(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スルーパス、パスバンドおよびアイソレーションレベルを有する光アド／ドロップモジュール（ＯＡＤＭ）であって、前記ＯＡＤＭは、波長がほぼ一致する各パスバンドを有するちょうど２個の薄膜フィルタ（ＴＦＦ）をスルーパスに含み、各ＴＦＦは、反射特性曲線を有し、各ＴＦＦは、それぞれのアクロスザバンドアイソレーションレベルを有するものにおいて、
前記２個のＴＦＦのそれぞれの反射特性曲線は、ＯＡＤＭアイソレーションレベルが、それぞれのＴＦＦのアクロスザバンドアイソレーションレベルのロガリズム的和を超えるように、少なくとも部分的に相補的である
ことを特徴とするＯＡＤＭ。
【請求項２】
各ＴＦＦは、中心波長を有し、各ＴＦＦの中心波長は、各ＴＦＦパスバンドの幅の１％から２５％までの範囲互いにオフセットされている
ことを特徴とする請求項１記載のＯＡＤＭ。
【請求項３】
ＯＡＤＭパスバンドは、１ｎｍ幅から２０ｎｍ幅の範囲にあり、各ＴＦＦの中心波長は、０．１ｎｍから５ｎｍまでの範囲オフセットされている
ことを特徴とする請求項２記載のＯＡＤＭ。
【請求項４】
ＯＡＤＭパスバンドは、１２９０−１６１０ｎｍの範囲内の中心波長を有する
ことを特徴とする請求項３記載のＯＡＤＭ。
【請求項５】
ＯＡＤＭアイソレーションレベルは、各ＴＦＦのアクロスザバンドアイソレーションレベルのロガリズム的和を少なくとも１ｄＢ超える
ことを特徴とする請求項１記載のＯＡＤＭ。
【請求項６】
スルーパス、パスバンドおよびアイソレーションレベルを有するＯＡＤＭを製造するための方法であって、前記ＯＡＤＭは波長がほぼ一致するそれぞれのパスバンドを有するちょうど２個の薄膜フィルタ（ＴＦＦ）をスルーパス中に含み、各ＴＦＦは、それぞれのアクロスザバンドアイソレーションレベルを有するものにおいて、
２個または３個以上のＴＦＦの各々の反射特性曲線を測定するステップと、
ＯＡＤＭアイソレーショレベルが、それぞれのＴＦＦのアクロスザバンドアイソレーションレベルのロガリズム的和を超えるように、少なくとも部分的に相補的な反射特性曲線を有する一対のＴＦＦを選択するステップと、
前記選択されたＴＦＦの対をＯＡＤＭ中に組み立てるステップとを有する
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記ＴＦＦは、異なる公称中心波長を有するように製造されたそれぞれのＴＦＦのグループから選択される
ことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
各ＴＦＦパスバンドの幅の１％から２５％までの範囲異なる公称中心波長を有するように製造される
ことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
ＯＡＤＭパスバンドは、１ｎｍ幅から２０ｎｍ幅の範囲にあり、ＴＦＦのそれぞれのグループは、０．１ｎｍから５ｎｍの範囲異なる公称中心波長を有するように製造される
ことを特徴とする請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チャネル選択のためのパッシブ光デバイスに係り、特に、誘電体薄膜フィルタがチャンネル選択のために使用されるデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電話キャリアおよびケーブルオペレータにより経験される、典型的には２０ｋｍ以下の間隔をおかれたネットワークの相互接続されたノード間のインタネットプロトコル（ＩＰ）パケットの短距離送信を提供する市場ニーズが現在ある。提案されているシステムは、ＳＯＮＥＴインタフェースにより、波長分割多重（ＷＤＭ）を使用してファイバ光伝送媒体上でＩＰパケットを送る。特定の波長チャネルが、各ノードに割り当てられる。各ノードにおいて、光分離が、関係するチャネルにおいて媒体から受信データを抽出するために必要とされ、光多重化が、関係するチャネルにおいて送信データを媒体に注入するために必要とされる。
【０００３】
光多重化および分離を達成する光構成部品は、ネットワーク設置に対してコストを追加し、かつ動作において、それらは、ネットワークにおいて蓄積される光損失を追加する。より大きな利益率のために、設備コストを低減しかつそうしなければ送信距離を制限することになる蓄積損失を低減することが望ましい。両方の目的のために、光多重化／分離機能を実行する各ノードにおける光構成部品の数を減少させることが好都合である。
【０００４】
上述した多重化／分離機能を提供するための１つの知られたデバイスは、インライン(in-line)誘電体薄膜フィルタ（ＴＦＦ）を使用する光アド／ドロップ（add-drop）モジュール（ＯＡＤＭ）である。そのようなデバイスが、図１に示されている。光ファイバ１０に入ってくるトラヒックは、ドロップフィルタ１５に入射される。望ましくない波長チャネルにおける信号、即ち、関係するノードに割り当てられたチャネル以外の全ての信号は、バイパス光ファイバ２０へ反射される。
【０００５】
ファイバ２０から、これらの信号は、アドフィルタ２５に入射され、光ファイバ３０へ反射される。光ファイバ３０から、これらの信号は、下流側へ、かつ関係するノードから離れていくように伝播する。関係するチャネル中の信号は、フィルタ１５を通して受信機３５へ送信される。送信機４０からの関係するチャネル中の信号は、フィルタ２５を通して光ファイバ３０へ送信される。
【０００６】
関係するチャネルにおけるいくらかの入ってくる光パワーは、フィルタ１５および２５からの反射およびファイバ３０への送信によりＯＡＤＭを通して漏れる可能性がある。そのような漏れは、それがそのチャネルにおける干渉を生じるので、望ましくない。チャネルにおいて望ましく送信されるパワーに対する望ましくないパワーの減衰は、ここでは、チャネルアイソレーションと呼ばれる。
【０００７】
当業者は、受信機３５におけるチャネルクロストークの抑制の尺度を示すために、隣接チャネルアイソレーションの用語がしばしば使用されることを理解するであろう。しかし、チャネルアイソレーションにより我々が意味するものは、フィルタ１５および２５からの反射によって提供されるアイソレーションである。そのようなアイソレーションは、時々、反射アイソレーションと呼ばれる。
【０００８】
いくつかの場合において、アドフィルタおよびドロップフィルタは、十分なチャネルアイソレーションを提供することができない。そのような場合において、ファイバ２０からファイバ２０′へのバイパスパスを続けることによりフィルタ１５および２５を補足する第３のフィルタ４５を追加することが通常である。この第３のフィルタからの追加的な反射は、ファイバ３０に伝達される局所的なアド／ドロップチャネルにおけるパワーをさらに減少させ、したがって、チャネルアイソレーションをさらに増大させる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
バイパスファイバにおいてフィルタ４５のような第３のフィルタを使用することにはある欠点がある。そのようなフィルタは、バイパスファイバを通して経路選択されている全てのトラヒックに対してある損失を加え、それはファイバ光ネットワークに構成部品コストを加える。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
図２には、例示的なＴＦＦに対する一対の特性曲線が示されている。曲線５０は、伝達特性であり、曲線５５は、反射特性である。曲線５５において、ピーク６１および谷６２を有するリップル特徴６０がある。１つのリップルピークは、ＴＦＦの伝達パスバンド内の１つの波長に対応し、これは、部分的に反射される。したがって、ＴＦＦは、リップル谷近くの場合よりも幾分小さいアイソレーションをリップルピーク近くで生じる。ここで、我々は、所定のＴＦＦのパスバンド内のいずれかの点において達成される最小のアイソレーションを呼ぶために、アクロスザバンドアイソレーション（across-the-band isolation）の用語を使用する。
【００１１】
アドフィルタおよびドロップフィルタによりＯＡＤＭにおいて、生じる結合アイソレーションは、公称上同様の特性を有するが、比較的離れたリップル特徴を有する一対のフィルタを選択することにより改善されうる。ここで、アドフィルタの少なくとも１つのリップルピークが、ドロップフィルタのリップル谷とほぼ同じ波長で落ちるようにし、この逆も同様にする。得られる改善は、いくらか高い要求をするアプリケーションに対してさえ、バイパスファイバにおける第３のフィルタの必要性を除去するのに十分である。したがって、アドフィルタおよびドロップフィルタの適切なマッチングは、ネットワーク中の損失を減少させ、ネットワークコストを減少させる。
【００１２】
したがって、本発明の一実施形態は、パスバンドおよびスルーパスを有するＯＡＤＭであり、スルーパスにおいて、公称上同様の伝達および反射特性を有するちょうど２個のブロードバンドＴＦＦを有するＯＡＤＭである。このコンテキストにおいて、スルーパスは、アドされずまたはドロップされないトラフィックによりとられるパスである。図１において、ファイバ１０からファイバ３０へのファイバ２０および２０′によるパスである。
【００１３】
各ＴＦＦは、一方のＴＦＦの特性曲線中の少なくともいくつかのリップルピークが他方のＴＦＦの特性曲線中のリップル谷にオーバラップするように、少なくとも部分的に相補的な反射特性曲線を有するように選択される。ＴＦＦの選択は、ＯＡＤＭが、個別のＴＦＦのいずれかを同一のカウンタパートとペアリングすることにより達成されるよりも大きいパスバンド全体におけるチャネルアイソレーションのレベルを達成することとして特徴づけられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上述した経済的な短距離ネットワークに対するニーズへの答は、広い間隔の粗いＷＤＭチャネルをサポートするデュアルリング双方向光ファイバ送信システムであることを我々は発見した。このリングは、リングに入りかつ出ていくトラヒックを管理するハブを備えたノードを相互接続する。典型的には、２０ｎｍのオーダーの比較的広いチャネルの間隔が、非常に低いコストのトランシーバの使用を可能にし、例えばレーザトランシーバにおける温度制御の必要性を除去する。そのようなリングネットワークの詳細は、本願の出願人に譲渡されたL. Adams, J. Anderson, W. BrinkmanおよびR. Brobergによる１９９９年６月１５日に出願された“Wideband Optical Packet Ring Network”という名称の米国特許出願に記載されている。
【００１５】
ＴＦＦを使用するＯＡＤＭは、ＴＦＦが、非冷却レーザにおける温度変化に通常関連づけられる波長ドリフトを適応させるのに十分に広い帯域幅を備えるように容易に製造できるので、そのようなネットワークに特に適している。様々なチャンネルにおける信号は、標準的光トランシーバにより各ノードにおけるＴＦＦに結合される。標準的光トランシーバは、変調および復調を実行する。
【００１６】
各フィルタパスバンドは、各ノードにおいて処理できるトラヒックの容量が容易にアップグレードできるように、複数の高密度波長分割多重（Ｄ−ＷＤＭ）チャネルで占められ得る。トランシーバは、パケットフレーマ(packet framer)に結合されており、パケットフレーマは、受信パケットを通常のレイヤ３ルーティングエンジンに供給し、かつ通常のレイヤ３ルーティングエンジンから出ていくパケットを受信する。
【００１７】
本発明の一実施形態の前述の説明は、ＩＰパケットを運ぶインタネットプロトコル（ＩＰ）ネットワークに関するものであるが、本発明は、多くの異なるタイプのネットワークとの組合せで、かつパケットまたは信号を伝える異なるタイプの情報の送信との組合せで使用され得ることを理解すべきである。したがって、ここで使用されているように、「パケット」の用語は、これに限定されることなく、非同期転送モード（ＡＴＭ）、同期転送モード（ＳＴＭ）および／またはインタネットプロトコル（ＩＰ）ネットワークにおいて使用されるようなデータパケット、および例えばストリーミングオーディオおよび／またはビデオアプリケーションにおいて見いだされる「フレーム」と時々呼ばれる信号を伝える他の情報を含む。
【００１８】
実際のシステムは、その中に全ての波長チャネルがフィットしなければならない有限の動作帯域幅を有する。可能性のあるチャネルの総数は、この動作帯域幅およびチャネル間の間隔により制限される。これは図３に示されており、いくつかの波長チャネルの各々が、それぞれのバンドパス伝達特性７０により表されている。ネットワークの動作バンドは、チャネル帯域幅７５およびチャネル間隔８０により特徴づけられる。
【００１９】
例示的なネットワークにおいて、１４９０，１５１０，１５３０，１５５０，１５７０，１５９０および１６１０ｎｍの波長に対応する各中心周波数を有する７個のチャネルがある。それぞれのチャネルの各々は、約１３ｎｍの帯域幅を有する。２０ｎｍのチャネル間隔は、温度制御をほとんど必要としないか全く必要としないレーザを含む安価なトランシーバの使用を好都合に可能にする。
【００２０】
また、ＴＦＦ技術により製造された広いパスバンドフィルタは、非冷却レーザの温度変動と共に起こる波長ドリフトに容易に適用する。また、１３ｎｍ幅のフィルタパスバンドは、１００ＧＨｚ間隔を有する１６個のＤ−ＷＤＭチャネルを容易に適応させることができる。前述したように、これは、Ｄ−ＷＤＭチャネルを追加することにより、各ノードにおいて容量をアップグレードすることを可能にする。
【００２１】
より一般的には、このコンテキストにおいて有用なＯＡＤＭパスバンドの例示的な範囲は、１−２０ｎｍである。ＯＡＤＭ中心波長の例示的な範囲は、１２９０−１６１０ｎｍである。実際、勿論、これらの範囲は、チャネル間隔、光源、および他の設計的考慮により制限されることになる。
【００２２】
チャネルが近接しすぎている場合、隣のチャネルにおけるＯＡＤＭの伝達特性は、オーバラップする可能性があり、許容できないチャネルクロストークを導く可能性があることが、この図から分かる。固定のチャネル間隔に対して、フィルタパスバンドを増大させることは、隣接するチャネルクロストークにおける要求される制限を満足するために、フィルタ特性曲線の側面を急勾配にすることを必要にする。しかし、フィルタエッヂを急勾配にすると、より多くのリップルがパスバンドに導入される。これは、例えばコヒーレントクロストークにおける必要とされる制限を満たすために利用可能なアイソレーションの量を低減する傾向にある。
【００２３】
例示として、図４は、１５５０．０ｎｍおよび１５５１．２ｎｍの各中心波長および１３ｎｍのパスバンドを有するコンピュータでモデル化されたＴＦＦに対する反射特性曲線を示す。１００％反射レベルから各反射曲線の最も高いリップルピークの最上部への距離の測定は、各フィルタに対するパスバンドにおいて達成可能なアイソレーションが１４．８ｄＢであることを示す。したがって、２つの同一のそのようなフィルタを使用するＯＡＤＭは、バイパスファイバにおけるさらなるフィルタリングなしに、このアイソレーションの２倍、即ち２９．６ｄＢを達成することになる。
【００２４】
ＯＡＤＭにおいて共に動作する同じ２つのＴＦＦに対する複合反射特性曲線が、図５に示されている。各ＴＦＦのリップル特徴は、同じ波長において生じないので、ＯＡＤＭにおいて結合された２つのフィルタは、３１．６ｄＢのアイソレーションを達成する。これは、一方のＴＦＦを同一のカウンタパートとペアリングすることにより達成されるものよりも大きい。
【００２５】
より一般的には、所定の波長においてＴＦＦのいずれかの対により達成されるアイソレーションは、個別のＴＦＦによるその波長において達成されるアイソレーション（デシベル）の和である。改善されたアクロスザバンドアイソレーションは、１つのＴＦＦの少なくともいくつかのリップルピークが他方のＴＦＦのリップル谷に少なくとも部分的にオーバラップするとき、達成され得る。
【００２６】
特に、比較的低いアイソレーションに対応する各特性曲線の部分間で相互の強化が防止される場合、一般に改善となる。前述したように、そのような改善を達成するための１つの方法は、同様の形状の反射特性を有するが、適切な量だけオフセットされた中心波長を有するＴＦＦを対にすることである。別の方法は、同一またはほぼ同一の中心波長を有するが、例えば製造の不確実さの結果としての異なる特性曲線を有する複数のＴＦＦを使用することである。
【００２７】
適切なＴＦＦの対は、例えば中心波長の指定されたオフセットを提供することにより相互に補償する反射特性を有するように明示的に設計され得る。これに関して有用な例示的な範囲は、ＴＦＦパスバンドの１％−２５％である。代替的な例示的範囲は、０．１−５ｎｍである。実際、勿論、これらの範囲は、中心波長、ＯＡＤＭパスバンド、および他の設計的考慮の選択により制限され得る。
【００２８】
代替的に、異なる特性曲線を有する様々なＴＦＦが利用可能である場合、相互に補償する特性を有する１つまたは２つ以上の対を選択することは簡単な作業となる。
【００２９】
そのような作業は、例えば様々なデジタル的にサンプルされた特性曲線が記憶されたコンピュータの助けで実行され得る。適切なプログラムの制御下で、そのようなコンピュータは、製造されたフィルタの集合からの多くの対に対する複合曲線を容易に演算することができ、どの複合曲線がアイソレーションのための特定の基準を満たすかを容易に示すことができる。
【００３０】
特定の要求条件に従ってＴＦＦをマーキングするための技法は、周知である。スパッタリング法のような通常の気相成長法が、典型的には光学ガラスの基板上に誘電体材料の交番層を堆積させるために使用される。適切な誘電体材料は、シリカ(silica)およびチタニア(titania)を含む。ＴＦＦの理論は、H. A. MacleodによるThin-Film Optical Filters, 2d Ed., McGraw-Hill, New York, 1989 およびJ. D. RancourtによるOptical Thin Films User's Handbook, McGraw-Hill,
New York, 1987のような本において説明されている。
【００３１】
しかし、前述したように、製造プロセスにおける不確実さがある。これらの不確実さのために、正確に同じ特性曲線を２つの公称上同一のＴＦＦが有することは稀である。その代わり、実質的な変動が、反射曲線のリップル構造に見られる。したがって、ランダムな変動であっても、改善されたアイソレーションのためのＴＦＦの賢明なマッチングの機会を提供する。
【００３２】
１４−１５ｄＢの個々のアクロスザバンドアイソレーションを仮定した、我々のコンピュータシミュレーションは、ここに説明したＴＦＦのペアリングは、同一のフィルタのペアを使用した場合に期待される場合より、ＯＡＤＭにおけるアイソレーションを、１デシベル、数デシベル、またはそれ以上改善できたことを示した。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ネットワークにおける構成部品増加によるコストおよび蓄積損失の増加なしに、アイソレーションを向上させる光アド／ドロップモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】誘電体薄膜フィルタ（ＴＦＦ）を使用する従来の光アド／ドロップモジュール（ＯＡＤＭ）を含むファイバ光ネットワークの一部を示す図。
【図２】図１のＯＡＤＭにおいて有用な例示的なＴＦＦについての一対の特性曲線を示す図。各曲線において、伝達光パワーまたは反射光パワーが、波長に対してデシベルでプロットされている。
【図３】光ＷＤＭリングネットワークの動作において有用な例示的なセットの粗いＷＤＭチャネルを示す図。
【図４】公称上同様であるが、１．２ｎｍの相互の中心波長オフセットを有する２つのコンピュータモデル化されたＴＦＦの反射特性曲線を示す図。
【図５】ＯＡＤＭにおいて共に動作する図４のＴＦＦの復号反射特性曲線を示す図。この２つのＴＦＦの結合から達成可能なアイソレーションは、図に示されている。
【符号の説明】
１０，３０  光ファイバ
１５  ドロップフィルタ
２０  バイパス光ファイバ
２５  アドフィルタ
４０  送信機
４５  第３のフィルタ
５０  伝達特性
５５  反射特性
６０  リップル特徴
６１  ピーク
６２  谷
７０  バンドパス伝達特性
７５  チャネル帯域幅
８０  チャネル間隔
【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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