JPH01502619A - 光学波長分割多重化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発用は光学波長分割多重化装置に関するものである。

さらに詳細にいえば、本発明はレーザ・アレイ多重化装置や、双方向マルチプレ ウス／デマルチプレクスＨＥや、光伝送ＩＮに用いられるのが適切であるドロッ プ・アンド・アト部品に関するものである。

波長分割多重化（Ｗ　Ｄ　Ｍ　、　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｄｉｖｉｓｉｏｎｍ ｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｏ）は光ファイバの伝送性能を向上させるためのよく知ら れた技術である。１個だけの光ＶＡ（レーザまたはＬＥＤ）を用いてファイバに 入力する代りに、２個またはざらに多くの光源が用いられ、これらの光源のおの おのは異なる波長で動作する。伝送性能を最良にするためにはチャンネル間の間 隔を小さくすることが好ましい。性能が長期間にわたり安定していることは重要 な因子であり、特に、熱的なドリフトのないことが望ましい。

背景技術 例えば、半導体レーザ・ダイオードは多重化光源として用いられている。このよ うな半導体レーザ・ダイオードでは、動作波長は活性病の材料の組成によって定 まる。

したがって、異なる波長を発生するのに、活性層の異なるものが用いられている 。けれども、このようなダイオードでは典型的な有限のスペクトル幅を有してお り、かつまた、活性層の組成には製造上の変動許容範囲があるので、達成できる 最小チャンネル間隔には限界がある。

通常、その値は約３０ｎｍである。単一周波数形のレーザを用いることにより、 例えば、分布形フィードバック（Ｄ　Ｆ　Ｂ　、　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｆ ｅｅｄｂａｃｋ）レーザや実開結合共振器（Ｃ３，ｃｌｅａｖｅ−ｃｏｕｐｌｅ ｄ−ｃａｖｉｔｙ　）　Ｌ／−Ｖヲ用イルことにより、もつと小さなチャンネル 間隔を得ることができる。けれども、これらの場合には、おのおののレーザの発 振波長を精密に保持するには、また、おのおののレーザからの出力をすべて結合 するのに用いられる多重化装置と共振させるには、精巧なｌｉｌｌｍｌが必要で ある。

例示の目的で、角型的な１つの装置の構成を第１図に示した。この装置は１０チ ャンネル多重化に電１の場合のちのである。この装置では、１０個の固定波長レ ーザし１〜’１Ｇが、結合用ファイバ５によって、入力線状アレイ３の中で結合 される。共通出力ファイバをまた有しているこのアレイ３はリトロ形配置光学１ ｉ１９の焦平面に配置される。この光学装置はコリメート用および集束用レンズ １１と、分散素子である反射形回折格子１３とを有している。個々のレーザＬ　 −Ｌ、ｏから放射された光は平行光線になって進み、そして回折され、そして共 過出カフアイバフの上に再び集束される。このＩＩでは、すべての放射光が回折 されて共通の焦点に確実に集束するだめには、放射光の波長とアレイの配置とを 注意深く整合させなければならないことがわかるであろう。

前記のこのような装置は、Ｎ、Ａ、０１ｓｓｏｎほか　名の文献［１，５μ肌に おける１０個の単一波長レーザの波長分割多重化を用いた１、３７テラビツトｋ ｍ／ｓ容量を有する６８．３ｋｌ伝送（６８、３ｋ　ｍ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉ ｏｎ　ｗｉｔｈｌ　、　３７　Ｔｂ１ｔ　ｋｍ／ｓ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｕｓｉ ｎｇ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｄｉｖｉｓｉｏｎ　ｓｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ　ｏ ｆ　ｔｅｎ　ｓｉｎｇｌｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｌａｓｅｒｓ　ａｔ　１　、５ 　ｕ　ｍ　）　Ｊ　、　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ＬｅｔｔｅｒＳ第２巻、第３ 号、１０５頁−１０６頁（１９８５年）に詳細に開示されている。この文献に開 示されている装置において選定された１０個のレーザはへテロ・エビタクシヤリ ・リッジ・オーバグローン（ＨＲＯ、ｈｅｔｅｒｏ−ｅｐｉｔａＸｉａｌｌｙｒ ｉｄｇｅ　ｏｖｅｒｇｒｏｗｎ　）分布形フィードバック（Ｄ　Ｆ　Ｂ　、　ｄ ｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザ形のものである。これらは２ 次の回折格子と５開された両端面とを用いて作成されている。設計波長の異なる ウェハから選定されたレーザの波長分布は１．５２９μｍと１．５６１μｍの間 にある。

前記のように、ウェハを選定することはコストが高く、かつＰＲ間のかかる工程 を必要とするので、大傷生産のためには、経済上、実際的でないことは明らかで ある。この形式の装置では、長期間にわたる安定度もまた重大な問題点の１つで ある。

本発明により問題点のまた別の解決方法が得られ、そしてこのような厄介な選定 をする必要のない方法が得られる。

本発明により 光を平行光線にして進め、かつ光を分散し、かつ光を焦点に集める光学＠置と、 前記光学装置の焦点の位置またはその近傍に実効的に配置された少なくとも１つ のレーザと、前記光学装置の共通かつ共役な焦点の位置またはその近傍に配置さ れ、かつ、１つの前記レーザから放射された光を受け取るように配置された光導 波器とを有し、前記光導波器が反射率の大きな装置を有し、それにより１つの前 記レーザから放射された光を反射して共振放射のＩＩＩｔＩＩｌを行なうことを 特徴とする、光学波長分割多重化装置が得られる。

前記装置では、１つのレーザの共振波長は光学装置の空間分散特性によって、お よびこの光学５Ａ置に対するレーザの相対位置によって、一義的に決定される。

光は有限の寸法の開口部から反射されるのは避けられないから、反射された光は 有限の領域の波長に限定され、最悪の場合には、放射光は複数個の縦モードを含 むことがありうる。けれども、レーザの正面端面の反射特性と透過特性を変える ことにより、またはその代りに反射増大装置、例えばエタロン、を設計すること により、選択度を大きくすることができる。これらのいずれの場合にも、共振結 合した共振器が得られる。い、ずれの場合にも、反射開口部の寸法を限定するこ とは明らかに利点である。もし導波器がファイバ形式のものであるならば、埋め 込まれた反射器をそなえて、ファイバのコアに反射を限定するのが好都合である 。

前記１つのレーザの正面端面は焦点の位置またはその近傍に配置される。または 、この焦点の情誼から離れた位置に配置することができるが、それへの結合はフ ァイバまたは他の導波器によって行なわれる。［実効的に配置される］という云 い方はこれに対応する意味のものである。

この１つのレーザが１個または複数個の付加レーザと組み合わされ、そして直接 にまたは接続用導波器を使って組み立てられ、アレイ・インタフェースが得られ る。

このようにして、各レーザの異なる波長は無事面内の相対位置により定まるであ ろう。

この１つのレーザが１個または複数個の検出器と同じように組み合わされて、双 方向伝送装置が得られる。

この１つのレーザが１つの検出器および１個または複数個の再帰反射器と組み合 わされて、ドロップ・アンド・アト部品が得られる。

面の簡単なト 第１図はレーザおよび多重化光学装置の従来の装置の概要図、 第２図は本発明による装置の概要図、 第３図、Ｆ３よび第４図は第２図に示されたＫＭに使用するためにそれぞれが変 更された２つの光フアイバ導波器の拡大平面図、 第５図および第６図は第２図の装置に使用するためにまた別の方式で変更された 光フアイバ導波器の拡大平面図および横断面図、 第７図、第８図および第９図は本発明によるＩＩの単一チャンネル・ドロップ・ アンド・アト部品のそれぞれの側面図、横断面図、および平面図、 第１０図は第７図から第９図までの図面に示されたのと同様のドロップ・アンド ・アト部品を実施する光集積回路の平面概要図、 第１１図は第１０図に示された集積回路に適切に組み込むことができる再帰反射 導波器素子の拡大平面図。

１互１ 本発明をよりよく理解するために、添付された第２図から第１１図までの図面を 参照して実施例を説明する。

下記の説明は例示のためのものであって、本発明がそれらに限定されることを意 味するものではない。

第２図に示されている装置はリトロ形配置光学装置９である。この装置は、従来 の前記装置と同じように、コリメート用と集束用のレンズ１１と、傾けて配置さ れたる。このレーザ光源アレイ３′がコリメータ・レンズ１１の無事面内に配置 される。これらのレーザ光源は標準的なファブリ・ペロ形装置であり、それらの 名目中心波長はすべて同じである。これらのレーザ光源のそれぞれの出力端面１ ５は名目上の反射防止膜で被覆されていて、それらのレーザ発振波長（すなわち 、共振波長）はレーザの端面鏡で決定されるのではなく外部からのフィード４９ １体であると見なすことができる。

光導波器、すなわちファイバ７は、同じ無事面内で、図面に示されているように 、このファイバ７は埋め込まれた反射器１７を有している。この埋め込み反射器 １７はファイバ７の正面端部１９から少し離れた位置に配置される。波長選択外 部共振器がレンズ１１と、回折格子１３と、反射器１７とによって構成される。

この波長選択外部共振器によって共振波長が決定される。ファイバの中の反射器 １７は部分反射を行なうものであって、それにより、光学装Ｍ９からファイバ７ へ光出力を送ることができる。反射器１７は、図面に示されているように、ファ イバ７の中に埋め込まれている。それは、限られた開口部、すなわち、ファイバ ７のコア領域２１でのみ反射率が大きいことが好ましいからである。このような 複雑な構造体は、ファイバ２３とファイバ２５を組み立てて作成することができ る。すなわち、ファイバ２３の１つの研磨されたまたは実開された端面に、金ま たはそれと同等の反射膜１７を沈着し、その後、このファイバ２３とファイバ２ ５とを突き合せて組み立てることによって作成される（第３図を見よ）。これと 異なる組み立て作成法が第５図と第６図に示されている。この場合には、ファイ バ７の端面１９において、コア２１の露出面が反１１ｇ１１７“で被覆される。

しかし、この構造体は前記の構造体よりも製造するのが面倒であろう。

共振するであろう。それは、回折格子で回折されかつ反射された光が、熊手面上 の異なる位置に焦点を結ぶからである。したがって、レーザ素子の間隔と回折回 路の分散は、予め定められた適当な間隔を与えるように選定される。

光学装置組立体９の回折格子１３は多重化部品として動作すると共に、レーザ波 長を１１１１１０する波長選択素子としても動作する。

レーザ共振が幾何学的な因子によって事実土足められる場合、すなわち、アレイ の間隔と回折格子の幾何学的配置とによって定まる場合、このＩＩは１度による ドリフト効果やそれに類する効果を比較的受けないことがさらにわかるであろう 。

波長の選択度は、各レーザの前方端面１５の透過率／反射率を設計することによ って、さらに改良することができる。したがって、反側防止膜のところに、それ に代つて半反射膜を配置することができる。これは結合された共振器、すなわち 、レーザの共振器と外部共振器とを結合する効果をもつ。この場合には、１つの 縦共振モードでの光放射が強められるであろう。

アレイ３′の部品はすべて光源である必要はない。あるチャンネルについては、 すなわち、アレイの異なる位置では、光検出器（または検出器として動作するこ とができるレーザ）を使用することができる。このことにより、ファイバを通じ て双方向通信を行なうことができる。

第７図および第９図に示されている単一チャンネル・ドロップ、・アンド・アト 装置では、ファブリ・ベロ形し光フアイバ導波器、すなわち、出力光ファイバ７ と入力光ファイバ３１と共に、装置を組み立てる。レーザファイバ７は、再帰反 射器２７の軸３３の両側に対称的にかつ等距離に配置される。この装置では、入 力ファイバ３１から放射されて与えられた任意の波長の光は平行光線になって進 み、再帰反射器２７の点Ｘに集光し、そして反射されてこの再帰反射器のもう１ つの対応する点ｙに入射し、そしてその後平行光線になって出力ファイバフに再 び集光する。しかし、１つの特定の波長については、入力ファイバ３１から放射 された光は検出器２つと出力ファイバフとの間を結合する。

熊手面内の他の点にもレーザと検出器の対を付加して配置することにより、ドロ ップ・アンド・アト・チャンネルを付加してそなえることができることがわかる であ縦モードと共振することができる。この場合には、長距離装冒において、問 題点の生ずることがわかる。それはファイバがもつ分散のために、モードの分離 と干渉がどうしても避【プられないからである。これに対する１つの対応策は、 前記のように、レーザの反射率を変更することである。けれども、これと異なる １つの解決策は、１つの反射器１７を用いる代りに、出力ファイバフの中にエタ ロンａ４造体を用いることである。例えば、第４図に示されているように、２個 の離れて配置された反射器１７．１７’　をファイバ７の中に埋め込んで配置す ることである。

ファイバ出力導波器７を用いる代りに、集積光回路チップにオブ酸リチウム、ま たは■−ｖ族化合物半導体、例えばＧａＡｓ／ＧａＡＪＡｓ）を用いることがで きる。

これらの集積光回路チップは付加された機能を実行することもできる。もし必要 ならば、レーザ・アレイ３′をこのチップの中に組み込むことができる。

このドロップ・アンド・アトｌｌｉを実施する集積回路が第１０図に示されてい る。この光回路チップ３５の中に、入力導波器３１′と、出力導波器７′と、再 帰反射る。再帰反射器素子のおのおのは１対の導波器３７．３９を有しており、 そしてこれらの導波器が端部の鏡４１（第１０図）によって、または適当な長さ の回折格子４３（第１１図）によって結合される。入力導波器と出力導波器とは 一定の距離ｒｄＪだけ離れており、モして再帰反射器対３７．３９と、検出器導 波器４５とレーザ導波器４７も同じ距離ｒｄＪだけ離れている。このことにより 、レーザＬ１と出力導波器７′とは、およびまた検出器２９′と入力導波器３１ ′も、同じ波長で結合することが保証される。また、入力導波器３１′および出 力導波器７′は、および任意の１つの再帰反射器素子の対応する導波器３７．３ ９は、同じそれぞれの波長に対して同様に結合する。

本発明は例示した前記実施例に限定されるものではないことは明らかであろう。

特に、光学装置は前記実施例とは異なる部品、例えば、複数個のレンズ、透過形 回折格子、プリズム、鏡などを有することができるし、またこの先学ｔｉＮもリ ドロウ形配置のものに限られるわ【プではない。場合によっては、反射形部品を 用いた光学装置配置よりも透過形部品を用いた光学装置配置の方が利点の得られ る場合があり、本発明の範囲にはこれらの装置をすべて包含するものである。

、／ｃ／Ｇ、／。

７Ｉｃ′／Ｇ、１０ 宝＠訓査報告 −ψ−−ｖｌＡ＃ｅ１ｍｍｌ−ｍ、ｐ（ニア　ＧＢ　εε１００ｍ９二国際調査 報告 ＧＢεεＣ０１ｇｌ ５Ａ２ユ１Ｓｉ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．光を平行光線にして進め、かつ、光を分散し、かつ、光を焦点に集める光学 装置（９）と、前記光学装置（９）の焦点の位置にまたはその近傍に実効的に配 置された少なくとも１つのレーザ（Ｌ１′）と、前記光学装置（９）の共通かつ 共役な焦点の位置にまたはその近傍に配置され、かつ、１つの前記レーザ（Ｌ１ ′）から放射された光を受け取るように配置された光導波器（７，７′）とを有 し、 訂記光導波器（７，７′）が反射率の大きな装置（１７，１７′，１７′′）を 有し、それにより１つの前記レーザ（Ｌ１′）から放射された光を反射して共振 放射の制御を行なうことを特徴とする、 光学波長分割多重化装置。
2. ２．請求項１において、前記レーザ（Ｌ１′）がフアブリ・ペロー形である前記 装置。
3. ３．請求項２において、前記レーザ（Ｌ１′）が反射防止膜で複覆された正面端 面（１５）を有する前記装置。
4. ４．請求項２において、前記レーザ（Ｌ１′）が光を部分的に反射する膜で被覆 さ打た正面端面（１５）を有し、かつ、前記レーザ（Ｌ１′）の共振器本体と（ 光学装置（９）と反射増大装置（１７，１７′，１７′′）とで構成される）外 部共振器とが共振する共振器として結合される前記装置。
5. ５．請求項１から請求項４までのいずれかにおいて、前記レーザ（Ｌ１′）が同 じ形式でありかつ名目上同じ中心波長を有する１個または複数個の付加レーザ（ Ｌｎ′）と組み合せてそなえられ、かつ、（Ｌ１′からＬｎ′までの）前記レー ザがアレイ（３′）に組み立てられかつすべての前記レーザが前記光学装置（９ ）の対応する焦点の位置にまたはその近傍に実効的に配置される前記装置（第２ 図）。
6. ６．請求項１から請求項５までのいずれかにおいて、前記レーザ（Ｌ１′）が１ 個または複数個の検出器（２９，２９′）と組み合わせてかつ焦平面アレイの形 でそなえられた前記装置（第９図、第１０図）。
7. ７．請求項１から請求項６までのいずれかにおいて、前記レーザ（Ｌ１′，Ｌｎ ′）のいずれかまたはおのおのが１個または複数個の再帰反射器（２７，２７′ ）と対応する検出器（２９，２９′）と組み合わせてそなえられかつすべての前 記再帰反射器と検出器が前記光学装置（９）の共通焦平面またはその近傍に実効 的に配置され、かつ、前記光導波器（７，７′）とまた別の光導波器（３１，３ １′）が対になつて共役焦点の位置に配置されてドロップ・アンド・アド装置と して動作する前記装置（第９図、第１０図）。
8. ８．請求項７において、前記光学装置がその共通焦平面と前記共役焦点が同一平 面上にある光学装置である前記装置（第９図、第１０図）。
9. ９．請求項８において、前記光導波器（７′，３１′）のいずれもおよび再帰反 射器（２７′）のおのおのが光集積回路（３５）の一部分として埋め込まれてい る前記装置（第１０図）。
10. １０．請求項９において、前記レーザ（Ｌ１′）のいずれかまたはおのおのと対 応する前記検出器（２９′）のおのおのが同じ前記光集積回路（３５）の一部分 として同じように埋め込まれている前記装置。
11. １１．請求項１から請求項８までのいずれかにおいて、前記導波器（７，３１） のいずれかまたはおのおのが光ファイバ形式の導波器である前記装置（第２図、 第９図）。
12. １２．請求項１１において、前記光ファイバ（７）が埋め込まれた反射器（１７ ）を有し、かつ、前記反射器（１７）が前記反射器増強装置として動作する前記 装置。
13. １３．請求項１において、１つの前記光導波器が光フアイバ形式の導波器であり 、かつ、前記ファイバが埋め込まれかつ一定の距離だけ離れた１対のエタロン反 射器（１７，１７′）を有する前記装置（第４図）。