(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重化された光信号に含まれる所定波長（λi）の信号を波長選択的に位相制御するためのデバイスにおいて、
−波長多重化された光信号が入力される入力ポート（２５、１０５、２０９、３０７）と、
−入力された波長多重化された光信号を所定の波長（λi）の信号とマルチプレックス内の残りの波長をほぼ含む信号とに分割するための分割手段（１１、１０１、２０１、３０１）と、
−２つの分割された信号のうちの一方を位相制御するための位相制御手段（３７、１１９、２２１、３１５、３１７）と、
−波長多重化された波長選択的に位相制御された光信号を得るよう、分割された位相制御された信号と他の分割された信号とを組み合わせるための組み合わせ手段（５１、１０３、２０１、３０１）と、
−波長多重化された波長選択的に位相制御された光信号を出力するための出力ポート（７１、１１５、２１３、３１１）と、
−それぞれの分割された信号のための導波路（３５、４３、１１７、１２１）を含み、これら導波路の各々が前記分割手段のそれぞれの出力ポート（３３、４１、１０７、１０９）と前記組み合わせ手段のそれぞれの入力ポート（６５、７５、１１１、１１３）との間に接続されており、これら導波路のうちの１つに位相制御手段（３７、１１９）が配置されており、
−前記分割手段（１１）がブラッグ格子の設けられた２つの導波路（１７、１９）によって相互接続された２つのカプラー（１３、１５）を含み、ブラッグ格子が所定の波長の信号を透過するようになっており、
−前記組み合わせ手段（５１）がブラッグ格子の設けられた２つの導波路（５７、５９）によって相互接続された２つのカプラー（５３、５５）を含み、ブラッグ格子が所定の波長の信号を透過するようになっていることを特徴とする、所定の波長（λi）の信号を波長選択的に位相制御するためのデバイス。
【請求項２】
すべての入力ポート（２５、６５、７５、１０５、１１１、１１３）と、出力ポート（３３、４５、７１、１０７、１０９、１１５）とが物理的に分離されていることを特徴とする、請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
２つの分割された信号に対して実質的に等しい伝搬距離で配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載のデバイス。
【請求項４】
前記分割手段がブラッグ格子でアシストされたＭＭＩカプラー（１０１）を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項５】
前記組み合わせデバイスがブラッグ格子でアシストされたＭＭＩカプラー（１０３）を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
前記カプラー（１３）のうちの１つが波長多重化された光信号を受信し、ブラッグ格子の設けられた前記２つの導波路（１７、１９）内に前記波長多重化された光信号を出力するようになっており、前記分割手段格子（２１、２３）が信号のうちの一方を反射し、他方を透過することにより、信号を所定の波長（λi）の信号とマルチプレックス内のほぼ残りの波長を含む信号とに分割するようになっており、他方のカプラー（１５）が前記ブラッグ格子を透過した信号を受信し、前記分割手段の前記出力ポート（４５）の一方に接続された前記導波路（４３）内にこの信号を出力するようになっており、前記第１のカプラー（１３）が更に前記ブラッグ格子（２１、２３）で反射された信号を受信し、前記分割手段の他方の出力ポート（３３）に接続された導波路（３５）内にこの信号を出力するようになっていることを特徴とする、請求項１記載のデバイス。
【請求項７】
前記組み合わせ手段のうちのカプラー（５３）の一方が、該組み合わせ手段の前記入力ポート（６５）のうちの１つにて分割された信号の一方を受信し、該組み合わせ手段の導波路（５７、５９）内に前記分割された信号を出力するようになっており、前記組み合わせ手段のうちの他方のカプラー（５５）が前記組み合わせ手段の入力ポート（７５）の他方で分割された他の信号を受信し、前記組み合わせ手段の前記導波路（５７、５９）内に該他方の分割された信号を出力するようになっており、前記分割手段のブラッグ格子（６１、６３）が分割された信号のうちの一方を反射し、他方を透過することによって分割された信号を組み合わせるようになっており、前記組み合わせ手段の前記第１のカプラー（５３）が、組み合わされた波長多重化された波長選択的に位相制御された光信号を受信し、該信号をデバイスの出力端（７３）に出力するようになっていることを特徴とする、請求項６記載のデバイス。
【請求項８】
前記分割手段および／または前記組み合わせ手段が光学的サーキュレータを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
前記分割手段および／または前記組み合わせ手段がＹカプラーを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１０】
各カプラー（１３、１５、５３、５５、２０３、２０４、３０３）がＭＭＩ導波路構造体から構成されていることを特徴とする、請求項６〜７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
各カプラー（１３、１５、５３、５５、２０３、２０４、３０３）が指向性カプラーから構成されていることを特徴とする、請求項６〜７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１２】
前記位相制御手段（３７、１１９、２２１、３１５、３１７）が所定の波長の信号を位相制御するようになっていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１３】
位相制御手段（２２１）が、マルチプレックス内の実質的な残りの波長を含む信号を位相制御するようになっていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１４】
組み合わされた波長多重化された波長選択的に位相制御された光信号を位相制御するための別の位相制御手段（６０５）を特徴とする、請求項１３記載のデバイス。
【請求項１５】
前記分割手段と前記組み合わせ手段とが１つの同じ構造体（２０１、３０１）から構成されており、本デバイスが前記２つの分割された信号のうちの１つを、前記構造体から、位相制御のための位相制御手段（２２１、３１５、３１７）を通し、再び前記構造体に戻すようにガイドするためのフィードバック手段（２２３、３０５、３１９、４１９）を含むことを特徴とする、請求項１記載のデバイス。
【請求項１６】
前記構造体がブラッグ格子の設けられた２つの導波路（２０７、３０５）に接続されたカプラー（２０３、３０３）を含むことを特徴とする、請求項１５記載のデバイス。
【請求項１７】
前記カプラー（２０３、３０３）が波長多重化された光信号を受信し、ブラッグ格子の設けられた前記２つの導波路（２０７、３０５）内に前記波長多重化された光信号を出力するようになっており、前記分割手段格子が一方の信号を反射し、他方を透過することにより、信号を所定の波長（λi）の信号とマルチプレックス内のほぼ残りの波長を含む信号とに分割するようになっており、前記フィードバック手段（２２３、３０５）が前記透過した信号を前記構造体から位相制御のための前記位相制御手段（２２１、３１５、３１７）を通し、再び前記構造体に戻すようにガイドするようになっており、前記ブラッグ格子が更に、戻された位相制御された信号を透過することにより、前記分割された信号を組み合わせるようになっており、前記カプラー（２０３、３０３）が波長選択的に位相制御され、波長多重化され、組み合わされた光信号を受信し、デバイスの出力ポート（２１３、３１１）にて前記光信号を出力するようになっていることを特徴とする、請求項１６記載のデバイス。
【請求項１８】
前記フィードバック手段が別のカプラー（２０５）および透過した信号を位相制御のための前記位相制御手段（２２１）を通し、再び前記別のカプラー（２０５）に戻すようガイドするための導波路ループ（２２３）を含み、よって前記別のカプラーが前記ブラッグ格子を透過した信号を受信し、前記導波路ループ内に該信号を出力し、位相制御手段を通してガイドされた前記位相制御された信号を受信し、ブラッグ格子の設けられた前記導波路（２０７）内に前記信号を出力するようになっていることを特徴とする、請求項１７記載のデバイス。
【請求項１９】
前記フィードバック手段がブラッグ格子の設けられた一連の導波路（３０５）を含み、更に前記導波路（３０５）内で透過した信号を戻すように反射するための前記反射手段（３１９、４１９）を含み、前記位相制御手段が前記導波路（３０５）のそれぞれの内部に局部的に設けられた２つの位相制御要素（３１５、３１７）を含むことを特徴とする、請求項１７記載のデバイス。
【請求項２０】
前記反射手段が透過された信号を全反射するための構造体（３１９）を含むことを特徴とする、請求項１９記載のデバイス。
【請求項２１】
前記反射手段が透過された信号を全反射するためのブラッグ格子（４１９）を含むことを特徴とする、請求項１９記載のデバイス。
【請求項２２】
各位相制御手段（３７、１１９、２２１、３１５、３１７、６０５）が熱光学的デバイスまたは電気光学的デバイスから構成されていることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２３】
波長多重化された光信号を波長選択的に位相変調するための、少なくとも１つの強度変調手段（７０３、７０５）を含むことを特徴とする、請求項１〜２２のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２４】
それぞれの位相制御手段または要素（３１５、３１７）と直列に配置された各位相制御手段または要素（３１５、３１７）のための強度変調手段（７０３、７０５）を含むことを特徴とする、請求項２３記載のデバイス。
【請求項２５】
強度変調手段が電気光学的スイッチを含むことを特徴とする、請求項２３または２４記載のデバイス。
【請求項２６】
波長多重化されたマルチチャンネル光信号に含まれる少なくとも１つの波長チャンネルをスイッチングするためのスイッチにおいて、
前記波長チャンネルを位相制御するようになっている、請求項１〜２５のいずれかに記載の、少なくとも１つのデバイス（６１１〜６１８）を含むことを特徴とするスイッチ。
【請求項２７】
干渉回路、特にマッハ・ツェンダー干渉計構造体（６１０、６６０、６７０、６８０）を含むことを特徴とする、請求項２６記載のスイッチ。
【請求項２８】
少なくとも２つのマッハ・ツェンダー導波路（６４０、６４２）によって相互に接続された第１結合デバイス（６２０、６６２、６７２、６８２）および第２結合デバイス（６３０、６６４、６７４、６８４）、好ましくはＭＭＩ導波路構造体を含み、前記導波路のうちの少なくとも１つに少なくとも１つのデバイスが設けられており、前記第２の結合デバイス（６３０、６６４、６７４、６８４）が少なくとも２つの出力ポートを含み、前記第１結合デバイス（６２０、６６２、６７２、６８２）が波長多重化されたマルチチャンネル光信号を受信し、マッハ・ツェンダー導波路に該信号を出力するようになっており、前記少なくとも１つのデバイス（６１１〜６１８）が光信号内に含まれる波長チャンネルを位相制御するようになっており、前記第２結合デバイス（６３０、６６４、６７４、６８４）が、前記波長選択的に位相制御された光信号を受信し、波長チャンネルの位相に応じて出力ポート（６３６、６３８）のいずれかで光波長チャンネルを出力するようになっていることを特徴とする、請求項２７記載のスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、光伝送技術、特に遠隔データ通信のための単一モードの集積光学系に関する。より詳細には、本発明は波長選択性デバイス、スイッチおよびこれらを使用する方法に関する。
【０００２】
（関連技術）
ネットワーク内の光ファイバーの容量を増すための多数の方法が公知となっている。これら方法の１つとして、ネットワーク内のバンド幅の利用率を高めるために波長分割多重化（ＷＤＭ）技術を使用する方法がある。しかしながらこの方法では、ネットワーク内でいわゆる光搬送波の異なる波長で転送される伝送チャンネルを多重化し、多重解除し、フィルタリングすることができるデバイスを設けなければならない。個々の各波長チャンネルの選択的ルーティングを達成するには、波長選択性結合デバイス、いわゆる波長選択性スイッチが必要である。
【０００３】
波長ルーティングのためのいくつかの異なる原理が次の文献で知られている。
【０００４】
Ｎ.タナカ外は、論文「Ｓｉ上で高シリカ導波路を使用した１２８チャンネルの偏光不感性周波数選択スイッチ」、ＩＥＥＥフォトン.テクニカルレター、第２（６）巻、４４１〜４４３ページ、１９９０年６月において、非対称のカスケード結合されたマッハ・ツェンダー干渉計（ＭＺＩ）に依拠した波長選択性スイッチのための原理について述べている。ここでは、等距離に分離されたＮ個の波長の光信号をＮ個の出力端の間で結合できるが、相互には完全には個々に結合できない。
【０００５】
Ｊ.−Ｐ.ウェーバー外による論文「マルチレグのマッハ・ツェンダー干渉計を使用した新しいタイプの同調可能な多重分離器」、ＥＣＩＯ、１９９７年、ＥｔｈＥ５議事録、ストックホルム、第２７２〜２７５ページ、１９９７年では、周期的波長選択性ルーティングに使用できるＭＭＩＭＺＩデバイス（multimode intereference Mach-Zehnder intereferometer（マルチモード干渉マッハ・ツェンダー干渉計））が示されている。
【０００６】
Ｔ.オーギュストソンは、論文「波長選択性スイッチングのためのブラッグ格子でアシストされたＭＭＩＭＩカプラー）、エレクトロン、レター、第３４（２５）巻、２４１６〜２４１８ページ、１９９８年、および国際公開特許出願第WO98/39686号において、完全なチャンネルごとにルーティングを行うＭＭＩＭＩＢｇデバイス（Bragg grating assisted multimode interference Michelson interfererometer（ブラッグ格子でアシストされたマルチモード干渉マイケルソン干渉計））について述べている。
【０００７】
Ｋ.オカモト外は、論文「シリカをベースとするアレイ状の導波体格子を使用した１６チャンネルの光学的追加／切り捨て多重化器」、エレクトロン、レター、第３１（９）巻、７２３〜７２４ページ、１９９５年において、基本的には個々のルーティングを達成できるＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating（アレイ状導波路格子））をベースとするコンフィグレーションについて検討している。
【０００８】
一般に、上記公知の技術の問題として、パワー損失が大きいこと、チャンネルのクロストークを許容できる程度に低いレベルに維持することが困難であること、例えば干渉作用により異なるチャンネル間でパワーのバラツキが生じることが挙げられる。かなり良好な性能を与えるコンフィギュレーションは、構造が大きく、および／または複雑であることに起因し、いずれも高コストとなっている。
【０００９】
特に上記異なる技術に対して次の制限が当てはまる。Ｎ.タカトによる技術では、パスバンドがポイント状となり、これによって例えばパワー損失が生じ得る。Ｊ.−Ｐ．ウェーバーによる技術によれば、クロストーク性能が良好である（すなわちクロストークが少ない）極めて狭い領域が得られる。このことは、基本的には補償が可能であるが、デバイスのうちのマッハ・ツェンダーアーム内で非線形の位相応答を得るには、複雑な干渉回路が必要である。オーギュストソンによる技術では、多数のチャンネルを処理しなければならない場合に大きな回路が必要である。この回路の基礎となる理論は、クロストークが少ないことを示していても、例えばプロセスに依存する散乱効果がクロストークを高める可能性がある。部品はマイケルソン干渉計の長いアーム内での反射に基づいているので、このデバイスは恐らくは特にクロストークに関して散乱による損失を受けやすい。最後に、Ｋ.アカモトが記述した技術では、広いチップ面積が必要である。更にこの技術ではパスバンドがポイント状となり、このパスバンドは高いパワー損失を代償として補償することができる。
【００１０】
（発明の概要）
本発明の目的は、波長選択性多重化光信号内に含まれる波長チャンネルを、波長選択的に位相制御するためのデバイスを提供することにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、波長多重化された光信号に含まれる波長チャンネルに関し、完全に別々のルーティングを行うことができるチャンネル内で実現することが好ましい、高性能の上記タイプの１つまたはいくつかのデバイスを提供することにある。
【００１２】
本発明の特別な目的は、公知技術に関連する欠点の１つまたはいくつかを有しないスイッチを実現するための、１つまたはいくつかのデバイスを提供することにある。
【００１３】
本発明の第１の特徴によれば、波長多重化された光信号が入力される入力ポートと、入力された波長多重化された光信号を所定の波長の信号とマルチプレックス内の残りの波長をほぼ含む信号とに分割するための分割手段と、２つの分割された信号のうちの一方を位相制御するための位相制御手段と、波長多重化された波長選択的に位相制御された光信号を得るよう、分割された位相制御された信号と、他の分割された信号とを組み合わせるための組み合わせ手段と、波長多重化された波長選択的に位相制御された光信号を出力するための出力ポートと含む、所定の波長の信号を波長選択的に位相制御するためのデバイスが提供される。
【００１４】
好ましくはこのデバイスは、それぞれの分割された信号のための導波路を含み、これら導波路の各々は前記分割手段のそれぞれの出力ポートと、前記組み合わせ手段のそれぞれの入力ポートとの間に接続されており、これら導波路のうちの１つに位相制御手段が配置されている。好ましくは本発明のデバイスは、分割された信号に対し実質的に等しい伝搬距離に配置されている。
【００１５】
分割手段および／または組み合わせ手段は、ブラッグ格子でアシストされたＭＭＩ構造体（ＭＭＩ、multimode intereference（マルチモード干渉））またはブラッグ格子でアシストされたＭＭＩＭＺＩ構造体（ＭＭＩＭＺＩ、multimode intereference Mach-Zehnder intereferometer（マルチモード干渉マッハ−ツェンダー型干渉計））から構成できる。
【００１６】
上記とは異なり、本デバイスが前記２つの分割された信号のうちの１つを、前記構造体から、位相制御のための位相制御手段を通し、再び前記構造体に戻すようにガイドするためのフィードバック手段を含むよう、前記分割手段と前記組み合わせ手段とを１つの同じ構造体から構成してもよい。
【００１７】
この場合、前記構造体は好ましくはブラッグ格子が設けられた２つの導波路に接続されたカプラーを含み、前記カプラーは波長多重化された光信号を受信し、ブラッグ格子の設けられた前記２つの導波路内に前記波長多重化された光信号を出力するようになっており、前記分割手段格子は一方の信号を反射し、他方を透過することにより、信号を所定の波長の信号とマルチプレックス内のほぼ残りの波長を含む信号とに分割するようになっており、前記フィードバック手段は前記透過した信号を前記構造体から位相制御のための前記位相制御手段を通し、再び前記構造体に戻すようにガイドするようになっており、前記ブラッグ格子は更に、戻された位相制御された信号を透過することにより、前記分割された信号を組み合わせるようになっており、前記カプラーは波長選択的に位相制御され、波長多重化され、組み合わされた光信号を受信し、デバイスの出力ポートにて前記光信号を出力するようになっている。
【００１８】
前記フィードバック手段は別のカプラーおよび透過した信号を位相制御のための前記位相制御手段を通し、再び前記別のカプラーに戻すようガイドするための導波路ループを含み、よって前記別のカプラーは前記ブラッグ格子を透過した信号を受信し、前記導波路ループ内に該信号を出力し、位相制御手段を通してガイドされた前記位相制御された信号を受信し、ブラッグ格子の設けられた前記導波路内に前記信号を出力するようになっている。
【００１９】
すべてのカプラーは好ましくはＭＭＩ導波路構造体から構成されるが、これとは異なり、指向性カプラーから構成してもよい。
【００２０】
これとは異なり、前記フィードバック手段はブラッグ格子の設けられた一連の導波路を含み、更に前記導波路内で透過した信号を戻すように反射するための前記反射手段を含み、前記位相制御手段は前記導波路のそれぞれの内部に局部的に設けられた２つの位相制御要素を含む。反射手段は全反射のための構造体または透過した信号を反射するためのブラッグ格子から構成してもよい。
【００２１】
別の実施例では、分割手段および／または組み合わせ手段は光学的サーキュレータまたはＹカプラーを含むことができる。
【００２２】
分割手段および組み合わせ手段内のブラッグ格子は所定の波長の信号を反射するか、または所定の波長の信号を透過するようにすることができる。
【００２３】
位相制御手段は所定の波長の信号を位相制御するようになっていることが好ましい。
【００２４】
このデバイスは波長多重化された光信号の波長選択的位相変調を行うための少なくとも１つの位相変調手段を更に含むことができる。
【００２５】
更に、本発明は前記波長チャンネルに対して調節される上記種類の少なくとも１つのデバイスを含む、波長多重化されたマルチチャンネル光信号内に含まれる少なくとも１つの波長チャンネルをスイッチングするためのスイッチを含む。
【００２６】
好ましくは、このスイッチは干渉回路、特にマッハ・ツェンダー干渉計構造体を含む。
【００２７】
本発明の別の目的は、波長多重化された光信号内に含まれる所定波長の信号を波長選択的に位相制御するための少なくとも１つの方法を提供することにある。
【００２８】
従って、本発明の別の特徴によれば、波長多重化された光信号内の所定の波長の信号を波長選択的に位相制御するための方法は、波長多重化された光信号を受信する工程と、入力された波長多重化された光信号を所定の波長の信号とマルチプレックス内の実質的な他の波長を含む信号とに分割する工程と、前記分割された２つの信号の一方を位相制御する工程と、波長多重化された波長選択的に位相制御された光信号を得るように、前記分割された位相制御信号と他の分割された信号とを組み合わせる工程と、前記波長多重化された波長選択的に位相制御された光信号を出力する工程とを含む。
【００２９】
本明細書の次の説明から、本発明の別の目的が明らかとなろう。
【００３０】
本発明の利点は、１つまたはいくつかの本発明の波長選択性位相制御デバイスを使用してスイッチを実現すると、極めてフレキシブルな機能を有するスイッチが得られることである。
【００３１】
本発明の更に別の利点は、公知のスイッチと比較して性能が改善されたスイッチを実現できることである。
【００３２】
本発明の更に別の利点は、いくつかの点に関し、公知の技術と比較してシステムの、よりトレラントな特性を呈すことである。
【００３３】
本明細書の次の説明から、本発明の別の利点が明らかとなろう。
【００３４】
発明を説明するにすぎない添付図面を参照し、以下、本発明についてより詳細に説明するが、これら図面は本発明を限定するものではない。
【００３５】
（好ましい実施例）
次の説明では、発明を限定するのではなく、発明を説明するために、特定の応用例、技術、方法などの特定の細部について記載し、本発明を完全に理解できるようにしているが、当業者にはこれら特定の細部から逸脱した他の実施例において本発明を実施できることが明らかであろう。他の例では、不必要な細部による本発明の説明が不明瞭とならないよう、周知の方法、プロトコル、装置または回路の詳細な説明については省略する。
【００３６】
本発明はこれまで公知の多数の部品の機能、例えば光の分割、フィルタリング、組み合わせ、反射および透過を新しく、本発明により組み合わせ、本発明の好ましい実施例で異なる部品を利用している。
【００３７】
本発明の第１の特徴によれば、波長が多重化された光信号に含まれる所定の波長で信号を波長選択的に位相制御するためのデバイス、いわゆるＷＳＰＴＣ（wave length selective phase tuning circuit（波長選択性位相同調回路））が提供される。このデバイスには次の部品が含まれる。
【００３８】
・  波長多重化された光信号を入力するための入力ポート
【００３９】
・  波長多重化された入力光信号を（１）所定の波長（多重解除された波長チャンネル）の信号と（２）マルチプレックス内の残りの波長（残りのマルチプレックス）を含む信号とに分割するための分割手段。代表的な分割手段はブラッグ格子が設けられたデバイスから構成される。
【００４０】
・  ２つの分割された信号のうちの１つを位相制御するための位相制御要素。多重解除された波長チャンネルを位相制御することが好ましいが、同じように、残りのマルチプレックスまたは双方の信号を位相制御することもできる。
【００４１】
・  波長多重化された波長により選択的に位相制御された光信号を得るために、分割された位相制御信号と残りの分割信号（位相制御することも可能）とを組み合わせるための組み合わせ手段。この代表的な組み合わせ手段もブラッグ格子が設けられたデバイスから構成される。分割デバイスと組み合わせデバイスとの間で厳密に等しい長い距離を、分割された２つの信号が走行するようになっていることが好ましいが、当然、後に詳細に説明するように、距離を変えることもできる。
【００４２】
・  波長多重化された波長によって選択的に位相制御される光信号を出力するための出力ポート。
【００４３】
従って、本発明の機能により波長チャンネルの位相に影響を与えながら、他の周辺のチャンネルの位相に影響を与えないようにすることが可能である。２つの異なる機能のタイプを次のように識別できる。
【００４４】
タイプＡと称される第１タイプが好ましい。この第１のタイプの機能は位相制御すべき波長に対して小さい可変ステップを備えた位相応答を有する。重要なことは、
0004668488.tif 000002
での位相応答の傾きがｆ≠ｆiでの位相応答の傾きと同じであることが重要である。すなわち、
【００４５】
【数１】
0004668488.tif 000003
【００４６】
ここで、Φ（ｆ）は位相応答、すなわち周波数ｆの関数としての光の位相であり、ｆiは所定の波長に対応する周波数、すなわち多重解除された波長チャンネルである。このタイプは特に各チャンネルに対し１つのＷＳＰＴＣしか必要でないので、１×２および２×２スイッチ（ＷＳＳ、wavelength selective switch（波長選択性スイッチ））を実現するのに特に適す。
【００４７】
タイプＢと称される他のタイプは、位相制御すべき波長における比較的大きい位相ステップを有する位相応答を有する。このステップの一部は可変（極めて小さい部分であることが多い）であり、これによって波長の位相制御が可能である。位相応答に対し次の式が成り立つ。
【００４８】
【数２】
0004668488.tif 000004
【００４９】
このタイプのデバイスを使って、（後に詳述する）マッハ・ツェンダータイプのスイッチを設計しなければならない場合、各チャンネルおよび各マッハ・ツェンダーアームに対して１つのデバイス（ＷＳＰＴＣ）が必要である。すなわち、１×２および２×２スイッチに対しては、タイプＡで必要な数の２倍の数のデバイスが必要となる。
【００５０】
しかしながら、通常タイプＢであるデバイスはタイプＡに従った基準を満たすように、（例えばチャープブラッグ格子を備えるよう）設計できる。
【００５１】
波長選択性位相制御デバイスは、本発明の好ましい実施例に示されるよう、すなわち次の基本部品を利用して実現できる。
【００５２】
光の分割に対し、ＭＭＩ導波体またはカプラー構造体（ＭＭＩ、multimode interference（マルチモード干渉））を使用する。この理論は、例えばＬ.Ｂ.ソルダーノおよびＥ.Ｃ.Ｍ.ペニングズの論文「セルフイメージングに基づく光マルチモード干渉デバイス：原理および応用」、ジャーナル・オブ・光波技術、第１３（４）巻、第６１５〜６２７ページ、１９９５年、およびこの論文内の参考文献に記載されている。
【００５３】
光をＭＭＩ分割する結果、入力強度分布のマルチイメージングが生じる。ＭＭＩ構造体の長さ／幅の関係はイメージの数を決定し、このイメージは光を励起するアクセス導波路に応じて所定の相互の位相関係を有する。
【００５４】
・  光をフィルタリングするにはブラッグ格子を使用する。ここで２つのタイプのブラッグ格子を使用する。
（１）狭いスペクトルバンド（１つの波長チャンネル）を反射し、一方比較的乱れを生じることなくブラッグ格子を通過するようにスペクトルの他の部分（他のチャンネル）を伝送させる、狭いスペクトルバンド（１つの波長チャンネル）を反射する構造体。フィルタプロフィルは強度、長さおよび可変周期、いわゆる格子のチャープによって変調できる。
【００５５】
（２）ブラッグ格子によりスペクトルの他の部分（残りのチャンネル）を反射する一方、狭いバンド（波長チャンネル）を透過する構造体。このような構造体は格子内で位相シフトが実現することによって得られる。
【００５６】
波長多重解除のためのブラッグ格子の包括的な説明は、例えばＧ.Ｐ.アグラワルおよびＳ.ラディックの論文「位相シフトされたファイバー格子および波長多重解除のためのそれらの応用」、ＩＥＥＥフォトン．テクニカルレター、第６（８）巻、９９５〜９９７ページ、１９９４年８月に記載されている。
【００５７】
ＭＭＩＢｇ構造体（ＭＭＩＢｇ、Bragg grating assisted multimode interference（ブラッググレーティングアシストされたマルチモード干渉））は、基本的には固定された追加／切り捨て多重化のための機能を達成する。この理論は、Ｔ.オーギュストソン著、「追加／切り捨て多重化のためのブラッグ格子でアシストされたＭＭＩカプラー）、ジャーナル・オブ・光波技術、第１６（８）巻、１５１７〜１５２２ページ、１９９８年に記載されている。ＭＭＩＢｇ構造体、すなわちカプラーは、波長選択性位相制御を実行する助けとなる要素の一例である。図２を参照し、以下の詳細な説明を参照されたい。本発明を実現するためには、ＭＭＩＢｇ構造体により完全に可能としなければならなかったトリミングを必要とすることなく、プレーナー導波技術を用いてこの要素を製造できるようにすることが重要である。
【００５８】
位相制御要素は光の位相にアクティブな影響を与える（光の位相をアクティブに制御する）のに必要な要素である。位相制御要素にはいくつかのタイプがある。この要素の基本は外部から供給される信号（電圧、電流など）により光波長に影響を与えることである。本発明の目的のための位相に影響を与える（位相を制御する）ための最良の方法は、恐らくは熱光学的要素を使用すること、すなわち少なくとも材料系ＳｉＯ2／Ｓｉに関し、温度により導波路内の屈折率（および温度により光路長さ）に影響を与えることである。導波路に対し、電界を加えることにより、すなわち屈折率に電気光学的に影響を与えることにより、同様に一部の導波路に影響を与えることもできる。
【００５９】
次に図１〜７を参照し、波長選択的位相制御を行うための、本発明のデバイス（ＷＳＰＣＴ）の７つの異なる実施例について、より詳細に説明する。これらのうち、図１〜２に示された最初の２つの実施例はタイプＡであるが、図３〜７の示された、後の５つの実施例はタイプＢである。後の５つの実施例のうちのいくつかは（例えばチャープブラッグ格子により）タイプＡに変更することも可能である。
【００６０】
本発明に係わる波長選択性位相制御デバイスを示す図１ａを参照すると、分割手段は、いわゆるブラッグ格子でアシストされたＭＭＩＭＺＩ構造体（ＭＭＩＭＺＩ、multimode intereference Mach-Zehnder intereferometer（マルチモード干渉マッハ・ツェンダー干渉計））１１から構成され、この構造体は同じように構成されたブラッグ格子２１、２３が設けられた、マッハ・ツェンダー導波路またはマッハ・ツェンダーアームと称される２つの導波路１７、１９を介し、第２ＭＭＩ導波路１５に接続された第１ＭＭＩ導波路またはカプラー１３を含む。このＭＭＩ導波路１３はアクセス導波路と称される導波路２７内を透過する波長多重化された光信号を入力するための入力ポート２５と、各導波路内で、好ましくは等しい強度の、波長多重化された光信号を２つの導波路１７、１９内に出力するための２つの入出力ポート２９、３１とを有する。これらブラッグ格子はλiまたはｆiと表示される所定の波長チャンネルを反射し、残りの波長チャンネルを透過するようになっている。従って、反射された波長チャンネルがＭＭＩ導波路１３内にフィードバックされ、更に出力ポート３３を通って、接続導波路と称される導波路３５へ送られ、位相制御のための位相制御要素３７を介し、組み合わせ手段へ送られる。ブラッグ格子２１、２３を透過した波長チャンネルは入力ポート３９、４１を介し、他のＭＭＩ導波路１５へ送られ、更に出力ポート４５を介し、接続導波路４３内へ送られる。マッハ・ツェンダーアーム１７、１９には微調整、特に製造プロセスにおける不可避的なバラツキを補償するためのトリミング、すなわち調整用デバイス４７、４９を設けることができる。
【００６１】
組み合わせ手段もブラッグ格子でアシストされたＭＭＩＭＺＩ構造体５１から構成され、この構造体５１は２つのマッハ・ツェンダー導波路５７、５９を介して第２ＭＭＩ導波路５５に接続された第１ＭＭＩ導波路５３を含み、マッハ・ツェンダー導波路５７、５９には同様なブラッグ格子６１、６３が設けられている。第１ＭＭＩ導波路５３は接続導波路４５を接続する入力ポート６５を有する。従って、分割手段１１内で反射され、位相制御要素３７によって位相制御された波長チャンネルは、ポート６５を通って送られ、入出力ポート６７、６９を通って各導波路内で、好ましくは同じ強度で２つの導波路５７、５９内へ送られる。ブラッグ格子６１、６３は所定の同じ波長チャンネルを反射し、残りのチャンネルを透過するようになっている。すべてのブラッグ格子２１、２３、６１、６３は同じ種類であることが好ましい。従って、波長チャンネルλiはＭＭＩ導波路５３内へフィードバックされ、更に出力ポート７１を通って導波路７３内へ送られる。
【００６２】
同じように、組み合わせ手段の第２ＭＭＩ導波路５５には入力ポート７５が設けられており、この入力ポート７５には残りの波長チャンネルを透過する接続導波路４３が接続されている。従って、残りの波長チャンネルはＭＭＩ導波路５５内へ送られ、入出力ポート７７、７９を通って各導波路内で、好ましくは同じ強度で、２つの導波路５７、５９内へ送られる。ブラッグ格子６１、６３はこれら波長チャンネルが反射されたチャンネルλiに重なるようこれら波長チャンネルを透過することが好ましい。残りの波長チャンネルは所定の波長チャンネルλiと共にポート６７、６９へフィードバックされ、出力ポート７１を介して導波路７３内へ送られる。
【００６３】
更に、マッハ・ツェンダーアーム５７、５９にも微調整のためのトリミングデバイス８１、８３を設けることができる。
【００６４】
このデバイスは波長多重化された光信号をポート７１で入力し、よってポート２５を通して多重化された波長で選択的に位相制御される光信号を出力した場合と同じように作動するように、双方向性であることが好ましい。このデバイスは特に両方向に透過された信号が重なっていない異なる波長バンドまたはウィンドーを使用した場合、光信号を同時に透過するように作動できる。
【００６５】
接続導波路３５と４３とは、反射される信号および透過される信号が、このデバイスを通る光路長が同じとなるような相互の長さの関係を有することが好ましい。
【００６６】
図１ｂは、図１ａ内に示された位相制御デバイスの位相応答を略図で示す。位相制御された波長チャンネルと残りの波長チャンネルは、このデバイスを通過する同じ距離を伝搬するので、位相制御すべき、波長λiに対する小さい可変ステップを有する完全に線形な位相応答が得られる。
【００６７】
最後に、図１ｃは周波数の分布、すなわちＭＭＩＭＺＩ構造体１１、５１のナノメータを単位とする波長の関数としての透過特性Ｔおよび反射特性Ｒ（単位デシベル）を示す。
【００６８】
タイプＡのＷＳＰＴＣデバイス１０は良好なフィルタ性能を示さなければならない。しかしながら、デバイスを透過するすべてのチャンネルに対する距離が長くなると、損失および不安定性の問題が生じる。位相制御されたチャンネルを除くすべてのチャンネルは２つのブラッグ格子部分を通過する。これによって、特にシステム内の短い波長に対して損失が生じるという問題が生じ得る。反射されたチャンネルの強度だけでなく、ＭＭＩ導波路内の透過チャンネル強度を正しく合わせるためのトリミングが必要となり得る。このトリミングは大きく複雑な構成で実現することが困難となり得る。
【００６９】
次に、本発明の第２実施例に係わる波長選択性位相制御デバイス１００を略図で示す図２ａを参照すると、分割手段および組み合わせ手段の双方は、いわゆるＭＭＩＢｇ構造体１０１、１０３から構成される。これら構造体は本ケースでは、図１ａに示されたブラッグ格子でアシストされたＭＭＩＭＺＩ構造体１１、５１と同じ機能を有する。従って、ＭＭＩＢｇ構造体１０１は１つの入力ポート１０５と２つの出力ポート１０７、１０９とを備え、ＭＭＩＢｇ構造体１０３は２つの入力ポート１１１、１１３と１つの出力ポート１１５とを含む。ポート１０７と１１１との間には接続導波路１１７が相互に接続されており、この導波路１１７には位相制御要素１１９が配置されており、ポート１０９と１１３との間には別の接続導波路１２１が相互に接続されている。
【００７０】
アクセス導波路１２３を通してポート１０５に波長多重化された光信号が送られる。ＭＭＩＢｇ構造体１０１内でこの信号はポート１０７へ出力される（多重解除された波長チャンネルの）所定の波長λiの信号とポート１０９で出力される（残りの波長チャンネルの）マルチプレックス内の残りの波長を含む信号とに分割される。所定の波長における信号はポート１０７から導波路１１７を通って、更に位相制御のための位相制御要素１１９を通過し、ポート１１１を介してＭＭＩＢｇ構造体１０３へ送られる。マルチプレックス内の残りの波長を含む信号はポート１０９から導波路１２１を介し、ポート１１３を通ってＭＭＩＢｇ構造体１０３へ送られる。ＭＭＩＢｇ構造体１０３は分割された信号を合流させ、波長選択的に位相制御された光信号を、出力ポート１１５を介して導波路１２５へ送る。
【００７１】
図２ｂは図２ａ内に示された位相制御デバイスの位相応答を略図で示す。位相制御すべき波長λiにおいて、小さい可変ステップを有する完全に線形な位相応答が得られる。図２ｃは周波数の分布、すなわちＭＭＩＢｇ構造体１０１、１０３のナノメータを単位とする波長の関数としての透過特性Ｔおよび反射特性Ｒ（単位デシベル）を示す。
【００７２】
ＷＳＰＴＣデバイス１００はタイプＡであり、トリミングを必要としない。このデバイスは図１ａ内のデバイスと同じように、デバイスを通過するすべてのチャンネルに対する距離が長く、この結果、損失および不安定性の問題が生じる。位相制御されたチャンネルを除くすべてのチャンネルは２つのブラッグ格子部分を通過し、これによって特により短い波長に対して損失の問題を更に生じさせ得る。このデバイスは、より密に詰められたチャンネルを処理しなければならない場合の制限要素となり得る、よくないフィルタ性能（図２ｃ）を有する。更に、ＭＭＩＢｇの原理は主に低コントラストの導波路用であるが、主に以下に述べる完全スイッチングの原理は高コントラスト導波路に適している。
【００７３】
本発明の第３実施例に係わる波長選択性位相制御デバイス２００を略図で示す図３ａを参照すると、分割手段および組み合わせ手段の双方は１つの同じ構造体２０１から構成され、この構造体２０１はブラッグ格子でアシストされたＭＭＩＭＺＩ構造、すなわちブラッグ格子が位相シフトされ、すなわち反転した透過反射特性を有することを除けば、図１に示された構造体１１または５１と同一である。この構造体は２つの導波路と共にブラッグ格子と、可能な場合にはトリミング要素とを備えた、マッハ・ツェンダー導波路構造体２０７を介して第２ＭＭＩ導波路２０５に接続された第１のＭＭＩ導波路２０３を含む。
【００７４】
このＭＭＩ導波路２０３はアクセス導波路２１１内を透過した波長多重化された光信号を入力するための第１ポート２０９と、導波路２１５が接続されている出力ポート２１３とを有する。位相シフトされたブラッグ格子が設けられたマッハ・ツェンダー導波路構造体２０７は、波長チャンネルλiを透過し、残りの波長チャンネルを反射するようになっている。透過した波長チャンネルを受信するようになっている第２のＭＭＩ構造体２０５は、２つの入出力ポート２１７、２１９を含みこれら入出力ポートは位相制御要素２２１が配置されている接続導波路２２３に接続されている。従って、透過した波長チャンネルは２つの入出力ポート２１７、２１９の一方または他方、例えば２１７を通り、導波路ループ２２３を通って送られ、よって位相制御要素２２１により制御され、ポート２１９、２１７の他方、例えば２１９を通ってＭＭＩ構造体２０５にフィードバックされる。次に位相制御されたチャンネルはマッハ・ツェンダー導波路構造体２０７へ送られ、この構造体を透過し、反射された波長チャンネルに重ねられるか、またはこのチャンネルと多重化され、その後、波長選択的に位相制御された光信号はＭＭＩ構造体２０３を通して送られ、ポート２１３を介し、導波路２１５から出力される。
【００７５】
図３ｂは図３ａに示された位相制御デバイスの位相応答を略図で示す。位相制御すべき波長λiに対し、比較的大きいステップを有する線形位相応答が得られる。このステップの小さい部分は可変である。このことは、波長チャンネルを位相制御できることを意味する。図３ｃはマッハ・ツェンダー導波路構造体２０７内の位相シフトとされたブラッグ格子に対する、単位をナノメートルとする波長に応じた周波数分布、すなわち透過特性Ｔおよび反射特性Ｒ（単位デシベル）を示す。
【００７６】
このデバイスはタイプＢである。この第３実施例の利点は位相制御されたチャンネルを除くすべてのチャンネルがデバイスを通る短い光路を伝搬することである。良好なフィルタ性能を実現することが困難となり得る。デバイスにおいて反射作用および透過作用を正しく合焦するためのトリミングが必要となり得る。このトリミングを大きくかつ複雑な構成で実現することは困難となり得る。デバイスの構成によって、位相シフトされたブラッグ格子にかかる要求は高くなる。このことはシステムの広いバンド幅を取り扱いできるような強力なブラッグ格子を設計できるようにしなければならないことを意味している。更に、可能な場合には格子に、あるタイプのチャープを設けることができる。
【００７７】
次に図４ａを参照し、本発明の第４実施例に係わる波長選択性位相制御デバイス３００について説明する。このデバイスでは、分割手段と結合手段とは１つの同じ構造体３０１から構成され、この構造体は位相シフトされたブラッグ格子および可能な場合にはトリミング要素が設けられた一対の導波路３０５に接続されたＭＭＩ導波路３０３を含む。このＭＭＩ導波路は更に導波路３０９に接続するための入力ポート３０７と、導波路３１３に接続するための出力ポート３１１とを含む。この導波路３０５の対にはＭＭＩ導波路３０３から見てブラッグ格子を越えるように、位相制御要素３１５、３１７（導波路に１つずつ要素）が設けられ、ＭＭＩ導波路３０３から判るように、導波路の対の最も端の端部にミラー３１９または全反射のための他の構造体が設けられている。
【００７８】
ＭＭＩ導波路３０３はポート３０７を介し、波長多重化された光信号を入力し、マッハ・ツェンダー導波路の対３０５内で信号を出力するようになっている。位相シフトされたブラッグ格子が設けられた導波路３０５の対は、波長チャンネルλiを透過し、残りの波長チャンネルを反射するようになっている。同じであることが好ましい位相制御要素３１５、３１７は、透過した信号の位相を制御するようになっている。ミラー３１９は透過信号を反射し、ブラッグ格子およびＭＭＩ導波路３０３へ戻すようになっており、よって位相制御されたチャンネルはブラッグ格子を透過し、反射された波長チャンネルに重ねられるか、または反射した波長チャンネルと多重化される。最後に、こうして得られた波長選択的位相制御された光信号はＭＭＩ構造体３０３を通過し、ポート３１１を介して導波路３１３から出力される。
【００７９】
図４ｂは図４ａに示された位相制御デバイスの位相応答を略図で示す。位相制御すべき波長λiで小さいステップを有する線形位相応答が得られる（しかしながら、このステップは図３ａに示されたデバイスを使用することにより得られるステップよりも小さい）。この小さいステップの一部は可変であるので、この結果、波長チャンネルを位相制御できる。図４ｃは周波数分布、すなわち位相シフトされたブラッグ格子のナノメートルを単位とする波長の関数として示される周波数分布、すなわち透過特性Ｔおよび反射特性Ｒ（単位デシベル）を示す。
【００８０】
このタイプＢのデバイスの利点は、位相制御されたチャンネルを除くすべてのチャンネルが回路を通過する短い光路を伝搬するということである。良好なフィルタ性能を実現することは困難となり得る。位相制御要素３１５と３１７とのバランスをとることにより、位相制御チャンネルのトリミングを行うことができる。反射したチャンネルのトリミングが必要となり得るが、このトリミングを大きく複雑な構造で実現することは困難である。先の実施例と同じ要求がブラッグ格子に課される。全反射の構造を実現することは困難となり得る。
【００８１】
図５ａは本発明の第５実施例に係わる波長選択性位相制御デバイス４００を示す。この第５実施例はミラー３１９が位相制御された信号を反射するようになっているブラッグ格子３１９に置換されているという点を除けば、第４実施例と同じである。残りの部品には図４ａに示された部品と同じ参照番号が付けられており、これら残りの部品の機能は図４ａに示された部品の機能と同じである。
【００８２】
図５ｂは図５ａに示された位相制御デバイスの位相応答を略図で示す。制御すべき波長λiにおいて、小さいステップを有する線形位相応答が得られる。このステップの一部は可変であり、これによって波長チャンネルを位相制御することが可能となっている。図５ｃはブラッグ格子４１９の周波数分布、すなわちナノメートルを単位とする波長を関数とする透過特性Ｔおよび反射特性Ｒ（単位デシベル）を示す。導波路３０５の対に含まれる位相シフトされたブラッグ格子の周波数分布は図４ｃで示された分布と同一である。
【００８３】
このデバイスの位相シフトされたブラッグ格子に対する要求は、図３ａまたは４ａに示されたデバイスと比較して多少低い。フィルタ性能は恐らくかなりそれらよりも良好である。
【００８４】
図６ａは本発明の第６実施例に係わる波長選択性位相制御デバイス５００を示す。この第６実施例は第４実施例と同一であるが、ミラー３１９が制御された信号を反射するようになっているブラッグ格子４１９に置換されている点、および導波路３０５の対の位相シフトされたブラッグ格子がそれぞれの導波路において、ハイパスタイプのブラッグ格子５０３およびローパスタイプのブラッグ格子５０５に置換されており、これらブラッグ格子が共に１つの波長チャンネルλiを透過し、残りの波長チャンネルを反射するようになっている点が異なっている。残りの部品には図４ａに示された参照符号と同じ参照符号が付けられており、残りの部品の機能は図４ａに示された部品の機能と同じである。
【００８５】
図６ｂは、図６ａに示された位相制御デバイスの位相応答を略図で示す。位相制御すべき波長λiにおいて小さいステップを有する位相応答が得られる。この小さいステップの一部は可変であり、この結果、波長チャンネルを位相制御できる。更に、ハイパス格子５０３によって反射されたチャンネルとローパス格子５０５によって反射されたチャンネルとの間の固定されたステップが得られ、これら固定されたステップはそれぞれの格子の物理的に分離された位置によって生じている。図６ｃはブラッグ格子の周波数分布、すなわちナノメートルを単位とする波長を関数とする透過特性Ｔおよび反射特性Ｒ（単位デシベル）を示す。これらハイパスブラッグ格子５０３およびローパスブラッグ格子５０５は従来のタイプのものでよく、同じ透過特性および反射特性を示すが、波長が上下にシフトし、より広い反射バンドを有するものでよい。
【００８６】
このデバイスは、図３ａ、４ａおよび５ａに示されたデバイスと比較して、ブラッグ格子構造体に対する要求を低くする。ＭＭＩ導波路３０３において光を正しく合焦するには、ハイパス格子によって反射されるチャンネルのトリミングとローパス格子によって反射されるチャンネルのトリミングとを別個にすることが必要である。
【００８７】
図７ａは、本発明の第６実施例に係わる波長選択性位相制御デバイス６００を示し、この第６実施例は次の点を除けば第３実施例と同一である。すなわちマッハ・ツェンダー導波路構造体２０７におけるブラッグ格子が、波長チャンネルλiを反射し、残りの波長チャンネルを透過する従来のブラッグ格子６０３に置換されている点が異なっている。従って、λiを除くすべての波長チャンネルはＭＭＩ導波路２０５および位相制御要素２２１が設けられている導波路ループ２２３を通るように伝搬し、よってλiを除くすべての波長チャンネルは位相制御される。ポート２１３において出力される多重化された信号は波長チャンネルを含み、この波長チャンネルのうちのλiを除くすべてのチャンネルは位相制御される。完全な多重化された信号を位相制御するために別の位相制御要素６０５を配置することにより、図７ｂに示された実施例に従った位相応答が得られるように、位相応答を補正できる。
【００８８】
従って、図７ｂは図７ａに示された位相制御デバイスの位相応答を略図で示す。位相制御すべき波長λiにおいて、ステップを有する位相応答が得られる。このステップの一部は可変であり、これによって波長チャンネルを位相制御することが可能となっている。図７ｃはブラッグ格子６０３の周波数分布、すなわちナノメートルを単位とする波長を関数とする透過特性Ｔおよび反射特性Ｒ（単位デシベル）を示す。
【００８９】
タイプＢのこのデバイスでは、実現が困難である位相シフトされたブラッグ格子が不要である。しかしながら、欠点は、位相制御チャンネルを除くすべてのチャンネルがデバイスを通過する長い距離を伝搬し、２つのブラッグ格子部分を通過し、この結果、特にシステム内の短い波長で損失が生じるという問題が生じ得ることである。
【００９０】
これとは異なり、波長選択性位相制御のためのデバイスは、分割手段および／または光サーキュレータおよび／またはＹカプラー（図には示されず）を含む組み合わせ手段によって実現しなければならない。
【００９１】
本発明の最初の７つの実施例のいずれかにより、波長選択性制御デバイス、すなわちＷＳＰＴＣのうちの１つまたはいくつかを使用することによって、波長選択性スイッチングを行うことが可能である。
【００９２】
かかるデバイスに基づき、波長選択性スイッチ、すなわちＷＳＳを達成するには、好ましくは干渉回路が必要である。特にマッハ・ツェンダー干渉計（ＭＺＩ）が適当である。
【００９３】
本発明に係わる波長選択性スイッチングを行うためのスイッチ構造体は、２つのカプラーを含むことが好ましく、これら２つのカプラーは上記波長選択的制御デバイスのうちの１つまたはいくつかが設けられた、マッハ・ツェンダー導波路またはマッハ・ツェンダーアームと称される少なくとも２つの導波路と相互に接続されている。カプラーのうちの１つは入進光信号を導波路内に入力するようになっており、第２カプラーは光信号のそれぞれの位相に依存してスイッチから光信号を出力するようになっており、光信号の位相は波長選択的位相制御デバイスのうちの１つまたはいくつかによって制御されるようになっている。
【００９４】
従って、図８〜１１は、４つの異なるＭＺＩ／ＷＳＰＴＣコンフィギュレーションを示し、このうちの図８および９はタイプａのＷＳＰＴＣが利用されているコンフィギュレーションを示し、図１０および１１はタイプＢのＷＳＰＴＣが利用されているコンフィギュレーションを示す。ＷＳＰＴＣは図８〜１１に示されたＰＣまで短縮されていることに留意されたい。
【００９５】
次に、図８を参照し、本発明に係わる第８実施例に係わるマッハ・ツェンダーの８チャンネルの１×２スイッチ６１０について説明する。このスイッチはタイプＡの本発明の８個の波長選択性位相制御デバイス６１１〜６１８を含む。このスイッチは多重化された信号を入力するための入力ポート６２２および２つの出力ポート６２６、６２８が設けられた第１ＭＭＩ導波路６２０と、２つの入力ポート６３２、６３４および２つの出力ポート６３６、６３８が設けられた第２のＭＭＩ導波路６３０とを含む。第１ＭＭＩ導波路の出力ポート６２６、６２８と、第２ＭＭＩ導波路の入力ポート６３２、６３４との間に２つのマッハ・ツェンダー導波路６４０、６４２が相互に接続されている。ＭＭＩ導波路には８個の波長選択的制御可能デバイスが設けられており、これらデバイスの各々はそれぞれの波長チャンネルλ1、....λ8を制御するようになっている。図示された実施例では、上部マッハ・ツェンダーアーム６２０内に４つのデバイスが配置されるか、または下方マッハ・ツェンダーアーム６３０内に４つのデバイスが配置されるが、別の態様に配置することを妨げるものではなく、アームおよびチャンネルごとに１つのデバイスを設ければ十分である。デバイスのサイズを最小にするために、各アーム内に、好ましくは４つのデバイスを配置する。
【００９６】
デバイス６１１〜６１８によりそれぞれのチャンネルの位相を制御することにより、ポート６３６またはポート６３８のいずれかにそれぞれの波長チャンネルを出力するように、ＭＭＩ導波路６３０を配置（制御）することができる。従って、入進マルチプレックス信号において８つの波長チャンネルを完全に別々にスイッチングすることができる。
【００９７】
次に図９を参照し、本発明に係わる第９実施例に係わる４チャンネルの４×４スイッチ６６０について説明する。このスイッチはタイプＡの１２個の本発明の波長選択性位相制御デバイスを含む。
【００９８】
スイッチ６６０は４つの入力ポートおよび４つの出力ポートが設けられた第１ＭＭＩ導波路６６２と、４つの入力ポートおよび４つの出力ポートが設けられた第２ＭＭＩ導波路６６４とを含む。これらＭＭＩ導波路の間には４つの平行なマッハ・ツェンダーアームが配置されている。デバイス６６０は第１ＭＭＩ導波路６６２の入力ポートに入進した４つの波長チャンネルを他のＭＭＩ導波路６６４に設けられた４つの出力ポートにスイッチングするようになっている。各マッハ・ツェンダーアームは３つの異なる波長チャンネルを制御するための３つのデバイスを含む。従って、これらアームは上からカウントして、チャンネル２、３および４を制御するためのデバイスと、チャンネル１、３および４を制御するためのデバイスと、チャンネル１、２および４を制御するためのデバイスと、チャンネル１、２および３を制御するためのデバイスとを含む。位相制御装置およびＭＭＩ導波路６６４は４つの波長チャンネルを完全に別々にスイッチングできるように配置されている。
【００９９】
図１０は本発明の第１０実施例に係わる４つのチャンネル１×２スイッチ６７０を略図で示しており、このスイッチはタイプＢの本発明の８つの波長選択性位相制御デバイスを含む。
【０１００】
スイッチ６７０は１つの入力ポートおよび２つの出力ポートが設けられた第１ＭＭＩ導波路６７２と、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートが設けられた第２ＭＭＩ導波路６７４とを含む。これらＭＭＩ導波路の間には２つの平行なマッハ・ツェンダーアームが配置されている。デバイス６７０は第１ＭＭＩ導波路６７２の入力ポートに入進した４つの多重化された波長チャンネルを他のＭＭＩ導波路６７４に設けられた２つの出力ポートにスイッチングするようになっている。各マッハ・ツェンダーアームはそれぞれの各波長チャンネルを制御するための４つのデバイスを含む。位相制御装置およびＭＭＩ導波路６７４は４つの波長チャンネルを完全に別々にスイッチングできるように配置されている。これらデバイスはタイプＢであるので、各チャンネルおよび各アームに対して１つのデバイスが必要であ。
【０１０１】
図１１は本発明の第１１実施例に係わる４チャンネルの４×４スイッチ６８０を略図で示す。このスイッチはタイプＢの１６個の本発明の波長選択性位相制御デバイスを含む。このスイッチは図９に示されたスイッチと同じ機能を有するが、タイプＢのデバイスを使用しているので、正しく機能するには更に４つ多いデバイスが必要である。
【０１０２】
従って、デバイス６８０は４つの入力ポートおよび４つの出力ポートが設けられた第１ＭＭＩ導波路６８２と、４つの入力ポートおよび４つの出力ポートが設けられた第２ＭＭＩ導波路６８４を含む。ＭＭＩ導波路の間には４つの平行マッハ・ツェンダーアームが配置されている。このデバイス６８０は図９に示されたデバイスの場合と同じように、第１のＭＭＩ導波路６８２の入力ポートに入進した４つの波長チャンネルを第２のＭＭＩ導波路６８４の４つの出力ポートにスイッチングするようになっている。ここでは、各マッハ・ツェンダーアームは４つの異なる波長チャンネルを制御するための４つのデバイスを含む。位相制御装置およびＭＭＩ導波路６８４は上記と同じように４つの波長チャンネルを完全に個々にスイッチングできるように配置されている。
【０１０３】
これらスイッチング構造体は基本的にはＮ個の波長（ここでＮは任意に選択できる）を取り扱うように拡張できる。当然ながら、ＭＭＩ導波路のバンド幅内にすべての波長チャンネルが入らなければならないという現実の制限がある。１つのスイッチが、より多数のチャンネルを処理すればするほど、より大きい構造体が必要となるので、損失もより大きくなる。
【０１０４】
図１２は本発明の第１２実施例に係わる波長選択性位相制御および変調デバイス７００を示す。この第１２実施例は、次の点を除けば本発明の第５実施例と同一である。制御された信号を反射するように配置されている位相制御要素とブラッグ格子４１９との間には、各導波路にそれぞれの強度変調要素７０３、７０５が配置されている。その他の部品は図５ａに示された部品と同じ参照番号および同じ機能を有する。この強度変調要素７０３、７０５は電気光学的スイッチとして実現でき、このスイッチの各々はＭＭＩＭＺＩ構造と、電気光学的位相変調要素とから構成される。
【０１０５】
このような構成により、波長選択性スペーススイッチングと波長選択性変調とを互いに独立して行うことができる。本発明の実施例１〜７のいずれも、波長選択性変調を実施するように、同じように変形できる。
【０１０６】
スイッチ、例えば本発明の実施例８〜１１に類似するスイッチ内に第１２実施例に係わる１つ以上のデバイスを配置することにより、完全に個々のスイッチングだけでなく、変調を行うことができる。
【０１０７】
本発明の別の特徴によれば、波長多重化された光信号内の波長チャンネルを、波長選択的に位相制御するための方法が提供される。この方法では、一般に信号を受信し、この信号を前記波長チャンネルと、マルチプレックス内に残りの波長チャンネルを含む信号とに分割し、分割した信号のうちの少なくとも１つを位相制御し、分割し、位相制御した信号と他の分割した信号とを組み合わせ、波長多重化した波長選択的に位相制御された光信号を得る。
【０１０８】
この方法は更に、異なる実施例を参照してこれまで説明した任意の工程を含むことができる。
【０１０９】
本発明に係わるデバイスおよびスイッチは、好ましくはプレーナー波長構造体を使用することにより、１つのチップに集積された状態で、更にモノリシック半導体システムまたはシリコン上に設けられたシリカとして、誘電導波システム内に製造してもよい。
【０１１０】
本発明の利点は、少なくともある点において性能が高められていることである。本発明はチャンネル距離を密にでき、損失およびクロストークを少なくできることである。更に、高い導波路コントラストを達成できることを条件に、本発明に基づく部品を極めてコンパクトに製造できる。
【０１１１】
本発明は波長選択性スイッチ要素として使用することが好ましい。しかしながら、本発明は制御された追加／切り捨て多重化、制御フィルタ、制御多重化／多重解除機能などを達成するのにも適す。
【０１１２】
本発明はこれまで説明し、図面に示した実施例のみに限定されるものでなく、特許請求の範囲内で変形が可能である。特に本発明は、材料の選択、部品の寸法および製造に関して明らかに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】  本発明の第１実施例に係わる波長選択性位相制御デバイスを略図で示す。
【図１ｂ】  前記位相制御デバイスの位相応答を略図で示す。
【図１ｃ】  前記位相制御デバイスのＭＭＩＭＺＩ構造体における周波数分割を示す。
【図２ａ】  本発明の第２実施例に係わる波長選択性位相制御デバイスを略図で示す。
【図２ｂ】  前記位相制御デバイスの位相応答を略図で示す。
【図２ｃ】  前記位相制御デバイスのＭＭＩＢｇ構造体における周波数分割を示す。
【図３ａ】  本発明の第３実施例に係わる波長選択性位相制御デバイスを略図で示す。
【図３ｂ】  前記位相制御デバイスの位相応答を略図で示す。
【図３ｃ】  前記位相制御デバイスの位相シフトされたブラッグ格子における周波数分割を示す。
【図４ａ】  本発明の第４実施例に係わる波長選択性位相制御デバイスを略図で示す。
【図４ｂ】  前記位相制御デバイスの位相応答を略図で示す。
【図４ｃ】  前記位相制御デバイスの位相シフトされたブラッグ格子における周波数分割を示す。
【図５ａ】  本発明の第５実施例に係わる波長選択性位相制御デバイスを略図で示す。
【図５ｂ】  前記位相制御デバイスの位相応答を略図で示す。
【図５ｃ】  前記位相制御デバイスの位相シフトされたブラッグ格子における周波数分割を示す。
【図６ａ】  本発明の第６実施例に係わる波長選択性位相制御デバイスを略図で示す。
【図６ｂ】  前記位相制御デバイスの位相応答を略図で示す。
【図６ｃ】  前記位相制御デバイスの位相シフトされたブラッグ格子における周波数分割を示す。
【図７ａ】  本発明の第７実施例に係わる波長選択性位相制御デバイスを略図で示す。
【図７ｂ】  前記位相制御デバイスの位相応答を略図で示す。
【図７ｃ】  前記位相制御デバイスの位相シフトされたブラッグ格子における周波数分割を示す。
【図８】  タイプＡの８個の本発明の波長選択性位相制御デバイスを含む本発明の第８実施例に係わる８チャンネルの１×２スイッチを略図で示す。
【図９】  タイプＡの１２個の本発明の波長選択性位相制御デバイスを含む本発明の第９実施例に係わる４チャンネルの４×４スイッチを略図で示す。
【図１０】  タイプＢの８個の本発明の波長選択性位相制御デバイスを含む本発明の第１０実施例に係わる４チャンネルの１×２スイッチを略図で示す。
【図１１】  タイプＢの１２個の本発明の波長選択性位相制御デバイスを含む本発明の第１１実施例に係わる４チャンネルの４×４スイッチを略図で示す。
【図１２】  本発明の第１２実施例に係わる波長選択性位相制御および変調デバイスを略図で示す。
【図１】
0004668488.tif 000005
【図２】
0004668488.tif 000006
【図３】
0004668488.tif 000007
【図４】
0004668488.tif 000008
【図５】
0004668488.tif 000009
【図６】
0004668488.tif 000010
【図７】
0004668488.tif 000011
【図８】
0004668488.tif 000012
【図９】
0004668488.tif 000013
【図１０】
0004668488.tif 000014
【図１１】
0004668488.tif 000015
【図１２】
0004668488.tif 000016