(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数波長の光信号が多重化されたＷＤＭ信号が入射される入力側導波路と、入力側導波路に入射されたＷＤＭ信号を空間的に広げる2次元導波路よりなる入力側スラブ導波路と、この入力側スラブ導波路から出射されるそれぞれの波長の光信号に一定の位相差を与えるアレイ導波路と、アレイ導波路から出射される回折光を波長毎に所定の位置に集光させるレンズ機能を有する2次元導波路よりなる出力側スラブ導波路と、この出力側スラブ導波路の集光位置に設けられたアレイ型光検出素子とで構成され、
前記入力側スラブ導波路と出力側スラブ導波路は互いに重ならない位置に平行配置されるとともに、前記入力側導波路の入力ポートは入力側スラブ導波路および出力側スラブ導波路と直交する位置関係に設けられていることを特徴とする光信号モニタ。
【請求項２】
アレイ型光検出素子の出力信号を読み出すためのマルチプレクサを設けたことを特徴とする請求項１記載の光信号モニタ。
【請求項３】
少なくともアレイ型光検出素子を出力側スラブ導波路と共通の半導体基板上に一体化したことを特徴とする請求項２記載の光信号モニタ。
【請求項４】
アレイ型光検出素子としてフォトダイオードアレイを用いることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光信号モニタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光信号モニタに関し、詳しくは、光通信システム特にＷＤＭ（Wavelength Division  Multiplexing：波長分割多重）システムの信号モニタに使用される光信号モニタの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＤＭシステムにおいては、多重化された光信号のパワーあるいは波長を監視することは伝送信号の品質を維持する上で不可欠であり、光信号モニタとしてさまざまな方式のものが提案され、実用化されている。
【０００３】
これら光信号モニタは、分光方式とフィルタ方式に大別できる。
前者には、従来からの回折格子分光、フーリエ分光、さらには回折格子とＰＤＡ（フォトダイオードアレイ）とを組み合わせたポリクロメータがある。
一方、後者は、エタロン等を用いた可変フィルタ方式と、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide  Grating：アレイ導波路格子）等を用いた固定フィルタ方式とに分類できる。
【０００４】
図５〜図７に、ＡＷＧを用いた従来の光信号モニタの構成例を示す。
これら各図において、入力側導波路１のいずれかに、複数の波長λ1,λ2…λnの光信号が多重化されたＷＤＭ信号が入射される。
【０００５】
入射されたＷＤＭ信号は、2次元導波路である入力側スラブ導波路２で空間的に広げられ、等位相でアレイ導波路３に入射される。これらアレイ導波路３はＡＷＧを構成するものであり、空間的に広げられたそれぞれの波長の光信号に一定の位相差を与える。
【０００６】
アレイ導波路３からの光は出力側スラブ導波路４に入射される。出力側スラブ導波路４に入射された光は回折されて波長毎に分離され、出力側導波路５の所定のポートに集光される。
【０００７】
出力側導波路５からの各光信号出力は、それぞれに対応する光検出器に入力されて電気信号に変換される。これにより、光検出器の出力信号に基づいて各光信号の波長およびパワーの大きさを測定モニタできる。
【０００８】
図５は出力側導波路５のそれぞれに個別の光検出器としてフォトダイオード６を配列した例である。一つのフォトダイオード６は出力側導波路５を構成する一つの導波路からの光信号を受光し、電気信号に変換して出力する。
【０００９】
図６は光検出器としてフォトダイオードアレイ７を用いた例である。この場合は、フォトダイオードアレイ７を形成する複数の光検出素子で、出力側導波路５を構成する一つの導波路からの光信号を測定する。
【００１０】
図７はＡＷＧおよび光検出素子８を共通の半導体基板上に半導体加工技術を用いて一体形成したものであって、出力側導波路５を構成する一つの導波路毎に光検出素子８を形成したいわゆる集積型の光信号モニタである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、これら従来の光信号モニタは、ＡＷＧの小型、高性能を利用してはいるが、ＡＷＧが通過域固定のバンドパスフィルタであることから、各通過域内の光信号のパワーは検出できるものの、光信号の波長を測定することは原理的に困難である。
【００１２】
また光信号のパワー変動があった場合、それがパワー自体の変動によるものなのか、それとも光信号の波長変化によるものなのかは区別がつかない。
【００１３】
本発明は、これらの問題を解決するものであり、その目的は、ＡＷＧの小型、高性能を生かしながら、光信号のパワーおよび波長が測定できる光信号モニタを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成する請求項１の発明は、複数波長の光信号が多重化されたＷＤＭ信号が入射される入力側導波路と、入力側導波路に入射されたＷＤＭ信号を空間的に広げる2次元導波路よりなる入力側スラブ導波路と、この入力側スラブ導波路から出射されるそれぞれの波長の光信号に一定の位相差を与えるアレイ導波路と、アレイ導波路から出射される回折光を波長毎に所定の位置に集光させるレンズ機能を有する2次元導波路よりなる出力側スラブ導波路と、この出力側スラブ導波路の集光位置に設けられたアレイ型光検出素子とで構成され、前記入力側スラブ導波路と出力側スラブ導波路は互いに重ならない位置に平行配置されるとともに、前記入力側導波路の入力ポートは入力側スラブ導波路および出力側スラブ導波路４と直交する位置関係に設けられていることを特徴とする光信号モニタである。
【００１５】
出力側スラブ導波路に入射される光信号は回折されて相互干渉を生じ、波長に応じたアレイ型光検出素子上の所定の位置に集光照射される。
このとき複数の素子にまたがって照射されるので、各波長の光信号のピーク位置を補間できる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１記載の光信号モニタにおいて、
アレイ型光検出素子の出力信号を読み出すためのマルチプレクサを設けたことを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項２記載の光信号モニタにおいて、
少なくともアレイ型光検出素子を出力側スラブ導波路と共通の半導体基板上に一体化したことを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の光信号モニタにおいて、アレイ型光検出素子としてフォトダイオードアレイを用いることを特徴とする。
【００１９】
これらにより、ＡＷＧおよびアレイ型光検出素子を共通の半導体基板上に半導体加工技術を用いて一体形成でき、小型で高性能を有する光信号モニタが実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施の形態の一例を示す構成図であり、図５〜図７と共通する部分には同一の符号を付けている。図において、出力側スラブ導波路４の出射側には従来のような出力側導波路はなく、その受光面が出力側スラブ導波路４の出射側と対向するようにフォトダイオードアレイ７が設けられている。
【００２１】
なお、入力側スラブ導波路２と出力側スラブ導波路４は互いに重ならない位置に平行配置され、入力側導波路１の入力ポートは入力側スラブ導波路２および出力側スラブ導波路４と直交する位置関係に設けられている。
【００２２】
このような位置関係にすることで、入力側導波路１の入力ポートに入力される多重光信号が導波路から漏れて出力側スラブ導波路やアレイ型光検出素子に直接入射されることを防止している。
【００２３】
図２は、共通の半導体基板上に、出力側スラブ導波路４の出射側と対向するようにフォトダイオードアレイを半導体加工技術を用いて一体集積化し、フォトダイオードアレイの出力信号を読み出すためのマルチプレクサを出力側スラブ導波路４の領域外に設けたものである。
【００２４】
図３は、共通の半導体基板上に、出力側スラブ導波路４の出射側と対向するようにフォトダイオードアレイを半導体加工技術を用いて一体集積化するとともにフォトダイオードアレイの出力信号を読み出すためのマルチプレクサも一体集積化して信号処理部１０を構成したものである。
【００２５】
本発明におけるＡＷＧの分散特性について、図４を用いて説明する。図4は本発明を構成する出力側スラブ導波路４とフォトダイオードアレイ８の構成説明図である。
図４に示す構成の角分散は、次式で表される。
【００２６】
【数１】
0004099695.tif 000002
【００２７】
ただし
ｍ：回折次数
ｄ：アレイ導波路ピッチ
ｎｓ：スラブ導波路実効屈折率
ｎｃ：アレイ導波路実効屈折率
ｎｇ：群屈折率
ΔＬ：アレイ導波路の導波路長差
λ０：中心波長
このとき集光位置の波長依存性すなわち線分散は次式となる。
【００２８】
【数２】
0004099695.tif 000003
【００２９】
ただし
ｆ：スラブ導波路焦点距離
【００３０】
ＡＷＧで分光された光信号は、波長に応じてその位置を変え、フォトダイオードアレイ８に照射される。
このとき、各波長の光信号は、フォトダイオードアレイ８を構成する複数の光検出素子にまたがって照射されるので、各波長の光信号のピーク位置も補間演算で求めることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、小型・高性能な分波器として用いられている従来のＡＷＧにおける出射側導波路を取り除いて分散デバイスとし、これとアレイ型光検出素子と組み合わせることにより、従来の分光器との組み合わせでは困難であった光信号の波長とパワーが測定できる光信号モニターを実現した。
【００３２】
そして、このような分散デバイスを半導体基板上に形成し、アレイ型光検出素子も同一基板上に集積化することにより、さらに小型の分光器が実現でき、光通信システム（特にＷＤＭシステム）の信号モニタとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の他の例を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の他の例を示す構成図である。
【図４】本発明におけるＡＷＧの分散特性を説明するための出力側スラブ導波路４とフォトダイオードアレイ８の構成説明図である。
【図５】従来の構成例図である。
【図６】従来の他の構成例図である。
【図７】従来の他の構成例図である。
【符号の説明】
１  入力側導波路
２  入力側スラブ導波路
３  アレイ導波路
４  出力側スラブ導波路
７，８  フォトダイオードアレイ
９  マルチプレクサ
１０  信号処理部
【図１】
0004099695.tif 000004
【図２】
0004099695.tif 000005
【図３】
0004099695.tif 000006
【図４】
0004099695.tif 000007
【図５】
0004099695.tif 000008
【図６】
0004099695.tif 000009
【図７】
0004099695.tif 000010