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JP3832743B2 - Waveguide type multichannel chromatic dispersion compensator and optical module using the same - Google Patents

Waveguide type multichannel chromatic dispersion compensator and optical module using the same Download PDF

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JP3832743B2
JP3832743B2 JP2002292059A JP2002292059A JP3832743B2 JP 3832743 B2 JP3832743 B2 JP 3832743B2 JP 2002292059 A JP2002292059 A JP 2002292059A JP 2002292059 A JP2002292059 A JP 2002292059A JP 3832743 B2 JP3832743 B2 JP 3832743B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信または光情報処理の分野で用いる波長分散補償器に関し、例えば、WDM(Wavelength Division Multiplexing)光通信に用いる多チャネル波長分散補償器として好適である。
【0002】
【従来の技術】
低損失な光ファイバを利用することにより長距離伝送が可能になった。しかし、波長分散をもつ光ファイバ中では、光の伝搬速度が波長に応じて異なるため、高速で変調した信号を長距離で送ろうとすると、光信号パルスの歪みが大きくなり、伝送容量、あるいは伝送距離が制限されてしまう。
【0003】
この問題を解決するため、これまでに、光ファイバのもつ波長分散を補償する様々な手法が提案されている。
【0004】
大別すると、異なる波長分散をもつファイバで補償する方法と、小型のデバイスあるいは光モジュールで構成される分散補償器で補償する方法とがあるが、補償器を用いる方法は、中継局で集中管理できるため、ファイバの切り替えなどのマネジメントが容易になるという利点がある。このような小型の補償器として、例えば以下のような報告がある。
▲1▼ファイバグレーティング型(非特許献1参照)
▲2▼導波路ラティス型(非特許献2参照)
▲3▼導波路リング型(非特許献3参照)
▲4▼VIPA(Virtually Imaged Phased Array)型(非特許献4参照)
▲5▼導波路AWG(Arrayed Waveguide Grating)型(非特許献5参照)
▲6▼エタロン型(非特許献6参照)
▲7▼多層膜型(非特許献7参照)
【0005】
中でも、サーキュレータやコリメータが必要でない▲2▼導波路ラティス型や▲3▼導波路リング型は、空間光学系部分がなく部品点数が少ないので製造が簡便であるという特徴をもつ。さらには、▲2▼導波路ラティス型は、ファイバ結合損失の小さな導波路を用いて作成することができるので、▲3▼導波路リング型に比べ挿入損失の小さなデバイスを作成できるという利点がある。
【0006】
一方、光ファイバを用いてより大容量の伝送ができるように、複数の波長の光チャネルを用いるWDM方式が検討、実用化されている。しかし、光ファイバのもつ波長分散は波長によって異なるため、波長分散補償器も複数チャネルで波長分散スロープに応じた波長分散量を補償することが求められている。
【0007】
【非特許文献1】
▲1▼ファイバグレーティング型
(例えば B. J. Eggleton 他による "Dynamic dispersion Compensation devices for high speed transmission systems", Optical Fiber Communication Conference 2001, Paper WH1)
【非特許文献2】
▲2▼導波路ラティス型
(例えば K. Takigushi 他による"Integrated-0ptic dispersion slope equalizer for Nx40Gb/s WDM transmission", European Conference on Optical Communication 2000, paper 7.1.3)
【非特許文献3】
▲3▼導波路リング型
(例えば C. K. Madsen 他による"Integrated Waveguide Allpass Filter Tunable Dispersion Compensators", Optical Fiber Communications Conference 2002, paper TuT1)
【非特許文献4】
▲4▼VIPA型
(例えば M. Shirasaki 他による"Compensation of chromatic dispersion and dispersion Slope using a virtually imaged phased array", Optical Fiber Communications Conference 2001, paper TuS1)
【非特許文献5】
▲5▼導波路AWG型
(例えば K. Takenouchi 他による"2X40-Channel dispersion-Slope compensator for 40-Gbit/s WDM transmission systems covering entire C- and L- bands", Optical Fiber Communications Conference 2001, paper TuS2)
【非特許文献6】
▲6▼エタロン型
(例えば D. J. Moss 他による"Multichannel tunable dispersion Compensation using all-pass multicavity etalons", Optical Fiber Communications Conference 2002, paper TuT2)
【非特許文献7】
▲7▼多層膜型
(例えば M. Jablonski 他による"Entirely Thin-Film Allpass Coupled-Cavity Filters in Parallel Configuration for Adjustable Dispersion-slope Compensation", IEEE Photonics Technology Letters, (2001)p.1188)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来報告されている導波路ラティス分散補償回路(非特許文献2参照)では、一定の周波数間隔で同一の透過特性が表れるような設計、すなわち、各段の光路長差付与部が与える光路長差Liが下記の数式に表される光路長差を付与していた。
【数5】

Figure 0003832743
但し、ni、mi、kiは整数、λcは分散補償回路の動作波長域の中心近傍のチャネルの光波長である。又、上記光周波数間隔をΔF、光の速度をCと表記したとき基本光路長差l1、l2は次式で表される。
【数6】
Figure 0003832743
【0009】
そのため、チャネル毎に波長分散補償量を異にすることができなかった。つまり、上記導波路ラティス分散補償回路で報告されている分散補償動作は1回路あたり1チャネルであり、WDM方式で用いられる多チャネル信号を補償するには、チャネルの数だけ分散補償量の異なる補償器を設計、作製しなければならない。さらには各チャネルの信号を割り振るためにAWGなどのフィルタを用いる必要がある。必要なAWGの台数は端局で1台、中継局で2台必要になる。以上の理由により分散スロープを補償可能な多チャネルのラティス型の分散補償器は、チップサイズが大型になるかマルチチップ構成にする必要があった。
【0010】
つまり、上述した従来構成の導波路ラティス型波長分散補償器は、空間光学系部分がなく、部品点数が少なく、挿入損失を小さくできるという特徴を有するが、多チャネル信号を補償するには、チャネルの数だけ分散補償量の異なる補償器を設計、作製しなければならず、さらにはチップサイズが大型になるかマルチチップ構成にしなければならないという問題があった。
【0011】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、1台あるいは少数台の導波路ラティス型構成の補償器で、多チャネルの光信号の波長分散を補償し、かつ各チャネルで光ファイバの波長分散スロープに応じて異なる波長分散量を補償することができる導波路型多チャネル波長分散補償器を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項に係る導波路型多チャネル波長分散補償器は、第1の光導波路と、第2の光導波路と、前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路をそれぞれ異なる箇所で結合するN+1(Nは自然数)個の光結合器とを有し、N+1個の前記光結合器の内、隣接する2個の前記光結合器で挟まれたN個の光路長差付与部を備えた光導波路回路、又は前記光導波路回路を直列に複数台繋いだ光導波路回路であって、入力端から出力端までのM個(Mは自然数)の光路長差付与部のうち、入力端からi番目の光路長差付与部が与える光路長差Liが、すべてのiにおいて、次式で表されるように設定して、光信号の周波数に対して、所定の周期で繰り返す単調減少の波長分散特性と、前記所定の周期より長めの周期で繰り返す単調増加の波長分散特性とを形成し、上記異なる波長分散特性を重畳させることにより、一定の光周波数間隔を有し、光波長が相異なる複数の光チャネルの周辺帯域で、波長分散を一括して補償し、かつ、波長分散補償量を光チャネル毎に異にして、一括して波長分散スロープを補償するようにすることを特徴とする。
【数7】
Figure 0003832743
但し、ni、mi、kiは整数、λcはこの多チャネル波長分散補償器の動作波長域の中心近傍のチャネルの光波長であり、上記光周波数間隔をΔF、光の速度をCと表記し、δを光周波数変調度としたとき基本光路長差l1、l2とδは次式で表される。
【数8】
Figure 0003832743
【0015】
上記課題を解決する本発明の請求項に係る導波路型多チャネル波長分散補償器は、入力側の第1の光導波路回路に、それぞれ直列に並列に接続された第2の光導波路回路及び第3の光導波路回路の3つの前記光導波路回路から構成され、前記第2の光導波路回路と前記第3の光導波路回路との前記光路長差付与部の前記光路長差及び前記光結合器の前記結合強度が同じ構成であり、かつ、前記第2の光導波路回路及び前記第3の光導波路回路の各々の前記光結合器の前記結合強度が、前記第1の光導波路回路との接続部を中心として、前記第1の光導波路回路の前記光結合器の前記結合強度と対称的に等しいことを特徴とする。
【0016】
上記課題を解決する本発明の請求項に係る導波路型多チャネル波長分散補償器は、入力端から出力端までのS個(Sは整数)の光結合器のうち、入力端からj番目の光結合器の結合強度κjが、すべてのjにおいて次式で表されることを特徴とする。
【数9】
Figure 0003832743
【0017】
上記課題を解決する本発明の請求項に係る導波路型多チャネル波長分散補償器は、1つ又は複数の前記光導波路回路から構成され、各々の前記光導波路回路の真中の前記光路差長付与部を中心として、各々の前記光導波路回路の各々の前記光結合器の前記結合強度が対称的に等しいことを特徴とする。
【0018】
上記課題を解決する本発明の請求項に係る導波路型多チャネル波長分散補償器は、基本光路長差l1、l2の正負の符号が逆であり、かつ、入力端から出力端までの光路長差付与部の個数Mが奇数であり、かつ、入力端からi番目もしくは出力端からi番目の光路長差付与部が与える光路長差Liが、iの大小に応じて次式で表されることを特徴とする。
【数10】
Figure 0003832743
【0019】
上記課題を解決する本発明の請求項に係る導波路型多チャネル波長分散補償器は、第1の光導波路と、第2の光導波路と、前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路をそれぞれ異なる箇所で結合する複数の光結合器とを有し、隣接する前記光結合器で挟まれた光路長差付与部を複数備えた光導波路回路を直列に複数台繋いだ光導波路回路であって、いずれかの前記光導波路回路に、上記多チャネル波長分散補償器を用いたことを特徴とする。
【0020】
上記課題を解決する本発明の請求項に係る光モジュールは、上記いずれかの多チャネル波長分散補償器を内部に有する筐体と、前記筐体に支持され、前記多チャネル波長分散補償器に光信号の入出力を行なう光ファイバとを有することを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明に係る多チャネル波長分散補償器は、1つあるいは少数の導波路型ラティス回路を用いて、複数の光信号の波長分散と波長分散スロープを一括して補償することに特徴がある。ラティス回路の基本的動作を以下に示す。
【0022】
ラティス回路は、複数の非対称アーム導波路対が光結合器を用いて縦続接続されている構造、つまり、非対称マッハツェンダ型干渉計が多段に縦続接続されている構造である。光結合器は、2本の導波路を近接させ、近接させる導波路長を変えることで、強度結合率を変更するができる。又、非対称アーム導波路対、即ち、光路長差付与部は、2本のアーム導波路の光路長差を変えることで、アーム導波路の位相制御を行うことができる。このことにより、非対称マッハツェンダ型干渉計上で周波数の増加に伴い光波がより多くの光路長を通過するような設定、あるいはより少ない光路長を通過するような設定ができ、周波数の増加に伴い群遅延時間が増加する構成の分散補償器、あるいは減少する構成の分散補償器とすることができる。又、非対称マッハツェンダ型干渉計の段数を増減させた場合も、それぞれ分散値の絶対値を増減させることができる。これは、光路長差の増減によって遅延時間が増減することによる。このような構成により、ラティス回路をそれぞれの波長に対応した分散補償値を有するように設計することができる。本発明の具体的な実施形態を以下に示す。
【0023】
(第1の実施形態)
図1に、本発明の第1の実施形態における多チャネル波長分散補償器の回路構成を示す。
【0024】
本回路は、4個の光結合器101〜104と、3個の光路長差付与部109〜111から構成される光回路115と、4個の光結合器105〜108と、光路長差付与部112〜114から構成される光回路116を直列接続した回路である。
【0025】
8個の光結合器101〜108の結合率をそれぞれκj(j:1〜8)とし、6個の光路長差付与部109〜114が与える光路長差をそれぞれLi(i:1〜6)として、κjとLiを以下のように与えた。
【0026】
まず、波長分散補償器の動作波長域の中心近傍のチャネルの光波長λcを1.55μm、光周波数間隔ΔFを100GHz、光変調度δを500MHzとし、式2と式3より基本光路長差l1とl2を導出した。このときl1=1506.7μm、l2=1491.2μmとなった。また、6個の各Liは、式1に{ni}={1、2、2、0、0、0}、{mi}={0、0、0、1、2、2}、{ki}={0、1、1、0、1、1}を代入して決定した。さらには8個の各κjは{κj}={0.5、0.93、0.44、0.06、0.5、0.93、0.44、0.06}とした。
【0027】
上記設計パラメータに従ってフォトマスク設計を行った後、火炎堆積法とフォトリソグラフイーとドライエッチングを用いて石英系導波路回路を作製した。また導波路の比屈折率差が1.2%、導波路コアの断面形状が4μm×4μmになるように作製した。
【0028】
できあがった光回路のうち1サンプルを、光回路115と光回路116とが分離できるように切断し、それぞれの光回路の透過特性を評価した結果を図2と図3に示す。
【0029】
図2には光回路115の4つの入出カポート117〜120のうち、ポート118から入射し、ポート119とポート120に出射される透過光の透過率と波長分散(CD : Chromatic Dispersion)とを示す。ポート118からの入射光はその波長に応じてポート119とポート120に交互に出射され、その繰り返し周期は約199GHzであった。また波長分散は、ポート119に出射される場合は右上がりの大きな傾きをもち、ポート120に出射される場合は右下がりの大きな傾きを持っていた。
【0030】
図3には光回路116の4つの入出力ポート121〜124のうち、ポート122から入射しポート123とポート124に出射される透過光の透過率と波長分散とを示す。ポート122からの入射光はその波長に応じてポート123とポート124に交互に出射され、その繰り返し周期は約201GHzであった。また波長分散は、ポート123に出射される場合は右上がりの大きな傾きをもち、ポート124に出射される場合は右下がりの大きな傾きを持っていた。
【0031】
本発明の多チャネル波長分散補償器では、波長分散補償量を光チャネル毎に異にすることにより一括して波長分散スロープも補償する。これを図4において、図2と図3とに示した特性を持つ光回路を用いて、本発明の多チャネル波長分散補償器を実現する方法を模式的に示す。
【0032】
図4(a)は、右下がりの波長分散特性をもち、短めの繰り返し周期をもつフィルタの波長分散特性を模式的に表している。これは例えば、図2のポート118に入射し、ポート120に出射する透過光の波長分散特性に対応する。図4(b)は、右上がりの波長分散特性をもち、長めの繰り返し周期をもつフィルタの波長分散特性を模式的に表している。これは例えば、図3のポート121から入射しポート123に出射する透過光の波長分散特性に対応する。これらの波長特性をもつフィルタを直列に接続したときの波長分散特性を模式的に表したのが図4(c)である。つまり、光信号の周波数に対して、所定の周期で繰り返す単調減少の波長分散特性と、前記所定の周期より長めの周期で繰り返す単調増加の波長分散特性とを有し、これらの2つのフィルタの波長分散特性を重畳した結果、波長分散特性がほぼ平坦な領域が一定の周期で現れ、かつ、それぞれの領域毎に波長分散値が異なることがわかる。
【0033】
図5(b)は、光回路115と光回路116に分離切断しなかった光回路、すなわち光回路115と光回路116を直列に接続した光回路の透過特性である。光チャネルの間隔を200GHzとし、各光チャネルの帯域幅を40GHzとしたとき、多チャネル波長分散補償器が動作すべき領域の透過率と波長分散を太線で示してある。
【0034】
約200GHz間隔で透過率が高い領域が繰り返し現れ、かつ、波長分散がほぼ平坦な領域が繰り返し現れている。また、それぞれの領域の幅は約40GHzあり、なにより各領域で波長分散値が異なっている。さらに、この波長分散のグラフに従来から使われている波長分散スロープ値が0.07ps/nm2/kmのDSFファイバ11kmが必要とする波長分散補償量のグラフ(図5(a))を上書きすると、第1の実施形態の光回路が200GHz間隔で40GHzの幅で発生する波長分散のグラフとほぼ重なることが確認できる(図5(c))。すなわち、この第1の実施形態の光回路1台により、少なくとも12チャネルの光信号がDSFファイバを11km伝送した時に光ファイバの波長分散によりうける歪みを一括して補償することが可能であることがわかる。
【0035】
なお、光回路の透過率の評価には、DSFファイバを入出カポートに接続した光モジュールで行った。光回路の挿入損失の最良値と最悪値は、波長1.54μmから1.56μmまでのうち波長分散補償を行う200GHz間隔で40GHz幅の12個の波長領域では最良1.4dB、最悪1.6dBであった。このような小さな挿入損失が実現できたのは、導波路ラティス回路が、空間光学系を用いることなく、また、部品点数が少なく、ファイバ結合損失の小さな導波路を用いて作成することができるという特徴に起因するものである。
【0036】
(第2の実施形態)
図6に、本発明の第2の実施形態における多チャネル波長分散補償器の回路構成を示す。
【0037】
本回路は、4個の光結合器601〜604と、3個の光路長差付与部613〜615から構成される光回路622と、4個の光結合器605〜608と、光路長差付与部616〜618から構成される光回路623と、4個の光結合器609〜612と、光路長差付与部619〜621から構成される光回路624とから成り立ち、光回路623と光回路624は、それぞれ光回路622と直列に接続した回路である。また光回路623と光回路624の各回路内でのパラメータは同一のものとした。すなわち、光結合器605と光結合器609の光結合率は等しく、光結合器606と光結合器610の光結合率は等しく、光結合器607と光結合器611の光結合率は等しく、光結合器608と光結合器612の光結合率は等しく、光路長差付与部616と光路長差付与部619が与える光路長差は等しく、光路長差付与部617と光路長差付与部620が与える光路長差は等しく、光路長差付与部618と光路長差付与部621が与える光路長差は等しいとした。
【0038】
このとき、8個の光結合器601〜608の結合率をそれぞれκj(j:1〜8)とし、6個の光路長差付与部613〜618が与える光路長差をそれぞれLi(i:1〜6)とした。さらには式3よりκj=κ8-j+1とした。このときκjとLiを以下のように与えた。
【0039】
まず、波長分散補償器の動作波長域の中心近傍のチャネルの光波長λcを1.55μm、光周波数間隔ΔFを50GHz、光変調度δを−225MHzとし、式2と式3より基本光路長差l1とl2を導出し、l1=−2984.0μm、l2=3011.1μmを選択した。また、6個の各Liは、式1に{ni}={2、2、1、0、0、0}、{mi}={0、0、0、1、2、2}、{ki}={−1、−1、0、−1、0、0}を代入して決定した。さらには8個のκjのうち4個の独立なκjは{κj}={0.06、0.44、0.93、0.5}とした。
【0040】
上記設計パラメータに従ってフォトマスク設計を行った後、火炎堆積法とフォトリソグラフイーとドライエッチングを用いてシリコン基板上に石英系導波路回路を作製した。また導波路の比屈折率差が0.75%、導波路コアの断面形状が8μm×8μmになるように作製した。
【0041】
できあがった光回路のうち1サンプルを、光回路622と光回路623と光回路624とが分離できるように切断し、それぞれの光回路の透過特性を評価した結果を図7と図8と図9に示す。
【0042】
図7には光回路622のポート625から入射しポート626とポート627に出射される透過光の透過率と波長分散とを示す。ポート625からの入射光はその波長に応じてポート626とポート627に交互に出射され、その繰り返し周期は約50.23GHzであった。また波長分散は、ポート626に出射される場合もポート627に出射される場合も右上がりの大きな傾きを持っていた。
【0043】
図8には光回路623のポート626から入射しポート630とポート631に出射される透過光の透過率と波長分散とを示す。ポート626からの入射光はその波長に応じてポート630とポート631に交互に出射され、その繰り返し周期は約49.77GHzであった。また波長分散は、ポート630に出射される場合は右上がりの大きな傾きをもち、ポート631に出射される場合は右下がりの大きな傾きを持っていた。
【0044】
図9には光回路624のポート627から入射しポート632とポート633に出射される透過光の透過率と波長分散とを示す。ポート627からの入射光はその波長に応じてポート632とポート633に交互に出射され、その繰り返し周期は約49.77GHzであった。また波長分散は、ポート632に出射される場合は右上がりの大きな傾きをもち、ポート633に出射される場合は右下がりの大きな傾きを持っていた。
【0045】
このように、光回路622〜624に示す光回路ではκ=0.06側から入射するかあるいはκ=0.5側から入射するかを選択することによって、波長分散の傾きの正負を出射ポート間でそろえる、あるいは、逆にすることができる。
【0046】
一般に光ファイバのもつ波長分散の傾きは、波長に対し緩やかな右上がりであるため、光ファイバで構成される伝送路の波長分散を補償する波長分散補償器には、波長に対し緩やかな右下がりの波長分散が要求される。
【0047】
第1の実施形態でも説明したとおり、直列接続した光回路全体で波長分散の傾きをゆるやかな右下がりにするためには、繰り返し周期が長めで右上がりの波長分散特性をもつフィルタと、繰り返し周期が短めで右下がりの波長分散特性をもつフィルタを用いる必要がある。第2の実施形態の光回路では1段目の光回路626の入力ポートをκ=0.06側に選択したが、仮にκ=0.5側のポートを1段目の入力ポートに選択すると、2つの出力ポートでの波長分散の傾きが正負逆向きになるので、2段目のフィルタの片方は繰り返し周期を長くする必要が生じ、残りの片方の繰り返し周期は短くする必要が生じる。このため光回路全体では3種類の繰り返し周期をもつ。その結果、波長分散が平坦になる領域の中心を光チャネルのグリッドに合わせるのが難しくなる。ちなみに、κ=0.06側を1段目の光回路の入力ポートに選択した場合は、出力ポートでの波長分散の傾きは1種類であるため、2段目のフィルタの繰り返し周期は1種類だけで十分であり、光回路全体では2種顆の繰り返し周期をもつこととなる。このように2種類の繰り返し周期のみ持つ場合には、それぞれの周期を(ΔF−δ)と(ΔF+δ)とに選択すれば、全体の回路の周期はΔFとなり、これを光チャネルの周期に合わせるように設計すればよい。
【0048】
図10には、これらの光回路622と光回路623と光回路624とを用いて、本発明の目的である波長分散補償量を光チャネル毎に異にすることにより一括して波長分散スロープも補償することができる多チャネル波長分散補償器を実現する方法を模式的に示す。
【0049】
図10(a)は、右上がりの波長分散特性をもち長めの繰り返し周期をもつフィルタの波長分散特性を模式的に表している。さらには図10では2つある出力ポートの両方の波長分散特性を示している。これは例えば図7のポート625に入射しポート626に出射する透過光の波長分散特性が図10(a)のportAの特性に対応し、ポート625に入射しポート627に出射する透過光の波長分散特性が図10(a)のportBの特性に対応する。
【0050】
図10(b)は、右下がりの波長分散特性をもち短めの繰り返し周期をもつフィルタの波長分散特性を模式的に表している。これは例えば図8のポート626から入射しポート631に出射する透過光の波長分散特性に対応する。図10(a)のportAと図10(b)の波長特性をもつフィルタを直列に接続したときの波長分散特性を模式的に表したのが図10(c)である。2つのフィルタの波長分散特性を重畳した結果、波長分散特性がほぼ平坦な領域が一定の周期で現れ、かつ、それぞれの領域毎に波長分散値が異なる。
【0051】
図10(d)は、図10(b)とは異なる波長位置で、右下がりの波長分散特性をもち短めの繰り返し周期をもつフィルタの波長分散特性を模式的に表している。これは例えば図9のポート627から入射しポート633に出射する透過光の波長分散特性に対応する。図10(a)のportBと図10(d)の波長特性をもつフィルタを直列に接続したときの波長分散特性を模式的に表したのが図10(e)である。2つのフィルタの波長分散特性を重畳した結果、この場合も、波長分散特性がほぼ平坦な領域が一定の周期で現れ、かつ、それぞれの領域毎に波長分散値が異なる。
【0052】
図10(f)には、図10(c)と図10(e)で得られた波長分散特性を重ね合わせたものを示す。
【0053】
1段目の光回路622の入力ポートをκ=0.06側に選択したので、図10(c)に示した繰り返し周期と、図10(e)に示した繰り返し周期とが等しくなり、さらには図10(f)において、波長分散がほぼ平坦な領域の中心の繰り返し周期が一定にすることが可能になる。
【0054】
図11(b)、(c)は、光回路622と光回路623と光回路624に分離切断しなかった光回路、すなわち光回路622の出力ポートそれぞれに光回路623と光回路624を直列に接続した光回路の各々の出力ポートでの透過特性である。光チャネルの間隔を50GHzとし、各光チャネルの帯域幅を20GHzとしたとき、多チャネル波長分散補償器が動作すべき領域の透過率と波長分散を太線で示してある。
【0055】
出力ポートがポート631(図11(b)参照)とポート633(図11(c)参照)とに交互に入れ替わるものの約50GHz間隔で透過率が高い領域が繰り返し現れ、かつ、波長分散がほぼ平坦な領域が繰り返し現れている。また、それぞれの領域の幅は約20GHzあり、各領域間での波長分散値がゆるやかな右下がりになっている。さらに、これらの波長分散のグラフに従来から使われている波長分散スロープ値が0.07ps/nm2/kmのDSFファイバ80kmが必要とする波長分散補償量のグラフ(図11(a))を上書きすると、第2の実施形態の光回路が50GHz間隔で20GHzの幅で発生する波長分散のグラフとほぼ重なることが確認できる(図11(d))。すなわち、この第2の実施形態の光回路1台により、少なくとも50チャネルの光信号がDSFファイバを80km伝送した時に光ファイバの波長分散によりうける歪みを一括して補償することが可能であることがわかる。
【0056】
なお、光回路の透過率の評価には、DSFファイバを入出力ポートに接続した光モジュールで行った。光回路の挿入損失の最良値と最悪値は、波長1.54μmから1.56μmまでのうち波長分散補償を行う50GHz間隔で20GHz幅の50個の波長領域では最良1.3dB、最悪1.6dBであった。このような小さな挿入損失が実現できたのは、導波路ラティス型は、空間光学系を用いることなく、また、部品点数が少なく、ファイバ結合損失の小さな導波路を用いて作成することができるという特徴に起因するものである。
【0057】
(第3の実施形態)
図12に、本発明の第3の実施形態における多チャネル波長分散補償器の回路構成を示す。
【0058】
本回路は、8個の光結合器1201〜1208と、7個の光路長差付与部1209〜1215から構成された光回路である。光回路中央の光路長差付与部1212が与える光路長差はゼロとし、基本光路長差をのぞくと左右対称の構造をしている。すなわち、8個の光結合器1201〜1208の結合率をそれぞれκj(j:1〜8)とし、7個の光路長差付与部1209〜1215が与える光路長差をそれぞれLi(i:1〜7)としたとき、κjとLiを以下のように与えた。各結合率は式3よりκj=κ8-j+1とし、8個のκjのうち4個の独立であるκjを{κj}={0.015、0.6、0.7、0.5}とした。次に、波長分散補償器の動作波長域の中心近傍のチャネルの光波長λcを1.55μm、光周波数間隔ΔFを200GHz、光変調度δを−4GHzとし、式2と式3より基本光路長差l1とl2を導出し、l1=734.4μm、l2=764.6μmを選択した。また、6個の各Liは、式1に{ni}={−2、−2、−1、0、0、0、0}、{mi}={0、0、0、0、−1、−2、−2}、{ki}={−1、−1、0、0、−1、0、0}を代入して決定した。
【0059】
この図12に記載の第3の実施形態の光回路の基本構成は、図6に記載の第2の実施形態の光回路の基本構成と以下のように関連づけることができる。光回路623と光回路624は全く同一のものであるので、ポート627からポート633への透過特性はポート628からポート631への透過特性と同一のものである。また、光チャネル周辺の波長領域では光信号は光回路622によってポート626またはポート627の片方に集中し、他方のポートには殆ど光信号が来ないので、第1次近似として相互に独立なこと象と考えられる。そこで、ポート627の場所で光回路624を切り離し、光回路623のポート628を光回路622のポート627に接続する。このポート622とポート627との接続に際し、交差導波路が生じないように、光回路623を上下反転する。以上の変形作業により、第2の実施形態の光回路の基本構成と第3の実施形態の光回路の基本構成とは、光チャネル周辺の波長領域では、ほぼ等価に近い光回路であることがわかる。
【0060】
この図12に記載の第3の実施形態の光回路では、第2の実施形態の光回路にくらべ、光結合器の数を12個から8個に削減し、光路長差付与部の数を9個から7個に削減できるというメリットがある。さらには1入力1出力構成になるので中継局での使用に向いたものになっている。
【0061】
上記設計パラメータに従ってフォトマスク設計を行った後、火炎堆積法とフォトリソグラフイーとドライエッチングを用いてシリコン基板上に石英系導波路回路を作製した。また導波路の比屈折率差が0.75%、導波路コアの断面形状が8μm×8μmになるように作製した。
【0062】
できあがった光回路の透過特性を評価した結果を図13に示す。光チャネルの間隔を200GHzとし、各光チャネルの帯域幅を80GHzとしたとき、多チャネル波長分散補償器が動作すべき領域の透過率と波長分散を太線で示してある。
【0063】
図13(b)では、透過率はほぼ全域で高く、かつ、波長分散がほぼ平坦な領域が繰り返し現れている。また、波長分散がほぼ平坦な領域の幅は約80GHzあり、各領域間での波長分散値がゆるやかな右下がりになっている。さらに、この波長分散のグラフに従来から使われている波長分散スロープ値が0.07ps/nm2/kmのDSFファイバ10kmが必要とする波長分散補償量のグラフ(図13(a))を上書きすると、第3の実施形態の光回路が200GHz間隔で80GHzの幅で発生する波長分散のグラフとほぼ重なることが確認できる(図13(c))。すなわち、この第3の実施形態の光回路1台により、少なくとも12チャネルの光信号がDSFファイバを10km伝送した時に光ファイバの波長分散によりうける歪みを一括して補償することが可能であることがわかる。
【0064】
なお、光回路の透過率の評価には、DSFファイバを入出力ポートに接続した光モジュールで行った。光回路の挿入損失の最良値と最悪値は、波長1.54μmから1.56μmまでのうち波長分散補償を行う200GHz間隔で80GHz幅の12個の波長領域では最良0.6dB、最悪2.2dBであった。このような小さな挿入損失が実現できたのは、導波路ラティス型は、空間光学系を用いることなく、また、部品点数が少なく、ファイバ結合損失の小さな導波路を用いて作成することができるという特徴に起因するものである。
【0065】
(第4の実施形態)
図14に、本発明の第4の実施形態における多チャネル波長分散補償器の回路構成を示す。
【0066】
本回路は、6個の光結合器1401〜1406と、5個の光路長差付与部1413〜1417から構成された光回路1423と、6個の光結合器1407〜1412と、5個の光路長差付与部1418〜1422から構成された光回路1424を直列に接続した光回路である。
【0067】
光回路1423は公知の波長分散補償器(非特許文献2参照)をベースに設計したもので、一定の間隔のチャネル近傍で波長分散を補償できるものの、チャネル毎に波長分散補償量を異にすることによって波長分散スロープまで補償することはできない回路である。
【0068】
光回路1423の回路パラメータの詳細は、光結合器1401〜1406の結合強度をκ'jとし、5個の光路長差付与部1413〜1417が与える光路長差をそれぞれL'i(i:1〜5)としたとき、{κ'j:j=1〜6}={0.5、0.33、0.33、0.33、0.33、0.5}とした。また基本光路長差をl'1とl'2をそれぞれ1498.6μmと1499.4μmとし、さらには
【数11】
Figure 0003832743
として、{n'i}={1、−1、1、−1、0}、{m'i}={0、−1、1、−1、1}、{k'i}={0、0、0、0、0、0}とした。
【0069】
一方、光回路1424の基本構成は、図12に記載の第3の実施形態の光回路の基本構成と以下のように関連づけることができる。
【0070】
(I)光路長差付与部1217は等長であり、光結合器1204と光結合器1205の結合率は共に0.5である。すなわち光結合器1204と光路長差付与部1217と光結合器1205は、全体で交差導波路と光学的に等価であり置き換えることが可能である。
【0071】
(II)光路長差付与部1213〜1215が与える光路長差の正負を逆にすることにより、前述の交差導波路を平行導波路と置き換えることができる。
【0072】
(III)光路長差付与部1211と光路長差付与部1213との間に光結合部分がなくなったので、2つの光路長差付与部をまとめて1つの光路長差付与部として扱うことができ、必要な光路長差は極めて小さくなり、作製誤差の影響が受けにくくなる。
【0073】
以上の変形操作により第4の実施形態の光回路1424の基本構成は、第3の実施形態の光回路の基本構成と光学的に等価であることがわかる。従って、第4の実施形態の光回路は、従来の光回路1423と本発明に係る光回路1424とを、直列に繋いだ構成と言える。
【0074】
この図14に記載の第4の実施形態の光回路では、第3の実施形態の光回路にくらべ、光結合器の数を8個から6個に削減し、光路長差付与部の数を7個から5個に削減できるというメリットがある。
【0075】
光回路1424の回路パラメータの詳細は、6個の光結合器1407〜1412の結合強度をκjとし、5個の光路長差付与部1418〜1422が与える光路長差をそれぞれLiとしたとき、κjとLiを以下のように与えた。
【0076】
まず、波長分散補償器の動作波長域の中心近傍のチャネルの光波長λcを1.575μm、光周波数間隔ΔFを100GHz、光変調度δを−750MHzとし、式2と式3より基本光路長差l1とl2を導出し、l1=−1487.9μm、l2=1509.2μmを選択した。つまり、この光回路1424において、入力端から出力端までの光路長差付与部1418〜1422の個数が奇数であり、基本光路長差l1、l2の正負の符号が逆であると言える。
【0077】
また、5個の各Liは、式4に{ni}={2、2}、{ki}={−1、−1、−1、0、0}を代入して決定した。より具体的にはL1=L2=−2975.1μm、L3=21.26μm、L4=L5=3017.6μmである。さらには6個のκjのうち3個の独立なκjは{κj}={0.015、0.6、0.7}とした。
【0078】
上記設計パラメータに従ってフォトマスク設計を行った後、火炎堆積法とフォトリソグラフイーとドライエッチングを用いてシリコン基板上に石英系導波路回路を作製した。また導波路の比屈折率差が1.2%、導波路コアの断面形状が4μm×4μmになるように作製した。
【0079】
できあがった光回路の透過特性を評価した結果を図15に示す。光チャネルの間隔を200GHzとし、各光チャネルの帯域幅を40GHzとしたとき、多チャネル波長分散補償器が動作すべき領域の透過率と波長分散を太線で示してある。
【0080】
図15に示すように、透過率はほぼ全域で高く、かつ、波長分散がほぼ平坦な領域が繰り返し現れている。また、波長分散がほぼ平坦な領域の幅は約40GHzあり、各領域間での波長分散値がゆるやかな右下がりになっている。さらに、この波長分散のグラフに従来から使われている波長分散スロープ値が0.07ps/nm2/kmのDSFファイバ25kmが必要とする波長分散補償量のグラフを上書きすると、第4の実施形態の光回路が200GHz間隔で40GHzの幅で発生する波長分散のグラフとほぼ重なることが確認できる。すなわち、この第4の実施形態の光回路により、少なくとも18チャネルの光信号がDSFファイバ25kmを伝送した時に光ファイバの波長分散によりうける歪みを一括して補償することが可能であることがわかる。
【0081】
なお、光回路の透過率の評価には、DSFファイバを入出力ポートに接続した光モジュールで行った。光回路の挿入損失の最良値と最悪値は、波長1.54μmから1.56μmまでのうち波長分散補償を行う200GHz間隔で40GHz幅の18個の波長領域では最良1.7dB、最悪3.6dBであった。このような小さな挿入損失が実現できたのは、導波路ラティス型は、空間光学系を用いることなく、また、部品点数が少なく、ファイバ結合損失の小さな導波路を用いて作成することができるという特徴に起因するものである。
【0082】
なお、以上述べた第1、第2、第3、第4の各実施形態では、火炎堆積法とフォトリソグラフイーとドライエッチングを用いてシリコン基板上に石英系導波路回路を作製したが、その導波路材料がポリイミド、シリコーン、半導体、LiNbO3などであっても、本発明を適用可能である。また、製造方法も、スピンコート法、ゾルゲル法、スパック法、CVD法、イオン拡散法、イオンビーム直接描画法などであっても本発明を適用可能である。さらには基板材質もシリコンに限定されるものではなく、石英基板でも、同様な効果が得られる。
【0083】
図16に、実施形態1で用いた本発明の導波路型多チャネル波長分散補償器(PLCチップ)を用いた光モジュールを示す。
【0084】
光モジュールは、熱伝導性の良い筐体1601の内部にペルチェ保持板1602を固定ネジ1603で固定し、図示はしないがペルチェ保持板1602を掘削して作製した凹部にペルチェ素子と温度センサ(熱伝対)をその近傍に配置している。ペルチェ素子、及び温度センサの直上に実施形態1の光回路1604が来るように配している(図示せず)。
【0085】
光回路1604の端部にはガラス板1605を接着剤で接着し、ファイバ1606を保持しているファイバブロック1607と光接合するように接着している。ファイバ1606は筐体1601の縁に設けた凹部に断熱性弾性接着剤1608で接着してあり、さらにファイバコード1609を有するファイバブーツ1610を筐体1601に埋め込むように保持している。
【0086】
実施形態1で用いた本発明のPLCチップはペルチェ保持板に断熱性弾性接着剤1608で接着されている。
【0087】
最後に、これらを被うように蓋をかぶせてネジ止めして本発明の光モジュールを作製した。なお、蓋とネジ止め部は図示していない。
【0088】
このような光モジュールを作製し、実施形態1と同様な測定を行なったところ、図5と同じ結果が得られ実施形態1と同様な結果が得られたことが分かった。
【0089】
同様に、実施形態2、3、4で用いた本発明の導波路型多チャネル波長分散補償器を用いた光モジュールを作製し、それぞれ実施形態2、3、4と同様な効果が得られた。なお、本発明の導波路型多チャネル波長分散補償器が2つ以上の部分に別れる場合もあるが、それぞれの光モジュールを作製し、光モジュール間をファイバで結合し同様な効果を得られることが分かった。また、図示はしないが、1つの筐体内部に上記の2つ以上のチップをそれぞれペルチェ保持板の上に保持させた光モジュールも同様な効果が得られた。
【0090】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光ファイバのもつ波長分散と波長分散スロープの両方に対応する多チャネル波長分散補償器を、空間光学系がなく部品点数が少なく挿入損失を小さくできる導波路ラティス型で供給することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の回路構成を示す図である。
【図2】光回路115の透過スペクトル特性を示す図である。
【図3】光回路116の透過スペクトル特性を示す図である。
【図4】光回路115と光回路116の透過スペクトル特性の合成を模式的に示す図である。
【図5】図1の多チャネル波長分散補償器の透過スペクトル特性を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施形態の回路構成を示す図である。
【図7】光回路622の透過スペクトル特性を示す図である。
【図8】光回路623の透過スペクトル特性を示す図である。
【図9】光回路624の透過スペクトル特性を示す図である。
【図10】光回路622と光回路623と光回路624の透過スペクトル特性の合成を模式的に示す図である。
【図11】図6の多チャネル波長分散補償器の透過スペクトル特性を示す図である。
【図12】本発明の第3の実施形態の回路構成を示す図である。
【図13】図12の多チャネル波長分散補償器の透過スペクトル特性を示す図である。
【図14】本発明の第4の実施形態の回路構成を示す図である。
【図15】図15の多チャネル波長分散補償器の透過スペクトル特性を示す図である。
【図16】本発明の導波路型多チャネル波長分散補償器(PLCチップ)を用いた光モジュールを示す図である。
【符号の説明】
101〜108 光結合器
109〜114 光路長差付与部
115、116 光回路
117〜124 ポート
601〜612 光結合器
613〜621 光路長差付与部
622〜624 光回路
625〜633 ポート
1201〜1208 光結合器
1209〜1215 光路長差付与部
1216〜1219 ポート
1401〜1412 光結合器
1413〜1422 光路長差付与部
1423、1424 光回路
1425、1426 ポート
1601 筐体
1602 ペルチェ保持板
1603 固定ねじ
1604 PLCチップ
1605 ガラス板
1606 ファイバ
1607 ファイバブロック
1608 断熱性弾性接着剤
1609 ファイバコード
1610 ファイバブーツ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a chromatic dispersion compensator used in the field of optical communication or optical information processing, and is suitable, for example, as a multi-channel chromatic dispersion compensator used in WDM (Wavelength Division Multiplexing) optical communication.
[0002]
[Prior art]
Long-distance transmission is possible by using low-loss optical fiber. However, in optical fibers with chromatic dispersion, the propagation speed of light differs depending on the wavelength, so when trying to send a signal modulated at high speed over a long distance, the distortion of the optical signal pulse increases, resulting in transmission capacity or transmission. The distance will be limited.
[0003]
In order to solve this problem, various methods for compensating the chromatic dispersion of an optical fiber have been proposed so far.
[0004]
Broadly divided, there are a compensation method using fibers having different chromatic dispersion and a compensation method using a dispersion compensator composed of small devices or optical modules. Therefore, there is an advantage that management such as fiber switching becomes easy. As such a small compensator, for example, there are the following reports.
(1) Fiber grating type (see Non-Patent Document 1)
(2) Waveguide lattice type (see Non-Patent Document 2)
(3) Waveguide ring type (see Non-Patent Document 3)
(4) VIPA (Virtually Imaged Phased Array) type (see Non-Patent Document 4)
(5) Waveguide AWG (Arrayed Waveguide Grating) type (see Non-Patent Document 5)
(6) Etalon type (see Non-Patent Document 6)
(7) Multi-layer film type (see Non-Patent Document 7)
[0005]
Among them, the (2) waveguide lattice type and (3) waveguide ring type, which do not require a circulator or a collimator, have a feature that they are easy to manufacture because they do not have a space optical system part and have a small number of parts. Furthermore, (2) the waveguide lattice type can be produced using a waveguide with a small fiber coupling loss, and (3) has an advantage that a device with a smaller insertion loss can be produced than the waveguide ring type. .
[0006]
On the other hand, a WDM system using an optical channel with a plurality of wavelengths has been studied and put into practical use so that a larger capacity can be transmitted using an optical fiber. However, since the chromatic dispersion of the optical fiber varies depending on the wavelength, the chromatic dispersion compensator is also required to compensate the chromatic dispersion amount corresponding to the chromatic dispersion slope with a plurality of channels.
[0007]
[Non-Patent Document 1]
(1) Fiber grating type
(For example, "Dynamic dispersion Compensation devices for high speed transmission systems" by B. J. Eggleton et al., Optical Fiber Communication Conference 2001, Paper WH1)
[Non-Patent Document 2]
(2) Waveguide lattice type
(For example, "Integrated-0ptic dispersion slope equalizer for Nx40Gb / s WDM transmission" by K. Takigushi et al., European Conference on Optical Communication 2000, paper 7.1.3)
[Non-Patent Document 3]
(3) Waveguide ring type
(For example, "Integrated Waveguide Allpass Filter Tunable Dispersion Compensators" by C. K. Madsen et al., Optical Fiber Communications Conference 2002, paper TuT1)
[Non-Patent Document 4]
▲ 4 ▼ VIPA type
(For example, "Compensation of chromatic dispersion and dispersion Slope using a virtually imaged phased array" by M. Shirasaki et al., Optical Fiber Communications Conference 2001, paper TuS1)
[Non-Patent Document 5]
(5) Waveguide AWG type
(For example, "2X40-Channel dispersion-Slope compensator for 40-Gbit / s WDM transmission systems covering entire C- and L-bands" by K. Takenouchi et al., Optical Fiber Communications Conference 2001, paper TuS2)
[Non-Patent Document 6]
▲ 6 ▼ Etalon type
(For example, “Multichannel tunable dispersion Compensation using all-pass multicavity etalons” by D. J. Moss et al., Optical Fiber Communications Conference 2002, paper TuT2)
[Non-Patent Document 7]
(7) Multilayer type
(For example, "Entirely Thin-Film Allpass Coupled-Cavity Filters in Parallel Configuration for Adjustable Dispersion-slope Compensation" by M. Jablonski et al., IEEE Photonics Technology Letters, (2001) p.1188)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventionally reported waveguide lattice dispersion compensation circuit (see Non-Patent Document 2), the design is such that the same transmission characteristic appears at a constant frequency interval, that is, the optical path provided by the optical path length difference providing unit at each stage. Long difference LiProvided an optical path length difference represented by the following mathematical formula.
[Equation 5]
Figure 0003832743
However, ni, Mi, KiIs an integer, λcIs the optical wavelength of the channel near the center of the operating wavelength region of the dispersion compensation circuit. When the optical frequency interval is expressed as ΔF and the speed of light as C, the basic optical path length difference l1, L2Is expressed by the following equation.
[Formula 6]
Figure 0003832743
[0009]
Therefore, the chromatic dispersion compensation amount cannot be made different for each channel. That is, the dispersion compensation operation reported in the waveguide lattice dispersion compensation circuit is one channel per circuit, and in order to compensate a multi-channel signal used in the WDM system, compensations having different dispersion compensation amounts by the number of channels. The vessel must be designed and manufactured. Furthermore, it is necessary to use a filter such as AWG in order to allocate the signal of each channel. The number of AWGs required is one at the terminal station and two at the relay station. For the above reasons, the multi-channel lattice type dispersion compensator capable of compensating the dispersion slope has to have a large chip size or a multi-chip configuration.
[0010]
In other words, the waveguide lattice chromatic dispersion compensator having the conventional configuration described above has a feature that there is no spatial optical system part, the number of parts is small, and insertion loss can be reduced. There are problems that the compensators having different dispersion compensation amounts must be designed and manufactured, and that the chip size must be increased or a multi-chip configuration.
[0011]
The present invention has been made in view of the above problems, and compensates the chromatic dispersion of a multi-channel optical signal with one or a few waveguide lattice type compensators, and the chromatic dispersion slope of the optical fiber in each channel. An object of the present invention is to provide a waveguide type multi-channel chromatic dispersion compensator capable of compensating for different chromatic dispersion amounts according to the above.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  Claims of the present invention for solving the above-mentioned problems1The waveguide type multi-channel chromatic dispersion compensator according toA first optical waveguide, a second optical waveguide, and N + 1 (N is a natural number) optical couplers for coupling the first optical waveguide and the second optical waveguide at different locations, Among N + 1 optical couplers, an optical waveguide circuit provided with N optical path length difference providing units sandwiched between two adjacent optical couplers, or a plurality of optical waveguide circuits connected in series An optical waveguide circuit,Of the M optical path length difference providing units from the input end to the output end (M is a natural number), the optical path length difference L given by the i-th optical path length difference providing unit from the input endiIs expressed by the following equation for all iIn this way, a monotonically decreasing chromatic dispersion characteristic that repeats with a predetermined period and a monotonically increasing chromatic dispersion characteristic that repeats with a period longer than the predetermined period are formed with respect to the frequency of the optical signal, and the above differences By superimposing chromatic dispersion characteristics, chromatic dispersion is compensated in a lump in the peripheral band of a plurality of optical channels having different optical wavelengths and having a constant optical frequency interval, and the amount of chromatic dispersion compensation is set to the optical channel. Compensate for chromatic dispersion slope at once, different for eachIt is characterized by that.
[Expression 7]
Figure 0003832743
  However, ni, Mi, KiIs an integer, λcIs the optical wavelength of the channel near the center of the operating wavelength region of this multi-channel chromatic dispersion compensator, where the optical frequency interval is expressed as ΔF, the speed of light as C, and δ as the optical frequency modulation degree. Long difference l1, L2And δ are expressed by the following equations.
[Equation 8]
Figure 0003832743
[0015]
  Claims of the present invention for solving the above-mentioned problems2The waveguide type multi-channel chromatic dispersion compensator according to the third optical waveguide circuit of the second optical waveguide circuit and the third optical waveguide circuit respectively connected in parallel to the first optical waveguide circuit on the input side. The optical path length difference of the optical path length difference providing unit between the second optical waveguide circuit and the third optical waveguide circuit and the coupling strength of the optical coupler are the same, and The coupling strength of the optical coupler of each of the second optical waveguide circuit and the third optical waveguide circuit is such that the first optical waveguide is centered on a connection portion with the first optical waveguide circuit. It is symmetrically equal to the coupling strength of the optical coupler of the circuit.
[0016]
  Claims of the present invention for solving the above-mentioned problems3The waveguide type multi-channel chromatic dispersion compensator according to the present invention includes a coupling strength κ of the j-th optical coupler from the input end among S optical couplers (S is an integer) from the input end to the output end.jIs expressed by the following equation for all j.
[Equation 9]
Figure 0003832743
[0017]
  Claims of the present invention for solving the above-mentioned problems4The waveguide type multi-channel chromatic dispersion compensator according to the present invention is composed of one or a plurality of the optical waveguide circuits, and each of the optical waveguides is centered on the optical path difference length providing portion in the middle of each of the optical waveguide circuits. The coupling strength of each of the optical couplers of each circuit is symmetrically equal.
[0018]
  Claims of the present invention for solving the above-mentioned problems5The waveguide type multi-channel chromatic dispersion compensator according to FIG.1, L2And the number M of optical path length difference giving units from the input end to the output end is an odd number, and the i th optical path length giving unit from the input end or the i th optical path length giving unit from the output end Optical path length difference LiIs expressed by the following equation according to the magnitude of i.
[Expression 10]
Figure 0003832743
[0019]
  Claims of the present invention for solving the above-mentioned problems6The waveguide type multi-channel chromatic dispersion compensator according to the present invention includes a first optical waveguide, a second optical waveguide, and a plurality of lights that couple the first optical waveguide and the second optical waveguide at different locations. An optical waveguide circuit having a plurality of optical waveguide circuits each having a plurality of optical path length difference providing portions sandwiched between adjacent optical couplersBecauseThe multi-channel chromatic dispersion compensator is used for any one of the optical waveguide circuits.
[0020]
  Claims of the present invention for solving the above-mentioned problems7An optical module according to the present invention includes a housing having any one of the multi-channel chromatic dispersion compensators inside, and an optical fiber that is supported by the housing and that inputs and outputs optical signals to the multi-channel chromatic dispersion compensator. It is characterized by having.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The multi-channel chromatic dispersion compensator according to the present invention is characterized in that chromatic dispersion and chromatic dispersion slope of a plurality of optical signals are collectively compensated using one or a small number of waveguide type lattice circuits. The basic operation of the lattice circuit is shown below.
[0022]
The lattice circuit has a structure in which a plurality of pairs of asymmetric arm waveguides are cascaded using an optical coupler, that is, a structure in which asymmetric Mach-Zehnder interferometers are cascaded in multiple stages. The optical coupler can change the strength coupling ratio by bringing two waveguides close to each other and changing the length of the approaching waveguide. Further, the asymmetric arm waveguide pair, that is, the optical path length difference providing unit can control the phase of the arm waveguide by changing the optical path length difference between the two arm waveguides. As a result, the asymmetric Mach-Zehnder type interferometer can be set so that the light wave passes through more optical path lengths as the frequency increases or passes through a smaller optical path length, and the group delay increases as the frequency increases. The dispersion compensator can be configured to increase in time, or can be a dispersion compensator configured to decrease. Also, when the number of stages of the asymmetric Mach-Zehnder interferometer is increased or decreased, the absolute value of the dispersion value can be increased or decreased. This is because the delay time increases or decreases as the optical path length difference increases or decreases. With such a configuration, the lattice circuit can be designed to have a dispersion compensation value corresponding to each wavelength. Specific embodiments of the present invention are shown below.
[0023]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a circuit configuration of a multi-channel chromatic dispersion compensator according to the first embodiment of the present invention.
[0024]
This circuit includes four optical couplers 101 to 104, three optical path length difference providing units 109 to 111, four optical couplers 105 to 108, and optical path length difference application. This is a circuit in which optical circuits 116 including units 112 to 114 are connected in series.
[0025]
The coupling rates of the eight optical couplers 101 to 108 are each κj(J: 1 to 8), and the optical path length differences given by the six optical path length difference providing units 109 to 114 are respectively Li(I: 1 to 6)jAnd LiWas given as follows.
[0026]
First, the optical wavelength λ of the channel near the center of the operating wavelength region of the chromatic dispersion compensatorcIs 1.55 μm, the optical frequency interval ΔF is 100 GHz, and the optical modulation degree δ is 500 MHz.1And l2Was derived. At this time1= 1506.7 μm, l2= 1491.2 μm. Each of the six LiIs represented by {ni} = {1, 2, 2, 0, 0, 0}, {mi} = {0, 0, 0, 1, 2, 2}, {ki} = {0, 1, 1, 0, 1, 1} and determined. In addition, each of the 8 κjIs {κj} = {0.5, 0.93, 0.44, 0.06, 0.5, 0.93, 0.44, 0.06}.
[0027]
After designing a photomask according to the above design parameters, a quartz-based waveguide circuit was fabricated by using a flame deposition method, photolithography and dry etching. The waveguide was fabricated so that the relative refractive index difference of the waveguide was 1.2% and the waveguide core had a cross-sectional shape of 4 μm × 4 μm.
[0028]
One sample of the completed optical circuit is cut so that the optical circuit 115 and the optical circuit 116 can be separated, and the results of evaluating the transmission characteristics of each optical circuit are shown in FIGS.
[0029]
FIG. 2 shows the transmittance and wavelength dispersion (CD: Chromatic Dispersion) of transmitted light that enters from the port 118 and exits to the port 119 and the port 120 among the four input / output ports 117 to 120 of the optical circuit 115. . Incident light from the port 118 was alternately emitted to the port 119 and the port 120 according to the wavelength, and the repetition period was about 199 GHz. Further, the chromatic dispersion has a large slope that rises to the right when emitted to the port 119, and has a large slope that falls to the right when emitted to the port 120.
[0030]
FIG. 3 shows the transmittance and chromatic dispersion of transmitted light that enters from the port 122 and exits to the port 123 and the port 124 among the four input / output ports 121 to 124 of the optical circuit 116. Incident light from the port 122 is alternately emitted to the port 123 and the port 124 according to the wavelength, and the repetition period is about 201 GHz. Further, the chromatic dispersion has a large slope that rises to the right when emitted to the port 123, and has a large slope that falls to the right when emitted to the port 124.
[0031]
In the multi-channel chromatic dispersion compensator of the present invention, the chromatic dispersion slope is also compensated collectively by making the chromatic dispersion compensation amount different for each optical channel. FIG. 4 schematically shows a method for realizing the multi-channel chromatic dispersion compensator of the present invention using the optical circuit having the characteristics shown in FIGS.
[0032]
FIG. 4A schematically shows the chromatic dispersion characteristics of a filter having a chromatic dispersion characteristic that descends to the right and having a shorter repetition period. This corresponds to, for example, the wavelength dispersion characteristic of transmitted light that enters the port 118 in FIG. FIG. 4B schematically shows the wavelength dispersion characteristics of a filter having a wavelength dispersion characteristic that rises to the right and has a longer repetition period. This corresponds to, for example, the wavelength dispersion characteristic of transmitted light that enters from the port 121 of FIG. FIG. 4C schematically shows chromatic dispersion characteristics when filters having these wavelength characteristics are connected in series. That is, the optical signal frequency has a monotonically decreasing chromatic dispersion characteristic that repeats at a predetermined period and a monotonically increasing chromatic dispersion characteristic that repeats at a period longer than the predetermined period. As a result of superimposing the chromatic dispersion characteristics, it can be seen that areas where the chromatic dispersion characteristics are almost flat appear at a constant period, and the chromatic dispersion values differ for each area.
[0033]
FIG. 5B shows transmission characteristics of an optical circuit in which the optical circuit 115 and the optical circuit 116 are not separated and cut, that is, an optical circuit in which the optical circuit 115 and the optical circuit 116 are connected in series. When the interval between the optical channels is 200 GHz and the bandwidth of each optical channel is 40 GHz, the transmittance and chromatic dispersion in the region where the multichannel chromatic dispersion compensator should operate are indicated by bold lines.
[0034]
Regions with high transmittance appear repeatedly at intervals of about 200 GHz, and regions with almost flat chromatic dispersion appear repeatedly. The width of each region is about 40 GHz, and the chromatic dispersion value is different among the regions. Furthermore, the chromatic dispersion slope value conventionally used in this chromatic dispersion graph is 0.07 ps / nm.2Overwriting the chromatic dispersion compensation amount graph (FIG. 5A) required by the 11 km / km DSF fiber 11km, a graph of chromatic dispersion generated by the optical circuit of the first embodiment with a width of 40 GHz at intervals of 200 GHz; It can be confirmed that they almost overlap (FIG. 5C). In other words, the single optical circuit of the first embodiment can collectively compensate for distortions caused by chromatic dispersion of an optical fiber when an optical signal of at least 12 channels is transmitted through a DSF fiber for 11 km. Recognize.
[0035]
The transmittance of the optical circuit was evaluated using an optical module in which a DSF fiber was connected to the input / output port. The best and worst values of the insertion loss of the optical circuit are 1.4 dB at the best and 1.6 dB at the worst in 12 wavelength regions of 40 GHz width at 200 GHz intervals among the wavelengths from 1.54 μm to 1.56 μm. Met. The reason why such a small insertion loss can be realized is that the waveguide lattice circuit can be created without using a spatial optical system, using a waveguide with a small number of components, and a small fiber coupling loss. This is due to the characteristics.
[0036]
(Second Embodiment)
FIG. 6 shows a circuit configuration of a multi-channel chromatic dispersion compensator according to the second embodiment of the present invention.
[0037]
This circuit includes four optical couplers 601 to 604, three optical path length difference providing units 613 to 615, four optical couplers 605 to 608, and optical path length difference application. The optical circuit 623 includes optical units 616 to 618, four optical couplers 609 to 612, and the optical circuit 624 includes optical path length difference providing units 619 to 621. Are circuits connected in series with the optical circuit 622, respectively. The parameters in the optical circuit 623 and the optical circuit 624 are the same. That is, the optical coupling rates of the optical coupler 605 and the optical coupler 609 are equal, the optical coupling rates of the optical coupler 606 and the optical coupler 610 are equal, and the optical coupling rates of the optical coupler 607 and the optical coupler 611 are equal, The optical coupling ratios of the optical coupler 608 and the optical coupler 612 are equal, the optical path length differences given by the optical path length difference providing unit 616 and the optical path length difference providing unit 619 are equal, and the optical path length difference providing unit 617 and the optical path length difference providing unit 620. Are equal, and the optical path length difference provided by the optical path length difference providing unit 618 and the optical path length difference providing unit 621 are equal.
[0038]
At this time, the coupling rates of the eight optical couplers 601 to 608 are respectively expressed as κ.j(J: 1 to 8), and the optical path length differences given by the six optical path length difference providing units 613 to 618 are respectively Li(I: 1 to 6). Furthermore, from equation 3, κj= Κ8-j + 1It was. At this time κjAnd LiWas given as follows.
[0039]
First, the optical wavelength λ of the channel near the center of the operating wavelength region of the chromatic dispersion compensatorcIs 1.55 μm, the optical frequency interval ΔF is 50 GHz, the optical modulation degree δ is −225 MHz, and the basic optical path length difference l from Equation 2 and Equation 31And l2To derive l1= −2984.0 μm, l2= 3011.1 μm was selected. Each of the six LiIs represented by {ni} = {2, 2, 1, 0, 0, 0}, {mi} = {0, 0, 0, 1, 2, 2}, {ki} = {− 1, −1, 0, −1, 0, 0} was assigned. 8 more kappaj4 independent kappajIs {κj} = {0.06, 0.44, 0.93, 0.5}.
[0040]
After designing a photomask according to the above design parameters, a quartz-based waveguide circuit was fabricated on a silicon substrate by using a flame deposition method, photolithography and dry etching. The waveguide was fabricated so that the relative refractive index difference was 0.75% and the waveguide core had a cross-sectional shape of 8 μm × 8 μm.
[0041]
One sample of the completed optical circuit was cut so that the optical circuit 622, the optical circuit 623, and the optical circuit 624 can be separated, and the results of evaluating the transmission characteristics of the respective optical circuits are shown in FIGS. Shown in
[0042]
FIG. 7 shows the transmittance and chromatic dispersion of transmitted light that enters from the port 625 of the optical circuit 622 and exits to the port 626 and the port 627. Incident light from the port 625 was alternately emitted to the port 626 and the port 627 according to the wavelength, and the repetition period was about 50.23 GHz. Further, the chromatic dispersion has a large upward slope when it is emitted to the port 626 and the port 627.
[0043]
FIG. 8 shows the transmittance and chromatic dispersion of transmitted light that enters from the port 626 of the optical circuit 623 and exits to the port 630 and the port 631. Incident light from the port 626 was alternately emitted to the port 630 and the port 631 according to the wavelength, and the repetition period was about 49.77 GHz. In addition, the chromatic dispersion has a large upward slope when emitted to the port 630 and a large downward slope when emitted to the port 631.
[0044]
FIG. 9 shows the transmittance and chromatic dispersion of transmitted light that enters from the port 627 of the optical circuit 624 and exits to the ports 632 and 633. Incident light from the port 627 was alternately emitted to the port 632 and the port 633 according to the wavelength, and the repetition period was about 49.77 GHz. In addition, the chromatic dispersion has a large upward slope when emitted to the port 632 and a large downward slope when emitted to the port 633.
[0045]
As described above, in the optical circuits shown in the optical circuits 622 to 624, by selecting whether the light is incident from the κ = 0.06 side or from the κ = 0.5 side, the positive / negative of the slope of the chromatic dispersion can be set. It can be arranged in the middle or vice versa.
[0046]
In general, the slope of chromatic dispersion of an optical fiber rises slowly to the right with respect to the wavelength. Therefore, a chromatic dispersion compensator that compensates for the chromatic dispersion of the transmission line composed of the optical fiber has a gentle downward slope with respect to the wavelength. Chromatic dispersion is required.
[0047]
As described in the first embodiment, in order to make the slope of chromatic dispersion gently lower to the right in the entire optical circuit connected in series, a filter having a longer repetition period and an upward chromatic dispersion characteristic, and a repetition period However, it is necessary to use a filter having a shorter wavelength drop characteristic. In the optical circuit of the second embodiment, the input port of the first-stage optical circuit 626 is selected to be κ = 0.06, but if the κ = 0.5-side port is selected as the first-stage input port, Since the slopes of chromatic dispersion at the two output ports are opposite to each other, one of the second-stage filters needs to have a longer repetition period, and the remaining one has to have a shorter repetition period. For this reason, the entire optical circuit has three types of repetition periods. As a result, it becomes difficult to align the center of the region where the chromatic dispersion is flat with the grid of the optical channel. By the way, when the κ = 0.06 side is selected as the input port of the first stage optical circuit, there is only one type of chromatic dispersion slope at the output port, so there is one type of repetition period for the second stage filter. Is sufficient, and the entire optical circuit has a repetition cycle of two kinds of condyles. In this way, when only two types of repetition periods are provided, if each period is selected as (ΔF−δ) and (ΔF + δ), the entire circuit period becomes ΔF, and this is matched with the period of the optical channel. Should be designed as follows.
[0048]
In FIG. 10, the chromatic dispersion slope is collectively obtained by using these optical circuits 622, 623, and 624 to change the chromatic dispersion compensation amount, which is the object of the present invention, for each optical channel. A method for realizing a multi-channel chromatic dispersion compensator capable of compensation is schematically shown.
[0049]
FIG. 10A schematically shows the chromatic dispersion characteristics of a filter having a chromatic dispersion characteristic that rises to the right and has a long repetition period. Furthermore, FIG. 10 shows the chromatic dispersion characteristics of both of the two output ports. This is because, for example, the wavelength dispersion characteristic of the transmitted light that enters the port 625 and exits from the port 626 in FIG. 7 corresponds to the characteristic of port A in FIG. The dispersion characteristic corresponds to the characteristic of port B in FIG.
[0050]
FIG. 10B schematically shows the chromatic dispersion characteristic of a filter having a chromatic dispersion characteristic with a downward slope and a short repetition period. This corresponds to, for example, the wavelength dispersion characteristic of transmitted light that enters from the port 626 of FIG. 8 and exits to the port 631. FIG. 10C schematically shows the chromatic dispersion characteristics when the port A of FIG. 10A and the filter having the wavelength characteristics of FIG. 10B are connected in series. As a result of superimposing the chromatic dispersion characteristics of the two filters, a region where the chromatic dispersion property is substantially flat appears at a constant period, and the chromatic dispersion value differs for each region.
[0051]
FIG. 10D schematically shows the wavelength dispersion characteristics of a filter having a wavelength dispersion characteristic that is lower right and having a shorter repetition period at a wavelength position different from that in FIG. This corresponds to, for example, the wavelength dispersion characteristic of transmitted light that enters from the port 627 in FIG. 9 and exits to the port 633. FIG. 10E schematically shows the chromatic dispersion characteristics when the port B of FIG. 10A and the filter having the wavelength characteristics of FIG. 10D are connected in series. As a result of superimposing the chromatic dispersion characteristics of the two filters, in this case as well, a region where the chromatic dispersion property is substantially flat appears at a constant period, and the chromatic dispersion value differs for each region.
[0052]
FIG. 10 (f) shows a superposition of the chromatic dispersion characteristics obtained in FIG. 10 (c) and FIG. 10 (e).
[0053]
Since the input port of the first-stage optical circuit 622 is selected to be κ = 0.06, the repetition period shown in FIG. 10C is equal to the repetition period shown in FIG. In FIG. 10 (f), the repetition period at the center of the region where the chromatic dispersion is almost flat can be made constant.
[0054]
11B and 11C illustrate an optical circuit that is not separated into the optical circuit 622, the optical circuit 623, and the optical circuit 624, that is, the optical circuit 623 and the optical circuit 624 in series at the output ports of the optical circuit 622, respectively. It is a transmission characteristic in each output port of the connected optical circuit. When the interval between the optical channels is 50 GHz and the bandwidth of each optical channel is 20 GHz, the transmittance and chromatic dispersion of the region where the multichannel chromatic dispersion compensator should operate are shown by bold lines.
[0055]
Although the output port alternates between port 631 (see FIG. 11 (b)) and port 633 (see FIG. 11 (c)), regions with high transmittance appear repeatedly at intervals of about 50 GHz, and chromatic dispersion is almost flat. Area appears repeatedly. In addition, the width of each region is about 20 GHz, and the chromatic dispersion value between the regions is gradually lowered to the right. Furthermore, the chromatic dispersion slope value conventionally used in these chromatic dispersion graphs is 0.07 ps / nm.2Overwriting the chromatic dispersion compensation graph (FIG. 11A) required by the 80 km / km DSF fiber 80 km, the graph of chromatic dispersion generated by the optical circuit of the second embodiment with a width of 20 GHz at 50 GHz intervals It can be confirmed that they almost overlap (FIG. 11 (d)). In other words, the single optical circuit of the second embodiment can collectively compensate for the distortion caused by the chromatic dispersion of the optical fiber when optical signals of at least 50 channels are transmitted through the DSF fiber by 80 km. Recognize.
[0056]
The transmittance of the optical circuit was evaluated using an optical module in which a DSF fiber was connected to the input / output port. The best and worst values of the insertion loss of the optical circuit are 1.3 dB at the best and 50 dB at the wavelength of 1.54 μm to 1.56 μm in the 50 wavelength region of 20 GHz width at 50 GHz intervals, and the worst 1.6 dB. Met. The reason why such a small insertion loss can be realized is that the waveguide lattice type can be produced without using a spatial optical system, using a waveguide with a small number of parts, and a small fiber coupling loss. This is due to the characteristics.
[0057]
(Third embodiment)
FIG. 12 shows a circuit configuration of a multi-channel chromatic dispersion compensator according to the third embodiment of the present invention.
[0058]
This circuit is an optical circuit composed of eight optical couplers 1201 to 1208 and seven optical path length difference providing units 1209 to 1215. The optical path length difference provided by the optical path length difference providing unit 1212 at the center of the optical circuit is set to zero, and the structure is symmetrical with respect to the basic optical path length difference. That is, the coupling rates of the eight optical couplers 1201 to 1208 are set to κ, respectively.j(J: 1 to 8), and the optical path length differences given by the seven optical path length difference providing units 1209 to 1215 are respectively Li(I: 1 to 7), κjAnd LiWas given as follows. Each coupling rate is κ from Equation 3.j= Κ8-j + 1And 8 kappajOf which 4 are independent κjj} = {0.015, 0.6, 0.7, 0.5}. Next, the optical wavelength λ of the channel near the center of the operating wavelength range of the chromatic dispersion compensatorcIs 1.55 μm, the optical frequency interval ΔF is 200 GHz, the optical modulation degree δ is −4 GHz, and the basic optical path length difference l from Equation 2 and Equation 31And l2To derive l1= 734.4 μm, l2= 764.6 μm was selected. Each of the six LiIs represented by {ni} = {− 2, −2, −1, 0, 0, 0, 0}, {mi} = {0, 0, 0, 0, -1, -2, -2}, {ki} = {− 1, −1, 0, 0, −1, 0, 0} was determined.
[0059]
The basic configuration of the optical circuit of the third embodiment described in FIG. 12 can be associated with the basic configuration of the optical circuit of the second embodiment described in FIG. 6 as follows. Since the optical circuit 623 and the optical circuit 624 are exactly the same, the transmission characteristic from the port 627 to the port 633 is the same as the transmission characteristic from the port 628 to the port 631. Also, in the wavelength region around the optical channel, the optical signals are concentrated on one of the ports 626 and 627 by the optical circuit 622, and almost no optical signal comes to the other port. Considered an elephant. Therefore, the optical circuit 624 is disconnected at the port 627 and the port 628 of the optical circuit 623 is connected to the port 627 of the optical circuit 622. When the port 622 and the port 627 are connected, the optical circuit 623 is turned upside down so that a crossed waveguide does not occur. By the above modification work, the basic configuration of the optical circuit of the second embodiment and the basic configuration of the optical circuit of the third embodiment are almost equivalent optical circuits in the wavelength region around the optical channel. Recognize.
[0060]
In the optical circuit of the third embodiment shown in FIG. 12, the number of optical couplers is reduced from 12 to 8 compared to the optical circuit of the second embodiment, and the number of optical path length difference providing units is increased. There is an advantage that the number can be reduced from 9 to 7. Furthermore, since it has a 1-input 1-output configuration, it is suitable for use in a relay station.
[0061]
After designing a photomask according to the above design parameters, a quartz-based waveguide circuit was fabricated on a silicon substrate by using a flame deposition method, photolithography and dry etching. The waveguide was fabricated so that the relative refractive index difference was 0.75% and the waveguide core had a cross-sectional shape of 8 μm × 8 μm.
[0062]
The results of evaluating the transmission characteristics of the completed optical circuit are shown in FIG. When the interval between the optical channels is 200 GHz and the bandwidth of each optical channel is 80 GHz, the transmittance and chromatic dispersion of the region in which the multichannel chromatic dispersion compensator should operate are indicated by bold lines.
[0063]
In FIG. 13B, a region where the transmittance is high in almost the entire region and the wavelength dispersion is almost flat appears repeatedly. In addition, the width of the region where the chromatic dispersion is almost flat is about 80 GHz, and the chromatic dispersion value between the regions is gradually lowered to the right. Furthermore, the chromatic dispersion slope value conventionally used in this chromatic dispersion graph is 0.07 ps / nm.2Overwriting the chromatic dispersion compensation graph (FIG. 13A) required by the 10 km / km DSF fiber 10km, the graph of chromatic dispersion generated by the optical circuit of the third embodiment with a width of 80 GHz at intervals of 200 GHz; It can be confirmed that they almost overlap (FIG. 13C). In other words, with one optical circuit of the third embodiment, it is possible to collectively compensate for distortion caused by chromatic dispersion of an optical fiber when an optical signal of at least 12 channels is transmitted through a DSF fiber by 10 km. Recognize.
[0064]
The transmittance of the optical circuit was evaluated using an optical module in which a DSF fiber was connected to the input / output port. The best and worst values of the insertion loss of the optical circuit are the best 0.6 dB and the worst 2.2 dB in 12 wavelength regions of 80 GHz width at 200 GHz intervals of wavelength dispersion compensation from wavelengths 1.54 μm to 1.56 μm. Met. The reason why such a small insertion loss can be realized is that the waveguide lattice type can be produced without using a spatial optical system, using a waveguide with a small number of parts, and a small fiber coupling loss. This is due to the characteristics.
[0065]
(Fourth embodiment)
FIG. 14 shows a circuit configuration of a multi-channel chromatic dispersion compensator according to the fourth embodiment of the present invention.
[0066]
This circuit includes six optical couplers 1401 to 1406, five optical path length difference giving units 1413 to 1417, six optical couplers 1407 to 1412, and five optical paths. This is an optical circuit in which optical circuits 1424 composed of length difference providing units 1418 to 1422 are connected in series.
[0067]
The optical circuit 1423 is designed based on a known chromatic dispersion compensator (see Non-Patent Document 2), and can compensate for chromatic dispersion in the vicinity of a channel at a constant interval, but the amount of chromatic dispersion compensation is different for each channel. Therefore, the circuit cannot compensate even the chromatic dispersion slope.
[0068]
For details of the circuit parameters of the optical circuit 1423, the coupling strength of the optical couplers 1401 to 1406 is set to κ ′.jAnd the optical path length differences given by the five optical path length difference providing units 1413 to 1417 are represented by L ′.i(I: 1 to 5), {κ 'j: J = 1-6} = {0.5, 0.33, 0.33, 0.33, 0.33, 0.5}. The basic optical path length difference is l '1And l '2Are 1498.6 μm and 1499.4 μm, respectively,
## EQU11 ##
Figure 0003832743
As {n 'i} = {1, -1, 1, -1, 0}, {m 'i} = {0, -1, 1, -1, 1}, {k 'i} = {0, 0, 0, 0, 0, 0}.
[0069]
On the other hand, the basic configuration of the optical circuit 1424 can be associated with the basic configuration of the optical circuit of the third embodiment shown in FIG. 12 as follows.
[0070]
(I) The optical path length difference providing unit 1217 has the same length, and the coupling rates of the optical coupler 1204 and the optical coupler 1205 are both 0.5. In other words, the optical coupler 1204, the optical path length difference providing unit 1217, and the optical coupler 1205 are optically equivalent to the crossed waveguide as a whole and can be replaced.
[0071]
(II) By reversing the positive / negative of the optical path length difference provided by the optical path length difference providing units 1213 to 1215, the above-described crossed waveguide can be replaced with a parallel waveguide.
[0072]
(III) Since there is no optical coupling portion between the optical path length difference providing unit 1211 and the optical path length difference providing unit 1213, the two optical path length difference providing units can be collectively handled as one optical path length difference providing unit. The required optical path length difference is extremely small and is not easily affected by manufacturing errors.
[0073]
It can be understood that the basic configuration of the optical circuit 1424 of the fourth embodiment is optically equivalent to the basic configuration of the optical circuit of the third embodiment by the above modification operation. Therefore, it can be said that the optical circuit of the fourth embodiment has a configuration in which the conventional optical circuit 1423 and the optical circuit 1424 according to the present invention are connected in series.
[0074]
In the optical circuit of the fourth embodiment shown in FIG. 14, the number of optical couplers is reduced from eight to six compared to the optical circuit of the third embodiment, and the number of optical path length difference providing units is reduced. There is an advantage that the number can be reduced from 7 to 5.
[0075]
For details of the circuit parameters of the optical circuit 1424, the coupling strength of the six optical couplers 1407 to 1412 is represented by κ.jAnd the optical path length differences given by the five optical path length difference providing units 1418 to 1422 are respectively LiWhen κjAnd LiWas given as follows.
[0076]
First, the optical wavelength λ of the channel near the center of the operating wavelength region of the chromatic dispersion compensatorcIs 1.575 μm, the optical frequency interval ΔF is 100 GHz, the optical modulation degree δ is −750 MHz, and the basic optical path length difference l from Equation 2 and Equation 31And l2To derive l1= −1487.9 μm, l2= 1509.2 μm was selected. That is, in this optical circuit 1424, the number of optical path length difference providing units 1418 to 1422 from the input end to the output end is an odd number, and the basic optical path length difference l1, L2It can be said that the sign of is opposite.
[0077]
Each of the 5 LiIs expressed as {ni} = {2, 2}, {ki} = {-1, -1, -1, 0, 0} and determined. More specifically, L1 = L2 = −2975.1 μm, L3 = 21.26 μm, and L4 = L5 = 3017.6 μm. 6 kappaj3 independent kappajIs {κj} = {0.015, 0.6, 0.7}.
[0078]
After designing a photomask according to the above design parameters, a quartz-based waveguide circuit was fabricated on a silicon substrate by using a flame deposition method, photolithography and dry etching. The waveguide was fabricated so that the relative refractive index difference of the waveguide was 1.2% and the waveguide core had a cross-sectional shape of 4 μm × 4 μm.
[0079]
FIG. 15 shows the result of evaluating the transmission characteristics of the completed optical circuit. When the interval between the optical channels is 200 GHz and the bandwidth of each optical channel is 40 GHz, the transmittance and chromatic dispersion in the region where the multichannel chromatic dispersion compensator should operate are indicated by bold lines.
[0080]
As shown in FIG. 15, a region where the transmittance is high in almost the entire region and the wavelength dispersion is almost flat appears repeatedly. Further, the width of the region where the chromatic dispersion is almost flat is about 40 GHz, and the chromatic dispersion value between the regions is gradually lowered to the right. Furthermore, the chromatic dispersion slope value conventionally used in this chromatic dispersion graph is 0.07 ps / nm.2Overwriting the graph of the chromatic dispersion compensation amount required by the 25 km / km DSF fiber, it can be confirmed that the optical circuit of the fourth embodiment substantially overlaps the graph of chromatic dispersion generated at a width of 40 GHz at intervals of 200 GHz. That is, it can be seen that the optical circuit according to the fourth embodiment can collectively compensate for distortion caused by wavelength dispersion of the optical fiber when optical signals of at least 18 channels are transmitted through the DSF fiber 25 km.
[0081]
The transmittance of the optical circuit was evaluated using an optical module in which a DSF fiber was connected to the input / output port. The best and worst values of the insertion loss of the optical circuit are 1.7 dB best and worst 3.6 dB in 18 wavelength regions of 40 GHz width at 200 GHz intervals among wavelengths from 1.54 μm to 1.56 μm. Met. The reason why such a small insertion loss can be realized is that the waveguide lattice type can be produced without using a spatial optical system, using a waveguide with a small number of parts, and a small fiber coupling loss. This is due to the characteristics.
[0082]
In each of the first, second, third, and fourth embodiments described above, a quartz-based waveguide circuit is fabricated on a silicon substrate by using a flame deposition method, photolithography, and dry etching. Waveguide material is polyimide, silicone, semiconductor, LiNbOThreeHowever, the present invention can be applied. Further, the present invention can be applied even if the manufacturing method is a spin coating method, a sol-gel method, a spack method, a CVD method, an ion diffusion method, an ion beam direct drawing method, or the like. Furthermore, the substrate material is not limited to silicon, and the same effect can be obtained with a quartz substrate.
[0083]
FIG. 16 shows an optical module using the waveguide type multi-channel chromatic dispersion compensator (PLC chip) of the present invention used in the first embodiment.
[0084]
In the optical module, a Peltier holding plate 1602 is fixed inside a casing 1601 with good thermal conductivity with a fixing screw 1603, and a Peltier element and a temperature sensor (thermal Is placed in the vicinity. The optical circuit 1604 according to the first embodiment is arranged directly above the Peltier element and the temperature sensor (not shown).
[0085]
A glass plate 1605 is bonded to an end of the optical circuit 1604 with an adhesive, and is bonded so as to be optically bonded to the fiber block 1607 holding the fiber 1606. The fiber 1606 is bonded to a recess provided at the edge of the housing 1601 with a heat insulating elastic adhesive 1608, and a fiber boot 1610 having a fiber cord 1609 is held so as to be embedded in the housing 1601.
[0086]
The PLC chip of the present invention used in Embodiment 1 is bonded to a Peltier holding plate with a heat insulating elastic adhesive 1608.
[0087]
Finally, the optical module of the present invention was manufactured by covering with a cover and screwing. The lid and the screwing portion are not shown.
[0088]
When such an optical module was manufactured and the same measurement as in the first embodiment was performed, it was found that the same result as in FIG. 5 was obtained and the same result as in the first embodiment was obtained.
[0089]
Similarly, an optical module using the waveguide type multi-channel chromatic dispersion compensator of the present invention used in the second, third, and fourth embodiments was manufactured, and the same effects as those of the second, third, and fourth embodiments were obtained. . Although the waveguide type multi-channel chromatic dispersion compensator of the present invention may be divided into two or more parts, the same effect can be obtained by fabricating each optical module and coupling the optical modules with a fiber. I understood. Although not shown, the same effect was obtained with an optical module in which the above two or more chips were held on a Peltier holding plate in one casing.
[0090]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a multi-channel chromatic dispersion compensator that supports both the chromatic dispersion and the chromatic dispersion slope of an optical fiber can be realized without a spatial optical system and with a small number of components and a small insertion loss. It becomes possible to supply a waveguide lattice type.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating transmission spectrum characteristics of an optical circuit 115. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing transmission spectrum characteristics of an optical circuit.
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the synthesis of transmission spectrum characteristics of an optical circuit 115 and an optical circuit 116. FIG.
5 is a diagram showing transmission spectrum characteristics of the multi-channel chromatic dispersion compensator of FIG. 1. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a circuit configuration of a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing transmission spectrum characteristics of an optical circuit 622;
FIG. 8 is a diagram showing a transmission spectrum characteristic of an optical circuit 623;
FIG. 9 is a diagram showing transmission spectrum characteristics of an optical circuit 624;
10 is a diagram schematically showing the composition of transmission spectrum characteristics of the optical circuit 622, the optical circuit 623, and the optical circuit 624. FIG.
11 is a diagram showing transmission spectrum characteristics of the multichannel chromatic dispersion compensator of FIG. 6. FIG.
FIG. 12 is a diagram showing a circuit configuration of a third embodiment of the present invention.
13 is a diagram showing transmission spectrum characteristics of the multi-channel chromatic dispersion compensator of FIG. 12. FIG.
FIG. 14 is a diagram showing a circuit configuration of a fourth embodiment of the present invention.
15 is a diagram showing transmission spectrum characteristics of the multi-channel chromatic dispersion compensator of FIG. 15. FIG.
FIG. 16 is a diagram showing an optical module using a waveguide type multi-channel chromatic dispersion compensator (PLC chip) according to the present invention.
[Explanation of symbols]
101-108 optical coupler
109 to 114 Optical path length difference giving unit
115, 116 Optical circuit
117 to 124 ports
601-612 optical coupler
613 to 621 Optical path length difference giving unit
622-624 optical circuit
625-633 ports
1201-1208 Optical coupler
1209 to 1215 optical path length difference giving unit
1216-1219 ports
1401-1414 Optical coupler
1413-1422 Optical path length difference giving unit
1423, 1424 Optical circuit
1425, 1426 ports
1601 housing
1602 Peltier holding plate
1603 Fixing screw
1604 PLC chip
1605 glass plate
1606 fiber
1607 Fiber block
1608 Insulating elastic adhesive
1609 Fiber cord
1610 Fiber Boot

Claims (7)

第1の光導波路と、第2の光導波路と、前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路をそれぞれ異なる箇所で結合するN+1(Nは自然数)個の光結合器とを有し、N+1個の前記光結合器の内、隣接する2個の前記光結合器で挟まれたN個の光路長差付与部を備えた光導波路回路、又は前記光導波路回路を直列に複数台繋いだ光導波路回路であって、
入力端から出力端までのM個(Mは自然数)の前記光路長差付与部のうち、入力端からi番目の前記光路長差付与部が与える光路長差Liが、すべてのiにおいて、次式で表されるように設定して、
光信号の周波数に対して、所定の周期で繰り返す単調減少の波長分散特性と、前記所定の周期より長めの周期で繰り返す単調増加の波長分散特性とを形成し、上記異なる波長分散特性を重畳させることにより、
一定の光周波数間隔を有し、光波長が相異なる複数の光チャネルの周辺帯域で、波長分散を一括して補償し、かつ、波長分散補償量を光チャネル毎に異にして、一括して波長分散スロープを補償するようにすることを特徴とする多チャネル波長分散補償器。
Figure 0003832743
但し、ni、mi、kiは整数、λcはこの多チャネル波長分散補償器の動作波長域の中心近傍のチャネルの光波長であり、上記光周波数間隔をΔF、光の速度をCと表記し、δを光周波数変調度としたとき基本光路長差l1、l2とδは次式で表される。
Figure 0003832743
A first optical waveguide, a second optical waveguide, and N + 1 (N is a natural number) optical couplers for coupling the first optical waveguide and the second optical waveguide at different locations, Among N + 1 optical couplers, an optical waveguide circuit provided with N optical path length difference providing units sandwiched between two adjacent optical couplers, or a plurality of optical waveguide circuits connected in series An optical waveguide circuit,
Of the M optical path length difference providing units from the input end to the output end (M is a natural number), the optical path length difference L i given by the i-th optical path length difference providing unit from the input end is Set as shown in the following formula ,
A monotonically decreasing chromatic dispersion characteristic that repeats at a predetermined period and a monotonically increasing chromatic dispersion characteristic that repeats at a period longer than the predetermined period are formed with respect to the frequency of the optical signal, and the different chromatic dispersion characteristics are superimposed. By
Compensate the chromatic dispersion in a lump in the peripheral band of multiple optical channels with different optical wavelengths with a constant optical frequency interval, and collectively change the chromatic dispersion compensation amount for each optical channel. A multichannel chromatic dispersion compensator characterized by compensating for a chromatic dispersion slope .
Figure 0003832743
Where n i , m i , and k i are integers, λ c is the optical wavelength of the channel near the center of the operating wavelength region of the multichannel chromatic dispersion compensator, the optical frequency interval is ΔF, and the speed of light is C The basic optical path length differences l 1 , l 2 and δ are expressed by the following equations, where δ is the optical frequency modulation degree.
Figure 0003832743
請求項記載の多チャネル波長分散補償器において、
入力側の第1の光導波路回路に、それぞれ直列に接続された第2の光導波路回路及び第3の光導波路回路の3つの前記光導波路回路から構成され、前記第2の光導波路回路と前記第3の光導波路回路との前記光路長差付与部の前記光路長差及び前記光結合器の前記結合強度が同じ構成であり、かつ、前記第2の光導波路回路及び前記第3の光導波路回路の各々の前記光結合器の前記結合強度が、前記第1の光導波路回路との接続部を中心として、前記第1の光導波路回路の前記光結合器の前記結合強度と対称的に等しいことを特徴とする多チャネル波長分散補償器。
The multi-channel chromatic dispersion compensator according to claim 1 ,
The first optical waveguide circuit on the input side includes the three optical waveguide circuits of the second optical waveguide circuit and the third optical waveguide circuit connected in series, respectively, and the second optical waveguide circuit and the The optical path length difference of the optical path length difference providing unit with the third optical waveguide circuit and the coupling strength of the optical coupler are the same, and the second optical waveguide circuit and the third optical waveguide The coupling strength of each of the optical couplers of each circuit is symmetrically equal to the coupling strength of the optical coupler of the first optical waveguide circuit, centering on a connection portion with the first optical waveguide circuit. A multi-channel chromatic dispersion compensator.
請求項記載の多チャネル波長分散補償器において、
入力端から出力端までのS個(Sは整数)の前記光結合器のうち、入力端からj番目の前記光結合器の結合強度κjが、すべてのjにおいて次式で表されることを特徴とする多チャネル波長分散補償器。
Figure 0003832743
The multi-channel chromatic dispersion compensator according to claim 1 ,
Among the S optical couplers from the input end to the output end (S is an integer), the coupling strength κ j of the j-th optical coupler from the input end is expressed by the following equation for all j. A multi-channel chromatic dispersion compensator characterized by
Figure 0003832743
請求項記載の多チャネル波長分散補償器において、
1つ又は複数の前記光導波路回路から構成され、各々の前記光導波路回路の真中の前記光路差長付与部を中心として、各々の前記光導波路回路の各々の前記光結合器の前記結合強度が対称的に等しいことを特徴とする多チャネル波長分散補償器。
The multi-channel chromatic dispersion compensator according to claim 1 ,
The coupling strength of each of the optical couplers of each of the optical waveguide circuits is composed of one or a plurality of the optical waveguide circuits, with the optical path difference length providing portion in the middle of each of the optical waveguide circuits as a center. Multi-channel chromatic dispersion compensator characterized by being symmetrically equal.
請求項記載の多チャネル波長分散補償器において、
前記基本光路長差l1、l2の正負の符号が逆であり、かつ、入力端から出力端までの前記光路長差付与部の個数Mが奇数であり、かつ、入力端からi番目もしくは出力端からi番目の前記光路長差付与部が与える光路長差Liが、iの大小に応じて次式で表されることを特徴とする多チャネル波長分散補償器。
Figure 0003832743
The multi-channel chromatic dispersion compensator according to claim 3 ,
The signs of the basic optical path length differences l 1 and l 2 are opposite to each other, the number M of the optical path length difference providing units from the input end to the output end is an odd number, and the i th or The multi-channel chromatic dispersion compensator characterized in that the optical path length difference L i given by the i-th optical path length difference providing unit from the output end is expressed by the following equation depending on the magnitude of i.
Figure 0003832743
第1の光導波路と、第2の光導波路と、前記第1の光導波路及び前記第2の光導波路をそれぞれ異なる箇所で結合する複数の光結合器とを有し、隣接する前記光結合器で挟まれた光路長差付与部を複数備えた光導波路回路を直列に複数台繋いだ光導波路回路であって
いずれかの前記光導波路回路に、請求項記載の多チャネル波長分散補償器を用いたことを特徴とする多チャネル波長分散補償器。
The first optical waveguide, the second optical waveguide, and a plurality of optical couplers for coupling the first optical waveguide and the second optical waveguide at different locations, respectively, and the adjacent optical couplers a waveguide circuit was connected a plurality of optical waveguide circuit in series with a plurality of optical path length difference imparting portion sandwiched by,
6. A multi-channel chromatic dispersion compensator according to claim 5 , wherein the multi-channel chromatic dispersion compensator according to claim 5 is used for any one of the optical waveguide circuits.
請求項1乃至請求項のいずれかに記載の多チャネル波長分散補償器を内部に有する筐体と、前記筐体に保持され、前記多チャネル波長分散補償器に光信号の入出力を行なう光ファイバとを有することを特徴とする光モジュール。A housing having the multichannel chromatic dispersion compensator according to any one of claims 1 to 6 inside, and light that is held in the housing and that inputs and outputs optical signals to the multichannel chromatic dispersion compensator An optical module comprising a fiber.
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