接続路は単一の基板上にあることを特徴とする請求項
１に記載の装置。 - 【請求項５】 λsは１５５０±５０ナノメートルに等
しいことを特徴とする請求項３に記載の装置。 - 【請求項６】 前記導波路は、伝搬する光の偏光状態を
保存するように長方形断面を有することを特徴とする請
求項２に記載の装置。 - 【請求項７】 少なくとも１つのコヒーレント接続路は
２×２光スイッチ（３０−１）を有することを特徴とす
る請求項１に記載の装置。 - 【請求項８】 前記光マルチプレクサ（３００）は、長
さの等しくない導波路のアレイからなる導波路グレーテ
ィング（３５０）によって相互接続された１対の誘電体
スラブ（３２０，４２０）を有することを特徴とする請
求項１に記載の装置。 - 【請求項９】 前記光デマルチプレクサ（２００）は、
長さの等しくない導波路のアレイからなる導波路グレー
ティング（２５０）によって相互接続された１対の誘電
体スラブ（１２０，２２０）を有することを特徴とする
請求項１に記載の装置。 - 【請求項１０】 前記光デマルチプレクサおよび前記光
マルチプレクサはそれぞれ、長さの等しくない導波路の
アレイからなる導波路グレーティング（２５０，３５
０）によって相互接続された１対の誘電体スラブ（５２
０，６２０）を共有することを特徴とする請求項１に記
載の装置。 - 【請求項１１】 前記光デマルチプレクサ（２００）の
入力ポート（１０１）と出力ポート（６２１）の間の伝
送特性はガウシアン形状を有し、隣接するガウシアン形
状は−３ｄＢ波長で交わるように配置されることを特徴
とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項１２】 前記光マルチプレクサ（３００）の入
力ポート（６２１）と出力ポート（６０１）の間の伝送
特性はガウシアン形状を有し、隣接するガウシアン形状
は−３ｄＢ波長で交わるように配置されることを特徴と
する請求項１１に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US2150898A | 1998-02-10 | 1998-02-10 | |
| US09/021508 | 1998-02-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11271559A true JPH11271559A (ja) | 1999-10-08 |
Family
ID=21804629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2919499A Pending JPH11271559A (ja) | 1998-02-10 | 1999-02-05 | 光学装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0936483A3 (ja) |
| JP (1) | JPH11271559A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004040253A (ja) * | 2002-06-28 | 2004-02-05 | Fujitsu Ltd | 波長多重光伝送システムおよび波長多重光伝送方法 |
| US6782155B2 (en) | 2001-05-22 | 2004-08-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical switch |
| KR101396481B1 (ko) * | 2006-06-09 | 2014-05-19 | 텔레다인 디펜스 리미티드 | 광대역 스위치 멀티플렉서 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002014245A (ja) * | 2000-06-28 | 2002-01-18 | Nec Corp | アレイ導波路回折格子、アレイ導波路回折格子を用いた光合分波システム及び光合分波装置 |
| KR100805969B1 (ko) * | 2000-09-29 | 2008-02-25 | 텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드 | 광 애드 드롭 멀티플렉서 |
| US6816640B2 (en) | 2000-09-29 | 2004-11-09 | Texas Instruments Incorporated | Optical add drop multiplexer |
| DE50203352D1 (de) * | 2001-03-13 | 2005-07-14 | Schott Ag | Awg-koppler zur trennung von elektromagnetischer strahlung mit verschiedenen wellenlängenbereichen sowie nachrichtentechnisches system |
| US9036957B2 (en) * | 2012-06-29 | 2015-05-19 | Infinera Corporation | Shared propagation region for an optical multiplexer or an optical demultiplexer |
| US20160334575A1 (en) * | 2015-05-12 | 2016-11-17 | Huawei Technologies Co., Ltd. | System and Method for Photonic Switching |
| EP3425434A4 (en) * | 2016-02-29 | 2019-10-30 | Nec Corporation | OPTICAL DEVICE |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5488680A (en) * | 1994-08-24 | 1996-01-30 | At&T Corp. | Frequency routing device having a wide and substantially flat passband |
-
1999
- 1999-02-02 EP EP99300744A patent/EP0936483A3/en not_active Withdrawn
- 1999-02-05 JP JP2919499A patent/JPH11271559A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6782155B2 (en) | 2001-05-22 | 2004-08-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical switch |
| JP2004040253A (ja) * | 2002-06-28 | 2004-02-05 | Fujitsu Ltd | 波長多重光伝送システムおよび波長多重光伝送方法 |
| JP4540289B2 (ja) * | 2002-06-28 | 2010-09-08 | 富士通株式会社 | 波長多重光伝送システムおよび波長多重光伝送方法 |
| KR101396481B1 (ko) * | 2006-06-09 | 2014-05-19 | 텔레다인 디펜스 리미티드 | 광대역 스위치 멀티플렉서 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0936483A3 (en) | 1999-09-22 |
| EP0936483A2 (en) | 1999-08-18 |
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