光機能回路
【課題】小型な回路規模で、導波路のレイアウト変更が必要なく、回路製造上の歩留まり率の高い光機能回路を提供する。
【解決手段】光分岐部１１と、光符号系列に従って各々異なる遅延を有する、第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎと、光合波部１３で構成することにより、光スペクトル拡散を行う、光符号分割多重回路を構成する。さらに、第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎは、短パルスレーザで孔加工を施されたフォトニック結晶１２１を含む。同様な構成で、光時分割多重回路、フェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路、光ディジタル―アナログ変換回路、光ラベルスイッチング機能を有する光中継装置を実現する。
【解決手段】光分岐部１１と、光符号系列に従って各々異なる遅延を有する、第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎと、光合波部１３で構成することにより、光スペクトル拡散を行う、光符号分割多重回路を構成する。さらに、第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎは、短パルスレーザで孔加工を施されたフォトニック結晶１２１を含む。同様な構成で、光時分割多重回路、フェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路、光ディジタル―アナログ変換回路、光ラベルスイッチング機能を有する光中継装置を実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光領域で光の振幅／位相を制御する光機能回路に関するものである。ここで、光機能回路は、光符号分割多重回路、光時分割多重回路、フェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路、光ディジタル−アナログ変換回路、および光中継装置を含む概念とする。
【背景技術】
【０００２】
従来の光機能回路としては、光ファイバや光導波路の光路長の違いによる伝搬遅延を利用したものがあった。特に、光符号分割多重方式において、光信号を時間（位相）領域でスペクトル拡散する光符号分割多重回路に関しては、次のような技術が知られている。図７は、従来の光符号分割多重回路の構成を示すブロック図である。例えば、特許文献１の図７に従来の光符号分割多重回路が記載されている。図７において、従来の光符号分割多重回路は、光分岐部１１と、第１から第Ｎの光ファイバ７０−１から７０−Ｎと、光合波部１３とで構成される。以下、従来の光符号分割多重回路の動作を説明する。
【０００３】
光分岐部１１は、入力される光信号をＮ個に分岐して出力する。第１から第Ｎの光ファイバ７０−１から７０−Ｎは、それぞれ異なる光路長を有することによって、本光符号分割多重回路に対して、予め割り当てられた所定の符号に応じてそれぞれ所定の遅延量を与えて、第１から第Ｎの光遅延信号を出力する。図７には示していないが、第ｍ（ｍは、１からＮまでの自然数）の光ファイバ７０−ｍの構成は、第１の光ファイバの構成に準ずる。光合波部１３は、第１から第Ｎの光ファイバ７０−１から７０−Ｎから出力される、Ｎ個の光遅延信号を合波して出力する。以上の構成において、光分岐数Ｎや光ファイバの長さ（即ち、遅延量）を割り当てることによって、１個のパルスが光分岐部１１に入射すると、所定の符号に対応して一意なパターンに配列された、Ｎ個のパルス列が生成され、光合波部１３から時間領域でスペクトル拡散された光信号（出力信号）が発生される。
【特許文献１】特許第３１５４３９６号公報
【特許文献２】特開２００２−１８５８５号公報
【非特許文献１】Ｍｉｎｇ Ｌｉ 他，「Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｓｉ−ｏｎ−ＳｉＯ２ ｆｏｒ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｂａｎｄ Ｇａｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」， ｖｏｌ．４０， ｐｐ．３４７６−３４７７， Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｍａｙ ２００１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の光ファイバの伝搬遅延を利用した光機能回路、例えば光符号分割多重回路では、異なる長さの光ファイバを効率よくレイアウトするのが難しく、回路規模が非常に大きくなりやすい。また、遅延量を精度良く、後調整することがほぼ不可能であるため、回路製造上の歩留まり率（使用原料に対する製品出来高の割合）が低くなるという課題がある。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、小型な回路規模で、導波路のレイアウト変更が必要なく、回路製造上の歩留まり率の高い光符号多重回路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】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の第１の発明は、光符号分割多重方式において、光信号のスペクトル拡散、および逆拡散を行う光符号多重回路を構成する光機能回路であって、１対Ｎ（１入力端子対Ｎ出力端子。Ｎは正の整数。以下同様。）の光分岐部と、光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の符号系列に応じて互いに異なる遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、Ｎ対１（Ｎ入力端子対１出力端子）の光合波部を備え、遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備する。
【０００７】
第２の発明は、光符号分割多重方式において、広い波長帯域を有する光信号のスペクトル拡散、および逆拡散を行う光符号多重回路を構成する光機能回路であって、入力された光信号を互いに異なる波長に分離して出力する、１対Ｎの波長分離部と、光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の符号系列に応じて互いに異なる遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、Ｎ対１の光合波部を備え、遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備する。
【０００８】
第３の発明は、光符号分割多重方式において、広い波長帯域を有する光信号のスペクトル拡散、および逆拡散を行う光符号多重回路を構成する光機能回路であって、１対Ｎの光分岐部と、光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の符号系列に応じて互いに異なる遅延量を持ち、かつ入力された光信号のうち互いに異なる波長のみを透過させる、Ｎ本の遅延導波路と、Ｎ対１の光合波部を備え、遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備する。
【０００９】
第４の発明は、光時分割多重方式において、Ｎ個の光データ信号の時系列多重、および分離を行う光時分割多重回路を構成する光機能回路であって、光クロック信号を発生するクロック発生部と、光クロック信号をＮ個に光分岐して出力するクロック分岐部と、各光データ信号と対応する光クロック信号を、それぞれ光合波する、Ｎ個のクロック合波部と、各クロック合波部に各々対応して接続され、互いに異なる遅延量を持ち、かつ前記遅延量が所定の最小遅延量の整数倍である、Ｎ本の遅延導波路と、Ｎ本の遅延導波路に接続される、Ｎ対１の光合波部を備え、遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備する。
【００１０】
第５の発明は、フェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路を構成する光機能回路であって、無線信号を光信号に変換する無線光変換部と、無線光変換部から出力される光信号をＮ個に分岐して出力する、１対Ｎの光分岐部と、光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、遅延導波路に各々対応して接続され、前記遅延導波路から出力された光信号を無線信号に変換する、Ｎ個の光無線変換部と、光無線変換部に各々対応して接続され、Ｎ本の遅延導波路における所定の遅延量の組み合わせに応じて、異なる方向に無線信号を空間的に放射する、Ｎ個のアレイアンテナを備え、遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備する。
【００１１】
第６の発明は、ディジタル波形の光信号をアナログ波形の光信号に変換して出力する光ディジタル−アナログ変換回路を構成する光機能回路であって、ディジタル波形の光信号をＮ個に分岐して出力する、１対Ｎの光分岐部と、光分岐部の第ｎの出力端子に各々対応して接続され、互いに異なる遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、Ｎ本の遅延導波路から出力された、Ｎ個の光信号に対して、所定の振幅比を与える、Ｎ個の重み付け部と、Ｎ個の重み付け部から出力された、Ｎ個の光信号を合波することによって、所望のアナログ波形の光信号を出力する、Ｎ対１の光合波部を備え、遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備する。
【００１２】
第７の発明は、光信号に含まれるラベル（経路情報など）を光のまま処理する光ラベルスイッチング機能を有する光中継装置を構成する光機能回路であって、光信号を分岐して出力する光分岐部と、光分岐部で出力された一方の光信号を用いて、ラベルを識別するラベル識別部と、光分岐部から出力されたもう一方の光信号に対して、ラベル識別部がラベルを識別するのに要する時間に応じた遅延量を与える、遅延導波路と、複数の出力ポートを有し、ラベル識別部が識別したラベルに対応する出力ポートから、遅延導波路から出力された光信号を出力することによって、光信号の経路を切り替える光経路切替部を備え、遅延導波路は、フォトニック結晶を具備する。
【００１３】
第８の発明は、第１から第７の発明に従属する発明であって、フォトニック結晶は、短パルスレーザで孔加工を施されていることを特徴とする。
【００１４】
第９の発明は、第８の発明に従属する発明であって、フォトニック結晶は、周期性を有する複数の孔と、周規性を乱す第２の孔を含むこと特徴とする。
【００１５】
第１０の発明は、第８および第９の発明に従属する発明であって、フォトニック結晶は、シリコン層を有する導波層と、二酸化シリコン層を有するクラッドを含むことを特徴とする。
【００１６】
第１１の発明は、第９の発明に従属する発明であって、フォトニック結晶において、第２の孔に短パルスを追加照射することにより、遅延を後加工調整できることを特徴とする。
【００１７】
第１２の発明は、第９の発明に従属する発明であって、フォトニック結晶において、第２の孔に短パルスを追加照射することにより、透過率を後加工調整できることを特徴とする。
【００１８】
第１３の発明は、第９の発明に従属する発明であって、フォトニック結晶において、第２の孔から離れたところに反射孔をあけることにより、透過率を後加工調整できることを特徴とする。
【００１９】
第１４の発明は、第１０の発明に従属する発明であって、フォトニック結晶は、導波層、あるいはクラッドの温度を調整する温度調整部を含むことを特徴とする。
【００２０】
第１５の発明は、第１から第７の発明に従属する発明であって、遅延導波路は、出力の有無を切り替える光スイッチ部を含むことを特徴とする。
【００２１】
第１６の発明は、第１、または第３から第７の発明に従属する発明であって、光分岐部は、遅延導波路が有する遅延の一部を与える、遅延オフセット部を含むことを特徴とする。
【００２２】
第１７の発明は、第２の発明に従属する発明であって、波長分離部は、遅延導波路が有する遅延の一部を与える、遅延オフセット部を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明の光機能回路は、フォトニック結晶を含む遅延導波路という構成により、同じ光デバイス長で異なる遅延時間を実現できるため、回路規模が小型で、導波路のレイアウト変更の必要がない。さらに、調整孔の後加工により、回路製造後にも損失などの後調整が可能である、という効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
実施の形態１では、光符号分割多重方式における、光信号のスペクトル拡散、および逆拡散を行う光符号分割多重回路に対して、本発明の光機能回路を適用した場合について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態１における光符号多重回路の構成を示すブロック図である。図１において、光符号多重回路は、光分岐部１１と、第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎと、光合波部１３で構成されている。さらに、遅延導波路１２−ｍ（ｍは１からＮの整数）は、直列に接続されたフォトニック結晶１２１を含んでいる。以下に、図１に示す光符号多重回路の動作を説明する。
【００２７】
光分岐部１１は、入力される光信号をＮ個に分岐して出力する。第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎは、所定の符号系列において、本光符号多重回路に対して、予め割り当てられた符号に応じてそれぞれ所定の遅延量を与えて、Ｎ個の光遅延信号を出力する。図１には示していないが、第ｎ（ｎは、１からＮ−１の自然数）の遅延導波路１２−ｎの構成は、第Ｎの遅延導波路１２−Ｎの構成に準ずる。光合波部１３は、第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎの出力端子から出力される、Ｎ個の光遅延信号を合波して出力する。以上の構成により、光分岐数Ｎ、およびＮ個の遅延導波路の所定の遅延量を調整することによって１個のパルスが光分岐部１１に入射すると、Ｎ個のパルス列に分けられ、所定の符号系列が構成され、光合波部１３から時間軸上でスペクトル拡散された光信号（出力信号）が発生される。図１では、１パルスの入力信号がＭビット（１の数がＮ個）のパルス列に変換されている様子を示している。図１の出力信号のパルス列は、遅延量が短い方から数えて１、２、・・・・、Ｎ−１、Ｎ番目の遅延導波路によって、拡散変調されている様子を表している。
【００２８】
なお、光符号分割多重方式においては、送信側に上記の光符号多重回路を用い、光ファイバで伝送した後、受信側でスペクトル逆拡散を行うことによってデータを復元する。このとき、送信側の符号に対応する構成の逆拡散回路（整合フィルタ）を用いた場合のみ相関ピークが得られることによってデータが復元できる。このように、データが復元できる原理については、特許文献１の図７の従来例などに説明されている。
【００２９】
つづいて、第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎを構成する、フォトニック結晶１２１について詳しく説明する。図２は、フォトニック結晶１２１の模式図の一例を示す。図２において、フォトニック結晶１２１は、フェムト秒レーザのような超短パルスレーザで、光導波路上に、１次元方向に周期性を有する複数の円孔１２２を加工し、さらにその中心領域にその周期性を乱す第２の孔（調整孔１２３）を施している。ここで、円孔１２２や調整孔１２３は、透過させたい光信号の波長（例えば、１５５０ｎｍ帯）に対して、充分小さい直径を持つものである。これによって、図２に示すように、微小共振現象が発生し、パルスの遅延を伴うため、結果としてフォトニック結晶１２１は光遅延素子として機能する。このような光遅延素子としてのフォトニック結晶１２１を直列に接続することによって、図１に示す第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎの各々の所定の遅延を実現することができる。
【００３０】
なお、第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎは、各光遅延量に対応して異なる構成（孔の周期や数）のフォトニック結晶１２１を備えても良いが、同一の光遅延量、同一の構成のフォトニック結晶１２１を基本単位として、これを複数個直列に接続することによっても実現可能である。例えば、１個のフォトニック結晶１２１が１ｐｓの遅延を有する場合、第Ｎの遅延導波路１２−Ｎはｋ個のフォトニック結晶１２１を接続する必要がある。ここで、フォトニック結晶１２１は、主に、光を透過させる導波層とそれを支えるクラッドから成り、例えば、導波層はシリコンを材料とし、クラッドは酸化シリコンを材料として構成できる。
【００３１】
また、図１、および図２において、円孔１２２と調整孔１２３の形態を１次元に配列された円形孔として説明したが、同様の遅延効果が得られれば、２次元配列や、楕円や三角形など任意の孔形状であっても、異なる孔形状の組み合わせとしても良い。上述の短パルスレーザを用いた孔加工技術に関しては、特許文献２や非特許文献１に詳細が説明されている。
【００３２】
なお、図１においては、所定の遅延量を第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎの各々で有しているが、光分岐部１１の中に予め遅延の一部を与える遅延のオフセット部を設けることによって、第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎに含まれるフォトニック結晶の数を削減しても良い。
【００３３】
なお、以上の説明では、単一波長の光信号のスペクトル拡散について説明した。さらに、光分岐部１１の代わりに波長分離フィルタを用いることによって、広い波長帯域を有する光信号に対して、分離された各波長の光信号にそれぞれ異なる遅延量を与えることによって、スペクトル拡散を行うことができる。
【００３４】
ここで、１ｐｓ程度の遅延を得るためには、例えば、従来の光導波路の伝搬遅延を利用する場合は、数百μｍの光路差が必要であった。しかしながら、上記のレーザ加工技術を用いたフォトニック結晶の場合では、数十μｍ程度の小型の回路規模で同程度の遅延が実現できる、という効果を有する。
【００３５】
また、図７に示した、光ファイバの伝搬遅延を利用した従来の光符号分割多重回路では、異なる長さの光ファイバを効率よくレイアウトするのが難しい。一方、図１に示した、本発明の遅延導波路は同じ光デバイス長で、そこに含まれるフォトニック結晶の孔加工の違いによって遅延時間差を実現するため、レイアウト変更の必要がない。さらに、図２の調整孔１２３の後加工により、回路製造後にも損失などの後調整が可能である、という効果を有する。
【００３６】
（実施の形態２）
実施の形態２では、光時分割多重方式において、Ｎ個のデータ信号の時系列多重、および分離を行う光時分割多重回路に対して、本発明の光機能回路を適用した場合について説明する。
【００３７】
図３は、本発明の実施の形態２における光時分割多重回路の構成を示すブロック図である。ここでは、Ｎ＝４の場合、即ち４個のデータ信号を光時分割多重する回路を示している。図３において、光時分割多重回路は、クロック発生部３１と、クロック分岐部３２と、第１から第４のクロック合波部３３−１から３３−４と、第１から第４の遅延導波路１２−１から１２−４と、光合波部１３で構成している。さらに、遅延導波路１２−ｍ（ｍは１から４の自然数）は、直列に接続されたフォトニック結晶１２１を含んでいる。以下、図３に示す光時分割多重回路の動作を説明する。図３において、図１、及び図７と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００３８】
図３に示すように、第１から第４までのデータ信号が入力されている。クロック発生部３１は、所定のクロック信号を発生する。クロック分岐部３２は、クロック信号を４分岐して出力する。第ｍのクロック合波部３３−ｍは、第ｍのデータ信号とクロック分岐部３２から出力されたクロック信号を合波して出力する。第ｍの遅延導波路１２−ｍは、第ｍのクロック合波部３３−ｍから出力された光信号に対して、最小遅延量τのｍ倍（ｍ×τ）の遅延を与えて出力する。なお、第１から第４の遅延導波路１２−１から１２−４を構成する、フォトニック結晶１２１については、実施の形態１の説明に準ずる。光合波部１３は、第１から第４の遅延導波路１２−１から１２−４の出力端子から出力される、４波の光信号を合波して出力する。以上の動作により、第１から第４までのデータ信号の時分割多重信号が、光合波部１３から出力される。例えば、Ｎ＝４で、データ信号が４０Ｇｂｐｓの場合、光時分割多重された信号は１６０Ｇｂｐｓとなる。
【００３９】
（実施の形態３）
実施の形態３では、４局のフェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路に対して、本発明の光機能回路を適用した場合について説明する。
【００４０】
図４は、本発明の実施の形態３におけるフェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路の構成を示すブロック図である。図４において、フェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路は、無線光変換部４１と、光分岐部１１と、第１から第４の遅延導波路１２−１から１２−４と、第１から第４の光無線変換部４３−１から４３−４と、第１から第４のアレイアンテナ４４−１から４４−４とで構成されている。さらに、遅延導波路１２−ｍ（ｍは１から４の整数）は、直列に接続されたフォトニック結晶１２１を含んでいる。以下、図４に示すフェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路の動作を説明する。図１から図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４１】
無線光変換部４１は、入力される無線信号を光信号に変換する。光分岐部１１は、光信号を４分岐して出力する。第ｍの遅延導波路１２−ｍは、光分岐部１１の出力端子に対応して接続され、光分岐部１１から出力された光信号の位相がそれぞれ異なるように出力する。ここで、第ｍの遅延導波路の遅延は、入力される無線信号の位相が３６０度／アレイアンテナの局数毎（すなわち、図４の例では９０度ずつ）異なるように、遅延量をτ時間ずつシフトする。なお、第１から第４の遅延導波路１２−１から１２−４を構成する、フォトニック結晶１２１については、実施の形態１の説明に準ずる。第ｍの光無線変換部４３−ｍは、第ｍの遅延導波路１２−ｍに対応して接続され、第ｍの遅延導波路１２−ｍから出力された光信号を無線信号に変換する。第ｍのアレイアンテナ４４−ｍは、光無線変換部４３−ｍに対応して接続され、光無線変換部４３−ｍから出力される無線信号を空間的に異なる方向に放射する。以上の動作により、無線光変換部４１に入力された無線信号は、第１から第４のアレイアンテナ４４−１から４４−４から、９０度ずつ異なる方向に放射される。
【００４２】
（実施の形態４）
実施の形態４では、ディジタル波形の光信号をアナログ波形の光信号に変換して出力する光ディジタル−アナログ変換回路に対して、本発明の光機能回路を適用した場合について説明する。
【００４３】
図５は、本発明の実施の形態４における光ディジタル−アナログ変換回路の構成を示すブロック図である。図５は、２値のディジタル波形の光信号を、多値のアナログ波形の光信号に変換する例を示す。図５において、光ディジタル−アナログ変換回路は、光分岐部１１と、第１から第４の遅延導波路１２−１から１２−４と、第１から第４の重み付け部５０−１から５０−４と、光合波部１３とで構成される。さらに、遅延導波路１２−ｍ（ｍは１から４の自然数）は、直列に接続されたフォトニック結晶１２１を含んでいる。以下、図５に示す光ディジタル−アナログ変換回路の動作を説明する。図５において、図１から図４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４４】
光分岐部１１は、入力されるディジタル波形の光信号を４分岐して出力する。第ｍの遅延導波路１２−ｍは、光分岐部１１から出力される、ディジタル波形の光信号に対して、最小遅延量τのｍ倍（ｍ×τ）の遅延を与えて、第ｍの光遅延信号を出力する。なお、第１から第４の遅延導波路１２−１から１２−４を構成する、フォトニック結晶１２１については、実施の形態１の説明に準ずる。第ｍの重み付け部５０−ｍは、第ｍの遅延導波路１２−ｍから出力された、第ｍの光遅延信号が他の光遅延信号と所定の振幅比になるように、振幅を調整して出力する。図５では、第１から第４の光遅延信号の振幅比が１／４ ： １／２ ： １ ： １／８になる例を示している。光合波部１３は、第１から第４の重み付け部５０−１から５０−４から出力された４波の光遅延信号を、時間ゲートで位相をそろえて足し合わせることによって、多値のアナログ波形の光信号を出力する。以上の動作によって、２値の光強度で４ビットを表現する、ディジタル波形の光信号は、所定の時間ゲートで検波することによって、多値の光強度で１ビットを表現する、アナログ波形の光信号に変換される。このような光ディジタル−アナログ変換回路は、ディジタル波形の超高速の光パルスパターンを、比較的低速、かつアナログ波形を識別できる回路で受信するなどの用途に用いられる。
【００４５】
（実施の形態５）
実施の形態５では、光信号に含まれるラベル（経路情報など）を光のまま処理する光ラベルスイッチングにおける光中継装置に対して、本発明の光機能回路を適用した場合について説明する。ここで、光ラベルスイッチングとは、光信号として伝送されているデータ信号を光電気変換することなく、ラベルのみを識別することによって、データ信号の経路を切り替える技術を指している。
【００４６】
図６は、本発明の実施の形態５における光中継装置の構成を示すブロック図である。図６において、光中継装置は、光分岐部１１と、遅延導波路１２−１と、ラベル識別部６０と、光経路切替部６１とで構成されている。さらに、遅延導波路１２−１は、直列に接続されたフォトニック結晶１２１を含んでいる。以下に、図６に示す光中継装置の動作を説明する。図６において、図１から図５、および図７と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４７】
光分岐部１１は、入力される光信号を分岐して出力する。ラベル識別部６０は、光分岐部１１で分岐された一方の光信号を用いて、ラベルを識別する。ここで、ラベルとは宛先情報や経路情報などを含む。ラベルとデータ信号の多重方法は、サブキャリア多重など知られているがここでは特に限定しない。遅延導波路１２−１は、光分岐部１１から出力されたもう一方の光信号に対して、ラベル識別部６０がラベルを識別するのに要する時間に応じた遅延時間（ｋ×τ）を与えて、光信号を出力する。光経路切替部６１は、複数の出力ポートを有し、ラベル識別部６０が識別したラベルに基づく命令に従って、遅延導波路１２−１から出力された光信号を所定の出力ポートに出力する。以上の動作によって、光分岐部１１に入力された入力信号の内、ラベル１が付与されたデータ１のパケットは所望の経路に対応して、光経路切替部６１の出力ポート１から出力される。一方、ラベル２が付与されたデータ２のパケットは別の経路に対応して、光経路切替部６１の出力ポート２から出力される。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明にかかる光機能回路は、小型な回路規模で、導波路のレイアウト変更が必要なく、回路製造上の歩留まり率の高いという効果を有し、光符号分割多重回路として有用である。また、光時分割多重回路、フェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路、光ディジタル―アナログ変換回路、光ラベルスイッチング機能を有する光中継装置の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１における光符号分割多重回路の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶の模式図
【図３】本発明の実施の形態２における光時分割多重回路の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態３におけるフェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態４における光ディジタル−アナログ変換回路の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態５における光中継装置の構成を示すブロック図
【図７】従来の光符号分割多重回路の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００５０】
１１ 光分岐部
１２ 遅延導波路
１２１ フォトニック結晶
１３ 光合波部
１２２ 円孔
１２３ 調整孔
３１ クロック発生部
３２ クロック分岐部
３３ クロック合波部
４１ 無線光変換部
４３ 光無線変換部
４４ アレイアンテナ
５０ 重み付け部
６０ ラベル識別部
６１ 光経路切替部
７０ 光ファイバ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光領域で光の振幅／位相を制御する光機能回路に関するものである。ここで、光機能回路は、光符号分割多重回路、光時分割多重回路、フェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路、光ディジタル−アナログ変換回路、および光中継装置を含む概念とする。
【背景技術】
【０００２】
従来の光機能回路としては、光ファイバや光導波路の光路長の違いによる伝搬遅延を利用したものがあった。特に、光符号分割多重方式において、光信号を時間（位相）領域でスペクトル拡散する光符号分割多重回路に関しては、次のような技術が知られている。図７は、従来の光符号分割多重回路の構成を示すブロック図である。例えば、特許文献１の図７に従来の光符号分割多重回路が記載されている。図７において、従来の光符号分割多重回路は、光分岐部１１と、第１から第Ｎの光ファイバ７０−１から７０−Ｎと、光合波部１３とで構成される。以下、従来の光符号分割多重回路の動作を説明する。
【０００３】
光分岐部１１は、入力される光信号をＮ個に分岐して出力する。第１から第Ｎの光ファイバ７０−１から７０−Ｎは、それぞれ異なる光路長を有することによって、本光符号分割多重回路に対して、予め割り当てられた所定の符号に応じてそれぞれ所定の遅延量を与えて、第１から第Ｎの光遅延信号を出力する。図７には示していないが、第ｍ（ｍは、１からＮまでの自然数）の光ファイバ７０−ｍの構成は、第１の光ファイバの構成に準ずる。光合波部１３は、第１から第Ｎの光ファイバ７０−１から７０−Ｎから出力される、Ｎ個の光遅延信号を合波して出力する。以上の構成において、光分岐数Ｎや光ファイバの長さ（即ち、遅延量）を割り当てることによって、１個のパルスが光分岐部１１に入射すると、所定の符号に対応して一意なパターンに配列された、Ｎ個のパルス列が生成され、光合波部１３から時間領域でスペクトル拡散された光信号（出力信号）が発生される。
【特許文献１】特許第３１５４３９６号公報
【特許文献２】特開２００２−１８５８５号公報
【非特許文献１】Ｍｉｎｇ Ｌｉ 他，「Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｓｉ−ｏｎ−ＳｉＯ２ ｆｏｒ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｂａｎｄ Ｇａｐ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ」， ｖｏｌ．４０， ｐｐ．３４７６−３４７７， Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｍａｙ ２００１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の光ファイバの伝搬遅延を利用した光機能回路、例えば光符号分割多重回路では、異なる長さの光ファイバを効率よくレイアウトするのが難しく、回路規模が非常に大きくなりやすい。また、遅延量を精度良く、後調整することがほぼ不可能であるため、回路製造上の歩留まり率（使用原料に対する製品出来高の割合）が低くなるという課題がある。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、小型な回路規模で、導波路のレイアウト変更が必要なく、回路製造上の歩留まり率の高い光符号多重回路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】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の第１の発明は、光符号分割多重方式において、光信号のスペクトル拡散、および逆拡散を行う光符号多重回路を構成する光機能回路であって、１対Ｎ（１入力端子対Ｎ出力端子。Ｎは正の整数。以下同様。）の光分岐部と、光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の符号系列に応じて互いに異なる遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、Ｎ対１（Ｎ入力端子対１出力端子）の光合波部を備え、遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備する。
【０００７】
第２の発明は、光符号分割多重方式において、広い波長帯域を有する光信号のスペクトル拡散、および逆拡散を行う光符号多重回路を構成する光機能回路であって、入力された光信号を互いに異なる波長に分離して出力する、１対Ｎの波長分離部と、光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の符号系列に応じて互いに異なる遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、Ｎ対１の光合波部を備え、遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備する。
【０００８】
第３の発明は、光符号分割多重方式において、広い波長帯域を有する光信号のスペクトル拡散、および逆拡散を行う光符号多重回路を構成する光機能回路であって、１対Ｎの光分岐部と、光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の符号系列に応じて互いに異なる遅延量を持ち、かつ入力された光信号のうち互いに異なる波長のみを透過させる、Ｎ本の遅延導波路と、Ｎ対１の光合波部を備え、遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備する。
【０００９】
第４の発明は、光時分割多重方式において、Ｎ個の光データ信号の時系列多重、および分離を行う光時分割多重回路を構成する光機能回路であって、光クロック信号を発生するクロック発生部と、光クロック信号をＮ個に光分岐して出力するクロック分岐部と、各光データ信号と対応する光クロック信号を、それぞれ光合波する、Ｎ個のクロック合波部と、各クロック合波部に各々対応して接続され、互いに異なる遅延量を持ち、かつ前記遅延量が所定の最小遅延量の整数倍である、Ｎ本の遅延導波路と、Ｎ本の遅延導波路に接続される、Ｎ対１の光合波部を備え、遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備する。
【００１０】
第５の発明は、フェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路を構成する光機能回路であって、無線信号を光信号に変換する無線光変換部と、無線光変換部から出力される光信号をＮ個に分岐して出力する、１対Ｎの光分岐部と、光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、遅延導波路に各々対応して接続され、前記遅延導波路から出力された光信号を無線信号に変換する、Ｎ個の光無線変換部と、光無線変換部に各々対応して接続され、Ｎ本の遅延導波路における所定の遅延量の組み合わせに応じて、異なる方向に無線信号を空間的に放射する、Ｎ個のアレイアンテナを備え、遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備する。
【００１１】
第６の発明は、ディジタル波形の光信号をアナログ波形の光信号に変換して出力する光ディジタル−アナログ変換回路を構成する光機能回路であって、ディジタル波形の光信号をＮ個に分岐して出力する、１対Ｎの光分岐部と、光分岐部の第ｎの出力端子に各々対応して接続され、互いに異なる遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、Ｎ本の遅延導波路から出力された、Ｎ個の光信号に対して、所定の振幅比を与える、Ｎ個の重み付け部と、Ｎ個の重み付け部から出力された、Ｎ個の光信号を合波することによって、所望のアナログ波形の光信号を出力する、Ｎ対１の光合波部を備え、遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備する。
【００１２】
第７の発明は、光信号に含まれるラベル（経路情報など）を光のまま処理する光ラベルスイッチング機能を有する光中継装置を構成する光機能回路であって、光信号を分岐して出力する光分岐部と、光分岐部で出力された一方の光信号を用いて、ラベルを識別するラベル識別部と、光分岐部から出力されたもう一方の光信号に対して、ラベル識別部がラベルを識別するのに要する時間に応じた遅延量を与える、遅延導波路と、複数の出力ポートを有し、ラベル識別部が識別したラベルに対応する出力ポートから、遅延導波路から出力された光信号を出力することによって、光信号の経路を切り替える光経路切替部を備え、遅延導波路は、フォトニック結晶を具備する。
【００１３】
第８の発明は、第１から第７の発明に従属する発明であって、フォトニック結晶は、短パルスレーザで孔加工を施されていることを特徴とする。
【００１４】
第９の発明は、第８の発明に従属する発明であって、フォトニック結晶は、周期性を有する複数の孔と、周規性を乱す第２の孔を含むこと特徴とする。
【００１５】
第１０の発明は、第８および第９の発明に従属する発明であって、フォトニック結晶は、シリコン層を有する導波層と、二酸化シリコン層を有するクラッドを含むことを特徴とする。
【００１６】
第１１の発明は、第９の発明に従属する発明であって、フォトニック結晶において、第２の孔に短パルスを追加照射することにより、遅延を後加工調整できることを特徴とする。
【００１７】
第１２の発明は、第９の発明に従属する発明であって、フォトニック結晶において、第２の孔に短パルスを追加照射することにより、透過率を後加工調整できることを特徴とする。
【００１８】
第１３の発明は、第９の発明に従属する発明であって、フォトニック結晶において、第２の孔から離れたところに反射孔をあけることにより、透過率を後加工調整できることを特徴とする。
【００１９】
第１４の発明は、第１０の発明に従属する発明であって、フォトニック結晶は、導波層、あるいはクラッドの温度を調整する温度調整部を含むことを特徴とする。
【００２０】
第１５の発明は、第１から第７の発明に従属する発明であって、遅延導波路は、出力の有無を切り替える光スイッチ部を含むことを特徴とする。
【００２１】
第１６の発明は、第１、または第３から第７の発明に従属する発明であって、光分岐部は、遅延導波路が有する遅延の一部を与える、遅延オフセット部を含むことを特徴とする。
【００２２】
第１７の発明は、第２の発明に従属する発明であって、波長分離部は、遅延導波路が有する遅延の一部を与える、遅延オフセット部を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明の光機能回路は、フォトニック結晶を含む遅延導波路という構成により、同じ光デバイス長で異なる遅延時間を実現できるため、回路規模が小型で、導波路のレイアウト変更の必要がない。さらに、調整孔の後加工により、回路製造後にも損失などの後調整が可能である、という効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
実施の形態１では、光符号分割多重方式における、光信号のスペクトル拡散、および逆拡散を行う光符号分割多重回路に対して、本発明の光機能回路を適用した場合について説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態１における光符号多重回路の構成を示すブロック図である。図１において、光符号多重回路は、光分岐部１１と、第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎと、光合波部１３で構成されている。さらに、遅延導波路１２−ｍ（ｍは１からＮの整数）は、直列に接続されたフォトニック結晶１２１を含んでいる。以下に、図１に示す光符号多重回路の動作を説明する。
【００２７】
光分岐部１１は、入力される光信号をＮ個に分岐して出力する。第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎは、所定の符号系列において、本光符号多重回路に対して、予め割り当てられた符号に応じてそれぞれ所定の遅延量を与えて、Ｎ個の光遅延信号を出力する。図１には示していないが、第ｎ（ｎは、１からＮ−１の自然数）の遅延導波路１２−ｎの構成は、第Ｎの遅延導波路１２−Ｎの構成に準ずる。光合波部１３は、第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎの出力端子から出力される、Ｎ個の光遅延信号を合波して出力する。以上の構成により、光分岐数Ｎ、およびＮ個の遅延導波路の所定の遅延量を調整することによって１個のパルスが光分岐部１１に入射すると、Ｎ個のパルス列に分けられ、所定の符号系列が構成され、光合波部１３から時間軸上でスペクトル拡散された光信号（出力信号）が発生される。図１では、１パルスの入力信号がＭビット（１の数がＮ個）のパルス列に変換されている様子を示している。図１の出力信号のパルス列は、遅延量が短い方から数えて１、２、・・・・、Ｎ−１、Ｎ番目の遅延導波路によって、拡散変調されている様子を表している。
【００２８】
なお、光符号分割多重方式においては、送信側に上記の光符号多重回路を用い、光ファイバで伝送した後、受信側でスペクトル逆拡散を行うことによってデータを復元する。このとき、送信側の符号に対応する構成の逆拡散回路（整合フィルタ）を用いた場合のみ相関ピークが得られることによってデータが復元できる。このように、データが復元できる原理については、特許文献１の図７の従来例などに説明されている。
【００２９】
つづいて、第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎを構成する、フォトニック結晶１２１について詳しく説明する。図２は、フォトニック結晶１２１の模式図の一例を示す。図２において、フォトニック結晶１２１は、フェムト秒レーザのような超短パルスレーザで、光導波路上に、１次元方向に周期性を有する複数の円孔１２２を加工し、さらにその中心領域にその周期性を乱す第２の孔（調整孔１２３）を施している。ここで、円孔１２２や調整孔１２３は、透過させたい光信号の波長（例えば、１５５０ｎｍ帯）に対して、充分小さい直径を持つものである。これによって、図２に示すように、微小共振現象が発生し、パルスの遅延を伴うため、結果としてフォトニック結晶１２１は光遅延素子として機能する。このような光遅延素子としてのフォトニック結晶１２１を直列に接続することによって、図１に示す第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎの各々の所定の遅延を実現することができる。
【００３０】
なお、第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎは、各光遅延量に対応して異なる構成（孔の周期や数）のフォトニック結晶１２１を備えても良いが、同一の光遅延量、同一の構成のフォトニック結晶１２１を基本単位として、これを複数個直列に接続することによっても実現可能である。例えば、１個のフォトニック結晶１２１が１ｐｓの遅延を有する場合、第Ｎの遅延導波路１２−Ｎはｋ個のフォトニック結晶１２１を接続する必要がある。ここで、フォトニック結晶１２１は、主に、光を透過させる導波層とそれを支えるクラッドから成り、例えば、導波層はシリコンを材料とし、クラッドは酸化シリコンを材料として構成できる。
【００３１】
また、図１、および図２において、円孔１２２と調整孔１２３の形態を１次元に配列された円形孔として説明したが、同様の遅延効果が得られれば、２次元配列や、楕円や三角形など任意の孔形状であっても、異なる孔形状の組み合わせとしても良い。上述の短パルスレーザを用いた孔加工技術に関しては、特許文献２や非特許文献１に詳細が説明されている。
【００３２】
なお、図１においては、所定の遅延量を第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎの各々で有しているが、光分岐部１１の中に予め遅延の一部を与える遅延のオフセット部を設けることによって、第１から第Ｎの遅延導波路１２−１から１２−Ｎに含まれるフォトニック結晶の数を削減しても良い。
【００３３】
なお、以上の説明では、単一波長の光信号のスペクトル拡散について説明した。さらに、光分岐部１１の代わりに波長分離フィルタを用いることによって、広い波長帯域を有する光信号に対して、分離された各波長の光信号にそれぞれ異なる遅延量を与えることによって、スペクトル拡散を行うことができる。
【００３４】
ここで、１ｐｓ程度の遅延を得るためには、例えば、従来の光導波路の伝搬遅延を利用する場合は、数百μｍの光路差が必要であった。しかしながら、上記のレーザ加工技術を用いたフォトニック結晶の場合では、数十μｍ程度の小型の回路規模で同程度の遅延が実現できる、という効果を有する。
【００３５】
また、図７に示した、光ファイバの伝搬遅延を利用した従来の光符号分割多重回路では、異なる長さの光ファイバを効率よくレイアウトするのが難しい。一方、図１に示した、本発明の遅延導波路は同じ光デバイス長で、そこに含まれるフォトニック結晶の孔加工の違いによって遅延時間差を実現するため、レイアウト変更の必要がない。さらに、図２の調整孔１２３の後加工により、回路製造後にも損失などの後調整が可能である、という効果を有する。
【００３６】
（実施の形態２）
実施の形態２では、光時分割多重方式において、Ｎ個のデータ信号の時系列多重、および分離を行う光時分割多重回路に対して、本発明の光機能回路を適用した場合について説明する。
【００３７】
図３は、本発明の実施の形態２における光時分割多重回路の構成を示すブロック図である。ここでは、Ｎ＝４の場合、即ち４個のデータ信号を光時分割多重する回路を示している。図３において、光時分割多重回路は、クロック発生部３１と、クロック分岐部３２と、第１から第４のクロック合波部３３−１から３３−４と、第１から第４の遅延導波路１２−１から１２−４と、光合波部１３で構成している。さらに、遅延導波路１２−ｍ（ｍは１から４の自然数）は、直列に接続されたフォトニック結晶１２１を含んでいる。以下、図３に示す光時分割多重回路の動作を説明する。図３において、図１、及び図７と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００３８】
図３に示すように、第１から第４までのデータ信号が入力されている。クロック発生部３１は、所定のクロック信号を発生する。クロック分岐部３２は、クロック信号を４分岐して出力する。第ｍのクロック合波部３３−ｍは、第ｍのデータ信号とクロック分岐部３２から出力されたクロック信号を合波して出力する。第ｍの遅延導波路１２−ｍは、第ｍのクロック合波部３３−ｍから出力された光信号に対して、最小遅延量τのｍ倍（ｍ×τ）の遅延を与えて出力する。なお、第１から第４の遅延導波路１２−１から１２−４を構成する、フォトニック結晶１２１については、実施の形態１の説明に準ずる。光合波部１３は、第１から第４の遅延導波路１２−１から１２−４の出力端子から出力される、４波の光信号を合波して出力する。以上の動作により、第１から第４までのデータ信号の時分割多重信号が、光合波部１３から出力される。例えば、Ｎ＝４で、データ信号が４０Ｇｂｐｓの場合、光時分割多重された信号は１６０Ｇｂｐｓとなる。
【００３９】
（実施の形態３）
実施の形態３では、４局のフェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路に対して、本発明の光機能回路を適用した場合について説明する。
【００４０】
図４は、本発明の実施の形態３におけるフェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路の構成を示すブロック図である。図４において、フェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路は、無線光変換部４１と、光分岐部１１と、第１から第４の遅延導波路１２−１から１２−４と、第１から第４の光無線変換部４３−１から４３−４と、第１から第４のアレイアンテナ４４−１から４４−４とで構成されている。さらに、遅延導波路１２−ｍ（ｍは１から４の整数）は、直列に接続されたフォトニック結晶１２１を含んでいる。以下、図４に示すフェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路の動作を説明する。図１から図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４１】
無線光変換部４１は、入力される無線信号を光信号に変換する。光分岐部１１は、光信号を４分岐して出力する。第ｍの遅延導波路１２−ｍは、光分岐部１１の出力端子に対応して接続され、光分岐部１１から出力された光信号の位相がそれぞれ異なるように出力する。ここで、第ｍの遅延導波路の遅延は、入力される無線信号の位相が３６０度／アレイアンテナの局数毎（すなわち、図４の例では９０度ずつ）異なるように、遅延量をτ時間ずつシフトする。なお、第１から第４の遅延導波路１２−１から１２−４を構成する、フォトニック結晶１２１については、実施の形態１の説明に準ずる。第ｍの光無線変換部４３−ｍは、第ｍの遅延導波路１２−ｍに対応して接続され、第ｍの遅延導波路１２−ｍから出力された光信号を無線信号に変換する。第ｍのアレイアンテナ４４−ｍは、光無線変換部４３−ｍに対応して接続され、光無線変換部４３−ｍから出力される無線信号を空間的に異なる方向に放射する。以上の動作により、無線光変換部４１に入力された無線信号は、第１から第４のアレイアンテナ４４−１から４４−４から、９０度ずつ異なる方向に放射される。
【００４２】
（実施の形態４）
実施の形態４では、ディジタル波形の光信号をアナログ波形の光信号に変換して出力する光ディジタル−アナログ変換回路に対して、本発明の光機能回路を適用した場合について説明する。
【００４３】
図５は、本発明の実施の形態４における光ディジタル−アナログ変換回路の構成を示すブロック図である。図５は、２値のディジタル波形の光信号を、多値のアナログ波形の光信号に変換する例を示す。図５において、光ディジタル−アナログ変換回路は、光分岐部１１と、第１から第４の遅延導波路１２−１から１２−４と、第１から第４の重み付け部５０−１から５０−４と、光合波部１３とで構成される。さらに、遅延導波路１２−ｍ（ｍは１から４の自然数）は、直列に接続されたフォトニック結晶１２１を含んでいる。以下、図５に示す光ディジタル−アナログ変換回路の動作を説明する。図５において、図１から図４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４４】
光分岐部１１は、入力されるディジタル波形の光信号を４分岐して出力する。第ｍの遅延導波路１２−ｍは、光分岐部１１から出力される、ディジタル波形の光信号に対して、最小遅延量τのｍ倍（ｍ×τ）の遅延を与えて、第ｍの光遅延信号を出力する。なお、第１から第４の遅延導波路１２−１から１２−４を構成する、フォトニック結晶１２１については、実施の形態１の説明に準ずる。第ｍの重み付け部５０−ｍは、第ｍの遅延導波路１２−ｍから出力された、第ｍの光遅延信号が他の光遅延信号と所定の振幅比になるように、振幅を調整して出力する。図５では、第１から第４の光遅延信号の振幅比が１／４ ： １／２ ： １ ： １／８になる例を示している。光合波部１３は、第１から第４の重み付け部５０−１から５０−４から出力された４波の光遅延信号を、時間ゲートで位相をそろえて足し合わせることによって、多値のアナログ波形の光信号を出力する。以上の動作によって、２値の光強度で４ビットを表現する、ディジタル波形の光信号は、所定の時間ゲートで検波することによって、多値の光強度で１ビットを表現する、アナログ波形の光信号に変換される。このような光ディジタル−アナログ変換回路は、ディジタル波形の超高速の光パルスパターンを、比較的低速、かつアナログ波形を識別できる回路で受信するなどの用途に用いられる。
【００４５】
（実施の形態５）
実施の形態５では、光信号に含まれるラベル（経路情報など）を光のまま処理する光ラベルスイッチングにおける光中継装置に対して、本発明の光機能回路を適用した場合について説明する。ここで、光ラベルスイッチングとは、光信号として伝送されているデータ信号を光電気変換することなく、ラベルのみを識別することによって、データ信号の経路を切り替える技術を指している。
【００４６】
図６は、本発明の実施の形態５における光中継装置の構成を示すブロック図である。図６において、光中継装置は、光分岐部１１と、遅延導波路１２−１と、ラベル識別部６０と、光経路切替部６１とで構成されている。さらに、遅延導波路１２−１は、直列に接続されたフォトニック結晶１２１を含んでいる。以下に、図６に示す光中継装置の動作を説明する。図６において、図１から図５、および図７と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４７】
光分岐部１１は、入力される光信号を分岐して出力する。ラベル識別部６０は、光分岐部１１で分岐された一方の光信号を用いて、ラベルを識別する。ここで、ラベルとは宛先情報や経路情報などを含む。ラベルとデータ信号の多重方法は、サブキャリア多重など知られているがここでは特に限定しない。遅延導波路１２−１は、光分岐部１１から出力されたもう一方の光信号に対して、ラベル識別部６０がラベルを識別するのに要する時間に応じた遅延時間（ｋ×τ）を与えて、光信号を出力する。光経路切替部６１は、複数の出力ポートを有し、ラベル識別部６０が識別したラベルに基づく命令に従って、遅延導波路１２−１から出力された光信号を所定の出力ポートに出力する。以上の動作によって、光分岐部１１に入力された入力信号の内、ラベル１が付与されたデータ１のパケットは所望の経路に対応して、光経路切替部６１の出力ポート１から出力される。一方、ラベル２が付与されたデータ２のパケットは別の経路に対応して、光経路切替部６１の出力ポート２から出力される。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明にかかる光機能回路は、小型な回路規模で、導波路のレイアウト変更が必要なく、回路製造上の歩留まり率の高いという効果を有し、光符号分割多重回路として有用である。また、光時分割多重回路、フェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路、光ディジタル―アナログ変換回路、光ラベルスイッチング機能を有する光中継装置の用途にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１における光符号分割多重回路の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１におけるフォトニック結晶の模式図
【図３】本発明の実施の形態２における光時分割多重回路の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態３におけるフェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路の構成を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態４における光ディジタル−アナログ変換回路の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態５における光中継装置の構成を示すブロック図
【図７】従来の光符号分割多重回路の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００５０】
１１ 光分岐部
１２ 遅延導波路
１２１ フォトニック結晶
１３ 光合波部
１２２ 円孔
１２３ 調整孔
３１ クロック発生部
３２ クロック分岐部
３３ クロック合波部
４１ 無線光変換部
４３ 光無線変換部
４４ アレイアンテナ
５０ 重み付け部
６０ ラベル識別部
６１ 光経路切替部
７０ 光ファイバ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光符号分割多重方式において、光信号のスペクトル拡散、および逆拡散を行う光符号多重回路を構成する光機能回路であって、
１対Ｎ（１入力端子対Ｎ出力端子。Ｎは正の整数。以下同様。）の光分岐部と、
前記光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の符号系列に応じて互いに異なる遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、
Ｎ対１（Ｎ入力端子対１出力端子）の光合波部を備え、
前記遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備することを特徴とする、光機能回路。
【請求項２】
光符号分割多重方式において、広い波長帯域を有する光信号のスペクトル拡散、および逆拡散を行う光符号多重回路を構成する光機能回路であって、
入力された光信号を互いに異なる波長に分離して出力する、１対Ｎの波長分離部と、
光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の符号系列に応じて互いに異なる遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、
Ｎ対１の光合波部を備え、
前記遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備することを特徴とする、光機能回路。
【請求項３】
光符号分割多重方式において、広い波長帯域を有する光信号のスペクトル拡散、および逆拡散を行う光符号多重回路を構成する光機能回路であって、
１対Ｎの光分岐部と、
前記光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の符号系列に応じて互いに異なる遅延量を持ち、かつ入力された光信号のうち互いに異なる波長のみを透過させる、Ｎ本の遅延導波路と、
Ｎ対１の光合波部を備え、
前記遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備することを特徴とする、光機能回路。
【請求項４】
光時分割多重方式において、Ｎ個の光データ信号の時系列多重、および分離を行う光時分割多重回路を構成する光機能回路であって、
光クロック信号を発生するクロック発生部と、
前記光クロック信号をＮ個に光分岐して出力するクロック分岐部と、
各前記光データ信号と対応する前記光クロック信号を、それぞれ光合波する、Ｎ個のクロック合波部と、
各前記クロック合波部に各々対応して接続され、互いに異なる遅延量を持ち、かつ前記遅延量が所定の最小遅延量の整数倍である、Ｎ本の遅延導波路と、
前記Ｎ本の遅延導波路に接続される、Ｎ対１の光合波部を備え、
前記遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備することを特徴とする、光機能回路。
【請求項５】
フェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路を構成する光機能回路であって、
無線信号を光信号に変換する無線光変換部と、
前記無線光変換部から出力される前記光信号をＮ個に分岐して出力する、１対Ｎの光分岐部と、
前記光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、
前記遅延導波路に各々対応して接続され、前記遅延導波路から出力された光信号を無線信号に変換する、Ｎ個の光無線変換部と、
前記光無線変換部に各々対応して接続され、前記Ｎ本の遅延導波路における所定の遅延量の組み合わせに応じて、異なる方向に前記無線信号を空間的に放射する、Ｎ個のアレイアンテナを備え、
前記遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備することを特徴とする、光機能回路。
【請求項６】
ディジタル波形の光信号をアナログ波形の光信号に変換して出力する光ディジタル−アナログ変換回路を構成する光機能回路であって、
前記ディジタル波形の光信号をＮ個に分岐して出力する、１対Ｎの光分岐部と、
前記光分岐部の第ｎの出力端子に各々対応して接続され、互いに異なる遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、
前記Ｎ本の遅延導波路から出力された、Ｎ個の前記光信号に対して、所定の振幅比を与える、Ｎ個の重み付け部と、
前記Ｎ個の重み付け部から出力された、Ｎ個の前記光信号を合波することによって、所望のアナログ波形の光信号を出力する、Ｎ対１の光合波部を備え、
前記遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備することを特徴とする、光機能回路。
【請求項７】
光信号に含まれるラベル（経路情報など）を光のまま処理する光ラベル スイッチング機能を有する光中継装置を構成する光機能回路であって、
前記光信号を分岐して出力する光分岐部と、
前記光分岐部で出力された一方の前記光信号を用いて、前記ラベルを識別するラベル識別部と、
前記光分岐部から出力されたもう一方の前記光信号に対して、前記ラベル識別部が前記ラベルを識別するのに要する時間に応じた遅延量を与える、遅延導波路と、
複数の出力ポートを有し、前記ラベル識別部が識別した前記ラベルに対応する出力ポートから、前記遅延導波路から出力された前記光信号を出力することによって、前記光信号の経路を切り替える光経路切替部を備え、
前記遅延導波路は、フォトニック結晶を具備することを特徴とする、光機能回路。
【請求項８】
前記フォトニック結晶は、短パルスレーザで孔加工を施されていることを特徴とする、
請求項１から７のいずれか１項に記載の光機能回路。
【請求項９】
前記フォトニック結晶は、周期性を有する複数の孔と、
前記周規性を乱す第２の孔を含むこと特徴とする、
請求項８に記載の光機能回路。
【請求項１０】
前記フォトニック結晶は、
シリコン層を有する導波層と、
二酸化シリコン層を有するクラッドを含むことを特徴とする、
請求項８または９に記載の光機能回路。
【請求項１１】
前記フォトニック結晶において、
前記第２の孔に短パルスを追加照射することにより、遅延を後加工調整できることを特徴とする、
請求項９に記載の光機能回路。
【請求項１２】
前記フォトニック結晶において、
前記第２の孔に短パルスを追加照射することにより、透過率を後加工調整できることを特徴とする、
請求項９に記載の光機能回路。
【請求項１３】
前記フォトニック結晶において、
前記第２の孔から離れたところに反射孔をあけることにより、透過率を後加工調整できることを特徴とする、
請求項９に記載の光機能回路。
【請求項１４】
前記フォトニック結晶は、前記導波層、あるいは前記クラッドの温度を調整する温度調整部を含むことを特徴とする、
請求項１０に記載の光機能回路。
【請求項１５】
前記遅延導波路は、出力の有無を切り替える光スイッチ部を含むことを特徴とする、
請求項１から７のいずれか１項に記載の光機能回路。
【請求項１６】
前記光分岐部は、
前記遅延導波路が有する遅延の一部を与える、遅延オフセット部を含むことを特徴とする、請求項１、または３から７のいずれか１項に記載の光機能回路。
【請求項１７】
前記波長分離部は、
前記遅延導波路が有する遅延の一部を与える、遅延オフセット部を含むことを特徴とする、請求項２に記載の光機能回路。
【請求項１】
光符号分割多重方式において、光信号のスペクトル拡散、および逆拡散を行う光符号多重回路を構成する光機能回路であって、
１対Ｎ（１入力端子対Ｎ出力端子。Ｎは正の整数。以下同様。）の光分岐部と、
前記光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の符号系列に応じて互いに異なる遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、
Ｎ対１（Ｎ入力端子対１出力端子）の光合波部を備え、
前記遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備することを特徴とする、光機能回路。
【請求項２】
光符号分割多重方式において、広い波長帯域を有する光信号のスペクトル拡散、および逆拡散を行う光符号多重回路を構成する光機能回路であって、
入力された光信号を互いに異なる波長に分離して出力する、１対Ｎの波長分離部と、
光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の符号系列に応じて互いに異なる遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、
Ｎ対１の光合波部を備え、
前記遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備することを特徴とする、光機能回路。
【請求項３】
光符号分割多重方式において、広い波長帯域を有する光信号のスペクトル拡散、および逆拡散を行う光符号多重回路を構成する光機能回路であって、
１対Ｎの光分岐部と、
前記光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の符号系列に応じて互いに異なる遅延量を持ち、かつ入力された光信号のうち互いに異なる波長のみを透過させる、Ｎ本の遅延導波路と、
Ｎ対１の光合波部を備え、
前記遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備することを特徴とする、光機能回路。
【請求項４】
光時分割多重方式において、Ｎ個の光データ信号の時系列多重、および分離を行う光時分割多重回路を構成する光機能回路であって、
光クロック信号を発生するクロック発生部と、
前記光クロック信号をＮ個に光分岐して出力するクロック分岐部と、
各前記光データ信号と対応する前記光クロック信号を、それぞれ光合波する、Ｎ個のクロック合波部と、
各前記クロック合波部に各々対応して接続され、互いに異なる遅延量を持ち、かつ前記遅延量が所定の最小遅延量の整数倍である、Ｎ本の遅延導波路と、
前記Ｎ本の遅延導波路に接続される、Ｎ対１の光合波部を備え、
前記遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備することを特徴とする、光機能回路。
【請求項５】
フェーズドアレイアンテナ用光位相制御回路を構成する光機能回路であって、
無線信号を光信号に変換する無線光変換部と、
前記無線光変換部から出力される前記光信号をＮ個に分岐して出力する、１対Ｎの光分岐部と、
前記光分岐部の第ｎ（１からＮまでの整数）の出力端子に各々対応して接続され、所定の遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、
前記遅延導波路に各々対応して接続され、前記遅延導波路から出力された光信号を無線信号に変換する、Ｎ個の光無線変換部と、
前記光無線変換部に各々対応して接続され、前記Ｎ本の遅延導波路における所定の遅延量の組み合わせに応じて、異なる方向に前記無線信号を空間的に放射する、Ｎ個のアレイアンテナを備え、
前記遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備することを特徴とする、光機能回路。
【請求項６】
ディジタル波形の光信号をアナログ波形の光信号に変換して出力する光ディジタル−アナログ変換回路を構成する光機能回路であって、
前記ディジタル波形の光信号をＮ個に分岐して出力する、１対Ｎの光分岐部と、
前記光分岐部の第ｎの出力端子に各々対応して接続され、互いに異なる遅延量を持つ、Ｎ本の遅延導波路と、
前記Ｎ本の遅延導波路から出力された、Ｎ個の前記光信号に対して、所定の振幅比を与える、Ｎ個の重み付け部と、
前記Ｎ個の重み付け部から出力された、Ｎ個の前記光信号を合波することによって、所望のアナログ波形の光信号を出力する、Ｎ対１の光合波部を備え、
前記遅延導波路の各々にフォトニック結晶を具備することを特徴とする、光機能回路。
【請求項７】
光信号に含まれるラベル（経路情報など）を光のまま処理する光ラベル スイッチング機能を有する光中継装置を構成する光機能回路であって、
前記光信号を分岐して出力する光分岐部と、
前記光分岐部で出力された一方の前記光信号を用いて、前記ラベルを識別するラベル識別部と、
前記光分岐部から出力されたもう一方の前記光信号に対して、前記ラベル識別部が前記ラベルを識別するのに要する時間に応じた遅延量を与える、遅延導波路と、
複数の出力ポートを有し、前記ラベル識別部が識別した前記ラベルに対応する出力ポートから、前記遅延導波路から出力された前記光信号を出力することによって、前記光信号の経路を切り替える光経路切替部を備え、
前記遅延導波路は、フォトニック結晶を具備することを特徴とする、光機能回路。
【請求項８】
前記フォトニック結晶は、短パルスレーザで孔加工を施されていることを特徴とする、
請求項１から７のいずれか１項に記載の光機能回路。
【請求項９】
前記フォトニック結晶は、周期性を有する複数の孔と、
前記周規性を乱す第２の孔を含むこと特徴とする、
請求項８に記載の光機能回路。
【請求項１０】
前記フォトニック結晶は、
シリコン層を有する導波層と、
二酸化シリコン層を有するクラッドを含むことを特徴とする、
請求項８または９に記載の光機能回路。
【請求項１１】
前記フォトニック結晶において、
前記第２の孔に短パルスを追加照射することにより、遅延を後加工調整できることを特徴とする、
請求項９に記載の光機能回路。
【請求項１２】
前記フォトニック結晶において、
前記第２の孔に短パルスを追加照射することにより、透過率を後加工調整できることを特徴とする、
請求項９に記載の光機能回路。
【請求項１３】
前記フォトニック結晶において、
前記第２の孔から離れたところに反射孔をあけることにより、透過率を後加工調整できることを特徴とする、
請求項９に記載の光機能回路。
【請求項１４】
前記フォトニック結晶は、前記導波層、あるいは前記クラッドの温度を調整する温度調整部を含むことを特徴とする、
請求項１０に記載の光機能回路。
【請求項１５】
前記遅延導波路は、出力の有無を切り替える光スイッチ部を含むことを特徴とする、
請求項１から７のいずれか１項に記載の光機能回路。
【請求項１６】
前記光分岐部は、
前記遅延導波路が有する遅延の一部を与える、遅延オフセット部を含むことを特徴とする、請求項１、または３から７のいずれか１項に記載の光機能回路。
【請求項１７】
前記波長分離部は、
前記遅延導波路が有する遅延の一部を与える、遅延オフセット部を含むことを特徴とする、請求項２に記載の光機能回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−６０６１５（Ｐ２００８−６０６１５Ａ）
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７１５（Ｐ２００４−２７１５）
【出願日】平成１６年１月８日（２００４．１．８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１月８日（２００４．１．８）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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