JP4759973B2 - デマルチプレクサ及び波長多重光伝送モジュール - Google Patents

Description

本発明は、波長多重光信号を波長ごとに分波、または異なる波長の光信号を合波する光学デバイスに関し、特に、回折格子を用いて波長を分離するデマルチプレクサ及び波長多重光伝送モジュールに関する。

光通信の分野では、高速、大容量の情報を伝送するため、一本の光ファイバに複数の波長の光信号を多重化して伝送する波長多重光通信が行われている。波長多重光通信に用いられる重要なデバイスの一つに光分波器がある。光分波器は、複数の波長が多重化された光を略単一の波長とみなせる狭帯域の波長の光に分波するものである。

例えば、光ファイバと回折格子を備えた光分波器において、入射光における回折格子の溝に対して垂直方向の偏光成分（ＴＭ偏光）と、平行方向の偏光成分（ＴＥ偏光）の回折効率が異なるため、外乱等によって変化する入射光の偏光状態に影響を受けて分波した光の光強度が変化する。分波した光の光強度を安定させるために、入射光の波長に対してＴＥ偏光とＴＭ偏光との各回折効率が等しくなるようなブレーズ波長の回折格子を用いることで、光ファイバから回折格子に入射する光の偏光状態による影響を防いだ光分波器がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２０１６５４号公報

しかしながら、上述の光分波器においても、入射光の波長がＴＥ、ＴＭ偏光間の回折効率が等しくなる波長以外では、偏波依存性が生じるという問題点があった。特に、ＴＥ偏光とＴＭ偏光の回折効率が等しくなる波長よりも短波長側においては、ＴＭ偏光の回折効率が大きく低下する所謂アノーマリが生じやすく、大きな偏光依存性が発生しやすかった。そのため、光分波器における回折効率が、回折格子での偏光依存損失によって低くなってしまい、光分波器の波長分波性能を制限してしまうという問題点があった。

また、従来の光分光器では、格子定数が一定である等間隔の回折格子を用いており、光ファイバからの入射光をコリメータレンズにより平行光としている。そのため、入射光の回折格子への入射角は一定であった。

回折格子には回折格子自身に集光作用を持たせるため、格子定数の異なるチャープ型回折格子がある。チャープ型回折格子では、光分波器の位置により光線の入射角、出射角及び格子定数が変化するため、場所によって回折効率の波長依存性、偏波依存性が異なってくる。そのため、チャープ型回折格子においては、波長変化に伴う偏光依存性の変動を制御することが難しいという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、所望の波長範囲において、回折効率が高く、かつ偏光による特性変動を低減したデマルチプレクサ及び波長多重光伝送モジュールを提供することにある。

また、本発明の別の目的は、チャープ型回折格子においても偏光による回折効率の変動を低減したデマルチプレクサ及び波長多重光伝送モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、光伝送路を備え、上記光伝送路の出射端から拡がって入射されるように信号光を入射する光入射部と、上記光入射部から入射した信号光を回折する回折格子と、回折した信号光を検出する光検出器を複数有する受光部とを備えるデマルチプレクサにおいて、上記回折格子は、使用する信号光の波長範囲である所定の波長範囲において、ＴＥ偏光とＴＭ偏光との回折効率の差が短波長側で小さく、長波長側で大きく、かつ、ＴＭ偏光における損失の最大値である、最も短波長でのＴＭ偏光の損失が、ＴＥ偏光における損失の最大値である、最も長波長でのＴＥ偏光の損失よりも小さいとともに、ＴＥ偏光における損失の最小値である、最も短波長でのＴＥ偏光の損失よりも大きく、上記光入射部に、上記回折格子に入射する信号光のＴＭ偏光を、上記所定の波長範囲において短波長側から長波長側にかけて透過率が低下するように減光する偏光フィルタを設けることによりＴＥ偏光とＴＭ偏光との回折効率の差の波長依存性を低減したデマルチプレクサである。

請求項２の発明は、回折格子が、格子周期が異なるチャープ型回折格子である請求項１に記載のデマルチプレクサである。

請求項３の発明は、回折格子が、エシュレット型の回折格子であって、その回折格子を溝に沿って複数の領域に分割し、ブレーズ角が各領域毎に異なる請求項２記載のデマルチプレクサである。

請求項４の発明は、回折格子の領域の数が４〜９である請求項３記載のデマルチプレクサである。

請求項５の発明は、回折格子が、エシュレット型の回折格子であって、ブレーズ角が連続的に変化している請求項２記載のデマルチプレクサである。

請求項６の発明は、上記所定の波長範囲の短波長側において、回折格子のブレーズ角が、回折格子へ入射する信号光が格子面で正反射する方向とその信号光の回折方向とが略一致する角である正反射ブレーズ角よりも大きく、かつＴＥ偏光の回折効率が最大となる角度よりも小さい請求項３〜５いずれかに記載のデマルチプレクサである。

請求項７の発明は、請求項１〜６いずれかに記載のデマルチプレクサを備え、光入射部と外部の光伝送路とを接続する接合部を形成し、デマルチプレクサの受光部に、受光部からの信号を増幅、波形成形する受信回路を接続した波長多重光伝送モジュールである。

請求項８の発明は、複数の光源と、それらの光源に接続され、光源を駆動、制御する送信回路と、複数の光源に接続され、複数の光源からの信号光を合波する波長合波デバイスとを更に備えた請求項７記載の波長多重光伝送モジュールである。

請求項９の発明は、接合部とデマルチプレクサとをマルチモードの光伝送路で接続し、接合部と波長合波デバイスとをシングルモードの光伝送路で接続した請求項８記載の波長多重光伝送モジュールである。

本発明によれば、所望の波長範囲において、回折効率を高く、かつ偏光依存性損失を低減できるといった優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本発明に係るデマルチプレクサの好適な実施の形態を示した上面図であり、図２は図１の側面図である。

図１及び図２に示すように、デマルチプレクサ１０は、基材（ベース）１１上に固定して設けられた光入射部１２、回折格子１３及び受光部１４を備える。

光入射部１２は、デマルチプレクサ１０に信号光Ｌ１を導入し、回折格子１３に向けて信号を入射する部材であり、光源や外部の光学素子に接続された光伝送路を備える。ここで、光伝送路とは信号光を伝搬させる手段であり、光ファイバや光導波路等を示しており、本実施の形態では、その光伝送路として入射用光ファイバ１５が基材１１にファイバ保持台１６を介して接着固定されている。

入射用光ファイバ１５には、コア径６２.５μｍ、開口数０．２７５のグレーテッドインデックス（ＧＩ）型マルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）を用いた。マルチモード光ファイバは開口数が大きく、信号光Ｌ１の拡がり角が大きい。本実施の形態の光ファイバ１５では、開口数から求まる拡がり角が±１６°となる。

光ファイバ１５の出射端１７側には、シリンドリカルレンズ１８及び偏光フィルタ１９が光学系固定台２１上に固定して設けられている。シリンドリカルレンズ１８は、光ファイバ１５から出射された信号光Ｌ１を平行ビームにするレンズであり、円柱状のものを用いた。

偏光フィルタ１９は、信号光Ｌ１の直交偏光（ｐ偏光、ｓ偏光）成分のうち、一方の偏光成分の透過光量を制限するものである。偏光フィルタ１９は、フィルタ面としての誘電体多層膜２２がプリズム２３内に形成され、プリズム２３の入出射面２４ａ，２４ｂに反射防止コートが施されたものである。

ここで、図３に本実施の形態のフィルタ１９の波長特性を示す。フィルタ１９は、信号光の使用波長範囲内において、ｐ偏光（ＴＥ偏光）についてはほぼ１００％透過し、ｓ偏光（ＴＭ偏光）については、使用波長の短波長側でほぼ１００％透過し、長波長側にかけて透過率が低下するようにしている。

回折格子１３は、図２に示す矢印の方向に直線格子溝が形成され、その格子間隔が位置によって異なるチャープ型、かつ、格子溝の断面形状が多数の直角三角形が連続した鋸状であるエシュレット型の平面回折格子である。

受光部１４は、光検出器アレイ２６、受光用光導波路２７及びシリンドリカルレンズ２８を備え、それぞれ保持台を介して各部材の高さが調整され、基材１１に固定されている。

光検出器アレイ２６は、光検出素子を複数備え、それぞれ異なる位置で信号光を検出するべく複数の光検出素子を一列に配置したアレイ型の光検出器である。

受光用光導波路２７は、光検出器アレイ２６の前方（回折格子１３側）に配置され、回折格子１３側に設けられたスラブ導波路部２９と、そのスラブ導波路部２９の後段に接続され、光検出器アレイ２６に接着固定された複数のテーパ導波路部３１とで構成される。

スラブ導波路部２９は、横断面の形状が直角三角形をしており、スラブ導波路部２９の出射端（直角三角形の斜辺）３２から複数のテーパー導波路部３１が、徐々に導波路幅を狭められて光検出器アレイ２６に向かって延出形成されている。

受光用光導波路２７の厚さ（コア厚さ）は、光検出器アレイ２６に信号光が効率よく結合するように 光検出器アレイ２６の受光径を考慮して決定した。

テーパ導波路部３１は、入射側（スラブ導波路部２９との接続部分）３３から光検出器アレイ２６側にかけてコアの幅が減少するテーパ形状とし、光検出素子に光を絞り込む構造としている。効率よく光検出器アレイ２６まで光信号を伝搬するためには、スラブ導波路部２９の開口数ＮＡ、特に側面の開口数は大きいほうが望ましく、ＮＡ０．５以上とすることが望ましい。そのため、テーパ導波路部３１の側面にはクラッドを設けずに、コアを空気に直接接するようにして開口数を大きくしている。

テーパ導波路部３１の入射側の幅は、スラブ導波路部２９と接合される側で光検出器アレイ２６の光検出素子のピッチと同じくし、光検出器アレイ２６側で光検出素子に効率良く結合できる幅とした。このように、分波された各波長の信号光Ｌ２を光検出素子に絞り込むことにより、応答速度の速い受光面積の小さな光検出素子を用いることができ、高速な光通信に適用することができる。

シリンドリカルレンズ２８は、光入射部１２のシリンドリカルレンズ１８と同じものであり、スラブ導波路部２９の入射端３２に平行に配置されている。

さて、本実施の形態のデマルチプレクサ１０の回折格子１３について詳細に説明する。

回折格子１３は、光ファイバ１５から拡がって入射された信号光Ｌ１を反射、回折し、回折した信号光Ｌ２を受光部１４に集光するように格子間隔をチャープさせている。図４及び図５に示すように、回折格子１３は、信号光Ｌ２を所望の位置に集光させられるように、格子周期（格子定数）を位置の関数としてチャープさせてある（グラフ５１）。ここで、図４中の回折格子の横方向ｘと、図５中の格子位置ｘが対応している。

個々の格子溝の位置は、信号光Ｌ１の出射位置及び信号光Ｌ２の受光位置、即ち、光入射部１２及び受光部１４との位置関係から決定される。回折格子１３は、格子周期のチャープに加えて、回折効率を大きくするためにブレーズ角も各格子位置での光入射部１２及び受光部１４との位置関係から決定されている。

図４及び図５に示すように、エシュレット型の回折格子１３は、複数の領域４１ａ〜ｆに分割され、同一領域内ではブレーズ角を一定とし、領域毎にブレーズ角を異ならせている（グラフ５２）。

具体的には、分割数（領域数）を６とし、ブレーズ角を、図４中左側の領域４１ａで最も小さくし、図４中右側の領域になるにつれて大きくなるようにした。

格子定数は、グラフ５１のように、領域４１ａ〜ｄでは図中左側から連続的に間隔を狭くし、領域４１ｅ〜ｆでも図中左側から連続的に間隔を狭くしている。さらに、回折効率を高くかつ偏光依存性を小さくするように領域ごとに利用する回折次数も選定しており、回折格子の図中左側の領域４１ａ〜ｄでは回折次数を１次とし、図中右側の領域４１ｅと４１ｆでは２次回折光を用いるように領域４１ｄと４１ｅの境界で不連続に格子定数を２倍とした。

一般に、格子定数が小さい場合には、高次の回折光を用いることが望ましく、入射波長と同程度或いはそれ以下の格子定数で高次の回折光を用いることが望ましい。本実施の形態に対応させると、単調にチャープさせた場合に格子定数が小さくなる領域４１ｅ，４１ｆで、高次の回折光を用いるべく格子定数を大きくした。

また、本実施の形態では、所望の位置に回折ビームが集光されるように、回折光の回折次数を同じくする複数の領域においても、領域を跨って連続的に格子周期をチャープさせて加工している。さらに、回折次数の切替えをブレーズ角度の切替え位置で行うことにより、回折格子の分割数を増やすことなく格子定数を切り替えることができる。

ブレーズ角は、信号光Ｌ１の波長範囲のうち短波長側においてＴＥ偏光（電界方向が刻線方向に平行な偏光）の回折効率とＴＭ偏光（電界方向が刻線方向に垂直な偏光）の回折効率との差が小さくなるように領域ごとに決定されている。ＴＭ偏光では、ブレーズ角が正反射条件を満たす正反射ブレーズ角のときに回折効率が最大となる。正反射条件とは、回折格子１３に入射する信号光Ｌ１が格子面（ブレーズ面）３４で正反射する方向と信号光Ｌ２の回折方向とが一致するときを示す。また、ＴＥ偏光では、正反射ブレーズ角よりも大きなブレーズ角度で回折効率が最大となる。正反射ブレーズ角αは、入射角度ｉ（図１参照）、格子定数ｄ、回折次数ｍ、光導波部の屈折率ｎとすると、

により求まる（グラフ５３）。

そこで、図５に示すグラフ５２のように、各領域の中心付近において、ブレーズ角を正反射ブレーズ角αよりも大きく、ＴＥ偏光が最大となるブレーズ角度よりも小さくなるように決定する。これにより、ＴＥ偏光の回折効率の最大値とＴＭ偏光の回折効率の最大値とが近づき、偏光間の回折効率の差が小さくなるので、回折格子１３による偏光依存損失を低減することができる。

また、領域４１ａ〜ｆの分割数については、多くするほど、信号光の波長に対してより細かくブレーズ角を決定でき、より偏光依存損失を低減できるブレーズ角度分布とすることができる。

分割数は４〜９がよく、より好ましくは６〜９がよい。なぜなら、領域の分割数を４以上とすると損失が低下し、６以上でほぼ損失は一定となり、分割数を大きくしても、ある一定の分割数を超えると損失の低下は顕著ではなくなる。しかも、分割数を多くし過ぎると、回折格子作製の際にブレーズ角を変更する回数も増え、領域間のつなぎ部の加工精度が落ちて損失が低下する可能性がある。本実施の形態では、回折格子の溝を平面上に加工しているため、回折格子溝の加工において領域のつなぎ部での平面方向及び垂直方向の位置ずれが生じにくく、精度良く加工することができる。それでも、領域の分割数を９より多くするとつなぎ部での誤差が積み重なり集光特性の劣化が顕著となるからである。

本実施の形態では回折格子１３を、ルーリングエンジンを用いて機械的に溝を形成した金型を作製し、その金型を用いて成形した。格子溝は領域ごとに一定のブレーズ角度で格子定数を変化させながら加工した。すなわち、回折格子１３は、この金型をマスターとして作製したレプリカである。加工方法によっては領域のつなぎ部にずれが生じ、チャープ型回折格子の格子定数が若干不連続となる可能性があるが、所望の集光性能が得られる場合には実質的に連続とみなすことができる。

エシュレット型の回折格子では、波長λ、格子定数ｄとしたとき、λ／ｄを

を満たし、かつブレーズ角度を２５°〜３５°の範囲に選択すると、特に偏光依存性を小さく、回折効率を大きくすることができる。このとき、信号光Ｌ１の入射角ｉと出射角θ（図１参照）とを、

とする必要がある。入射角ｉと出射角θとの間には、

の関係がある。ただしｎ_s は回折格子の屈折率である。

つまり、信号光Ｌ１の光強度の強い主光線の当たる付近において、格子定数を（２）式及び（３）式を満たし、ブレーズ角を２５〜３５°の範囲を満たすように回折格子を形成、配置するとさらに回折損失及び偏光依存性による損失を低減することができる。

次に、本実施の形態の作用について説明する。

入射用光ファイバ１５に波長多重光として伝送してきた信号光Ｌ１は、出射端１７から拡がって出射されると、シリンドリカルレンズ１８に回折格子１３の刻線方向について拡がりが低減されてほぼ平行光となり、フィルタ１９を透過して回折格子１３に入射する。

フィルタ１９では、フィルタ面２２がｐ偏光をほぼ１００％透過し、ｓ偏光の一部を反射するので、ｓ偏光の光量を制限している。そのため、回折格子１３に入射する光Ｌ１の光量は、フィルタ１９により回折格子１３の溝と垂直な偏光（ＴＭ偏光）の光量が減少することになる。

信号光Ｌ１は回折格子１３で反射、回折し、回折された信号光（出射光線）Ｌ２は波長毎に回折角が異なって反射する。信号光Ｌ２は、シリンドリカルレンズ２８により絞り込まれ、スラブ導波路部２９の入射端３２に集光される。

スラブ導波路部２９に入射した光は、導波路面内（横断面内）においては自由伝搬し、回折格子１３により波長毎に異なる角度で分波されているため、それぞれの位置に設けられたテーパ導波路部３１に集光される。その信号光Ｌ２は、波長毎に対応するテーパ導波路部３１に入射し、それぞれ光検出器アレイ２６の光検出素子で検出される。

本実施の形態のデマルチプレクサ１０は回折格子１３及びフィルタ１９によって回折効率の高効率化と偏光依存損失の低減化を図っている。ここで、偏光依存損失を低減するためのＴＭ、ＴＥ偏光の条件について説明する。

偏光した信号光が入射する場合には、回折格子に入射する偏光が変化するため、最大損失条件（最悪条件）は、ＴＥ偏光、ＴＭ偏光の損失の大きい方となる条件となる。最大損失条件での損失が低いことが望ましい。

ＴＭ偏光は、ＴＥ偏光に比べピークの回折効率は大きいが、波長依存性が大きい。一方、ＴＥ偏光は、ピークの回折効率において波長依存性が小さい。また、ＴＭ偏光の回折効率がピークとなる波長は、ＴＥ偏光の回折効率がピークになる波長に比べて長波長側にある。そのため、最大損失条件での損失を小さくするには、デマルチプレクサ１０で使用する信号光の波長範囲において、ＴＥ偏光の損失の最大値よりもＴＭ偏光の最大値を小さくするとよい。このような信号光の特性を得るために、回折格子の格子定数、ブレーズ形状は数値計算等により最適化されて決定される。

さらに、ＴＭ偏光の損失の最大値が、ＴＥ偏光の損失の最小値よりも大きくすることが望ましい。ここでの回折格子の損失は、チャープ型等格子位置により損失が異なる場合には、想定される光ファイバからの入射パターンにおける回折格子全体の損失とすればよい。

光通信に用いられる波長帯においては、波長が長くなるとＴＥ偏光の損失が増加し、ＴＭ偏光の損失が減少する傾向にある。したがって、所定の波長範囲のもっとも長波長でのＴＥ偏光の損失よりも、最も短波長でのＴＭ偏光の損失を小さくすることによってＴＥ偏光の損失の最大値よりもＴＭ偏光の最大値を小さくすればよい。

さらに、最も短波長でのＴＥ偏光の損失よりも最も短波長でのＴＭ偏光の損失を大きくしたほうが、偏光依存性が小さくなりより望ましい。

加えて、本実施の形態のようにＴＭ偏光の光量を減光するフィルタ１９を用いることにより、さらに偏光依存損失を低減することができる。

図６は本実施の形態のデマルチプレクサ１０のＴＥ、ＴＭ両偏光の波長損失特性を示した図であり、フィルタを設けていないデマルチプレクサの波長損失特性と比較したものである。

図６に示すように、ＴＥ偏光成分の特性（グラフ６１）は、フィルタ１９の有無に関わらず、損失が波長に依存せず、どの波長帯でも略一定の光量が検出される。一方、ＴＭ偏光は、入射光Ｌ１をフィルタ１９に透過させないときは、グラフ６２のようになり、長波長側での損失が小さくなっている。よって、長波長側においては、ＴＥ偏光とＴＭ偏光との間に損失差が生じ、偏光依存損失が大きくなっている。

これに対し、信号光Ｌ１がフィルタ１９を透過したＴＭ偏光の損失は、波長に関係なくＴＥ偏光の損失と略同じく一定となっている（グラフ６３）。これは、回折格子１３においては、ＴＭ偏光の長波長側で損失が小さくなるが、信号光Ｌ１をフィルタ１９に透過させてＴＭ偏光成分の長波長側を減衰させることで、異なる波長でも信号光Ｌ２の損失を略等しくしている。よって、フィルタ１９を透過させることで、デマルチプレクサ１０で分波される信号光Ｌ２の偏光依存性損失をより低減させることができる。

以上、本実施の形態の回折格子１３は、回折損失を小さく、偏光間の損失の差も小さくすることができる。具体的には、回折損失は１.５ｄＢ以下であり、７０％以上の回折効率を得ることができると共に、波長８５ｎｍの範囲での偏波依存損失を０．５ｄＢ以下に低減することができる。

また、本実施の形態では、高次の回折光を用いることにより、格子定数を大きくすることができ、また格子溝の本数を少なくできるのでルーリングエンジンでの回折格子の加工が容易となる効果もある。しかし、ブレーズ角度の大きな領域で回折次数を大きくすると回折効率の波長依存性が大きくなるとともに、ピークの回折効率も低下するので、回折次数としては４以下が望ましい。

本発明は、以上説明した実施の形態には限定されない。

本実施の形態では、回折格子１３をエシュレット型かつチャープ型に形成したがエシュレット型に限らず、溝の断面が正弦波形状である回折格子、矩形状のバイナリ回折格子の場合や、その他任意の溝形状の回折格子にも適用することができる。また回折格子については、平面型の回折格子に限らず、凹面回折格子についても同様に適用することができる。さらに、チャープ型の回折格子に限らず、等間隔の回折格子についても同様に偏光依存性の低減、損失の低減を実現することができる。

回折格子１３の格子溝パターンの加工は、３次元ＮＣ加工機を用いて加工してもよい。また、フォトリソグラフィ技術を用いて、Ｓｉ等の半導体基板上に作製してもよい。

また、入射用光ファイバ１５を基材１１に固定せずデマルチプレクサ１０に挿抜される外部伝送用光ファイバを用いてもよい。その場合には、挿入ガイド等を用いることにより、光コネクタに固定された光ファイバ１５が挿抜されても所定の位置に突き合わされるようにすればよい。但し、入射用光ファイバ１５をベース１１に固定することにより、特性の長期安定性に優れるといった効果がある。また、入射用光ファイバ１５を固定した場合は、伝送用光ファイバを入射用光ファイバ１５のもう一端側に突き合わせてデマルチプレクサ１０に光を入射すればよい。その場合、伝送用光ファイバの開口数及び径は、入射用光ファイバ１５のそれらと等しい、またはそれらより小さければよい。したがって、伝送用光ファイバには、入射用光ファイバ１５と同じＧＩ型マルチモード光ファイバを接続してもよく、ファイバ径及び開口数の小さなシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）やコア径５０μｍのマルチモード光ファイバ（５０ＭＭＦ）を接続することもできる。

光入射部１２、回折格子１３及び受光部１４を、入射光に対して回折光が略もとの方向に反射するようなリトロー配置に近く配置した場合には、シリンドリカルレンズを１個にして、信号光Ｌ１、Ｌ２の集光を行うようにしてもよい。

本実施の形態では、信号光Ｌ１が空気中を伝搬して回折格子１３に到達する構成としたが、ガラス、プラスチック等の光学部材に回折格子を形成し、さらに光学部材にシリンドリカルレンズを一体化し、その光学部材を光伝送路として信号光Ｌ１、Ｌ２を伝搬させてもよい。その場合は、光学部材の屈折率に合わせて格子定数及びブレーズ角を決定するのがよい。

本実施の形態では、光入射部１２にフィルタ１９を設けたが、受光部１４にフィルタ１９を設けてもデマルチプレクサ１０と同様の効果が得られる。また、フィルタ１９の形式はプリズム型に限らず、平板基板上に形成した形式のものでもよい。

ここまで、デマルチプレクサ１０について説明したが、受光部１４の光検出器アレイ２６の代わりに、レーザダイオードアレイ等の光源を設け、波長の異なる信号光を合波するマルチプレクサ（光合波器）として用いることもできる。その際、波長多重化された光を出射する光ファイバの入射端（例えば図１の出射端１７）に、信号光を絞り込むように形成したテーパ導波路を設けることが望ましい。

次に他の実施の形態のデマルチプレクサについて説明する。

本実施の形態のデマルチプレクサは、上述した図１のデマルチプレクサ１０とほぼ同様の構成をしており、回折格子１３のみ異なるものである。

前実施の形態のデマルチプレクサ１０が備える回折格子１３は、分割された領域内ではブレーズ角を一定としたものであるが、図７に示すように、本実施の形態のデマルチプレクサの備える回折格子は、格子定数を略連続的に変化させる（グラフ７１）のに加えて、ブレーズ角も連続的に変化させたものである（グラフ７２）。本実施の形態では、回折格子における溝の位置が１ｍｍ点より左側の位置（図４の領域４１ａ〜ｃ）で回折次数を１次の回折光、位置１ｍｍの点より右側（図４の領域４１ｄ〜ｆ）では２次回折光を用いるように境界で不連続に格子定数を２倍とした。ブレーズ角は、領域４１ａ〜ｃ、領域４１ｄ〜ｆのそれぞれの領域内で図中右側から連続的に大きくなるように、かつ位置１ｍｍの点（領域４１ｃと領域４１ｄの境界）で不連続になるように形成されている。

前実施の形態と同じく、λ／ｄが０．６から１．０、ブレーズ角度を２５°から３５°の範囲にすることが望ましく、この場合、信号光の入射角度ｉ及び出射角度θが（３）式を満たすようにする必要がある。

本実施の形態の回折格子は、３次元ＮＣ加工機を用いて格子溝ごとに格子周期、ブレーズ角度を変えて加工した。

本実施の形態の回折格子を用いたデマルチプレクサにおいても、分波された信号光の回折損失及び偏光依存損失を低減できる。さらに、前実施の形態と同様にフィルタを備えることで、より偏光依存損失を低減することができる。

図８に示すように、上述の回折格子を用いてフィルタを用いないデマルチプレクサの損失の波長特性は、ＴＥ偏光においては波長による損失の変化はほとんどない（グラフ８１）。ＴＭ偏光においては、使用波長の短波長側でＴＥ偏光との損失の差がほとんどないが、長波長側では損失が小さくＴＥ偏光の損失より小さい（グラフ８２）。

本実施の形態のデマルチプレクサの損失の波長特性は、ＴＥ偏光の損失はほとんど変化しない（グラフ８２）。一方、ＴＭ偏光の損失は、回折格子では長波長側での損失は小さいが、入射光をフィルタを透過させているため、長波長側の入射光量を減少しており、ＴＭ偏光においても、波長による損失の依存性を低減している（グラフ８３）。よって、フィルタと回折格子による損失（デマルチプレクサの損失）は、使用波長範囲内においてＴＥ偏光とＴＭ偏光との間で差を小さくしており、さらに偏波依存性損失を低減することができる。

次に図１のデマルチプレクサ１０を備えた波長多重光伝送モジュールについて説明する。

図９に示すように、波長多重光伝送モジュール９０は、筐体９１内に、外部より波長多重光を分波して受信する受信部９２と、各波長の信号光を合波して波長多重光として外部に送信する送信部９３と、受信部９２及び送信部９３を外部の伝送用光ファイバ９４，９５にそれぞれ接続する接合部９６とを備える。

受信部９２は、図１に示したデマルチプレクサ１０と、受信回路９７とを備える。デマルチプレクサ１０の入射用光ファイバ１５が接合部９６で伝送用光ファイバ９４と接続されている。受信回路９７は、検出された電気信号の増幅及び波形整形を行う回路であり、デマルチプレクサ１０の光検出器アレイ２６に電気的に接続されている。また、受信回路９７は、パラレル−シリアル変換回路９８を介して外部の電子デバイスに接続されている。

送信部９３は、波長合波デバイス９９と、光源と、送信回路１０１とを備える。波長合波デバイス９９は、複数の入射端１０２と一つの出射端１０３を有し、各入射端１０２より延出する光導波路同士が結合する光カプラを形成して、一本の光導波路に結合する光導波路素子である。出射端１０３には接合部９６で伝送用光ファイバ９５に接続される出射用光ファイバ１０４が接続され、複数の入射端１０２には光源が接続されている。光源は光合波デバイス９９の入射端１０２に光学的に接続され、光源を駆動するための送信回路１０１に電気的に接続されている。光源として複数のレーザダイオードをアレイ状に配置してなるレーザダイオードアレイ１０５を用いた。送信回路１０１はレーザダイオードアレイ１０５を駆動、制御するための回路であり、シリアル−パラレル変換回路１０６を介して外部の電子デバイスに接続されている。

接合部９６は、受信用の伝送用光ファイバ９４と入射用光ファイバ１５とを接合し、送信用の伝送用光ファイバ９５と出射用光ファイバ１０４とを接合するものである。本実施の形態では接合部９６として着脱可能な光コネクタを設け、その光コネクタにおいて、送信用及び受信用の伝送用光ファイバ９４，９５が、それぞれ入射用光ファイバ及び出射用光ファイバ１５，１０４と突き合わされている。伝送用光ファイバ９４，９５はシングルモード光ファイバと用いた。

受信用の伝送用光ファイバ９４を伝搬してきた波長多重光信号は、入射用光ファイバ１５に入射し、デマルチプレクサ１０で各波長毎に分波されて光検出器アレイ２６で検出される。検出された信号光が受信回路９７にて増幅、波形整形される。次に、パラレル−シリアル変換回路９８により、並列に受信したパラレル信号をシリアル信号に変換して逐次出力する。

一方、信号光を送信する場合には、シリアル−パラレル変換回路１０６に入力された信号がパラレル信号に分離され、各信号は送信回路１０１で電気信号毎にダイオードアレイ１０５の各レーザダイオードを駆動し、それぞれ波長の異なる信号光が出射する。各信号光は波長合波デバイス９９で波長多重化され、その信号が出射用光ファイバ１０４を伝搬して送信用の伝送用光ファイバ９５へ出射される。

本実施の形態においては、偏光依存性の小さく、損失の波長依存性の小さなデマルチプレクサ１０を用いているため、シングルモード光ファイバである伝送用光ファイバ９５より直線偏光が入射しても、偏光方向の変動による光学特性の変動を小さくすることができる。これにより、受信回路９７においてより精密に信号を増幅、整形することができる。

接合部９６は、光ファイバ同士の着脱可能な光コネクタが挙げられるが、伝送用光ファイバ９４，９５と入出射用光ファイバ１５，１０４とを接着、或いは融着により突き合わせて着脱不可能に固定してもよい。

入出射用光ファイバ１５，１０４としてシングルモード光ファイバ及びマルチモードの光ファイバを用いて、それぞれ伝送用光ファイバ９４，９５と接続しているため、伝送用光ファイバ９４，９５にはマルチモードファイバ、シングルモードファイバのどちらでも用いてもよい。本実施の形態では、入射用光ファイバ１５にコア径６２．５μｍのＧＩ型マルチモードファイバを用いており、伝送用光ファイバ９４として、光ファイバ１５よりもコア径の小さいシングルモード光ファイバ、コア５０μｍ及び６２．５μｍのマルチモード光ファイバ等を用いてもよい。

本実施の形態においては、多重化されて伝送されてきた中心波長１２７５.７，１３００．２，１３２４.７，１３４９.２ｎｍの４波長を分離する構成とした。これらの各中心波長は、光源の製造誤差、温度、スペクトル分布による波長ばらつきにより、最大±６．７ｎｍ変動するものとした。波長ばらつきは、光源の作製、特性により決まるものであり、特に厳しい光源の選別を必要としない範囲として必要なものである。

本実施の形態では、送信と受信の両方の機能を有する波長多重光伝送モジュール９０について示したが、本実施の形態の特徴は、受信部９２が備えるデマルチプレクサ１０にあり、受信部９２のみを有する波長多重光伝送モジュールとしても本発明の効果を得られるものである。また、上述のように、デマルチプレクサを光合波器として用い、送信部９３の光合波デバイスの代わりに用いてもよい。

本実施の形態のデマルチプレクサの上面図である。 図１のデマルチプレクサの側面図である。 図１のデマルチプレクサが備えるフィルタの透過率−波長特性を示す図である。 図１のデマルチプレクサが備える回折格子の正面図である。 図４の回折格子の格子位置と格子周期及びブレーズ角との関係を示す図である。 図１のデマルチプレクサの損失の波長特性を示す図である。 他の実施形態における回折格子の格子位置と格子周期及びブレーズ角との関係を示す図である。 他の実施形態のデマルチプレクサの損失の波長特性を示す図である。 本実施の形態の波長多重光伝送モジュールの構成図である。

符号の説明

１０ デマルチプレクサ
１２ 光入射部
１３ 回折格子
１４ 受光部
１５ 光ファイバ
１８ シリンドリカルレンズ
１９ フィルタ
２６ 光検出器アレイ
２７ 受光用光導波路
９０ 波長多重光伝送モジュール
９６ 接合部
９７ 受信回路
９９ 波長合波デバイス
１０１ 送信回路

Claims (9)

1. 光伝送路を備え、上記光伝送路の出射端から拡がって入射されるように信号光を入射する光入射部と、
   上記光入射部から入射した信号光を回折する回折格子と、
   回折した信号光を検出する光検出器を複数有する受光部とを
   備えるデマルチプレクサにおいて、
   上記回折格子は、使用する信号光の波長範囲である所定の波長範囲において、波長が長くなるほどＴＥ偏光の回折効率が減少するとともにＴＭ偏光の回折効率が増加し、ＴＥ偏光とＴＭ偏光との回折効率の差が短波長側で小さく、長波長側で大きく、かつ、ＴＭ偏光における損失の最大値である、最も短波長でのＴＭ偏光の損失が、ＴＥ偏光における損失の最大値である、最も長波長でのＴＥ偏光の損失よりも小さいとともに、ＴＥ偏光における損失の最小値である、最も短波長でのＴＥ偏光の損失よりも大きく、
   上記光入射部に、上記回折格子に入射する信号光のＴＭ偏光を、上記所定の波長範囲において短波長側から長波長側にかけて透過率が低下するように減光する偏光フィルタを設けることによりＴＥ偏光とＴＭ偏光との回折効率の差の波長依存性を低減したことを特徴とするデマルチプレクサ。
2. 上記回折格子が、格子周期が異なるチャープ型回折格子である請求項１記載のデマルチプレクサ。
3. 上記回折格子が、エシュレット型の回折格子であって、その回折格子を溝に沿って複数の領域に分割し、ブレーズ角が各領域毎に異なる請求項２記載のデマルチプレクサ。
4. 上記回折格子の領域の数が４〜９である請求項３記載のデマルチプレクサ。
5. 上記回折格子が、エシュレット型の回折格子であって、ブレーズ角が連続的に変化している請求項２記載のデマルチプレクサ。
6. 上記所定の波長範囲の短波長側において、回折格子のブレーズ角が、回折格子へ入射する信号光が格子面で正反射する方向とその信号光の回折方向とが略一致する角である正反射ブレーズ角よりも大きく、かつＴＥ偏光の回折効率が最大となる角度よりも小さい請求項３〜５いずれかに記載のデマルチプレクサ。
7. 請求項１〜６いずれかに記載のデマルチプレクサを備え、上記光入射部と外部の光伝送路とを接続する接合部を形成し、上記デマルチプレクサの受光部に、受光部からの信号を増幅、波形成形する受信回路を接続したことを特徴とする波長多重光伝送モジュール。
8. 複数の光源と、それらの光源に接続され、光源を駆動、制御する送信回路と、上記複数の光源に接続され、上記複数の光源からの信号光を合波する波長合波デバイスとを更に備えた請求項７記載の波長多重光伝送モジュール。
9. 上記接合部と上記デマルチプレクサとをマルチモードの光伝送路で接続し、上記接合部と上記波長合波デバイスとをシングルモードの光伝送路で接続した請求項８記載の波長多重光伝送モジュール。

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