(57)【要約】【課題】広帯域の信号にも適用可能であり、遅延時間の調整が容易な構成の光遅延装置ならびに遅延時間差の測定方法および遅延時間の調整方法を提供する。【解決手段】複数の遅延光導波路２と、これらの遅延光導波路２のいずれかに光を入力する入力部５と、出力部８とを備え、前記入力部５は、所定の制御により、入力光を少なくとも２つの遅延光導波路２に分配して入力させることが可能な光遅延装置１を用いる。これにより、入力部５を制御して、入力光を少なくとも２つの遅延光導波路２に分配して入力させることが可能な状態としたのち、入力部５に１個の光パルスを入力して、前記少なくとも２つの遅延光導波路２に分配して入力し、該遅延光導波路２から出力された光パルスを合成して出力部８から出力し、前記合成された光パルスの時間差を測定することにより、遅延光導波路２の遅延時間差を求め、遅延時間を調整することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の遅延光導波路と、これらの遅延光導波路のいずれかに光を入力する入力部と、前記遅延光導波路からの光を出力する出力部を備える光遅延装置であって、
前記入力部は、所定の制御により、入力光を少なくとも２つの遅延光導波路に分配して入力させることが可能になっていることを特徴とする光遅延装置。
【請求項２】
前記入力部は、電気光学効果により制御されるものであることを特徴とする請求項１に記載の光遅延装置。
【請求項３】
前記入力部は、Ｙ分岐光スイッチを１段または多段に接続してなることを特徴とする請求項１または２に記載の光遅延装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の光遅延装置の遅延時間差の測定方法であって、
前記入力部を、所定の制御により、入力光を少なくとも２つの遅延光導波路に分配して入力させることが可能な状態としたのち、
該入力部に１個の光パルスを入力して、前記少なくとも２つの遅延光導波路に分配して入力し、
該遅延光導波路から出力された光パルスを合成して前記出力部から出力し、
前記合成された光パルスの時間差を測定して、この測定値を前記遅延光導波路の遅延時間差とすることを特徴とする光遅延装置の遅延時間差の測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の光遅延装置の遅延時間差の測定方法を用いて測定された遅延時間差の測定値に基づいて、当該光遅延装置の各遅延光導波路の遅延時間を調整することを特徴とする光遅延装置の遅延時間の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野において用いられる光遅延装置ならびにその遅延時間差の測定方法および遅延時間の調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ＡＴＭ交換機（ＡＴＭ：Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｍｏｄｅ、非同期転送モード）、光パケット交換機等の光交換機や光ルータ等においては、信号となる光を一定時間記憶したり、光の出力時間を調整したりする目的で、光遅延装置を用いて、光の伝送を一定時間遅延させることが行われている。光遅延装置において、光が入力されてから出力されるまでに要する時間を、遅延時間という。
【０００３】
所望の遅延時間が得られる光遅延装置には種々の構成が知られているが、遅延時間の安定性や、遅延時間の切り替えの高速さなどの観点から、遅延時間の異なる複数の遅延光導波路を備え、光の伝送経路を必要に応じて切り替え可能な光遅延装置が一般的に用いられている（例えば、三澤ら、「光ＡＴＭ交換用タップ型光ＦＩＦＯバッファの構成と特性」、信学技報、ＳＳＥ９３−１４８など参照）。
【０００４】
図５に、このような光遅延装置の一例を示す。この光遅延装置１は、４本の遅延光導波路２が並設されてなる遅延光導波路アレイ部３と、１入力４出力の光スイッチ１３からなる入力部５と、光スイッチ制御部６と、２段の２入力１出力の光カプラ７からなる出力部８とを具備する装置である。出力部８は、４本の遅延光導波路２の出力を合成して出力するものであり、光スイッチ制御部６は、入力部５の光スイッチ１３を制御して、光の伝搬経路を切り換えるものである。
【０００５】
この光遅延装置１においては、遅延光導波路アレイ部３の各遅延光導波路２の光路長は、等差数列的に異なっており、入力部５の光スイッチ１３を制御して、光が伝搬される遅延光導波路２をいずれか１つ選択することによって、所望の遅延時間を得ることができるようになっている。
遅延時間は、各遅延光導波路２の光路長により決まるので、比較的長い遅延時間が必要な場合、遅延光導波路２としては、一般に光ファイバが用いられる。高速な伝送を必要とする場合、遅延時間は短くて済むため、基板型光導波路アレイを用いることもできる。
【０００６】
また、図６は、従来の光遅延装置の第２の例を示す図である。この光遅延装置１は、４本の遅延光導波路２が並設されてなる遅延光導波路アレイ部３と、２段の１入力２出力の光スプリッタ１０からなる入力部５と、２段の光カプラ７からなる出力部８と、遅延光導波路アレイ部３の各遅延光導波路２の伝送状態を、通過と阻止とに切り替え可能な複数の光ゲートスイッチ１１と、これらの光ゲートスイッチ１１の状態を制御する光ゲートスイッチ制御部１２とを具備する装置である。
【０００７】
このような光遅延装置によれば、入力光は、入力部５の各光スプリッタ１０により、遅延光導波路アレイ部３のすべての遅延光導波路２に等分配される。光ゲートスイッチ制御部１２により、いずれか１つの光ゲートスイッチ１１のみを通過とし、他のものは光を阻止するように制御すれば、いずれか１つの遅延光導波路２を伝搬した光のみが出力部８から取り出すことができる。この場合、入力光は、各遅延光導波路２に等分配されることにより、強度が小さくなるが、それぞれの光ゲートスイッチ１１として、光増幅機能を有する半導体光増幅ゲートスイッチ（ＳＯＡＧ）等を用いることにより、損失を補償し、十分大きな出力を得ることができる。
【０００８】
また、図７は、従来の光遅延装置の第３の例を示す図である。この光遅延装置１は、上述の第２の例の光遅延装置１の変形であって、遅延光導波路２の一部が、入力部５の光スプリッタ１０の各段の間に設けられており、これを、複数の伝搬経路に共通に使用可能としたものである。これにより、遅延光導波路２の総延長を短縮することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、これらの従来の光遅延装置１では、各遅延光導波路２の間の遅延時間差が正確に作られていることが重要である。しかしながら、各遅延光導波路２を、光路長が設計どおりとなるように正確に製造することは非常に困難である。特に、光遅延装置１の各構成要素間の接続に光ファイバを用いた場合、その接続のために生じる光路長誤差も考慮する必要がある。
【００１０】
このため、光遅延装置１を組み立てた後、該光遅延装置１に試験用の光パルスを入力して各遅延光導波路２の遅延時間差を測定し、この遅延時間差の測定値に基づいて、各遅延光導波路２を追加工して遅延時間を後調整することが行われている。
しかし、図５に示すように、光遅延装置１の入力部５が、遅延光導波路２のいずれか１つのみを選択可能なものである場合、遅延時間差を測定するためには、所定の測定基準を設定したうえで、この測定基準との遅延時間差を各遅延光導波路２について１つずつ測定した後、得られた測定値を相互に比較する必要がある。このため、測定の手間が掛かるとともに、測定精度の低下を避けることができない。
【００１１】
また、図６、図７に示すように、入力部５で複数に等分配された光の１つを光ゲートスイッチ１１により選択する方式の光遅延装置１では、特開平９−２１４５０３号公報に記載されているように、２個の光ゲートスイッチ１１が同時に開かれている状態で、入力部５から１つの光パルスを入力させ、出力をオシロスコープなどを用いて観測することにより、光ゲートスイッチ１１が開かれている２つの遅延光導波路２に対応する２個の光パルスを、１つの信号波形に合成して観測することができるので、これら光パルスの時間差から、直接、遅延時間差を測定することができる。しかし、この種の光遅延装置１に用いられているＳＯＡＧは、通信波長帯域幅が高々数十ｎｍ程度であるので、高密度波長多重通信に用いられているような広帯域の信号には適用できない。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、広帯域の信号にも適用可能であり、遅延時間差の調整が容易な構成の光遅延装置、ならびにその光遅延装置の遅延時間差の測定方法および遅延時間の調整方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、複数の遅延光導波路と、これらの遅延光導波路のいずれかに光を入力する入力部と、前記遅延光導波路からの光を出力する出力部を備え、前記入力部は、所定の制御により、入力光を少なくとも２つの遅延光導波路に分配して入力させることが可能になっていることを特徴とする光遅延装置を提供する。
このような光遅延装置においては、入力部は、応答速度などの点から、電気光学効果により制御されるものとすることが好ましい。また、構成の単純さなどの点から、Ｙ分岐光スイッチを１段または多段に接続してなるものとすることが好ましい。
【００１４】
上述の光遅延装置においては、所定の制御により、入力光を少なくとも２つの遅延光導波路に分配して入力させることが可能であるので、前記入力部を、所定の制御により、入力光を少なくとも２つの遅延光導波路に分配して入力させることが可能な状態としたのち、該入力部に１個の光パルスを入力して、前記少なくとも２つの遅延光導波路に分配して入力し、該遅延光導波路から出力された光パルスを結合して前記出力部から出力し、前記結合された光パルスの時間差を測定することにより、前記遅延光導波路の遅延時間差を測定することができる。
さらに、このように測定された遅延時間差の測定値に基づいて、当該光遅延装置の各遅延光導波路の遅延時間を調整することができる。
しかも、ＳＯＡＧを用いる必要がないので、広帯域の信号にも適用可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の光遅延装置の第１の実施の形態の一例を示す図であり、４本の遅延光導波路２が並設されてなる遅延光導波路アレイ部３と、１入力２出力の光スイッチ４を２段に接続してなる入力部５と、光スイッチ制御部６と、２段の２入力１出力の光カプラ７からなる出力部８とを備えるものである。
遅延光導波路２の個数は、入力部５の出力の個数および出力部８の入力の個数と等しくされる限り、特に限定されるものではないが、入力部５を、１入力２出力の光スイッチを多段に接続して構成する場合には、４個、８個、１６個など、２のべき数から選択される。
【００１６】
本発明の光遅延装置１が従来のものと異なる点は、入力部５が、所定の制御により、入力光を少なくとも２つの遅延光導波路２に分配して入力させることが可能になっていることである。このような入力部５を構成するために利用可能な光スイッチ４としては、例えば、１入力２出力の光スイッチにおいて、所定の制御により、２個の出力端子のうち一方にのみ出力する状態と、他方の出力端子にのみ出力する状態と、両方の出力端子に出力を等分配する状態との、３通りの伝達状態を取ることができるものが挙げられる。
ただし、両方の出力端子に出力を等分配するといっても、２つの出力の光強度の分配比を厳密に１：１にする必要はない。入力を少なくとも２つの遅延光導波路に分配して、それぞれの光パルスを出力部８において合成して出力したとき、２つの光パルスを同じスケールにて観測できる程度であれば、分配比の多少の不均等は許容できる。
【００１７】
図２は、本発明の光遅延装置に好適に採用できる光スイッチの一例を示す図である。この光スイッチ２０は、電気光学効果型の光スイッチであり、電気光学効果を示すＹ分岐光導波路２１と、このＹ分岐光導波路２１の制御電極２２、２３とを備えている。
【００１８】
Ｙ分岐光導波路２１は、シリコンウエハなどの基板（図示せず）の上に、電気光学効果の高い材料を用いて、材料に応じた適切な光導波路形成技術により、形成されたものである。また、ウエハと光導波路との間には、下部電極または導電層が形成されている。
電気光学効果の高い材料としては、例えば、ＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、特に、Ｌａ：Ｚｒ：Ｔｉの組成比が８：６５：３５であるもの）、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３などの金属酸化物系材料を好適に用いることができるほか、アゾ色素系アクリル樹脂（例えば、特開平６−７５２５６号公報を参照）などの有機系材料も適用可能である。このような材料は、電気光学効果により、制御電極２２、２３と下部電極または導電層との間に印加される電圧の変化に応じて、屈折率が大きく変化する。
【００１９】
また、制御電極２２、２３は、Ｙ分岐光導波路２１の２つの分岐光導波路２４、２５に対応して、Ｙ分岐光導波路２１上に配置されており、Ｙ分岐光導波路２１に所定の電界を印加するためのものである。
【００２０】
図２に示す光スイッチ２０は、いずれの制御電極２２、２３にも電圧を印加しない場合、入力を２つの分岐光導波路２４、２５に同じ強度で分配する。また、制御電極２２、２３のうちの一方に所定の電圧を印加した場合には、電気光学効果により、電圧の印加された側の分岐光導波路の屈折率が低下するため、電圧が印加されていないほうの分岐光導波路を選択して出力され、スイッチが切り替えられる。
【００２１】
従って、入力部５の光スイッチ４として、このような光スイッチ２０を備えた光遅延装置１においては、所定の制御により、入力光を少なくとも２つの遅延光導波路２に分配して入力させることが可能となる。このため、入力部５の制御により、入力光を２つの遅延光導波路２に分配して入力させることが可能な状態としたのち、該入力部５に１個の光パルスを入力して、２つの遅延光導波路２に分配して入力し、該遅延光導波路２から出力された光パルスを合成して出力部８から出力し、オシロスコープなどを用いて、２個の光パルスを１つの信号波形として観測し、これらの光パルスの時間差を測定することにより、遅延光導波路２の遅延時間差を求めることができる。
【００２２】
さらに、このように測定された遅延時間差の測定値に基づいて、各遅延光導波路２の遅延時間を調整することができる。各遅延光導波路２の遅延時間を調整する具体的な方法としては、例えば、遅延光導波路２を構成する光ファイバを切り詰めて接続しなおし、光路長を短くする方法、紫外光誘起屈折率変化やレーザ光誘起屈折率変化などの現象を利用して、いずれかの遅延光導波路２の一部分の屈折率を上昇させ、当該遅延光導波路２の実効光路長を長くする方法などが可能である。
【００２３】
次に、本発明の光遅延装置１に適用可能な光スイッチの他の例を説明する。図３は、電気光学効果型のマッハツェンダ型光スイッチの一例を示す図であり、この光スイッチ３０は、第１および第２の光導波路３１ａ、３１ｂからなる直列配置の２個の方向性結合器３２、３３と、一方の光導波路（ここでは第２の光導波路３１ｂとする）の途中に形成された電気光学材料からなる変調領域３４と、この変調領域３４を制御する制御電極（図示せず）を有している。また、第２の光導波路３１ｂの入力端３５ｂは、無反射終端とされている。
マッハツェンダ型光スイッチとしては、特に限定されるものではないが、図３に示す第１の光導波路３１ａと第２の光導波路３１ｂとが等長になっており、方向性結合器３２、３３の結合効率がいずれも５０％となっている対称マッハツェンダ干渉計を用いることができる。
【００２４】
この光スイッチ３０の動作原理は以下のとおりである。
方向性結合器３２、３３の結合効率η１、η２が、η１＝η２＝０．５である場合、この光スイッチ３０に第１の光導波路３１ａの入力端３５ａから光が入力されたとき、第１および第２の光導波路３１ａ、３１ｂの出力端から出力される光強度Ｔ１、Ｔ２は、光の波長λの関数として、下記式（１）、（２）で表される。
【００２５】
Ｔ１（λ）＝ｓｉｎ２（π・ｎΔＬ／λ）　　　・・・・　（１）
【００２６】
Ｔ２（λ）＝ｃｏｓ２（π・ｎΔＬ／λ）　　　・・・・　（２）
【００２７】
ここで、ｎは光導波路の実効屈折率であり、ｎΔＬは、実効光路長差である。
電気光学効果型のマッハツェンダ型光スイッチにおいては、制御電極に印加する電圧を変化させることにより、変調領域３４の屈折率を変化させ、ｎΔＬを変化させることができるので、以下のように印加電圧を適宜変化させることにより、該光スイッチ３０の出力特性を制御することができる。
印加電圧が０、つまりｎΔＬ＝０の場合、あるいは、ｎΔＬ＝λ、２λ、３λ、…に相当する電圧を印加した場合は、Ｔ１（λ）＝０、Ｔ２（λ）＝１となり、第１の光導波路３１ａの出力端３６ａのみから、光を出力させることができる。
また、ｎΔＬ＝λ／２、３λ／２、５λ／２、…に相当する電圧を印加した場合は、Ｔ１（λ）＝１、Ｔ２（λ）＝０となり、第２の光導波路３１ｂの出力端３６ｂのみから、光を出力させることができる。
また、ｎΔＬ＝λ／４、３λ／４、５λ／４、…に相当する電圧を印加した場合は、Ｔ１（λ）＝Ｔ２（λ）＝１／２となり、第１および第２の光導波路３１ａ、３１ｂの出力端３６ａ、３６ｂから、光を等分配して出力させることができる。
【００２８】
従って、このような電気光学効果型のマッハツェンダ型光スイッチ３０を用いて、光遅延装置１の入力部５を構成することによっても、所定の制御により、入力光を少なくとも２つの遅延光導波路に分配することが可能なものとなるので、上述した方法により、遅延時間差の測定、遅延時間の調整を行うことができる。
【００２９】
さらに他の例としては、熱光学効果型の光スイッチを用いることもできる。熱光学効果型の光スイッチでは、制御電極の代わりに制御ヒータを用いて光スイッチの一部の温度を変化させ、熱光学効果による光導波路の屈折率変化により、光スイッチの伝達状態を切り替えるものである。熱光学効果型の光スイッチに用いられる大きな熱光学効果を示す材料としては、フッ素化ポリイミドや重水素化シリコーンなどが知られている。熱光学効果型の光スイッチを用いた場合、電気光学効果型の光スイッチに比べて切換時間が長くなるが、予備回線への切り換えなどのように、数ミリ秒程度の切換時間が許容される用途には、利用可能である。
【００３０】
次に、本発明の光遅延装置の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態の光遅延装置１は、図４に示すように、出力部８として、多段の光カプラ７の代わりに、多段の２入力１出力の光スイッチ９を用いたものである。出力部８の光スイッチ９としては、上述の第１の実施の形態で説明した入力部５の光スイッチ４と同様のものを用いることができる。
この光遅延装置１においては、入力部５の光スイッチ４と、出力部８の光スイッチ９とは、共通の光スイッチ制御部６により統括的に切り換えられ、入力部５により選択される遅延光導波路２と、出力部８により選択される遅延光導波路２とが、常に同一となるようになっている。また、入力光を少なくとも２つの遅延光導波路２に分配して入力させる場合には、出力部８側の制御も、その少なくとも２つの遅延光導波路２からの光を合成することができる状態にされる。
このような光遅延装置１によれば、光カプラ７の代わりに光スイッチ９を用いているため、図１に示す光遅延装置１と比べて、挿入損失の点で有利である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光遅延装置においては、入力部が、所定の制御により、光を少なくとも２つの遅延光導波路に分配して入力させることが可能になっているので、この入力部を、所定の制御により、入力光を少なくとも２つの遅延光導波路に分配して入力させることが可能な状態としたのち、該入力部に１個の光パルスを入力して、前記少なくとも２つの遅延光導波路に分配して入力し、該遅延光導波路から出力された光パルスを結合して前記出力部から出力し、前記結合された光パルスの時間差を測定することにより、前記遅延光導波路の遅延時間差を測定することができる。
さらに、このように測定された遅延時間差の測定値に基づいて、各遅延光導波路の遅延時間を調整することができる。
しかも、本発明の光遅延装置は、広帯域の信号にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光遅延装置の第１の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の光遅延装置に利用可能な光スイッチの一例を示す図である。
【図３】本発明の光遅延装置に利用可能な光スイッチの他の例を示す図である。
【図４】本発明の光遅延装置の第２の実施の形態を示す図である。
【図５】従来の光遅延装置の第１の例を示す図である。
【図６】従来の光遅延装置の第２の例を示す図である。
【図７】従来の光遅延装置の第３の例を示す図である。
【符号の説明】
１…光遅延装置、２…遅延光導波路、４…光スイッチ、５…入力部、８…出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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