CN1441917A - 光波导型衍射光栅元件及其制造方法、合分波组件以及其光传输系统 - Google Patents

光波导型衍射光栅元件及其制造方法、合分波组件以及其光传输系统 Download PDF

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菅沼宽
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Abstract

一种光波导型衍射光栅元件，遍及光波导中的光波导方向的预定范围形成利用折射率调制的衍射光栅，并利用衍射光栅选择性地反射通过该光波导的光中反射波段内的光。在该光波导型衍射光栅元件中，上述反射波段被区分成k个(k≥2)波段，上述预定范围中的折射率调制Δnall可以用作为分别对应了k个波段的周期Λk的折射率调制Δnk(k＝1～K)之和来表示。进而，上述预定范围的中心位置的折射率调制Δnk的相位Фk(k＝1～K)中至少某一组的相位相互不同。采用这样的做法，可以提供整体短且成本便宜、反射·透过特性优异的光波导型衍射光栅元件。

Description

光波导型衍射光栅元件及其制造方法、 合分波组件以及其光传输系统
技术领域
本发明涉及遍及光波导中的光波导方向的预定范围形成了利用折射率调制的衍射光栅的光波导型衍射光栅元件、其制造方法、包含该光波导型衍射光栅元件并进行光的合波或者分波的合分波组件，以及包含该合分波组件使用多波长的信号光进行光传输的光传输系统。
背景技术
光波导型衍射光栅元件是遍及光波导(例如光纤)中的光波导方向的预定范围形成了利用折射率调制的衍射光栅的光波导型衍射光栅元件，利用衍射光栅，可以选择性地反射导过该光波导的光中预定的反射波段内的光。此外，包含该光波导型衍射光栅元件的合分波组件通过利用光波导型衍射光栅元件选择性地反射反射波段内的光，可以进行光的分波或者合波，可以在使用多重波长的多波长信号光进行光传输的多重波长(WDM：Wavelength Division Multiplexing)传输系统等中使用。
一般地，光波导型衍射光栅元件由遍及光波导中的光波导方向的预定范围利用一定周期Λ的折射率调制的衍射光栅形成，利用该衍射光栅，可以选择性地反射用λ＝2N·Λ这样的关系式表示的布喇格条件式的波长为λ的光，透过其他波长的光。这里，N是光波导的折射率调制区域的平均的实际有效折射率。
此外，通过在光波导的光波导方向相互不同的范围形成利用相互不同的周期Λk的折射率调制的k个衍射光栅，该光波导型衍射光栅元件可以选择性地分别反射k个波长为λk(＝2N·Λk)的光(k＝1～K，这里k≥2)。但是，由于选择性地反射这样的多个波长的光的光波导型衍射光栅元件在光波导的光波导方向相互不同的范围分别形成多个衍射光栅，故作为整体将变长，成本将升高。
与之相对应，作为遍及光波导中的光波导方向的预定范围形成了利用折射率调制的衍射光栅的光波导型衍射光栅元件，利用衍射光栅选择性地反射导过该光波导的光中多个波长的光的情况已众所周知。例如，文献1『M.Ibsen.，et al.，“Sinc-Sampled Fiber Bragg Gratingsfor Identical Multiple Wavelength Operation”，IEEE Photon.Technol.Lett.，Vol.10，No.6，pp.842-844(1998)』所记载的光波导型衍射光栅元件是上述预定范围的折射率调制的剖面图为sinc函数型的光波导型衍射光栅元件。此外，文献2『L.A.Everall，et al.，“Fabricationof multipassb and moire resonators in fibers by the dual-phase-maskexposure method”，Opt.Lett.，Vol.22，No.19，pp.1473-1475(1997)』所记载的光波导型衍射光栅元件是在上述预定范围重叠周期Λk(k＝1～K)的折射率调制所形成的光波导型衍射光栅元件。
本发明人在探讨了上述的以往技术的基础上发现了下面这样的课题。即，由于上述的文献1以及2所记载的光波导型衍射光栅元件是只在光波导中的光波导方向的一个范围形成利用折射率调制的衍射光栅，故作为整体短且成本低。但是，因为这些光波导型衍射光栅元件在应该反射的波长λk处透过率大，故透过一部分应该反射的波长λk光(k＝1～K)。此外，由于在反射波段外存在反射率达到峰值的波长，在其波长处的反射率大，所以，反射一部分应该透射的光。
因而，如果在WDM传输系统中使用包含这样的光波导型衍射光栅元件的合分波组件，则在作为应该透过的波长的光在实际上透过了光波导型衍射光栅元件的光和虽然是应该反射的波长的光但却透过了光波导型衍射光栅元件的一部分光之间，当各个波长的差较小时，将产生串光使接收错误发生率变高。此外，因为一部分应该反射的波长的光透过光波导型衍射光栅元件，故作为应该反射的波长的光在实际中被光波导型衍射光栅元件反射的部分将产生能量损失。同样地，因为一部分应该透过的波长的光被光波导型衍射光栅元件反射，故作为应该透过的波长的光在实际中被光波导型衍射光栅元件透过的部分也将产生能量损失。
发明内容
本发明是为解决上述问题点而进行的工作，目的在于提供作为整体短且成本低、反射·透过特性优异的光波导型衍射光栅元件，以及制造该光波导型衍射光栅元件的方法。此外，提供包含这样的光波导型衍射光栅元件的合分波组件以及包含该合分波组件的光传输系统也是本发明的目的之一。
涉及本发明的光波导型衍射光栅元件是由遍及光波导中的光波导方向的预定范围形成利用折射率调制的衍射光栅，并利用衍射光栅选择性地反射通过该光波导的光中反射波段内的光的光波导型衍射光栅元件。上述反射波段被区分成k个(k≥2)波段，可以作为分别对应了k个波段的周期Λk的折射率调制Δnk(k＝1～K)之和来表示上述预定范围中的折射率调制Δnall。进而，上述预定范围的中心位置的折射率调制Δnk的相位Φk(k＝1～K)中至少某一组的相位相互不同。
在该光波导型衍射光栅元件中，在较小地设定了反射波段内的透过率的极小值的状态下，可以使反射波段外的反射率的极大值变小。此外，通过形成只在光波导中的光波导方向的一个范围形成利用折射率调制的衍射光栅，可以使整体短且成本低。
在涉及本发明的光波导型衍射光栅元件中，希望用各个折射率调制Δnk(k＝1～K)的上述预定范围的中心位置处的相位Φk和基准相位Φ0之间的相位偏差量ΔΦk(k＝1～K)表示的位置偏差量ΔZk＝Λk·ΔΦk/360(k＝1～K)的标准偏差为30nm以上，50nm以上则更好，最好是100nm以上。如果标准偏差是30nm以上，则适合于在4波反射情况下将反射波段外的反射率的极大值抑制在-20dB以下。如果标准偏差是50nm以上，则适合于在4波反射情况下将反射波段外的反射率的极大值抑制在-30dB以下，或者适合于在8波反射情况下将反射波段外的反射率的极大值抑制在-20dB以下。如果标准偏差是100nm以上，则适合于在8波反射情况下将反射波段外的反射率的极大值抑制在-30dB以下。
在涉及本发明的光波导型衍射光栅元件中，与假定了相位Φk全部一致的情况相比，希望预定范围中的衍射光栅的折射率调制Δnall的振幅的最大值是2/3以下。如果这样做，则适用于在将反射波段内的透过率的极小值设定在-20dB以下的状态下，将反射波段外的反射率的极大值抑制在-20dB以下的状况。
在涉及本发明的光波导型衍射光栅元件中，希望k个波段各自的透过率的极小值是-20dB以下(最好为-30dB以下)，反射波段外的反射率的极大值是-20dB以下(最好为-30dB以下)。该光波导型衍射光栅元件与以往的光波导型衍射光栅元件相比，反射波段内的透过率的极小值小，以及反射波段外的反射率的极大值小，反射·透射特性优异。
涉及本发明的光波导型衍射光栅元件制造方法是制造涉及上述本发明的光波导型衍射光栅元件的方法，通过非线性规划法设计相位Φk(k＝1～K)，并基于此制造光波导型衍射光栅元件。利用该光波导型衍射光栅元件制造方法，可以容易地制造反射·透射特性优异的上述的光波导型衍射光栅元件。
涉及本发明的合分波组件包含涉及上述的本发明的光波导型衍射光栅元件，通过该光波导型衍射光栅元件选择性地反射反射波段内的光，进行光的合波或者分波。此外，涉及本发明的光传输系统是使用多重波长了的多波长信号光进行光传输的光传输系统，包含涉及上述的本发明的合分波组件，并通过该合分波组件进行多波长的信号光合波或者分波。由此，即便是反射波长和透过波长的差较小的情况下，其也不易于产生串光，且接收错误发生率低以及反射波长的能量损失小。
这里，如果只进行合波以及分波中的某一方，其适合于k个波段各自的透过率的极小值为-20dB以下，反射波段外的反射率的极大值是-20dB以下的情况。如果是进行合波以及分波两者，则适合于k个波段各自的透过率的极小值为-30dB以下，反射波段外的反射率的极大值是-30dB以下的情况。
利用下面的详细说明以及附加的图面，将可以进一步地充分理解本发明。这些说明和图面仅是为了进行例示而给出的，不应该认为它是限定本发明的内容。
附图说明
图1是涉及本发明的光波导型衍射光栅元件的说明图；
图2所示是4波反射时的位置偏差量的标准偏差与反射波段外的反射率的极大值的关系曲线；
图3所示是8波反射时的位置偏差量的标准偏差与反射波段外的反射率的极大值的关系曲线；
图4A以及4B所示分别是涉及本实施形态的光波导型衍射光栅元件的反射率特性以及透过率特性的曲线；
图5是说明涉及本实施形态的光波导型衍射光栅元件的制造方法的图；
图6所示是实施例1的光波导型衍射光栅元件的反射率特性曲线；
图7所示是实施例2的光波导型衍射光栅元件的反射率特性曲线；
图8所示是比较例的光波导型衍射光栅元件的反射率特性曲线；
图9所示是反射波段外的反射率的极大值中的最大值与反射波段内的透过率的极小值中的最大值的关系曲线；
图10所示是衍射光栅的折射率调制Δnall的振幅的最大值与反射波段外的反射率的极大值中的最大值的关系曲线；
图11是涉及第1实施形态的合分波组件的说明图；
图12是涉及第2实施形态的合分波组件的说明图；
图13是涉及第3实施形态的合分波组件的说明图；
图14是涉及本实施形态的光传输系统的概略构成图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施形态。这里，在附图的说明中，同一要素上附加同一符号并略去重复的说明。
首先，对涉及本发明的光波导型衍射光栅元件以及其制造方法的实施形态进行说明。图1是涉及本发明的光波导型衍射光栅元件100的说明图。该图给出的是在包含光轴的面进行了切断时的光波导型衍射光栅元件100的断面图。该光波导型衍射光栅元件100是在作为光波导的光纤110上形成了衍射光栅113的元件。光纤110是以石英玻璃为主成分的光纤，在包含光轴中心的芯区域111中添加有GeO2，并围取该芯区域111地设置有包层区域112。遍及该光纤110的光波导方向的预定范围形成了利用折射率调制Δnall的衍射光栅113。
如果将以形成了衍射光栅113的预定范围的中心位置为原点的Z轴设定为光波导方向，则该衍射光栅113的折射率调制Δnall(z)可以用下面的关系式表示，即 Δ n all ( z ) = Σ k = 1 k Δ n k ( z ) · · · · ( 1 a ) Δ n k ( z ) = Δn ( z ) cos ( 2 π Λ k z + φ k ) · · · ( 1 b ) Δn ( z ) = aexp ( - | z b | α ) · · · ( 1 c )
这里，k是2以上的整数，可以作为一定周期Λk的折射率调制Δnk(k＝1～K)的和来表示衍射光栅113的折射率调制Δnall。Λk是对应了应该反射的波长λk的折射率调制的周期。Φk是第k个折射率调制Δnk的原点(z＝0)的相位。此外，Δn(z)是各折射率调制的Δnk的振幅，可以用变量z的超高斯函数表示。
在涉及本实施形态的光波导型衍射光栅元件100中，有意不同地设定折射率调制Δnk的相位Φk(k＝1～K)中的至少某一组的相位，以使之相互的相位不同。由此，可以在较小地设定了反射波段内的透过率的极小值的状态下，使反射波段外的反射率的极大值变小。即，在以往的光波导型衍射光栅元件中，存在如果使反射波段内的透过率的极小值变小，则反射波段外的反射率的极大值变大，反之，如果使反射波段外的反射率的极大值变小，则反射波段内的透过率的极小值变大这样的问题。与之对应，在涉及本实施形态的光波导型衍射光栅元件100中，通过在调节各折射率调制的振幅的同时也调节相位，可以使反射波段外的反射率的极大值和反射波段内的透过率的极小值二者均变小。
这里，各折射率调制Δnk的相位Φk和基准相位Φ0(Φ0为任意值)之间的相位偏差量ΔΦk(k＝1～K)可以表记为下式
ΔΦk＝Φk-Φ0              …(2)
该相位偏差量ΔΦk(k＝1～K)与各折射率调制Δnk的位置偏差量Δzk(k＝1～K)相关，位置偏差量Δzk可用下式表示
Δzk＝Λk ×ΔΦk/360       …(3)
图2以及图3分别标绘出的是在4波反射以及8波反射的情况下，随机地取得各折射率调制Δnk的原点(z＝0)处的位置偏差量Δzk(k＝1～K)的光波导型衍射光栅元件的、进行了1000次反射波段外的反射率的极大值的峰值的计算的结果的曲线。在图2以及图3中，横轴表示位置偏差量Δzk的标准偏差，纵轴表示反射波段外的反射率的极大值的峰值。
如图2所示可知，为了在4波反射时将反射波段外的反射率的极大值的峰值抑制在-20dB以下，需要使位置偏差量Δzk的标准偏差达到30nm以上，而要抑制到-30dB以下则需要使位置偏差量Δzk的标准偏差达到50nm以上。此外，如图3所示可知，为了在8波反射时将反射波段外的反射率的极大值的峰值抑制在-20dB以下，需要使位置偏差量Δzk的标准偏差达到50nm以上，而要抑制到-30dB以下则需要使位置偏差量Δzk的标准偏差达到100nm以上。
正因为如此，故在涉及本实施形态的光波导型衍射光栅元件100中，希望位置偏差量Δzk(k＝1～K)的标准偏差为30nm以上，50nm以上更好，如果是100nm以上则最好。如果标准偏差是30nm以上，则适合于在4波反射时将反射波段外的反射率的极大值抑制在-20dB以下。如果标准偏差是50nm以上，则适合于在4波反射时将反射波段外的反射率的极大值抑制在-30dB以下，或者在8波反射时将反射波段外的反射率的极大值抑制在-20dB以下。如果标准偏差是100nm以上，则适合于在8波反射时将反射波段外的反射率的极大值抑制在-30dB以下。
或者，在涉及本实施形态的光波导型衍射光栅元件100中，与假定了相位Φk(k＝1～K)全部一致的情况相比，希望衍射光栅113的折射率调制Δnall的振幅的最大值是2/3以下。如果这样做，则适合于在将反射波段内的透过率的极小值设定在-20dB以下的状态下，将反射波段外的反射率的极大值抑制在-20dB以下。
图4A以及4B的曲线分别表示一例涉及本实施形态的光波导型衍射光栅元件100的反射率特性以及透过率特性。在此，取k＝4。反射波段被区分为分别包含反射波长λ1～λ4的4个波长区域。4个波长区域各自的透过率极小值均为-20dB(更好为-30dB以下)以下。此外，反射波段外的反射率的极大值均为-20dB(更好为-30dB以下)以下。
在这样的光波导型衍射光栅元件100中，如果多波长的光传导过光纤110的芯区域达到衍射光栅113，则其达到的光中，包含在某一个一定周期Λk的折射率调制Δnk(k＝1～K)中满足布喇格条件的波长λk(＝2N·Λk)的反射波段内的光将被衍射光栅113反射，其他的反射波段外的光则透过衍射光栅113。并且，该光波导型衍射光栅元件100通过各折射率调制Δnk的相位Φk具有上述的关系，与以往的衍射光栅元件相比，其反射波段内的透过率的极小值变小，反射波段外的反射率的极大值变小，反射·透过的特性优异。此外，由于该光波导型衍射光栅元件100只在光纤110的光波导方向的一个范围形成利用折射率调制Δnall的衍射光栅113，故作为整体短且成本便宜。
下面，对涉及本实施形态的光波导型衍射光栅元件100的制造方法进行说明。
在光波导型衍射光栅元件100的制造中，使用图5所示那样的制造装置300。该装置300具有激光光源301、狭缝303、反射镜305、配备了驱动电机307a的载置台307、相位光栅309以及控制部311。
激光光源301输出诱使光纤110的芯区域111产生折射率调制的光。作为该光源301，最好使用输出紫外激光的受激准分子激光光源(例如KrF受激准分子激光光源等)。该激光光源301输出的光强可变。
狭缝303使从激光光源301出射的光中入射到开口303A的部分通过其开口303A入射到反射镜305。反射镜305使通过了狭缝303的开口303A的光反射并入射到相位光栅309。该反射镜305通过具有驱动电机307a的载置台307可在光纤110的长手方向移动。通过这样地使反射镜305移动，可以使从激光光源301出射的光相对于相位光栅309扫描并入射到光纤110的长手方向。
相位光栅309在与被反射镜305反射的光的入射侧相反的一侧(即放置光纤的一侧)形成一定周期的凹凸，用以衍射入射的光。并且，相位光栅309形成+1次衍射光和-1次衍射光的干涉条纹，并在光纤110的光波导区域形成对应了该干涉条纹的折射率调制。在该光波导区域形成了折射率调制的光纤110便是光波导型衍射光栅元件100。
控制部311由CPU或保存有控制程序的存储器构成。该控制部311与激光光源301电气地连接，以控制从激光光源301出射的光的强度。此外，控制部311还与载置台307的驱动电机307a电气地连接，以控制反射镜305的位置。
在使用了所涉及的装置300的光波导型衍射光栅元件100的制造中，首先，在相位光栅309的正下方配置形成有衍射光栅113的光纤110。光纤110具有位于中心的芯区域111和围取该芯区域111的包层区域112。虽然导过该光纤110的光是密闭于芯区域111传导的，但其光的能量的一部分也存在于芯区域111附近的包层区域112中。即，光纤110的光波导区域是芯区域111以及芯区域111附近的包层区域112。该光纤110以石英玻璃为主要成分构成，同时在光波导区域(至少在芯区域)添加有GeO2。
接着，相对于该光纤110，经由具有预定周期的凹凸的相位掩模309照射例如从KrF受激准分子激光光源301出射的波长248nm的紫外激光。于是，对应于其照射强度，添加了GeO2区域的折射率受到调制，形成一定周期Λ1的折射率调制Δn1。进而，边顺次地替换相位掩模309，边反复地进行这样的紫外激光光照射，顺次地重叠形成一定周期Λk的折射率调制Δnk(k＝1～K)。分别进行k次的紫外激光光照射的各相位掩模309的配置使各相位Φk(k＝1～K)具有上述的关系。更为详细地，就是基于使用各相位Φk(k＝1～K)通过上述式(3)求得的位置偏差量Δzk(k＝1～K)配置各相位掩模309。这里，最好利用非线性规划法来设计各相位Φk(k＝1～K)。所谓非线性规划法，就是如基于模拟·退火(Simulated Annealing)法或遗传算法的算法。采用这样的方法，可以容易地制造反射·透过的特性优异的上述光波导型衍射光栅元件。
下面，与比较例一起对涉及本实施形态的光波导型衍射光栅元件的具体的实施例进行说明。这里，取k＝8，以0.8nm的刻度将反射波长λ1～λ8从1547.2nm刻到1552.8nm。取在各折射率调制的Δnk的振幅Δn(z)的函数中出现的参数a为2.5×10-4，参数b为4mm。
形成衍射光栅的预定范围的长度为20mm。并且，分别取实施例1、实施例2以及比较例中的相位Φ1-Φ8为下述表中记载的值。在实施例1以及实施例2中，分别利用非线性规划法设计了相位Φ1～Φ8。这里，在实施例1中，可以用上述(3)式表示的位置偏差量Δzk(k＝1～K)的标准偏差为104nm，在实施例2中为141nm。在比较例中相位Φ1～Φ8全部为0。
表1
通道   反射波长(nm)              相位(degree)
  实施例1   实施例2   比较例
    1    1547.2    -125     145     0
    2    1548.0    -50     25     0
    3    1548.8    -160     105     0
    4    1549.6      5     60     0
    5    1550.4     45     105     0
    6    1551.2     35    -120     0
    7    1552.0    -95    -110     0
    8    1552.8    -35     100     0
图6所示是实施例1的光波导型衍射光栅元件的反射率特性曲线。图7所示是实施例2的光波导型衍射光栅元件的反射率特性曲线。此外，图8所示是比较例的光波导型衍射光栅元件的反射率特性曲线。如由这些曲线可以判断的那样，在比较例中，反射波段外的反射率的极大值中的最大值为-12dB左右，与之相对应，在各个实施例1以及实施例2中，反射波段外的反射率的极大值中的最大值则为-40dB以下。此外，在比较例中，反射波段内的透过率的极小值中的最大值为-55dB左右，而在实施例1以及实施例2各自中，反射波段内的透过率的极小值中的最大值也是-55dB左右。
图9所示是反射波段外的反射率的极大值中的最大值与反射波段内的透过率的极小值中的最大值的关系曲线。在该图中，标记□分别表示实施例1以及实施例2的情况，标记Δ表示上述的比较例的情况，标记○表示其他的比较例(在以往的技术栏所例举的文献1的情况)的情况。如由该曲线可以判断的那样，在实施例1以及实施例2各自的情况(标记□)中，反射波段外的反射率的极大值均小于比较例(标记Δ、标记○)的情况。
图10所示是衍射光栅的折射率调制Δnall的振幅的最大值与反射波段外的反射率的极大值中的最大值的关系曲线。在该图中，标记□表示利用非线性规划法设计了各相位Φk的实施例的情况，标记○表示随机地设定了各相位Φk的实施例(1000遍)的情况，标记Δ表示将各相位Φk全部取为0的比较例的情况。如由该曲线可以判断的那样，反射波段外的反射率的极大值是：随机地设定了各相位Φk的实施例(标记○)的情况小于将各相位Φk全部取为0的比较例(标记Δ)的情况，而利用非线性规划法设计了各相位Φk的实施例(标记□)的情况则更小。此外，与将各相位Φk全部取为0的比较例(标记Δ)的情况相比，衍射光栅的折射率调制Δnall的振幅的最大值在利用非线性规划法设计了各相位Φk的实施例(标记□)的情况中达到了2/3以下。
下面，对涉及本发明的合分波组件的实施形态进行说明。以下所说明的各实施形态的合分波组件是包含涉及上述实施形态的光波导型衍射光栅元件100的微型组件。在以下说明中是以该光波导型衍射光栅元件100在反射波长为λ2m的光的同时透过波长为λ2m+1的光的情况为例进行的说明。这里，取m是1以上M以下的整数，且各波长满足于
λ1＜λ2＜λ3＜……＜λ2M-1＜λ2M       …(4)
这样的关系式。
图11是涉及第1实施形态的合分波组件10的说明图。该合分波组件10的构成是在光波导型衍射光栅元件100的一端连接光回转器210，在光波导型衍射光栅元件100的另一端连接光回转器220。光回转器210具有第1端子211、第2端子212以及第3端子213，通过第2端子212将输入到第1端子211的光输出到光波导型衍射光栅元件100，输出到第2端子212的光则从第3端子213输出。此外，光回转器220具有第1端子221、第2端子222以及第3端子223，通过第2端子222将输入到第1端子221的光输出到光波导型衍射光栅元件100，输出到第2端子222的光则从第3端子223输出。
在该光合分波组件10中，如果在光回转器210的第1端子211输入波长为λ2m+1的光，则这些光将被光回转器210的第2端子212输出到光波导型衍射光栅元件100，并透过光波导型衍射光栅元件100输入到光回转器220的第2端子222，从光回转器220的第3端子223输出。此外，如果在光回转器220的第1端子221输入波长为λ2m的光，则这些光将被光回转器220的第2端子222输出到光波导型衍射光栅元件100并被光波导型衍射光栅元件100反射，输入到光回转器220的第2端子222，从光回转器220的第3端子223输出。即，在该情况下，该合分波组件10是作为合波器而动作，合波输入到光回转器210的第1端子211的波长为λ2m+1的光和输入到光回转器220的第1端子221的波长为λ2m的光，并从光回转器220的第3端子223输出其合波后的波长为λ1～λ2M的光。这里，只有在合分波组件10作为合波器使用时才不需要光回转器210。
此外，在该合分波组件10中，如果在光回转器210的第1端子211输入波长为λ1～λ2M的光，则这些光被光回转器210的第2端子212输出到光波导型衍射光栅元件100。并且，这些光中，波长为λ2m的光被光波导型衍射光栅元件100反射，输入到光回转器210的第2端子212，从光回转器210的第3端子213输出。另一方面，波长为λ2m+1的光透过光波导型衍射光栅元件100，输入到光回转器220的第2端子222，从光回转器220的第3端子223输出。即，在该情况下，该合分波组件10是作为分波器而动作，分波输入到光回转器210的第1端子211的波长为λ1～λ2M的光，并从光回转器210的第3端子213输出波长为λ2m的光，从光回转器220的第3端子223输出波长为λ2m+1的光。这里，只有在合分波组件10作为分波器使用时才不需要光回转器220。
进而，通过使该合分波组件10在作为合波器动作的同时也作为分波器而动作，也可以作为光ADM(Add-Drop Multiplexer)而动作。即，该合分波组件10在从光回转器210的第3端子213输出(Drop)输入到光回转器210的第1端子211的波长为λ1～λ2M的光中波长为λ2m的光的同时，还从光回转器220的第1端子221输入(Add)担负其他信息的波长为λ2m的光。并且，合波输入到光回转器210的第1端子211的波长为λ1～λ2M的光中波长为λ2m+1的光和输入到光回转器220的第1端子221的波长为λ2m的光，并从光回转器220的第3端子223输出其合波后的波长为λ1～λ2M的光。
图12是涉及第2实施形态的合分波组件20的说明图。该合分波组件20分别经由光耦合器114A以及114B光学地耦合光纤110A和110B，在光耦合器114A和114B光耦合器之间的光纤110A的预定范围形成衍射光栅113A并构成光波导型衍射光栅元件100A，在光耦合器114A和114B光耦合器之间的光纤110B的预定范围形成衍射光栅113B，构成光波导型衍射光栅元件100B。这些光波导型衍射光栅元件100A以及100B分别等同于已经叙述过的光波导型衍射光栅元件100。
在该合分波组件20中，如果在光纤110A的第1端115A输入波长为λ2m+1的光，则这些光被光耦合器114A分支，透过光波导型衍射光栅元件100A以及100B，又被光耦合器114B合波，从光纤110A的第2端116A输出。此外，如果在光纤110B的第2端116B输入波长为λ2m的光，则这些光被光耦合器114B分支，在光波导型衍射光栅元件100A、100B被反射，被光耦合器114B合波，从光纤110A的第2端116A输出。即，在这种情况下，该合分波组件20作为合波器动作，合波输入到光纤110A的第1端115A的波长为λ2m+1的光和输入到光纤110B的第2端116B波长为λ2m的光，并从光纤110A的第2端116A输出其合波后的波长为λ1～λ2M的光。
此外，在该合分波组件20中，如果在光纤110A的第1端115A输入波长为λ1～λ2M的光，则这些光被光耦合器114A分支，输出到光波导型衍射光栅元件100A、100B。并且，这些光中，波长为λ2m的光在光波导型衍射光栅元件100A、100B被反射，被光耦合器114A合波，从光纤110B的第1端115B输出。另一方面，波长为λ2m+1的光透过光波导型衍射光栅元件100A以及100B，被光耦合器114B合波，从光纤110A的第2端116A输出。即，在该情况下，该合分波组件20作为分波器动作，分波输入到光纤110A的第1端115A的波长为λ1～λ2M的光，并从光纤110B的第1端115B输出波长为的λ2m光，从光纤110A的第2端116A输出波长为λ2m+1的光。
进而，通过使该合分波组件20在作为合波器动作的同时也作为分波器而动作，也可以作为光ADM而动作。即，该合分波组件20在从光纤110B的第1端115B输出(Drop)输入到光纤110A的第1端115A的波长为λ1～λ2M的光中波长为λ2m的光的同时，还从光纤110B的第2端116B输入(Add)担负其他信息的波长为λ2m的光。并且，合波输入到光纤110A的第1端115A的波长为λ1～λ2M的光中波长为λ2m+1的光和输入到光纤110B的第2端116B的波长为λ2m的光，并从光纤110A的第2端116A输出其合波后的波长为λ1～λ2M的光。
图13是涉及第3实施形态的合分波组件30的说明图。该合分波组件30经由光耦合器114C光学地耦合光纤110C和110D，并在其光耦合器114C的光纤110C和光纤110D的融接部的预定范围形成衍射光栅113C，构成光波导型衍射光栅元件100C。该光波导型衍射光栅元件100C是等同于已经叙述过的光波导型衍射光栅元件100的光波导型衍射光栅元件。这里，衍射光栅113C形成在光纤110C的芯区域以及光纤110D的芯区域二者上。
在该合分波组件30中，如果在光纤110C的第1端115C输入波长为λ2m+1的光，则这些光透过光波导型衍射光栅元件100C，从光纤110C的第2端116C输出。此外，如果在光纤110D的第2端116D输入波长为λ2m的光，则这些光在光波导型衍射光栅元件100C被反射，从光纤110C的第2端116C输出。即，在这种情况下，该合分波组件30作为合波器动作，合波输入到光纤110C的第1端115C的波长为λ2m+1的光和输入到光纤110D的第2端116D波长为λ2m的光，并从光纤110C的第2端116C输出其合波后的波长为λ1～λ2M的光。
此外，在该合分波组件30中，如果在光纤110C的第1端115C输入波长为λ1～λ2M的光，则这些光到达光波导型衍射光栅元件100C。并且，这些光中，波长为λ2m的光在光波导型衍射光栅元件100C被反射，从光纤110D的第1端115D输出。另一方面，波长为λ2m+1的光透过光波导型衍射光栅元件100C，从光纤110C的第2端116C输出。即，在该情况下，该合分波组件30作为分波器动作，分波输入到光纤110C的第1端115C的波长为λ1～λ2M的光，并从光纤110D的第1端115D输出波长为的λ2m光，从光纤110C的第2端116C输出波长为λ2m+1的光。
进而，通过使该合分波组件30在作为合波器动作的同时也作为分波器而动作，也可以作为光ADM而动作。即，该合分波组件30在从光纤110D的第1端115D输出(Drop)输入到光纤110C的第1端115C的波长为λ1～λ2M的光中波长为λ2m的光的同时，还从光纤110D的第2端116D输入(Add)的担负其他信息的波长为λ2m的光。并且，合波输入到光纤110C的第1端115C的波长为λ1～λ2M的光中波长为λ2m+1的光和输入到光纤110D的第2端116D的波长为λ2m的光，并从光纤110C的第2端116C输出其合波后的波长为λ1～λ2M的光。
由于以上的合分波组件10、20以及30的任何一个都是包含涉及已经叙述过的本实施形态的光波导型衍射光栅元件100的合分波组件，故小型且廉价。此外，在光波导型衍射光栅元件100中，因为反射波段内的透过率小且反射波段外的反射率小，故即使在合分波组件10、20以及30的任何一个其反射波长λ2m和透过波长λ2m+1的差均小的时候，也不易于产生串光，且接收错误发生率低，此外，反射波长为λ2m的光的能量损失也小。
下面，对涉及本发明的光传输系统的实施形态进行说明。图14是涉及本实施形态的光传输系统1的概略构成图。该光传输系统1用光纤传输通道5连接信号发送局2和中继局3，在中继局3和信号接收局4之间也用光纤传输通道6相连接，此外，在中继局3设置合分波组件10。
信号发送局2多重波长波长为λ1～λ2M的信号光并送往光纤传输通道5。中继局3输入传经光纤传输通道5而来的波长为λ1～λ2M的信号光，并利用合分波组件10分波这些信号光，向光纤传输通道6送出波长为λ2m+1的信号光，向其他的光纤传输通道送出波长为λ2m的光。此外，中继局3还通过合分波组件10向光纤传输通道6送出经由其他的光纤传输通道输入的波长为λ2m的信号光。信号接收局4输入传经光纤传输通道6而来的波长为λ1～λ2M的信号光并将它们分波成各种波长予以接收。
该光传输系统1是使用包含涉及上述的本实施形态的光波导型衍射光栅元件100的合分波组件10进行波长为λ1～λ2M的信号光的合波或者分波的光传输系统。因而，即使在反射波长λ2m和透过波长λ2m+1的差均小的时候，也不易于产生串光，且接收错误发生率低，此外，反射波长为λ2m的光的能量损失也小。这里，也可以替换合分波组件10而设置合分波组件20或者30。
本发明并非是仅限于上述实施形态的发明，可以有种种的变形。例如，上述实施形态的光波导型衍射光栅元件是在作为光波导的光纤上形成了利用折射率调制的衍射光栅的光波导型衍射光栅元件。但是，并非就仅限于此，也可以是在形成在平面基板上的光波导上形成利用折射率调制的衍射光栅的光波导型衍射光栅元件。
涉及本发明的光波导型衍射光栅元件与以往的衍射光栅元件相比，其反射波段内的透过率的极小值小，反射波段外的反射率的极大值小，反射·透过的特性优异。此外，由于该光波导型衍射光栅元件只在光波导的光波导方向的一个范围形成利用折射率调制的衍射光栅，故作为整体短且成本便宜。
由以上的本发明的说明可知，本发明可以进行各种变形。这样的变形不能认为是脱离了本发明的思想以及范围的变形，对所有的从业者而言均可领悟的改良都包含在下面的权利要求的范围内。

Claims (11)

1.一种光波导型衍射光栅元件，遍及光波导中的光波导方向的预定范围形成利用折射率调制的衍射光栅，并利用上述衍射光栅选择性地反射通过该光波导的光中反射波段内的光，其特征在于：
上述反射波段被区分成k个(k≥2)波段，可以作为分别对应了k个波段的周期Λk的折射率调制Δnk(k＝1～K)之和来表示上述预定范围中的折射率调制Δnall，且上述预定范围的中心位置的折射率调制Δnk的相位Φk(k＝1～K)中至少某一组的相位相互不同。
2.根据权利要求1所记述的光波导型衍射光栅元件，其特征在于：用上述各个折射率调制Δnk(k＝1～K)的上述预定范围的中心位置处的相位Φk和基准相位Φ0之间的相位偏差量ΔΦk(k＝1～K)表示的位置偏差量ΔZk＝Λk·ΔΦk/360(k＝1～K)的标准偏差为30nm以上。
3.根据权利要求2所记述的光波导型衍射光栅元件，其特征在于：上述位置偏差量ΔZk(k＝1～K)的标准偏差为50nm以上。
4.根据权利要求2所记述的光波导型衍射光栅元件，其特征在于：上述位置偏差量ΔZk(k＝1～K)的标准偏差为100nm以上。
5.根据权利要求1所记述的光波导型衍射光栅元件，其特征在于：与假定了上述相位Φk全部一致的情况相比，上述预定范围中的上述衍射光栅的上述折射率调制Δnall的振幅的最大值为2/3以下。
6.根据权利要求1所记述的光波导型衍射光栅元件，其特征在于：上述k个波段各自的透过率的极小值是-20dB以下，上述反射波段外的反射率的极大值是-20dB以下。
7.根据权利要求6所记述的光波导型衍射光栅元件，其特征在于：上述k个波段各自的透过率的极小值是-30dB以下。
8.根据权利要求6所记述的光波导型衍射光栅元件，其特征在于：上述反射波段外的反射率的极大值是-30dB以下。
9.一种光波导型衍射光栅元件制造方法，是制造权利要求1所记述的光波导型衍射光栅元件的方法，其特征在于：利用非线性规划法设计上述相位Φk(k＝1～K)并基于此制造上述光波导型衍射光栅元件。
10.一种合分波组件，其特征在于：包含权利要求1所记述的光波导型衍射光栅元件并通过该光波导型衍射光栅元件选择性地反射反射波段内的光，进行光的合波或者分波。
11.一种光传输系统，使用进行了波长复用的多波长的信号光进行光传输，其特征在于：包含权利要求10所记述的合分波组件并利用该合分波组件进行上述多波长的信号光的合波或者分波。
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