JP4629942B2 - 光多重／逆多重化のための装置および方法 - Google Patents

光多重／逆多重化のための装置および方法 Download PDF

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Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、光伝送技術、特に、電気通信およびデータ通信用のシングル・モード集積光学系に関する。詳細には、本発明は、波長選択的多重化／逆多重化用装置およびその方法に関する。
【０００２】
（発明の背景と関連技術）
ネットワークにおける光ファイバの容量を増やすいくつかの異なる方法が知られている。これらの方法の１つは、ネットワークにおける帯域幅の利用を改善するために、波長分割多重（ＷＤＭ）を利用することを含み、しかし、ＷＤＭは、ネットワークにおいて、異なる、いわゆる光搬送波長で転送する伝送チャンネルを多重化および逆多重化できる装置の備えを必要とする。
【０００３】
Ｊ．−Ｐ．Ｗｅｂｅｒらによる文献「Ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｔｕｎａｂｌｅ ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｕｓｉｎｇ ａ ｍｕｌｔｉｌｅｇ Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ」（Ｐｒｏｃ．ＥＣＩＯ ’９７ ＥｔｈＥ５、Ｓｔｏｃｋｈｏｌｍ、ｐｐ．２７２〜２７５、１９９７）は、周期的波長選択スイッチングに用いることのできるＭＭＩＭＺＩ装置１（ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）を示している。
【０００４】
Ｃ．Ｋ．Ｍａｄｓｅｎの著「Ａ ｍｕｌｔｉｐｏｒｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｂａｎｄ ｓｅｌｅｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ｉｎｈｅｒｅｎｔｌｙ ｌｏｗ ｌｏｓｓ，ｆｌａｔ ｐａｓｓ ｂａｎｄｓ，ａｎｄ ｌｏｗ ｃｒｏｓｓｔａｌｋ」（Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．１０（１２）、ｐｐ．１７６６〜１７６８、１９９８）。
【０００５】
ＷＯ９８／３９６８６およびＴ．Ａｕｇｕｓｔｓｓｏｎの著「Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ ａｓｓｉｓｔｅｄ ＭＭＩＭＩ ｃｏｕｐｌｅｒ ｆｏｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ」（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．３４（２５）、ｐｐ．２４１６〜２４１８、１９９８）は、完全に（ｅｎｔｉｒｅｌｙ）個々のスイッチングを提供する、ＭＭＩＭＩＢｇ装置（Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）を記載している。
【０００６】
通常、上述の知られている技術の問題は、それぞれの装置を通る光用の長い伝搬パスが、大きな損失および不安定性を生むことである。さらに、装置を調整（位相制御）するために、比較的高いエネギー消費が必要である。さらに、公知の技術は、チャンネル・クロストークを伴う問題をもたらし、比較的複雑な構造を要する可能性がある。
【０００７】
（発明の概要）
本発明の目的は、少なくとも第１および第２の光波長チャンネルを含む改善した性能の波長多重化した光信号を逆多重化する、装置を提供することである。
【０００８】
この点において、本発明の特別の目的は、より良いフィルタ・プロフィルおよびより低いチャンネル・クロストークを示すこうした装置を提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、当技術分野で知られている多重化器より小型の逆多重化装置を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、以下の説明から明らかになるであろう。
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、装置は、
（１）少なくとも２つの波長チャンネルを含む波長多重化した光信号を入力部で受信し、この多重化した信号を成分に分割して、これら成分をポートのいくつかでイメージ（映像）化する、少なくとも大きさ２×２のＭＭＩカプラと、
（２）ＭＭＩカプラのポートでイメージ化した成分を受信し、搬送するマイケルソン導波路と、
（３）マイケルソン導波路で受信し、搬送した成分をＭＭＩカプラのポートへ戻すように反射する反射手段とを備える。
【００１２】
ＭＭＩカプラは、さらに、反射した成分を受信するように構成し、マイケルソン導波路のそれぞれは、ＭＭＩカプラが、第１と第２の光波長チャンネルを実質的にＭＭＩカプラの異なる出力でイメージ化するよう、成分を結合できるような長さである。
【００１３】
好ましくは、マイケルソン導波路の長さは異なり、導波路の長さの差は、波長チャンネル距離によって定まる。
【００１４】
装置は、さらに、マイケルソン導波路にて受信し、伝送した成分の位相調整用の１つまたはいくつかの位相調整手段を備える。これら位相調整要素は、位相の恒久的な微細調整用のトリミング要素または位相の能動的位相制御用の位相制御要素を備えてもよい。
【００１５】
さらに、装置は、逆に多重化するために同様に動作する点において、可逆的である。
【００１６】
本発明の第２の態様によれば、したがって、少なくとも第１および第２の光波長チャンネルで多重化する装置であって、
（１）第１と第２の光波長チャンネルをそれぞれの入力部で受信し、これらチャンネルを成分に分割し、これら成分をそのポートのいくつかでイメージ化する、少なくとも大きさ２×２のＭＭＩカプラと、
（２）ＭＭＩカプラのポートでイメージ化した成分を受信し、伝送するマイケルソン導波路と、
（３）マイケルソン導波路で受信し、伝送した成分をＭＭＩカプラのポートへ戻すように反射する反射手段とを有する装置が提供される。
【００１７】
ＭＭＩカプラは、さらに、反射した成分を受信するように構成し、マイケルソン導波路のそれぞれの長さは、第１と第２の光波長チャンネルを有する波長多重化した光信号が実質的にＭＭＩカプラの単一出力でイメージ化されるように、ＭＭＩカプラが成分を結合するように調整する。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、上述の種類の逆多重化装置および上述の種類の多重化装置を備える光学的付加／間引き（ｄｒｏｐ）多重化装置が提供される。
【００１９】
好ましくは、付加／間引き多重化装置は、光多重化した信号を逆多重化器へ入力する入力導波路と、逆多重化器から逆多重化したチャンネルを出力し、同じチャンネルを多重化器で伝送および入力する少なくとも１つの通過（ｔｒａｎｓｉｔ）導波路と、間引き（機能性の低減）のために逆多重化器から、別の逆多重化したチャンネルを出力する少なくとも１つの導波路と、別のチャンネルを多重化器へ入力する（機能性の付加）少なくとも１つの導波路と、光多重化した信号を出力する、通過導波路にて送信した逆多重化したチャンネルと多重化器に入力した別の信号を含む出力導波路とを備える。
【００２０】
本発明の一実施形態において、付加／間引き多重化装置の逆多重化器および多重化器は、能動位相制御要素を有し、それにより、装置は波長選択の可同調性を示す。
【００２１】
本発明の別の目的は、波長多重化した光信号を逆多重化する、少なくとも１つの方法を提供することである。
【００２２】
本発明の第４の態様によれば、逆多重化する方法であって、
（１）少なくとも大きさ２×２のＭＭＩカプラの入力部で、波長多重化した光信号を入力し、信号を成分に分割し、分割したこれら成分をＭＭＩカプラのいくつかのポートでイメージ化する段階と、
（２）マイケルソン導波路のＭＭＩカプラのポートでイメージ化した成分を入力し、伝送する段階と、
（３）マイケルソン導波路にて入力し、伝送した成分を、ＭＭＩカプラから適合された距離にあるＭＭＩカプラのポートへ戻すように反射する段階と、
（４）ＭＭＩカプラにて、反射した成分を入力し、結合し、それにより、第１および第２の光波長チャンネルが実質的に異なる出力部でイメージ化される段階とを含む方法が提供される。
【００２３】
本発明の利点は、主として、装置が小型で、それにより、光に対して短い伝搬パスを可能にすることである。したがって、より低い損失および温度勾配に対する安定性が得られる。さらに、本発明は、柔軟な機能性を示し、性能の改善を生み出し、また、いくつかの点で、線形位相応答を用いる従来技術と比較してより良いシステム寛容度特性を示すという可能性を提供する。
【００２４】
本発明を、添付図を参照して以下で詳細に説明するが、図は本発明を例示するためだけに示しており、したがって、本発明をいずれの意味においても制限するものではない。
【００２５】
（好ましい実施形態）
説明する目的であって、制限する目的ではない、以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、特定の用途、技術、方法などの特定の詳細を示す。しかし、本発明がこれら特定の詳細からはずれた他の実施形態で実施し得ることは、当業者にとって明らかである。他の場合では、公知の方法、装置または回路の詳細な説明は、不要な詳細によって本説明をあいまいにしないように、省略する。
【００２６】
本発明は、（一方向への）光信号の分割および（第２の方向への）位相依存結合の両方を行うための、すなわち、マイケルソン構成におけるＭＭＩカプラを備える、光信号を多重化／逆多重化するための、新規で進歩な装置を有する。ブラッグ回折格子とし得る反射構造は、それぞれ所望の波長に対して、異なる分割された成分の間の位相関係を達成するようになっており、それにより、異なる成分を結合し、一方で、所望の多重化／逆多重化の機能性を得ることを可能にする。
【００２７】
波長選択装置は、とりわけ、以下の基本構成部品を備えてもよい。
【００２８】
マイケルソン導波路またはマイケルソン腕は、たとえば、フィルタ、カプラおよび変調器用の干渉構成部品を実現するために使用する。
【００２９】
ＭＭＩ導波路構造（ＭＭＩ、ＭｕｌｔｉＭｏｄｅ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）は、光を分割するのに用いる。これに関する理論は、たとえば、Ｌ．Ｂ．ＳｏｌｄａｎｏとＥ．Ｃ．Ｍ．Ｐｅｎｎｉｎｇｓの著「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｅｌｆ−Ｉｍａｇｉｎｇ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」（Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．、Ｖｏｌ．１３（４）、ｐｐ．６１５〜６２７、１９９５）およびその中の参考文献に見出される。
【００３０】
光のＭＭＩ分割は、到来する輝度分布の多重イメージ化を与える。ＭＭＩ構造の長さ／幅比は、その出力におけるイメージ（映像）の数を制御し、それらは、光がどの入力にて励起されるかに依存する、ある所定の位相関係を互いに有している。
【００３１】
ブラッグ回折格子は、光のフィルタリングおよび反射に使用する。フィルタ・プロフィルは、回折格子の強さ、長さおよび可変期間（回折格子波長）、すなわち、いわゆるチャープ（ｃｈｉｒｐ）により変調する。強さおよび期間は、光の伝搬方向で変わる。こうした強さの変動は、アポディゼーション（ａｐｏｄｉｚａｔｉｏｎ）と呼ばれる。本発明では、広いスペクトル帯域（多くの波長チャンネル）を反射するタイプのブラッグ回折格子を利用する。そうした回折格子は、非常に強い回折格子またはチャープした回折格子あるいはそれらの組み合せを用いて、得ることができる。チャープした回折格子を用いること、また、おそらく回折格子の強さを変えることにより、より良いシステム許容度フィルタ・プロフィルを得るための、反射光に対する非線形位相応答を実現することができる。
【００３２】
波長逆多重化用のブラッグ回折格子のより判り易い説明は、とりわけ、Ｇ．Ｐ．ＡｇｒａｗａｌとＳ．Ｒａｄｉｃの著「Ｐｈａｓｅ−ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｇｉｔｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ」（ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．６（８）、ｐｐ．９９５〜９９７、Ａｕｇｕｓｔ １９９４）に見出される。
【００３３】
位相調整要素（位相制御要素またはトリミング要素）は、結合可能性を提供し、本発明の装置の製造中の不完全さを補償するのに必要であるかもしれない。位相制御要素の基本的な態様は、光パス長が外部から印加する信号（電圧、電流など）によってもたらされることである。この目的のために、位相をもたらす（制御する）最良の方法は、熱−光要素を使用すること、すなわち、温度により導波路の屈折率（そして、したがって、光パス長）をもたらすことである。いくつかの導波路は、また、導波路にわたって電場を印加することにより、同様にしてもたらされてもよい。すなわち、屈折率が電気光学的にもたらされるのである。調整のみが必要ならば、ＵＶ調節を、少なくとも、材料系ＳｉＯ2／Ｓｉに関して行うことができる（恒久的な調整）。
【００３４】
図１を参照して本発明の第１の実施形態を説明するが、この図は、波長多重化した光信号を逆多重化するための、ＭＭＩＭＩ逆多重化器（ＭＭＩＭＩ、ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）とも呼ばれる装置１を概略的に示している。装置は、５×５ＭＭＩ構造２を備え、ＭＭＩ構造は、第１の側すなわちインタフェースＡに５個のポート３、５、７、９、１１を、第２の、向かいに配置した側すなわちインタフェースＢに５個のポート１３、１５、１７、１９、２１を有する。ポート３は、アクセス導波路と呼ばれる導波路２３にて、伝送された波長多重化した光信号２５を入力する入力ポートであり、この信号は、それぞれ波長λ1、λ2、λ3、λ4あたりに中心を持つ４つの波長チャンネルを含む。
【００３５】
ＭＭＩカプラ２は、適切な数の、到来する光分布のイメージ（本実施形態においては５）がインタフェースＢで達成されるような、長さ／幅比である。Ｎ×Ｎ ＭＭＩカプラに対するこの比を示す近似式は、
Ｌ≒（Ｍ／Ｎ）（４ｎＷ2／λ）
である。ここで、ＬはＭＭＩ導波路の長さ、Ｗはその実効幅、λは光の波長（波長多重のための中心波長）、ｎはＭＭＩ導波路のいわゆる実効屈折率（３次元から２次元へ変換する考察が行われる時のＭＭＩ導波路に対する屈折率）、Ｎはイメージの数、Ｍは整数（通常、Ｍ＝１が選択される）である。これに関する一層の詳細については、ＳｏｌｄａｎｏとＰｅｎｎｉｎｇｓによる上述の文献を参照されたい。
【００３６】
本実施形態では、ＭＭＩカプラ２は、到来信号２５の５つのイメージがそれぞれのポート１３、１５、１７、１９、２１に生成されるように設計している。図２には、任意単位（実線）における正規化した輝度分布と、ラジアンでの位相分布（点線、短い線）とが、それぞれ、分割した信号２５用の、インタフェースＢに沿ってμｍ単位でＭＭＩ導波路位置の関数として、示されている。
【００３７】
それぞれのこうしたポートに、マイケルソン導波路またはマイケルソン腕２７、２８、２９、３０、３１が、それぞれの信号イメージないし信号成分をさらに伝搬するために配置される。各マイケルソン導波路２７、２８、２９、３０、３１は、一緒になって反射構造Ｄを構成するそれぞれの反射手段３３、３５、３７、３９、４１で終わる。反射手段３３、３５、３７、３９、４１は、全反射構造で構成してもよいが、好ましくは、反射ブラッグ回折格子で作られる。
【００３８】
したがって、信号成分は、反射手段により反射され、ポート１３、１５、１７、１９、２１に向かってマイケルソン導波路の中を戻って伝搬する。マイケルソン腕の長さは、それぞれ所与の波長チャンネルに対するそれぞれのポートでの異なる信号成分の間の位相関係を決定する。この位相関係は、次に、ＭＭＩカプラによって逆方向に行われるイメージ化がインタフェースＡにどのように現れるかを決定する。
【００３９】
本発明によれば、マイケルソン腕２７、２８、２９、３０、３１の長さは、（波長λ1、λ2、λ3およびλ4の）それぞれの波長チャンネルに対してインタフェースＢで得られる信号成分の間の位相関係が、チャンネルがＭＭＩカプラ２で結合され、さらに、異なるポートに合焦されるような関係であるように設計され、すなわち、個々に適合される。好ましくは、マイケルソン構造は、λ4の波長チャンネルがポート５でイメージ化され、λ1のチャンネルがポート７でイメージ化され、λ3のチャンネルがポート９でイメージ化され、そして、λ2のチャンネルがポート１１でイメージ化されるように設計する。これらポート５、７、９、１１はさらに、それぞれの出力導波路４３、４５、４７、４９で導波路チャンネルを出力するように構成する。ＭＩ腕の間の必要な長さの差を決定するのは、チャンネル距離である。
【００４０】
図２は、ポート５および７に焦点を与える、λ4（点線、長い線）およびλ1（一点鎖線）の波長チャンネルの信号成分に対して、インタフェースＢに沿うＭＭＩ導波路の位置（μｍでの）の関数として、位相（ラジアンでの）の例を概略的に示す。ＭＭＩカプラは、対称性があり、可逆的（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）であるため、ポート９および１１で焦点を与える、インタフェースＢでのλ3およびλ2の波長チャンネルの信号成分に対する位相関係は、それぞれ、λ4の波長チャンネルおよび到来信号２５の信号成分に対する位相関係の鏡像になるであろう。
【００４１】
現代の製造技術を用いると、ＭＩ腕の長さの受け入れられ得る許容度を得るのは難しい可能性がある。したがって、ＭＭＩＭＩ逆多重化器１は、少なくとも４つのマイケルソン腕２８、２９、３０、３１に位相制御要素５１、５３、５５、５７を備えるのが好ましい。しかしながら、第５番目のマイケルソン腕２７もまたこうした要素（図１で図示せず）を備えてもよい。位相制御要素５１、５３、５５、５７は、単純なトリミング装置または恒久的な微細調整用の調整要素で構成するか、または、能動位相制御要素、特に、電気光学的位相制御要素で構成することができる。
【００４２】
後者の例では、また、それぞれ、波長λ1、λ2、λ3およびλ4の波長チャンネルの選択的（周期的）切換えが、ポート５、７、９、１１に対して許される。
【００４３】
さらに、図３に概略的に示しているように、チャープしたブラッグ回折格子は、図１の装置におけるそれぞれの反射手段３３、３５、３７、３９、４１の代替として用いることができる。このブラッグ回折格子は、非線形位相応答を有する反射を与えてもよい。
【００４４】
反射部がチャープしたブラッグ回折格子であると、フィルタ特性が、非常に高められる可能性がある。回折格子周期Λは、（Λ（ｚ）＝Λz）に従って、ブラッグ波長λBg（ｚ）に関係する。すなわち、
λBg（ｚ）＝２ｎe（ｚ、λ）Λ（ｚ）
である。ここで、ｎe（ｚ、λ）は光の伝搬方向の距離ｚおよび光λの波長に依存する実効屈折率である。所望のΛ分布に対する式は、
Λ（ｚ）＝Λ1＋ｃ1ｚ＋ｃ2ｚ2＋ｃ3ｚ3＋．．．
である。ここで、ｃ1、ｃ2およびｃ3は定数である。この式は、任意関数のテイラー級数であってもよい。
【００４５】
また、回折格子の強さΚiは変えることができる。
Κi（ｚ）＝ΠΔｎ（ｚ）／λBg（ｚ）
ここで、Δｎは回折格子構造における高い屈折率レベルと低い屈折率レベルの間の差である。
【００４６】
回折格子構造（Κ分布およびλBg分布）の設計および製造は、チャンネル分離、所望のフィルタ分布（ｐｒｏｆｉｌｅ）および、おそらくはまた、ビット速度（動的応答）に依存して、それぞれのＭＩ腕に対して個々に行われなければならない。
【００４７】
非線形位相応答を有する反射構造が実施されると、フィルタ分布が非常に高められる可能性がある。ＭＩ構造において非線形位相応答を達成することは、対応するＭＺＩ構造におけるよりも単純でなければならない（ＭＺＩの場合に対するＣ．Ｋ．Ｍａｄｓｅｎの上記文献を参照されたい）。
【００４８】
波長多重化した光信号が入力される時に、逆多重化したチャンネルのひとつを、同じポートに出力することができるならば、ＭＭＩ構造の大きさを減ずることが可能である。したがって、図１に示している実施形態において、５×５ＭＭＩカプラの代わりに４×４ＭＭＩカプラを使用することが十分に可能となるであろう。
【００４９】
さらに、ＭＭＩＭＩ逆多重化器１は、可逆性があり、したがって、等価な多重化機能性を有する。この点に関して、再び図１を参照すると、λ4、λ1、λ3およびλ2の４つの波長チャンネルは、それぞれ、導波路４３、４５、４７、４９を介して、ポート５、７、９、１１に入力する。ＭＭＩカプラ２は、インタフェースＢのポート１３、１５、１７、１９、２１でそれぞれのチャンネルを分割し、イメージ化する。本明細書では、それぞれのチャンネルの成分は、逆多重化の場合に逆に向けられた成分と同じ相互位相関係を有する（可逆性）。その後、成分は、それぞれの反射手段３３、３５、３７、３９、４１に向けた伝搬およびインタフェースＢのポート１３、１５、１７、１９、２１へ向けて戻す、Ｄの前記反射手段での反射のために、ＭＩ導波路２７、２８、２９、３０、３１に供給する。このインタフェースにて、すべてのチャンネルの成分は、逆多重化の場合に信号２５の逆に向けられた成分と同じ（可逆性）相互位相関係を有する。したがって、すべてのチャンネルは、ポート３に合焦し、波長λ1、λ2、λ3およびλ4の波長チャンネルを含む多重化した信号は、それぞれ、導波路２３に出力される。
【００５０】
次に、図４を参照して、本発明による、光学的付加／間引き多重化器（ＯＡＤＭ）を、さらに説明する。ＯＡＤＭ装置は、導波路２３、４３、４５および４７を有するＭＭＩＭＩ逆多重化器１、そしてさらに、図１を参照して上述した種類のＭＭＩＭＩ多重化器６１を備える。導波路２３は、λ1、λ2、λ3およびλ4の４つの波長チャンネルを含む、伝送された波長多重化した光信号を導き、同じ光信号をＭＭＩＭＩ逆多重化器に入力するように配置する。この多重化器は、光信号を逆多重化し、それぞれの導波路４３、４５、４７、４９にてそれぞれの波長チャンネル（λ4、λ1、λ3およびλ2で）を出力するように配置し、導波路のうちで３つの最初に述べた、また、通過導波路とも呼ばれるものがＭＭＩＭＩ多重化器６１に直接に接続される。最後に説明した導波路は、いわゆる、間引き機能性を提供する。すなわち、この導波路において伝搬する波長チャンネルλ2は、間引きされ、スイッチオフしてもよい。さらに、ＭＭＩＭＩ多重化器６１に対してスイッチオフしたチャンネルと同じ波長で波長チャンネルを入力する導波路６３が配置される。したがって、この波長接続は、いわゆる、付加多重化を提供する。したがって、波長λ1、λ2、λ3およびλ4で逆多重化したチャンネルは、多重化器６１に入力され、波長多重化した信号として、導波路６５で多重化し、出力される。
【００５１】
逆多重化器１および多重化器６１にそれぞれのＭＩ構造における能動位相制御要素を設けることにより、波長選択的な同調可能ＯＡＤＭ装置が達成でき、この装置において、位相制御要素を制御することにより、任意のチャンネルλiが導波路４９へ向けられ、かつ／または、同じチャンネルをアクセス導波路６３に入力してもよい。
【００５２】
さらに、図５に概略的に示している、ＮＬＰＲ装置（ＮＬＰＲ、Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅａｒ Ｐｈａｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）は、図１の装置のそれぞれの反射手段３３、３５、３７、３９、４１に対する代替として用いることができる。
【００５３】
図３の装置のように非線形位相応答を伴った反射を行う、図５にＮＬＰＲ（ｋ）で示している、ＮＬＰＲ装置は、ファブリ・ペロー共振器に基づいていて、部分的に反射するブラッグ回折格子Ｂｇ（ｋ）および全反射構造ＴＲＳを備える。
【００５４】
さらに、位相調整要素φ2kは共振器内に備わり、別の位相調整要素φ1kを、それぞれのマイケルソン導波路２７、２８、２９、３０、３１に結合されるＮＬＰＲ装置の終端に配置してもよい。
【００５５】
位相調整要素は、それぞれの成分の位相を恒久的に調整するトリミング要素であるのが好ましく、成分はトリミング要素を通して伝搬するが、調整要素は、これに代えて、位相制御要素、特に、熱−光制御要素で構成してもよい。
【００５６】
図１による（逆）多重化器を実現するために、反射手段３３、３５、３７、３９および４１は、それに応じて、ＮＬＰＲ（２）、ＮＬＰＲ（１）、ＮＬＰＲ（−２）、ＮＬＰＲ（０）およびＮＬＰＲ（−１）で示されるＮＬＰＲ装置に置き換えられる。この例では、異なるマイケルソン腕が、図１の逆多重化器に存在し、その逆多重化器は、好ましくは、腕３０が最も短く、腕２７が２番目に短く、腕３１が３番目に短く、腕２９が２番目に長く、腕２８が最も長いように配置され、出力（逆多重化）は、チャンネルλ4がポート７で出力（イメージ化）され、チャンネルλ2がポート１１で出力され、チャンネルλ3がポート９で出力され、チャンネルλ4がポート５で出力さるように配置してもよい。
【００５７】
種々のマイケルソン導波路の長さＬk（ｋは上述したＮＬＰＲ装置に対するのと同じ屈折率である）は、
Ｌk＝Ｌ0＋ｋｗ／２Ｎ
により得られる。ここで、Ｌ0は所与の、任意に選択したマイケルソン導波路ｋ＝０の長さで、Ｎは逆多重化器におけるマイケルソン導波路の数で、ｗ＝λ2／Δλ・ｎg）であり、記号λは到来する波長多重に対する中心波長で、Δλは２つの隣接チャンネル間の波長距離で、ｎgは導波路のグループ屈折率である。
【００５８】
異なったＮＬＰＲ装置におけるブラッグ回折格子の強さまたは反射は、異なっている（図５において、装置およびブラッグ回折格子に対する屈折率ｋをそれぞれ参照のこと）。反射は、以下で与えられる。
ｒk＝ｋ／（２Ｎ−ｋ）（ｋ＞０の時）
ｒk＝ｋ／（ｋ−２Ｎ）（ｋ＜０の時）
ｋ＝０に対して、ゼロの反射が得られる。したがって、非線形ＮＬＰＲ（０）は、線形ＴＲＳに縮退する。すなわち、ブラッグ回折格子は必要でない。
【００５９】
反射は、以下の式がブラッグ波長で近似的に有効であるように回折格子の強さΚ（カッパ）に関連する。
｜ｒ｜＝ｋＬBg＜＜１
ここで、ＬBgはブラッグ回折格子の長さである。
【００６０】
さらに、位相調整要素φ1kおよびφ2kは種々のＮＬＰＲ装置で別々に調整するか、または、設定する。正の屈折率は、対応する装置（ファブリ・ペロー共振器）が非共振で動作していることを意味し、負の屈折率は、装置が共振で動作していることを意味する。
【００６１】
位相調整要素およびブラッグ回折格子の正確な設計は、所与の所望の機能性から、当業者が計算し、設計することができる。たとえば、すべてのファブリ・ペロー共振器は、ただ負のｋ（おそらくはｋ＝０を除いて）を用いるか、または、すべての共振器を非共振で動作させることにより、共振で動作してもよい。
【００６２】
位相制御要素φ2kは、それぞれの共振長さＬc（ｋ）が異なる場合に省略してもよいことが判るであろう。
【００６３】
さらに、それぞれのマイケルソン腕における位相調整φ１kおよび位相調整要素５１、５３、５５、５７のうちの一方は、省略してもよく、残りの位相調整要素はその後に調整する。
【００６４】
異なる逆多重化した信号の周期的切換えを行ないたい場合、位相制御要素５１、５３、５５、５７は、能動的に制御する要素として設計されるのが好ましく、一方、ＮＬＰＲ装置は、固定して調整したトリミング要素とともに設計し、そのトリミング要素は導波路に書き込まれるのが好ましい。
【００６５】
図６は、マイケルソン腕にＮＬＰＲ装置を備えた、上述した（逆）多重化器についてシミュレートしたフィルタ応答が示されている（λ1：長い線の破線、λ2：点線、λ3：一点鎖線、λ4：実線）。図から明らかなように、使用可能な周波数領域にわたって、非常に低いクロストーク・レベルを有する比較的に平坦で広い通過帯域が得られている。
【００６６】
さらに、ＮＬＰＲ装置は、チャープしたブラッグ回折格子（その中の１つを図３に示している）に比べて、かなり小型で、設計するのが複雑でない。
【００６７】
確かに、図４によるＯＡＤＭ装置は、ＭＭＩＭＩ ＭＵＸ６１およびＭＭＩＭＩ ＤＥＭＵＸ１それぞれにおいて、反射手段として上述のＮＬＰＲ装置を使用してもよい。
【００６８】
本明細書で説明しているように、本発明は、特に、非常に近い波長距離で多重化／逆多重化する小型の解決策を提供し、その解決策は性能に関して（主としてフィルタ・プロフィルとクロストークに関して）利点を与えることができる。小型の構造は、従来のＭＭＩＭＺＩ構造と比較して、損失およびまた電力消費を低減する可能性を与える。さらに、光が装置を通して短い伝搬パスを有する時、より安定した性能が達成される。
【００６９】
非線形位相応答を有する反射構造を用いるならば、非常にシステム許容度の大きいフィルタ・プロフィルを得ることができる。
【００７０】
確かに、ＭＭＩＭＩ逆多重化器１およびＭＭＩＭＩ多重化器６１は、それぞれ、任意の数の波長チャンネルに対して用いるように寸法を定めてもよい。しかし、上述した逆多重化器は、
Ｎ≧ｉ＋１
であるｉチャンネルを操作するために、大きさＮ×ＮのＭＭＩカプラを必要とすることに留意されたい。
【００７１】
しかし、多重化した信号を入力し、逆多重化したチャンネルのうちの１つを出力するのに、同じポートを使用できるならば、Ｎ＝ｉで十分であることが判るであろう。
【００７２】
さらに、逆多重化器は、信号を完全に逆多重化する必要はなく、逆多重化器は、例えば、８つのチャンネルを含む光信号を、各信号が４つのチャンネルを含んだ２つの分離した信号に逆多重化するために使用することができる。
【００７３】
本発明は、もちろん、上述した、また、図で示した実施形態に限定するものではなく、付記の請求項の範囲内で変更できる。特に、本発明は、明らかに、材料の選択、装置の寸法および製造に関して限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による、波長多重化した光信号を逆多重化する装置の略図である。
【図２】 図１の装置の異なる信号成分に対する輝度分布および位相関係の例を示す略図である。
【図３】 図１の装置に備わった反射手段の代替として用いるチャープしたブラッグ回折格子の略図である。
【図４】 本発明の別の実施形態による、光学的付加／間引き多重化を行う装置の略図である。
【図５】 図１の装置に備わった反射手段の代替として用いるＮＬＰＲ装置の略図である。
【図６】 図５の５つのＮＬＰＲ装置を備えた図１の装置についてフィルタ応答を示す図である。

Claims (23)

  1. それぞれ所定の波長（λ１、λ２）を中心とする少なくとも第１および第２の光波長チャンネルを含む、波長多重化した光信号（２８）を逆多重化する装置であって、
    前記波長多重化した光信号を入力部（３）に入力し、多重化した信号を成分に分割して、これら成分をいくつかのポート（１３〜２１）でイメージ化する、少なくとも大きさ２×２のＭＭＩカプラ（２）と、
    前記ＭＭＩカプラのポートでイメージ化された前記成分を受信し、搬送するマイケルソン導波路（２７〜３１）と、
    前記マイケルソン導波路で受信し、伝送した前記成分を前記ＭＭＩカプラのポートへ戻すように反射する反射手段（３３〜４１）とを備え、
    前記ＭＭＩカプラは、前記反射成分を入力するように構成される、
    前記装置において、
    前記マイケルソン導波路のそれぞれの長さは異なり、
    前記それぞれのマイケルソン導波路の長さＬ ｋ は、
    Ｌ ｋ ＝Ｌ ０ ＋（ｋｗ／２Ｎ）
    に従って適合され、ここで、Ｌ ０ は所与の、任意に選択した長さ、ｋはそれぞれの導波路の屈折率、Ｎは逆多重化器におけるマイケルソン導波路の数、ｗ＝λ ２ ／（Δλｎ ｇ ）であり、記号λは到来する波長多重化した光信号の中心波長で、Δλは第１および第２の光波長チャンネルの間の波長距離、ｎ ｇ はマイケルソン導波路のグループの屈折率であり、
    これらマイケルソン導波路の間の長さの差は、前記第１および第２の光波長チャンネル間の波長距離（λ２−λ１）によって決まり、
    前記マイケルソン導波路のそれぞれは、前記ＭＭＩカプラが、前記第１および第２の光波長チャンネルを前記ＭＭＩカプラの異なる出力部（５〜１１）でイメージ化するように前記成分を結合するような長さであることを特徴とする、装置。
  2. 前記マイケルソン導波路（２７〜３１）にて受信し、伝送した前記成分の少なくともいくつかの位相調整を行う位相調整手段（５１〜５７）を備える、請求項１に記載の装置。
  3. 前記位相調整手段（５１〜５７）は、前記マイケルソン導波路にて受信し、伝送した前記成分の少なくともいくつかの位相を恒久的に微細調整するためのトリミング要素で構成する、請求項２に記載の装置。
  4. 前記位相調整手段（５１〜５７）は、前記マイケルソン導波路にて受信し、伝送した前記成分の少なくともいくつかの位相を位相制御するための位相制御要素で構成する、請求項２に記載の装置。
  5. 前記装置は、前記マイケルソン導波路にて受信し、伝送した前記成分の位相を能動的に位相制御して、前記出力での波長チャンネルの選択的な切換えを可能にする位相制御要素（５１〜５７）を備える、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
  6. 前記反射手段（３３〜４１）はブラッグ回折格子で構成する、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
  7. 前記ブラッグ回折格子はいわゆるチャープを備える、請求項６に記載の装置。
  8. 前記ブラッグ回折格子は、
    Λ（ｚ）＝Λ１＋ｃ１ｚ＋ｃ２ｚ２＋ｃ３ｚ３＋．．．
    で与えられる回折格子周期Λ＝Λ（ｚ）を有し、ここで、ｃ１、ｃ２およびｃ３は定数、ｚは光の伝搬方向の距離である、請求項７に記載の装置。
  9. 前記反射手段（３３〜４１）の少なくとも１つは、ファブリ・ペロー共振器（ＮＬＰＲ（ｋ））を備える、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
  10. 前記反射手段（３３〜４１）の少なくとも１つは、それぞれのファブリ・ペロー共振器（ＮＬＰＲ（ｋ））を備える、請求項９に記載の装置。
  11. 各ファブリ・ペロー共振器は、部分的に反射するブラッグ回折格子（Ｂｇ（ｋ））と導波路により相互接続した全反射構造（ＴＲＳ）とを備える、請求項９または１０に記載の装置。
  12. 各ファブリ・ペロー共振器は、前記それぞれのブラッグ回折格子と前記それぞれの全反射構造の間に配置した、第１のそれぞれの位相調整手段（φ２ｋ）を備える、請求項１１に記載の装置。
  13. 各ファブリ・ペロー共振器は、前記それぞれのマイケルソン導波路と前記ファブリ・ペロー共振器のそれぞれのブラッグ回折格子との間に配置した、それぞれの位相調整手段（φ１ｋ）を備える、請求項１２に記載の装置。
  14. 各ファブリ・ペロー共振器の前記位相調整手段のそれぞれは、前記マイケルソン導波路にて入力し、搬送した前記成分の位相を恒久的に微細調整するトリミング要素で構成する、請求項１２または１３に記載の装置。
  15. それぞれの所定の波長（λ １ λ ２ ）あたりに中心を持つ、少なくとも第１および第２の光波長チャンネルを多重化する装置であって、
    それぞれの入力部（５〜１１）に前記第１および前記第２の光波長チャンネルを入力し、これらチャンネルを成分に分割し、これら成分をいくつかのポート（１３〜２１）でイメージ化する、少なくとも大きさ２×２のＭＭＩカプラ（２）と、
    前記ＭＭＩカプラのポートでイメージ化した前記成分を受信し、伝送するマイケルソン導波路（２７〜３１）と、
    前記マイケルソン導波路で受信し、伝送した前記成分を前記ＭＭＩカプラのポートに戻すように反射する反射手段（３３〜４１）とを備え、
    前記ＭＭＩカプラは、前記反射成分を入力するように構成し、
    前記マイケルソン導波路のそれぞれの長さは異なり、
    前記それぞれのマイケルソン導波路の長さＬ ｋ は、
    Ｌ ｋ ＝Ｌ ０ ＋（ｋｗ／２Ｎ）
    に従って適合され、ここで、Ｌ ０ は所与の、任意に選択した長さ、ｋはそれぞれの導波路の屈折率、Ｎは逆多重化器におけるマイケルソン導波路の数、ｗ＝λ ２ ／（Δλｎ ｇ ）であり、記号λは到来する波長多重化した光信号の中心波長で、Δλは第１および第２の光波長チャンネルの間の波長距離、ｎ ｇ はマイケルソン導波路のグループの屈折率であり、
    これら導波路の間の長さの差は、前記第１および第２の光波長チャンネル間の波長距離（λ ２ − λ １ ）によって決まり、
    前記マイケルソン導波路のそれぞれは、前記第１および第２の光波長チャンネルを含む波長多重化された光信号を単一出力部（３）でイメージ化するように、前記ＭＭＩカプラが前記成分を結合するような長さであることを特徴とする、装置。
  16. 前記マイケルソン導波路の少なくともいくつかは、トリミング要素または位相制御要素を備える、請求項１５に記載の装置。
  17. 前記反射手段（３３〜４１）のそれぞれは、部分的に反射するブラッグ回折格子（Ｂｇ（ｋ））および導波路により内部接続した全反射構造（ＴＲＳ）を含むファブリ・ペロー共振器を備える、請求項１５または１６に記載の装置。
  18. 前記ファブリ・ペロー共振器は、トリミング要素または位相制御要素を備える、請求項１７に記載の装置。
  19. 請求項１から１４のいずれかによる逆多重化装置（１）および請求項１５から１８のいずれかによる多重化装置を有することを特徴とする、光学的付加（ａｄｄ）／間引き（ｄｒｏｐ）多重化装置。
  20. 光多重化した信号を前記逆多重化器（１）に入力する入力導波路（２３）と、前記逆多重化器（１）から逆多重化したチャンネルを出力し、同じチャンネルを前記多重化器（６１）で転送および入力する少なくとも１つの通過（ｔｒａｎｓｉｔ）導波路（４３、４５、４７）と、間引きのために前記逆多重化器（１）から別の逆多重化したチャンネルを出力する少なくとも１つの導波路（４９）と、別のチャンネルを前記多重化器（６１）へ入力する少なくとも１つの導波路（６３）と、前記通過導波路にて送信した前記逆多重化されたチャンネルおよび前記多重化器（６１）に入力した前記別のチャンネルを含む光多重化した信号を出力する出力導波路（６５）とを備える、請求項１９に記載の装置。
  21. 前記逆多重化器（１）および前記多重化器（６１）は、能動的位相制御要素を備え、それによって、波長選択的な同調性を示す、請求項１９または２０に記載の装置。
  22. それぞれ所定の波長（λ １ 、λ ２ ）あたりに中心を持つ、少なくとも第１および第２の光波長チャンネルを含む、波長多重化した光信号（２５）を逆多重化する方法であって、
    少なくとも大きさ２×２のＭＭＩカプラ（２）の入力部（３）で、前記波長多重化した光信号を入力し、前記信号を成分に分割し、分割した成分をいくつかのポート（１３〜２１）でイメージ化する段階と、
    マイケルソン導波路（２７〜３１）の前記ＭＭＩカプラのポートでイメージ化した前記成分を受信し、伝送する段階と、
    前記マイケルソン導波路にて受信し、伝送した前記成分を、前記ＭＭＩカプラから適合された距離にある前記ＭＭＩカプラのポートへ戻すように反射する段階と、
    前記ＭＭＩカプラにて、前記反射した成分を入力し、結合し、前記第１および第２の光波長チャンネルが異なる出力部（５〜１１）でイメージ化される段階とを含む方法において、
    前記マイケルソン導波路のそれぞれの長さは異なり、
    前記それぞれのマイケルソン導波路の長さＬ ｋ は、
    Ｌ ｋ ＝Ｌ ０ ＋（ｋｗ／２Ｎ）
    に従って適合され、ここで、Ｌ ０ は所与の、任意に選択した長さ、ｋはそれぞれの導波路の屈折率、Ｎは逆多重化器におけるマイケルソン導波路の数、ｗ＝λ ２ ／（Δλｎ ｇ ）であり、記号λは到来する波長多重化した光信号の中心波長で、Δλは第１および第２の光波長チャンネルの間の波長距離、ｎ ｇ はマイケルソン導波路のグループの屈折率であり、
    これらマイケルソン導波路の間の長さの差は、前記第１および第２の光波長チャンネル間の波長距離（λ ２ −λ １ ）によって決まることを特徴とする、方法。
  23. マイケルソン導波路にて入力し、伝送した前記成分のそれぞれは、ファブリ・ペロー共振器（ＮＬＰＲ（ｋ））により、ＭＭＩカプラのポートへ戻るように反射され、前記ファブリ・ペロー共振器は、部分的に反射するブラッグ回折格子（Ｂｇ（ｋ））および導波路により内部接続した全反射構造（ＴＲＳ）を備える、請求項２２に記載の方法。
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