JP3042667B2 - 光マルチチャネルセレクタ - Google Patents
光マルチチャネルセレクタInfo
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- JP3042667B2 JP3042667B2 JP6115317A JP11531794A JP3042667B2 JP 3042667 B2 JP3042667 B2 JP 3042667B2 JP 6115317 A JP6115317 A JP 6115317A JP 11531794 A JP11531794 A JP 11531794A JP 3042667 B2 JP3042667 B2 JP 3042667B2
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
- 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
- G02B6/12021—Comprising cascaded AWG devices; AWG multipass configuration; Plural AWG devices integrated on a single chip
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多数の異なる波長（周
波数）の光をキャリアとする異なる信号光の中から、所
望の光信号を抜き出したり、挿入したりするための光マ
ルチチャネルセレクタに関するものである。
波数）の光をキャリアとする異なる信号光の中から、所
望の光信号を抜き出したり、挿入したりするための光マ
ルチチャネルセレクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光マルチチャネルセレクタとしては、従
来光トランスバーサルフィルタを用いたものが知られて
いる（笹山「光導波路を用いた全光型信号処理フィル
タ」、光学、第２１巻第６号、１９９２年）。図１０，
図１１に光トランスバーサルフィルタの回路構成、およ
び８ｃｈマルチチャネルセレクタの周波数特性（チャネ
ルｆ1 ，ｆ2 ，ｆ5 を抜きだした場合）を示す。図１０
において、参照符号１００〜１１５はそれぞれ可変分岐
器、１２０〜１３５はそれぞれ移相器を示す。図１０の
構成の光マルチチャネルセレクタでは、まず第一に抜き
出された信号以外の残りの信号（図１１の例では、チャ
ネルｆ3 ，ｆ4 ，ｆ6 ，ｆ7 ，ｆ8 ）を利用することが
出来ないという欠点がある。これに加えて、図１０の光
マルチチャネルセレクタでは新たな信号を挿入すること
が出来ない（図１１の例では、チャネルｆ1 ，ｆ2 ，ｆ
5 に新たにｆ3 ，ｆ4 ，ｆ6 ，ｆ7 ，ｆ8 のうちのいず
れかを挿入したい場合にこれが出来ない）という欠点が
ある。
来光トランスバーサルフィルタを用いたものが知られて
いる（笹山「光導波路を用いた全光型信号処理フィル
タ」、光学、第２１巻第６号、１９９２年）。図１０，
図１１に光トランスバーサルフィルタの回路構成、およ
び８ｃｈマルチチャネルセレクタの周波数特性（チャネ
ルｆ1 ，ｆ2 ，ｆ5 を抜きだした場合）を示す。図１０
において、参照符号１００〜１１５はそれぞれ可変分岐
器、１２０〜１３５はそれぞれ移相器を示す。図１０の
構成の光マルチチャネルセレクタでは、まず第一に抜き
出された信号以外の残りの信号（図１１の例では、チャ
ネルｆ3 ，ｆ4 ，ｆ6 ，ｆ7 ，ｆ8 ）を利用することが
出来ないという欠点がある。これに加えて、図１０の光
マルチチャネルセレクタでは新たな信号を挿入すること
が出来ない（図１１の例では、チャネルｆ1 ，ｆ2 ，ｆ
5 に新たにｆ3 ，ｆ4 ，ｆ6 ，ｆ7 ，ｆ8 のうちのいず
れかを挿入したい場合にこれが出来ない）という欠点が
ある。
【０００３】以上のように、従来の光マルチチャネルセ
レクタは多数の異なる周波数の光をキャリアとする異な
る信号光の中から、所望の光信号を抜き出したり、挿入
したりするための機能を充分に果たすことができなかっ
た。
レクタは多数の異なる周波数の光をキャリアとする異な
る信号光の中から、所望の光信号を抜き出したり、挿入
したりするための機能を充分に果たすことができなかっ
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に鑑みて成されたものであり、多数の異なる周波数の
光をキャリアとする異なる信号光の中から、所望の光信
号を抜き出したり、挿入したりする全光信号処理を可能
とし、大容量光通信システムに適した光マルチチャネル
セレクタを実現するものである。
術に鑑みて成されたものであり、多数の異なる周波数の
光をキャリアとする異なる信号光の中から、所望の光信
号を抜き出したり、挿入したりする全光信号処理を可能
とし、大容量光通信システムに適した光マルチチャネル
セレクタを実現するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成する本
発明の構成は、基板上に入力用チャネル導波路と、所定
の導波路長差で順次長くなるように構成されたチャネル
導波路アレイと出力用チャネル導波路、および前記入力
用チャネル導波路とチャネル導波路アレイとを接続する
第１の扇型スラブ導波路と、前記チャネル導波路アレイ
と出力用チャネル導波路とを接続する第２の扇型スラブ
導波路を具えた一対のアレイ導波路格子３対および複数
の２×２光スイッチを具備し、第１対目のアレイ導波路
格子の出力用チャネル導波路は光スイッチの一方の入力
ポートとなり、第２対目および第３対目のアレイ導波路
格子のそれぞれの入力用チャネル導波路は光スイッチの
それぞれの出力ポートをなすように接続されており、光
スイッチの他の入力ポートは外部からの光の入力用チャ
ネル導波路に接続されていることを特徴とする。
発明の構成は、基板上に入力用チャネル導波路と、所定
の導波路長差で順次長くなるように構成されたチャネル
導波路アレイと出力用チャネル導波路、および前記入力
用チャネル導波路とチャネル導波路アレイとを接続する
第１の扇型スラブ導波路と、前記チャネル導波路アレイ
と出力用チャネル導波路とを接続する第２の扇型スラブ
導波路を具えた一対のアレイ導波路格子３対および複数
の２×２光スイッチを具備し、第１対目のアレイ導波路
格子の出力用チャネル導波路は光スイッチの一方の入力
ポートとなり、第２対目および第３対目のアレイ導波路
格子のそれぞれの入力用チャネル導波路は光スイッチの
それぞれの出力ポートをなすように接続されており、光
スイッチの他の入力ポートは外部からの光の入力用チャ
ネル導波路に接続されていることを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明の光マルチチャネルセレクタはアレイ導
波路格子を３対具備し、第１対目のアレイ導波路格子の
出力用チャネル導波路は光スイッチの一方の入力ポート
となり、第２対目および第３対目のアレイ導波路格子の
それぞれの入力用チャネル導波路は光スイッチのそれぞ
れの出力ポートをなすように接続されており、光スイッ
チの他の入力ポートは外部からの光の入力用チャネル導
波路に接続されており、多数の異なる波長（周波数）の
光をキャリアとする異なる信号光の中から、所望の光信
号を抜き出したり、挿入したりすることができる。
波路格子を３対具備し、第１対目のアレイ導波路格子の
出力用チャネル導波路は光スイッチの一方の入力ポート
となり、第２対目および第３対目のアレイ導波路格子の
それぞれの入力用チャネル導波路は光スイッチのそれぞ
れの出力ポートをなすように接続されており、光スイッ
チの他の入力ポートは外部からの光の入力用チャネル導
波路に接続されており、多数の異なる波長（周波数）の
光をキャリアとする異なる信号光の中から、所望の光信
号を抜き出したり、挿入したりすることができる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。
参照して詳細に説明する。
【０００８】図１は、本発明の光マルチチャネルセレク
タの実施例を示し、１６本の入力用チャネル導波路１１
（２１，３１）、所定の導波路長差で順次長くなるよう
に構成されたチャネル導波路アレイ１２（２２，３
２）、出力用チャネル光導波路１３（２３，３３）、お
よび入力用チャネル導波路１１（２１，３１）とチャネ
ル導波路１２（２２，３２）とを接続する第１の扇型ス
ラブ導波路１４（２４，３４）と、チャネル導波路アレ
イ１２（２２，３２）と出力用チャネル導波路１３（２
３，３３）とを接続する第２の扇型スラブ導波路１５
（２５，３５）を具えた一対のアレイ導波路格子が３対
配置されている。それぞれの対の第１，第２の扇型スラ
ブ導波路１４，１５，２４，２５，３４，３５の曲率半
径はＲ＝９．０８ｍｍであり、またチャネル導波路アレ
イ１２，２２，３２における隣接導波路間の所定の導波
路長差はΔＬ＝６３μｍ、チャネル導波路アレイの本数
は１００本である。第１対目のアレイ導波路格子の出力
用チャネル導波路１３は１６個の２×２光スイッチ４１
の一方の入力ポートとなり、第２対目および第３対目の
アレイ導波路格子のそれぞれの入力用チャネル導波路２
１および３１は２×２光スイッチのそれぞれの出力ポー
トをなすように接続されている。さらに、光スイッチの
他の入力ポートは外部からの光の入力用チャネル導波路
４０に接続されている。第１対目のアレイ導波路格子の
入力用チャネル導波路１１はメインの信号入力ポートで
あり、第２対目のアレイ導波路格子の出力用チャネル導
波路２３はメインの信号出力ポート、第３対目のアレイ
導波路格子の出力用チャネル導波路３３は信号抜き出し
用の出力ポート、外部からの光の入力用チャネル導波路
４０は信号挿入用のポートである。４２および４３はそ
れぞれ２×２光スイッチを駆動するためのパッドおよび
ヒータ配線である。
タの実施例を示し、１６本の入力用チャネル導波路１１
（２１，３１）、所定の導波路長差で順次長くなるよう
に構成されたチャネル導波路アレイ１２（２２，３
２）、出力用チャネル光導波路１３（２３，３３）、お
よび入力用チャネル導波路１１（２１，３１）とチャネ
ル導波路１２（２２，３２）とを接続する第１の扇型ス
ラブ導波路１４（２４，３４）と、チャネル導波路アレ
イ１２（２２，３２）と出力用チャネル導波路１３（２
３，３３）とを接続する第２の扇型スラブ導波路１５
（２５，３５）を具えた一対のアレイ導波路格子が３対
配置されている。それぞれの対の第１，第２の扇型スラ
ブ導波路１４，１５，２４，２５，３４，３５の曲率半
径はＲ＝９．０８ｍｍであり、またチャネル導波路アレ
イ１２，２２，３２における隣接導波路間の所定の導波
路長差はΔＬ＝６３μｍ、チャネル導波路アレイの本数
は１００本である。第１対目のアレイ導波路格子の出力
用チャネル導波路１３は１６個の２×２光スイッチ４１
の一方の入力ポートとなり、第２対目および第３対目の
アレイ導波路格子のそれぞれの入力用チャネル導波路２
１および３１は２×２光スイッチのそれぞれの出力ポー
トをなすように接続されている。さらに、光スイッチの
他の入力ポートは外部からの光の入力用チャネル導波路
４０に接続されている。第１対目のアレイ導波路格子の
入力用チャネル導波路１１はメインの信号入力ポートで
あり、第２対目のアレイ導波路格子の出力用チャネル導
波路２３はメインの信号出力ポート、第３対目のアレイ
導波路格子の出力用チャネル導波路３３は信号抜き出し
用の出力ポート、外部からの光の入力用チャネル導波路
４０は信号挿入用のポートである。４２および４３はそ
れぞれ２×２光スイッチを駆動するためのパッドおよび
ヒータ配線である。
【０００９】図２は、２×２光スイッチ部を拡大した図
である。図２（ａ）は２×２光スイッチを構成するマッ
ハ・ツェンダー干渉計の構成図、（ｂ）および（ｃ）は
平面図（ａ）のそれぞれＡ−Ａ′およびＢ−Ｂ′におけ
る拡大断面図である。基板４４の上の石英ガラス光導波
路４５と４６とは互いに２箇所で間隔数μｍにまで近接
し、２個の方向性結合器４７ａ，４７ｂを構成してい
る。方向性結合器の結合率は、結合部の導波路間隔や長
さの調節により５０％に設定されている。２個の方向性
結合器４７ａ，４７ｂの間における光導波路４５，４６
の長さは等しく設定されており、光導波路のクラッド層
４９の上部には、薄膜ヒータ４８ａ，４８ｂが設置され
ている（図２（ｃ））。この光スイッチ要素は、全体と
してマッハツェンダ干渉計を構成しており、薄膜ヒータ
４８ａ，４８ｂに電流を流さないオフ状態では、光導波
路４５の左端から入力した信号光は、光導波路４６の右
端から出力され、光導波路４６の左端から入射した信号
光は、光導波路４５の右端から出力される、いわゆるク
ロスポート状態にある。ところが、薄膜ヒータ４８ａ，
４８ｂのいずれか一方に電流を流し、その下部の光導波
路の温度を上昇させ、熱光学効果により２個の方向性結
合器間にπ（ラディアン）相当の位相差を発生させる
と、光導波路４５の左端から入力した信号光は、そのま
ま光導波路４５の右端から出力され、光導波路４６の左
端から入力した信号光は、そのまま光導波路４６の右端
から出力される、いわゆるスルーポート状態に切り替え
られる。したがって、図１における１６個の２×２光ス
イッチ４１において、薄膜ヒータに電流を流さないオフ
状態では、光スイッチはクロスポート状態にあるので第
１対目のアレイ導波路格子の出力用チャネル導波路１３
から入力した信号光は、第２対目のアレイ導波路格子の
入力用チャネル導波路２１に導かれる。これに対して、
薄膜ヒータに電流を流し、方向性結合器間にπ（ラディ
アン）相当の位相差を発生させると、光スイッチはスル
ーポート状態に切り替えられるので第１対目のアレイ導
波路格子の出力用チャネル導波路１３から入力した信号
光は、第３対目のアレイ導波路格子の入力用チャネル導
波路３１に導かれる。また、薄膜ヒータに電流を流した
スルーポート状態では、外部からの光の入力用チャネル
導波路４０から入力した信号光は、第２対目のアレイ導
波路格子の入力用チャネル導波路２１に導かれるのでメ
インの信号出力ポート２３に外部から信号を挿入できる
ことがわかる。
である。図２（ａ）は２×２光スイッチを構成するマッ
ハ・ツェンダー干渉計の構成図、（ｂ）および（ｃ）は
平面図（ａ）のそれぞれＡ−Ａ′およびＢ−Ｂ′におけ
る拡大断面図である。基板４４の上の石英ガラス光導波
路４５と４６とは互いに２箇所で間隔数μｍにまで近接
し、２個の方向性結合器４７ａ，４７ｂを構成してい
る。方向性結合器の結合率は、結合部の導波路間隔や長
さの調節により５０％に設定されている。２個の方向性
結合器４７ａ，４７ｂの間における光導波路４５，４６
の長さは等しく設定されており、光導波路のクラッド層
４９の上部には、薄膜ヒータ４８ａ，４８ｂが設置され
ている（図２（ｃ））。この光スイッチ要素は、全体と
してマッハツェンダ干渉計を構成しており、薄膜ヒータ
４８ａ，４８ｂに電流を流さないオフ状態では、光導波
路４５の左端から入力した信号光は、光導波路４６の右
端から出力され、光導波路４６の左端から入射した信号
光は、光導波路４５の右端から出力される、いわゆるク
ロスポート状態にある。ところが、薄膜ヒータ４８ａ，
４８ｂのいずれか一方に電流を流し、その下部の光導波
路の温度を上昇させ、熱光学効果により２個の方向性結
合器間にπ（ラディアン）相当の位相差を発生させる
と、光導波路４５の左端から入力した信号光は、そのま
ま光導波路４５の右端から出力され、光導波路４６の左
端から入力した信号光は、そのまま光導波路４６の右端
から出力される、いわゆるスルーポート状態に切り替え
られる。したがって、図１における１６個の２×２光ス
イッチ４１において、薄膜ヒータに電流を流さないオフ
状態では、光スイッチはクロスポート状態にあるので第
１対目のアレイ導波路格子の出力用チャネル導波路１３
から入力した信号光は、第２対目のアレイ導波路格子の
入力用チャネル導波路２１に導かれる。これに対して、
薄膜ヒータに電流を流し、方向性結合器間にπ（ラディ
アン）相当の位相差を発生させると、光スイッチはスル
ーポート状態に切り替えられるので第１対目のアレイ導
波路格子の出力用チャネル導波路１３から入力した信号
光は、第３対目のアレイ導波路格子の入力用チャネル導
波路３１に導かれる。また、薄膜ヒータに電流を流した
スルーポート状態では、外部からの光の入力用チャネル
導波路４０から入力した信号光は、第２対目のアレイ導
波路格子の入力用チャネル導波路２１に導かれるのでメ
インの信号出力ポート２３に外部から信号を挿入できる
ことがわかる。
【００１０】つぎに、図１の本実施例のマルチチャネル
セレクタとしての動作原理について説明する。図３
（ａ），（ｂ）はそれぞれ５×５（入力用、および出力
用チャネル導波路の数がいずれも５の場合）のアレイ導
波路格子マルチプレクサの簡略図、および構成図を示し
たものである。図３（ｂ）において、５本の入力用チャ
ネル導波路５１、所定の導波路長差で順次長くなるよう
に構成されたチャネル導波路アレイ５２、出力用チャネ
ル光導波路５３、および入力用チャネル導波路５１とチ
ャネル導波路アレイと５２を接続する第１の扇型スラブ
導波路５４と、前記チャネル導波路アレイ５２と出力用
チャネル導波路５３とを接続する第２の扇型スラブ導波
路５５は、図１における３対のアレイ格子の動作特性を
説明し易くするために書き直したものである。図３にお
いて、入力用チャネル導波路５１の３番目のポートに周
波数ｆ（波長λ＝ｃ／ｆ）の信号光が入射した場合を考
える。チャネル導波路アレイ５２と第２の扇型スラブ導
波路５５の近傍における光の伝搬の様子は図４に示すよ
うになる。Ｒは、扇型スラブ導波路の半径である。い
ま、（ｑ−１）番目の導波路を伝搬してきた光とｑ番目
の導波路を伝搬してきた光に着目する。チャネル導波路
アレイ５２と第２の扇型スラブ導波路５５との境界Ａ、
およびＢにおける二つの光の位相は、それぞれ次式で与
えられる。
セレクタとしての動作原理について説明する。図３
（ａ），（ｂ）はそれぞれ５×５（入力用、および出力
用チャネル導波路の数がいずれも５の場合）のアレイ導
波路格子マルチプレクサの簡略図、および構成図を示し
たものである。図３（ｂ）において、５本の入力用チャ
ネル導波路５１、所定の導波路長差で順次長くなるよう
に構成されたチャネル導波路アレイ５２、出力用チャネ
ル光導波路５３、および入力用チャネル導波路５１とチ
ャネル導波路アレイと５２を接続する第１の扇型スラブ
導波路５４と、前記チャネル導波路アレイ５２と出力用
チャネル導波路５３とを接続する第２の扇型スラブ導波
路５５は、図１における３対のアレイ格子の動作特性を
説明し易くするために書き直したものである。図３にお
いて、入力用チャネル導波路５１の３番目のポートに周
波数ｆ（波長λ＝ｃ／ｆ）の信号光が入射した場合を考
える。チャネル導波路アレイ５２と第２の扇型スラブ導
波路５５の近傍における光の伝搬の様子は図４に示すよ
うになる。Ｒは、扇型スラブ導波路の半径である。い
ま、（ｑ−１）番目の導波路を伝搬してきた光とｑ番目
の導波路を伝搬してきた光に着目する。チャネル導波路
アレイ５２と第２の扇型スラブ導波路５５との境界Ａ、
およびＢにおける二つの光の位相は、それぞれ次式で与
えられる。
【００１１】
【数１】 φA ＝βC （Ｌ＋ｑΔＬ） （１ａ） φB ＝βC ［Ｌ＋（ｑ−１）ΔＬ］ （１ｂ） ここで、βC およびＬはそれぞれチャネル導波路アレイ
５２における伝搬定数、および最短の導波路の長さであ
る。つぎに、扇型スラブ導波路中に距離Ｒの位置に点Ｐ
をとり、Ａ、およびＢから伝搬する光の位相を求めてみ
よう。スラブ導波路における光の伝搬定数は、チャネル
導波路中の伝搬定数βC とは異なるので、これをβS と
すると、Ａ、およびＢから点Ｐに到る光の位相は次のよ
うに表される。
５２における伝搬定数、および最短の導波路の長さであ
る。つぎに、扇型スラブ導波路中に距離Ｒの位置に点Ｐ
をとり、Ａ、およびＢから伝搬する光の位相を求めてみ
よう。スラブ導波路における光の伝搬定数は、チャネル
導波路中の伝搬定数βC とは異なるので、これをβS と
すると、Ａ、およびＢから点Ｐに到る光の位相は次のよ
うに表される。
【００１２】
【数２】 ψA ＝βS Ｒ （２ａ） ψB ＝βS （Ｒ＋ｄ sinθ） （２ｂ） ただし、ｄはＡとＢの間隔であり、θは直線ＡＰと中心
線との角度である。したがって、チャネル導波路アレイ
５２を通って扇型スラブ導波路５５の点Ｐに到る隣合う
二つの導波路の光の位相差は
線との角度である。したがって、チャネル導波路アレイ
５２を通って扇型スラブ導波路５５の点Ｐに到る隣合う
二つの導波路の光の位相差は
【００１３】
【数３】 Θ＝（φA ＋ψA ）−（φB ＋ψB ） （３） となる。Θ＝２ｍπ（ｍは整数）のとき、光は強め合っ
て干渉する。すなわち
て干渉する。すなわち
【００１４】
【数４】 Θ＝βC ΔＬ−βS ｄ sinθ＝２ｍπ （４） が成り立つとき、チャネル導波路アレイ５２を通った光
は点Ｐに集光する。上式は等価屈折率を用いて表すと次
のようになる。
は点Ｐに集光する。上式は等価屈折率を用いて表すと次
のようになる。
【００１５】
【数５】 ｎC ΔＬ−ｎS ｄ sinθ＝ｍλ （５） ただし、ｎS はスラブ導波路領域の等価屈折率であり
【００１６】
【数６】 ｎS ＝βS ／ｋ （６） である。扇型スラブ導波路５５の中心線上の点Ｏと点Ｐ
との距離をｘm とすると
との距離をｘm とすると
【００１７】
【数７】
【００１８】である。式（７）から、波長λの光が扇型
スラブ導波路５５の中心線上の点Ｏに集光するための条
件は、ｘm ＝０より
スラブ導波路５５の中心線上の点Ｏに集光するための条
件は、ｘm ＝０より
【００１９】
【数８】
【００２０】となる。一例として、λ＝１．５５μｍ
（ｆ＝１９３．５４ＴＨｚ）、ΔＬ＝６３μｍ、ｎC ＝
１．４５１６とするとｍ＝５９である。つぎに、波長が
δλ（＝−λ2 δｆ／ｃ）だけ異なる光が図３のアレイ
導波路格子に入射した場合を考える。この場合、式
（５），（７）より次式が得られる。
（ｆ＝１９３．５４ＴＨｚ）、ΔＬ＝６３μｍ、ｎC ＝
１．４５１６とするとｍ＝５９である。つぎに、波長が
δλ（＝−λ2 δｆ／ｃ）だけ異なる光が図３のアレイ
導波路格子に入射した場合を考える。この場合、式
（５），（７）より次式が得られる。
【００２１】
【数９】
【００２２】ここで、ｎC （λ＋δλ），ｎS （λ＋δ
λ）はそれぞれ、波長（λ＋δλ）の光に対するチャネ
ル導波路、およびスラブ導波路の屈折率であり、（ｘm
＋δｘ）は波長（λ＋δλ）の光が集光する位置であ
る。ここで、式（７），（８），（９）、およびｎS ≫
λ（ｄｎS ／ｄλ）であることを用いると
λ）はそれぞれ、波長（λ＋δλ）の光に対するチャネ
ル導波路、およびスラブ導波路の屈折率であり、（ｘm
＋δｘ）は波長（λ＋δλ）の光が集光する位置であ
る。ここで、式（７），（８），（９）、およびｎS ≫
λ（ｄｎS ／ｄλ）であることを用いると
【００２３】
【数１０】
【００２４】となる。ただし、ＮC は群屈折率であり
【００２５】
【数１１】
【００２６】である。前述のパラメータλ＝１．５５μ
ｍ（ｆ＝１９３．５４ＴＨｚ）、ｎC＝１．４５１６、
ｍ＝５９を用い、さらにΔＬ＝６３μｍ、ｄ＝２０μ
ｍ、Ｒ＝９．０８ｍｍ、ＮC ＝１．４７４８、ｎS ＝
１．４５３６とすると、式（１０）より
ｍ（ｆ＝１９３．５４ＴＨｚ）、ｎC＝１．４５１６、
ｍ＝５９を用い、さらにΔＬ＝６３μｍ、ｄ＝２０μ
ｍ、Ｒ＝９．０８ｍｍ、ＮC ＝１．４７４８、ｎS ＝
１．４５３６とすると、式（１０）より
【００２７】
【数１２】 δｘ＝１．５×１０-16 δｆ （ｍ） （１２） となる。δｆ＝１００ＧＨｚ（δλ＝０．８ｎｍ）のと
きには、上式からδｘ＝１５μｍとなり、１００ＧＨｚ
間隔で周波数の異なる光を分離できることが分かる。
きには、上式からδｘ＝１５μｍとなり、１００ＧＨｚ
間隔で周波数の異なる光を分離できることが分かる。
【００２８】波長λ3 （ｆ3 ＝ｃ／λ3 ）の光が図３の
入力導波路５１の中心ポート３に入射した時、第２の扇
型スラブ導波路５５の中心線上の点Ｏ（出力ポート５３
の中心ポートｃ）に集光するための条件は、式（８）で
与えられることは既に述べた。このときの光の伝搬の様
子は、図５（ａ）に示される。いま、図５（ｂ）に示す
ように波長λ3 の光が入力導波路５１のポート１に入射
した時、第２の扇型スラブ導波路５５においては光は出
力ポート５３のポートｅに集光する。このことは、以下
の様に説明される。まず波長λ3 の光が入力導波路５１
のポート１に入射した時、図５（ｂ）において第１の扇
型スラブ導波路での光の波面と各アレイ導波路の曲率と
がずれているために、各アレイ導波路には位相誤差５６
が誘起される。しかし、第２の扇型スラブ導波路におい
て光が出力ポート５３のポートｅに集光する場合には、
前述の位相誤差５６を完全に相殺する位相誤差５７が各
アレイ導波路に付加される。すなわち、波長λ3 の光が
入力導波路５１のポート１に入射した時には、出力ポー
ト５３のポートｅに出力されることになる。以上の関係
をまとめたのが図６であり、波長λ1 〜λ5 の光が図３
の入力導波路５１のそれぞれのポート１〜５に入射した
時、出力ポート５３のａ〜ｅのどのポートに集光するか
を表している。
入力導波路５１の中心ポート３に入射した時、第２の扇
型スラブ導波路５５の中心線上の点Ｏ（出力ポート５３
の中心ポートｃ）に集光するための条件は、式（８）で
与えられることは既に述べた。このときの光の伝搬の様
子は、図５（ａ）に示される。いま、図５（ｂ）に示す
ように波長λ3 の光が入力導波路５１のポート１に入射
した時、第２の扇型スラブ導波路５５においては光は出
力ポート５３のポートｅに集光する。このことは、以下
の様に説明される。まず波長λ3 の光が入力導波路５１
のポート１に入射した時、図５（ｂ）において第１の扇
型スラブ導波路での光の波面と各アレイ導波路の曲率と
がずれているために、各アレイ導波路には位相誤差５６
が誘起される。しかし、第２の扇型スラブ導波路におい
て光が出力ポート５３のポートｅに集光する場合には、
前述の位相誤差５６を完全に相殺する位相誤差５７が各
アレイ導波路に付加される。すなわち、波長λ3 の光が
入力導波路５１のポート１に入射した時には、出力ポー
ト５３のポートｅに出力されることになる。以上の関係
をまとめたのが図６であり、波長λ1 〜λ5 の光が図３
の入力導波路５１のそれぞれのポート１〜５に入射した
時、出力ポート５３のａ〜ｅのどのポートに集光するか
を表している。
【００２９】本発明の実施例の光マルチチャネルセレク
タの作製は、石英系光導波路を用いて行った。まず、Ｓ
ｉ基板４４上に火炎堆積法によってＳｉＯ2 下部クラッ
ド層を堆積し、次にＧｅＯ2 をドーパントとして添加し
たＳｉＯ2 ガラスのコア層を堆積した後に、電気炉で透
明ガラス化した。次に、前記設計に基づく図１に示すよ
うなパターンを用いてコア層をエッチングしてコア部を
作製した。最後に、再びＳｉＯ2 上部クラッド層を堆積
し、さらに所定の光導波路上に薄膜ヒータおよび電気配
線を蒸着した。
タの作製は、石英系光導波路を用いて行った。まず、Ｓ
ｉ基板４４上に火炎堆積法によってＳｉＯ2 下部クラッ
ド層を堆積し、次にＧｅＯ2 をドーパントとして添加し
たＳｉＯ2 ガラスのコア層を堆積した後に、電気炉で透
明ガラス化した。次に、前記設計に基づく図１に示すよ
うなパターンを用いてコア層をエッチングしてコア部を
作製した。最後に、再びＳｉＯ2 上部クラッド層を堆積
し、さらに所定の光導波路上に薄膜ヒータおよび電気配
線を蒸着した。
【００３０】作製したマルチチャネルセレクタ（構成は
図１と同じ）の入力用導波路１１の中心（第８番目）ポ
ートに波長多重された信号光λ1 〜λ16を入射したと
き、すべての２×２光スイッチ４１がオフ状態（クロ
スポート状態）のときには、出力導波路１３で分波され
たλ1 〜λ16の信号光はすべて第２対目のアレイ導波路
格子の入力用チャネル導波路２１に導かれ、図６の関係
によってλ1 〜λ16の信号光は第２対目のアレイ格子の
出力用導波路２３の第８番目の出力ポートに導かれる。
このときの、波長特性を示したのが図７である。
図１と同じ）の入力用導波路１１の中心（第８番目）ポ
ートに波長多重された信号光λ1 〜λ16を入射したと
き、すべての２×２光スイッチ４１がオフ状態（クロ
スポート状態）のときには、出力導波路１３で分波され
たλ1 〜λ16の信号光はすべて第２対目のアレイ導波路
格子の入力用チャネル導波路２１に導かれ、図６の関係
によってλ1 〜λ16の信号光は第２対目のアレイ格子の
出力用導波路２３の第８番目の出力ポートに導かれる。
このときの、波長特性を示したのが図７である。
【００３１】つぎに、マルチチャネルセレクタの入力用
導波路１１の中心（第８番目）ポートに波長多重された
信号光λ1 〜λ16を入射したとき、２×２光スイッチ
４１において、λ4 ，λ8 ，λ10の信号波長に対応する
左から４番目、８番目、１０番目の光スイッチの薄膜ヒ
ータに電流を流しオン状態（スルーポート状態）にする
と、λ4 ，λ8 ，λ10の信号のみは第３対目のアレイ導
波路格子の入力用チャネル導波路３１に導かれるので、
図６の関係によってλ4 ，λ8 ，λ10の信号光は第３対
目のアレイ格子の出力用導波路３３の第８番目の出力ポ
ートに導かれる。このときの、波長特性を示したのが図
８である。このとき、第２対目のアレイ格子の出力用導
波路２３の第８番目の出力ポートにはλ4 ，λ8 ，λ10
以外の信号光が導かれる。このときの、波長特性を示し
たのが図９である。さらに、第３対目のアレイ格子の出
力用導波路３３の第８番目の出力ポートに導かれたλ
4 ，λ8 ，λ10の信号光は適当な信号処理をした後に、
信号挿入用ポート４０の左から４番目、８番目、１０番
目のポートに入射することによって、スルーポート状態
の光スイッチを通って第２対目のアレイ格子の入力用導
波路２１からの出力用導波路２３の第８番目のメインの
信号出力ポートに挿入することができる。
導波路１１の中心（第８番目）ポートに波長多重された
信号光λ1 〜λ16を入射したとき、２×２光スイッチ
４１において、λ4 ，λ8 ，λ10の信号波長に対応する
左から４番目、８番目、１０番目の光スイッチの薄膜ヒ
ータに電流を流しオン状態（スルーポート状態）にする
と、λ4 ，λ8 ，λ10の信号のみは第３対目のアレイ導
波路格子の入力用チャネル導波路３１に導かれるので、
図６の関係によってλ4 ，λ8 ，λ10の信号光は第３対
目のアレイ格子の出力用導波路３３の第８番目の出力ポ
ートに導かれる。このときの、波長特性を示したのが図
８である。このとき、第２対目のアレイ格子の出力用導
波路２３の第８番目の出力ポートにはλ4 ，λ8 ，λ10
以外の信号光が導かれる。このときの、波長特性を示し
たのが図９である。さらに、第３対目のアレイ格子の出
力用導波路３３の第８番目の出力ポートに導かれたλ
4 ，λ8 ，λ10の信号光は適当な信号処理をした後に、
信号挿入用ポート４０の左から４番目、８番目、１０番
目のポートに入射することによって、スルーポート状態
の光スイッチを通って第２対目のアレイ格子の入力用導
波路２１からの出力用導波路２３の第８番目のメインの
信号出力ポートに挿入することができる。
【００３２】なお本発明の光マルチチャネルセレクタ
は、ガラス導波路に限らず半導体光導波路、ＬｉＮｂＯ
3 光導波路、およびポリマー光導波路等を用いても実現
できることは明かである。
は、ガラス導波路に限らず半導体光導波路、ＬｉＮｂＯ
3 光導波路、およびポリマー光導波路等を用いても実現
できることは明かである。
【００３３】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明の光マルチチャネルセレクタは多数の
異なる波長（周波数）の光をキャリアとする異なる信号
光の中から、所望の光信号を抜き出したり、挿入したり
することができる。従って、光信号を電気信号に変換す
ることなく各種の信号処理を行うことができ、大容量・
長距離光通信において大きな利点を有する。
たように、本発明の光マルチチャネルセレクタは多数の
異なる波長（周波数）の光をキャリアとする異なる信号
光の中から、所望の光信号を抜き出したり、挿入したり
することができる。従って、光信号を電気信号に変換す
ることなく各種の信号処理を行うことができ、大容量・
長距離光通信において大きな利点を有する。
【図１】本発明の光マルチチャネルセレクタの実施例を
示す図である。
示す図である。
【図２】２×２光スイッチを構成する熱光学式光スイッ
チ要素の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）および
（ｃ）は平面図（ａ）のそれぞれＡ−Ａ′およびＢ−
Ｂ′における拡大断面図である。
チ要素の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）および
（ｃ）は平面図（ａ）のそれぞれＡ−Ａ′およびＢ−
Ｂ′における拡大断面図である。
【図３】図１の実施例のマルチチャネルセレクタとして
の動作原理について説明するための図であり、５×５
（入力用、および出力用チャネル導波路の数がいずれも
５の場合）のアレイ導波路格子マルチプレクサの（ａ）
簡略図、および（ｂ）構成図を示したものである。
の動作原理について説明するための図であり、５×５
（入力用、および出力用チャネル導波路の数がいずれも
５の場合）のアレイ導波路格子マルチプレクサの（ａ）
簡略図、および（ｂ）構成図を示したものである。
【図４】チャネル導波路アレイと第２の扇型スラブ導波
路の近傍における光の伝搬の様子を示す図である。
路の近傍における光の伝搬の様子を示す図である。
【図５】光の伝搬の様子を示す図であり、（ａ）は、波
長λ3 （ｆ3 ＝ｃ／λ3 ）の光が図３の入力導波路５１
の中心ポート３に入射した時、第２の扇型スラブ導波路
５５の中心線上の点Ｏ（出力ポート５３の中心ポート
ｃ）に集光する様子を示す図、（ｂ）は、波長λ3 （ｆ
3 ＝ｃ／λ3 ）の光が図３の入力導波路５１の周辺ポー
ト１に入射した時、第２の扇型スラブ導波路５５の出力
ポート５３の周辺ポートｅに集光する様子を示す図であ
る。
長λ3 （ｆ3 ＝ｃ／λ3 ）の光が図３の入力導波路５１
の中心ポート３に入射した時、第２の扇型スラブ導波路
５５の中心線上の点Ｏ（出力ポート５３の中心ポート
ｃ）に集光する様子を示す図、（ｂ）は、波長λ3 （ｆ
3 ＝ｃ／λ3 ）の光が図３の入力導波路５１の周辺ポー
ト１に入射した時、第２の扇型スラブ導波路５５の出力
ポート５３の周辺ポートｅに集光する様子を示す図であ
る。
【図６】波長λ1 〜λ5 の光が図３の入力導波路５１の
それぞれのポート１〜５に入射した時、出力ポート５３
のａ〜ｅのどのポートに集光するかを表す図である。
それぞれのポート１〜５に入射した時、出力ポート５３
のａ〜ｅのどのポートに集光するかを表す図である。
【図７】図１のマルチチャネルセレクタの入力用導波路
１１の中心（第８番目）ポートに波長多重された信号光
λ1 〜λ16を入射し、かつすべての２×２光スイッチ４
１がオフ状態（クロスポート状態）のときの特性を示す
図であり、出力導波路１３で分波されたλ1 〜λ16の信
号光はすべて第２対目のアレイ導波路格子の入力用チャ
ネル導波路２１に導かれ、図６の関係によってλ1 〜λ
16の信号光はすべて第２対目のアレイ格子の出力用導波
路２３の第８番目の出力ポートに導かれている。
１１の中心（第８番目）ポートに波長多重された信号光
λ1 〜λ16を入射し、かつすべての２×２光スイッチ４
１がオフ状態（クロスポート状態）のときの特性を示す
図であり、出力導波路１３で分波されたλ1 〜λ16の信
号光はすべて第２対目のアレイ導波路格子の入力用チャ
ネル導波路２１に導かれ、図６の関係によってλ1 〜λ
16の信号光はすべて第２対目のアレイ格子の出力用導波
路２３の第８番目の出力ポートに導かれている。
【図８】図１のマルチチャネルセレクタの入力用導波路
１１の中心（第８番目）ポートに波長多重された信号光
λ1 〜λ16を入射し、かつ２×２光スイッチ４１におい
て、λ4 ，λ8 ，λ10の信号波長に対応する左から４番
目、８番目、１０番目の光スイッチの薄膜ヒータに電流
を流しオン状態（スルーポート状態）にしたときの特性
を示す図であり、λ4 ，λ8 ，λ10の信号のみは第３対
目のアレイ導波路格子の入力用チャネル導波路３１に導
かれるので、図６の関係によってλ4 ，λ8 ，λ10の信
号光は第３対目のアレイ格子の出力用導波路３３の第８
番目の出力ポートに導かれている。
１１の中心（第８番目）ポートに波長多重された信号光
λ1 〜λ16を入射し、かつ２×２光スイッチ４１におい
て、λ4 ，λ8 ，λ10の信号波長に対応する左から４番
目、８番目、１０番目の光スイッチの薄膜ヒータに電流
を流しオン状態（スルーポート状態）にしたときの特性
を示す図であり、λ4 ，λ8 ，λ10の信号のみは第３対
目のアレイ導波路格子の入力用チャネル導波路３１に導
かれるので、図６の関係によってλ4 ，λ8 ，λ10の信
号光は第３対目のアレイ格子の出力用導波路３３の第８
番目の出力ポートに導かれている。
【図９】図８の条件下における第２対目のアレイ格子の
出力用導波路２３の第８番目の出力ポートの特性を示す
図であり、λ1 〜λ16の信号光の中でλ4 ，λ8 ，λ10
以外の信号光が導かれている。
出力用導波路２３の第８番目の出力ポートの特性を示す
図であり、λ1 〜λ16の信号光の中でλ4 ，λ8 ，λ10
以外の信号光が導かれている。
【図１０】光トランスバーサルフィルタを用いた従来の
光マルチチャネルセレクタの回路構成を示す図である。
光マルチチャネルセレクタの回路構成を示す図である。
【図１１】図１０の８ｃｈマルチチャネルセレクタの周
波数特性（チャネルｆ1 ，ｆ2 ，ｆ5 を抜きだした場
合）を示す図である。
波数特性（チャネルｆ1 ，ｆ2 ，ｆ5 を抜きだした場
合）を示す図である。
１１ 入力用チャネル導波路 １２ チャネル導波路アレイ １３ 出力用チャネル光導波路 １４ 入力用チャネル導波路１１とチャネル導波路アレ
イ１２とを接続する第１の扇型スラブ導波路 １５ チャネル導波路アレイ１２と出力用チャネル導波
路１３とを接続する第２の扇型スラブ導波路 ２１ 入力用チャネル導波路 ２２ チャネル導波路アレイ ２３ 出力用チャネル光導波路 ２４ 入力用チャネル導波路２１とチャネル導波路アレ
イ２２とを接続する第１の扇型スラブ導波路 ２５ チャネル導波路アレイ２２と出力用チャネル導波
路２３とを接続する第２の扇型スラブ導波路 ３１ 入力用チャネル導波路 ３２ チャネル導波路アレイ ３３ 出力用チャネル光導波路 ３４ 入力用チャネル導波路３１とチャネル導波路アレ
イ３２とを接続する第１の扇型スラブ導波路 ３５ チャネル導波路アレイ３２と出力用チャネル導波
路３３とを接続する第２の扇型スラブ導波路 ４０ 外部からの光信号挿入用のポート ４１ ２×２光スイッチ ４２ 光スイッチを駆動するための電極パッド ４３ 光スイッチを駆動するための薄膜ヒータ ４４ 基板 ４５，４６ 光導波路 ４７ａ，４７ｂ 方向性結合器 ４８ａ，４８ｂ 薄膜ヒータ ４９ クラッド層 ５１ 入力用チャネル導波路 ５２ チャネル導波路アレイ ５３ 出力用チャネル光導波路 ５４ 入力用チャネル導波路５１とチャネル導波路アレ
イ５２とを接続する第１の扇型スラブ導波路 ５５ チャネル導波路アレイ５２と出力用チャネル導波
路５３とを接続する第２の扇型スラブ導波路 １００〜１１５ 可変分岐器 １２０〜１３５ 移相器
イ１２とを接続する第１の扇型スラブ導波路 １５ チャネル導波路アレイ１２と出力用チャネル導波
路１３とを接続する第２の扇型スラブ導波路 ２１ 入力用チャネル導波路 ２２ チャネル導波路アレイ ２３ 出力用チャネル光導波路 ２４ 入力用チャネル導波路２１とチャネル導波路アレ
イ２２とを接続する第１の扇型スラブ導波路 ２５ チャネル導波路アレイ２２と出力用チャネル導波
路２３とを接続する第２の扇型スラブ導波路 ３１ 入力用チャネル導波路 ３２ チャネル導波路アレイ ３３ 出力用チャネル光導波路 ３４ 入力用チャネル導波路３１とチャネル導波路アレ
イ３２とを接続する第１の扇型スラブ導波路 ３５ チャネル導波路アレイ３２と出力用チャネル導波
路３３とを接続する第２の扇型スラブ導波路 ４０ 外部からの光信号挿入用のポート ４１ ２×２光スイッチ ４２ 光スイッチを駆動するための電極パッド ４３ 光スイッチを駆動するための薄膜ヒータ ４４ 基板 ４５，４６ 光導波路 ４７ａ，４７ｂ 方向性結合器 ４８ａ，４８ｂ 薄膜ヒータ ４９ クラッド層 ５１ 入力用チャネル導波路 ５２ チャネル導波路アレイ ５３ 出力用チャネル光導波路 ５４ 入力用チャネル導波路５１とチャネル導波路アレ
イ５２とを接続する第１の扇型スラブ導波路 ５５ チャネル導波路アレイ５２と出力用チャネル導波
路５３とを接続する第２の扇型スラブ導波路 １００〜１１５ 可変分岐器 １２０〜１３５ 移相器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/01 - 1/035 G02F 1/29 - 1/313 G02B 6/12 G02B 6/28 G02B 6/34 H04J 14/00 - 14/02
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に入力用チャネル導波路と、所定
の導波路長差で順次長くなるように構成されたチャネル
導波路アレイと出力用チャネル導波路、および前記入力
用チャネル導波路とチャネル導波路アレイとを接続する
第１の扇型スラブ導波路と、前記チャネル導波路アレイ
と出力用チャネル導波路とを接続する第２の扇型スラブ
導波路を具えた一対のアレイ導波路格子３対および複数
の２×２光スイッチを具備し、第１対目のアレイ導波路
格子の出力用チャネル導波路は光スイッチの一方の入力
ポートとなり、第２対目および第３対目のアレイ導波路
格子のそれぞれの入力用チャネル導波路は光スイッチの
それぞれの出力ポートをなすように接続されており、光
スイッチの他の入力ポートは外部からの光の入力用チャ
ネル導波路に接続されていることを特徴とする光マルチ
チャネルセレクタ。 - 【請求項２】 前記導波路がガラス光導波路であり、前
記光スイッチが熱光学式スイッチであることを特徴とす
る請求項１記載の光マルチチャネルセレクタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6115317A JP3042667B2 (ja) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | 光マルチチャネルセレクタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6115317A JP3042667B2 (ja) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | 光マルチチャネルセレクタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07318987A JPH07318987A (ja) | 1995-12-08 |
| JP3042667B2 true JP3042667B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=14659616
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6115317A Expired - Fee Related JP3042667B2 (ja) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | 光マルチチャネルセレクタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3042667B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3039347B2 (ja) * | 1995-12-27 | 2000-05-08 | 日立電線株式会社 | スイッチング機能を備えた光部品及びそれに使用する導波路型フィルタ |
| KR100390330B1 (ko) * | 2001-08-17 | 2003-07-04 | 한국전자통신연구원 | 광 스위칭 소자 |
| JP4748514B2 (ja) * | 2005-07-29 | 2011-08-17 | 古河電気工業株式会社 | 波長選択スイッチ |
| WO2023248425A1 (ja) * | 2022-06-23 | 2023-12-28 | 日本電信電話株式会社 | 光信号処理装置 |
-
1994
- 1994-05-27 JP JP6115317A patent/JP3042667B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07318987A (ja) | 1995-12-08 |
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