(57)【要約】【課題】従来の光ＡＤＭ装置では装置のサイズ及び駆動のための消費電力、製造歩留まり等の問題を有している。【解決手段】石英基板３０上にアレイ型回折格子分波器３１と、アレイ型回折格子合波器３２とが形成され、アレイ型回折格子分波器３１の出力導波路とアレイ型回折格子合波器３２の入力導波路との間にアレイ状に反射型光スイッチを集積した反射型光スイッチアレイ３３が形成されており、光波の入力ポート３６及び光波の出力ポート３５にはそれぞれ光サーキュレータ３７、３８が接続されている。石英基板上に形成されたそれぞれの光導波路は互いに交差することはなく、従来例のようなサイズ、消費電力、チャンネル間クロストークの問題が回避できる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のポートから入力される光を第２のポートに出力し、第２ポートから入力される光を第３のポートに出力する第１の光サーキュレータおよび第２の光サーキュレータと、
前記第１の光サーキュレータの第２のポートと前記第２の光サーキュレータの第２ポートとの間に接続され、外部からの制御に応じて所定の波長の光を反射し、他の波長の光を透過する光回路とを備え、
前記第１の光サーキュレータの第１のポートおよび第３のポートを波長多重光信号の入力ポートおよび前記所定の波長の光信号を分離する出力ポートとし、前記第２の光サーキュレータの第１のポートおよび第３のポートを前記所定の波長の光信号を挿入する入力ポートおよび前記波長多重光信号の出力ポートとする光アド・ドロップ装置であって、
前記光回路が、第１のアレイ導波路回折格子素子（ＡＷＧ）と光スイッチアレイと第２のＡＷＧを備え、
前記光スイッチアレイが、外部からの制御に応じて、前記第１および第２のＡＷＧからの所定の波長の光を前記第１および第２のＡＷＧに反射させて戻す、
ことを特徴とする光アド・ドロップ装置。
【請求項２】
前記光スイッチアレイが、外部からの制御に応じて、前記第１のＡＷＧからの所定の波長の光を前記第１のＡＷＧに反射させて戻し、前記第２のＡＷＧからの所定の波長の光を前記第２のＡＷＧに反射させ、かつ反射強度を減衰させて戻す手段を備え、前記減衰は可変である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光アド・ドロップ装置。
【請求項３】
前記光スイッチアレイの備える各光スイッチは、
光導波路と、
前記光導波路を光軸に垂直に分離する溝と、
前記溝を水平に移動可能な両面が平面のミラーを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の光アド・ドロップ装置。
【請求項４】
前記光スイッチアレイの備える各光スイッチは、
光導波路と、
前記光導波路を光軸に垂直に分離する溝と、
前記溝を水平に移動可能であって、片面が平面であり、他面が曲面であるミラーを備える、
ことを特徴とする請求項２に記載の光アド・ドロップ装置。
【請求項５】
前記光スイッチアレイの備える各光スイッチは、
光導波路と、
前記光導波路を光軸に垂直に分離する溝と、
前記溝を水平に移動可能であって、片面が平面ミラーであり、他面が面内に反射率が低下する領域を有するミラーを備える、
ことを特徴とする請求項２に記載の光アド・ドロップ装置。
【請求項６】
前記反射率の低下領域は、光吸収手段または光散乱手段または光回折手段のいずれかの手段または前記複数の手段の組み合わせによって形成されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の光アド・ドロップ装置。
【請求項７】
前記２つのＡＷＧと前記光スイッチアレイが、同一基板上に集積されている、
ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光アド・ドロップ装置。
【請求項８】
前記２つのＡＷＧは、前記ＡＷＧの備えるスラブ導波路が互いに交差している、
ことを特徴とする請求項７に記載の光アド・ドロップ装置。
【請求項９】
前記基板の温度を制御する温度調節部と前記スイッチアレイを駆動制御するスイッチ制御部を同一パッケージ内に内蔵している、
ことを特徴とする請求項７に記載の光アド・ドロップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分離合波技術を用いた光ネットワークノードにおいて、所定の波長を分離／挿入する波長多重型アド・ドロップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信伝送容量の急速な拡大に伴い、波長多重技術の普及が進展している。波長多重された信号はネットワーク上に配備されたノードにおいて、ある波長信号のみを取り出し（或いは挿入し）、残りの波長信号はネットワーク上に電気信号への変換を介さずに光のまま送り出すＯＡＤＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｄ  Ｄｒｏｐ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）が注目されている。最近のＯＡＤＭでは、各ノードで選択する波長信号を随時自由に変更できるＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕａｂｌｅ  ＯＡＤＭ）に期待が集まっている。
【０００３】
一般にＲＯＡＤＭは、波長合分波器と空間光スイッチアレイの２つの光素子から構成される。その機能は光ファイバー中を伝播するある波長帯域の信号を波長分波器により各波長毎に空間的に分離した後に、空間スイッチアレイにより所望の波長信号だけを選択的に取り出したり、逆に挿入したい波長信号を波長合波器により合波し、光ファイバー中に戻すものである。
【０００４】
従来の光ＡＤＭ装置では、波長合分波器として複数のＡＷＧ（アレイ導波路回折格子）を用い、空間スイッチアレイとしては２×２マッハツェンダーＴＯスイッチ（熱光学スイッチ）を複数配列した構成が一般的である。
例えば、４組のＡＷＧとマッハツェンダー型２×２ＴＯスイッチの２種類の構成要素を同一光導波路基板上にモノリシック集積した１６チャンネルのＡＷＧアドドロップマルチプレクサが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
図８は、この従来例の光アド・ドロップマルチプレクサの概略を示す模式図である。合波及び分岐用の回折格子として７１、７２、７３，７４の４つのＡＷＧとクロストークを向上させるためにＴＯスイッチを２段接続したダブルゲートＴＯスイッチ５１がアレイ状に配置された構成となっている。この構成では、光伝送路を透過してきたメイン信号光がＡＷＧ７４に入射された後に分波されて、各々のダブルゲートＴＯスイッチに入力され、メイン通過信号とするか或いはドロップ信号とするかのポート切り替えが行われる。スイッチの各ポートはそれぞれ合波用のＡＷＧ７１、ＡＷＧ７２に接続されており、そこで合波されてメイン通過信号光或いはドロップ信号光として出力される。一方、挿入される複数の波長信号光は、ＡＷＧ７３により分波され、各々対応するダブルゲートスイッチ５１を通過してＡＷＧ７２により合波されて、メイン通過信号光の一部として出射されることになる。
【０００５】
しかしながら、前述した従来の光ＡＤＭ装置では装置のサイズ及び駆動のための消費電力、製造歩留まり等で幾つかの問題を有している。
まず、マッハツェンダー型２×２ＴＯスイッチ単一のクロストークは高々−２５ｄＢ程度であり、十分に低クロストーク値が得られない。そこで、前述の従来例ではマッハツェンダー型２×２ＴＯスイッチを２段接続してクロストークの改善を図っているが、この場合、スイッチを駆動するための消費電力が倍増することになる。また、マッハツェンダー型ＴＯスイッチでは熱光学効果による伝播光の位相変化を用いてスイッチ切り替えを行うために、スイッチ間距離が近くなるとスイッチングのための一方の熱が他方のスイッチに影響を及ぼしチャンネル間のクロストークを悪化させることになる。この問題を回避するためにスイッチ間距離はある程度離す必要があり、結果としてスイッチアレイ部の占有面積が増大するので光ＡＤＭ装置自体のサイズが大きくなってしまうという問題があった。この問題は、前述の従来例のようにマッハツェンダー型ＴＯスイッチの２段接続を採用した場合には、より顕著になる。
【０００６】
さらに、前述の従来例では合分波器として４つのＡＷＧを集積しているがアドドロップマルチプレクサとして機能させるには４つのＡＷＧそれぞれの中心波長が一致している必要がある。４つのＡＷＧの中心波長にズレが生じると装置としての光の挿入損失及びアド・ドロップ機能の特性が著しく劣化することになる。通常、ＡＷＧの中心波長はウェハー面内である程度ずれることが予想されるので、各ＡＷＧを個別に温度調節して中心波長を合わせて使用することなる。しかしながら、４つのＡＷＧが近接しており、温度調節に伴う熱クロストークの問題が新たに生じることになる。そこで、４つのＡＷＧの中心波長が揃った集積素子をウェハー上で選別することになるが、この場合には単一ウェハーあたりの素子歩留まりを著しく劣化させる要因となる。更に前述の従来例では、各ＡＷＧとＡＷＧを結ぶ光導波路が互いに交差する構成となる為に、交差部において信号の漏話が発生し、チャンネル間のクロストークを劣化させる要因となる。
【０００７】
また別なる従来例では、ＴＯスイッチは用いていないが、ＡＷＧを結ぶ光導波路が互いに交差する構成としているため、やはり高クロストーク特性は望めない（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｋ．オカモト  他、「アレイ導波路格子と２重ゲートスイッチで構成する１６チャネル光アド・ドロップ  マルチプレクサ」、エレクトロニクス・レター、１９９６年８月１日、第３２巻、第１６号、ｐ１４７１−１４７２
【特許文献１】
特開２００２−０３１７６８号公報（第５−７頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記課題を解決し、光通信に十分なクロストークが得られ、かつ、小型で低消費電力の光ＡＤＭ装置を高歩留まりで製造できる光ＡＤＭ素子の構成を提供することになる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る光アド・ドロップ装置は、第１のポートから入力される光を第２のポートに出力し、第２ポートから入力される光を第３のポートに出力する第１の光サーキュレータおよび第２の光サーキュレータと、第１の光サーキュレータの第２のポートと第２の光サーキュレータの第２ポートとの間に接続され、外部からの制御に応じて所定の波長の光を反射し、他の波長の光を透過する光回路とを備え、第１の光サーキュレータの第１のポートおよび第３のポートを波長多重光信号の入力ポートおよび所定の波長の光信号を分離する出力ポートとし、第２の光サーキュレータの第１のポートおよび第３のポートを所定の波長の光信号を挿入する入力ポートおよび波長多重光信号の出力ポートとする光アド・ドロップ装置であって、
光回路が、第１のアレイ導波路回折格子素子（ＡＷＧ）と光スイッチアレイと第２のＡＷＧを備え、光スイッチアレイが、外部からの制御に応じて、第１および第２のＡＷＧからの所定の波長の光を第１および第２のＡＷＧに反射させて戻すことを特徴とする。
また、光スイッチアレイが、外部からの制御に応じて、第１のＡＷＧからの所定の波長の光を第１のＡＷＧに反射させて戻し、第２のＡＷＧからの所定の波長の光を第２のＡＷＧに反射させ、かつ反射強度を減衰させて戻す手段を備え、減衰は可変である。
また、光スイッチアレイの備える各光スイッチは、光導波路と、光導波路を光軸に垂直に分離する溝と、溝を水平に移動可能な両面が平面のミラーを備える。
また、光スイッチアレイの備える各光スイッチは、光導波路と、光導波路を光軸に垂直に分離する溝と、溝を水平に移動可能であって、片面が平面であり、他面が曲面であるミラーを備える。
また、光スイッチアレイの備える各光スイッチは、光導波路と、光導波路を光軸に垂直に分離する溝と、溝を水平に移動可能であって、片面が平面ミラーであり、他面が面内に反射率が低下する領域を有するミラーを備える。
また、反射率の低下領域は、光吸収手段または光散乱手段または光回折手段のいずれかの手段または複数の手段の組み合わせによって形成されている。
また、２つのＡＷＧと光スイッチアレイが、同一基板上に集積されている。
また、２つのＡＷＧは、ＡＷＧの備えるスラブ導波路が互いに交差している。
また、基板の温度を制御する温度調節部とスイッチアレイを駆動制御するスイッチ制御部を同一パッケージ内に内蔵している。
【００１１】
（作用）
本発明の光ＡＤＭ装置においては、入力された波長多重信号を波長分波器により空間分離し、分離された各々の単一波長信号を各々の反射型光スイッチにより制御する。反射型光スイッチがＯＦＦの場合には、波長信号は光スイッチを通過して波長合波器の対応するポートに入射され、空間的にまとめられて単一の出力ポートに出力される。また、反射型スイッチがＯＮの場合には、波長分波器により空間分離された波長信号は光スイッチで反射されて、再び波長分波器に戻され、分波の逆作用即ち合波により波長分波器の入力ポートへ出力される。この入力ポートへ出力された波長信号光は、光サーキュレータによりドロップポートへ導かれる。一方、ドロップ波長と同一波長の異なる信号を有する光波は、波長合波器の出力ポートに接続された光サーキュレータの一端（アドポート）から入力され、合波の逆作用即ち分波によりＯＮ状態の反射型光スイッチに入射されて、反射により再び波長合波器に戻される。波長合波器に反射入光された光は合波器の出力ポートと通過して光サーキュレータに導かれてアドポートとは異なるポートへ出力されることになる。この機能は、波長分波器と波長合波器の間に設置された反射型光スイッチの光路遮断と反射の機能が光の双方向入射に対して対称であることに起因するものである。また、この反射型光スイッチは両面可動ミラーを有するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｗｉｔｃｈ）などにより、小型でかつ低消費電力で実現できる。
【００１２】
本発明の構成では、ＡＷＧなどの合分波器の数も従来のものよりも少なくできるので製造歩留まりの改善と小型化が同時に実現できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の光ＡＤＭ装置の概略を示すブロック図である。波長分波器２と波長合波器４の間に反射型光スイッチアレイ３が配置されており、各々の反射型光スイッチ１１は、波長分波器２の出力ポート１２と波長合波器４の入力ポート１３に光学的に接続されている。波長分波器２の入力ポート１４は光サーキュレータ１に、また、波長合波器４の出力ポート１５は光サーキュレータ５に光学的に接続されている。各々の反射型光スイッチ１１は、スイッチＯＮの状態でポート１２或いはポート１３から入射される光波を入射とは逆方向に反射し、スイッチＯＦＦの状態でそれぞれ入射方向に透過させる機能を有する。
【００１４】
次に、本構成の動作を説明する。光サーキュレータ１に入射されたメインのＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長多重）信号は、入力ポート１４を介して波長分波器２により波長分波され、光スイッチアレイ３に入射される。波長分波された光信号の中でドロップされる波長の光信号は、対応する光スイッチ１１のＯＮ動作により反射され出力ポート１２に逆送される。逆送された波長信号は、波長分波器２より合波され、ポート１２を介して再び光サーキュレータ１に入射されて、最終的にドロップ信号として出力される。一方、光サーキュレータ５に入射されたドロップ信号光と同一波長のアド信号光は、波長合波器４により分波されてＯＮ状態の光スイッチ１１に入射され、再び波長合波器４に反射逆送される。逆送された光信号は波長合波器４により合波されて、光サーキュレータ５を通過してメイン通過信号の一部として送出される。また、波長分波器２側のポート１２からＯＦＦ状態の光スイッチ１１に入射された波長の信号光はポート１３を介して波長合波器４に送られ、合波されて光サーキュレータ５に入射された後にメインの通過信号として送出される。
【００１５】
図２は、本発明のアド・ドロップ装置４０を石英基板上に実現した実施例を示す模式図である。石英基板３０上に入力スラブ導波路とアレイ導波路と出力スラブ導波路と出力導波路から構成されるアレイ型回折格子分波器３１と、同様の構成のアレイ型回折格子合波器３２とが形成され、アレイ型回折格子分波器３１の出力導波路とアレイ型回折格子合波器３２の入力導波路との間にアレイ状に反射型光スイッチを集積した反射型光スイッチアレイ３３が形成されており、光波の入力ポート３６及び光波の出力ポート３５にはそれぞれ光サーキュレータ３７、３８が接続された構成となっている。また、石英基板上に形成されたそれぞれの光導波路は互いに交差することはなく、従来例のようなチャンネル間クロストークの問題も回避できる。
本発明の構成では、合分波器を含む光回路の部分を石英系ＰＬＣ（ＰｌａｎａｒＬｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）の技術で、また、反射型光スイッチアレイはＭＥＭＳの技術を用いて容易に形成することができる。
【００１６】
図３は、図２における反射型光スイッチ３４の一実施例を示す斜視図である。石英基板８に光導波路６が構成されており、この光導波路６を横断するように可動溝９が形成されている。また、この可動溝９に沿って平行に移動でき、溝によって分離された両方の光導波路出射光を１８０°正反射する両面ミラー７が配置されている。本発明の構成において、光スイッチＯＮの状態では両面ミラー７は光導波路６を遮断するように配置されており、また、光スイッチＯＦＦの状態では両面ミラーは可動溝９に沿って平行移動して光導波路７に沿った光軸を遮らない位置に配置されるようになる。この光スイッチを利用することにより、前述の図１の動作で説明したようにアド・ドロップ動作が可能となる。
【００１７】
両面ミラー７の動作はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｗｉｔｃｈ）などでよく利用される静電力を使うことにより実現できる。その機構の一例を図４に示す。高抵抗Ｓｉ基板を用い、ＭＥＭＳ作製方法を用いて、一方は水平に屈曲しやすく、他方は交差指形状の反射板を形成している。交差指構造間に電界を印加し、静電力によって、屈曲し易い支持梁に保持された両面ミラー７のみが、水平方向に変位し、光導波路６を出射する導波路出射光１０を反射させて遮断する。この様な構成をとることによって、消費電力を著しく低減することが可能であり、熱光学スイッチを使った場合のように、光スイッチ間の熱クロストークの問題も改善されることになる。
【００１８】
図５は、反射型光スイッチ３４の第二の実施例を示す斜視図である。石英基板上に設けられた可動溝９の中に配置された可動ミラー２０のミラー面の一方が曲面形状を有した構造となっている。本発明の構造では、可動ミラー２０を可動溝９に沿って移動させることにより、光導波路９から出射された光波の曲面反射鏡２１における反射角度及び反射ビーム径に変化が生じ、光導波路６への反射光の光学的結合率が変化することになる。これにより、メインの通過信号光に合波して伝送するアド信号光の光パワーを調整することが可能となる。従来、ＶＯＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）素子を用いて行っていたアド信号光の光パワー調整を本発明の光スイッチ内で実現することが可能となる。
【００１９】
両面ミラーに対面する一方の導波路光を元の光導波路に強度を落として反射して戻し、他方の導波光は１８０°正反射させて戻す機能をもった両面反射ミラーは、図６に示した方法でも実現することができる。図３の反射型光スイッチの両面ミラ７の片面に、散乱や吸収や回折のように反射率の低い非鏡面部分２３を形成している。交差指間の静電力による移動によって、光導波路出射光を１８０°正反射させたり（図６（Ａ））、遮らずに透過させたり（図６（Ｃ））、部分的に非鏡面部分２３にかかるように（図６（Ｂ））制御することができる。この動作によって、部分非鏡面両面ミラー２２で反射し出射した光導波路に戻る光量を制御することができる。非鏡面部分２３の代わりに、吸収、散乱または回折の光学現象を生起するような膜を形成した鏡面体を用いて、これらの光学現象が鏡面体上で部分的に変化する構成としてもよい。吸収膜としては、使用波長に透過域を有さない材料、例えば１．５５μｍ波長光に対しては、ＧｅやＴｅ等を用いることができる。またこれらの材料は屈折率が高いことから、さらに表面に無反射膜を設けることが望ましい。
【００２０】
図７は、本発明のアド・ドロップ装置４０を内蔵した光機能モジュールの一つの実施例を示す模式図である。図２の石英基板上に実現したアド・ドロップ装置４０と、アド・ドロップ装置４０の備える光スイッチアレイを駆動するための光スイッチ駆動部６３と、アド・ドロップ装置の温度を制御する温度制御部６１と、制御信号により光スイッチ駆動部６３と温度制御部６１を制御する外部信号処理部６２とが実装基板６０上に配置された構成となっている。本発明の光機能モジュールでは、外部からの適切な電気信号により、ある波長帯域の任意の波長信号光に対して、光波の挿入と分離が可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の光ＡＤＭ装置の構成では、反射型光スイッチを用いることにより光分波器と光合波器の総数を低減できると共に、熱光学スイッチのように大きな消費電力を必要とせず、また、熱的クロストークの問題もない。本発明の構成は特にＰＬＣ技術を用いた光機能回路の集積によりその効果が増大する。即ち、光合分波器総数の低減は素子歩留まりの向上と素子の小型を実現し、発熱のない反射型光スイッチは、近接した光スイッチアレイ構成を可能にするので小型に寄与する。従って、本発明では、素子歩留まりの向上と小型化及び低消費電力を同時に実現できる光アド・ドロップ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成の概略を示すブロック図である。
【図２】本発明の光アド・ドロップ装置を石英基板上に構成した概略を示す模式図である。
【図３】本発明の光アド・ドロップ装置に使われる反射型光スイッチの構成を示す模式図である。
【図４】本発明の光アド・ドロップ装置に使われる反射型光スイッチが備える可動両面ミラーの構成を示す模式図である。
【図５】本発明の光アド・ドロップ装置に使われる反射型光スイッチの第２の実施例の構成を示す模式図である。
【図６】本発明のアド・ドロップ装置に使われる反射型光スイッチの第３の実施例の構成を示す模式図である。
【図７】本発明のアド・ドロップ装置を内蔵した光機能モジュールの概略を示す模式図である。
【図８】従来の光アド・ドロップマルチプレクサの概略を示す模式図である。
【符号の説明】
１    光サーキュレータ
２    波長分波器
３    反射型光スイッチアレイ
４    波長合波器
５    光サーキュレータ
６    光導波路
７    両面ミラー
８    石英基板
９    可動溝
１０    導波路出射光
１１    反射型光スイッチ
２０    可動ミラー
２１    曲面反射鏡
２２    部分非鏡面両面ミラー
２３    非鏡面部分
３０    石英基板
３１    アレイ型回折格子分波器
３２    アレイ型回折格子合波器
３３    反射型光スイッチアレイ
３４    反射型光スイッチ
４０    アド・ドロップ装置
６０    実装基板
６１    温度制御部
６２    外部信号処理部
６３    光スイッチ駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004219631.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004219631.tif 000008
【図７】
2004219631.tif 000009
【図８】
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