JP2006251429A

JP2006251429A - 可変分散補償器

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Publication number: JP2006251429A
Application number: JP2005068548A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kawashima; 洋志川島; Kazutaka Nara; 一孝奈良
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2025-03-11
Also published as: JP4550630B2

Abstract

【課題】従来の可変分散補償器では、特性の設定が難しいとか損失変動が生じるという課題があった。
【解決手段】基板上に、光分岐カプラをツリー状に接続して形成されたて複数の光出力端を有する多段光分岐カプラと、複数段の光合波カプラを逆ツリー状に接続して形成された前記多段光分岐カプラの光出力端数と同数の光入力端を有する多段光合波カプラと、前記多段光分岐カプラのそれぞれの光出力端と前記多段光合波カプラの対応する光入力端との間に伝搬時間を互いに異ならせた光遅延線とを配置し、光分岐カプラと光合波カプラには光合波比を可変可能な光合波比調節手段を設け、光遅延線には伝搬光の位相を可変可能な光位相調節手段を設ける。これにより、損失および損失変動が小さく、所望特性の設定が容易で、分解能を増大しても小型化が可能な可変分散補償器を形成できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信分野に用いられる可変分散補償器に関するものである。

一般に、光通信（光伝送）を行う光伝送路は、その光伝送帯域において正の波長分散を有している。この波長分散による信号光の歪みを抑制するために、従来は、光伝送帯域において負の波長分散を有する分散補償光ファイバを光伝送路に接続し、光伝送路の波長分散を補償していた。この分散補償技術は、信号光の伝送速度が１０Gbit/s以下の光伝送において実用化されつつある。

しかしながら、上述した分散補償技術では、信号光の伝送速度が更に高速化された場合、適用が困難となる。例えば、信号光の伝送速度が４０Gbit/s以上の場合、上述の分散補償技術よりもさらに正確な分散補償技術が必要となってくる。

また、上述した分散補償光ファイバは、その光ファイバ長で分散補償量を制御する構成となっている。このため、数ps/nm〜数十ps/nm以下のように分散補償量が小さい場合に分散補償が困難であり、上述した４０Gbit/s以上の高速伝送に対応した分散補償が難しい。また、分散補償光ファイバによって光伝送路の分散補償を行うためには、光伝送路１本１本にあった長さの分散補償光ファイバをそれぞれの光伝送路に対応させて形成する必要があり、コスト、サイズの面からも好ましくない。

そこで、上述したような状況に対応するため、分散補償光ファイバを利用した従来構成とは異なる構成で分散値を変化させることができる可変分散補償器が研究されるようになった。この可変分散補償器として、例えば、平面光導波回路（ＰＬＣ）で形成されたラティスフィルタ型の可変分散補償器が提案されている（非特許文献１）。

ラティスフィルタを用いた可変分散補償器の例を図２４に示す。ラティスフィルタ型分散補償器は、2本の光導波路１、２からなる対称マッハツェンダー干渉計(ＭＺＩ)３および非対称ＭＺＩ４を交互に多段に接続して構成されており、各ＭＺＩ３、４の干渉アーム部に位相シフタ５を形成して結合率・位相を可変可能としている。

このようなラティスフィルタの周波数特性はインパルス時間応答のフーリエ変換で得られ、フーリエ級数を用いて以下のように表される。

ここでＮ：光フィルタのタップ数、ｊ＝√（-1）、ｎ_eff：導波路の等価屈折率、f：光周波数、ΔＬ：遅延回路の光路長差であり、g_n：タップ係数である。この光フィルタでは、タップ係数g_n、すなわち光フィルタの位相シフト値を変化させることにより、タップ数Ｎによって決まる値を上限とした任意のフィルタ特性が実現可能である。また、光路長差ΔＬで決まる自由スペクトルレンジ(Free Spectral Range : ＦＳＲ)ごとに特性が周期的に現れる。

このような特性を利用し、ラティスフィルタを用いて、非特許文献１のような可変分散補償器を構成可能である。ラティスフィルタでは、常に2本の導波路に光を閉じ込めるため、原理的損失および損失変動が無いという利点を有する。

一方、非特許文献１でも提案されているように、図２５に示すようなトランスバーサルフィルタを用いても、ラティスフィルタと同様のフィルタ特性を得ることができ、可変分散補償器を構成可能である。

トランスバーサルフィルタは、図２５に示すように可変光分岐器＃１〜＃ｎを用いて入力光をＮ本の経路（タップ）に分岐し、各経路間に遅延ΔＬを付与し、さらに各経路に位相シフタψ１〜ψｎ+1を形成して、各経路の光強度および位相を可変させて、光合波器ｋによって合波して出力させる構成になっている。

このトランスバーサルフィルタでは、フーリエ係数が各経路の光強度および位相に直接対応するため、フーリエフィルタに比べて所望特性の設定が容易であり、また、フィルタ特性の分解能を増大させるためにタップ数Ｎを大きくした場合においても、遅延回路を並列に配置しているため、遅延回路を縦列接続しているフーリエフィルタに比べて小型にできる利点を有する。

瀧口浩一、「平面光波回路の光機能デバイスへの展開」、応用物理第７２巻第１１号（２００３）１３８７〜１３９２ページ

しかしながら、このラティスフィルタを用いて可変分散補償器を構成する場合、フーリエ係数と各ＭＺＩの結合率とが直接対応しないため、所望特性の設定が難しいといった問題点があった。また、フィルタ特性の分解能を向上させるためにタップ数Ｎを増大させると回路長がタップ数Ｎに比例して増大するため、小型化が困難であるといった問題点があった。

一方、トランスバーサルフィルタでは、位相設定条件によって損失変動が生じるという問題点があった。

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は損失および損失変動が小さく、所望特性の設定が容易で、分解能が増大しても小型化が可能な可変分散補償器を提供することにある。

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、本発明は、基板上に形成された光導波路の回路を有し、該光導波路の回路は、複数段の光分岐カプラをツリー状に接続して形成されて複数の光出力端を有する多段光分岐カプラと、複数段の光合波カプラを逆ツリー状に接続して形成された前記多段光分岐カプラの光出力端数と同数の光入力端を有する多段光合波カプラと、前記多段光分岐カプラのそれぞれの光出力端と前記多段光合波カプラの対応する光入力端との間に介設されて伝搬光の伝搬時間を設定時間遅延させる光遅延線とを有し、該光遅延線は互いに間隔を介して並設されて該並設方向の一端側から他端側に向けて順に長さが設定量ずつ長くなるように形成された光トランスバーサルフィルタ回路を有しており、一個以上の光分岐カプラには光分岐比を可変可能な光分岐比調節手段を設け、一個以上の光合波カプラには光合波比を可変可能な光合波比調節手段を設け、一本以上の光遅延線には伝搬光の位相を可変可能な光位相調節手段を設け、前記多段光分岐カプラのそれぞれの光出力端に分岐される光の強度比と前記多段光合波カプラの対応する光入力端から入力されて合波される光の強度比とを互いに等しい設定値に調節し、各光遅延線を伝搬する各伝搬光間の位相差を不等間隔に調節することにより、初段光分岐カプラの光入力端（光入力ポート）から入力されて最終段光合波カプラの光出力端（光出力ポート）から出力される光の通過波長特性が所定の通過波長帯域内において所望の群遅延特性を有するようにしたことを特徴とする可変分散補償器である。

本発明によれば、損失および損失変動が小さく、所望特性の設定が容易で、分解能が増大しても小型化が可能な可変分散補償器を形成できる。

以下、本発明の第一の実施形態を、図面を参照して説明する。図１には、本発明に係る可変分散補償器の構成図を示す。

図１に示すように、本実施形態例の可変分散補償器は、石英系平面光導波路により作製されており、２入力２出力型ＭＺＩ回路からなる光分岐カプラＶＣｘ-ｘ（ｘ-ｘは2-1から4-4間の任意の値）をツリー状に３段接続して形成された、８個の光出力端を有する多段光分岐カプラと、２入力２出力型ＭＺＩ回路からなる光合波カプラを逆ツリー状に３段接続して形成された、８個の光入力端を有する多段光合波カプラＶＣｙ-ｙ（ｙ-ｙは5-1から8-1間の任意の値）と、前記多段光分岐カプラＶＣｘ-ｘのそれぞれの光出力端と前記多段光合波カプラＶＣｙ-ｙの対応する光入力端との間に介設されて伝搬光の伝搬時間を設定時間遅延させる８本の光遅延線ｄとを有し、該光遅延線ｄは互いに間隔を介して並設されて該並設方向の一端側から他端側に向けて順に長さが設定量ずつ長くなるように形成された光トランスバーサルフィルタ回路で構成されている。

また前記各光分岐カプラＶＣｘ-ｘ及び光合波カプラＶＣｙ-ｙは、図２のように２本の光導波路１１・１２を２カ所で近接させて形成した２つの方向性結合器１３・１４と、２つの方向性結合器１３・１４を接続する第一及び第二の接続導波路１１'・１２'からなり、２本の接続導波路１１'・１２'上には熱光学効果によって接続導波路の屈折率を変化させ、２本の接続導波路１１'・１２'間の光路長差を変化させることにより分岐比を調節する光分岐比調節手段である薄膜ヒータ１５が形成されている。

また、各光遅延線ｄ上には各光遅延線ｄを伝搬する伝搬光の位相を熱光学効果によって可変可能な位相調節手段である薄膜ヒータが形成され、位相シフタＰＳ1〜ＰＳ８を構成している。

上記各薄膜ヒータには金薄膜からなる電気配線により給電しているが、簡略化のため、ここでは図示を省略した。

また前記光トランスバーサルフィルタ回路において、１段目の光分岐カプラＶＣ2-1における２本の光入力端のうちの一方は光入力ポート１０４としてチップ端面に接続され、他方はモニタポート１０５としてチップ端面に接続されている。また１段目の光合波カプラＶＣ8-1における２本の光出力端のうち、前記光入力ポート１０４に対応する一方は光出力ポート２０４としてチップ端面に接続されており、他方はモニタポート２０５としてチップ端面に接続されている

２段目以降の光分岐カプラＶＣｘ-ｘにおける２本の光入力端のうち、前段の光分岐カプラＶＣｘ-ｘとの接続に供しない光入力端は、モニタポート１０１〜１０３および１０６〜１０８としてチップ端面に接続されている。同様に、２段目以降の光合波カプラＶＣｙ-ｙにおける２本の光出力端のうち、前段の光合波カプラＶＣｙ-ｙとの接続に供しない光出力端は、モニタポート２０１〜２０３および２０６〜２０８としてチップ端面に接続されている。

また、ヒータの消費電力削減のため、各薄膜ヒータの両脇には、光導波路膜を基板に達するまで除去した断熱溝１６が形成されている。

このような構成により、多段光分岐カプラＶＣｘ-ｘ及び多段光合波カプラＶＣｙ-ｙを構成する各ＭＺＩ回路上の薄膜ヒータ１５への通電量を適宜調整し、各ＭＺＩ回路の結合率を変化させることにより、８本の光経路（タップ）の光振幅を任意に調整することが出来る。また、各光遅延線ｄ上の薄膜ヒータへの通電量を適宜調整することにより、各タップの位相を任意に調整することができる。

本分散補償器の作製は、以下のように行った。

まず、シリコン基板上に火炎加水分解堆積法(ＦＨＤ法)とリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて石英系光導波路からなる光トランスバーサルフィルタ回路を形成した。導波路の比屈折率差は1.5％、コアサイズは５μm×５μmとした。次にスパッタ法により薄膜ヒータ及び給電用電極を形成した。次に、ＲＩＥにより断熱溝を形成した。最後にチップをダイシングにより切り出した。

本光トランスバーサルフィルタ回路を構成するのに使用した各種パラメータを表１に示す。

次に、所望の分散特性を得るための各タップの光振幅および位相を決定する方法を以下に述べる。

今、光トランスバーサルフィルタのタップ数(光遅延線の総数)をＮ（Ｎは３以上の整数）とすると、光トランスバーサルフィルタの伝達関数は、式（数２）により表される。

ここで、α_n、β_nは、それぞれ多段光分岐カプラと多段光合波カプラの光電界振幅の比であり、光電界振幅の二乗が光強度である。また、Φ_nは光位相調節手段ＰＳ1〜ＰＳ8の位相変化量、ΔＬは、光遅延線の光路長差、ｎ_effは光導波路の等価屈折率、ｆは光周波数、ｃは光速であり、ｊは√(-1)である。

また、ｎはタップ番号であり、この番号は、光遅延線の配列番号である。ここでは、最短の長さの光遅延線から順に、０、１、２、・・・とし、最長の長さの光遅延線の番号をＮ−１とする。

ここで、光トランスバーサルフィルタの挿入損失を低減させるため、α_n＝β_nとし、γ_n＝α_n ²＝β_n ²すると、（数２）は、式（数３）のように書き直せる。

今、式（数４）〜（数６）とし（ただし、ｍは正の整数）、さらに、タップ係数ｇ_n＝γ_nｅｘｐ（ｊΦ_n）とすると、式（数７）が得られ、周波数領域で離散化できる。

ここで、所望の周波数特性をＧ_ｌ、サンプリング数をＮ'とすると、式（数６）から、下の離散的フーリエ変換により、式（数８）に示すタップ係数ｇ_nが求まり、式（数９）、（数１０）のようにγ_nと位相変化量Φ_nが求まる。

このようにして、所望のターゲット特性を満足するタップ係数ｇ_nを求めることができる。

本実施例に於いては、可変分散補償器を構成するので、ターゲット特性としては、通過帯域内に於ける損失の波長特性は平坦で低く、且つ通過帯域内で一定の波長分散を示す特性が望ましい。波長分散は位相の２次微分で与えられるので、位相特性としては通過帯域内で２次曲線的な特性が望ましいこととなる。

そこで、通過帯域内での損失はゼロ、位相は通過帯域中心を頂点とする２次曲線とした式（数１１）に示す定義式を用い、係数εを−１.5〜１.5の範囲で変化させることにより、ターゲット特性を定義した。

ここで、λ：波長、λc：中心波長、ε：係数である。

このようにして求めたターゲット特性の例を図３に示す。図３の例は係数ε＝０．４の場合である。

次に、式（数８）の離散的フーリエ変換により各εの時のタップ係数を求めた。結果を表２に示す。表２よりわかる通り、光遅延線の配列番号とそれぞれの光遅延線内を通る光強度と位相の関係が、Ｎ／２の光遅延線番号を中心として対称になることがわかる。なお、Ｎが奇数の時には（Ｎ−１）／２の光遅延線配列番号を中心として対称になる。即ち、表２におけるタップ番号＝０が省略された形となる。

続いて、求めたタップ係数を用いてタップ数＝８の時に得られる損失及び群遅延スペクトルを計算した。求めた群遅延スペクトルを図４に、損失スペクトルを図５に、係数εに対する波長分散の変化を示すグラフを図６に示す。

図４より、係数εの変化に応じて群遅延スペクトルの傾き、即ち波長分散が変化することがわかる。また、図５より、約0.6nmの通過帯域内における損失変動は３dB以内に抑えられていることがわかる。また、波長分散の値としては、図６に示す通り、係数ε＝±1.5において、±92ps/nmが得られることがわかる。群遅延、損失ともに、同様の波形がＦＳＲの波長間隔(波長間隔＝約０．８ｎｍ、周波数間隔＝１００GHz)の周期で現れることになる。

次に、求めたタップ係数を用いて、実際の可変分散補償器を制御するが、求めたタップ係数に正確に設定するため、モニタポートに通光して各光分岐カプラ及び光合波カプラの可変分岐特性を測定した。

例えば、光分岐カプラVC2-1の特性を測定する場合、光分岐カプラVC2-1の薄膜ヒータへの通電量を変化させながらモニタポート１０７から波長1.55μmのLED光を入力してモニタポート２０７から出力された光強度を測定した。モニタポート２０７には光分岐カプラVC2-1で分岐された光のうち一方のみが出力されるので、その光強度は光分岐カプラVC2-1の可変分岐特性に応じて変化し、図７のような特性が得られる。これを分岐比に直すと、図８のようになるので、これを用いて、任意の分岐比に設定するための通電量を求めることができる。

一方、光分岐カプラの2つの出力ポートが共に１つの光合波カプラに接続されている場合、分岐された光のうち一方のみを測定することが出来ないため、例えば光合波カプラＶＣ4-1の場合、モニタポート１０１から入力してモニタポート２０１に出力された光強度を測定することとした。この場合、モニタポート２０１には光合波カプラＶＣ4-1で分岐された光が位相シフタＰＳ１及びＰＳ２を伝搬した後、光合波カプラＶＣ5-1で再び合波されて出力されるため、分岐光間の干渉が測定の妨げとなる問題が発生する。

しかし、今回は該光分岐カプラ及び光合波カプラ間を接続する2本の光遅延線間の光路長差が測定に使用するＬＥＤ光のコヒーレント長よりも十分に長いため、分岐光間の干渉は発生しないため、問題なく測定することができた。

同様にして、他の光分岐カプラ及び光合波カプラについても通電量と分岐比の関係を測定し、すべての光分岐カプラ及び光合波カプラについて、任意の分岐比を得るための通電量を求められるようにした。

次に、各位相シフタの特性を把握するため、モニタポートより波長可変光源の光を入力し、多段光分岐カプラ及び多段光合波カプラの分岐比を適宜調整して互いに隣接する２つの位相シフタのみに等しい光強度で入力光が分配される状態として、一方の位相シフタへの通電量を変化させながら干渉スペクトルを測定した。

例えば、位相シフタＰＳ４−ＰＳ５間に通光しながら位相シフタＰＳ４へ通電して測定を行う場合、光入力ポート１０４から入力してポート２０４からの出力光を測定することとし、光合波カプラＶＣ２−１及び光合波カプラＶＣ７−１を結合率５０％に、光合波カプラＶＣ３-1、ＶＣ３-２、ＶＣ６-1、ＶＣ６-２を結合率０％に、光合波カプラＶＣ４-２、ＶＣ４−３、ＶＣ５−２、ＶＣ５−３を結合率１００％に設定することにより、位相シフタＰＳ４と位相シフタＰＳ５にそれぞれ５０％の割合で光が分岐されるようにした。

このようにして測定した結果を図９に、図９に示すピーク波長と通電量の関係を図１０に示す。図９、１０より、通電量の変化に伴い、波長シフトが発生し、約６５０mWの通電により無通電時の隣接ピークと重なることがわかる。即ち、約６５０mWの通電により位相が１回転(２π)シフトすることになる。この結果から、任意の位相シフト量に設定するための位相シフタＰＳ４への通電量を求めることができる。

同様にして他の位相シフタの特性も測定した。

しかしながら、無通電状態におけるすべての隣接する位相シフタ間のスペクトル測定結果を比較したところ、本来であれば隣接する位相シフタ間の光路長差は一定値であるためすべての波形は一致するはずであるが、実際には図１１に示すように波形が一致しないことがわかった。これは作製プロセス誤差により、実効的な光路長差がわずかに変動しているためと考えられる。

そこで、上記のようにして測定した位相シフタの駆動特性を用い、すべての波形が一致するように各位相シフタに通電を行い、誤差の補正を行なった。結果を図１２に示す。

図１２より、各隣接位相シフタ間で測定した波形が一致していることがわかる。以後の測定においては、この状態を初期値として位相シフトを与えることにより、正確に所望の位相に設定することができた。

以上のようにして得られた特性を用い、各光分岐カプラ、光合波カプラ、および位相シフタの通電量を表２の各タップ係数を満足するように設定した。

各光分岐カプラ、光合波カプラの分岐比設定にあたっては、例えば光合波カプラＶＣ４−１と光合波カプラＶＣ５−１のように、光遅延線を挟んで対称な位置にある光分岐カプラおよび光合波カプラの分岐比が等しくなるように設定し、合波時に過剰な損失が発生しないようにした。

このようにして測定した群遅延スペクトルを図１３に、損失スペクトルを図１４に、係数εに対する波長分散の変化を示すグラフを図１５に示す。

図１３より、係数εの変化に応じて群遅延スペクトルの傾き、即ち波長分散が変化することが確認できた。また、図１４より、係数ε＝±1.5の時の約0.6nmの通過帯域内における最小損失は約１０．４ｄBであり、損失変動は３．５dB程度であった。また、群遅延、損失ともに、ＦＳＲ＝約０．８ｎｍ(周波数間隔＝１００GHz)の周期で同様の波形が確認できた。波長分散の値としては、図１５に示す通り、係数ε＝±1.5において、約±９０ps/nmが得られた。

なお、上記すべての光学特性測定に際しては、偏光子と偏波保持ファイバを用いてTE偏波光のみを可変分散補償器に入力して行った。これは、本実施形態例の可変分散補償器は偏波依存性を有するためである。

従って、本実施形態例の可変分散補償器を任意偏波が伝搬するシステムに適用する場合は、図１６に示すようにサーキュレータ２１を通して偏波スプリッタ/コンバイナ２２に伝搬光を挿入し、TE偏波光とTM偏波光に分離したのち、偏波保持ファイバ２３を用いて、TE偏波光は可変分散補償器２４の光入力端から入力し、TM偏波光はTE偏波光に変換した上で可変分散補償器２４の光出力端から入力し、可変分散補償器２４を通過後の各偏波光を再び偏波スプリッタ/コンバイナ２２により合波し、サーキュレータ２１を通して出力させる、所謂偏波ダイバーシティ技術を用いて使用すれば良い。

次に、本発明の第二の実施形態を、図面を参照して説明する。図１７には、本発明に係る可変分散補償器の構成図を示す。

本実施例による可変分散補償器の構成は、第一の実施例による可変分散補償器とほぼ同様であるが、４段の光分岐カプラＶＣｘ-ｘ（ｘ-ｘは1-1から4-8間の任意の値）および光合波カプラＶＣｙ-ｙ（ｙ-ｙは5-1から8-1間の任意の値）と１６個の位相シフタＰＳ1〜ＰＳ16からなる１６タップの光トランスバーサルフィルタ回路で構成されている。

また、本実施例による可変分散補償器では、可変分散補償器を構成する石英系光導波路チップ上に導波路型偏波スプリッタ/コンバイナ３１と半波長板３２が集積化されている。

このように、タップ数を１６に増やすことにより、トランスバーサルフィルタの分解能が高まり、より大きな波長分散が得られるようになり、また導波路型偏波スプリッタ/コンバイナ３１と半波長板３２を集積化することにより部品点数の削減・小型化などが可能となるが、図１７中に破線で囲って示すようにモニタ用導波路との交差部分が増加するため、交差部における放射損失の増大が問題となる。

図１７より分かるとおり、本実施例の光トランスバーサルフィルタ回路において交差導波路が存在するのは、各光分岐カプラＶＣｘ-ｘ間または各光合波カプラＶＣｙ-ｙ間を接続する接続導波路乃至偏波スプリッタ/コンバイナと光トランスバーサルフィルタ回路間を接続する接続導波路と、モニタポート用導波路との交差部分である。

ここで、実際に分散補償器として使用する場合、前記各接続導波路には信号光が伝搬するので損失増加が問題となるが、モニタポート用導波路は光分岐カプラ等の特性把握時に用いるだけで、信号光は伝搬しないので、特性把握に支障が出ない程度であれば損失増加が発生しても問題は無い。

そこで、本実施例においては、各光分岐カプラ間を接続する接続導波路または各光合波カプラ間を接続する接続導波路と、モニタポート用導波路との交差部分において、モニタ用導波路に不連続部分を設け、接続導波路とモニタ用導波路とが互いに分離されるようにした。

図１８にその交差部分の模式図を示す。図１８に示すように、接続導波路４１とモニタ用導波路４２との交差部分においては、モニタ用導波路４２に不連続部分４３を設け、モニタ用導波路４２の不連続部分４３間の端面を接続導波路４１と平行になるようにした。

これにより、入出力ポート１０９から入力し、再び入出力ポート１０９出力される信号光の各経路にモニタ用導波路との接触部分が無くなるので、損失増加を抑制できる。

しかしながら、不連続部分の大きさによっては接続導波路に若干の損失が発生したり、モニタ用導波路の損失が大きくなりすぎるため、不連続部分の大きさと各導波路の交差部における損失の関係を調べた。

図１９は、接続導波路の中心線から不連続部分の端面までの垂直距離(図１８中のＧ、以下ギャップＧという。)と、接続導波路およびモニタ用導波路の損失の関係を交差角４５度及び６３度の場合について調べたものである。比較のため、不連続部分無しの場合についても調べ、ギャップＧ＝０μｍとして図１９にプロットした。なお、図１９は図１８に示す交差部分を２４点有する導波路で測定したものである。

図１９より、接続導波路については、ギャップＧ＝4.65μｍで大幅に損失低下し、6.4μｍ以上でほぼ損失がゼロとなるのが分かる。一方、モニタ用導波路については、ギャップＧの増大とともに損失が増加し、ギャップＧ＝8.1μｍで約２０ｄＢの損失が生じている。しかしながら、交差一点あたりの損失で考えると１dB/点以下の損失であり、特性把握用測定で使用する経路での交差点数は図１７の場合最大６点なので(例えばポート１１２からポート２１２)、損失としては６dB以下であるので、特性把握用としては支障の無い損失である。従って、Ｇ＝４．６５〜８．１μm程度の範囲であれば問題なく使用できると考えられる。

この結果から、図１７に示した光トランスバーサルフィルタ回路の交差部分では、モニタ用導波路にギャップＧ=6.4μｍの不連続部分を設けた。

このようにして設計した光トランスバーサルフィルタ回路を用いた可変分散補償器を第一の実施例と同様に作製・評価した。評価に当たっては、モニタポートを用いた測定については第１の実施例と同様に偏光子と偏波保持ファイバを用いてＴＥ偏波のみを入力して行い、分散特性の測定時にはサーキュレータを通じて入出力端にシングルモードファイバを接続して行った。

なお、モニタポートを用いた測定時の損失が実施例１の場合と比較して最大６dB増加したが、通電量と分岐比または位相シフトの関係を把握する上では支障にはならなかった。

このようにして測定した群遅延スペクトルを図２０に、損失スペクトルを図２１に、係数εに対する通過帯域幅および波長分散の変化を示すグラフを図２２に示す。これらのグラフより、係数ε＝±２．０において、約±１０５ｐｓ／ｎｍの波長分散、約０．６ｎｍの通過帯域、約７．７ｄBの帯域内最小損失、１．２ｄB以内の帯域内損失変動が得られた。

なお、比較のため、交差部に不連続部を有しない可変分散補償器を作製したところ、約８．８ｄBの帯域内最小損失となり、約１．１ｄB高いことが分かった。これは交差部での損失のためである。

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。

例えば分散補償器を形成する光トランスバーサルフィルタのタップ数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。

また、交差部の形状は図１７に示したものに限らず、例えば図２３ａに示すようにモニタ用導波路４２と不連続部分４３との境界線角度が接続導波路４１と平行でない形状や、図２３ｂに示すようにモニタ用導波路４２と接続導波路４１の幅方向や深さ方向の一部が接触する形状や、図２３ｃに示すように接続導波路４１の方側面にのみ不連続部分が存在する形状など、接続導波路４１およびモニタ用導波路４２に求められる損失に応じて適宜選択可能である。

また、上記実施形態例においてはＦＨＤ法とＲＩＥ法によって作製した石英系光導波路を用いたが、これに限定されるものではなく、ポリマーや半導体などの各種導波路材料や、化学的気相成長法、やスパッタリング法、蒸着法、塗布法などの各種成膜法、リフトオフ法、ウェットエッチング、型押し成型、押し出し成型、射出成型などの各種導波路パターン形成法適宜選択可能である。

また、上記実施形態例においては分岐比調節手段および位相調節手段として熱光学効果を利用した薄膜ヒータを用いたが、これに限定されるものではなく、電気光学効果や音響光学効果、磁気光学効果などを用いた種々の調節手段が選択可能である。

また、上記実施形態例においては２次関数状の位相特性を有するターゲット特性を用いたが、これに限定されるものではなく、サイン関数形状などの各種関数形状や、分散補償すべき伝送路の分散特性の逆特性をそのままターゲット特性として用いるなど、適宜選択可能である。

また、上記実施形態例においてはＦＳＲを100GHｚに設定したが、これに限定されるものではなく、必要とされる分散補償量や帯域を鑑みて適宜設定可能である。

第一実施例による可変分散補償器の回路構成を示す模式図。光分岐カプラおよび光導波カプラの構成を示す模式図。第一実施例で用いたターゲット特性を示す特性図。第一実施例での可変分散補償器の群遅延スペクトル計算結果を示す特性図。第一実施例での可変分散補償器の損失スペクトル計算結果を示す特性図。第一実施例での係数εに対する波長分散変化の計算結果を示す特性図。第一実施例での光分岐カプラVC2-1の通電量に対する損失変化測定結果を示す特性図。第一実施例での光分岐カプラVC2-1の通電量に対する損失変化を分岐比変化に変換した結果を示す特性図。第一実施例での位相シフタＰＳ−４の通電量に対する位相シフタＰＳ−４、ＰＳ−５間の干渉スペクトル変化測定結果を示す特性図。第一実施例での位相シフタＰＳ−４の通電量に対する位相シフタＰＳ−４、ＰＳ−５間の干渉スペクトルピーク波長変化の測定結果を示す特性図。第一実施例での無通電時における各隣接位相シフタ間の干渉スペクトルを示す特性図。第一実施例での誤差補正後の各隣接位相シフタ間の干渉スペクトルを示す特性図。第一実施例での可変分散補償器の群遅延スペクトル測定結果を示す特性図。第一実施例での可変分散補償器の損失スペクトル測定結果を示す特性図。第一実施例での係数εに対する波長分散変化特性を示す特性図。第一実施例による可変分散補償器の偏波ダイバーシティを用いたシステム適用例を示す模式図。第二実施例による可変分散補償器の回路構成を示す模式図。第二実施例による可変分散補償器の交差部分を示す模式図。接続導波路中心からモニタ用導波路の不連続部分端面までのギャップＧに対する交差損失変化特性を示す特性図。第二実施例での可変分散補償器の群遅延スペクトル測定結果を示す特性図。第二実施例での可変分散補償器の損失スペクトル測定結果を示す特性図。第二実施例での係数εに対する波長分散変化を示す特性図。モニタ用導波路の不連続部分形状の他の変形例を示す模式図。従来のラティスフィルタを用いた可変分散補償器の一例を示す模式図。従来のトランスバーサルフィルタの一例を示す構成図。

符号の説明

１１光導波路
１２光導波路
１１'・１２' 接続導波路
１３・１４方向性結合器
１５薄膜ヒータ
１６断熱溝
２１サーキュレータ
２２偏波スプリッタ/コンバイナ
２３偏波保持ファイバ
２４可変分散補償器
３１導波路型偏波スプリッタ/コンバイナ
３２半波長板
４１接続導波路
４２モニタ用導波路
４３不連続部分
１０４光入力ポート
１０９入出力ポート
２０４光出力ポート
ｇ_n タップ係数
Ｇギャップ
ＰＳ位相シフタ
ＶＣｘ-ｘ光分岐カプラ
ＶＣｙ-ｙ光合波カプラ
ｄ光遅延線
ｋ光合波器
ε 係数
ψ１-ψｎ位相シフタ

Claims

基板上に形成された光導波路の回路を有し、該光導波路の回路は、複数段の光分岐カプラをツリー状に接続して複数の光出力端が形成された多段光分岐カプラと、複数段の光合波カプラを逆ツリー状に接続して形成された前記多段光分岐カプラの光出力端数と同数の光入力端を有する多段光合波カプラと、前記多段光分岐カプラのそれぞれの光出力端と前記多段光合波カプラの対応する光入力端との間に介設されて伝搬光の伝搬時間を設定時間遅延させる光遅延線とを有し、該光遅延線は互いに間隔を介して並設されて該並設方向の一端側から他端側に向けて順に長さが設定量ずつ長くなるように形成された光トランスバーサルフィルタ回路を有しており、一個以上の光分岐カプラには光分岐比を可変可能な光分岐比調節手段を設け、一個以上の光合波カプラには光合波比を可変可能な光合波比調節手段を設け、一本以上の光遅延線には伝搬光の位相を可変可能な光位相調節手段を設け、前記多段光分岐カプラのそれぞれの光出力端に分岐される光の強度比と前記多段光合波カプラの対応する光入力端から入力されて合波される光の強度比とを互いに等しい設定値に調節し、各光遅延線を伝搬する各伝搬光間の位相差を不等間隔に調節することにより、初段光分岐カプラの光入力端（光入力ポート）から入力されて最終段光合波カプラの光出力端（光出力ポート）から出力される光の通過波長特性が所定の通過波長帯域内において所望の群遅延特性を有するようにしたことを特徴とする可変分散補償器。
基板上には、共通ポートから入力される光を直交する２つの偏波モード光に分離して第一および第二の偏波ポートから出力し、更にこの第一および第二の偏波ポートから入力される互いに直交する２つの偏波モード光を合成して前記共通ポートから出力する導波路型偏波スプリッタ/コンバイナが集積され、第一または第二の偏波ポートには半波長板が挿入され、第一の偏波ポートは初段光分岐カプラの光入力端に接続され、第二の偏波ポートは最終段光合波カプラの光出力端に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の可変分散補償器。
多段光分岐カプラ乃至多段光分岐カプラには各段の光分岐カプラ乃至光合波カプラの分岐比をモニタするためのモニタ用導波路が少なくとも１本接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変分散補償器。
各段の光分岐カプラは２入力型の光カプラで構成され、該光カプラの２本の光入力端のうち、可変分散補償器の光入力端または他の光分岐カプラの光出力端との接続に供しない光入力端が前記モニタ用導波路に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の可変分散補償器。
各段の光合波カプラは２出力型の光カプラで構成され、該光カプラの２本の光出力端のうち、可変分散補償器の光出力端または他の光合波カプラの光入力端との接続に供しない光出力端が前記モニタ用導波路に接続されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の可変分散補償器。
一本以上のモニタ用導波路は各光分岐カプラ間または各光合波カプラ間を接続する接続導波路乃至偏波スプリッタ/コンバイナと光トランスバーサルフィルタ回路間を接続する接続導波路と交差し、その交差部においてモニタ用導波路に不連続部分が設けられていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１に記載の可変分散補償器。
不連続部分に接するモニタ用導波路の端面は接続導波路に平行であることを特徴とする請求項６に記載の可変分散補償器。
光遅延線の配列番号を、最短の長さの光遅延線から順に、０、１、２として最長の長さの光遅延線の番号をＮ−１（Ｎは３以上の整数）としたとき、光遅延線の配列番号とそれぞれの光遅延線内を通る光強度および位相との関係が、Ｎが偶数の時にはＮ／２の光遅延線番号を中心とし、Ｎが奇数の時には（Ｎ−１）／２の光遅延線配列番号を中心として対称に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１に記載の可変分散補償器。