(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の平面状光波回路を備える回路であって、前記第１の平面状光波回路は、
多重波長光信号を受信するスターカプラと、
前記スターカプラをフリースペース領域に結合して、前記フリースペース領域内に前記多重波長光信号の各波長チャネルの光を発生する複数の導波路からなる導波路グレーティングと、
前記多重波長光信号の各波長チャネルの光の前記第２の平面状光波回路への送信を選択的に制御する、前記第１および第２の平面状光波回路の間であり且つ前記フリースペース領域内で前記多重波長光信号の各波長チャネルの光が集光する面に位置する複数の機械的シャッターとを含むことを特徴とする回路。
【請求項２】
前記複数の機械的シャッターは不透明であることを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記複数の導波路の各導波路の開口は、前記複数の機械的シャッターのいずれの開口よりも実質的に大きいことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項４】
前記複数の導波路は異なる経路長を有することを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項５】
前記複数のシャッターのうちの１またはそれ以上のシャッターは、前記多重波長光信号の各波長チャネルの光を反射して前記フリースペース領域に戻すミラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の回路。
【請求項６】
第１および第２の平面状光波回路を備える回路であって、前記第１の平面状光波回路は、
多重波長光信号を受信するスターカプラと、
前記スターカプラをフリースペース領域に結合して、前記フリースペース領域内に前記多重波長光信号の各波長チャネルの光を発生する複数の導波路からなる導波路グレーティングと、
前記複数の導波路のうちの所望の１つへの前記多重波長光信号の各波長チャネルの光の反射を選択的に制御して前記多重波長光信号のスイッチングを提供する、前記第１および第２の平面状光波回路の間であり且つ前記フリースペース領域内で前記多重波長光信号の各波長チャネルの光が集光する面に位置する複数の機械的シャッターとを含むことを特徴とする回路。
【請求項７】
少なくとも１つの追加のスターカプラをさらに含み、前記第１の平面状光波回路は、前記複数の導波路上を伝搬する信号の光学的追加／ドロップ多重化を提供することを特徴とする請求項６に記載の回路。
【請求項８】
前記複数の導波路の少なくとも１つは前記多重波長光信号をデマルチプレクスすることを特徴とする請求項６に記載の回路。
【請求項９】
前記複数の導波路が異なる経路長を有することを特徴とする請求項６に記載の回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学通信ネットワークに関し、多重波長光学信号をルーティングする光学デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のユーザが伝送媒体を共有する場合には、ある種の多重化技術が個々のユーザにサブチャネルを提供するために必要とされる。ある種のアプリケーションに対し品質と完全性を保持しながら、利用可能なバンド幅内で情報を信号を同時に伝送する多数の多重化技術がある。
【０００３】
光学通信システムは、例えば波長分割多重化（wavelength division multiplexing，ＷＤＭ）技術を用いて同一の光ファイバ上に複数の情報信号を送信し、各ユーザのサブチャネルを不可視光の独自の波長でもってそれを変調することにより区別している。ＷＤＭ技術は、光学伝送のアプリケーションに対し、速度とバンド幅を増加するため、増え続ける需要を満たすために用いられている。
【０００４】
光学通信ネットワーク、例えばＷＤＭ技術を採用するものにおいては、個々の光学信号は、異なるあて先に選択的にルーティングされる。かくして高容量のマトリックス、即ちクロスコネクトスイッチを用いて、通信ネットワーク内の相互に接続されたノードを介して信号を選択的にルーティングしている。光学通信ネットワークで用いられる多くのクロスコネクトスイッチは、手動型あるいは電子型のいずれかであり、何回もの光から電気への変換および電気から光への変換を必要とする。
【０００５】
光学形式で情報を伝送することに伴う高速性とバンド幅の利点は、全光ネットワークをＷＤＭベースの光学ネットワークに対する好ましい解決方法を提供している。しかし、全光ネットワークの素子は、光学層（例、波長毎のベース）でバンド幅を管理するフレキシビリティを与えるために必要である。さらにまた、ある波長の光を光ファイバから取り出したり、あるいはある波長の光を光ファイバに追加したりすることが好ましい場合がある。このような特徴を与えるデバイスは、波長追加−ドロップ（wavelength add-drop，ＷＡＤ）マルチプレクサと称する。
【０００６】
波長ブロッカーは、複数の波長チャネルの来入信号を受領し、ある波長チャネルを独自に通過させたり、ブロック（阻止）したりする光学デバイスである。波長ブロッカーをより大きな光学通信システムの構成要素として用いて、例えばソース（発信元）とあて先との間の所望のパスに沿ってある光学信号をルーティングさせることができる。光学クロスコネクトスイッチと波長追加−ドロップマルチプレクサは、波長ブロッカーを用いて実現することができる。
【０００７】
波長ブロッカーは、様々な好ましい特徴を有する。第１の特徴として波長ブロッカーを用いたネットワーク構成要素は、モジュール構成にでき、かくして拡張／縮小可能でかつ修理可能である。第２の特徴として波長ブロッカーを用いたネットワーク素子は、マルチキャスティング（放送）の機能を有する。第３の特徴として波長ブロッカーは、高い性能をもって製造することが容易である。例えば、波長ブロッカーは、２本の光ファイバの接続構成を有し、偏光ダイバシティスキームを利用することおよびそれらを偏光独立に構成することが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＷＤＭ通信システム内で光学バンド幅に対する需要が増加するにつれて、チャネルの数を増やすことが望ましい。ところがチャネル数の増加は、ＷＤＭ通信システム内の光学デバイスの大きさとコストと挿入損失（接続損失）を増加させることになる。その為波長ブロッカーを改善する必要があり、さらに大きさとコストを抑えて光学クロスコネクトスイッチ波長追加−ドロップマルチプレクサあるいは他の光学デバイスを製造する必要がある。
【０００９】
さらにまた複雑な導波路の交差部分を有さずに、光学クロスコネクトスイッチと波長追加−ドロップマルチプレクサを製造することのできる２ポートの波長ブロッカーに対するニーズ（需要）が存在する。さらにまた、振幅と位相の両方に対し、平坦な伝送スペクトラム（周波数スペクトラム）を有する波長ブロッカーを改善するニーズも存在する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光パスの内外に選択的に配置される不透明または反射性シャッターを用いて、光学信号を通過させたりあるいはブロック（阻止）する方法と装置を提供する。本発明の波長ブロッカーは、N個の波長チャネルからなる入力波長分割多重化（WDM）信号をフィルター処理するものであり、機械的なシャッターアレイが、N個の波長チャネルのそれぞれを選択的に通過させる。各機械的シャッターは、例えばシャッターを光パス内に下げたりあるいはそれからはずすよう、マイクロマシーン制御素子で制御される。
【００１１】
本発明の波長ブロッカーは、波長選択性クロスコネクト、波長追加／ドロップマルチプレクサ、及び他の光学デバイスで用いることができる。代表的な波長選択性クロスコネクトにおいては、ミラーのアレイがある角度で挿入された導波路のグレーティングの二つの組を有する平面状導波路内に用いられる。ミラーと導波路グレーティングは、あるチャネルのミラーがあげられている（光パスからはずれている）ときにはそのチャネルはデバイスを通過して対応する出力ポート上に現れ（バー状態）、それ以外の場合には光はミラーで反射されて反対の位置にある出力ポートに現れるよう（クロス状態）にする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、従来の波長ブロッカー１００を表す。図１に示すように、波長ブロッカー１００は、２個のポート１１０−１，１１０−２を有する光学デバイスであり、第１のポート１１０−１で複数の波長チャネルの来入信号を受け入れ、独自に各波長チャネルを第２のポート１１０−２に通過させたりプロックしたりする。ディマルチプレクサ１１５−１は、来入信号を各成分の波長チャネルｉに分割し、その後対応するシャッター１２０−ｉ（あるいは可変の光学減衰器）で、マルチプレクサ１１５−２に選択的に通過させたりあるいはブロックしたりする。
【００１３】
波長ブロッカー１００は、例えば整理番号Ａ２００３０の特許出願に開示された波長ブロッカーを用いて実現される。
【００１４】
本発明の一特徴によれば、各シャッター１２０-ｉは光を選択的に通過させたりあるいはブロックさせるために、光パス内あるいは光パス外に選択的に配置される不透明素子で実現される。以下の実施例においては、各シャッター１２０-ｉは、物理的に上下させるマイクロマシーン制御素子により制御される。
【００１５】
図２は、図１の波長ブロッカー１００の光学ブロック図である。図２に示すように、波長ブロッカーは、複数のレンズ２０５-１〜２０５-４と、２個の波長グレーティング２１０-１、２１０-２と、制御素子アレイ２１５とから構成される。レンズ２０５-１は、入力ビームを波長グレーティング２１０-１上に焦点を合わせ、この波長グレーティング２１０-１は、各波長チャネルを分離するよう機能している。レンズ２０５-２は、各波長チャネルを制御素子アレイ２１５上に焦点をあて、この制御素子アレイ２１５が、各波長を選択的に通過させたりあるいはブロックしたりしている。
【００１６】
図３は、本発明の特徴を組み込んだ波長ブロッカーの光学ブロック図である。図３に示すように波長ブロッカーは、一対のレンズ３０５-１，３０５-２とレンズ３０５-３，３０５-４によりそれぞれが包囲された２個の波長グレーティング３１０-１、３１０-２と、マイクロマシーン制御素子３１５とから構成される。レンズ３０５とマイクロマシーン制御素子３１５は、図２と構成と同様に動作する。前述したようにマイクロマシーン制御素子３１５は、光を選択的に通過させたり、あるいはブロック（阻止）するために、不透明の部品を光パスの内外に物理的に上下させることのできるマイクロマシーンデバイスとして実現される。
【００１７】
図４は本発明により導波路とマイクロマシーンシャッターの平面状配置を用いた波長ブロッカー４００の導波路レイアウトである。図４に示すように、波長ブロッカー４００は、２個の平面状光波回路４１０-１と４１０-２から構成される。平面状光波回路４１０-１と４１０-２は、表面が研磨されかあるいは反射防止コーティングが塗布され、間にマイクロマシーンシャッター５００のアレイが配置される。一対のスターカプラ４２０-１と４２０-２とは、導波路グレーティング４３０-１と４３０-２により結合されたディマルチプレクサ／マルチプレクサの対として機能する。マイクロマシーンシャッター５００は、図５を参照しながら議論する。
【００１８】
中心からはずれた波長例えばλ２が、図３の出力ファイバに大きくずれた角度で入ると、これらのチャネルに対し高い損失を引き起こす。しかしグレーティング（図３の波長グレーティング３１０-１と波長グレーティング３１０-２、又は図４の導波路グレーティング４３０-１と導波路グレーティング４３０-２）の開口を非常に大きくすることにより、あるいは制御素子マイクロマシーン制御素子３１５とマイクロマシーンシャッター５００を非常に小さくすることにより、あるいはその両方により、この損失を任意に小さくすることができる。言い換えると、グレーティングがシャッターに対し大きな開口を有すると、中心からずれた波長、例えばλ２は図３の出力ファイバを別のレンズを用いずに小さな角度にすることができる。制御素子側のグレーティングアームの入り口間の中心間距離をａとし、制御素子のスペースをｂとすると、ｂ＝λＲ／（Ｍａ）となる。ここでλは波長、Ｒはグレーティングと制御素子の間の距離、Ｍはグレーティングアームの数である。
【００１９】
平坦なストップバンドを得るためには、チャネルあたり少なくとも２個の最小制御素子のスペースが必要である。そして最外側のチャネル（中心ブリリアンゾーンのエッジにある）対しては、ファイバ内のモードセンターはその幅のｂ/ａ倍だけずれている。通常の値ａ＝２５μｍ、ｂ＝５μｍ（チャネルあたり３つの素子スペースが用いられると、チャネル制御素子は中心間が１５μｍだけ離間している場合）を選ぶと、最悪のチャネルでもその幅の１/５しかずれない。中心ブリリアンゾーンの半分のみを占有すると、この値は１/１０となりその結果全てのチャネルに対する損失が減ることになる。
【００２０】
図５は、図４のマイクロマシーンシャッター５００の詳細図である。図５に示すようにマイクロマシーンシャッター５００は、１個あるいは複数個のスペーサ５１０を有し、平面状光波チップ５１０-１，５１０-２の間のギャップを維持する。かくして平面状光波チップ５１０-１、５１０-２が、スペーサ５１０を間に挟んで取り付けられ、これによりシャッター挿入用のギャップが得られる。シャッターは、マイクロマシーンデバイスの制御のもとでギャップの内外に上下する不透明な部品である。代表的な実施例においては、シャッターは図５に示すように平面状光波回路の上部に取り付けられる。
【００２１】
全てのシャッターが、光パス外にあるときにはデバイスは全てのチャネルに対し平坦な伝送を与え、これはＷＡＤを製造するときにきわめて有利である。このことはチャネルあたり１個のシャッターを有する必要はないことを意味する。あるチャネルが、ドロップされることがない場合には、それらにはシャッターは必要ない。高次の回折を阻止することが重要である。これはシャッター近傍のフリースペース領域（free-space regions）にテーパをつけること、あるいは不透明物体をギャップ内に挿入することにより行うことができる。シャッターは、例えば絶縁ウエハー状のシリコンからマイクロ技術を用いて製造することができる。
【００２２】
図６は、波長選択性クロスコネクト６００のブロック図である。波長選択性クロスコネクト６００は、複数の光ファイバリングを有する通信システムで用いることができる。図６に示すように、波長選択性クロスコネクト６００は、２個の入力ポート６１０-１、６１０-２、２個の出力ポート６１０-３、６１０-４とを有する光学デバイスである。ある入力ポート６１０-１、６１０-２上で受領した来入信号は、選択的に（ｉ）それぞれ対応する出力ポート６１０-３と６１０-４に通過させるか（バー状態）、あるいは（ｉｉ）それぞれ対の位置にある出力ポート６１０-４又は６１０-３にクロスして通過させる（クロス状態）。波長選択性クロスコネクト６００は、４個の１００-１ないし１００-４から構成され、これらは図１で議論した波長ブロッカー１００として実現される。
【００２３】
図７は、本発明の特徴を組み込んだ２×２波長選択性クロスコネクト７００を示す。図７に示すように、２×２波長選択性クロスコネクト７００は、２個の平面状光波回路７１０-１と７１０-２から構成される。４個のスターカプラ７２０-１ないし７２０-４は、導波路グレーティング７３０-１ないし７３０-４により結合されたディマルチプレクサ／マルチプレクサとして機能する。マイクロマシーンミラーアレイ７５０は、図５で議論したマイクロマシーンシャッター５００を用いて実現されるが、不透明のシャッターはこの実施例ではミラー（鏡）で置換されている。
【００２４】
導波路グレーティング７０３-１、７３０-２の２個の組がある角度で交差している。かくしてあるチャネルに対するミラーマイクロマシーンミラーアレイ７５０が、上がっている（光パスから取り除かれている）場合には、そのチャネルはデバイスを横切り対応する出力ポートから出ていく（バー状態）、あるいは反射されて対の位置にある出力ポートから出ていく（クロス状態）。さらに別のグレーティングを周囲に追加して回転ミラーを用いて１×Ｎ  ＷＳＣを構成することもできる。
【００２５】
かくして２×２波長選択性クロスコネクト７００は、２個の入力ポート７０５ー１と７０５ー２、２個の出力ポート出力ポート７０５-３と７０５-４とを有する。ある入力ポート７０５ー１と７０５ー２上で受領した来入信号は、選択的に（ｉ）それぞれ対応する出力ポート７０５-３と７０５-４に通過されるか（バー状態）、あるいは（ｉｉ）対の位置にある出力ポート７０５-４と７０５-３にクロスして通過される（クロス状態）
【００２６】
図８は、本発明の特徴を組み込んだ波長追加／ドロップＷＡＤマルチプレクサ８００の光学ブロック図である。図８に示すように波長追加／ドロップＷＡＤマルチプレクサ８００は、入力ポート８１０-１と出力ポート８１０-２及び追加ポート８１５-Ａとドロップポート８１５-Ｄを有する。４個のスターカプラ８２５-１〜８２５-４が、２個の導波路グレーティング８２０-１、８２０-２（パス長さは全て等しい）と、２個の導波路レンズ８３０-１、８３０-２により結合されたディマルチプレクサ／マルチプレクサとして機能する。マイクロマシーンミラーアレイ８５０は、図５で議論したマイクロマシーンシャッター５００を用いて実現されるが、ここでは不透明のシャッターはミラーで置換されている。多重波長チャネルの来入信号を入力ポート８１０-１で受信し導波路グレーティング８２０-１に加える。
【００２７】
導波路グレーティング８２０と導波路レンズ８３０の２つの組が、ある角度で交差している。かくしてあるチャネルに対しミラー８５０が上がっている（光パスからはずされている）時には、そのチャネルはデバイスを通過して出力ポート８１０-２から出力され、それ以外の場合にはそのチャネルは反射され、ドロップポート８１５-Ｄから出力されて追加ポート８１５-Ａからの信号は互いに多重化されてスルーポートに送られる。
【００２８】
上記の説明は本発明の単なる一実施例であり、本発明の範囲内で様々な変形が可能である。特許請求の範囲に記載した参照番号は発明の容易なる理解の為で保護範囲を限定するよう用いるべきではない。
【００２９】
特許請求の範囲の発明の要件の後に括弧で記載した番号がある場合は、本発明の一実施例の対応関係を示すものであって、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の波長ブロッカーを表す図
【図２】図１の波長ブロッカーを実現する光学ブロック図
【図３】本発明の特徴を組み込んだ波長ブロッカーを表す光学ブロック図
【図４】本発明のよるマイクロマシーンシャッターを用いた波長ブロッカーの代表的な導波路レイアウトを示す図
【図５】図４のマイクロマシーンシャッターアレイの詳細図
【図６】波長選択性クロスコネクト（ＷＳＩ）のブロック図
【図７】本発明の特徴を組み込んだ２×２波長選択性クロスコネクト（ＷＳＣ）の光学ブロック図
【図８】本発明の特徴を組み込んだ波長追加／ドロップマルチプレクサの光学ブロック図
【符号の説明】
１００  波長ブロッカー
１１０  ポート
１１５-１  ディマルチプレクサ
１１５-２  マルチプレクサ
１２０  シャッター
２０５  レンズ
２１０  波長グレーティング
２１５  制御素子アレイ
３００  波長ブロッカー
３０５  レンズ
３１５  マイクロマシーン制御素子
３１０  波長グレーティング
４１０  平面状光波回路
４２０  スターカプラ
４３０  導波路グレーティング
５００  マイクロマシーンシャッター
５１０  スペーサ
５１０-１、５１０-２  平面状光波チップ
６００  波長選択性クロスコネクト
６１０-１、６１０-２  入力ポート
６１０-３、６１０-４  出力ポート
７００  ２×２波長選択性クロスコネクト
７１０  平面状光波回路
７２０  スターカプラ
７３０  導波路グレーティング
７５０  マイクロマシーンミラーアレイ
７０５-１、７０５-２  入力ポート
７０５-３，７０５-４  出力ポート
８００  波長追加／ドロップＷＡＤマルチプレクサ
８１０-１  入力ポート
８１０-２  出力ポート
８１５-Ａ  追加ポート
８１５-Ｄ  ドロップポート
８２５  スターカプラ
８２０  導波路グレーティング
８３０  導波路レンズ
８５０  ミラー
【図１】
0004824252.tif 000002
【図２】
0004824252.tif 000003
【図３】
0004824252.tif 000004
【図４】
0004824252.tif 000005
【図５】
0004824252.tif 000006
【図６】
0004824252.tif 000007
【図７】
0004824252.tif 000008
【図８】
0004824252.tif 000009