JP2002090556A - 光導波路型回折格子素子、光導波路型回折格子素子製造方法、合分波モジュールおよび光伝送システム - Google Patents

光導波路型回折格子素子、光導波路型回折格子素子製造方法、合分波モジュールおよび光伝送システム

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light
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俊和 柴田
Hiroshi Suganuma
寛 菅沼
Susumu Inoue
享 井上
Manabu Shiozaki
学 塩崎
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 全体として短く、コストが安く、反射・透過
の特性が優れた光導波路型回折格子素子を提供する。 【解決手段】 光導波路型回折格子素子は、光ファイバ
における光導波方向の所定範囲に亘って屈折率変調によ
る回折格子が形成されており、この光ファイバを導波す
る光のうち反射帯域内の光を回折格子により選択的に反
射する光導波路型回折格子素子であって、反射帯域が４
個の波長帯域（波長λ1〜λ4それぞれを含む波長帯域）
に区分され、４個の波長帯域それぞれにおける透過率の
極小値が−２０ｄＢ以下（より好適には−３０ｄＢ以
下）であり、反射帯域外における反射率の極大値が−２
０ｄＢ以下（より好適には−３０ｄＢ以下）である

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路における
光導波方向の所定範囲に亘って屈折率変調による回折格
子が形成された光導波路型回折格子素子、この光導波路
型回折格子素子を含み光を合波または分波する合分波モ
ジュール、および、この合分波モジュールを含み多波長
の信号光を用いて光伝送を行う光伝送システムに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】光導波路型回折格子素子は、光導波路
（例えば光ファイバ）における光導波方向の所定範囲に
亘って屈折率変調による回折格子が形成されたものであ
って、この光導波路を導波する光のうち所定の反射帯域
内の光を回折格子により選択的に反射することができ
る。また、この光導波路型回折格子素子を含む合分波モ
ジュールは、光導波路型回折格子素子により反射帯域内
の光を選択的に反射することで光を合波または分波する
ことができ、波長多重した多波長の信号光を用いて光伝
送を行う波長多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Mult
iplexing）伝送システム等において用いられる。
【０００３】一般に、光導波路型回折格子素子は、光導
波路における光導波方向の所定範囲に亘って一定周期Λ
の屈折率変調による回折格子が形成されていて、この回
折格子により、λ＝２Ｎ・Λ なる式で表されるブラッグ
条件式を満たす波長λの光を選択的に反射し、他の波長
の光を透過する。ここで、Ｎは光導波路の屈折率変調領
域における平均の実効的屈折率である。
【０００４】また、互いに異なる周期Λkの屈折率変調
によるＫ個の回折格子を光導波路の光導波方向の互いに
異なる範囲に形成することで、この光導波路型回折格子
素子は、Ｋ個の波長λk（＝２Ｎ・Λk）それぞれの光を
選択的に反射することができる（ｋ＝１〜Ｋ、ただしＫ
≧２）。しかしながら、このような複数の波長の光を選
択的に反射する光導波路型回折格子素子は、複数の回折
格子それぞれが光導波路の光導波方向の互いに異なる範
囲に形成されているので、全体として長くなり、コスト
が高くなる。
【０００５】これに対して、光導波路における光導波方
向の所定範囲に亘って屈折率変調による回折格子が形成
された光導波路型回折格子素子であって、この光導波路
を導波する光のうち複数の波長の光を回折格子により選
択的に反射するものが知られている。例えば、文献１
「M. Ibsen, et al., "Sinc-Sampled Fiber Bragg Grat
ings for Identical Multiple Wavelength Operation",
IEEE Photon. Technol.Lett., Vol.10, No.6, pp.842-
844 (1998)」に記載された光導波路型回折格子素子は、
上記所定範囲における屈折率変調のプロファイルがsinc
関数型とされたものである。また、文献２「L. A. Ever
all, et al., "Fabrication of multipassband moire r
esonators in fibers by the dual-phase-mask exposur
e method", Opt. Lett., Vol.22, No.19, pp.1473-1475
(1997)」に記載された光導波路型回折格子素子は、上
記所定範囲に周期Λk（ｋ＝１〜Ｋ）の屈折率変調が重
ねて形成されたものである。これら各文献に記載された
光導波路型回折格子素子は、光導波路における光導波方
向の１つの範囲のみに屈折率変調による回折格子が形成
されているので、全体として短く、コストが安い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
各文献に記載された光導波路型回折格子素子は、以下の
ような問題点を有している。すなわち、これらの光導波
路型回折格子素子は、反射すべき波長λkにおいて、透
過率が大きいことから、反射すべき波長λkの光の一部
が透過する（ｋ＝１〜Ｋ）。また、反射帯域外において
反射率がピークとなる波長が存在し、その波長における
反射率が大きいことから、透過すべき波長の光の一部が
反射する。
【０００７】したがって、このような光導波路型回折格
子素子を含む合分波モジュールをＷＤＭ伝送システムに
おいて用いると、透過すべき波長の光であって実際に光
導波路型回折格子素子を透過したものと、反射すべき波
長の光ではあるが光導波路型回折格子素子を透過した一
部のものとの間で、各々の波長の差が小さい場合にクロ
ストークが生じて受信エラー発生率が高くなる。また、
反射すべき波長の光の一部が光導波路型回折格子素子を
透過することから、反射すべき波長の光であって実際に
光導波路型回折格子素子で反射されたものはパワーロス
が生じる。同様に、透過すべき波長の光の一部が光導波
路型回折格子素子で反射することから、透過すべき波長
の光であって実際に光導波路型回折格子素子で透過され
たものはパワーロスが生じる。
【０００８】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、全体として短く、コストが安く、反射
・透過の特性が優れた光導波路型回折格子素子、およ
び、この光導波路型回折格子素子を製造する方法を提供
することを目的とする。また、このような光導波路型回
折格子素子を含む合分波モジュール、および、この合分
波モジュールを含む光伝送システムを提供することをも
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る光導波路型
回折格子素子は、光導波路における光導波方向の所定範
囲に亘って屈折率変調による回折格子が形成されてお
り、この光導波路を導波する光のうち反射帯域内の光を
回折格子により選択的に反射する光導波路型回折格子素
子であって、反射帯域がＫ個（Ｋ≧２）の波長帯域に区
分され、Ｋ個の波長帯域それぞれにおける透過率の極小
値が−２０ｄＢ以下（より好適には−３０ｄＢ以下）で
あり、反射帯域外における反射率の極大値が−２０ｄＢ
以下（より好適には−３０ｄＢ以下）である、ことを特
徴とする。この光導波路型回折格子素子は、従来のもの
と比べて、反射帯域内における透過率の極小値が小さ
く、反射帯域外における反射率の極大値が小さい。ま
た、この光導波路型回折格子素子は、光導波路における
光導波方向の１つの範囲のみに屈折率変調による回折格
子が形成されているので、全体として短く、コストが安
い。
【００１０】また、本発明に係る光導波路型回折格子素
子は、所定範囲における屈折率変調Δｎallが、Ｋ個の
波長帯域それぞれに応じた周期Λkの屈折率変調Δｎ
k（ｋ＝１〜Ｋ）の和として表され、所定範囲の中心位
置における屈折率変調Δｎkの位相φk（ｋ＝１〜Ｋ）が
一致していない。そして、これら位相φkのうち少なく
とも或る１組の位相φk1と位相φk2との差が３０°以上
であることを特徴とし、或いは、これら位相φkの全て
が一致していると仮定した場合と比べて所定範囲におけ
る回折格子の屈折率変調Δｎallの振幅の最大値が２／
３以下であることを特徴とする。この場合には、Ｋ個の
波長帯域それぞれにおける透過率の極小値を−２０ｄＢ
以下（より好適には−３０ｄＢ以下）とし、反射帯域外
における反射率の極大値を−２０ｄＢ以下（より好適に
は−３０ｄＢ以下）とする上で好適である。
【００１１】本発明に係る光導波路型回折格子素子製造
方法は、上記の本発明に係る光導波路型回折格子素子を
製造する方法であって、非線形計画法により位相φ
k（ｋ＝１〜Ｋ）を設計して、これに基づいて光導波路
型回折格子素子を製造することを特徴とする。この光導
波路型回折格子素子製造方法によれば、上記の光導波路
型回折格子素子を製造することができる。
【００１２】本発明に係る合分波モジュールは、上記の
本発明に係る光導波路型回折格子素子を含み、この光導
波路型回折格子素子により反射帯域内の光を選択的に反
射して、光を合波または分波することを特徴とする。ま
た、本発明に係る光伝送システムは、波長多重した多波
長の信号光を用いて光伝送を行う光伝送システムであっ
て、上記の本発明に係る合分波モジュールを含み、この
合分波モジュールにより多波長の信号光を合波または分
波することを特徴とする。これによれば、反射波長と透
過波長との差が小さい場合であっても、クロストークが
生じ難く、受信エラー発生率が低く、また、反射波長の
光のパワーロスが小さい。
【００１３】なお、合波および分波のうちの何れか一方
のみを行うのであれば、Ｋ個の波長帯域それぞれにおけ
る透過率の極小値が−２０ｄＢ以下であり、反射帯域外
における反射率の極大値が−２０ｄＢ以下であるのが好
適である。合波および分波の双方を行うのであれば、Ｋ
個の波長帯域それぞれにおける透過率の極小値が−３０
ｄＢ以下であり、反射帯域外における反射率の極大値が
−３０ｄＢ以下であるのが好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。
【００１５】先ず、本発明に係る光導波路型回折格子素
子およびその製造方法の実施形態について説明する。図
１は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００
の説明図である。この図は、光軸を含む面で切断したと
きの光導波路型回折格子素子１００の断面図を示してい
る。この光導波路型回折格子素子１００は、光導波路で
ある光ファイバ１１０に回折格子１１３が形成されたも
のである。光ファイバ１１０は、石英ガラスを主成分と
するものであって、光軸中心を含むコア領域１１１にＧ
ｅＯ2が添加されており、このコア領域１１１を取り囲
んでクラッド領域１１２が設けられている。この光ファ
イバ１１０における光導波方向の所定範囲に亘って屈折
率変調Δｎallによる回折格子１１３が形成されてい
る。
【００１６】回折格子１１３が形成された所定範囲の中
心位置を原点とするｚ軸を光導波方向に設定すると、こ
の回折格子１１３の屈折率変調Δｎall(ｚ)は、
【数１】 なる式で表される。ここで、Ｋは２以上の整数であり、
回折格子１１３の屈折率変調Δｎallは、一定周期Λkの
屈折率変調Δｎk（ｋ＝１〜Ｋ）の和として表される。
Λkは、反射すべき波長λkに応じた屈折率変調の周期で
ある。φkは、第ｋの屈折率変調Δｎkの原点（ｚ＝０）
における位相である。また、Δｎ(ｚ)は、各屈折率変調
Δｎkの振幅であり、変数ｚのガウス関数で表される。
【００１７】各屈折率変調Δｎkの位相φkは、以下の関
係を有しているのが好適である。すなわち、位相φ
k（ｋ＝１〜Ｋ）が一致しておらず、これら位相φkのう
ち少なくとも或る１組の位相φk1と位相φk2との差が３
０°以上である。或いは、位相φ k（ｋ＝１〜Ｋ）が一
致しておらず、これら位相φkの全てが一致していると
仮定した場合と比べて回折格子１１３の屈折率変調Δｎ
allの振幅の最大値が２／３以下である。
【００１８】図２は、本実施形態に係る光導波路型回折
格子素子１００の反射率特性および透過率特性を示すグ
ラフである。ここでは、Ｋ＝４としている。反射帯域
は、反射波長λ1〜λ4それぞれを含む４つの波長帯域に
区分されている。４個の波長帯域それぞれにおける透過
率の極小値が−２０ｄＢ以下（より好適には−３０ｄＢ
以下）である。また、反射帯域外における反射率の極大
値が−２０ｄＢ以下（より好適には−３０ｄＢ以下）で
ある。
【００１９】このような光導波路型回折格子素子１００
では、多波長の光が光ファイバ１１０のコア領域を導波
してきて回折格子１１３に到達すると、その到達した光
のうち、一定周期Λkの屈折率変調Δｎk（ｋ＝１〜Ｋ）
の何れかにおいてブラッグ条件を満たす波長λk（＝２
Ｎ・Λk）を含む反射帯域内の光は回折格子１１３により
反射され、その他の反射帯域外の光は回折格子１１３を
透過する。そして、この光導波路型回折格子素子１００
は、各屈折率変調Δｎkの位相φkが上記の関係を有して
いることにより、従来のものと比べて、反射帯域内にお
ける透過率の極小値が小さく、反射帯域外における反射
率の極大値が小さく、反射・透過の特性が優れる。ま
た、この光導波路型回折格子素子１００は、光ファイバ
１１０における光導波方向の１つの範囲のみに屈折率変
調Δｎallによる回折格子１１３が形成されているの
で、全体として短く、コストが安い。
【００２０】次に、本実施形態に係る光導波路型回折格
子素子１００の製造方法について説明する。初めに、コ
ア領域１１１にＧｅＯ2が添加された石英系の光ファイ
バ１１０を用意する。この光ファイバ１１０に対して、
所定の周期の位相変調を有する位相マスクを介して、例
えばＫｒＦエキシマレーザ光源から出力された波長２４
８ｎｍの紫外レーザ光を照射して、一定周期Λ1の屈折
率変調Δｎ1を形成する。位相マスクを順次取替えなが
ら、このような紫外レーザ光照射を繰り返し行って、一
定周期Λkの屈折率変調Δｎkを順次に重ねて形成する
（ｋ＝１〜Ｋ）。Ｋ回の紫外レーザ光照射それぞれにお
ける各位相マスクの配置は、各位相φk（ｋ＝１〜Ｋ）
が上記の関係を有するようにする。また、各位相φ
k（ｋ＝１〜Ｋ）を非線形計画法により設計する。非線
形計画法とは、例えばシミュレーティド・アニーリング
（Simulated Annealing）法や遺伝アルゴリズムに基づ
くものである。
【００２１】次に、本実施形態に係る光導波路型回折格
子素子の実施例について比較例とともに説明する。ここ
では、Ｋ＝８として、反射波長λ1〜λ8を１５４７．２
ｎｍから１５５２．８ｎｍまでの０．８ｎｍ刻みとし
た。各屈折率変調Δｎkの振幅Δｎ(ｚ)の関数中に現れ
るパラメータａを２．５×１０-4とし、パラメータｂを
４ｍｍとした。回折格子が形成される所定範囲の長さを
２０ｍｍとした。そして、実施例１、実施例２および比
較例それぞれにおける位相φ1〜φ8を、下記の表に記し
た値とした。実施例１および実施例２それぞれでは、位
相φ1〜φ8は、非線形計画法により設計したものであっ
て、上記の関係を有している。比較例では位相φ1〜φ8
は全て０である。
【表１】 図３は、実施例１の光導波路型回折格子素子の反射率特
性を示すグラフである。図４は、実施例２の光導波路型
回折格子素子の反射率特性を示すグラフである。また、
図５は、比較例の光導波路型回折格子素子の反射率特性
を示すグラフである。これらのグラフから判るように、
比較例では、反射帯域外における反射率の極大値のうち
の最大値が−１２ｄＢ程度であり、これに対して、実施
例１および実施例２それぞれでは、反射帯域外における
反射率の極大値のうちの最大値が−４０ｄＢ以下であ
る。また、比較例では、反射帯域内における透過率の極
小値のうちの最大値が−５５ｄＢ程度であり、実施例１
および実施例２それぞれでも、反射帯域内における透過
率の極小値のうちの最大値が−５５ｄＢ程度である。
【００２２】図６は、反射帯域外における反射率の極大
値のうちの最大値と、反射帯域内における透過率の極小
値のうちの最大値と、の関係を示すグラフである。この
図中で、□印は、実施例１および実施例２それぞれの場
合を示し、△印は、上記の比較例の場合を示し、○印
は、他の比較例の場合（従来の技術の欄で挙げた文献１
の場合）を示す。このグラフから判るように、反射帯域
外における反射率の極大値は、実施例１および実施例２
それぞれの場合（□印）の方が、比較例（△印、○印）
の場合より小さい。
【００２３】図７は、回折格子の屈折率変調Δｎallの
振幅の最大値と、反射帯域外における反射率の極大値の
うちの最大値と、の関係を示すグラフである。この図中
で、□印は、非線形計画法により各位相φkを設計した
実施例の場合を示し、○印は、ランダムに各位相φkを
設定した比較例（１０００通り）の場合を示し、△印
は、各位相φkを全て０とした比較例の場合を示す。こ
のグラフから判るように、反射帯域外における反射率の
極大値は、各位相φkを全て０とした比較例の場合（△
印）より、ランダムに各位相φkを設定した比較例（○
印）の方が小さく、非線形計画法により各位相φkを設
計した実施例の場合（□印）には更に小さい。また、回
折格子の屈折率変調Δｎallの振幅の最大値は、各位相
φkを全て０とした比較例の場合（△印）と比べて、非
線形計画法により各位相φkを設計した実施例の場合
（□印）には２／３以下である。
【００２４】次に、本発明に係る合分波モジュールの実
施形態について説明する。以下に説明する各実施形態の
合分波モジュールは、上記の実施形態に係る光導波路型
回折格子素子１００を含むものである。以下では、この
光導波路型回折格子素子１００が波長λ2mの光を反射す
る一方で波長λ2m+1の光を透過するものとして説明す
る。ただし、ｍは１以上Ｍ以下の整数であり、各波長は
【数２】 なる関係式を満たすものとする。
【００２５】図８は、第１の実施形態に係る合分波モジ
ュール１０の説明図である。この合分波モジュール１０
は、光導波路型回折格子素子１００の一端に光サーキュ
レータ２１０が接続され、光導波路型回折格子素子１０
０の他端に光サーキュレータ２２０が接続されて構成さ
れている。光サーキュレータ２１０は、第１端子２１
１、第２端子２１２および第３端子２１３を有してお
り、第１端子２１１に入力した光を第２端子２１２より
光導波路型回折格子素子１００へ出力し、第２端子２１
２に入力した光を第３端子２１３より出力する。また、
光サーキュレータ２２０は、第１端子２２１、第２端子
２２２および第３端子２２３を有しており、第１端子２
２１に入力した光を第２端子２２２より光導波路型回折
格子素子１００へ出力し、第２端子２２２に入力した光
を第３端子２２３より出力する。
【００２６】この合分波モジュール１０では、光サーキ
ュレータ２１０の第１端子２１１に波長λ2m+1の光が入
力すると、これらの光は、光サーキュレータ２１０の第
２端子２１２より光導波路型回折格子素子１００へ出力
され、光導波路型回折格子素子１００を透過して、光サ
ーキュレータ２２０の第２端子２２２に入力し、光サー
キュレータ２２０の第３端子２２３より出力される。ま
た、光サーキュレータ２２０の第１端子２２１に波長λ
2mの光が入力すると、これらの光は、光サーキュレータ
２２０の第２端子２２２より光導波路型回折格子素子１
００へ出力され、光導波路型回折格子素子１００で反射
して、光サーキュレータ２２０の第２端子２２２に入力
し、光サーキュレータ２２０の第３端子２２３より出力
される。すなわち、この場合には、この合分波モジュー
ル１０は、合波器として動作し、光サーキュレータ２１
０の第１端子２１１に入力した波長λ2m+1の光と、光サ
ーキュレータ２２０の第１端子２２１に入力した波長λ
2mの光とを合波して、その合波した波長λ1〜λ2Mの光
を光サーキュレータ２２０の第３端子２２３より出力す
る。なお、合分波モジュール１０が合波器としてのみ用
いられる場合には光サーキュレータ２１０は不要であ
る。
【００２７】また、この合分波モジュール１０では、光
サーキュレータ２１０の第１端子２１１に波長λ1〜λ
2Mの光が入力すると、これらの光は、光サーキュレータ
２１０の第２端子２１２より光導波路型回折格子素子１
００へ出力される。そして、これらの光のうち、波長λ
2mの光は、光導波路型回折格子素子１００で反射して、
光サーキュレータ２１０の第２端子２１２に入力し、光
サーキュレータ２１０の第３端子２１３より出力され
る。一方、波長λ2m+1の光は、光導波路型回折格子素子
１００を透過して、光サーキュレータ２２０の第２端子
２２２に入力し、光サーキュレータ２２０の第３端子２
２３より出力される。すなわち、この場合には、この合
分波モジュール１０は、分波器として動作し、光サーキ
ュレータ２１０の第１端子２１１に入力した波長λ1〜
λ2Mを分波して、波長λ2mの光を光サーキュレータ２１
０の第３端子２１３より出力し、波長λ2m+1の光を光サ
ーキュレータ２２０の第３端子２２３より出力する。な
お、合分波モジュール１０が分波器としてのみ用いられ
る場合には光サーキュレータ２２０は不要である。
【００２８】さらに、この合分波モジュール１０は、合
波器として動作するとともに、分波器としても動作する
ことにより、光ＡＤＭ（Add-Drop Multiplexer）として
も動作する。すなわち、この合分波モジュール１０は、
光サーキュレータ２１０の第１端子２１１に入力した波
長λ1〜λ2Mのうち波長λ2mの光を光サーキュレータ２
１０の第３端子２１３より出力（Drop）するとともに、
他の情報を担う波長λ 2mの光を光サーキュレータ２２０
の第１端子２２１より入力（Add）する。そして、光サ
ーキュレータ２１０の第１端子２１１に入力した波長λ
1〜λ2Mのうちの波長λ2m+1の光と、光サーキュレータ
２２０の第１端子２２１に入力した波長λ2mの光とを合
波して、その合波した波長λ1〜λ2Mの光を光サーキュ
レータ２２０の第３端子２２３より出力する。
【００２９】図９は、第２の実施形態に係る合分波モジ
ュール２０の説明図である。この合分波モジュール２０
は、光ファイバ１１０Ａと光ファイバ１１０Ｂとが光カ
プラ１１４Ａおよび１１４Ｂそれぞれを介して光結合さ
れていて、光カプラ１１４Ａと光カプラ１１４Ｂとの間
の光ファイバ１１０Ａの所定範囲に回折格子１１３Ａが
形成されて光導波路型回折格子素子１００Ａとされてお
り、また、光カプラ１１４Ａと光カプラ１１４Ｂとの間
の光ファイバ１１０Ｂの所定範囲に回折格子１１３Ｂが
形成されて光導波路型回折格子素子１００Ｂとされてい
る。これら光導波路型回折格子素子１００Ａおよび１０
０Ｂそれぞれは、既述した光導波路型回折格子素子１０
０と同等のものである。
【００３０】この合分波モジュール２０では、光ファイ
バ１１０Ａの第１端１１５Ａに波長λ2m+1の光が入力す
ると、これらの光は、光カプラ１１４Ａにより分岐さ
れ、光導波路型回折格子素子１００Ａ，１１０Ｂを透過
して、光カプラ１１４Ｂにより合波され、光ファイバ１
１０Ａの第２端１１６Ａより出力される。また、光ファ
イバ１１０Ｂの第２端１１６Ｂに波長λ2mの光が入力す
ると、これらの光は、光カプラ１１４Ｂにより分岐さ
れ、光導波路型回折格子素子１００Ａ，１１０Ｂで反射
して、光カプラ１１４Ｂにより合波され、光ファイバ１
１０Ａの第２端１１６Ａより出力される。すなわち、こ
の場合には、この合分波モジュール２０は、合波器とし
て動作し、光ファイバ１１０Ａの第１端１１５Ａに入力
した波長λ2m +1の光と、光ファイバ１１０Ｂの第２端１
１６Ｂに入力した波長λ2mの光とを合波して、その合波
した波長λ1〜λ2Mの光を光ファイバ１１０Ａの第２端
１１６Ａより出力する。
【００３１】また、この合分波モジュール２０では、光
ファイバ１１０Ａの第１端１１５Ａに波長λ1〜λ2Mの
光が入力すると、これらの光は、光カプラ１１４Ａによ
り分岐され光導波路型回折格子素子１００Ａ，１１０Ｂ
へ出力される。そして、これらの光のうち、波長λ2mの
光は、光導波路型回折格子素子１００Ａ，１１０Ｂで反
射して、光カプラ１１４Ａにより合波され、光ファイバ
１１０Ｂの第１端１１５Ｂより出力される。一方、波長
λ2m+1の光は、光導波路型回折格子素子１００Ａ，１１
０Ｂを透過して、光カプラ１１４Ｂにより合波され、光
ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力される。す
なわち、この場合には、この合分波モジュール２０は、
分波器として動作し、光ファイバ１１０Ａの第１端１１
５Ａに入力した波長λ1〜λ2Mを分波して、波長λ2mの
光を光ファイバ１１０Ｂの第１端１１５Ｂより出力し、
波長λ2m+1の光を光ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａ
より出力する。
【００３２】さらに、この合分波モジュール２０は、合
波器として動作するとともに、分波器としても動作する
ことにより、光ＡＤＭとしても動作する。すなわち、こ
の合分波モジュール２０は、光ファイバ１１０Ａの第１
端１１５Ａに入力した波長λ 1〜λ2Mのうち波長λ2mの
光を光ファイバ１１０Ｂの第１端１１５Ｂより出力（Dr
op）するとともに、他の情報を担う波長λ2mの光を光フ
ァイバ１１０Ｂの第２端１１６Ｂより入力（Add）す
る。そして、光ファイバ１１０Ａの第１端１１５Ａに入
力した波長λ1〜λ2Mのうちの波長λ2m+1の光と、光フ
ァイバ１１０Ｂの第２端１１６Ｂに入力した波長λ2mの
光とを合波して、その合波した波長λ1〜λ2Mの光を光
ファイバ１１０Ａの第２端１１６Ａより出力する。
【００３３】図１０は、第３の実施形態に係る合分波モ
ジュール３０の説明図である。この合分波モジュール３
０は、光ファイバ１１０Ｃと光ファイバ１１０Ｄとが光
カプラ１１４Ｃを介して光結合されていて、その光カプ
ラ１１４Ｃにおける光ファイバ１１０Ｃと光ファイバ１
１０Ｄとの融着部の所定範囲に回折格子１１３Ｃが形成
されて光導波路型回折格子素子１００Ｃとされている。
この光導波路型回折格子素子１００Ｃは、既述した光導
波路型回折格子素子１００と同等のものである。ただ
し、回折格子１１３Ｃは、光ファイバ１１０Ｃのコア領
域および光ファイバ１１０Ｄのコア領域の双方に形成さ
れている。
【００３４】この合分波モジュール３０では、光ファイ
バ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに波長λ2m+1の光が入力す
ると、これらの光は、光導波路型回折格子素子１００Ｃ
を透過して、光ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより
出力される。また、光ファイバ１１０Ｄの第２端１１６
Ｄに波長λ2mの光が入力すると、これらの光は、光導波
路型回折格子素子１００Ｃで反射して、光ファイバ１１
０Ｃの第２端１１６Ｃより出力される。すなわち、この
場合には、この合分波モジュール３０は、合波器として
動作し、光ファイバ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに入力し
た波長λ2m+1の光と、光ファイバ１１０Ｄの第２端１１
６Ｄに入力した波長λ2mの光とを合波して、その合波し
た波長λ1〜λ2Mの光を光ファイバ１１０Ｃの第２端１
１６Ｃより出力する。
【００３５】また、この合分波モジュール３０では、光
ファイバ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに波長λ1〜λ2Mの
光が入力すると、これらの光は光導波路型回折格子素子
１００Ｃに到達する。そして、これらの光のうち、波長
λ2mの光は、光導波路型回折格子素子１００Ｃで反射し
て、光ファイバ１１０Ｄの第１端１１５Ｄより出力され
る。一方、波長λ2m+1の光は、光導波路型回折格子素子
１００Ｃを透過して、光ファイバ１１０Ｃの第２端１１
６Ｃより出力される。すなわち、この場合には、この合
分波モジュール３０は、分波器として動作し、光ファイ
バ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに入力した波長λ1〜λ2M
を分波して、波長λ2mの光を光ファイバ１１０Ｄの第１
端１１５Ｄより出力し、波長λ2m+1の光を光ファイバ１
１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力する。
【００３６】さらに、この合分波モジュール３０は、合
波器として動作するとともに、分波器としても動作する
ことにより、光ＡＤＭとしても動作する。すなわち、こ
の合分波モジュール３０は、光ファイバ１１０Ｃの第１
端１１５Ｃに入力した波長λ 1〜λ2Mのうち波長λ2mの
光を光ファイバ１１０Ｄの第１端１１５Ｄより出力（Dr
op）するとともに、他の情報を担う波長λ2mの光を光フ
ァイバ１１０Ｄの第２端１１６Ｄより入力（Add）す
る。そして、光ファイバ１１０Ｃの第１端１１５Ｃに入
力した波長λ1〜λ2Mのうちの波長λ2m+1の光と、光フ
ァイバ１１０Ｄの第２端１１６Ｄに入力した波長λ2mの
光とを合波して、その合波した波長λ1〜λ2Mの光を光
ファイバ１１０Ｃの第２端１１６Ｃより出力する。
【００３７】以上の合分波モジュール１０，２０および
３０の何れも、既述した本実施形態に係る光導波路型回
折格子素子１００を含むものであるから、小型であって
安価である。また、光導波路型回折格子素子１００にお
いて、反射帯域内における透過率が小さく、且つ、反射
帯域外における反射率が小さいことから、合分波モジュ
ール１０，２０および３０の何れも、反射波長λ2mと透
過波長λ2m+1との差が小さい場合であっても、クロスト
ークが生じ難く、受信エラー発生率が低く、また、反射
波長λ2mの光のパワーロスが小さい。
【００３８】次に、本発明に係る光伝送システムの実施
形態について説明する。図１１は、本実施形態に係る光
伝送システム１の概略構成図である。この光伝送システ
ム１は、送信局２と中継局３との間が光ファイバ伝送路
５で接続され、中継局３と受信局４との間も光ファイバ
伝送路６で接続されており、また、中継局３に合分波モ
ジュール１０が設けられている。
【００３９】送信局２は、波長λ1〜λ2Mの信号光を波
長多重して光ファイバ伝送路５へ送出する。中継局３
は、光ファイバ伝送路５を伝搬してきた波長λ1〜λ2M
の信号光を入力し、これらを合分波モジュール１０によ
り分波して、波長λ2m+1の信号光を光ファイバ伝送路６
へ送出し、波長λ2mの信号光を他の光ファイバ伝送路へ
送出する。また、中継局３は、合分波モジュール１０に
より、他の光ファイバ伝送路を経て入力した波長λ2mの
信号光を光ファイバ伝送路６へ送出する。受信局４は、
光ファイバ伝送路６を伝搬してきた波長λ1〜λ2Mの信
号光を入力し、これらを各波長に分波して受信する。
【００４０】この光伝送システム１は、上記の本実施形
態に係る光導波路型回折格子素子１００を含む合分波モ
ジュール１０を用いて、波長λ1〜λ2Mの信号光を合波
または分波するものである。したがって、反射波長λ2m
と透過波長λ2m+1との差が小さい場合であっても、クロ
ストークが生じ難く、受信エラー発生率が低く、また、
反射波長λ2mの光のパワーロスが小さい。なお、合分波
モジュール１０に替えて合分波モジュール２０または３
０を設けてもよい。
【００４１】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施
形態の光導波路型回折格子素子は、光導波路である光フ
ァイバに屈折率変調による回折格子が形成されたもので
あった。しかし、これに限られず、平面基板上に形成さ
れた光導波路に屈折率変調による回折格子が形成された
ものであってもよい。
【００４２】
【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
係る光導波路型回折格子素子は、反射帯域のＫ（Ｋ≧
２）個の波長帯域それぞれにおける透過率の極小値が−
２０ｄＢ以下（より好適には−３０ｄＢ以下）であり、
反射帯域外における反射率の極大値が−２０ｄＢ以下
（より好適には−３０ｄＢ以下）である。したがって、
この光導波路型回折格子素子は、従来のものと比べて、
反射帯域内における透過率の極小値が小さく、反射帯域
外における反射率の極大値が小さく、反射・透過の特性
が優れる。また、この光導波路型回折格子素子は、光導
波路における光導波方向の１つの範囲のみに屈折率変調
による回折格子が形成されているので、全体として短
く、コストが安い。
【００４３】また、所定範囲における屈折率変調Δｎ
allが周期Λkの屈折率変調Δｎk（ｋ＝１〜Ｋ）の和と
して表され、所定範囲の中心位置における屈折率変調Δ
ｎkの位相φk（ｋ＝１〜Ｋ）が一致しておらず、これら
位相φkのうち少なくとも或る１組の位相φk1と位相φ
k2との差が３０°以上であるのが好適であり、或いは、
これら位相φkの全てが一致していると仮定した場合と
比べて所定範囲における回折格子の屈折率変調Δｎall
の振幅の最大値が２／３以下であるのが好適である。こ
の場合には、Ｋ個の波長帯域それぞれにおける透過率の
極小値を−２０ｄＢ以下（より好適には−３０ｄＢ以
下）とし、反射帯域外における反射率の極大値を−２０
ｄＢ以下（より好適には−３０ｄＢ以下）とする上で好
適である。
【００４４】本発明に係る光導波路型回折格子素子製造
方法は、非線形計画法により位相φ k（ｋ＝１〜Ｋ）を
設計して、これに基づいて上記の本発明に係る光導波路
型回折格子素子を製造する。この光導波路型回折格子素
子製造方法によれば、上記の光導波路型回折格子素子を
製造することができる。
【００４５】本発明に係る合分波モジュールは、上記の
本発明に係る光導波路型回折格子素子により反射帯域内
の光を選択的に反射して、光を合波または分波する。ま
た、本発明に係る光伝送システムは、波長多重した多波
長の信号光を用いて光伝送を行う光伝送システムであっ
て、上記の本発明に係る合分波モジュールにより多波長
の信号光を合波または分波する。これによれば、反射波
長と透過波長との差が小さい場合であっても、クロスト
ークが生じ難く、受信エラー発生率が低く、また、反射
波長の光のパワーロスが小さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子の説
明図である。
【図２】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子の反
射率特性および透過率特性を示すグラフである。
【図３】実施例１の光導波路型回折格子素子の反射率特
性を示すグラフである。
【図４】実施例２の光導波路型回折格子素子の反射率特
性を示すグラフである。
【図５】比較例の光導波路型回折格子素子の反射率特性
を示すグラフである。
【図６】反射帯域外における反射率の極大値のうちの最
大値と、反射帯域内における透過率の極小値のうちの最
大値と、の関係を示すグラフである。
【図７】回折格子の屈折率変調Δｎallの振幅の最大値
と、反射帯域外における反射率の極大値のうちの最大値
と、の関係を示すグラフである。
【図８】第１の実施形態に係る合分波モジュールの説明
図である。
【図９】第２の実施形態に係る合分波モジュールの説明
図である。
【図１０】第３の実施形態に係る合分波モジュールの説
明図である。
【図１１】本実施形態に係る光伝送システムの概略構成
図である。
【符号の説明】
１…光伝送システム、２…送信局、３…中継局、４…受
信局、５，６…光ファイバ伝送路、１０，２０，３０…
合分波モジュール、１００…光導波路型回折格子素子、
１１０…光ファイバ（光導波路）、１１１…コア領域、
１１２…クラッド領域、１１３…回折格子、２１０，２
２０…光サーキュレータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 享 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 塩崎 学 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 2H047 KA11 LA02 LA19 PA30 TA00 TA02 2H050 AA00 AC82 AC84

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光導波路における光導波方向の所定範囲
    に亘って屈折率変調による回折格子が形成されており、
    この光導波路を導波する光のうち反射帯域内の光を前記
    回折格子により選択的に反射する光導波路型回折格子素
    子であって、 前記反射帯域がＫ個（Ｋ≧２）の波長帯域に区分され、
    前記Ｋ個の波長帯域それぞれにおける透過率の極小値が
    −２０ｄＢ以下であり、前記反射帯域外における反射率
    の極大値が−２０ｄＢ以下である、 ことを特徴とする光導波路型回折格子素子。
  2. 【請求項２】 前記Ｋ個の波長帯域それぞれにおける透
    過率の極小値が−３０ｄＢ以下であることを特徴とする
    請求項１記載の光導波路型回折格子素子。
  3. 【請求項３】 前記反射帯域外における反射率の極大値
    が−３０ｄＢ以下であることを特徴とする請求項１記載
    の光導波路型回折格子素子。
  4. 【請求項４】 前記所定範囲における前記屈折率変調Δ
    ｎallが、前記Ｋ個の波長帯域それぞれに応じた周期Λk
    の屈折率変調Δｎk（ｋ＝１〜Ｋ）の和として表され、 前記所定範囲の中心位置における前記屈折率変調Δｎk
    の位相φk（ｋ＝１〜Ｋ）が一致しておらず、これら位
    相φkのうち少なくとも或る１組の位相φk1と位相φk2
    との差が３０°以上である、 ことを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子素
    子。
  5. 【請求項５】 前記所定範囲における前記屈折率変調Δ
    ｎallが、前記Ｋ個の波長帯域それぞれに応じた周期Λk
    の屈折率変調Δｎk（ｋ＝１〜Ｋ）の和として表され、 前記所定範囲の中心位置における前記屈折率変調Δｎk
    の位相φk（ｋ＝１〜Ｋ）が一致しておらず、これら位
    相φkの全てが一致していると仮定した場合と比べて前
    記所定範囲における前記回折格子の前記屈折率変調Δｎ
    allの振幅の最大値が２／３以下である、 ことを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子素
    子。
  6. 【請求項６】 請求項４または５に記載の光導波路型回
    折格子素子を製造する方法であって、非線形計画法によ
    り前記位相φk（ｋ＝１〜Ｋ）を設計して、これに基づ
    いて前記光導波路型回折格子素子を製造することを特徴
    とする光導波路型回折格子素子製造方法。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の光導波路型回折格子素子
    を含み、この光導波路型回折格子素子により反射帯域内
    の光を選択的に反射して、光を合波または分波すること
    を特徴とする合分波モジュール。
  8. 【請求項８】 波長多重した多波長の信号光を用いて光
    伝送を行う光伝送システムであって、請求項７記載の合
    分波モジュールを含み、この合分波モジュールにより前
    記多波長の信号光を合波または分波することを特徴とす
    る光伝送システム。
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