JP2013157722A - 光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】寸法の小さい光送信部を有する光伝送システムを提供する。
【解決手段】光伝送システム1は、N個の入力S1〜SNを有し、入力毎に対応した第1波長帯域の波長を有する光を通過して合波する合波器11と、入力に光を出力するN個の光増幅素子L1〜LNと、光増幅素子から出力された光を共振させる共振部15と、を有し、各入力に対応した波長でレーザ発振したN個の光を合波した合波光を送信する送信部10と、N個の出力Q1〜QNを有し、受信した合波光を出力毎に対応した第2波長帯域の波長の光に分波し、分波した光を対応する出力から出力する分波器21と、出力から出力された光を検出するN個の検出部P1〜PNと、各第2波長帯域をシフトする帯域シフト部22と、を有する受信部20と、を備え、合波器11と分波器21とは対応する第1波長帯域及び第2波長帯域の帯域幅が同じである。
【選択図】図１

Description

本発明は、光伝送システムに関する。

従来、送信部と受信部とを備えた光伝送システムが用いられている。

また、コンピュータ等の情報処理装置の高性能化に伴って、情報処理装置のボード上のチップ間又はボード間の通信にも光伝送を用いることが提案されている。

このような光伝送技術は、光インターコネクトとも呼ばれる。光インターコネクトは、装置間，ボード間又はチップ間等の比較的短い距離を伝送させる光通信技術である。光インターコネクトは、従来のメタル配線に比べて高速である。また、光インターコネクトを用いることにより、装置の消費電力、ＥＭＩ、ノイズ又は損失等の特性の向上が期待される。

光インターコネクトでは、例えば、電気信号を伝えるメタル配線に代えて、シリコン基板上に配置されたシリコン細線光導波路が使用される。シリコン細線光導波路は、シリコン半導体の微細加工技術を用いて製造できるので、大量生産が容易であると考えられる。

特に、シリコン細線光導波路を用いて、波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）通信を行うことにより、通信容量を大幅に増大させられる。このＷＤＭ通信技術は、既に遠距離通信で使用されている。

ＷＤＭ通信では、例えば、光送信部が、複数の波長の光信号に分割されたデータを、一つの光伝送路を利用して多重化して送信する。そして、光受信部は、多重送信された光信号を受信し波長毎に分波した後、各光信号を復号化して元のデータを得る。

特開２０００−２４４４５８号公報 特開２０００−３３２６９４号公報

Ｍ．Ａ．Ｆｏｓｔｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ， ｖｏｌ．１４， Ｎｏ．１０， ４３５７ Ｇ．Ｋｕｒｃｚｖｅｉｌ ｅｔ ａｌ，ＩＥＥＥ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ ｑｕａｎｔｕｍ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， １０．１１０９／ＪＳＴＱＥ．２０１１．２１１２６３９ Ｊ．Ｄｉｅｃｋｒｏｇｅｒ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．２，２４８ Ｏ．Ｋｗｏｎ ｅｔ ａｌ， ＥＴＲＩ ｊｏｕｒｎａｌ，ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．５，５４５

通常、ＷＤＭ通信の光送信部では、送信に使用される各波長が絶対値で管理される。そのため、光送信部のレーザには波長制御機構が設けられ、また、レーザが発生した波長をロックするロック機構も配置され得る。

波長制御機構及びロック機構を有する光送信部は、構成が複雑であり寸法が大きくなるので、このような光送信部をシリコン基板上に配置することは困難であると考えられる。また、各光源における波長制御機構では専用の制御回路を要するため、システム全体のサイズと消費電力が大きくなってしまう。従って、従来の遠距離通信で使用されているＷＤＭ通信の技術を、光インターコネクトに適用することには問題が生じる場合がある。

そこで、本明細書では、寸法が小さく、各光源の複雑な波長制御を必要としないため制御に要する回路規模や消費電力を削減可能な光送信部を有するＷＤＭ光伝送システムを提供することを目的とする。

本明細書に開示する光伝送システムの一形態によれば、所定数の入力ポートを有し、上記入力ポート毎に上記入力ポートに対応した第１通過波長帯域内の波長を有する光を通過させ、通過した光を合波する合波器と、上記入力ポートそれぞれに光を出力する上記所定数の光増幅素子と、上記光増幅素子から出力された光を共振させる共振部と、を有し、上記入力ポートそれぞれに対応した上記第１通過波長帯域の波長でレーザ発振した上記所定数の光を合波し、合波された合波光を送信する送信部と、上記所定数の出力ポートを有し、上記送信部から受信した上記合波光を、上記出力ポート毎に上記出力ポートに対応した第２通過波長帯域の波長の光に分波し、分波した光を対応する上記出力ポートから出力する分波器と、上記出力ポートから出力された光を検出する上記所定数の検出部と、上記第２通過波長帯域それぞれをシフトする帯域シフト部と、を有する受信部と、を備え、上記合波器と上記分波器とは、対応する上記第１通過波長帯域及び上記第２通過波長帯域の帯域幅が同じである。

上述した本明細書に開示する光伝送システムの一形態によれば、光送信部の寸法が小さく各光源の複雑な波長制御が必要なく、消費電力の小さいＷＤＭ光伝送システムを構成する事が出来る。

本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。

前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。

本明細書に開示する光伝送システムの一実施形態を示す図である。 第１反射部を説明する図である。 光伝送システムの動作を説明する図である。 光分波器を説明する図である。 制御部の動作を説明する図である。 光導波路幅と波長間隔との関係を示す図である。 光導波路幅と中心波長との関係を示す図である。 光伝送システムの第１変型例を説明する図である。 光伝送システムの第２変型例を説明する図である。 光伝送システムの第３変型例を説明する図である。 光伝送システムの第４変型例を説明する図である。 光伝送システムの第５変型例を説明する図である。 光伝送システムの第６変型例を説明する図である。 図１に示す光伝送システムの製造方法の一実施形態を説明する図である。 本明細書に開示する光伝送システムの他の実施形態を示す図である。

以下、本明細書で開示する光伝送システムの好ましい一実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。

図１は、本明細書に開示する光伝送システムの一実施形態を示す図である。

本実施形態の光伝送システム１は、光送信部１０と、光受信部２０と、光送信部１０と光受信部２０との間を接続する光伝送路４０とを備えており、光送信部１０と光受信部２０との間で波長分割多重通信を行う。

光送信部１０は、波長の異なる複数の光信号を合波して波長分割多重信号を生成し、生成した波長分割多重信号を、光伝送路４０を介して光受信部２０に送信する。光受信部２０は、受信した波長分割多重信号を波長毎の光信号に分波して、分波した光信号を検出する。

以下に、光送信部１０について、更に詳しく説明する。

光送信部１０は、半導体の基板５と、基板５上に配置され、Ｎ個の入力ポートＳ１〜ＳＮを有し、これらの入力ポート毎に入力ポートに対応した第１通過波長帯域内の波長を有する光を通過させ、通過した光を合波する光合波器１１と、を有する。また、光送信部１０は、基板５上に配置され、入力ポートそれぞれに光を出力するＮ個の光増幅素子Ｌ１〜ＬＮを備える。更に、光送信部１０は、光増幅素子Ｌ１〜ＬＮから出力された光を共振させる共振部１５を有する。光増幅素子は、共振部によってレーザ発振可能な光源である。

光送信部１０は、レーザ発振したＮ個の光を合波し、合波された合波光を光伝送路４０を介して光受信部２０に送信する。光伝送路４０としては、例えば、光ファイバを用いることができる。

光送信部１０の光増幅素子Ｌ１〜ＬＮそれぞれには、図示しない光増幅素子駆動部から電力が供給される。

光合波器１１は、入力ポート毎に光合波器１１を通過可能な光の波長選択性を有している。一の入力ポートに入力した光が光合波器１１を通過可能な波長には所定の幅があり、この通過可能な光の波長の帯域が、一の入力ポートに対応した第１通過波長帯域である。

この第１通過波長帯域は、入力ポート毎に帯域幅が不等間隔であっても良いし、又は、入力ポート毎に帯域幅が等間隔であっても良い。

光送信部１０は、波長分割多重通信を行うので、第１通過波長帯域は、入力ポート毎に帯域の波長が異なっている。ここで、入力ポート毎に帯域の波長が異なっていることには、隣接する第１通過波長帯域同士では一部の波長が重なることが含まれる。

そして、光合波器１１は、Ｎ個の入力ポートＳ１〜ＳＮに光を入力し、それぞれの入力ポートに対応した第１通過波長帯域に含まれる波長を有する光を合波し、合波した光を光導波路１７に出力する。光導波路１７も、基板５上に配置される。

光増幅素子Ｌ１〜ＬＮは、対応する入力ポートの第１通過波長帯域に含まれる波長を有する光を発生する。レーザ発振可能な光増幅素子Ｌ１〜ＬＮとしては、基板５上に配置する観点から、例えば、半導体発光素子を用いることが好ましい。

光送信部１０の共振部１５は、光導波路１７上に配置され、光合波器１１によって合波された合波光の一部を光合波器１１側に向かって反射する第１反射部１２と、光増幅素子Ｌ１〜ＬＮそれぞれが発生した光を光合波器１１側に向かって反射するＮ個の第２反射部１３とを有する。第２反射部１３は、光増幅素子Ｌ１〜ＬＮそれぞれに配置される。光増幅素子Ｌ１〜ＬＮそれぞれには、モニタ部を配置して、モニタ部が光増幅素子で生成される光を検出するようにしても良い。このように、共振部１５は、ファブリペロー型共振器である。

図２は、第１反射部を説明する図である。

第１反射部１２は、光増幅素子Ｌ１〜ＬＮそれぞれの光が光合波器１１によって合波されて出力され、光導波路１７を伝搬する合波光の一部を、光合波器１１側に向かって反射すると共に、合波光のその他の部分をそのまま通過させる。第１反射部１２としては、例えば、光導波路１７に設けられたギャップ又は回折格子又はバッティングコンタクトを用いることができる。

図２（Ａ）に示す例は、第１反射部１２として、光導波路に設けられたギャップを用いた場合である。基板５上に配置された光導波路１７には、ギャップ１２ａが設けられている。

図２（Ｂ）に示す例は、第１反射部１２として、光導波路に設けられた回折格子を用いた場合である。基板５上に配置された光導波路１７には、回折格子１２ｂが設けられている。

図２（Ｃ）に示す例は、第１反射部１２として光導波路に設けられたバッティングコンタクトを用いた場合である。基板５上に配置された光導波路１７には、バッティングコンタクト１２ｃが設けられている。

第２反射部１３は、光増幅素子Ｌ１〜ＬＮが発生した光を光合波器１１側に向かって反射する位置に配置される。光増幅素子Ｌ１〜ＬＮとして半導体発光素子を用いる場合には、第２反射部１３は、光増幅素子Ｌ１〜ＬＮそれぞれに対して、光合波器１１とは反対側の位置に配置される。また、光増幅素子Ｌ１〜ＬＮとして半導体発光素子を用いる場合には、第２反射部１３は、例えば、劈開面、又は劈開面上に形成された反射膜、又は回折格子を用いることができる。

光送信部１０では、光増幅素子Ｌ１〜ＬＮが発生した光それぞれが、波長選択性を有する光合波器１１を介して、上述した第１反射部１２と第２反射部１３との間で反射を繰り返すことにより、光増幅素子Ｌ１〜ＬＮにおいて誘導放出が生じ、Ｎ個の波長において連続光であるレーザ発振が生じる。レーザ発振の波長は、光が通過する第１通過波長帯域の波長に依存する。

図３は、光伝送システムの動作を説明する図である。

図３には、光合波器１１のＮ個の第１通過波長帯域のフィルタ特性を示すプロファイルＦ１〜ＦＮが示される。図３の横軸は、波長を示しており、送信される各チャネルの位置が横軸上に記されている。各チャネルにおけるレーザ光のプロファイルＲ１〜ＲＮは、それぞれの発振波長λ１〜λＮの位置でデルタ関数的に形成される。それぞれの発振波長λ１〜λＮは、第１通過波長帯域のフィルタ特性を示すプロファイルＦ１〜ＦＮのピークの位置Ｈ１〜ＨＮによって決定され得る。

Ｎ個の異なる発振波長を有するレーザ光が、光合波器１１及び光合波器１１と第１反射部１２との間の光導波路１７の部分に存在する。しかし、それぞれの誘導放出が異なる光増幅素子内で生じるので、異なる波長で発振した光の相互の影響は少なく、光送信部１０では同時に異なる波長でレーザ発振が可能である。このようなレーザ発振の詳細については、例えば、非特許文献２を参照されたい。

なお、光送信部１０では、共振部１５の光路長が長い場合、例えば１０ｍｍ程度になる場合には、複数の縦モードが発生する可能性もある。このような場合には、これらの複数の縦モード全体が一つの波長のレーザ光として扱われる。

また、光送信部１０は、光導波路１７を伝搬するレーザ光それぞれを変調する変調部１４を有する。図１に示す例では、変調部１４は、Ｎ個のリング型光導波路１４ａを有している。Ｎ個のリング型光導波路１４ａは、光導波路１７に対して光学的に結合可能に並んで配置される。それぞれのリング型光導波路１４ａの円周は、発振したレーザ光の波長それぞれと共振する長さに設定される。変調部１４は、リング型光導波路１４ａそれぞれに送信すべきデータに対応して変調された電圧を印加することにより、多重化されたレーザ光のうち対応する波長を有するレーザ光を変調して、光信号を生成する。

このようにして、Ｎ個の異なる波長λ１〜λＮを有するレーザ光は、変調部１４によって変調されてＮ個の光信号となり、Ｎ個のチャネルＣＨ１（λ１）〜ＣＨＮ（λＮ）を形成する。光送信部１０は、波長が異なるＮ個のチャネルＣＨ１〜ＣＨＮの光信号を多重化し、多重化された光信号を光伝送路４０を介して光受信部２０に送信する。

ここで、図３に示す例は、第１通過波長帯域が、入力ポート毎に帯域幅が不等間隔である場合を示している。チャネルＣＨ１のレーザ発振波長λ１とチャネルＣＨ２のレーザ発振波長λ２との間隔Ｄ１は、チャネルＣＨ２のレーザ発振波長λ２とチャネルＣＨ３のレーザ発振波長λ３との間隔Ｄ２とは異なっている。また、チャネルＣＨ１のレーザ発振波長λ１とチャネルＣＨ２のレーザ発振波長λ２との間隔Ｄ１は、チャネルＣＨＮ−１のレーザ発振波長λＮ−１とチャネルＣＨＮのレーザ発振波長λＮとの間隔ＤＮ−１とは異なっている。

次に、光受信部２０について、以下に更に詳しく説明する。

光受信部２０は、半導体の基板６と、基板６上に配置され、Ｎ個の出力ポートＱ１〜ＱＮを有し、光送信部１０から受信した光信号の合波光を、出力ポート毎に出力ポートに対応した第２通過波長帯域内の波長の光信号に分波し、分波した光信号を対応する出力ポートＱ１〜ＱＮから出力する光分波器２１を有する。また、光受信部２０は、出力ポートＱ１〜ＱＮから出力された光信号を検出するＮ個の光検出部Ｐ１〜ＰＮを有する。更に、光受信部２０は、第２通過波長帯域それぞれをシフトする帯域シフト部２２を有する。また、光伝送システム１は、帯域シフト部２２を制御する制御部３０を備える。

光送信部１０から光伝送路４０を介して送信された多重化された光信号は、基板６上に配置された光導波路２３に入力される。光導波路２３に入力された光信号は、光分波器２１に伝搬する。

光分波器２１は、出力ポート毎に光分波器２１を通過可能な光の波長選択性を有している。一の出力ポートから出力される光が光分波器２１を通過可能な波長には所定の幅があり、この通過可能な光の波長の帯域が、一の出力ポートに対応した第２通過波長帯域である。

図４は、光分波器を説明する図である。

光伝送システム１の光分波器２１は、アレイ導波路回折格子を用いて形成される。光分波器２１は、光導波路２３から光信号を入力する入力側のスラブ領域２１ａと、Ｎ個の出力ポートＱ１〜ＱＮと、出力ポートＱ１〜ＱＮに光を出力する出力側のスラブ領域２１ｂと、２つのスラブ領域間を結ぶＮ本の光導波路Ａ１〜ＡＮとを有する。２つのスラブ領域２１ａ、２１ｂ及びＮ個の出力ポートＱ１〜ＱＮ及びＮ本の光導波路Ａ１〜ＡＮは、基板６上に配置される。

光導波路２３から入力側のスラブ領域２１ａに導入された多重化された光信号は、Ｎ本の光導波路Ａ１〜ＡＮに均等に分割される。このＮ本の光導波路Ａ１〜ＡＮは、隣接する光導波路とは導波路長がΔＬだけ異なっている。そして、光導波路Ａ１〜ＡＮそれぞれに均等に分割されて伝搬した多重化された信号光は、出力側のスラブ領域２１ｂに伝搬する。この時、光導波路Ａ１〜ＡＮそれぞれの長さがΔＬずつ異なるので、出力側のスラブ領域２１ｂで回折が生じて干渉する結果、各出力ポートには波長に応じて特定のチャネルの信号光が出力される。このようにして、多重化された光信号が、Ｎ個の異なる波長を有する信号光に分波されて対応する出力ポートから光検出器に出力される。

図４に示す例の光分波器２１では、入力したＮ個の異なる波長λ１〜λＮを有する多重化された信号光が分波されて、Ｎ個のチャネルＣＨ１〜ＣＨＮの信号光として出力ポートＱ１〜ＱＮそれぞれから出力される。

アレイ導波路回折格子により形成される光分波器２１の第２通過波長帯域の中心波長λｃは、図４中の式（１）で表される。ここでｎ_ｅｑは光導波路Ａ１〜ＡＮの等価屈折率、ΔＬは光導波路Ａ１〜ＡＮの隣接導波路間の導波路長の差、ｍは整数の回折次数である。

Ｎ個の光検出部Ｐ１〜ＰＮそれぞれは、対応する出力ポートからの信号光を検出する。光検出部Ｐ１〜ＰＮとしては、基板６上に配置する観点から、例えば、半導体受光素子を用いることが好ましい。また、光検出部Ｐ１〜ＰＮそれぞれの後段には、図示しない電気多重化回路が配置されて、光信号の通信チャネルの選別、再配列及び復号化が行われ得る。

光伝送システム１では、光合波器１１と光分波器２１とは、対応する第１通過波長帯域及び第２通過波長帯域の帯域幅が同じである。即ち、光合波器１１のチャネルＣＨ１〜ＣＨＮそれぞれの第１通過波長帯域の帯域幅は、光分波器２１の対応するチャネルＣＨ１〜ＣＨＮの第２通過波長帯域の帯域幅と同じである。また、光合波器１１と光分波器２１とが対応する第１通過波長帯域及び第２通過波長帯域の帯域幅が同じであることには、光合波器１１及び光分波器２１の温度が同じ場合には、光合波器１１と光分波器２１とは、対応する第１通過波長帯域及び第２通過波長帯域の波長が同じであることが含まれる。

具体的には、光合波器１１と光分波器２１とは、同じ構造を有している。光合波器と光分波器とが同じ構造を有しているとは、例えば、光分波器２１がアレイ導波路回折格子を用いて形成される場合には、光合波器１１もアレイ導波路回折格子を用いて形成されることを意味する。また、光合波器１１及び光分波器２１が半導体プロセス技術を用いて形成される場合には、光合波器１１及び光分波器２１が、同じマスクパターンを用いて形成され、且つ、同じ製造ラインを用いて形成されることを意味する。従って、光合波器１１及び光分波器２１は、同じ構造を有しており、寸法の違いも、製造ラインの工程能力の範囲内に収まっている。

また、アレイ導波路回折格子が光合波器１１において用いられる場合には、アレイ導波路回折格子における光の伝搬方向が光分波器２１とは逆となり、異なる複数の波長を有する光を入力して、多重化された合波光が出力される。

図３には、光分波器２１のＮ個の第２通過波長帯域のフィルタ特性を示すプロファイルＧ１〜ＧＮが示される。プロファイルＧ１〜ＧＮそれぞれは、光合波器１１の対応するプロファイルＦ１〜ＦＮと実質的に同じ形状を有している。また、第２通過波長帯域のフィルタ特性を示すプロファイルＧ１〜ＧＮのピークの位置の間隔は、光合波器１１の対応するプロファイルＦ１〜ＦＮのピークの位置の間隔と実質的に等しい。ここで、プロファイルが実質的に同じ形状を有していること、及び、プロファイルのピークの位置の間隔が実質的に等しいとは、それらの違いが製造ラインの工程能力の範囲内に収まっていることを意味する。

アレイ導波路回折格子を用いて形成される分波器２１の第２通過波長帯域の中心波長λcは、第２通過波長帯域のフィルタ特性を示すプロファイルＧ１〜ＧＮのピークの位置の波長と一致し得る。同様に、アレイ導波路回折格子を用いて形成される合波器１１の第１通過波長帯域の中心波長λcは、第１通過波長帯域のフィルタ特性を示すプロファイルＦ１〜ＦＮのピークの位置の波長と一致し得る。

但し、光合波器１１と光分波器２１とは、置かれている場所の違い等に起因して、温度が異なっている場合がある。また、光送信部１０又は光受信部２０の温度は、光送信部１０又は光受信部２０の動作状況によっても変動する場合がある。

このように、光合波器１１の温度が変動すると光の導波経路の屈折率が変化して、Ｎ個の第１通過波長帯域のフィルタ特性を示すプロファイルＦ１〜ＦＮは、図３中の矢印に示すように変化する。光合波器１１内の温度が均一であれば、Ｎ個の第１通過波長帯域のフィルタ特性を示すプロファイルＦ１〜ＦＮは、間隔を維持したまま波長に対して全体がシフトする。その結果、各ＣＨのレーザ発振波長の位置がシフトする。

同様に、光分波器２１の温度が変動すると、Ｎ個の第２通過波長帯域のフィルタ特性を示すプロファイルＧ１〜ＧＮも変化する。光分波器２１内の温度が均一であれば、Ｎ個の第２通過波長帯域のフィルタ特性を示すプロファイルＧ１〜ＧＮは、波長間隔を維持したまま波長に対して全体がシフトする。

そして、光合波器１１の温度と光分波器２１の温度とが異なる場合が生じ得る。この場合、光合波器１１の第１通過波長帯域のフィルタ特性を示すプロファイルＦ１〜ＦＮの波長に対する位置（図３の横軸の位置）と、光分波器２１の第２通過波長帯域のフィルタ特性を示すプロファイルＧ１〜ＧＮとの波長に対する位置とが同じではなくなる。

従って、光合波器と光分波器とが同じ構造を有していても、図３に示すように、光合波器１１の第１通過波長帯域のプロファイルのピークの位置Ｈ１〜ＨＮは、光分波器２１の対応する第２通過波長帯域のプロファイルのピークの位置とは一致しない場合が生じ得る。

そして、光合波器１１の第１通過波長帯域のプロファイルの位置と、光分波器２１の対応する第２通過波長帯域のプロファイルの位置とのずれが大きい場合には、光送信部１０から送信された光信号が、光受信部２０において正しく分波して検出されないおそれが生じる。

そこで、光伝送システム１では、光受信部２０が、帯域シフト部２２を用いて光分波器２１の第２通過波長帯域それぞれをシフトすることにより、光合波器１１の第１通過波長帯域の波長と、光分波器２１の対応する第２通過波長帯域とを一致させて、多重化された光信号を分波する。

次に、帯域シフト部２２について、以下に更に詳しく説明する。

帯域シフト部２２は、光分波器２１の第２通過波長帯域それぞれを同じ量だけシフトすることが好ましい。

光伝送システム１の帯域シフト部２２は、光分波器２１内で分波される光の導波経路の屈折率を変化させて、第２通過波長帯域それぞれをシフトする。具体的には、帯域シフト部２２は、光分波器２１内で分波される光の導波経路を均一に加熱して、この導波経路の屈折率を変化させる。

図４に示すように、光分波器２１の中央部には、Ｎ本の光導波路Ａ１〜ＡＮを覆うように帯域シフト部２２が配置される。帯域シフト部２２はヒータであり、帯域シフト部２２を制御する制御部３０によって、帯域シフト部２２の発熱量が制御される。

Ｎ本の光導波路Ａ１〜ＡＮは、帯域シフト部２２に覆われている部分Ｂ１〜ＢＮが、隣接する光導波路とは導波路長がΔＬだけ異なっている。一方、Ｎ本の光導波路Ａ１〜ＡＮは、帯域シフト部２２に覆われていない部分の長さが等しくなっている。そして、帯域シフト部２２の発熱により、光導波路Ａ１〜ＡＮの部分Ｂ１〜ＢＮが均一に加熱される。

帯域シフト部２２の発熱により、光導波路Ａ１〜ＡＮの部分Ｂ１〜ＢＮの温度が上昇すると、図４の式（１）に示す部分Ｂ１〜ＢＮの等価屈折率ｎ_ｅｑが同じ量だけ変化するので、アレイ導波路回折格子の第２通過波長帯域それぞれの中心波長λcが同じ量だけシフトする。そして、図３中の矢印に示すように、第２通過波長帯域のフィルタ特性を示すプロファイルＧ１〜ＧＮの全体が、第２通過波長帯域間の間隔を維持したまま同一方向に同じ量だけシフトする。アレイ導波路回折格子の各通過波長帯域をシフトする技術の更なる説明としては、例えば、非特許文献３を参照されたい。

次に、帯域シフト部２２を制御する制御部３０について、以下に説明する。

制御部３０は、光検出部Ｐ１〜ＰＮを用いて、少なくとも１つの出力ポートの光信号の光強度を入力する。そして、制御部３０は、少なくとも１つの第２通過波長帯域を通過する光信号の強度が極大を示すように、帯域シフト部２２を制御する。

図５は、制御部の動作を説明する図である。

図５は、光検出部が検出する一の第２通過波長帯域を通過する光信号の受光強度と、一の第２通過波長帯域のシフト量との関係を示している。制御部３０は、帯域シフト部２２を用いて光分波器２１の第２通過波長帯域それぞれをシフトし、そのシフト量と受光強度との関係を調べて、受光強度が極大を示すように、帯域シフト部２２の発熱量を制御する。

光伝送システム１では、光検出部Ｐ１〜ＰＮそれぞれは、対応する出力ポートからの光信号を検出して、光信号の光強度を電気信号に変換し、その電気信号を制御部３０に出力する。

制御部３０は、光検出部Ｐ１〜ＰＮから、Ｎ個の出力ポートＱ１〜ＱＮの光信号の光強度を電気信号として入力する。そして、制御部３０は、Ｎ個の第２通過波長帯域を通過する光信号の強度の平均値が極大を示すように、帯域シフト部２２を制御する。

その結果、光伝送システム１で、光合波器１１の第１通過波長帯域のプロファイルのピークの位置Ｈ１〜ＨＮと、光分波器２１の対応する第２通過波長帯域のプロファイルのピークの位置とを一致させることができる。

このように、光伝送システム１では、送信部１０から送信される各光信号の波長が温度により変動しても、帯域シフト部２２を用いて、光分波器２１の各第２通過波長帯域をシフトして、送信される光信号の波長と同期させることができる。

上述したように、帯域シフト部２２を用いて第２通過波長帯域それぞれをシフトして、光送信部１０と光受信部２０との間で安定したＷＤＭ通信を行う観点から、第１通過波長帯域とこれに対応する第２通過波長帯域とは、以下の関係を満たすことが好ましい。

分波器２１の第２通過波長帯域をＣＳ（ｎｍ）とし、この合波器１１の対応する第１通過波長帯域との帯域の差をΔＣＳ（ｎｍ）とした時に、ΔＣＳとＣＳとは、ΔＣＳ／ＣＳ＜０．０６、特にΔＣＳ／ＣＳ＜０．０２５、更にはΔＣＳ／ＣＳ＜０．００５の関係を満たすことが好ましい。

例えば、第２通過波長帯域が１００ＧＨｚであるＣＳ＝０．８（ｎｍ）に規定した時、ΔＣＳ／ＣＳ＜０．００５の関係を満たすには、ΔＣＳ＜０．８×０．００５＝０．００４（ｎｍ）であることが求められる。この場合、１００チャネルの第２通過波長帯域を並べた時でも、光合波器１１の最短のチャネルの中心波長と、光分波器２１の最長のチャネルの中心波長との間の差が、０．００４（ｎｍ）×１００＝０．４（ｎｍ）以下となり、第２通過波長帯域の０．８（ｎｍ）の半分以下に収められる。

本明細書では、光合波器と前記光分波器とが対応する第１通過波長帯域及び第２通過波長帯域の帯域幅が同じであることには、第１通過波長帯域とこれに対応する第２通過波長帯域とが、上述した関係を満たすことも含まれる。

次に、アレイ導波路回折格子を用いて形成される光合波器１１及び光分波器２１がシリコン半導体技術を用いて形成される場合の光導波路の寸法精度と、第１通過波長帯域又は第２波長通過帯域の帯域間隔との関係について、以下に説明する。

図６は、光導波路幅と波長間隔との関係を示す図である。

図６は、光導波路としてシリコン細線光導波路を用いたアレイ導波路回折格子について、光導波路幅と、チャネルの波長間隔との関係を計算した結果が示されている。計算は、有限要素法の導波路モードソルバを用いて行った。

アレイ導波路回折格子の各チャネルの波長間隔Δｆ（＝ｃ／Δλ）は、図６中の式（２）を用いて近似的に表される。ここで、ｃは真空中の光速であり、Δλはチャネルの波長間隔であり、Ｄは光導波路の分散パラメータ（ｍ／Ｈｚ）、ｆｃは動作中心波長、ｎ_ｇは光導波路の群屈折率、ｎ_ｓｌａｂは自由伝搬領域であるスラブ領域における等価屈折率、ΔＬは隣接する光導波路の導波路長差である。また、Ｒａはスラブ領域のイメージングプレーンにおけるフォーカス長、ｄａは各光導波路がイメージングプレーンに導入される際の間隔であり、ｄｒは、スラブ領域のローランド球の半径である。図６の計算では、ΔＬ＝８．６ｕｍ、Ｍ＝１４、Ｒａ＝１８３ｕｍ、ｄａ＝ｄｒ＝１．５ｕｍとし、Δｆを約２００ＧＨｚに設計したものである。波長間隔は、光導波路幅が４５０〜５５０ｎｍの範囲で計算された。また、光合波器１１の第１通過波長帯域及び光分波器２１の第２通過波長帯域は、帯域幅を等間隔とした。そして、式（２）を用いて得られたΔｆから、Δλ（＝Δｆ／ｃ）を求めて、図６に示す結果を得た。

図６に示すように、波長間隔Δλは、光導波路幅が４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化しても、１．８１〜１．８３ｎｍの範囲内に収まっており、ほぼ一定の値を示している。従って、製造ラインの変動によって光導波路幅が４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化しても、光合波器１１の第１通過波長帯域及及び光分波器２１の第２通過波長帯域の帯域幅は、ほとんど影響を受けないことが確認された。これは、光合波器１１及び光分波器２１を同一設計で製造することにより、各光導波路が受ける群速度分散の影響がほぼ同じになるためである。また、波長間隔Δλの変化が少ないことの理由として、以下の２つが挙げられる。一つ目の理由は、アレイ導波路回折格子の動作中心波長を決める等価屈折率と波長間隔を決める光導波路の群屈折率とでは同じ光導波路の寸法ズレに対する変化量が異なること。二つ目の理由は、波長間隔の絶対値が動作中心波長に比べて約１／１０００と小さいので、屈折率変化により生じる波長変化の絶対量が小さいことである。

シリコン半導体の製造ラインの工程能力では、シリコン細線光導波路の寸法として、１０ｎｍ程度の誤差が生じる場合がある。光伝送システム１では、光合波器１１及び光分波器２１を同じマスクパターンを用い且つ同じ製造ラインを用いて製造することにより、図６に示すように、光合波器１１と光分波器２１とは、対応する第１通過波長帯域及び第２通過波長帯域の帯域幅の特性をほぼ同じにすることが可能である。また、この時、光合波器１１と光分波器２１とは、温度が同じ場合には、対応する第１通過波長帯域及び第２通過波長帯域の波長が同じに形成される。

光合波器１１の第１通過波長帯域及び光分波器２１の第２通過波長帯域は、帯域幅を不等等間隔とした場合にも、上述したのと同じ理由により、光合波器１１と光分波器２１とは、対応する第１通過波長帯域及び第２通過波長帯域の波長及び帯域幅の特性をほぼ同じにすることが可能である。

上述した本実施形態の光伝送システム１によれば、光合波器１１又は光分波器２１の内の何れか一方又は両方の温度が変動しても、帯域シフト部２２を用いて、光分波器２１の各第２通過波長帯域をシフトさせて、送信される光信号の波長と同期させて、安定したＷＤＭ通信を行える。また、光伝送システム１は、レーザ光の波長制御機構又はレーザ光の波長をロックするロック機構を用いないので、システムの構成を簡略し光送信部の寸法小さくかつ消費電力を小さくできる。

また、光伝送システム１では、図６を用いて説明したように、シリコン半導体の製造技術を用いて、安定したＷＤＭ通信を行える光分波器及び光合波器を製造することが可能である。この点について、更に以下に説明する。

図７は、シリコン細線光導波路を用いたアレイ導波路回折格子の光導波路幅と中心波長との関係を示す図である。

アレイ導波路回折格子を用いて形成される光分波器２１の第２通過波長帯域の中心波長λcは、図４に示す式（１）で表される。図７の計算は、有限要素法の導波路モードソルバを用いて行った。ここで、光導波路は、ＳｉＯ_２により形成される下クラッド層上にシリコンを用いて形成された。下クラッド層の厚さは３．０μmであり、光導波路の厚さは２１０ｎｍであった。また、ΔＬは８．６ｕｍであり、ｍ＝１４とした。これらの条件は、図６の計算と同じである。

図７に示すように、光導波路幅が４５０〜５５０ｎｍの範囲で変化すると、中心波長λｃが１５４０〜１６１０ｎｍの範囲で大きく変化する。従って、製造工程の変動によって光導波路幅が数１０ｎｍ変化すると、アレイ導波路回折格子の中心波長は１０ｎｍのオーダで変動することが分かる。このため、シリコン細線光導波路を用いてアレイ導波路回折格子を製造する場合、製造ラインの工程能力の範囲内において、動作中心波長を設計された波長チャネルに合わせこむ事は困難であると考えられる。

また、シリコン細線光導波路は、その強い光閉じ込めによる構造分散のため、大きな群速度分散を持つ。これは、図６中の式（２）に示すように、群速度と関係する群屈折率ｎ_ｇが変化すると、波長間隔Δλが変化することによる。この理由により、シリコン細線光導波路を有するアレイ導波路回折格子を用いて、広い動作波長帯域に渡って均一なチャネル間隔を実現することは難しかった。このことの詳細な説明については、例えば、非特許文献１を参照されたい。

一方、本実施形態の光伝送システム１では、光合波器及び光分波器として、シリコン細線光導波路を用いたアレイ導波路回折格子を用いても、シリコン細線光導波路の寸法のバラつき又は群速度分散の影響を低減して、安定したＷＤＭ通信を行うことができる。

次に、上述した光伝送システムの変型例を以下に説明する。

図８は、光伝送システムの第１変型例を説明する図である。

本変型例の光伝送システムでは、光送信部１０から光受信部２１に向かって送信される情報を有する光信号の数を、光合波器１１の第１通過波長帯域の数であるＮ個よりも少なくしている。また、光合波器１１の第１通過波長帯域及び光分波器２１の第２通過波長帯域は、帯域幅Ｄ１〜ＤＮ−１を等間隔としている。

図８に示す例では、光送信部１０の１番目のチャネルＣＨ１からＮ−１番目のチャネルＣＨＮ−１までのＮ−１個のチャネルを用いて、情報を有する光信号が光受信部２１に向かって送信される。従って、情報を有する光信号の数が、光分波器２１の第２通過波長帯域の数であるＮ個よりも１つ少ない。このように、本変型例では、送信される情報を有する光信号の数に対して、光分波器２１の第２通過波長帯域の数に冗長性を持たせている。なお、冗長性を持たせる数は、２以上であっても良い。

光伝送システムの温度等の動作状況によっては、光合波器１１の第１通過波長帯域のプロファイルのピークの位置Ｈ１〜ＨＮが、光分波器２１の対応する第２通過波長帯域のプロファイルのピークの位置に対して大きくシフトする場合がある。そして、一の第１通過波長帯域のプロファイルＦＫ（Ｋは、１からＮの間の整数）のピークの位置ＨＫが、対応する第２通過波長帯域の隣の第２通過波長帯域のプロファイルＧＫ＋１内にシフトすることが生じ得る。

この場合、分波器２１のＫ＋１番目のチャネルＣＨＫ＋１の第２通過波長帯域内にシフトした光信号は、この帯域に対応するＫ＋１番目の光検出器ＰＫ＋１によって検出される。具体的には、光送信部１０の１番目のチャネルＣＨ１から送信された光信号は、光受信器２０の２番目のチャネルＣＨ２で受信され、光送信部１０のＮ−１番目のチャネルＣＨＮ−１から送信された光信号は、光受信器２０のＮ番目のチャネルＣＨＮで受信されることになる。

本変型例では、一の第２通過波長帯域を通過する光の強度が極大を示すシフト量を決定するために、帯域シフト部２２によってシフトされる第２通過波長帯域のシフト量は、最大でも第２通過波長帯域の所定の波長の幅以内となる。従って、制御部３０によって帯域シフト部２２を制御するのに要する時間及び電力を低減することが可能となる。

また、光検出部Ｐ１〜ＰＮそれぞれによって検出された光信号は、電気多重化回路によって光信号の通信チャネルの選別、再配列及び復号化が行われ得る。なお、光送信部１０のＮ番目のチャネルＣＨＮからは、光が送信されていても良いし、送信されていなくても良い。

本変形例では、このようにして、制御部３０によって帯域シフト部２２を制御するのに要する時間及び電力を低減することが可能となる。

なお、本変型例では、光送信部１０の２番目のチャネルＣＨ２からＮ番目のチャネルＣＨＮまでのＮ−１個のチャネルを用いて、情報を有する光信号を光受信部２０に向かって送信しても良い。この場合には、上述した例とは逆の方向にシフトした光信号を、光受信部２０で受信することが可能となる。

図９は、光伝送システムの第２変型例を説明する図である。

本変型例では、光分波器２１が、Ｎ個の出力ポートに加えて、Ｎ＋１番目の追加の出力ポートを有する。光分波器２１は、Ｎ＋１個の出力ポート毎に出力ポートに対応したＮ＋１個の第２通過波長帯域を有する。また、光合波器１１の第１通過波長帯域及び光分波器２１の第２通過波長帯域は、帯域幅Ｄ１〜ＤＮ−１を等間隔（図３参照）とする。

本変型例も、上述した第１変型例と同様に、送信される情報を有する光信号の数に対して、光分波器２１の第２通過波長帯域の数に冗長性を有している。なお、光分波器２１が余分に有する出力ポート及びこれに対応する第２通過波長帯域の数は、２以上であっても良い。本変形例よれば、上述した第１変形例と同様の効果が奏される。

図１０は、光伝送システムの第３変型例を説明する図である。

本変型例では、光分波器２１が周回性を有している。従って、光分波器２１のチャネルＣＨＮの隣には、チャネルＣＨＮ−１と共にＣＨ１が隣接して配置される。また、光合波器１１の第１通過波長帯域及び光分波器２１の第２通過波長帯域は、帯域幅Ｄ１〜ＤＮ−１を等間隔（図３参照）とする。

従って、光合波器１１の第１通過波長帯域のプロファイルのピークの位置Ｈ１〜Ｎが、光分波器２１の対応する第２通過波長帯域のプロファイルのピークの位置に対して大きくシフトした場合には、シフト量に応じた光分波器２１の第２通過波長帯域を通過して、対応する光検出器によって検出されることになる。例えば、光送信部１０から送信される一のチャネルの光信号が、第２通過波長帯域の２つ分の波長がずれて光受信器２０によって受信される場合を考える。この時、光送信部１０の１番目のチャネルＣＨ１から送信された光信号は、光受信器２０の３番目のチャネルＣＨ３で受信され、光送信部１０のＮ番目のチャネルＣＨＮから送信された光信号は、光受信器２０の２番目のチャネルＣＨ２で受信されることになる。同様に、波長がシフトする方向が逆であれば、光送信部１０の１番目のチャネルＣＨ１から送信された光信号は、光受信器２０のＮ−１番目のチャネルＣＨＮ−１で受信され、光送信部１０のＮ番目のチャネルＣＨＮから送信された光信号は、光受信器２０のＮ−２番目のチャネルＣＨＮ−２で受信されることになる。

この場合も、一の第２通過波長帯域を通過する光の強度が極大を示すシフト量を決定するために、帯域シフト部２２によってシフトされる第２通過波長帯域のシフト量は、最大でも第２通過波長帯域の所定の波長の幅以内となる。従って、制御部３０によって帯域シフト部２２を制御するのに要する時間及び電力を低減することが可能となる。光検出部Ｐ１〜ＰＮそれぞれによって検出された光信号は、電気多重化回路によって光信号の通信チャネルの選別、再配列及び復号化が行われ得る。

図１１は、光伝送システムの第４変型例を説明する図である。

本変型例では、光合波器１１及び光分波器２１は、エシェル回折格子により形成される。エシェル回折格子は、スラブ状の光導波路により形成される回折領域２４ａ及び回折領域２４ａの端部に形成された側壁回折格子２４ｂを有する。多重化された光信号は、光導波路２３を伝搬して回折領域２４ａ内に導入される。回折領域２４ａに入力された多重化された光信号は、回折領域２４ａを回折しながら伝搬して、側壁回折格子２４ｂによって反射する。光信号は、側壁回折格子２４ｂで反射する時に分散を生じて、波長の分離が行われ、波長毎に対応する出力ポートＱ１〜ＱＮに出力される。

帯域シフト部２２は、回折領域２４ａにおける光導波路２３との接続箇所の近傍において、エシェル回折格子内で分波される入力した光の導波経路を覆うように配置される。帯域シフト部２２は、光分波器２１内で分波される光の導波経路を加熱して、この導波経路の屈折率を変化させる。

エシェル回折格子を用いて形成される光分波器２１の第２通過波長帯域の中心波長のシフト量Δλは、図１１中の式（３）で表される。ここでΔｎ_ｅｑは帯域シフト部２２により引き起こされる等価屈折率の変化量であり、Ｍは回折次数（設計で決まる整数）である。点Ｐ_０は、光導波路２３から導入された光が直進して反射される側壁回折格子２４ｂの位置であり、点Ｐ_ｍは、点Ｐ_０からｍ番目に離れた回折格子の位置である。ｌ_０、ｌ_ｍは、光導波路２３が回折領域２４ａと接続する点Ｐ_ｉからＰ_０、Ｐ_ｍを結ぶ光経路が帯域シフト部２２内を通る経路の部分の長さである。このような帯域シフト機能を有するエシェル回折格子の説明については、例えば、非特許文献４を参照されたい。

また、エシェル回折格子が光合波器１１において用いられる場合には、エシェル回折格子における光の伝搬方向が光分波器２１とは逆となり、異なる複数の波長を有する光を入力して、多重化された合波光が出力される。

図１２は、光伝送システムの第５変型例を説明する図である。

本変型例では、光送信部１０の共振部１５は、Ｎ個の出力ポートＴ１〜ＴＮを有し、光合波器１１の合波光の一部を入力し、入力した合波光を、出力ポートＴ１〜ＴＮ毎に出力ポートＴ１〜ＴＮに対応した第３通過波長帯域内の波長の光に分波し、分波した光を出力ポートＴ１〜ＴＮから対応する光増幅素子Ｌ１〜ＬＮに出力する第２の光分波器１８を有する。更に、共振部１５は、光合波器１１から出力された合波光を入力し、入力した合波光の一部を第２の光分波器１８に出力する光分器部１９を有する。そして、光合波器１１と第２の光分波器１８とは、対応する第１通過波長帯域及び第３通過波長帯域の帯域幅が同じである。また、光合波器１１と第２の光分波器１８とが対応する第１通過波長帯域及び第３通過波長帯域の帯域幅が同じであることには、光合波器１１及び第２の光分波器１８の温度が同じ場合には、光合波器１１と第２の光分波器１８とは、対応する第１通過波長帯域及び第３通過波長帯域の波長が同じであることが含まれる。このように、共振部１５は、リング型共振器である。

具体的には、光合波器１１及び光分波器２１と第２の光分波器１８とは、同じ構造を有している。光合波器１１及び光分波器２１と第２の光分波器１８とが同じ構造を有しているとは、光合波器１１及び光分波器２１がアレイ導波路回折格子を用いて形成される場合には、第２の光分波器１８もアレイ導波路回折格子を用いて形成されることを意味する。同様に、光合波器１１及び光分波器２１がエシェル回折格子を用いて形成される場合には、第２の光分波器１８もエシェル回折格子を用いて形成されることを意味する。また、光合波器１１及び光分波器２１及び第２の光分波器１８が半導体プロセス技術を用いて形成される場合には、光合波器１１及び光分波器２１及び第２の光分波器１８が、同じマスクパターンを用いて形成され、且つ、同じ製造ラインを用いて形成されることを意味する。従って、光合波器１１及び光分波器２１及び第２の光分波器１８は、同じ構造を有しており、寸法の違いも、製造ラインの工程能力の範囲内に収まっている。

本変型例の光送信部１０では、光増幅素子Ｌ１〜ＬＮが発生した光それぞれが、光分器部１８を介して、同じ波長選択性を有する光合波器１１及び第２の光分波器１８の間を周回することにより、光増幅素子Ｌ１〜ＬＮにおいて誘導放出が生じ、Ｎ個の波長において連続光であるレーザ発振が生じる。発振したレーザ光の一部は、変調部１４により変調された後、光伝送路４０を介して光受信部２０に送信される。

図１３は、光伝送システムの第６変型例を説明する図である。

本変型例では、帯域シフト部２２は、光分波器２１内で分波される光の光導波経路に電流を供給して、光導波経路の屈折率を変化させる。

図１３は、Ｎ個の光信号が伝搬する分波器２１内の光経路の内の１つの部分を示している。

本変型例の帯域シフト部２２は、基板５上に配置され、光信号が伝搬する光導波路層５０と、基板５上に配置され、光導波路層５０に接続する第１導電層５１及び第２導電層52とを有する。また、帯域シフト部２２は、第１導電層５１上に配置される第１コンタクト５４と、第２導電層５２上に配置される第２コンタクト５５とを有する。第１コンタクト５４及び第２コンタクト５５は、クラッド層５３内に埋め込まれている。更に、帯域シフト部２２は、第１コンタクト５４上に配置される第１電極５６と、第２コンタクト５５上に配置される第２電極５７とを有する。

制御部３０は、第１電極５６及び第２電極５７に供給する電流を制御して、光導波路層５０に注入する電流を変化させて、分波器２１の第２通過波長帯域を通過する光の強度が極大を示すように、帯域シフト部２２を制御する。

次に、上述した光伝送システム１の製造方法の好ましい一実施形態を、図を参照して以下に説明する。

図１４は、図１に示す光伝送システムの製造方法の一実施形態を説明する図である。

まず、図１４（Ａ）に示すように、シリコン半導体の製造技術を用いて、アレイ導波路回折格子を有する合波器１１と、第１反射部１２と、光導波路１７と、変調部１４とが、基板５上に形成される。

また、シリコン半導体の製造技術を用いて、アレイ導波路回折格子を有する分波器２１と、光導波路２３と、光検出部Ｐ１〜ＰＮとが、基板６上に形成される。光検出部Ｐ１〜ＰＮは、例えば、ＣＶＤ法を用いて基板６上に形成することができる。

基板５、６としては、例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて形成することが好ましい。ＳＯＩ基板を用いる場合には、光を伝搬する光導波路の部分をＳＯＩ基板の上層であるシリコン層を用いて形成し、光導波路の下に位置する下クラッド層を、ＳＯＩ基板の中層であるＳｉＯ_２層を用いて形成することができる。そして、基板５、６として、ＳＯＩ基板の下層であるシリコン層を用いることができる。シリコンとＳｉＯ_２とは、屈折率の差が大きいので、光導波路内に光を強く閉じ込めることが可能となる。

次に、図１４（Ｂ）に示すように、光増幅素子Ｌ１〜ＬＮが、基板５上に配置される。光増幅素子Ｌ１〜ＬＮは、別に用意される。各光増幅素子Ｌ１〜ＬＮには、第２反射部１３が配置される。光増幅素子Ｌ１〜ＬＮは、例えば、フリップチップボンディング技術を用いて、基板５上に配置され得る。または、エバネッセント結合型の光増幅素子Ｌ１〜ＬＮを、ウエハ貼り合せ技術を利用して、基板５上に配置しても良い。

また、基板６上では、アレイ導波路回折格子の光導波路の長さが異なる領域に、ヒータを配置して、帯域シフト部２２が形成される。帯域シフト部２２としては、例えば、光導波路上にチタン等の導電層を配置することにより形成され得る。そして、導電層には、制御部から電流が供給される電極が形成され得る。

次に、図１４（Ｃ）に示すように、基板５上の光導波路１７と基板６上の光導波路２３とを、光伝送路４０を用いて接続する。また、別に用意された制御部３０が、光検出部Ｐ１〜ＰＮ及び帯域シフト部２２と接続されて、本明細書に開示する光伝送システムが得られる。

次に、他の実施形態の光伝送システムを、図を参照して、以下に説明する。

図１５は、本明細書に開示する光伝送システムの他の実施形態を示す図である。

本実施形態の光伝送システム２は、第１光送受信部６０及び第２光送受信部６１を備える。第１光送受信部６０は、半導体の基板５上に配置された光送信部１０ａ及び光受信部２０ａを有する。第２光送受信部６１は、半導体の基板６上に配置された光送信部１０ｂ及び光受信部２０ｂを有する。

光送信部１０ａは、光伝送路４１を介して、光信号を光受信部２０ｂに送信する。光送信部１０ｂは、光伝送路４２を介して、光信号を光受信部２０ａに送信する。

光送信部１０ａ及び光送信部１０ｂは、上述した第１実施形態の光伝送システムの光送信部と同様の構成を有する。また、光受信部２０ａ及び光受信部２０ｂは、上述した第１実施形態の光伝送システムの光受信部と同様の構成を有する。

光伝送システム２では、第１光送受信部６０と第２光送受信部６１との間において、双方向のＷＤＭ通信を安定して行うことができる。

本発明では、上述した実施形態の光伝送システムは、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。

例えば、上述した実施形態では、光合波器の第１通過波長帯域は、入力ポート毎に帯域の波長が異なっていたが、複数の第１通過波長帯域が同じ波長帯域を有していても良い。

また、上述した実施形態では、光増幅素子Ｌ１〜ＬＮとして、半導体発光素子を用いていたが、利得媒質としては、半導体以外の固体、液体又は気体を用いる光増幅素子であっても良い。

また、上述した実施形態では、光送信部の変調部がリング型光導波路１４ａを有していたが、変調部は、他の種類の変調方法を用いても良い。

ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。

以上の上述した実施形態及びその変型例に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）
所定数の入力ポートを有し、前記入力ポート毎に前記入力ポートに対応した第１通過波長帯域内の波長を有する光を通過させ、通過した光を合波する合波器と、
前記入力ポートそれぞれに光を出力する前記所定数の光増幅素子と、
前記光増幅素子から出力された光を共振させる共振部と、
を有し、前記入力ポートそれぞれに対応した前記第１通過波長帯域の波長でレーザ発振した前記所定数の光を合波し、合波された合波光を送信する送信部と、
前記所定数の出力ポートを有し、前記送信部から受信した前記合波光を、前記出力ポート毎に前記出力ポートに対応した第２通過波長帯域の波長の光に分波し、分波した光を対応する前記出力ポートから出力する分波器と、
前記出力ポートから出力された光を検出する前記所定数の検出部と、
前記第２通過波長帯域それぞれをシフトする帯域シフト部と、
を有する受信部と、
を備え、
前記合波器と前記分波器とは、対応する前記第１通過波長帯域及び前記第２通過波長帯域の帯域幅が同じである光伝送システム。

（付記２）
前記帯域シフト部は、前記第２通過波長帯域それぞれを同じ量シフトする付記１に記載の光伝送システム。

（付記３）
前記帯域シフト部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、少なくとも１つの前記第２通過波長帯域を通過する光の強度が極大を示すように、前記帯域シフト部を制御する付記１又は２に記載の光伝送システム。

（付記４）
前記帯域シフト部は、前記分波器内で分波される光の導波経路の屈折率を変化させて、前記第２通過波長帯域をシフトする付記１〜３の何れか一項に記載の光伝送システム。

（付記５）
前記帯域シフト部は、前記分波器内で分波される光の前記導波経路を加熱して、前記導波経路の屈折率を変化させる付記４に記載の光伝送システム。

（付記６）
前記共振部は、
前記合波光の一部を、前記合波器側に向かって反射する第１反射部と、
前記光増幅素子それぞれが発生した光を前記合波器側に向かって反射する前記所定数の第２反射部と、
を有するファブリペロー型共振器である付記１〜５の何れか一項に記載の光伝送システム。

（付記７）
前記共振部は、
前記所定数の第２の出力ポートを有し、前記合波光の一部を入力し、入力した前記合波光を、前記第２の出力ポート毎に前記出力ポートに対応した第３通過波長帯域内の波長の光に分波して、分波した光を前記第２の出力ポートから対応する前記光増幅素子に出力する第２の分波器と、
前記合波器から出力された前記合波光を入力し、入力した前記合波光の一部を前記第２の分波器に出力する光分岐部と、
を有するリング型共振器であり、
前記合波器と前記第２の分波器とは、対応する前記第１通過波長帯域及び前記第３通過波長帯域の帯域幅が同じである付記１〜５の何れか一項に記載の光伝送システム。

（付記８）
前記第１通過波長帯域は、前記入力ポート毎に帯域幅が不等間隔である付記１〜７の何れか一項に記載の光伝送システム。

（付記９）
前記第１通過波長帯域は、前記入力ポート毎に帯域幅が等間隔である付記１〜７の何れか一項に記載の光伝送システム。

（付記１０）
前記第１通過波長帯域は、前記入力ポート毎に帯域の波長が異なっている付記１〜９の何れか一項に記載の光伝送システム。

（付記１１）
前記分波器は、周回性を有する付記１〜１０の何れか一項に記載の光伝送システム。

（付記１２）
前記合波器と前記分波器とは、同じ構造を有している付記１〜１１の何れか一項に記載の光伝送システム。

（付記１３）
前記分波器は、前記所定数の前記出力ポートに加えて、更に第２の所定数の第２出力ポートを有する付記１〜１２の何れか一項に記載の光伝送システム。

（付記１４）
前記合波器及び前記分波器は、アレイ導波路回折格子を有している付記１〜１３の何れか一項に記載の光伝送システム。

（付記１５）
前記合波器及び前記分波器は、エシェル回折格子を有している付記１〜１３の何れか一項に記載の光伝送システム。

（付記１６）
所定数の入力ポートを有し、前記入力ポート毎に前記入力ポートに対応した第１通過波長帯域内の波長を有する光を通過させ、通過した光を合波する合波器と、
前記入力ポートそれぞれに光を出力する前記所定数の光増幅素子と、
前記光増幅素子から出力された光を共振させる共振部と、
を有し、前記入力ポートそれぞれに対応した前記第１通過波長帯域の波長でレーザ発振した前記所定数の光を合波し、合波された合波光を送信する送信部と、
前記所定数の出力ポートを有し、前記送信部から受信した前記合波光を、前記出力ポート毎に前記出力ポートに対応した第２通過波長帯域の波長の光に分波し、分波した光を対応する前記出力ポートから出力する分波器と、
前記出力ポートから出力された光を検出する前記所定数の検出部と、
前記第２通過波長帯域それぞれをシフトする帯域シフト部と、
を有する受信部と、
を備え、
前記合波器と前記分波器とは、対応する前記第１通過波長帯域及び前記第２通過波長帯域の帯域幅が同じである光伝送システムを用いて、
前記送信部から前記受信部へ光を送信する方法。

（付記１７）
前記送信部から前記受信部へ送信される情報を有する光の数を、前記所定数よりも少なくする付記１６に記載の方法。

１、２ 光伝送システム
５、６ 基板
１０、１０ａ、１０ｂ 光送信部
１１ 光合波器
１２ 第１反射部
１３ 第２反射部
１４ 変調部
１４ａ リング導波路
１５ 共振部
１７ 光導波路
１８ 第２の分波器
１９ 光分岐部
２０、２０ａ、２０ｂ 光受信部
２１ 光分波器
２１ａ スラブ領域
２１ｂ スラブ領域
２２ 帯域シフト部
２３ 光導波路
２４ａ 回折領域
２４ｂ 側壁回折格子
３０ 制御部
４０ 伝送路
４１ 伝送路
４２ 伝送路
５０ 光導波路層
５１ 第１導電層
５２ 第２導電層
５３ クラッド層
５４ 第１コンタクト
５５ 第２コンタクト
５６ 第１電極
５７ 第２電極
６０ 第１光送受信部
６１ 第２光送受信部
Ａ１、Ａ２、Ａ３、ＡＮ 光分波器を通る光の光導波路
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、ＢＮ 光分波器の帯域シフト部の部分を通る光導波路
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、ＰＮ 光検出部
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、ＬＮ 光増幅素子
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、ＦＮ 第１通過波長帯域のフィルタ特性を示すプロファイル
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、ＨＮ 第１通過波長帯域のプロファイルのピークの位置
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、ＧＮ 第２通過波長帯域のフィルタ特性を示すプロファイル
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、ＲＮ 各ＣＨのレーザ光のプロファイル
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、ＳＮ 光合波器の入力ポート
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、ＱＮ 光分波器の出力ポート
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、ＴＮ 第２の光分波器の出力ポート

Claims (7)

1. 所定数の入力ポートを有し、前記入力ポート毎に前記入力ポートに対応した第１通過波長帯域内の波長を有する光を通過させ、通過した光を合波する合波器と、
   前記入力ポートそれぞれに光を出力する前記所定数の光増幅素子と、
   前記光増幅素子から出力された光を共振させる共振部と、
   を有し、前記入力ポートそれぞれに対応した前記第１通過波長帯域の波長でレーザ発振した前記所定数の光を合波し、合波された合波光を送信する送信部と、
   前記所定数の出力ポートを有し、前記送信部から受信した前記合波光を、前記出力ポート毎に前記出力ポートに対応した第２通過波長帯域の波長の光に分波し、分波した光を対応する前記出力ポートから出力する分波器と、
   前記出力ポートから出力された光を検出する前記所定数の検出部と、
   前記第２通過波長帯域それぞれをシフトする帯域シフト部と、
   を有する受信部と、
   を備え、
   前記合波器と前記分波器とは、対応する前記第１通過波長帯域及び前記第２通過波長帯域の帯域幅が同じである光伝送システム。
2. 前記帯域シフト部は、前記第２通過波長帯域それぞれを同じ量シフトする請求項１に記載の光伝送システム。
3. 前記帯域シフト部を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、少なくとも１つの前記第２通過波長帯域を通過する光の強度が極大を示すように、前記帯域シフト部を制御する請求項１又は２に記載の光伝送システム。
4. 前記帯域シフト部は、前記分波器内で分波される光の導波経路の屈折率を変化させて、前記第２通過波長帯域をシフトする請求項１〜３の何れか一項に記載の光伝送システム。
5. 前記共振部は、
   前記合波光の一部を、前記合波器側に向かって反射する第１反射部と、
   前記光増幅素子それぞれが発生した光を前記合波器側に向かって反射する前記所定数の第２反射部と、
   を有するファブリペロー型共振器である請求項１〜４の何れか一項に記載の光伝送システム。
6. 前記共振部は、
   前記所定数の第２の出力ポートを有し、前記合波光の一部を入力し、入力した前記合波光を、前記第２の出力ポート毎に前記出力ポートに対応した第３通過波長帯域内の波長の光に分波して、分波した光を前記第２の出力ポートから対応する前記光増幅素子に出力する第２の分波器と、
   前記合波器から出力された前記合波光を入力し、入力した前記合波光の一部を前記第２の分波器に出力する光分岐部と、
   を有するリング型共振器であり、
   前記合波器と前記第２の分波器とは、対応する前記第１通過波長帯域及び前記第３通過波長帯域の帯域幅が同じである請求項１〜４の何れか一項に記載の光伝送システム。
7. 前記分波器は、前記所定数の前記出力ポートに加えて、更に第２の所定数の第２出力ポートを有する請求項１〜６の何れか一項に記載の光伝送システム。

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