JP2013029544A

JP2013029544A - 広帯域分散補償回路

Info

Publication number: JP2013029544A
Application number: JP2011163555A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Mizuno; 隆之水野; Hiroshi Takahashi; 浩高橋; Hiroyuki Tsuda; 裕之津田; Yuichiro Ikuma; 雄一郎伊熊
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Keio University
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Keio University
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2011-07-26
Publication date: 2013-02-07

Abstract

【課題】中心周波数から離れた透過帯域を有する広帯域分散補償回路を提供する。
【解決手段】第１のスラブ導波路、アレイ導波路、第２のスラブ導波路を縦列接続したアレイ導波路回折格子と、位相シフタおよび反射器とを有する分散補償回路と、アレイ導波路回折格子のＦＳＲと等しい周波数周期を有するインターリーバ回路と、第１のスラブ導波路とインターリーバ回路とを接続する等光路長の２本の接続導波路とを備え、接続導波路は、ＦＳＲの１／２の周波数だけ異なる周波数の２つの光が入射されたときに、第２のスラブ導波路の光スペクトル面上の同じ位置に結像するように、第１のスラブ導波路と接続する位置が設定されており、インターリーバ回路が、入射光を、ＦＳＲの１／２の周波数ごとに、異なる接続導波路に切り替えて出力することにより、第２のスラブ導波路の光スペクトル面の中心部分からの拡がりをフリースペクトラルレンジの１／２に抑えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信ネットワークの伝送装置において、光ファイバの群速度分散を補償する分散補償回路に関する。

従来の分散補償回路を図６に示す。分散補償回路は、図６に示すように、第１のスラブ導波路２０１と、アレイ導波路２０２と、第２のスラブ導波路２０３と、位相シフタ２０４と、反射器２０５とにより構成されている。分散補償回路において、第１のスラブ導波路２０１から入射された入射光は、第１のスラブ導波路２０１と、アレイ導波路２０２と、第２のスラブ導波路２０３とで構成されるアレイ導波路回折格子を透過することにより分光される。分光（周波数分解）された光の各成分は、その位相が位相シフタ２０４によりシフトされた後、反射器２０５で反射されて再びアレイ導波路回折格子を透過して出力される。

位相シフタ２０４は、第２のスラブ導波路２０３に形成されたレンズ形状の溝に、第２のスラブ導波路２０３の屈折率とは異なる屈折率の樹脂などが充填されることにより形成されている。位相シフタ２０４を形成する溝をレンズと同じ２次曲線形状に設計することにより、周波数面上で中心周波数を軸として２次関数的な位相を付与することを可能として、群速度分散を補償している。また、位相シフタ２０４として充填される樹脂は、屈折率の温度依存性が大きいものが望ましく用いられている。位相シフタ２０４による分散量を可変にするため、ヒータ（図示せず）などにより温度を変えて位相シフト量の変化を実現している。

Y. Ikuma, H. Takahashi, S. Fukushima, and H. Tsuda, "Tunable Optical Dispersion Compensator Module Using Integrated Multiple Lenses in an Arrayed-Waveguide Grating," 35th European Conference on Optical Communication (ECOC 2009), Vienna, Austria, Paper 7.2.6, Sept. 20-24, 2009.

従来の分散補償回路では、中心周波数から離れた信号光は、損失が大きくなるという問題、即ち、透過帯域幅が狭いという問題があった。アレイ導波路回折格子は、一般的に、透過帯域周辺の周波数領域において透過率が低くなる。このため、従来の分散補償回路では、アレイ導波路回折格子を信号光が２回透過するので、透過帯域が狭くなると考えられる。したがって、従来の分散補償回路で広帯域の信号光を分散補償しようとすると、信号光の強度スペクトルが大きく変化して信号が劣化する問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、中心周波数から離れた周波数でも透過率が大幅に低下しない広帯域分散補償回路を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光が入出力される第１のスラブ導波路、アレイ導波路、および第２のスラブ導波路を縦列接続して構成されるアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路と接続されていない前記第２のスラブ導波路の、スペクトル面上に設けられた位相シフタおよび端部に設けられた反射器とを有する分散補償回路と、前記アレイ導波路回折格子のフリースペクトラルレンジと等しい周波数応答周期を有するインターリーバ回路と、前記アレイ導波路回折格子の第１のスラブ導波路と前記インターリーバ回路とを接続する等しい光路長の２本の接続導波路とを備え、前記２本の接続導波路は、前記フリースペクトラルレンジの１／２の周波数だけ異なる周波数の２つの入射光が入射されたときに、該２つの入射光が、前記アレイ導波路回折格子の第２のスラブ導波路の光スペクトル面上の同じ位置に結像するように、前記第１のスラブ導波路と接続する位置が設定されており、前記インターリーバ回路が、入射された光を、前記フリースペクトラルレンジの１／２の周波数ごとに、異なる前記接続導波路に切り替えて出力することにより、前記第２のスラブ導波路の光スペクトル面の中心部分からの拡がりを前記フリースペクトラルレンジの１／２に抑えていることを特徴とする広帯域分散補償回路である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の広帯域分散補償回路において、前記位相シフタは、前記光スペクトルに対して放物状のフーリエ位相変化を与えることで群速度分散値を制御することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の広帯域分散補償回路において、前記２本の接続導波路が前記第１のスラブ導波路と接続する位置における接続導波路の間隔は、前記フリースペクトラルレンジの１／２の周波数のスペクトル間隔と等しいことを特徴とする。

本発明の広帯域分散補償回路の概略構成を示す図である。インターリーバの構成の一例を示す図である。２つの接続導波路と第１のスラブ導波路との接続部の構成を示す図である。（ａ）は第１の接続導波路１０７への入射光に対するアレイ導波路回折格子の透過率αと群遅延βを示し、（ｂ）は第２の接続導波路１０８への入射光に対するアレイ導波路回折格子の透過率αと群遅延βを示す図である。分散値を１００ｐｓ／ｎｍに設定した場合の透過特性について、本発明の広帯域分散補償回路と従来の分散補償回路を比較した図である。従来の分散補償回路を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明では、フリースペクトラルレンジ（ＦＳＲ：ＦｒｅｅＳｐｅｃｔｒａｌＲａｎｇｅ）が大きいアレイ導波路回折格子のスペクトル面の中央近傍を分散補償動作に利用するために、信号光をインターリーバにより二つの周波数成分に分割し、各々の周波数成分をアレイ導波路回折格子の第１のスラブ導波路の異なる位置から入力させる構成としている。この構成により、信号光の中心周波数から離れた周波数成分の光も、アレイ導波路回折格子のスペクトル面の中央部分近傍を透過する（スペクトル面の中央部分の拡がりがＦＳＲの１／２に抑えられる）ため、透過帯域の狭窄化が抑圧され、分散補償に伴う信号劣化が低減することになるので、従来よりも広帯域の分散補償回路を構成することができる。

図１に本発明にかかる広帯域分散補償回路の構成の一例を示す。広帯域分散補償回路１００は、第１のスラブ導波路１０１と、アレイ導波路１０２と、第２のスラブ導波路１０３と、位相シフタ１０４と、反射器１０５と、インターリーバ１０６と、第１の接続導波路１０７と、第２の接続導波路１０８とを備えてなる。広帯域分散補償回路１００において、第１のスラブ導波路１０１と、アレイ導波路１０２と、第２のスラブ導波路１０３と、位相シフタ１０４と、反射器１０５とは従来の分散補償回路２００（図６参照）と同様の構成を採用することができる。本発明の広帯域分散補償回路１００は、この分散補償回路２００と同様に構成される第１のスラブ導波路１０１の入出力端に、２つ接続導波路１０７、１０８を介してインターリーバ１０６を接続して構成されている。

図２にインターリーバ１０６の構成の一例を示す。インターリーバ１０６は、一端から入射された光を、インターリーバ１０６のＦＳＲの１／２（半分）の周波数ごとに周期的に切り替えて、他端に接続された２つの接続導波路１０７、１０８に出力している。インターリーバ１０６は、入力２ポート、出力２ポートの方向性結合器６１ａ〜６１ｅを縦列に多段接続した構成を採用することができ、例えば図２に示す構成とすることができる。図２において各方向性結合器６１ａ〜６１ｅの角度はアーム１６２ａ〜６２ｄ、アーム２６３ａ〜６３ｄ間の過剰位相変化を表している。インターリーバ１０６のＦＳＲ（周波数応答周期と等しい）は、第１のスラブ導波路１０１と、アレイ導波路１０２と、第２のスラブ導波路１０３とで構成されるアレイ導波路回折格子のＦＳＲと同じになるように設定されている。

インターリーバ１０６に一端が接続された第１の接続導波路１０７及び第２の接続導波路１０８は、他端が第１のスラブ導波路１０１（アレイ導波路回折格子）に接続されている。図３は第１の接続導波路１０７及び第２の接続導波路１０８と第１のスラブ導波路１０１（アレイ導波路回折格子）との接続部の構成を示す図である。第１の接続導波路１０７と第２の接続導波路１０８とは、同じ光路長を有している。第１の接続導波路１０７及び第２の接続導波路１０８と、第１のスラブ導波路１０１との接続位置は、アレイ導波路回折格子のＦＳＲの１／２（半分）の周波数だけ異なる周波数の２つの入射光を入射されたときに、アレイ導波路回折格子のＦＳＲの半分の周波数に相当する周波数差を持つ２つの異なる信号光成分が第２のスラブ導波路１０３のスペクトル面上で同じ位置に結像するように調整されている。具体的には、第１の接続導波路１０７及び第２の接続導波路１０８と第１のスラブ導波路１０１との接続位置における第１の接続導波路１０７と第２の接続導波路１０８との間隔が、ＦＳＲの半分の周波数のスペクトル間隔と等しくなるようにする。

第１のスラブ導波路１０１に入射した光は、アレイ導波路回折格子を導波する。アレイ導波路回折格子では、信号光の第１のスラブ導波路１０１への入射位置と信号光の周波数に依存して、第２のスラブ導波路１０３のスペクトル面上の集光位置が変化する。そのため、第１の接続導波路１０７及び第２の接続導波路１０８と第１のスラブ導波路１０１との接続位置が調整されることで、アレイ導波路回折格子のＦＳＲの半分の周波数に相当する周波数差を持つ二つの異なる信号光成分が第２のスラブ導波路１０３のスペクトル面上で同じ位置に結像するようにできる。

図４に、第１の接続導波路１０７への入射光と第２の接続導波路１０８への入射光の周波数に対するアレイ導波路回折格子の透過率αと群遅延βを模式的に示す。図４（ａ）は第１の接続導波路１０７への入射光についての透過率αと群遅延βを示し、図４（ｂ）は第２の接続導波路１０８への入射光についての透過率αと群遅延βを示している。ここで信号光は、アレイ導波路回折格子のＦＳＲと等しいＦＳＲを有するインターリーバ１０６によって、ＦＳＲの１／２の周期で、第１の接続導波路１０７と第２の接続導波路１０８から切り替わって入出力されるため、広帯域分散補償回路１００では、図４において斜線で囲まれた部分（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆに示す部分）の特性を合成した入出力特性を有することとなる。さらに図４に示した群遅延特性は、位相シフタ１０４によってスペクトルに対して放物状のフーリエ位相変化を与えることでその傾き、即ち、群速度分散値が制御される。

ここで広帯域分散補償回路１００の一例として、具体的にアレイ導波路回折格子のパラメータを設計した例を示す。チャネル間隔を１０ＧＨｚ、チャネル数を２０、アレイ本数を５２、回折次数を９６７、スラブ長を４０６０．６９μｍ、ΔＬを１０３０．６８μｍ、アレイピッチ／開口を１２μｍ／１０．５μｍ、入出力ピッチ／開口を１８μｍ／１５μｍとした。また、ベースとなるアレイ導波路回折格子のＦＳＲは２００ＧＨｚである。インターリーバ１０６は図２に示す構成のものを用いた。

これらのパラメータに設定して広帯域分散補償回路１００を構成し、分散値を１００ｐｓ／ｎｍに設定した場合の透過特性と、従来構成の分散補償回路の分散値を１００ｐｓ／ｎｍに設定した場合の透過特性とを比較したのが、図５である。従来例では、ベースとなるアレイ導波路回折格子のＦＳＲは１００ＧＨｚである。本発明の広帯域分散補償回路１００では、ベースとなるアレイ導波路回折格子のＦＳＲは２００ＧＨｚである。

図４に示すように、広帯域分散補償回路１００では、アレイ導波路回折格子のＦＳＲの半分の周波数毎に、即ち、１００ＧＨｚ毎に光が主に伝搬する接続導波路１０７、１０８が切り替わる。したがって、アレイ導波路回折格子に位相シフタ１０４と、反射器１０５とを含めた分散補償回路全体としてのＦＳＲは、アレイ導波路回折格子のＦＳＲの半分の１００ＧＨｚとなる。図５には、分散補償回路の特性を示すが、１００ＧＨｚ毎に同様の特性が繰り返される。この図から明らかなように、本発明では、透過特性の狭窄化を抑圧でき、透過帯域が拡大されている。

このように本発明にかかる広帯域分散補償回路１００によれば、可変分散補償回路における透過特性を平坦に近づけて、信号光の強度スペクトル分布を出来る限り変化させず、分散補償を行うことが出来る。これによって、分散補償時の信号帯域狭窄化による信号劣化を低減することが可能である。したがって、本発明の広帯域分散補償器１００を用いれば、従来の１０Ｇｂ／ｓだけでなく、４０Ｇｂ／ｓなどのより高速で広帯域の信号に対しても分散補償することが可能となり、光通信システムの高速化に貢献が可能である。

１０１、２０１：第１のスラブ導波路
１０２、２０２：アレイ導波路
１０３、２０３：第２のスラブ導波路
１０４、２０４：位相シフタ
１０５、２０５：反射器
１０６：インターリーバ
１０７：第１の接続導波路
１０８：第２の接続導波路
６１ａ〜６１ｅ：方向性結合器
６２ａ〜６２ｄ：アーム１
６３ａ〜６３ｄ：アーム２

Claims

光が入出力される第１のスラブ導波路、アレイ導波路、および第２のスラブ導波路を縦列接続して構成されるアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路と接続されていない前記第２のスラブ導波路の、スペクトル面上に設けられた位相シフタおよび端部に設けられた反射器とを有する分散補償回路と、
前記アレイ導波路回折格子のフリースペクトラルレンジと等しい周波数応答周期を有するインターリーバ回路と、
前記アレイ導波路回折格子の第１のスラブ導波路と前記インターリーバ回路とを接続する等しい光路長の２本の接続導波路とを備え、
前記２本の接続導波路は、前記フリースペクトラルレンジの１／２の周波数だけ異なる周波数の２つの入射光が入射されたときに、該２つの入射光が、前記アレイ導波路回折格子の第２のスラブ導波路の光スペクトル面上の同じ位置に結像するように、前記第１のスラブ導波路と接続する位置が設定されており、前記インターリーバ回路が、入射された光を、前記フリースペクトラルレンジの１／２の周波数ごとに、異なる前記接続導波路に切り替えて出力することにより、前記第２のスラブ導波路の光スペクトル面の中心部分からの拡がりを前記フリースペクトラルレンジの１／２に抑えていることを特徴とする広帯域分散補償回路。
前記位相シフタは、前記光スペクトルに対して放物状のフーリエ位相変化を与えることで群速度分散値を制御することを特徴とする請求項１に記載の広帯域分散補償回路。
前記２本の接続導波路が前記第１のスラブ導波路と接続する位置における接続導波路の間隔は、前記フリースペクトラルレンジの１／２の周波数のスペクトル間隔と等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の広帯域分散補償回路。