JP3692949B2 - 光合分波器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光合分波器に関し、特に、出力光の波長分散を小さくした光合分波器およびさらに、合波と分波の機能を同時に兼ねることができるようにした光合分波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近い将来の波長多重通信において、その一つの形態はインターリーブ方式である。この方式では、一定のチャンネル波長間隔を有する信号を、その２倍のチャンネル波長間隔を有し、かつそのチャンネル波長間隔だけ位相がずれた２つの信号に分波、あるいはその逆に合波する機能をもつ光合分波器が不可欠である。インターリーブ方式の波長多重通信に用いられる、このような光合分波器は、広くかつ平坦な通過波長域を有する必要がある。
【０００３】
図２４は、上記機能を有する従来の光合分波器を示す。この光合分波器は、広くかつ平坦な通過波長域を得るため、４個の光カプラー２４，２５，２６，２７と、隣接する光カプラーの間を結ぶ、長さの異なる２本の導波路の組（導波路２８ａと２８ｂ、導波路２９ａと２９ｂ、導波路３０ａと３０ｂの各組）から成り、マッハツェンダー干渉回路を直列多段接続したものに相当する。マッハツェンダー干渉回路が直列多段接続された光合分波器には、例えば、米国特許第5,852,505号に開示されたものがある。
【０００４】
図２５は、図２４の光合分波器のポート２１から白色光を入力したときのポート２２からの出力のスペクトル応答、図２６は同じくポート２３からの出力のスペクトル応答を示す。チャンネル波長間隔が約０．４ｎｍ（周波数５０ＧＨｚ）の信号λ1 ，λ2 ，λ3 ，λ4をポート２１から入力すると、ポート２２からは信号λ1 ，λ3 、ポート２３からは信号λ2 ，λ4が出力され、それらのチャンネル波長間隔は約０．８ｎｍ（周波数１００ＧＨｚ）である。図２５および図２６に示されるように、マッハツェンダー干渉回路を直列多段接続した図２４の光合分波器は、広くかつ平坦な通過波長域が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図２４に示す従来の光合分波器は、波長分散が大きい欠点をもつ。
【０００６】
図２７はポート２１から入力しポート２２から出力する光路の波長分散特性、図２８はポート２１から入力しポート２３から出力する光路の波長分散特性を、それぞれ示す。図２７、図２８とも、横軸は波長でなく周波数を示し、通過波長域付近のみでの分散を示している。図に示されるように、通過波長域付近で３０ps／nm近くの分散を有する。この値はパラメータにより異なるが、損失の波長平坦性をよくすると分散が増大することは、原理的に避けられない。波長分散が大きいと、システムの伝送速度や中継距離で不利になる。
【０００７】
また、従来の光合分波器は、光合波、光分波のいずれの機能も有し得るけれども、信号源が異なる複数の光信号に対し１台の光合分波器で同時に合波及び分波の処理を行なうものがなかったので、合波と分波の目的にそれぞれ少なくとも１台の光合分波器を必要とした。従って、必要な台数の光合分波器のスペースを要した。
【０００８】
本発明の目的は、それ故、波長分散が極めて小さく、通過波長域で損失の波長平坦性が優れた、光合分波器を、実現することである。
【０００９】
本発明の目的は、信号源が異なる複数の光信号の合波及び分波の処理に必要な光合分波器のスペースを減らせる、光合分波器を、実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的の第一を達成するため、本発明の光合分波器は、導波路を含む光路を有する第一、第二及び第三のマッハツェンダ干渉回路からなり、前記マッハツェンダ干渉回路はいずれも、それぞれ４個の光カプラーと、隣接する光カプラーの間を結ぶ長さの異なる２本の導波路の組と、光の入出力をする４個のポートとを有し、前記４個の光カプラーは、第一と第二の光カプラーの結合率が約５０％、第三と第四の光カプラーの結合率が約２％であり、前記導波路の組は、第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路が同じ側に位置すると共に、これらの長い方の導波路の反対側に第二と第三の光カプラーの間の長い方の導波路が位置し、かつ、使用する波長帯の極大値をλｃ、導波路の等価屈折率をＮ eff 、第一の光カプラーと第二の光カプラーの間の導波路の長さの差をΔＬとすると、第二の光カプラーと第三の光カプラーの間の導波路の長さの差が２ΔＬ、第三の光カプラーと第四の光カプラーの間の導波路の長さの差が４ΔＬ−λｃ／Ｎ eff であり、前記４個のポートは、第一ポートと第二ポートが第一の光カプラーに接続されると共に第三ポートと第四ポートが第四の光カプラーに接続され、かつ、第一ポートと第三ポートとが第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路と同じ側に位置し、第一のマッハツェンダ回路の第三ポートに第二のマッハツェンダ干渉回路の第二ポートが接続されていると共に、第一のマッハツェンダ干渉回路の第四ポートに第三のマッハツェンダ干渉回路の第二ポートが接続されているものである。
【００１１】
また上記目的の第一を達成するため、本発明の光合分波器は、導波路を含む光路を有する第一、第二及び第三のマッハツェンダ干渉回路からなり、前記マッハツェンダ干渉回路はいずれも、それぞれ４個の光カプラーと、隣接する光カプラーの間を結ぶ長さの異なる２本の導波路の組と、光の入出力をする４個のポートとを有し、前記４個の光カプラーは、第一と第二の光カプラーの結合率が約５０％、第三と第四の光カプラーの結合率が約２％であり、前記導波路の組は、第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路が同じ側に位置すると共に、これらの長い方の導波路の反対側に第二と第三の光カプラーの間の長い方の導波路が位置し、かつ、使用する波長帯の極大値をλｃ、導波路の等価屈折率をＮ eff 、第一の光カプラーと第二の光カプラーの間の導波路の長さの差をΔＬとすると、第二の光カプラーと第三の光カプラーの間の導波路の長さの差が２ΔＬ、第三の光カプラーと第四の光カプラーの間の導波路の長さの差が４ΔＬ−λｃ／Ｎ eff であり、前記４個のポートは、第一ポートと第二ポートが第一の光カプラーに接続されると共に第三ポートと第四ポートが第四の光カプラーに接続され、かつ、第一ポートと第三ポートとが第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路と同じ側に位置し、第一のマッハツェンダ回路の第三ポートに第二のマッハツェンダ干渉回路の第四ポートが接続されていると共に、第一のマッハツェンダ干渉回路の第四ポートに第三のマッハツェンダ干渉回路の第三ポートが接続されているものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による光合分波器の実施の一形態を示す。図１の光合分波器は３個のマッハツェンダー干渉回路２ａ，２ｂ，２ｃを有し、それらが集積されている。３個のマッハツェンダー干渉回路２ａ，２ｂ，２ｃは同じ構造を有しているが、マッハツェンダー干渉回路２ｂと同２ｃとは、図の上下方向で鏡像関係にある。光合分波器は、石英基板１の上に形成されている。
【００１３】
図３は、マッハツェンダー干渉回路２ａ、２ｂ又は２ｃの構造を示す。マッハツェンダー干渉回路は、４個の光カプラー１０，１１，１２，１３と、隣接する光カプラーの間を結ぶ、長さの異なる２本の導波路の組（導波路１４と１５、導波路１６と１７、導波路１８と１９の各組）から成っている。光カプラー１０と１１には、方向性結合器の代わりに、ＭＭＩ型カプラーを用いてもよい。導波路の組のうち、一段目（光カプラー１０と１１の間）と三段目（光カプラー１２と１３の間）のそれぞれ長い方の導波路、すなわち導波路１５と１９とは同じ側にあり、二段目の組の長い方の導波路１７は反対側に位置している。光カプラー１０の外側の導波路の端末６を第一ポート、端末７を第二ポート、光カプラー１３の外側の導波路の端末８を第三ポート、端末９を第四ポートとする。
【００１４】
図１の光合分波器では、光信号をマッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６）に入力し、マッハツェンダー干渉回路２ａの第三ポート（端末８）をマッハツェンダー干渉回路２ｂの第二ポート（端末７）に、同２ａの第四ポート（端末９）をマッハツェンダー干渉回路２ｃの第二ポート（端末７）に、それぞれ接続し、マッハツェンダー干渉回路２ｂの第四ポート（端末９＝ポート４）と、マッハツェンダー干渉回路２ｃの第三ポート（端末８＝ポート５）から、合分波後の光信号を出力させている。
【００１５】
図２は、本発明による光合分波器の実施の他の形態を示す。図２の光合分波器は３個のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃを有し、それらが集積されている。光合分波器のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃの基本構造は、図３に示したものと同じである。マッハツェンダー干渉回路３２ａはマッハツェンダー干渉回路２ａと同じ構造を有し、マッハツェンダー干渉回路３２ｂ，３２ｃはマッハツェンダー干渉回路３２ａの出力側（第三ポート及び第四ポート）と入力側（第一ポート及び第二ポート）を反転させたもの（図の左右方向で鏡像関係）である。
【００１６】
図２の光合分波器では、光信号をマッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート（端末６）に入力し、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第三ポート（端末８）をマッハツェンダー干渉回路３２ｂの第四ポート（端末９）に、同３２ａの第四ポート（端末９）をマッハツェンダー干渉回路３２ｃの第三ポート（端末８）に、それぞれ接続し、マッハツェンダー干渉回路３２ｂの第二ポート（端末７＝ポート３４）およびマッハツェンダー干渉回路３２ｃの第二ポート（端末７＝ポート３５）から、合分波後の光信号を出力させている。
【００１７】
図３に示すマッハツェンダー干渉回路において、光カプラー１０と１１の結合率は、例えば約５０％（ただし設計値）、光カプラー１２と１３の結合率は、例えば約２％（ただし設計値）である。光合分波器を用いる波長帯の極大値（中心波長）をλｃ、導波路の等価屈折率をＮeff 、導波路１４と導波路１５の長さの差をΔＬとすると、導波路１６と導波路１７の長さの差が２ΔＬに、導波路１８と導波路１９の長さの差が４ΔＬ−λｃ／Ｎeff になるように、各導波路の組を構成する。
【００１８】
図８ないし図１１は、図３に示すマッハツェンダー干渉回路の損失特性及び波長分散特性を示す。図８は、第一ポート（端末６）に入力し、第三ポート（端末８）から出力させる光路（第一の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図９は、第二ポート（端末７）に入力し、第四ポート（端末９）から出力させる光路（第二の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図８と図９を比較すると明かなように、第一の光路と第二の光路の、損失特性は同じで、波長分散特性は逆である。図１の光合分波器では、マッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６）から第三ポート（端末８）に至る第一の光路を、マッハツェンダー干渉回路２ｂの第二ポート（端末７）から第四ポート（端末９）に至る第二の光路に接続することによって、それぞれの波長分散特性を相殺させている。図２の光合分波器でも、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート（端末６）から第三ポート（端末８）に至る第一の光路を、マッハツェンダー干渉回路３２ｂの第四ポート（端末９）から第二ポート（端末７）に至る第二の光路に接続することにより、それぞれの波長分散特性を相殺させている。このとき通過波長域は若干狭まるが、信号はフィルタを２回通ることになるので、阻止特性は向上し、光アイソレーションは２倍になる。
【００１９】
図１０は、第一ポート（端末６）に入力し、第四ポート（端末９）から出力させる光路（第三の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図１１は、第二ポート（端末７）に入力し、第三ポート（端末８）から出力させる光路（第四の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図１０と図１１を比較すると明かなように、第三の光路と第四の光路においても、損失特性は同じで、波長分散特性は逆である。図１の光合分波器では、マッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６）から第四ポート（端末９）に至る第三の光路を、マッハツェンダー干渉回路２ｃの第二ポート（端末７）から第三ポート（端末８）に至る第四の光路に接続することにより、それぞれの波長分散特性を相殺させている。図２の光合分波器でも、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート （端末６）から第四ポート（端末９）に至る第三の光路を、マッハツェンダー干渉回路３２ｃの第三ポート（端末８）から第二ポート（端末７）に至る第四の光路に接続することにより、それぞれの波長分散特性を相殺させている。
【００２０】
図１２は、本発明による光合分波器の別の実施形態を示す。図１２の光合分波器は３個のマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃを有するが、これらはそれぞれ図２のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃと同じである。図２の光合分波器と異なる点は、図２の光合分波器で開放されていたマッハツェンダー干渉回路３２ａの第二ポート（端末７）が図１２のマッハツェンダー干渉回路４２ａでは出力ポートとして利用されること、図２の光合分波器で開放されていたマッハツェンダー干渉回路３２ｂおよび同３２ｃの第一ポートが、マッハツェンダー干渉回路４２ｂ及び同４２ｃではそれぞれの入力ポートとして利用されること、光合分波器の入力ポート４３，４７，４８とマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃの第一ポート（端末６）との間に、それぞれ光アイソレータ５１，５２，５３が挿入されていることである。
【００２１】
図１２の光合分波器の３個のマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃの組み合わせは、図２の光合分波器のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃの組み合わせと同じ特性をもつから、入力ポート４３から光信号λ1,λ2 ,λ3 ,λ4を入力すると、マッハツェンダー干渉回路４２ｂおよび同４２ｃの第二ポート（端末７）すなわち光合分波器のポート４４及び４５から出力される光信号（λ1,λ3 及びλ2 ,λ4 ）に関し、図１２の光合分波器は光分波器として作用する。この場合には、光アイソレータ５１の存在に拘わらず、図１２の光合分波器の光信号の経路は図２の光合分波器のそれと同じであるから、波長分散特性が相殺されている。
【００２２】
一方、入力ポート４７，４８からそれぞれ、光アイソレータ５２，５３を介して波長の異なる光信号λ2 ,λ4 及び光信号λ1 ,λ3が入力されると、マッハツェンダー干渉回路４２ａの第二ポート（端末７）、すなわち光合分波器のポート４６からは、合波された光信号λ1 ,λ2,λ3 ,λ4 が出力される。すなわち、図１２の光合分波器は、光合波器として作用する。それ故、図１２の光合分波器を用いると、同時に１台の光合波器と１台の光分波器の役目を果たす。
【００２３】
入力ポート４７，４８から入力され、合波されてポート４６から出力される光信号に関して、マッハツェンダー干渉回路４２ｂの第一ポートから第四ポート（端末９）に至る第三の光路と、マッハツェンダー干渉回路４２ａの第三ポート（端末８）から第二ポート（端末７）に至る第四の光路が、逆の波長分散特性を有するとともに、マッハツェンダー干渉回路４２ｃの第一ポート（端末６）から第三ポート（端末８）に至る第一の光路と、マッハツェンダー干渉回路４２ａの第四ポート（端末９）から第二ポート（端末７）に至る第二の光路が、逆の波長分散特性を有する。いずれの経路についても、波長分散特性は相殺されており、波長分散は理論上ゼロになる。
【００２４】
図１２に示す光合分波器のマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、同じ作用をする（等価）光合分波回路で置き換えることができるのは、もちろんである。図１３は、端末６，７，８，９をもつ等価の光合分波回路６２ａ，６２ｂ，６２ｃで置き換えた場合の光合分波器の概念図である。
【００２５】
図１２に示す光合分波器は、石英基板４１上で別のレイアウトを有することができる。図１４は、図１２に示す光合分波器の別のレイアウトの一例を示す。
【００２６】
図１２に示す光合分波器は波長多重光通信システムに適用でき、特に双方向伝送システムに好適である。本発明の光合分波器は導波路を用いたものに限らず、光ファイバ型カプラーを用いたものでもよい。
【００２７】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明の構成及び効果をさらに具体的に説明する。
［実施例１］図１に示す光合分波器を石英基板１の上に形成させた。詳細には、石英基板１の上に、ＧｅＯ2 ドープされたＳｉＯ2 コアガラス膜をスパッタリングにより形成し、フォトエッチングによりパターンを作り、その上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ2クラッド層を形成した。この光合分波器を用い、マッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６＝ポート３）から波長間隔０．４ｎｍの光信号λ1,λ2 ,λ3 ,λ4 を入力すると、ポート４からは光信号λ1 ,λ3、ポート５からは光信号λ2 ,λ4 が、それぞれ出力される。ポート３からポート４に至る光路も、ポート３からポート５に至る光路も、すでに説明した通り、マッハツェンダー干渉回路の波長分散特性が互いに相殺されており、分散が理論上は皆無の光合分波器が得られる。
【００２８】
図４ないし図７は、実施例１（図１）の光合分波器の光学特性を示す。図４はポート３から入力されポート４から出力される光信号の波長損失特性、図６は同じく通過波長域の波長損失特性および波長分散特性を示す。図５はポート３から入力されポート５から出力される光信号の波長損失特性、図７は同じく通過波長域の波長損失特性および波長分散特性を示す。通過波長域の損失特性は波長に対して平坦であり、分散は図示された通過域全体でほぼ０になっている。
【００２９】
［実施例２］図２に示す光合分波器を、実施例１と同様の方法で製作した。この光合分波器を用い、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート（端末６＝ポート３３）から、波長間隔０．４ｎｍの光信号λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4を入力すると、ポート３４からは光信号λ1 ,λ3 、ポート３５からは光信号λ2 ,λ4が出力される。ポート３３からポート３４に至る光路も、ポート３３からポート３５に至る光路も、すでに説明した通り、接続されたマッハツェンダー干渉回路の波長分散特性が互いに相殺されているので、分散が理論上皆無の光合分波器が得られる。
【００３０】
実施例１において、ＧｅＯ2 ドープされたＳｉＯ2 コアガラス膜の代わりに、ＴｉＯ2ドープされたＳｉＯ2 コアガラス膜を用いてもよい。また、光合分波回路素子の製作後に、製作上の誤差を補正するため、炭酸ガスレーザ照射することが望ましい。光合分波器の製作には公知の導波路製作のいずれを用いてもよい。
【００３１】
［実施例３］図１２に示す光合分波器を、実施例１と同様の方法で製作した。光アイソレータとしては、アイソレーション２０ｄＢ程度のものを用い、導波路モジュールに融着固定した。この光合分波器を用い、入力ポート４３から波長間隔０.4ｎｍの光信号λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 を、光アイソレータ５１を介してマッハツェンダー干渉回路４２ａの第一ポート（端末６）に入力すると、ポート４４からは光信号λ1,λ3 、ポート４５からは光信号λ2 ,λ4 が出力される。入力ポート４３からポート４４に至る光路も、入力ポート４３からポート４５に至る光路も、すでに説明した通り、接続されたマッハツェンダー干渉回路の波長分散特性が互いに相殺されるので、図１２の光合分波器は分散が理論上皆無の光分波器として作用する。
【００３２】
図１５は、光信号を入力ポート４３に入力しポート４４から出力させた場合の波長損失特性を示す。図１６は、光信号を入力ポート４３に入力しポート４５から出力させた場合の波長損失特性を示す。それぞれ波長λ1 ,λ3 または波長λ2,λ4において波長損失は０ｄＢである。
【００３３】
図１９は、入力ポート４３からポート４４に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示し、図２０は、入力ポート４３からポート４５に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示す。
【００３４】
入力ポート４７から光信号λ2 ,λ4 を、入力ポート４８から光信号λ1 ,λ3を、それぞれ光アイソレータ５２，５３を介してマッハツェンダー干渉回路４２ｂ，４２ｃの各第一ポート（端末６）に入力すると、ポート４６から合波された光信号λ1,λ2 ,λ3 ,λ4 が出力される。入力ポート４７からポート４６に至る光路も、入力ポート４８からポート４６に至る光路も、すでに説明した通り、接続されたマッハツェンダー干渉回路の間で波長分散特性が互いに相殺されるので、図１２の光合分波器は分散が理論上皆無の光分波器として作用する。
【００３５】
図１７は、光信号を入力ポート４７に入力しポート４６から出力させた場合の波長損失特性を示す。図１８は、光信号を入力ポート４８に入力しポート４６から出力させた場合の波長損失特性を示す。それぞれ波長λ2 ,λ4 または波長λ1 ,λ3において波長損失は０ｄＢである。
【００３６】
図２１は、入力ポート４７からポート４６に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示し、図２２は、入力ポート４８からポート４６に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示す。
【００３７】
図２３に示すように、第一のマッハツェンダー干渉回路７２ａの第三ポート（端末８）を第二のマッハツェンダー干渉回路７２ｂの第二ポート（端末７）に、同じく第四ポート（端末９）を第三のマッハツェンダー干渉回路７２ｃの第二ポート（端末７）に、それぞれ接続した光合分波器に対して、マッハツェンダー干渉回路７２ｂの第三ポート（端末８）及びマッハツェンダー干渉回路７２ｃの第四ポート（端末９）に、それぞれ光アイソレータ７３及び７４を設け、これらを介して光信号を入力させることもできる。この場合にも、本発明の第二の目的、すなわち１個の光合分波器の分波合波同時使用は達成できるが、第一のマッハツェンダー干渉回路７２ａの第二ポート（端末７＝４６ポート）から出力される、合波後の光信号の波長分散は０にならず、やや増大する。それ故、この構成で入力側に光アイソレータを挿入して第一のマッハツェンダー干渉回路を出力側とする光合波器として利用することには、幾分の不利がある。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によると、波長分散が極めて小さく（理論上ゼロ）、通過波長域で損失の波長平坦性がすぐれた光合分波器が、実現される。波長分散を増加せずに光合分波できるので、実用上、波長多重通信システムにおいて伝送速度の増大、中継距離の延長を達成できる。
【００３９】
光信号が２つの光合分波回路を通過するので、２段のフィルター効果を受け、アイソレーション特性も向上する。
【００４０】
また、本発明によると（図１２のような構成をとることにより）、１台で同時に各１台の光合波器と光分波器の役目を果たす光合分波器が、実現される。それ故、信号源が異なる複数の光信号の合波及び分波の処理に必要な光合分波器のスペースを減らすことができ、コストも削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光合分波器の実施の一形態を示す平面説明図。
【図２】 本発明による光合分波器の実施の一形態を示す平面説明図。
【図３】 本発明に用いる光合分波回路の説明図。
【図４】 光信号の波長損失特性を示すグラフ。
【図５】 光信号の波長損失特性を示すグラフ。
【図６】 通過波長域の波長損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図７】 通過波長域の波長損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図８】 光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図９】 光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図１０】 光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図１１】 光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図１２】 本発明による光合分波器の別の実施形態を示す平面説明図。
【図１３】 等価の光合分波回路で置き換えた場合の光合分波器の概念図。
【図１４】 図１２に示す光合分波器の、別のレイアウトを示す平面説明図。
【図１５】 波長損失特性を示すグラフ。
【図１６】 波長損失特性を示すグラフ。
【図１７】 波長損失特性を示すグラフ。
【図１８】 波長損失特性を示すグラフ。
【図１９】 光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２０】 光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２１】 光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２２】 光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２３】 本発明による光合分波器の、さらに他の実施形態を示す平面説明図。
【図２４】 従来の光合分波器を示す平面説明図。
【図２５】 従来の光合分波器に白色光を入力したときの出力のスペクトル応答を示すグラフ。
【図２６】 従来の光合分波器に白色光を入力したときの出力のスペクトル応答を示すグラフ。
【図２７】 光路の波長分散特性を示すグラフ。
【図２８】 光路の波長分散特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 石英基板
２ａ，２ｂ，２ｃ マッハツェンダー干渉回路
３，４，５ ポート
６，７，８，９ 端末
１０，１１，１２，１３ 光カプラー
１４，１５ 導波路
１６，１７ 導波路
１８，１９ 導波路
２０ 光合分波器
２１，２２，２３ ポート
２４，２５，２６，２７ 光カプラー
２８ａ，２８ｂ 導波路
２９ａ，２９ｂ 導波路
３０ａ，３０ｂ 導波路
３１ 石英基板
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ マッハツェンダー干渉回路
３３，３４，３５ ポート
４１ 石英基板
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ マッハツェンダー干渉回路
４３ 入力ポート
４４，４５，４６ ポート
４７，４８ 入力ポート
５１，５２，５３ 光アイソレータ
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ 光合分波回路
７１ 石英基板
７２ａ，７２ｂ，７２ｃ マッハツェンダー干渉回路
７３，７４ 光アイソレータ
【発明の属する技術分野】
本発明は光合分波器に関し、特に、出力光の波長分散を小さくした光合分波器およびさらに、合波と分波の機能を同時に兼ねることができるようにした光合分波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近い将来の波長多重通信において、その一つの形態はインターリーブ方式である。この方式では、一定のチャンネル波長間隔を有する信号を、その２倍のチャンネル波長間隔を有し、かつそのチャンネル波長間隔だけ位相がずれた２つの信号に分波、あるいはその逆に合波する機能をもつ光合分波器が不可欠である。インターリーブ方式の波長多重通信に用いられる、このような光合分波器は、広くかつ平坦な通過波長域を有する必要がある。
【０００３】
図２４は、上記機能を有する従来の光合分波器を示す。この光合分波器は、広くかつ平坦な通過波長域を得るため、４個の光カプラー２４，２５，２６，２７と、隣接する光カプラーの間を結ぶ、長さの異なる２本の導波路の組（導波路２８ａと２８ｂ、導波路２９ａと２９ｂ、導波路３０ａと３０ｂの各組）から成り、マッハツェンダー干渉回路を直列多段接続したものに相当する。マッハツェンダー干渉回路が直列多段接続された光合分波器には、例えば、米国特許第5,852,505号に開示されたものがある。
【０００４】
図２５は、図２４の光合分波器のポート２１から白色光を入力したときのポート２２からの出力のスペクトル応答、図２６は同じくポート２３からの出力のスペクトル応答を示す。チャンネル波長間隔が約０．４ｎｍ（周波数５０ＧＨｚ）の信号λ1 ，λ2 ，λ3 ，λ4をポート２１から入力すると、ポート２２からは信号λ1 ，λ3 、ポート２３からは信号λ2 ，λ4が出力され、それらのチャンネル波長間隔は約０．８ｎｍ（周波数１００ＧＨｚ）である。図２５および図２６に示されるように、マッハツェンダー干渉回路を直列多段接続した図２４の光合分波器は、広くかつ平坦な通過波長域が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図２４に示す従来の光合分波器は、波長分散が大きい欠点をもつ。
【０００６】
図２７はポート２１から入力しポート２２から出力する光路の波長分散特性、図２８はポート２１から入力しポート２３から出力する光路の波長分散特性を、それぞれ示す。図２７、図２８とも、横軸は波長でなく周波数を示し、通過波長域付近のみでの分散を示している。図に示されるように、通過波長域付近で３０ps／nm近くの分散を有する。この値はパラメータにより異なるが、損失の波長平坦性をよくすると分散が増大することは、原理的に避けられない。波長分散が大きいと、システムの伝送速度や中継距離で不利になる。
【０００７】
また、従来の光合分波器は、光合波、光分波のいずれの機能も有し得るけれども、信号源が異なる複数の光信号に対し１台の光合分波器で同時に合波及び分波の処理を行なうものがなかったので、合波と分波の目的にそれぞれ少なくとも１台の光合分波器を必要とした。従って、必要な台数の光合分波器のスペースを要した。
【０００８】
本発明の目的は、それ故、波長分散が極めて小さく、通過波長域で損失の波長平坦性が優れた、光合分波器を、実現することである。
【０００９】
本発明の目的は、信号源が異なる複数の光信号の合波及び分波の処理に必要な光合分波器のスペースを減らせる、光合分波器を、実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的の第一を達成するため、本発明の光合分波器は、導波路を含む光路を有する第一、第二及び第三のマッハツェンダ干渉回路からなり、前記マッハツェンダ干渉回路はいずれも、それぞれ４個の光カプラーと、隣接する光カプラーの間を結ぶ長さの異なる２本の導波路の組と、光の入出力をする４個のポートとを有し、前記４個の光カプラーは、第一と第二の光カプラーの結合率が約５０％、第三と第四の光カプラーの結合率が約２％であり、前記導波路の組は、第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路が同じ側に位置すると共に、これらの長い方の導波路の反対側に第二と第三の光カプラーの間の長い方の導波路が位置し、かつ、使用する波長帯の極大値をλｃ、導波路の等価屈折率をＮ eff 、第一の光カプラーと第二の光カプラーの間の導波路の長さの差をΔＬとすると、第二の光カプラーと第三の光カプラーの間の導波路の長さの差が２ΔＬ、第三の光カプラーと第四の光カプラーの間の導波路の長さの差が４ΔＬ−λｃ／Ｎ eff であり、前記４個のポートは、第一ポートと第二ポートが第一の光カプラーに接続されると共に第三ポートと第四ポートが第四の光カプラーに接続され、かつ、第一ポートと第三ポートとが第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路と同じ側に位置し、第一のマッハツェンダ回路の第三ポートに第二のマッハツェンダ干渉回路の第二ポートが接続されていると共に、第一のマッハツェンダ干渉回路の第四ポートに第三のマッハツェンダ干渉回路の第二ポートが接続されているものである。
【００１１】
また上記目的の第一を達成するため、本発明の光合分波器は、導波路を含む光路を有する第一、第二及び第三のマッハツェンダ干渉回路からなり、前記マッハツェンダ干渉回路はいずれも、それぞれ４個の光カプラーと、隣接する光カプラーの間を結ぶ長さの異なる２本の導波路の組と、光の入出力をする４個のポートとを有し、前記４個の光カプラーは、第一と第二の光カプラーの結合率が約５０％、第三と第四の光カプラーの結合率が約２％であり、前記導波路の組は、第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路が同じ側に位置すると共に、これらの長い方の導波路の反対側に第二と第三の光カプラーの間の長い方の導波路が位置し、かつ、使用する波長帯の極大値をλｃ、導波路の等価屈折率をＮ eff 、第一の光カプラーと第二の光カプラーの間の導波路の長さの差をΔＬとすると、第二の光カプラーと第三の光カプラーの間の導波路の長さの差が２ΔＬ、第三の光カプラーと第四の光カプラーの間の導波路の長さの差が４ΔＬ−λｃ／Ｎ eff であり、前記４個のポートは、第一ポートと第二ポートが第一の光カプラーに接続されると共に第三ポートと第四ポートが第四の光カプラーに接続され、かつ、第一ポートと第三ポートとが第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路と同じ側に位置し、第一のマッハツェンダ回路の第三ポートに第二のマッハツェンダ干渉回路の第四ポートが接続されていると共に、第一のマッハツェンダ干渉回路の第四ポートに第三のマッハツェンダ干渉回路の第三ポートが接続されているものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による光合分波器の実施の一形態を示す。図１の光合分波器は３個のマッハツェンダー干渉回路２ａ，２ｂ，２ｃを有し、それらが集積されている。３個のマッハツェンダー干渉回路２ａ，２ｂ，２ｃは同じ構造を有しているが、マッハツェンダー干渉回路２ｂと同２ｃとは、図の上下方向で鏡像関係にある。光合分波器は、石英基板１の上に形成されている。
【００１３】
図３は、マッハツェンダー干渉回路２ａ、２ｂ又は２ｃの構造を示す。マッハツェンダー干渉回路は、４個の光カプラー１０，１１，１２，１３と、隣接する光カプラーの間を結ぶ、長さの異なる２本の導波路の組（導波路１４と１５、導波路１６と１７、導波路１８と１９の各組）から成っている。光カプラー１０と１１には、方向性結合器の代わりに、ＭＭＩ型カプラーを用いてもよい。導波路の組のうち、一段目（光カプラー１０と１１の間）と三段目（光カプラー１２と１３の間）のそれぞれ長い方の導波路、すなわち導波路１５と１９とは同じ側にあり、二段目の組の長い方の導波路１７は反対側に位置している。光カプラー１０の外側の導波路の端末６を第一ポート、端末７を第二ポート、光カプラー１３の外側の導波路の端末８を第三ポート、端末９を第四ポートとする。
【００１４】
図１の光合分波器では、光信号をマッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６）に入力し、マッハツェンダー干渉回路２ａの第三ポート（端末８）をマッハツェンダー干渉回路２ｂの第二ポート（端末７）に、同２ａの第四ポート（端末９）をマッハツェンダー干渉回路２ｃの第二ポート（端末７）に、それぞれ接続し、マッハツェンダー干渉回路２ｂの第四ポート（端末９＝ポート４）と、マッハツェンダー干渉回路２ｃの第三ポート（端末８＝ポート５）から、合分波後の光信号を出力させている。
【００１５】
図２は、本発明による光合分波器の実施の他の形態を示す。図２の光合分波器は３個のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃを有し、それらが集積されている。光合分波器のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃの基本構造は、図３に示したものと同じである。マッハツェンダー干渉回路３２ａはマッハツェンダー干渉回路２ａと同じ構造を有し、マッハツェンダー干渉回路３２ｂ，３２ｃはマッハツェンダー干渉回路３２ａの出力側（第三ポート及び第四ポート）と入力側（第一ポート及び第二ポート）を反転させたもの（図の左右方向で鏡像関係）である。
【００１６】
図２の光合分波器では、光信号をマッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート（端末６）に入力し、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第三ポート（端末８）をマッハツェンダー干渉回路３２ｂの第四ポート（端末９）に、同３２ａの第四ポート（端末９）をマッハツェンダー干渉回路３２ｃの第三ポート（端末８）に、それぞれ接続し、マッハツェンダー干渉回路３２ｂの第二ポート（端末７＝ポート３４）およびマッハツェンダー干渉回路３２ｃの第二ポート（端末７＝ポート３５）から、合分波後の光信号を出力させている。
【００１７】
図３に示すマッハツェンダー干渉回路において、光カプラー１０と１１の結合率は、例えば約５０％（ただし設計値）、光カプラー１２と１３の結合率は、例えば約２％（ただし設計値）である。光合分波器を用いる波長帯の極大値（中心波長）をλｃ、導波路の等価屈折率をＮeff 、導波路１４と導波路１５の長さの差をΔＬとすると、導波路１６と導波路１７の長さの差が２ΔＬに、導波路１８と導波路１９の長さの差が４ΔＬ−λｃ／Ｎeff になるように、各導波路の組を構成する。
【００１８】
図８ないし図１１は、図３に示すマッハツェンダー干渉回路の損失特性及び波長分散特性を示す。図８は、第一ポート（端末６）に入力し、第三ポート（端末８）から出力させる光路（第一の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図９は、第二ポート（端末７）に入力し、第四ポート（端末９）から出力させる光路（第二の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図８と図９を比較すると明かなように、第一の光路と第二の光路の、損失特性は同じで、波長分散特性は逆である。図１の光合分波器では、マッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６）から第三ポート（端末８）に至る第一の光路を、マッハツェンダー干渉回路２ｂの第二ポート（端末７）から第四ポート（端末９）に至る第二の光路に接続することによって、それぞれの波長分散特性を相殺させている。図２の光合分波器でも、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート（端末６）から第三ポート（端末８）に至る第一の光路を、マッハツェンダー干渉回路３２ｂの第四ポート（端末９）から第二ポート（端末７）に至る第二の光路に接続することにより、それぞれの波長分散特性を相殺させている。このとき通過波長域は若干狭まるが、信号はフィルタを２回通ることになるので、阻止特性は向上し、光アイソレーションは２倍になる。
【００１９】
図１０は、第一ポート（端末６）に入力し、第四ポート（端末９）から出力させる光路（第三の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図１１は、第二ポート（端末７）に入力し、第三ポート（端末８）から出力させる光路（第四の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図１０と図１１を比較すると明かなように、第三の光路と第四の光路においても、損失特性は同じで、波長分散特性は逆である。図１の光合分波器では、マッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６）から第四ポート（端末９）に至る第三の光路を、マッハツェンダー干渉回路２ｃの第二ポート（端末７）から第三ポート（端末８）に至る第四の光路に接続することにより、それぞれの波長分散特性を相殺させている。図２の光合分波器でも、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート （端末６）から第四ポート（端末９）に至る第三の光路を、マッハツェンダー干渉回路３２ｃの第三ポート（端末８）から第二ポート（端末７）に至る第四の光路に接続することにより、それぞれの波長分散特性を相殺させている。
【００２０】
図１２は、本発明による光合分波器の別の実施形態を示す。図１２の光合分波器は３個のマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃを有するが、これらはそれぞれ図２のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃと同じである。図２の光合分波器と異なる点は、図２の光合分波器で開放されていたマッハツェンダー干渉回路３２ａの第二ポート（端末７）が図１２のマッハツェンダー干渉回路４２ａでは出力ポートとして利用されること、図２の光合分波器で開放されていたマッハツェンダー干渉回路３２ｂおよび同３２ｃの第一ポートが、マッハツェンダー干渉回路４２ｂ及び同４２ｃではそれぞれの入力ポートとして利用されること、光合分波器の入力ポート４３，４７，４８とマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃの第一ポート（端末６）との間に、それぞれ光アイソレータ５１，５２，５３が挿入されていることである。
【００２１】
図１２の光合分波器の３個のマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃの組み合わせは、図２の光合分波器のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃの組み合わせと同じ特性をもつから、入力ポート４３から光信号λ1,λ2 ,λ3 ,λ4を入力すると、マッハツェンダー干渉回路４２ｂおよび同４２ｃの第二ポート（端末７）すなわち光合分波器のポート４４及び４５から出力される光信号（λ1,λ3 及びλ2 ,λ4 ）に関し、図１２の光合分波器は光分波器として作用する。この場合には、光アイソレータ５１の存在に拘わらず、図１２の光合分波器の光信号の経路は図２の光合分波器のそれと同じであるから、波長分散特性が相殺されている。
【００２２】
一方、入力ポート４７，４８からそれぞれ、光アイソレータ５２，５３を介して波長の異なる光信号λ2 ,λ4 及び光信号λ1 ,λ3が入力されると、マッハツェンダー干渉回路４２ａの第二ポート（端末７）、すなわち光合分波器のポート４６からは、合波された光信号λ1 ,λ2,λ3 ,λ4 が出力される。すなわち、図１２の光合分波器は、光合波器として作用する。それ故、図１２の光合分波器を用いると、同時に１台の光合波器と１台の光分波器の役目を果たす。
【００２３】
入力ポート４７，４８から入力され、合波されてポート４６から出力される光信号に関して、マッハツェンダー干渉回路４２ｂの第一ポートから第四ポート（端末９）に至る第三の光路と、マッハツェンダー干渉回路４２ａの第三ポート（端末８）から第二ポート（端末７）に至る第四の光路が、逆の波長分散特性を有するとともに、マッハツェンダー干渉回路４２ｃの第一ポート（端末６）から第三ポート（端末８）に至る第一の光路と、マッハツェンダー干渉回路４２ａの第四ポート（端末９）から第二ポート（端末７）に至る第二の光路が、逆の波長分散特性を有する。いずれの経路についても、波長分散特性は相殺されており、波長分散は理論上ゼロになる。
【００２４】
図１２に示す光合分波器のマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、同じ作用をする（等価）光合分波回路で置き換えることができるのは、もちろんである。図１３は、端末６，７，８，９をもつ等価の光合分波回路６２ａ，６２ｂ，６２ｃで置き換えた場合の光合分波器の概念図である。
【００２５】
図１２に示す光合分波器は、石英基板４１上で別のレイアウトを有することができる。図１４は、図１２に示す光合分波器の別のレイアウトの一例を示す。
【００２６】
図１２に示す光合分波器は波長多重光通信システムに適用でき、特に双方向伝送システムに好適である。本発明の光合分波器は導波路を用いたものに限らず、光ファイバ型カプラーを用いたものでもよい。
【００２７】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明の構成及び効果をさらに具体的に説明する。
［実施例１］図１に示す光合分波器を石英基板１の上に形成させた。詳細には、石英基板１の上に、ＧｅＯ2 ドープされたＳｉＯ2 コアガラス膜をスパッタリングにより形成し、フォトエッチングによりパターンを作り、その上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ2クラッド層を形成した。この光合分波器を用い、マッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６＝ポート３）から波長間隔０．４ｎｍの光信号λ1,λ2 ,λ3 ,λ4 を入力すると、ポート４からは光信号λ1 ,λ3、ポート５からは光信号λ2 ,λ4 が、それぞれ出力される。ポート３からポート４に至る光路も、ポート３からポート５に至る光路も、すでに説明した通り、マッハツェンダー干渉回路の波長分散特性が互いに相殺されており、分散が理論上は皆無の光合分波器が得られる。
【００２８】
図４ないし図７は、実施例１（図１）の光合分波器の光学特性を示す。図４はポート３から入力されポート４から出力される光信号の波長損失特性、図６は同じく通過波長域の波長損失特性および波長分散特性を示す。図５はポート３から入力されポート５から出力される光信号の波長損失特性、図７は同じく通過波長域の波長損失特性および波長分散特性を示す。通過波長域の損失特性は波長に対して平坦であり、分散は図示された通過域全体でほぼ０になっている。
【００２９】
［実施例２］図２に示す光合分波器を、実施例１と同様の方法で製作した。この光合分波器を用い、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート（端末６＝ポート３３）から、波長間隔０．４ｎｍの光信号λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4を入力すると、ポート３４からは光信号λ1 ,λ3 、ポート３５からは光信号λ2 ,λ4が出力される。ポート３３からポート３４に至る光路も、ポート３３からポート３５に至る光路も、すでに説明した通り、接続されたマッハツェンダー干渉回路の波長分散特性が互いに相殺されているので、分散が理論上皆無の光合分波器が得られる。
【００３０】
実施例１において、ＧｅＯ2 ドープされたＳｉＯ2 コアガラス膜の代わりに、ＴｉＯ2ドープされたＳｉＯ2 コアガラス膜を用いてもよい。また、光合分波回路素子の製作後に、製作上の誤差を補正するため、炭酸ガスレーザ照射することが望ましい。光合分波器の製作には公知の導波路製作のいずれを用いてもよい。
【００３１】
［実施例３］図１２に示す光合分波器を、実施例１と同様の方法で製作した。光アイソレータとしては、アイソレーション２０ｄＢ程度のものを用い、導波路モジュールに融着固定した。この光合分波器を用い、入力ポート４３から波長間隔０.4ｎｍの光信号λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 を、光アイソレータ５１を介してマッハツェンダー干渉回路４２ａの第一ポート（端末６）に入力すると、ポート４４からは光信号λ1,λ3 、ポート４５からは光信号λ2 ,λ4 が出力される。入力ポート４３からポート４４に至る光路も、入力ポート４３からポート４５に至る光路も、すでに説明した通り、接続されたマッハツェンダー干渉回路の波長分散特性が互いに相殺されるので、図１２の光合分波器は分散が理論上皆無の光分波器として作用する。
【００３２】
図１５は、光信号を入力ポート４３に入力しポート４４から出力させた場合の波長損失特性を示す。図１６は、光信号を入力ポート４３に入力しポート４５から出力させた場合の波長損失特性を示す。それぞれ波長λ1 ,λ3 または波長λ2,λ4において波長損失は０ｄＢである。
【００３３】
図１９は、入力ポート４３からポート４４に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示し、図２０は、入力ポート４３からポート４５に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示す。
【００３４】
入力ポート４７から光信号λ2 ,λ4 を、入力ポート４８から光信号λ1 ,λ3を、それぞれ光アイソレータ５２，５３を介してマッハツェンダー干渉回路４２ｂ，４２ｃの各第一ポート（端末６）に入力すると、ポート４６から合波された光信号λ1,λ2 ,λ3 ,λ4 が出力される。入力ポート４７からポート４６に至る光路も、入力ポート４８からポート４６に至る光路も、すでに説明した通り、接続されたマッハツェンダー干渉回路の間で波長分散特性が互いに相殺されるので、図１２の光合分波器は分散が理論上皆無の光分波器として作用する。
【００３５】
図１７は、光信号を入力ポート４７に入力しポート４６から出力させた場合の波長損失特性を示す。図１８は、光信号を入力ポート４８に入力しポート４６から出力させた場合の波長損失特性を示す。それぞれ波長λ2 ,λ4 または波長λ1 ,λ3において波長損失は０ｄＢである。
【００３６】
図２１は、入力ポート４７からポート４６に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示し、図２２は、入力ポート４８からポート４６に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示す。
【００３７】
図２３に示すように、第一のマッハツェンダー干渉回路７２ａの第三ポート（端末８）を第二のマッハツェンダー干渉回路７２ｂの第二ポート（端末７）に、同じく第四ポート（端末９）を第三のマッハツェンダー干渉回路７２ｃの第二ポート（端末７）に、それぞれ接続した光合分波器に対して、マッハツェンダー干渉回路７２ｂの第三ポート（端末８）及びマッハツェンダー干渉回路７２ｃの第四ポート（端末９）に、それぞれ光アイソレータ７３及び７４を設け、これらを介して光信号を入力させることもできる。この場合にも、本発明の第二の目的、すなわち１個の光合分波器の分波合波同時使用は達成できるが、第一のマッハツェンダー干渉回路７２ａの第二ポート（端末７＝４６ポート）から出力される、合波後の光信号の波長分散は０にならず、やや増大する。それ故、この構成で入力側に光アイソレータを挿入して第一のマッハツェンダー干渉回路を出力側とする光合波器として利用することには、幾分の不利がある。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によると、波長分散が極めて小さく（理論上ゼロ）、通過波長域で損失の波長平坦性がすぐれた光合分波器が、実現される。波長分散を増加せずに光合分波できるので、実用上、波長多重通信システムにおいて伝送速度の増大、中継距離の延長を達成できる。
【００３９】
光信号が２つの光合分波回路を通過するので、２段のフィルター効果を受け、アイソレーション特性も向上する。
【００４０】
また、本発明によると（図１２のような構成をとることにより）、１台で同時に各１台の光合波器と光分波器の役目を果たす光合分波器が、実現される。それ故、信号源が異なる複数の光信号の合波及び分波の処理に必要な光合分波器のスペースを減らすことができ、コストも削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光合分波器の実施の一形態を示す平面説明図。
【図２】 本発明による光合分波器の実施の一形態を示す平面説明図。
【図３】 本発明に用いる光合分波回路の説明図。
【図４】 光信号の波長損失特性を示すグラフ。
【図５】 光信号の波長損失特性を示すグラフ。
【図６】 通過波長域の波長損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図７】 通過波長域の波長損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図８】 光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図９】 光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図１０】 光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図１１】 光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図１２】 本発明による光合分波器の別の実施形態を示す平面説明図。
【図１３】 等価の光合分波回路で置き換えた場合の光合分波器の概念図。
【図１４】 図１２に示す光合分波器の、別のレイアウトを示す平面説明図。
【図１５】 波長損失特性を示すグラフ。
【図１６】 波長損失特性を示すグラフ。
【図１７】 波長損失特性を示すグラフ。
【図１８】 波長損失特性を示すグラフ。
【図１９】 光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２０】 光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２１】 光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２２】 光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２３】 本発明による光合分波器の、さらに他の実施形態を示す平面説明図。
【図２４】 従来の光合分波器を示す平面説明図。
【図２５】 従来の光合分波器に白色光を入力したときの出力のスペクトル応答を示すグラフ。
【図２６】 従来の光合分波器に白色光を入力したときの出力のスペクトル応答を示すグラフ。
【図２７】 光路の波長分散特性を示すグラフ。
【図２８】 光路の波長分散特性を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 石英基板
２ａ，２ｂ，２ｃ マッハツェンダー干渉回路
３，４，５ ポート
６，７，８，９ 端末
１０，１１，１２，１３ 光カプラー
１４，１５ 導波路
１６，１７ 導波路
１８，１９ 導波路
２０ 光合分波器
２１，２２，２３ ポート
２４，２５，２６，２７ 光カプラー
２８ａ，２８ｂ 導波路
２９ａ，２９ｂ 導波路
３０ａ，３０ｂ 導波路
３１ 石英基板
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ マッハツェンダー干渉回路
３３，３４，３５ ポート
４１ 石英基板
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ マッハツェンダー干渉回路
４３ 入力ポート
４４，４５，４６ ポート
４７，４８ 入力ポート
５１，５２，５３ 光アイソレータ
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ 光合分波回路
７１ 石英基板
７２ａ，７２ｂ，７２ｃ マッハツェンダー干渉回路
７３，７４ 光アイソレータ
Claims (5)
- 導波路を含む光路を有する第一、第二及び第三のマッハツェンダ干渉回路からなり、
前記マッハツェンダ干渉回路はいずれも、それぞれ４個の光カプラーと、隣接する光カプラーの間を結ぶ長さの異なる２本の導波路の組と、光の入出力をする４個のポートとを有し、
前記４個の光カプラーは、第一と第二の光カプラーの結合率が約５０％、第三と第四の光カプラーの結合率が約２％であり、
前記導波路の組は、第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路が同じ側に位置すると共に、これらの長い方の導波路の反対側に第二と第三の光カプラーの間の長い方の導波路が位置し、
かつ、使用する波長帯の極大値をλｃ、導波路の等価屈折率をＮ eff 、第一の光カプラーと第二の光カプラーの間の導波路の長さの差をΔＬとすると、第二の光カプラーと第三の光カプラーの間の導波路の長さの差が２ΔＬ、第三の光カプラーと第四の光カプラーの間の導波路の長さの差が４ΔＬ−λｃ／Ｎ eff であり、
前記４個のポートは、第一ポートと第二ポートが第一の光カプラーに接続されると共に第三ポートと第四ポートが第四の光カプラーに接続され、かつ、第一ポートと第三ポートとが第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路と同じ側に位置し、
第一のマッハツェンダ回路の第三ポートに第二のマッハツェンダ干渉回路の第二ポートが接続されていると共に、第一のマッハツェンダ干渉回路の第四ポートに第三のマッハツェンダ干渉回路の第二ポートが接続されている、
ことを特徴とする光合分波器。 - 導波路を含む光路を有する第一、第二及び第三のマッハツェンダ干渉回路からなり、
前記マッハツェンダ干渉回路はいずれも、それぞれ４個の光カプラーと、隣接する光カプラーの間を結ぶ長さの異なる２本の導波路の組と、光の入出力をする４個のポートとを有し、
前記４個の光カプラーは、第一と第二の光カプラーの結合率が約５０％、第三と第四の光カプラーの結合率が約２％であり、
前記導波路の組は、第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路が同じ側に位置すると共に、これらの長い方の導波路の反対側に第二と第三の光カプラーの間の長い方の導波路が位置し、
かつ、使用する波長帯の極大値をλｃ、導波路の等価屈折率をＮ eff 、第一の光カプラーと第二の光カプラーの間の導波路の長さの差をΔＬとすると、第二の光カプラーと第三の光カプラーの間の導波路の長さの差が２ΔＬ、第三の光カプラーと第四の光カプラーの間の導波路の長さの差が４ΔＬ−λｃ／Ｎ eff であり、
前記４個のポートは、第一ポートと第二ポートが第一の光カプラーに接続されると共に第三ポートと第四ポートが第四の光カプラーに接続され、かつ、第一ポートと第三ポートとが第一と第二の光カプラーの間の長い方の導波路並びに第三と第四の光カプラーの間の長い方の導波路と同じ側に位置し、
第一のマッハツェンダ回路の第三ポートに第二のマッハツェンダ干渉回路の第四ポートが接続されていると共に、第一のマッハツェンダ干渉回路の第四ポートに第三のマッハツェンダ干渉回路の第三ポートが接続されている、
ことを特徴とする光合分波器。 - 前記光カプラーは方向性結合器である請求項１または２の光合分波器。
- 前記光カプラーはＭＭＩカプラーである請求項１または２の光合分波器。
- 前記第一、第二及び第三のマッハツェンダ干渉回路が、石英等から成る平面基板の上に形成された光導波路からなる請求項１〜４の光合分波器。
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