(57)【要約】  それぞれ異なる波長λｍを有するＭ個の光信号を合波または分波するデバイス（Ｍは２以上の整数）。当該デバイスは、多モード干渉（ＭＭＩ）導波路を具備し、該ＭＭＩ導波路は、第１の側にアクセス導波路の接続部として、Ｎ本のアクセス導波路を有している。ＭＭＩ導波路は、光の伝搬方向に長さを有している。その長さは、当該ＭＭＩ導波路へと伝搬するＮ本のアクセス導波路におけるｉ（ｉ＝＜Ｎ）番目のイメージがＮ本の自己イメージを生成するような長さとなっている。生成位置は、アクセス導波路から光の伝搬方向に距離ｌｍ（ｌｍ＞ｌｍ＋１）となるＭ個の位置である。ここで、Ｎは２以上の整数であり、各位置はそれぞれ波長に対応している。デバイスには、距離ｌｍおきに配置された波長選択性反射手段と、Ｍ個の位相調整手段とが含まれる。ここで、ｍ番目の波長選択性反射手段は、ｍ（２＜＝ｍ＜＝Ｍ）番目の波長を反射すように構成されている。Ｍ個の位相調整手段のうちｍ番目の位相調整手段は、ｍ番目の波長について、自己イメージの位相を調整し、選択された出力アクセス導波路に単一の自己イメージを生成する。これは、波長選択性反射手段によって反射されたときに行なわれる。
2005509191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる波長λｍによって搬送されるＭ（Ｍは２以上の整数）個の光信号を合波または分波するデバイスであって、
前記デバイスは、第１の側にアクセス導波路への接続経路となるＮ（Ｎは２以上の整数）個のアクセス端子（１０１−１０５、４０１−４０５；５０１−５０５；６０１−６０５）を有する多モード干渉（ＭＭＩ）導波路（１０６）を含み、
前記ＭＭＩ導波路は、ｉ（ｉ＜＝Ｎ）番目のアクセス導波路において該ＭＭＩ導波路へと伝搬される前記各光信号が、前記アクセス端子から距離ｌｍとなる該ＭＭＩ導波路内部のところにＮ個の自己イメージを生成することができるような寸法であって、
前記デバイスは、
それぞれ概ね前記距離ｌｍのところに配置されたＭ個の波長選択性反射手段（５０９−５１２；６０７−６１０）と、
それぞれ対応する前記波長選択性手段に関連して配置されたＭ個の位相調整手段（６１１−６１４；５１３−５１９；８０１−８０４）とを含み、
ｍ（２＜＝ｍ＜＝Ｍ）番目の前記波長選択性反射手段は、ｍ番目の前記波長により搬送される前記光信号を反射するように構成されており、
ｍ番目の前記位相調整手段は、ｍ番目の前記波長選択性反射手段によって反射されたときに、選択された出力アクセス導波路に単一の自己イメージが形成されるように、ｍ番目の前記波長によって搬送される前記光信号の前記自己イメージの位相を調整するように構成されている
ことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
ｍ番目の前記波長によって搬送される前記光信号からのＮ個の前記自己イメージのそれぞれは、ｉ番目の前記アクセス導波路から前記ＭＭＩ導波路へと入射し、それぞれ位相ｐｎ，ｉを有し、組Ｐｉは、前記自己イメージらの位相ｐｎ，ｉの位相分布であり、
Ｍ個の前記位相調整手段のそれぞれは、ｉ番目の前記入力アクセス導波路からｍ番目の前記波長λｍによって搬送される前記光信号からの前記自己イメージの前記波長分布Ｐｉを、選択されたｊ番目の出力アクセス導波路の位相分布Ｐｊに一致するように調整する
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
Ｍ個の前記位相調整手段は、入射光の伝搬方向に対して直交する方向にＮ個の位相シフト器を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
ｍ番目の前記波長選択性反射手段は、ｍ番目の前記波長λｍを反射し、それ以外の波長λｋ（λｋ≠λｍ）については実質的に透過となる
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
ｍ番目の前記波長選択性反射手段は、入射光の伝搬方向に対して実質的に直交する方向にＮ個の波長選択性反射手段を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
Ｎ個の前記波長選択性反射手段は、ブラッグ回折格子であることを特徴とする請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記位相調整手段の少なくとも一つは、ｉ番目の前記入力アクセス導波路からの自己イメージについての前記位相分布Ｐｉが、選択された出力アクセス導波路の位相分布Ｐｊに一致するように、光の伝搬方向において、Ｎ個の前記波長選択性反射手段のそれぞれを中央線からずらすことによって実現することを特徴とする請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記自己イメージの位相を調整するための前記位相シフト器は、ＭｘＮ個の前記波長選択性反射手段の光の伝搬方向に対してそれぞれ前方に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項９】
前記自己イメージの位相を調整するための前記位相シフト器は、ＭｘＮ個の前記波長選択性反射手段の光の伝搬方向に対してそれぞれ前方に配置される第１の部分と、ＭｘＮ個の前記波長選択性反射手段の後方に配置される第２の部分とを含むことを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項１０】
それぞれ異なる波長λｍによって搬送されるＭ（Ｍは２以上の整数）個の光信号をスイッチングするデバイスであって、
前記デバイスは、第１の側にアクセス導波路への接続経路となるＮ（Ｎは２以上の整数）個のアクセス端子を有する多モード干渉（ＭＭＩ）導波路（６０６）を含み、
前記ＭＭＩ導波路は、ｉ（ｉ＜＝Ｎ）番目のアクセス導波路において該ＭＭＩ導波路へと伝搬される前記各光信号が、前記アクセス端子から距離ｌｍとなる該ＭＭＩ導波路内部のところにＮ個の自己イメージを生成することができるような寸法であり、
それぞれ概ね前記距離ｌｍのところに配置されたＭ個の波長選択性反射手段（６０７−６１０）と、
それぞれ対応する前記波長選択性手段に関連して配置されたＭ個の位相調整手段（６１１−６１４）とを含み、
ｍ（２＜＝ｍ＜＝Ｍ）番目の前記波長選択性反射手段は、ｍ番目の前記波長により搬送される前記光信号を反射するように構成されており、
ｍ番目の前記位相調整手段は、ｍ番目の前記波長選択性反射手段によって反射されたときに、選択された出力アクセス導波路に単一の自己イメージが形成されるように、ｍ番目の前記波長によって搬送される前記光信号の前記自己イメージの位相を調整するように構成されており、
前記波長らによって搬送される前記光信号らのそれぞれの出力アクセス導波路を動的に選択するために、前記位相調整手段のそれぞれを制御するスイッチ制御手段（６１５）とを含む
ことを特徴とするデバイス。
【請求項１１】
前記位相調整手段のそれぞれは、電流、電圧または熱の応用によって制御可能かつ調整可能な反射係数を有する光透過部を含み、
前記スイッチ制御部は、前記位相調整手段のそれぞれに適用される電流、電圧または熱を制御することによって自己イメージについての位相分布を制御するように構成されている
ことを特徴とする請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
それぞれ異なる波長λｍによって搬送されるＭ（Ｍは２以上の整数）個の光信号を合波、分波またはスイッチングする方法であって、
第１の側にアクセス導波路への接続経路となるＮ（Ｎは２以上の整数）個のアクセス端子を有する多モード干渉（ＭＭＩ）導波路（１０６）を利用するものであり、前記ＭＭＩ導波路は、ｉ（ｉ＜＝Ｎ）番目のアクセス導波路において該ＭＭＩ導波路へと伝搬される前記各光信号が、前記アクセス端子から距離ｌｍとなる該ＭＭＩ導波路内部のところにＮ個の自己イメージを生成することができるような寸法であり、
前記方法は、
選択された出力アクセス導波路に単一の自己イメージが形成されるように、ｍ番目の前記波長によって搬送される前記光信号の前記自己イメージの位相を調整するステップと、
ｍ（２＜＝ｍ＜＝Ｍ）番目の前記波長により搬送される前記光信号についてＮ個の前記自己イメージが出現する前記ＭＭＩ導波路内の位置において、ｍ番目の該波長により搬送される該光信号を反射するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
ｍ番目の前記波長によって搬送される前記光信号からのＮ個の前記自己イメージのそれぞれは、ｉ番目の前記アクセス導波路から前記ＭＭＩ導波路へと入射し、それぞれ位相ｐｎ，ｉを有し、組Ｐｉは、前記自己イメージらの位相ｐｎ，ｉの位相分布であり、
ｉ番目の前記入力アクセス導波路からｍ番目の前記波長λｍによって搬送される光信号からの自己イメージの前記波長分布Ｐｉを、選択されたｊ番目の出力アクセス導波路の位相分布Ｐｊに一致するように調整する
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ｉ番目の前記入力アクセス導波路からｍ番目の前記波長λｍによって搬送される前記光信号からの前記自己イメージの前記波長分布Ｐｉを、動的に選択されたｊ番目の出力アクセス導波路の位相分布Ｐｊと一致するよう動的に前記位相の調整を制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＭＩベースの合波器、分波器、ＭＭＩ導波路を有する波長選択スイッチ、および、異なる波長を有するＭ本の光信号を合波、分波またはスイッチする方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光伝送ネットワークの容量や柔軟性を改善することには強い要望がある。発展中の通信ネットワークについては、デバイスのコンパクト化だけでなく、柔軟性や再構成能力への注目が集まっている。そのためには、光通信用の光集積回路の機能を拡張することが必要となる。単一モード伝送システム用の光集積回路における多モード干渉（ＭＭＩ）効果の利点は、最近になって増してきている。ＭＭＩ効果をベースとした光デバイスは、光の帯域幅が広く、偏光に影響を受けにくく、かつ、高い製造耐性を有しており、これらは数少ない利点である。ＭＭＩ導波路デバイスの動作は、自己イメージ（自己結像）原理に基づいている。この原理は、「”Optical Multi-Mode Interference Devices Based on Self-Imaging: Principles and Applications” by L. B Soldano and E. C. M. Pennings published in J. of Lightwave Technology, Vol. 13, No. 4 April 1995.」に記述されている。
【０００３】
ＭＭＩ導波路デバイスは、様々な分野で応用可能である。例えば、波長選択性スイッチに関しては、本願の発明者らによる「"Bragg grating assisted MMIMI coupler for wavelength selective switching" published in Electronics Letters 10th December 1998, Vol. 34, No. 25.」に記述されている。この論文で、本願発明者は、波長選択性スイッチ用の新規な光デバイスを発表している。当該デバイスは、ＭＭＩＭＩ（多モード干渉マイケルソン干渉計）カプラーによって補助されたブラッグ回折格子をベースとしている。
【０００４】
ＭＭＩ導波路デバイスについて他の応用例は、カプラーである。これは、「"Multimode Interference Couplers with Tuneable Splitting Ratios"by J. Leuthold and C. H. Joyner, published in Proc. ECOC 2000, Sept, Munich Vol. 3.」に記述されている。この論文によれば、新規かつコンパクトで、しかもパワー分割比を調整可能な多モード干渉カプラーが提案されている。当該カプラーは、広範囲に調整が可能であり、干渉計測デバイスにおけるオン・オフ比を最適にするために利用されたり、あるいはスイッチとしても利用されたりする。
【０００５】
光信号の合波についは、「"Transmission Characteristics of Arrayed Waveguide NxN wavelength Multiplexer", in J. of Lightwave Technology Vol 13 (3), pp 447- 445,1995 by H. takahasi, K. Oda, H. Toba and Y. Inoue.」に記述されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光通信ネットワークにおいて光信号の合分波を可能とすることが要請されていることは明らかである。例えば、広帯域信号用の単純な空間スイッチを用いることができれば、有用な容量に基づいたルーティング処理を実現できるし、あるいは現時点では有用でないネットワークの部分を迂回してルーティング処理することも実現できるだろう。また、波長スイッチは、柔軟な光ネットワークについての重要な特徴となりうる。
【０００７】
本発明の主たる目的は、それぞれ異なる波長を有するＭ本の光信号について合波、分波またはスイッチングするデバイスおよび方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
種々の目的のうち、これらの目的は、本発明の第１の観点による、Ｍ本の光信号を合分波するデバイスによって達成される。Ｍは、２以上の整数である。各光信号は、それぞれ異なる波長λｍによって搬送される。当該デバイスは、多モード干渉（ＭＭＩ）導波路を含んでいる。ＭＭＩ導波路は、第１の側に、アクセス導波路を接続するためのN個のアクセス端子を備えている。また、ＭＭＩ導波路は、ｉ（ｉ＜＝Ｎ）番目のアクセス導波路のところで該ＭＭＩ導波路へと伝搬してゆく各光信号がＭＭＩ導波路の内部でＮ個の自己イメージを発生させることができるような寸法を有している。Ｎは２以上の整数である。当該アクセス端子からそれぞれ距離ｌｍのところに自己イメージが生成される。当該デバイスはさらに、Ｍ個の波長選択性反射手段を備えている。当該手段は、それぞれ概ね距離ｌｍだけ離れて配置される。当該デバイスはさらに、Ｍ個の位相調整手段を含み、それぞれ対応する波長選択性反射手段に関係付けられて配置される。ｍ番目の波長選択性反射手段は、ｍ（２＜＝ｍ＜＝Ｍ）番目の波長によって搬送される光信号を反射するように構成されている。ｍ番目の位相調整手段は、ｍ番目の波長によって搬送される光信号の自己イメージの位相を調整するように構成されている。ｍ番目の波長選択性反射手段によって反射されると、選択された出力アクセス導波路に単一の自己イメージが生成される。
【０００９】
種々の目的のうち、これらの目的は、本発明の第２の観点による、Ｍ本の光信号をスイッチするデバイスによって達成される。Ｍは、２以上の整数である。各信号は、それぞれ異なる波長λｍによって搬送される。当該デバイスは、多モード干渉（ＭＭＩ）導波路を含んでいる。ＭＭＩ導波路は、第１の側に、アクセス導波路を接続するためのN個のアクセス端子を備えている。また、ＭＭＩ導波路は、ｉ（ｉ＜＝Ｎ）番目のアクセス導波路のところで該ＭＭＩ導波路へと伝搬してゆく各光信号がＭＭＩ導波路の内部でＮ個の自己イメージを発生させることができるような寸法を有している。Ｎは２以上の整数である。当該アクセス端子からそれぞれ距離ｌｍのところに自己イメージが生成される。当該デバイスはさらに、Ｍ個の波長選択性反射手段を備えている。当該手段は、それぞれ概ね距離ｌｍだけ離れて配置される。当該デバイスはさらに、Ｍ個の位相調整手段を含み、それぞれ、対応する波長選択性反射手段に関係付けられて配置される。ｍ番目の波長選択性反射手段は、ｍ（２＜＝ｍ＜＝Ｍ）番目の波長によって搬送される光信号を反射するように構成されている。ｍ番目の位相調整手段は、ｍ番目の波長によって搬送される光信号の自己イメージの位相を調整するように構成されている。ｍ番目の波長選択性反射手段によって反射されると、選択された出力アクセス導波路に単一の自己イメージが生成される。スイッチ制御手段も具備されている。当該手段は、前記波長によって搬送される前記光信号のそれぞれ用の前記出力アクセス導波路を動的に選択するために、前記位相調整手段を制御する。
【００１０】
種々の目的のうち、これらの目的は、本発明の第３の観点による、Ｍ本の光信号を合波、分波またはスイッチする方法によって達成される。Ｍは、２以上の整数である。各信号は、それぞれ異なる波長λｍによって搬送される。当該方法では、多モード干渉（ＭＭＩ）導波路が利用される。当該ＭＭＩ導波路は、第１の側に、アクセス導波路を接続するためのN個のアクセス端子を備えている。また、ＭＭＩ導波路は、第１の側に、アクセス導波路を接続するためのN個のアクセス端子を備えている。また、ＭＭＩ導波路は、ｉ（ｉ＜＝Ｎ）番目のアクセス導波路のところで該ＭＭＩ導波路へと伝搬してゆく各光信号がＭＭＩ導波路の内部でＮ個の自己イメージを発生させることができるような寸法を有している。Ｎは２以上の整数である。当該アクセス端子からそれぞれ距離ｌｍのところに自己イメージが生成される。当該方法は、選択された出力アクセス導波路に単一の自己イメージが形成されるように、ｍ番目の前記波長によって搬送される前記光信号の前記自己イメージの位相を調整するステップと、ｍ（２＜＝ｍ＜＝Ｍ）番目の前記波長により搬送される前記光信号についてＮ個の前記自己イメージが出現する前記ＭＭＩ導波路内の位置において、ｍ番目の波長により搬送される該光信号を反射するステップとを含む。
【００１１】
より詳しくは、ｍ番目の波長についてのＮ個の自己イメージは、ｉ番目のアクセス導波路において前記ＭＭＩ導波路へと入射する前記光信号から生起され、それぞれ位相Ｐｎ，ｉ（Ｐ＃自己イメージの番号，＃入力アクセス導波路の番号）を有している。位相Ｐｉの組は自己イメージの位相分布を示しているものとする。Ｍ個の位相調整手段は、ｍ番目の波長についての、ｉ番目の入力アクセス導波路からの自己イメージの位相分布Ｐｉを調整するように構成されている。これによって、選択されたｊ番目の出力アクセス導波路の位相分布ＰｊへとＰｉが一致するよう調整される。
【００１２】
好ましくは、本発明の第３の観点による方法は、選択された波長についての、ｉ番目の入力アクセス導波路からの自己イメージの位相分布を、選択された波長についての、動的に選択されたｊ番目の出力アクセス導波路の位相分布Ｐｊに一致するように動的に制御する。
【００１３】
Ｍ個の位相調整手段は、本発明にかかる好ましい実施形態において、Ｍ個の波長選択性反射手段のそれぞれを入射した光の方向へと単純に移動させることによって実現される。すなわち、各自己イメージの光の伝搬距離を調整することで、各自己イメージの位相が調整される。
【００１４】
本発明の利点は、すべてのチャネルにおいて、トータルでの帯域幅を広くできることである。
【００１５】
本発明のさらなる利点は、小さくて柔軟性のあるデバイスを実現できることである。
【００１６】
本発明のさらに他の利点は、高い損失を回避しうることであろう。
【００１７】
本発明についてのさらなる特徴や利点は、本発明の実施形態に関する詳細な説明から明らかに理解できよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下の記述において、限定目的のためではなく、説明目的のために、特定の技術、応用、特定の詳細が列挙される。これにより、本発明の完全な理解が得られよう。しかしながら、本発明に関する技術分の当業者であれば、これらの特定の詳細から離れた他の形態を実現できることは自明である。また、良く知られた方法や装置などの詳細な説明は省略するが、これは、本発明の説明が不要な説明によってわかりにくくならないようにするためである。
【００１９】
図１は、多モード干渉デバイスの概要を示す図である。左側には、インターフェースＡのところに、それぞれ５つのアクセス導波路１０１〜１０５が配置されている。導波路１０６の長さおよび幅は、アクセス導波路のところの入力イメージ（入力される光の像）がインターフェースＢに５つの自己イメージを生成できるような寸法に適合している。光の伝搬方向は矢印１０７で示されており、その方向に対して垂直な方向が矢印１０８で示されている。なお、光は、矢印１０７の方向とは反対の方向にも伝搬しうる。アクセス導波路１０１へと入射してくる信号には、それぞれ異なる４つの信号が含まれており、それぞれ異なる波長によって搬送され、また、インターフェースＢのところに４つの組の自己イメージを生成する。各自己イメージの組が生成される位置は、それぞれ光の伝搬方向１０７に対してわずかにずれている。各自己イメージの組間の距離は、各搬送波長の長さの違いに依存する。
【００２０】
図２は、図１に示したＭＭＩ導波路のアクセス導波路１０１に入射される信号についてインターフェースＢでのパワー分布を示す図である。各々のパワーのピークは、それぞれ２０１−２０５で示されており、自己イメージを表現している。これらは、インターフェースＢのところに一様に出現するものである。すなわち、図２のＸ軸は、図１の垂直方向１０８を意味している。
【００２１】
個々の波長は、それぞれ垂直方向１０８にそって、似通ったパワー分布をもたらす。しかしながら、光の伝搬方向１０７における各波長のピークパワーらの位置は異なっている。すなわち、信号の波長が長ければ長いほど、そのピークらは入力アクセス導波路１０１−１０５へと近づいていくように位置している。
【００２２】
他のアクセス導波路１０２−１０５からの入力は、インターフェースＢのところに、似通ったパワー分布を生成するか、または自己イメージを生成する。複数の入力アクセス導波路間におけるインターフェースＢのところでのパワー分布の差異は、ＭＭＩ導波路の設計が正しければ、無視できる程度に過ぎないだろう。
【００２３】
伝統的なＭＭＩ導波路の光学的な帯域幅は、出力導波路の数に反比例する。しかしながら、本発明によれば、チャネルが異なれば、ＭＭＩカプラー内の光路長も異なるようにしているので、このルールはもはや厳然たる事実というわけではない。これによって、すべてのチャネルについて、トータルでの帯域幅をより広げることができる。ＭＭＩ導波路の帯域幅の特性は、「"Optical Bandwidth and Fabrication Tolerances of Multimode Interference Couplers"by P. A. Besse, M Bachmann, H. Melchior, L. B. Soldano, and M. K. Smit published in J. of Lightwave Technology, Vol. 12, No. 6, June 1994. 」において詳細に説明されている。
【００２４】
図３ａは、図１において、上から３番目までの入力導波路１０１−１０３のインターフェースＢにおける自己イメージの位相分布を示す図である。すなわち、図１のアクセス導波路１０１においてＭＭＩ導波路１０６へと入射する光イメージは、図２に示すようなパワー分布を有しており、その位相分布は、図３ａにおいて破線３０１で示されている。図１のアクセス導波路１０２においてＭＭＩ導波路１０６へと入射する光イメージは、図２に示すようなパワー分布に似ているが、その位相分布については、図３ａの一点鎖線３０２で示すように、全く別のものとなっている。同様に、アクセス導波路１０３においてＭＭＩ導波路１０６へと入射する光イメージは、図３ａの二点鎖線で示すような位相分布を有している。
【００２５】
参照を容易にするために、アクセス導波路１０４においてＭＭＩ導波路１０６へと入射する光イメージの位相分布は、図３ｂにおいて破線３０４を用いてプロットしている。そして、アクセス導波路１０５においてＭＭＩ導波路１０６へと入射する光イメージの位相分布は、図３ｂにおいて一点鎖線３０５を用いてプロットしている。
【００２６】
このように、アクセス導波路ｉのところでＭＭＩ導波路１０６へと入射する信号についてのインターフェースＢにおける位相分布Ｐｉには、図２に示すｎ番目のパワーピークについての位相Ｐｎ，ｉ（ｎは自己イメージの番号、ｉは入力アクセス導波路の番号）が含まれている。
【００２７】
図４は、本発明の好ましい実施形態に係る分波器の詳細を示す図である。５つのアクセス導波路４０１−４０５は、それぞれ、ＭＭＩ導波路４０６の左側に配置されている。アクセス導波路４０１〜４０５は、ＭＭＩ導波路４０６へと続くテーパー形状部を有している。断熱的なテーパー形状を採用することで、パワーの大部分は、より低次のモードとなり、帯域幅が向上し、さらには、損失が低減され、製造許容範囲も改善することになる。ＭＭＩ導波路４０６は、第１のテーパー形状部４０７を有し、第２の部分に導かれる。第２の部分は、２０個のブラッグ回折格子を有しており、それぞれ中央線Ｃ１−Ｃ４にそった４つの列に配置されている。各列は、５つのブラッグ回折格子に分かれており、それぞれ、各列の中央線に対してオフセットを付けられて配置されている。各列の中央線Ｃｉは、入力アクセス導波路から距離ｌｉをおいて配置されている。ここで、ｌ１＞ｌ２＞ｌ３＞ｌ４となっている。
【００２８】
合波された光信号は、最も上のアクセス導波路４０１に入射する。したがって、これは入力アクセス導波路になる。合波された光信号は、それぞれ異なる４つの波長λ１−λ４によって搬送される４つの光信号を含んでいる。それぞれ、約２０nmで分離されており、λ１＜λ２＜λ３＜λ４となっている。
【００２９】
列Ｃ１におけるブラッグ回折格子は、波長λ１の入射光を反射するようになっている。列Ｃ２におけるブラッグ回折格子は、波長λ２の入射光を反射するようになっている。なお、他の波長については透過するようになっている。また、列Ｃ３におけるブラッグ回折格子は、波長λ３の入射光を反射し、波長λ１や波長λ２などの他の波長については透過するようになっている。列Ｃ４におけるブラッグ回折格子は、波長λ４の入射光を反射し、波長λ１乃至波長λ３などの他の波長については透過するようになっている。
【００３０】
列Ｃ１からＣ４は、それぞれ距離ｌ１からｌ４のところに配置されている。これの距離は、各波長λ１からλ４のそれぞれについての５つの自己イメージが出現する位置となっている。すなわち、波長λ１についての５つの自己イメージが、入力アクセス導波路４０１から約ｌ１の距離のところに出現し、波長λ２についての５つの自己イメージが、入力アクセス導波路４０１から約ｌ２の距離のところに出現し、波長λ３についての５つの自己イメージが、入力アクセス導波路４０１から約ｌ３の距離のところに出現し、波長λ４についての５つの自己イメージが、入力アクセス導波路４０１から約ｌ４の距離のところに出現するように、ＭＭＩ導波路４０６は構成されている。
【００３１】
Ｍを入力波長の数とし、入力アクセス導波路４０１から距離ｌｍのところにブラッグ回折格子の列が配置されるか、または当該距離からわずかだけオフセットを付けて配置されるるものとする。また、Ｎは、波長λｍについて出現するように配置される自己イメージの数であり、入力アクセス導波路および出力アクセス導波路の数に等しいものとする。各列Ｃｍには、Ｎ個のブラッグ回折格子が含まれ、各列のブラッグ回折格子は、波長λｍの入射光を反射し、その他の波長の入射光は通過するように構成されている。
【００３２】
列Ｃ４において、ブラッグ回折格子は中央線からずれて配置されているが、これは波長λ４の入射光の位相を調整するためである。これにより、各自己イメージの位相Ｐｎ，１は、ブラッグ回折格子によって反射されるときに位相Ｐｎ，２と等しくなる。位相Ｐｎ，２は、アクセス導波路４０２に接したＭＭＩ導波路へ類似の自己イメージが入射したときの位相である。ＭＭＩ導波路は双方向に光が伝搬可能なので、波長λ４の入射光は、列Ｃ４のブラッグ回折格子によって反射され、アクセス導波路４０２へと進む。よって、アクセス導波路４０２は、波長λ４によって搬送される信号用の出力アクセス導波路となる。
【００３３】
同様に、列Ｃ３において、ブラッグ回折格子は中央線からずれて配置されているが、これは波長λ３の入射光の位相を調整するためである。これにより、各自己イメージの位相Ｐｎ，１は、ブラッグ回折格子によって反射されるときに、位相Ｐｎ，５と等しくなる。位相Ｐｎ，５は、アクセス導波路４０５に接したＭＭＩ導波路へ類似した自己イメージが入射したときの位相である。ＭＭＩ導波路は双方向に光が伝搬可能なので、波長λ３の入射光は、列Ｃ３ブラッグ回折格子によって反射され、アクセス導波路４０５へと進む。したがってアクセス導波路４０５は、波長λ３によって搬送される信号用の出力アクセス導波路となる。
【００３４】
同様に、λ２とλ１とによって搬送される信号は、それぞれ、出力アクセス導波路４０３と４０４へとルーティングされる。したがって、図４に示すデバイスは、入力アクセス導波路４０１へと到着した信号を、それぞれ対応する出力アクセス導波路４０２−４０５へと分波されたことになる。
【００３５】
なお、ＭＭＩ導波路は双方向に光が伝搬可能なので、図４におけるデバイスは合波器としても動作可能である。その場合、デバイスは４つの入力アクセス導波路４０２−４０５を有し、これらは、約２０ｎｍづつ長さが異なる４つの波長によって搬送されるそれぞれ異なる４つの信号を受信するために使用される。合波器として動作するデバイスは、合波された波長らを出力するたった一つの出力アクセス導波路４０１を具備することになる。
【００３６】
図５は、本発明に係る第２の好ましい実施形態を示す図である。入力アクセス導波路５０１は、４つの異なる波長λ１−λ４によって搬送される４つの信号を受信する。以下で説明するように、これらの信号は、分波され、４つの出力アクセス導波路５０２〜５０５へと、それぞれルーティングされる。ＭＭＩ導波路５０６は、第１のテーパー形状部５０７と、第２の部分５０８とを備えている。第２の部分５０８は、４つの波長選択性反射手段５０９−５１２を有している。また、位相調整器の列５１３−５１９も備え、それぞれ５つの位相調整器を備えている。
【００３７】
各々のブラッグ回折格子は、対応する波長を反射し、それ以外の波長は通過させるように構成されている。本実施形態において、位相調整は、特別な位相調整器によって実行される。このように、５つの調整器からなる第１の列の位相調整器群５０３は、入射光の自己イメージ上の位相分布を、第４の出力アクセス導波路５０５を通じてＭＭＩ導波路５０６へと入射する信号の位相分布に一致するように調整する。ブラッグ回折格子５０９は、前記入力アクセス導波路から少し離れて配置される。第４の波長λ４の５つの自己イメージがこの位置に出現し、第４の波長だけが反射され、他の波長は通過する。このように、第４の波長λ４によって搬送される信号は第４の出力アクセス導波路５０５へと反射され、他の波長らはブラッグ回折格子５０９を通過して行く。
【００３８】
入射光の位相が、比較的に長い距離にわたって、すなわち、位相シフト器を通過する際に調整されるので、入射光の強度分布は位相シフト器を通過している間に変化してしまう。導波路に断熱性のテーパー形状を施すことで、すなわち、高次モードの結合を低減することで、入射光の強度分布の変化をよりゆっくりとさせることができる。このように、より効果的な位相調整によって、クロストークが低減され、パワーの損失も低減される。しかしながら、テーパー化による最も重要な効果は、おそらく、入射光のモードについての実効屈折率（伝搬定数）の広がりを低減できることであろう。各モードは、わずかに異なる実効屈折率を有しているので、ブラッグ回折格子での相互作用は幾分異なり、この効果を最小限にすることが重要である。これはテーパー化によって成し遂げられる。これは本発明係る全ての実施形態において事実である。
【００３９】
５つの位相調整器を有する前記第２の列５１４は、位相調整器の第１の列５１３によって実行された位相調整を相殺するように構成されている。したがって、他の波長によって搬送される第１、第２および第３の信号についても位相調整器をこのように設計すれば、位相調整器の第１の列５１３と第２の列５１４によって実行される位相調整については考慮する必要がない。これは、ＭＭＩ導波路に対して入射してくる光に対しても、あるいは当該ＭＭＩ導波路から出力される光に対しても事実である。
【００４０】
５つの位相調整器を含む第３の列５１５は、入射光の自己イメージ上の位相分布を、第３の出力アクセス導波路５０４を通じてＭＭＩ導波路５０６へと入射する信号の位相分布に一致するように調整する。ブラッグ回折格子５１０は、前記入力アクセス導波路から少し離れて配置される。第３の波長λ３の５つの自己イメージがこの位置に出現し、第３の波長λ３だけが反射され、他の波長は通過する。このように、第３の波長λ３によって搬送される信号は、第３の出力アクセス導波路５０４へと反射され、他の波長らはブラッグ回折格子５１０を通過して行く。
【００４１】
５つの位相調整器を有する前記第４の列５１６は、位相調整器の第３の列５１５によって実行された位相調整を相殺するように構成されている。第２の波長についても同様に処理される。最も波長が短く、最後に反射される第１の波長については、５つの位相調整器らの第７列５１９によって引き起こされる位相調整を相殺するための位相調整は必要ない。なぜなら、ブラッグ回折格子５１２を通過する信号はないからである。
【００４２】
それぞれ異なる４つの波長によって搬送されて入力アクセス導波路５０１に到着してきた４以下の信号を、４つの異なる出力アクセス導波路５０２−５０５へと分波する分波器として当該デバイスは動作する。同様に、当該デバイスは、それぞれ異なる波長によって搬送され、アクセス導波路５０２−５０５で受信された４つ（またはそれ以下）の信号らを合波する合波器として機能することも可能である。これらの信号は、合波され、出力アクセス導波路として機能するアクセス導波路５０１へと出力される。
【００４３】
図６は、本発明の第３の好ましい実施形態を示しており、動的に制御可能な位相調整器が使用されており、当該デバイスを波長選択性スイッチとして動作可能ならしめるものである。
【００４４】
４つの異なる波長によってそれぞれ搬送される４つの光信号は、入力アクセス導波路６０１上のＭＭＩ導波路６０６へと入射する。個々の信号は、以下で詳細に説明するように、４つある動的に選択可能な出力アクセス導波路６０２−６０５の何れかにルーティングされる。
【００４５】
上述の実施形態と同様に、それぞれ波長について５つの自己イメージが出現する入力アクセス導波路から少し離れた位置に、４つのブラッグ回折格子が配置される。前記第１のブラッグ回折格子６０７は、第１の波長λ１を反射し、前記第２のブラッグ回折格子６０８は、第２の波長λ２を反射し、それぞれそれ以外の波長については透過的となる。第３のブラッグ回折格子６０９は、第３の波長λ３を反射し、他の波長については透過的となる。そして、第４のブラッグ回折格子６１０は、第４の波長λ４を反射し、他の波長について透過的となる。
【００４６】
本発明の実施形態には、５つの位相調整器を含む４つの列６１１〜６１４が含まれている。よって、後方の位相調整器らは、前方の相位相調整器らによる位相調整を考慮する必要がある。４Ｘ５＝２０個の位相調整器らは、それぞれ、スイッチ制御手段６１５によって制御可能である。
【００４７】
第１のブラッグ回折格子６０７の前に配置された第１の列６１１の位相調整器らを動的に制御することによって、入射光のイメージの位相分布を、選択された出力アクセス導波路からの入射光イメージ位相分布に対応するように調整することで、第１の波長λ１によって搬送される信号を選択された出力アクセス導波路へとルーティングさせることができる。同様に、第２の列６１２の位相調整器らを制御することによって、第２の波長λ２によって搬送される信号を、選択された出力アクセス導波路へとルーティングすることができ、第３の列６１３の位相調整器らを制御することによって、第３の波長λ３によって搬送される信号を、選択された出力アクセス導波路へとルーティングすることができ、そして第４の列６１４の位相調整器らを制御することによって、第４の波長λ４によって搬送される信号を、選択された出力アクセス導波路へとルーティングすることができる。
【００４８】
なお、同一の出力アクセス導波路に全ての信号をルーティングすることも可能であり、その場合、本デバイスは空間スイッチとして機能する。あるいは２つの信号を第１の出力アクセス導波路へとルーティングし、かつ、２つの信号を第２の出力アクセス導波路へとルーティングする場合、本デバイスは、空間および波長スイッチの組み合わせとして機能することになる。また、一以上の入力から信号を受信して、当該信号を一つの出力へと動的にルーティングすることも可能であり、その場合、本デバイスは、動的な合波器として動作することになる。事実、入力アクセス導波路と出力アクセス導波路を動的に選択できるようになるので、全体でみれば自由度をもたらすことを実現できる。例えば、本デバイスへと入射する際のアクセス導波路と同一のアクセス導波路へと信号をルーティングして戻すことも可能である。
【００４９】
図７は、図６に示したデバイスをＡ−Ａの線での断面図である。それぞれ制御可能な位相調整器らは、電圧の印加によって制御できる。各位相調整器は、媒体を備え、当該媒体を横断するように電圧を制御することによって媒体の内部の屈折率を制御することができる。屈折率を制御することによって、入射光の位相が制御可能となる。他の好ましい実施形態によれば、温度により制御可能か、または電流により制御可能な位相調整器を採用することも可能である。
【００５０】
図８は、合波器／分波器についてのさらに他の好ましい実施形態を示しており、中央線Ｃ１−Ｃ４からずれて配置されたブラッグ回折格子と、位相調整器８０１−８０４が使用されている。位相調整器は、各自己イメージの位相調整を微調整するために使用される。
【００５１】
本発明は、とりわけ、波長分割多重化ＣＷＤＭネットワーク（搬送波の波長セパレ−ションが２０ｎｍである）に好適である。
【００５２】
本発明を複数の方法で変更することができる。例えば、ＭＭＩ導波路には、4以上のアクセス端子が含まれてもよい。このような変形例もまた本発明の範囲から逸脱するものとはみなされない。本技術分野における当業者にとっては自明な変形例のすべては、添付の請求の範囲の技術的範囲に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
本発明の実施形態についての添付図面と詳細な説明から、本発明をより完全に理解できるであろう。図１乃至図７は、図解する目的で添付しているに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【図１】図１は、多モード干渉デバイスの概要を示す図である。
【図２】図２は、図１のインターフェースＢにおいて特定の波長におけるパワー分布を示す図である。
【図３ａ】、
【図３ｂ】図３ａ−図３ｂは、異なる位相分布を示している。
【図４】図４は、本発明に係る第１の好ましい実施形態における合波器／分波器であって、ブラッグ回折格子が中央線にそって置き換えられているものの概要を示す図である。
【図５】図５は、本発明に係る第２の好ましい実施形態における合波器／分波器であって、位相調整器が使用されているものの概要を示す図である。
【図６】図６は、本発明係る第３の好ましい実施形態におけるスイッチの概要を示す図である。
【図７】図７は、図６に示したデバイスをＡ−Ａの線で切断したときの断面図である。
【図８】図８は、本発明に係る第４の好ましい実施形態における合波器／分波器であって、ブラッグ回折格子が中央線にそって置き換えられ、かつ位相調整器を備えたものの概要を示す図である。
【図１】
2005509191.tif 000003
【図２】
2005509191.tif 000004
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年11月26日(2003.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる波長λｍによって搬送されるＭ（Ｍは２以上の整数）個の光信号を合波または分波するデバイスであって、
前記デバイスは、第１の側にアクセス導波路への接続経路となるＮ（Ｎは２以上の整数）個のアクセス端子（１０１−１０５、４０１−４０５；５０１−５０５；６０１−６０５）を有する多モード干渉（ＭＭＩ）導波路（１０６）を含み、
前記ＭＭＩ導波路は、ｉ（ｉ＜＝Ｎ）番目のアクセス導波路において該ＭＭＩ導波路へと伝搬される前記各光信号が、前記アクセス端子から距離ｌｍとなる該ＭＭＩ導波路内部のところにＮ個の自己イメージを生成することができるような寸法であって、
前記デバイスは、
それぞれ概ね前記距離ｌｍのところに配置されたＭ個の波長選択性反射手段（５０９−５１２；６０７−６１０）と、
それぞれ対応する前記波長選択性手段に関連して配置されたＭ個の位相調整手段（６１１−６１４；５１３−５１９；８０１−８０４）とを含み、
ｍ（２＜＝ｍ＜＝Ｍ）番目の前記波長選択性反射手段は、ｍ番目の前記波長により搬送される前記光信号を反射するように構成されており、
ｍ番目の前記位相調整手段は、ｍ番目の前記波長選択性反射手段によって反射されたときに、選択された出力アクセス導波路に単一の自己イメージが形成されるように、ｍ番目の前記波長によって搬送される前記光信号の前記自己イメージの位相を調整するように構成されており、
ｍ番目の前記波長選択性反射手段は、ｍ番目の前記波長λｍを反射し、それ以外の波長λｋ（λｋ≠λｍ）については実質的に透過となる
ことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
ｍ番目の前記波長によって搬送される前記光信号からのＮ個の前記自己イメージのそれぞれは、ｉ番目の前記アクセス導波路から前記ＭＭＩ導波路へと入射し、それぞれ位相ｐｎ，ｉを有し、組Ｐｉは、前記自己イメージらの位相ｐｎ，ｉの位相分布であり、
Ｍ個の前記位相調整手段のそれぞれは、ｉ番目の前記入力アクセス導波路からｍ番目の前記波長λｍによって搬送される前記光信号からの自己イメージの前記波長分布Ｐｉを、選択されたｊ番目の出力アクセス導波路の位相分布Ｐｊに一致するように調整する
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
Ｍ個の前記位相調整手段は、入射光の伝搬方向に対して直交する方向にＮ個の位相シフト器を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
ｍ番目の前記波長選択性反射手段は、入射光の伝搬方向に対して実質的に直交する方向にＮ個の波長選択性反射手段を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
Ｎ個の前記波長選択性反射手段は、ブラッグ回折格子であることを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記位相調整手段の少なくとも一つは、ｉ番目の前記入力アクセス導波路からの自己イメージについての前記位相分布Ｐｉが、選択された出力アクセス導波路の位相分布Ｐｊに一致するように、光の伝搬方向において、Ｎ個の前記波長選択性反射手段のそれぞれを中央線からずらすことによって実現することを特徴とする請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記自己イメージの位相を調整するための前記位相シフト器は、ＭｘＮ個の前記波長選択性反射手段の光の伝搬方向に対してそれぞれ前方に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項８】
前記自己イメージの位相を調整するための前記位相シフト器は、ＭｘＮ個の前記波長選択性反射手段の光の伝搬方向に対してそれぞれ前方に配置される第１の部分と、ＭｘＮ個の前記波長選択性反射手段の後方に配置される第２の部分とを含むことを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項９】
それぞれ異なる波長λｍによって搬送されるＭ（Ｍは２以上の整数）個の光信号をスイッチングするデバイスであって、
前記デバイスは、第１の側にアクセス導波路への接続経路となるＮ（Ｎは２以上の整数）個のアクセス端子を有する多モード干渉（ＭＭＩ）導波路（６０６）を含み、
前記ＭＭＩ導波路は、ｉ（ｉ＜＝Ｎ）番目のアクセス導波路において該ＭＭＩ導波路へと伝搬される前記各光信号が、前記アクセス端子から距離ｌｍとなる該ＭＭＩ導波路内部のところにＮ個の自己イメージを生成することができるような寸法であり、
それぞれ概ね前記距離ｌｍのところに配置されたＭ個の波長選択性反射手段（６０７−６１０）と、
それぞれ対応する前記波長選択性手段に関連して配置されたＭ個の位相調整手段（６１１−６１４）とを含み、
ｍ（２＜＝ｍ＜＝Ｍ）番目の前記波長選択性反射手段は、ｍ番目の前記波長により搬送される前記光信号を反射するように構成されており、
ｍ番目の位相調整手段は、ｍ番目の前記波長選択性反射手段によって反射されたときに、選択された出力アクセス導波路に単一の自己イメージが形成されるように、ｍ番目の前記波長によって搬送される前記光信号の前記自己イメージの位相を調整するように構成されているとともに、ｍ番目の前記波長選択性反射手段は、ｍ番目の前記波長λｍを反射し、それ以外の波長λｋ（λｋ≠λｍ）については実質的に透過となり、
前記波長らによって搬送される前記光信号らのそれぞれの出力アクセス導波路を動的に選択するために、前記位相調整手段のそれぞれを制御するスイッチ制御手段（６１５）を含む
ことを特徴とするデバイス。
【請求項１０】
前記位相調整手段のそれぞれは、電流、電圧または熱の応用によって制御可能かつ調整可能な反射係数を有する光透過部を含み、
前記スイッチ制御部は、前記位相調整手段のそれぞれに適用される電流、電圧または熱を制御することによって自己イメージについての位相分布を制御するように構成されている
ことを特徴とする請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
それぞれ異なる波長λｍによって搬送されるＭ（Ｍは２以上の整数）個の光信号を合波、分波またはスイッチングする方法であって、
第１の側にアクセス導波路への接続経路となるＮ（Ｎは２以上の整数）個のアクセス端子を有する多モード干渉（ＭＭＩ）導波路（１０６）を利用するものであり、前記ＭＭＩ導波路は、ｉ（ｉ＜＝Ｎ）番目のアクセス導波路において該ＭＭＩ導波路へと伝搬される前記各光信号が、前記アクセス端子から距離ｌｍとなる該ＭＭＩ導波路内部のところにＮ個の自己イメージを生成することができるような寸法であり、さらに、それぞれ概ね前記距離ｌｍ離れたところに配置されたＭ個の波長選択性手段（６０７−６１０）を利用するものであり、ｍ番目の前記波長選択性反射手段は、ｍ番目の前記波長λｍを反射し、それ以外の波長λｋ（λｋ≠λｍ）については実質的に透過となるものであって、
前記方法は、
選択された出力アクセス導波路に単一の自己イメージが形成されるように、ｍ番目の前記波長によって搬送される前記光信号の前記自己イメージの位相を調整するステップと、
ｍ（２＜＝ｍ＜＝Ｍ）番目の前記波長により搬送される前記光信号についてＮ個の前記自己イメージが出現する前記ＭＭＩ導波路内の位置において、ｍ番目の該波長により搬送される該光信号を反射するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
ｍ番目の前記波長によって搬送される前記光信号からのＮ個の前記自己イメージのそれぞれは、ｉ番目の前記アクセス導波路から前記ＭＭＩ導波路へと入射し、それぞれ位相ｐｎ，ｉを有し、組Ｐｉは、前記自己イメージらの位相ｐｎ，ｉの位相分布であり、
ｉ番目の前記入力アクセス導波路からｍ番目の前記波長λｍによって搬送される前記光信号からの前記自己イメージの前記波長分布Ｐｉを、選択されたｊ番目の出力アクセス導波路の位相分布Ｐｊに一致するように調整する
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ｉ番目の前記入力アクセス導波路からｍ番目の前記波長λｍによって搬送される前記光信号からの前記自己イメージの前記波長分布Ｐｉを、動的に選択されたｊ番目の出力アクセス導波路の位相分布Ｐｊと一致するよう動的に前記位相の調整を制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。


【国際調査報告】
2005509191.tif 000012
2005509191.tif 000013
2005509191.tif 000014