波長フィルタ、波長選択スイッチ、波長選択装置及び光学モジュール
【課題】アド・ドロップ機能、光路の切り換え機能を有し、多入力−多出力が可能な波長選択装置を実現する。
【解決手段】互いに交差して配置された２つの直線状光導波路１０９，１１０と、２つの直線状光導波路１０９，１１０にそれぞれ光学的に結合されて配置されたリング状光導波路１０８と、このリング状光導波路１０８に設けられリング状光導波路１０８の実効屈折率を変化させるためのヒーター１１２と、を備える。
【解決手段】互いに交差して配置された２つの直線状光導波路１０９，１１０と、２つの直線状光導波路１０９，１１０にそれぞれ光学的に結合されて配置されたリング状光導波路１０８と、このリング状光導波路１０８に設けられリング状光導波路１０８の実効屈折率を変化させるためのヒーター１１２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長分離合波技術を用いた光ネットワークノードにおいて、特定波長の信号光の合波・分波を行うアド・ドロップ機能や光路の変更を行う波長選択装置、光学モジュール、及び波長選択装置が備える波長フィルタ、波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信市場におけるトラフィックの急速な増大により、通信速度の向上に加えて、ネットワークの利用効率を上げる技術と波長多重化（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）の技術が進展している。特に、波長多重化の技術とスイッチング技術とを組み合わせたＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）や、さらに進んだ光クロスコネクトの技術が盛んに研究されている。特に、多重化された光波を分離した後に、任意の組み合わせで再び多重化して、任意の出力ポートに経路を設定できる波長選択装置は、光クロスコネクトにおいて中心的な役割を果たす基幹部品である。
【０００３】
従来は、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）やグレーティングを用いた波長の合分波素子と、平面光回路やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いた光スイッチとを組み合わせた光機能素子が用いられてきた。例えば、ＲＯＡＤＭ機能を有するノード素子としては、１６チャンネルのＡＷＧアド・ドロップ・マルチプレクサが提案されている（非特許文献１参照）。このＡＷＧアド・ドロップ・マルチプレクサは、４組のＡＷＧとマッハツェンダー型２×２ＴＯスイッチの２種類の構成要素が、同一の光導波路基板上にモノリシック集積されてなる。
【０００４】
この例のように、合分波器として、４つのＡＷＧを集積してアド・ドロップ・マルチプレクサとして機能させるためには、各々のＡＷＧの中心波長が一致している必要があり、それぞれのＡＷＧを精密に管理する必要が生じる。一方で、合波及び分波の機能を１つのＡＷＧに集約することによって、ＡＷＧの総数を減らす提案もされている（特許文献１参照）。
【非特許文献１】Ｋ．Ｏｋａｍｏｔｏ，Ｍ．Ｏｋｕｎｏ，Ａ．Ｈｉｍｅｎｏ ａｎｄ Ｙ．Ｏｈｍｏｒｉ，“１６−ｃｈａｎｎｅｌ ｏｐｔｉｃａｌ ａｄｄ／ｄｒｏｐ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇｓ ａｎｄ ｄｏｕｂｌｅ−ｇａｔｅ ｓｗｉｔｃｈｅｓ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ １ｓｔ Ａｕｇｕｓｔ １９９６ Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．１６，ｐｐ．１４７１−１４７２
【特許文献１】米国特許明細書５４１４５４８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した、本発明に関連する提案は、ＲＯＡＤＭの１つの典型的な形態を示しているが、光路の切り換えの機能を有しておらず、別途にその機能を付加する場合には、構成が複雑になるという不都合がある。この他にＭＥＭＳスイッチを用いることで、同様の機能を有するＲＯＡＤＭ素子も提案されている。しかしながら、ＲＯＡＤＭ素子は、内部に可動部分を持っているために、製造コストと信頼性の点から課題が残されている。いずれの提案もＲＯＡＤＭの典型的な形態であるが、特定波長の光波の光路に切り換える機能を有しておらず、別途にその機能を付加する場合には、構成が複雑になるという問題点がある。
【０００６】
上述のように、ＡＷＧと光スイッチの組み合わせで、多入力−多出力の波長選択装置を構成する場合には、複数のＡＷＧが必要になり、これら複数のＡＷＧと光スイッチとの組み合わせにおいてもその構成が複雑になるという問題点がある。
【０００７】
一方、グレーティングやＭＥＭＳミラーを用いた場合には、比較的規模が大きな波長選択スイッチを実現できる可能性がある。しかしながら、この構成の場合には、可動部を有し、かつ、マイクロオプティクスによる実装工程が必要となるので、信頼性や製造コストの観点で課題が残っている。したがって、ＰＬＣ（平面光回路）技術で波長選択スイッチが実現されれば、信頼性や製造コストの点から他の方式に比べて、優位な光素子の実現が可能となる。
【０００８】
そこで、本発明は、このような視点から低コストで製造可能なＰＬＣ技術を用いて、上述した課題を解決し、アド・ドロップ機能を有し、多入力−多出力が可能な波長選択装置、光学モジュール、及び波長選択装置が備える波長フィルタ、波長選択スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するため、本発明に係る第１の波長フィルタは、互いに交差して配置された２つの直線状光導波路と、２つの直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置されたリング状光導波路と、リング状光導波路に設けられリング状光導波路の実効屈折率を変化させるための変化手段と、を備える。
【００１０】
また、本発明に係る第２の波長フィルタは、第１の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光を合波及び分波するための複数の第２の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路と第２の直線状光導波路との各交差部に第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数のリング状光導波路と、各リング状光導波路に設けられリング状光導波路の実効屈折率を変化させるための複数の変化手段と、を備える。
【００１１】
また、本発明に係る第１の波長選択スイッチは、複数の第１の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路に交差して格子状に配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の第２の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路と第２の直線状光導波路との各交差部に第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数のリング状光導波路と、各リング状光導波路に設けられリング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の変化手段と、を備える。
【００１２】
また、本発明に係る第２の波長選択スイッチは、複数の直線状光導波路と、直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の閉ループ状光導波路と、直線状光導波路と閉ループ状光導波路との各交差部に直線状光導波路と閉ループ状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数のリング状光導波路と、各リング状光導波路に設けられリング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の変化手段と、を備える。そして、リング状光導波路は、閉ループ状光導波路が構成する閉ループの内側に配置されている。
【００１３】
また、本発明に係る第１の波長選択装置は、第１の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光を合波及び分波するための複数の第２の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路と第２の直線状光導波路との各交差部に第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合された複数の第１のリング状光導波路と、各第１のリング状光導波路に設けられ第１のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるための複数の第１の変化手段と、を有する波長フィルタと、
第１の直線状光導波路の端部と光学的に接続された直線状光導波路を含む複数の第３の直線状光導波路と、第３の直線状光導波路に交差して格子状に配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の第４の直線状光導波路と、第３の直線状光導波路と第４の直線状光導波路との各交差部に第３及び第４の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数の第２のリング状光導波路と、各第２のリング状光導波路に設けられ第２のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の第２の変化手段と、を有する波長選択スイッチと、を備える。
【００１４】
また、本発明に係る第２の波長選択装置は、複数の第１の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路に交差して格子状に配置され特定波長の信号光を合波及び分波するための複数の第２の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路と第２の直線状光導波路との各交差部に第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数の第１のリング状光導波路と、各第１のリング状光導波路に設けられ第１のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるための複数の第１の変化手段と、を有する波長フィルタと、
複数の第１の直線状光導波路の端部にそれぞれ光学的に接続された複数の第３の直線状光導波路と、第３の直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の閉ループ状光導波路と、第３の直線状光導波路と閉ループ状光導波路との各交差部に直線状光導波路と閉ループ状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数の第２のリング状光導波路と、各第２のリング状光導波路に設けられ第２のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の第２の変化手段と、を有し、第２のリング状光導波路は、閉ループ状光導波路が構成する閉ループの内側に配置されている波長選択スイッチと、を備える。
【００１５】
また、本発明に係る光学モジュールは、上述した本発明に係る波長選択装置と、リング状光導波路の各変化手段を制御する制御回路と、波長選択装置の温度を調節する温度調節回路と、を備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、波長多重信号光における特定波長の信号光に対して分波、光路の切り換え、合波などの一連の機能をリング状光導波路によって行うことができる。また、本発明に係る波長選択装置によれば、入力された波長多重信号光の特定波長の信号光に対してアド・ドロップを行うのと同時に、特定波長の信号光を任意の出力ポートに出力するように制御する機能を有し、複数の出力ポートのみならず、複数の入力ポートからのＲＯＡＤＭ機能及び光路の切り換え機能を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の３入力−３出力の波長選択装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態の波長選択装置は、特定波長の信号光を合波及び分波するアド・ドロップフィルタ１１４と、このアド・ドロップフィルタ１１４に光学的に接続され特定波長の信号光の光路を切り換える波長選択スイッチ１１５とを備えている。
【００１９】
波長選択スイッチ１１５は、導波路アレイをなす直線状光導波路１０３と、この直線状光導波路１０３に交差するように配置されて導波路アレイをなす閉ループ状光導波路１０４と、これら直線状光導波路１０３及び閉ループ状光導波路１０４の両方に光学的に結合するように近接して導波路アレイをなして配置されたリング状光導波路１０５とを有しており、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板１０１上にチャンネル型光導波路として形成されている。また、リング状光導波路１０５の上部には、リング状光導波路１０５の実効屈折率を変化させるためのヒーター１０６が配置されており、特定波長の信号光の光路切り換え用のスイッチとして構成されている。また、波長選択スイッチ１１５の直線状光導波路１０３は、一端が、出力ポートアレイ１０２に光学的に接続されており、他端が、アド・ドロップフィルタ１１４の出力端に光学的に接続されている。
【００２０】
アド・ドロップフィルタ１１４は、導波路アレイをなして形成され互いに直交する直線状光導波路１０９と直線状光導波路１１０とによってマトリクス状（格子状）に形成された直線状光導波路と、互いに交差する直線状光導波路１０９，１１０の両方に光学的に結合するように近接して配置されて導波路アレイをなすリング状光導波路１０８とを有している。アド・ドロップフィルタ１１４の直線状光導波路１１０は、入力ポートアレイ１１１に光学的に接続されている。また、リング状光導波路１０８の上部には、リング状光導波路１０８の実効屈折率を変化させるためのヒーター１１２が配置されている。
【００２１】
また、アド・ドロップフィルタ１１４及び波長選択スイッチ１１５の各光導波路は半導体基板に形成され、各光導波路が、半導体からなるクラッド層によって、このクラッド層よりも屈折率が高い半導体からなるコア層を挟んで構成されている。ヒーター１０６，１１２は、リング状光導波路１０５，１０８に配置され、リング状光導波路１０５，１０８のコア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極（不図示）を有している。
【００２２】
また、各光導波路は、誘電体からなるクラッド層によって、このクラッド層よりも屈折率が高い誘電体からなるコア層を挟んで構成されてもよい。この構成の場合、ヒーターは、リング状光導波路に配置され、リング状光導波路のコア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極を有している。そして、この構成の場合、リング状光導波路のコア層に電圧を印加して、電気光学効果によってコア層の屈折率を変化させる。
【００２３】
また、上述した各光導波路は、チャンネル型光導波路として構成されたが、リブ型（リッジ型）光導波路として構成されてもよい。
【００２４】
以下、本実施形態の波長選択装置における動作について説明する。図２Ａは、２本の直線状光導波路と、これら直線状光導波路に光学的に接続されたリング状光導波路とからなる波長フィルタであって、本実施形態の波長選択装置の基本要素であるアド・ドロップフィルタ（リング状光導波路フィルタ）１１４の模式図を示している。
【００２５】
図２Ａに示すように、一方の直線状光導波路２０１に入力された波長多重信号光の中で、特定波長光（共振波長光λ２）のみが、他方の直線状光導波路２０２を伝搬して分波（Ｄｒｏｐ）され、その他の波長光は、直線状光導波路２０１をそのまま伝搬して通過（Ｔｈｒｕ(=through)）される。図２Ｂは、アド・ドロップフィルタの波長透過特性を示している。ドロップ導波路２０３は、特定波長成分λ２のみが透過して、他の波長の透過率が十分に低く抑えられている。また、透過させる波長は、リング状光導波路２０８上のヒーターによって調整（チューニング）することができる。
【００２６】
図１に示すように、入力ポートアレイ１１１の１つのポートから入力された波長多重信号光は、アド・ドロップフィルタ１１４によって、特定波長の信号光をドロップポート１１３から取り出す分波（ドロップ）と、特定波長の信号光をアドポート１０７から挿入して加える合波（アド）とが同時に行われ後に、波長選択スイッチ１１５に入力される。そして、この波長選択スイッチ１１５によって、波長毎に光路の切り換えが行われて、出力ポートアレイ１０２に出力される。
【００２７】
図３Ａ，３Ｂは、波長選択スイッチ１１５による４波多重の場合の光路切り換え状態の一例を示している。図３Ａ，３Ｂにおいて、各リング状光導波路１０５の下部に示した数値は、共振波長光のチャンネル番号を表している。なお、数値が記載されていないリング状光導波路のフィルタは、どのチャンネル波長にも共振しない状態にあることを示している。
【００２８】
図３Ａは、ポートＡ１に入力された波長多重信号光を全てポートＢ３に出力し、ポートＡ３に入力された波長多重光を全てポートＢ１に出力し、また、ポートＡ２に入力された波長多重光を全てポートＢ２に出力する場合の各リング状光導波路の共振波長の組み合わせを示している。
【００２９】
図３Ｂは、ポートＡ１に入力された波長多重光の１つのチャンネル波長λ２をポートＢ１に出力し、その他の波長をポートＢ３に出力し、ポートＡ２に入力された波長多重光の全てをポートＢ２に出力し、また、ポートＡ３に入力された波長多重光の１つのチャンネル波長λ２をポートＢ３に出力し、その他の波長をポートＢ１に出力する場合の各リング状光導波路の共振波長の組み合わせを示している。
【００３０】
本実施形態の構成では、共振波長の組み合わせにより、入出力ポートの光路の切り換えが任意のチャンネル波長の組み合わせで可能である。
【００３１】
上述したように、本実施形態の波長選択装置は、入力された波長多重信号光の任意の波長信号光を任意の出力ポートに出力制御する。波長選択装置の内部では、波長多重信号光の分波（分離）、光路の切り換え、合波などの一連の機能が格子状に配置されたリング状光導波路によって同時に行われる。２つの交差する直線状光導波路と、各直線状光導波路に近接したリング状光導波路とを有する波長フィルタは、共振する特定の波長光のみを一方の直線状光導波路へ導波させて、他の非共振波長成分の光波を、他方の直線状光導波路へ導波させる働きをする。さらに、リング状光導波路の実効屈折率を変化させることによって、共振波長を変えることができるので、特定波長の光波の光路を変えることが可能である。格子状に配置された波長フィルタの行数は、波長選択装置の出力ポート数に設定され、列数は多重化された波長チャンネル数に設定されており、格子状の光学回路内で波長多重光の分波、光路の切り換え、合波の機能が同時に行われる。このため、本実施形態の波長選択装置は、従来のようにＡＷＧや光スイッチ等の別々の機能を集積する必要がないという利点がある。また、本実施形態の波長選択装置では、特定波長の信号光のアド・ドロップ機能をリング状光導波路の機能を使って同様に行うことができる。本実施形態の波長選択装置では、光波信号のアド・ドロップ及び波長信号光毎の出力ポートの割り当てが、格子状に配置されたリング状光導波路の共振波長の組み合わせで決定されるので、必要な動作が、各リング状光導波路の制御のみで行うことができる。
【００３２】
すなわち、本実施形態の波長選択装置によれば、入力された波長多重信号光の特定波長の信号光に対してアド・ドロップを行うのと同時に、特定波長の信号光を任意の出力ポートに出力するように制御する機能を有し、複数の出力ポートのみならず、複数の入力ポートからのＲＯＡＤＭ機能及び光路の切り換え機能を実現することができる。
【００３３】
本実施形態の波長選択装置の第１の効果は、多入力−多出力の光路切り換え機能とＲＯＡＤＭ機能とを同時に実現できることにある。すなわち、格子状に配置されたリング状光導波路の共振波長の組み合わせによって、上述の機能を容易に実現することが可能になる。これらの機能を従来の方式で実現する場合に必要であった多数のＡＷＧや光スイッチが不要となり、大規模な装置構成が不要になる。
【００３４】
本実施形態の波長選択装置の第２の効果としては、小型化、低コスト化にある。すなわち、光回路の構成要素は、リング状光導波路のみであり、平面光回路技術（ＰＬＣ技術）で作製することが可能である。このため、本実施形態によれば、特性や機能が異なる複数の部品を組み合わせた従来の構成に比べて、小型化と低コスト化が容易に実現できる。
【００３５】
本実施形態の波長選択装置の第３の効果としては、信頼性を向上することができる。すなわち、光学回路の構成要素はリング状光導波路のみであり、外部環境の変化に対する感度が異なる複数の部品を組み合わせた従来の構成に比べて、信頼性の向上を容易に実現できる。
【００３６】
本実施形態の波長選択装置の第４の効果としては、消費電力の低減を図ることができる。本実施形態の波長選択装置の動作に必要な消費電力は、主にリング状光導波路の動作に伴う消費電力のみである。従来の構成で、本発明と同様の機能を実現する場合には、膨大な複合部品が必要となり、それら部品を制御駆動するために大きな電力が必要となる。すなわち、本実施形態の波長選択装置によれば、従来の構成に比べて、低消費電力化を実現することができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
第２の実施形態として、特に、多入力−多出力の光路切り換えに適した構成の波長選択装置の詳細を説明する。図４は、Ｍ入力−Ｍ出力で、Ｎチャンネルの波長多重に対応した波長選択装置の構成を示す模式図である。図４に示すように、本実施形態の波長選択装置は、特定波長の信号光を合波及び分波するアド・ドロップフィルタ３１４と、このアド・ドロップフィルタ３１４に光学的に接続されて特定波長の信号光の光路を切り換える波長選択スイッチ３１５とを備えている。
【００３８】
波長選択スイッチ３１５は、ＳＯＩ基板３０１上に形成されたＭ個の導波路アレイをなす直線状光導波路３０３と、この直線状光導波路３０３に交差して配置されて導波路アレイをなす（Ｎ＋１）個の閉ループ状光導波路３０４と、これら直線状光導波路３０３及び閉ループ状光導波路３０４の両方に光学的に結合するように近接して配置されたリング状光導波路３０５と、直線状光導波路３０３とループ状光導波路３０４の閉ループの外側に近接して配置されて導波路アレイをなすリング状光導波路３０６と、を有する基本要素とする波長選択型のスイッチである。リング状光導波路３０５、３０６の上部には、それらの実効屈折率を変化させるためのヒーター３０７が配置されている。また、波長選択スイッチ３１５の直線状光導波路３０３は、一端が、出力ポートアレイ３０２に光学的に接続されており、他端が、アド・ドロップフィルタ３１４の出力端に光学的に接続されている。
【００３９】
アド・ドロップフィルタ３１４は、導波路アレイをなして互いに直交する直線状光導波路３０８と直線状光導波路３１１によって格子状に形成された光導波路と、交差する直線状導波路３０８，３１１の両方に光学的に結合するように近接して配置されて導波路アレイをなすリング状光導波路３０９と、を有している。アド・ドロップフィルタ３１４の直線状光導波路３１１は、入力ポートアレイ３１２に光学的に接続されている。また、各リング状光導波路３０９の上部には、リング状光導波路３０９の実効屈折率を変化させるためのヒーター３１０が配置されている。
【００４０】
本実施形態における基本的な動作は、上述した第１の実施形態と同様であるが、光路の切り換え動作部分において、閉ループ状光導波路の閉ループの内側だけでなく、閉ループの外側にもリング状光導波路が配置されたことによって、光路の切り換えの自由度が向上されている。この構成によれば、多入力−多出力の波長選択型の光路の切り換えが可能となる。また、光波信号のアド・ドロップ（合波及び分波）機能については、第１の実施形態と同様に動作する機能を有している。
【００４１】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態として、簡易な構成をなす、１入力−多出力の波長選択装置の例を示す。図５は、１×Ｍの波長選択装置を示す模式図である。
【００４２】
図５に示すように、本実施形態の波長選択装置は、特定波長の信号光を合波及び分波するアド・ドロップフィルタ４２３と、このアド・ドロップフィルタ４２３に光学的に接続されて特定波長の信号光の光路を切り換える波長選択スイッチ４１９とを備えている。
【００４３】
波長選択スイッチ４１９は、ＳＯＩ基板４１０上に形成された導波路アレイをなす直線状光導波路４１５と、直線状光導波路４１５と交差するように配置されて形成された直線状光導波路アレイ４１７と、これら各直線状光導波路４１５、４１７の両方に光学的に結合するように近接して配置されてアレイ状に形成されたリング状光導波路４１６と、を備え、チャンネル型光導波路として形成されている。各リング状光導波路４１６の上部には、そのリング状光導波路４１６の実効屈折率を変化させるためのヒーター４２０が配置されており、波長信号光の光路切り換え用のスイッチとして構成されている。また、波長選択スイッチ４１９の直線状光導波路４１５は、一端が、出力ポートアレイ４１８に光学的に接続されており、他端側は、導波路アレイをなす直線状光導波路４１５における第１の行の直線状導波路のみが、アド・ドロップフィルタ４２３の出力端に光学的に接続されている。
【００４４】
アド・ドロップフィルタ４２３は、導波路アレイをなして互いに直交する直線状光導波路４１３と直線状導波路４１１とによって格子状に形成された導波路と、直線状導波路４１３と直線状導波路４１１との両方に光学的に結合するように近接して配置されて導波路アレイをなすリング状光導波路４２４とを有している。アド・ドロップフィルタ４２３の直線状光導波路４１３は、入力ポート４１２に光学的に接続されている。さらに、リング状光導波路４２４の上部には、このリング状光導波路４２４の実効屈折率を変化させるためのヒーター４２５が配置されている。
【００４５】
以下、本実施形態における動作について説明する。入力ポート４１２に入力された波長多重信号光は、アド・ドロップフィルタ４２３で、任意の波長チャンネルが分波（ドロップ）されて取り出され、又は任意の波長チャンネルが合波（アド）されて挿入され、波長選択スイッチ４１９において波長多重光の分離、光路の切り換え、合波の操作を経て、出力ポート４１８に出力される。波長選択スイッチ４１９は、１入力−多出力であるので、第１及び第２の実施形態のような閉ループ状導波路が必ずしも必要ではなく、比較的簡易に構成することができる。
【００４６】
また、図示しないが、上述した本実施形態の波長選択装置を備える光学モジュールとして構成されてもよい。この光学モジュールは、上述した本実施形態の波長選択装置と、波長選択装置のリング状光導波路のヒーターを制御する制御回路と、波長選択装置の温度を調節する温度調節回路と、を備えて構成される。温度調節回路は、例えば、波長選択装置の温度変化を検出するためのサーミスタを有しており、このサーミスタの作動に基づいて、制御回路がリング状光導波路のヒーターを駆動制御することで、温度の調節を行うように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１の実施形態の波長選択装置の構成を示す模式図である。
【図２Ａ】リング状光導波路フィルタの動作を説明するための示す模式図である。
【図２Ｂ】リング状光導波路フィルタの波長透過特性を示す図である。
【図３Ａ】波長選択装置における光路の切り換えを説明する第１の例を示す模式図である。
【図３Ｂ】波長選択装置における光路の切り換えを説明する第２の例を示す模式図である。
【図４】第２の実施形態の波長選択装置を示す模式図である。
【図５】第３の実施形態の波長選択装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０１ ＳＯＩ基板
１０２ 出力ポートアレイ
１０３ 直線状光導波路
１０４ 閉ループ状光導波路
１０５ リング状光導波路
１０６ ヒーター
１０８ リング状光導波路
１０９ 直線状光導波路ア
１１０ 直線状光導波路
１１１ 入力ポートアレイ
１１２ ヒーター
１１４ アド・ドロップフィルタ
１１５ 波長選択スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長分離合波技術を用いた光ネットワークノードにおいて、特定波長の信号光の合波・分波を行うアド・ドロップ機能や光路の変更を行う波長選択装置、光学モジュール、及び波長選択装置が備える波長フィルタ、波長選択スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信市場におけるトラフィックの急速な増大により、通信速度の向上に加えて、ネットワークの利用効率を上げる技術と波長多重化（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）の技術が進展している。特に、波長多重化の技術とスイッチング技術とを組み合わせたＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）や、さらに進んだ光クロスコネクトの技術が盛んに研究されている。特に、多重化された光波を分離した後に、任意の組み合わせで再び多重化して、任意の出力ポートに経路を設定できる波長選択装置は、光クロスコネクトにおいて中心的な役割を果たす基幹部品である。
【０００３】
従来は、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）やグレーティングを用いた波長の合分波素子と、平面光回路やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いた光スイッチとを組み合わせた光機能素子が用いられてきた。例えば、ＲＯＡＤＭ機能を有するノード素子としては、１６チャンネルのＡＷＧアド・ドロップ・マルチプレクサが提案されている（非特許文献１参照）。このＡＷＧアド・ドロップ・マルチプレクサは、４組のＡＷＧとマッハツェンダー型２×２ＴＯスイッチの２種類の構成要素が、同一の光導波路基板上にモノリシック集積されてなる。
【０００４】
この例のように、合分波器として、４つのＡＷＧを集積してアド・ドロップ・マルチプレクサとして機能させるためには、各々のＡＷＧの中心波長が一致している必要があり、それぞれのＡＷＧを精密に管理する必要が生じる。一方で、合波及び分波の機能を１つのＡＷＧに集約することによって、ＡＷＧの総数を減らす提案もされている（特許文献１参照）。
【非特許文献１】Ｋ．Ｏｋａｍｏｔｏ，Ｍ．Ｏｋｕｎｏ，Ａ．Ｈｉｍｅｎｏ ａｎｄ Ｙ．Ｏｈｍｏｒｉ，“１６−ｃｈａｎｎｅｌ ｏｐｔｉｃａｌ ａｄｄ／ｄｒｏｐ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇｓ ａｎｄ ｄｏｕｂｌｅ−ｇａｔｅ ｓｗｉｔｃｈｅｓ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒｓ １ｓｔ Ａｕｇｕｓｔ １９９６ Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．１６，ｐｐ．１４７１−１４７２
【特許文献１】米国特許明細書５４１４５４８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した、本発明に関連する提案は、ＲＯＡＤＭの１つの典型的な形態を示しているが、光路の切り換えの機能を有しておらず、別途にその機能を付加する場合には、構成が複雑になるという不都合がある。この他にＭＥＭＳスイッチを用いることで、同様の機能を有するＲＯＡＤＭ素子も提案されている。しかしながら、ＲＯＡＤＭ素子は、内部に可動部分を持っているために、製造コストと信頼性の点から課題が残されている。いずれの提案もＲＯＡＤＭの典型的な形態であるが、特定波長の光波の光路に切り換える機能を有しておらず、別途にその機能を付加する場合には、構成が複雑になるという問題点がある。
【０００６】
上述のように、ＡＷＧと光スイッチの組み合わせで、多入力−多出力の波長選択装置を構成する場合には、複数のＡＷＧが必要になり、これら複数のＡＷＧと光スイッチとの組み合わせにおいてもその構成が複雑になるという問題点がある。
【０００７】
一方、グレーティングやＭＥＭＳミラーを用いた場合には、比較的規模が大きな波長選択スイッチを実現できる可能性がある。しかしながら、この構成の場合には、可動部を有し、かつ、マイクロオプティクスによる実装工程が必要となるので、信頼性や製造コストの観点で課題が残っている。したがって、ＰＬＣ（平面光回路）技術で波長選択スイッチが実現されれば、信頼性や製造コストの点から他の方式に比べて、優位な光素子の実現が可能となる。
【０００８】
そこで、本発明は、このような視点から低コストで製造可能なＰＬＣ技術を用いて、上述した課題を解決し、アド・ドロップ機能を有し、多入力−多出力が可能な波長選択装置、光学モジュール、及び波長選択装置が備える波長フィルタ、波長選択スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するため、本発明に係る第１の波長フィルタは、互いに交差して配置された２つの直線状光導波路と、２つの直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置されたリング状光導波路と、リング状光導波路に設けられリング状光導波路の実効屈折率を変化させるための変化手段と、を備える。
【００１０】
また、本発明に係る第２の波長フィルタは、第１の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光を合波及び分波するための複数の第２の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路と第２の直線状光導波路との各交差部に第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数のリング状光導波路と、各リング状光導波路に設けられリング状光導波路の実効屈折率を変化させるための複数の変化手段と、を備える。
【００１１】
また、本発明に係る第１の波長選択スイッチは、複数の第１の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路に交差して格子状に配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の第２の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路と第２の直線状光導波路との各交差部に第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数のリング状光導波路と、各リング状光導波路に設けられリング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の変化手段と、を備える。
【００１２】
また、本発明に係る第２の波長選択スイッチは、複数の直線状光導波路と、直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の閉ループ状光導波路と、直線状光導波路と閉ループ状光導波路との各交差部に直線状光導波路と閉ループ状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数のリング状光導波路と、各リング状光導波路に設けられリング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の変化手段と、を備える。そして、リング状光導波路は、閉ループ状光導波路が構成する閉ループの内側に配置されている。
【００１３】
また、本発明に係る第１の波長選択装置は、第１の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光を合波及び分波するための複数の第２の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路と第２の直線状光導波路との各交差部に第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合された複数の第１のリング状光導波路と、各第１のリング状光導波路に設けられ第１のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるための複数の第１の変化手段と、を有する波長フィルタと、
第１の直線状光導波路の端部と光学的に接続された直線状光導波路を含む複数の第３の直線状光導波路と、第３の直線状光導波路に交差して格子状に配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の第４の直線状光導波路と、第３の直線状光導波路と第４の直線状光導波路との各交差部に第３及び第４の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数の第２のリング状光導波路と、各第２のリング状光導波路に設けられ第２のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の第２の変化手段と、を有する波長選択スイッチと、を備える。
【００１４】
また、本発明に係る第２の波長選択装置は、複数の第１の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路に交差して格子状に配置され特定波長の信号光を合波及び分波するための複数の第２の直線状光導波路と、第１の直線状光導波路と第２の直線状光導波路との各交差部に第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数の第１のリング状光導波路と、各第１のリング状光導波路に設けられ第１のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるための複数の第１の変化手段と、を有する波長フィルタと、
複数の第１の直線状光導波路の端部にそれぞれ光学的に接続された複数の第３の直線状光導波路と、第３の直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の閉ループ状光導波路と、第３の直線状光導波路と閉ループ状光導波路との各交差部に直線状光導波路と閉ループ状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数の第２のリング状光導波路と、各第２のリング状光導波路に設けられ第２のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の第２の変化手段と、を有し、第２のリング状光導波路は、閉ループ状光導波路が構成する閉ループの内側に配置されている波長選択スイッチと、を備える。
【００１５】
また、本発明に係る光学モジュールは、上述した本発明に係る波長選択装置と、リング状光導波路の各変化手段を制御する制御回路と、波長選択装置の温度を調節する温度調節回路と、を備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、波長多重信号光における特定波長の信号光に対して分波、光路の切り換え、合波などの一連の機能をリング状光導波路によって行うことができる。また、本発明に係る波長選択装置によれば、入力された波長多重信号光の特定波長の信号光に対してアド・ドロップを行うのと同時に、特定波長の信号光を任意の出力ポートに出力するように制御する機能を有し、複数の出力ポートのみならず、複数の入力ポートからのＲＯＡＤＭ機能及び光路の切り換え機能を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の３入力−３出力の波長選択装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態の波長選択装置は、特定波長の信号光を合波及び分波するアド・ドロップフィルタ１１４と、このアド・ドロップフィルタ１１４に光学的に接続され特定波長の信号光の光路を切り換える波長選択スイッチ１１５とを備えている。
【００１９】
波長選択スイッチ１１５は、導波路アレイをなす直線状光導波路１０３と、この直線状光導波路１０３に交差するように配置されて導波路アレイをなす閉ループ状光導波路１０４と、これら直線状光導波路１０３及び閉ループ状光導波路１０４の両方に光学的に結合するように近接して導波路アレイをなして配置されたリング状光導波路１０５とを有しており、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板１０１上にチャンネル型光導波路として形成されている。また、リング状光導波路１０５の上部には、リング状光導波路１０５の実効屈折率を変化させるためのヒーター１０６が配置されており、特定波長の信号光の光路切り換え用のスイッチとして構成されている。また、波長選択スイッチ１１５の直線状光導波路１０３は、一端が、出力ポートアレイ１０２に光学的に接続されており、他端が、アド・ドロップフィルタ１１４の出力端に光学的に接続されている。
【００２０】
アド・ドロップフィルタ１１４は、導波路アレイをなして形成され互いに直交する直線状光導波路１０９と直線状光導波路１１０とによってマトリクス状（格子状）に形成された直線状光導波路と、互いに交差する直線状光導波路１０９，１１０の両方に光学的に結合するように近接して配置されて導波路アレイをなすリング状光導波路１０８とを有している。アド・ドロップフィルタ１１４の直線状光導波路１１０は、入力ポートアレイ１１１に光学的に接続されている。また、リング状光導波路１０８の上部には、リング状光導波路１０８の実効屈折率を変化させるためのヒーター１１２が配置されている。
【００２１】
また、アド・ドロップフィルタ１１４及び波長選択スイッチ１１５の各光導波路は半導体基板に形成され、各光導波路が、半導体からなるクラッド層によって、このクラッド層よりも屈折率が高い半導体からなるコア層を挟んで構成されている。ヒーター１０６，１１２は、リング状光導波路１０５，１０８に配置され、リング状光導波路１０５，１０８のコア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極（不図示）を有している。
【００２２】
また、各光導波路は、誘電体からなるクラッド層によって、このクラッド層よりも屈折率が高い誘電体からなるコア層を挟んで構成されてもよい。この構成の場合、ヒーターは、リング状光導波路に配置され、リング状光導波路のコア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極を有している。そして、この構成の場合、リング状光導波路のコア層に電圧を印加して、電気光学効果によってコア層の屈折率を変化させる。
【００２３】
また、上述した各光導波路は、チャンネル型光導波路として構成されたが、リブ型（リッジ型）光導波路として構成されてもよい。
【００２４】
以下、本実施形態の波長選択装置における動作について説明する。図２Ａは、２本の直線状光導波路と、これら直線状光導波路に光学的に接続されたリング状光導波路とからなる波長フィルタであって、本実施形態の波長選択装置の基本要素であるアド・ドロップフィルタ（リング状光導波路フィルタ）１１４の模式図を示している。
【００２５】
図２Ａに示すように、一方の直線状光導波路２０１に入力された波長多重信号光の中で、特定波長光（共振波長光λ２）のみが、他方の直線状光導波路２０２を伝搬して分波（Ｄｒｏｐ）され、その他の波長光は、直線状光導波路２０１をそのまま伝搬して通過（Ｔｈｒｕ(=through)）される。図２Ｂは、アド・ドロップフィルタの波長透過特性を示している。ドロップ導波路２０３は、特定波長成分λ２のみが透過して、他の波長の透過率が十分に低く抑えられている。また、透過させる波長は、リング状光導波路２０８上のヒーターによって調整（チューニング）することができる。
【００２６】
図１に示すように、入力ポートアレイ１１１の１つのポートから入力された波長多重信号光は、アド・ドロップフィルタ１１４によって、特定波長の信号光をドロップポート１１３から取り出す分波（ドロップ）と、特定波長の信号光をアドポート１０７から挿入して加える合波（アド）とが同時に行われ後に、波長選択スイッチ１１５に入力される。そして、この波長選択スイッチ１１５によって、波長毎に光路の切り換えが行われて、出力ポートアレイ１０２に出力される。
【００２７】
図３Ａ，３Ｂは、波長選択スイッチ１１５による４波多重の場合の光路切り換え状態の一例を示している。図３Ａ，３Ｂにおいて、各リング状光導波路１０５の下部に示した数値は、共振波長光のチャンネル番号を表している。なお、数値が記載されていないリング状光導波路のフィルタは、どのチャンネル波長にも共振しない状態にあることを示している。
【００２８】
図３Ａは、ポートＡ１に入力された波長多重信号光を全てポートＢ３に出力し、ポートＡ３に入力された波長多重光を全てポートＢ１に出力し、また、ポートＡ２に入力された波長多重光を全てポートＢ２に出力する場合の各リング状光導波路の共振波長の組み合わせを示している。
【００２９】
図３Ｂは、ポートＡ１に入力された波長多重光の１つのチャンネル波長λ２をポートＢ１に出力し、その他の波長をポートＢ３に出力し、ポートＡ２に入力された波長多重光の全てをポートＢ２に出力し、また、ポートＡ３に入力された波長多重光の１つのチャンネル波長λ２をポートＢ３に出力し、その他の波長をポートＢ１に出力する場合の各リング状光導波路の共振波長の組み合わせを示している。
【００３０】
本実施形態の構成では、共振波長の組み合わせにより、入出力ポートの光路の切り換えが任意のチャンネル波長の組み合わせで可能である。
【００３１】
上述したように、本実施形態の波長選択装置は、入力された波長多重信号光の任意の波長信号光を任意の出力ポートに出力制御する。波長選択装置の内部では、波長多重信号光の分波（分離）、光路の切り換え、合波などの一連の機能が格子状に配置されたリング状光導波路によって同時に行われる。２つの交差する直線状光導波路と、各直線状光導波路に近接したリング状光導波路とを有する波長フィルタは、共振する特定の波長光のみを一方の直線状光導波路へ導波させて、他の非共振波長成分の光波を、他方の直線状光導波路へ導波させる働きをする。さらに、リング状光導波路の実効屈折率を変化させることによって、共振波長を変えることができるので、特定波長の光波の光路を変えることが可能である。格子状に配置された波長フィルタの行数は、波長選択装置の出力ポート数に設定され、列数は多重化された波長チャンネル数に設定されており、格子状の光学回路内で波長多重光の分波、光路の切り換え、合波の機能が同時に行われる。このため、本実施形態の波長選択装置は、従来のようにＡＷＧや光スイッチ等の別々の機能を集積する必要がないという利点がある。また、本実施形態の波長選択装置では、特定波長の信号光のアド・ドロップ機能をリング状光導波路の機能を使って同様に行うことができる。本実施形態の波長選択装置では、光波信号のアド・ドロップ及び波長信号光毎の出力ポートの割り当てが、格子状に配置されたリング状光導波路の共振波長の組み合わせで決定されるので、必要な動作が、各リング状光導波路の制御のみで行うことができる。
【００３２】
すなわち、本実施形態の波長選択装置によれば、入力された波長多重信号光の特定波長の信号光に対してアド・ドロップを行うのと同時に、特定波長の信号光を任意の出力ポートに出力するように制御する機能を有し、複数の出力ポートのみならず、複数の入力ポートからのＲＯＡＤＭ機能及び光路の切り換え機能を実現することができる。
【００３３】
本実施形態の波長選択装置の第１の効果は、多入力−多出力の光路切り換え機能とＲＯＡＤＭ機能とを同時に実現できることにある。すなわち、格子状に配置されたリング状光導波路の共振波長の組み合わせによって、上述の機能を容易に実現することが可能になる。これらの機能を従来の方式で実現する場合に必要であった多数のＡＷＧや光スイッチが不要となり、大規模な装置構成が不要になる。
【００３４】
本実施形態の波長選択装置の第２の効果としては、小型化、低コスト化にある。すなわち、光回路の構成要素は、リング状光導波路のみであり、平面光回路技術（ＰＬＣ技術）で作製することが可能である。このため、本実施形態によれば、特性や機能が異なる複数の部品を組み合わせた従来の構成に比べて、小型化と低コスト化が容易に実現できる。
【００３５】
本実施形態の波長選択装置の第３の効果としては、信頼性を向上することができる。すなわち、光学回路の構成要素はリング状光導波路のみであり、外部環境の変化に対する感度が異なる複数の部品を組み合わせた従来の構成に比べて、信頼性の向上を容易に実現できる。
【００３６】
本実施形態の波長選択装置の第４の効果としては、消費電力の低減を図ることができる。本実施形態の波長選択装置の動作に必要な消費電力は、主にリング状光導波路の動作に伴う消費電力のみである。従来の構成で、本発明と同様の機能を実現する場合には、膨大な複合部品が必要となり、それら部品を制御駆動するために大きな電力が必要となる。すなわち、本実施形態の波長選択装置によれば、従来の構成に比べて、低消費電力化を実現することができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
第２の実施形態として、特に、多入力−多出力の光路切り換えに適した構成の波長選択装置の詳細を説明する。図４は、Ｍ入力−Ｍ出力で、Ｎチャンネルの波長多重に対応した波長選択装置の構成を示す模式図である。図４に示すように、本実施形態の波長選択装置は、特定波長の信号光を合波及び分波するアド・ドロップフィルタ３１４と、このアド・ドロップフィルタ３１４に光学的に接続されて特定波長の信号光の光路を切り換える波長選択スイッチ３１５とを備えている。
【００３８】
波長選択スイッチ３１５は、ＳＯＩ基板３０１上に形成されたＭ個の導波路アレイをなす直線状光導波路３０３と、この直線状光導波路３０３に交差して配置されて導波路アレイをなす（Ｎ＋１）個の閉ループ状光導波路３０４と、これら直線状光導波路３０３及び閉ループ状光導波路３０４の両方に光学的に結合するように近接して配置されたリング状光導波路３０５と、直線状光導波路３０３とループ状光導波路３０４の閉ループの外側に近接して配置されて導波路アレイをなすリング状光導波路３０６と、を有する基本要素とする波長選択型のスイッチである。リング状光導波路３０５、３０６の上部には、それらの実効屈折率を変化させるためのヒーター３０７が配置されている。また、波長選択スイッチ３１５の直線状光導波路３０３は、一端が、出力ポートアレイ３０２に光学的に接続されており、他端が、アド・ドロップフィルタ３１４の出力端に光学的に接続されている。
【００３９】
アド・ドロップフィルタ３１４は、導波路アレイをなして互いに直交する直線状光導波路３０８と直線状光導波路３１１によって格子状に形成された光導波路と、交差する直線状導波路３０８，３１１の両方に光学的に結合するように近接して配置されて導波路アレイをなすリング状光導波路３０９と、を有している。アド・ドロップフィルタ３１４の直線状光導波路３１１は、入力ポートアレイ３１２に光学的に接続されている。また、各リング状光導波路３０９の上部には、リング状光導波路３０９の実効屈折率を変化させるためのヒーター３１０が配置されている。
【００４０】
本実施形態における基本的な動作は、上述した第１の実施形態と同様であるが、光路の切り換え動作部分において、閉ループ状光導波路の閉ループの内側だけでなく、閉ループの外側にもリング状光導波路が配置されたことによって、光路の切り換えの自由度が向上されている。この構成によれば、多入力−多出力の波長選択型の光路の切り換えが可能となる。また、光波信号のアド・ドロップ（合波及び分波）機能については、第１の実施形態と同様に動作する機能を有している。
【００４１】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態として、簡易な構成をなす、１入力−多出力の波長選択装置の例を示す。図５は、１×Ｍの波長選択装置を示す模式図である。
【００４２】
図５に示すように、本実施形態の波長選択装置は、特定波長の信号光を合波及び分波するアド・ドロップフィルタ４２３と、このアド・ドロップフィルタ４２３に光学的に接続されて特定波長の信号光の光路を切り換える波長選択スイッチ４１９とを備えている。
【００４３】
波長選択スイッチ４１９は、ＳＯＩ基板４１０上に形成された導波路アレイをなす直線状光導波路４１５と、直線状光導波路４１５と交差するように配置されて形成された直線状光導波路アレイ４１７と、これら各直線状光導波路４１５、４１７の両方に光学的に結合するように近接して配置されてアレイ状に形成されたリング状光導波路４１６と、を備え、チャンネル型光導波路として形成されている。各リング状光導波路４１６の上部には、そのリング状光導波路４１６の実効屈折率を変化させるためのヒーター４２０が配置されており、波長信号光の光路切り換え用のスイッチとして構成されている。また、波長選択スイッチ４１９の直線状光導波路４１５は、一端が、出力ポートアレイ４１８に光学的に接続されており、他端側は、導波路アレイをなす直線状光導波路４１５における第１の行の直線状導波路のみが、アド・ドロップフィルタ４２３の出力端に光学的に接続されている。
【００４４】
アド・ドロップフィルタ４２３は、導波路アレイをなして互いに直交する直線状光導波路４１３と直線状導波路４１１とによって格子状に形成された導波路と、直線状導波路４１３と直線状導波路４１１との両方に光学的に結合するように近接して配置されて導波路アレイをなすリング状光導波路４２４とを有している。アド・ドロップフィルタ４２３の直線状光導波路４１３は、入力ポート４１２に光学的に接続されている。さらに、リング状光導波路４２４の上部には、このリング状光導波路４２４の実効屈折率を変化させるためのヒーター４２５が配置されている。
【００４５】
以下、本実施形態における動作について説明する。入力ポート４１２に入力された波長多重信号光は、アド・ドロップフィルタ４２３で、任意の波長チャンネルが分波（ドロップ）されて取り出され、又は任意の波長チャンネルが合波（アド）されて挿入され、波長選択スイッチ４１９において波長多重光の分離、光路の切り換え、合波の操作を経て、出力ポート４１８に出力される。波長選択スイッチ４１９は、１入力−多出力であるので、第１及び第２の実施形態のような閉ループ状導波路が必ずしも必要ではなく、比較的簡易に構成することができる。
【００４６】
また、図示しないが、上述した本実施形態の波長選択装置を備える光学モジュールとして構成されてもよい。この光学モジュールは、上述した本実施形態の波長選択装置と、波長選択装置のリング状光導波路のヒーターを制御する制御回路と、波長選択装置の温度を調節する温度調節回路と、を備えて構成される。温度調節回路は、例えば、波長選択装置の温度変化を検出するためのサーミスタを有しており、このサーミスタの作動に基づいて、制御回路がリング状光導波路のヒーターを駆動制御することで、温度の調節を行うように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１の実施形態の波長選択装置の構成を示す模式図である。
【図２Ａ】リング状光導波路フィルタの動作を説明するための示す模式図である。
【図２Ｂ】リング状光導波路フィルタの波長透過特性を示す図である。
【図３Ａ】波長選択装置における光路の切り換えを説明する第１の例を示す模式図である。
【図３Ｂ】波長選択装置における光路の切り換えを説明する第２の例を示す模式図である。
【図４】第２の実施形態の波長選択装置を示す模式図である。
【図５】第３の実施形態の波長選択装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０１ ＳＯＩ基板
１０２ 出力ポートアレイ
１０３ 直線状光導波路
１０４ 閉ループ状光導波路
１０５ リング状光導波路
１０６ ヒーター
１０８ リング状光導波路
１０９ 直線状光導波路ア
１１０ 直線状光導波路
１１１ 入力ポートアレイ
１１２ ヒーター
１１４ アド・ドロップフィルタ
１１５ 波長選択スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに交差して配置された２つの直線状光導波路と、前記２つの直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置されたリング状光導波路と、前記リング状光導波路に設けられ前記リング状光導波路の実効屈折率を変化させるための変化手段と、を備える波長フィルタ。
【請求項２】
第１の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光を合波及び分波するための複数の第２の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路と前記第２の直線状光導波路との各交差部に前記第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数のリング状光導波路と、前記各リング状光導波路に設けられ前記リング状光導波路の実効屈折率を変化させるための複数の変化手段と、を備える波長フィルタ。
【請求項３】
複数の前記第１の直線状光導波路を備え、
前記複数の第１の直線状光導波路と前記複数の第２の直線状光導波路とが格子状に配置され、前記第１の直線状光導波路と前記第２の直線状光導波路との各交差部に複数の前記リング状光導波路が設けられている、請求項２に記載の波長フィルタ。
【請求項４】
前記各光導波路はＳＯＩ基板に形成され、
前記変化手段は、前記リング状光導波路近傍に配置されたヒーターである、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の波長フィルタ。
【請求項５】
前記各光導波路は半導体基板に形成され、
前記各光導波路は、半導体からなるクラッド層によって、該クラッド層よりも屈折率が高い半導体からなるコア層を挟んで構成され、
前記変化手段は、前記リング状光導波路に配置され、前記リング状光導波路の前記コア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極を有している、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の波長フィルタ。
【請求項６】
前記各光導波路は、誘電体からなるクラッド層によって、該クラッド層よりも屈折率が高い誘電体からなるコア層を挟んで構成され、
前記変化手段は、前記リング状光導波路に配置され、前記リング状光導波路の前記コア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極を有している、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の波長フィルタ。
【請求項７】
前記各光導波路がチャンネル型光導波路である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の波長フィルタ。
【請求項８】
前記各光導波路がリブ型光導波路である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の波長フィルタ。
【請求項９】
複数の第１の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路に交差して格子状に配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の第２の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路と前記第２の直線状光導波路との各交差部に前記第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数のリング状光導波路と、前記各リング状光導波路に設けられ前記リング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の変化手段と、を備える波長選択スイッチ。
【請求項１０】
複数の直線状光導波路と、前記直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の閉ループ状光導波路と、前記直線状光導波路と前記閉ループ状光導波路との各交差部に前記直線状光導波路と前記閉ループ状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数のリング状光導波路と、前記各リング状光導波路に設けられ前記リング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の変化手段と、を備え、
前記リング状光導波路は、前記閉ループ状光導波路が構成する閉ループの内側に配置されている、波長選択スイッチ。
【請求項１１】
前記リング状光導波路は、前記閉ループ状光導波路が構成する閉ループの内側及び外側にそれぞれ配置されている、請求項１０に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１２】
前記各光導波路はＳＯＩ基板に形成され、
前記変化手段は、前記リング状光導波路近傍に配置されたヒーターである、請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１３】
前記各光導波路は半導体基板に形成され、
前記各光導波路は、半導体からなるクラッド層によって、該クラッド層よりも屈折率が高い半導体からなるコア層を挟んで構成され、
前記変化手段は、前記リング状光導波路に配置され、前記リング状光導波路の前記コア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極を有している、請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１４】
前記各光導波路は、誘電体からなるクラッド層によって、該クラッド層よりも屈折率が高い誘電体からなるコア層を挟んで構成され、
前記変化手段は、前記リング状光導波路に配置され、前記リング状光導波路の前記コア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極を有している、請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１５】
前記各光導波路がチャンネル型光導波路である、請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１６】
前記各光導波路がリブ型光導波路である、請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１７】
第１の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光を合波及び分波するための複数の第２の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路と前記第２の直線状光導波路との各交差部に前記第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合された複数の第１のリング状光導波路と、前記各第１のリング状光導波路に設けられ前記第１のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるための複数の第１の変化手段と、を有する波長フィルタと、
前記第１の直線状光導波路の端部と光学的に接続された直線状光導波路を含む複数の第３の直線状光導波路と、前記第３の直線状光導波路に交差して格子状に配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の第４の直線状光導波路と、前記第３の直線状光導波路と前記第４の直線状光導波路との各交差部に前記第３及び第４の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数の第２のリング状光導波路と、前記各第２のリング状光導波路に設けられ前記第２のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の第２の変化手段と、を有する波長選択スイッチと、
を備える波長選択装置。
【請求項１８】
複数の第１の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路に交差して格子状に配置され特定波長の信号光を合波及び分波するための複数の第２の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路と前記第２の直線状光導波路との各交差部に前記第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数の第１のリング状光導波路と、前記各第１のリング状光導波路に設けられ前記第１のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるための複数の第１の変化手段と、を有する波長フィルタと、
前記複数の第１の直線状光導波路の端部にそれぞれ光学的に接続された複数の第３の直線状光導波路と、前記第３の直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の閉ループ状光導波路と、前記第３の直線状光導波路と前記閉ループ状光導波路との各交差部に前記直線状光導波路と前記閉ループ状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数の第２のリング状光導波路と、前記各第２のリング状光導波路に設けられ前記第２のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の第２の変化手段と、を有し、前記第２のリング状光導波路は、前記閉ループ状光導波路が構成する閉ループの内側に配置されている波長選択スイッチと、
を備える波長選択装置。
【請求項１９】
前記波長選択スイッチの前記第２のリング状光導波路は、前記閉ループ状光導波路が構成する閉ループの内側及び外側にそれぞれ配置されている、請求項１８に記載の波長選択装置。
【請求項２０】
前記各光導波路はＳＯＩ基板に形成され、
前記各変化手段は、前記リング状光導波路近傍に配置されたヒーターである、請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の波長選択装置。
【請求項２１】
前記各光導波路は半導体基板に形成され、
前記各光導波路は、半導体からなるクラッド層によって、該クラッド層よりも屈折率が高い半導体からなるコア層を挟んで構成され、
前記各変化手段は、前記リング状光導波路に配置され、前記リング状光導波路の前記コア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極を有している、請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の波長選択装置。
【請求項２２】
前記各光導波路は、誘電体からなるクラッド層によって、該クラッド層よりも屈折率が高い誘電体からなるコア層を挟んで構成され、
前記各変化手段は、前記リング状光導波路に配置され、前記リング状光導波路の前記コア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極を有している、請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の波長選択装置。
【請求項２３】
前記各光導波路がチャンネル型光導波路である、請求項１７ないし２２のいずれか１項に記載の波長選択装置。
【請求項２４】
前記各光導波路がリブ型光導波路である、請求項１７ないし２２のいずれか１項に記載の波長選択装置。
【請求項２５】
請求項１７ないし２４のいずれか１項に記載の波長選択装置と、
前記リング状光導波路の前記各変化手段を制御する制御回路と、
前記波長選択装置の温度を調節する温度調節回路と、
を備える光学モジュール。
【請求項１】
互いに交差して配置された２つの直線状光導波路と、前記２つの直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置されたリング状光導波路と、前記リング状光導波路に設けられ前記リング状光導波路の実効屈折率を変化させるための変化手段と、を備える波長フィルタ。
【請求項２】
第１の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光を合波及び分波するための複数の第２の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路と前記第２の直線状光導波路との各交差部に前記第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数のリング状光導波路と、前記各リング状光導波路に設けられ前記リング状光導波路の実効屈折率を変化させるための複数の変化手段と、を備える波長フィルタ。
【請求項３】
複数の前記第１の直線状光導波路を備え、
前記複数の第１の直線状光導波路と前記複数の第２の直線状光導波路とが格子状に配置され、前記第１の直線状光導波路と前記第２の直線状光導波路との各交差部に複数の前記リング状光導波路が設けられている、請求項２に記載の波長フィルタ。
【請求項４】
前記各光導波路はＳＯＩ基板に形成され、
前記変化手段は、前記リング状光導波路近傍に配置されたヒーターである、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の波長フィルタ。
【請求項５】
前記各光導波路は半導体基板に形成され、
前記各光導波路は、半導体からなるクラッド層によって、該クラッド層よりも屈折率が高い半導体からなるコア層を挟んで構成され、
前記変化手段は、前記リング状光導波路に配置され、前記リング状光導波路の前記コア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極を有している、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の波長フィルタ。
【請求項６】
前記各光導波路は、誘電体からなるクラッド層によって、該クラッド層よりも屈折率が高い誘電体からなるコア層を挟んで構成され、
前記変化手段は、前記リング状光導波路に配置され、前記リング状光導波路の前記コア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極を有している、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の波長フィルタ。
【請求項７】
前記各光導波路がチャンネル型光導波路である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の波長フィルタ。
【請求項８】
前記各光導波路がリブ型光導波路である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の波長フィルタ。
【請求項９】
複数の第１の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路に交差して格子状に配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の第２の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路と前記第２の直線状光導波路との各交差部に前記第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数のリング状光導波路と、前記各リング状光導波路に設けられ前記リング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の変化手段と、を備える波長選択スイッチ。
【請求項１０】
複数の直線状光導波路と、前記直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の閉ループ状光導波路と、前記直線状光導波路と前記閉ループ状光導波路との各交差部に前記直線状光導波路と前記閉ループ状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数のリング状光導波路と、前記各リング状光導波路に設けられ前記リング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の変化手段と、を備え、
前記リング状光導波路は、前記閉ループ状光導波路が構成する閉ループの内側に配置されている、波長選択スイッチ。
【請求項１１】
前記リング状光導波路は、前記閉ループ状光導波路が構成する閉ループの内側及び外側にそれぞれ配置されている、請求項１０に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１２】
前記各光導波路はＳＯＩ基板に形成され、
前記変化手段は、前記リング状光導波路近傍に配置されたヒーターである、請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１３】
前記各光導波路は半導体基板に形成され、
前記各光導波路は、半導体からなるクラッド層によって、該クラッド層よりも屈折率が高い半導体からなるコア層を挟んで構成され、
前記変化手段は、前記リング状光導波路に配置され、前記リング状光導波路の前記コア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極を有している、請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１４】
前記各光導波路は、誘電体からなるクラッド層によって、該クラッド層よりも屈折率が高い誘電体からなるコア層を挟んで構成され、
前記変化手段は、前記リング状光導波路に配置され、前記リング状光導波路の前記コア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極を有している、請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１５】
前記各光導波路がチャンネル型光導波路である、請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１６】
前記各光導波路がリブ型光導波路である、請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１７】
第１の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光を合波及び分波するための複数の第２の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路と前記第２の直線状光導波路との各交差部に前記第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合された複数の第１のリング状光導波路と、前記各第１のリング状光導波路に設けられ前記第１のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるための複数の第１の変化手段と、を有する波長フィルタと、
前記第１の直線状光導波路の端部と光学的に接続された直線状光導波路を含む複数の第３の直線状光導波路と、前記第３の直線状光導波路に交差して格子状に配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の第４の直線状光導波路と、前記第３の直線状光導波路と前記第４の直線状光導波路との各交差部に前記第３及び第４の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数の第２のリング状光導波路と、前記各第２のリング状光導波路に設けられ前記第２のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の第２の変化手段と、を有する波長選択スイッチと、
を備える波長選択装置。
【請求項１８】
複数の第１の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路に交差して格子状に配置され特定波長の信号光を合波及び分波するための複数の第２の直線状光導波路と、前記第１の直線状光導波路と前記第２の直線状光導波路との各交差部に前記第１及び第２の直線状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数の第１のリング状光導波路と、前記各第１のリング状光導波路に設けられ前記第１のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるための複数の第１の変化手段と、を有する波長フィルタと、
前記複数の第１の直線状光導波路の端部にそれぞれ光学的に接続された複数の第３の直線状光導波路と、前記第３の直線状光導波路に交差して配置され特定波長の信号光の光路を切り換えるための複数の閉ループ状光導波路と、前記第３の直線状光導波路と前記閉ループ状光導波路との各交差部に前記直線状光導波路と前記閉ループ状光導波路にそれぞれ光学的に結合されて配置された複数の第２のリング状光導波路と、前記各第２のリング状光導波路に設けられ前記第２のリング状光導波路の実効屈折率を変化させるため複数の第２の変化手段と、を有し、前記第２のリング状光導波路は、前記閉ループ状光導波路が構成する閉ループの内側に配置されている波長選択スイッチと、
を備える波長選択装置。
【請求項１９】
前記波長選択スイッチの前記第２のリング状光導波路は、前記閉ループ状光導波路が構成する閉ループの内側及び外側にそれぞれ配置されている、請求項１８に記載の波長選択装置。
【請求項２０】
前記各光導波路はＳＯＩ基板に形成され、
前記各変化手段は、前記リング状光導波路近傍に配置されたヒーターである、請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の波長選択装置。
【請求項２１】
前記各光導波路は半導体基板に形成され、
前記各光導波路は、半導体からなるクラッド層によって、該クラッド層よりも屈折率が高い半導体からなるコア層を挟んで構成され、
前記各変化手段は、前記リング状光導波路に配置され、前記リング状光導波路の前記コア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極を有している、請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の波長選択装置。
【請求項２２】
前記各光導波路は、誘電体からなるクラッド層によって、該クラッド層よりも屈折率が高い誘電体からなるコア層を挟んで構成され、
前記各変化手段は、前記リング状光導波路に配置され、前記リング状光導波路の前記コア層に電圧を印加するための陽極及び陰極の各電極を有している、請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の波長選択装置。
【請求項２３】
前記各光導波路がチャンネル型光導波路である、請求項１７ないし２２のいずれか１項に記載の波長選択装置。
【請求項２４】
前記各光導波路がリブ型光導波路である、請求項１７ないし２２のいずれか１項に記載の波長選択装置。
【請求項２５】
請求項１７ないし２４のいずれか１項に記載の波長選択装置と、
前記リング状光導波路の前記各変化手段を制御する制御回路と、
前記波長選択装置の温度を調節する温度調節回路と、
を備える光学モジュール。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１８１４２６（Ｐ２０１０−１８１４２６Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８７２８３（Ｐ２００７−２８７２８３）
【出願日】平成１９年１１月５日（２００７．１１．５）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月５日（２００７．１１．５）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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