JP3098235B2 - 波長分波器、光スペクトラムアナライザおよび光バンドパスフィルタ - Google Patents

波長分波器、光スペクトラムアナライザおよび光バンドパスフィルタ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光を分波する波長
分波器、光源からの出射光のスペクトルを測定する光ス
ペクトラムアナライザおよび光の特定の周波数成分のみ
を透過せしむる光バンドパスフィルタに関し、特に、二
つ以上の波長分波回路が接続され、その中の少なくとも
２段目以降の波長分波回路は、基板上に形成され、複数
の光入射端、分岐部、合波部、複数の光出射端、前記分
岐部と前記合波部に挟まれた複数のアレイ導波路を有
し、各光入射端または光出射端からの入射光を分波して
それぞれの光出射端または光入射端より出射するアレイ
導波路格子型波長分波回路である波長分波器、それを用
いる光スペクトラムアナライザおよび光バンドパスフィ
ルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信における波長多重システムにおい
ては、光を合分波するための波長分波器が不可欠であ
る。図１は、従来の波長分波器の構成の一例を示す図で
ある。この波長分波器は、基板１上に形成され、複数の
光入射端２、第１の合分波部（分岐部）３、第２の合分
波部（合波部）５、複数の光出射端６および分岐部３と
合波部５に挟まれた複数のアレイ導波路４を有し、各光
入射端２（＃１、・・・、＃１６）からの入射光を分波
して光出射端６（＃１、・・・、＃１６）より出射する
１６入力１６出力のアレイ導波路格子型波長分波回路
（ＡＷＧ）１個で構成される。ここでは、光入射端およ
び光出射端はそれぞれ基板の端部と合分波部の間の光導
波路をいう。光の可逆性から、光出射端６からの入射光
を光入射端２に分波して出射することも勿論可能であ
る。特定の光入射端から入射した光は、分岐部３により
各アレイ導波路４に分配される。各分配された光は、再
び合波部５により合波される。各アレイ導波路４の長さ
は一定のピッチ（これをΔＬと呼ぶ）で増加する構造に
なっており、ここでは、ΔＬ＝１，２７１μｍ、アレイ
導波路４の本数は６４本として示されている。図１にお
いて、１６本の光入出射端を上から順に＃１、＃２、・
・・、＃１６で表わされている。
【０００３】光入射端と光出射端を固定すると、入射光
の光周波数がフリースペクトラルレンジ（略してＦＳ
Ｒ）と呼ばれる周波数だけずれた一連の光周波数のみが
この光出射端から出射することができる。図２は、光入
射端が＃８、光出射端が＃８の時に１５４９〜１５５
１．５ｎｍの波長域において透過できる２波長の透過ス
ペクトルを示す。中心波長はそれぞれ１５４９．７ｎ
ｍ、１５５０．９６ｎｍであり、ＦＳＲ＝１．２６ｎｍ
であることがわかる。
【０００４】光入射端を＃８に固定して光出射端を＃１
から＃１６まで順次変えると、図３に示す通り、透過バ
ンドが順次長波長側にシフトする。隣り合う光出射端で
の透過バンドの中心周波数のシフト量をチャンネル間隔
と呼び、このＡＷＧでは０．０８ｎｍすなわち１０ＧＨ
ｚである。バンドのピークでの光損失は約３ｄＢであ
り、ピークから±１ｎｍずれるとその透過量はピークに
対して３０ｄＢ以上減衰する。このように、ＡＷＧは優
れたバンド特性を有することから、波長多重通信での波
長分波器として強く期待されている。しかしながら、Ａ
ＷＧでは波長多重度すなわちチャンネル数は光出射端の
数で決まり、ここに示したＡＷＧのチャンネル数は１６
である。この多重度を上げるには、光出射端の数を増加
させることが必要である。しかし、現時点ではチャンネ
ル数は６４程度が限度である。そこで、ＡＷＧを用いた
波長分波器においてチャンネル数を大幅に増加させる技
術が強く望まれていた。
【０００５】光通信における波長分割多重（ＷＤＭ）シ
ステムの研究開発分野では、スペクトル分解能や光周波
数確度が１ＧＨｚ程度の光スペクトラムアナライザが要
求される。光スペクトラムアナライザとは、光源からの
出射光のある時間間隔にわたる単位光周波数あたりの平
均光パワーを光周波数の関数として測定する装置であ
る。光スペクトラムアナライザの主流は、回折格子の分
光作用を利用した回折格子型光スペクトラムアナライザ
である。この装置は回折格子の回折角が光周波数依存性
を持つことを利用しているので、回折格子をモータで回
転させることにより分波周波数を変化させて、各回転角
ごとの回折光のパワーを測定する。このタイプの光スペ
クトラムアナライザでは回折格子の可動部分が不可欠で
あり、この可動部分の存在が装置としての長期的安定性
を損ない、測定光周波数の確度を劣化させ、装置を大型
化させる原因となっていた。しかもまた、回折格子の回
折効率は低い上、回折された入射ビームのうち狭いスリ
ットを通過した光のみのパワーを測定することから、
(i)装置全体の光損失が大きく、(ii)スペクトル分解能
も１．５ミクロン帯でせいぜい０．０８ｎｍすなわち１
０ＧＨ程度しか得られないという問題があった。以上の
背景から、可動部分がなく、長期的安定性にすぐれ、測
定周波数確度が高く、小型で高分解能な光スペクトラム
アナライザの開発が強く望まれていた。
【０００６】図４は、ＡＷＧを用いた従来の光スペクト
ラムアナライザの構成の一例を示す図である。ここで、
７は光源、８は光ファイバ、９は図１に示した１６入力
１６出力のＡＷＧ、１０はこの分波器の光出射端６に取
り付けた１６個の光検出器アレイを示す。光源７からの
光出力は、光ファイバ８を介して分波器９の＃８の光入
射端に入射する。この分波器９で分光された光のパワー
は、光検出器１０で測定される。分波された光の波長
は、図３に示したように、チャンネル間隔１０ＧＨｚで
等間隔に並んでいるので、各バンドの中心周波数とバン
ド幅δνより、各光周波数に対する単位周波数あたりの
パワーを測定できる。ＡＷＧを用いた光スペクトラムア
ナライザでは、入射光を空間的に分波し各光出射端から
の光パワーを光検出器アレイで同時に測定できることか
ら、従来の装置に比べて測定時間が短くてすむという特
徴がある。また、従来の装置のような可動部分が存在せ
ず、各バンド幅もδν＝５ＧＨｚと狭帯域であるため、
高安定、小型、高分解能の光スペクトラムアナライザは
ＡＷＧを用いて実現できると期待される。
【０００７】このように、ＡＷＧを用いた光スペクトラ
ムアナライザは優れた可能性を持ちながら、従来の構成
では以下のような重大な欠陥が存在した。すなわち、Ａ
ＷＧの特定の光出射端から出射できる光の周波数は単一
ではなく、図２に示したように、ＦＳＲ＝１．２８ｎｍ
だけ離れた光も同一の光出射端から出射するいわゆる周
期性が存在する。例えば、図５に示したように、そのバ
ンド幅がＦＳＲよりも広いスペクトルを有する光源をこ
のＡＷＧに入射させると、図６に示すように、このＡＷ
Ｇの各光出射端からはＦＳＲの整数倍だけ離れた周波数
を有する光源のスペクトル成分が透過してしまう。従っ
て、図４に示すように、光出射端６に光検出器１０を接
続しただけでは、光源のバンド幅がＦＳＲより広い場合
には、この光源のスペクトルを測定できないという問題
が発生する。
【０００８】この高分解能の光スペクトラムアナライザ
をＡＷＧを用いて構築しようとすれば、隣り合うアレイ
導波路間のピッチがΔＬ＞２，０００μｍ、アレイ導波
路の総本数が１００本以上のＡＷＧが不可欠である。従
って、最も長いアレイ導波路の長さと最も短いアレイ導
波路の長さとの差は２０ｃｍ以上に及ぶ。このような大
規模なＡＷＧを従来の基板上に作製することはきわめて
難しいという問題があった。
【０００９】ＷＤＭシステムの研究開発分野では、光周
波数が可変でかつ高安定な周波数可変レーザ光源が必要
である。通常、これらの光源は半導体増幅器や光ファイ
バ増幅器と光バンドパスフィルタから成るリング共振器
を構築して実現される。このため、透過中心周波数が高
安定でバンド幅や可変ステップがＧＨｚ程度の光バンド
パスフィルタが強く望まれていた。
【００１０】図７は、誘電蒸着フィルタを傾斜させるこ
とでその中心波長を変化できる光バンドパスフィルタの
構成を示す図である。１１および１５は光ファイバ、１
２および１４はコリメート用レンズ、１３は誘電蒸着フ
ィルタである。光ファイバ１１からの出射光はレンズ１
２で平行ビームにされ、フィルタ１３を伝搬して再びレ
ンズ１４を介して光ファイバ１５に入射する。このフィ
ルタ１３を紙面に垂直な軸の回りに回転させると光ファ
イバ１１からの出射光がこのフィルタ１３に入射する角
度が変化し、フィルタ１３の透過バンドの中心が変化す
るので、透過中心周波数の可変な光バンドパスをこの構
成で実現することができる。しかしながら、誘電蒸着多
層膜を用いたフィルタでは、その透過バンド幅はせいぜ
い１ｎｍ、すなわち１．５５μｍ帯で１００ＧＨｚ程度
であり、またフィルタを回転させて光ビームの入射角が
大きくなると入射面に平行と垂直な方向で損失が大きく
変化し、ＰＤＬ（すなわち偏波依存損失）が増大すると
いう欠点があった。このため、バンド幅が１０ＧＨｚ程
度でＰＤＬが少ない可変光バンドパスフィルタの実現が
強く望まれていた。
【００１１】図８は、図１に示したＡＷＧ９を用いた光
バンドパスフィルタの構成を示す図である。１６および
１８は光ファイバ、１７は、ＡＷＧ９の１６個の光出射
端＃１〜＃１６のいずれかに分波された光を光ファイバ
１８に伝搬させるための１６×１光スイッチであり、１
６および１８がこのフィルタの光入出射端である。光ス
イッチ１７で光出射端を選択することで、図３に示した
１６個の狭帯域な光バンドパスフィルタのいずれかを選
ぶことができる。しかしながら、ＡＷＧを用いた光スペ
クトラムアナライザと同様に、ＡＷＧの周期性により同
一の光出射端に対してＦＳＲの整数倍だけ離れた光バン
ドパス全てが関与するので、入射光のスペクトル幅がＦ
ＳＲよりも広い場合には、狭帯域な光バンドパスとして
作用しなくなるという欠点があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、ＡＷ
Ｇでは、そのチャンネル数を数百にすることが非常に難
しいという問題があり、ＡＷＧのチャンネル数を飛躍的
に増大させる新たな技術の開発が強く望まれてきた。ま
た、ＡＷＧを用いて光スペクトラムアナライザを構築し
ようとすると、ＦＳＲの整数倍だけ周波数のずれた波長
の光が通過してしまうので、広い周波数領域をカバーす
ることは難しいという問題があった。
【００１３】また、ＡＷＧを用いた光スペクトラムアナ
ライザでは、チャンネル間隔が狭いＡＷＧが不可欠であ
るが、このタイプは従来の構成では大規模にならざる得
ず、これをいかに小型化するかが大きな問題であった。
【００１４】従来の光バンドパスフィルタでは、そのバ
ンド幅はせいぜい１ｎｍ程度であり、ＰＤＬも大きくな
ってしまうので、一層の狭帯域化が可能でＰＤＬも小さ
な光バンドパスフィルタの開発が強く望まれていた。Ａ
ＷＧではその透過バンド幅を１０ＧＨｚ以下にすること
も可能であるが、ＦＳＲの整数倍だけ周波数のずれた波
長の光が通過してしまうので、広い周波数領域で使用で
きる光バンドパスフィルタを従来の構成で実現すること
は難しいという問題があった。
【００１５】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、チャンネル数を飛
躍的に増大させることのできるアレイ導波路格子型の波
長分波回路を有する波長分波器を提供することにある。
【００１６】また、本発明の他の目的は、アレイ導波路
格子型の波長分波回路を用いて小型の光スペクトラムア
ナラアイザを提供することにある。
【００１７】さらに、本発明の他の目的は、バンド幅の
狭帯域化と偏波依存損失を少なくし、広い周波数領域で
使用可能な光バンドパスフィルタを提供することにあ
る。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために、請求項１に記載の発明は、入射光
を分波して複数の光出力端のそれぞれより出射する波長
分波器において、少なくとも１個の光入射端と複数の光
出射端を有する第１の波長分波回路と、基板上に形成さ
れ、複数の光入出射端と１個または２個の光合分波部お
よび複数のアレイ導波路とを含み、前記各光入出射端を
通過できる光周波数の幅を示す透過バンド幅が前記第１
の波長分波回路の透過バンド幅と異なるアレイ導波路格
子型である少なくとも１個の第２の波長分波回路とを具
備し、前記第１及び第２の波長分波回路のそれぞれ少な
くとも１個が、１つの出射端と１つの入射端で光学的に
接続され、前記第２の波長分波回路における最終段の光
出射端を前記波長分波器の光出射端とすることを特徴と
するものである。この発明によれば、互いに透過バンド
幅の異なる波長分波回路を接続することによってチャン
ネル数を飛躍的に増加させることができる。なお、透過
バンド幅は２倍以上異なることが望ましい。
【００１９】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の発明において、前記第１及び第２の波長分波回
路の一方は、その分波される光周波数の周期を示すフリ
ースペクトラルレンジが他方の波長分波回路の透過バン
ド幅よりも広いことを特徴とするものである。すなわ
ち、
【００２０】
【数１】ＦＳＲ＞δν （１） なるバンド幅条件を満たすＡＷＧを少なくとも１台接続
することで、チャンネル数の増大をはかったものであ
る。（１）式の条件は、ＡＷＧの周期性によってＦＳＲ
の整数倍だけ離れた周波数の光を第１の波長分波回路で
遮断することにより、ＡＷＧの各光出射端からの光周波
数を一意的に限定するためのものである。
【００２１】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は２に記載の発明において、前記第１の波長分波回路
はアレイ導波路格子型の波長分波回路であることを特徴
とするものである。
【００２２】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
乃至３のいずれかに記載の発明において、前記第１及び
第２の波長分波回路の少なくとも一方は、複数の光入射
端と光合分波部および複数のアレイ導波路を有し、前記
合分波部に接続された各アレイ導波路は、互いに発散す
る発散領域と、該発散領域に続く各アレイ導波路が互い
に収束する収束領域と、該収束領域に続く各アレイ導波
路が互いに平行となる平行領域を有し、かつ該平行領域
内においてアレイ導波路のすべてを横切る溝、間隙又は
該平行領域の終端部に、反射板またはアレイ導波路と反
対側の面に反射鏡が施されている１／４波長板が配設さ
れている反射型アレイ導波路型の波長波光回路であるこ
とを特徴とするものである。
【００２３】また、請求項５に記載の発明は、請求項１
乃至３のいずれかに記載の発明において、前記第１及び
第２の波長分波回路の少なくとも一方は、複数の光入射
端と光合分波部および複数のアレイ導波路とを有する反
射型アレイ導波路型の波長分波光回路であり、前記光合
分波部に接続された直後の各アレイ導波路は、すべて平
行となる第１の平行領域と、該平行領域に続く各アレイ
導波路が互いに広がる発散領域と、該発散領域に続く各
アレイ導波路が収束する収束領域と、該収束領域に続く
各アレイ導波路が平行となる第２の平行領域を有し、該
第１または第２の平行領域内または該第２の平行領域の
終端部のいずれかにアレイ導波路の全てを横切る溝を有
し、該溝に位相補償板が配設され、該第２の平行領域の
終端部に１／４波長板が配設され、かつ該波長板のアレ
イ導波路と反対側の面に反射鏡が施されていることを特
徴とするものである。
【００２４】また、請求項６に記載の発明は、請求項１
乃至３いずれかに記載の発明において、前記第１及び第
２の波長分波回路の少なくとも一方は、複数の光入射端
と、第１の光合分波部、第２の光合分波部、第１及び第
２の合分波部間に形成された複数のアレイ導波路とを有
し、前記第１の光合分波部と前記第２の光合分波器との
間に、各アレイ導波路が互いに発散する発散領域と、該
発散領域に続く各アレイ導波路が互いに収束する収束領
域との組合せを複数個配設し、該複数個の組合せのうち
の互いに隣接する組合せの間、または前記複数個の組合
せのうち前記第２の光合分波部と隣接する組合せと前記
第２の光合分波部との間に、各アレイ導波路が互いに平
行となる平行領域を少なくとも１個配設し、かつ前記平
行領域内にアレイ導波路のすべてを横切る溝を有し、該
溝に１／２波長板または位相補償板が配置されているア
レイ導波路型の波長分波回路であることを特徴とするも
のである。
【００２５】また、請求項７に記載の発明は、請求項６
に記載の発明において、前記複数個の組合せのうち前記
第２の光合分波部と隣接する組合せと前記第２の光合分
波部との間に、各アレイ導波路が互いに平行となる第２
平行領域を配設し、該第２平行領域の終端部に、反射版
あるいはアレイ導波路と反対側の面に反射面が設けられ
ている１／４波長板が配設されていることを特徴とする
ものである。
【００２６】また、請求項８に記載の発明は、請求項１
乃至７いずれかに記載の発明において、前記第１の波長
分波回路と第２の波長分波回路とが光スイッチを介して
接続されていることを特徴とするものである。
【００２７】また、請求項９に記載の発明は、請求項１
乃至７いずれかに記載の発明において、前記第１の波長
分波回路に複数の第２の波長分波回路が直列に接続され
ていることを特徴とするものである。
【００２８】また、請求項１０に記載の発明は、請求項
９に記載の発明において、直列接続された全ての波長分
波回路のうちで最大透過バンド幅を有する波長分波回路
以外のアレイ導波路格子型の波長分波回路に対しては、
その透過バンド幅が当該アレイ導波路格子型の波長分波
回路のフリースペクトラルレンジの幅よりも狭くなるよ
うな他の波長分波回路を含むことを特徴とするものであ
る。
【００２９】また、請求項１１に記載の発明は、請求項
１０に記載の発明において、前記複数の波長分波回路の
うちでアレイ導波路格子型も波長分波回路に対しては、
そのフリースペクトラルレンジの幅をＦＳＲ、隣り合う
光出射端に分波される光周波数の間隔を表わすチャンネ
ル間隔をｃｈ、後段の波長分波器との接続に使用される
光出射端の個数をＭ、透過バンド幅をδν、定数κに対
して ｜ＦＳＲーＭ×ｃｈ｜≦κδν なる連続性条件が満たされ、これらＭ個の光出射端に分
波される光周波数が同一のフリースペクトラルレンジ内
に全て含まれることを特徴とするものである。なお、κ
は０≦κ≦２．０の範囲、特に１付近の数であることが
好ましい。この発明によれば、波長分波器を光スペクト
ラムアナライザに使用する際、測定光周波数に欠損が生
じないように、使用するＡＷＧに巡回性の条件である
【００３０】
【数２】｜ＦＳＲ−Ｍ×ｃｈ｜≦κδν （２） を課すことにより、測定周波数がそのバンド幅程度の誤
差で常に一定間隔で並ぶように設定することができる。
【００３１】また、請求項１２に記載の発明は、請求項
１０又は１１に記載の発明において、直列に接続された
アレイ導波路格子型の波長分波回路同士を結ぶ光スイッ
チを有し、該光スイッチは、アレイ導波路格子型の波長
分波回路の特定のＮ個の光入力端とその前段に設置され
た波長分波回路の１個の光出力端とを結ぶ１×Ｎの光ス
イッチ、および当該アレイ導波路格子型波長分波回路の
特定のＭ個の光出力端と次段に設置された波長分波回路
の１個の光入力端とを結ぶＭ×１の光スイッチを少なく
とも１組有することができる。
【００３２】また、請求項１３に記載の発明は、請求項
１２に記載の発明において、前記１入力多出力および多
入力１出力の光スイッチが接続されるアレイ導波路格子
型の波長分波回路に対し、該アレイ導波路格子型の波長
分波回路がフリースペクトラルレンジ内で分波可能な個
数をＬとして、このＬ通りの分波を実現する上で必要最
小限な一組の光入射端と光出射端を選択し、これらの個
数をそれぞれＮ、Ｍとして、１×Ｎの光スイッチおよび
Ｍ×１の光スイッチを介して、それぞれ、前段および後
段の波長分波回路の光入出射端が接続されたことを特徴
とするものである。
【００３３】また、請求項１４に記載の発明は、請求項
１２に記載の発明において、前記１×Ｎ光スイッチによ
り前段の波長分波回路と接続された後段の波長分波回路
は、上述した反射型アレイ導波路型の波長分波回路であ
り、前記１×Ｎ光スイッチと該反射型アレイ導波路型の
波長分波回路の入射端の１つとが光サーキュレータを介
して接続され、該アレイ導波路型の波長分波回路の残り
の入射端および前記光サーキュレータの他の出射端を該
アレイ導波路型の波長分波回路の光出射端とすることを
特徴とするものである。
【００３４】また、請求項１５に記載の発明は、請求項
１乃至８いずれかに記載の発明において、前記第１の波
長分波回路に複数の第２の波長分波回路が並列に接続さ
れていることを特徴とするものである。
【００３５】また、請求項１６に記載の発明は、請求項
１５に記載の発明において、前記第１の波長分波回路お
よび前記複数の第２の波長分波回路のうちの少なくとも
一方におけるアレイ導波路格子型の波長分波回路に対し
ては、そのフリースペクトラルレンジの幅をＦＳＲ、隣
り合う光出射端に分波される光周波数の間隔すなわちチ
ャンネル間隔をｃｈ、後段の波長分波器との接続に使用
される光出射端の個数をＭ、透過バンド幅をδν、０≦
κ≦２．０である定数κに対して｜ＦＳＲ−Ｍ×ｃｈ｜
≦κδνなる連続性条件が満たされ、これらＭ個の光出
射端に分波される光周波数が同一のフリースペクトラル
レンジ内に全て含まれるようにすることもできる。
【００３６】また、請求項１７に記載の発明は、請求項
１５又は１６に記載の発明において、前記第１の波長分
波回路の特定の２個の光出射端の一方が前記複数の第２
の波長分波回路の光入射端に接続され、他方が前記複数
の第２の波長分波回路の光出射端に接続されていること
を特徴とするものである。
【００３７】この発明において、第１の波長分波回路の
チャンネル間隔をｃｈ，第２の波長分波回路のフリース
ペクトラルレンジをＦＳＲ，ＮとＭを整数として、Ｎ×
ｃｈがほぼＭ×ＦＳＲに等しくなり、かつＮが該第１の
波長分波回路の全チャンネル数よりも小さくなるような
関係にある第１および第２の波長分波回路を使用し、第
１の波長分波回路の分波周波数が最短または最長である
光出射端を＃１として該チャンネル間隔ずつシフトした
分波周波数を与える光出射端を順次＃２、＃３、・・
・、＃ｉ・・の光出射端と表示し、第１の波長分波回路
の該光出射端の組として、（＃１、＃Ｎ＋１）、（＃
２、＃Ｎ＋２）、・・・、（＃ｉ、＃Ｎ＋ｉ）・・を選
択し、第１の波長分波回路の該選択された各光出射端
（＃ｉ、＃Ｎ＋ｉ）の透過バンドと接続される第２の波
長分波回路の透過バンドが重ならないような第２の波長
分波回路の光入出射端を選択し、これらの光入出射端と
前記（＃ｉ、＃Ｎ＋ｉ）の光出射端とを接続することが
好ましい。
【００３８】また、請求項１８に記載の発明は、請求項
１７に記載の発明において、前記第１の波長分波回路の
選択された各光出射端に光サーキュレータが接続され、
該光サーキュレータの出射端が前記第２の波長分波回路
の光入射端および光出射端に接続されていることを特徴
とするものである。
【００３９】また、請求項１９に記載の発明は、請求項
１７に記載の発明において、前記第１の波長分波回路に
おける、予め定められた第１および第２光出射端と前記
第２の波長分波回路の接続される、予め定められた第１
および第２光入出射端について、前記第１出射端から前
記第２光入出射端に分波される光パワー及び前記第２出
射端から前記第１光入出射端に分波される光パワーを、
ともに、残余の光入出射端に分波される光パワーと比較
して無視し得る程度に小さくなるような組合せとなるよ
うに定めたことを特徴とするものである。
【００４０】また、請求項２０に記載の発明は、請求項
１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記波長分
波回路のうちの１個の波長分波回路が一意的に分波でき
る波長域を複数個の波長域に分割し、各分割された波長
域に対応する波長分波回路の光出射端に上述した直列接
続された複数の波長分波回路を光スイッチまたは光伝送
媒体を介して光学的に接続して波長分波回路群の並列接
続を構成したことを特徴とするものである。
【００４１】また、請求項２１に記載の発明は、請求項
２０に記載の発明において、該波長分波回路群の最終段
の波長分波回路の光入出射端または光出射端を多入力１
出力の光スイッチを介して新たな波長分波器に接続した
ことを特徴とするものである。
【００４２】また、請求項２２に記載の発明は、請求項
２０又は２１に記載の発明において、並列接続を複数回
繰り返し設けることを特徴とするものである。
【００４３】また、請求項２３に記載の発明である光ス
ペクトラムアナライザは、光源からの出射光の単位周波
数あたりの平均光パワーを光周波数の関数として測定す
る光スペクトラムアナライザにおいて、上述した波長分
波器と、該波長分波器に光を入射するための光学系と、
前記第２の波長分波回路が１個の場合にはその複数の光
出射端のそれぞれに接続され、前記第２の波長分波回路
が複数の場合には最後段の波長分波回路の複数の光出射
端のそれぞれに接続された複数の光検出器と、該複数の
光検出器に到達する光パワーの平均値を測定し、かつ各
光検出器に分波される分波周波数に対する単位周波数当
たりの平均的光強度を求める信号処理手段とを有するこ
とを特徴とするものである。
【００４４】この発明によれば、少なくとも１個の第１
の波長分波回路の各光出射端と、この第１の波長分波回
路のバンド幅δνよりもフリースペクトラルレンジであ
るＦＳＲが大きくなる（１）式のバンド幅条件を満たす
ＡＷＧを光スイッチを介して接続することにより、ＡＷ
Ｇの周期性によってＦＳＲの整数倍だけ離れた周波数の
光を第１の波長分波回路で遮断することにより、ＡＷＧ
の各光出力端からの光周波数を一意的に限定することが
できる。そして、各波長分波回路の光入出射端を光スイ
ッチで光学的に接続し、波長分波器の光入出力端に光検
出器を接続し、各スイッチのＯＮとＯＦＦで決定される
すべての組み合わせのうち、これら光検出器に分波され
る光周波数が一通りに限られるすべての場合を順次実現
し、それぞれの組み合わせにおいて各光検出器で受光さ
れる光パワーを測定することにより、光源のスペクトル
を測定することができる。なお、測定周波数の欠損が生
じないように、（２）式の連続性条件を満足するＡＷＧ
を使用することが望ましい。
【００４５】また、請求項２４に記載の発明は、請求項
２３に記載の発明において、前記光スイッチと、該光ス
イッチで接続された波長分波回路の光入射端との間に偏
波ビームスプリッターが配設され、該偏波ビームスプリ
ッターにより空間的に分離された偏波方向が偏波ビーム
スプリッターの入射面に平行なＰ波および偏波方向が偏
波ビームスプリッターの入射面に垂直なＳ波をそれぞれ
独立に接続された波長分波回路に入射させることを特徴
とするものである。チャンネル間隔が１０ＧＨｚ程度の
ＡＷＧでは、透過バンドの中心周波数がＴＥモードとＴ
Ｍモードで異なる場合が多い。そこで、この発明によれ
ば、偏波ビームスプリッターを使用し、この偏波に依存
するＡＷＧに入射する光をあらかじめＰ波とＳ波に分離
して、それぞれを偏波に依存するＡＷＧの特定のモード
（たとえばＴＥモード）として励起することで，偏波依
存性を解決することができる。
【００４６】また、請求項２５に記載の発明は、請求項
２４に記載の発明において、前記光スイッチと、該光ス
イッチで接続されたアレイ導波路格子型の波長分波回路
の光入射端との間に、偏波ビームスプリッターと、該偏
波ビームスプリッターにより空間的に分離された前記Ｐ
波とＳ波をそれぞれ独立に伝搬させるための光伝送系
と、該Ｐ波またはＳ波の一方を空間的に９０度回転させ
て該Ｓ波またはＰ波の偏光方向と一致させるための光学
系と、該Ｐ波またはＳ波と空間的に９０度回転させられ
たＳ波またはＰ波の光のいずれかを該アレイ導波路格子
型の波長分波回路の光入射端に同一の主軸モードで入射
させるための光スイッチとを有する偏波光スイッチが配
設されていることを特徴とするものである。この発明に
よれば、Ｐ波またはＳ波をこの光スイッチでそれぞれ入
射させたときの光出力を測定した後に両者の合計を計算
することで入射光の偏光状態に関係なく光スペクトルを
測定することができる。
【００４７】また、請求項２６に記載の発明は、請求項
２４又は２５に記載の発明において、前段の波長分波回
路と後段のアレイ導波路型の波長分波回路を接続するＮ
×１光スイッチに偏波ビームスプリッターを接続し、該
偏波ビームスプリッターで分離された前記Ｐ波とＳ波を
空間的に分離しかつそれぞれ独立に伝搬させる２本の光
伝送路と、該２本の光伝送路の一方を前記アレイ導波路
型の波長分波回路の一つの光入射端に第１の光サーキュ
レータを介して接続し、該２本の光伝送路の他方を該ア
レイ導波路型の波長分波回路の一つの光出射端に第２の
光サーキュレータを介して接続し、これら光入射におい
ては該アレイ導波路型の波長分波回路の伝搬モードＴＥ
またはＴＭの一方の主軸のみを励起させるために設けら
れた偏波制御機構と、該アレイ導波路型の波長分波回路
の光入射端および光出射端からの光入射に対して発生す
る、光出射端と第２の光サーキュレータからの光出力お
よび光入射端と第１の光サーキュレータからの光出力を
それぞれ測定するための光検出器アレイとを具備するこ
とを特徴とするものである。
【００４８】上記構成において、多入力１出力の光スイ
ッチにより前段の波長分波回路の多数本の光出力は、後
段のＡＷＧの特定の一本の光入射端に入力する。ＡＷＧ
の光入射端に入射する直前に偏波ビームスプリッターを
配設し、入射光をＰ波とＳ波に分離し、分離された一方
（Ｐ波）をＡＷＧの特定の光入射端（例えば＃１）から
ＴＥまたはＴＭの偏波で入射させる一方、分離された他
方（Ｓ波）をこのＡＷＧの特定の光出射端（例えば＃
１）から前記Ｐ波と同じ偏波（すなわちＴＥまたはＴ
Ｍ）でこのＡＷＧに入射させる。ＡＷＧの分波特性は左
右対称で光入力端から入射させた時の分波特性と光出射
端から入射させたときの分波特性は同一になる。このた
め、Ｐ波とＳ波のそれぞれの光入射に対して、分波周波
数が同一の光出射端と光入射端からの出射光の光パワー
を加算することで入射光の偏波に依存しない光スペクト
ラムアナライザを構築することが可能となる。ただし、
ＡＷＧの光入射のために使用した特定の一本の光出射端
（＃１）と一本の光入射端（＃１）からの分波出力を取
り出すために、Ｐ波とＳ波の出力を光サーキュレータに
通した後にＡＷＧに入射させ、これら使用された光出射
端（＃１）と光入射端（＃１）に分波された光をサーキ
ュレータで抽出する。
【００４９】また、請求項２７に記載の発明である光バ
ンドパスフィルタは、光の入射端と出射端を有し，該光
入射端から入射した光の特定の周波数成分のみを該光出
射端から通過させる中心周波数を可変できる光バンドパ
スフィルタにおいて、上述した波長分波器と、該波長分
波器の各光出射端を順次選択する光スイッチとを備えた
ことを特徴とするものである。
【００５０】光バンドパスフィルタは、バンド幅条件式
（１）を満たす複数の波長分波回路（うち、少なくとも
１台はＡＷＧ）の各光入出射端を光スイッチを介して接
続することにより、このＡＷＧの周期性によってＦＳＲ
の整数倍だけ離れた周波数の光を第１の波長分波回路で
遮断し、それにより、ＡＷＧの各光出射端からの光周波
数を一意的に限定する構成を有する。各波長分波回路の
光入出射端を光スイッチで光学的に接続し、ある波長分
波回路の光入射端および他の波長分波回路の出射端をこ
の光バンドパスフィルタのそれぞれ光入射端および光出
射端に設定し、各スイッチのＯＮ，ＯＦＦで決定される
すべての組み合わせのうち、この指定された光入射端か
ら入射してこの指定された光出射端に分波される光周波
数が一通りに限られるすべての場合を順次実現すること
でそのバンド中心周波数をスキャンする。なお、測定周
波数の欠損が生じないように、（２）式の連続性条件を
満足するＡＷＧを使用することが望ましい。
【００５１】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明を詳
細に説明する。
【００５２】図９は、本発明による波長分波器および光
スペクトラムアナライザの第１の実施例を示す図であ
る。ここで、２台のＡＷＧ（アレイ導波路格子型波長分
波回路）１９、２０は、１６×１の光スイッチ２１によ
り直列（すなわちカスケード）に接続されて波長分波器
を構成している。ＡＷＧ１９、２０の構成は、図１に示
したＡＷＧと同じ構成を有するので、同様の機能を有す
る部分には同一参照番号を付して説明を省略する。図
中、１９および２０はいずれも１６×１６のＡＷＧであ
り、それぞれのチャンネル間隔はｃｈ1＝１００ＧＨｚ
（１．５μｍ帯で０．８ｎｍ）およびｃｈ2＝１０ＧＨ
ｚ（１．５μｍ帯で０．０８ｎｍ）であり、それぞれの
透過バンド波形は幅がδν1＝７８ＧＨｚのフラット・
トップ型および半値全幅がδν2＝５ＧＨｚのガウス型
であり、それぞれのフリースペクトラルレンジはＦＳＲ
1＝ｃｈ1×１６＝１．６ＴＨｚ（１．５μｍ帯で１２．
８ｎｍ）およびＦＳＲ2＝ｃｈ2×１６＝１６０ＧＨ
（１．５μｍ帯で１．２８ｎｍ）である。
【００５３】図１０に前段のＡＷＧ１９の全光出射端＃
１、・・・、＃１６の分波スペクトルを示す。後段のＡ
ＷＧ２０の分波スペクトルは図３に示されている。従っ
て、これら２台のＡＷＧに対しては周期性を除去するた
めの（１）式に示した条件であるＦＳＲ2＞ｃｈ1が成立
している。
【００５４】図９において、２１は、前段ＡＷＧ１９の
各光出力端＃１、＃２、・・・、＃１６からの光出力を
後段ＡＷＧ２０の光入力端＃８に入射（すなわちＯＮ状
態）または遮断（すなわちＯＦＦ状態）するために設置
された光スイッチである。２２は、後段ＡＷＧ２０の各
光出射端からの光出力パワーを受光するための光検出器
アレイ、２３は、各光検出器アレイからの出力を処理す
るための信号処理系である。信号処理系２３は、例え
ば、各光スイッチのＯＮ状態とＯＦＦ状態のすべての組
み合わせのうち、光検出器ｍ（ｍ＝１，２，，Ｍ）に分
波される光周波数が一通りに限られるＲ個の組み合わせ
のそれぞれの場合ｂ（＝１，２，，Ｒ）に対して、光検
出器ｍからの出力より、光源から出射された後に光検出
器に到達する光パワーの平均値であるＰb,mを測定する
機能と、光検出器ｍに分波される光周波数と透過バンド
幅をそれぞれνb,mおよびδνb,mとして，一連の測定結
果（νb,m,Ｐb,m）及びδνb,mより各分波周波数に対す
る単位周波数あたりの平均的光強度を求める演算装置と
その表示装置を備えている。
【００５５】光源７からの出射光のスペクトルをＳ
（ν）とする。光源出射光は光入射端＃８から前段ＡＷ
Ｇ１９に入射する。Ｓ（ν）の幅δνがＦＳＲ1（＝
１．６ＴＨｚ＝１．５２μｍ帯で１２．８ｎｍ）よりも
狭い場合、Ｓ（ν）はこのＡＷＧ１９によってバンド幅
がδν1で中心周波数がｃｈ1＝１００ＧＨｚだけシフト
した１６個の方形波型のスペクトルＳ（ν）×Ｔ
i（ν）にスライスされ、光出力端＃ｉ（ｉ＝１、２、
・・・、１６）に分波される。ここでＴi（ν）は、前
段ＡＷＧ１９により光入射端＃８から入射して光出射端
＃ｉに分波される光の透過スペクトルである。それぞれ
の光出射端に分波された光を、光スイッチ２１を介して
次段のＡＷＧ２０の＃８の入射端に入射させる。
【００５６】図１１は、前段のＡＷＧ１９で分波されて
出射端＃１から出射する光の透過スペクトルＴ1（ν）
（図中の塗りつぶされた台形）と、後段ＡＷＧ２０の光
入射端＃８から光を入射させた時にその全１６光出射端
＃ｊ（ｊ＝１、２、・・・、１６）に分波される光の透
過スペクトルであるＵ8,j（ν）（図中の塗りつぶされ
たガウス波形群）の関係を示す図である。前段ＡＷＧ１
９の光出力端＃１からの出射光を後段ＡＷＧ２０の＃８
の光入射端に入射させたときの各光出射端に分波される
光のスペクトルはＳ（ν）×Ｔ1（ν）×Ｕ8,j（ν）で
表される。後段ＡＷＧ２０においては、１６本の光出射
端＃１、＃２、・・・、＃１６に分波される光の中心周
波数が等間隔Δνで、ν1、ν2、・・・、ν16のごとく
分布するものとする。
【００５７】図１１より、（１）式に示したＦＳＲ2＞
δν1なるバンド幅条件が満たされる限り、後段ＡＷＧ
２０の光出射端＃１から＃９には、中心周波数がν16、
ν15、・・・、ν8のガウススペクトルでスライスされ
た光が分波され、＃１４から＃１６には中心周波数がν
20、ν19、ν18のガウス波形にスライスされた光が分波
されることから、同一の光出射端にＦＳＲ2の整数倍の
周波数の光が混入することがなくなることがわかる。し
かしながら、図１１では、＃１と＃１６における分波光
周波数の接続性が悪いため、中心周波数がν17である光
が欠落してしまったことがわかる。このような測定光周
波数の欠損を起こさないためには、周期性に基づく＃１
と＃１６の周波数の飛びをチャンネル間隔に等しくすれ
ば良い。この条件はＮ×ｃｈ2＝ＦＳＲ2（ここでＮは光
出射端の本数）と等価であり、これがＡＷＧの巡回性の
ために要求される厳密な条件である。しかしながら、｜
ＦＳＲ2−Ｎ×ｃｈ2｜の値が透過バンド幅δν2以内で
あれば特定の周波数が欠落したとはいえないので、巡回
性の条件を更に（２）式に示した ｜ＦＳＲ2−Ｎ×Ｃ
Ｈ2｜≦κδν2と緩和しても実用上問題はない。ここ
で、κは０≦κ≦２．０の範囲、特に好ましくは１付近
の数である。この巡回性の条件のもとでは、図１２に示
す通り、分波されるすべての光周波数が等間隔に分配さ
れることになり、周波数の欠損は生じないことがわか
る。
【００５８】同様にして、前段ＡＷＧ１９の＃ｉ（ｉ＝
１、２、・・・、１６）からの出射光を後段ＡＷＧ２０
の＃８の光入射端から入射させても、上記のバンド幅条
件が満たされる限り、後段ＡＷＧ２０の１６本の光出射
端には中心波長νi,jが一意的に決まったスライス光Ｓ
（ν）×Ｔi（ν）×Ｕ8,j（ν）が分波されることがわ
かる。従って、本第１の実施例を動作するには、光スイ
ッチ２１を用いて前段ＡＷＧ１９の一つの光出射端＃ｉ
と後段のＡＷＧ２０の＃８の光出射端を接続し、後段Ａ
ＷＧ２０の各光出射端＃ｊからの光出力パワーＰ
i,j（ｉ，ｊ＝１、２、・・・、１６）をすべて測定す
ることにより、求める光源のスペクトルは（νi,j，Ｐ
i,j）で与えられることになる。
【００５９】本発明では、ＡＷＧが有する分波周波数の
周期性によって不必要な周波数が混在する現象を解決す
るために、その透過バンド幅δν1がこのＡＷＧのフリ
ースペクトラルレンジＦＳＲ2よりも狭い第１の波長分
波器を光スイッチでカスケードに接続することを基本と
する。
【００６０】図１３は、図１０に示した分波スペクトル
の内の隣り合う光出射端＃９、＃１０、＃１１の透過ス
ペクトルＴi（ν）（ｉ＝１、２、３、４）すなわち透
過バンドを拡大したものである。これまでに作成された
ＡＷＧの透過バンドは、完全なフラット・トップな長方
形をしておらず、両端が徐々に減衰する台形のような形
をしている。前段のＡＷＧ１９がこのようなバンド特性
を有するので、ＦＳＲ 2だけ離れた光周波数を例えば３
０ｄＢ以上減衰させて後段のＡＷＧ２０の光出力端に分
波される光周波数を一意的にするためには、ＦＳＲ2の
値は透過バンドの値がピークに対して３０ｄＢまで減衰
する領域をカバーする必要がある。逆に言えば、前段Ａ
ＷＧのバンド幅δν2を３０ｄＢダウンの幅と定義する
必要がある。＃１０のバンドは隣のバンド＃９や＃１１
とは完全にオーバーラップせずピークに対して約５ｄＢ
ダウンのＡ点とＢ点で交わっている。従って、＃１０か
らの分波光のうち実際に使用するのはＡ点からＢ点まで
の周波数帯であり、ＦＳＲ2の残りの周波数帯（０．４
８ｎｍ）での光パワーは、隣の＃９や＃１１のバンドを
用いた時の測定値を使用すべきである。
【００６１】図１４は、図５に示したスペクトルを有す
る狭帯域光を前段ＡＷＧの＃８、＃９、＃１０で分波
し、これを光入射端＃８から後段ＡＷＧに入射させた場
合において、後段ＡＷＧの全１６光出射端に分波された
光のスペクトルを示す。図４に示した従来例でこの光を
分波したときの全１６光出射端からの分波スペクトルは
図６に示されている。図６と図１４を比較すると明らか
な様に、バンド幅条件を基本とする本実施例を用いるこ
とで、初めて、後段ＡＷＧのどの光出射端に分波される
光スペクトルにおいてもＦＳＲ2の整数倍の光周波数成
分が十分減衰されていることがわかる。また、循環性条
件をみたした結果、後段ＡＷＧで分波される光波長は、
各バンド（＃８、＃９、＃１０）を０．０８ｎｍのチャ
ンネル間隔で一様に満たしており、また異なるバンド間
ではオーバーラップした部分を含んでいることから、入
射スペクトルをくまなく０．０８ｎｍの一定間隔でスラ
イスしていることがわかる。
【００６２】図１５は、図５のスペクトル光を第１の実
施例を用いたときの光検出器アレイからの出力電圧を分
波波長の関数としてプロットしたものである。各バンド
ごとの出力波形は互いに重なり合っており、あるバンド
で減衰する成分は、隣のバンドの成分で補い合っている
ことがわかる。図１６は、各バンドの透過率の波長依存
性を考慮して、図１５の出力を校正した結果を白丸で示
したものである。測定結果は実測値とよく一致してお
り、また、波長の欠損部分も存在しないことがわかる。
【００６３】本実施例では、前段の波長分波回路にＡＷ
Ｇを使用したが、前段の機能は１×１６の波長分波回路
として使用しているだけなので、バンド幅条件を満たす
限り、誘電蒸着フィルターやファイバー回折格子を用い
た波長分波器で代用することができる。しかしながら、
後段の波長分波回路２０では分波周波数の周期性と循環
性を利用して、前段の波長分波回路でスライスされた光
を更に細かく一意的にスライスするので、周期性と循環
性を有するＡＷＧが不可欠である。波長分波回路を２台
カスケードに接続したときの透過スペクトルはそれぞれ
の透過スペクトルの積になるので、式（１）に示したバ
ンド幅条件を満たす限り波長分波器を構成する波長分波
回路の接続順序は問題ではない。
【００６４】図１７は、本発明による波長分波器を用い
た光スペクトラムアナライザの第２の実施例を示す図
で、この実施例によれば、波長分波器を構成するＡＷＧ
として、チャンネル間隔１０ＧＨｚのＡＷＧ２０を前段
に、チャンネル間隔１００ＧＨｚのＡＷＧ１９を後段に
設置しても光スペクトラムアナライザとしての特性は変
わらない。また、第１および第２の実施例の光スイッチ
２１として１×１６光スイッチを用いても効果は変わら
ない。
【００６５】表１は、各光入射端から光を入射させた時
の各光出射端に分波されるフリースペクトラムレンジ内
の光周波数を、光入射端＃８からの入射に際し光出射端
＃８に分波される光周波数を基準にして示す。例えば、
光入力端＃９から光を入射させ時に光入射端＃８に分波
される光周波数は、基準光周波数に対してｃｈ2だけ減
少した値である。表１からわかる通り、（２）式に示し
た循環性を有する１６×１６のＡＷＧは、そのバンド幅
δν2の違いを無視すれば基本的に１６個の光周波数し
か分波することができない。このため、＃１、＃２、＃
３および＃４を光入射端として選ぶと、表中でハイライ
トされたごとく、＃１、＃５、＃９そして＃１３の光出
射端にこれら１６個の光周波数が重複することなく分波
されることがわかる。
【００６６】
【表１】
【００６７】図１８は、本発明による波長分波器を用い
た光スペクトラムアナライザの第３の実施例を示す図で
ある。図９および図１７に示した実施例では、２台の１
６×１６ＡＷＧを接続するために１６×１の大規模な光
スイッチが必要であった。ＡＷＧの循環性に着目して、
この光スイッチを小規模な光スイッチで置き換えた構成
が図１８に示す実施例である。図１８において、２４は
１×４光スイッチであって、光源７からの出力を前段Ａ
ＷＧ１９の光入射端＃１、＃２、＃３、＃４のいずれか
に入射させる。２５は４×１光スイッチであって、前段
ＡＷＧ１９の光出射端＃１、＃５、＃９、＃１３からの
出力のいずれかを後段ＡＷＧ２０の光入射端＃８に接続
する。これを動作させるには、１×４光スイッチ２４で
光源からの出力を＃ｉ（ｉ＝１、２、３、４）の光入射
端から前段ＡＷＧ１９に入射させる。このときの光出射
端＃ｊ（ｊ＝１、５、９、１３）からの光出力を後段Ａ
Ｗ０Ｇ２０に入射させ、１６本の光出射端＃ｋ（＝１、
２、・・・、１６）からの光出力パワーＰi,j,kを測定
する。光スイッチ２４および２５を用いて、前段ＡＷＧ
の光入射端＃ｉ（ｉ＝１、２、３、４）と光出射端＃ｊ
（ｊ＝１、５、９、１３）のみをＯＮ状態とするすべて
の組み合わせを実行することにより、前段ＡＷＧが有す
る１６個の分波周波数をすべて実現することができる。
すなわち、１×４と４×１の光スイッチの導入は、図９
に示した第１の実施例における１６×１光スイッチ２１
と同一の働きをする。
【００６８】１×Ｎ1またＮ1×１の光スイッチは、１×
２の光スイッチをツリー状に接続するか、カスケード接
続することで構築できる。図１９（ａ）は１×２光スイ
ッチ２６、２７および２８ををツリー状に接続すること
で、図１９（ｂ）はカスケード接続することで光出射端
＃１、＃２、＃３、＃４を有する１×４の光スイッチを
実現した例である。この第３の実施例で必要な光スイッ
チの個数は２×３＝６個でよい。光入出射端がＮ1２個
で循環性を有するＡＷＧでは、１×Ｎ1およびＮ1×１光
スイッチがそれぞれ１個必要であり、これらを１×２光
スイッチで構成すると必要な個数は２×（Ｎ1−１）で
ある。
【００６９】図２０は、本発明による波長分波器を用い
た光スペクトラムアナライザの第４の実施例を示す図で
あって、前段のＡＷＧ３０、１×４光スイッチ３１およ
び４×１光スイッチ３２を同一基板上に集積させた光回
路２９を用いている。ＡＷＧ３０、光スイッチ３１およ
び光スイッチ３２は、それぞれ図１８に示した第３の実
施例における前段ＡＷＧ１９と１×４光スイッチ２４お
よび４×１光スイッチ２５に対応する。光スイッチ３１
と３２は、３台の２×２マッハ・ツェンダー干渉計型光
スイッチを図１９（ａ）のごとくツリー状に接続したも
のであり、マッハ・ツェンダー干渉計の一方のアームに
印加する熱量をヒータ３３〜３８の電流値で制御するこ
とにより光スイッチングを行っている。本発明の動作原
理は、本発明の第３の実施例と同じであるが、基板上に
スイッチ群が構成された結果として、（１）バルクタイ
プの１×２光スイッチを接続する必要がなくなり、系全
体が小型化され、（２）基板への入出力はそれぞれ１カ
所しかないので、光源や他のＡＷＧとの接続が容易であ
るという利点がある。
【００７０】図２１は、本発明による波長分波器を用い
た光スペクトラムアナライザの第５の実施例を示す図で
ある。全ての光回路を同一の基板上に作製することも可
能である。また、この実施例では、光検出器アレイ２２
がＡＷＧ２０の光出射端に直接接続されているので、フ
ァイバピッグテールを接続する必要がない。
【００７１】図２２は、本発明よる波長分波器を構成す
る波長分波回路の一実施例を示す図である。この波長分
波回路は２×２マッハ・ツェンダー干渉計を３段にカス
ケード接続した構造からなる１×４光スイッチ４０と４
×１光スイッチ４１とをＡＷＧ３０と共に同一基板３９
上に集積させた光回路である。ここで、２×２光スイッ
チをカスケードに接続する利点は、任意の１×Ｎ1光ス
イッチをこのカスケード接続で構築できる点である。一
方、ツリー状の接続では、１×２N2（Ｎ２は整数）のス
イッチを構築するのに適している。
【００７２】以上述べた実施例のごとく、光源出射光の
スペクトルをスライスする前段の波長分波器としてＡＷ
Ｇを使用する限り、測定すべき光源のスペクトル幅δν
がＦＳＲ1（＝１．６ＴＨｚ＝１．５５μｍ帯で１２．
８ｎｍ）よりも狭い場合においてのみ、このスペクトル
を正確に測定することができる。光源のスペクトル幅が
ＦＳＲ1よりも広くなると、ＦＳＲ1の整数倍だけ離れた
光周波数も同一の光出射端から出射するようになり、ス
ペクトルを正確に測定できなくなる。これを解決するに
は、ＦＳＲ1の整数倍の光周波数を有する光を除去する
ために、ＦＳＲ1に対して（１）式に示したバンド幅条
件を満たすバンド幅を有する他の波長分波回路を以上述
べた実施例１〜４にカスケードに接続すればよい。
【００７３】図２３は、本発明による波長分波器を用い
た光スペクトラムアナライザの第６の実施例を示図であ
る。本実施例は、１６×１６ＡＷＧ４２を１６×１光ス
イッチ４３を介して図９の第１の実施例に示した光スペ
クトラムアナライザの波長分波器にカスケード接続した
ものである。ここで、ＡＷＧ４２は、ｃｈ0＝１ＴＨｚ
のチャンネル間隔とバンド幅がδν0＝５００ＧＨｚの
フラットトップ型透過バンドを有する。フリースペクト
ラルレンジはＦＳＲ0＝ｃｈ0×１６＝１６ＴＨｚ（１．
５μｍ帯で１２８ｎｍ）である。（１）式に示したバン
ド幅条件であるＦＳＲ1＞δν0の関係が満たされるの
で、光源出射光のスペクトル幅δνがδν＜δν0すな
わち１６ＴＨｚ以下でである限り、このスペクトルはＡ
ＷＧ４２によりバンド幅がδν0でフラット・トップな
１６個以下のスペクトルに一意的にスライスされてその
光出射端＃１、＃２、・・・、＃１６より出射する。各
光出射端から出射するスライスされた光は、光スイッチ
４３により第２のＡＷＧ１９の＃８の光入射端に入射す
る。各スライスされた光のバンド幅はδν0でありこれ
はＡＷＧ１９のフリースペクトラルレンジＦＳＲ1より
も狭いので、この光はＡＷＧ１９により一意的にスライ
スされてその各光出射端から出射する。出射光は更に最
終段のＡＷＧ２０によりバンド幅が１０ＧＨｚの光にス
ライスされて各光出射端＃１〜＃１６に分波される。分
波された光のパワーは光検出器アレイ２２で測定され
る。
【００７４】この構造によれば、光スイッチ４３でＡＷ
Ｇ４２の＃ｋ（ｋ＝１、２、・・・、１６）の光出射端
とＡＷＧ１９の＃８の光入射端を接続し、かつ、光スイ
ッチ２１でＡＷＧ１９の＃ｉ（ｉ＝１、２、・・・、１
６）の光出射端とＡＷＧ２０の＃８の光入射端を接続し
たときにＡＷＧ２０の各光出射端＃ｊ（ｊ＝１、２、・
・・、１６）に分波される光周波数νk,i,jは一意的に
決定される。従って、このときの分波された光パワーＰ
k,i,jを測定することにより、光源の光スペクトルは
（νk,i,j、Ｐk,i,j）で与えられる。本実施例における
スペクトル分解能は最終段のＡＷＧのチャンネル間隔に
よって決定され、１０ＧＨｚであることは明らかであ
る。また、光スイッチ４３および２１として、それぞ
れ、１×１６の光スイッチを用いても効果は同じであ
る。
【００７５】本実施例では、光源からの出射光のスペク
トルを最初にスライスする波長分波回路にＡＷＧを使用
したが、上記のバンド幅条件を満たす限り、誘電蒸着フ
ィルターやファイバー回折格子を用いた波長分波器で代
用することも可能である。しかしながら、第２段の波長
分波回路１９および第３段の波長分波回路２０では循環
性を利用して前段でスライスされた光を一意的に一層狭
いバンド幅にスライスするのでＡＷＧが不可欠である。
すなわち、数台の波長分波回路をカスケード接続する場
合、最大のバンド幅を有する波長分波器を除いて他の全
ての波長分波器は式（１）と式（２）を互いに満たすＡ
ＷＧであることが必要である。また、図９に示した第１
の実施例で述べた通り、各波長分波回路の接続順序は問
題ではないので、波長分波回路４２と１９および２０の
分波光回路を任意の順序にカスケード接続しても光スペ
クトラムアナライザとしての特性は変わらない。
【００７６】図２４は、本発明による波長分波器を用い
た光スペクトラムアナライザの第７の実施例を示す図で
あって、４４および４５はそれぞれ１×４および４×１
の光スイッチである。この実施例は、図２３に示した第
６の実施例で用いた大規模光スイッチ２１と４３を、図
１８に示した第３の実施例で述べたごとく小規模な光ス
イッチである１×４と４×１で置き換えたものである。
光スイッチ４４は、ＡＷＧ４２の＃１〜＃４までの光入
射端に接続され、光出射端＃１、＃５、＃９および＃１
３の光出射端は光スイッチ４５に接続されている。図２
３に示した第６の実施例と同様に、本実施例のスペクト
ル分解能は１０ＧＨｚ、測定可能な光源のバンド幅はＦ
ＳＲ0＝１６ＴＨｚである。
【００７７】図２５は、本発明による光スペクトラムア
ナライザの第８の実施例を示す図であって、図２４に示
した第７の実施例に示した波長分波器の構成を光集積化
したものである。光回路２９は先に説明したとおりであ
る。光回路４６はＡＷＧ４２と光スイッチ４４および４
５を同一基板上に作製したものである。光回路４６と光
回路２９は光ファイバ４７を介して接続される。光回路
２９からの出射光は光ファイバ４８を介してＡＷＧ２０
と接続される。本実施例では、集積化することで光デバ
イス間の接続を減少させることができる。
【００７８】図２６は、本発明による波長分波器を用い
た光スペクトルアナライザの第９の実施例を示す図であ
る。以上の実施例において使用したチャンネル間隔が１
０ＧＨｚのＡＷＧにおいては、入射光がＴＥであるかＴ
Ｍであるかによって、透過バンドの中心周波数がそのバ
ンド幅以上異なる場合がある。これまでの実施例では、
光源からの出射光は光ファイバピッグテールを伝搬した
後にＡＷＧに入射するので、このファイバの状態によっ
てＡＷＧに入射する光の偏光状態は大きく変動する。上
記のような偏波に依存するＡＷＧを用いても偏波無依存
の光スペクトラムアナライザを実現する装置が、図２６
に示した実施例の装置である。図２６（ａ）は全体構成
を示し、図２６（ｂ）はＡＷＧ２０に面したパンダ光フ
ァイバの断面図、図２６（ｃ）はＡＷＧ２０の光入射端
の断面図である。この構成は、第３の実施例において、
光スイッチ２５と偏波に依存するＡＷＧ２０の間に偏波
光スイッチ６２を設置したことを特徴とする。この偏波
光スイッチは、光ファイバ６３を伝搬する光の偏光状態
を互いに直交する２つの偏波であるＰ波とＳ波に分け、
応力付与型偏波保持光ファイバ（通常パンダファイバと
呼ばれている）６４を用いて、それぞれの光をＡＷＧ２
０のＴＥモードとして入射させ、それぞれの入力に対す
るＡＷＧからの光出力パワーを光検出器アレイ２２で測
定し、同一の光出射端（すなわち同一の分波光周波数）
でのＰ波とＳ波に対する光パワーの測定値を加算し、こ
の値をその光周波数に対する光源出射光の光パワー強度
とする。実験の結果、この偏波スイッチを導入すること
により、偏波変動による光スペクトルの変動量は±０．
５ｄＢ以内に押さえることができた。図２６（ｂ）にお
いて、６５はパンダファイバ６４のうちＡＷＧ側出射端
における断面を示す。図２６（ｃ）において、６６はフ
ァイバ６４のうちＡＷＧの光入射端側の断面を示す。
【００７９】図２７は、図２６に示した実施例で使用し
た偏波光スイッチ６２の構成を示す図であって、図２７
（ａ）は全体の構成を示す図、図２７（ｂ）、図２７
（ｃ）、図２７（ｄ）はそれぞれパンダ光ファイバの断
面を示す図である。図２７において、６７、６９および
７１はコリメートレンズ、６８は偏波ビームスプリッタ
ー、７０、７２はパンダファイバ、７３、７４はパンダ
ファイバ７０、７２の光入射端における断面、７５は２
×１の光スイッチ、７６、７７はこの光スイッチで使わ
れるパンダファイバを示す。パンダファイバ７０と７２
の入射端における偏波を保持するｘ軸の方向は、断面７
３と７４が示すように紙面に対してそれぞれ平行および
垂直に設定してある。光ファイバ６３からの出射光は偏
波ビームスプリッター６８によって入射面に平行なＰ偏
波（紙面に平行な方向で矢印で表記されている）とこれ
と直交するＳ偏波（紙面に垂直な方向で黒丸で表記され
ている）に分離される。Ｐ波はビームスプリッターを直
進し、コリメートレンズ６９によりパンダファイバ７０
に入射して偏波を保持するｘ軸の方向の偏光状態でファ
イバ内を伝搬する。分離されたＳ波は、ビームスプリッ
ターで反射され、コリメートレンズ７１によりパンダフ
ァイバ７２に入射して偏波を保持するｘ軸の偏光状態で
ファイバ内を伝搬する。パンダファイバ７０および７２
の出射端は２×１の光スイッチ７５の入射端７６および
７７として使われる。ここで、このスイッチのパンダフ
ァイバ６４の出射端は機械的に光スイッチ７５の入射端
７６あるいは７７に対向する位置に移動できる機構が付
与されており、それぞれのファイバを伝搬した光をｘ軸
の偏光状態を保持したまま光ファイバ６４内を伝搬させ
ることができる。この様な構造になっているので、パン
ダファイバ６４の出射端のｘ軸がＡＷＧ２０のＴＥモー
ドと平行となるように設置することにより、Ｐ波とＳ波
をいずれもＴＥモードの偏光状態でＡＷＧ２０内を伝搬
させることができる。
【００８０】図２８は、本発明による波長分波回路を用
いた光スペクトラムアナライザの第１０の実施例を示す
図である。本実施例は、光スイッチ７５とＡＷＧ２０を
同一基板内に集積化した光回路７９を使用して図２６に
示した第９の実施例を再構築したものである。図２８に
おいて、７８は光ファイバ６３を光入射端としパンダフ
ァイバ７０と７２を光出射端とする偏波ビームスプリッ
ターモジュールであり、図２９にその構成が示されてい
る。図２９（ａ）はモジュール全体の構成を示し、図２
９（ｂ）、（ｃ）はパンダファイバの断面を示してい
る。このモジュールは、光ファイバ６３からの出射光を
偏波ビームスプリッター６８でＰ波とＳ波に分け、それ
ぞれを偏波を保持するｘ軸のモードとしてパンダファイ
バ７０と７２内を伝搬させる機能を有する。図２８にお
いて、パンダファイバ７０と７２の出射端は、偏波を保
持するｘ軸がＴＥモードと平行な状態で光回路７９に接
続されている。８０はそのアームに薄膜ヒータが装荷さ
れたマッハ・ツェンダー干渉計型の２×１光スイッチで
あり、この出射端にＡＷＧ７９の＃８の光入射端が接続
されている。図２６に示した第９の実施例のごとく機械
的光スイッチを用いると可動部分の機械的磨耗により長
期的安定性に問題が生じるが、本実施例では導波路型光
スイッチを用いているので、偏波光スイッチ部の長期的
安定性を確保できる。
【００８１】図３０は、本発明による波長分波器を用い
た光スペクトラムアナライザの第１１の実施例を示す図
である。本実施例は、偏波に依存するＡＷＧを用いて偏
波に依存しない光スペクトラムアナライザを実現するも
う一つの構成を示すものであり、７８は光ファイバ入出
射端を有する偏波ビームスプリッターモジュール、５４
と５５は３ポート光サーキュレータ、８１と８２は偏波
コントローラ、８３は光ファイバアレイ、８４は光検出
器アレイ、８５は信号処理系である。偏波ビームスプリ
ッター７８でＰ波とＳ波に分離された光はそれぞれ光入
射端＃１および光出射端＃１からＡＷＧ２０にＴＥモー
ドとして入射し光出射端および光入射端に分波された光
をそれぞれのファイバアレイで取り出し、これらを光検
出器アレイ２２と８４で受光し、信号処理系２３および
８５でそれぞれの光パワーを測定する。ここで、光入射
端＃１と光出射端＃１に分波される光を取り出すため
に、光サーキュレータ５４と５５を用いた。ＡＷＧは左
右対称であるので、＃１の光入射端と＃１の光出射端か
ら光を入射させた時に光出射端＃ｉと光入射端＃ｉ（ｉ
＝１、２、・・・、１６）にそれぞれ分波される光周波
数は同じである。このため同一番号の光入射端と光出射
端に分波された光パワー同士を加算することにより、そ
の分波光周波数におけるＰ波とＳ波の光強度の和、すな
わち入射光の強度を求めることができる。本実施例で使
用した光サーキュレータ５４と５５は偏波を保持しない
通常の光ファイバを用いているため、これらのサーキュ
レータからの出射光の偏波は一般に直線偏光とは限らな
い。そこで、光サーキュレータに偏波コントローラ８１
と８２を接続し、ＡＷＧ２０のＴＥモードのみを励起で
きるようにファイバ内を伝搬するＰ波とＳ波の光の偏光
状態を調節した。ＡＷＧ２０への入射光の偏光状態を様
々に変化させた時でも、本実施例により、測定された光
スペクトルの強度変化を±０．３ｄＢ以内に押さえるこ
とが可能となった。
【００８２】図３１及び図３２は、それぞれ、本発明の
波長分波器に用いる波長分波回路として好適なアレイ導
波路型光分波回路の第１および第２の実施例を示す図で
ある。図３１の実施例の場合、ＡＷＧ内にアレイ導波路
が互いに平行になる平行領域８８と９１が設置され、各
アレイ導波路を垂直に横切る溝に反射板８６が設置され
分岐部３が合波部の働きをする。図３２の実施例の場
合、ＡＷＧ内にアレイ導波路が互いに平行になる平行領
域８８と９２が設けられ、各アレイ導波路を垂直に横切
る間隙に反射板８６が設置され分岐部３が合波部の働き
をする。ここで、反射板８６の反射面８７は各アレイ導
波路に接した面である。ＡＷＧの隣り合うアレイ導波路
の長さや分岐部の設計値は図１に示したＡＷＧと同一で
ある。光入射端群２のある光入射端から入射した光は、
分岐部により各アレイ導波路に分配される。分配された
光は、平行領域８８→発散領域８９→収束領域９０→平
行領域９１（図３１の場合）または平行領域８８→発散
領域８９→収束領域９０→平行領域９２（図３２の場
合）の順で各アレイ導波路を伝搬し、この平行領域９１
または９２に設置された反射板８６で反射され、再び各
アレイ導波路を逆方向に伝搬する。伝搬した光は合波部
３で合波され、各光出射端に分波される。ＡＷＧの各ア
レイ導波路間の光路長差は発散領域８９と収束領域９０
で決まるので、反射板が平行領域において各アレイ導波
路に垂直に設置される限り、余分な光路差は発生しな
い。
【００８３】この構造によれば、分岐部で各アレイ導波
路に分配された光は発散領域と収束領域内を往復するこ
とになり、分岐部で再び合波された時の各チャンネルを
伝搬した光の光路差は図１に示した従来の構成に対して
２倍になる。これはチャンネル間隔が半分になることを
意味する。実際に、このタイプの反射型ＡＷＧを用いる
ことにより光スペクトラムアナライザのスペクトル分解
能が２倍になることを確認した。もとより、図１の構成
でチャンネル間隔を２倍にするには発散領域と収束領域
における導波路の長さを２倍にする必要があり、これは
従来よりも２倍程度大きな基板が必要となることを意味
し、プロセスの大がかりな改良が必要となる。また、基
板が大きくなると空間的な屈折率の変動が大きくなり、
チャンネル間のクロストークを一層増大させる要因にも
なる。本発明によれば、従来の大きさの基板上に２倍の
チャンネル間隔のＡＷＧが作成できるので、プロセスの
改良が不要で、チャンネル間のクロストークにも変化が
見られなかった。
【００８４】図３３は、本発明による波長分波器を用い
た光スペクトラムアナライザの第１２の実施例を示す図
であって、図９に示した第１の実施例における第２のＡ
ＷＧ２０を図３１に示した反射型ＡＷＧ９３で置き換え
たものである。この反射型ＡＷＧでは、光入射端が光出
射端の役目もするので、光入射端として使用した＃１に
は光サーキュレータ５４を接続した。光スイッチ２５か
らの光は、光サーキュレータ５４を通過して＃１の入射
端から反射型ＡＷＧ９３に入射する。＃１以外の各光入
射端に分波された光は光ファイバアレイ９４を介して光
検出器アレイ２２に入射して各分波周波数に対する光パ
ワーが測定される。＃１に分波された光は光サーキュレ
ータ５４を逆方向に伝搬した後に他のポートから抽出さ
れ、その光パワーは光検出器アレイの残りの一つの光検
出器で測定される。本実施例の特徴は、スペクトル分解
能が他の実施例の２倍すなわち５ＧＨｚになる点にあ
る。
【００８５】図３４及び図３５は、それぞれ、本発明の
波長分波器に用いるのに好適なアレイ導波路型の波長分
波回路の第３および第４の実施例を示す図である。チャ
ンネル間隔が１０ＧＨｚ近辺のＡＷＧでは、基板からの
ストレス等によりＴＥモードとＴＭモードで受ける位相
が異なるため、分波周波数やクロストークが偏波によっ
て異なる様相を呈する場合がある。図３４の実施例の場
合、ＡＷＧ内にアレイ導波路が平行となる平行領域であ
る８８と９１を設け、この平行領域内に各アレイ導波路
を垂直に横切る溝を作り、ここに１／４波長板９５と位
相トリミング用の位相板９８を設置したものである。図
３５の実施例の場合、ＡＷＧ内にアレイ導波路が平行と
なる平行領域である８８と９２を設け、この平行領域内
に各アレイ導波路を垂直に横切る間隙を作り、ここに１
／４波長板９５と位相トリミング用の位相板９８を設置
したものである。９６は１／４波長板の反射面、９７は
その無反射面である。このアレイ導波路型の波長分波回
路の第３及び第４の実施例は、それぞれ上述したアレイ
導波路型の波長分波回路の第１、第２の実施例と同様な
構造を持つ反射型のＡＷＧであるが、さらに本実施例で
はＡＷＧの分波特性が偏波に依存しないという特徴があ
る。１／４波長板は全てのアレイ導波路を垂直に横切る
ように設置され、ＴＥモードの方向に対して４５度の方
向にその一つの主軸を有し、この主軸と、これと直交す
る主軸の方向に偏光した光が伝搬した時に受ける位相差
はπ／２である。第１及び第２の実施例のアレイ導波路
型の波長分波回路ではアレイ導波路に対向する面が反射
鏡として加工されていたが第３及び第４の実施例のアレ
イ導波路型の波長分波回路では波長板９５のアレイ導波
路に向き合う面９７には無反射コートが施され、反対側
の面９６には光を反射するための反射鏡が蒸着されてい
る。
【００８６】光入射端群２の一つの光入射端から入射し
たＴＥモードの光は、図３４の実施例の場合、点線で囲
まれたアレイ導波路の平行領域８８→発散領域８９→収
束領域９０→平行領域９１の順に、図３５の実施例の場
合、平行領域８８→発散領域８９→収束領域９０→平行
領域９２の順に各領域をＴＥモードとして伝搬して平行
領域９１または９２に設置された１／４波長板９５を伝
搬する。ここで、１／４波長板の主軸はＴＥモードの主
軸に対して４５度回転した方向を向いているので、１／
４波長板を伝搬し終わった伝搬光の偏波は直線偏光（Ｔ
Ｅモード）から円偏光に変換されている。この円偏光
は、波長板の出射端側に施された反射面９６により全反
射され、再び波長板内を逆方向に伝搬する。波長板を伝
搬し終わると、伝搬光は円偏光からＴＭモードの直線偏
光に変換される。このＴＭモードの光はアレイ導波路内
を平行領域→発散領域→収束領域→平行領域の順に各領
域を逆方向に伝搬した後に分岐部３で分波される。
【００８７】一方、光入射端から入射したＴＭモードの
光は、分岐部３によりアレイ導波路の平行領域→発散領
域→収束領域→平行領域の順に各領域をＴＭモードとし
て伝搬して１／４波長板９５を伝搬し、伝搬光は直線偏
光（ＴＭモード）から円偏光に変換される。この円偏光
は、波長板の出射端側に施された反射面９６により反射
され、再び波長板内を逆方向に伝搬し、伝搬光は円偏光
からＴＥモードの直線偏光に変換される。ＴＥモードの
光はアレイ導波路内を逆方向に伝搬した後に分岐部３で
分波される。このため、ＴＥモードとして入射した光は
行きがＴＥモード、帰りがＴＭモードで伝搬する一方、
ＴＭモードとして入射した光は行きがＴＭモード、帰り
がＴＥモードで伝搬することになる。すなわち、入射光
をＴＥとＴＭのモードに分解すると、いずれの光もアレ
イ導波路内をＴＥとＴＭの両モードで伝搬することにな
るので、この反射型ＡＷＧの分波特性は偏光状態に依存
しなくなる。図３４および図３５に示したアレイ導波路
型の波長分波回路を図３３に示した実施例における反射
型ＡＷＧ９３に替えて使用できることは言うまでもな
い。
【００８８】また、本実施例では、平行領域に位相補償
板９８が設置されている。この補償板はチャンネル間の
クロストークを低減する機能を有する。図３６はアレイ
導波路と位相補償板の位置関係を示す図であって、９９
はアレイ導波路の全てを垂直に横断する溝であり、この
溝の中にポリイミド薄膜を用いた位相補償板９８が挿入
されている。各チャンネルを伝搬する光はこの溝の部分
で出射して位相補償板を伝搬し、伝搬した後に再び対応
するアレイ導波路内を伝搬する。溝の幅は数μｍであ
り、溝の中は導波路と同じ屈折率を有する屈折率補償液
１００で満たされているので、各アレイ導波路からの出
射光のスポットサイズはほとんど変わることなく、位相
補償板を伝搬して対応するアレイ導波路に低損失で結合
できる。ここで、各アレイ導波路ｉからの出射光が伝搬
する薄膜の部分に紙面に垂直に深さｄiの溝を作る。す
ると、このアレイ導波路には位相補償板を溝の部分に挿
入することによりφi＝２πｄi（ｎaーｎp）／λだけの
位相が新たに誘導される。ここで、ｎaおよびｎpはそれ
ぞれ屈折率補償液および位相補償板の実効屈折率であ
る。反射型ＡＷＧでは、この補償板を２度伝搬するの
で、ｉなるアレイ導波路が受ける位相は２φiとなる。
本来、アレイ導波路の長さが設計通り作製されていれ
ば、チャンネル間のクロストークが発生することはない
が、設計値からのわずかな“ずれ”が位相誤差Φiとな
って現れ、これが反射型ＡＷＧのチャンネル間のクロス
トークを発生させる要因となる。従って、２φi＋Φi＝
０となるように溝の深さｄiを調整することにより、各
アレイ導波路に発生した位相誤差をキャンセルすること
が可能となる。実験の結果、位相補償板を挿入すること
により、チャンネル間隔５ＧＨｚのＡＷＧにおいて、チ
ャンネルクロストークを−２０ｄＢから−３０ｄＢに低
減することに成功した。この位相制御法に関しては、以
下の文献に報告されている。
【００８９】H. Yamada, K. Takada, Y. Inoue and S.
Mitachi, "Low-crosstalk arrayed-waveguide grating
multi/demultiplexer with phase compensating plat
e," Electron. Lett. vol. 33, No. 20, pp. 1698-1699
(1997). 図３７は、本発明による波長分波器に用いるのに好適な
アレイ導波路型の波長分波回路の第５の実施例を示す図
であって、１０３は１／２波長板である。このＡＷＧ
は、アレイ導波路が互いに発散する発散領域８９、互い
に収束する収束領域９０、互いに平行である平行領域１
００、互いに発散する発散領域１０１および互いに収束
する収束領域１０２から構成され、発散領域同士、およ
び収束領域内の設計パラメータはこれまでの実施例で用
いたチャンネル間隔１０ＧＨｚのＡＷＧと同じである。
本実施例では、チャンネル間の光路長が従来の２倍とな
るのでチャンネル間隔も５ＧＨｚとなる。アレイ導波路
の中間地点を占める平行領域内には、１／２波長板１０
３と位相補償板９８が設置されている。ここで、１／２
波長板１０３の主軸は導波路のＴＥモードに関して４５
度の方向に設置してある。従って、光入射端２からＴＥ
モードとして伝搬した光はこの波長板でＴＭモードに変
換され、以後、出射するまでＴＭモードとして伝搬す
る。光入射端でＴＭモードとして伝搬した光は１／２波
長板１０３でＴＥモードに変換されて伝搬する。従っ
て、１／２波長板をアレイ導波路の中間地点に設置する
ことにより、ＴＥとＴＭの両モードで同一の光路を伝搬
するので、分波特性の波長依存性が無くなる。また、位
相補償板９８により各アレイ導波路の光路長の設計値か
らの誤差を補償しているので、チャンネル間のクロスト
ークも低減することができる。
【００９０】前記アレイ導波路の中間点に配置した平行
領域１００内に１／２波長板１０３と位相補償板９８を
設ける代わりに、平行領域１００内に、第２の収束領域
１０２と第２の合分波部５との間にアレイ導波路が互い
に平行である第２の平行領域１００Bを図３８のように
別途設け、この第２の平行領域１００Bに１／２波長板
１０３Ｂと位相補償板９８Ｂを設けることもできる。
【００９１】あるいはまた、図３９に示す第２の収束領
域１０２−２に、発散領域１０１−２に接続された平行
領域１００と同様の平行領域１００Bを接続し、この平
行領域に、発散領域１０１と同様の発散領域１０１−３
および収束領域１０２と同様の収束領域１０２−３をそ
れぞれ１個接続し、この収束領域１０２−３を、図３７
に示した第２の合分波部５に接続することにより、少な
くとも２個の発散領域と少なくとも２個の収束領域を有
するアレイ導波路を含むアレイ導波路格子型の波長分波
器を構成することも可能である。
【００９２】ここで、第２の光合分波器５の出力側に、
図３９に示すように、平行領域９２の終端部に反射端９
６および１／４波長板９５を配設して、反射型のアレイ
導波路とすることもできる。
【００９３】本発明の光バンドパスフィルタは、これま
での実施例で示した光スペクトラムアナライザにおいて
用いられた波長分波器を用い、光源からの出射光を入射
せしめる光入射端をその光入射端とし、最終段の波長分
波回路の特定の光出射端または光入射端をその光出力端
とするか、またはこの波長分波回路の特定の光入出力端
の数をＮとして、これらＮ個の光端子とＮ×１光スイッ
チのＮ個の光入射端を接続し、この光スイッチの出力端
をその光出力端とする。
【００９４】図４０は、本発明による光バンドパスフィ
ルタの第１の実施例を示す図であって、１０４は１６×
１の光スイッチ、１０５はＡＷＧ１９の光入射端＃８に
接続された光ファイバ、１０６は１６×１光スイッチの
光出射端用の光ファイバである。１９および２０はそれ
ぞれ第１の実施例で使用したチャンネル間隔が１００Ｇ
Ｈｚおよび１０ＧＨｚの１６×１６のＡＷＧである。動
作原理は図９に示した光スペクトラムアナライザの第１
の実施例と同様に、ＡＷＧ２０で光源出射光のスペクト
ルをスライスする際に、ＦＳＲ2の整数倍だけ離れた光
周波数を除去するためにバンド幅条件（１）式を満たす
ＡＷＧ１９を用いた点が従来の光バンドパスフィルタと
異なる。ＡＷＧ１９の１６個の光出射端はＡＷＧ２０の
＃８の光入射端に１６×１の光スイッチで接続されてい
る。
【００９５】図４１は、本実施例による典型的な透過バ
ンドを示したものである。図中の＃１、＃２、・・・、
＃１６は、前段ＡＷＧ１９の光出射端＃１、＃２、・・
・、＃１６を選択したときに得られた透過バンドである
ことを示す。この図から明らかなように、本構成によ
り、スペクトル分解能がチャンネル間隔１０ＧＨｚに等
しく、使用可能波長レンジが１５４３〜１５５７ｎｍす
なわち前段ＡＷＧ１９のフリースペクトラルレンジＦＳ
Ｒ1＝１．６ＴＨｚに等しい狭帯域光バンドパスフィル
タが実現できることが証明できた。
【００９６】図４２は、本発明による光バンドパスフィ
ルタの第２の実施例を示す図であって、本実施例の構成
の特徴は図４０の実施例における光スイッチ２１と１０
４が行う機能を４×１の光スイッチ２５、１０８と１×
４の光スイッチ２４、１０７で置き換えたものである。
ＡＷＧ１９とＡＷＧ２０の光入射端＃１、＃２、＃３、
＃４に光スイッチ２４と光スイッチ１０７の各光出射端
が接続され、＃１、＃５、＃９、＃１３の光出射端にそ
れぞれ光スイッチ２５と光スイッチ１０８の光入力端が
接続されている。これは、各ＡＷＧで４個の光入射端と
４個の光出射端を選択することにより、ＡＷＧが分波で
きる１６個の全ての透過バンドを一意的に選択できるか
らである。これらの光スイッチを１×２または２×１を
基本とする光スイッチでのツリーまたはカスケード接続
することにより、小規模な光スイッチで系を構築するこ
とができる。
【００９７】図４３は、本発明における光バンドパスフ
ィルタの第３の実施例を示す図である。本実施例は、そ
れぞれ１×４の光スイッチと４×１の光スイッチで挟ま
れたＡＷＧを同一基板上に作製した光回路２９と光回路
１０９を光ファイバ１１０で接続し、光スイッチ３１に
接続された光ファイバ１０５と光回路１０９の出射側の
光スイッチ１１２に接続された光ファイバ１０６をそれ
ぞれ光入射端および光出射端とする光バンドパスフィル
タを示す。バルク型の光スイッチでは両端の光ファイバ
ピグテールの引き回しに広い空間が必要であるが、本構
成では全ての光回路が同一基板上に作製されているの
で、装置としての特性を保持したままで大幅な小型化が
可能であるという利点がある。ここで、１１１、１１２
はそれぞれ１×４および４×１の光スイッチ、１１３か
ら１１８までは光スイッチング用の薄膜ヒータを示す。
【００９８】図４４は、本発明における光バンドパスフ
ィルタの第４の実施例を示す図であって、互いにバンド
幅条件を満たす波長分波回路４２、１９および２０を３
段にカスケード接続した構成の波長分波器を用いてい
る。本実施例では、図２３に示した光スペクトラムアナ
ライザの第６の実施例において、最終段のＡＷＧ２０の
光出射端に１６×１の光スイッチ１０４を接続する。光
スイッチ４３と２１の各状態に対して、光スイッチ１０
４によりＡＷＧ２０の各光出射端＃１、＃２、・・・、
＃１６と光ファイバピッグテール１０６を順次光学的に
接続することで、１０ＧＨｚの透過バンドを、ＡＷＧ４
２のフリースペクトラルレンジであるＦＳＲ0＝１６Ｔ
Ｈｚにわたってスキャンすることが可能となる。すなわ
ち、バンド幅１０ＧＨｚのバンドを１６ＴＨｚ／１０Ｇ
Ｈｚ＝１，６００チャンネル実現することができる。
【００９９】図４５は、本発明における光バンドパスフ
ィルタの第５の実施例を示す図であって、図４４に示し
た光バンドパスフィルタの実施例における３段カスケー
ド接続型の波長分波器における１６×１光スイッチ４
３、２１、１０４を１×４の光スイッチ４４、２４、１
０７と４×１の光スイッチ４５、２５、１０８で置き換
えた構成であり、小規模光スイッチを用いて系を構成で
きることが特徴である。
【０１００】図４６に示す光バンドパスフィルタの第６
の実施例は、先に示した光スイッチとＡＷＧを同一基板
上に集積化した光回路４６、２９および１０９を光ファ
イバ４７と光ファイバ１１０で接続した構成を示す。こ
れにより、幅１０ＧＨｚのバンドを１６ＴＨｚにわたっ
てスキャンできるという特性を保持したまま装置全体の
大きさを大幅に低減することができる。同様にして、全
光回路を同一基板上に作成して光集積化を行うことも可
能である。
【０１０１】図４７は、本発明における波長分波器の他
の実施例を示す図であって、ＡＷＧ１９に対して、ＡＷ
Ｇ２０と同一の特性を有する１６台のＡＷＧ（１１９と
１２０はそのうちの２台を示す）を並列に接続した波長
分波器である。１２１、１２２および１２３はＡＷＧの
光出力端に接続された光ファイバアレイである。光ファ
イバ１０５は、前段ＡＷＧ１９の＃６の光入射端に接続
されている。前段ＡＷＧ１９の＃１の光出射端を後段Ａ
ＷＧ２０の一つの光入射端に接続し、以下同様にして前
段ＡＷＧ１９の光出射端＃２、＃３、・・・、＃１６を
ＡＷＧ２０と同一の特性のＡＷＧにそれぞれ接続したも
のである。前段ＡＷＧ１９のバンド幅は並列接続された
１６台の後段ＡＷＧのフリースペクトラルレンジＦＳＲ
1よりも狭いので、光ファイバアレイ１２１内の各光フ
ァイバ端に分波される光にはＦＳＲの整数倍だけ離れた
光は含まれない。これは前段ＡＷＧ１９のバンドを後段
ＡＷＧのバンドで一意的に細分化（スライス）すること
ができることを示す。図１３で示した通り、前段ＡＷＧ
の透過バンドは台形の形をしているので、光ファイバア
レイ１２１内のある光ファイバ端に分波される光パワー
がそのバンドの裾の部分で減衰してしまった場合には、
隣接バンドに存在する分波周波数が同じである光ファイ
バ端を用いることができる。本実施例における波長分波
器の独立した分波周波数の個数（チャンネルの個数）
は、ＦＳＲ1／ｃｈ2＝１６０である。ここでｃｈ2は後
段ＡＷＧのチャンネル間隔である。
【０１０２】図４７に示した実施例では、並列接続され
た第１の波長分波器、つまり、前段のＡＷＧ１９のチャ
ンネル間隔は１００ＧＨｚであり、前記第１の波長分波
器に並列接続された複数の第２波長分波器、つまり、後
段のＡＷＧ２０、１１９、１２０等のチャンネル間隔は
１０ＧＨｚである。上述した２種のＡＷＧを直列接続し
た構成例においては、図１７に示した第２の実施例にお
いて説明したとおり、前段と後段に用いる２種のＡＷＧ
の接続順序を交換した際にも、同様の効果が達成され
る。この前段と後段の順序を入れ替えた際にも、同様の
効果が得られる特徴は、並列接続の構成においても、当
然に保持される。従って、図４７の構成に代えて、前段
にチャンネル間隔がより狭いＡＷＧを用い、それに並列
接続する後段にチャンネル間隔がより広いＡＷＧを用い
ることができる。具体的には、図４８に示すように、前
段の第１の波長分波器１９として、図４７に示したＡＷ
Ｇ２０と同じチャンネル間隔が１０ＧＨｚのＡＷＧを用
い、第１の波長分波器の後段に並列接続される複数の第
２の波長分波器２０、１１９、１２０として図４７に示
したＡＷＧ１９と同じチャンネル間隔が１００ＧＨｚの
ＡＷＧを用いる。図４８に示した構成においても、得ら
れる機能は、図４７に示した構成と本質的に変らないこ
とは明らかである。通常、チャンネル間隔が狭くなるほ
どＡＷＧのサイズは増大するとともに、チャンネルクロ
ストークを低減するためには、より高い作製制度が必要
となる。例えば、図４８に示した例のように、前段の波
長分波器にチャンネル間隔がより狭いＡＷＧを用い、そ
れに並列接続する後段の波長分波器にチャンネル間隔が
より広いＡＷＧを用いる構成とすると、構成全体の寸法
が小さくなる。すなわち、全構成を同一基板上に集積化
することがより容易となる利点を持つ。また、全構成を
同一基板上に集積化することが可能となると、例えば、
前段のＡＷＧと後段のＡＷＧとをファイバー部品等で接
続することによる接続損失の問題を回避できる等の付随
する利点も生ずる。
【０１０３】図４９は、本発明による波長分波器のさら
に他の実施例を示す図であって、１２４、１２５、１２
７、１２８は３ポート光サーキュレータ、１２６および
１２９はそれぞれＡＷＧ２０およびＡＷＧ１２２の光入
出射端に接続された光ファイバアレイである。図４７の
実施例では、前段ＡＷＧ１９の１６個の光出射端のそれ
ぞれに後段ＡＷＧを接続したが、本実施例では、光サー
キュレータを用いて後段ＡＷＧの個数を半減させたこと
を特徴とする。前段ＡＷＧ１９の＃１の出射端に分波さ
れた光を後段ＡＷＧ２０の＃１の光入射端に入射させる
一方、＃２の出射端に分波された光を後段ＡＷＧ２０の
＃１の光出射端に入射させる。それぞれの光入射に対し
て後段ＡＷＧで分波された光をそれぞれ１６個の光出射
端１２１および光入射端１２６から抽出する。ただし、
後段ＡＷＧ２０の＃１の光入射端と＃１の光出射端はい
ずれも光入射用に使われているので、光サーキュレータ
１２４と１２５を用いて分波された光を抽出する。以下
同様にして前段ＡＷＧ１９の（＃３、＃４）、（＃５、
＃６）、・・・、（＃１５、＃１６）の光出射端に分波
された光を各後段ＡＷＧの１カ所の光入射端と光出射端
に入射せしめ、光出射端と光入射端から分波光を抽出す
る。図４８において、前段ＡＷＧ１９の出射端（＃１
５、＃１６）に接続されたＡＷＧ１２２の光出射端が１
２３であり光入射端が１２９である。
【０１０４】図５０は、前段ＡＷＧの透過バンドと後段
ＡＷＧの分波周波数の関係を示す図であって、ｃｈ1と
δν1は前段ＡＷＧのチャンネル間隔と透過バンド幅で
あり、ＦＳＲ2は後段ＡＷＧのフリースペクトラルレン
ジである。黒く塗りつぶされた９個の長方形は前段ＡＷ
Ｇにおいて＃８を光入射端とした時に光出射端が＃１、
＃２、・・・、＃９である場合の透過バンドを示す。以
後これらのバンドを＃１、＃２、・・・、＃１６のバン
ドと呼ぶ。透過バンド幅δν1がＦＳＲ2よりも狭いの
で、前段ＡＷＧの光入射端＃９を後段ＡＷＧの特定の光
入射端＃ｉに接続した場合、後段ＡＷＧの光出射端＃
１、＃２、・・・、＃１６の中にはその出射光パワーが
無視できるほど小さくなるような光出射端が少なくとも
一つ存在する。これを光出射端＃ｊとする。具体的に
は、図５０において分波周波数がν1なる光出射端を＃
ｊに選べばよい。後段ＡＷＧの有する分波周波数の周期
性によって、ＦＳＲ2だけ離れた光周波数ν2、ν3、・
・・、ν7も後段ＡＷＧの＃ｉから入射して＃ｊに分波
される光周波数となる。図５０において、＃１のバンド
と光周波数ν6の関係は、＃９のバンドとν1の関係と同
じである。これは、前段と後段のＡＷＧのチャンネル間
隔とフリースペクトラルレンジの値から８×ｃｈ1＝６
×ＦＳＲ2の関係が成立するためである。このため、前
段ＡＷＧの光出射端＃１を後段ＡＷＧの光入射端＃ｉに
接続すると、その光出射端＃ｊに分波される光パワーは
無視できるほど小さくなる。可逆性を考慮に入れれば、
前段ＡＷＧの光出射端＃１を後段ＡＷＧの光出射端＃ｊ
に接続した場合、その入射端＃ｉに分波される光周波数
のパワーは無視できるほど小さい。従って、前段ＡＷＧ
の＃１と＃９（＝１＋８）の光出射端を後段ＡＷＧの光
入射端＃ｉと光出射端＃ｊに接続すると、それぞれに分
波される光パワーは無視できるほど小さくなる。
【０１０５】すなわち、図４９に示した実施例における
ＡＷＧ２０の＃ｉおよび＃ｊを光入射端として選択すれ
ば、これらの端子に分波される光を光サーキュレータを
用いて抽出する必要はなくなる。この点に着目して、光
サーキュレータを取り除いた構成が、図５１に示す波長
分波器である。図５１においては、前段ＡＷＧの他のバ
ンドに対しても後段ＡＷＧの特定の光入射端を選び、こ
れらの端子に前段ＡＷＧの（＃２、＃１０）、・・・、
（＃８、＃１６）の光出射端を接続してある。
【０１０６】図５２（ａ）〜（ｄ）は、図５１に示した
波長分波器、つまり並列接続の構成例において、全光フ
ァイバ出射ポート（１１９，１２６，１２３，１２９
等）で得られる分波特性を示す図である。図５２（ａ）
〜（ｄ）の測定例に示すとおり、図５１に示した波長分
波器の例において、チャンネル間隔が１０ＧＨｚで、全
チャンネル数が３２０チャンネルを実現することができ
た。チャンネル間の近接クロストークは−２０ｄＢ以下
であった。図５２（ａ）〜（ｄ）に示した例により説明
したとおり、図４７、４９および５１に示した波長分波
器のそれぞれの光出射端に光検出器を設置して分波され
た光パワーを測定することにより、並列接続を特徴とす
る光スペクトラムアナライザを実現することができる。
一方、各光出力からの光を一つずつ抽出するための多入
力１出力光スイッチを設置すれば、並列接続型光バンド
パスフィルタを構成することも可能である。
【０１０７】図５３は、本発明による波長分波器を用い
た光スペクトルアナライザの第１３の実施例を示す図で
あって、この実施例は、直列接続したＡＷＧ１９とＡＷ
Ｇ２０の組を１６台用意し、これらをＡＷＧ４２に対し
て並列に接続した光スペクトラムアナライザである。１
３０は光スイッチ２４と同じ光スイッチ、１３１はＡＷ
Ｇ１９と同じチャンネル間隔１００ＧＨｚの１６×１６
ＡＷＧ、１３２は光スイッチ２５と同じ４×１光スイッ
チ、１３３はＡＷＧ２０と同じチャンネル間隔１０ＧＨ
ｚの１６×１６ＡＷＧ、１３４は光検出器アレイ２２と
同じ光検出器アレイである。周波数のチューニングレン
ジは、図２４に示した３段直列接続型と同じであるが、
第１段のＡＷＧで分波された各波長帯に対して最適なＡ
ＷＧの組をそれぞれ使用できる点が本並列接続の特徴で
ある。また、本実施例において、光検出器アレイを取り
除き、これら全ての端子を多入力１出力の光スイッチで
接続することにより、直列接続と並列接続を併用した光
バンドパスフィルタを構築することができる。
【０１０８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の波長分波
器によれば、少なくとも１個の光入射端と複数の光出射
端を有する第１の波長分波回路と、基板上に形成され、
かつ複数の光入出射端と１個または２個の光合分波部お
よび複数のアレイ導波路とを含み、各光入出射端を通過
できる光周波数の幅を示す透過バンド幅が第１の波長分
波回路の透過バンド幅と異なるアレイ導波路格子型の少
なくとも１個の第２の波長分波回路とを具備し、第１及
び第２の波長分波回路のそれぞれ少なくとも１個が、１
つの出射端と１つの入射端で光学的に接続され、第２の
波長分波回路の最終段の光出射端を波長分波器の光出力
端とするので、互いに透過バンド幅の異なる波長分波回
路を接続することによってチャンネル数を飛躍的に増加
させることができる。
【０１０９】また、本発明の光スペクトラムアナライザ
によれば、上述した波長分波器と、波長分波器に光を入
射するための光源と、第２の波長分波回路が１個の場合
にはその複数の光出射端のそれぞれに接続され、第２の
波長分波回路が複数の場合には最後段の波長分波回路の
複数の光出射端のそれぞれに接続された複数の光検出器
と、該複数の光検出器に到達する光パワーの平均値を測
定し、かつ各光検出器に分波される分波周波数に対する
単位周波数当たりの平均的光強度を求める信号処理手段
とを有するので、少なくとも１台の第１の波長分波回路
の各光出射端と、この第１の波長分波回路のバンド幅よ
りもフリースペクトラルレンジであるＦＳＲが大きくな
るバンド幅条件を満たすＡＷＧを光スイッチを介して接
続し、ＡＷＧの周期性によってＦＳＲの整数倍だけ離れ
た周波数の光を第１の波長分波回路で遮断することによ
り、ＡＷＧの各光出力端からの光周波数を一意的に限定
することができる。したがって、広い周波数領域をカバ
ーできるとともに、アレイ導波路格子型の波長分波回路
を用いて小型の光スペクトラムアナライザを得ることが
できる。
【０１１０】また、本発明の光バンドパスフィルタによ
れば、上述した波長分波器と、波長分波器の各光出射端
を順次選択する光スイッチとを備えたので、各波長分波
回路の光入出射端を光スイッチで光学的に接続し、ある
波長分波回路の光入射端および他の波長分波回路の出射
端をこの光バンドパスフィルタのそれぞれ光入射端およ
び光出射端に設定し、各スイッチのＯＮ、ＯＦＦで決定
されるすべての組み合わせのうち、この指定された光入
射端から入射してこの指定された光出射端に分波される
光周波数が一通りに限られるすべての場合を順次実現す
ることでそのバンド中心周波数をスキャンすることがで
きる。したがって、バンド幅の狭帯域化と偏波依存損失
を少なくし、広い周波数領域で使用可能な光バンドパス
フィルタを得ることができる。
【０１１１】このように本発明によれば、チャンネル数
が飛躍的に拡大された波長分波器や狭帯域で使用波長域
が広帯域でありながら可動部分が存在しない光スペクト
ラムアナライザや光バンドパスフィルタを構築できるの
で、光通信におけるＷＤＭ分野での不可欠な部品・測定
器を提供できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＡＷＧの構成を示す図である。
【図２】ＡＷＧの特定の光出射端の分波特性を示す図で
ある。
【図３】ＡＷＧの全ポートの分波特性を示す図である。
【図４】ＡＷＧを用いた従来の光スペクトラムアナライ
ザの構成を示す図である。
【図５】測定用光源出射光のスペクトルを示す図であ
る。
【図６】図５に示したスペクトルを有する光源を従来構
成の光スペクトラムアナライザのＡＷＧに入射させたと
きの全１６光出射端の分光スペクトルを示す図である。
【図７】従来の光バンドパスフィルタの構成を示す図で
ある。
【図８】ＡＷＧを用いた従来の光バンドパスフィルタの
構成を示す図である。
【図９】本発明による波長分波器を用いた光スペクトラ
ムアナライザの第１の実施例を示す図である。
【図１０】全１６ポートの分波スペクトルを示す図であ
る。
【図１１】２台のＡＷＧの透過スペクトルの関係（巡回
性条件が満たされない場合）を示す図である。
【図１２】２台のＡＷＧの透過スペクトルの関係（巡回
性条件が満たされた場合）を示す図である。
【図１３】前段ＡＷＧの＃９、＃１０、＃１１光出射端
の透過バンドを示す図である。
【図１４】前段ＡＷＧの＃８、＃９、＃１０光出射端か
らの出力を後段ＡＷＧに＃８から入射させたときの全１
６光出射端の分波スペクトルを示す図である。
【図１５】全１６光出射端からの出力を示す図である。
【図１６】第１の実施例による測定値と実測値（図５）
とを比較して示す図である。
【図１７】本発明による波長分波器を用いた光スペクト
ラムアナライザの第２の実施例を示す図である。
【図１８】本発明による波長分波器を用いた光スペクト
ラムアナライザの第３の実施例を示す図である。
【図１９】１×４光スイッチの構成例を示す図である。
【図２０】本発明による波長分波器を用いた光スペクト
ラムアナライザの第４の実施例を示す図である。
【図２１】本発明による波長分波器を用いた光スペクト
ラムアナライザの第５の実施例を示す図である。
【図２２】本発明の波長分波器に用いられる波長分波回
路の実施例を示す図である。
【図２３】本発明による波長分波器を用いた光スペクト
ラムアナライザの第６の実施例を示す図である。
【図２４】本発明による波長分波器を用いた光スペクト
ラムアナライザの第７の実施例を示す図である。
【図２５】本発明による波長分波器を用いた光スペクト
ラムアナライザの第８の実施例を示す図である。
【図２６】本発明による波長分波器を用いた光スペクト
ラムアナライザの第９の実施例を示す図である。
【図２７】偏波光スイッチの構成を示す図である。
【図２８】本発明による波長分波器を用いた光スペクト
ラムアナライザの第１０の実施例を示す図である。
【図２９】偏波ビームスプリッターモジュールの構成を
示す図である。
【図３０】本発明による波長分波器を用いた光スペクト
ラムアナライザの第１１の実施例を示す図である。
【図３１】本発明の波長分波回路に好適なアレイ導波路
型光分波回路の第１の実施例を示す図である。
【図３２】本発明の波長分波回路に好適なアレイ導波路
型光分波回路の第２の実施例を示す図である。
【図３３】本発明による波長分波器を用いた光スペクト
ラムアナライザの第１２の実施例を示す図である。
【図３４】本発明の波長分波回路に好適なアレイ導波路
型光分波回路の第３の実施例を示す図である。
【図３５】本発明の波長分波回路に好適なアレイ導波路
型光分波回路の第４の実施例を示す図である。
【図３６】位相補償板の配置を示す図である。
【図３７】本発明の波長分波回路に好適なアレイ導波路
型光分波回路の第５の実施例を示す図である。
【図３８】図３７に示した本発明の波長分波回路の変形
例を示す図である。
【図３９】図３７に示した本発明の波長分波回路の変形
例を示す図である。
【図４０】本発明のよる光バンドパスフィルタの第１の
実施例を示す図である。
【図４１】本発明の実施例による代表的な光バンド特性
を示す図である。
【図４２】本発明による光バンドパスフィルタの第２の
実施例を示す図である。
【図４３】本発明による光バンドパスフィルタの第３の
実施例を示す図である。
【図４４】本発明による光バンドパスフィルタの第４の
実施例を示す図である。
【図４５】本発明による光バンドパスフィルタの第５の
実施例を示す図である。
【図４６】本発明による光バンドパスフィルタの第６の
実施例を示す図である。
【図４７】本発明による波長分波回路の他の実施例を示
す図である。
【図４８】本発明による波長分波回路の他の実施例を示
す図である。
【図４９】本発明による波長分波回路のさらに他の実施
例を示す図である。
【図５０】前段ＡＷＧの透過バンドと後段ＡＷＧの分波
周波数の関係を示す図である。
【図５１】本発明による波長分波回路のさらに他の実施
例を示す図である。
【図５２】図５０に示した本発明による波長分波回路の
さらに他の実施例における全出射ポートの波長分布特性
の測定例を示す図である。
【図５３】本発明による波長分波器を用いた光スペクト
ラムアナライザの第１３の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 光入射端 ３ 分岐部 ４ アレイ導波路 ５ 合波部 ６ 光出射端 ７ 光源 ８ 光ファイバピッグテール ９ １６×１６ＡＷＧ １０ 光検出器アレイ １１、１３ 光ファイバピッグテール １２、１４ コリメートレンズ １５ 誘電蒸着フィルタ １６、１８ 光ファイバピッグテール １７ １６×１光スイッチ １９ チャンネル間隔１００ＧＨｚのＡＷＧ ２０ チャンネル間隔１０ＧＨｚのＡＷＧ ２１ １６×１光スイッチ ２２ １６台の光検出器アレイ ２３ 信号処理系 ２４ １×４光スイッチ ２５ ４×１光スイッチ ２６、２７、２８ １×２光スイッチ ２９ 光スイッチとＡＷＧが集積化された光回路 ３０ ＡＷＧ ３１ 導波路型１×４光スイッチ ３２ 導波路型４×１光スイッチ ３３、３４、３５、３６、３７、３８ ヒータ ３９ 光スイッチとＡＷＧが集積化された光回路 ４０ 導波路型１×４光スイッチ ４１ 導波路型４×１光スイッチ ４２ チャンネル間隔１ＴＨｚのＡＷＧ ４３ １６×１光スイッチ ４４ １×４光スイッチ ４５ ４×１光スイッチ ４６ 光スイッチとＡＷＧが集積化された光回路 ４７ 光ファイバ ４８ 光ファイバ ６２ 偏波光スイッチ ６３ 光ファイバピッグテール ６４ パンダ光ファイバピッグテール ６５ ＡＷＧ２０に面したパンダ光ファイバの断面 ６６ ＡＷＧ２０の光入射端の断面 ６７、６９、７１ コリメートレンズ ６８ 偏波ビームスプリッター ７０、７２ パンダファイバ ７３ パンダファイバ７０の光入射端における断面 ７４ パンダファイバ７２の光入射端における断面 ７５ ２×１の機械的光スイッチ ７６、７７ 光スイッチ７５の光入射用のパンダファイ
バ ７８ 偏波ビームスプリッターモジュール ７９ ２×１光スイッチとＡＷＧが集積化された光回路 ８０ 導波路型２×１光スイッチ ５４、５５ ３ポート光サーキュレータ ８１、８２ 偏波コントローラ ８３ 光ファイバアレイ ８４ 光検出器アレイ ８５ 信号処理系 ８６ 反射板 ８７ 反射板８６のアレイ導波路に接した面 ８８ アレイ導波路の平行領域 ８９ アレイ導波路の発散領域 ９０ アレイ導波路の収束領域 ９１ アレイ導波路の平行領域 ９２ アレイ導波路の平行領域 ９３ 反射型ＡＷＧ ９４ 光ファイバアレイ ９５ １／４波長板 ９６ 反射面 ９７ 無反射面 ９８ 位相トリミング用の位相補償板 ９９ アレイ導波路の全てを垂直に横断する溝 １００ 屈折率補償液（アレイ導波路の平行領域） １０１ アレイ導波路の発散領域 １０２ アレイ導波路の収束領域 １０３ １／２波長板 １０４ １６×１の光スイッチ １０５ 光ファイバピッグテール １０６ 光ファイバ １０７ １×４光スイッチ １０８ ４×１光スイッチ １０９ 光スイッチとＡＷＧが集積化された光回路 １１０ 光ファイバ １１１ １×４光スイッチ １１２ ４×１光スイッチ １１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８ 薄
膜ヒータ １１９、１２０ ＡＷＧ２０と同一の特性を有するＡＷ
Ｇ １２１、１２２、１２３ ＡＷＧの光出射端に接続され
た光ファイバアレイ １２４、１２５、１２７、１２８ ３ポート光アイソレ
ータ １２６、１２９ ＡＷＧの光出射端に接続された光ファ
イバアレイ １３０ １×４光スイッチ １３１ チャンネル間隔１００ＧＨｚの１６×１６ＡＷ
Ｇ １３２ ４×１光スイッチ １３３ チャンネル間隔１０ＧＨｚの１６×１６ＡＷＧ １３４ 光検出器アレイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−30730（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14 G02B 6/28 - 6/293 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (27)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入射光を分波して複数の光出力端のそれ
    ぞれより出射する波長分波器において、 少なくとも１個の光入射端と複数の光出射端を有する第
    １の波長分波回路と、 基板上に形成され、かつ複数の光入出射端と１個又は２
    個の光合分波部及び複数のアレイ導波路とを含み、前記
    各光入出射端を通過できる光周波数の幅を示す透過バン
    ド幅が、前記第１の波長分波回路の透過バンド幅と異な
    るアレイ導波路格子型である少なくとも１個の第２の波
    長分波回路と、 を具備し、前記第１及び第２の波長分波回路のそれぞれ
    少なくとも１個が、１つの出射端と１つの入射端で光学
    的に接続され、前記第２の波長分波回路における最終段
    の光出射端を前記波長分波器の光出力端とすることを特
    徴とする波長分波器。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の波長分波器において、
    前記第１及び第２の波長分波回路の一方は、その分波さ
    れる光周波数の周期を示すフリースペクトラルレンジが
    他方の波長分波回路の透過バンド幅よりも広いことを特
    徴とする波長分波器。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の波長分波器にお
    いて、前記第１の波長分波回路はアレイ導波路格子型の
    波長分波回路であることを特徴とする波長分波器。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の波長
    分波器において、前記第１及び第２の波長分波回路の少
    なくとも一方は、複数の光入射端と光合分波部及び複数
    のアレイ導波路とを有し、前記光合分波部に接続された
    各アレイ導波路が、互いに発散する発散領域と、該発散
    領域に続く各アレイ導波路が互いに収束する収束領域
    と、該収束領域に続く各アレイ導波路が互いに平行とな
    る平行領域とを有し、かつ該平行領域内においてアレイ
    導波路のすべてを横切る溝、間隙又は該平行領域の終端
    部に、反射板あるいはアレイ導波路と反対側の面に反射
    面を有する１／４波長板が設置されている反射型アレイ
    導波路型の波長分波回路であることを特徴とする波長分
    波器。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至３のいずれかに記載の波長
    分波器において、前記第１及び第２の波長分波回路の少
    なくとも一方は、複数の光入射端と光合分波部及び複数
    のアレイ導波路を有する反射型アレイ導波路型の波長分
    波回路であり、前記光合分波部に接続された直後の各ア
    レイ導波路は、すべて平行となる第１の平行領域と、該
    平行領域に続く各アレイ導波路が互いに広がる発散領域
    と、該発散領域に続く各アレイ導波路が収束する収束領
    域と、該収束領域に続く各アレイ導波路が平行となる第
    ２の平行領域を有し、該第１又は第２の平行領域内また
    は該第２の平行領域の終端部のいずれかにアレイ導波路
    の全てを横切る溝を有し、該溝に位相補償板が配設さ
    れ、該第２の平行領域の終端部に１／４波長板が配設さ
    れ、かつ該１／４波長板のアレイ導波路と反対側の面に
    反射鏡が施されていることを特徴とする波長分波器。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至３のいずれかに記載の波長
    分波器において、前記第１及び第２の波長分波回路の少
    なくとも一方は、複数の光入射端と、第１の光合分波部
    と、第２の光合分波部と、前記第１及び第２の光合分波
    部間に形成された複数のアレイ導波路とを有し、前記第
    １の光合分波部と前記第２の光合分波器との間に、各ア
    レイ導波路が互いに発散する発散領域と、該発散領域に
    続く各アレイ導波路が互いに収束する収束領域との組合
    せを複数個配設し、該複数個の組合せのうちの互いに隣
    接する組合せの間、または前記複数個の組合せのうち前
    記第２の光合分波部と隣接する組合せと前記第２の光合
    分波部との間に、各アレイ導波路が互いに平行となる平
    行領域を少なくとも１個配設し、かつ前記平行領域内に
    アレイ導波路のすべてを横切る溝を有し、該溝に１／２
    波長板又は位相補償板が配置されているアレイ導波路型
    の波長分波回路であることを特徴とする波長分波器。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の波長分波器において、
    前記複数個の組合せのうち、前記第２の合分波部と隣接
    する組合せと前記第２の合分波部との間に、各アレイ導
    波路が互いに平行となる第２の平行領域を配設し、該第
    ２の平行領域の終端部に、反射板あるいはアレイ導波路
    と反対側の面に反射面を有する１／４波長板が配設され
    ていることを特徴とする波長分波器。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれかに記載の波長
    分波器において、前記第１の波長分波回路と第２の波長
    分波回路とが光スイッチを介して接続されていることを
    特徴とする波長分波器。
  9. 【請求項９】 請求項１乃至７のいずれかに記載の波長
    分波器において、前記第１の波長分波回路に複数の第２
    の波長分波回路が直列に接続されていることを特徴とす
    る波長分波器。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の波長分波器におい
    て、直列接続された全ての波長分波回路のうちで最大透
    過バンド幅を有する波長分波回路以外のアレイ導波路格
    子型の波長分波回路に対しては、その透過バンド幅が当
    該アレイ導波路格子型の波長分波回路におけるフリース
    ペクトラルレンジの幅よりも狭くなるような他の波長分
    波回路を含むことを特徴とする波長分波器。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の波長分波器におい
    て、前記複数の波長分波回路のうちでアレイ導波路格子
    型の波長分波回路に対しては、そのフリースペクトラル
    レンジの幅をＦＳＲ、隣り合う光出射端に分波される光
    周波数の間隔を表わすチャンネル間隔をｃｈ、後段の波
    長分波器との接続に使用される光出射端の個数をＭ、透
    過バンド幅をδν、０≦κ≦２．０である定数κに対し
    て ｜ＦＳＲ−Ｍ×ｃｈ｜≦κδν なる連続性条件が満たされ、これらＭ個の光出射端に分
    波される光周波数が同一のフリースペクトラルレンジ内
    に全て含まれることを特徴とする波長分波器。
  12. 【請求項１２】 請求項１０又は１１に記載の波長分波
    器において、直列に接続されたアレイ導波路格子型の波
    長分波回路同士を結ぶ光スイッチを有し、該光スイッチ
    は、前記アレイ導波路格子型の波長分波回路における特
    定のＮ個の光入射端とその前段に設置された波長分波回
    路の１個の光出射端とを結ぶ１×Ｎの光スイッチと、当
    該アレイ導波路格子型の波長分波回路における特定のＭ
    個の光出射端と次段に設置された波長分波回路の１個の
    光入射端とを結ぶＭ×１の光スイッチとを少なくとも１
    組有することを特徴とする波長分波器。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の波長分波器におい
    て、前記１入力多出力および多入力１出力の光スイッチ
    が接続されるアレイ導波路格子型の波長分波回路に対
    し、該アレイ導波路格子型の波長分波回路がフリースペ
    クトラルレンジ内で分波可能な個数をＬとして、このＬ
    通りの分波を実現する上で必要最小限な１組の光入射端
    と光出射端を選択し、これら光入出射端の個数をそれぞ
    れＮ、Ｍとして、１×Ｎの光スイッチとＭ×１の光スイ
    ッチを介して、前段および後段の波長分波回路の光入出
    射端が接続されていることを特徴とする波長分波器。
  14. 【請求項１４】 請求項１２に記載の波長分波器におい
    て、前記１×Ｎ光スイッチにより前段の波長分波回路と
    接続された後段の波長分波回路は、請求項４乃至８のい
    ずれかに記載の反射型のアレイ導波路型光分波回路であ
    り、前記１×Ｎ光スイッチと前記反射型アレイ導波路型
    の波長分波回路における光入射端の１つと光サーキュレ
    ータを介して接続され、該アレイ導波路型の波長分波回
    路の残りの光入射端と前記光サーキュレータの他の光出
    射端を、前記アレイ導波路型の波長分波回路の光出射端
    とすることを特徴とする波長分波器。
  15. 【請求項１５】 請求項１乃至８のいずれかに記載の波
    長分波器において、前記第１の波長分波回路に複数の第
    ２の波長分波回路が並列に接続されていることを特徴と
    する波長分波器。
  16. 【請求項１６】 請求項１５に記載の波長分波器におい
    て、前記第１の波長分波回路と前記複数の第２の波長分
    波回路のうちで少なくとも一方におけるアレイ導波路格
    子型の波長分波回路に対しては、そのフリースペクトラ
    ルレンジの幅をＦＳＲ、隣り合う光出射端に分波される
    光周波数の間隔すなわちチャンネル間隔をｃｈ、後段の
    波長分波器との接続に使用される光出射端の個数をＭ、
    透過バンド幅をδν、０≦κ≦２．０である定数κに対
    して ｜ＦＳＲ−Ｍ×ｃｈ｜≦κδν なる連続性条件が満たされ、これらＭ個の光出射端に分
    波される光周波数が同一のフリースペクトラルレンジ内
    に全て含まれることを特徴とする波長分波器。
  17. 【請求項１７】 請求項１５又は１６に記載の波長分波
    器において、前記第１の波長分波回路のうちで特定の２
    個の光出射端の一方が、前記複数の第２の波長分波回路
    の光入射端に接続され、他方が前記複数の第２の波長分
    波回路の光出射端に接続されていることを特徴とする波
    長分波器。
  18. 【請求項１８】 請求項１７に記載の波長分波器におい
    て、前記第１の波長分波回路の選択された各光出射端に
    光サーキュレータが接続され、該光サーキュレータの出
    射端が前記第２の波長分波回路の光入射端および光出射
    端に接続されていることを特徴とする波長分波器。
  19. 【請求項１９】 請求項１７に記載の波長分波器におい
    て、前記第１の波長分波回路における予め定められた第
    １および第２の光出射端と、前記第２の波長分波回路の
    接続される予め定められた第１および第２の光入出射端
    について、前記第１の光出射端から前記第２の光入出射
    端に分波される光パワーと、前記第２の光出射端から前
    記第１の光入出射端に分波される光パワーを、残余の光
    入出射端に分波される光パワーと比較して無視し得る程
    度に小さくなるような組合せと定めたことを特徴とする
    波長分波器。
  20. 【請求項２０】 請求項１乃至８のいずれかに記載の波
    長分波器において、前記波長分波回路のうちの１個の波
    長分波回路が、一意的に分波できる波長域を複数個の波
    長域に分割し、各分割された波長域に対応する波長分波
    回路の光出射端に、請求項１１乃至１６のいずれかに記
    載の直列接続された複数の波長分波回路を、光スイッチ
    又は光伝送媒体を介して光学的に接続して波長分波回路
    群の並列接続として構成したことを特徴とする波長分波
    器。
  21. 【請求項２１】 請求項２０に記載の波長分波器におい
    て、前記波長分波回路群の最終段における波長分波回路
    の光入出射端又は光出射端を、多入力１出力の光スイッ
    チを介して新たな波長分波器に接続したことを特徴とす
    る波長分波器。
  22. 【請求項２２】 請求項２０又は２１に記載の波長分波
    器において、前記並列接続を複数個繰り返し設けたこと
    を特徴とする波長分波器。
  23. 【請求項２３】 光源からの出射光の単位周波数あたり
    の平均光パワーを光周波数の関数として測定する光スペ
    クトラムアナライザにおいて、 請求項１乃至２２のいずれかに記載の波長分波器と、 該波長分波器に光を入射するための光学系と、 前記第２の波長分波回路が１個の場合には、その複数の
    光出射端のそれぞれに接続され、前記第２の波長分波回
    路が複数の場合には、最後段における波長分波回路の複
    数の光出射端にそれぞれ接続された複数の光検出器と、 該複数の光検出器に到達する光パワーの平均値を測定
    し、かつ各光検出器に分波される分波周波数に対する単
    位周波数当たりの平均的光強度を求める信号処理手段
    と、 を有することを特徴とする光スペクトラムアナライザ。
  24. 【請求項２４】 請求項２３に記載の光スペクトラムア
    ナライザにおいて、前記光スイッチと、該光スイッチで
    接続された波長分波回路の光入射端との間に偏波ビーム
    スプリッターが配設され、該偏波ビームスプリッターに
    より空間的に分離された偏波方向が偏波ビームスプリッ
    ターの入射面に平行なＰ波と、偏波方向が偏波ビームス
    プリッターの入射面に垂直なＳ波を、それぞれ独立に接
    続された波長分波回路に入射させることを特徴とする光
    スペクトラムアナライザ。
  25. 【請求項２５】 請求項２４に記載の光スペクトラムア
    ナライザにおいて、前記光スイッチと、該光スイッチで
    接続されたアレイ導波路格子型の波長分波回路の光入射
    端との間に、偏波ビームスプリッターと、該偏波ビーム
    スプリッターにより空間的に分離された前記Ｐ波とＳ波
    をそれぞれ独立に伝搬させるための光伝送系と、該Ｐ波
    またはＳ波の一方を空間的に９０度回転させて該Ｓ波ま
    たはＰ波の偏光方向と一致させるための光学系と、該Ｐ
    波またはＳ波と空間的に９０度回転させられたＳ波また
    はＰ波の光のいずれかを該アレイ導波路格子型の波長分
    波回路の光入射端に同一の主軸モードで入射させるため
    の光スイッチとを有する偏波光スイッチが配設されてい
    ることを特徴とする光スペクトラムアナライザ。
  26. 【請求項２６】 請求項２４又は２５に記載した光スペ
    クトラムアナライザにおいて、前段の波長分波回路と後
    段のアレイ導波路型の波長分波回路を接続するＮ×１光
    スイッチに偏波ビームスプリッターを接続し、該偏波ビ
    ームスプリッターで分離された前記Ｐ波とＳ波を空間的
    に分離し、かつそれぞれ独立に伝搬させる２本の光伝送
    路と、該２本の光伝送路の一方を前記アレイ導波路型の
    波長分波回路の一つの光入射端に第１の光サーキュレー
    タを介して接続し、該２本の光伝送路の他方を該アレイ
    導波路型の波長分波回路の一つの光出射端に第２の光サ
    ーキュレータを介して接続し、これら光入射においては
    該アレイ導波路型の分波光回路における伝搬モードＴＥ
    又はＴＭの一方の主軸のみを励起させるために設けられ
    た偏波制御機構と、該アレイ導波路型光分波回路の光入
    射端および光出射端からの光入射に対して発生する、光
    出射端と第２の光サーキュレータからの光出力および光
    入射端と第１の光サーキュレータからの光出力をそれぞ
    れ測定するための光検出器アレイとを具備したことを特
    徴とする光スペクトラムアナライザ。
  27. 【請求項２７】 光の入射端と出射端を有し、該光入射
    端から入射した光の特定の周波数成分のみを該光出射端
    から通過させる中心周波数を可変できる光バンドパスフ
    ィルタにおいて、 請求項１乃至２２のいずれかに記載の波長分波器と、 該波長分波器の各光出力端を順次選択する光スイッチ
    と、 を備えたことを特徴とする光バンドパスフィルタ。
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