CN102272643A - 光合分波电路以及使用光合分波电路的光模块和光通信系统 - Google Patents

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Abstract

在现有技术的同步AWG中，如果要扩展通带宽度，则透射中心光频附近的损耗增加不可避免。能够在确保通带的平坦性的状态下扩展的带宽有限，就透射率特性为0.5dB带宽而言，其极限为光频信道间隔的45％左右。由于该带宽的限制，存在以下问题：同步AWG不能应用于信号光通过很多地点的复杂且大规模的通信系统。本发明的光合分波电路是同步AWG，且具备设置在与一个平板波导侧相连接的干涉电路中的光分束器。光分束器的分光比根据光频进行变化，并在同步AWG的透射中心光频附近取极小值。在偏离透射中心光频某种程度的光频的情况下，使分光比变得较大来进行动作。较为理想的是将光分束器的分光比的变化周期设为与同步AWG的光频信道间隔相同或是其一半。

Description

光合分波电路以及使用光合分波电路的光模块和光通信系统
技术领域
本发明涉及一种光合分波电路。更为详细地说，涉及一种以阵列波导衍射光栅为基本结构的具有宽通带宽度的光合分波电路。
背景技术
目前，正盛行由形成在硅基板上的石英系玻璃波导构成的平面光波电路(Planer Light wave Circuit：以下简称为PLC)的研究开发。利用了PLC技术的阵列波导衍射光栅(Arrayedwaveguide Grating：以下简称为AWG)在光通信用系统中发挥着重要作用。AWG是具有如下功能的光合分波电路：将对多个光频进行多路复用得到的信号光(波长多路复用信号)分波为配置有规定的光频信道间隔的各信号光，或者将各信号光合波为一个波长多路复用信号。
伴随光通信系统的发展，还开始构建一种利用环形网、网状网等连接多个地点、且能够灵活地切换通信路径的网络系统。在这种高级的网络中，要求不将光信号转换为电信号，而是保持光信号的状态通过多个地点来进行处理。要求在此使用的光合分波电路通带带宽宽、平坦，且具有低损耗的透射特性。专利文献1提出一种组合了干涉电路和AWG的同步AWG型光合分波电路来作为具有良好的透射特性的光合分波电路。该同步型光合分波电路具有如下特征：光信号即使多次通过多个光合分波电路，光信号的劣化也较小或者损耗变动相对于光信号的波长波动较小。
图23是示出了现有技术的同步AWG型光合分波电路的结构的一例的俯视图。该光合分波电路3100由第一平板波导3101、阵列波导3102、第二平板波导3103、第二输入输出波导3104、以及第一输入输出波导3105构成。在第一输入输出波导3105与第一平板波导3101之间依次连接有光分束器3106、第一臂波导3107、第二臂波导3108、以及光模合成耦合器3109。位于第一输入输出波导3105与第一平板波导3101之间的各要素构成干涉电路。
具有上述结构的同步AWG型光合分波电路进行如下动作。当具有多个波长的光波入射到第一输入输出波导3105时，通过光分束器3106分支到第一臂波导3107和第二臂波导3108。在两个臂波导3107、3108中，光波以基模光进行传播，由于两个臂波导的光程差，因此在分支得到的各光波间，与波长相应地产生相位差。在光模合成耦合器3109中，分支得到的各光波再次汇合。
此时，从第一臂波导3107输入到光模合成耦合器3109的基模光被转换为单模光。另一方面，从第二臂波导3108输入到光模合成耦合器3109的基模光以基模光的状态进行汇合。因而，从光模合成耦合器3109输出的光波是由基模光与单模光合成而得到的。合成得到的光场特性根据基模光与单模光的相位差、即光波的波长而发生变化。
图24是示出了上述光合分波电路中的光模合成耦合器附近的结构的一例的图。光模合成耦合器3109由波导宽度不对称的定向耦合器构成。波导3109a和波导3109b分别与第一臂波导3107和第二臂波导3108相连接。设定各波导的宽度以使波导3109a中的基模光的有效折射率与波导3109b中的单模光的有效折射率大体一致，由此作为合成基模光和单模光的光模合成耦合器而进行动作。
波导3109b还依次连接有多模波导3201、3203。在两个多模波导3201、3203之间连接有锥形波导3202。这些波导3201、3202、3203并不是必要部件，在要对与第一平板波导3101相连接的波导的宽度进行调整的情况下设置这些部件。另外，多模波导3201、3203以及锥形波导3202必须至少能够传播基模光和单模光。在与第一平板波导3101相连接的多模波导3203的终端处(p轴)，光场根据相位差(波长)而周期性地变化，合成得到的光场的峰值位置也在p轴上周期性地变动。
如上所述，构成于第一输入输出波导3105与第一平板波导3101之间的干涉电路使光波光场的峰值位置根据波长而周期性地变动后将光波输入到第一平板波导3101。
另一方面，输入到第一平板波导3101的光波由于阵列波导3102中相邻波导间的光程差而产生与波长相应的相位差。在第二平板波导3103的终端处光波的聚光位置与该相位差(即输入光波的波长)相应地发生变化。即，在与第二平板波导3103终端处的聚光位置相应的第二输入输出波导3104的波导中，被分别分波为期望波长的光波。
在上述的光合分波电路中，当多模波导3203的终端处的光场的峰值位置改变时，输入到第一平板波导3101的光波的输入位置发生变化。由于输入到第一平板波导3101的光波的输入位置发生变化，因此到达阵列波导3102内的各波导的光程长度也发生变化。即，即使阵列波导3102中相邻波导间的光程差不变，光合分波电路3100整体的光程差也发生变化。最终，其结果是在第二平板波导3103的终端处，光的聚光位置发生变化。
上述干涉电路以及AWG整体的一系列动作意味着：通过第一臂波导3107和第二臂波导3108的光程差能够调整在第二平板波导3103的终端处进行聚光的光波的位置。例如，在某个波长范围内，能够设定AWG以及第一平板波导侧的干涉电路的各参数，以使多模波导3203终端处的光场的峰值位置变化与阵列波导3102中相邻波导间的光程差所引起的光波在第二平板波导3103终端处的聚光位置变化同步。由此，在该波长范围内，通过使在第二平板波导3103终端处进行聚光的光波的位置停留，光合分波电路能够获得平坦的透射光谱特性。
为了实现上述同步的动作，在AWG中需要使第二输入输出波导3104中被分波的光的光频信道间隔与连接于第一平板波导3101的干涉电路中的光频周期一致。进行上述同步动作的光合分波电路也被称为同步AWG。
专利文献1：日本专利4100489号说明书
专利文献2：国际公开专利WO98/36288号刊
非专利文献1：J.Leuthold，et al.，“Multimode Interference Couplers for the Conversion and Combining of Zero-andFirst-Order Modes”，JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY，Vol.16，pp.1228-1238，1998.
发明内容
发明要解决的问题
然而，在上述的同步AWG中，能够扩展的通带宽度是有限度的。为了扩展通带宽度，只要提高在光模式合成耦合器3109中被合成的单模光的强度比来使合成光场在p轴上的峰值位置的位移幅度变大即可。在此，单模光的强度比是指单模光的功率与基模光的功率和单模光的功率之和的比。合成光场的峰值位置根据光频不同在p轴上以p＝0为中心向两侧以正弦函数的形式周期性地位移。根据同步AWG的动作原理，光合分波电路的透射中心波长与合成光场的峰值位置处于p轴上的0位置时的光频对应。
如果单模光的强度比不断提高，则合成光场的形状会脱离于基模的场的形状而逐渐变形。特别是，当合成光场的峰值位置处于p轴上的最大位移的中央附近(即p＝0)时，场形状的变形尤为显著。
同步AWG的透射率根据输入到第一平板波导3101的光场和第二输入输出波导与第二平板波导3103相连接的端面处的固有光场的重叠积分来决定。后者的固有光场是基模光的场。因而，当输入到第一平板波导3101的光场的形状脱离于基模光的场的形状而不断变形时，由于场的失配而产生损耗。随着提高单模光的强度比，会出现合成光场在p轴上的最大位移的中央附近(p＝0)、即透射中心波长附近损耗增加的倾向。
图25是示出了将单模光的强度比作为参数的同步AWG的透射强度光谱波形的图。示出了单模光的强度比为10％、20％、30％的情况。横轴为归一化的光频，将光频信道间隔设为1。
图26是放大地示出图25所示的强度光谱波形的顶端附近的图。将横轴放大2倍、纵轴大概放大10倍并示出。根据图25和图26可知，随着提高单模光的强度比，通带宽度呈放大的趋势。然而，在透射中心光频附近损耗反而增加，更确切地说，通带内的透射率丧失了平坦性。
这样，在基于现有技术的同步AWG中，如果要放大通带宽度，则无法避免透射中心光频附近的损耗增加。能够确保通带内的透射率的平坦性而扩展的带宽有限，就透射率特性为0.5dB的带宽而言，其极限为光频信道间隔的45％左右。当网络系统变得大规模且复杂时，信号光会通过更多地点，一个信号光会通过多个光合分波电路。在多个光合分波电路为级联的情况下，产生的对通带带宽的限制效应累积。由于上述带宽的限制，存在以下问题：对于使信号光通过更多地点的复杂且大规模的通信系统来说，不能应用同步AWG。
图27是将单模光的强度比作为参数来示出基于现有技术的同步AWG的透射强度光谱和透射群延迟特性光谱的图。示出了单模光的强度比为10％、20％、30％的情况下的、透射率为-3dB以上的光频范围内的透射群延迟特性光谱。横轴是归一化的光频，且将光频信道间隔设为1。
如图27所示，基于现有技术的同步AWG的透射群延迟特性光谱即使在通带内也不是完全平坦的，而是具有某种程度凹凸的形状。当光合分波电路的透射群延迟特性光谱不平坦时，由于相位失真，使通过光合分波电路的信号光的传输质量劣化。即使在每个光合分波电路中产生的传输质量的劣化是微小的，但如果将多个光合分波电路进行多级连接来使用，则信号光的相位失真会被累积。因而，在包含多个光合分波电路的复杂且大规模的通信系统中，存在不能应用同步AWG的问题。以往，也没有关于使透射群延迟特性光谱变得完全平坦的宽带同步AWG的报告。
本发明是鉴于这些问题而完成的，其目的在于提供一种在确保通带的平坦性的同时与现有技术相比更进一步扩展了带宽的同步AWG型光合分波电路。
用于解决问题的方案
为了实现这种目的，本发明提供一种光合分波电路，具备：阵列波导衍射光栅，其包括阵列波导以及与上述阵列波导的两端相连接的第一平板波导和第二平板波导；第一输入输出波导，其经由干涉电路与上述第一平板波导光学连接；以及第二输入输出波导，其与上述第二平板波导相连接，该光合分波电路的特征在于，上述干涉电路包括：第一臂波导；第二臂波导，其与上述第一臂波导并列设置，且长度与上述第一臂波导的长度不同；光模合成耦合器，其连接在上述第一臂波导和上述第二臂波导的各自的一端与上述第一平板波导的端部之间，使从上述第一臂波导输入的基模光与单模光耦合，并在与上述第一平板波导的连接面上形成峰值位置周期性地变化的光场分布；以及分束器，其与上述第一臂波导和上述第二臂波导的各自的另一端相连接，上述干涉电路的光频周期与上述阵列波导衍射光栅的光频信道间隔一致，上述分束器的分光比以与上述干涉电路的光频周期相同或一半的光频周期进行变化，在上述阵列波导衍射光栅中的各信道的透射中心光频附近，上述分光比取极小值。上述光合分波电路也被称为同步型AWG。
较为理想的是，能够设为上述分束器由以下部件构成：具有规定的光程差的第三臂波导和第四臂波导；以及与上述两个臂波导的两端相连接的前级光耦合器和后级光耦合器。
另外，能够设为上述前级光分束器和后级光耦合器是定向耦合器。
另外，较为理想的是，还能够设为将上述光模合成耦合器是由宽度不同的两根波导构成的定向耦合器。
较为理想的是，还能够设为在上述定向耦合器的上述两根波导中，宽度窄的波导的宽度从上述第一臂波导侧起逐渐减小，以减小到指定宽度的位置为终端。
另外，较为理想的是，也可以在上述定向耦合器的上述两根波导中，宽度窄的波导通过被插入了使光衰减的遮光材料的槽而以规定的位置为终端。
另外，还能够设为上述光模合成耦合器构成为包括沿光的行进方向纵向连接的两个多模干涉电路。
本发明的光合分波电路的其它方式的特征在于，具备：第一槽，其形成为横穿上述阵列波导、上述第一平板波导和上述第二平板波导中的至少一个，在该第一槽内插入有折射率温度系数与形成有上述第一槽的波导的有效折射率温度系数不同的材料，来补偿上述阵列波导衍射光栅的透射中心波长的温度相关性；第二槽，其至少形成在上述第一臂波导和上述第二臂波导中的较长的一个臂波导上，在该第二槽内插入有折射率温度系数与形成有上述第二槽的波导的有效折射率温度系数不同的材料，来补偿上述第一臂波导与上述第二臂波导的光程差的温度相关性；以及第三槽，其至少形成在上述第三臂波导和上述第四臂波导中的较长的一个臂波导上，在该第三槽内插入有折射率温度系数与形成有上述第三槽的波导的有效折射率温度系数不同的材料，来补偿上述第三臂波导与上述第四臂波导的光程差的温度相关性。
较为理想的是，上述第一槽、上述第二槽以及上述第三槽中的至少一个槽相对于光的行进方向被分割成多个槽。
本发明的光合分波电路还能够适用于光模块。即，本发明的其它实施方式的光模块的特征在于，具备：至少一个上述第一类型的光合分波电路；透射强度光谱，其形状与上述第一类型的光合分波电路的透射强度光谱形状相同；以及第二类型的光合分波电路，其具有形状是在群延迟时间轴方向上将上述第一类型的光合分波电路的透射群延迟时间光谱反转得到的形状的透射群延迟时间光谱，并且与配置于同一传输区间内的上述第一类型的光合分波电路数量相同，其中，上述第二类型的光合分波电路以如下方式构成：将上述第一类型的光合分波电路的上述第一臂波导与上述第二臂波导的光程差的值进行正负反转，且将上述第一类型的光合分波电路的上述第三臂波导与上述第四臂波导的光程差的值进行正负反转。在此，反转得到的形状的透射群延迟时间光谱如下：以群延迟时间固定的固定群延迟时间线为线对称轴，将透射群延迟时间光谱沿延迟时间轴方向进行反转而得到的透射群延迟时间光谱。
另外，本发明的其它实施方式的光模块的特征在于，具备：至少一个上述第一类型的光合分波电路；透射强度光谱，其形状与上述第一类型的光合分波电路的透射强度光谱形状相同；以及第二类型的光合分波电路，其具有形状是在群延迟时间轴方向上将上述第一类型的光合分波电路的透射群延迟时间光谱反转得到的形状的透射群延迟时间光谱，并且第二类型的光合分波电路与上述第一类型的光合分波电路数量相同，其中，上述第二类型的光合分波电路以如下方式构成：将上述第一类型的光合分波电路的与上述第一输入输出波导与和上述前级光耦合器的两个输入的连接对换，且使上述第一臂波导与上述第二臂波导的光程差增加半个波长的光程，并且将与上述第一臂波导和上述第二臂波导以及上述光模合成耦合器的两个输入的连接对换，且使上述光模合成耦合器相对于入射轴线对称地反转配置。在此，反转得到的形状的透射群延迟时间光谱如下：以群延迟时间固定的固定群延迟时间线为线对称轴，将透射群延迟时间光谱沿延迟时间轴方向进行反转而得到的透射群延迟时间光谱。
本发明的光合分波电路和光模块当然还能够扩展至光通信系统。即，能够将上述第一类型的光合分波电路和同数量的上述第二类型的光合分波电路配置于光通信网络的同一个传输区间内。将第一类型和第二类型两种类型的AWG型光合分波电路进行组合，能够实现平坦的群延迟特性。
发明的效果
如上述说明，根据本发明，能够解决现有技术的同步AWG中通带宽度受限制的问题。能够兼顾两个要求，即通带的平坦性和宽带宽。并且，能够实现被进行了温度补偿的光合分波电路。即使在使一个信号光通过多个地点的通信系统中，也能够实现可充分应用的光合分波电路。另外，将透射群延迟特性光谱沿群延迟时间轴方向反转的本发明的光合分波电路成对地组合应用，由此能够构建透射群延迟特性光谱平坦化、传输质量的劣化较少的光通信系统。
附图说明
图1是表示本发明的光合分波电路的结构的图，(a)示出了整体结构图，(b)是示出了光模合成耦合器与第一平板波导的边界附近的放大图的图。
图2表示在光模合成耦合器与第一平板波导相连接的端面处产生的光场分布，(a)示出基模，(b)示出单模。
图3是示出了本发明的光合分波电路的光分束器的分光比变化的图。
图4是用(a)、(b)、(c)来表示通过光分束器使透射率发生变化时的合成光场分布的光频变化的图。
图5是本发明的第一实施例所涉及的光合分波电路的结构图。
图6是将第一实施例的光合分波电路中的光分束器与第一平板波导之间的部分进行放大的俯视图。
图7是示出了第一实施例的光合分波电路的光衰减器的透射率变化的图。
图8是示出了第一实施例所涉及的光合分波电路的透射强度光谱波形的图。
图9是图8所示的透射强度光谱波形的顶端附近的放大图。
图10是放大地示出其它结构的光模合成耦合器附近的结构图。
图11是放大地示出另一个结构的光模合成耦合器附近的结构图。
图12是放大地示出其它结构的光模合成耦合器附近的结构图。
图13是示出了在图5所示的光合分波电路中进一步抑制了透射波长的温度相关性的实施例的结构的图。
图14是将抑制了温度相关性的实施例的光分束器与第一平板波导之间的部分进行放大的图。
图15是本发明的第二实施例所涉及的光合分波电路的结构图。
图16是将第二实施例的光合分波电路中的光分束器与第一平板波导之间的部分进行放大的图。
图17是表示第二实施例的光合分波电路中的光分束器的分光比变化的图。
图18是示出了第二实施例所涉及的光合分波电路的透射强度光谱波形的图。
图19是放大地示出图18的透射强度光谱波形的顶端附近的图。
图20是示出了光分束器与第一平板波导之间的部分的其它结构例的图。
图21是示出了在图15所示的光合分波电路中进一步抑制了透射中心波长的温度相关性的实施例的结构的图。
图22是放大地示出抑制了温度相关性的实施例中的光分束器与第一平板波导之间的部分的图。
图23是现有技术的同步AWG型光合分波电路的一例的结构图。
图24是现有技术的光合分波电路的光模合成耦合器附近的结构图。
图25是示出了将单模光的强度比设为参数的现有技术的同步AWG的透射强度光谱波形的曲线图。
图26是放大地示出图25所示的透射特性的顶端附近的强度光谱波形的图。
图27是将单模光的强度比设为参数来示出现有技术的同步AWG的透射强度光谱和透射群延迟特性光谱的图。
图28是第三实施例所涉及的第一结构的光合分波电路的结构图。
图29是示出了第一结构的光合分波电路的透射强度光谱和透射群延迟特性光谱的图。
图30是第三实施例所涉及的第二结构的光合分波电路的结构图。
图31是示出了第二结构的光合分波电路的透射强度光谱和透射群延迟特性光谱的图。
图32是第三实施例所涉及的第三结构的光合分波电路的结构图。
图33是示出了第三结构的光合分波电路的透射强度光谱和透射群延迟特性光谱的图。
图34是将第三实施例所涉及的第一结构和第三结构集成于同一芯片内的光合分波电路的结构图。
图35是包括第三实施例所涉及的光合分波电路的光模块的结构图。
图36是包括第三实施例所涉及的光合分波电路的光通信系统的结构图。
具体实施方式
如已说明那样，在同步AWG型光合分波电路中，随着单模光的强度比的提高，基模光与单模光的合成光场的形状脱离于基模光场的形状而发生变形。本发明的发明者尤为关注在合成光场的峰值位置位于位移中央附近(p＝0)时其变形程度显著这一点。即，通过与光频相应地调制单模光的强度比能够使强度比在合成光场的峰值位置位于位移中央附近时极小。由此，能够抑制合成光场的形状的变形，并能够抑制在透射中心光频附近损耗增加。本发明关注干涉电路的光分束器。通过对光分束器自身分配使来自光分束器的两个输出的分光比根据光频进行周期性地变化的机构，能够调制单模光的强度比。下面，详细地说明本发明的光合分波电路的结构和动作。
本发明的光合分波电路是同步AWG，在设置于与其中一个平板波导的一侧相连接的干涉电路内的光分束器中，两个输出间的分光比与光频相应地变化，并在同步AWG的透射中心光频附近取极小值。在偏离透射中心光频某种程度的光频的情况下，使分光比变大来进行动作。能够将光分束器的分光比的变化周期设为同步AWG的光频信道间隔除以自然数(1、2、…)而得到的光频。根据在透射中心光频附近使分光比尽量小的要求，优选将自然数设为1或2。即，较为理想的是将光分束器的分光比的变化周期设为与同步AWG的光频信道间隔相同、或是该同步AWG的光频信道间隔的一半。
图1的(a)是本发明的光合分波电路的结构图。光合分波电路100具备第一平板波导101、阵列波导102、第二平板波导103、第二输入输出波导104、以及第一输入输出波导105。在第一输入输出波导105与第一平板波导101之间依次连接有光分束器106、第一臂波导107、第二臂波导108、以及光模合成耦合器109，由此来构成干涉电路。在本发明的光合分波电路中，针对光频，光分束器106的分光比周期性地变化。
图1的(b)是放大地示出(a)中的光模合成耦合器与第一平板波导的边界附近、即b部分的图。利用光模合成耦合器109，在与第一平板波导相连接的端面上产生基模光场和单模光场的合成光场。如已说明那样，合成光场的峰值位置在与连接端面相切的p轴上以p＝0为中心向正负两侧移位。
图2是示出了在光模合成耦合器与第一平板波导相连接的端面上产生的各模的光场分布例的图。示出了在光模合成耦合器109与第一平板波导101相连接的端面上产生的(a)基模光场分布、(b)单模光场分布的例子。横轴与图1中的p坐标轴对应，将光模合成耦合器109的中心位置设为p＝0。
图3是示出了本发明的光合分波电路的光分束器的分光比变化例的图。横轴示出了将某信道的光频设为零、将光频信道间隔设为1的归一化的光频。纵轴用反对数(％)来表示分光比。在此，分光比是指分支到第一臂波导107的光的光功率与总光功率的比。例示了在0～20％的范围内变化的余弦曲线作为透射率变化。实线表示分光比变化的周期与光频信道间隔一致的情况，虚线示出了分光比变化的周期是光频信道间隔的一半的情况。作为比较，用一点划线来示出现有技术的同步AWG的光分束器的情况，分光比固定为20％。
图4是示出了通过光分束器改变分光比时的两个模光的合成光场分布的光频变化的图。针对图3所示的改变各分光比的情况，示出了光频导致图2所示的两个模光的合成光场分布变化的情况。在图4中，(a)示出了分光比固定为20％的现有技术的同步AWG的情况，(b)示出了光分束器的分光比变化周期与光频信道间隔相同的情况，(c)示出了光分束器的分光比变化周期是光频信道间隔的一半的情况。针对各种情况，分别用实线表示合成光场的峰值位置处于中央时(p＝0)的分布，用两种虚线来表示合成光场的峰值位置处于距离中央最远的最大位移位置时的分布。
如图4的(a)可知，在基于现有技术的同步AWG的合成光场中，当合成光场的峰值位置处于中央附近(p＝0)时，光场分布的峰部被压缩，视为是基模光场形状出现变形。这是由于受到通过光模合成耦合器进行合成的单模光的影响。由于该合成光场形状的变形，在同步AWG的透射中心光频附近损耗呈现增加的趋势。因而，在包含现有技术的同步AWG的光合分波电路中，为了获得平坦的透射特性，需要将通过光模合成耦合器进行合成的单模光的强度比抑制在某种程度较低的水平。
另一方面，在具备本发明的光分束器的光模合成耦合器所产生的合成光场中，如图4的(b)、(c)所示，即使在合成光场的峰值位置处于中央附近(p＝0)的情况下，也不会发生脱离基模光场的形状的变形。这是由于当p轴上的合成光场处于中央附近(p＝0)时，因光分束器106的分光比变化而使要作为单模光耦合的光波的强度大致变为零。通过这种光分束器106的分光比的调制作用，即使在同步AWG的透射中心光频的附近也能够抑制损耗增加。从整体上，能够在提高合成的单模光的强度比的同时获得通带的平坦性，从而能够兼顾宽通带宽度和平坦性。下面，详细地说明本发明的更具体的实施例。
实施例1
本发明的第一实施例所涉及的光合分波电路与如下情况对应：使同步AWG的光分束器的分光比以与光频信道间隔相同的周期发生变化。
图5是表示本实施例的同步AWG型光合分波电路的结构的俯视图。光合分波电路1100具备第一平板波导1101、阵列波导1102、第二平板波导1103、第二输入输出波导1104、以及第一输入输出波导1105。在第一输入输出波导1105与第一平板波导1101之间依次连接有光分束器1106、第一臂波导1107、第二臂波导1108、以及光模合成耦合器1109。光分束器1106的分光比根据光频而周期性地变化。
如果详细说明各构成要素，则光合分波电路1100的波导的相对折射率差Δ为1.5％、波导芯厚度为4.5μm。阵列波导1102、第二输入输出波导1104、第一输入输出波导1105、第一臂波导1107、以及第二臂波导1108的波导芯宽度都为4.5μm。另外，第一平板波导1101和第二平板波导1103的长度都为7600μm。
在第二输入输出波导1104与第二平板波导1103相连接的部分，以15μm的间隔配置有波长信道数的波导。在该第二平板波导侧的终端处设置有开口宽度为12μm的直线锥形波导。另外，光合分波电路1100被设计成：波长信道数为40、光频信道间隔为100GHz、中央的信道(第21个信道)的透射光频为194.1THz。阵列波导1102的波导条数为200条，相邻的阵列波导间的长度之差为33.9μm。第一臂波导1107的长度与第二臂波导1108的长度之差为2020μm。
图6是放大地示出本实施例的光合分波电路的光分束器1106与第一平板波导1101之间的部分的俯视图。下面，对各构成要素的更为具体的结构进行说明。
光分束器1106由第三臂波导1201、第四臂波导1202、作为前级光分束器而发挥功能的定向耦合器1203和作为后级光耦合器而发挥功能的定向耦合器1204构成。光模合成耦合器1109由波导宽度不对称的定向耦合器构成。波导1109a和波导1109b分别与第一臂波导1107和第二臂波导1108相连接。波导1109a的波导宽度为2.5μm，波导1109b的波导宽度为8μm，将二者的长度都设为500μm。波导1109a中的基模光的有效折射率与波导1109b中的单模光的有效折射率大体一致。因而，输入到波导1109a的光大致100％地与波导1109b的单模光相耦合，从而作为光模合成耦合器而进行动作。波导1109b还与多模波导1204、1206相连接。两个多模波导1204、1206之间设置有锥形波导1205。将与第一平板波导1101相连接的波导1206的宽度设为17μm。
在光分束器1106中，第三臂波导1201的长度与第四臂波导1202的长度之差为2020μm。另外，分别将定向耦合器1203的耦合率设计为2.5％，将定向耦合器1204的耦合率设计为10％。
图7是表示本实施例的光合分波电路的光分束器的分光比变化的图。横轴是归一化的光频，将某信道的透射中心光频设为0，将光频信道间隔设为1。在此，分光比是指分光到第一臂波导1107的光的光功率与总光功率的比率。在本实施例中，光分束器1106的分光比在3％至21％的范围内，以与光频信道间隔相同的周期发生变化。即，光分束器1106的分光比根据光频发生变化，并在同步AWG的透射中心光频附近取极小值3％。并且，希望注意的是，在偏离透射中心光频某一程度的光频的情况下，使分光比变得较大来进行动作。
图8是示出本实施例的光合分波电路的中央的信道(第21个信道)的透射光谱波形的图。横轴表示光频(THz)，纵轴用dB来表示透射率。
图9是放大地示出图8的透射光谱波形的顶端部分的图。将横轴放大2倍，纵轴放大10倍。根据图8和图9可知，本实施例的光合分波电路在维持通带的平坦性的同时实现了比现有技术更为宽的带宽。在本实施例中，0.5dB通带宽度为64GHz，实现了光频信道间隔(100GHz)的64％。与在现有技术中最大限度为光频信道间隔的45％左右的带宽相比，0.5dB带宽扩展了19％。
在本实施例中，如图6所示，作为光模合成耦合器1109，应用了波导宽度不对称的定向耦合器，但光模合成耦合器1109的实现方式并不限于该结构，也能够应用各种方法。
图10是放大地示出其它结构的光模合成耦合器附近的结构图。图10的结构包括与图6的结构相同的非对称定向耦合器。但是，与图6的结构的不同点在于：一个波导1109a经由进一步连接的输出波导而终止于槽1301。槽1301中被插入吸收光的遮光材料，遮光材料与输出波导之间的界面不垂直于波导，而是从垂直面起倾斜8度。与图6的结构相比，通过该结构能够遮断来自波导1109a的未与波导1109b耦合而微量残余的光。具有以下特征：能够抑制杂散光侵入第一平板波导1101等，并且还可抑制再次向输出波导方向反射的光，因此能够实现进一步改善串扰和反射特性的光合分波电路。
图11是放大地示出另一结构的光模合成耦合器附近的结构图。本结构也包括与图6的结构相同的非对称定向耦合器。但是，本结构与图6的结构存在以下的不同点：波导1109a的宽度逐渐变窄，终止于宽度0。将波导1109a、波导1109b的长度分别设为1500μm。根据该结构，与图6的结构相比能够使来自波导1109a的光波与波导1109b的光波的耦合率更加接近100％，因此能够实现进一步改善损耗特性的光合分波电路。
图12是放大地示出其它结构的光模合成耦合器附近的结构图。在本结构中，光模合成耦合器1109由两个多模干涉电路(MMI)构成。非专利文献1中记载了该结构的详细。本光模合成耦合器1109由第一MMI 1401、第二MMI 1402、以及中间波导1403、1404、1405构成。第一MMI 1401的宽度为20μm、长度为754μm，第二MMI 1402的宽度为20μm、长度为377μm。并且，中间波导1403的宽度为4.5μm、长度为50μm，中间波导1404的宽度为4.5μm、长度为51.5μm，中间波导1405的宽度为4.5μm、长度为53μm。
一般地，MMI与定向耦合器相比，相对于波导宽度的变化，分光特性的变化较小。根据本结构，与图6的结构相比，即使在产生了波导宽度的制作误差的情况下，也不会对从臂波导1407输入的基模光与多模波导1205的单模光相耦合的耦合率造成影响。因此，能够实现制作容差更大且生产率优良的光合分波电路。
图13是示出在图5所示的光合分波电路中进一步抑制了透射中心波长的温度相关性的实施例的结构的图。对与图5所示的结构不同的、形成在平板波导上的槽进行说明。专利文献2公开有抑制AWG等的透射波长的温度相关性的方法。
图14是将抑制了温度相关性的本实施例的结构的光分束器与第一平板波导之间的部分进行放大的图。在此，对与图6所示的结构不同的、形成在臂波导上的槽进行说明。
在图13中，在第一平板波导1101上形成槽1901，以截断波导。另外，在图14中，形成了槽1902和槽1903以截断第一臂波导1107和第三臂波导1201。任何一个槽都被插入折射率温度系数与波导的有效折射率温度系数不同的材料(温度补偿材料)。
关于图13的槽1901，以使槽1901的槽宽与光波的波长相应地改变的方式将槽1901做成圆弧状弯曲的三角形。更为详细地说，将在第一平板波导1101中传播且要输入到阵列波导1102中的一个波导的光波通过槽1901时所横跨的槽宽W1与要输入到阵列波导1102内的在先前的波导外侧且与之相邻的波导的光波通过槽1901时所横跨的槽宽W2的差满足下式的关系。
W1-W2＝-α/α’×ΔL        式(1)
在此，ΔL表示相邻的阵列波导的长度之差，α表示阵列波导的有效折射率温度系数，α’表示所插入的温度补偿材料的折射率温度系数。为了极力抑制槽中的光波的衍射损耗，将槽1901分割为8份。另外，对槽1901进行设定，以使分割得到的槽的宽度总和满足式(1)的条件。
图14的槽1902具有-α/α’·Δl1的槽宽。在此，Δl1是第一臂波导1107的长度与第二臂波导1108的长度之差。另外，槽1903具有-α/α’·Δl2的槽宽。在此，Δl2是第三臂波导1201的长度与第四臂波导1202的长度之差。为了极力抑制槽中的光波的衍射损耗，将槽1902和槽1903都分割为6份来进行配置。
作为温度补偿材料，优选容易安装到槽中且透明的材料。另外，各槽的槽宽越狭窄，越能够抑制光波的衍射损耗。基于该观点，优选使α’的绝对值尽量大，且α’的符号与α的符号相反。在波导材料为石英系(α＝1×10-5[℃-1])的情况下，作为合适的温度补偿材料，例如有硅树脂(α’＝-3.5×10-4[℃-1])。
在上述实施方式中，示出了在第一平板波导上形成槽并对槽填充温度补偿材料的结构，但并不仅限于该结构。即，将槽形成在第二平板波导的结构、将槽形成在阵列波导的结构、或将槽形成在这些多个部位的结构的情况也能够获得同样的效果。
如上所述，根据本实施例的光合分波电路，即使在同步AWG的透射中心光频的附近也能够抑制损耗增加。从整体上来说，能够在提高进行合成的单模光的强度比的同时获得通带的平坦性。能够实现如下一种光合分波电路：兼顾宽通带宽度和平坦性，并且还进行了温度补偿。
实施例2
本发明的第二实施例所涉及的光合分波电路与如下情况对应：使同步AWG的光分束器的分光比以光频信道间隔的一半的周期发生变化。
图15是表示本实施例的同步AWG型光合分波电路的结构的俯视图。本实施例的光合分波电路2100具备第一平板波导2101、阵列波导2102、第二平板波导2103、第二输入输出波导2104、以及第一输入输出波导2105。在第一输入输出波导2105与第一平板波导2101之间依次连接有光分束器2106、第一臂波导2107、第二臂波导2108、以及光模合成耦合器2109。光分束器2106的分光比根据光频而周期性地变化。
如果详细说明各构成要素，则光合分波电路2100的波导的相对折射率差Δ为1.5％、波导芯厚度为4.5μm。阵列波导2102、第二输入输出波导2104、第一输入输出波导2105、第一臂波导2107、第二臂波导2108的波导芯宽度分别为4.5μm。第一平板波导2101和第二平板波导2103的长度分别为7600μm。在第二输入输出波导2104与第二平板波导2103相连接的部分，以15μm的间隔配置有波长信道数的波导。在第二平板波导2103侧的终端处设置有开口宽度为12.5μm的直线锥形波导。
光合分波电路2100被设计为波长信道数为40、光频信道间隔为100GHz、中央的信道(第21个信道)的透射光频为194.1THz。阵列波导2102的波导条数为200条，相邻的阵列波导的长度之差为33.9μm。第一臂波导2107的长度与第二臂波导2108的长度之差为2020μm。
图16是放大地示出本实施例的光合分波电路的光分束器2106与第一平板波导2101之间的部分的俯视图。下面，说明各构成要素的更为具体的结构。
光分束器2106由第三臂波导2201、第四臂波导2202、作为前级光分束器而发挥功能的定向耦合器2203以及作为后级光耦合器而发挥功能的定向耦合器2204构成。光模合成耦合器2109由波导宽度不对称的定向耦合器构成。波导2109a和波导2109b分别与第一臂波导2107和第二臂波导2108相连接。在光模合成耦合器2109中，波导2109a的宽度从2.5μm起逐渐变窄终止。波导2109b的宽度固定为8μm。
定向耦合器2202、2203的长度分别设为1500μm。输入到波导2109a的光大致100％地与波导2109b的单模光耦合，从而作为光模合成耦合器而进行动作。波导2109b还与多模波导2205、2207相连接。多模波导2205、2207之间设置有锥形波导2206。与第一平板波导2101相连接的波导2207的宽度被设计为16.5μm。
在光分束器2106中，第三臂波导2201的长度与第四臂波导2202的长度之差为4041μm。另外，将定向耦合器2203的耦合率设计为14.4％，将定向耦合器2204的耦合率也设计为14.4％。
图17是表示本实施例的光合分波电路的光分束器的分光比变化的图。横轴是归一化的光频，将某信道的透射中心光频设为0，将光频信道间隔设为1。在此，分光比是指分光到第一臂波导的光的光功率与总光功率的比率。在本实施例中，光分束器2106的分光比在0％至50％的范围内，以光频信道间隔的一半为周期发生变化。即，光分束器2106的分光比根据光频而发生变化，并在同步AWG的透射中心光频附近取极小值0％。希望注意的是，在偏离透射中心光频某种程度的光频下，使透射率变得较大来进行动作。
图18是示出了本实施例的光合分波电路2100的中央信道(第21个信道)的透射光谱波形的图。横轴表示光频(THz)，纵轴表示透射率(dB)。
图19是放大地示出图18的透射光谱波形的顶端部分的图。将横轴放大2倍，将纵轴放大10倍。根据图18和图19可知，本实施例的光合分波电路2100在维持通带的平坦性的同时实现了比现有技术更为宽的带宽。在本实施例中，0.5dB通带宽度为62GHz，实现了光频信道间隔(100GHz)的62％。与在现有技术中最大限度为光频信道间隔的45％左右的带宽相比，0.5dB带宽扩展了17％。
图20是表示本实施例的光合分波电路的光分束器与第一平板波导之间的部分的其它结构例的俯视图。虽然与图16所示的结构不同，但能够实现相同的动作。第一臂波导2107、第二臂波导2108以及光模合成耦合器2109的结构和设计与图16所示的结构相同。就本实施例中的光分束器2106而言，相对于第三臂波导2201的长度，第四臂波导2202的长度更长，其长度之差为4041μm。分别将定向耦合器2203的耦合率设计为14.4％，将定向耦合器2204的耦合率设计为14.4％。在本结构的光合分波电路中也一样，与图18和图19所示的透射特性相同，也能够实现具备宽带宽和平坦性的优良的透射特性。
图21是示出了在图15所示的光合分波电路中进一步抑制了透射中心波长的温度相关性的实施例的结构的图。下面，对与图15所示的结构不同的、形成于平板波导上的槽进行说明。
图22是放大地示出抑制了温度相关性的本实施例的结构的光分束器与第一平板波导之间的部分的图。在此也是，对与图20所示的结构不同的、形成于臂波导上的槽进行说明。
如图21所示，在第一平板波导2101上形成槽2901以截断波导。另外，在图22中，形成槽2902和槽2903以截断第一臂波导2107和第三臂波导2202。任何一个槽中都被插入硅树脂作为折射率温度系数与波导的有效折射率温度系数不同的材料(温度补偿材料)。
关于图21所示的槽2901，以使槽2901的槽宽与光波的波长相应地改变的方式做成圆弧状弯曲的三角形。更为详细地说，在第一平板波导2101内传播并要输入到阵列波导2102中的一个波导的光波通过槽2901时所横跨的槽宽W1与要输入到阵列波导2102内的位于先前的波导外侧且相邻的波导的光波通过槽2901时所横跨的槽宽W2的差满足下式的关系。
W1-W2＝-α/α’×ΔL    式(2)
在此，ΔL表示相邻的阵列波导的长度之差，α表示阵列波导的有效折射率温度系数，α’表示所插入的温度补偿材料的折射率温度系数。为了尽量抑制槽中的光波的衍射损耗，将槽2901分割为8份。另外，对槽2901进行设定，以使分割得到的槽的宽度总和满足式(2)的条件。
图22所示的槽2902具有-α/α’·Δl1的槽宽。在此，Δl1是第一臂波导2107的长度与第二臂波导2108的长度之差。另外，槽2903具有-α/α’·Δl2的槽宽。在此，Δl2是第四臂波导2202的长度与第三臂波导2201的长度之差。为了尽量抑制槽中光波的衍射损耗，进行如下配置：将槽2902分割为6份，将槽2903分割为10份。为了将衍射损耗抑制在规定值以下，较为理想的是随着槽宽总和的变大而增加分割数量。
在本实施例中，示出了在第一平板波导上形成槽并对槽填充温度补偿材料的结构，但并不仅限于该结构。也可以将槽形成在第二平板波导上，或将槽形成在阵列波导上，或将槽形成在这些多个部位处。
实施例3
本发明的第三实施例所涉及的光合分波电路具有以下特征：保持具备宽频带性和平坦性的透射强度光谱的状态，并且具有以群延迟时间轴方向上的群延迟时间固定的线(以下称为固定群延迟时间线)为线对称轴进行反转而得到的透射群延迟特性光谱。通过将具有该反转得到的透射群延迟特性光谱的光合分波电路进行组合并应用，能够抵消每个光合分波电路所具有的、以固定群延迟时间线作为基准的群延迟时间的偏差。能够在整个光模块中充分降低群延迟时间的偏差，从而形成抑制了传输失真的光模块。另外，通过将本实施例的具有不同透射群延迟特性光谱的光合分波电路成对地组合，能够实现抑制了传输质量劣化的光通信系统。下面，首先叙述具有反转得到的透射群延迟特性光谱的光合分波电路。
图28是示出了本实施例的光合分波电路的第一结构的图。(a)表示整体结构，(b)示出了多模波导4109附近的放大图。本实施例的光合分波电路4100具有如下电路结构：对图20所示的光合分波电路进行布局，以使芯片面积变得更小。在本实施例中，使第二臂波导4108的长度比第一臂波导4107的长度短，并将两个臂波导的长度之差设为2020μm。另外，在本实施例的光分束器4106中，使第四臂波导4202的波导长度比第三臂波导4201的长度更长，将其长度之差设为4041μm。分别将定向耦合器4203的耦合率设计为14.4％，将定向耦合器4204的耦合率设计为14.4％。其它电路参数使用了与图20所示的光合分波电路相同的值。
图29是示出了本实施例的光合分波电路的第一结构的透射强度光谱和透射群延迟特性光谱的图。本结构的光合分波电路仅是对电路结构进行了重新布局，因此能够获得具备与实施例2所说明的、图18所示的透射强度光谱相同的宽频带性和平坦性的透射强度光谱。关于透射群延迟特性光谱，虽然群延迟时间的偏差在±5ps以内范围被抑制为较小，但具有拉丁字母“M”型的光谱形状。
图30是示出了本实施例的光合分波电路的第二结构的图。(a)表示整体结构，(b)示出了多模波导4109附近的放大图。本光合分波电路5100被设计为透射强度光谱与图28所示的光合分波电路4100的相同，且透射群延迟特性光谱与图28所示的光合分波电路4100相比是反转的。与图28所示的光合分波电路4100相比，为了使第一臂波导5107与第二臂波导5108的光程差的值正负反转，使第二臂波导5108的长度比第一臂波导5107的长度长，并将该长度之差设为2020μm。并且，与图28所示的光合分波电路4100相比，为了使光分束器5106中的第三臂波导5201与第四臂波导5202的光程差的值正负反转，使第四臂波导5202的长度比第三臂波导5201的长度短，将该长度之差设为4041μm。关于其它电路参数，使用与图28所示的光合分波电路4100相同的值。
图31是示出本实施例的光合分波电路的第二结构的透射强度光谱和透射群延迟特性光谱的图。对于透射强度光谱，能够获得与图29所示的透射强度光谱形状大致相同且具备宽频带性和平坦性的光谱。对于透射群延迟特性光谱，与图29所示的第一结构的透射群延迟特性光谱同样地，群延迟时间的偏差在±5ps以内被抑制为较小。但是，与第一结构不同的是，第二结构的光合分波电路5100具有拉丁字母“W”型的透射群延迟特性光谱。并且，该“W”型的透射群延迟特性光谱是将图29所示的第一结构的“M”型透射群延迟特性光谱沿群延迟时间轴方向大致完全反转的形状。也就是说，第二结构的光合分波电路具有透射群延迟时间光谱形状如下：该形状是使第一结构的光合分波电路的透射群延迟时间光谱相对于在群延迟时间轴方向上的某一固定群延迟时间线进行反转而得到的形状。
图32是示出了使图30所示的第二结构更为小型化的光合分波电路的第三结构的图。(a)表示整体结构，(b)示出了多模波导4109附近的放大图。本结构具有与图30所示的第二结构的光合分波电路5100相同的反转得到的群延迟光谱。不仅对光分束器5106重新进行整体布局，而且还对电路结构的细节部分进行重新布局，从而实现了芯片面积的小型化。
图32所示的第三结构的光合分波电路6100的结构与图28所示的第一结构的光合分波电路4100相比，具有以下不同点。首先，第一输入输出波导6105与光分束器6106中的前级光耦合器6203的两个输入之间的连接被对换。另外，对第一臂波导6107与第二臂波导6108的光程差追加半个波长的光程。并且，与第一结构相比，光模合成耦合器6109被配置在相对于入射轴轴对称地反转的位置处，并且，第一臂波导6107和第二臂波导6108与光模合成耦合器6109的两个输入之间的连接对换。
图33是示出了本实施例的光合分波电路的第三结构的透射强度光谱和透射群延迟特性光谱的图。透射强度光谱和透射群延迟特性光谱都能够获得与图31所示的第二结构的光合分波电路5100大致相同形状的透射光谱特性。也就是说，第三结构的光合分波电路具有的透射群延迟时间光谱的形状如下：该形状是使第一结构的光合分波电路的透射群延迟时间光谱相对于群延迟时间轴方向上的某一固定群延迟时间线进行反转而得到的形状。
在此，为了简单，将上述第一结构的光合分波电路称为第一类型的光合分波电路。另一方面，与第一类型的光合分波电路相比，第二结构和第三结构的光合分波电路都具有沿群延迟时间轴方向反转的特征性的透射群延迟特性光谱，从而将它们称为第二类型的光合分波电路。
图34是示出了将第一结构和第三结构这两种不同的光合分波电路进行组合的结构的图。(a)示出整体结构，(b)和(c)分别示出了多模波导7109-1、7109-2的附近的放大图。图28所示的第一结构的光合分波电路4100和图32所示的第三结构的光合分波电路6100形成在一个芯片上。即，形成了将第一类型的光合分波电路与第二类型的光合分波电路相组合的结构。
在图34中，位于图中左下角的光分束器7106-1与第一结构的光分束器对应，位于图中右上角的光分束器7106-2与第三结构的分束器对应。根据图34所示的结构，能够将具有形状存在上下反转关系的“W”型或“M”型透射群延迟特性光谱、并且具有具备大致相同的宽频带性和平坦性的透射强度光谱的第一类型和第二类型的两个AWG型光合分波电路紧凑地集成在一个芯片内来形成。
近几年，基于装置小型化、部件集约化的观点，针对频繁使用的功能普遍进行如下操作：将多个光学设备汇集在一个光模块内。作为一例，存在一种被称为ROADM(Reconfigurableoptical add drop module：可重构光分插模块)的光模块。在ROADM模块中，被进行了WDM多路复用的输入光信号在分波用的光合分波电路中被分波，之后，按照每个波长信号进行削弱(drop)或增强(add)等信号处理。最后，在光合分波电路中再次将各信号进行合波，从光模块输出被WDM多路复用的光。在这种对WDM信号进行批处理的光模块中，大多将分波用光合分波电路与合波用光合分波电路成对地使用。ROADM模块用于环形网络等，要求即使进行十几次以上的串联级联也不会使传输信号的质量劣化。因此期望ROADM模块相对于通带具有更高水平的宽频带性和平坦性，同时也要求透射群延迟特性光谱也极平坦。
图35是使用本实施例的具有反转的群延迟光谱的多个光合分波电路来从整体上抵消透射群延迟特性光谱的偏差的光模块的结构图。图35所示的光模块8001是使用了实施例3的结构的光合分波电路的ROADM模块。具备光合分波电路8002、8003、1×2光开关8004-1～8004-4、以及2×1光开关8005-1～8005-4。能够按照四个波长信号中的每个信号来执行削弱或增强等信号处理。
即使在ROADM模块中，也能够通过组合第一类型AWG型光合分波电路和第二类型的AWG型光合分波电路来实现平坦的群延迟特性。具体地说，分波用光合分波电路8002使用第一结构的光合分波电路，而合波用光合分波电路8003使用第二或第三结构的光合分波电路8003。根据该ROADM模块的结构，能够使第一结构的光合分波电路8002的“M”型的透射群延迟特性光谱与第二或第三结构的光合分波电路8003的“W”型的透射群延迟特性光谱相互抵消。与以往的ROADM模块相比，能够实现宽频带且平坦的通带(透射强度光谱)，同时作为光模块8001整体能够实现平坦的群延迟特性(透射群延迟特性光谱)。
图36是本实施例的光通信系统9001的结构图。通过使用具有沿群延迟时间轴方向反转的透射群延迟特性光谱的光合分波电路，能够将传输质量的劣化抑制得较小。光通信系统9001中的N个节点站9005-1、9005-2、...9005-N连接在环状网9004内。每个节点站具备光循环器9006、光合分波电路9002-1～9002-N、定向耦合器9203、移相器9007以及全反射端9008等。
为了构建极其廉价的光传输网，需要在抑制传输质量的劣化的情况下减少每个节点的设备数。在图36所示的光通信系统9001中，对于一个节点站9005-1～9005-N仅配置一个光合分波电路9002-1～9002-N。在此，在环形网9004内排列的各节点站9005-1～N中，交替地使用第一结构(第一类型)、第二结构或第三结构(第二类型)作为光合分波电路9002-1～N，由此能够使透射群延迟特性光谱平坦化。并且，通过将第一类型的光合分波电路和相同数量的第二类型的合分波电路配置在网络的同一区间内，能够更有效地实现透射群延迟特性光谱的平坦化。
如果列举一例，则当将N设为偶数时，能够将光合分波电路9002-1设为第一结构，将光合分波电路9002-2设为第三结构，将光合分波电路9002-3再次设为第一结构，..将光合分波电路9002-N再次设为第三结构。即，能够交替地配置N/2个第一结构(第一类型)的光合分波电路和N/2个第三结构(第二类型)的光合分波电路。由此，在环形网9004内的传输路径的各区间中，透射群延迟特性光谱的偏差不会累积而能够实现通带的宽频带化和平坦化。
在上述说明中，将N设为偶数，但并不限于此。很显然的，即使在N为奇数而第一类型和第二类型的光合分波电路数量不完全相同的情况下，本实施例所涉及的光通信系统与现有技术相比也当然具有充分平坦化的透射群延迟特性光谱。即使残留有一个光合分波电路的群延迟时间的偏差，与未使用本实施例的具有反转得到的透射性群延迟特性光谱的光合分波电路的现有技术的光通信系统的情况相比，也能够大幅地减少本发明的整个光通信系统的群延迟时间的偏差。
通过使用本发明的光合分波器，能够扩展各节点站的透射带宽，且使透射振幅特性和透射群延迟特性都平坦化，因此，光信号即使通过多级节点站也能够将传输质量的劣化抑制得较小。
如以上详细说明那样，本发明的光合分波电路能够维持通带的平坦性，同时与现有技术的同步AWG相比能够大幅地扩展带宽并消除温度相关性。另外，如果使用本发明的光合分波电路，则能够同时实现减少了透射群延迟特性光谱的偏差的光模块、光通信系统。
在上述各实施方式中，将波导的相对折射率差、芯宽度和芯厚度限定为特定的值，但本发明并不限定于这些值。在各实施方式中，将同步AWG的设计参数限定为特定的值，但本发明同样不仅限定于这些参数。并且，在上述各实施方式中，将光分束器的分光比的变化范围限定为特定的值，但本发明并不限定于这些值。
在上述各实施方式中，以定向耦合器说明了后级光耦合器的实现装置，但本发明并不仅限于这个实现装置。只要能够实现规定的耦合率，无论是哪一种耦合器都可以应用。例如，也可以应用MMI等。
在上述各实施方式中，以定向耦合器说明了前级光分束器的实现装置，但本发明并不仅限于这个实现装置。只要能够实现规定的分光比，无论是哪一种分束器都可以应用。例如，也可以应用Y分光、MMI等。
另外，在上述各实施方式中，在光模合成耦合器与第一平板波导之间设置了多模波导和锥形波导，但本发明并不限定于该结构。设为将光模合成耦合器与第一平板波导相连接的结构也同样有效。
在上述各实施方式中，示出了在第一平板波导上形成槽并对该槽填充温度补偿材料的结构，但本发明并不限定于该结构。将槽形成在第二平板波导的结构、将槽形成在阵列波导的结构或将槽形成在这些多个部位的结构也能够获得相同的效果。
另外，在上述实施方式中，作为温度补偿材料使用了硅树脂，但本发明并不限定于该材料。即使应用折射率温度相关性与波导的有效折射率温度相关性不同的材料，也能够获得相同的效果。
并且，在上述各实施方式中，将插入温度补偿材料的槽的分割数量限定为特定的值，但本发明并不限定于这些数值。与槽的分割数量无关地，或即使在没有对槽进行分割的情况下，也能够获得相同的效果。
如以上详细说明那样，本发明的光合分波电路根据光频来调制现有技术的同步AWG中干涉电路内的光分束器的分光比，来调制单模光的强度比。通过抑制透射中心波长的损耗，来解决现有技术中的通带带宽受到的限制。能够兼顾通带的平坦性和宽带宽，并且进一步实现进行了温度补偿的光合分波电路。另外，还能够实现透射群延迟特性光谱平坦的光模块。即使在一个信号光通过多个地点的通信系统中，也能够实现可充分应用的光合分波电路。
产业上的可利用性
本发明能够应用于光通信。更为具体地说，能够应用于包含光合分波电路的光模块、光通信系统。

Claims (13)

1.一种光合分波电路，具备：阵列波导衍射光栅，其包括阵列波导以及与上述阵列波导的两端相连接的第一平板波导和第二平板波导；第一输入输出波导，其经由干涉电路与上述第一平板波导光学连接；以及第二输入输出波导，其与上述第二平板波导相连接，该光合分波电路的特征在于，
上述干涉电路包括：
第一臂波导；
第二臂波导，其与上述第一臂波导并列设置，且长度与上述第一臂波导的长度不同；
光模合成耦合器，其连接在上述第一臂波导和上述第二臂波导的各自的一端与上述第一平板波导的端部之间，使从上述第一臂波导输入的基模光与单模光耦合，并在与上述第一平板波导的连接面上形成峰值位置周期性地变化的光场分布；以及
分束器，其与上述第一臂波导和上述第二臂波导的各自的另一端相连接，
上述干涉电路的光频周期与上述阵列波导衍射光栅的光频信道间隔一致，
上述分束器的分光比以与上述干涉电路的光频周期相同或一半的光频周期进行变化，在上述阵列波导衍射光栅中的各信道的透射中心光频附近，上述分光比取极小值。
2.根据权利要求1所述的光合分波电路，其特征在于，
上述分束器包括：具有规定的光程差的第三臂波导和第四臂波导；以及与上述第三臂波导和上述第四臂波导的两端相连接的前级光耦合器和后级光耦合器。
3.根据权利要求2所述的光合分波电路，其特征在于，
上述前级光耦合器和上述后级光耦合器是定向耦合器。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光合分波电路，其特征在于，
上述光模合成耦合器是由宽度不同的两根波导构成的定向耦合器。
5.根据权利要求4所述的光合分波电路，其特征在于，
在上述定向耦合器的上述两根波导中，宽度窄的波导的宽度从上述第一臂波导侧起逐渐减小，以减小到指定宽度的位置为终端。
6.根据权利要求4所述的光合分波电路，其特征在于，
在上述定向耦合器的上述两根波导中，宽度窄的波导通过被插入了使光衰减的遮光材料的槽而以规定的位置为终端。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的光合分波电路，其特征在于，
上述光模合成耦合器构成为包括沿光的行进方向纵向连接的两个多模干涉电路。
8.根据权利要求2至7中的任一项所述的光合分波电路，其特征在于，具备：
第一槽，其形成为横穿上述阵列波导、上述第一平板波导和上述第二平板波导中的至少一个，在该第一槽内插入有折射率温度系数与形成有上述第一槽的波导的有效折射率温度系数不同的材料，来补偿上述阵列波导衍射光栅的透射中心波长的温度相关性；
第二槽，其至少形成在上述第一臂波导和上述第二臂波导中的较长的一个臂波导上，在该第二槽内插入有折射率温度系数与形成有上述第二槽的波导的有效折射率温度系数不同的材料，来补偿上述第一臂波导与上述第二臂波导的光程差的温度相关性；以及
第三槽，其至少形成在上述第三臂波导和上述第四臂波导中的较长的一个臂波导上，在该第三槽内插入有折射率温度系数与形成有上述第三槽的波导的有效折射率温度系数不同的材料，来补偿上述第三臂波导与上述第四臂波导的光程差的温度相关性。
9.根据权利要求8所述的光合分波电路，其特征在于，
上述第一槽、上述第二槽以及上述第三槽中的至少一个槽相对于光的行进方向被分割成多个槽。
10.一种光模块，其特征在于，具备：
至少一个第一类型的光合分波电路，其为权利要求2至8中的任一项所述的光合分波电路；
透射强度光谱，其形状与上述第一类型的光合分波电路的透射强度光谱形状相同；以及
第二类型的光合分波电路，其具有形状是在群延迟时间轴方向上将上述第一类型的光合分波电路的透射群延迟时间光谱反转得到的形状的透射群延迟时间光谱，并且第二类型的光合分波电路与上述第一类型的光合分波电路数量相同，其中，
上述第二类型的光合分波电路以如下方式构成：
将上述第一类型的光合分波电路的上述第一臂波导与上述第二臂波导的光程差的值进行正负反转，且将上述第一类型的光合分波电路的上述第三臂波导与上述第四臂波导的光程差的值进行正负反转。
11.一种光通信系统，其特征在于，具备：
至少一个第一类型的光合分波电路，其为权利要求2至8中的任一项所述的光合分波电路；
透射强度光谱，其形状与上述第一类型的光合分波电路的透射强度光谱形状相同；以及
第二类型的光合分波电路，其具有形状是在群延迟时间轴方向上将上述第一类型的光合分波电路的透射群延迟时间光谱反转得到的形状的透射群延迟时间光谱，并且与配置于同一传输区间内的上述第一类型的光合分波电路数量相同，其中，
上述第二类型的光合分波电路以如下方式构成：
将上述第一类型的光合分波电路的上述第一臂波导与上述第二臂波导的光程差的值进行正负反转，且将上述第一类型的光合分波电路的上述第三臂波导与上述第四臂波导的光程差的值进行正负反转。
12.一种光模块，其特征在于，具备：
至少一个第一类型的光合分波电路，其为权利要求2至8中的任一项所述的光合分波电路；
透射强度光谱，其形状与上述第一类型的光合分波电路的透射强度光谱形状相同；以及
第二类型的光合分波电路，其具有形状是在群延迟时间轴方向上将上述第一类型的光合分波电路的透射群延迟时间光谱反转得到的形状的透射群延迟时间光谱，并且第二类型的光合分波电路与上述第一类型的光合分波电路数量相同，其中，
上述第二类型的光合分波电路以如下方式构成：
将上述第一类型的光合分波电路的上述第一输入输出波导和上述前级光耦合器的两个输入的连接对换，且使上述第一臂波导与上述第二臂波导的光程差增加半个波长的光程，并且将上述第一臂波导和上述光模合成耦合器的输入的连接与上述第二臂波导和上述光模合成耦合器的输入的连接对换，且使上述光模合成耦合器相对于入射轴线对称地反转配置。
13.一种光通信系统，其特征在于，具备：
至少一个第一类型的光合分波电路，其为权利要求2至8中的任一项所述的光合分波电路；
透射强度光谱，其形状与上述第一类型的光合分波电路的透射强度光谱形状相同；以及
第二类型的光合分波电路，其具有形状是在群延迟时间轴方向上将上述第一类型的光合分波电路的透射群延迟时间光谱反转得到的形状的透射群延迟时间光谱，且第二类型的光合分波电路与配置于同一传输区间内的上述第一类型的光合分波电路数量相同，其中，
上述第二类型的光合分波电路以如下方式构成：
将上述第一类型的光合分波电路的上述第一输入输出波导和上述前级光耦合器的两个输入的连接对换，并使上述第一臂波导与上述第二臂波导的光程差增加半个波长的光程，并且将上述第一臂波导和上述光模合成耦合器的输入的连接与上述第二臂波导和上述光模合成耦合器的输入的连接对换，并且使上述光模合成耦合器相对于入射轴线对称地反转配置。
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