(57)【要約】【課題】光通信システムに適用できるようにサイズが小さく、かつ光信号の偏光特性を測定可能な光信号モニタリングモジュールを提供する。【解決手段】光信号を受信する第１導波路１２１、第２導波路１２２、第２導波路から反射された光を受信する第３導波路１２３、共通領域１４０を含む平面光波回路１００と、第２導波路の出力光を検出する第１検出器２１０と、第３導波路の出力光を検出する第２検出器２２０と、を備え、共通領域は、第２導波路とは異なる屈折率をもち、第２導波路は、第１導波路から共通領域に出力される光１５１が端面に入射され、その一部を反射させ且つ残りを第１検出器へ出力し、第１乃至第３導波路の屈折率と、共通領域の屈折率と、第２導波路の端面の法線１６０を基準にする光の入射角及び屈折角から得られるＴＥ偏光及びＴＭ偏光のフレネル係数と、両検出器による検出パワーとから光信号１５１のＴＥ及びＴＭ偏光のパワーを導出することを特徴とする。【選択図】  図１
2004361948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面光波回路において、
第１乃至第３導波路の端面が共通に臨む共通領域を有し、前記第１導波路は、外部から光信号を受信して前記端面から前記共通領域に出力し、前記第２導波路は、前記第１導波路から前記共通領域に出力される光が前記端面に入射され、その一部を反射させ且つ残りを他端面を通じて出力し、前記第３導波路は、前記端面を通じ前記反射された光を受信して他端面を通じて出力することを特徴とする平面光波回路。
【請求項２】
共通領域は、平面光波回路の中央部に形成された多角柱形状空間とされ、第１乃至第３導波路の端面は前記共通領域の側壁に露呈している請求項１記載の平面光波回路。
【請求項３】
共通領域の屈折率は第２導波路の屈折率と相異である請求項２記載の平面光波回路。
【請求項４】
光信号モニタリングモジュールにおいて、
光信号を受信するための第１導波路、第２導波路、前記第２導波路から反射された光を受信するための第３導波路、及び共通領域を含む平面光波回路と、前記第２導波路から出力される透過光を検出する第１検出器と、前記第３導波路から出力される反射光を検出する第２検出器と、を備え、
前記共通領域は、前記第１乃至第３導波路の端面が共通に臨み、前記第２導波路とは異なる屈折率をもち、前記第２導波路は、前記第１導波路の端面から前記共通領域に出力される光が前記共通領域に臨んだ前記端面に入射され、その一部を反射させ且つ残りを他の端面を通じて前記第１検出器へ出力し、前記第１乃至第３導波路の屈折率と、前記共通領域の屈折率と、前記第２導波路の前記共通領域に臨んだ端面の法線を基準にする光の入射角及び屈折角から得られるＴＥ偏光及びＴＭ偏光のフレネル係数と、前記透過光及び反射光のパワーとから、前記第１導波路へ入力された光信号のＴＥ及びＴＭ偏光のパワーを導出することを特徴とする光信号モニタリングモジュール。
【請求項５】
光信号のＴＥ及びＴＭ偏光のパワーは数式１を利用して導出される請求項４記載の光信号モニタリングモジュール。
【数１】
2004361948.tif 000008
【請求項６】
第１導波路から共通領域へ出力された光が第２導波路の端面にブルースター角に入射されることにより、第３導波路の端面へ向かう反射光がＴＥ偏光成分のみを含む請求項４記載の光信号モニタリングモジュール。
【請求項７】
共通領域は、平面光波回路に形成された多角柱形状のホールとされ、第１乃至第３導波路の端面が前記ホールの側壁に露呈している請求項４記載の光信号モニタリングモジュール。
【請求項８】
共通領域は三角柱の形状である請求項７記載の光信号モニタリングモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信システムに関し、特に光通信システムで進行する光信号をモニタリングするための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重（wavelength division multiplexing：ＷＤＭ）方式の光通信システムで、光ファイバ内を進行する光信号は、通常、相異なる波長を有する多数のチャネル（channel）を含むが、各チャネルに対して光信号対雑音比（optical signal to noise ratio：ＯＳＮＲ）、波長、パワーなどの特性をモニタリングするために、光通信システムは光信号モニタリング装置（optical performance monitor：ＯＰＭ）を備えている。
【０００３】
しかし、従来に従う光信号モニタリング装置は、入力された光信号の多様な特性を測定することはできるが、偏光特性を測定することができる手段や方法を提供できないとの問題点がある。光信号の偏光特性が良好でない場合には偏光モード分散が大きな問題点にな得る。偏光モード分散（Polarization Mode Dispersion：ＰＭＤ）とは、光ファイバの物理的性質と光ファイバを通過する光信号の偏光状態との間の相互作用により発生するもので、コア（core）の非円率及び屈折率非対称、光ファイバ線引き工程でのストレス（stress）非対称などにより生じる複屈折（birefringence）により、二つの偏光軸にそって進行する偏光成分の速度（group velocity）が差異を示すようになり、この結果、到着時間の差異（differential group delay；ＤＧＤ）によるパルス（pulse）広がりが発生することをいう。従って、光信号の特性決定において、偏光特性が占める比重は大きいということができるが、従来、このような偏光特性を測定することができる手段がなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、光通信システムに適用できるようにサイズが小さく、かつ光信号の偏光特性を測定することができる光信号モニタリングモジュールを提供することにある。
【０００５】
また、本発明の目的は、光信号の偏光特性を測定する用途以外に多様な用途に使用でき得る平面光波回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記問題点を解決するために、本発明に従う平面光波回路は、第１乃至第３導波路の端面が共通に臨む共通領域を有し、第１導波路は、外部から光信号を受信してその端面から共通領域に出力し、第２導波路は、第１導波路から共通領域に出力される光が該共通領域に臨んだ端面に入射され、その一部を反射させ且つ残りを他端面を通じて出力し、第３導波路は、共通領域に臨んだ端面を通じ第２導波路で反射された光を受信して他端面を通じて出力することを特徴とする。このような共通領域は、平面光波回路の中央部に形成された多角柱形状空間とし、第１乃至第３導波路の端面が共通領域の側壁に露呈する構造とすることができる。そして、共通領域の屈折率は第２導波路の屈折率と相異なるものとする。
【０００７】
また、本発明による光信号モニタリングモジュールは、光信号を受信するための第１導波路、第２導波路、この第２導波路から反射された光を受信するための第３導波路、及び共通領域を含む平面光波回路と、第２導波路から出力される透過光を検出する第１検出器と、第３導波路から出力される反射光を検出する第２検出器と、を備え、共通領域は、第１乃至第３導波路の端面が共通に臨み、第２導波路とは異なる屈折率をもち、第２導波路は、第１導波路の端面から共通領域に出力される光が、共通領域に臨んだ端面に入射され、その一部を反射させ且つ残りを他の端面を通じて第１検出器へ出力するようになっており、第１乃至第３導波路の屈折率と、共通領域の屈折率と、第２導波路の共通領域に臨んだ端面の法線を基準にする光の入射角及び屈折角から得られるＴＥ偏光及びＴＭ偏光のフレネル係数と、第１及び第２検出器による透過光及び反射光のパワーとから、第１導波路へ入力された光信号のＴＥ及びＴＭ偏光のパワーを導出することを特徴とする。
【０００８】
光信号のＴＥ及びＴＭ偏光のパワーは数式１を利用して導出することができる。
【０００９】
【数１】
2004361948.tif 000003
【００１０】
このモニタリングモジュールにおいて、第１導波路から共通領域へ出力された光が第２導波路の端面にブルースター角に入射される場合は、第３導波路の端面へ向かう反射光がＴＥ偏光成分のみを含むことになる。
【００１１】
このような共通領域は、平面光波回路に形成された多角柱形状のホールとし、第１乃至第３導波路の端面がそのホールの側壁に露呈する構造とすることができる。特に、共通領域は三角柱の形状とすることが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に従う光信号モニタリングモジュールは、その中心部に共通領域が形成された平面光波回路を利用することにより、サイズが小さく、かつ光信号に対して光信号対雑音比、波長、パワー、偏光特性などを測定することができるとの利点がある。
【００１３】
また、本発明に従う平面光波回路は、光信号の偏光特性を測定する用途以外に平面偏光フィルターなどの用途に使用でき得るとの利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に従う好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
【００１５】
図１は本発明の望ましい実施形態に従う光信号モニタリングモジュールの構成を示す平面図であり、図２は図１に示された光信号モニタリングモジュールを示した斜視図である。
【００１６】
光信号モニタリングモジュール２００は、平面光波回路１００と、第１及び第２検出器２１０、２２０を含む。
【００１７】
平面光波回路１００は半導体基板１１０上に形成され、相対的に高い屈折率を有する第１乃至第３導波路（waveguide）１２１〜１２３と、第１乃至第３導波路１２１〜１２３を取り囲むクラッド（clad）１３０とを含む。選択的に、例えば、第１または第３導波路１２１、１２３に光信号が入力されるときに発生する光結合損失を最小化するために、第１乃至第３導波路１２１〜１２３は相異なる屈折率を有することができる。
【００１８】
平面光波回路１００の中心部には、第１乃至第３導波路１２１〜１２３の屈折率とは異なる屈折率を有する共通領域（common region）１４０が形成される。共通領域１４０は、平面光波回路１００の中央部に基板１１０の表面まで延長された三角柱形状のホール（hole）を形成することにより提供される。
【００１９】
第１乃至第３導波路１２１〜１２３はそれぞれ共通領域１４０の該当側壁１４１〜１４３に露呈している。選択的に、例えば、第１乃至第３導波路１２１〜１２３以外に導波路をさらに含む場合などにおいて、共通領域１４０は三角柱以外の多角柱形状を有することができる。このような場合に、追加された導波路を第１導波路１２１のように外部から光信号が入力される導波路として使用することによって、光信号モニタリングモジュール２００は相異なる波長の光信号のうち一つを選択的に受信できるようになる。このような利点は、共通領域１４０が三角柱の形状を有し、第１導波路１２１と隣接した位置に追加された導波路を配置することによって得られることもできる。共通領域１４０は空気を満たした空き空間であるので１の屈折率を有するが、選択的に共通領域１４０内に所定屈折率を有する物質を入れることもできる。
【００２０】
第１導波路１２１は第１端面を通じて外部から所定波長の光信号１５１を受信し、第２端面を通じて共通領域１４０に光信号１５１を出力する。出力された光信号１５１のうち一部は共通領域１４０を経て第２導波路１２２の第１端面に入射される。第２導波路１２２の第１端面に入射された光信号１５１はその一部が反射され、その残りは透過する。透過光１５２は第２導波路１２２の第２端面を通じて出力され、反射光１５３のうち一部は共通領域１４０を経て第３導波路１２３の第１端面に入射される。第３導波路１２３の第１端面に入射された反射光１５３は第２端面を通じて出力される。
【００２１】
下記＜数式２＞に示したように、第２導波路１２２の第１端面の法線（normal line）１６０を基準に光信号１５１の入射角及び反射角は同一であり、光信号１５１の入射角及び屈折角の関係はスネルの法則（Snell's law）に従う。
【００２２】
【数２】
2004361948.tif 000004
【００２３】
＜数式２＞で、ｎ１は共通領域１４０の屈折率、θ１は光信号１５１の入射角、ｎ２は第２導波路１２２の屈折率、θ２は光信号１５１の屈折角、そしてθ３は光信号１５１の反射角を示す。共通領域１４０及び第２導波路１２２の屈折率と光信号１５１の入射角を知っている場合に、＜数式２＞を参照して屈折角を導出することができる。
【００２４】
透過光１５２及び反射光１５３はそれぞれＴＥ及びＴＭ偏光成分を含む。光信号１５１の入射角がブルースター角（Brewster angle）である場合に、反射光１５３はＴＥ偏光成分のみを含む。このような場合に、平面光波回路１００はＴＥ偏光成分を分離するための平面偏光フィルターとして機能することができる。透過光１５２または反射光１５３でＴＥ及びＴＭ偏光成分それぞれのパワーは下記＜数式３＞に定義されるフレネル（Fresnel）係数により導出することができる。
【００２５】
【数３】
2004361948.tif 000005
【００２６】
＜数式３＞で、ｒｘはＴＥ偏光成分のフレネル反射係数、ｔｘはＴＥ偏光成分のフレネル透過係数、ｒｙはＴＭ偏光成分のフレネル反射係数、そしてｔｙはＴＭ偏光成分のフレネル透過係数を示す。即ち、与えられた共通領域１４０及び第２導波路１２２の屈折率と光信号１２１の入射角を＜数式２＞に代入することにより屈折角を導出し、与えられた値と導出された屈折角を＜数式３＞に代入することによりフレネル係数を導出する。
【００２７】
第１検出器２１０は、第２導波路１２２の第２端面と対向するように基板１１０上に形成され、第２導波路１２２から出力される透過光１５２を検出する。
【００２８】
第２検出器２２０は、第３導波路１２３の第２端面と対向するように基板１１０上に形成され、第３導波路１２３から出力される反射光１５３を検出する。
【００２９】
第１及び第２検出器２１０、２２０にはフォトダイオードを使用することができる。下記＜数式４＞に示したように、第１検出器２１０が検出した透過光１５２のパワーはＴＥ及びＴＭ偏光成分のパワーの和と実質的に同一であり、第２検出器２２０が検出した反射光１５３のパワーはＴＥ及びＴＭ偏光成分のパワーの和と実質的に同一である。
【００３０】
【数４】
2004361948.tif 000006
【００３１】
＜数式４＞で、ＰＤ１は透過光１５２のパワー、Ｐｘ’は透過光１５２のうちＴＥ偏光成分のパワー、Ｐｙ’は透過光１５２のうちＴＭ偏光成分のパワー、ＰＤ２は反射光１５３のパワー、Ｐｘ”は反射光１５３のうちＴＥ偏光成分のパワー、そしてＰｙ”は反射光１５３のうちＴＭ偏光成分のパワーを示す。また、透過光１５２及び反射光１５３それぞれのＴＥ及びＴＭ偏光成分のパワーは下記＜数式５＞を利用して導出することができる。
【００３２】
【数５】
2004361948.tif 000007
【００３３】
＜数式５＞で、Ｐｘは光信号１５１のうちＴＥ偏光成分のパワー、そしてＰｙは光信号１５１のうちＴＭ偏光成分のパワーを示す。従って、測定された透過光１５２及び反射光１５３のパワーと導出されたフレネル反射係数を＜数式４＞に代入することにより、Ｐｘ及びＰｙを変数にする２次連立方程式を導出し、この２次方程式を解く過程を通じて光信号１５１のＴＥ及びＴＭ偏光成分のパワーを導出することができる。
【００３４】
図３は図１に示された光信号モニタリングモジュールを含む光通信システムの構成を示す図であり、図４は図３に示した配列導波路格子の出力スペクトルを示すグラフである。
【００３５】
当システムは光ファイバ５００で互いに連結された光送信部４００、光増幅部５１０、パワースプリッタ（power splitter）５２０、光信号モニタリング装置３００及び光受信部６００を含む。
【００３６】
光送信部４００は、第１乃至第ｎレーザーダイオード４１０と、第１乃至第ｎ光減衰器４２０と、波長分割多重化器（wavelength division multiplexer）４３０を含む。第１乃至第ｎレーザーダイオード４１０それぞれは既定波長のチャネルを出力する。第１乃至第ｎ光減衰器（optical attenuator）４２０は第１乃至第ｎレーザーダイオード４１０と一対一連結され、それぞれ光信号対雑音比を調節するために入力されたチャネルのパワーを減少させる。
【００３７】
波長分割多重化器４３０は第１乃至第ｎ光減衰器４２０と連結され、入力された第１乃至第ｎチャネル（λ１〜λｎ）を多重化し、多重化された光信号を光ファイバ５００を通じて伝送する。この時、第１乃至第ｎチャネル（λ１〜λｎ）は互いに既定波長間隔だけ離れて配置される。
【００３８】
光増幅部５１０は光送信部４００と光受信部６００との間を連結する光ファイバ５００上に配置され、入力された光信号を増幅して出力する。光増幅部５１０にはエルビウム添加光ファイバ増幅器（erbium doped fiber amplifier：ＥＤＦＡ）を使用することができ、エルビウム添加光ファイバ増幅器は反転分布（population inversion）を通じて入力された光信号を増幅するエルビウム添加光ファイバと、エルビウム添加光ファイバをポンピングするためのポンプ光源（pump source）とを含む。
【００３９】
光受信部６００は波長分割多重化器６１０と、第１乃至第ｎフォトダイオード６２０と、第１乃至第ｎ増幅器６３０とを含む。波長分割多重化器６１０は光ファイバ５００と連結され、入力された光信号を波長分割逆多重化し、逆多重化されたチャネルを出力する。第１乃至第ｎフォトダイオード６２０はそれぞれ入力されたチャネルを電気信号に変換する。第１乃至第ｎ増幅器６３０は第１乃至第ｎフォトダイオード６２０と一対一連結され、それぞれ入力された電気信号を増幅して出力する。
【００４０】
パワースプリッタ５２０は、光増幅部５１０から出力された光信号の一部を分岐させ光信号モニタリング装置３００に出力する。
【００４１】
光信号モニタリング装置３００は、配列導波路格子（arrayed waveguides grating：ＡＷＧ）３１０と、第１乃至第ｎ光信号モニタリングモジュール２００と、制御部３２０とを含む。配列導波路格子３１０は分岐された光信号を逆多重化し、逆多重化された第１乃至第ｎチャネル（λ１〜λｎ）を出力する。第１乃至第ｎ光信号モニタリングモジュール２００は配列導波路格子３１０と連結され、それぞれ入力されたチャネルを第１及び第２電気信号２１５、２２５に変換して出力する。
【００４２】
制御部３２０は各チャネルに対する第１及び第２電気信号２１５、２２５のパワーから該当チャネルのＴＥ及びＴＭ偏光成分のパワーを導出する。
【００４３】
図４に示したように、配列導波路格子３１０から出力される第１乃至第ｎチャネル（λ１〜λｎ）それぞれのパワー７００は、信号成分７１０と雑音成分７２０を含み、雑音成分７２０は大部分光増幅部５１０から出力される自然放出光（amplified spontaneous emission：ＡＳＥ）で構成される。
【００４４】
光信号モニタリング装置３００は、入力された光信号の偏光特性を測定することだけではなく、光信号対雑音比を測定することができ、その具体的測定方法は多様に具現可能である。例えば、入力される光信号は第１乃至第ｎチャネル（λ１〜λｎ）を含み、配列導波路格子３１０は第１乃至第（ｎ+１）チャネルを出力することができる。この時、第（ｎ+１）チャネルは信号用に使用されない予備チャネルと見ることができ、第（ｎ+１）チャネルは光増幅部５１０から出力される自然放出光を含む雑音成分のみで構成される。第１チャネル（λ１）に対する光信号対雑音比はＰｎ+１／（Ｐｎ+１−Ｐ１）であり、Ｐ１は第１チャネルのパワー、Ｐｎ+１は第（ｎ+１）チャネルのパワーを示す。この時、各チャネルのパワーは各光信号モニタリングモジュール２００から出力される第１及び第２電気信号２１５、２２５のパワーの和と実質的に同一である。
【００４５】
これとは異なり、光信号モニタリング装置３００は既定のチャネルパワー情報を有しており、これを測定されたチャネルパワーと比較することにより、該当チャネルに対する光信号対雑音比を導出することができる。また、光信号モニタリング装置３００は第１乃至第ｎ光信号モニタリングモジュール２００の出力パワーを検査することにより（基準パワーと比較することにより）、入力された光信号がどのような波長を有するチャネルを含むかを分かる。
【００４６】
上述した本発明の詳細な説明では具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲を外れない限り多様な変形が可能なことはもちろんである。したがって、本発明の範囲は説明した実施形態に局限して定められてはいけないし、特許請求の範囲だけでなくこの許請求の範囲と均等なものにより定められなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の望ましい実施形態に従う光信号モニタリングモジュールの構成を示すブロック図。
【図２】図１に示された光信号モニタリングモジュールを示した斜視図。
【図３】図１に示された光信号モニタリングモジュールを含む光通信システムの構成を示す図。
【図４】図３に示した配列導波路格子の出力スペクトルを示すグラフ。
【符号の説明】
【００４８】
１００  平面光波回路
１１０  半導体基板
１２１，１２２，１２３  導波路
１３０  クラッド
１４０  共通領域
１４１，１４２，１４３  側壁
２００  光信号モニタリングモジュール
２１０，２２０  検出器
３００  光信号モニタリング装置
３１０  配列導波路光子
３２０  制御部
【図１】
2004361948.tif 000009
【図２】
2004361948.tif 000010
【図３】
2004361948.tif 000011
【図４】
2004361948.tif 000012