JP2003315574A

JP2003315574A - 光合分波器

Info

Publication number: JP2003315574A
Application number: JP2002117966A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Hatayama; 均畑山
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】使用される信号光の波長帯域の全体にわたっ
て好適な合分波特性を得ることが可能な光合分波器を提
供する。【解決手段】基板１０上に、入力端面１１側から出力
端面１２側に向けて、第１光導波路２０及び第２光導波
路２５、Ｙ分岐部５０、第３光導波路３０をこの順で形
成して、光合分波器１Ａを構成する。入力端面１１上に
それぞれ入力端２１、２６を有する第１光導波路２０、
第２光導波路２５は、３つの光カプラ４１〜４３、及び
３つのアーム導波路部４６〜４８を有するマッハツェン
ダ干渉計を構成している。第１光導波路２０及び第２光
導波路２５の出力端は、それぞれＹ分岐部５０の入力側
に接続されている。また、Ｙ分岐部５０の出力側には、
出力端面１２上に出力端３２を有する第３光導波路３０
が接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、互いに異なる波長
を有する複数の信号光が伝搬される波長多重伝送システ
ムなどの光伝送システムにおいて、信号光を合波または
分波するために用いられる光合分波器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】高度情報化社会の到来による社会的ニー
ズから、光ファイバ伝送路網を利用した画像通信などの
大容量高速通信や、国際通信などの長距離通信に関する
研究開発が盛んに行われている。ここで、波長多重（Ｗ
ＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送システ
ムは、光ファイバ線路に互いに異なる波長を有する複数
の信号光からなる多波長信号光を伝送させることにより
光通信を行うものであり、近年のインターネット等によ
る通信需要の急増などに対応するものとして開発と導入
が進められている。

【０００３】このようなＷＤＭ伝送システムにおいて
は、長距離幹線系での高速・大容量の光通信を実現する
ため、使用する波長帯域が狭い高密度波長多重（ＤＷＤ
Ｍ：Dense−ＷＤＭ）方式による伝送システムが開発さ
れている。また、一方で、都市部でのアクセス系などに
おける光通信に適用するものとして、使用する波長帯域
が比較的広い広間隔波長多重（ＣＷＤＭ：Coarse−ＷＤ
Ｍ）方式による伝送システムの開発が進められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＷＤＭ伝送システムに
おいては、光ファイバ伝送路などの光伝送路上を伝送さ
れる多波長信号光に対して、多波長信号光に含まれてい
る互いに異なる波長を有する複数の信号光を合波または
分波することが必要となる場合がある。このような多波
長信号光の合分波の機能を有する平面導波路型の光回路
として、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Wave
guide Grating）型の光回路や、マッハツェンダ干渉計
（ＭＺＩ：Mach Zehnder Interferometer）型の光回路
などが用いられている。

【０００５】例えば、文献「小熊学他、”２段縦列ＭＺ
Ｉ構成による光合分波器の透過帯域平坦化”、１９９９
年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会
Ｃ−３−９６」に、ＭＺＩを２段に接続した構成を有す
る光合分波器が記載されている。１段のＭＺＩからなる
構成の光合分波器では、光の透過スペクトルの形状がガ
ウシアン型になるため、その合分波特性が信号光の波長
ゆらぎの影響を強く受けてしまうという問題がある。こ
れに対して、上記文献に記載された光合分波器では、Ｍ
ＺＩを２段縦列に接続して光回路を設計することによ
り、透過スペクトルの形状の平坦化を実現している。

【０００６】ここで、従来の光合分波器としては、ＤＷ
ＤＭ伝送システムでの使用を想定し、例えば波長帯域１
５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍのＣバンドや波長帯域１５７
０ｎｍ〜１６１０ｎｍのＬバンドなどの比較的狭い波長
帯域での合分波特性を考慮した光合分波器が主に開発さ
れている。一方、情報密度が比較的低い光通信系におい
ては、今後、低価格で実現可能なＣＷＤＭ伝送システム
の実用化が進むと考えられる。

【０００７】図７は、（ａ）ＤＷＤＭ伝送システムでの
信号光の波長グリッド、及び（ｂ）ＣＷＤＭ伝送システ
ムでの信号光の波長グリッドの一例を示す図である。Ｄ
ＷＤＭ伝送システムでは、図７（ａ）に示すように、隣
接するチャンネル間での波長間隔Δλが１ｎｍ以下と狭
く、全体としての信号光波長帯域も比較的狭い。これに
対して、ＣＷＤＭ伝送システムでは、図７（ｂ）に示す
ように、隣接するチャンネル間での波長間隔Δλが２０
ｎｍと広く、また、全体としても広い信号光波長帯域
（例えば帯域幅５０ｎｍ以上）が使用される。

【０００８】しかしながら、このように使用される信号
光の波長帯域が広くなった場合、ＡＷＧ型光回路やＭＺ
Ｉ型光回路などを用いた従来の光合分波器では、合分波
特性の波長依存性によってチャンネル間での信号光の損
失偏差が大きくなるなど、信号光波長帯域の全体にわた
って充分な合分波特性を得ることが難しいという問題が
ある。

【０００９】例えば、ＡＷＧ型光回路を用いた光合分波
器では、信号光に対するスラブ導波路での焦点距離が波
長によって異なるため、チャンネル間での信号光の損失
偏差が発生する。また、ＭＺＩ型光回路を用いた光合分
波器では、ＭＺＩを構成している方向性結合器における
光の結合率が波長によって異なる。このため、設計中心
波長から離れるにしたがって光の透過スペクトルの形状
がずれてしまい、所望の合分波特性を得ることができな
くなるという問題を生じる。

【００１０】本発明は、以上の問題点を解決するために
なされたものであり、使用される信号光の波長帯域の全
体にわたって好適な合分波特性を得ることが可能な光合
分波器を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による光合分波器は、基板と、基板上
に所定の導波路パターンで形成された光導波路とを有し
て構成された光回路からなり、互いに異なる波長を有す
る信号光を合波または分波する光合分波器であって、
（１）第１入出力端を一端とする第１光導波路と、
（２）第２入出力端を一端とし、少なくとも３つの方向
性結合器を介して第１光導波路と光結合されて、第１光
導波路及び方向性結合器とともにマッハツェンダ干渉計
を構成する第２光導波路と、（３）第３入出力端を一端
とする第３光導波路と、（４）第１光導波路の第１入出
力端とは反対側の端部、及び第２光導波路の第２入出力
端とは反対側の端部が一方側に接続され、第３光導波路
の第３入出力端とは反対側の端部が他方側に接続される
Ｙ分岐部とを備え、（５）第１入出力端及び第２入出力
端のそれぞれから入力された信号光を合波して第３入出
力端から出力し、または、第３入出力端から入力された
信号光を分波して第１入出力端及び第２入出力端のそれ
ぞれから出力することを特徴とする。

【００１２】上記した光合分波器においては、信号光の
合分波に用いられるＭＺＩ型光回路として、少なくとも
３つの方向性結合器（光カプラ）を有する光回路を用い
ている。これにより、光合分波器における信号光の合分
波特性を好適に設定及び制御することができる。さら
に、このＭＺＩ型光回路の最終段での第１光導波路及び
第２光導波路の光結合部について、光の結合率が波長依
存性を有しないＹ分岐部を設けて、第１光導波路及び第
２光導波路を第３光導波路へと合流させている。これに
より、使用される信号光の波長帯域が広くなった場合な
ども含めて、波長帯域の全体にわたって好適な合分波特
性を得ることが可能な光合分波器が実現される。

【００１３】ここで、第１光導波路及び第２光導波路か
ら構成されたマッハツェンダ干渉計は、（ａ）第１入出
力端及び第２入出力端からＹ分岐部へと順に方向性結合
器として設けられた第１方向性結合器、第２方向性結合
器、及び第３方向性結合器と、（ｂ）第１方向性結合器
及び第２方向性結合器の間にある第１光導波路及び第２
光導波路の導波路部分からなり、導波路間で所定の光路
長差ΔＬ１が設定された第１アーム導波路部と、（ｃ）
第２方向性結合器及び第３方向性結合器の間にある第１
光導波路及び第２光導波路の導波路部分からなり、導波
路間で所定の光路長差ΔＬ２が設定された第２アーム導
波路部と、（ｄ）第３方向性結合器及びＹ分岐部の間に
ある第１光導波路及び第２光導波路の導波路部分からな
り、導波路間で所定の光路長差ΔＬ３が設定された第３
アーム導波路部とを有することを特徴とする。

【００１４】第１入出力端及び第２入出力端と、Ｙ分岐
部との間でのＭＺＩ型光回路を上記のように構成し、第
１〜第３アーム導波路部の３つのアーム導波路部のそれ
ぞれでの光路長差ΔＬ１〜ΔＬ３を制御することによ
り、Ｙ分岐部と合わせて、光合分波器における信号光の
合分波特性、及びその波長依存性を、所望の特性となる
ように設定することが可能となる。

【００１５】また、第２アーム導波路部における光路長
差ΔＬ２は、使用される信号光の波長帯域内にある所定
波長λに対して、λ／１．４５以下に設定されているこ
とが好ましい。これにより、中段の第２アーム導波路部
を利用して、信号光の合分波特性の波長依存性を好適に
制御することができる。

【００１６】また、第１アーム導波路部における光路長
差ΔＬ１は、使用される信号光の波長帯域内にある所定
波長λ（μｍ）に対して、８．６２×λ²（μｍ）以上
１３７．９３×λ²（μｍ）以下に設定されるととも
に、第３アーム導波路部における光路長差ΔＬ３は、
４．３１×λ²（μｍ）以上６８．９７×λ²（μｍ）以
下に設定されることが好ましい。これにより、前段の第
１アーム導波路部及び後段の第３アーム導波路部を利用
して、合分波される信号光の波長間隔Δλを５ｎｍ〜８
０ｎｍの範囲で任意に制御することができる。

【００１７】また、光合分波器は、第１光導波路、第２
光導波路、第３光導波路、及びＹ分岐部から構成される
光回路を多段縦列に接続してなることを特徴とする。こ
のように、ＭＺＩ型光回路及びＹ分岐部からなる光回路
をｎ段（ｎは複数）接続することにより、２ⁿ個の波長
の信号光を合分波することが可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面とともに本発明による
光合分波器の好適な実施形態について詳細に説明する。
なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付
し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率
は、説明のものと必ずしも一致していない。

【００１９】図１は、本発明による光合分波器の一実施
形態を示す構成図である。本実施形態の光合分波器は、
基板上に形成された光導波路を用いた平面導波路型の光
回路からなる。この光合分波器は、ＷＤＭ伝送システム
などの光伝送システムにおいて、互いに異なる波長を有
する信号光を合波または分波する光回路として好適に適
用することが可能に構成されている。なお、以下におい
ては、説明の便宜上、光回路への信号光の入出力等に関
し、本光合分波器を光合波器として用いた場合の信号光
伝搬方向を主に参照して光回路の構成を説明する。

【００２０】図１に示す光合分波器１Ａは、基板１０
と、基板１０上に所定の導波路パターンで形成された光
導波路とから構成された光回路である。本光合分波器１
Ａにおいては、図中に矢印によって信号光伝搬方向を示
すように、基板１０の左側の端面が光合波器として用い
た場合の入力端面１１、右側の端面が出力端面１２とな
っている。

【００２１】基板１０上には、光合分波器１Ａを構成す
る光導波路として、入力端面１１と出力端面１２との間
に、第１光導波路２０、第２光導波路２５、及び第３光
導波路３０の３本の光導波路が形成されている。また、
基板１０上には、これらの光導波路２０、２５、及び３
０に加えて、Ｙ分岐部５０が形成されている。光合分波
器１Ａを構成するこれらの光回路部分は、入力端面１１
側から出力端面１２側に向けて、第１光導波路２０及び
第２光導波路２５、Ｙ分岐部５０、第３光導波路３０の
順で配置されている。

【００２２】第１光導波路２０は、入力端面１１上に設
けられた入力端２１と、Ｙ分岐部５０の入力側（一方
側）に接続された出力端２２との間に形成された光導波
路である。また、入力端２１は、本光合分波器１Ａへと
信号光を入力するための第１入力端（第１入出力端）と
なっている。この第１光導波路２０に対して、第１入力
端２１から出力端２２へと順に、第１光カプラ４１、第
２光カプラ４２、及び第３光カプラ４３の３つの光カプ
ラ（方向性結合器）が設けられている。

【００２３】第２光導波路２５は、入力端面１１上に設
けられた入力端２６と、Ｙ分岐部５０の入力側（一方
側）に接続された出力端２７との間に形成された光導波
路である。また、入力端２６は、第１入力端２１と同様
に、本光合分波器１Ａへと信号光を入力するための第２
入力端（第２入出力端）となっている。この第２光導波
路２５は、第１光導波路２０に対して、上記した光カプ
ラ４１、４２、及び４３のそれぞれを介して光結合され
ている。これにより、第１光導波路２０、第２光導波路
２５、第１光カプラ４１、第２光カプラ４２、及び第３
光カプラ４３は、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）を構
成している。

【００２４】このマッハツェンダ干渉計は、上記した３
つの方向性結合器である光カプラ４１、４２、４３と、
上下導波路間でそれぞれ所定の光路長差を有する３つの
アーム導波路部とから構成されている。

【００２５】具体的には、このマッハツェンダ干渉計に
おいては、第１光カプラ４１及び第２光カプラ４２の間
にある第１光導波路２０及び第２光導波路２５の導波路
部分が、光導波路２０、２５間で所定の光路長差ΔＬ１
が設定された第１アーム導波路部４６となっている。ま
た、第２光カプラ４２と第３光カプラ４３との間にある
第１光導波路２０及び第２光導波路２５の導波路部分
が、光導波路２０、２５間で所定の光路長差ΔＬ２が設
定された第２アーム導波路部４７となっている。また、
第３光カプラ４３とＹ分岐部５０との間にある第１光導
波路２０及び第２光導波路２５の導波路部分が、光導波
路２０、２５間で所定の光路長差ΔＬ３が設定された第
３アーム導波路部４８となっている。

【００２６】第３光導波路３０は、Ｙ分岐部５０の出力
側（他方側）に接続された入力端３１と、出力端面１２
上に設けられた出力端３２との間に形成された光導波路
である。また、出力端３２は、本光合分波器１Ａから信
号光を出力するための出力端（第３入出力端）となって
いる。

【００２７】また、Ｙ分岐部５０は、Ｙ字形状の光導波
路構造を有する光分岐部である。Ｙ分岐部５０の入力側
には、上記したように、第１光導波路２０の出力端２
２、及び第２光導波路２５の出力端２７が接続されてい
る。また、Ｙ分岐部５０の出力側には、第３光導波路３
０の入力端３１が接続されている。

【００２８】以上の構成において、第１入力端２１及び
第２入力端２６のそれぞれから入力された互いに異なる
波長を有する信号光は、第１光導波路２０、第２光導波
路２５、光カプラ４１〜４３からなるマッハツェンダ干
渉計、及びＹ分岐部５０によって合波される。そして、
合波された信号光は、第３光導波路３０の出力端３２か
ら出力される。

【００２９】また、本光合分波器１Ａは、信号光伝搬方
向を図１中に示した矢印とは逆方向に設定することによ
り、光分波器として機能する。すなわち、出力端（第３
入出力端）３２から入力された互いに異なる波長を有す
る信号光は、第３光導波路３０を介してＹ分岐部５０へ
と入力され、Ｙ分岐部５０、及び第１光導波路２０、第
２光導波路２５、光カプラ４１〜４３からなるマッハツ
ェンダ干渉計によって分波される。そして、分波された
信号光は、第１光導波路２０の第１入力端（第１入出力
端）２１及び第２光導波路２５の第２入力端（第２入出
力端）２６のそれぞれから出力される。

【００３０】本実施形態による光合分波器の効果につい
て説明する。

【００３１】図１に示した光合分波器１Ａにおいては、
第１光導波路２０及び第２光導波路２５からなり、信号
光の合分波に用いられるＭＺＩ型光回路として、３つの
光カプラ４１〜４３を有する光回路を用いている。これ
により、光合分波器１Ａにおける信号光の合分波特性を
好適に設定及び制御することができる。

【００３２】具体的には、第１入力端２１及び第２入力
端２６と、Ｙ分岐部５０との間でのＭＺＩ型光回路を、
３つの光カプラ４１〜４３及び３つのアーム導波路部４
６〜４８から構成している。このような構成において、
アーム導波路部４６〜４８のそれぞれでの光路長差ΔＬ
１〜ΔＬ３を制御することにより、光合分波器１Ａにお
ける信号光の合分波特性、及びその波長依存性を、所望
の特性となるように設定することが可能となる。

【００３３】また、このＭＺＩ型光回路の最終段での第
１光導波路２０及び第２光導波路２５の光結合部につい
て、光カプラ４１〜４３と同様の方向性結合器ではなく
Ｙ分岐部５０を設け、第１光導波路２０及び第２光導波
路２５を第３光導波路３０へと合流させている。

【００３４】ここで、Ｙ字形状の導波路構造を有するＹ
分岐部は、光の結合率が波長によって変化する方向性結
合器とは異なり、その光の結合率及び分岐比が波長依存
性を有しない。また、Ｙ分岐部は、方向性結合器と比較
して加工が容易であり、製造ばらつきも小さい。したが
って、第１光導波路２０及び第２光導波路２５からなる
マッハツェンダ干渉計と合わせて、Ｙ分岐部５０を用い
て光回路を構成することにより、使用される信号光の波
長帯域が広くなった場合なども含めて、波長帯域の全体
にわたって好適な合分波特性を得ることが可能な光合分
波器１Ａが実現される。

【００３５】このような光合分波器１Ａは、例えば、使
用する波長帯域が比較的広いＣＷＤＭ伝送システムに対
して好適に適用することができる。ＣＷＤＭ伝送システ
ムでは、使用される信号光の波長帯域、及び信号光の隣
接するチャンネル間での波長間隔が広く（図７（ａ）及
び（ｂ）参照）、レーザ光源での発振波長や光合分波器
での合分波可能な波長帯域の中心波長など、光部品の波
長特性が温度変化等の影響によってある程度シフトして
も、伝送システムとして許容されるという利点がある。

【００３６】したがって、ＣＷＤＭ伝送システムでは、
温度を一定に保持するための温度調整器が不要となり、
あるいは、波長に対する許容仕様範囲が緩やかになるな
ど、低価格な光部品を用いることができる。しかしなが
ら、このような場合でも、使用される信号光の波長帯域
の全体にわたる光特性の波長依存性が大きければ、光特
性の波長シフトの許容範囲にかかわらず、ＣＷＤＭ伝送
システムでの光部品として好適に使用することができな
い。

【００３７】これに対して、図１に示した光合分波器１
Ａでは、第１光導波路２０、第２光導波路２５、及び光
カプラ４１〜４３からなるマッハツェンダ干渉計と、Ｙ
分岐部５０とによって構成された光回路を用いることに
より、信号光に対する合分波特性の波長依存性を低減し
ている。これにより、使用される信号光の波長帯域、及
び信号光の隣接するチャンネル間での波長間隔が広いＣ
ＷＤＭ伝送システムなどをも含めて、各種の光伝送シス
テムに対して適用することが可能な光特性を有する光合
分波器が得られる。

【００３８】上記実施形態による光合分波器の効果、及
び好適な構成条件等について、さらに具体的に説明す
る。ここでは、図１に示した構成を有する光合分波器１
Ａの光特性について、従来の光合分波器の光特性と比較
しつつ検討する。

【００３９】図２は、図１に示した光合分波器１Ａに対
する比較例である従来の光合分波器を示す構成図であ
る。この光合分波器６は、入力端面６１と出力端面６２
との間の基板６０上に形成された第１光導波路７０及び
第２光導波路７５の２本の光導波路からなる。これらの
第１光導波路７０と第２光導波路７５とは、光カプラ８
１、８２、及び８３のそれぞれを介して光結合されてい
る。これにより、３つの光カプラ８１〜８３と、２つの
アーム導波路部８６、８７とを有し、光合分波器として
機能する２段縦列のＭＺＩ型光回路が構成されている。

【００４０】また、このＭＺＩ型光回路からなる光合分
波器６を光合波器として用いた場合の信号光の合波につ
いて、第１光導波路７０の入力端７１を信号光Ｐ１が入
力される第１入力端、第２光導波路７５の入力端７６を
信号光Ｐ２が入力される第２入力端、第１光導波路７０
の出力端７２を合波された信号光Ｐoutが出力される出
力端とする。また、各光カプラ８１、８２、８３での光
の結合率Ｃ、及びアーム導波路部８６、８７での光路長
差ΔＬ等については、ＣＷＤＭ伝送での信号光の波長帯
域及び波長間隔に合わせて適宜設定している。

【００４１】図３は、図２に示した従来の光合分波器で
の合分波特性の計算結果を示すグラフである。このグラ
フにおいて、横軸は光合分波器６による合波の対象とな
る信号光の信号光波長（ｎｍ）、縦軸は入力端と出力端
との間での信号光の損失（ｄＢ）を示している。また、
実線は、第１入力端７１からの入力信号光Ｐ１の出力信
号光Ｐoutでの損失特性、点線は、第２入力端７６から
の入力信号光Ｐ２の出力信号光Ｐoutでの損失特性をそ
れぞれ示している。

【００４２】光合分波器６を用いた信号光の合波につい
て図３に示す損失特性では、特にＰ２からＰoutへの損
失特性（点線）において、光の透過スペクトルの形状の
波長依存性が大きくなっている。具体的には、Ｐ２から
Ｐoutへの損失特性においては、短波長側では平坦部分
のない鋭いスペクトル形状、長波長側では２つのピーク
を持つスペクトル形状となっている。

【００４３】このような損失特性の波長依存性は、主
に、図２の光合分波器６のＭＺＩ型光回路において光結
合部として用いられている光カプラ（方向性結合器）で
の光の結合率の波長依存性によって発生する。光カプラ
での結合率は、光のパワー分布及び伝搬定数などによっ
て決まり、波長無依存とすることはできない。このた
め、このような光合分波器６をＣＷＤＭ伝送システムに
適用した場合、波長特性がある程度シフトしても許容さ
れるという利点を、波長帯域の全体で充分に生かすこと
ができない。

【００４４】図４は、図１に示した本発明による光合分
波器での合分波特性の計算結果を示すグラフである。こ
こで、ＭＺＩ型光回路及びＹ分岐部からなる光合分波器
１Ａを光合波器として用いた場合の信号光の合波では、
第１光導波路２０の入力端２１が信号光Ｐ１を入力する
第１入力端、第２光導波路２５の入力端２６が信号光Ｐ
２を入力する第２入力端、第３光導波路３０の出力端３
２が合波された信号光Ｐoutを出力する出力端となって
いる。また、各光カプラ４１、４２、４３での光の結合
率Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、及びアーム導波路部４６、４７、
４８での光路長差ΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３等について
は、ＣＷＤＭ伝送での信号光の波長帯域及び波長間隔に
合わせて適宜設定している。

【００４５】図４のグラフにおいて、横軸は光合分波器
１Ａによる合波の対象となる信号光の信号光波長（ｎ
ｍ）、縦軸は入力端と出力端との間での信号光の損失
（ｄＢ）を示している。また、実線は、第１入力端２１
からの入力信号光Ｐ１の出力信号光Ｐoutでの損失特
性、点線は、第２入力端２６からの入力信号光Ｐ２の出
力信号光Ｐoutでの損失特性をそれぞれ示している。

【００４６】光合分波器１Ａを用いた信号光の合波につ
いて図４に示す損失特性では、Ｐ１からＰoutへの損失
特性（実線）、及びＰ２からＰoutへの損失特性（点
線）のいずれにおいても、図示した波長範囲の全体にわ
たって充分な平坦性を有するスペクトル形状が得られて
おり、光の透過スペクトルの形状の波長依存性が図３に
示した損失特性に比べて小さくなっている。このよう
に、ＭＺＩ型光回路の最終段の光結合部に、光の結合率
が波長無依存となっている５０％−Ｙ分岐部５０を用い
た図１の光合分波器１Ａによれば、より広い波長範囲で
好適に信号光を合分波することが可能となる。

【００４７】光合分波器１Ａにおける合分波特性などの
光特性は、上記したように、光回路を構成している光カ
プラ４１、４２、４３での光の結合率Ｃ１、Ｃ２、Ｃ
３、及びアーム導波路部４６、４７、４８での光路長差
ΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３のそれぞれを適宜設定すること
によって制御することができる。以下、このような光回
路の好適な構成条件について検討する。

【００４８】図１に示した構成の光合分波器１Ａにおい
ては、ＭＺＩ型光回路が有する３つのアーム導波路部４
６〜４８のうち、中段に位置する第２アーム導波路部４
７での上下導波路間の光路長差ΔＬ２を、前段及び後段
のアーム導波路部４６、４８での光路長差ΔＬ１、ΔＬ
３に比べて小さく設定することが好ましい。このような
構成とするのは、第２アーム導波路部４７及び光カプラ
４２、４３からなる中段のマッハツェンダ干渉計を、前
段及び後段のマッハツェンダ干渉計の間での光結合部と
したときの信号光の結合率、及びその波長依存性を、光
合分波器１Ａの光回路全体での合分波特性が波長無依存
となるように調整するためである。

【００４９】図５は、マッハツェンダ干渉計における光
の結合率の波長依存性を示すグラフである。ここでは、
１段構成のマッハツェンダ干渉計を、光結合部として想
定した。そして、マッハツェンダ干渉計を構成している
光カプラでの光の結合率Ｃとアーム導波路部での光路長
差ΔＬとを変えて計算を行い、マッハツェンダ干渉計で
の光の結合率の変化を調べた。

【００５０】図５のグラフにおいて、横軸はマッハツェ
ンダ干渉計に入力される信号光の信号光波長（ｎｍ）、
縦軸はマッハツェンダ干渉計を光結合部とした場合の光
の結合率を示している。また、実線のグラフＧ１は、Ｃ
＝０．５、ΔＬ＝０．２７μｍとした場合の結合率の波
長依存性、破線のグラフＧ２は、Ｃ＝０．２７、ΔＬ＝
０．８５μｍとした場合の結合率の波長依存性、点線の
グラフＧ３は、Ｃ＝０．５、ΔＬ＝０．７５μｍとした
場合の結合率の波長依存性をそれぞれ示している。

【００５１】これらのグラフＧ１〜Ｇ３に示すように、
マッハツェンダ干渉計を構成している光カプラでの結合
率Ｃ、及びアーム導波路部での光路長差ΔＬを調整する
ことにより、マッハツェンダ干渉計としての光の結合
率、及びその波長依存性を制御することが可能である。

【００５２】ただし、上下導波路間の光路長差ΔＬにつ
いては、光路長差ΔＬを大きくしすぎると、マッハツェ
ンダ干渉計の結合率に周期の短い正弦波状の波長依存性
を生じる。このため、図１に示した光合分波器１Ａにお
いては、中段の第２アーム導波路部４７での光路長差Δ
Ｌ２を、実効光路長差（ｎeff・ΔＬ２）が使用される
信号光の波長帯域内にある所定の一波長λ（例えば中心
波長λ₀）以下となるように設定することが好ましい。
ここで、ｎeffは、光導波路のコアの実効屈折率であ
る。光路長差ΔＬ２をこのように設定することにより、
第２アーム導波路部４７を含む中段のマッハツェンダ干
渉計を利用して、光合分波器１Ａにおける信号光の合分
波特性の波長依存性を好適に制御することができる。

【００５３】具体的には、石英系のガラス導波路を用い
た場合、ｎeffを１．４５として、第２アーム導波路部
４７での光路長差ΔＬ２をλ／ｎeff＝λ／１．４５以
下に設定することが好ましい。例えば、信号光の波長を
λ＝１．５５μｍとすれば、光路長差ΔＬ２は、λ／
１．４５〜１．１μｍ以下に設定することが好ましい。

【００５４】なお、図１の光合分波器１Ａの合分波特性
に関して図４に示した損失特性のグラフは、信号光波長
λ＝１．５５μｍでの光カプラ４１、４２、４３での結
合率を、それぞれＣ１＝０．１、Ｃ２＝０．７、Ｃ３＝
０．３とし、また、アーム導波路部４６、４７、４８で
の光路長差を、それぞれΔＬ１＝８１．８μｍ、ΔＬ２
＝０．８６μｍ、ΔＬ３＝４０．９μｍとした光回路モ
デルを用いて計算したものである。

【００５５】また、光合分波器１Ａの光回路全体での信
号光の合分波特性については、前段の第１アーム導波路
部４６での光路長差ΔＬ１、及び後段の第３アーム導波
路部４８での光路長差ΔＬ３を調整することによって、
その光特性を制御することが可能である。

【００５６】例えば、図４の合分波特性の計算に用いた
上記の光回路モデルでは、信号光の隣接するチャンネル
間での波長間隔Δλを２０ｎｍに設定している。これに
対して、アーム導波路部４６、４８での光路長差ΔＬ
１、ΔＬ３を調整することにより、波長間隔Δλを任意
に設定することが可能である。例えば、波長間隔をΔλ
＝５ｎｍとする場合には、各光路長差をΔＬ１＝３３２
μｍ、ΔＬ３＝１６６μｍに設定すれば良い。また、波
長間隔をΔλ＝８０ｎｍとする場合には、各光路長差を
ΔＬ１＝２０．７１μｍ、ΔＬ３＝１０．３６μｍに設
定すれば良い。

【００５７】一般には、使用される信号光の波長帯域内
にある所定の一波長λ（例えば中心波長λ₀）に対し、
アーム導波路部４６、４８での光路長差をそれぞれΔＬ
１＝λ²／（ｎeff・Δλ）、ΔＬ３＝λ²／（２・ｎeff
・Δλ）とすることにより、信号光の隣接するチャンネ
ル間での波長間隔をΔλに設定することができる。

【００５８】具体的には、石英系のガラス導波路を用い
た場合、実効屈折率ｎeffは上記したように１．４５で
ある。このとき、波長間隔をΔλ＝５ｎｍとするには、
信号光波長及び光路長差の単位を（μｍ）として、各光
路長差をΔＬ１＝１３７．９３×λ²、ΔＬ３＝６８．
９７×λ²に設定すれば良い。また、波長間隔をΔλ＝
８０ｎｍとするには、各光路長差をΔＬ１＝８．６２×
λ²、ΔＬ３＝４．３１×λ²に設定すれば良い。

【００５９】また、使用される信号光の波長帯域内の信
号光波長λ（μｍ）に対して、第１アーム導波路部４６
での光路長差ΔＬ１（μｍ）を８．６２×λ²以上１３
７．９３×λ²以下に設定するとともに、第３アーム導
波路部４８での光路長差ΔＬ３（μｍ）を４．３１×λ
²以上６８．９７×λ²以下に設定すれば、光合分波器１
Ａにおいて合分波される信号光の波長間隔Δλを、５ｎ
ｍ以上８０ｎｍ以下の範囲で任意に制御することができ
る。

【００６０】図６は、光合分波器の他の実施形態を示す
構成図である。本実施形態の光合分波器１Ｂは、図１に
示した光合分波器１Ａを２段縦列に接続した構成となっ
ている。

【００６１】図６に示す光合分波器１Ｂは、基板１０
と、基板１０上に所定の導波路パターンで形成された光
導波路とから構成された平面導波路型の光回路である。
本光合分波器１Ｂにおいては、図中に矢印によって信号
光伝搬方向を示すように、基板１０の左側の端面が光合
波器として用いた場合の入力端面１１、右側の端面が出
力端面１２となっている。

【００６２】基板１０上には、それぞれ図１に示した光
合分波器１Ａと同様の構成を有する第１光回路部１６、
第２光回路部１７、及び第３光回路部１８の３つの光回
路部が形成されている。

【００６３】すなわち、第１光回路部１６は、第１光導
波路２０₁と、第１光導波路２０₁とともにマッハツェン
ダ干渉計を構成する第２光導波路２５₁と、第１光導波
路２０₁及び第２光導波路２５₁の出力端が入力側に接続
されたＹ分岐部５０₁と、Ｙ分岐部５０₁の出力側に接続
された第３光導波路３０₁とからなり、図１の光合分波
器１Ａと同様の光回路構成を有する光回路部である。

【００６４】また、第２光回路部１７は、第１光導波路
２０₂と、第１光導波路２０₂とともにマッハツェンダ干
渉計を構成する第２光導波路２５₂と、第１光導波路２
０₂及び第２光導波路２５₂の出力端が入力側に接続され
たＹ分岐部５０₂と、Ｙ分岐部５０₂の出力側に接続され
た第３光導波路３０₂とからなり、光合分波器１Ａと同
様の光回路構成を有する光回路部である。

【００６５】また、第３光回路部１８は、第１光導波路
２０₃と、第１光導波路２０₃とともにマッハツェンダ干
渉計を構成する第２光導波路２５₃と、第１光導波路２
０₃及び第２光導波路２５₃の出力端が入力側に接続され
たＹ分岐部５０₃と、Ｙ分岐部５０₃の出力側に接続され
た第３光導波路３０₃とからなり、光合分波器１Ａと同
様の光回路構成を有する光回路部である。

【００６６】これらの光回路部１６〜１８のうち、第１
光回路部１６及び第２光回路部１７は、入力端面１１側
に設けられた前段の光回路部となっている。また、第３
光回路部１８は、出力端面１２側に設けられた後段の光
回路部となっている。

【００６７】第１光回路部１６での第１光導波路２０₁
の入力端及び第２光導波路２５₁の入力端は入力端面１
１上に設けられており、これらの入力端は、それぞれ本
光合分波器１Ｂへと信号光Ｐ１及びＰ２を入力するため
の第１入力端、第２入力端となっている。また、第２光
回路部１７での第２光導波路２５₂の入力端及び第１光
導波路２０₂の入力端も同様に入力端面１１上に設けら
れており、これらの入力端は、それぞれ本光合分波器１
Ｂへと信号光Ｐ３及びＰ４を入力するための第３入力
端、第４入力端となっている。

【００６８】一方、第３光回路部１８での第３光導波路
３０₃の出力端は出力端面１２上に設けられており、こ
の出力端は、本光合分波器１Ｂから合波された信号光Ｐ
outを出力するための出力端となっている。

【００６９】また、第１光回路部１６での第３光導波路
３０₁の出力端は、第３光回路部１８での第１光導波路
２０₃の入力端に接続されている。また、第２光回路部
１７での第３光導波路３０₂の出力端は、第３光回路部
１８での第２光導波路２５₃の入力端に接続されてい
る。

【００７０】以上の構成において、第１光回路部１６で
の２つの入力端のそれぞれから入力された信号光Ｐ１、
Ｐ２は、光導波路２０₁、２５₁からなるマッハツェンダ
干渉計、及びＹ分岐部５０₁によって合波されて、第３
光導波路３０₁の出力端から出力される。また、第２光
回路部１７での２つの入力端のそれぞれから入力された
信号光Ｐ３、Ｐ４は、光導波路２０₂、２５₂からなるマ
ッハツェンダ干渉計、及びＹ分岐部５０₂によって合波
されて、第３光導波路３０₂の出力端から出力される。

【００７１】さらに、第３光回路部１８において、第１
光導波路２０₃に対して入力された第１光回路部１６か
らの信号光Ｐ１＋Ｐ２、及び第２光導波路２５₃に対し
て入力された第２光回路部１７からの信号光Ｐ３＋Ｐ４
が、光導波路２０₃、２５₃からなるマッハツェンダ干渉
計、及びＹ分岐部５０₃によって合波される。そして、
合波された信号光Ｐoutは、第３光導波路３０₃の出力端
から出力される。

【００７２】なお、本光合分波器１Ｂについても、信号
光伝搬方向を逆方向に設定することにより光分波器とし
て機能することは、図１に示した光合分波器１Ａと同様
である。

【００７３】このように、第１光導波路２０、第２光導
波路２５、第３光導波路３０、及びＹ分岐部５０から構
成される光回路を２段縦列に接続した光合分波器１Ｂに
よれば、２²個＝４個の波長の信号光Ｐ１〜Ｐ４を合分
波することが可能な光合分波器が得られる。一般には、
第１光導波路２０、第２光導波路２５、第３光導波路３
０、及びＹ分岐部５０から構成される光回路をｎ段（多
段）縦列に接続することにより、２ⁿ個の波長の信号光
を合分波することが可能な光合分波器を構成することが
できる。したがって、このような構成における光回路の
段数ｎについては、合分波の対象となる多波長信号光で
の信号光のチャンネル数などに応じて、適宜設定すれば
良い。

【００７４】本発明による光合分波器は、上記した実施
形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形が
可能である。例えば、第１光導波路及び第２光導波路か
ら構成されるマッハツェンダ干渉計における各アーム導
波路部での光路長差については、上記した構成例及び構
成条件に限らず、具体的な波長帯域や波長間隔等に応じ
て、様々な構成を用いて良い。

【００７５】

【発明の効果】本発明による光合分波器は、以上詳細に
説明したように、次のような効果を得る。すなわち、第
１光導波路、第２光導波路、及び少なくとも３つの方向
性結合器から構成されたＭＺＩ型光回路と、第１光導波
路及び第２光導波路を第３光導波路へと合流するＹ分岐
部とを備える光合分波器によれば、使用される信号光の
波長帯域が広くなった場合なども含めて、波長帯域の全
体にわたって好適な合分波特性を得ることが可能な光合
分波器が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】光合分波器の一実施形態を示す構成図である。

【図２】従来の光合分波器を比較例として示す構成図で
ある。

【図３】図２に示した光合分波器での合分波特性を示す
グラフである。

【図４】図１に示した光合分波器での合分波特性を示す
グラフである。

【図５】マッタツェンダ干渉計における光の結合率の波
長依存性を示すグラフである。

【図６】光合分波器の他の実施形態を示す構成図であ
る。

【図７】（ａ）ＤＷＤＭ伝送システムでの信号光の波長
グリッド、及び（ｂ）ＣＷＤＭ伝送システムでの信号光
の波長グリッドの一例を示す図である。

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ…光合分波器、１０…基板、１１…入力端
面、１２…出力端面、１６…第１光回路部、１７…第２
光回路部、１８…第３光回路部、２０…第１光導波路、
２１…第１入力端、２２…出力端、２５…第２光導波
路、２６…第２入力端、２７…出力端、３０…第３光導
波路、３１…入力端、３２…出力端、４１…第１光カプ
ラ、４２…第２光カプラ、４３…第３光カプラ、４６…
第１アーム導波路部、４７…第２アーム導波路部、４８
…第３アーム導波路部、５０…Ｙ分岐部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に所定の導波路パタ
ーンで形成された光導波路とを有して構成された光回路
からなり、互いに異なる波長を有する信号光を合波また
は分波する光合分波器であって、第１入出力端を一端とする第１光導波路と、第２入出力端を一端とし、少なくとも３つの方向性結合
器を介して前記第１光導波路と光結合されて、前記第１
光導波路及び前記方向性結合器とともにマッハツェンダ
干渉計を構成する第２光導波路と、第３入出力端を一端とする第３光導波路と、前記第１光導波路の前記第１入出力端とは反対側の端
部、及び前記第２光導波路の前記第２入出力端とは反対
側の端部が一方側に接続され、前記第３光導波路の前記
第３入出力端とは反対側の端部が他方側に接続されるＹ
分岐部とを備え、前記第１入出力端及び前記第２入出力
端のそれぞれから入力された前記信号光を合波して前記
第３入出力端から出力し、または、前記第３入出力端か
ら入力された前記信号光を分波して前記第１入出力端及
び前記第２入出力端のそれぞれから出力することを特徴
とする光合分波器。
【請求項２】前記第１光導波路及び前記第２光導波路
から構成された前記マッハツェンダ干渉計は、前記第１入出力端及び前記第２入出力端から前記Ｙ分岐
部へと順に前記方向性結合器として設けられた第１方向
性結合器、第２方向性結合器、及び第３方向性結合器
と、前記第１方向性結合器及び前記第２方向性結合器の間に
ある前記第１光導波路及び前記第２光導波路の導波路部
分からなり、導波路間で所定の光路長差ΔＬ１が設定さ
れた第１アーム導波路部と、前記第２方向性結合器及び前記第３方向性結合器の間に
ある前記第１光導波路及び前記第２光導波路の導波路部
分からなり、導波路間で所定の光路長差ΔＬ２が設定さ
れた第２アーム導波路部と、前記第３方向性結合器及び前記Ｙ分岐部の間にある前記
第１光導波路及び前記第２光導波路の導波路部分からな
り、導波路間で所定の光路長差ΔＬ３が設定された第３
アーム導波路部とを有することを特徴とする請求項１記
載の光合分波器。
【請求項３】前記第２アーム導波路部における前記光
路長差ΔＬ２は、使用される前記信号光の波長帯域内に
ある所定波長λに対して、λ／１．４５以下に設定され
ていることを特徴とする請求項２記載の光合分波器。
【請求項４】前記第１アーム導波路部における前記光
路長差ΔＬ１は、使用される前記信号光の波長帯域内に
ある所定波長λ（μｍ）に対して、８．６２×λ²（μ
ｍ）以上１３７．９３×λ²（μｍ）以下に設定される
とともに、前記第３アーム導波路部における前記光路長
差ΔＬ３は、４．３１×λ²（μｍ）以上６８．９７×
λ²（μｍ）以下に設定されることを特徴とする請求項
２記載の光合分波器。
【請求項５】前記第１光導波路、前記第２光導波路、
前記第３光導波路、及び前記Ｙ分岐部から構成される光
回路を多段縦列に接続してなることを特徴とする請求項
１記載の光合分波器。