JP2000147281A - 光合分波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡＷＧのような波長分離素子のクロストーク
による伝送特性の劣化を抑える、またＡＷＧのような波
長分離素子の透過半値幅を変えることなく合分波する波
長数を多くする。 【解決手段】 ＡＷＧのような第１の波長分離素子と、
複数組の入出力ポート間のそれぞれの透過波長が互いに
異なる誘電体多層膜フィルタのような第２の波長分離素
子を備え、第１の波長分離素子の各出力ポートに分波さ
れる波長と、第２の波長分離素子の各入出力ポート間の
透過波長とがそれぞれ一致するように、両者を縦続に接
続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長多重通信シス
テムや波長多重を用いたネットワークにおいて、各波長
の光信号を合分波する光合分波器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムでは、光伝送路の有効利
用は図るために、複数のチャネルに異なる波長を割り当
て、同時に複数の波長の光信号を伝送する波長多重技術
が用いられている。この波長多重技術では、複数の波長
の光信号を合分波する光合分波器が不可欠なデバイスに
なっている。

【０００３】図９は、従来の光合分波器の構成例を示
す。本光合分波器は、アレイ導波路回折格子（以下「Ａ
ＷＧ」という）と呼ばれるものであり、入力導波路１１
と、入力側コンケイブスラブ導波路１２と、隣接する導
波路の光路長差がΔＬであるアレイ導波路１３と、出力
側コンケイブスラブ導波路１４と、出力導波路アレイ１
５により構成される。

【０００４】波長多重信号光は、入力ポートから入力導
波路１１を介して入力側コンケイブスラブ導波路１２に
入力され、アレイ導波路１３に等しい光強度で分配され
る。アレイ導波路１３で光路長差ΔＬに応じた遅延差が
生じた波長多重信号光は出力側コンケイブスラブ導波路
１４に入力されて収束する。このとき、波長の違いによ
って位相状態が異なるので、出力導波路アレイ１５の各
導波路にそれぞれ異なる波長の光信号が集光し、それぞ
れ対応する出力ポートに分波される。

【０００５】また、入力導波路１１が複数ある場合に
は、波長多重光信号を入力する入力導波路の位置に応じ
て、出力導波路アレイ１５の各導波路に分波される波長
が周期的にシフトする。

【０００６】また、出力導波路アレイ１５の各導波路に
分波された波長の光信号を逆方向に入力することによ
り、逆の経路をたどって入力導波路１１に集光し、波長
多重されて出力される光合波器となる。すなわち、本明
細書における光分波器と光合波器は可逆の構成である。
以下、光分波器としての機能に基づいて説明するが、光
合波器としても用いることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図９に示す
ＡＷＧにおいて、理想的な光導波路が作成される場合に
は、アレイ導波路１３の光路長差ΔＬは一定となるが、
実際には作成誤差等により光路長差ΔＬから微小にずれ
てしまう。そのため、理想的には出力ポートのある部分
にのみ光信号が集光してクロストークは発生しないが、
現実には作成誤差等により別の出力ポートの所にも光が
漏れこんでしまい、クロストークが発生する。現状の製
品レベルでは、−25ｄＢ程度のクロストークになってい
る。このクロストークレベルは、波長多重数が小さい場
合には問題にならないが、波長多重数が増えた場合や、
光合分波器をもつアド／ドロップ多重分離型の波長多重
ネットワークでは、実現できるネットワーク規模等に制
約が生じる。このように、ＡＷＧを光合分波器として用
いて多チャネルの波長多重通信システムを構成する場合
には、ＡＷＧのクロストークが問題となる。

【０００８】また、ＡＷＧは各出力ポートの透過半値幅
を小さくでき、隣接チャネルのクロストークの抑圧レベ
ルが比較的大きいが、透過半値幅の低減には限界があ
り、隣接チャネルとの波長差が小さくなるとクロストー
クの抑圧レベルは大幅に低下する。すなわち、ＡＷＧで
分波する波長数を多くすると、隣接チャネルのクロスト
ークを十分に抑圧できない問題が生じる。

【０００９】第１の発明は、ＡＷＧのような波長分離素
子のクロストークによる伝送特性の劣化を抑えることが
できる光合分波器を提供することを目的とする。第２の
発明は、ＡＷＧのような波長分離素子の透過半値幅を変
えることなく合分波する波長数を多くすることができる
光合分波器を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明（請求項１〜
３）の光合分波器は、ＡＷＧのような第１の波長分離素
子と、複数組の入出力ポート間のそれぞれの透過波長
（透過光周波数）が互いに異なる誘電体多層膜フィルタ
のような第２の波長分離素子を備え、第１の波長分離素
子の各出力ポートに分波される波長（光周波数）と、第
２の波長分離素子の各入出力ポート間の透過波長（光周
波数）とがそれぞれ一致するように、両者を縦続に接続
する。これにより、各波長分離素子の分波特性が重畳さ
れ、クロストークの小さい光合分波器を実現できる。

【００１１】また、第２は波長分離素子は、誘電体多層
膜フィルタの他に、第１の波長分離素子をＡＷＧとした
ときに、ＡＷＧの各出力導波路に刻まれた回折格子とし
てもよい。

【００１２】第２の発明（請求項４〜６）の光合分波器
は、マッハツェンダ型フィルタのような第１の波長分離
素子と、ＡＷＧのような第２の波長分離素子を２つ備
え、第１の波長分離素子の２つの出力ポートに第２の波
長分離素子の各入力ポートを接続し、一方の第２の波長
分離素子の各出力ポートに波長多重信号光の奇数チャネ
ルの光信号を分波し、他方の第２の波長分離素子の各出
力ポートに波長多重信号光の偶数チャネルの光信号を分
波する。これにより、第２の波長分離素子の透過半値幅
を小さくすることなく、分波するチャネル数を２倍にす
ることができる。

【００１３】また、第１の波長分離素子の２つの出力ポ
ートに、それぞれ第１の波長分離素子と同様の構成で各
出力ポートの透過波長（透過光周波数）の周期が２倍の
波長分離素子を２段目として接続し、以下順次各出力ポ
ートの透過波長（透過光周波数）の周期が２倍になる波
長分離素子を多段接続し、最終段の各波長分離素子の各
出力ポートにそれぞれ第２の波長分離素子の入力ポート
を接続する。これにより、第２の波長分離素子の透過半
値幅を小さくすることなく、分波するチャネル数を第１
の波長分離素子の段数に応じて多くすることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１の発明の第１の実施形態）
図１は、第１の発明の光合分波器の第１の実施形態を示
す。図において、入力導波路１１、入力側コンケイブス
ラブ導波路１２、アレイ導波路１３、出力側コンケイブ
スラブ導波路１４、出力導波路アレイ１５により構成さ
れるＡＷＧは、従来のものと同様である。

【００１５】本実施形態の特徴は、その出力導波路アレ
イ１５に、各入出力ポート間の透過波長が互いに異なる
波長分離素子１６を挿入し、かつ出力導波路アレイ１５
の各導波路に分波される波長と、波長分離素子１６の各
入出力ポート間の透過波長とがそれぞれ一致するように
設定するところにある。このような波長分離素子１６
は、例えば誘電体多層膜フィルタの膜厚を位置により微
小に変化させることにより実現できる。

【００１６】ＡＷＧの分波特性は、図２(a) に示すよう
に透過半値幅の小さなもの作るのは容易であり、隣接チ
ャネルのクロストークの抑圧は大きいが、他のチャネル
を含めてクロストークの抑圧レベルは25〜30ｄＢが限界
である。一方、誘電体多層膜フィルタの分波特性は、図
２(b) に示すように透過半値幅を小さくできず、隣接チ
ャネルのクロストークの抑圧は小さいが、離れたチャネ
ルに対してクロストークの抑圧レベルを40ｄＢ以上に大
きくできる。

【００１７】したがって、本実施形態のようにＡＷＧと
誘電体多層膜フィルタを用いた波長分離素子１６を組み
合わせことにより、図２(c) に示すように、透過半値幅
を小さくして隣接チャネルのクロストークの抑圧を大き
くし、さらに非隣接チャネルに対するクロストークの抑
圧レベルを50ｄＢ以上に大きくすることができる。すな
わち、トータルでクロストークの小さい光合分波器を実
現することができる。

【００１８】（第１の発明の第２の実施形態）図３は、
第１の発明の光合分波器の第２の実施形態を示す。図に
おいて、入力導波路１１、入力側コンケイブスラブ導波
路１２、アレイ導波路１３、出力側コンケイブスラブ導
波路１４、出力導波路アレイ１５により構成されるＡＷ
Ｇは、第１の実施形態のものと同様である。

【００１９】本実施形態の特徴は、第１の実施形態の誘
電体多層膜フィルタを用いた波長分離素子１６に代え
て、出力導波路アレイ１５の各導波路に回折格子１７を
直接刻み、各回折格子の透過波長が対応する出力導波路
に分波される波長に一致するように設定するところにあ
る。この回折格子１７により、ＡＷＧで25〜30ｄＢの抑
圧レベルが限界であったクロストークを大幅に減衰させ
ることができ、クロストークの小さい光合分波器を実現
することができる。

【００２０】（第２の発明の第１の実施形態）ＡＷＧは
透過半値幅を小さくできるものの限界があり、隣接チャ
ネルとの波長差が小さくなるとクロストークの抑圧レベ
ルは25〜30ｄＢを下回ることになる。そこで、隣接チャ
ネルのクロストークを十分に抑圧しながらチャネル数を
多くすることができる方法を以下に示す。

【００２１】これは、同じ透過半値幅を有し、かつ透過
中心波長がずれた複数個のＡＷＧを用いる方法である。
例えば２つのＡＷＧを用いる場合に、ＡＷＧ１は、図４
(a)に示すように、各出力ポート♯１，♯２，♯３，…
の透過中心波長をλ１，λ３，λ５，…とし、それぞれ
のクロストークの抑圧レベルを25〜30ｄＢ確保する。Ａ
ＷＧ２は、図４(b) に示すように、各出力ポート♯１，
♯２，♯３，…の透過中心波長をλ２，λ４，λ６，…
とし、それぞれのクロストークの抑圧レベルを25〜30ｄ
Ｂ確保する。

【００２２】一方、波長多重信号光（波長λ１，λ２，
λ３，…、波長間隔は一定）の各チャネルを２つの出力
ポートに周期的に分波し、かつクロストークが小さい波
長分離素子（例えばマッハツェンダ型フィルタ）を用
い、各出力ポートに分波された奇数チャネルおよび偶数
チャネルの信号光を２つのＡＷＧに入力する。これによ
り、ＡＷＧの透過半値幅を変えずに分波するチャネル数
を２倍にすることができる。

【００２３】また、４つのＡＷＧを用い、それぞれのＡ
ＷＧの各出力ポートの透過中心波長を隣接チャネル間の
１／４波長ずつずらし、同様の構成で透過周期が１段目
と２段目で異なる波長分離素子（例えばマッハツェンダ
型フィルタ）を２段接続して波長多重信号光の各チャネ
ルを４つのＡＷＧに周期的に分配する。これにより、Ａ
ＷＧの透過半値幅を変えずに分波するチャネル数を４倍
にすることができる。

【００２４】同様に、同じ透過半値幅を有し、かつ透過
中心波長がずれた複数個のＡＷＧを用い、同様の波長分
離素子を多段接続して波長多重信号光を各ＡＷＧに周期
的に分配する構成をとることにより、ＡＷＧの透過半値
幅を変えずに隣接チャネルのクロストークを十分に抑圧
しながら、分波するチャネル数を多くすることができ
る。以下、２つのＡＷＧを用いる構成を第１の実施形態
とし、４つのＡＷＧを用いる構成を第２の実施形態とし
て説明する。

【００２５】図５は、第２の発明の光合分波器の第１の
実施形態を示す。図において、ＡＷＧ２１−１，２１−
２は、それぞれ図１に示す入力導波路１１、入力側コン
ケイブスラブ導波路１２、アレイ導波路１３、出力側コ
ンケイブスラブ導波路１４、出力導波路アレイ１５によ
り構成される。この入力側に、２つの出力ポートに出力
される透過波長に周期性を有する波長分離素子２２を配
置し、波長多重信号光（波長λ１，λ２，λ３，…、波
長間隔は一定）を入力して出力ポート１に奇数チャネル
の信号光（波長λ１，λ３，…）を出力し、出力ポート
２に偶数チャネルの信号光（波長λ２，λ４，…）を出
力する。このような波長分離素子２２は、例えばマッハ
ツェンダ型フィルタにより実現できる。図６は、波長分
離素子２２の出力ポート１，２の分波特性を実線と破線
で示す。

【００２６】波長分離素子２２の出力ポート１から出力
される光信号（波長λ１，λ３，…）はＡＷＧ２１−１
に入力され、出力ポート２から出力される光信号（波長
λ２，λ４，…）はＡＷＧ２１−２に入力される。ＡＷ
Ｇ２１−１，２１−２は、図４に示すように、各出力ポ
ートの透過中心波長をそれぞれλ１，λ３，λ５，…、
またはλ２，λ４，λ６，…とすることにより、すべて
のチャネルを分波することができる。

【００２７】（第２の発明の第２の実施形態）図７は、
第２の発明の光合分波器の第２の実施形態を示す。図に
おいて、ＡＷＧ２１−１〜２１−４は、それぞれ図１に
示す入力導波路１１、入力側コンケイブスラブ導波路１
２、アレイ導波路１３、出力側コンケイブスラブ導波路
１４、出力導波路アレイ１５により構成される。この入
力側に、２つの出力ポートに出力される透過波長に周期
性を有する波長分離素子２２−１，２２−２，２２−３
を２段接続したものを配置する。各波長分離素子は、例
えばマッハツェンダ型フィルタ（ＭＺ）により実現でき
る。

【００２８】図８(a) は、１段目の波長分離素子２２−
１の出力ポート１，２の分波特性を実線と破線で示す。
図８(b) は、２段目の波長分離素子２２−２の出力ポー
ト１，２の分波特性を実線と破線で示す。図８(c) は、
２段目の波長分離素子２２−３の出力ポート１，２の分
波特性を実線と破線で示す。

【００２９】波長分離素子２２−１は、波長多重信号光
（波長λ１，λ２，λ３，…、波長間隔は一定）を入力
し、出力ポート１に奇数チャネルの信号光（波長λ１，
λ３，…）を出力し、出力ポート２に偶数チャネルの信
号光（波長λ２，λ４，…）を出力する。波長分離素子
２２−１の各出力は、それぞれ波長分離素子２２−２，
２２−３に入力され、さらにそれぞれの２つの出力ポー
トに奇数チャネルと偶数チャネルが分割して出力され
る。すなわち、波長分離素子２２−２の出力ポート１に
信号光（波長λ１，λ５，…）が出力され、出力ポート
２に信号光（波長λ３，λ７，…）が出力される。ま
た、波長分離素子２２−３の出力ポート１に信号光（波
長λ２，λ６，…）が出力され、出力ポート２に信号光
（波長λ４，λ８，…）が出力される。

【００３０】波長分離素子２２−２の出力ポート１から
出力される光信号（波長λ１，λ５，…）はＡＷＧ２１
−１に入力され、出力ポート２から出力される光信号
（波長λ３，λ７，…）はＡＷＧ２１−２に入力され
る。ＡＷＧ２１−１，２１−２は、各出力ポートの透過
中心波長をそれぞれλ１，λ５，…、またはλ３，λ
７，…とすることにより、波長分離素子２２−１に入力
される波長多重信号光の奇数チャネルを分波することが
できる。

【００３１】波長分離素子２２−３の出力ポート１から
出力される光信号（波長λ２，λ６，…）はＡＷＧ２１
−３に入力され、出力ポート２から出力される光信号
（波長λ４，λ８，…）はＡＷＧ２１−４に入力され
る。ＡＷＧ２１−３，２１−４は、各出力ポートの透過
中心波長をそれぞれλ２，λ６，…、またはλ４，λ
８，…とすることにより、波長分離素子２２−１に入力
される波長多重信号光の偶数チャネルを分波することが
できる。これにより、すべてのチャネルを分波すること
ができる。

【００３２】なお、マッハツェンダ型フィルタを多段接
続し、各段の透過周期を順次２倍にしていくことによ
り、すべてのチャネルを分波することができるが、例え
ば32チャネルを分波するのに合計31個のマッハツェンダ
型フィルタを５段構成にする必要がある。一方、ある段
階でＡＷＧを用いても十分なクロストークの抑圧レベル
を確保できる波長間隔であれば、例えば図５のように１
個のマッハツェンダ型フィルタと16分波用のＡＷＧを２
個用いた構成や、図６のように３個のマッハツェンダ型
フィルタと８分波用のＡＷＧを４個用いた構成により32
チャネルの分波が可能となり、構成を簡単にすることが
できる。また、段数が減ることにより、各チャネルの損
失を小さくすることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明は、隣
接チャネルのクロストークの抑圧は大きいが、他のチャ
ネルを含めてクロストークの抑圧レベルに限界がある第
１の波長分離素子（例えばＡＷＧ）と、隣接チャネルの
クロストークの抑圧は小さいが、離れたチャネルのクロ
ストークの抑圧レベルが大きい第２の波長分離素子（例
えば誘電体多層膜フィルタ）とを組み合わせることによ
り、トータルでクロストークの小さい光合分波器を実現
することができる。

【００３４】また、第２の発明は、２つの出力ポートの
透過波長に周期性を有する第１の波長分離素子（例えば
マッハツェンダ型フィルタ）と、多チャネルを同時に分
波できる第２の波長分離素子（例えばＡＷＧ）とを組み
合わせることにより、第２の波長分離素子の透過半値幅
を変えずに分波するチャネル数を多くすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の光合分波器の第１の実施形態を示
す図。

【図２】ＡＷＧ、誘電体多層膜フィルタの分波特性およ
びクロストークを説明する図。

【図３】第１の発明の光合分波器の第２の実施形態を示
す図。

【図４】ＡＷＧの各出力ポートの分波特性を示す図。

【図５】第２の発明の光合分波器の第１の実施形態を示
す図。

【図６】波長分離素子２２の出力ポート１，２の分波特
性を示す図。

【図７】第２の発明の光合分波器の第２の実施形態を示
す図。

【図８】波長分離素子２２−１，２２−２，２２−３の
出力ポート１，２の分波特性を示す図。

【図９】従来の光合分波器の構成例を示す図。

【符号の説明】

１１ 入力導波路 １２ 入力側コンケイブスラブ導波路 １３ アレイ導波路 １４ 出力側コンケイブスラブ導波路 １５ 出力導波路アレイ １６ 波長分離素子（誘電体多層膜フィルタ） １７ 回折格子 ２１ アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ） ２２ 波長分離素子（マッハツェンダ型フィルタ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小口 喜美夫 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2H047 KA02 KA03 KA12 KB10 LA01 LA19 RA00 TA00

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つの入力ポートと複数の出力ポートを
   有し、入力ポートから入力された波長多重信号光の各波
   長（光周波数）の光信号をそれぞれ対応する出力ポート
   に分波する第１の波長分離素子と、 複数組の入出力ポートを有し、各入出力ポート間の透過
   波長（透過光周波数）が互いに異なる第２の波長分離素
   子とを備え、 前記第１の波長分離素子の各出力ポートに分波される波
   長（光周波数）と、前記第２の波長分離素子の各入出力
   ポート間の透過波長（光周波数）とがそれぞれ一致する
   ように、前記第１の波長分離素子の各出力ポートと前記
   第２の波長分離素子の各入力ポートとを接続し、前記第
   ２の波長分離素子の各出力ポートから分波された各波長
   （光周波数）の光信号を出力することを特徴とする光合
   分波器。
2. 【請求項２】 前記第１の波長分離素子がアレイ導波路
   回折格子であり、前記第２の波長分離素子が誘電体多層
   膜フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の光
   合分波器。
3. 【請求項３】 前記第１の波長分離素子がアレイ導波路
   回折格子であり、前記第２の波長分離素子が前記アレイ
   導波路回折格子の各出力導波路に刻まれた回折格子であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
4. 【請求項４】 少なくとも１つの入力ポートと２つの出
   力ポートを有し、各出力ポートの透過波長（透過光周波
   数）に周期性を有し、１つの入力ポートから入力された
   波長多重信号光の奇数チャネルの光信号を一方の出力ポ
   ートに分波し、偶数チャネルの光信号を他方の出力ポー
   トに分波する第１の波長分離素子と、 １つの入力ポートと複数の出力ポートを有し、入力ポー
   トから入力された波長多重信号光を波長（光周波数）に
   応じた各出力ポートに分波して出力する２つの第２の波
   長分離素子とを備え、 前記第１の波長分離素子の各出力ポートに前記２つの第
   ２の波長分離素子の各入力ポートを接続し、一方の第２
   の波長分離素子の各出力ポートに前記波長多重信号光の
   奇数チャネルの光信号を分波し、他方の第２の波長分離
   素子の各出力ポートに前記波長多重信号光の偶数チャネ
   ルの光信号を分波することを特徴とする光合分波器。
5. 【請求項５】 前記第１の波長分離素子の２つの出力ポ
   ートに、それぞれ前記第１の波長分離素子と同様の構成
   で各出力ポートの透過波長（透過光周波数）の周期が２
   倍の波長分離素子を２段目として接続し、以下順次各出
   力ポートの透過波長（透過光周波数）の周期が２倍にな
   る波長分離素子を多段接続し、最終段の各波長分離素子
   の各出力ポートにそれぞれ前記第２の波長分離素子の入
   力ポートを接続することを特徴とする請求項４に記載の
   光合分波器。
6. 【請求項６】 前記第１の波長分離素子がマッハツェン
   ダ型フィルタであり、前記第２の波長分離素子がアレイ
   導波路回折格子であることを特徴とする請求項４または
   請求項５に記載の光合分波器。