JP2003185875A

JP2003185875A - 光フーリエフィルタ

Info

Publication number: JP2003185875A
Application number: JP2002063144A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Koshi; 浩之越; Kazuhisa Kashiwabara; 一久柏原
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】低損失で、方形波応答を有する光フーリエフ
ィルタを提供する。【解決手段】第１の光路１と第２の光路２を並設し、
これら第１の光路１と第２の光路２を近接させた（Ｎ＋
１）個（Ｎは２以上の整数）の光結合部３を第１の光路
１と第２の光路２の長手方向に互いに間隔を介して形成
し、隣り合う光結合部３に挟まれたＮ個の遅延回路４を
設ける。それぞれの遅延回路４は第１の光路１と第２の
光路２の長さを互いに異なる長さとし、各遅延回路４に
おける第１の光路１と第２の光路２の光路差のうち最大
光路差を、最小光路差の２^ｍ倍（ｍは１以上の整数）か
ら使用中心波長付近に定めた設定波長分だけ引いた値も
しくは加えた値に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システム等
に用いられる光フーリエフィルタに関するものである。

【０００２】

【背景技術】近年のインターネットトラヒックの急増を
背景に、通信ネットワーク容量の拡大が急務となってお
り、それに伴い、波長分割多重（Wavelength Division
Multiplexing (WDM)）伝送技術の検討が盛んに行なわ
れている。波長分割多重伝送技術は、１本の光ファイバ
に異なる波長の光信号を複数多重して伝送するため、伝
送容量を波長多重分だけ拡大できる。

【０００３】現行波長分割多重伝送システムの将来的な
拡張性を持たせる手段として、例えば図５の（ａ）、
（ｂ）に示すように、設定波長間隔で互いに異なる複数
波長の光を持った波長多重光を、図５の矢印Ａに示すよ
うに合波して、図５の（ｃ）に示すようにする（例えば
図５の（ｂ）に示す既存の波長間に、図５の（ａ）に示
す新たな波長を挿入する）波長多重化の試みが成されて
いる。

【０００４】この波長多重化によって、例えば２００Ｇ
Ｈｚ間隔の波長λ１、λ３、λ５、λ７、λ９、λ１
１、・・・の波長多重光と２００ＧＨｚ間隔の波長λ
２、λ４、λ６、λ８、λ１０、・・・の波長多重光が
合波され、１００ＧＨｚ間隔の波長λ１、λ２、λ３、
λ４、λ５、λ６、λ７、λ８、λ９、λ１０、λ１
１、・・・を持った波長多重光が形成される。

【０００５】また、図５の矢印Ｂに示すように、図５の
（ｃ）に示した波長多重光を、図５の（ａ）、（ｂ）に
示すように分波する波長分割化の試みも成されている。
この波長分割化によって、例えば１００ＧＨｚ間隔の波
長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５、λ６、λ７、λ８、
λ９、λ１０、λ１１、・・・を持った波長多重光を、
２００ＧＨｚ間隔の波長λ１、λ３、λ５、λ７、λ
９、λ１１、・・・の波長多重光と２００ＧＨｚ間隔の
波長λ２、λ４、λ６、λ８、λ１０、・・・の波長多
重光に分波することが行なわれる。

【０００６】上記のように、隣り合う波長を交互に合波
したり分波したりする機能は、インターリーブ方式と呼
ばれ、インターリーブ方式を有した光波長合分波器は、
インターリーバーとして注目されている。

【０００７】図６には、インターリーバーを適用した波
長分割多重伝送システムの構成例が示されている。図６
において、符号２０は中継器である光増幅器を示し、光
増幅器２０は光伝送路２７の中継点に設けられている。

【０００８】図６において、それぞれ異なる１つの波長
の光を発信する複数の送信器２５から光を送信し、これ
らの光を光合波器２１，２２で合波してそれぞれの２つ
の波長多重光とする。さらに、前記それぞれの２つの波
長多重光を送信側のインターリーバー（図６における
Ａ）で合波し、光伝送路２７を介して送信する。

【０００９】光の受信側では、受信側のインターリーバ
ー（図６におけるＢ）で２つの波長多重光に分波し、そ
の後、光分波器２３、２４によりそれぞれの波長の光に
分波して受信器２６で受信する。

【００１０】上記のような、波長多重光の合波や分波を
行なうインターリーバーには、光透過損失が低ロスであ
ること、そして、透過波長域がフラットである方形波特
性を有することが熱望されている。

【００１１】インターリーバーを実現できる手段の１つ
として、光フーリエフィルタの実現化の検討が様々に進
められている。上記検討内容は、例えば、C.Huang et a
l.,NFOEC'99,Proc., pp.311-316(1999)や、H.Arai et a
l., NFOEC'99,Proc., pp.444-451(1999)等に述べられて
いる。

【００１２】C.Huang et al.,では、光ファイバと光カ
プラで光フーリエフィルタを構成した例が示されてい
る。ただし、本発明の特徴である遅延回路の最大光路差
の最適位相差に関しては何ら開示されていない。また、
H.Arai et al.,では、光導波路型の光フーリエフィルタ
を構成した例が示されている。ただし、本発明の特徴で
ある遅延回路の最大光路差の最適位相差の設計方法が異
なるものである。

【００１３】光フーリエフィルタは、例えば図７に示す
ように、第１の光路１と、該第１の光路１と並設された
第２の光路２と、これら第１の光路１と第２の光路２の
長手方向に互いに間隔を介した位置において第１の光路
１と第２の光路２を近接させた（Ｎ＋１）個（Ｎは２以
上の整数）の光結合部３と、隣り合う光結合部３に挟ま
れたＮ個の遅延回路４とを有している。第１、第２の光
路１，２は、光導波路や光ファイバ等により形成され
る。

【００１４】遅延回路４は、第１の光路１と第２の光路
２の長さを互いに異なる長さにして形成されている。光
フーリエフィルタは、マッハツェンダ光干渉回路を基本
要素として、これらのマッハツェンダ光干渉回路を複数
１列に縦列接続して構成したもの、ということもでき
る。

【００１５】図７に示した光フーリエフィルタの回路の
ように、マッハツェンダ光干渉回路を縦列接続した回路
は、フーリエ級数に展開することが可能である。また、
この回路は、例えば特願平７−３３８９２１号等に記述
されているように、光結合部３の結合率および遅延回路
４における第１の光路１と第２の光路２の光路差を最適
にすることにより、所望の周波数特性が実現できると考
えられている。

【００１６】以下、図７を参照し、光フーリエフィルタ
の特性について詳細に述べる。図７に示した光フーリエ
フィルタは、２つの入力ポート１１，１２と２つの出力
ポート１３，１４を有する２×２構造の光フーリエフィ
ルタであり、出力ポート１３，１４における電界分布
は、（数１）に示す伝達行列Ｔ_φｉによって入力ポート
１１，１２での電界分布と関連づけられる。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここで、ｊは√（−１）、ｉは光結合部３
（３ａ，３ｂ，・・・）の番号で、０，１，２，・・
・，Ｎである。φ_ｉは各光結合部３（３ａ，３ｂ，・・
・）の結合率に対応する値であり、式（１）により与え
られる。

【００１９】 φ_ｉ＝（π／２）・｛（ｌ_ｉ＋ｌ_ｅ）／ｌ_ｃ｝・・・・・（１）

【００２０】ここで、ｌ_ｉは光結合部３（３ａ，３ｂ，
・・・）の結合長である。ｌ_ｃは結合率が１００％結合
となる結合長であり、光結合部３（３ａ，３ｂ，・・
・）の結合強度を表している。ｌ_ｅは光結合部３（３
ａ，３ｂ，・・・）の展開部分（図２参照）における実
質的な結合長を表している。

【００２１】このとき、光結合部３（３ａ，３ｂ，・・
・）の結合率η_ｉは、次式（２）により与えられる。

【００２２】η_ｉ＝ｓｉｎ^２（φ_ｉ）・・・・・（２）

【００２３】同様に、２つの同一構造の光路間での遅延
量を特徴づける伝達行列Ｔ_θｋは、（数２）により表さ
れる。

【００２４】

【数２】

【００２５】ここで、ｋは遅延回路４の番号で、１，
２，・・・，Ｎであり、θ_ｋは遅延回路４の遅延量に対
応する位相量を表し、式（３）で与えられる。

【００２６】 θ_ｋ＝（ΔＬ_ｋ・ｎ_ｅｆｆ・π）／λ・・・・・（３）

【００２７】ここで、ΔＬ_ｋは各遅延回路での２つの光
路の遅延量、ｎ_ｅｆｆは光路の有効屈折率、λは光の波
長である。遅延回路４の遅延量は、遅延回路４における
第１の光路１の長さから第２の光路２の長さを引いた値
であり、第２の光路２が第１の光路１よりも長い場合は
マイナスの値となる。

【００２８】以上より、（Ｎ＋１）個の光結合部３（３
ａ，３ｂ，・・・）はそれぞれφ_０、φ_１、φ_２、・・
・φ_Ｎで特徴づけられ、Ｎ個の遅延回路４（４ａ，４
ｂ，・・・）はそれぞれθ_１、θ_２、・・・θ_Ｎで特徴
づけられる。したがって、図７に示す２×２構造の光導
波路型光フーリエフィルタの行列伝達Ｔ_φθは、式
（４）で表される。

【００２９】Ｔ_φθ＝Ｔ_φＮ・Ｔ_θＮ・・・Ｔ_φ２・Ｔ_θ２・Ｔ_φ１・Ｔ_θ１・Ｔ_φ０・・・・・（４）

【００３０】式（４）の行列の積から、いずれかの入力
ポートからいずれかの出力ポートへの伝達関数Ｔ
_φθが、（数３）の形式の和で表されることが分かる。

【００３１】

【数３】

【００３２】なお、（数３）の各項は、通常高周波を表
現できないので、遅延回路４の遅延量に特徴づけられる
θ_ｉを任意に選択する場合には、（数３）の和は通常フ
ーリエ級数に展開できない。

【００３３】しかし、遅延回路４の遅延量の比がある条
件を満足する場合、つまり、Ｎ個の遅延回路４のそれぞ
れにおける遅延量の絶対値（第１の光路１と第２の光路
２の光路差）が、そのうちの最小値の２^ｍ（ｍ＝１，
２，・・・）倍となる場合には、式（３）は省略された
フーリエ級数となるといわれている。図７に示したよう
な基本構成を有し、かつ、（数３）の和をフーリエ級数
に展開できる場合に、この構成を、従来、一般的に光フ
ーリエフィルタと呼んでいる。

【００３４】なお、本明細書において、遅延回路におけ
る第１の光路と第２の光路の光路差とは、上記のように
遅延回路の遅延量の絶対値をいう。つまり、遅延回路に
おける第１の光路と第２の光路の光路差は、遅延回路に
おける第１の光路の長さをＬ _１、第２の光路の長さをＬ
_２としたとき、｜Ｌ_１−Ｌ_２｜であり、遅延回路におけ
る第１の光路と第２の光路のうち長い方から短い方の長
さを引いた値である。

【００３５】透過遮断特性が方形波応答となる波長分割
多重伝送用フィルタを実現する場合には、伝達関数の奇
数対称性が要求されるため、奇数次調波のみを有するフ
ーリエ級数が必要となる。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に、インターリーバーに代表される波長分割多重伝送用
フィルタとして、光フーリエフィルタの適用が注目を集
めているが、実際には、上記従来の設計方法に従ってパ
ラメータを決定し、光フーリエフィルタを設計しても所
望の方形波応答を有するフィルタ特性は実現できなかっ
た。

【００３７】例えば、一般にＣバンドと呼ばれている波
長１．５５μｍ帯域における周波数間隔１００ＧＨｚの
信号周波数多重光を、２００ＧＨｚ間隔の２つの多重光
に分波するインターリーバーを光フーリエフィルタで構
成する場合について説明する。

【００３８】このインターリーバーは、信号列を１個飛
びに間引くこと、すなわち、例えば図５の矢印Ｂに示し
たように、周波数番号が偶数である２００ＧＨｚ間隔の
１つの多重信号光と、周波数番号が奇数である２００Ｇ
Ｈｚ間隔の他の多重信号光とに分離できるように設計さ
れる。

【００３９】光フーリエフィルタによりこのインターリ
ーバーを実現するためには、自由スペクトル領域（ＦＳ
Ｒ；ＦｒｅｅＳｐｅｃｔｒａｌＲａｎｇｅ）が２０
０ＧＨｚのマッハツェンダ光干渉回路と、ＦＳＲが１０
０ＧＨｚのマッハツェンダ光干渉回路を縦列に接続した
２段型の光フーリエフィルタとすることが考えられる。
つまり、図８に示すように、光フーリエフィルタを、３
個の光結合部３（３ａ，３ｂ，３ｃ）と２個の遅延回路
４（４ａ，４ｂ）を有する（すなわち遅延回路４の個数
Ｎ＝２とする）構成とすることが考えられる。

【００４０】この光フーリエフィルタを従来の設計方法
に従って設計する場合、ＦＳＲ＝２００ＧＨｚのマッハ
ツェンダ光干渉回路の光路差（遅延回路４ａにおける第
１の光路１と第２の光路２の光路差）を約１ｍｍとし、
ＦＳＲ＝１００ＧＨｚのマッハツェンダ光干渉回路の光
路差（遅延回路４ｂにおける第１の光路１と第２の光路
２の光路差）は、その２^１倍である２倍の約２ｍｍと設
定することになる。

【００４１】しかし、この設計に基づいて光フーリエフ
ィルタを設計すると、計算機シミュレーション結果と実
際に作製したサンプルの光透過特性測定結果（実スペク
トル）はほぼ一致した。前記シミュレーション結果と光
透過特性測定結果は、図９の（ａ）、（ｂ）の特性線ａ
に示す特性となり、この特性は、図９の特性線ｂに示す
所望の方形波応答を有するスペクトルとはかけ離れてい
た。

【００４２】なお、図９の（ａ）に示す特性は、光入力
ポート１１から入力して光出力ポート１３から出力する
光の特性を示し、図９の（ｂ）に示す特性は、光入力ポ
ート１１から入力して光出力ポート１４から出力する光
の特性を示す。

【００４３】また、計算機シミュレーション結果は、損
失分を実スペクトルに規格化して示したものであるが、
計算機シミュレーション結果と実スペクトルはよく一致
しているので、ターゲットスペクトルである方形波応答
が得られない理由が作製誤差にあるとは考えられない。

【００４４】このように、従来例においては、所望の特
性を有する光フーリエフィルタを実現することが困難で
あるため、光フーリエフィルタ作製後に、遅延回路４の
遅延量を直接トリミングすることによりスペクトルを調
整する手段が採用されている。例えば、遅延回路４の部
分にＣＯ_２レーザを照射して第１、第２の光路１，２の
屈折率を変化させて波形を調整する手段や、予め遅延回
路４の表面に屈折率制御用の薄膜ヒータを作製してお
き、波形を調整する手段などが採用されている。

【００４５】しかしながら、このような遅延回路４の遅
延量のトリミングは作業が容易でなく、トリミングを行
なう分だけ光フーリエフィルタのコストアップにもつな
がる。そのため、トリミングをしなくても所望の波形特
性を得られる光フーリエフィルタが望まれていた。

【００４６】本発明は上記従来の課題を解決するために
成されたものであり、その目的は、トリミング等を行な
わなくても所望の波形特性を得ることができる、安価の
光フーリエフィルタを提供することにある。

【００４７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のような構成をもって課題を解決するた
めの手段としている。すなわち、第１の発明は、第１の
光路と、該第１の光路と並設された第２の光路と、これ
らの光路長手方向に互いに間隔を介した位置において前
記第１の光路と第２の光路を近接させた（Ｎ＋１）個
（Ｎは２以上の整数）の光結合部と、隣り合う光結合部
に挟まれたＮ個の遅延回路とを有し、それぞれの遅延回
路は第１の光路と第２の光路の長さを互いに異なる長さ
とした光フーリエフィルタにおいて、前記Ｎ個の遅延回
路のそれぞれにおける第１の光路と第２の光路の光路差
のうち最小光路差を有する遅延回路で生じる光の位相差
をθとしたとき、前記Ｎ個の遅延回路のそれぞれにおけ
る第１の光路と第２の光路の光路差のうち最大光路差を
有する遅延回路で生じる位相差を２^ｍ・θ＋２πまたは
２^ｍ・θ−２π（ｍは１以上の整数）とした構成をもっ
て課題を解決する手段としている。

【００４８】また、第２の発明は、上記第１の発明の構
成に加え、前記Ｎ個の遅延回路のそれぞれにおける第１
の光路と第２の光路の光路差のうち最大光路差を、最小
光路差の２^ｍ倍（ｍは１以上の整数）から使用中心波長
付近に定めた設定波長分を引いた値または前記最小光路
差の２^ｍ倍（ｍは１以上の整数）に使用中心波長付近に
定めた設定波長分を加えた値に形成した構成をもって課
題を解決する手段としている。

【００４９】さらに、第３の発明は、上記第１の発明の
構成に加え、前記Ｎ個の遅延回路における第１の光路と
第２の光路の光路差は互いに異なり、前記Ｎ個の遅延回
路のそれぞれにおける第１の光路と第２の光路の光路差
のうち最小光路差を有する遅延回路で生じる光の位相差
をθとしたとき、最大光路差を有する遅延回路で生じる
光の位相差を２^Ｎ−１・θ＋２πまたは２^Ｎ−１・θ−
２πとし、前記最小光路差を有する遅延回路と前記最大
光路差を有する遅延回路以外の（Ｎ−２）個の遅延回路
で生じる光の位相差をそれぞれθ・２^ｍ（ｍ＝１，２，
・・・Ｎ−２）とした構成をもって課題を解決する手段
としている。

【００５０】さらに、第４の発明は、上記第２の発明の
構成に加え、前記Ｎ個の遅延回路における第１の光路と
第２の光路の光路差は互いに異なり、前記Ｎ個の遅延回
路のそれぞれにおける第１の光路と第２の光路の光路差
のうち最小光路差をΔＬとし、設定波長をλとしたき、
最大光路差をΔＬ・２^Ｎ−１＋λまたはΔＬ・２^Ｎ− ^１
−λとし、該最大光路差を有する遅延回路と前記最小光
路差を有する遅延回路以外の（Ｎ−２）個の遅延回路に
おける第１の光路と第２の光路の光路差をそれぞれΔＬ
・２^ｍ（ｍ＝１，２，・・・Ｎ−２）とした構成をもっ
て課題を解決する手段としている。

【００５１】さらに、第５の発明は、上記第１乃至第４
のいずれか一つの発明の構成に加え、前記第１の光路は
第１の光導波路により形成し、第２の光路は第２の光導
波路により形成し、光結合部は前記第１の光導波路と前
記第２の光導波路を近接させて成る方向性結合部とした
構成をもって課題を解決する手段としている。

【００５２】さらに、第６の発明は、上記第５の発明の
構成に加え、前記第１の光導波路と第２の光導波路はシ
ングルモード光導波路により形成した構成をもって課題
を解決する手段としている。

【００５３】さらに、第７の発明は、上記第１乃至第４
のいずれか一つの発明の構成に加え、前記第１の光路と
第２の光路はシングルモード光ファイバにより形成した
構成をもって課題を解決する手段としている。

【００５４】さらに、第８の発明は、上記第１乃至第７
のいずれか一つの発明の構成に加え、前記設定波長は使
用中心波長±１０％の範囲内に設定した構成をもって課
題を解決する手段としている。

【００５５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明にお
いて、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その
重複説明は省略または簡略化する。図１には、本発明に
係る光フーリエフィルタの第１実施形態例の要部構成図
が平面図により示されている。

【００５６】図１に示すように、本実施形態例の光フー
リエフィルタは、遅延回路４の個数Ｎを２個として形成
した光フーリエフィルタである。

【００５７】また、本実施形態例の光フーリエフィルタ
は、周波数間隔１００ＧＨｚの信号周波数多重光を、２
００ＧＨｚ間隔の２つの多重光に分波するインターリー
バー、あるいは、互いに１００ＧＨｚシフトした２００
ＧＨｚ間隔の互いに異なる２つの信号周波数多重光を１
００ＧＨｚ間隔の信号周波数多重光に合波するインター
リーバーとして機能するように設計されている。本発明
の光フーリエフィルタは、波長１．５５μｍ（１５５０
ｎｍ）帯域の波長多重光の合分波用に設計されている。

【００５８】本実施形態例において、第１の光路１は第
１の光導波路により形成され、第２の光路２は第２の光
導波路により形成されており、光結合部３は第１の光導
波路と第２の光導波路を近接させて成る方向性結合部で
ある。第１の光導波路と第２の光導波路は石英系導波路
により形成されており、使用波長帯域である波長１．５
５μｍ帯においてシングルモード条件を満足できるシン
グルモード光導波路である。これらの導波路構成は、シ
リコン基板上に形成されている。

【００５９】本実施形態例は、基板上に火炎加水分解堆
積法を用いて石英系ガラス膜を形成して成り、その光導
波路構成は、フォトリソグラフィ工程を用いて作製され
ている。光導波路の断面は６．５μｍ×６．５μｍの正
方形状を有しており、光導波路（コア）部分の屈折率
は、この光導波路部分にドープするＧｅＯ_２のドープ量
を調整することにより、周りの石英系ガラスのクラッド
と比較して０．８％高く形成されている。また、第１、
第２の光路１，２の有効屈折率は、波長１．５５μｍで
約１．４５である。

【００６０】各光結合部３ａ，３ｂ，３ｃの結合率は、
使用波長帯の中心波長である波長１．５５μｍに対し、
それぞれ、以下に示す値である。すなわち、光結合部３
ａの結合率η_１＝５０．０％、光結合部３ｂの結合率η
_２＝７０．６％、光結合部３ｃの結合率η_３＝８．２％
である。これらの値が得られるように、それぞれの光結
合部３ａ，３ｂ，３ｃにおいて、図２に示す光導波路間
のギャップＧおよび結合部長ｌ_ｉが調整されている。

【００６１】本実施形態例の特徴は、Ｎ（ここでは２）
個の遅延回路４（４ａ，４ｂ）のそれぞれにおける第１
の光路１と第２の光路２の光路差のうち最小光路差を有
する遅延回路４ａで生じる光の位相差をθとしたとき、
前記Ｎ個の遅延回路４（４ａ，４ｂ）のそれぞれにおけ
る第１の光路１と第２の光路２の光路差のうち最大光路
差を有する遅延回路４ｂで生じる位相差を２^ｍ・θ−２
π（ｍは１以上の整数であり、ここでは１）としたこと
である。

【００６２】つまり、第１実施形態例において、遅延量
ΔＬ_１の遅延回路４（４ａ）における位相差をθ_１とす
ると、遅延量ΔＬ_２の遅延回路４（４ｂ）における位相
差θ _２は２・θ_１−２πとしている。

【００６３】また、本実施形態例は、それぞれの遅延回
路４（４ａ，４ｂ）の第１の光路１と第２の光路２の光
路差のうち、最大光路差（ここでは遅延回路４ｂにおけ
る第１の光路１と第２の光路２の光路差）を、最小光路
差（ここでは遅延回路４ａにおける第１の光路１と第２
の光路２の光路差）の２^ｍ倍（ｍは１以上の整数）から
使用中心波長付近に定めた設定波長分を引いた値に形成
している。本実施形態例は、この光路差の構成により、
上記位相差の構成を満たしている。

【００６４】上記光路差の関係は、以下の関係を満たし
ている。つまり、遅延回路４ａにおける第１の光路１と
第２の光路２の光路差（最小光路差）を最小光路差ΔＬ
とし、上記設定波長をλとしたき、遅延回路４ｂにおけ
る第１の光路１と第２の光路２の光路差（最大光路差）
は、ΔＬ・２^Ｎ−１−λで表される。

【００６５】本実施形態例において、遅延回路４ａにお
ける光路差ΔＬ_１（＝ΔＬ）は１０１４．１μｍとし、
設定波長λは１．５５μｍとしているので、上記最大光
路差は、ΔＬ・２^１−１．５５（μｍ）により求め、２
０２６．６μｍとし、遅延回路４ｂにおける光路差ΔＬ
_２の値をこの値とした。

【００６６】なお、設定波長は使用中心波長±１０％の
範囲内に設定することが好ましく、本実施形態例では、
波長１．５５μｍ帯の中心波長（使用中心波長）である
波長１．５５μｍを設定波長とした。

【００６７】本実施形態例は以上のように構成されてお
り、図３の（ａ）には、本実施形態例を合波用のインタ
ーリーバーとして適用し、入力ポート１１に入力した１
００ＧＨｚ間隔の光を、２００ＧＨｚ間隔の光として出
力ポート１３から出力した場合の通過スペクトルが示さ
れている。特性線ａがシミュレーション結果であり、○
がスペクトル測定結果（実スペクトル）である。

【００６８】また、図３の（ｂ）には、本実施形態例を
合波用のインターリーバーとして適用し、入力ポート１
１に入力した１００ＧＨｚ間隔の光を、２００ＧＨｚ間
隔の光として出力ポート１４から出力した場合の通過ス
ペクトルが示されている。特性線ａがシミュレーション
結果であり、○がスペクトル測定結果（実スペクトル）
である。この出力ポート１４から出力した出力光の特性
は、上記出力ポート１３から出力した光（図３の
（ａ））と１００ＧＨｚずれている。

【００６９】なお、図３において、損失レベルについて
は、実スペクトルと設計スペクトルとが一致するよう
に、設計スペクトルを実スペクトルのレベルに規格化し
た。

【００７０】図３の（ａ）、（ｂ）から明らかなよう
に、本実施形態例においては、出力ポートに関係なく、
実スペクトルと設計スペクトルは透過特性および遮断特
性の両面で非常によく一致しており、インターリーバー
のターゲットである方形波応答も十分に実現しているこ
とが分かる。

【００７１】本実施形態例によれば、上記のように、良
好な方形波応答性を実現することができており、従来の
ように、作製後にトリミング等を行なわなくても、イン
ターリーバーとして適した良好な特性を有する光フーリ
エフィルタを実現することができた。また、本実施形態
例は、トリミング等を必要としない分だけ、作製コスト
を低減でき、安価な光フーリエフィルタを実現すること
ができた。

【００７２】次に、本発明に係る光フーリエフィルタの
第２実施形態例について説明する。本第２実施形態例
も、図１に示す構成を有し、遅延回路４の個数Ｎが２の
光フーリエフィルタである。本第２実施形態例の説明に
おいて、上記第１実施形態例との重複説明は省略または
簡略化する。

【００７３】本第２実施形態例の光フーリエフィルタ
は、使用波長帯である波長１．５５μｍ帯域における周
波数間隔４００ＧＨｚの信号周波数多重光を、８００Ｇ
Ｈｚ間隔の２つの多重光に分波するインターリーバー、
あるいは、互いに４００ＧＨｚシフトした８００ＧＨｚ
間隔の互いに異なる信号周波数多重光を４００ＧＨｚ間
隔の信号周波数多重光に合波するインターリーバーとし
て機能するように設計されている。

【００７４】本第２実施形態例も上記第１実施形態例と
同様に、火炎加水分解堆積法とフォトリソグラフィ工程
を用いて作製されており、光導波路の断面は８．０μｍ
×８．０μｍの正方形状を有している。光導波路（コ
ア）部分の屈折率は、この光導波路部分にドープするＴ
ｉＯ_２のドープ量を調整することにより、周りの石英系
ガラスのクラッドと比較して０．４％高くした。なお、
第２実施形態例においても、有効屈折率は、波長１．５
５μｍで約１．４５である。

【００７５】また、各光結合部３ａ，３ｂ，３ｃの結合
率は、使用波長帯の中心波長である波長１．５５μｍに
対し、それぞれ、以下に示す値である。すなわち、光結
合部３ａの結合率η_１＝４９．８％、光結合部３ｂの結
合率η_２＝７０．５％、光結合部３ｃの結合率η_３＝
９．１％である。これらの値が得られるように、それぞ
れの光結合部３ａ，３ｂ，３ｃにおいて、図２に示した
光導波路間のギャップＧおよび結合部長ｌ_ｉが調整され
ている。

【００７６】第２実施形態例の特徴は、Ｎ（ここでは
２）個の遅延回路４（４ａ，４ｂ）のそれぞれにおける
第１の光路１と第２の光路２の光路差のうち最小光路差
を有する遅延回路４ａで生じる光の位相差をθとしたと
き、前記Ｎ個の遅延回路４（４ａ，４ｂ）のそれぞれに
おける第１の光路１と第２の光路２の光路差のうち最大
光路差を有する遅延回路４ｂで生じる位相差を２^ｍ・θ
＋２π（ｍは１以上の整数であり、ここでは１）とした
ことである。

【００７７】つまり、第２実施形態例において、遅延量
ΔＬ_１の遅延回路４（４ａ）における位相差をθ_１とす
ると、遅延量ΔＬ_２の遅延回路４（４ｂ）における位相
差θ _２は２・θ１＋２πとしている。

【００７８】また、本実施形態例は、それぞれの遅延回
路４（４ａ，４ｂ）の第１の光路１と第２の光路２光路
差のうち、最大光路差（ここでは遅延回路４ｂにおける
第１の光路１と第２の光路２の光路差）を、最小光路差
（ここでは遅延回路４ａにおける第１の光路１と第２の
光路２の光路差）の２^ｍ倍（ｍは１以上の整数）に使用
中心波長付近に定めた設定波長分を加えた値に形成して
いる。第２実施形態例は、この光路差の構成により、上
記位相差の構成を満たしている。

【００７９】上記光路差の関係は、以下の関係を満たし
ている。つまり、遅延回路４ａにおける第１の光路１と
第２の光路２の光路差（最小光路差）を最小光路差ΔＬ
とし、上記設定波長をλとしたき、遅延回路４ｂにおけ
る第１の光路１と第２の光路２の光路差（最大光路差）
は、ΔＬ・２^Ｎ−１＋λで表される。

【００８０】第２実施形態例において、遅延回路４ａの
光路差ΔＬ_１（光結合部３ａ，３ｂ間に挟まれた第１の
光路１と第２の光路２の差）は２５８．６μｍとし、遅
延回路４ｂの光路差ΔＬ_２（光結合部３ｂ，３ｃ間に挟
まれた第１の光路１と第２の光路２の差）は２・ΔＬ_１
＋λにより求め、５１８．７３μｍとした。

【００８１】本第２実施形態例は以上のように構成され
ており、図４の（ａ）の特性線ａには、第２実施形態例
を合波用のインターリーバーとして適用し、入力ポート
１１から入力した８００ＧＨｚ間隔の多重光を出力ポー
ト１３から出力した場合の、スペクトル測定結果（実ス
ペクトル）が示されている。

【００８２】また、図４の（ｂ）の特性線ａには、第２
実施形態例を合波用のインターリーバーとして適用し、
入力ポート１１から入力した８００ＧＨｚ間隔の多重光
を出力ポート１４から出力した場合の、実スペクトルが
示されている。

【００８３】また、図４の（ａ）、（ｂ）には、それぞ
れ、特性線ｂに、従来の設計方法を適用して形成した光
フーリエフィルタの実スペクトルを示している。

【００８４】図４の（ａ）、（ｂ）から明らかなよう
に、第２実施形態例は、出力ポート１３，１４に関係な
く、インターリーバーのターゲットである方形波応答を
十分に実現しており、従来技術では成し得なかった良好
な特性を持つ光フーリエフィルタを実現できたことが分
かる。

【００８５】本第２実施形態例も、上記のように、上記
第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。

【００８６】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
ることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば上
記各実施形態例は、遅延回路４の数（Ｎ）が２個の光フ
ーリエフィルタとしたが、本発明の光フーリエフィルタ
は、Ｎ>２の光フーリエフィルタとしてもよい。

【００８７】すなわち、Ｎの個数は、光フーリエフィル
タに要求される方形波応答のレベルに対応させて適宜設
定されるものであり、また、設定したＮの個数に対応さ
せて、遅延回路４における第１の光路１と第２の光路２
との光路差や光結合部３の光結合率等のパラメータを適
宜設定すればよい。

【００８８】つまり、Ｎ>２とした場合でも、Ｎ個の遅
延回路４のそれぞれにおける第１の光路１と第２の光路
２の光路差のうち最小光路差を有する遅延回路４で生じ
る光の位相差をθとしたとき、前記Ｎ個の遅延回路４の
それぞれにおける第１の光路１と第２の光路２の光路差
のうち最大光路差を有する遅延回路４で生じる位相差を
２^ｍ・θ＋２πまたは２^ｍ・θ−２π（ｍは１以上の整
数）とすればよい。

【００８９】また、Ｎ個の遅延回路４における第１の光
路１と第２の光路２の光路差を互いに異なる値とし、前
記Ｎ個の遅延回路４のそれぞれにおける第１の光路１と
第２の光路２の光路差のうち最小光路差を有する遅延回
路４で生じる光の位相差をθとしたとき、最大光路差を
有する遅延回路４で生じる光の位相差を２^Ｎ−１・θ＋
２πまたは２^Ｎ−１・θ−２πとし、前記最小光路差を
有する遅延回路４と前記最大光路差を有する遅延回路４
以外の（Ｎ−２）個の遅延回路４で生じる光の位相差を
それぞれθ・２^ｍ（ｍ＝１，２，・・・Ｎ−２）とする
ことにより、所望の方形波応答を有するフィルタ特性を
備えた光フーリエフィルタをより確実に実現することが
できる。

【００９０】上記光フーリエフィルタの実現は、例えば
Ｎ個の遅延回路４における第１の光路１と第２の光路２
の光路差を以下の構成にすることにより実現できる。つ
まり、Ｎ個の遅延回路４のそれぞれにおける第１の光路
１と第２の光路２の光路差のうち最大光路差を、最小光
路差の２^ｍ倍（ｍは１以上の整数）から使用中心波長付
近に定めた設定波長分を引いた値または最小光路差の２
^ｍ倍（ｍは１以上の整数）に使用中心波長付近に定めた
設定波長分を加えた値に形成する。

【００９１】また、この場合、Ｎ個の遅延回路４におけ
る第１の光路１と第２の光路２の光路差を互いに異なる
ものとし、Ｎ個の遅延回路４のそれぞれにおける第１の
光路１と第２の光路２の光路差のうち最小光路差をΔＬ
とし、設定波長をλとしたき、最大光路差をΔＬ・２
^Ｎ−１−λまたはΔＬ・２^Ｎ−１＋λとし、該最大光路
差を有する遅延回路４と前記最小光路差を有する遅延回
路４以外の（Ｎ−２）個の遅延回路４における第１の光
路１と第２の光路２の光路差をそれぞれΔＬ・２ ^ｍ（ｍ
＝１，２，・・・Ｎ−２）とすると、所望の方形波応答
を有するフィルタ特性を備えた光フーリエフィルタをよ
り確実に実現することができる。

【００９２】さらに、上記各実施形態例では、遅延回路
４における第１と第２の光路１，２の光路差を調整する
ことにより、所望の方形波応答を有するフィルタ特性を
備えた光フーリエフィルタを実現したが、第１、第２の
光路１，２の有効屈折率を調整することによっても、所
望の方形波応答を有するフィルタ特性を備えた光フーリ
エフィルタを実現することができる。

【００９３】つまり、遅延回路４の位相量θは、遅延回
路４における第１の光路１と第２の光路２の光路差と、
第１、第２の光路１，２の有効屈折率の積により特徴づ
けられるものであるので、第１、第２の光路１，２の有
効屈折率の調整によっても、所望の方形波応答を有する
フィルタ特性を備えた光フーリエフィルタを実現でき
る。

【００９４】上記有効屈折率の調整は、例えば遅延回路
４を形成する第１の光路１と第２の光路２の断面構成を
互いに異なる構成としたり、第１の光路１と第２の光路
２の形成材料を互いに異なる構成としたりすることによ
り行うことができる。このような有効屈折率の調整の適
用は、遅延回路４の個数ＮをＮ>２とした光フーリエフ
ィルタにも適用できる。

【００９５】さらに、上記第１実施形態例は、１００Ｇ
Ｈｚ間隔と２００ＧＨｚ間隔の間で合分波を行なうイン
ターリーバーとして機能し、第２実施形態例は、４００
ＧＨｚ間隔と８００ＧＨｚ間隔の間で合分波を行なうイ
ンターリーバーとして機能するようにしたが、これらの
周波数間隔は特に限定されるものではなく、適宜設定さ
れるものである。

【００９６】例えば、本発明の光フーリエフィルタは、
２５ＧＨｚ間隔と５０ＧＨｚ間隔の間、５０ＧＨｚ間隔
と１００ＧＨｚ間隔の間、２００ＧＨｚ間隔と４００Ｇ
Ｈｚ間隔の間、８００ＧＨｚ間隔と１６００ＧＨｚ間隔
の間、１ＴＨｚ間隔と２ＴＨｚ間隔の間、２ＴＨｚ間隔
と４ＴＨｚ間隔の間等、様々な間隔の合分波を行なうイ
ンターリーバーとして適用されるものである。

【００９７】さらに、上記各実施形態例は、第１、第２
の光路１，２を光導波路とし、これらの光導波路を、火
炎加水分解堆積法とフォトリソグラフィ工程を用いて形
成される石英系光導波路により形成したが、光導波路の
作製方法や光導波路の種類は特に限定されるものでなく
適宜設定されるものである。

【００９８】さらに、上記各実施形態例では、光結合部
３は方向性結合部としたが、光結合部をマルチモード光
干渉導波路等により形成してもよい。

【００９９】さらに、上記各実施形態例は、第１、第２
の光路１，２を光導波路としたが、第１、第２の光路
１，２をシングルモード光ファイバとし、光結合部３は
光カプラにより形成してもよい。この場合も、その長さ
や有効屈折率等は光路を光導波路により形成した場合と
同様のパラメータを適用することができる。

【０１００】さらに、上記各実施形態例では、使用波長
帯域を波長１．５５μｍ帯とし、設定波長を波長１．５
５μｍとしたが、使用波長帯域は波長１．５５μｍ帯に
限定されることはなく適宜設定されるものであり、使用
波長帯域は、例えばＬバンドの波長１．６μｍ帯に本発
明を適用することもできる。

【０１０１】このように、使用波長帯域を波長１．６μ
ｍ帯とした場合も、設定波長は適宜設定されるものであ
るが、例えば設定波長を、使用中心波長±１０％の範囲
内に設定することが好ましく、設定波長を１．５５μｍ
とすることにより上記各実施形態例と同様の機能を奏す
ることができることが実験等により確認できている。

【０１０２】

【発明の効果】本発明によれば、本発明者の検討に基づ
き、第１と第２の光路を並設し、この光路長手方向に間
隔を介して設けた（Ｎ＋１）個の光結合部と、この光結
合部に挟まれたＮ個の遅延回路を有する光フーリエフィ
ルタにおいて、遅延回路における位相差を適切に決定し
たものであるから、光透過特性が低損失で、透過波長域
がフラットである方形波特性を有するインターリーバー
に適した光フーリエフィルタを実現できる。

【０１０３】また、本発明において、遅延回路における
第１の光路と第２の光路の長さの差を適切に決定した構
成によれば、光透過特性が、低損失で、透過波長域がフ
ラットである方形波特性を有するインターリーバーに適
した光フーリエフィルタを容易に実現できる。

【０１０４】さらに、本発明において、Ｎ個の遅延回路
における第１の光路と第２の光路の光路差は互いに異な
り、前記Ｎ個の遅延回路のそれぞれにおける第１の光路
と第２の光路の光路差のうち最小光路差を有する遅延回
路で生じる光の位相差をθとしたとき、最大光路差を有
する遅延回路で生じる光の位相差を２^Ｎ−１・θ＋２π
または２^Ｎ−１・θ−２πとし、前記最小光路差を有す
る遅延回路と前記最大光路差を有する遅延回路以外の
（Ｎ−２）個の遅延回路で生じる光の位相差をそれぞれ
θ・２^ｍ（ｍ＝１，２，・・・Ｎ−２）とした構成によ
れば、光透過特性が低損失で、透過波長域がフラットで
ある方形波特性を有するインターリーバーに適した光フ
ーリエフィルタをより確実に実現することができる。

【０１０５】さらに、本発明において、Ｎ個の遅延回路
における第１の光路と第２の光路の光路差は互いに異な
り、前記Ｎ個の遅延回路のそれぞれにおける第１の光路
と第２の光路の光路差のうち最小光路差をΔＬとし、設
定波長をλとしたき、最大光路差をΔＬ・２^Ｎ−１＋λ
またはΔＬ・２^Ｎ−１−λとし、該最大光路差を有する
遅延回路と前記最小光路差を有する遅延回路以外の（Ｎ
−２）個の遅延回路における第１の光路と第２の光路の
光路差をそれぞれΔＬ・２^ｍ（ｍ＝１，２，・・・Ｎ−
２）とした構成によれば、光透過特性が、低損失で、透
過波長域がフラットである方形波特性を有するインター
リーバーに適した光フーリエフィルタを、容易に、か
つ、より確実に実現することができる。

【０１０６】さらに、本発明において、光路を光導波路
やシングルモード光ファイバにより形成することによ
り、容易に作製でき、的確に機能する光フーリエフィル
タを形成することができる。

【０１０７】特に、本発明において、光路を光導波路と
すると、光フーリエフィルタをより一層形成しやすい。

【０１０８】さらに、本発明において、光路をシングル
モード光導波路とした構成によれば、低損失で的確に機
能する光フーリエフィルタを形成することができる。

【０１０９】さらに、本発明において、設定波長は使用
中心波長±１０％の範囲内に設定した構成によれば、上
記機能を有する光フーリエフィルタをより一層確実に形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光フーリエフィルタの実施形態例
を平面図により示す要部構成図である。

【図２】光フーリエフィルタにおける光結合部の構成を
示す平面説明図である。

【図３】本発明に係る光フーリエフィルタの第１実施形
態例の通過スペクトル例を示すグラフである。

【図４】本発明に係る光フーリエフィルタの第２実施形
態例の通過スペクトル例を、従来例と比較して示すグラ
フである。

【図５】インターリーバーの機能を模式的に示す説明図
である。

【図６】インターリーバーを適用した波長分割多重伝送
システムの例を模式的に示す説明図である。

【図７】光フーリエフィルタの構成例を示す説明図であ
る。

【図８】光フーリエフィルタの例を示す平面説明図であ
る。

【図９】従来の光フーリエフィルタの通過スペクトル例
とその設計スペクトルを示すグラフである。

【符号の説明】

１第１の光路２第２の光路３光結合部４遅延回路１１，１２入力ポート１３，１４出力ポート

フロントページの続きＦターム(参考） 2H047 KA04 KA12 KB05 LA18 PA03 PA12 PA21 PA24 QA04 TA12 TA31 TA43 5K002 BA02 BA05 CA03 CA12 DA02 DA31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の光路と、該第１の光路と並設され
た第２の光路と、これらの光路長手方向に互いに間隔を
介した位置において前記第１の光路と第２の光路を近接
させた（Ｎ＋１）個（Ｎは２以上の整数）の光結合部
と、隣り合う光結合部に挟まれたＮ個の遅延回路とを有
し、それぞれの遅延回路は第１の光路と第２の光路の長
さを互いに異なる長さとした光フーリエフィルタにおい
て、前記Ｎ個の遅延回路のそれぞれにおける第１の光路
と第２の光路の光路差のうち最小光路差を有する遅延回
路で生じる光の位相差をθとしたとき、前記Ｎ個の遅延
回路のそれぞれにおける第１の光路と第２の光路の光路
差のうち最大光路差を有する遅延回路で生じる位相差を
２^ｍ・θ＋２πまたは２^ｍ・θ−２π（ｍは１以上の整
数）としたことを特徴とする光フーリエフィルタ。
【請求項２】Ｎ個の遅延回路のそれぞれにおける第１
の光路と第２の光路の光路差のうち最大光路差を、最小
光路差の２^ｍ倍（ｍは１以上の整数）から使用中心波長
付近に定めた設定波長分を引いた値または前記最小光路
差の２^ｍ倍（ｍは１以上の整数）に使用中心波長付近に
定めた設定波長分を加えた値に形成したことを特徴とす
る請求項１記載の光フーリエフィルタ。
【請求項３】Ｎ個の遅延回路における第１の光路と第
２の光路の光路差は互いに異なり、前記Ｎ個の遅延回路
のそれぞれにおける第１の光路と第２の光路の光路差の
うち最小光路差を有する遅延回路で生じる光の位相差を
θとしたとき、最大光路差を有する遅延回路で生じる光
の位相差を２^Ｎ−１・θ＋２πまたは２^Ｎ−１・θ−２
πとし、前記最小光路差を有する遅延回路と前記最大光
路差を有する遅延回路以外の（Ｎ−２）個の遅延回路で
生じる光の位相差をそれぞれθ・２^ｍ（ｍ＝１，２，・
・・Ｎ−２）としたことを特徴とする請求項１記載の光
フーリエフィルタ。
【請求項４】Ｎ個の遅延回路における第１の光路と第
２の光路の光路差は互いに異なり、前記Ｎ個の遅延回路
のそれぞれにおける第１の光路と第２の光路の光路差の
うち最小光路差をΔＬとし、設定波長をλとしたき、最
大光路差をΔＬ・２^Ｎ−１＋λまたはΔＬ・２^Ｎ−１−
λとし、該最大光路差を有する遅延回路と前記最小光路
差を有する遅延回路以外の（Ｎ−２）個の遅延回路にお
ける第１の光路と第２の光路の光路差をそれぞれΔＬ・
２^ｍ（ｍ＝１，２，・・・Ｎ−２）としたことを特徴と
する請求項２記載の光フーリエフィルタ。
【請求項５】第１の光路は第１の光導波路により形成
し、第２の光路は第２の光導波路により形成し、光結合
部は前記第１の光導波路と前記第２の光導波路を近接さ
せて成る方向性結合部としたことを特徴とする請求項１
乃至請求項４のいずれか一つに記載の光フーリエフィル
タ。
【請求項６】第１の光導波路と第２の光導波路はシン
グルモード光導波路により形成したことを特徴とする請
求項５記載の光フーリエフィルタ。
【請求項７】第１の光路と第２の光路はシングルモー
ド光ファイバにより形成したことを特徴とする請求項１
乃至請求項４のいずれか一つに記載の光フーリエフィル
タ。
【請求項８】設定波長は使用中心波長±１０％の範囲
内に設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項７の
いずれか一つに記載の光フーリエフィルタ。