JP2018124402A - Optical input/output device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信ネットワークに用いられる光入出力装置に関するものである。 The present invention relates to an optical input / output device used in an optical communication network.
近年のインターネットトラフィックの爆発的な増大に伴い、光ファイバ通信における通信容量増加へのニーズはますます高まっている。特に、光ファイバ網のノードにおいては、光信号を電気信号に変換することなく、光信号のまま方路の切り替えが可能である光クロスコネクト（ＯＸＣ）への需要が高まっている。ＯＸＣは、それぞれＮ個の光入力ポート及び光出力ポートを備え、ある光入力ポートに入力された光が出力される出力ポートを自由に組み換えることができる装置である。 With the explosive increase in Internet traffic in recent years, the need for increased communication capacity in optical fiber communication is increasing. In particular, in an optical fiber network node, there is an increasing demand for an optical cross connect (OXC) that can switch a route without changing an optical signal into an electric signal. The OXC is an apparatus that includes N optical input ports and optical output ports, and can freely recombine output ports from which light input to a certain optical input port is output.
図１は、ＯＸＣの一般的な構成を示す。ＯＸＣは、一般的に、図１（ａ）に示すような２×２スイッチ１を多段に接続するマトリクス型構成と、図１（ｂ）に示すような１×Ｎスイッチ２を多連に配置するルート・アンド・セレクト（Ｒ＆Ｓ）型構成とに大別される。また、ＯＸＣは、図１（ｃ）に示すような、Ｒ＆Ｓ型構成における入力側の１×Ｎスイッチ２を１×Ｎスプリッタ３に変更したスプリット・アンド・セレクト（Ｓ＆Ｓ）型構成とすることもできる。 FIG. 1 shows a general configuration of OXC. In general, the OXC has a matrix configuration in which 2 × 2 switches 1 as shown in FIG. 1A are connected in multiple stages and 1 × N switches 2 as shown in FIG. The route and select (R & S) configuration is roughly divided. Further, the OXC may have a split and select (S & S) type configuration in which the 1 × N switch 2 on the input side in the R & S type configuration is changed to a 1 × N splitter 3 as shown in FIG. it can.
表１は、マトリクス型、Ｒ＆Ｓ型及びＳ＆Ｓ型の各構成で必要となるスイッチ数、光配線数及び原理損を示す。 Table 1 shows the number of switches, the number of optical wires, and the principle loss required for each of the matrix type, R & S type, and S & S type configurations.
マトリクス型構成は、例えば非特許文献１に示されるように光導波路を用いて実現することが可能であるため、サイズ・コストを抑えたＯＸＣを実現することが可能である。しかしながら、表１から分かるように、マトリクス型構成では必要となるスイッチ数がＮの増加と共に爆発的に増加するため、大規模化には限界がある。 Since the matrix configuration can be realized using an optical waveguide as shown in Non-Patent Document 1, for example, OXC with reduced size and cost can be realized. However, as can be seen from Table 1, in the matrix configuration, the number of switches required increases explosively as N increases, so there is a limit to increasing the scale.
一方、Ｒ＆Ｓ型構成については、スイッチ数が２Ｎ個であるため、大規模なＯＸＣを構成する場合においてはこの構成が好適である。また、損失を許容する場合、Ｓ＆Ｓ型構成とすることで、スイッチ数を更に削減することも可能である。 On the other hand, for the R & S type configuration, since the number of switches is 2N, this configuration is suitable when configuring a large-scale OXC. Further, when the loss is allowed, the number of switches can be further reduced by adopting the S & S type configuration.
しかしながら、Ｒ＆Ｓ型構成及びＳ＆Ｓ型構成においては、必要な光配線数がＮの増加に伴って爆発的に増加するため、光導波路や光ファイバを用いて光配線を行うことが困難になる。この光配線の煩雑性を回避する手法として、光導波路や光ファイバを用いた光配線ではなく、空間光学系を用いて光配線を行うＯＸＣが提案されている。 However, in the R & S type configuration and the S & S type configuration, the number of necessary optical wirings explosively increases as N increases, making it difficult to perform optical wiring using an optical waveguide or an optical fiber. As a technique for avoiding the complexity of the optical wiring, OXC that performs optical wiring using a spatial optical system instead of optical wiring using an optical waveguide or an optical fiber has been proposed.
図２（ａ）は、空間光学系を用いたＯＸＣの従来構成を示す。図２（ａ）には、コリメータレンズ付き入力ファイバアレー１１及びコリメータレンズ付き出力ファイバアレー１２と、複数の偏向素子で構成された偏向素子アレー１３及び１４と、集光レンズ１５と、を含むＲ＆Ｓ型構成のＯＸＣが示されている。 FIG. 2A shows a conventional configuration of OXC using a spatial optical system. FIG. 2A shows an R & S including an input fiber array 11 with a collimator lens and an output fiber array 12 with a collimator lens, deflection element arrays 13 and 14 composed of a plurality of deflection elements, and a condenser lens 15. An OXC with a mold configuration is shown.
図２（ａ）に示すＯＸＣでは、Ｎ個の入力ファイバを有する入力ファイバアレー１１にそれぞれ入力された光は、空間へ出射されて偏向素子アレー１３に入射する。偏向素子アレー１３に入射した光は、偏向素子アレー１３の各々の偏向素子により偏向され、フーリエレンズ１５を介して偏向素子アレー１４に入射する。偏向素子アレー１４に入射した光は、偏向素子アレー１４の各々の偏向素子により偏向されて、コリメータレンズ付き出力ファイバアレー１２に入射する。 In the OXC shown in FIG. 2A, the light respectively input to the input fiber array 11 having N input fibers is emitted to the space and is incident on the deflection element array 13. The light incident on the deflection element array 13 is deflected by each deflection element of the deflection element array 13 and enters the deflection element array 14 via the Fourier lens 15. The light incident on the deflection element array 14 is deflected by each deflection element of the deflection element array 14 and is incident on the output fiber array 12 with a collimator lens.
図２（ａ）に示すＯＸＣによると、Ｎ個の入力ファイバに入力された光は、偏向素子アレー１３及び１４の各々の偏向素子の偏向角を調整することにより、これらの偏向素子に結合した出力ファイバから選択的に出射することができる（例えば、非特許文献２参照）。 According to the OXC shown in FIG. 2 (a), the light input to the N input fibers is coupled to these deflecting elements by adjusting the deflection angle of each deflecting element array 13 and 14. It can selectively radiate | emit from an output fiber (for example, refer nonpatent literature 2).
図２（ａ）に示すＯＸＣでは、偏向素子アレー１３及び１４として、例えばＭＥＭＳミラーアレーやＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）などの空間光変調素子（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）を用いることで、ＯＸＣを小型かつ大規模アレー化することができる。 In the OXC shown in FIG. 2A, as the deflection element arrays 13 and 14, for example, a spatial light modulator (SLM: Spatial Light Modulator) such as a MEMS mirror array or LCOS (Liquid Crystal on Silicon) is used. A small and large-scale array can be realized.
しかしながら、空間光学系を用いる従来のＯＸＣでは、図２（ｂ）に示すように、入力ファイバに入力された光を空間光学系を用いて偏向素子アレー１３及び１４に入力しているため、空間光学系を用いる分、集積性や低コスト化が困難であるといった課題がある。 However, in the conventional OXC using the spatial optical system, as shown in FIG. 2B, the light input to the input fiber is input to the deflection element arrays 13 and 14 using the spatial optical system. Since the optical system is used, there is a problem that integration and cost reduction are difficult.
上記課題を解決するために、本発明は、光導波路内にコリメータレンズ機能及び１×Ｎスイッチ機能を集積し、煩雑な光配線のみ空間光学系で行う光入出力装置を提供することを目的とする。 In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide an optical input / output device in which a collimator lens function and a 1 × N switch function are integrated in an optical waveguide and only complicated optical wiring is performed by a spatial optical system. To do.
本発明の一態様に係る光入出力回路は、Ｎ個の入力ファイバを有する入力側ファイバアレーと、前記入力側ファイバアレーから入力された光をそれぞれ導波するＮ個の第１の光導波路を有する第１の光導波路アレーと、前記第１の光導波路を導波した光を前記導波した光の位相に応じた出射角で出力するＮ個の第１の光フェーズドアレー素子と、を含む第１の光フェーズドアレー部と、前記第１の光フェーズドアレー部から出力された光が入射され、当該入射角に応じて異なる位置へ集光する集光部と、前記集光部により集光された光を入力し、前記集光された光の位相に応じて前記集光された光を結像可能な第２の光フェーズドアレー素子と、前記第２の光フェーズドアレー素子で結像された光をそれぞれ導波するＮ個の第２の光導波路を有する第２の光導波路アレーと、を含む第２の光フェーズドアレー部と、前記第２の光導波路を導波した光を出力するＮ個の出力ファイバを有する出力側ファイバアレーと、を備えたことを特徴とする。 An optical input / output circuit according to an aspect of the present invention includes an input-side fiber array having N input fibers and N first optical waveguides that guide light input from the input-side fiber array. And first N optical phased array elements that output light guided through the first optical waveguide at an emission angle corresponding to the phase of the guided light. The first optical phased array unit, the light output from the first optical phased array unit is incident, the light collecting unit collects light at different positions according to the incident angle, and the light collected by the light collecting unit The second optical phased array element capable of inputting the collected light and imaging the condensed light according to the phase of the condensed light, and the second optical phased array element N second optical waveguides that respectively guide the reflected light. A second optical phased array unit including the second optical waveguide array, and an output side fiber array having N output fibers that output light guided through the second optical waveguide. It is characterized by that.
本発明の他の態様に係る光入出力回路では、前記第１の光フェーズドアレー素子は、前記第１の光導波路を介して入力された光を分波して出力する第１のスラブ導波路部と、前記第１のスラブ導波路部から出力された光を入力して前記出射角で出力する第１のアレー導波路部とを含み、前記第２の光フェーズドアレー素子は、前記集光部により集光された光を入力し、前記集光された光の位相に応じて前記集光された光を結像可能な第２のアレー導波路部と、前記第２のアレー導波路部で結像された光を合流して前記第２の光導波路に出力する第２のスラブ導波路部と、を含み、前記光入出力装置は、前記第１のアレー導波路部上に設けられ、前記第１のアレー導波路部に電流又は電圧を印加する第１の制御電極と、前記第２のアレー導波路部上に設けられ、前記第２のアレー導波路部に電流又は電圧を印加する第２の制御電極と、をさらに含むことを特徴とする。 In the optical input / output circuit according to another aspect of the present invention, the first optical phased array element is a first slab waveguide that demultiplexes and outputs light input through the first optical waveguide. And a first array waveguide section that inputs light output from the first slab waveguide section and outputs the light at the emission angle, and the second optical phased array element includes the light collecting element. A second array waveguide unit that inputs light collected by the unit and forms an image of the collected light according to the phase of the collected light, and the second array waveguide unit A second slab waveguide section that combines the light imaged in step (b) and outputs the combined light to the second optical waveguide, and the optical input / output device is provided on the first array waveguide section. A first control electrode for applying a current or voltage to the first array waveguide section, and the second array waveguide. Provided in the upper, and further comprising a second control electrode for applying a current or voltage to the second array waveguide portion.
本発明の他の態様に係る光入出力回路では、前記第１の光フェーズドアレー素子は、前記第１の光導波路を介して入力された光をＮ個に分岐して出力する１×Ｎスプリッタと、前記１×ＮスプリッタでＮ個に分岐された光を入力し、それぞれ分波して出力する第１のスラブ導波路部と、前記第１のスラブ導波路部から出力された光を入力して前記出射角で出力する第１のアレー導波路部とを含み、前記第２の光フェーズドアレー素子は、前記集光部により集光された光を入力し、前記集光された光の位相に応じて前記集光された光を結像可能な第２のアレー導波路部と、前記第２のアレー導波路部で結像された光を合流して前記第２の光導波路に出力する第２のスラブ導波路部と、を含み、前記光入出力装置は、前記第２のアレー導波路部上に設けられ、前記第２のアレー導波路部に電流又は電圧を印加する制御電極をさらに含むことを特徴とする。 In the optical input / output circuit according to another aspect of the present invention, the first optical phased array element is a 1 × N splitter for branching and outputting N light input via the first optical waveguide A first slab waveguide section that inputs light branched into N pieces by the 1 × N splitter, demultiplexes and outputs the light, and receives light output from the first slab waveguide section. And the second optical phased array element receives the light collected by the light collecting unit, and outputs the light collected by the light collecting unit. A second array waveguide part capable of forming an image of the condensed light according to the phase and the light imaged in the second array waveguide part are merged and output to the second optical waveguide. A second slab waveguide section, wherein the optical input / output device is on the second array waveguide section. And a control electrode for applying a current or a voltage to the second arrayed waveguide portion.
本発明の他の態様に係る光入出力回路では、前記第１の光フェーズドアレー素子は、前記第１の光導波路と結合され、グレーティングカプラが二次元アレー状に配列された第１のグレーティングカプラアレーを含み、前記第２の光フェーズドアレー素子は、前記第２の光導波路と結合され、グレーティングカプラが二次元アレー状に配列された第２のグレーティングカプラアレーを含み、前記光入出力装置は、前記第１のグレーティングカプラアレーに入力される光の位相を制御するための第１の制御電極と、前記第２のグレーティングカプラアレーに入力される光の位相を制御するための第２の制御電極と、をさらに含むことを特徴とする。 In an optical input / output circuit according to another aspect of the present invention, the first optical phased array element is coupled to the first optical waveguide, and a first grating coupler in which grating couplers are arranged in a two-dimensional array. The second optical phased array element is coupled to the second optical waveguide, and includes a second grating coupler array in which grating couplers are arranged in a two-dimensional array, and the optical input / output device includes: A first control electrode for controlling the phase of light input to the first grating coupler array and a second control for controlling the phase of light input to the second grating coupler array And an electrode.
本発明によると、光導波路内にコリメータレンズ機能及び１×Ｎスイッチ機能を集積し、煩雑な光配線のみ空間光学系で行う光入出力装置を実現することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to realize a light input / output device in which a collimator lens function and a 1 × N switch function are integrated in an optical waveguide and only complicated optical wiring is performed by a spatial optical system.
（実施例１）
図３（ａ）は、本発明の実施例１に係る光入出力装置を示す。図３（ａ）には、Ｎ個の入力ファイバ２１を含む入力ファイバアレー２１1乃至２１Nと、Ｎ個の出力ファイバ２２を含む出力ファイバアレー２２1乃至２２Nと、入力側ファンイン・ファンアウト（ＦＩＦＯ）部２３及び出力側ＦＩＦＯ部２４と、Ｎ個の入力側空間ビーム変換器（ＳＢＴ：Spatial Beam Transformer）２５を含む入力側ＳＢＴアレー２５1乃至２５Nと、Ｎ個の出力側ＳＢＴ２６を含む出力側ＳＢＴアレー２６1乃至２６Nと、Ｎ個の入力側制御電極２７を含む入力側制御電極アレー２７1乃至２７Nと、Ｎ個の出力側制御電極２８を含む出力側制御電極アレー２８1乃至２８Nと、入射した光信号の入射角に応じて異なる位置へ光信号を集光する集光レンズ２９と、を含むＲ＆Ｓ型構成の光入出力装置が示されている。以下、説明のため、図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、光波の進行方向をｚ軸とし、導波路アレーの配列方向をｙ軸と定義する。
Example 1
FIG. 3A shows an optical input / output device according to Embodiment 1 of the present invention. The FIG. 3 (a), and N input fibers array 21 1 through 21 N that includes an input fiber 21, and the N output fibers array 22 1 to 22 N to an output fiber 22, input-side fan-Fan Out (FIFO) unit 23, output side FIFO unit 24, input side SBT arrays 25 1 to 25 N including N input side spatial beam transformers (SBTs) 25, and N output side SBTs 26 Output side SBT arrays 26 1 to 26 N including N , input side control electrode arrays 27 1 to 27 N including N input side control electrodes 27, and output side control electrode arrays including N output side control electrodes 28. An R & S type optical input / output device including 28 1 to 28 N and a condenser lens 29 that condenses the optical signal at different positions according to the incident angle of the incident optical signal is shown. Hereinafter, for the sake of explanation, as shown in FIGS. 3A and 3B, the traveling direction of the light wave is defined as the z-axis, and the arrangement direction of the waveguide array is defined as the y-axis.
入力側ＦＩＦＯ部２３は、入力ファイバアレー２１1乃至２１Nと入力側ＳＢＴアレー２５1乃至２５Nとの光接続を行う。同様に、出力側ＦＩＦＯ部２４は、出力側ＳＢＴアレー２６1乃至２６Nと出力ファイバアレー２２1乃至２２Nとの光接続を行う。 The input side FIFO unit 23 performs optical connection between the input fiber arrays 21 1 to 21 N and the input side SBT arrays 25 1 to 25 N. Similarly, the output side FIFO unit 24 performs optical connection between the output side SBT arrays 26 1 to 26 N and the output fiber arrays 22 1 to 22 N.
入力側ＳＢＴアレー２５1乃至２５Nは、入力ファイバアレー２１1乃至２１Nから入力側ＦＩＦＯ部２３を介して入力した光信号を、その設計や入力側制御電極２７の制御により所定の出射角及びビーム径で出射端から空間へと出射する。出力側ＳＢＴアレー２６1乃至２６Nは、その設計や出力側制御電極２８の制御により空間から所定の角度で入射した光を導波して出力側ＦＩＦＯ部２４を介して出力ファイバアレー２２1乃至２２Nに出力する。従って、入力側ＳＢＴアレー２５1乃至２５N及び出力側ＳＢＴアレー２６1乃至２６Nは、制御可能な光フェーズドアレー部として機能することができる。 The input-side SBT arrays 25 1 to 25 N receive optical signals input from the input fiber arrays 21 1 to 21 N via the input-side FIFO unit 23 according to the design and control of the input-side control electrode 27 and The beam diameter is emitted from the emission end to the space. The output-side SBT arrays 26 1 to 26 N guide light incident at a predetermined angle from the space by the design and control of the output-side control electrode 28, and output fiber arrays 22 1 to 22 1 through the output-side FIFO unit 24. and outputs it to the 22 N. Accordingly, the input-side SBT arrays 25 1 to 25 N and the output-side SBT arrays 26 1 to 26 N can function as controllable optical phased arrays.
入力側ＳＢＴ２５は、入力導波路３０と、光導波路３０に接続されたスラブ導波路３１と、スラブ導波路３１に接続され、複数の導波路が配列されたアレー導波路３２とを含む光回路である。出力側ＳＢＴ２６は、複数の孤立導波路が配列されたアレー導波路３３と、アレー導波路３３に接続されたスラブ導波路３４と、スラブ導波路３４に接続された出力導波路３５とを含む光回路である。入力側ＳＢＴ２５及び出力側ＳＢＴ２６は、例えば石英やシリコンを用いた光導波路で形成することができる（例えば非特許文献３参照）。 The input side SBT 25 is an optical circuit including an input waveguide 30, a slab waveguide 31 connected to the optical waveguide 30, and an array waveguide 32 connected to the slab waveguide 31 and in which a plurality of waveguides are arranged. is there. The output-side SBT 26 includes an array waveguide 33 in which a plurality of isolated waveguides are arranged, a slab waveguide 34 connected to the array waveguide 33, and an output waveguide 35 connected to the slab waveguide 34. Circuit. The input side SBT 25 and the output side SBT 26 can be formed of, for example, optical waveguides using quartz or silicon (see, for example, Non-Patent Document 3).
入力ファイバ２１から入力側ＦＩＦＯ部２３を介して入力側ＳＢＴ２５に入力された光信号は、入力導波路３０を介してスラブ導波路３１に入力され、スラブ導波路３１中で拡散しながら伝搬し、それぞれ同じ長さの複数の孤立導波路から形成されるアレー導波路３２へと分波されて入力される。アレー導波路３２に入力された光信号は、アレー導波路３２の各孤立導波路内において波面を保ちながら、すなわち光波間の位相関係を保持しつつアレー導波路３２の出射端に到達する。複数の孤立導波路の出射端に到達した光波はそれぞれ、出射端にて互いに干渉してアレー導波路３２の出射端全体で平面波を形成するため、アレー導波路３２の出射端は独立した波源とみなすことができる。アレー導波路３２の出射端における光信号の位相分布・強度分布を調整することにより、出射する光信号の出射角度やビーム形状を操作することができる。 An optical signal input from the input fiber 21 to the input side SBT 25 via the input side FIFO unit 23 is input to the slab waveguide 31 via the input waveguide 30 and propagates while diffusing in the slab waveguide 31. The signals are demultiplexed and input to an array waveguide 32 formed of a plurality of isolated waveguides each having the same length. The optical signal input to the arrayed waveguide 32 reaches the output end of the arrayed waveguide 32 while maintaining the wavefront in each isolated waveguide of the arrayed waveguide 32, that is, maintaining the phase relationship between the lightwaves. Since the light waves that have reached the exit ends of the plurality of isolated waveguides interfere with each other at the exit ends to form a plane wave across the exit ends of the array waveguide 32, the exit end of the array waveguide 32 is an independent wave source. Can be considered. By adjusting the phase distribution and intensity distribution of the optical signal at the output end of the arrayed waveguide 32, the output angle and beam shape of the output optical signal can be manipulated.
図４は、入力側ＳＢＴ２５及び入力側制御電極２７の機能を説明するための図である。本発明の実施例１に係る光入出力装置では、図４（ａ）に示すように、アレー導波路３２を伝搬する光の屈折率を電圧または電流の印加によって調整できるように、アレー導波路３２上に入力側制御電極２７を形成している。アレー導波路３２を伝搬する光の光路長の分布は屈折率の変化に応じて変化するため、入力側制御電極２７に印加する電圧または電流の値を調整することにより光の出射角度をアクティブに調整することができる。このような屈折率の変化には、例えば熱光学効果や電気光学効果を利用することができる。 FIG. 4 is a diagram for explaining the functions of the input side SBT 25 and the input side control electrode 27. In the optical input / output device according to Embodiment 1 of the present invention, as shown in FIG. 4A, an array waveguide is provided so that the refractive index of light propagating through the array waveguide 32 can be adjusted by applying a voltage or a current. An input side control electrode 27 is formed on 32. Since the distribution of the optical path length of the light propagating through the arrayed waveguide 32 changes in accordance with the change in the refractive index, the light emission angle is activated by adjusting the value of the voltage or current applied to the input side control electrode 27. Can be adjusted. For such a change in refractive index, for example, a thermo-optic effect or an electro-optic effect can be used.
入力側制御電極２７は例えば、図４（ａ）に示すように三角形状に構成することができる。このように構成することにより、アレー導波路３２の各孤立導波路で屈折率分布を線形的に変更することができるため、波面揺らぎに伴う高次光の発生を抑制することができる。この場合、プラス側偏向とマイナス側偏向の一方の偏向方向にしか光の屈折率を変更できないが、例えば図４（ｂ）に示すように１つのアレー導波路に対してプラス側偏向用とマイナス側偏向用の２つの入力側制御電極２７ａ及び２７ｂを付与することでプラス側偏向とマイナス側偏向の両方向に光を偏向することもできる。 For example, the input-side control electrode 27 can be formed in a triangular shape as shown in FIG. With this configuration, since the refractive index distribution can be linearly changed in each isolated waveguide of the array waveguide 32, generation of high-order light due to wavefront fluctuation can be suppressed. In this case, the refractive index of light can be changed only in one deflection direction of plus side deflection and minus side deflection. For example, as shown in FIG. By providing the two input side control electrodes 27a and 27b for side deflection, light can be deflected in both the plus side deflection and the minus side deflection.
アレー導波路３２から出力される光信号の出射角度は、スラブ導波路３２への光の入力位置で選択することもできる。例えば、図４（ｃ）に示すようにスラブ導波路３１の中心から光信号を入力する場合は、アレー導波路３２の各孤立導波路から出射される光信号の位相が全て等しいため、ｚ軸方向へ光信号が出射する。また、図４（ｄ）に示すようにスラブ導波路３１の中心からずらして光信号を入力する場合、アレー導波路３２の各孤立導波路の出射端において光の位相傾斜が形成されるため、アレー導波路３２からはｚ軸方向に対してその位相傾斜に応じた偏向角で光信号が出力される。このように、入力側ＳＢＴ２５では、スラブ導波路３１への光の入力位置に応じて光信号の出射方向を制御することもできる。図４（ｅ）に示すように、スラブ導波路３１への光信号の入力位置を中心からずらして配置して、片側偏向における走査角を広くとっても構わない。 The emission angle of the optical signal output from the array waveguide 32 can also be selected by the light input position to the slab waveguide 32. For example, when an optical signal is input from the center of the slab waveguide 31 as shown in FIG. 4C, the phases of the optical signals emitted from the isolated waveguides of the array waveguide 32 are all equal, so that the z axis An optical signal is emitted in the direction. In addition, when an optical signal is input shifted from the center of the slab waveguide 31 as shown in FIG. 4D, a light phase gradient is formed at the exit end of each isolated waveguide of the array waveguide 32. An optical signal is output from the arrayed waveguide 32 at a deflection angle corresponding to the phase inclination with respect to the z-axis direction. As described above, in the input side SBT 25, the emission direction of the optical signal can be controlled according to the light input position to the slab waveguide 31. As shown in FIG. 4E, the input position of the optical signal to the slab waveguide 31 may be shifted from the center to increase the scanning angle in the one-side deflection.
また、アレー導波路３２から出力される光信号のビーム半径は、スラブ導波路３１の長さ、アレー導波路３２のアレーピッチ及びアレー本数で制御可能である。 Further, the beam radius of the optical signal output from the array waveguide 32 can be controlled by the length of the slab waveguide 31, the array pitch of the array waveguide 32, and the number of arrays.
同様にして、出力側ＳＢＴ２６においては、出力側制御電極２８の制御により所定の角度で入射した光を選択導波して、出力側ＦＩＦＯ２４を介して出力ファイバアレーへ出力することができる。 Similarly, in the output side SBT 26, light incident at a predetermined angle can be selectively guided by the control of the output side control electrode 28 and can be output to the output fiber array via the output side FIFO 24.
次に、本発明の実施例１に係る光入出力装置の動作について記述する。入力ファイバアレー２１1乃至２１Nにそれぞれ入力される光信号は、入力側ＦＩＦＯ２３を介して入力側ＳＢＴアレー２５1乃至２５Nに入力され、入力側ＳＢＴアレー２５1乃至２５Nの入力導波路３０、スラブ導波路３１及びアレー導波路３２内を伝搬して空間へと出射される。入力側ＳＢＴアレー２５1乃至２５Nの各アレー導波路３２上には、それぞれ対応した入力側制御電極２７1乃至２７Nが設けられており、入力側制御電極２７1乃至２７Nにそれぞれ印加する電流値や電圧値を調整することにより、入力側ＳＢＴアレー２５1乃至２５Nから出射される光信号の出射角度をそれぞれ選択することができる。 Next, the operation of the optical input / output device according to the first embodiment of the present invention will be described. The optical signals respectively input to the input fiber arrays 21 1 to 21 N are input to the input side SBT arrays 25 1 to 25 N via the input side FIFO 23, and the input waveguides 30 of the input side SBT arrays 25 1 to 25 N are input. Then, it propagates through the slab waveguide 31 and the array waveguide 32 and is emitted to the space. On the input side SBT array 25 1 to 25 N each arrayed waveguide 32 are provided respectively corresponding input side control electrodes 27 1 to 27 N, respectively applied to the input side control electrodes 27 1 to 27 N By adjusting the current value and the voltage value, the emission angles of the optical signals emitted from the input side SBT arrays 25 1 to 25 N can be selected.
入力側ＳＢＴアレー２５1乃至２５Nからそれぞれ出射された光信号は、集光レンズ２９に入射し、集光レンズ２９によって、入力側ＳＢＴアレー２５1乃至２５Nから出射される各々の光信号の出射角度に応じて、入力側ＳＢＴアレー２５1乃至２５Nと対向するいずれかの出力側ＳＢＴアレー２６1乃至２６Nのアレー導波路３３上に集光されて入射する。出力側ＳＢＴアレー２６1乃至２６Nのアレー導波路３３上にも出力側制御電極アレー２８1乃至２８Nが形成されており、出力側制御電極アレー２８1乃至２８Nの駆動によってシフトされた光の位相と入射した光の位相とが一致した場合にのみアレー導波路３３に入射した光信号がアレー導波路３３で結像して、スラブ導波路３４によって合流されて出力導波路３５を介して出力ファイバ２２へ至る。 The optical signals emitted from the input side SBT arrays 25 1 to 25 N are incident on the condenser lens 29, and the respective optical signals emitted from the input side SBT arrays 25 1 to 25 N by the condenser lens 29. Depending on the emission angle, the light is condensed and incident on one of the arrayed waveguides 33 of the output SBT arrays 26 1 to 26 N facing the input SBT arrays 25 1 to 25 N. Output side control electrode arrays 28 1 to 28 N are also formed on the array waveguides 33 of the output side SBT arrays 26 1 to 26 N , and light shifted by driving the output side control electrode arrays 28 1 to 28 N Only when the phase of the incident light coincides with the phase of the incident light, the optical signal incident on the arrayed waveguide 33 is imaged on the arrayed waveguide 33 and merged by the slab waveguide 34 via the output waveguide 35. The output fiber 22 is reached.
以上から、ｉ番目の入力ファイバ２１iに入力された光信号が接続されるｊ番目の出力ファイバ２２jは、ｉ番目の入力側ＳＢＴ２５iから出射される光の出射角と、ｊ番目の出力側ＳＢＴ２６jを導波する光の位相によって選択可能である。これらは、入力側制御電極２７i及び出力側制御電極２８jで印加する電流または電圧の値によって選択可能であるため、ｉ番目の入力ファイバ２１iに入力された光信号が接続されるｊ番目の出力ファイバ２２jは任意に設定可能である。この動作は、任意のｉとｊの組み合わせで有効であるため、入力側制御電極アレー２７1乃至２７N及び出力側制御電極アレー２８1乃至２８Nをそれぞれ独立に駆動することで、光クロスコネクト動作が可能である。 From the above, the j-th output fiber 22 j to which the optical signal input to the i-th input fiber 21 i is connected has the emission angle of the light emitted from the i-th input side SBT 25 i and the j-th output. Selection is possible depending on the phase of the light guided through the side SBT 26 j . Since these can be selected by the value of the current or voltage applied at the input side control electrode 27 i and the output side control electrode 28 j , the j th optical signal input to the i th input fiber 21 i is connected. The output fiber 22 j can be arbitrarily set. Since this operation is effective for any combination of i and j, the input-side control electrode arrays 27 1 to 27 N and the output-side control electrode arrays 28 1 to 28 N are driven independently, thereby providing an optical cross-connect. Operation is possible.
従って、本発明の実施例１に係る光入出力装置によると、図３（ｂ）に示すように、Ｒ＆Ｓ型構成におけるコリメータレンズ機能及び１×Ｎスイッチ機能を光導波路内に集積し、煩雑な光配線のみ空間光学系で行うことができる。これは、図２（ｂ）に示す従来構成と比較して、小型化、集積性や低コスト化の観点で優れる。 Therefore, according to the optical input / output device according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3B, the collimator lens function and the 1 × N switch function in the R & S type configuration are integrated in the optical waveguide, which is complicated. Only optical wiring can be performed by a spatial optical system. This is superior to the conventional configuration shown in FIG. 2B in terms of miniaturization, integration, and cost reduction.
以下、本発明の実施例１に係る光入出力装置の設計の一例について説明する。入力側ＳＢＴアレー２５1乃至２５Nから出射して出力側ＳＢＴアレー２６1乃至２６Nに入射する際の光のビーム径を一定の値ｗとし、導波路を２−ｆ光学系で構成する場合、入出力数Ｎとフーリエレンズ２９の焦点距離ｆの間には以下の（式１）で示す関係がある。 Hereinafter, an example of the design of the optical input / output device according to the first embodiment of the present invention will be described. When the beam diameter of light emitted from the input-side SBT arrays 25 1 to 25 N and entering the output-side SBT arrays 26 1 to 26 N is a constant value w, and the waveguide is configured by a 2-f optical system The relationship shown by the following (formula 1) exists between the input / output number N and the focal length f of the Fourier lens 29.
ただし、θmaxはＳＢＴで設定できる最大偏向角、λは光波長、ｋは隣接するＳＢＴの間隔に関する定数である。 Here, θ max is the maximum deflection angle that can be set in the SBT, λ is the optical wavelength, and k is a constant relating to the interval between adjacent SBTs.
図５は、本発明の実施例１に係る光入出力装置における、最大偏向角θmax、ビーム径ｗ、定数ｋ、焦点距離ｆの関係を示す図である。図５に示すように、ｋが大きい程、ＳＢＴ間のアレーピッチ間隔が大きくなるため、クロストークを低減することができる。 FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship among the maximum deflection angle θ max , the beam diameter w, the constant k, and the focal length f in the optical input / output device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, as k increases, the array pitch interval between SBTs increases, so that crosstalk can be reduced.
図６は、Ｎとｆの関係について、４通りの最大偏角θmax＝±２°、±５°、±１０°、±２０°の場合でそれぞれ計算した結果を示す図である。図６から理解されるように、ｆ及びθmaxが増加するほど、入出力数Ｎが大きい大規模なＯＸＣを実現することができる。 FIG. 6 is a diagram showing the results calculated for the relationship between N and f when the four maximum deflection angles θ max = ± 2 °, ± 5 °, ± 10 °, and ± 20 °. As can be understood from FIG. 6, a large-scale OXC with a large number of inputs / outputs N can be realized as f and θ max increase.
ここで、ｆは光学系のサイズに直結するため、必要なＮかつ実現可能なθmaxの範囲で最小の値を選択することが望ましい。θmaxは、ＳＢＴを構成するアレー導波路のアレーピッチｄに関するパラメータであり、以下の（式２）で求まる自由スペクトル領域（ＦＳＲ）に適当な係数ｍを乗算して、以下の（式３）を用いて求めることができる。
ＦＳＲ＝ｓｉｎ（λ／ｄ） （式２）
θmax＝ｍＦＳＲ （式３）
Here, since f is directly related to the size of the optical system, it is desirable to select the minimum value within the necessary N and feasible θ max range. θ max is a parameter relating to the array pitch d of the arrayed waveguides constituting the SBT. The free spectral region (FSR) obtained by the following (Equation 2) is multiplied by an appropriate coefficient m to obtain the following (Equation 3). Can be obtained using
FSR = sin (λ / d) (Formula 2)
θ max = mFSR (Formula 3)
ｍが小さい程、偏向に伴う損失が低いため、ＯＸＣの低損失化に資する。 The smaller m is, the lower the loss associated with deflection, which contributes to the reduction of OXC loss.
図７は、λ＝１．５５μｍの場合のＦＳＲとｄの関係を示す図である。図７から分かるように、ｄを小さくするほどＦＳＲが大きくなるため、アレー導波路間の結合や物理配置上の困難を避ける範囲で最もｄを小さくすることが望ましい。また、導波路のスポット径が小さい程、ｄを小さくすることができるため、高い比屈折率差Δで導波路を形成することが望ましい。以上の関係から、例えばＮ＝５０の規模でＯＸＣを実現する場合、例えばアレー導波路のピッチｄ＝９μｍ、ｍ＝１、ｋ＝３で入力側ＳＢＴアレー２５1乃至２５N及び出力側ＳＢＴアレー２６1乃至２６Nを設計し、ｆ＝１２センチの集光レンズ２９を選択すればよい。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between FSR and d when λ = 1.55 μm. As can be seen from FIG. 7, since the FSR increases as d is reduced, it is desirable to reduce d as much as possible within the range of avoiding difficulties in coupling between the arrayed waveguides and physical arrangement. Further, since d can be reduced as the spot diameter of the waveguide is smaller, it is desirable to form the waveguide with a high relative refractive index difference Δ. From the above relation, for example, when OXC is realized on a scale of N = 50, the input side SBT arrays 25 1 to 25 N and the output side SBT array are used with, for example, array waveguide pitch d = 9 μm, m = 1, k = 3. 26 1 to 26 N are designed, and the condenser lens 29 with f = 12 cm may be selected.
なお、上記では、制御電極２７及び２８の電極形状を三角形状とすることについて言及したが、所望の光路長差が得られるように形成する手段は無数存在する。例えば、制御電極２７及び２８の電極形状を階段状に形成してもよい。 In the above description, the electrode shape of the control electrodes 27 and 28 is referred to as a triangular shape. However, there are innumerable means for forming the control electrodes 27 and 28 so as to obtain a desired optical path length difference. For example, the electrode shapes of the control electrodes 27 and 28 may be formed stepwise.
（実施例２）
図８（ａ）は、本発明の実施例２に係る光入出力装置を示す。図８（ａ）には、入力ファイバアレー２１1乃至２１Nと、出力ファイバアレー２２1乃至２２Nと、入力側ＦＩＦＯ部２３及び出力側ＦＩＦＯ部２４と、入力側ＳＢＴアレー２５1乃至２５Nと、出力側ＳＢＴアレー２６1乃至２６Nと、出力側制御電極アレー２８1乃至２８Nと、集光レンズ２９と、Ｎ個の分岐導波路を含むＮ個の１×Ｎスプリッタ４０を含む１×Ｎスプリッタアレー４０1〜４０Nと、を含むＳ＆Ｓ型構成の光入出力装置が示されている。１×Ｎスプリッタアレー４０1〜４０Nは、入力導波路３０とスラブ導波路３１との間に設けられている。実施例１との相違点は、入力側制御電極アレーがなく、１×Ｎスプリッタ４０で分岐された入力光が入力側ＳＢＴ２５に複数入射され、それぞれの方向に出射されることである。
(Example 2)
FIG. 8A shows an optical input / output device according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 8A shows input fiber arrays 21 1 to 21 N , output fiber arrays 22 1 to 22 N , input-side FIFO unit 23 and output-side FIFO unit 24, and input-side SBT arrays 25 1 to 25 N. 1 including an output side SBT array 26 1 to 26 N , an output side control electrode array 28 1 to 28 N , a condenser lens 29, and N 1 × N splitters 40 including N branching waveguides. An optical input / output device having an S & S configuration including × N splitter arrays 40 1 to 40 N is shown. The 1 × N splitter arrays 40 1 to 40 N are provided between the input waveguide 30 and the slab waveguide 31. The difference from the first embodiment is that there is no input-side control electrode array, and a plurality of input lights branched by the 1 × N splitter 40 are incident on the input-side SBT 25 and emitted in the respective directions.
図９は、１×Ｎスプリッタ４０で分岐された光が入力側ＳＢＴ２５から出力される様子を示す。実施例２では、ＳＢＴの動作については実施例１で説明したとおりであるが、光信号が入力導波路３０を介して１×Ｎスプリッタ４０に入力され、図９に示すように１×Ｎスプリッタ４０でＮ個に分岐された光がスラブ導波路３１に入力され、スラブ導波路３１を介してそれぞれ異なる出射角度でアレー導波路３２の出射端から出力されている。１×Ｎスプリッタ４０の各分岐導波路は、各分岐導波路を導波する光が出力側ＳＢＴアレー２６1乃至２６Nにそれぞれ入力されるように、スラブ導波路３１の異なる入力位置に接続されている。これにより、１個の入力ファイバ２１から入力された光信号を出力側ＳＢＴアレー２６1乃至２６Nの全てのアレー導波路３３上に集光させることができる。 FIG. 9 shows a state where the light branched by the 1 × N splitter 40 is output from the input side SBT 25. In the second embodiment, the operation of the SBT is as described in the first embodiment. However, an optical signal is input to the 1 × N splitter 40 via the input waveguide 30, and the 1 × N splitter as shown in FIG. The light branched into N pieces at 40 is input to the slab waveguide 31 and output from the output end of the array waveguide 32 through the slab waveguide 31 at different output angles. Each branch waveguide of the 1 × N splitter 40 is connected to a different input position of the slab waveguide 31 so that light guided through each branch waveguide is input to the output side SBT arrays 26 1 to 26 N , respectively. ing. Thereby, the optical signal input from one input fiber 21 can be condensed on all the arrayed waveguides 33 of the output side SBT arrays 26 1 to 26 N.
次に、本発明の実施例２に係る光入出力装置の動作について記述する。Ｎ個の入力ファイバアレー２１1〜２１Nより入力されるＮ個の光信号は、入力側ＦＩＦＯ部２３及び入力導波路３０を介して１×Ｎスプリッタアレー４０1乃至４０Nにそれぞれ入力される。１×Ｎスプリッタ４０に入力された光信号は１×Ｎスプリッタ４０でＮ個に分岐されてスラブ導波路３１に入力される。スラブ導波路３１に入力されたＮ個の光信号は、アレー導波路３２を介してアレー導波路３２の出射端から空間へとそれぞれ出射される。出射されたＮ個の光信号は、集光レンズ２９によって、集光レンズ２９への入射角度に応じて入力側ＳＢＴアレー２５1〜２５Nと対向する出力側ＳＢＴアレー２６1〜２６N上のそれぞれ異なる位置へと集光される。 Next, the operation of the optical input / output device according to Embodiment 2 of the present invention will be described. N optical signals input from the N input fiber arrays 21 1 to 21 N are input to the 1 × N splitter arrays 40 1 to 40 N via the input-side FIFO unit 23 and the input waveguide 30, respectively. . The optical signal input to the 1 × N splitter 40 is branched into N signals by the 1 × N splitter 40 and input to the slab waveguide 31. N optical signals input to the slab waveguide 31 are emitted from the emission end of the array waveguide 32 to the space via the array waveguide 32. The emitted N optical signals are output by the condenser lens 29 on the output side SBT arrays 26 1 to 26 N facing the input side SBT arrays 25 1 to 25 N according to the incident angle to the condenser lens 29. The light is condensed at different positions.
本発明の実施例２に係る光入出力装置では、１個の入力側ＳＢＴ２５から、１×Ｎスプリッタ４０で分岐されたＮ個の光信号が出力されており、これらが出力側ＳＢＴアレー２６1〜２６N上にそれぞれ集光されて入射している。出力側ＳＢＴアレー２６1〜２６Nには、出力側制御電極アレー２８1乃至２８Nが形成されており、この出力側制御電極アレー２８1乃至２８Nの駆動によってシフトされた光の位相と入射した光の位相とが一致した場合にのみアレー導波路３３に入射した光信号がアレー導波路３３で結像して、スラブ導波路３４によって合流されて出力導波路３５を介して出力ファイバ２２へ至る。これによって、任意の入力ファイバに入力された光信号を任意の出力ファイバに結合させることが可能である。すなわち、図８（Ｂ）に示すように、Ｓ＆Ｓ型構成におけるスプリッタ機能を入力側導波路へ、１×Ｎスイッチ機能を出力側導波路へ集積することができる。 In the optical input / output device according to the second embodiment of the present invention, N optical signals branched by the 1 × N splitter 40 are output from one input side SBT 25, and these are output to the output side SBT array 26 1. The light is condensed and incident on ˜26 N. Output side control electrode arrays 28 1 to 28 N are formed in the output side SBT arrays 26 1 to 26 N , and the phase and incidence of light shifted by driving the output side control electrode arrays 28 1 to 28 N The optical signals incident on the arrayed waveguides 33 are imaged on the arrayed waveguides 33 only when the phases of the received light coincide with each other, merged by the slab waveguide 34, and output to the output fiber 22 via the output waveguides 35. It reaches. As a result, it is possible to couple an optical signal input to an arbitrary input fiber to an arbitrary output fiber. That is, as shown in FIG. 8B, the splitter function in the S & S type configuration can be integrated into the input-side waveguide, and the 1 × N switch function can be integrated into the output-side waveguide.
本構成は、入力側ＳＢＴ２５をパッシブ部材で構成可能であるため、信頼性や製造容易性、製造コストの観点で優れる。しかしながら、Ｓ＆Ｓ型構成のＯＸＣであるため、上述したように２０ｌｏｇ（１／Ｎ）の原理損が発生する。従って、本発明の実施例２に係る光入出力装置は、Ｎが比較的小さい場合に好適である。 This configuration is excellent in terms of reliability, manufacturability, and manufacturing cost because the input side SBT 25 can be configured with a passive member. However, since it is an OXC having an S & S type configuration, a principle loss of 20 log (1 / N) occurs as described above. Therefore, the optical input / output device according to the second embodiment of the present invention is suitable when N is relatively small.
（実施例３）
図１０は、本発明の実施例３に係る光入出力装置を示す。図１０には、入力ファイバアレー５１1乃至５１Nと、出力ファイバアレー５２1乃至５２Nと、入力側ＦＩＦＯ部５３及び出力側ＦＩＦＯ部５４と、Ｎ個の入力側光フェーズドアレー素子５５を含む入力側光フェーズドアレー部５５1乃至５５Nと、Ｎ個の出力側光フェーズドアレー素子５６を含む出力側光フェーズドアレー部５６1乃至５６Nと、集光レンズ２９と、を含むＲ＆Ｓ型構成の光入出力装置が示されている。
(Example 3)
FIG. 10 shows an optical input / output device according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 10 includes input fiber arrays 51 1 to 51 N , output fiber arrays 52 1 to 52 N , an input side FIFO unit 53 and an output side FIFO unit 54, and N input side optical phased array elements 55. R & S type configuration including input side optical phased array sections 55 1 to 55 N , output side optical phased array sections 56 1 to 56 N including N output side optical phased array elements 56, and condenser lens 29. An optical input / output device is shown.
図１１は、本発明の実施例３における、光フェーズドアレー素子を説明するための図である。図１１に示されるように、入力側光フェーズドアレー素子５５は、光導波路基板上で複数の光出射回路６２を複数の光導波路部６１の各々に沿って二次元アレー状に並べて構成されている。光出射回路６２は、光導波路部６１と結合している。また、本発明の実施例３に係る光入出力装置は、光導波路部６１にそれぞれ電圧又は電流を印加して各光出射回路６２に入力される光の位相を制御するための複数の制御電極５７をさらに含む。光出射回路６２としては、例えばグレーティングカプラを利用することが出来る。 FIG. 11 is a diagram for explaining an optical phased array element in Example 3 of the present invention. As shown in FIG. 11, the input-side optical phased array element 55 is configured by arranging a plurality of light emitting circuits 62 in a two-dimensional array along each of the plurality of optical waveguide portions 61 on the optical waveguide substrate. . The light emission circuit 62 is coupled to the optical waveguide portion 61. In addition, the optical input / output device according to the third embodiment of the present invention includes a plurality of control electrodes for controlling the phase of light input to each light emitting circuit 62 by applying a voltage or a current to the optical waveguide unit 61, respectively. 57 is further included. As the light emitting circuit 62, for example, a grating coupler can be used.
出力側光フェーズドアレー素子５６は、入力側光フェーズドアレー素子５５と同様の構成を有する。出力側でも同様に、出力側光フェーズドアレー素子５６の光出射回路６２に入力された光の位相を制御するために光導波路部に電圧又は電流を印加する複数の制御電極が設けられている。入力側光フェーズドアレー素子５５及び出力側光フェーズドアレー素子５６のように、２次元上に光出射回路６２をアレー化される手法としては、例えば非特許文献４に記載のような複数のグレーティングカプラが二次元アレー状に配列されたグレーティングカプラアレーを利用することができる。 The output side optical phased array element 56 has the same configuration as the input side optical phased array element 55. Similarly, on the output side, a plurality of control electrodes for applying voltage or current to the optical waveguide portion are provided in order to control the phase of the light input to the light emitting circuit 62 of the output side optical phased array element 56. As a method of arraying the light emitting circuit 62 in two dimensions like the input side optical phased array element 55 and the output side optical phased array element 56, for example, a plurality of grating couplers as described in Non-Patent Document 4 are used. Can be used in the form of a two-dimensional array of grating couplers.
入力側光フェーズドアレー素子５５では、入力ファイバ５１に入力された光は、入力側ＦＩＦＯ５３を介して光導波路部６１に入射し、光導波路部６１を導波して光出射回路６２から光導波路基板の面外方向に出射される。制御電極５７に印加する電流値や電圧値を調整することにより、入力側光フェーズドアレー素子５５から出射される光信号の出射角度を二次元方向に選択することができる。 In the input side optical phased array element 55, the light input to the input fiber 51 is incident on the optical waveguide unit 61 via the input side FIFO 53, and is guided through the optical waveguide unit 61 from the light emitting circuit 62 to the optical waveguide substrate. Is emitted in the out-of-plane direction. By adjusting the current value and the voltage value applied to the control electrode 57, the emission angle of the optical signal emitted from the input side optical phased array element 55 can be selected in a two-dimensional direction.
入力側光フェーズドアレー部５５1乃至５５Nからそれぞれ出射された光信号は、集光レンズ２９に入射し、集光レンズ２９によって、入力側光フェーズドアレー部５５1乃至５５Nから出射される各々の光信号の出射角度に応じて、出力側光フェーズドアレー素子５６1乃至５６N上に集光されて入射する。出力側光フェーズドアレー素子５６では、制御電極の駆動によってシフトされた光の位相と入射した光の位相とが一致した場合にのみ出力側光フェーズドアレー素子５６に入射した光信号が結像して、光導波路部及び出力側ＦＩＦＯ部５４を介して出力ファイバ５２へ至る。 The optical signals emitted from the input-side optical phased array units 55 1 to 55 N are incident on the condenser lens 29 and emitted from the input-side optical phased array units 55 1 to 55 N by the condenser lens 29. The light is collected and incident on the output-side optical phased array elements 56 1 to 56 N according to the emission angle of the optical signal. In the output-side optical phased array element 56, an optical signal incident on the output-side optical phased array element 56 is imaged only when the phase of the light shifted by driving the control electrode matches the phase of the incident light. The output fiber 52 is reached via the optical waveguide portion and the output-side FIFO portion 54.
上記実施例１及び２では、光出射回路アレーとしての入力側ＳＢＴアレー２５1乃至２５N及び出力側ＳＢＴアレー２６1乃至２６Nが一次元の構成であったため、一次元の方向にしか光の出射角度を掃引できない。 In the first and second embodiments, the input-side SBT arrays 25 1 to 25 N and the output-side SBT arrays 26 1 to 26 N as the light emission circuit array have a one-dimensional configuration. The emission angle cannot be swept.
一方で、本実施例３では、図１０に示すように、光導波路基板の面外方向に光ビームを出射可能な光出射回路６２を二次元アレー状に配列することで、各入力側光フェーズドアレー素子５５からの光の出射角度を二次元方向に掃引可能であるため、更なる入出力ポートの拡大が可能である。 On the other hand, in the third embodiment, as shown in FIG. 10, by arranging the light emitting circuits 62 capable of emitting a light beam in the out-of-plane direction of the optical waveguide substrate in a two-dimensional array, Since the light emission angle from the array element 55 can be swept in a two-dimensional direction, the input / output ports can be further expanded.
２×２スイッチ １
１×Ｎスイッチ ２
１×Ｎスプリッタ ３、４０
コリメータレンズ付き入力ファイバアレー １１
コリメータレンズ付き出力ファイバアレー １２
偏向素子アレー １３、１４
集光レンズ １５、２９
入力ファイバ ２１、５１
出力ファイバ ２２、５２
ＦＩＦＯ部 ２３、２４、５３、５４
ＳＢＴ ２５、２６
制御電極 ２７、２８
入力導波路 ３０
スラブ導波路 ３１、３４
アレー導波路 ３２、３３
出力導波路 ３５
光フェーズドアレー素子 ５５、５６
光導波路部 ６１
光出射回路 ６２
2 x 2 switch 1
1 x N switch 2
1 x N splitter 3, 40
Input fiber array with collimator lens 11
Output fiber array with collimator lens 12
Deflection element array 13, 14
Condensing lens 15, 29
Input fiber 21, 51
Output fiber 22, 52
FIFO unit 23, 24, 53, 54
SBT 25, 26
Control electrodes 27, 28
Input waveguide 30
Slab waveguide 31, 34
Array waveguide 32, 33
Output waveguide 35
Optical phased array element 55, 56
Optical waveguide part 61
Light emitting circuit 62
Claims (4)
前記入力側ファイバアレーから入力された光をそれぞれ導波するＮ個の第１の光導波路を有する第１の光導波路アレーと、前記第１の光導波路を導波した光を前記導波した光の位相に応じた出射角で出力するＮ個の第１の光フェーズドアレー素子と、を含む第１の光フェーズドアレー部と、
前記第１の光フェーズドアレー部から出力された光が入射され、当該入射角に応じて異なる位置へ集光する集光部と、
前記集光部により集光された光を入力し、前記集光された光の位相に応じて前記集光された光を結像可能な第２の光フェーズドアレー素子と、前記第２の光フェーズドアレー素子で結像された光をそれぞれ導波するＮ個の第２の光導波路を有する第２の光導波路アレーと、を含む第２の光フェーズドアレー部と、
前記第２の光導波路を導波した光を出力するＮ個の出力ファイバを有する出力側ファイバアレーと、
を備えたことを特徴とする光入出力装置。 An input side fiber array having N input fibers;
A first optical waveguide array having N first optical waveguides for guiding light input from the input side fiber array, and light guided through the first optical waveguide; First optical phased array elements including N first optical phased array elements that output at an emission angle corresponding to the phase of
A light collecting unit that receives light output from the first optical phased array unit and collects the light at different positions according to the incident angle;
A second optical phased array element capable of inputting the light condensed by the condensing unit and forming an image of the condensed light according to a phase of the condensed light; and the second light A second optical phased array section including a second optical waveguide array having N second optical waveguides that respectively guide light imaged by the phased array element;
An output side fiber array having N output fibers for outputting light guided through the second optical waveguide;
An optical input / output device comprising:
前記第２の光フェーズドアレー素子は、前記集光部により集光された光を入力し、前記集光された光の位相に応じて前記集光された光を結像可能な第２のアレー導波路部と、前記第２のアレー導波路部で結像された光を合流して前記第２の光導波路に出力する第２のスラブ導波路部と、を含み、
前記光入出力装置は、
前記第１のアレー導波路部上に設けられ、前記第１のアレー導波路部に電流又は電圧を印加する第１の制御電極と、
前記第２のアレー導波路部上に設けられ、前記第２のアレー導波路部に電流又は電圧を印加する第２の制御電極と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光入出力装置。 The first optical phased array element is output from a first slab waveguide section that demultiplexes and outputs light input through the first optical waveguide, and from the first slab waveguide section. A first array waveguide section that inputs the received light and outputs the light at the exit angle,
The second optical phased array element receives a light condensed by the light condensing unit, and a second array capable of forming an image of the condensed light according to the phase of the condensed light. A waveguide section, and a second slab waveguide section that combines the light imaged in the second array waveguide section and outputs the combined light to the second optical waveguide,
The optical input / output device is
A first control electrode provided on the first array waveguide section and applying a current or voltage to the first array waveguide section;
A second control electrode provided on the second array waveguide section and applying a current or voltage to the second array waveguide section;
The optical input / output device according to claim 1, further comprising:
前記第２の光フェーズドアレー素子は、前記集光部により集光された光を入力し、前記集光された光の位相に応じて前記集光された光を結像可能な第２のアレー導波路部と、前記第２のアレー導波路部で結像された光を合流して前記第２の光導波路に出力する第２のスラブ導波路部と、を含み、
前記光入出力装置は、
前記第２のアレー導波路部上に設けられ、前記第２のアレー導波路部に電流又は電圧を印加する制御電極をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光入出力装置。 The first optical phased array element is branched into N pieces by a 1 × N splitter that branches the light input through the first optical waveguide into N pieces, and the 1 × N splitter. A first slab waveguide portion that inputs light, demultiplexes and outputs the light, and a first array waveguide that inputs light output from the first slab waveguide portion and outputs the light at the emission angle. Including
The second optical phased array element receives a light condensed by the light condensing unit, and a second array capable of forming an image of the condensed light according to the phase of the condensed light. A waveguide section, and a second slab waveguide section that combines the light imaged in the second array waveguide section and outputs the combined light to the second optical waveguide,
The optical input / output device is
2. The optical input / output device according to claim 1, further comprising a control electrode provided on the second array waveguide portion and applying a current or a voltage to the second array waveguide portion.
前記第２の光フェーズドアレー素子は、前記第２の光導波路と結合され、グレーティングカプラが二次元アレー状に配列された第２のグレーティングカプラアレーを含み、
前記光入出力装置は、
前記第１のグレーティングカプラアレーに入力される光の位相を制御するための第１の制御電極と、
前記第２のグレーティングカプラアレーに入力される光の位相を制御するための第２の制御電極と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光入出力装置。 The first optical phased array element includes a first grating coupler array coupled to the first optical waveguide and having grating couplers arranged in a two-dimensional array,
The second optical phased array element includes a second grating coupler array coupled to the second optical waveguide and having grating couplers arranged in a two-dimensional array,
The optical input / output device is
A first control electrode for controlling the phase of light input to the first grating coupler array;
A second control electrode for controlling the phase of light input to the second grating coupler array;
The optical input / output device according to claim 1, further comprising:
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