JP5910970B2 - Wavelength selective switch - Google Patents
Wavelength selective switch Download PDFInfo
- Publication number
- JP5910970B2 JP5910970B2 JP2013014706A JP2013014706A JP5910970B2 JP 5910970 B2 JP5910970 B2 JP 5910970B2 JP 2013014706 A JP2013014706 A JP 2013014706A JP 2013014706 A JP2013014706 A JP 2013014706A JP 5910970 B2 JP5910970 B2 JP 5910970B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wavelength
- optical
- waveguide
- emitted
- selective switch
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 139
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 52
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 12
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 10
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 38
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 16
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 9
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 9
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 5
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 5
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 4
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 210000002858 crystal cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
本発明は波長分割多重光通信の線路に導入される波長選択スイッチに関する。 The present invention relates to a wavelength selective switch introduced into a wavelength division multiplexing optical communication line.
波長分割多重(WDM, Wavelength Division Multiplexing)通信路の中に設置される通信ノードでは、光信号を電気信号に変換し電気スイッチで経路切り替えすることなく、光信号のまま経路切り替えを行うことにより、通信ノードの低消費電力化、小型化を同時に実現可能なROADM(Reconfigurable Optical Add/Drop multiplexer)システムの導入が進められている。そのROADMには、基幹デバイスとして波長選択スイッチ(WSS, Wavelength Selective Switch)が搭載され、様々な方式がこれまで提案されてきた。 In a communication node installed in a wavelength division multiplexing (WDM) communication path, an optical signal is converted into an electrical signal and the path is switched by an electrical switch, and the path is switched without changing the optical signal. Introduction of a reconfigurable optical add / drop multiplexer (ROADM) system capable of simultaneously realizing low power consumption and miniaturization of a communication node is in progress. The ROADM is equipped with a wavelength selective switch (WSS) as a core device, and various methods have been proposed so far.
図1に一般的な構成の波長選択スイッチの概念図を示し、その動作について説明する。一般的なWSSは少なくとも1つの入力ポートとN個の出力ポートを有する光入出力部と、少なくとも1つのレンズと、波長分波部及び波長合波部(波長合分波部)と、光信号を所望の出力ポートへ切り替えるための光偏向部とを含んで構成される。図1は、波長選択スイッチの構成では、光入出力部100を入出力ファイバアレイ101で、波長合分波部を回折格子105で、光偏向部を光偏向素子107でそれぞれ構成した例を示す。 FIG. 1 is a conceptual diagram of a wavelength selective switch having a general configuration, and its operation will be described. A general WSS includes an optical input / output unit having at least one input port and N output ports, at least one lens, a wavelength demultiplexing unit and a wavelength multiplexing unit (wavelength multiplexing / demultiplexing unit), and an optical signal. And a light deflection unit for switching to a desired output port. FIG. 1 shows an example in which the optical input / output unit 100 is configured by an input / output fiber array 101, the wavelength multiplexing / demultiplexing unit is configured by a diffraction grating 105, and the optical deflection unit is configured by an optical deflection element 107 in the configuration of the wavelength selective switch. .
以下では、波長選択スイッチにおいて、波長合分波部によって波長分波される方向をx軸、x軸に直交する向きである入出力ファイバアレイ101のファイバが配列する方向をy軸、光信号がファイバから出力される際の進行方向をz軸と定義する。 In the following, in the wavelength selective switch, the direction of wavelength demultiplexing by the wavelength multiplexing / demultiplexing unit is the x axis, the direction in which the fibers of the input / output fiber array 101 that is orthogonal to the x axis are arranged is the y axis, and the optical signal is The traveling direction when output from the fiber is defined as the z-axis.
以下では説明のために、光入出力部100を構成する入出力ファイバアレイ101の本数を5本とし、その中心ファイバを入力ポート、最下部に配置されたファイバを出力ポートとして設定しているが、本数及び入出力ファイバの選択に関しては本説明に限定されるものではない。また、入力ファイバから出射された光信号が光偏向素子107までに通過する主光線を太実線にて、光偏向素子107にて反射された光信号が、出力ファイバに結合までの主光線を太破線にて表している。 In the following, for the sake of explanation, the number of the input / output fiber arrays 101 constituting the optical input / output unit 100 is set to five, the central fiber is set as the input port, and the fiber arranged at the bottom is set as the output port. The selection of the number and input / output fibers is not limited to this description. Further, the chief ray through which the optical signal emitted from the input fiber passes to the optical deflecting element 107 is shown by a thick solid line, and the chief ray until the optical signal reflected by the optical deflecting element 107 is coupled to the output fiber is thick. It is represented by a broken line.
入出力ファイバアレイ101から空間に出射された光信号は、入出力ファイバアレイ101によって閉じ込められていたビーム径に応じた一定の開口数(Numerical aperture,NA)にて広がりながら伝播する。この光信号は、入出力ファイバアレイ101の各々の光ファイバから出た光信号がそれぞれコリメート光として空間を伝播するように焦点距離及び配置位置を調整されたマイクロレンズアレイ102によって、NAを調整され、さらに集光レンズ103のy軸方向における入射位置に応じた角度に変換される。この光信号は、レンズ104を介して再び角度を位置に変換された後に回折格子105によって、x軸方向に波長分波され、さらにレンズ106を介して光偏向素子107上に集光される。光偏向素子107において、出力ファイバに最適に結合するように角度調整された光信号は、各レンズ、回折格子を逆にたどるように通過し、集光レンズ103に達する。集光レンズ103は、集光レンズ103に入射するビームのy軸方向の高さに比例した角度に変換する機能を有しており、この集光レンズ103に入射した光信号は、出力ファイバに向かってz軸と平行になるように位置及び角度を調整され、入出力ファイバアレイ101における、所望の出力ファイバに結合することでスイッチングを行うことができる。本動作は回折格子105にて波長分波されていることから、光偏向素子107の設定により波長ごとに所望の出力ポートに振り分けることが可能であり、波長選択的なスイッチングデバイスとして動作する。 An optical signal emitted into the space from the input / output fiber array 101 propagates while spreading at a constant numerical aperture (NA) corresponding to the beam diameter confined by the input / output fiber array 101. The NA of this optical signal is adjusted by the microlens array 102 whose focal length and arrangement position are adjusted so that the optical signal emitted from each optical fiber of the input / output fiber array 101 propagates through space as collimated light. Further, it is converted into an angle corresponding to the incident position of the condenser lens 103 in the y-axis direction. This optical signal is converted into an angle again through the lens 104, and then wavelength-demultiplexed in the x-axis direction by the diffraction grating 105, and further condensed on the optical deflection element 107 through the lens 106. In the optical deflection element 107, the optical signal whose angle is adjusted so as to be optimally coupled to the output fiber passes through each lens and the diffraction grating in the reverse direction and reaches the condenser lens 103. The condensing lens 103 has a function of converting to an angle proportional to the height of the beam incident on the condensing lens 103 in the y-axis direction, and an optical signal incident on the condensing lens 103 is transmitted to the output fiber. The position and angle are adjusted so as to be parallel to the z-axis, and switching can be performed by coupling to a desired output fiber in the input / output fiber array 101. Since this operation is wavelength-demultiplexed by the diffraction grating 105, it can be distributed to a desired output port for each wavelength by setting the optical deflecting element 107, and operates as a wavelength-selective switching device.
光偏向部を構成する光偏向素子107としては、MEMS(Micro-electro mechanical system)技術によるマイクロミラーアレイ(たとえば、特許文献1参照)、液晶セルアレイ、DMD(Digital mirror device)、LCOS(Liquid crystal on silicon)など(たとえば、特許文献2参照)が代表的なものとして挙げられる。 As the optical deflecting element 107 constituting the optical deflecting unit, a micromirror array (for example, refer to Patent Document 1) based on MEMS (Micro-electro mechanical system) technology, a liquid crystal cell array, a DMD (Digital mirror device), an LCOS (Liquid crystal on silicon) (for example, refer to Patent Document 2).
WSSを実現する際には、上述した重要な構成要素である入出力部、波長合分波部、光偏向部のそれぞれを、どのような素子を用いて構成するかにより、基本的な動作原理はそのままに、特徴は大きく異なるものになる。 When realizing WSS, the basic operation principle depends on what elements are used to configure the input / output unit, wavelength multiplexing / demultiplexing unit, and optical deflection unit, which are the above-described important components. The features will be very different.
例えば、最も単純な構成としては、入出力部をファイバアレイで、波長合分波部をバルク型回折格子で、光偏向部をLCOSでそれぞれ構成したWSSが知られている。この例では図1とほぼ同様に光学素子が配置される。このWSSの構成例の特徴としては、入出力部に光ファイバアレイ101を採用していることから入出力ポートをアレイ化しやすく、出力ポート数Nを数10程度と大きく設定することができる。また、バルク光学素子を多く用いていることから、比較的低損失なWSSを実現可能である。 For example, as the simplest configuration, WSS is known in which an input / output unit is a fiber array, a wavelength multiplexing / demultiplexing unit is a bulk diffraction grating, and an optical deflection unit is LCOS. In this example, optical elements are arranged in substantially the same manner as in FIG. As a feature of the configuration example of the WSS, since the optical fiber array 101 is employed for the input / output unit, the input / output ports can be easily arrayed, and the number N of output ports can be set to a large value of about several tens. In addition, since many bulk optical elements are used, a relatively low loss WSS can be realized.
その他のWSSの構成例としては、入出力部及び波長合分波部の双方を平面光波回路(PLC,Planer Lightwave Circuit)技術によるアレイ導波路回折格子(AWG,Arrayed-Waveguide Grating)に集積して構成し、光偏向部を主に液晶スイッチで構成したWSS(たとえば、特許文献1参照)が知られている。このWSSでは入力ポート及び出力ポートがそれぞれ一つのAWGに対応する。入力ポートに接続されたAWGから空間に出力された信号光は、波長毎に異なる同位相面を備えていることにより、波長毎に伝搬する方向が異なる。よって、AWGは波長毎に出射角度が異なる角度分散特性を備えた分光器として作用する。したがって、AWGを伝搬した信号光は、レンズにより、x軸方向に対して波長毎に異なった位置に集光される。この焦点位置に液晶スイッチを配置し、さらに任意の角度に偏向されるように液晶スイッチを動作させる。この空間偏向機能により、信号光を任意の合波用AWGへとレンズを介して光結合させることが可能となる。以上より、上記の光学系全体が波長選択スイッチ(WSS)の機能を果たすことになる。このとき、合波用AWGの数をN個とすると、1入力N出力の機能を有する1×N−WSSが得られる。本構成は、WSSにおける主だった機能部である入出力部、波長合分波部及び光偏向部のうちの入出力部と波長合分波部をPLCに集積することにより、光学素子のアライメントに由来する実装負荷が低減される特徴を持つ。さらに、AWGはバルクの回折格子と比較して高次数での回折が可能であることから分散能が高く、より短焦点距離のレンズを用いることが可能であるため、光学系の小型化が期待できる。 As another WSS configuration example, both the input / output unit and the wavelength multiplexing / demultiplexing unit are integrated in an arrayed-waveguide grating (AWG) using a planar lightwave circuit (PLC) technology. There is known a WSS (see, for example, Patent Document 1) in which a light deflection unit is mainly configured by a liquid crystal switch. In this WSS, each input port and output port corresponds to one AWG. Since the signal light output to the space from the AWG connected to the input port has the same phase plane that differs for each wavelength, the propagation direction differs for each wavelength. Therefore, the AWG acts as a spectroscope having angular dispersion characteristics with different emission angles for each wavelength. Therefore, the signal light that has propagated through the AWG is collected by the lens at different positions for each wavelength in the x-axis direction. A liquid crystal switch is arranged at this focal position, and the liquid crystal switch is operated so as to be deflected at an arbitrary angle. With this spatial deflection function, the signal light can be optically coupled to an arbitrary multiplexing AWG via a lens. As described above, the entire optical system functions as a wavelength selective switch (WSS). At this time, assuming that the number of multiplexing AWGs is N, 1 × N-WSS having a function of one input and N outputs is obtained. This configuration integrates the input / output unit and the wavelength multiplexing / demultiplexing unit among the input / output unit, the wavelength multiplexing / demultiplexing unit, and the optical deflecting unit, which are the main functional units in WSS, to align the optical element. It has the feature that the mounting load derived from is reduced. Furthermore, AWG can be diffracted at a higher order than bulk diffraction gratings, so it has high dispersion and can use a lens with a shorter focal length. it can.
しかしながら、波長合分波部を波長分散素子であるバルク型回折格子で構成したWSSでは、バルク回折格子の分散能の限界から、光学系を小型化することは難しい。バルク型回折格子の角度分散(単位波長あたりの回折角変化量)は以下の(1)式にて表すことができる。 However, in the WSS in which the wavelength multiplexing / demultiplexing unit is configured by a bulk diffraction grating that is a wavelength dispersion element, it is difficult to reduce the size of the optical system due to the limit of the dispersibility of the bulk diffraction grating. Angular dispersion (diffractive angle change per unit wavelength) of the bulk diffraction grating can be expressed by the following equation (1).
(1)式において、Nは1mmあたりの溝本数、mは回折次数、θは回折角を意味する。一般的な回折格子の例として、N=940、m=1、θ=π/4の値を代入すると、角度分散は1.3rad/um程度と算出される。一方で、WSSの波長合分波部として用いることのできるAWGの角度分散は以下の(2)式にて表すことができる。 In the formula (1), N is the number of grooves per mm, m is the diffraction order, and θ is the diffraction angle. As an example of a general diffraction grating, when the values of N = 940, m = 1, and θ = π / 4 are substituted, the angular dispersion is calculated to be about 1.3 rad / um. On the other hand, the angular dispersion of AWG that can be used as the wavelength multiplexing / demultiplexing unit of WSS can be expressed by the following equation (2).
(2)式において、Nは有効屈折率、ΔLは隣接する出射点間の光路長差、pは隣接する出射点間のピッチを意味する。一般的なAWGの例として、n=1.5、ΔL=200um、p=10um、λ=1.55umを代入すると、角度分散は19rad/um程度と算出され、バルク型回折格子の実に10倍もの分散能を有することとなる。一般に用いられるバルク型回折格子とAWGとでは分散能に明らかな違いが存在する。この大きな違いを発生させるためには、(2)式におけるΔLを大きくしつつ、同時にpを小さく設計することが重要である。AWGでは導波路レイアウトを制御することでpはそのままにΔLを非常に大きく設定することができるため、桁違いの角度分散を発生させることができる。一方で、バルク型回折格子においては、作製方法がエッチング、レプリカいずれであろうともΔL及びpは同じ桁でしか作製できない。これが現状の技術で角度分散を大きく設定できない理由であり、バルク型回折格子を使う限りは光学系の短尺化は困難である。 In equation (2), N is the effective refractive index, ΔL is the optical path length difference between adjacent exit points, and p is the pitch between adjacent exit points. As an example of a general AWG, when n = 1.5, ΔL = 200 μm, p = 10 μm, and λ = 1.55 μm are substituted, the angular dispersion is calculated to be about 19 rad / um, which is 10 times that of a bulk diffraction grating. Have dispersibility. There is a clear difference in dispersibility between commonly used bulk diffraction gratings and AWGs. In order to generate such a large difference, it is important to design p to be small while increasing ΔL in equation (2). In AWG, by controlling the waveguide layout, it is possible to set ΔL to be very large while maintaining p as it is, and therefore, it is possible to generate an orderly angular dispersion. On the other hand, in a bulk type diffraction grating, ΔL and p can be produced only with the same digit regardless of whether the production method is etching or replica. This is the reason why the angular dispersion cannot be set large with the current technology, and it is difficult to shorten the optical system as long as a bulk diffraction grating is used.
入出力部及び波長合分波部をAWGに集積したWSSについては、上記のとおり小型な光学系が実現できるが、反面入出力ポート数の増加が難しいという課題がある。 As for WSS in which an input / output unit and a wavelength multiplexing / demultiplexing unit are integrated in an AWG, a small optical system can be realized as described above, but there is a problem that it is difficult to increase the number of input / output ports.
図2に入出力部及び波長合分波部をAWGに集積した波長選択スイッチの概念図を示し、その動作について説明する。以下では、波長選択スイッチにおいて、AWGによって波長分波される方向をx軸、x軸に直交する向きであるAWG201の基板厚み方向をy軸、光信号がAWGから出力される際の進行方向をz軸と定義する。本方式においては、一つのAWGが図1の入出力ファイバ1本分に相当するため、入出力ポート数は搭載するAWGの個数に等しい。 FIG. 2 shows a conceptual diagram of a wavelength selective switch in which an input / output unit and a wavelength multiplexing / demultiplexing unit are integrated in an AWG, and the operation thereof will be described. In the following, in the wavelength selective switch, the direction of wavelength demultiplexing by the AWG is the x axis, the substrate thickness direction of the AWG 201 which is the direction orthogonal to the x axis is the y axis, and the traveling direction when the optical signal is output from the AWG. It is defined as the z axis. In this method, since one AWG corresponds to one input / output fiber in FIG. 1, the number of input / output ports is equal to the number of mounted AWGs.
以下では説明のために、一枚のPLCチップに搭載されるAWGの数を3つ、このPLCチップをy軸方向に2枚並べて配置しているが、枚数及び1枚のPLCに搭載されるAWGの個数は本説明に限定されるものではない。 In the following, for the sake of explanation, the number of AWGs mounted on one PLC chip is three and two PLC chips are arranged side by side in the y-axis direction. The number of AWGs is not limited to this description.
AWG201から空間に出射された信号光は、AWGそのものが波長分波機能を有しているため、x軸方向に波長分波され、レンズ202を介して光偏向素子203上に集光される。光偏向素子203において、x軸またはy軸に関して所望の角度で偏向された光は,8つのAWGのうち、1つのAWGに結合することでスイッチングを行うことができる。この際、AWGがある程度のチップ面積を必要とするため、1枚のPLCに搭載できるAWGの数は光偏向素子203に偏向能力で律され、通常3〜5枚程度しか配置できない。また、y軸方向にAWGを並べるにはPLCチップを一枚ずつ精密にアライメントする、もしくは積層導波路を形成する、のいずれかの手段を採用することになるが、技術的に困難であり多くとも4〜5層程度しか実現されない。 Since the AWG itself has a wavelength demultiplexing function, the signal light emitted from the AWG 201 to the space is demultiplexed in the x-axis direction and is condensed on the light deflection element 203 via the lens 202. In the optical deflection element 203, the light deflected at a desired angle with respect to the x axis or the y axis can be switched by being coupled to one AWG among the eight AWGs. At this time, since the AWG requires a certain chip area, the number of AWGs that can be mounted on one PLC is limited by the deflection capability of the optical deflection element 203, and usually only about 3 to 5 can be arranged. In order to arrange AWGs in the y-axis direction, either means of precisely aligning the PLC chips one by one or forming a laminated waveguide is adopted, but this is technically difficult and often Only about 4-5 layers can be realized.
したがって、入出力部及び波長合分波部をAWGに集積したWSSでは入出力ポート数を増加するには光偏向素子203の基礎特性を劇的に改善させるかあるいは実装負荷を非常に大きくするかの二択となり、ポート数増加は困難である。 Therefore, in the WSS in which the input / output unit and the wavelength multiplexing / demultiplexing unit are integrated in the AWG, in order to increase the number of input / output ports, is it necessary to dramatically improve the basic characteristics of the optical deflecting element 203 or to greatly increase the mounting load? It is difficult to increase the number of ports.
また、WSSの波長合分波部を、AWGと同様に高分散能な素子であるVIPA(Virtually Imaged Phased Array)で構成することが考えられる。VIPAは、反射率の異なる鏡面を有する対向する平行平面ガラス板を備え、一方の鏡面の反射率をほぼ100%とし、他方の鏡面の反射率を100%より低く(例えば、95〜98%)とすることで、入射した光信号が鏡面間を多重反射し、反射率が100%より低い鏡面を透過して出射する素子である。VIPAは、入力された波長多重光信号を波長毎に分波する素子として知られている。 Further, it is conceivable that the wavelength multiplexing / demultiplexing unit of the WSS is configured by a VIPA (Virtually Imaged Phased Array) which is a highly dispersive element like the AWG. VIPA includes opposing parallel flat glass plates having mirror surfaces with different reflectivities, the reflectivity of one mirror surface is approximately 100%, and the reflectivity of the other mirror surface is lower than 100% (for example, 95 to 98%). By doing so, the incident optical signal is multiple-reflected between mirror surfaces, and is transmitted through a mirror surface having a reflectivity lower than 100% to be emitted. VIPA is known as an element that demultiplexes an input wavelength-multiplexed optical signal for each wavelength.
VIPAの角度分散もまた、上記(2)式にて表現することができ、AWGの角度分散と同程度の値となるので、一般に用いられるバルク型回折格子とVIPAとでは分散能に明らかな違いが存在する。この大きな違いを発生させるためには、AWGと同様に、VIPAでも、設置角度や基板厚みを制御することでpはそのままにΔLを非常に大きく設定することができるため、桁違いの角度分散を発生させることができる。 The angular dispersion of VIPA can also be expressed by the above equation (2), which is the same value as the angular dispersion of AWG. Therefore, there is a clear difference in dispersion power between commonly used bulk diffraction gratings and VIPA. Exists. In order to generate such a large difference, as in AWG, VIPA can also set ΔL to be very large while controlling pitting angle and substrate thickness by controlling the installation angle and substrate thickness. Can be generated.
以下、WSSの波長合分波部を、反射率の異なる鏡面を有する対向する平行平面ガラス板を備えたVIPAで構成する場合を検討する。 Hereinafter, a case where the wavelength multiplexing / demultiplexing part of the WSS is configured with a VIPA including opposing parallel flat glass plates having mirror surfaces with different reflectivities will be considered.
図3に、VIPAを用いたWSSの概念図を示す。図3に示すWSSは、入出力部を構成する入出力ファイバアレイ301、マイクロレンズアレイ302、波長合分波部を構成するVIPA303、レンズ304、及び光偏向部を構成する光偏向素子305がこの順番に配置される構造である。VIPA303を構成する対向する2枚のガラス板のうち入出力ファイバアレイ301側のガラス板には反射率がほぼ100%の鏡面が形成され、レンズ304側のガラス板には反射率が100%より低い鏡面が形成されている。図3に示すWSSの基本的な動作原理は図2のAWGを用いたWSSの動作原理と同様である。
FIG. 3 shows a conceptual diagram of WSS using VIPA. The WSS shown in FIG. 3 includes an input / output fiber array 301 that constitutes an input / output unit, a microlens array 302, a
図3に示すWSSは、y軸方向に入出力ファイバを複数本配置することで、AWGと同様に光学系の短尺化が期待できる。一方、VIPAにより複数の波長合分波部を高精度にレイアウトする実装負荷は高くなる。また、VIPA特有の問題として、出射ビームの強度プロファイルがx軸に対して非対称なモードになる点が挙げられる。x軸に対して非対称な強度分布を有する場合、レンズ304を介して集光され、光偏向素子305にて反射され、レンズ304で再び並行光に戻された際にVIPAからの出射ビームの強度プロファイルとの不整合が発生するため、原理的な結合損失が発生する。また、入出力ファイバアレイ301から出射した光は、マイクロレンズアレイ302によってNAを調整され、VIPA303に入射するが、ビームは空間を伝搬するうちに発散していく。従って、VIPA303にて複数回反射した後のビーム径はx軸及びy軸の両軸に対して、VIPA303に入射した直後のビーム径と比べて大径化している。このことから上記の強度プロファイルの不整合はy軸に対しても発生する。ゆえに、VIPAを用いた場合はx軸方向の多重反射による指数関数状の強度プロファイルであること、さらには多重反射によって長距離空間を伝搬したビームの発散によるビーム大径化、この二種類の原理損失が問題となる。
The WSS shown in FIG. 3 can be expected to shorten the optical system in the same manner as the AWG by arranging a plurality of input / output fibers in the y-axis direction. On the other hand, the mounting load for laying out a plurality of wavelength multiplexing / demultiplexing portions with high accuracy by VIPA increases. Another problem unique to VIPA is that the intensity profile of the outgoing beam is asymmetric with respect to the x-axis. When the intensity distribution is asymmetric with respect to the x-axis, the intensity of the outgoing beam from the VIPA is collected through the lens 304, reflected by the light deflection element 305, and returned to parallel light by the lens 304 again. Since mismatch with the profile occurs, a fundamental coupling loss occurs. The light emitted from the input / output fiber array 301 is adjusted in NA by the microlens array 302 and enters the
以上に述べたように、これまで提案されていたWSSは、波長選択スイッチの特性が波長合分波部の特性に大きく左右されるものである。さらに具体的には光学系の小型化、多ポート化、低損失化といったメリットのいずれかに特化した構成となっており、上記のメリットを同時に具現化する構成は実現が困難であった。 As described above, in the WSS proposed so far, the characteristics of the wavelength selective switch greatly depend on the characteristics of the wavelength multiplexing / demultiplexing unit. More specifically, the configuration is specialized for any of the merits such as downsizing, multiple ports, and low loss of the optical system, and it is difficult to realize a configuration that simultaneously realizes the above merits.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、容易に小型化、多ポート化を達成できる波長選択スイッチを提供することにある。さらに、本願発明は、波長分散素子から空間に出射されるビームの強度プロファイルを制御することができる波長選択スイッチを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a wavelength selective switch that can easily achieve downsizing and multi-port. Another object of the present invention is to provide a wavelength selective switch that can control the intensity profile of a beam emitted from a wavelength dispersion element into space.
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、M×N波長選択スイッチであって、少なくともM個(Mは1以上の整数)の入力ポート、少なくともN個(Nは1以上の整数)の出力ポート及び前記入力ポートから出射した波長多重光信号を波長分離する分光手段と、前記分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、前記集光手段により集光された光信号の各々に対し進行方向を変化させる空間偏向手段と、前記空間偏向手段により進行方向が変化した光信号の各々を合波して前記N個の出力ポートのいずれかから出射する合波手段とを含み、前記分光手段および前記合波手段はそれぞれ、導波路基板に形成された、光導波路の長手方向の一対の反射鏡であり前記光導波路の垂直上下で光信号の波長程度の間隔を有して対向し非対称の反射率を有する一対の反射鏡を備え、前記分光手段は、前記入力ポートから入力される光信号が前記一対の反射鏡の間を多重反射しながら前記光導波路の長手方向へ伝搬し、複数の反射点で、光信号の波長で決定される所定の屈折率角で前記導波路基板の外部へと出射し、これによって波長ごとに異なる屈折角によって分光し、前記合波手段は、前記反射鏡を透過して入射する光信号の各々が前記一対の反射鏡の間を多重反射しながら前記光導波路の長手方向へ伝搬し、合波されて前記出力ポートから外部へと出力することを特徴とするM入力N出力の機能を備えたことを特徴とする。 In order to achieve such an object, the present invention provides an M × N wavelength selective switch, wherein at least M (M is an integer of 1 or more) input ports, at least N A number of output ports (N is an integer equal to or greater than 1) and a spectral means for wavelength-separating wavelength-multiplexed optical signals emitted from the input ports; Optical means, spatial deflecting means for changing the traveling direction of each of the optical signals collected by the condensing means, and optical signals whose traveling direction has been changed by the spatial deflecting means are combined and the N and a multiplexing means for emitting from one of output ports, each of said spectral means and said combining means, formed on the waveguide substrate, in the longitudinal direction of the pair of reflectors of the optical waveguide said optical guide Light vertically above and below the waveguide A pair of reflectors having a reflectivity of opposed asymmetrical at a distance of the order of the wavelength of No., the spectroscopic means, multiple reflections between optical signals input from said input port of said pair of reflecting mirrors While propagating in the longitudinal direction of the optical waveguide, it is emitted to the outside of the waveguide substrate at a plurality of reflection points at a predetermined refractive index angle determined by the wavelength of the optical signal. The optical signal is transmitted through the reflecting mirror and propagated in the longitudinal direction of the optical waveguide while being multiplexed and reflected between the pair of reflecting mirrors. And an M-input N-output function characterized in that the output is output from the output port to the outside .
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のM×N波長選択スイッチであって、前記光導波路は利得媒体を含み、前記導波路基板は前記利得媒体に外部からエネルギーを注入する電極を備え、前記光信号が前記反射鏡間で多重反射する際に光強度を増幅するように構成されたことを特徴とする。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載のM×N波長選択スイッチであって、前記分光手段から出射する光信号の強度分布と、前記空間偏向手段により進行方向が変化し前記集光手段を透過し前記合波手段へ出射する光信号の強度分布とが一致するように構成されたことを特徴とする。 A third aspect of the present invention is the M × N wavelength selective switch according to the first or second aspect , wherein the traveling direction is changed by the intensity distribution of the optical signal emitted from the spectroscopic means and the spatial deflecting means. It is characterized in that the intensity distribution of the optical signal transmitted through the condensing means and emitted to the combining means coincides.
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載のM×N波長選択スイッチであって、前記分光手段から出射される光信号の光強度分布及び前記空間偏向手段により進行方向が変化し前記集光手段を透過し前記合波手段へ出射される光信号の光強度分布が、前記空間偏向手段における前記分光手段から出射される光信号が集光する点を含む法線を中心に対称となり一致するように構成されたことを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is the M × N wavelength selective switch according to any one of the first to third aspects, wherein the light intensity distribution of the optical signal emitted from the spectroscopic means and the spatial deflection means are advanced. The light intensity distribution of the optical signal that changes direction, passes through the condensing means, and is emitted to the combining means includes a normal line including a point where the optical signal emitted from the spectroscopic means in the spatial deflecting means is condensed. It is characterized by being configured so as to be symmetrical and coincide with each other.
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載のM×N波長選択スイッチであって、前記分光手段から出射される光信号の強度分布が前記光導波路の長手方向についてガウス関数状となるように構成されたことを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is the M × N wavelength selective switch according to any one of the first to fourth aspects, wherein the intensity distribution of the optical signal emitted from the spectroscopic means is in the longitudinal direction of the optical waveguide. It is configured to have a Gaussian function.
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載のM×N波長選択スイッチであって、前記分光手段と前記合波手段とは同一の導波路基板に形成され、前記分光手段と前記合波手段との間に前記光導波路の長手方向の分離溝を有することを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the M × N wavelength selective switch according to any one of the first to fifth aspects, wherein the spectroscopic means and the multiplexing means are formed on the same waveguide substrate. have a longitudinal separation groove of the optical waveguide between the spectroscopic unit and the multiplexing means and said.
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載のM×N波長選択スイッチであって、Mが1であることを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the M × N wavelength selective switch according to any one of the first to sixth aspects, wherein M is 1.
以上のように、本発明によれば、光導波路の長手方向に対して垂直上下方向に非対称の反射率を有する2枚の反射鏡を備えかつ互いの反射鏡の間隔が波長程度に設計された高い角度分散を有する分散素子と、少なくとも1枚のレンズと、光偏向素子とを用いた構成の波長選択スイッチ(WSS)であり、高分散な波長分波手段を用いることで、焦点距離が短いレンズの導入が可能であり装置の小型化が容易に実現可能になる。また、複数の分散素子を半導体基板上にモノリシック集積して一括で作製することで、実装負荷を増大させることなく容易に多ポート化を達成できる。さらに、分散素子から空間に出射されるビームの強度プロファイルを調整することで、多重反射による分散素子の課題であった原理損失の増大を避けることができ、低損失な波長選択スイッチを実現可能である。 As described above, according to the present invention, two reflecting mirrors having asymmetric reflectance in the vertical direction perpendicular to the longitudinal direction of the optical waveguide are provided, and the distance between the reflecting mirrors is designed to be about the wavelength. A wavelength selective switch (WSS) having a configuration using a dispersion element having high angular dispersion, at least one lens, and an optical deflection element, and has a short focal length by using highly dispersed wavelength demultiplexing means. A lens can be introduced, and the device can be easily downsized. In addition, since a plurality of dispersive elements are monolithically integrated on a semiconductor substrate and manufactured collectively, the number of ports can be easily increased without increasing the mounting load. Furthermore, by adjusting the intensity profile of the beam emitted from the dispersive element to the space, it is possible to avoid an increase in the principle loss, which was a problem of the dispersive element due to multiple reflections, and to realize a low-loss wavelength selective switch. is there.
本発明は、少なくともM個(Mは1以上の整数)の入力ポート、少なくともN個(Nは1以上の整数)の出力ポート及び入力ポートから出射した波長多重光信号を波長分離する分光手段と、分光手段により波長毎に分光された光信号を各々に集光する集光手段と、集光手段により集光された光信号の各々に対し進行方向を変化させる空間偏向手段と、空間偏向手段により進行方向が変化した光信号の各々を合波して出力ポートのいずれかから出射する合波手段とを備えたM×N波長選択スイッチとして実施することができる。なお、M=1、N=1として本発明を実施する場合には、1×1波長選択スイッチは、光信号の強度を変調できる機能を有するデバイス(例えば、波長ブロッカー)と等価である。 The present invention provides at least M (M is an integer greater than or equal to 1) input ports, at least N (N is an integer greater than or equal to 1) output ports, and spectral means for wavelength-separating wavelength multiplexed optical signals emitted from the input ports. A condensing means for condensing each of the optical signals separated by wavelength by the spectroscopic means, a spatial deflecting means for changing the traveling direction for each of the optical signals collected by the condensing means, and a spatial deflecting means Therefore, the optical signal can be implemented as an M × N wavelength selective switch including a multiplexing unit that multiplexes each of the optical signals whose traveling directions are changed and outputs them from any of the output ports. When the present invention is implemented with M = 1 and N = 1, the 1 × 1 wavelength selective switch is equivalent to a device (for example, a wavelength blocker) having a function capable of modulating the intensity of an optical signal.
一実施形態では、分光手段は、導波路基板に形成されており、光導波路の長手方向に対して垂直上下方向に非対称の反射率を備えた上下一対の反射鏡を具備し、且つ反射鏡の間隔が光信号の波長程度に調整されたラムダ垂直共振器の構造を有する。導波路基板に形成された分光手段は、光入力ポートから入力される光信号は一対の反射鏡間を幾何光学的にジグザグに複数反射を繰り返しながら(多重反射しながら)光導波路の長手方向へ伝搬し、複数の反射点毎で、スネルの法則に従って光信号の波長で決定される所定の屈折率角で光導波路外部へと出射し、これによって波長ごとに異なる屈折角によって分光する。 In one embodiment, the spectroscopic means is formed on the waveguide substrate, and includes a pair of upper and lower reflecting mirrors having asymmetric reflectance in the vertical direction perpendicular to the longitudinal direction of the optical waveguide, It has a structure of a lambda vertical resonator whose interval is adjusted to about the wavelength of the optical signal. The spectroscopic means formed on the waveguide substrate is configured such that an optical signal input from the optical input port repeats a plurality of reflections geometrically optically between a pair of reflecting mirrors in a longitudinal direction of the optical waveguide (multiple reflection). The light propagates and is emitted to the outside of the optical waveguide at a predetermined refractive index angle determined by the wavelength of the optical signal according to Snell's law at each of the plurality of reflection points.
以下、図4乃至11を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。
なお、以下の実施例において、波長分波部及び波長合波部(波長合分波部)の基板材料をGaAs、分布ブラッグ反射鏡(DBR)をGaAlAs/GaAs半導体多層膜反射鏡、そして活性領域(利得媒体)をGaInAs/GaAs多重量子井戸として図示しているが、決してこれに限ることはない。(1/4)波長厚みで、高屈折率膜、低屈折率膜を交互に積層可能な構成であれば良い。さらに、外部から電流注入し光増幅が可能な半導体材料による構成であれば良い。たとえば、基板材料をInP、DBRをInGaAsP/InP半導体多層膜反射鏡、活性領域をInGaAsP/InP多重量子井戸においても適用可能であることはいうまでもない。また、波長多重数を実施例1では2、実施例2では3としているが、本発明においては、決してこれに限ることがないことは言うまでもない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
In the following examples, the substrate material of the wavelength demultiplexing section and wavelength multiplexing section (wavelength multiplexing / demultiplexing section) is GaAs, the distributed Bragg reflector (DBR) is a GaAlAs / GaAs semiconductor multilayer mirror, and the active region Although (gain medium) is illustrated as a GaInAs / GaAs multiple quantum well, it is by no means limited to this. Any structure may be used as long as the high refractive index film and the low refractive index film can be alternately stacked with a wavelength thickness of (1/4). Furthermore, any structure may be used as long as it is made of a semiconductor material capable of optical amplification by injecting current from outside. For example, it is needless to say that the substrate material is applicable to InP, DBR to an InGaAsP / InP semiconductor multilayer mirror, and the active region to an InGaAsP / InP multiple quantum well. Further, although the number of wavelength multiplexing is 2 in the first embodiment and 3 in the second embodiment, it goes without saying that the present invention is not limited to this.
(第1の実施例)
図4乃至7を参照して第1の実施例を説明する。以下では、本発明の波長選択スイッチにおいて、波長合分波手段が形成された導波路基板403の基板面と平行であり波長合分波手段にて波長分波する方向をx軸、導波路基板403と平行でありx軸に直交する方向をy軸、導波路基板403の厚み方向をz軸と定義する。
(First embodiment)
The first embodiment will be described with reference to FIGS. Hereinafter, in the wavelength selective switch of the present invention, the direction parallel to the substrate surface of the
図4は、本実施例の波長選択スイッチ(WSS, Wavelength Selective Switch)の構成図である。本実施例のWSSは、入力用光ファイバアレイ401、マイクロレンズアレイ402、導波路基板403、レンズ404、光偏向素子405から主に構成されている。以下では説明のために、入出力ファイバアレイ401の本数は5本とし、その中心ファイバを入力ポート、最下部に配置されたファイバを出力ポートとして設定しているが、本数及び入出力ファイバの選択に関しては本説明に限定されるものではない。さらに、同様の機能を実現するものであれば、用いるレンズの個数は制限されない。また、入力ファイバから出射された光信号が光偏向素子405までに通過する主光線を太実線にて、光偏向素子405にて反射された光信号が、出力ファイバに結合までの主光線を太破線にて表している。
FIG. 4 is a configuration diagram of a wavelength selective switch (WSS) according to the present embodiment. The WSS of this embodiment mainly includes an input optical fiber array 401, a microlens array 402, a
図5に、導波路基板403の詳細を示す。図5によれば導波路基板403は、ファイバアレイ401及びマイクロレンズアレイ402から空間に出射された信号光を導波路基板403に結合させるための導波路入力ポート501、基板垂直方向に備えられた上部反射鏡502、下部反射鏡503、及び導波層504を有する。上部反射鏡502、下部反射鏡503、及び導波層504は、波長合分波手段を構成する。導波路入力ポート501から基板に結合した信号光は、上部反射鏡504及び下部反射鏡503の間で幾何光学的にジグザグに多重反射を繰り返す。両反射鏡における垂直方向の互いの間隔は波長程度、すなわち1μm程度である。このとき、上部反射鏡の反射率は下部反射鏡反射率よりも低く設計されているため、ジグザグに導波路内を伝搬する際、低い反射率を備える反射鏡から一部の光が空間へと出射される。出射に際しては、スネルの法則に従って波長ごとに異なる屈折角を伴うため、入力するWDM光信号の波長ごとに、異なる角度で空間へと出射される。導波路基板の波長分波機能部から出射した光信号は、空間における多光束干渉の結果として、波長毎に分波される。すなわち、本構成における導波路基板403は波長分波素子として動作する。よって、導波路基板403上に構成された各機能部を合わせて、波長分波機能部500とする。本実施例においては、入出力ファイバアレイ401の総数を5本として説明しているため、各波長分波機能部はこの本数に対応した5個としてy軸方向に一列に並ぶように配置されている。各波長分波機能部は光学的に独立している。このため隣接した波長分波機能部のクロストークを低減するためには、各波長分波機能部間に光遮断層を設けることが望ましい。例えば、エッチングによる溝形成が手段の一つとして考えられるが、同様の機能を実現するものであれば、どのような形態であっても問題はない。
FIG. 5 shows details of the
このときの上部反射鏡への入射角をθi、空間への出射角をθ、分波角度分散器を構成する導波路の等価屈折率をnwg、空気の屈折率をnair(=1)としたとき、スネルの法則によりnair×sinθ=nwg×sinθiが得られ、さらに導波路のカットオフ波長をλc、使用波長をλとしたとき、屈折角は以下の関係式によって表される。 At this time, the incident angle to the upper reflecting mirror is θ i , the exit angle to the space is θ, the equivalent refractive index of the waveguide constituting the demultiplexing angle disperser is n wg , and the refractive index of air is n air (= 1) ), N air × sin θ = n wg × sin θ i is obtained according to Snell's law, and when the cutoff wavelength of the waveguide is λ c and the wavelength used is λ, the refraction angle is expressed by the following relational expression: expressed.
よって、本波長分波素子では、設計したカットオフ波長λcが進行する角度θを信号光の基本的な進行方向とみなすことができ、波長λcの光はこの角度に進行するように振る舞う。 Therefore, in this wavelength demultiplexing device, the angle θ at which the designed cutoff wavelength λ c travels can be regarded as the basic traveling direction of the signal light, and the light with the wavelength λ c behaves to travel at this angle. .
本実施例における波長選択スイッチは以下のとおり動作する。入出力ファイバアレイ401から空間に出射された光信号は、コリメート光として空間を伝播するように焦点距離及び配置位置を調整されたマイクロレンズアレイ402によって、NAを調整され、導波路基板403に形成された波長分波機能部500−3に結合する。導波路基板は波長分波機能を有しているため、波長分波機能部500−3に結合した光信号は、x軸方向に波長分波され、さらにレンズ404を介して光偏向素子405上に集光される。光偏向素子405上に集光された各波長の光信号は、光偏向素子405において出力ファイバに最適に結合するように角度調整され、再びレンズ404に入射する。レンズ404は入射するビームのy軸方向の高さに比例した角度に変換する機能を有しているため、光偏向素子405により角度調整された光信号は、集光レンズ404により、波長分波機能部500−3から集光レンズ404へ向かう光信号と方向と平行になるように位置及び角度を調整され、波長分波機能部500−5に結合し、合波される。そして、波長分波機能部500−5における導波路入力ポートから空間に出射され、マイクロレンズアレイ402を介して入出力ファイバアレイ401における、所望の出力ファイバに結合することでスイッチングを行うことができる。
The wavelength selective switch in this embodiment operates as follows. The optical signal emitted from the input / output fiber array 401 to the space is formed on the
本実施例における導波路基板403は、上述のような動作原理から、高い角度分散を有しているため、光学系全体の短尺化を図ることができ、結果としてデバイス全体の小型化というメリットを有している。加えて、フォトリソグラフィ工程によって複数の波長分波機能部を高精度に同一基板上に一括作製される。この波長分波機能部の同時作製数は基板の大きさのみによって制限されるため、20以上の波長分波機能部を容易に配列可能である。このことから、アレイ導波路回折格子(AWG)を複数使用する形態のWSSで見られたPLCチップごとの個別アライメントが全く不要となる。さらにAWGを用いる形態ではスタック実装や積層導波路の実現が多ポート化には必須であり、非常に大規模なポート数の実現は困難であったが、本実施例では複数の波長分波機能部を一括で作製できるため多ポート化も容易に実現できる。以上のように、小型化と多ポート化という二つのメリットを同時に実現するWSSを提供可能である。また、各波長分波機能部は光学的に独立していることから導波路内でのy軸方向に関する発散を抑えることが可能であり、従来のVIPAを用いたWSSと比較して低損失なWSSを構築可能である。
The
さらに本実施例においては、光偏向素子405にx軸方向、y軸方向のいずれにも自由に偏向可能な二次元光偏向素子を適用することで、さらなる多ポート化が可能である。この場合の構成例を図6に示す。図6では、入出力ファイバアレイ601、マイクロレンズアレイ602及び導波路基板602を2組用いることで、出力ポート数を2倍にした構成である。説明図である図6では導波路基板は603−1及び603−2の2枚を別々に配置しているが、両者は一枚の導波路基板にて実現してもよい。この場合には図7のように、導波路基板603−1に対応する波長分波機能部701、導波路基板603−2に対応する波長分波機能部702を2次元的に1枚の基板上に配置することにより、追加の部材準備や実装におけるアライメントと必要としないまま、さらなる実装負荷の低減が可能である。
Furthermore, in this embodiment, by applying a two-dimensional optical deflection element that can be freely deflected in either the x-axis direction or the y-axis direction to the optical deflection element 405, it is possible to further increase the number of ports. A configuration example in this case is shown in FIG. In FIG. 6, the number of output ports is doubled by using two sets of the input / output fiber array 601, the microlens array 602, and the waveguide substrate 602. In FIG. 6, which is an explanatory diagram, two waveguide substrates 603-1 and 603-2 are separately arranged, but both may be realized by a single waveguide substrate. In this case, as shown in FIG. 7, the wavelength
(第2の実施例)
図8及び9を参照して第2の実施例を説明する。前述した第1の実施例においては、導波路基板403内は基板内を伝搬する光信号の多重反射により、空間における多光束干渉の結果として波長分波機能を有することが説明されており、この機能を用いた波長選択スイッチの構成例が示された。また、第1の実施例においては、各波長分波機能部が光学的に独立しておりy軸方向に関するビーム広がりを抑えることができるため、従来のVIPAを用いたWSSと比較しても低損失なWSSを構築できる。ただし、波長分波機能部から出射するビームのx軸方向に関する強度プロファイルによって、原理的に損失が発生することが知られている。この現象を説明した図が図8である。
(Second embodiment)
A second embodiment will be described with reference to FIGS. In the first embodiment described above, it is described that the
図8においては、波長分波機能部に入射後、一回目の反射により空間へ出力された光の軌跡を太線にて、最後に反射され、空間に出力された光の軌跡を破線にて示している。光の強度としては、太線の軌跡が最も強く、破線の軌跡が最も弱いことになる。また波長分波機能部内を伝搬する距離という観点では太線は最も短く、破線は最も長い距離を伝搬してから空間に出射されることとなる。このようにして光路長差を与えられた光源群が干渉して波長分波することになるが、同じ波長分波機能部にて光を合波するためには、それぞれの光の光路長差をキャンセルするように光路を設定しなければならない。すなわち、太線を辿る光が再び波長分波機能部に結合する際、破線の出射点位置に結合することで波長分波機能部内で最も長い距離を伝搬させ、破線を辿る光が再び波長分波機能部に結合する際は、太線の出射点位置に結合することで波長分波機能部内で最も長い距離を伝搬させることが必要となる。こうした場合は両者の位相が整合し、波長合波が可能となる。しかし、このままでは出射時の強度プロファイルと反射後の強度プロファイルが整合しないため、ここに起因する原理的な損失が発生する。実施例1におけるWSSではこの原理損失を含んでいても十分低損失にできる構成であるが、損失に非常に敏感なノードにおいては、できるだけ低損失することが求められる場合がある。 In FIG. 8, after entering the wavelength demultiplexing function unit, the locus of the light output to the space by the first reflection is indicated by a bold line, and the locus of the light reflected last and output to the space is indicated by a broken line. ing. As the intensity of light, the thick line locus is the strongest and the broken line locus is the weakest. Further, from the viewpoint of the propagation distance in the wavelength demultiplexing function unit, the thick line is the shortest, and the broken line is emitted to the space after propagating the longest distance. In this way, the light source group given the optical path length difference interferes and wavelength demultiplexes, but in order to multiplex the light in the same wavelength demultiplexing function unit, the optical path length difference of each light The light path must be set to cancel. That is, when the light that follows the thick line is coupled to the wavelength demultiplexing function unit again, it is propagated through the longest distance in the wavelength demultiplexing function unit by coupling to the emission point position of the broken line, and the light that follows the broken line is again wavelength demultiplexed. When coupling to the functional unit, it is necessary to propagate the longest distance in the wavelength demultiplexing functional unit by coupling to the emission point position of the thick line. In such a case, both phases are matched, and wavelength multiplexing is possible. However, since the intensity profile at the time of emission and the intensity profile after reflection do not match with each other as it is, a fundamental loss due to this occurs. Although the WSS in the first embodiment has a configuration capable of sufficiently reducing the loss even if this principle loss is included, a node very sensitive to the loss may be required to have a loss as low as possible.
上述した損失を回避するための波長分波機能部の構成を図9に示す。図9によれば、実施例1における導波路基板403は、ファイバアレイ401及びマイクロレンズアレイ402から空間に出射された信号光を導波路基板403に結合させるための導波路入力ポート901と、導波路基板の垂直方向に形成された上部反射鏡902、下部反射鏡903、導波層及び活性領域904と、電極905及び906とを備える。導波路基板403は、各波長分波機能部間に光遮断層(例えば、エッチングにより形成された溝)を設けても良い。基本的な波長分波動作については実施例1と同様であるが、導波層904の部分に活性領域が備えられており、さらに電極905及び906が具備され、基板に電流を注入できる構造である点が異なる。
FIG. 9 shows the configuration of the wavelength demultiplexing function unit for avoiding the above-described loss. According to FIG. 9, the
導波層904に活性領域を備え、半導体光増幅器の構造を持つ場合、電流を注入することによって、信号光の光増幅が可能となる。本実施例においては、電極905及び906によって電流を注入し光増幅することによって、本発明や前述したVIPAなど、多重反射型分波素子における原理的な結合損失を追加の部材なしで補償することができ、実施例1における小型化、多ポート化といったメリットを維持しつつ、低損失であるという新たなメリットを同時に実現可能である。 When the waveguide layer 904 has an active region and has a structure of a semiconductor optical amplifier, signal light can be amplified by injecting a current. In this embodiment, current is injected by the electrodes 905 and 906 and optical amplification is performed, so that the fundamental coupling loss in the multi-reflection type demultiplexing element such as the present invention or the VIPA described above can be compensated without additional members. It is possible to simultaneously realize the new merit of low loss while maintaining the merit of downsizing and multi-port in the first embodiment.
(第3の実施例)
図10及び11を参照して第3の実施例を説明する。前述した第2の実施例において、強度プロファイルの不整合に起因する原理損失を、光半導体の光増幅効果によって補償するWSSの例を説明した。一方で、波長分波機能部より出射されるビームの強度プロファイルと、光偏向素子にて反射されて波長分波機能部に再結合する強度プロファイルを一致させることができれば、原理的な損失は低減できる。これを説明した図が図10である。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIGS. In the second embodiment described above, the example of WSS that compensates the principle loss due to mismatch of intensity profiles by the optical amplification effect of the optical semiconductor has been described. On the other hand, if the intensity profile of the beam emitted from the wavelength demultiplexing function unit and the intensity profile reflected by the optical deflection element and recombined with the wavelength demultiplexing function unit can be matched, the principle loss is reduced. it can. FIG. 10 illustrates this.
図10においては、説明の簡略化のためWSSのx−z平面のみを図示しているが、本説明においては実施例1における図4または図5のように、波長分波機能部がy軸方向に複数存在しており、ビームが出射する波長分波機能部と光偏向素子にて反射された後に再結合する波長分波機能部とは独立して存在していることを付記する。波長分波機能部から出射されたビームが光偏向素子上に集光する位置から伸びる、光偏向素子の反射面の法線を線Aとして説明する。線Aはレンズの中心を通る線として説明するが、線Aがレンズの中心を必ずしも通る必要はなく、光偏向素子の反射面に対する法線でなくともよい。以下に説明するように、波長分波機能部における強度プロファイルが一致するような条件が成立する点が重要であり、この条件が成立する限りは線Aをどのように光学設計しても問題はない。波長分波機能部からの出射ビームが有する強度プロファイルが線Aに対し、波長分波軸方向に関して対称な形状、例えばトップハット型、線A上に最大の強度が現れるようなガウシアン型をとる場合については太線の強度及び破線の強度が等しく、一度波長分波機能部から出射された光が再結合する際に、最大効率にて結合する。従って、波長分波機能部を出射したビームプロファイルと、光偏向素子にて反射された光のビームプロファイルが一致することで、原理損失を低減することができる。 In FIG. 10, only the xz plane of WSS is shown for simplicity of explanation, but in this description, as shown in FIG. 4 or FIG. It is noted that there are a plurality of wavelength demultiplexing function units that are present in the direction, and a wavelength demultiplexing function unit that is recombined after being reflected by the optical deflection element. The normal line of the reflection surface of the optical deflection element that extends from the position where the beam emitted from the wavelength demultiplexing function unit is condensed on the optical deflection element will be described as line A. Although the line A is described as a line passing through the center of the lens, the line A does not necessarily pass through the center of the lens, and may not be a normal to the reflection surface of the light deflection element. As will be described below, it is important that a condition that the intensity profiles in the wavelength demultiplexing function unit match is satisfied. As long as this condition is satisfied, no matter how optically the line A is optically designed, there is no problem. Absent. When the intensity profile of the output beam from the wavelength demultiplexing function section is symmetrical with respect to the line A with respect to the wavelength demultiplexing axis direction, for example, a top hat type, or a Gaussian type in which the maximum intensity appears on the line A As for, the intensity of the thick line and the intensity of the broken line are equal, and when the light emitted from the wavelength demultiplexing function unit is recombined, it is coupled with maximum efficiency. Accordingly, the principle loss can be reduced by matching the beam profile emitted from the wavelength demultiplexing function unit with the beam profile of the light reflected by the optical deflection element.
上述した損失を回避するための波長分波機能部の構成を図11に示す。図11によれば、実施例3における導波路基板403は、ファイバアレイ401及びマイクロレンズアレイ402から空間に出射された信号光を導波路基板403に結合させるための導波路入力ポート1101と、導波路基板403の垂直方向に形成された上部反射鏡1102、下部反射鏡1103、導波層及び活性領域1104と、電極アレイ1105と、電極分離溝1106と、電極1107とを備える。基本的な波長分波動作については実施例1及び2と同様であるが、導波層1104の部分に活性領域が備えられており、さらに複数の電極が配置された電極アレイ1105と、電極アレイ1105における各々の電極の間に配置された電極分離溝1106と、電極1107とが具備されている点が異なる。
The configuration of the wavelength demultiplexing function unit for avoiding the above-described loss is shown in FIG. According to FIG. 11, the
本実施例においては、電極1105の各々に対して個別に電流注入を行うことが特徴である。このような構成をとる場合は、波長分波機能部内の位置に応じて異なった利得を受けることになり、強度プロファイルを自在に調節することが可能となる。例えば、図11において、導波路入力ポート1101から遠くに配置されている電極ほど、大きな利得となるように電流注入量を調節すると、本来高強度で空間に出射される部分の利得が低く、反対に低強度で空間に出射される部分の利得が高くなるため、波長分波機能部1100から出射するすべての光の強度を等しくすることができる。これはいわゆるトップハット型の強度分布を有するビームを整形することに等しい。従って、波長分波機能部より出射したビームの強度プロファイルと、光偏向素子にて反射された後に再結合するビームの強度プロファイルは一致することになり、原理的な損失を完全になくすことが可能となる。
This embodiment is characterized in that current injection is individually performed for each of the electrodes 1105. When such a configuration is adopted, different gains are received depending on the positions in the wavelength demultiplexing function unit, and the intensity profile can be freely adjusted. For example, in FIG. 11, when the current injection amount is adjusted so that the electrode disposed farther from the
このような効果は、何も線Aに対して波長分波軸方向に対称なビームを整形することのみによって得られるものではなく、例えば波長分波機能部1103−3から出射したビームが指数関数状の歪んだプロファイルであっても、このビームが結合する別の波長分波機能部1103−5がその歪んだ強度プロファイルと一致するように電流注入量を調節することで原理損失を回避可能である。あくまで必要なのはビームの強度プロファイルを特定の形状に調節することが本発明の主眼ではなく、光偏向素子により反射されたビームが結合する波長分波機能部において強度プロファイルが一致する、ということが最も重要な点である。本実施形態においては、前述のように強度プロファイルの不整合による損失を原理的に改善することができる点に加え、半導体光増幅器の光増幅機能を持たせることで、デバイスのさらなる低損失化を達成できる。もちろんこのメリットは、第1の実施例及び第2の実施例と同じく、小型化と多ポート化というメリットと共存でき、これらのメリットを同時に実現するWSSを提供可能である。 Such an effect is not obtained only by shaping a beam symmetrical with respect to the line A in the wavelength demultiplexing axis direction. For example, the beam emitted from the wavelength demultiplexing function unit 1103-3 is an exponential function. Even if it is a distorted profile, it is possible to avoid the principle loss by adjusting the current injection amount so that another wavelength demultiplexing function unit 1103-5 to which this beam is combined matches the distorted intensity profile. is there. It is only necessary that the intensity profile of the beam is adjusted to a specific shape, and that the intensity profile is the same in the wavelength demultiplexing function unit where the beams reflected by the light deflecting elements are combined. It is an important point. In this embodiment, in addition to the fact that the loss due to mismatch of intensity profiles can be improved in principle as described above, the optical amplification function of the semiconductor optical amplifier is provided to further reduce the loss of the device. Can be achieved. Of course, this merit can coexist with the merit of downsizing and multi-porting as in the first and second embodiments, and it is possible to provide a WSS that simultaneously realizes these merit.
100 入出力部
101,301,401,601 入出力ファイバアレイ
102,302,402,602 マイクロレンズアレイ
103 集光レンズ
104,106,202,304,404,604 レンズ
105 回折格子
107,203,305,405,605 光偏向素子
201 アレイ導波路格子
303,403,603 VIPA
500,1100 波長分波機能部
501,901,1101 導波路入力ポート
502,902,1102 上部反射鏡
503,903,1103 下部反射鏡
504 導波層
701,702 波長分波機能部アレイ
904,1104 導波層及び活性領域
905,906,1107 電極
1105 電極アレイ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Input / output part 101,301,401,601 Input / output fiber array 102,302,402,602 Micro lens array 103 Condensing lens 104,106,202,304,404,604 Lens 105 Diffraction grating 107,203,305, 405, 605 Optical deflection element 201 Array waveguide grating 303, 403, 603 VIPA
500, 1100 Wavelength demultiplexing function section 501,901,1101 Waveguide input port 502,902,1102 Upper reflecting mirror 503,903,1103 Lower reflecting mirror 504 Waveguide layer 701,702 Wavelength demultiplexing function section array 904,1104 Wave layer and active region 905, 906, 1107 Electrode 1105 Electrode array
Claims (7)
前記分光手段および前記合波手段はそれぞれ、導波路基板に形成された、光導波路の長手方向の一対の反射鏡であり前記光導波路の垂直上下で光信号の波長程度の間隔を有して対向し非対称の反射率を有する一対の反射鏡を備え、前記分光手段は、前記入力ポートから入力される光信号が前記一対の反射鏡の間を多重反射しながら前記光導波路の長手方向へ伝搬し、複数の反射点で、光信号の波長で決定される所定の屈折率角で前記導波路基板の外部へと出射し、これによって波長ごとに異なる屈折角によって分光し、前記合波手段は、前記反射鏡を透過して入射する光信号の各々が前記一対の反射鏡の間を多重反射しながら前記光導波路の長手方向へ伝搬し、合波されて前記出力ポートから外部へと出力することを特徴とするM入力N出力の機能を備えたことを特徴とするM×N波長選択スイッチ。 At least M (M is an integer greater than or equal to 1) input ports, at least N (N is an integer greater than or equal to 1) output ports, and spectral means for wavelength-separating wavelength multiplexed optical signals emitted from the input ports; Condensing means for condensing the optical signals spectrally separated by each wavelength by the means, spatial deflecting means for changing the traveling direction for each of the optical signals collected by the condensing means, and the spatial deflecting means And combining means for combining each of the optical signals whose traveling directions have changed by the above and outputting them from any of the N output ports,
The spectroscopic means and the multiplexing means are each a pair of reflecting mirrors formed in the waveguide substrate in the longitudinal direction of the optical waveguide, and are opposed to each other with an interval of about the wavelength of the optical signal vertically above and below the optical waveguide. and a pair of reflectors having a reflectivity of asymmetrical, the spectroscopic means, the optical signal inputted from the input port propagates in the longitudinal direction of the optical waveguide with multiple reflections between said pair of reflecting mirrors , At a plurality of reflection points, the light is emitted to the outside of the waveguide substrate at a predetermined refractive index angle determined by the wavelength of the optical signal, thereby performing spectroscopy with a different refraction angle for each wavelength, and the multiplexing means Each of the optical signals that are transmitted through the reflecting mirror propagates in the longitudinal direction of the optical waveguide while being multi-reflected between the pair of reflecting mirrors, and are combined and output from the output port to the outside. M input N output characterized by M × N wavelength selective switch, characterized in that a function.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013014706A JP5910970B2 (en) | 2013-01-29 | 2013-01-29 | Wavelength selective switch |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013014706A JP5910970B2 (en) | 2013-01-29 | 2013-01-29 | Wavelength selective switch |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014145935A JP2014145935A (en) | 2014-08-14 |
JP5910970B2 true JP5910970B2 (en) | 2016-04-27 |
Family
ID=51426235
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013014706A Active JP5910970B2 (en) | 2013-01-29 | 2013-01-29 | Wavelength selective switch |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5910970B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6358710B2 (en) * | 2015-06-03 | 2018-07-18 | 日本電信電話株式会社 | Diffractive optical element |
WO2020105216A1 (en) * | 2018-11-19 | 2020-05-28 | 三菱重工業株式会社 | Laser device |
CN110044394A (en) * | 2019-05-08 | 2019-07-23 | 浙江大学昆山创新中心 | A kind of novel light wave leads phase-array scanning system |
WO2020226031A1 (en) | 2019-05-09 | 2020-11-12 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Optical device and optical detection system |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10256663A (en) * | 1997-03-12 | 1998-09-25 | Fujitsu Ltd | Light amplifier accumulated light branching filter, and its manufacturing method |
JP4031998B2 (en) * | 2003-02-20 | 2008-01-09 | 富士通株式会社 | Wavelength multiplexing processor |
JP2004258409A (en) * | 2003-02-26 | 2004-09-16 | Fujitsu Ltd | Optical switch module and wavelength selection switch |
JP4137829B2 (en) * | 2004-03-25 | 2008-08-20 | 富士通株式会社 | Chromatic dispersion compensator |
JP2010008487A (en) * | 2008-06-24 | 2010-01-14 | Fujitsu Ltd | Optical module and dispersion compensator |
JP2011253012A (en) * | 2010-06-01 | 2011-12-15 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Method for manufacturing optical waveguide circuit having laminate core and optical signal processing device including the optical waveguide circuit |
JP5662266B2 (en) * | 2011-07-01 | 2015-01-28 | 株式会社デンソー | Optical deflection module |
-
2013
- 2013-01-29 JP JP2013014706A patent/JP5910970B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014145935A (en) | 2014-08-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3852409B2 (en) | Optical functional device | |
US10797817B2 (en) | Optical signal processing device | |
JP5692865B2 (en) | Wavelength cross-connect equipment | |
JP4960294B2 (en) | Wavelength selective switch | |
US9307301B2 (en) | Optical switch | |
US7634165B2 (en) | Monolithic tunable lasers and reflectors | |
JP2010524022A (en) | Multiplexer waveguide coupling method and system | |
US9917417B2 (en) | Method and system for widely tunable laser | |
JP5910970B2 (en) | Wavelength selective switch | |
US20060127006A1 (en) | Tunable demultiplexer and tunable laser with optical deflector | |
JP4254776B2 (en) | Optical functional device | |
JP4967847B2 (en) | Optical switch and MEMS package | |
US20170168238A1 (en) | Wavelength division device, wavelength division multiplexing system and wavelength multiplexing system | |
JP6238413B2 (en) | Optical signal processor | |
WO2017138091A1 (en) | Optical multiplexer | |
JP4945475B2 (en) | Variable dispersion compensator | |
JP6212456B2 (en) | Wavelength selective switch | |
JP5759430B2 (en) | Wavelength selective switch | |
US20020081062A1 (en) | Optical grating based multi-input demultiplexer for multiple sets of interleaved wavelength channels | |
US20050249458A1 (en) | Wavelength selection device | |
US6636660B2 (en) | Monochrometer and wavelength division multiplexer comprising said monochrometer | |
JP5839586B2 (en) | Optical signal processor | |
WO2019203307A1 (en) | Wavelength-selective optical switch | |
KR20170069900A (en) | Wavelength division device, wavelength division multiplexing system and wavelength multiplexing system | |
Gu et al. | First Demonstration of C-band Wavelength Demultiplexer Based on a Bragg Reflector Waveguide Amplifier Using InP Material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141210 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20141210 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150819 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150901 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151030 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160315 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160318 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5910970 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |