JP3681995B2 - 光合分波器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光交換の分野で高密度に光信号を多重化する光合分波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、増大する通信トラヒックに応えるべく、より多くの波長多重化の検討が進められている。また、光ファイバの低損失帯域や、エルビウム添加ファイバアンプをはじめとする低雑音な希土類添加光ファイバアンプの増幅帯域は限られているため、より狭い波長間隔で光信号を扱う光合分波器が求められている。このようなニーズに応える光合分波器として、アレイ導波路格子（ＡＷＧ；Arrayed Waveguide Grating）がある。
【０００３】
アレイ導波路格子は、１つの素子で非常に多くの信号を一括多重でき、光通信システムに使われ、既に現用システムにも導入されている。アレイ導波路格子のように多くの信号を扱う光合分波器（８波以上）では、１チャンネル毎のクロストークが極めて小さくなくては累積するノイズが大きくなり、光通信システムには使えなくなる。すでに１００ＧＨｚチャンネル間隔のアレイ導波路格子では、−４０ｄＢ以上の十分小さなクロストークが得られ、量産化がなされている。しかし、より狭い波長間隔である１０ＧＨｚチャンネル間隔のアレイ導波路格子では、作製時の位相誤差を正確に評価し、かつ、それらの誤差を補正しないと小さなクロストークが得られないという問題があり、量産化は依然として進んでいない。
【０００４】
アレイ導波路格子のほかにも光合分波する素子としてファイバグレーティングや多層膜干渉フィルタを用いたものなどがあるが、正確な波長間隔でチャンネルを並べること、過剰損失が小さいこと、各チャンネルでの損失バラツキが小さいこと等を同時に満たすことが難しく、数チャンネルの信号をあつかう光合分波器の報告例があるだけである。
【０００５】
より狭い波長間隔で光信号を扱う光合分波器を実現するには、既存のアレイ導波路格子２台と、アレイ導波路格子のチャンネル間隔とＦＳＲ（Free Spectral Range;フリー・スペクトラル・レンジ）が等しいマッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）フィルタを図３に示す様に組み合わせる方法が提案されている（特願平１０−２４２２１号「光波長合分波器」参照）。なお、図３においては、３０１，３０２はアレイ導波路格子、３０３はマッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）フィルタ、３０４,３０５は方向性結合器、３０６は光路長差付与部、３０７，３０８は薄膜ヒータ型位相制御器である。
【０００６】
この方法に用いると、既存のアレイ導波路格子を用いて見かけ上アレイ導波路格子のチャンネル数を倍加する光合分波器を合成することが可能になる。また、この方法は、アレイ導波路格子もマッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）フィルタも同様の光導波路で作成可能なため接続損失の問題が無く、同一基板上に一括形成することも容易である。また、なにより隣接するチャンネル以外のチャンネルのクロストークは、既存のアレイ導波路格子により十分に小さく抑えることが可能であるというメリットがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来例の透過スペクトルを図４に示すが、マッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）フィルタの消光する帯域が狭いため、この方法で合成した光合分波器の隣接チャンネルでの消光する帯域も狭く、信号光の波長変動幅を考えると隣接クロストークは十分小さくできない。また、信号光透過チャンネルにおいても、２つのフィルタを通過するため、透過帯域幅が狭くなる。このようにマッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）フィルタとアレイ導波路格子を組み合わせた光合分波器においては、信号光波長の許容幅が狭く制限されるという問題があった。
【０００８】
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、狭チャンネルで多波長の光信号を扱う光合分波器において、透過帯域が広く、かつ、全てのチャンネルのクロストークが小さな光合分波器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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、チャンネル間隔が相互に等しく、チャンネルの中心波長のずれが前記チャンネル間隔の１／２である２個のアレイ導波路格子を、繰り返し周期が前記チャンネル間隔と等しい周期的透過スペクトルを有する導波路型周回性フィルタの２出力のそれぞれに縦列接続した光合分波器において、前記導波路型周回性フィルタは、２本の光導波路と、該光導波路を３箇所の異なる位置にて結合する３個の方向性結合器とからなる構成を有し、前記方向性結合器にそれぞれ挟まれた２箇所の前記光導波路に光路長差を与え、入力側から１，２，３番目の前記方向性結合器の結合位相強度（但し、結合位相強度＝ｓｉｎ−１√（パワー結合率））と入力側から１，２番目の前記光路長差とが、それぞれπ／４、（π／３）−ｘ、（π／１２）＋ｘ、Ｌ、２Ｌ±λ／２、またはπ／４、（π／６）＋ｘ、（π／１２）＋ｘ、Ｌ、−２Ｌ（０．０３≦ｘ≦０．１０）であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、チャンネル間隔が相互に等しく、チャンネルの中心波長のずれが前記チャンネル間隔の１／２である２個のアレイ導波路格子を、繰り返し周期が前記チャンネル間隔と等しい周期的透過スペクトルを有する導波路型周回性フィルタの２出力のそれぞれに縦列接続した光合分波器において、前記導波路型周回性フィルタは、２本の光導波路と、該光導波路を３箇所の異なる位置にて結合する３個の方向性結合器とからなる構成を有し、前記方向性結合器にそれぞれ挟まれた２箇所の前記光導波路に光路長差を与え、入力側から１，２，３番目の前記方向性結合器の結合位相強度（但し、結合位相強度＝ｓｉｎ−１ルート（パワー結合率））と入力側から１，２番目の前記光路長差とが、それぞれ（π／１２）＋ｘ、（π／３）−ｘ、π／４、２Ｌ±λ／２、Ｌ、または（π／１２）＋ｘ、（π／６）＋ｘ、π／４、−２Ｌ、Ｌ（０．０３≦ｘ≦０．１０）であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記方向性結合器のうち少なくとも１つが、結合率可変な方向性結合器であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の発明において、前記光路長差をあたえる２本の導波路のうち少なくとも一方に位相制御器を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
このように、本発明による導波路型周回性フィルタは、２本の光導波路と、光導波路をＮ＋１箇所（Ｎは２以上の整数）の異なる位置にて結合するＮ＋１個の方向性結合器とからなる構成を有しているので、アレイ導波路格子と導波路型周回性フィルタとを合成した光合分波器の隣接チャンネルの消光帯域を広げることができる。導波路型周回性フィルタとしては、透過域、阻止域共に広い矩形状の透過スペクトルを持つことができる二入力二出力光信号処理器を用いることが望ましい。これにより信号光の波長変動幅を考慮しても全てのチャンネルのクロストークを小さく抑えることが可能になる。
【００１７】
また、透過チャンネルについても導波路型周回性フィルタの透過域が平坦なので、もともとのアレイ導波路格子の透過帯域を減少させることが無いという利点がある。
【００１８】
したがって、本発明の構成の光導波路フィルタを用いることにより、既存のアレイ導波路格子のチャンネル数を倍加しても、透過帯域が広くかつ全てのチャンネルのクロストークが小さな光合分波器を提供できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の光合分波器の第１の実施形態を示す図で、図中符号１０１，１０２は、第１、第２のアレイ導波路格子であり、１０３は導波路型周回性フィルタである二入力二出力光信号処理器である。この二入力二出力光信号処理器１０３は、第１、第２、第３、第４の方向性結合器１０４，１０５，１０６，１０７と第１、第２、第３の光路長差付与部１０８，１０９，１１０とから構成されている。第１、第２、第３の光路長差付与部１０８，１０９，１１０には、作製時の位相誤差を補正する薄膜ヒータ型位相制御器１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６が取り付けられている。さらに、薄膜ヒータ型位相制御器１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６による調整状況を確認するために、アレイ導波路格子１０１の途中からモニタ用光導波路１１７を設けている。
【００２１】
アレイ導波路格子１０１，１０２のチャンネル間隔は、１００ＧＨｚで相互に中心波長が５０ＧＨｚズレるように作製されている。また、二入力二出力光信号処理器１０３のＦＳＲも１００ＧＨｚに設定し、５０ＧＨｚ毎に出力ポートが切り替わるように作製されている。また、二入力二出力光信号処理器１０３が平坦なスペクトルを持つように、第１、第２、第３、第４の方向性結合器１０４，１０５，１０６，１０７の結合位相強度は、順にπ／４、３π／８、π／６、π／２４になるように設計されている。また、第１、第２、第３の光路長差付与部１０８，１０９，１１０は、順にＬ、２Ｌ＋λ／２、２Ｌ＋λ／２となるように設計されている（但しλ＝１５５３．６ｎｍ、ｎＬ＝３ｍｍ、ｎは導波路の有効屈折率）。なお、パラメータの算出には、特願平１１−１６２３７４号に示した計算方法を用いている。
【００２２】
本実施例では上述したようなパラメータを用いたが、パラメータの組合せは一つではなく、本発明はこれら実施例の導波路パラメータの組合せに限られるものではない。
【００２３】
実際の導波路は、Ｓｉ基板上に、火炎堆積法により石英系ガラス厚膜を作製する技術と、フォトリソグラフィとドライエッチングにより導波路加工をする技術とを組み合わせて作製した。最終的にできた導波路の断面形状は、高さ７μｍ幅７μｍで、比屈折差は０．７５％であった。
【００２４】
出来上がった導波路は、ダイシングソーにより端面を切り出し、日本国内で通常伝送路に用いられている分散シフトファイバを、入出力部にとりつけて評価した。エルビウム添加光ファイバアンプからでるＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光を二入力二出力光信号処理器側１０３から入力し、モニタ用光導波路１１７のモニタポートから出てくる出力光を光スペクトルアナライザで観測しながら、薄膜ヒータ型位相制御器１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６の動作点を定めた。その後、ＡＳＥ光を二入力二出力光信号処理器１０３側から入力し、アレイ導波路格子１０１，１０２から出てくる出力光を光スペクトルアナライザで評価した。このようにして本発明による回路全体の特性を評価した後、アレイ導波路格子１０１，１０２と二入力二出力光信号処理器１０３とをダイシングソーで切り分け、個別の透過スペクトルを評価した。
【００２５】
図２は、回路全体の１９３．１ＴＨｚ近傍の透過スペクトルと、アレイ導波路格子のみと二入力二出力光信号処理器のみの透過スペクトルとを示した図である。アレイ導波路格子の透過域と二入力二出力光信号処理器の透過域とが一致しているのは、位相制御器の動作点を適切に定めた結果である。アレイ導波路格子と二入力二出力光信号処理器との２つの光フィルタを合成した結果、透過域中心波長１９３．１ＴＨｚに対し、１００ＧＨｚ以遠の光はアレイ導波路格子により分離され、最近接チャンネルである５０ＧＨｚ隣の光は、二入力二出力光信号処理器により分離されているのが分かる。
【００２６】
図３は、従来のマッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）フィルタとアレイ導波路格子との組み合わした光回路を示す図で、図４はその透過特性を示している。ここで、図４に示した光回路の透過特性と、図２に示した本発明による光回路の透過特性とを比較する。
【００２７】
隣接チャンネルの透過スペクトルを拡大したものを図５に示す。両者とも１９３．１５ＴＨｚちょうどでは３０ｄＢ以上の消光比が得られているが、消光している周波数幅には大きな違いがあることが判る。例えば、消光比３０ｄＢ以上を得るためには、従来の光回路だと透過域中心波長から４９ＧＨｚ程度離れないといけないが、本発明による光回路だと４５ＧＨｚ離れれば十分である。すなわち、隣接チャンネルの近傍で３０ｄＢ以上の消光比が得られる帯域は、従来例で２ＧＨｚ程度、本発明の光回路によると１０ＧＨｚ程度である。チャンネル間隔５０ＧＨｚと比較すると、従来の４％の範囲でしか消光しなかったが、本発明の光回路構成により２０％と広い範囲で消光できるようになった。
【００２８】
透過チャンネルの透過スペクトルを拡大したものを図６に示す。両者とも１９３．１０ＴＨｚちょうどでは透過率に差は殆どない。しかし周波数の変化に対する透過率の変化には大きな差が見られる。透過域中心波長での透過率に対し、１ｄＢまでの透過率の劣化を許容する幅を１ｄＢ幅と定義すると、従来例では１ｄＢ幅は２２ＧＨｚであるが、本発明の光回路では１ｄＢ幅は２８ＧＨｚであった。チャンネル間隔５０ＧＨｚと比較すると、透過率の劣化が１ｄＢ未満になるのは従来４４％であったが、本発明の光回路構成によると５６％に拡大していることが分かる。
【００２９】
二入力二出力光信号処理器と２本の導波路のうち、どちら側を入力導波路として使用するかは、二入力二出力光信号処理器と２台のアレイ導波路格子との波長配置に依存する。しかし、本実施例の光合分波器では、位相制御器１１１または１１２のうちどちらか一方を動作させπだけ位相をシフトさせると入力導波路を切り替えることができるので、特に入力導波路を指定する必要はない。
【００３０】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の光合分波器の第２の実施形態を示す図である。
第２の実施形態では使い方によって、隣接クロストークを小さく抑える使い方と、透過帯域幅を拡大する使い方との、２通りの使い方ができる。以下にその詳細を説明する。
【００３１】
第２の実施形態は、大きく分けて２台のアレイ導波路格子７０１,７０２と、導波路型周回性フィルタである二入力二出力光信号処理器７０３とから構成されている。また、二入力二出力光信号処理器７０３は、方向性結合器７０４と結合率可変光結合器７１３，７１４と光路長差付与部７０９,７１１とから構成されている。結合率可変光結合器７１３は、２つの方向性結合器７０５，７０６とそれらに挟まれた光路長差付与部７１０とから構成されている。また、結合率可変光結合器７１４は、２つの方向性結合器７０７，７０８とそれらに挟まれた光路長差付与部７１２とから構成されている。また、光路長差付与部７０９，７１０，７１１，７１２には、作製時の位相誤差を補正する薄膜ヒータ型位相制御器７１５〜７２２が取り付けられている。さらに、薄膜ヒータ型位相制御器７１５〜７２２による調整状況を確認するために、アレイ導波路格子７０１の途中からモニタ用光導波路７２３を設けている。
【００３２】
光路長差付与部７０９，７１１は、順にＬ、２Ｌ＋λ／２となるように設計されている（但しλ＝１５５３．６ｎｍ、ｎＬ＝３ｍｍ、ｎは導波路の有効屈折率）。また、方向性結合器７０４，７０５，７０６，７０７，７０８の結合位相強度は、全てπ／４に設計され、また、光路長差付与部７１０，７１２は、順にλ／６、５λ／１２（但しλ＝１５５３．６ｎｍ）となるように設計されている。製造誤差がなければ結合率可変光結合器７１３，７１４の結合位相強度は、π／３とπ／１２になる。また、方向性結合器と光路長に小さな位相誤差が生じても、位相制御器７１７，７１８，７２１，７２２を動作させることにより結合率可変光結合器７１３，７１４全体として結合位相強度が任意に調整でき、目的とするπ／３とπ／１２に合わせることができる。さらに、（π／３）−ｘ、（π／１２）＋ｘなど任意の結合位相強度に調整することも可能である。この第２の実施例中の二入力二出力光信号処理器の各パラメータも、特願平１１−１６２３７４号に示した計算方法で目的とする値を算出した。
【００３３】
本実施例では上述したようなパラメータを用いたが、パラメータの組合せは一つではなく、例えば、結合位相強度を（π／６）＋ｘ、（π／１２）＋ｘ、光路長差をＬ、−２Ｌにとっても、また、逆順に並べても同様の効果が得られる。すなわち、本発明は上記実施例の導波路パラメータの組合せに限られるものではない。
【００３４】
この第２の実施例もＳｉ基板上に、火炎堆積法により石英系ガラス厚膜を作製する技術と、フォトリソグラフィとドライエッチングにより導波路加工をする技術とを組み合わせて作製した。最終的にできた導波路の断面形状は、高さ７μｍ幅７μｍで、比屈折差は０．７５％であった。
【００３５】
出来上がった導波路は、第１の実施例と同様の方法で評価した。すなわち、ダイシングソーにより端面を切り出した後、日本国内で通常伝送路に用いられている分散シフトファイバを、入出力部にとりつけて評価した。エルビウム添加光ファイバアンプからでるＡＳＥ光を前記二入力二出力光信号処理器側から入力し、モニタ用光導波路７２３のモニターポートから出てくる出力光を光スペクトルアナライザで観測しながら、位相制御器７１５〜７２２の動作点を定めた。その後、ＡＳＥ光を二入力二出力光信号処理器側から入力し、アレイ導波路格子から出てくる出力光を光スペクトルアナライザで評価した。このようにして幾つかの測定を行った後、本発明による回路全体の特性を評価した後、アレイ導波路格子と二入力二出力光信号処理器とダイシングソーで切りわけ、個別の透過スペクトルを評価した。まず、隣接クロストークを小さく抑える使用方法とその特性について説明する。
【００３６】
図８は、結合率可変光結合器７１３，７１４の結合位相強度を順にπ／３、π／１２丁度に調整したときの、透過中心波長が１９３．１ＴＨｚであるポートの透過スペクトルを示す図である。第１の実施例に比べ二入力二出力光信号処理器の消光比が大きくなっているのは、方向性結合器の製造時のバラツキを結合率可変光結合器を用いることにより修正しているためである。その結果、第２の実施形態の光回路は、隣接チャンネルである１９３．１５ＴＨｚ近傍で４０ｄＢ以上の消光比が得られた。
【００３７】
次に、透過帯域幅を拡大する使用方法とその特性について説明する。
【００３８】
結合率可変光結合器７１３，７１４の結合位相強度を順に（π／３）−ｘ、（π／１２）＋ｘと表し、かつ、ｘ＝０．００、０．０３、０．０６のときの二入力二出力光信号処理器の透過帯域での詳細スペクトルを図９に示す。透過帯域中心波長である１９３．１ＴＨｚでは、ｘ＝０．００のとき透過特性が平坦であるが、ｘが増加するに従って僅かな窪みが生じる。この窪みの曲率はｘを変えることにより自由に設定できる。また１ｄＢ幅が僅かだが増加しているのが分かる。
【００３９】
図１０は、ｘ＝０．００、０．０３、０．０６のときアレイ導波路格子と組み合わせたときの透過帯域での詳細スペクトルを示す図である。図９の窪みに応じて透過帯域でのスペクトル形状もｘ＝０．００のときは、上に凸だが、ｘが増加し０．０６になると下に凸になった。第２の実施例では、ｘ＝０．０３の時に透過中心波長近傍で平坦な領域が最大になった。
【００４０】
ｘが０．００、０．０３、０．０６である時の、透過帯域での最小損失と、透過域中心波長での損失、透過帯域での最小損失に対する１ｄＢ幅と、この１ｄＢ幅がチャンネルに占める割合を、表１に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】
ｘ＝０．０３の時、透過帯域での最低損失が０．２ｄＢ弱劣化するが、透過帯域中心波長近傍で最も平坦な形状が得られた。また、ｘ＝０．０６の時には、透過帯域での最低損失が０．４ｄＢ弱劣化し０．３ｄＢ弱の窪みが生じたが、１ｄＢ幅はｘ＝０，０．０３，０．０６の中で最大で１ｄＢ幅が最も広くなり３５ＧＨｚになった。その時、５０ＧＨｚのチャンネル幅に対する１ｄＢ幅は７０％程度と極めて大きな値となった。
【００４３】
第２の実施例では、ｘ＝０．０３の時に透過中心波長近傍で平坦な領域が最大になったが、ｘがどの値の時に最終的スペクトルがどの様になるかはアレイ導波路格子のスペクトル形状はアレイ導波路格子自体の設計による。しかし、概ねｘ＝０．００〜０．１０の間で平坦な領域が最大になる場合と、１ｄＢ幅が最大になる場合とが実現できる。
【００４４】
第２の実施例も第１の実施例と同様に、二入力二出力光信号処理器の２本の導波路のうち、どちら側を入力導波路として使用するかは、二入力二出力光信号処理器と２台のアレイ導波路格子との波長配置に依存する。しかし、本実施例の光合分波器では、位相制御器７１５または７１６のうちどちらか一方を動作させ、πだけ位相をシフトさせると、入力導波路を切り替えることができるので、特に入力導波路を指定する必要はない。本発明はこれら実施例の導波路パラメータの組合せに限られるものではない。
【００４５】
（第３の実施形態）
図１１は、本発明の光合分波器の第３の実施形態を示す図である。
第２の実施形態の光合分波器は、大きく分けて４台のアレイ導波路格子１１０１，１１０２，１１０３，１１０４と、導波路型周回性フィルタである３台の二入力二出力光信号処理器１１０５，１１０６，１１０７とから構成されている。４台のアレイ導波路格子のチャンネル間隔と、二入力二出力光信号処理器１１０５，１１０６のＦＳＲと、二入力二出力光信号処理器１１０７のチャンネル間隔とは互いに等しく設計されている。また、４台のアレイ導波路格子の中心波長は互いに、アレイ導波路格子のチャンネル間隔の４分の１だけズレるように、また、二入力二出力光信号処理器１１０５，１１０６の中心波長も、互いにアレイ導波路格子のチャンネル間隔の２分の１だけズレるように設計されている。
【００４６】
第３の実施例中の３台の二入力二出力光信号処理器の各パラメータも、特願平１１−１６２３７４号に示した計算方法で最適な値を算出した。
【００４７】
第３の実施例も、第１、第２の実施例と同様な作成方法で光合分波器を作製して評価した。測定した第３の実施例の光合分波器の透過特性を図１２に示す。第３の実施例では最近接チャンネルは１９３．１２５ＴＨｚとなり、第１の実施例、第２の実施例の光合分波器の場合に比べさらに隣接チャンネルが近接しているが、１９３．１２５ＴＨｚ近傍で、３０ｄＢ弱消光している。また、透過帯域である１９３．１ＴＨｚ近傍でも平坦な透過特性が得られている。
【００４８】
第３の実施例の光合分波器の構成を図１１に示したが、各二入力二出力光信号処理器の段数、および、光路長差付与部があたえる遅延量の正負、方向性結合器の結合位相強度等二入力二出力光信号処理器の設計パラメータの組合せは幾通りもある。また、二入力二出力光信号処理器１１０５と１１０６は同一の構造をとる必要はなく、また２本の導波路のうち、どちらの導波路を二入力二出力光信号処理器１１０７につなぐか等、同様の効果を得る構成が幾通りもある。
【００４９】
また、第３の実施例では、４台のアレイ導波路格子と３台の二入力二出力光信号処理器を用いたが、この台数に限るものではなく、例えば、８台のアレイ導波路格子と７台の二入力二出力光信号処理器を用いても、多チャンネルでクロストークが小さく、透過帯域の広い光合分波器を作製することができる。すなわち、第３の実施例の光合分波器の構成を図１１に示したが、本発明は、本実施例中の二入力二出力光信号処理器の設計パラメータの組合せ方や、アレイ導波路格子と二入力二出力光信号処理器の組合せ方に限られるものではない。
【００５０】
以上、実施の形態を用いて本発明の構成および作用を説明したが、本発明はこれら実施例の形態に限られるものではない。例えば、本発明では石英系の光導波路を用いたが、半導体、ＬｉＮｂＯ３、ポリマー等の別の材料で光導波路回路を形成することも可能である。また各実施形態の二入力二出力光信号処理器では方向性結合器を用いたが、全てまたは一部の方向性結合器をＭＭＩ（Multi-Mode Interferometor；多モード干渉型カップラ）、またはＭＭＩと遅延線を組み合わせた任意結合率分岐回路と置き換えても損失は大きくなるものの同様な効果が得られる。ＭＭＩと遅延線を組み合わせた任意結合率分岐回路の例としては、T.Saida etc:“Silica-based 2×2 multimode interference coupler with arbitary power splitting ratio.”,Electron.Lett.,1999.vol.35,pp1-2などの報告がある。また、位相制御の方法として、各実施形態では熱光学効果を利用したが、電気光学効果、レーザー光照射効果等の他の手法により、位相制御を行うことも可能である。
【００５１】
また、本発明では二入力二出力信号処理器の透過率の設計自由度が高いことを用いて、透過率スペクトルが優れた光合分波器を実現したが、本発明で用いた二入力二出力信号処理器は透過する光信号の群遅延特性も設計自由度が高く、盛んに研究されている。任意の群遅延量も実現する二入力二出力信号処理器の例としては、Takiguchi etc.“Variable groupdelay dispersion equaliser based on a lattice form programble optical filter”,Electron.Lett.,1995.vol.31,pp1240-1241などの報告がある。そのため、テーパー導波路やパラボラ形状導波路を用いたアレイ導波路格子の群遅延量や、二入力二出力信号処理器単体の群遅延量も、相互に組み合わせて用いるので、例えば、相互に打ち消し合わせる等、光合分波器全体として群遅延量を制御することが可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、導波路型周回性フィルタは、２本の光導波路と、光導波路を３箇所の異なる位置にて結合する３個の方向性結合器とからなる構成を有し、方向性結合器にそれぞれ挟まれた２箇所の前記光導波路に光路長差を与え、方向性結合器の結合位相強度と、光導波路の光路長差とを規定することにより、透過域、阻止域共に広い矩形状の透過スペクトルを持つことができる二入力二出力光信号処理器を用いているので、アレイ導波路格子と導波路型周回性フィルタとを合成した光合分波器の隣接チャンネルの消光帯域を広げることができる。したがって、信号光の波長変動幅を考慮しても全てのチャンネルのクロストークを小さく抑えることが可能になる。
【００５３】
また、透過チャンネルについても導波路型周回性フィルタの透過域が平坦なので、もともとのアレイ導波路格子の透過帯域を減少させることが無いという効果を奏する。
【００５４】
したがって、本発明の構成の光合分波器を用いることにより、既存のアレイ導波路格子のチャンネル数を倍加しても、透過帯域が広くかつ全てのチャンネルのクロストークが小さな光合分波器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光合分波器の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の透過特性と構成する各部分の透過特性を示す図である。
【図３】従来の光合分波器の構造を示す図である。
【図４】従来の光合分波器の透過特性と構成する各部分の透過特性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態と従来の光合分波器との隣接チャンネルでのクロストークを説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態と従来の光合分波器との透過帯域での詳細スペクトルを説明するための図である。
【図７】本発明の光合分波器の第２の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の透過特性と構成する各部分の透過特性を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態を構成する二入力二出力導波路型フィルタの透過帯域での詳細スペクトルを説明するための図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の透過帯域での詳細スペクトルを説明するための図である。
【図１１】本発明の光合分波器の第３の実施形態を示す図である。
【図１２】本発明の光合分波器の第３の実施形態の透過特性を示す図である。
【符号の説明】
１０１，１０２，３０１，３０２，７０１，７０２，１１０１，１１０２，１１０３，１１０４ アレイ導波路格子
１０３，７０３，１１０５，１１０６，１１０７ 二入力二出力光信号処理器
３０３ マッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）フィルタ
１０４，１０５，１０６，１０７，３０４，３０５，７０４，７０５，７０６，７０７，７０８ 方向性結合器
１０８，１０９，１１０，３０６，７０９，７１０，７１１，７１２ 光路長差付与部
１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，３０７，３０８，７１５，７１６，７１７，７１８，７１９，７２０，７２１，７２２ 薄膜ヒータ型位相制御器
７１３，７１４ 結合率可変光結合器
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光交換の分野で高密度に光信号を多重化する光合分波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、増大する通信トラヒックに応えるべく、より多くの波長多重化の検討が進められている。また、光ファイバの低損失帯域や、エルビウム添加ファイバアンプをはじめとする低雑音な希土類添加光ファイバアンプの増幅帯域は限られているため、より狭い波長間隔で光信号を扱う光合分波器が求められている。このようなニーズに応える光合分波器として、アレイ導波路格子（ＡＷＧ；Arrayed Waveguide Grating）がある。
【０００３】
アレイ導波路格子は、１つの素子で非常に多くの信号を一括多重でき、光通信システムに使われ、既に現用システムにも導入されている。アレイ導波路格子のように多くの信号を扱う光合分波器（８波以上）では、１チャンネル毎のクロストークが極めて小さくなくては累積するノイズが大きくなり、光通信システムには使えなくなる。すでに１００ＧＨｚチャンネル間隔のアレイ導波路格子では、−４０ｄＢ以上の十分小さなクロストークが得られ、量産化がなされている。しかし、より狭い波長間隔である１０ＧＨｚチャンネル間隔のアレイ導波路格子では、作製時の位相誤差を正確に評価し、かつ、それらの誤差を補正しないと小さなクロストークが得られないという問題があり、量産化は依然として進んでいない。
【０００４】
アレイ導波路格子のほかにも光合分波する素子としてファイバグレーティングや多層膜干渉フィルタを用いたものなどがあるが、正確な波長間隔でチャンネルを並べること、過剰損失が小さいこと、各チャンネルでの損失バラツキが小さいこと等を同時に満たすことが難しく、数チャンネルの信号をあつかう光合分波器の報告例があるだけである。
【０００５】
より狭い波長間隔で光信号を扱う光合分波器を実現するには、既存のアレイ導波路格子２台と、アレイ導波路格子のチャンネル間隔とＦＳＲ（Free Spectral Range;フリー・スペクトラル・レンジ）が等しいマッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）フィルタを図３に示す様に組み合わせる方法が提案されている（特願平１０−２４２２１号「光波長合分波器」参照）。なお、図３においては、３０１，３０２はアレイ導波路格子、３０３はマッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）フィルタ、３０４,３０５は方向性結合器、３０６は光路長差付与部、３０７，３０８は薄膜ヒータ型位相制御器である。
【０００６】
この方法に用いると、既存のアレイ導波路格子を用いて見かけ上アレイ導波路格子のチャンネル数を倍加する光合分波器を合成することが可能になる。また、この方法は、アレイ導波路格子もマッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）フィルタも同様の光導波路で作成可能なため接続損失の問題が無く、同一基板上に一括形成することも容易である。また、なにより隣接するチャンネル以外のチャンネルのクロストークは、既存のアレイ導波路格子により十分に小さく抑えることが可能であるというメリットがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来例の透過スペクトルを図４に示すが、マッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）フィルタの消光する帯域が狭いため、この方法で合成した光合分波器の隣接チャンネルでの消光する帯域も狭く、信号光の波長変動幅を考えると隣接クロストークは十分小さくできない。また、信号光透過チャンネルにおいても、２つのフィルタを通過するため、透過帯域幅が狭くなる。このようにマッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）フィルタとアレイ導波路格子を組み合わせた光合分波器においては、信号光波長の許容幅が狭く制限されるという問題があった。
【０００８】
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、狭チャンネルで多波長の光信号を扱う光合分波器において、透過帯域が広く、かつ、全てのチャンネルのクロストークが小さな光合分波器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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、チャンネル間隔が相互に等しく、チャンネルの中心波長のずれが前記チャンネル間隔の１／２である２個のアレイ導波路格子を、繰り返し周期が前記チャンネル間隔と等しい周期的透過スペクトルを有する導波路型周回性フィルタの２出力のそれぞれに縦列接続した光合分波器において、前記導波路型周回性フィルタは、２本の光導波路と、該光導波路を３箇所の異なる位置にて結合する３個の方向性結合器とからなる構成を有し、前記方向性結合器にそれぞれ挟まれた２箇所の前記光導波路に光路長差を与え、入力側から１，２，３番目の前記方向性結合器の結合位相強度（但し、結合位相強度＝ｓｉｎ−１√（パワー結合率））と入力側から１，２番目の前記光路長差とが、それぞれπ／４、（π／３）−ｘ、（π／１２）＋ｘ、Ｌ、２Ｌ±λ／２、またはπ／４、（π／６）＋ｘ、（π／１２）＋ｘ、Ｌ、−２Ｌ（０．０３≦ｘ≦０．１０）であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、チャンネル間隔が相互に等しく、チャンネルの中心波長のずれが前記チャンネル間隔の１／２である２個のアレイ導波路格子を、繰り返し周期が前記チャンネル間隔と等しい周期的透過スペクトルを有する導波路型周回性フィルタの２出力のそれぞれに縦列接続した光合分波器において、前記導波路型周回性フィルタは、２本の光導波路と、該光導波路を３箇所の異なる位置にて結合する３個の方向性結合器とからなる構成を有し、前記方向性結合器にそれぞれ挟まれた２箇所の前記光導波路に光路長差を与え、入力側から１，２，３番目の前記方向性結合器の結合位相強度（但し、結合位相強度＝ｓｉｎ−１ルート（パワー結合率））と入力側から１，２番目の前記光路長差とが、それぞれ（π／１２）＋ｘ、（π／３）−ｘ、π／４、２Ｌ±λ／２、Ｌ、または（π／１２）＋ｘ、（π／６）＋ｘ、π／４、−２Ｌ、Ｌ（０．０３≦ｘ≦０．１０）であることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記方向性結合器のうち少なくとも１つが、結合率可変な方向性結合器であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の発明において、前記光路長差をあたえる２本の導波路のうち少なくとも一方に位相制御器を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
このように、本発明による導波路型周回性フィルタは、２本の光導波路と、光導波路をＮ＋１箇所（Ｎは２以上の整数）の異なる位置にて結合するＮ＋１個の方向性結合器とからなる構成を有しているので、アレイ導波路格子と導波路型周回性フィルタとを合成した光合分波器の隣接チャンネルの消光帯域を広げることができる。導波路型周回性フィルタとしては、透過域、阻止域共に広い矩形状の透過スペクトルを持つことができる二入力二出力光信号処理器を用いることが望ましい。これにより信号光の波長変動幅を考慮しても全てのチャンネルのクロストークを小さく抑えることが可能になる。
【００１７】
また、透過チャンネルについても導波路型周回性フィルタの透過域が平坦なので、もともとのアレイ導波路格子の透過帯域を減少させることが無いという利点がある。
【００１８】
したがって、本発明の構成の光導波路フィルタを用いることにより、既存のアレイ導波路格子のチャンネル数を倍加しても、透過帯域が広くかつ全てのチャンネルのクロストークが小さな光合分波器を提供できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の光合分波器の第１の実施形態を示す図で、図中符号１０１，１０２は、第１、第２のアレイ導波路格子であり、１０３は導波路型周回性フィルタである二入力二出力光信号処理器である。この二入力二出力光信号処理器１０３は、第１、第２、第３、第４の方向性結合器１０４，１０５，１０６，１０７と第１、第２、第３の光路長差付与部１０８，１０９，１１０とから構成されている。第１、第２、第３の光路長差付与部１０８，１０９，１１０には、作製時の位相誤差を補正する薄膜ヒータ型位相制御器１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６が取り付けられている。さらに、薄膜ヒータ型位相制御器１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６による調整状況を確認するために、アレイ導波路格子１０１の途中からモニタ用光導波路１１７を設けている。
【００２１】
アレイ導波路格子１０１，１０２のチャンネル間隔は、１００ＧＨｚで相互に中心波長が５０ＧＨｚズレるように作製されている。また、二入力二出力光信号処理器１０３のＦＳＲも１００ＧＨｚに設定し、５０ＧＨｚ毎に出力ポートが切り替わるように作製されている。また、二入力二出力光信号処理器１０３が平坦なスペクトルを持つように、第１、第２、第３、第４の方向性結合器１０４，１０５，１０６，１０７の結合位相強度は、順にπ／４、３π／８、π／６、π／２４になるように設計されている。また、第１、第２、第３の光路長差付与部１０８，１０９，１１０は、順にＬ、２Ｌ＋λ／２、２Ｌ＋λ／２となるように設計されている（但しλ＝１５５３．６ｎｍ、ｎＬ＝３ｍｍ、ｎは導波路の有効屈折率）。なお、パラメータの算出には、特願平１１−１６２３７４号に示した計算方法を用いている。
【００２２】
本実施例では上述したようなパラメータを用いたが、パラメータの組合せは一つではなく、本発明はこれら実施例の導波路パラメータの組合せに限られるものではない。
【００２３】
実際の導波路は、Ｓｉ基板上に、火炎堆積法により石英系ガラス厚膜を作製する技術と、フォトリソグラフィとドライエッチングにより導波路加工をする技術とを組み合わせて作製した。最終的にできた導波路の断面形状は、高さ７μｍ幅７μｍで、比屈折差は０．７５％であった。
【００２４】
出来上がった導波路は、ダイシングソーにより端面を切り出し、日本国内で通常伝送路に用いられている分散シフトファイバを、入出力部にとりつけて評価した。エルビウム添加光ファイバアンプからでるＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光を二入力二出力光信号処理器側１０３から入力し、モニタ用光導波路１１７のモニタポートから出てくる出力光を光スペクトルアナライザで観測しながら、薄膜ヒータ型位相制御器１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６の動作点を定めた。その後、ＡＳＥ光を二入力二出力光信号処理器１０３側から入力し、アレイ導波路格子１０１，１０２から出てくる出力光を光スペクトルアナライザで評価した。このようにして本発明による回路全体の特性を評価した後、アレイ導波路格子１０１，１０２と二入力二出力光信号処理器１０３とをダイシングソーで切り分け、個別の透過スペクトルを評価した。
【００２５】
図２は、回路全体の１９３．１ＴＨｚ近傍の透過スペクトルと、アレイ導波路格子のみと二入力二出力光信号処理器のみの透過スペクトルとを示した図である。アレイ導波路格子の透過域と二入力二出力光信号処理器の透過域とが一致しているのは、位相制御器の動作点を適切に定めた結果である。アレイ導波路格子と二入力二出力光信号処理器との２つの光フィルタを合成した結果、透過域中心波長１９３．１ＴＨｚに対し、１００ＧＨｚ以遠の光はアレイ導波路格子により分離され、最近接チャンネルである５０ＧＨｚ隣の光は、二入力二出力光信号処理器により分離されているのが分かる。
【００２６】
図３は、従来のマッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）フィルタとアレイ導波路格子との組み合わした光回路を示す図で、図４はその透過特性を示している。ここで、図４に示した光回路の透過特性と、図２に示した本発明による光回路の透過特性とを比較する。
【００２７】
隣接チャンネルの透過スペクトルを拡大したものを図５に示す。両者とも１９３．１５ＴＨｚちょうどでは３０ｄＢ以上の消光比が得られているが、消光している周波数幅には大きな違いがあることが判る。例えば、消光比３０ｄＢ以上を得るためには、従来の光回路だと透過域中心波長から４９ＧＨｚ程度離れないといけないが、本発明による光回路だと４５ＧＨｚ離れれば十分である。すなわち、隣接チャンネルの近傍で３０ｄＢ以上の消光比が得られる帯域は、従来例で２ＧＨｚ程度、本発明の光回路によると１０ＧＨｚ程度である。チャンネル間隔５０ＧＨｚと比較すると、従来の４％の範囲でしか消光しなかったが、本発明の光回路構成により２０％と広い範囲で消光できるようになった。
【００２８】
透過チャンネルの透過スペクトルを拡大したものを図６に示す。両者とも１９３．１０ＴＨｚちょうどでは透過率に差は殆どない。しかし周波数の変化に対する透過率の変化には大きな差が見られる。透過域中心波長での透過率に対し、１ｄＢまでの透過率の劣化を許容する幅を１ｄＢ幅と定義すると、従来例では１ｄＢ幅は２２ＧＨｚであるが、本発明の光回路では１ｄＢ幅は２８ＧＨｚであった。チャンネル間隔５０ＧＨｚと比較すると、透過率の劣化が１ｄＢ未満になるのは従来４４％であったが、本発明の光回路構成によると５６％に拡大していることが分かる。
【００２９】
二入力二出力光信号処理器と２本の導波路のうち、どちら側を入力導波路として使用するかは、二入力二出力光信号処理器と２台のアレイ導波路格子との波長配置に依存する。しかし、本実施例の光合分波器では、位相制御器１１１または１１２のうちどちらか一方を動作させπだけ位相をシフトさせると入力導波路を切り替えることができるので、特に入力導波路を指定する必要はない。
【００３０】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の光合分波器の第２の実施形態を示す図である。
第２の実施形態では使い方によって、隣接クロストークを小さく抑える使い方と、透過帯域幅を拡大する使い方との、２通りの使い方ができる。以下にその詳細を説明する。
【００３１】
第２の実施形態は、大きく分けて２台のアレイ導波路格子７０１,７０２と、導波路型周回性フィルタである二入力二出力光信号処理器７０３とから構成されている。また、二入力二出力光信号処理器７０３は、方向性結合器７０４と結合率可変光結合器７１３，７１４と光路長差付与部７０９,７１１とから構成されている。結合率可変光結合器７１３は、２つの方向性結合器７０５，７０６とそれらに挟まれた光路長差付与部７１０とから構成されている。また、結合率可変光結合器７１４は、２つの方向性結合器７０７，７０８とそれらに挟まれた光路長差付与部７１２とから構成されている。また、光路長差付与部７０９，７１０，７１１，７１２には、作製時の位相誤差を補正する薄膜ヒータ型位相制御器７１５〜７２２が取り付けられている。さらに、薄膜ヒータ型位相制御器７１５〜７２２による調整状況を確認するために、アレイ導波路格子７０１の途中からモニタ用光導波路７２３を設けている。
【００３２】
光路長差付与部７０９，７１１は、順にＬ、２Ｌ＋λ／２となるように設計されている（但しλ＝１５５３．６ｎｍ、ｎＬ＝３ｍｍ、ｎは導波路の有効屈折率）。また、方向性結合器７０４，７０５，７０６，７０７，７０８の結合位相強度は、全てπ／４に設計され、また、光路長差付与部７１０，７１２は、順にλ／６、５λ／１２（但しλ＝１５５３．６ｎｍ）となるように設計されている。製造誤差がなければ結合率可変光結合器７１３，７１４の結合位相強度は、π／３とπ／１２になる。また、方向性結合器と光路長に小さな位相誤差が生じても、位相制御器７１７，７１８，７２１，７２２を動作させることにより結合率可変光結合器７１３，７１４全体として結合位相強度が任意に調整でき、目的とするπ／３とπ／１２に合わせることができる。さらに、（π／３）−ｘ、（π／１２）＋ｘなど任意の結合位相強度に調整することも可能である。この第２の実施例中の二入力二出力光信号処理器の各パラメータも、特願平１１−１６２３７４号に示した計算方法で目的とする値を算出した。
【００３３】
本実施例では上述したようなパラメータを用いたが、パラメータの組合せは一つではなく、例えば、結合位相強度を（π／６）＋ｘ、（π／１２）＋ｘ、光路長差をＬ、−２Ｌにとっても、また、逆順に並べても同様の効果が得られる。すなわち、本発明は上記実施例の導波路パラメータの組合せに限られるものではない。
【００３４】
この第２の実施例もＳｉ基板上に、火炎堆積法により石英系ガラス厚膜を作製する技術と、フォトリソグラフィとドライエッチングにより導波路加工をする技術とを組み合わせて作製した。最終的にできた導波路の断面形状は、高さ７μｍ幅７μｍで、比屈折差は０．７５％であった。
【００３５】
出来上がった導波路は、第１の実施例と同様の方法で評価した。すなわち、ダイシングソーにより端面を切り出した後、日本国内で通常伝送路に用いられている分散シフトファイバを、入出力部にとりつけて評価した。エルビウム添加光ファイバアンプからでるＡＳＥ光を前記二入力二出力光信号処理器側から入力し、モニタ用光導波路７２３のモニターポートから出てくる出力光を光スペクトルアナライザで観測しながら、位相制御器７１５〜７２２の動作点を定めた。その後、ＡＳＥ光を二入力二出力光信号処理器側から入力し、アレイ導波路格子から出てくる出力光を光スペクトルアナライザで評価した。このようにして幾つかの測定を行った後、本発明による回路全体の特性を評価した後、アレイ導波路格子と二入力二出力光信号処理器とダイシングソーで切りわけ、個別の透過スペクトルを評価した。まず、隣接クロストークを小さく抑える使用方法とその特性について説明する。
【００３６】
図８は、結合率可変光結合器７１３，７１４の結合位相強度を順にπ／３、π／１２丁度に調整したときの、透過中心波長が１９３．１ＴＨｚであるポートの透過スペクトルを示す図である。第１の実施例に比べ二入力二出力光信号処理器の消光比が大きくなっているのは、方向性結合器の製造時のバラツキを結合率可変光結合器を用いることにより修正しているためである。その結果、第２の実施形態の光回路は、隣接チャンネルである１９３．１５ＴＨｚ近傍で４０ｄＢ以上の消光比が得られた。
【００３７】
次に、透過帯域幅を拡大する使用方法とその特性について説明する。
【００３８】
結合率可変光結合器７１３，７１４の結合位相強度を順に（π／３）−ｘ、（π／１２）＋ｘと表し、かつ、ｘ＝０．００、０．０３、０．０６のときの二入力二出力光信号処理器の透過帯域での詳細スペクトルを図９に示す。透過帯域中心波長である１９３．１ＴＨｚでは、ｘ＝０．００のとき透過特性が平坦であるが、ｘが増加するに従って僅かな窪みが生じる。この窪みの曲率はｘを変えることにより自由に設定できる。また１ｄＢ幅が僅かだが増加しているのが分かる。
【００３９】
図１０は、ｘ＝０．００、０．０３、０．０６のときアレイ導波路格子と組み合わせたときの透過帯域での詳細スペクトルを示す図である。図９の窪みに応じて透過帯域でのスペクトル形状もｘ＝０．００のときは、上に凸だが、ｘが増加し０．０６になると下に凸になった。第２の実施例では、ｘ＝０．０３の時に透過中心波長近傍で平坦な領域が最大になった。
【００４０】
ｘが０．００、０．０３、０．０６である時の、透過帯域での最小損失と、透過域中心波長での損失、透過帯域での最小損失に対する１ｄＢ幅と、この１ｄＢ幅がチャンネルに占める割合を、表１に示す。
【００４１】
【表１】
ｘ＝０．０３の時、透過帯域での最低損失が０．２ｄＢ弱劣化するが、透過帯域中心波長近傍で最も平坦な形状が得られた。また、ｘ＝０．０６の時には、透過帯域での最低損失が０．４ｄＢ弱劣化し０．３ｄＢ弱の窪みが生じたが、１ｄＢ幅はｘ＝０，０．０３，０．０６の中で最大で１ｄＢ幅が最も広くなり３５ＧＨｚになった。その時、５０ＧＨｚのチャンネル幅に対する１ｄＢ幅は７０％程度と極めて大きな値となった。
【００４３】
第２の実施例では、ｘ＝０．０３の時に透過中心波長近傍で平坦な領域が最大になったが、ｘがどの値の時に最終的スペクトルがどの様になるかはアレイ導波路格子のスペクトル形状はアレイ導波路格子自体の設計による。しかし、概ねｘ＝０．００〜０．１０の間で平坦な領域が最大になる場合と、１ｄＢ幅が最大になる場合とが実現できる。
【００４４】
第２の実施例も第１の実施例と同様に、二入力二出力光信号処理器の２本の導波路のうち、どちら側を入力導波路として使用するかは、二入力二出力光信号処理器と２台のアレイ導波路格子との波長配置に依存する。しかし、本実施例の光合分波器では、位相制御器７１５または７１６のうちどちらか一方を動作させ、πだけ位相をシフトさせると、入力導波路を切り替えることができるので、特に入力導波路を指定する必要はない。本発明はこれら実施例の導波路パラメータの組合せに限られるものではない。
【００４５】
（第３の実施形態）
図１１は、本発明の光合分波器の第３の実施形態を示す図である。
第２の実施形態の光合分波器は、大きく分けて４台のアレイ導波路格子１１０１，１１０２，１１０３，１１０４と、導波路型周回性フィルタである３台の二入力二出力光信号処理器１１０５，１１０６，１１０７とから構成されている。４台のアレイ導波路格子のチャンネル間隔と、二入力二出力光信号処理器１１０５，１１０６のＦＳＲと、二入力二出力光信号処理器１１０７のチャンネル間隔とは互いに等しく設計されている。また、４台のアレイ導波路格子の中心波長は互いに、アレイ導波路格子のチャンネル間隔の４分の１だけズレるように、また、二入力二出力光信号処理器１１０５，１１０６の中心波長も、互いにアレイ導波路格子のチャンネル間隔の２分の１だけズレるように設計されている。
【００４６】
第３の実施例中の３台の二入力二出力光信号処理器の各パラメータも、特願平１１−１６２３７４号に示した計算方法で最適な値を算出した。
【００４７】
第３の実施例も、第１、第２の実施例と同様な作成方法で光合分波器を作製して評価した。測定した第３の実施例の光合分波器の透過特性を図１２に示す。第３の実施例では最近接チャンネルは１９３．１２５ＴＨｚとなり、第１の実施例、第２の実施例の光合分波器の場合に比べさらに隣接チャンネルが近接しているが、１９３．１２５ＴＨｚ近傍で、３０ｄＢ弱消光している。また、透過帯域である１９３．１ＴＨｚ近傍でも平坦な透過特性が得られている。
【００４８】
第３の実施例の光合分波器の構成を図１１に示したが、各二入力二出力光信号処理器の段数、および、光路長差付与部があたえる遅延量の正負、方向性結合器の結合位相強度等二入力二出力光信号処理器の設計パラメータの組合せは幾通りもある。また、二入力二出力光信号処理器１１０５と１１０６は同一の構造をとる必要はなく、また２本の導波路のうち、どちらの導波路を二入力二出力光信号処理器１１０７につなぐか等、同様の効果を得る構成が幾通りもある。
【００４９】
また、第３の実施例では、４台のアレイ導波路格子と３台の二入力二出力光信号処理器を用いたが、この台数に限るものではなく、例えば、８台のアレイ導波路格子と７台の二入力二出力光信号処理器を用いても、多チャンネルでクロストークが小さく、透過帯域の広い光合分波器を作製することができる。すなわち、第３の実施例の光合分波器の構成を図１１に示したが、本発明は、本実施例中の二入力二出力光信号処理器の設計パラメータの組合せ方や、アレイ導波路格子と二入力二出力光信号処理器の組合せ方に限られるものではない。
【００５０】
以上、実施の形態を用いて本発明の構成および作用を説明したが、本発明はこれら実施例の形態に限られるものではない。例えば、本発明では石英系の光導波路を用いたが、半導体、ＬｉＮｂＯ３、ポリマー等の別の材料で光導波路回路を形成することも可能である。また各実施形態の二入力二出力光信号処理器では方向性結合器を用いたが、全てまたは一部の方向性結合器をＭＭＩ（Multi-Mode Interferometor；多モード干渉型カップラ）、またはＭＭＩと遅延線を組み合わせた任意結合率分岐回路と置き換えても損失は大きくなるものの同様な効果が得られる。ＭＭＩと遅延線を組み合わせた任意結合率分岐回路の例としては、T.Saida etc:“Silica-based 2×2 multimode interference coupler with arbitary power splitting ratio.”,Electron.Lett.,1999.vol.35,pp1-2などの報告がある。また、位相制御の方法として、各実施形態では熱光学効果を利用したが、電気光学効果、レーザー光照射効果等の他の手法により、位相制御を行うことも可能である。
【００５１】
また、本発明では二入力二出力信号処理器の透過率の設計自由度が高いことを用いて、透過率スペクトルが優れた光合分波器を実現したが、本発明で用いた二入力二出力信号処理器は透過する光信号の群遅延特性も設計自由度が高く、盛んに研究されている。任意の群遅延量も実現する二入力二出力信号処理器の例としては、Takiguchi etc.“Variable groupdelay dispersion equaliser based on a lattice form programble optical filter”,Electron.Lett.,1995.vol.31,pp1240-1241などの報告がある。そのため、テーパー導波路やパラボラ形状導波路を用いたアレイ導波路格子の群遅延量や、二入力二出力信号処理器単体の群遅延量も、相互に組み合わせて用いるので、例えば、相互に打ち消し合わせる等、光合分波器全体として群遅延量を制御することが可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、導波路型周回性フィルタは、２本の光導波路と、光導波路を３箇所の異なる位置にて結合する３個の方向性結合器とからなる構成を有し、方向性結合器にそれぞれ挟まれた２箇所の前記光導波路に光路長差を与え、方向性結合器の結合位相強度と、光導波路の光路長差とを規定することにより、透過域、阻止域共に広い矩形状の透過スペクトルを持つことができる二入力二出力光信号処理器を用いているので、アレイ導波路格子と導波路型周回性フィルタとを合成した光合分波器の隣接チャンネルの消光帯域を広げることができる。したがって、信号光の波長変動幅を考慮しても全てのチャンネルのクロストークを小さく抑えることが可能になる。
【００５３】
また、透過チャンネルについても導波路型周回性フィルタの透過域が平坦なので、もともとのアレイ導波路格子の透過帯域を減少させることが無いという効果を奏する。
【００５４】
したがって、本発明の構成の光合分波器を用いることにより、既存のアレイ導波路格子のチャンネル数を倍加しても、透過帯域が広くかつ全てのチャンネルのクロストークが小さな光合分波器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光合分波器の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の透過特性と構成する各部分の透過特性を示す図である。
【図３】従来の光合分波器の構造を示す図である。
【図４】従来の光合分波器の透過特性と構成する各部分の透過特性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態と従来の光合分波器との隣接チャンネルでのクロストークを説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態と従来の光合分波器との透過帯域での詳細スペクトルを説明するための図である。
【図７】本発明の光合分波器の第２の実施形態を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の透過特性と構成する各部分の透過特性を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態を構成する二入力二出力導波路型フィルタの透過帯域での詳細スペクトルを説明するための図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の透過帯域での詳細スペクトルを説明するための図である。
【図１１】本発明の光合分波器の第３の実施形態を示す図である。
【図１２】本発明の光合分波器の第３の実施形態の透過特性を示す図である。
【符号の説明】
１０１，１０２，３０１，３０２，７０１，７０２，１１０１，１１０２，１１０３，１１０４ アレイ導波路格子
１０３，７０３，１１０５，１１０６，１１０７ 二入力二出力光信号処理器
３０３ マッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）フィルタ
１０４，１０５，１０６，１０７，３０４，３０５，７０４，７０５，７０６，７０７，７０８ 方向性結合器
１０８，１０９，１１０，３０６，７０９，７１０，７１１，７１２ 光路長差付与部
１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６，３０７，３０８，７１５，７１６，７１７，７１８，７１９，７２０，７２１，７２２ 薄膜ヒータ型位相制御器
７１３，７１４ 結合率可変光結合器
Claims (4)
- チャンネル間隔が相互に等しく、チャンネルの中心波長のずれが前記チャンネル間隔の１／２である２個のアレイ導波路格子を、繰り返し周期が前記チャンネル間隔と等しい周期的透過スペクトルを有する導波路型周回性フィルタの２出力のそれぞれに縦列接続した光合分波器において、
前記導波路型周回性フィルタは、２本の光導波路と、該光導波路を３箇所の異なる位置にて結合する３個の方向性結合器とからなる構成を有し、
前記方向性結合器にそれぞれ挟まれた２箇所の前記光導波路に光路長差を与え、
入力側から１，２，３番目の前記方向性結合器の結合位相強度（但し、結合位相強度＝ｓｉｎ−１√（パワー結合率））と入力側から１，２番目の前記光路長差とが、それぞれπ／４、（π／３）−ｘ、（π／１２）＋ｘ、Ｌ、２Ｌ±λ／２、またはπ／４、（π／６）＋ｘ、（π／１２）＋ｘ、Ｌ、−２Ｌ（０．０３≦ｘ≦０．１０）であることを特徴とする光合分波器。 - チャンネル間隔が相互に等しく、チャンネルの中心波長のずれが前記チャンネル間隔の１／２である２個のアレイ導波路格子を、繰り返し周期が前記チャンネル間隔と等しい周期的透過スペクトルを有する導波路型周回性フィルタの２出力のそれぞれに縦列接続した光合分波器において、
前記導波路型周回性フィルタは、２本の光導波路と、該光導波路を３箇所の異なる位置にて結合する３個の方向性結合器とからなる構成を有し、
前記方向性結合器にそれぞれ挟まれた２箇所の前記光導波路に光路長差を与え、
入力側から１，２，３番目の前記方向性結合器の結合位相強度（但し、結合位相強度＝ｓｉｎ−１√（パワー結合率））と入力側から１，２番目の前記光路長差とが、それぞれ（π／１２）＋ｘ、（π／３）−ｘ、π／４、２Ｌ±λ／２、Ｌ、または（π／１２）＋ｘ、（π／６）＋ｘ、π／４、−２Ｌ、Ｌ（０．０３≦ｘ≦０．１０）であることを特徴とする光合分波器。 - 前記方向性結合器のうち少なくとも１つが、結合率可変な方向性結合器であることを特徴とする請求項１または２に記載の光合分波器。
- 前記光路長差をあたえる２本の導波路のうち少なくとも一方に位相制御器を設けたことを特徴とする請求項１、２または３に記載の光合分波器。
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