JP3044180B2 - 光周波数トランスレータ - Google Patents
光周波数トランスレータInfo
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Description
し、特に、この光通信システムに用いられる光周波数ト
ランスレータに関する。
光学的伝送ノード、光ファイバ導波路等からなるネット
ワークを介して、光学形態で情報を伝送することにより
増加してきた。高容量の光通信システムは、通信システ
ムにおいて、多くの光信号が光ネットワークの要素内で
周波数多重化される必要がある。このようなシステムの
重要な構成要素としては、光周波数トランスレータがあ
り、これは、様々な信号処理の目的のために採用されて
いる。光周波数トランスレータは、データ信号を維持し
ながら、光周波数信号をシフトすることができる。光通
信システムにおいては、光周波数トランスレータは、光
波長分割多重化クロスコネクトスイッチに用いられてい
る。
は、可調DBR、あるいは、光ゲイン部分、あるいは、
可飽和アブソーバを有するY型ブランチレーザからな
る。しかし、これらの装置の性能は、同調スピード、周
波数選択性、同調範囲の観点からは制限されたものであ
る。さらにまた、これらの従来の装置は、比較的高価で
ある。
目的は、同調速度、周波数選択性、あるいは、同調範囲
の観点から、比較的低価格で構成が単純な光周波数トラ
ンスレータを提供することである。
ランスレータは、幅広いゲインバンド幅を有する光集積
回路上に形成される。このような本発明の光周波数トラ
ンスレータは、光通信システムに用いられる従来のトラ
ンスレータよりも低価格である。
サを用いて、周波数トランスレータを形成できること
を、本発明者は発見した。このような装置の例として
は、米国特許第5,002,350号と第5,136,
671号とがある。本発明の一実施例による光周波数ト
ランスレータは、レーザキャビティを形成する二つの反
射面の間上の半導体ウェハ上に形成される周波数ルーテ
ィング装置からなる。この周波数ルーティング装置の導
波路は、それぞれの導波路を介して流れる光エネルギー
を阻止するゲートとして、あるいは、それぞれの導波路
を流れる光エネルギーを増幅するゲイン付与素子とし
て、選択的に動作する集積光増幅器を有する。光増幅器
の一つがバイアス電流により活性化されると、この電流
により生成された光エネルギーは、入力信号の光エネル
ギーと共に動作して、反射面の間でレーザ動作が発生す
る。このレーザ動作は、活性化された光学増幅器により
規定される所定パス長に沿って発生する。この特定パス
内のレーザ動作は、特定の選択された周波数で支持され
る。この特定周波数は、入力信号がそれにトランスレー
トされるべき周波数である。入力導波路が入力信号をレ
ーザキャビティに注入するよう配置されている。個別の
出力導波路が提供されている。別法として、入力信号と
出力信号は、同一の導波路上に伝送される。例えば、可
飽和アブソーバのようなゲイン部材がレーザキャビティ
内に配置されて、入力導波路を周波数ルーティング装置
に光学的に結合する。
を表す図である。この周波数トランスレータは、周波数
選択性を光信号を搬送する複数の導波路に与える周波数
ルーティングデバイスと、光増幅と、レーザ発振を行う
複数の光学活性部分とからなる。この構造体は、半導体
ウェハ上にもモノリシカルに集積することができる。こ
れらの構造体は、公知の光リソグラフ技術によって形成
できる。
ば、InGaAsPのような材料製である。N×N周波
数ルーティングデバイス12は、半導体ウェハ10上に
形成されている。入力導波路4は、半導体ウェハ10に
形成された第1へき開面20から入射されて、出力導波
路8に方向性カプラ6を介して結合されている。この出
力導波路8は、第1へき開面20を介してゲイン部材1
8に結合されている。このゲイン部材18は、可飽和ア
ブソーバ、あるいは、光増幅器である。導波路14の一
端はゲイン部材18に、他端はN×N周波数ルーティン
グデバイス12の一端に接続されている。複数の導波路
161、162、...、16Nは、N×N周波数ルーテ
ィングデバイス12の多端に接続されている。複数の光
増幅器221、222、...、22Nは、複数の導波路
161、162、...、16Nの一つを半導体ウェハ1
0上に形成された第2へき開面24に接続している。こ
の二つの第1へき開面20と第2へき開面24は、少な
くとも部分的に反射ミラーからなり、そこでレーザ発振
が行われる同調キャビティを規定する。第2へき開面2
4は、高反射表面であるが、一方、第1へき開面20
は、部分反射表面であり、その結果、ゲイン部材18上
の出力信号は、そこを介して伝送される。ゲート制御回
路25は、バイアス電流を選択的に光増幅器の所定の一
つに提供する。
する導波路のドープ領域を有する。このドーピングは、
適宜構成された半導体接合領域が、各光増幅器内に規定
されるように行われる。これらの領域は、電気エネルギ
ーがこれらの領域に加わることにより、光学エネルギー
のフローに対し透過性となり、さらにまた、そこを流れ
る光学信号に対し、ある程度のゲインを与えるという観
点から光学的に活性状態である。レーザ発振しきい値以
上の電気バイアス電流が加えられると、レーザ発振が開
始される。導波路のこれらのドープ領域は、電流がかけ
られていない場合には、光は、不透過である。かくし
て、これらのドープ領域は、減衰器、あるいは、光学増
幅器であり、これは、電気エネルギーによりそれらが励
起されたか否かに依存して決定される。図1の半導体ウ
ェハ10のこのドープ領域の形成の詳細な方法は公知で
あるので、これについては、これ以上触れない。
定の一つにバイアス電流を選択的にかけることにより、
N×N周波数ルーティングデバイス12の動作に起因す
る第1へき開面20と第2へき開面24との間に周波数
選択性の光学パスが形成される。周波数発振しきい値以
上のバイアス電流を光学増幅器の一つにかけることによ
り、周波数選択性光学パスで支持される周波数でレーザ
発振が行われる。バイアス電流がかけられない光増幅器
は、そこを流れる光エネルギーの伝送に対しては不透過
のままである。
2は、導波路161に現れ、N×N周波数ルーティング
デバイス12の方向に向かって流れる周波数F1を有す
る光信号は、導波路14の方向に向けられるよう構成さ
れている。導波路162の上に現れ、N×N周波数ルー
ティングデバイス12の方向に向けられた周波数F2を
有する光信号も同様に、導波路14上に現れる。一般的
に、導波路16iの上に現れ、N×N周波数ルーティン
グデバイス12の方向に流れる周波数Fiを有する光信
号は、導波路14の方向にN×N周波数ルーティングデ
バイス12により向けられる。同様に、周波数ルーティ
ングデバイスの対称構成により、導波路14上に現れ、
N×N周波数ルーティングデバイス12の方向に流れる
周波数Fiの光信号は、導波路16iに向けられる。
Nは、バイアス電流により開けられるゲートとして用い
られる。これらのゲートが10〜20mAの電流でバイ
アスされると、これらゲートは、バイアス電流のレベル
に応じて、ある程度のゲインでもって光学的に透明とな
る。この光増幅器は、ゼロバイアス電流では、高い光学
的損失性を有する。光増幅器221、222、...、2
2Nの一つがバイアスされると、それは、光学的に透明
となるが、残りの光増幅器221、222、...、22
Nは、バイアスされずにそこに到達する光を吸収する。
ゲイン部材18が光学的に透過状態であるとすると、光
増幅器221、222、...、22Nの一つにバイアス
電流がかけられると、レーザ発振のために、ミラー間の
透明なルートが規定される。このルートに沿って、定在
波がこのルートのパスバンド内の周波数にわたって保持
される。このパスバンド外の周波数は、損失性のバイア
スされない光増幅器によって抑制される。レーザ発振
は、ファブリペローモードで起こり、その周波数は、パ
スバンドの最大値に最も近いものである。ファブリペロ
ーモードの隣接波長は、適宜の回路設計により調整され
たパスバンド選択性により抑制される。
の本発明の実施例における周波数トランスレータの動作
について次に説明する。データビットDの周波数F1を
有する入力信号を、異なる周波数、例えばF2で、デー
タビットDに変換する場合、バイアス電流がレーザキャ
ビティのしきいレベルより若干高く、光増幅器222に
かけられる。このゲイン部材18は、まず最初の状態で
は、ポンプされておらず、ほぼ不透過である。入力信号
の光学データビットが、この装置に入力導波路4を介し
て注入されると、出力導波路8に方向性カプラ6を介し
て結合される。すると、このゲイン部材18は飽和し、
透明状態になり、かくして、レーザ動作が周波数F2で
発生する。かくして、データビットDは、周波数F2に
変換され、これが出力導波路8に向けられる。したがっ
て、入力信号は、周波数F1、F2、...、FNのいか
なる周波数に対しても、光増幅器221、2
22、...、22Nの適当なものに適宜バイアスするこ
とにより変換することができる。
ついても、前述の実施例と同様に動作する。しかし、こ
の場合、ゲイン部材18はバイアスされており、その結
果、入力信号により光増幅器のゲインが減少するので、
新たに変換された周波数における出力信号は、入力信号
の論理コンプリメント(logical complement)である。
は、ゲイン部材18により吸収されなかったいかなる残
留入力信号も、光学的に不透過な光増幅器221、2
22、...、22Nの一つにより吸収される点である。
例えば、周波数F1の入力信号が、周波数F2の信号に変
換されるような上記の実施例においては、いかなる残留
入力信号も、光増幅器221により吸収される。それ
は、ゼロ、または、ゼロ近傍の電流でバイアスされてい
るからである。その結果、残留信号をフィルタで除去す
る必要がない。
高反射性であるのに対し、一方、第1へき開面20は、
部分反射性で、その結果、入力信号は、そこを透過す
る。高反射率は、表面を反射防止コーティングでコーテ
ィングすることにより達成できる。本発明の他の実施例
においては、この第1へき開面20は、高反射性である
が、ただし、出力導波路8の近傍を除いて高反射性であ
る。これは、第1へき開面20の一部を反射防止コーテ
ィングによりコーティングすることにより達成できる。
別法として、入力導波路が第1へき開面20を介してで
はなく、横表面21と23の一つを介してレーザキャビ
ティに入ることもできる。この場合、第1へき開面20
の全体は、高反射性である。入力信号が向けられる表面
にも拘らず、ゲイン部分は、入力導波路4に具備され、
それが方向性カプラ6に到達する前に入力信号を増加さ
せることができる。
路4を取り除き、その入力信号と出力信号を同一の出力
導波路8の上に向けることもできる。
ィングデバイス12の関連詳細図である。この周波数ル
ーティングデバイスは、自由空間領域28に接続された
複数の入力導波路26を有する。複数の出力導波路30
が自由空間領域28から延びて、光学グレーティング3
2に接続されている。この光学グレーティング32は、
複数の不等長の導波路を有し、これにより、この導波路
が出力導波路30と他の自由空間領域36に接続された
応答する複数の入力導波路34との間に所定のパス長差
を提供する。この自由空間領域36は、複数の出力導波
路38に接続されている。これらの周波数ルーティング
デバイスは、光周波数のマルチプレクサ、および、デマ
ルチプレクサとして動作することができる。これらの構
成方法と動作の詳細については、前掲の米国特許に開示
されている。図1のN×N周波数ルーティングデバイス
12の場合には、入力導波路26の一つは、導波路14
に接続されている。複数の自由空間領域28が図1の装
置の導波路161、162、...、16Nに接続されて
いる。
で、周波数の分離と増幅が可能である。
ック図。
を表す図。
Claims (15)
- 【請求項1】 (A)半導体ウェハに形成されたレーザ
キャビティ(23、24)と、 (B)前記レーザキャビティ内に形成された周波数ルー
ティングデバイス(12)と、 (C)前記レーザキャビティ内に形成された複数の周波
数選択性パス(16)と、 (D)前記周波数選択性パスの所定の一つを光学エネル
ギーによって選択的に活性化する手段と、からなること
を特徴とする光周波数トランスレータ。 - 【請求項2】 (E)前記周波数選択性パス内に形成さ
れた複数の光学増幅器(22)をさらに有することを特
徴とする請求項1のトランスレータ。 - 【請求項3】 (F)前記レーザキャビティ内に、入力
信号を注入する入力導波路(4)と、 (G)前記入力導波路を前記周波数ルーティングデバイ
ス(12)に光学的に結合するゲイン部材(18)と、
をさらに有することを特徴とする請求項2のトランスレ
ータ。 - 【請求項4】 前記(G)のゲイン部材は、光学増幅器
か過飽和アブソーバの何れかであることを特徴とする請
求項3のトランスレータ。 - 【請求項5】 前記(F)の入力導波路は、出力導波路
としても機能することを特徴とする請求項4のトランス
レータ。 - 【請求項6】 (H1)前記ゲイン部材に接続され、前
記レーザキャビティから出力信号を伝送する出力導波路
(8)と、 (H2)前記入力導波路を前記ゲイン部材に光学的に結
合する方向性カプラ(6)とをさらに有することを特徴
とする請求項4のトランスレータ。 - 【請求項7】 (A)半導体ウェハに形成されたレーザ
キャビティ(20、24)と、 (B)前記レーザキャビティ内に形成された入力と複数
の出力とを有する周波数ルーティングデバイス(12)
と、 (C)各々が前記複数の出力の一つに接続された複数の
光学増幅器(22)と、 (F)光学信号をレーザキャビティを介して伝送する入
力導波路(4)と、 (G)前記レーザキャビティ内に配置され、前記入力導
波路を前記周波数ルーティングデバイスに光学的に結合
するゲイン部材(18)とからなることを特徴とする光
周波数トランスレータ。 - 【請求項8】 (I)前記ゲイン部材に接続された出力
導波路(8)をさらに有することを特徴とする請求項7
のトランスレータ。 - 【請求項9】 (J)前記入力導波路(4)を前記ゲイ
ン部材に光学的に結合する方向性カプラ(6)をさらに
有することを特徴とする請求項8のトランスレータ。 - 【請求項10】 前記(G)のゲイン部材は、過飽和ア
ブソーバであることを特徴とする請求項9のトランスレ
ータ。 - 【請求項11】 前記(G)のゲイン部材は、光学増幅
器であることを特徴とする請求項9のトランスレータ。 - 【請求項12】 (K)光学増幅器(22)を選択的に
活性化する制御回路(25)をさらに有することを特徴
とする請求項9のトランスレータ。 - 【請求項13】 前記周波数ルーティングデバイスは、 (L)少なくとも一つの入力導波路(26)と、 (M)前記入力導波路に接続された第1の自由空間領域
(28)と、 (N)前記第1の自由空間領域に接続された複数の出力
導波路(30)と、 (O)前記複数の出力導波路に接続され、複数の不等長
の導波路を有する光学グレーティング(32)と、 (P)前記光学グレーティングに接続された複数の入力
導波路(34)と、 (Q)前記光学グレーティングに接続された複数の入力
導波路に接続された第2の自由空間領域(36)と、 (R)前記第2の自由空間領域に接続された複数の出力
導波路(38)と、からなることを特徴とする請求項1
のトランスレータ。 - 【請求項14】 前記周波数ルーティングデバイスは、 (L)少なくとも一つの入力導波路(26)と、 (M)前記入力導波路に接続された第1の自由空間領域
(28)と、 (N)前記第1の自由空間領域に接続された複数の出力
導波路(30)と、 (O)前記複数の出力導波路に接続され、複数の不等長
の導波路を有する光学グレーティング(32)と、 (P)前記光学グレーティングに接続された複数の入力
導波路(34)と、 (Q)前記光学グレーティングに接続された複数の入力
導波路に接続された第2の自由空間領域(36)と、 (R)前記第2の自由空間領域に接続された複数の出力
導波路(38)と、からなることを特徴とする請求項7
のトランスレータ。 - 【請求項15】 (S)半導体ウェハに形成された周波
数ルーティングデバイス(12)と、 (T)前記半導体ウェハ内に形成された第1と第2の離
間した反射表面(20,24)と、 (U)一端が前記第1と第2の表面の間に形成された領
域の外側に配置され、多端が前記周波数ルーティングデ
バイスに結合された第1導波路(8)と、 (V)前記第1導波路と直列に形成された光学ゲイン部
材(18)と、 (W)周波数ルーティングデバイスを前記第2反射表面
に接続させる複数の導波路(16)と、 (X)前記複数の導波路に直列に接続された制御可能な
光学増幅器(22)と、 (Y)光学入力信号の周波数を異なる所定の出力光学周
波数に変換するために、光学増幅器の一つにバイアス電
流を提供する手段(25)と、からなることを特徴とす
る光周波数トランスレータ。
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JP7144247A Expired - Lifetime JP3044180B2 (ja) | 1994-05-23 | 1995-05-19 | 光周波数トランスレータ |
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