JP3201560B2 - 光信号処理回路 - Google Patents
光信号処理回路Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバの分散によ
って光信号に生じた歪みを波形整形する光等化器、ある
いは波長分波機能を有するアレイ導波路回折格子とし
て、所定の光周波数フィルタ特性を有する光信号処理回
路に関する。
って光信号に生じた歪みを波形整形する光等化器、ある
いは波長分波機能を有するアレイ導波路回折格子とし
て、所定の光周波数フィルタ特性を有する光信号処理回
路に関する。
【０００２】
【従来の技術】既設の多くの光ファイバは波長 1.3μｍ
で零分散となり、波長1.55μｍで損失が最低になる特性
を有している。この光ファイバに波長1.55μｍの光信号
を入射すると、光ファイバの分散によって光信号周波数
（変調周波数）ｆが高くなるにつれて伝搬遅延時間τが
小さくなる（伝搬速度が速くなる）。したがって、この
光ファイバを伝搬する光信号は、その波長スペクトルの
広がりに応じて波形が歪む。この歪みが大きくなると、
光ファイバの伝送容量あるいは伝送距離が制限されるこ
とになる。
で零分散となり、波長1.55μｍで損失が最低になる特性
を有している。この光ファイバに波長1.55μｍの光信号
を入射すると、光ファイバの分散によって光信号周波数
（変調周波数）ｆが高くなるにつれて伝搬遅延時間τが
小さくなる（伝搬速度が速くなる）。したがって、この
光ファイバを伝搬する光信号は、その波長スペクトルの
広がりに応じて波形が歪む。この歪みが大きくなると、
光ファイバの伝送容量あるいは伝送距離が制限されるこ
とになる。
【０００３】等化器は、このような光ファイバの分散を
補償して光信号を波形整形するものである。従来の等化
器としては、光信号を電気信号に変換して使用するマイ
クロストリップ線路が知られている。その構造は図９に
示すように、誘電体１とその両面に接合される金属導体
２，３である。伝搬遅延時間τは、図１０に示すように
信号周波数ｆが高くなるにつれて大きくなる（伝搬速度
が遅くなる）。また、マイクロストリップ線路の長さＬ
に応じてその割合が大きくなる。このように、伝搬遅延
特性はマイクロストリップ線路と光ファイバとでは逆に
なる。したがって、分散を有する光ファイバを伝搬した
光信号は、電気信号に変換した後に、所定の長さＬのマ
イクロストリップ線路を通すことにより、光ファイバに
おける分散の影響を相殺することができる。
補償して光信号を波形整形するものである。従来の等化
器としては、光信号を電気信号に変換して使用するマイ
クロストリップ線路が知られている。その構造は図９に
示すように、誘電体１とその両面に接合される金属導体
２，３である。伝搬遅延時間τは、図１０に示すように
信号周波数ｆが高くなるにつれて大きくなる（伝搬速度
が遅くなる）。また、マイクロストリップ線路の長さＬ
に応じてその割合が大きくなる。このように、伝搬遅延
特性はマイクロストリップ線路と光ファイバとでは逆に
なる。したがって、分散を有する光ファイバを伝搬した
光信号は、電気信号に変換した後に、所定の長さＬのマ
イクロストリップ線路を通すことにより、光ファイバに
おける分散の影響を相殺することができる。
【０００４】次に、波長分波機能を有する従来のアレイ
導波路回折格子について、図１１〜図１３を参照して説
明する。図１１は、従来のアレイ導波路回折格子の構成
を示す平面図である。
導波路回折格子について、図１１〜図１３を参照して説
明する。図１１は、従来のアレイ導波路回折格子の構成
を示す平面図である。
【０００５】図において、基板１０上に形成した複数本
（または１本）の入力用チャネル導波路１１、第１の扇
形スラブ導波路１２、導波路長差ΔＬで順次長くなる複
数Ｎ本の導波路からなるチャネル導波路アレイ１３、第
２の扇形スラブ導波路１４、複数本の出力用チャネル導
波路１５を順次接続した構成である。
（または１本）の入力用チャネル導波路１１、第１の扇
形スラブ導波路１２、導波路長差ΔＬで順次長くなる複
数Ｎ本の導波路からなるチャネル導波路アレイ１３、第
２の扇形スラブ導波路１４、複数本の出力用チャネル導
波路１５を順次接続した構成である。
【０００６】図１２は、第１の扇形スラブ導波路１２の
近傍の構造を示す拡大図である。なお、第２の扇形スラ
ブ導波路１４においても同様である。図において、Ｒは
第１の扇形スラブ導波路１２の曲率半径、２ａは入力用
チャネル導波路１１およびチャネル導波路アレイ１３の
各導波路のコア幅、Ｕは入力用チャネル導波路１１の各
導波路のコア開口幅、ｓ1 は入力用チャネル導波路１１
のスラブ導波路境界での導波路間隔、Ｄはチャネル導波
路アレイ１３の各導波路のコア開口幅、ｓ2 はチャネル
導波路アレイ１３のスラブ導波路境界での導波路間隔、
ｄ1 ，ｄ2 は各テーパ導波路部分の長さを示す。ここ
で、ＵおよびＤはそれぞれ一定である。
近傍の構造を示す拡大図である。なお、第２の扇形スラ
ブ導波路１４においても同様である。図において、Ｒは
第１の扇形スラブ導波路１２の曲率半径、２ａは入力用
チャネル導波路１１およびチャネル導波路アレイ１３の
各導波路のコア幅、Ｕは入力用チャネル導波路１１の各
導波路のコア開口幅、ｓ1 は入力用チャネル導波路１１
のスラブ導波路境界での導波路間隔、Ｄはチャネル導波
路アレイ１３の各導波路のコア開口幅、ｓ2 はチャネル
導波路アレイ１３のスラブ導波路境界での導波路間隔、
ｄ1 ，ｄ2 は各テーパ導波路部分の長さを示す。ここ
で、ＵおよびＤはそれぞれ一定である。
【０００７】このような構成において、所定の入力用チ
ャネル導波路１１から入射した光は、第１の扇形スラブ
導波路１２において回折により広がり、その回折面と垂
直に配置されたチャネル導波路アレイ１３に導かれる。
チャネル導波路アレイ１３は、各導波路が導波路長差Δ
Ｌで順次長くなっているので、各導波路を伝搬して第２
の扇形スラブ導波路１４に到達した光には導波路長差Δ
Ｌに対応する位相差が生じている。この位相差は光周波
数により異なるので、第２の扇形スラブ導波路１４のレ
ンズ効果で出力用チャネル導波路１５の入力端に集光す
る際に、光周波数ごとに異なる位置に集光する。
ャネル導波路１１から入射した光は、第１の扇形スラブ
導波路１２において回折により広がり、その回折面と垂
直に配置されたチャネル導波路アレイ１３に導かれる。
チャネル導波路アレイ１３は、各導波路が導波路長差Δ
Ｌで順次長くなっているので、各導波路を伝搬して第２
の扇形スラブ導波路１４に到達した光には導波路長差Δ
Ｌに対応する位相差が生じている。この位相差は光周波
数により異なるので、第２の扇形スラブ導波路１４のレ
ンズ効果で出力用チャネル導波路１５の入力端に集光す
る際に、光周波数ごとに異なる位置に集光する。
【０００８】アレイ導波路回折格子は、このように入力
用チャネル導波路１１から入射された光の周波数に対応
して、出力用チャネル導波路１５の導波路が選択される
光分波器として動作する。従来のアレイ導波路回折格子
では、図１３に示すように、出力用チャネル導波路１５
の各導波路対応にその中心周波数（ここでは 100ＧHz間
隔）の近傍で放物線状の光周波数特性となる。
用チャネル導波路１１から入射された光の周波数に対応
して、出力用チャネル導波路１５の導波路が選択される
光分波器として動作する。従来のアレイ導波路回折格子
では、図１３に示すように、出力用チャネル導波路１５
の各導波路対応にその中心周波数（ここでは 100ＧHz間
隔）の近傍で放物線状の光周波数特性となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来のマイクロストリ
ップ線路による等化器では、波形整形するために光信号
を一旦電気信号に変換する必要があり、全光中継システ
ムに用いることができなかった。さらに、信号周波数ｆ
が高くなるとマイクロストリップ線路の導体損失が増加
するので、光信号の波形整形を行っても光ファイバの伝
送容量と伝送距離を共に高めることは困難であった。
ップ線路による等化器では、波形整形するために光信号
を一旦電気信号に変換する必要があり、全光中継システ
ムに用いることができなかった。さらに、信号周波数ｆ
が高くなるとマイクロストリップ線路の導体損失が増加
するので、光信号の波形整形を行っても光ファイバの伝
送容量と伝送距離を共に高めることは困難であった。
【００１０】また、従来のアレイ導波路回折格子は、図
１３に示すように放物線状の光周波数特性を有し３dB帯
域幅は27ＧHzと狭い。したがって、入力用チャネル導波
路１１に入射された光の波長がその中心波長から変動し
た場合には、出力用チャネル導波路１５の所定のチャネ
ルへ出射される光の損失が大幅に増加し、またクロスト
ークを劣化させる問題があった。
１３に示すように放物線状の光周波数特性を有し３dB帯
域幅は27ＧHzと狭い。したがって、入力用チャネル導波
路１１に入射された光の波長がその中心波長から変動し
た場合には、出力用チャネル導波路１５の所定のチャネ
ルへ出射される光の損失が大幅に増加し、またクロスト
ークを劣化させる問題があった。
【００１１】本発明は、光ファイバの分散を補償する光
等化器、また各チャネルごとにフラットな光周波数特性
を有するアレイ導波路回折格子を実現し、大容量・長距
離光通信および波長分割ルーティングに適した光信号処
理回路を提供することを目的とする。
等化器、また各チャネルごとにフラットな光周波数特性
を有するアレイ導波路回折格子を実現し、大容量・長距
離光通信および波長分割ルーティングに適した光信号処
理回路を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の光信号処理回路
は、第１の扇形スラブ導波路とチャネル導波路アレイと
の境界におけるチャネル導波路アレイの各導波路のコア
開口部がそれぞれ所定の幅を有する。さらに、所定の導
波路長差で順次長くなるチャネル導波路アレイの各導波
路が、それぞれ信号光の波長程度以下の所定の導波路長
を加減した長さを有する。
は、第１の扇形スラブ導波路とチャネル導波路アレイと
の境界におけるチャネル導波路アレイの各導波路のコア
開口部がそれぞれ所定の幅を有する。さらに、所定の導
波路長差で順次長くなるチャネル導波路アレイの各導波
路が、それぞれ信号光の波長程度以下の所定の導波路長
を加減した長さを有する。
【００１３】
【作用】アレイ導波路回折格子を構成するチャネル導波
路アレイの各導波路の光電界分布と位相は、各導波路の
コア開口幅と、信号光の波長程度以下の所定の導波路長
を加減した各導波路の長さに応じて設定することができ
る。
路アレイの各導波路の光電界分布と位相は、各導波路の
コア開口幅と、信号光の波長程度以下の所定の導波路長
を加減した各導波路の長さに応じて設定することができ
る。
【００１４】本発明の光信号処理回路では、この原理に
基づいて、チャネル導波路アレイの各導波路のコア開口
幅と長さを調整する。これにより、チャネル導波路アレ
イの光電界分布と位相を制御し、出力用チャネル導波路
の各チャネルにおける光周波数特性を制御することがで
きる。たとえば、光ファイバの分散特性と逆符号の光周
波数特性を実現することができる。また、各チャネルご
とにフラットな光周波数特性を有するアレイ導波路回折
格子を実現することができる。
基づいて、チャネル導波路アレイの各導波路のコア開口
幅と長さを調整する。これにより、チャネル導波路アレ
イの光電界分布と位相を制御し、出力用チャネル導波路
の各チャネルにおける光周波数特性を制御することがで
きる。たとえば、光ファイバの分散特性と逆符号の光周
波数特性を実現することができる。また、各チャネルご
とにフラットな光周波数特性を有するアレイ導波路回折
格子を実現することができる。
【００１５】
【実施例】図１は、本発明の光信号処理回路の構成を示
す平面図である。図において、基板１０上に形成した複
数本（または１本）の入力用チャネル導波路１１、第１
の扇形スラブ導波路２２、所定の導波路長差で順次長く
なる複数Ｎ本の導波路からなるチャネル導波路アレイ２
３、第２の扇形スラブ導波路１４、複数本の出力用チャ
ネル導波路１５を順次接続した構成である。なお、この
基本構成は図１２に示す従来のアレイ導波路回折格子と
同じである。本発明では、第１の扇形スラブ導波路２２
およびチャネル導波路２３が従来のものと異なる。
す平面図である。図において、基板１０上に形成した複
数本（または１本）の入力用チャネル導波路１１、第１
の扇形スラブ導波路２２、所定の導波路長差で順次長く
なる複数Ｎ本の導波路からなるチャネル導波路アレイ２
３、第２の扇形スラブ導波路１４、複数本の出力用チャ
ネル導波路１５を順次接続した構成である。なお、この
基本構成は図１２に示す従来のアレイ導波路回折格子と
同じである。本発明では、第１の扇形スラブ導波路２２
およびチャネル導波路２３が従来のものと異なる。
【００１６】図２は、第１の扇形スラブ導波路２２の近
傍の構造を示す拡大図である。なお、第２の扇形スラブ
導波路１４の近傍の構造は、図１２に示す従来の第１の
扇形スラブ導波路１２と同じ構造である。
傍の構造を示す拡大図である。なお、第２の扇形スラブ
導波路１４の近傍の構造は、図１２に示す従来の第１の
扇形スラブ導波路１２と同じ構造である。
【００１７】図において、Ｒは第１の扇形スラブ導波路
２２の曲率半径、２ａは入力用チャネル導波路１１およ
びチャネル導波路アレイ２３の各導波路のコア幅、Ｕは
入力用チャネル導波路１１のコア開口幅、ｓ1 は入力用
チャネル導波路１１のスラブ導波路境界での導波路間
隔、Ｄi はチャネル導波路アレイ２３の一端からｉ番目
（ｉは１〜Ｎ）の導波路のコア開口幅、ｓ2 はチャネル
導波路アレイ２３のスラブ導波路境界での導波路間隔、
ｄ1 ，ｄ2 は各テーパ導波路部分の長さを示す。ここ
で、Ｕは一定であるが、Ｄi は各導波路ごとに異なる。
２２の曲率半径、２ａは入力用チャネル導波路１１およ
びチャネル導波路アレイ２３の各導波路のコア幅、Ｕは
入力用チャネル導波路１１のコア開口幅、ｓ1 は入力用
チャネル導波路１１のスラブ導波路境界での導波路間
隔、Ｄi はチャネル導波路アレイ２３の一端からｉ番目
（ｉは１〜Ｎ）の導波路のコア開口幅、ｓ2 はチャネル
導波路アレイ２３のスラブ導波路境界での導波路間隔、
ｄ1 ，ｄ2 は各テーパ導波路部分の長さを示す。ここ
で、Ｕは一定であるが、Ｄi は各導波路ごとに異なる。
【００１８】本実施例では、入力用チャネル導波路１１
の中心ポートに周波数ｆ（波長λ＝ｃ／ｆ）の信号光が
入射されたとする。入射された信号光は、第１の扇形ス
ラブ導波路２２において回折により広がり、その回折面
と垂直に配置されたチャネル導波路アレイ２３に導かれ
る。このとき、チャネル導波路アレイ２３の各導波路に
取り込まれる光パワーの量は、各導波路のコア開口幅Ｄ
i に依存する。いま、ｉ番目（ｉは１〜Ｎ）の導波路の
光電界振幅をＢit(i) （実数）とする。チャネル導波路
アレイ２３は、図１では内側から、図２では右側から各
導波路が導波路長差ΔＬで順次長くなるように構成す
る。これに加えて、ｉ番目の導波路の長さには波長λ程
度以下の所定の導波路長Ｑ(i) が加減される。
の中心ポートに周波数ｆ（波長λ＝ｃ／ｆ）の信号光が
入射されたとする。入射された信号光は、第１の扇形ス
ラブ導波路２２において回折により広がり、その回折面
と垂直に配置されたチャネル導波路アレイ２３に導かれ
る。このとき、チャネル導波路アレイ２３の各導波路に
取り込まれる光パワーの量は、各導波路のコア開口幅Ｄ
i に依存する。いま、ｉ番目（ｉは１〜Ｎ）の導波路の
光電界振幅をＢit(i) （実数）とする。チャネル導波路
アレイ２３は、図１では内側から、図２では右側から各
導波路が導波路長差ΔＬで順次長くなるように構成す
る。これに加えて、ｉ番目の導波路の長さには波長λ程
度以下の所定の導波路長Ｑ(i) が加減される。
【００１９】ここで、一番右側（ｉ＝１）の導波路の長
さをＬC とおくと、ｉ番目の導波路を通って第２の扇形
スラブ導波路１４に出るときの光の位相φi は、 φi ＝βC｛ＬC＋(i-1)ΔＬ＋Ｑ(i)｝ …(1) と表される。ただし、βC は導波路の伝搬定数である。
ｉ番目の導波路から第２のスラブ導波路１４に入射され
た光は多重干渉し、光の周波数ｆに応じたポート（本実
施例では出力用チャネル導波路１５の中心ポート）に出
射される。出射光の電界振幅Ｇ(f) は、
さをＬC とおくと、ｉ番目の導波路を通って第２の扇形
スラブ導波路１４に出るときの光の位相φi は、 φi ＝βC｛ＬC＋(i-1)ΔＬ＋Ｑ(i)｝ …(1) と表される。ただし、βC は導波路の伝搬定数である。
ｉ番目の導波路から第２のスラブ導波路１４に入射され
た光は多重干渉し、光の周波数ｆに応じたポート（本実
施例では出力用チャネル導波路１５の中心ポート）に出
射される。出射光の電界振幅Ｇ(f) は、
【００２０】
【数１】
【００２１】と表される。いま、アレイ導波路回折格子
の回折次数をｍFDM とすると、 ｍFDM ＝ｎCΔＬ／λ0＝ｎC ΔＬf0／ｃ …(3) の関係が成り立つ。ただし、 ｎC ＝βC／ｋ …(4) であり、λ0 およびｆ0 はそれぞれ信号光の中心波長お
よび中心周波数である。
の回折次数をｍFDM とすると、 ｍFDM ＝ｎCΔＬ／λ0＝ｎC ΔＬf0／ｃ …(3) の関係が成り立つ。ただし、 ｎC ＝βC／ｋ …(4) であり、λ0 およびｆ0 はそれぞれ信号光の中心波長お
よび中心周波数である。
【００２２】また、アレイ導波路回折格子の周波数帯域
（Free Spectral Range :FSR）Ｗと回折次数ｍFDM との
間には、 Ｗ＝ｆ0／ｍFDM …(5) の関係が成り立つ。ここで、光周波数をアレイ導波路回
折格子の周波数帯域内で離散化して ｆ＝fS＝f0＋ｓＷ／Ｎ （ｓ＝−N/2 〜 N/2-1) …(6) と表す。このとき、式(3),(4),(5),(6) より、βC ΔＬ
のｓ番目の成分は、 βC(s)ΔＬ＝2π(ｍFDM＋ｓ／Ｎ） …(7) となる。これを用いて式(1) を書き直すと φi(s)＝βC(s)ＬC＋(i-1)2π(ｍFDM＋ｓ／Ｎ)＋βC(s)Ｑ(i) …(8) となる。式(8) および式(2) を用いて出射光の電界振幅
Ｇ(f) のｓ番目の成分を求めると、
（Free Spectral Range :FSR）Ｗと回折次数ｍFDM との
間には、 Ｗ＝ｆ0／ｍFDM …(5) の関係が成り立つ。ここで、光周波数をアレイ導波路回
折格子の周波数帯域内で離散化して ｆ＝fS＝f0＋ｓＷ／Ｎ （ｓ＝−N/2 〜 N/2-1) …(6) と表す。このとき、式(3),(4),(5),(6) より、βC ΔＬ
のｓ番目の成分は、 βC(s)ΔＬ＝2π(ｍFDM＋ｓ／Ｎ） …(7) となる。これを用いて式(1) を書き直すと φi(s)＝βC(s)ＬC＋(i-1)2π(ｍFDM＋ｓ／Ｎ)＋βC(s)Ｑ(i) …(8) となる。式(8) および式(2) を用いて出射光の電界振幅
Ｇ(f) のｓ番目の成分を求めると、
【００２３】
【数２】
【００２４】と表される。ただし、Δf ＝Ｗ／Ｎであ
る。ここで、ｎ＝i-1 (ｎ＝０〜N-1) と置き換えると、
式(9) は、
る。ここで、ｎ＝i-1 (ｎ＝０〜N-1) と置き換えると、
式(9) は、
【００２５】
【数３】
【００２６】となる。ただし、ＬC >>Ｑ(n+1) であるの
で、βC(s)Ｑ(n+1) をβC(0)Ｑ(n+1)とおいた。ここ
で、 ｇ(n) ＝Ｂit(n+1) exp｛-jβC(O)Ｑ(n+1)｝ …(11) とおくと、式(10)は、
で、βC(s)Ｑ(n+1) をβC(0)Ｑ(n+1)とおいた。ここ
で、 ｇ(n) ＝Ｂit(n+1) exp｛-jβC(O)Ｑ(n+1)｝ …(11) とおくと、式(10)は、
【００２７】
【数４】
【００２８】となる。この式は、ｇ(n) とＧ(ｓΔf) の
間の離散フーリエ変換の関係を表している。すなわち、
第１の扇形スラブ導波路２２とチャネル導波路アレイ２
３との境界において、チャネル導波路アレイ２３の各導
波路のコア開口幅を所定値に設定して (n+1)番目（ｎ＝
０〜N-1)の光電界振幅Ｂit(n+1) を指定し、かつ光の波
長λ程度以下の所定の導波路長Ｑ(n+1) を加減すること
により、 (n+1)番目の導波路の位相を調節する。これに
より、所定の複素振幅係数ｇ(n) を実現することがで
き、式(12)によって所望の光周波数特性Ｇ(ｓΔf) を得
ることができる。
間の離散フーリエ変換の関係を表している。すなわち、
第１の扇形スラブ導波路２２とチャネル導波路アレイ２
３との境界において、チャネル導波路アレイ２３の各導
波路のコア開口幅を所定値に設定して (n+1)番目（ｎ＝
０〜N-1)の光電界振幅Ｂit(n+1) を指定し、かつ光の波
長λ程度以下の所定の導波路長Ｑ(n+1) を加減すること
により、 (n+1)番目の導波路の位相を調節する。これに
より、所定の複素振幅係数ｇ(n) を実現することがで
き、式(12)によって所望の光周波数特性Ｇ(ｓΔf) を得
ることができる。
【００２９】これとは逆に所望の光周波数特性Ｇ(ｓΔ
f) が既に与えられている場合には、
f) が既に与えられている場合には、
【００３０】
【数５】
【００３１】の離散フーリエ逆変換によって複素振幅係
数ｇ(n) が与えられる。そして (n+1)番目（ｎ＝０〜N-
1)の光電界振幅Ｂit(n+1) は、式(11)より複素振幅係数
ｇ(n)の絶対値として与えられ、その導波路に加減する
導波路長Ｑ(n+1) は、複素振幅係数ｇ(n) の位相項から
求められる。このようにして、第１の扇形スラブ導波路
２２とチャネル導波路アレイ２３との境界におけるチャ
ネル導波路アレイ２３の各導波路のコア開口幅Ｄ
n+1 と、加減する導波路長Ｑ(n+1) が決定される。以上
は、本発明の光信号処理回路の光周波数フィルタとして
の一般的な説明である。
数ｇ(n) が与えられる。そして (n+1)番目（ｎ＝０〜N-
1)の光電界振幅Ｂit(n+1) は、式(11)より複素振幅係数
ｇ(n)の絶対値として与えられ、その導波路に加減する
導波路長Ｑ(n+1) は、複素振幅係数ｇ(n) の位相項から
求められる。このようにして、第１の扇形スラブ導波路
２２とチャネル導波路アレイ２３との境界におけるチャ
ネル導波路アレイ２３の各導波路のコア開口幅Ｄ
n+1 と、加減する導波路長Ｑ(n+1) が決定される。以上
は、本発明の光信号処理回路の光周波数フィルタとして
の一般的な説明である。
【００３２】（第１実施例）以下、本発明の光信号処理
回路の第１実施例として、光等化器に用いる場合の具体
例について説明する。
回路の第１実施例として、光等化器に用いる場合の具体
例について説明する。
【００３３】まず、光ファイバの周波数応答Ｈ(ω)は、 Ｈ(ω)＝Ｈ0 exp｛-j(β″Ｌ／２)(ω−ω0)2 ｝ …(14) で与えられる。ただし、β″＝ｄ2β／ｄω2、ω0 は光
の中心角周波数、Ｌはファイバ長、Ｈ0 は定数である。
光ファイバの分散σとβ″との間には、 β″＝（λ0 2／２πｃ）σ …(15) の関係が成り立つ。ただし、ｃは真空中の光速度、λ0
＝２πｃ／ω0 である。
の中心角周波数、Ｌはファイバ長、Ｈ0 は定数である。
光ファイバの分散σとβ″との間には、 β″＝（λ0 2／２πｃ）σ …(15) の関係が成り立つ。ただし、ｃは真空中の光速度、λ0
＝２πｃ／ω0 である。
【００３４】いま、波長λ0 の単位をμｍ、光ファイバ
の分散σの単位をｐｓ／ｋｍ・ｎｍ、ファイバ長Ｌの単
位をｋｍとしたとき、 ｐ＝π・10-5・λ0 2σＬ／３ …(16) とおくと、光ファイバの周波数応答Ｈ(ω)は、 Ｈ(ω)＝Ｈ0 exp｛-jｐ(ｆ−f0)2｝ …(17) と表される。ただし、光周波数ｆおよびf0の単位はＧHz
である。これより、光ファイバの信号遅延時間ｔf は、
の分散σの単位をｐｓ／ｋｍ・ｎｍ、ファイバ長Ｌの単
位をｋｍとしたとき、 ｐ＝π・10-5・λ0 2σＬ／３ …(16) とおくと、光ファイバの周波数応答Ｈ(ω)は、 Ｈ(ω)＝Ｈ0 exp｛-jｐ(ｆ−f0)2｝ …(17) と表される。ただし、光周波数ｆおよびf0の単位はＧHz
である。これより、光ファイバの信号遅延時間ｔf は、
【００３５】
【数６】
【００３６】で与えられる。したがって、本発明の光信
号処理回路の光周波数特性Ｇ（ｓΔｆ）がＧ0 を定数と
して、 Ｇ(ｓΔf)＝Ｇ0exp｛ｊｐ(fs−f0)2｝＝Ｇ0exp｛ｊｐ(ｓΔf)2｝ …(19) であるとき、光ファイバの分散特性（式(14)または式(1
7)）を補償する光等化器が実現できる。
号処理回路の光周波数特性Ｇ（ｓΔｆ）がＧ0 を定数と
して、 Ｇ(ｓΔf)＝Ｇ0exp｛ｊｐ(fs−f0)2｝＝Ｇ0exp｛ｊｐ(ｓΔf)2｝ …(19) であるとき、光ファイバの分散特性（式(14)または式(1
7)）を補償する光等化器が実現できる。
【００３７】光等化器の具体的設計は、式(19)を式(13)
に代入することにより、
に代入することにより、
【００３８】
【数７】
【００３９】の離散フーリエ逆変換によって複素振幅係
数ｇ(n) を求める。上述したように、 (n+1)番目（ｎ＝
０〜N-1)の光電界振幅Ｂit(n+1) は式(11)より複素振幅
係数ｇ(n) の絶対値として与えられ、その導波路に加減
する導波路長Ｑ(n+1) は複素振幅係数ｇ(n) の位相項か
ら求められる。このようにして、第１の扇形スラブ導波
路２２とチャネル導波路アレイ２３との境界におけるチ
ャネル導波路アレイ２３の各導波路のコア開口幅Ｄn+1
と加減する導波路長Ｑ(n+1)が決定される。
数ｇ(n) を求める。上述したように、 (n+1)番目（ｎ＝
０〜N-1)の光電界振幅Ｂit(n+1) は式(11)より複素振幅
係数ｇ(n) の絶対値として与えられ、その導波路に加減
する導波路長Ｑ(n+1) は複素振幅係数ｇ(n) の位相項か
ら求められる。このようにして、第１の扇形スラブ導波
路２２とチャネル導波路アレイ２３との境界におけるチ
ャネル導波路アレイ２３の各導波路のコア開口幅Ｄn+1
と加減する導波路長Ｑ(n+1)が決定される。
【００４０】本実施例のアレイ導波路回折格子におい
て、λ0 ＝1.55μｍ、Ｎ＝128 、Ｒ＝5.63ｍｍ、ΔＬ＝
1.03749 ｍｍ、２ａ＝７μｍ（コア厚２ｔ＝６μｍ，比
屈折率差Δ＝0.75％）、Ｕ＝７μｍ、ｄ1 ＝450 μｍ、
ｓ1 ＝50μｍ、Ｄ0 ＝12μｍ、ｄ2 ＝750 μｍ、ｓ2 ＝
15μｍとしたとき、ｎC ＝1.4507、ｍFDM ＝971 、Ｗ＝
200 ＧHz、Δｆ＝1.56ＧHzとなる。
て、λ0 ＝1.55μｍ、Ｎ＝128 、Ｒ＝5.63ｍｍ、ΔＬ＝
1.03749 ｍｍ、２ａ＝７μｍ（コア厚２ｔ＝６μｍ，比
屈折率差Δ＝0.75％）、Ｕ＝７μｍ、ｄ1 ＝450 μｍ、
ｓ1 ＝50μｍ、Ｄ0 ＝12μｍ、ｄ2 ＝750 μｍ、ｓ2 ＝
15μｍとしたとき、ｎC ＝1.4507、ｍFDM ＝971 、Ｗ＝
200 ＧHz、Δｆ＝1.56ＧHzとなる。
【００４１】このアレイ導波路回折格子により、λ0 ＝
1.55μｍ、分散σ＝−10ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ、長さＬ＝10
0 ｋｍの光ファイバの分散を補償（等化）するには、式
(20)に従ってｇ(n) を求め、ｉ（＝ｎ＋１）番目（ｉ＝
１〜Ｎ、ｎ＝０〜N-1)の光電界振幅Ｂit(i) および加減
する導波路長Ｑ(i) を求める。
1.55μｍ、分散σ＝−10ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ、長さＬ＝10
0 ｋｍの光ファイバの分散を補償（等化）するには、式
(20)に従ってｇ(n) を求め、ｉ（＝ｎ＋１）番目（ｉ＝
１〜Ｎ、ｎ＝０〜N-1)の光電界振幅Ｂit(i) および加減
する導波路長Ｑ(i) を求める。
【００４２】図３は光電界振幅Ｂit(i) の分布を示し、
図４は加減する導波路長Ｑ(i) を波長で規格化した過剰
光路長Ｑ(i)／λ0の分布を示す。第１の扇形スラブ導波
路２２とチャネル導波路アレイ２３との境界におけるｉ
番目の導波路のコア開口幅Ｄi は次のようにして決め
る。Ｂit(i) の最大値（図３の場合にはｉ＝38番目）を
Ｂmax とし、これに対応するコア開口幅をＤmax とす
る。すなわち、図３の場合にはＤmax ＝Ｄ38である。コ
ア開口幅とチャネル導波路アレイ中を伝搬する光強度
（光電界強度の自乗）とは比例するので、
図４は加減する導波路長Ｑ(i) を波長で規格化した過剰
光路長Ｑ(i)／λ0の分布を示す。第１の扇形スラブ導波
路２２とチャネル導波路アレイ２３との境界におけるｉ
番目の導波路のコア開口幅Ｄi は次のようにして決め
る。Ｂit(i) の最大値（図３の場合にはｉ＝38番目）を
Ｂmax とし、これに対応するコア開口幅をＤmax とす
る。すなわち、図３の場合にはＤmax ＝Ｄ38である。コ
ア開口幅とチャネル導波路アレイ中を伝搬する光強度
（光電界強度の自乗）とは比例するので、
【００４３】
【数８】
【００４４】の関係が成り立つ。したがって、ｉ番目の
導波路のコア開口幅Ｄi は、
導波路のコア開口幅Ｄi は、
【００４５】
【数９】
【００４６】で与えられる。式(22)においてＤmax ＝Ｄ
0 ＝12μｍとし、ｉ番目の導波路のコア開口幅Ｄi を決
定し、かつ上述のアレイ導波路回折格子のパラメータを
用いてマスクを作製し、石英系光導波路を用いて本実施
例の光信号処理回路を作製した。
0 ＝12μｍとし、ｉ番目の導波路のコア開口幅Ｄi を決
定し、かつ上述のアレイ導波路回折格子のパラメータを
用いてマスクを作製し、石英系光導波路を用いて本実施
例の光信号処理回路を作製した。
【００４７】以下、その作製手順を示す。シリコン基板
上に火炎堆積法によってＳiＯ2下部クラッド層を堆積
し、次にＧeＯ2をドーパントとして添加したＳiＯ2ガラ
スのコア層を堆積し、電気炉で透明ガラス化した。次
に、前記設計に基づくパターンを用いてコア層をエッチ
ングし、光導波路部分を作製した。最後に、再びＳiＯ2
上部クラッド層を堆積した。このようにして作製した光
等化器の位相特性の測定結果を図５に示す。
上に火炎堆積法によってＳiＯ2下部クラッド層を堆積
し、次にＧeＯ2をドーパントとして添加したＳiＯ2ガラ
スのコア層を堆積し、電気炉で透明ガラス化した。次
に、前記設計に基づくパターンを用いてコア層をエッチ
ングし、光導波路部分を作製した。最後に、再びＳiＯ2
上部クラッド層を堆積した。このようにして作製した光
等化器の位相特性の測定結果を図５に示す。
【００４８】図５において、実線は作製した光等化器の
位相特性を示す。破線は、分散σ＝−10(ps/km・nm)で長
さＬ＝100(km) の光ファイバの位相特性（式(17)におい
てｐ＝−0.0252 (GHz)-2）の逆符号の特性を示す。すな
わち、等化器に要求される位相特性である。本測定結果
は、ｆ＝f0−25〜f0＋25(GHz) の50ＧHzの範囲で光ファ
イバの分散を精度よく等化できることを示している。
位相特性を示す。破線は、分散σ＝−10(ps/km・nm)で長
さＬ＝100(km) の光ファイバの位相特性（式(17)におい
てｐ＝−0.0252 (GHz)-2）の逆符号の特性を示す。すな
わち、等化器に要求される位相特性である。本測定結果
は、ｆ＝f0−25〜f0＋25(GHz) の50ＧHzの範囲で光ファ
イバの分散を精度よく等化できることを示している。
【００４９】（第２実施例）次に、本発明の光信号処理
回路の第２実施例として、光周波数特性がフラットなア
レイ導波路回折格子として用いる場合の構成について説
明する。
回路の第２実施例として、光周波数特性がフラットなア
レイ導波路回折格子として用いる場合の構成について説
明する。
【００５０】基本的な構成は、光等化器として用いる場
合と同様である。ただし、第１の扇形スラブ導波路２２
との境界におけるチャネル導波路アレイ２３の各導波路
のコア開口幅Ｄi と、その導波路に加減する導波路長Ｑ
(i) の値が異なる。
合と同様である。ただし、第１の扇形スラブ導波路２２
との境界におけるチャネル導波路アレイ２３の各導波路
のコア開口幅Ｄi と、その導波路に加減する導波路長Ｑ
(i) の値が異なる。
【００５１】本実施例のアレイ導波路回折格子におい
て、λ0 ＝1.55μｍ、Ｎ＝128 、Ｒ＝5.63ｍｍ、ΔＬ＝
254.3 μｍ、２ａ＝７μｍ（コア厚２ｔ＝６μｍ，比屈
折率差Δ＝0.75％）、Ｕ＝７μｍ、ｄ1 ＝450 μｍ、ｓ
1 ＝50μｍ、Ｄ0＝12μｍ、ｄ2＝750 μｍ、ｓ2 ＝15μ
ｍとしたとき、ｎC ＝1.4507、ｍFDM＝238 、Ｗ＝813.2
ＧHz、Δｆ＝6.35ＧHzとなる。
て、λ0 ＝1.55μｍ、Ｎ＝128 、Ｒ＝5.63ｍｍ、ΔＬ＝
254.3 μｍ、２ａ＝７μｍ（コア厚２ｔ＝６μｍ，比屈
折率差Δ＝0.75％）、Ｕ＝７μｍ、ｄ1 ＝450 μｍ、ｓ
1 ＝50μｍ、Ｄ0＝12μｍ、ｄ2＝750 μｍ、ｓ2 ＝15μ
ｍとしたとき、ｎC ＝1.4507、ｍFDM＝238 、Ｗ＝813.2
ＧHz、Δｆ＝6.35ＧHzとなる。
【００５２】このアレイ導波路回折格子により、λ0 ＝
1.55μｍでフラットな光周波数特性を実現するには、式
(13)において、
1.55μｍでフラットな光周波数特性を実現するには、式
(13)において、
【００５３】
【数１０】
【００５４】とおいてｇ(n) を求め、ｉ（＝ｎ＋１）番
目（ｉ＝１〜Ｎ、ｎ＝０〜N-1)の光電界振幅Ｂit(i) お
よび加減する導波路長Ｑ(i) を求める。図６は光電界振
幅Ｂit(i) の分布を示し、図７は加減する導波路長Ｑ
(i) を導波路内波長λg(＝λ0／ｎC）で規格化した過剰
光路長Ｑ(i)／λgの分布を示す。なお、第１の扇形スラ
ブ導波路２２とチャネル導波路アレイ２３との境界にお
けるｉ番目の導波路のコア開口幅Ｄi は、式(22)におい
てＤmax ＝12μｍとして決定した。このようなアレイ導
波路回折格子は、光等化器の場合と同様にして作製する
ことができる。その光周波数特性の測定結果を図８に示
す。
目（ｉ＝１〜Ｎ、ｎ＝０〜N-1)の光電界振幅Ｂit(i) お
よび加減する導波路長Ｑ(i) を求める。図６は光電界振
幅Ｂit(i) の分布を示し、図７は加減する導波路長Ｑ
(i) を導波路内波長λg(＝λ0／ｎC）で規格化した過剰
光路長Ｑ(i)／λgの分布を示す。なお、第１の扇形スラ
ブ導波路２２とチャネル導波路アレイ２３との境界にお
けるｉ番目の導波路のコア開口幅Ｄi は、式(22)におい
てＤmax ＝12μｍとして決定した。このようなアレイ導
波路回折格子は、光等化器の場合と同様にして作製する
ことができる。その光周波数特性の測定結果を図８に示
す。
【００５５】図８において、出力用チャネル導波路１５
では、各導波路対応の中心周波数（ここでは 100ＧHz間
隔）の近傍でフラットな光周波数特性を実現でき、３dB
帯域幅は従来の27ＧHzから60ＧHzにまで拡大された。す
なわち、隣接するチャネルへのクロストークを劣化させ
ることなく、３dB帯域幅を大幅に増大させることができ
る。
では、各導波路対応の中心周波数（ここでは 100ＧHz間
隔）の近傍でフラットな光周波数特性を実現でき、３dB
帯域幅は従来の27ＧHzから60ＧHzにまで拡大された。す
なわち、隣接するチャネルへのクロストークを劣化させ
ることなく、３dB帯域幅を大幅に増大させることができ
る。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように本発明の光信号処理
回路は、アレイ導波路回折格子のパラメータを適当に選
ぶことにより、任意の伝搬遅延特性を実現することがで
きる。これにより、光信号を電気信号に変換することな
く、光ファイバの分散を補償する波形整形が可能とな
り、大容量・長距離光通信を容易に実現するこができ
る。
回路は、アレイ導波路回折格子のパラメータを適当に選
ぶことにより、任意の伝搬遅延特性を実現することがで
きる。これにより、光信号を電気信号に変換することな
く、光ファイバの分散を補償する波形整形が可能とな
り、大容量・長距離光通信を容易に実現するこができ
る。
【００５７】また、アレイ導波路回折格子のパラメータ
を適当に選ぶことにより、隣接する信号チャネルへのク
ロストークを劣化させることなく、３dB帯域幅を大幅に
増大させることができる。したがって、例えばレーザ光
源の波長が温度変化によって各信号チャネルの中心波長
から変動した場合でも、通過損失を増加させることなく
所定の分波特性を維持することができる。これにより、
波長分割ルーティングシステム等の設計の許容度が増す
ことができる。
を適当に選ぶことにより、隣接する信号チャネルへのク
ロストークを劣化させることなく、３dB帯域幅を大幅に
増大させることができる。したがって、例えばレーザ光
源の波長が温度変化によって各信号チャネルの中心波長
から変動した場合でも、通過損失を増加させることなく
所定の分波特性を維持することができる。これにより、
波長分割ルーティングシステム等の設計の許容度が増す
ことができる。
【図１】本発明の光信号処理回路の構成を示す平面図。
【図２】第１の扇形スラブ導波路２２の近傍の構造を示
す拡大図。
す拡大図。
【図３】光等化器として用いる場合の光電界振幅Ｂit
(i) の分布を示す図。
(i) の分布を示す図。
【図４】光等化器として用いる場合の過剰光路長Ｑ(i)
／λ0 の分布を示す図。
／λ0 の分布を示す図。
【図５】光等化器の位相特性の測定結果を示す図。
【図６】アレイ導波路回折格子として用いる場合の光電
界振幅Ｂit(i) の分布を示す図。
界振幅Ｂit(i) の分布を示す図。
【図７】アレイ導波路回折格子として用いる場合の過剰
光路長Ｑ(i) ／λg の分布を示す図。
光路長Ｑ(i) ／λg の分布を示す図。
【図８】アレイ導波路回折格子の光周波数特性の測定結
果を示す図。
果を示す図。
【図９】従来の等化器の構成を示す図。
【図１０】従来の等化器の伝搬遅延特性を示す図。
【図１１】従来のアレイ導波路回折格子の構成を示す平
面図。
面図。
【図１２】第１の扇形スラブ導波路１２（第２の扇形ス
ラブ導波路１４）の近傍の構造を示す拡大図。
ラブ導波路１４）の近傍の構造を示す拡大図。
【図１３】従来のアレイ導波路回折格子の光周波数特性
を示す図。
を示す図。
１０，２０ 基板 １１ 入力用チャネル導波路 １２，２２ 第１の扇形スラブ導波路 １３，２３ チャネル導波路アレイ １４ 第２の扇形スラブ導波路 １５ 出力用チャネル導波路
Claims (2)
- 【請求項１】 分散σ（ｐｓ／ｋｍ・ｎｍ）および長さ
Ｌ（ｋｍ）の光ファイバを介して伝送された波長λ
0 （＝ｃ／ｆ 0 ）（μｍ）の光信号を入力し、その分散
によって生じた光信号の歪みを整形する光信号処理回路
であって、 入力用チャネル導波路および出力用チャネル導波路と、
所定の導波路長差で順次長くなる複数本の導波路からな
るチャネル導波路アレイと、前記入力用チャネル導波路
と前記チャネル導波路アレイとを接続する第１の扇形ス
ラブ導波路と、前記チャネル導波路アレイと前記出力用
チャネル導波路とを接続する第２の扇形スラブ導波路と
によりアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を形成した光信
号処理回路において、前記チャネル導波路アレイの短い方から（ｎ＋１）番目
（ｎ＝０〜Ｎ−１、Ｎはチャネル導波路アレイの本数で
偶数）の導波路（ｎ＋１）について、この導波路の光電
界振幅Ｂit(n+1) と、前記導波路長差を加減する長さＱ
(n+1) が、 【数１１】 ただし ｐ＝π・10 -5 ・(ｃ／ｆ 0 ) 2 σＬ／３ β C (s)はチャネル導波路の伝搬定数でｎ c (２π／ｃ)(ｆ
0 ＋ｓΔｆ) Ｌ C はチャネル導波路アレイの最短の導波路長 Δｆ＝Ｗ／Ｎ、ＷはＡＷＧのＦＳＲ（フリースペクトル
レンジ） Ｇ 0 は０でない任意の定数 の関係を満たし、 前記第１の扇形スラブ導波路と前記チャネル導波路アレ
イとの境界における前記導波路（ｎ＋１）のコア開口幅
を、Ｂit(n+1) の二乗に比例するように設定する ことを
特徴とする光信号処理回路。 - 【請求項２】 入力用チャネル導波路および出力用チャ
ネル導波路と、所定 の導波路長差で順次長くなる複数本
の導波路からなるチャネル導波路アレイと、前記入力用
チャネル導波路と前記チャネル導波路アレイとを接続す
る第１の扇形スラブ導波路と、前記チャネル導波路アレ
イと前記出力用チャネル導波路とを接続する第２の扇形
スラブ導波路とによりアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）
を形成した光信号処理回路において、 前記チャネル導波路アレイの短い方から（ｎ＋１）番目
（ｎ＝０〜Ｎ−１、Ｎはチャネル導波路アレイの本数で
偶数）の導波路（ｎ＋１）について、この導波路の光電
界振幅Ｂit(n+1) と、前記導波路長差を加減する長さＱ
(n+1) が、 【数１２】 ただし β C (s)はチャネル導波路の伝搬定数でｎ c (２π／ｃ)(ｆ
0 ＋ｓΔｆ) Ｌ C はチャネル導波路アレイの最短の導波路長 Δｆ＝Ｗ／Ｎ、ＷはＡＷＧのＦＳＲ（フリースペクトル
レンジ） の関係を満たし、 前記第１の扇形スラブ導波路と前記チャネル導波路アレ
イとの境界における前記導波路（ｎ＋１）のコア開口幅
を、Ｂit(n+1) の二乗に比例するように設定することを
特徴とする光信号処理回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13063294A JP3201560B2 (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 光信号処理回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13063294A JP3201560B2 (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 光信号処理回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07333447A JPH07333447A (ja) | 1995-12-22 |
| JP3201560B2 true JP3201560B2 (ja) | 2001-08-20 |
Family
ID=15038894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13063294A Expired - Lifetime JP3201560B2 (ja) | 1994-06-13 | 1994-06-13 | 光信号処理回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3201560B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
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|---|---|---|---|---|
| US5940548A (en) * | 1996-07-10 | 1999-08-17 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Guided-wave circuit with optical characteristics adjusting plate, method for producing it, and apparatus for producing optical characteristics adjusting plate |
| JP2870499B2 (ja) * | 1996-08-02 | 1999-03-17 | 日立電線株式会社 | 光波長合分波器 |
| JP2858655B2 (ja) * | 1997-01-22 | 1999-02-17 | 日立電線株式会社 | 光波長合分波器 |
| KR100450324B1 (ko) * | 1997-12-30 | 2005-04-06 | 삼성전자주식회사 | 평탄한 주파수 응답 특성을 갖는 광파장 다중화기/분할기 |
| AUPP208398A0 (en) | 1998-03-02 | 1998-03-26 | University Of Melbourne, The | An optical device for dispersion compensation |
| CA2253972C (en) | 1998-05-29 | 2001-07-31 | Hitachi Cable, Ltd. | Optical wavelength multiplexer/demultiplexer |
| JP3700930B2 (ja) | 2001-01-16 | 2005-09-28 | 古河電気工業株式会社 | アレイ導波路型回折格子 |
| US6697552B2 (en) | 2001-02-23 | 2004-02-24 | Lightwave Microsystems Corporation | Dendritic taper for an integrated optical wavelength router |
| GB0106014D0 (en) | 2001-03-12 | 2001-05-02 | Kymata Ltd | Arrayed waveguide grating |
| JP3912250B2 (ja) | 2002-10-01 | 2007-05-09 | オムロン株式会社 | 光合分波器 |
| JP3775673B2 (ja) * | 2002-12-27 | 2006-05-17 | 日本電信電話株式会社 | アレイ導波路格子型光合分波回路 |
| JP5432047B2 (ja) * | 2010-04-15 | 2014-03-05 | 日本電信電話株式会社 | 光スイッチ及び波長選択スイッチ |
-
1994
- 1994-06-13 JP JP13063294A patent/JP3201560B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07333447A (ja) | 1995-12-22 |
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