JP4891905B2 - Multi-port variable optical attenuator structure and its parts - Google Patents
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Description
本発明は広範囲な光波長の高解像可変光減衰を提供する光減衰器構造に関する。 The present invention relates to an optical attenuator structure that provides high resolution variable optical attenuation over a wide range of optical wavelengths.
本発明の好適実施例はインテリジェント光ネットワーク、光測定機器、ファイバーアレイ式システム、フォトニクス信号プロセッサ、電流検出、高密度光コンピュータ及びディスプレーの分野で活用される特殊な利用性を有する。 The preferred embodiment of the present invention has special utility utilized in the fields of intelligent optical networks, optical measurement equipment, fiber array systems, photonics signal processors, current sensing, high density optical computers and displays.
以下記載の発明の背景技術の説明は本発明の理解を助けることのみを目的としている。その内容が本発明の従来技術であると認めるものではない。 The following description of the background of the invention is intended only to assist in understanding the present invention. The content is not admitted to be the prior art of the present invention.
多ポート型光システムの減衰制御性能は次世代インテリジェンス光システムにとって重要である。そのような光システムとは通信システム、ケーブルテレビシステム、ローカルエリアネットワーク(LAN)、電流センサー及びディスプレー等を含む。大抵の現存多ポート型光減衰器は数ポートに限定されており、ほとんどのインテリジェンスは光リンクの両側の別々な電子装置で実行される。近年になって開発されたインテリジェンス光システムは、場合によっては多数の異なる光リンクで連結された多くのノードを含んでいる。このような多光リンクシステムはこれら光システムの性能とフレキシビリティを大きく増強できるが、コスト効果が高く、コンパクトで高性能であり、高密度の多ポート型光減衰構造はそのような光システムとインターフェスしていなければならない。それによって、さらに多くのチャンネル数を必要とする将来の利用のために安定した性能が提供される。 Attenuation control performance of multi-port optical systems is important for next-generation intelligence optical systems. Such optical systems include communication systems, cable television systems, local area networks (LANs), current sensors and displays. Most existing multiport optical attenuators are limited to a few ports, and most intelligence is performed on separate electronic devices on either side of the optical link. Intelligence optical systems developed in recent years sometimes include many nodes connected by a number of different optical links. Such multi-optical link systems can greatly enhance the performance and flexibility of these optical systems, but they are cost-effective, compact and high-performance, and high-density multi-port optical attenuation structures are Must be interfaced. Thereby, stable performance is provided for future use requiring a higher number of channels.
動的光減衰は出力管理プロセスであり、光信号の出力は任意に減衰される。正確な可変光減衰は動的減衰変動を可能にする。これは多くの新利用法にとって非常に重要である。光信号が光ファイバーアレイを介して拡散するような特殊な場合には、それら信号を任意に減衰し、特定出力プロフィールを発生させることが有利である。 Dynamic light attenuation is an output management process, where the output of an optical signal is arbitrarily attenuated. Accurate variable optical attenuation allows dynamic attenuation variation. This is very important for many new uses. In special cases where optical signals are diffused through an optical fiber array, it is advantageous to arbitrarily attenuate the signals to generate a specific output profile.
本発明の1目的は多ポート型光リンクの改善光減衰を提供することである。 One object of the present invention is to provide improved optical attenuation for multi-port optical links.
本発明の1特徴によれば、入力された光信号を処理し、処理された第1光信号を出力するよう入力手段にカップリングされた第1光信号処理手段と、処理された第1光信号を第1光信号処理手段から受領し、受領した第1光信号を順応式に処理して処理された第2光信号を出力する第2光信号処理手段と、処理された第2光信号を受領し、処理された第2光信号を所定方法で処理して減衰信号を出力する第3光信号処理手段とを含んだ多ポート型可変光減衰構造が提供される。 According to one feature of the invention, a first optical signal processing means coupled to the input means for processing an input optical signal and outputting a processed first optical signal, and a processed first light Second optical signal processing means for receiving a signal from the first optical signal processing means, processing the received first optical signal in an adaptive manner and outputting a processed second optical signal, and the processed second optical signal; And a third optical signal processing means for outputting the attenuated signal by processing the processed second optical signal in a predetermined method, and a multi-port variable optical attenuating structure.
好適には、第1光処理手段は入力された光信号をフィルタリングして偏光することで処理する光導波アレイと偏光手段とを含んでいる。 Preferably, the first optical processing means includes an optical waveguide array for processing the input optical signal by filtering and polarizing the optical signal, and a polarizing means.
好適には、第1光処理手段はバンドパス光フィルタリングでシングルモード操作を維持するように設計されたフォトニクスクリスタルファイバアレイである。 Preferably, the first light processing means is a photonic crystal fiber array designed to maintain single mode operation with bandpass optical filtering.
特に、光偏光を維持し、バンドパス光フィルタリングでシングルモード操作を提供する、二次元偏光維持式のテーパしたフォトニクスクリスタルファイバアレイでよい。ファイバ内を進む光は、ファイバ内の空間中を様々な方向に拡散して進むので非均等状態となるが、ファイバの先端がテーパしていることにより、先端部に進むにしたがい集光され、出力光は滑らかで高密度な状態なる。そして、ファイバの先端の直径がテーパにより小さくなることで、ファイバの開口数は増加し、ディスプレー実行時に、より広い観察角度を達成する。 In particular, it may be a two-dimensional polarization maintaining tapered photonic crystal fiber array that maintains optical polarization and provides single mode operation with bandpass optical filtering . The light traveling in the fiber is diffused in various directions in the space in the fiber and thus becomes non-uniform, but because the tip of the fiber is tapered, it is condensed as it travels to the tip, The output light is smooth and dense. Then, the diameter of the tip of the fiber is reduced by the taper, so that the numerical aperture of the fiber is increased , and a wider observation angle is achieved during display execution.
好適には、第3光処理手段は偏光手段に対して90°回転した分析フィルムであり、前述の所定方式処理は処理された第1光信号の偏光に対して垂直である偏光の光のみを通過させることに関与する。 Preferably, the third light processing means is an analysis film rotated by 90 ° with respect to the polarizing means, and the above-mentioned predetermined type processing is performed only for light having a polarization perpendicular to the polarization of the processed first optical signal. Involved in passing.
あるいは、第1光処理手段はそれと一体化した偏光手段を有せず、その代わりに別々の偏光手段を第1光信号処理手段と第2光信号処理手段との間にアレンジして、第2光信号処理手段が処理された第1光信号を受領する前に第1光信号発生手段で発生された個々の信号を偏光する。 Alternatively, the first light processing means does not have the polarizing means integrated therewith, but instead, separate polarizing means are arranged between the first optical signal processing means and the second optical signal processing means, Before the optical signal processing means receives the processed first optical signal, the individual signals generated by the first optical signal generating means are polarized.
好適には、第2光処理手段は光磁気フィルムを含む。 Preferably, the second light processing means includes a magneto-optical film.
好適には、その光磁気フィルムはBi−YIGフィルムである。 Preferably, the magneto-optical film is a Bi-YIG film.
好適には、光磁気フィルムは受領した第1光信号を順応式に処理するために、それと一体的に形成された一体型スイッチ回路で駆動される。 Preferably, the magneto-optical film is driven by an integral switch circuit formed integrally therewith for adaptively processing the received first optical signal.
好適には、その一体型スイッチ回路はフィルムコア内でエッチング加工されるか、あるいはフィルム面に提供され、二次元の磁界プロフィールを発生させる。 Preferably, the integrated switch circuit is etched in the film core or provided on the film surface to generate a two-dimensional magnetic field profile.
好適には、一体型スイッチ回路は入力光信号の拡散方法に沿って任意の磁界を発生させ、光信号の偏光を回転させる微小コイルアレイを含んでいる。 Preferably, the integrated switch circuit includes a microcoil array that generates an arbitrary magnetic field along the method of diffusing the input optical signal and rotates the polarization of the optical signal.
好適には、本構造は第2光信号処理手段と第3光信号処理手段との間に提供され、微小コイル要素で発生した磁界に対して追加の永久磁界を適用する永久磁石を含む。この永久磁界は入力光の拡散方向に対して平行である。 Preferably, the structure includes a permanent magnet that is provided between the second optical signal processing means and the third optical signal processing means and applies an additional permanent magnetic field to the magnetic field generated by the microcoil element. This permanent magnetic field is parallel to the diffusion direction of the input light.
好適には、第1光信号処理手段、第2光信号処理手段及び第3光信号手段は一体的に形成され、一体構造を提供する。 Preferably, the first optical signal processing means, the second optical signal processing means, and the third optical signal means are integrally formed to provide an integral structure.
本発明の第2の特徴によれば、入力光信号を処理して減衰された出力信号を発生させる方法が提供される。 According to a second aspect of the invention, a method is provided for processing an input optical signal to generate an attenuated output signal.
この方法は、入力光信号を偏光してフィルタリングし、処理された第1光信号を発生させるステップと、処理された第1光信号の偏光を任意に回転させ、処理された第2光信号を発生させるステップと、回転角度に応じて処理された第2光信号の可変部分を通過させ、減衰された出力信号を提供するステップとを含んでいる。 The method includes polarizing and filtering an input optical signal to generate a processed first optical signal, optionally rotating the polarization of the processed first optical signal, and converting the processed second optical signal to Generating and passing the variable portion of the second optical signal processed as a function of the rotation angle to provide an attenuated output signal.
好適には、この方法は処理された第1光信号に磁界プロフィールを発生させるように微小コイルを介して供給される電流を制御するステップを含む。その磁界プロフィールは上記の任意回転を実行する。回転は処理された第1光信号の個別要素の偏光量を調整して処理された第2光信号を提供する。本方法は処理された第2光信号を分析して可変光減衰を提供するステップをさらに含む。 Preferably, the method includes controlling the current supplied through the microcoil to generate a magnetic field profile in the processed first optical signal. The magnetic field profile performs the arbitrary rotation described above. The rotation provides a processed second optical signal by adjusting the amount of polarization of the individual elements of the processed first optical signal. The method further includes analyzing the processed second optical signal to provide variable optical attenuation.
このように、高密度多ポート型光ステムで利用できるコスト効率が高く、ハードウェア詰込み型の基本的及び可変型光減衰アレイが提供できる。 Thus, a cost-effective and hardware-packed basic and variable optical attenuating array that can be used in high density multi-port optical stems can be provided.
本発明を実施するための最良の方法は、フォトニクスシステムのための高密度な多ポート型可変光減衰構造である。この減衰構造は一般的に、広範囲な光波長の高解像可変光減衰を実行するように動的に設計することができる、光導波アレイ、偏光手段、一体的偏光回転アレイ、及び分析手段を利用している。 The best way to implement the present invention is a high density multi-port variable optical attenuation structure for photonics systems. This attenuation structure generally includes an optical waveguide array, polarization means, integral polarization rotation array, and analysis means that can be dynamically designed to perform high resolution variable optical attenuation over a wide range of light wavelengths. We are using.
図1で示す如く、多ポート可変光減衰構造100は、複数のフォトニクスクリスタルファイバ108を含んだテーパ状偏光維持型フォトニクスクリスタルファイバアレイ(TPMPCFA)105の形態である第1光信号処理手段と、微小コイルアレイ115と一体的に形成された光磁気フィルム110の形態である第2光信号処理手段と、分析手段120の形態である第3光信号処理手段とを含んでいる。
As shown in FIG. 1, the multi-port variable
多ポート型可変光減衰ポートへ提供された入力光信号は先ずTPMPCFA105によって偏光され、スペクトル的にフィルタリングされて、処理された第1光信号を発生させる。偏光された第1光信号は光磁気フィルム110を通過し、微小コイルアレイ115の要素に供給される電流量を制御することで、これらの偏光を個別に回転させ、処理された第2光信号を発生させる。これらの電流は光信号の拡散方向に対して平行な可変磁界を発生させる。偏光回転された光信号の偏光方向が分析手段120の偏光方向と整合しない場合は、拡散光信号の一部が分析手段120にブロックされ、光信号を減衰させる。
The input optical signal provided to the multi-port variable optical attenuation port is first polarized by the TPMPCFA 105 and spectrally filtered to generate a processed first optical signal. The polarized first optical signal passes through the magneto-
光磁気フィルム110に対して垂直である定磁界を適用するために、第2光信号処理手段の表面に形成されたフィルム形態の永久磁石125が提供される。永久磁石125の役割は光磁気フィルム110内側の複数の磁区を単一磁区へと変換し、過剰光損失を低減させることである。
In order to apply a constant magnetic field perpendicular to the magneto-
TPMPCFA105と分析手段120の偏光方向は、微小コイルアレイ115に偏光回転が提供されない場合、通常は互いに垂直である。
The polarization directions of the TPMPCFA 105 and the analysis means 120 are usually perpendicular to each other when no polarization rotation is provided to the
図2は、光磁気フィルム110に提供された導電性平坦微小コイル205を示している。微小コイル205の材料は銅やアルミニウム等、どのような導電性材料であってもよい。
FIG. 2 shows a conductive
微小コイルアレイを、低い抵抗性と多数の巻部を有するように製造することもできる。 Microcoil arrays can also be manufactured with low resistance and multiple turns.
この微小コイルの形成方法は、光磁気フィルムがエッチング加工には薄すぎる場合に一般的に利用される。 This method of forming a microcoil is generally used when the magneto-optical film is too thin for etching.
図3は微小コイルを光磁気フィルムのコア内に提供するプロセスを示している。 FIG. 3 illustrates the process of providing the microcoil within the core of the magneto-optical film.
先ず図3に示す如く、光磁気フィルム110の深さと等しい深さの筒状溝305が光磁気フィルム110のコア内にエッチング加工される。
First, as shown in FIG. 3, a
次に図4に示す如く、微小コイル405を提供するため、導電性材料が筒状溝305に提供される。
Next, as shown in FIG. 4, a conductive material is provided in the
溝はレーザーエッチングによって提供できる。ピコ秒またはフェムト秒パルス持続時間高ピークパワーの超短パルスレーザーは熱の影響を受ける領域を最小限にし、材料除去プロセスを削磨加工で実施することによって光磁気フィルムで優れたエッチング精度を達成する。 The grooves can be provided by laser etching. Picosecond or femtosecond pulse duration High peak power ultra-short pulse laser minimizes heat-affected areas and achieves excellent etching accuracy in magneto-optic film by performing the material removal process by abrading To do.
よって、光磁気フィルムが十分な厚みを有する場合、前述のエッチング技術は微小コイルの形成に適している。 Therefore, when the magneto-optical film has a sufficient thickness, the above-described etching technique is suitable for forming a microcoil.
前述の好適実施例の説明から明らかなように、偏光手段と分析手段との間に挟まれた可変偏光回転子を利用することで最良の可変減衰を達成できる。さらに、入力ポートのためのファイバーアレイと一体的可変偏光回転子アレイとを使用することで、コスト効果が高く静的な多ポート型可変光減衰器が提供できる。 As is apparent from the foregoing description of the preferred embodiment, the best variable attenuation can be achieved by utilizing a variable polarization rotator sandwiched between the polarization means and the analysis means. Furthermore, a cost effective and static multi-port variable optical attenuator can be provided by using a fiber array for the input port and an integral variable polarization rotator array.
この装置の主な利点は:
(1)近年開発中の多くのフォトニクスシステムにとって重要な適合式多ポート型光減衰を可能にする。
(2)将来の多ポート型平列フォトニクス信号処理システムに適応性がある。
(3)静的な装置であるため(機械的に動く部分がない)、物理的に回転する減衰器と比べて寿命が長い。
(4)全てのポートが一体的可変偏光回転子アレイを共有するため、コスト効果が高い。
The main advantages of this device are:
(1) Enable adaptive multi-port optical attenuation, which is important for many photonics systems currently under development.
(2) Applicable to future multi-port parallel photonics signal processing systems.
(3) Since it is a static device (has no mechanically moving parts), it has a longer lifetime than a physically rotating attenuator.
(4) Cost effective since all ports share an integral variable polarization rotator array.
本発明の範囲は前述の実施例に限定されない。本発明の範囲から逸脱することなく前述の好適実施例を改良することで、本発明の変更が可能である。 The scope of the present invention is not limited to the embodiments described above. Modifications to the invention can be made by improving the preferred embodiments described above without departing from the scope of the invention.
Claims (11)
入力された光信号を偏光してフィルタリングした第1処理光信号を出力する第1光信号処理手段と、
前記第1処理光信号を前記第1光信号処理手段から受領し、受領した前記第1光処理信号を順応式に偏光回転した第2処理光信号を出力する第2光信号処理手段と、
前記第2処理光信号を受領し、前記第2処理光信号の一部をブロックして減衰信号を出力する第3光信号処理手段と、を含んでおり、
前記第1光信号処理手段は、ファイバの開口数を増加させる二次元偏光維持式であって、前記光信号が入力される側から前記第1処理光信号を出力する側に向けてテーパしたフォトニクスクリスタルファイバアレイを含んでおり、
当該フォトニクスクリスタルファイバアレイは、
光偏光を維持し、バンドパス光フィルタリングでシングルモード操作を提供し、
さらに、空間的に非均等状態の光出力を、滑らかで高密度に集光することを特徴とする
構造。A multi-port variable optical attenuation structure,
First optical signal processing means for outputting a first processed optical signal obtained by polarizing and filtering an input optical signal;
Second optical signal processing means for receiving the first processed optical signal from the first optical signal processing means and outputting a second processed optical signal obtained by adaptively rotating the received first optical processed signal;
Third optical signal processing means for receiving the second processed optical signal, blocking a part of the second processed optical signal, and outputting an attenuated signal;
The first optical signal processing means is a two-dimensional polarization maintaining type that increases the numerical aperture of the fiber, and is a photonics that tapers from the side where the optical signal is input toward the side where the first processed optical signal is output Including crystal fiber array,
The photonic crystal fiber array
Maintains light polarization, provides single mode operation with bandpass optical filtering,
Further, the structure is characterized in that the light output in a spatially non-uniform state is condensed smoothly and with high density.
前記偏光手段は前記第1光信号処理手段と前記第2光信号処理手段との間に配置され、前記第2光信号処理手段が第1処理光信号を受領する前に前記第1光信号処理手段によって発生された個々の信号を偏光することを特徴とする請求項1記載の構造。 The third optical signal processing means is polarized so that a part of the blocked second processed optical signal is only allowed to pass light having a polarization perpendicular to the polarization of the first processed optical signal. Characterized by being an analyzer rotated 90 ° relative to the means,
The polarizing means is disposed between the first optical signal processing means and the second optical signal processing means, and the first optical signal processing before the second optical signal processing means receives the first processed optical signal. 2. A structure according to claim 1, characterized in that the individual signals generated by the means are polarized.
前記永久磁界は第1処理光信号、第2処理光信号及び第3処理光信号の拡散方向に対して平行であることを特徴とする請求項7記載の構造。 A permanent magnet provided between the second optical signal processing means and the third optical signal processing means, for adding a permanent magnetic field to the magnetic field generated by the microcoil array;
8. The structure according to claim 7, wherein the permanent magnetic field is parallel to a diffusion direction of the first processed optical signal, the second processed optical signal, and the third processed optical signal.
入力光信号を二次元偏光維持式のテーパしたフォトニクスクリスタルファイバアレイに通過させ、第1処理光信号を発生させるステップを含んでおり、Passing an input optical signal through a two-dimensional polarization maintaining tapered photonic crystal fiber array to generate a first processed optical signal;
さらに、前記フォトニクスクリスタルファイバアレイは、前記入力光信号が入力される側から前記第1処理光信号を発生する側に向けてテーパしており、 Furthermore, the photonic crystal fiber array is tapered from the side where the input optical signal is input toward the side where the first processed optical signal is generated,
前記二次元偏光維持式のテーパしたフォトニクスクリスタルファイバアレイは、ファイバの開口数を増加させ、光偏光を維持し、バンドパス光フィルタリングでシングルモード操作を提供し、 The two-dimensional polarization-maintaining tapered photonic crystal fiber array increases the numerical aperture of the fiber, maintains the optical polarization, provides single-mode operation with bandpass optical filtering,
さらに、空間的に非均等状態の光出力を、滑らかで高密度に集光し、In addition, the light output in a spatially non-uniform state is condensed smoothly and densely,
第1処理光信号の偏光を任意に回転させ、第2処理光信号を発生させるステップと、 Arbitrarily rotating the polarization of the first processed optical signal to generate a second processed optical signal;
回転角度に応じて前記第2処理光信号の可変部分を通過させ、減衰された出力信号を提供するステップと、 Passing a variable portion of the second processed optical signal in response to a rotation angle to provide an attenuated output signal;
を更に含んでいることを特徴とする方法。A method characterized by further comprising:
前記回転により前記第1処理光信号の個別要素の偏光量を調整させ、第2処理光信号を提供するステップと、 Adjusting the amount of polarization of the individual elements of the first processed optical signal by the rotation and providing a second processed optical signal;
前記第2処理光信号を検光子に通過させて可変光減衰を提供するステップと、 Passing the second processed optical signal through an analyzer to provide variable optical attenuation;
を含んでいることを特徴とする請求項10記載の方法。The method of claim 10, comprising:
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