JP3857906B2

JP3857906B2 - Optical wavelength multiplexer / demultiplexer

Info

Publication number: JP3857906B2
Application number: JP2001344961A
Authority: JP
Inventors: 浩之越; 完二田中; 一久柏原
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2021-11-09
Also published as: JP2003149472A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム等に用いられる光波長合分波器に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
近年のインターネットトラヒックの急増を背景に、通信ネットワーク容量の拡大が急務となっており、それに伴い、波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing (WDM)）伝送技術の検討が盛んに行なわれている。波長分割多重伝送技術は、１本の光ファイバに異なる波長の光信号を複数多重して伝送するため、伝送容量を波長多重分だけ拡大できる。
【０００３】
柔軟性および運用性の高い波長多重システムを実現するためには、様々な光デバイスが必要とされており、中でも、光波長合分波器は波長多重システムの構築に必須となる光デバイスの１つである。光波長合分波器は、例えば互いに異なる複数の波長の光を合波する光合波機能や、互いに異なる複数の波長を持った光からそれぞれの波長の光を分波する光分波機能を有している。
【０００４】
ところで、最近では、波長多重システムの実用化検討が、基幹系などの長距離伝送から都市間や都市内等のメトロ用中長距離伝送にシフトしてきたため、伝送容量だけでなく、システム自体の構築コストおよび伝送コストも重要課題になってきた。したがって、低損失で、かつ、透過帯域が広い光波長合分波器が熱望されるようになった。
【０００５】
波長多重伝送に適用される光波長合分波器が低損失であれば、伝送距離が拡大できるため、伝送品質を劣化させることなく中継器（光増幅器）の数やグレード（増幅率）を下げることができるので、大きなコスト効果が期待できる。また、波長多重伝送に適用される光波長合分波器の透過帯域が広ければ、信号光源の発信波長を制御しているコントローラが不要になる可能性もあり、同様にコスト効果が期待できる。
【０００６】
光波長合分波器の形態は様々に検討されており、代表的なものとしてアレイ導波路回折格子、マッハツェンダ光干渉計回路が知られている。アレイ導波路回折格子は、効率良く多波長化できる大きなメリットがある反面、原理的に損失が大きく、また、透過帯域を平坦化するには数ｄＢ程度の損失をさらに犠牲にしなければならない。
【０００７】
一方、例えば図１２に示すようなマッハツェンダ光干渉計回路５は低損失が期待できる回路であり、図１３に示すように、マッハツェンダ光干渉計回路５を複数接続して光波長合分波器を構成することが提案された。
【０００８】
なお、本明細書において、マッハツェンダ光干渉計回路５は、図１２に示したように、第１の光路１と、該第１の光路１と並設された第２の光路２とを有し、これら第１の光路１と第２の光路２を近接させた（Ｎ＋１）個（Ｎ＝１）の光結合部３（つまり２個の光結合部３）を光路長手方向に互いに間隔を介して形成した光合分波回路７のことである。光結合部３の結合率は、例えばηにより表される。
【０００９】
マッハツェンダ光干渉計回路５の光結合部３に挟まれた第１の光路と第２の光路の長さは互いに異なる長さと成し、位相部としての遅延回路４を形成している。マッハツェンダ光干渉計回路５を形成する第１と第２の光路１，２は、光導波路により形成してもよいし、光ファイバにより形成してもよい。
【００１０】
図１３に示す光波長合分波器は、光入出力の一方１１側（光入力部８側）に１つのマッハツェンダ光干渉計回路５を設け、このマッハツェンダ光干渉計回路５の出力側に、２つのマッハツェンダ光干渉計回路５を並設し、これら並設マッハツェンダ光干渉計回路５と光入力部８側に設けたマッハツェンダ光干渉計回路５をツリー状に多段（ここでは２段）に接続して形成されている。
【００１１】
図１３には、この光波長合分波器の光分波機能が示されており、光波長合分波器の入力部８から波長λ１、λ２、λ３、λ４の波長多重光を導入し、各光出力部９からそれぞれの波長の光を出力している。
【００１２】
しかしながら、同図に示すような光波長合分波器は、低損失を実現できる反面、その透過帯域が十分に確保できないといった問題が生じていた。
【００１３】
そこで、マッハツェンダ光干渉計回路５の特徴である低損失を維持したまま、透過帯域を拡大する手法として、電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会C-3-14には光フーリエフィルタ回路６をツリー状に接続した構成の光波長合分波器が提案された。
【００１４】
図１４には、光フーリエフィルタ６をツリー状に接続した光波長合分波器の構成例が示されており、同図に示す構成は、図１３に示した光波長合分波器におけるマッハツェンダ光干渉計回路５を全て光フーリエフィルタ回路６とした光波長合分波器である。
【００１５】
なお、本明細書において、光フーリエフィルタ回路６は、図１５に示すように、第１の光路１と、該第１の光路１と並設された第２の光路２とを有し、これら第１の光路１と第２の光路２を近接させた（Ｎ＋１）個（Ｎは２以上の整数）の光結合部３を光路長手方向に互いに間隔を介して形成した光合分波回路７である。図１４に示す光波長合分波器に適用されている光フーリエフィルタ回路６はＮ＝２とした回路である。
【００１６】
光フーリエフィルタ回路６は、光結合部３に挟まれたＮ個の位相部としての遅延回路４を有し、この遅延回路４は第１の光路１と第２の光路２の長さを互いに異なる長さとしている。光フーリエフィルタ回路６を形成する第１と第２の光路１，２は、光導波路により形成してもよいし、光ファイバにより形成してもよい。
【００１７】
光フーリエフィルタ回路６は、透過特性と遮断特性の両方を広帯域化した方形波スペクトルを比較的容易に実現できる手法として非常に注目されており、例えば特開平８―２３４０５０号公報、C.Huang at el., NFOEC'99,Proc., pp.311-316(1999)や、H.Arai at el., NFOEC'99,Proc., pp.444-451(1999)等に光フーリエフィルタ回路６について検討した結果が述べられている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１４に示したような、光フーリエフィルタ回路６のみを多段に接続した光波長合分波器は、低損失と広帯域化を同時に実現できて光学特性の面では魅力的であるが、この光波長合分波器は、図１３に示したような、マッハツェンダ光干渉計回路５を多段に接続した光波長合分波器に比べて回路サイズが大幅に大きくなってしまうといった問題があった。
【００１９】
特に、光導波路型の回路を形成する場合、光波長合分波器のサイズは１ウェハあたりの光波長合分波器チップの個数を決定する重要な要件であり、チップの価格に反映されるので、低コストを実現するためには、できるだけチップサイズを小さくすることが好ましい。
【００２０】
また、光フーリエフィルタ回路６の遅延回路４の遅延量（第１の光路１の長さ−第２の光路２の長さ）には規則性があり、一般に、最小遅延量の絶対値をΔＬとしたとき、その他の遅延量の絶対値はΔＬ・２^ｍ（ｍは整数）程度とされる。
【００２１】
例えば光フーリエフィルタ回路６における遅延回路４の個数Ｎを２個とした場合、遅延回路４（４ａ）の遅延量の絶対値がΔＬ、遅延回路４（４ｂ）の遅延量の絶対値がΔＬ・２^１＝２・ΔＬとなり、合計３・ΔＬとなる。つまり、この光フーリエフィルタ回路６の長さは、１個の遅延回路４を有するマッハツェンダ光干渉計回路５の遅延量の絶対値であるΔＬに比べて非常に長くなる。
【００２２】
また、このように遅延量の絶対値が大きいと、実現できるスペクトルの周波数間隔（波長間隔）が小さくなり、製造ばらつきに起因する波長変動が回路の通過スペクトルに与える影響が大きくなる。そのため、光フーリエフィルタ回路６のみを多段に接続した光波長合分波器は、製造トレランスが低くなってしまい、波長安定性を良好にすることが難しいといった問題もあった。
【００２３】
本発明は上記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、低損失、広帯域化および、良好な波長安定性を実現でき、かつ、小型で安価の光波長合分波器を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
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、第１の発明は、第１の光路と、該第１の光路と並設された第２の光路とを有して、これら第１の光路と第２の光路を近接させた（Ｎ＋１）個（Ｎは１以上の整数）の光結合部を光路長手方向に互いに間隔を介して形成した光合分波回路をＭ個（Ｍは２以上の整数）有し、前記各光合分波回路内の隣り合う光結合部に挟まれた第１の光路と第２の光路の長さを互いに異なる長さに形成し、光入力側に１つ以上の前記光合分波回路を設けて第１段の光合分波回路とし、該第１段の光合分波回路の光出力側に１つ以上の光合分波回路を設けて第２段の光合分波回路を形成するといった如く、１つの段の光合分波回路を１つ以上の光合分波回路により形成して光入力側から光出力側にかけて複数段の光合分波回路を設けて接続し、前記Ｍ個の光合分波回路のうち最も合分波周波数間隔の狭い光合分波回路を含む１個以上Ｍ個未満の光合分波回路はＮ≧２とした光フーリエフィルタ回路とし、残りの光合分波回路はＮ＝１としたマッハツェンダ光干渉計回路とし、前記複数段の光合分波回路のうち、少なくとも１つの段の光合分波回路がすべてマッハツェンダ光干渉計回路のみから構成されている構成としたことをもって課題を解決する手段としている。
【００２５】
また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記光合分波回路を３個以上有し、光入出力の少なくとも一方側の段には複数の光合分波回路を並設し、光入出力の他方側に向かうにつれて各段の光合分波回路の並設数を順次減少していき、光入出力の他方側には１つ以上の光合分波回路を設けて各段の光合分波回路をツリー状に多段接続した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２６】
さらに、第３の発明は、上記第１または第２の発明の構成に加え、第１段の複数の光合分波回路が合波した光を第２段の光合分波回路でさらに合波するといった如く、前段の光合分波回路の光出力を後段の光合分波回路でさらに合波する機能を有し、最も合分波周波数間隔の狭い光合分波回路を最終段の光合分波回路とし、少なくとも最終段の光合分波回路は光フーリエフィルタ回路とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２７】
さらに、第４の発明は、上記第１または第２の発明の構成に加え、前記第１段の光合分波回路が分波した光を第２段の対の光合分波回路でさらに分波するといった如く、前段の光合分波回路の光出力を後段の光合分波回路でさらに分波する機能を有し、最も合分波周波数間隔の狭い光合分波回路を第１段の光合分波回路とし、少なくとも前記第１段の光合分波回路は光フーリエフィルタ回路とした構成をもって課題を解決する手段としている。さらに、第５の発明は、上記第３の発明の構成を備え、前記最終段の光合分波回路のみを光フーリエフィルタ回路とした構成をもって課題を解決する手段としている。さらに、第６の発明は、上記第４の発明の構成を備え、前記第１段の光合分波回路のみを光フーリエフィルタ回路とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２８】
さらに、第７の発明は、上記第１乃至第６のいずれか一つの発明の構成に加え、前記光フーリエフィルタ回路はＮ＝２またはＮ＝３とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２９】
さらに、第８の発明は、上記第１乃至第７のいずれか一つの発明の構成に加え、前記第１の光路と第２の光路は、使用波長帯域内でシングルモード条件を満たす光導波路とした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３０】
さらに、第９の発明は、上記第１乃至第７のいずれか一つの発明の構成に加え、前記第１の光路と第２の光路は、使用波長帯域内でシングルモード条件を満たす光ファイバとした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。図１には、本発明に係る光波長合分波器の第１実施形態例の要部構成図が平面図により示されている。
【００３２】
同図に示すように、本実施形態例の光波長合分波器は、Ｍ個（Ｍは２以上の整数であり、ここでは３個）の光合分波回路７をツリー状に多段（ここでは２段）接続して形成されている。それぞれの光合分波回路７は、第１の光路１と、該第１の光路と並設された第２の光路２とを有して、これら第１の光路１と第２の光路２を近接させた（Ｎ＋１）個（Ｎは１以上の整数）の光結合部３を光路長手方向に互いに間隔を介して形成されている。
【００３３】
第１の光路１と第２の光路２は、使用波長帯域内である波長１．５５μｍ帯（Ｃ−ｂａｎｄ）でシングルモード条件を満たす光導波路であり、上記導波路構成は、シリコン基板２０上に形成されている。
【００３４】
本実施形態例の光波長合分波器は、光入力側（光入力部８側）に１つ以上の光合分波回路７を設けて第１段の光合分波回路７とし、該第１段の光合分波回路７の光出力側に１つ以上の光合分波回路７を設けて第２段の光合分波回路７を形成するといった如く、１つの段の光合分波回路７を１つ以上の光合分波回路７により形成して光入力側から光出力側（光出力部９側）にかけて複数段の光合分波回路７を設けて接続して形成されている。
【００３５】
また、この光波長合分波器は、光入出力の少なくとも一方１１側（ここでは光入力部８側）には複数の光合分波回路７を並設して１つの段の光合分波回路７を形成し、光入出力の他方１２側（ここでは光出力部９側）に向かうにつれて各段の光合分波回路７の並設数を順次減少していき、光入出力の他方１２側には１つ以上（ここでは１つ）の光合分波回路７を設けて各段の光合分波回路７をツリー状に多段接続して形成されている。
【００３６】
本実施形態例は、前記Ｍ個の光合分波回路７のうち１個以上Ｍ個未満（ここでは１個）の光合分波回路７をＮ≧２とした光フーリエフィルタ回路６とし、残りの光合分波回路はＮ＝１としたマッハツェンダ光干渉計回路５としたことを特徴としている。
【００３７】
また、本実施形態例は、２つ以上（ここでは２つ）の光合分波回路７を並設して第１段の光合分波回路７を形成し、該第１段の対の光合分波回路７が合波した光を第２段の光合分波回路７でさらに合波するといった如く、前段の対の光合分波回路７の光出力を後段の光合分波回路７でさらに合波する機能を有している。そして、最終段の光合分波回路７を光フーリエフィルタ回路６としている。この光フーリエフィルタ回路６はＮ＝２の回路である。
【００３８】
光フーリエフィルタ回路６およびマッハツェンダ光干渉計回路５に設けられている光結合部３は、第１の光路１を形成する光導波路と第２の光路２を形成する光導波路を近接させて成る方向性結合部である。
【００３９】
本実施形態例は、基板上に火炎加水分解堆積法を用いて石英系ガラス膜を形成して成り、その光導波路構成は、フォトリソグラフィ工程を用いて作製されている。光導波路の断面は８．０μｍ×８．０μｍの正方形状を有しており、光導波路（コア）部分の屈折率は、この光導波路部分にドープするＴｉＯ_２のドープ量を調整することにより、周りの石英系ガラス（クラッド）と比較して０．４％高く形成されている。
【００４０】
この光波長合分波器の回路は、周波数間隔４００ＧＨｚの４波（λ１＝１．５４８５１μｍ、λ４＝１．５５１７２μｍ、λ２＝１．５５４９４μｍ、λ３＝１．５５８１７μｍ）を合波する４００ＧＨｚ−４ｃｈの実現を目的にした回路である。本実施形態例の光波長合分波器は、各光入力部８から入力された波長λ１、λ２、λ３、λ４の光を合波して、合波光を光出力部９から出力する。
【００４１】
第１段の光合分波回路７はマッハツェンダ光干渉計回路５（５ａ，５ｂ）であり、これらのマッハツェンダ光干渉計回路５（５ａ，５ｂ）は、いずれも、各光結合部の結合率ηが、使用波長帯である１．５５μｍ帯の中心波長である波長１．５５μｍに対し、それぞれ、５０％になるように、図２に示す、光導波路間のギャップＧと結合部長を調整して形成されている。
【００４２】
また、マッハツェンダ光干渉計回路５（５ａ）の遅延回路４の遅延量の絶対値ΔＬは１２９．３μｍ、マッハツェンダ光干渉計回路５（５ｂ）の遅延回路４の遅延量の絶対値ΔＬは１２９．６μｍであり、マッハツェンダ光干渉計回路（５ａ，５ｂ）はそれぞれ、８００ＧＨｚ間隔の２波長を合波する機能を有している。
【００４３】
前記光フーリエフィルタ回路６の光結合部（３ａ，３ｂ，３ｃ）の結合率は、使用波長帯である１．５５μｍ帯の中心波長である波長１．５５μｍに対し、以下に示す値である。すなわち、図３に示す光結合部３ａの結合率η_１＝５０％、光結合部３ｂの結合率η_２＝７１％、光結合部３ｃの結合率η_３＝９％である。これらの値が得られるように、それぞれの光結合部３ａ，３ｂ，３ｃにおいて、図２に示す光導波路間のギャップＧおよび結合部長が調整されている。
【００４４】
さらに、光フーリエフィルタ回路６の遅延回路４（４ａ，４ｂ）の遅延量の絶対値ΔＬ_１、ΔＬ_２は、それぞれ、２５８．６μｍ、５１５．６μｍであり、ΔＬ_２をΔＬ_１の約２倍とすることで、光フーリエフィルタ回路６の特徴である透過帯域の広帯域化を達成できるようにした。
【００４５】
本実施形態例は以上のように構成されており、その通過スペクトルは図４に示すようになった。同図に示すように、本実施形態例の光波長合分波器は、４００ＧＨｚ間隔のグリッド波長に対して十分な広帯域化が実現でき、０．５ｄＢ帯域幅は表１に示すように１．９ｎｍだった。また、この光波長合分波器の回路サイズ（光路長手方向の長さ）は、７５ｍｍであった。
【００４６】
【表１】

【００４７】
なお、本実施形態例の有効性を明確にするために、図５に示すように、比較例１として、３個のマッハツェンダ光干渉計回路５を２段に接続して成る４００ＧＨｚ−４ｃｈの光波長合分波器を形成し、この光波長合分波器の通過スペクトルを測定したところ、図６に示すようになった。
【００４８】
また、比較例２として、図７に示すように、Ｎ＝２の光フーリエフィルタ回路６を３個設けて、これらの光フーリエフィルタ回路６を２段に接続して成る４００ＧＨｚ−４ｃｈの光波長合分波器を形成し、この光波長合分波器の通過スペクトルを測定したところ、図８に示すようになった。
【００４９】
また、比較例１、２の光波長合分波器の回路サイズ、０．５ｄＢ帯域幅は、それぞれ、表１に示すような値となった。なお、第１実施形態例および比較例１、２の回路において、曲線部は、曲線部での放射損失が発生しないように、曲率半径１８ｍｍの円弧で形成した。
【００５０】
表１および図４、図６、図８から明らかなように、比較例１は、回路サイズが第１実施形態例よりも２５ｍｍほど小さいものの、比較例１は、スペクトルから導き出される透過帯域が狭く、０．５ｄＢ帯域幅が１．２ｎｍで広帯域化の要求を満足できない。
【００５１】
また、比較例２は、第１実施形態例とほぼ同様に透過帯域が広く、０．５ｄＢ帯域幅が２．０ｎｍと広帯域の要求を満足するものの、比較例２は、回路サイズが第１実施形態例よりも２１ｍｍほど大きくなる。
【００５２】
それに対し、第１実施形態例は、透過帯域が広く、０．５ｄＢ帯域幅が１．９ｎｍで比較例１の１．６倍もあり、比較例２の０．５ｄＢ帯域幅の値２．０ｎｍと遜色なく、かつ、比較例２に比べて回路サイズが約２１ｍｍも小さくなっている。
【００５３】
このように、本第１実施形態例は、光波長合分波器に求められている低損失と広帯域化を同時に実現でき、かつ、小型で安価な光波長合分波器とすることができた。
【００５４】
図９には、本発明に係る光波長合分波器の第２実施形態例が示されている。なお、本第２実施形態例の説明において、第１実施形態例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【００５５】
本第２実施形態例は上記第１実施形態例とほぼ同様に構成されており、本第２実施形態例が上記第１実施形態例と異なる特徴的なことは、最終段に設けた光フーリエフィルタ回路６を、Ｎ＝３の回路としたことである。つまり、第２実施形態例では、光フーリエフィルタ回路６は４個の光結合部３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）を有し、３個の遅延回路４（４ａ，４ｂ，４ｃ）を有している。
【００５６】
第２実施形態例の光波長合分波器の回路は、周波数間隔８００ＧＨｚの４波（λ１＝１．５３９７７μｍ、λ４＝１．５４６１２μｍ、λ２＝１．５５２５２μｍ、λ３＝１．５５８９８μｍ）を合波する８００ＧＨｚ−４ｃｈの実現を目的にした回路である。第２実施形態例の光波長合分波器は、各光入力部８から入力された波長λ１、λ２、λ３、λ４の光を合波して、合波光を光出力部９から出力する。
【００５７】
第１段の光合分波回路７はマッハツェンダ光干渉計回路５（５ａ，５ｂ）であり、これらのマッハツェンダ光干渉計回路５（５ａ，５ｂ）は、いずれも、各光結合部３ａ，３ｂの結合率が、使用波長帯である１．５５μｍ帯の中心波長である波長１．５５μｍに対し、それぞれ、５０％になるように、図２に示した、光導波路間のギャップＧと結合部長を調整して形成されている。
【００５８】
マッハツェンダ光干渉計回路５（５ａ）の遅延回路４の遅延量の絶対値ΔＬは６４．３μｍ、マッハツェンダ光干渉計回路５（５ｂ）の遅延回路４の遅延量の絶対値ΔＬは６４．６μｍであり、マッハツェンダ光干渉計回路（５ａ，５ｂ）はそれぞれ、１６００ＧＨｚ間隔の２波長を合波する機能を有している。
【００５９】
また、前記光フーリエフィルタ回路６の光結合部（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）の結合率は、使用波長帯である１．５５μｍ帯の中心波長である波長１．５５μｍに対し、以下に示す値である。すなわち、光結合部３ａの結合率η_１＝５０％、光結合部３ｂの結合率η_２＝５０％、光結合部３ｃの結合率η_３＝２％、光結合部３ｄの結合率η_４＝２％である。これらの値が得られるように、それぞれの光結合部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにおいて、図２に示す光導波路間のギャップＧおよび結合部長が調整されている。
【００６０】
光フーリエフィルタ回路６の遅延回路４（４ａ，４ｂ）の遅延量の絶対値ΔＬ_１、ΔＬ_２、ΔＬ_３は、それぞれ、１２９．１μｍ、２５８．２μｍ、５１４．８μｍであり、ΔＬ_２をΔＬ_１の約２倍、ΔＬ_２をΔＬ_３の約４倍とすることで、光フーリエフィルタ回路６の特徴である透過帯域の広帯域化を達成できるようにした。
【００６１】
本第２実施形態例は以上のように構成されており、その通過スペクトルが図１０の○に示すようになり、８００ＧＨｚ間隔のグリッド波長に対して十分な広帯域化が実現できている。
【００６２】
また、比較例として、全ての光合分波回路７をマッハツェンダ光干渉計回路５により形成した回路の特性が同図の特性線ａに示されており、第２実施形態例の特性をこの比較例の特性と比べると、第２実施形態例は、比較例と最小損失が殆ど一致しているにもかかわらず、０．５ｄＢ通過帯域を比較例の１．５倍程度に拡大できている。
【００６３】
このように、第２実施形態例も、上記第１実施形態例と同様に、近年の光波長合分波器に求められている低損失と広帯域化を同時に実現でき、かつ、小型で安価な光波長合分波器とすることができた。
【００６４】
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。例えば上記各実施形態例では、Ｍ（Ｍ＝３）個の光合分波回路７を有する光波長合分波器のうち、最終段の光合分波回路７のみを光フーリエフィルタ回路６としたが、光フーリエフィルタ回路６は１個以上Ｍ個未満とすればよく、例えば、Ｍ＝３の場合は、２個の光合分波回路７を光フーリエフィルタ回路６としてもよい。
【００６５】
ただし、上記各実施形態例から明らかなように、光合波器として機能する光波長合分波器の最終段に設ける１つの光合分波回路７のみを光フーリエフィルタ回路６とすることにより、全ての光合分波回路７をマッハツェンダ光干渉計回路５で形成した光波長合分波器に比べ、低損失、広帯域化の特性を十分発揮できる。また、光フーリエフィルタ回路６の個数が少ない方が回路サイズを小型化でき、波長安定性も良好にできるので、光合波器として機能する光波長合分波器の最終段に光フーリエフィルタ回路を設けることが好ましい。
【００６６】
また、上記第１実施形態例は、光フーリエフィルタ回路６における遅延回路４の数（Ｎ）を２個とし、第２実施形態例は、光フーリエフィルタ回路６における遅延回路４の数を３個としたが、本発明の光波長合分波器に設ける光フーリエフィルタ回路６の遅延回路の個数は、Ｎ≧４としてもよい。
【００６７】
ただし、光フーリエフィルタ回路６の遅延回路４の個数であるＮを４以上とすると、回路長が長くなり、製造コストに与える影響が無視できなくなってくるので、Ｎ＝２またはＮ＝３が好ましい。
【００６８】
さらに、上記各実施形態例は、複数波長の光を合波する例について述べたが、合波器と分波器とは使用方法の違いだけであり、図１、図９の回路を用い、各実施形態例で述べた光出力部９から波長多重光を入力すれば、その波長多重光を分波でき、かつ、上記各実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００６９】
このように、光波長合分波器を光分波用として適用する場合、光入力側を第１段として少なくとも第２段以降の光合分波回路７は２つ以上の光合分波回路７を並設して形成し、第１段の光合分波器７が分波した光を第２段の対の光合分波器７でさらに分波するといった如く、前段の光合分波器７の光出力を後段の対の光合分波器７でさらに分波する構成とすると４波以上の光を分波できる。そして、少なくとも前記第１段の光合分波回路７は光フーリエフィルタ回路６とすると上記各実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００７０】
さらに、上記各実施形態例は３個の光合分波回路７を有する構成としたが、本発明の光波長合分波器を形成する光合分波回路７の数は特に限定されるものではなく２個以上の適宜の数に設定されるものである。
【００７１】
なお、図１１には、１個のマッハツェンダ光干渉計回路５と１個の光フーリエフィルタ回路６を有し、合計２個の光合分波回路７を設けて形成される光波長合分波器の例が示されている。このように、２個の光合分波回路７を有する光波長合分波器は、３波の光合分波を行なう光波長合分波器として機能する。
【００７２】
さらに、上記第１実施形態例は、４００ＧＨｚ−４ｃｈの光波長合分波器とし、上記第２実施形態例は、８００ＧＨｚ−４ｃｈの光波長合分波器としたが、光波長合分波器の周波数間隔やチャンネル数（波長数）は特に限定されるものではなく、適宜設定されるものである。
【００７３】
さらに、上記各実施形態例は、第１、第２の光路１，２を光導波路とし、これらの光導波路を、火炎加水分解堆積法とフォトリソグラフィ工程を用いて形成される石英系光導波路により形成したが、光導波路の作製方法や光導波路の種類は特に限定されるものでなく適宜設定されるものであり、本発明は、従来、または様々に提案されている作製方法や光導波路種類を適用して構成することができる。
【００７４】
さらに、上記各実施形態例では、光結合部３は方向性結合部としたが、光結合部をマルチモード光干渉導波路等により形成してもよい。
【００７５】
さらに、上記各実施形態例は、第１、第２の光路１，２を光導波路としたが、第１、第２の光路１，２を使用波長帯域内でシングルモード条件を満たす光ファイバとし、光結合部３は光カプラにより形成してもよい。この場合も、その長さや有効屈折率等は光路を光導波路により形成した場合と同様のパラメータを適用することができる。
【００７６】
さらに、上記各実施形態例では、使用波長帯域を波長１．５５μｍ帯としたが、使用波長帯域は波長１．５５μｍ帯に限定されることはなく適宜設定されるものであり、例えば波長１．６μｍ帯に本発明を適用することもできる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、小型で作製が容易なマッハツェンダ光干渉計回路と、低損失と広帯域化を同時に実現できる光フーリエフィルタ回路を組み合わせて多段構成の光波長合分波器を形成することにより、低損失と広帯域化を同時に実現でき、かつ、小型で波長安定性が良好な安価な光波長合分波器を実現できる。
【００７８】
また、本発明において、光合波機能を有する光波長合分波器の最終段の最も合分波周波数間隔の狭い光合分波回路を光フーリエフィルタ回路としたり、光分波機能を有する光波長合分波器の第１段の最も合分波周波数間隔の狭い光合分波回路を光フーリエフィルタ回路とすることにより、低損失と広帯域化を効率的に実現でき、かつ、小型で波長安定性が良好な光波長合分波器を容易に実現できる。
【００７９】
さらに、本発明において、光フーリエフィルタ回路はＮ＝２またはＮ＝３とした構成によれば、小型で波長安定性が良好な光フーリエフィルタ回路を設けることにより、小型で波長安定性が良好な光波長合分波器を容易に実現できる。
【００８０】
さらに、本発明において、光路を使用波長帯域内でシングルモード条件を満たす光導波路やシングルモード光ファイバにより形成することにより、容易に作製でき、的確に機能する光波長合分波器を形成することができる。
【００８１】
特に、本発明において、光路を光導波路とすると、光波長合分波器をより一層形成しやすい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光波長合分波器の第１実施形態例を平面図により示す要部構成図である。
【図２】光波長合分波器を構成する光合分波回路における光結合部の構成を示す平面説明図である。
【図３】上記第１実施形態例に適用されている光フーリエフィルタ回路の構成を示す平面説明図である。
【図４】上記第１実施形態例の通過スペクトル例を示すグラフである。
【図５】上記第１実施形態例に対する比較例１の構成を示す平面説明図である。
【図６】上記比較例１の通過スペクトル例を示すグラフである。
【図７】上記第１実施形態例に対する比較例２の構成を示す平面説明図である。
【図８】上記比較例２の通過スペクトル例を示すグラフである。
【図９】本発明に係る光波長合分波器の第２実施形態例を平面図により示す要部構成図である。
【図１０】上記第２実施形態例の通過スペクトルをその比較例の通過スペクトルと共に示すグラフである。
【図１１】本発明に係る光波長合分波器の他の実施形態例を平面図により示す説明図である。
【図１２】マッハツェンダ光干渉計回路の平面構成を示す説明図である。
【図１３】マッハツェンダ光干渉計回路をツリー状に複数接続して形成した光波長合分波器の例を示す平面説明図である。
【図１４】光フーリエフィルタ回路をツリー状に複数接続して形成した光波長合分波器の例を示す平面説明図である。
【図１５】光フーリエフィルタ回路の構成例を示す平面説明図である。
【符号の説明】
１第１の光路
２第２の光路
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ光結合部
４，４ａ，４ｂ，４ｃ遅延回路
５マッハツェンダ光干渉計回路
６光フーリエフィルタ回路
７光合分波回路
８光入力部
９光出力部
１１一方
１２他方[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical wavelength multiplexer / demultiplexer used in an optical communication system or the like.
[0002]
[Background]
With the rapid increase in Internet traffic in recent years, the expansion of communication network capacity has become an urgent task, and accordingly, wavelength division multiplexing (WDM) transmission technology has been actively studied. In the wavelength division multiplexing transmission technology, a plurality of optical signals having different wavelengths are multiplexed and transmitted on one optical fiber, so that the transmission capacity can be expanded by the wavelength multiplexing.
[0003]
In order to realize a wavelength multiplexing system with high flexibility and operability, various optical devices are required. Among them, an optical wavelength multiplexer / demultiplexer is one of the optical devices essential for the construction of a wavelength multiplexing system. One. An optical wavelength multiplexer / demultiplexer has, for example, an optical multiplexing function for multiplexing light of a plurality of different wavelengths, and an optical demultiplexing function of demultiplexing light of each wavelength from light having a plurality of different wavelengths. is doing.
[0004]
By the way, recently, the study on the practical application of wavelength multiplexing systems has shifted from long-distance transmissions such as backbone systems to medium- and long-distance transmissions for metros such as between cities and in cities. Costs and transmission costs have also become important issues. Therefore, an optical wavelength multiplexer / demultiplexer having a low loss and a wide transmission band has been eagerly desired.
[0005]
If the optical wavelength multiplexer / demultiplexer used for wavelength division multiplexing transmission is low loss, the transmission distance can be expanded, so the number and grade (amplification factor) of repeaters (optical amplifiers) can be reduced without degrading the transmission quality. Can be expected to be cost effective. In addition, if the transmission band of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer applied to the wavelength division multiplexing transmission is wide, there is a possibility that a controller for controlling the transmission wavelength of the signal light source may be unnecessary, and a cost effect can be expected similarly.
[0006]
Various forms of optical wavelength multiplexer / demultiplexers have been studied, and typical examples include an arrayed waveguide diffraction grating and a Mach-Zehnder optical interferometer circuit. The arrayed waveguide diffraction grating has a great merit in that it can efficiently increase the number of wavelengths, but in principle it has a large loss. In order to flatten the transmission band, a loss of about several dB must be further sacrificed.
[0007]
On the other hand, for example, a Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 as shown in FIG. 12 is a circuit that can be expected to have a low loss. As shown in FIG. 13, a plurality of Mach-Zehnder optical interferometer circuits 5 are connected to form an optical wavelength multiplexer / demultiplexer. It was proposed to compose.
[0008]
In the present specification, the Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 includes a first optical path 1 and a second optical path 2 provided in parallel with the first optical path 1 as shown in FIG. (N + 1) (N = 1) optical coupling units 3 (that is, two optical coupling units 3) in which the first optical path 1 and the second optical path 2 are close to each other are spaced apart from each other in the longitudinal direction of the optical path. The optical multiplexing / demultiplexing circuit 7 formed in the above manner. The coupling rate of the optical coupling unit 3 is represented by η, for example.
[0009]
The lengths of the first optical path and the second optical path sandwiched between the optical coupling parts 3 of the Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 are different from each other, and form a delay circuit 4 as a phase part. The first and second

optical paths

1 and 2 forming the Mach-Zehnder interferometer circuit 5 may be formed by optical waveguides or optical fibers.
[0010]
The optical wavelength multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 13 is provided with one Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 on one side 11 (optical input unit 8 side) of optical input / output, and on the output side of the Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 Two Mach-Zehnder optical interferometer circuits 5 are arranged in parallel, and these parallel Mach-Zehnder optical interferometer circuits 5 and the Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 provided on the optical input unit 8 side are connected in a multi-stage (here, two stages) in a tree shape. Is formed.
[0011]
FIG. 13 shows the optical demultiplexing function of this optical wavelength multiplexer / demultiplexer, introducing wavelength multiplexed light of wavelengths λ1, λ2, λ3, and λ4 from the input unit 8 of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer, Each light output unit 9 outputs light of each wavelength.
[0012]
However, the optical wavelength multiplexer / demultiplexer as shown in the figure can realize a low loss, but has a problem that its transmission band cannot be secured sufficiently.
[0013]
Therefore, as a technique for expanding the transmission band while maintaining the low loss characteristic of the Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5, the Optical Society of Japan Society of Electronics, Information and Communication Engineers Electronics Society C-3-14 has an optical Fourier filter circuit 6 in a tree shape. A connected optical wavelength multiplexer / demultiplexer has been proposed.
[0014]
FIG. 14 shows a configuration example of an optical wavelength multiplexer / demultiplexer in which optical Fourier filters 6 are connected in a tree shape. The configuration shown in FIG. 14 is a Mach-Zehnder in the optical wavelength multiplexer / demultiplexer shown in FIG. This is an optical wavelength multiplexer / demultiplexer in which the optical interferometer circuit 5 is an optical Fourier filter circuit 6.
[0015]
In this specification, the optical Fourier filter circuit 6 has a first optical path 1 and a second optical path 2 provided in parallel with the first optical path 1, as shown in FIG. An optical multiplexing / demultiplexing circuit 7 in which (N + 1) (N is an integer of 2 or more) optical coupling units 3 in which the first optical path 1 and the second optical path 2 are close to each other are formed in the optical path longitudinal direction with an interval therebetween. is there. The optical Fourier filter circuit 6 applied to the optical wavelength multiplexer / demultiplexer shown in FIG. 14 is a circuit with N = 2.
[0016]
The optical Fourier filter circuit 6 has a delay circuit 4 as N phase units sandwiched between optical coupling units 3, and the delay circuit 4 sets the lengths of the first optical path 1 and the second optical path 2 to each other. The length is different. The first and second

optical paths

1 and 2 forming the optical Fourier filter circuit 6 may be formed by optical waveguides or optical fibers.
[0017]
The optical Fourier filter circuit 6 has attracted much attention as a technique that can relatively easily realize a square wave spectrum in which both transmission characteristics and cutoff characteristics are widened. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-234050, C. Huang at el., NFOEC'99, Proc., pp. 311-316 (1999), H. Arai at el., NFOEC'99, Proc., pp. 444-451 (1999), etc. The results of the study are stated.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, as shown in FIG. 14, the optical wavelength multiplexer / demultiplexer in which only the optical Fourier filter circuit 6 is connected in multiple stages can simultaneously realize low loss and wide bandwidth, and is attractive in terms of optical characteristics. This optical wavelength multiplexer / demultiplexer has a problem that the circuit size is significantly larger than that of an optical wavelength multiplexer / demultiplexer in which Mach-Zehnder optical interferometer circuits 5 are connected in multiple stages as shown in FIG. It was.
[0019]
In particular, when an optical waveguide type circuit is formed, the size of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer is an important requirement for determining the number of optical wavelength multiplexer / demultiplexer chips per wafer and is reflected in the chip price. Therefore, in order to realize low cost, it is preferable to make the chip size as small as possible.
[0020]
The delay amount of the delay circuit 4 of the optical Fourier filter circuit 6 (the length of the first optical path 1−the length of the second optical path 2) has regularity, and in general, the absolute value of the minimum delay amount is expressed by ΔL. The absolute value of other delay amounts is ΔL · 2 ^m (M is an integer).
[0021]
For example, when the number N of the delay circuits 4 in the optical Fourier filter circuit 6 is 2, the absolute value of the delay amount of the delay circuit 4 (4a) is ΔL, and the absolute value of the delay amount of the delay circuit 4 (4b) is ΔL · 2 ¹ = 2 · ΔL, for a total of 3 · ΔL. That is, the length of the optical Fourier filter circuit 6 is very long compared to ΔL that is the absolute value of the delay amount of the Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 having one delay circuit 4.
[0022]
In addition, when the absolute value of the delay amount is large as described above, the frequency interval (wavelength interval) of the spectrum that can be realized becomes small, and the influence of the wavelength fluctuation caused by the manufacturing variation on the pass spectrum of the circuit becomes large. Therefore, the optical wavelength multiplexer / demultiplexer in which only the optical Fourier filter circuit 6 is connected in multiple stages has a problem that manufacturing tolerance is lowered and it is difficult to improve the wavelength stability.
[0023]
The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and its purpose is to realize a small and inexpensive optical wavelength multiplexing / demultiplexing that can realize low loss, wide band and good wavelength stability. Is to provide a vessel.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the problems. In other words, the first invention has the first optical path and the second optical path arranged in parallel with the first optical path, and the first optical path and the second optical path are made close to each other (N + 1). ) M optical multiplexing / demultiplexing circuits (N is an integer equal to or larger than 2) in which optical coupling portions (N is an integer equal to or larger than 1) are formed in the longitudinal direction of the optical path with a space between each other, The first optical path and the second optical path sandwiched between adjacent optical coupling portions are formed to have different lengths, and one or more optical multiplexing / demultiplexing circuits are provided on the light input side. One stage optical multiplexing / demultiplexing circuit is provided, and one or more optical multiplexing / demultiplexing circuits are provided on the light output side of the first stage optical multiplexing / demultiplexing circuit to form a second stage optical multiplexing / demultiplexing circuit. Are formed by one or more optical multiplexing / demultiplexing circuits, and a plurality of stages of optical multiplexing / demultiplexing circuits are provided from the optical input side to the optical output side, and the M number of optical multiplexing / demultiplexing circuits are connected. Narrow light demultiplexing most demultiplexing frequency interval of the optical multiplexing and demultiplexing circuit circuit 1 to less than M optical multiplexing / demultiplexing circuits including N is an optical Fourier filter circuit with N ≧ 2, and the remaining optical multiplexing / demultiplexing circuits are Mach-Zehnder optical interferometer circuits with N = 1. Of the plurality of stages of optical multiplexing / demultiplexing circuits, at least one stage of the optical multiplexing / demultiplexing circuit is composed of only a Mach-Zehnder optical interferometer circuit. Constitution To do As a means to solve the problem.
[0025]
In addition to the configuration of the first invention, the second invention has three or more optical multiplexing / demultiplexing circuits, and a plurality of optical multiplexing / demultiplexing circuits are arranged in parallel at least on one side of the optical input / output. Then, the number of optical multiplexing / demultiplexing circuits in each stage is sequentially reduced as it goes to the other side of the optical input / output, and one or more optical multiplexing / demultiplexing circuits are provided on the other side of the optical input / output. The optical multi / demultiplexing circuit is configured as a multi-stage connection in a tree shape to solve the problem.
[0026]
Furthermore, in addition to the configuration of the first or second invention, the third invention further multiplexes the light combined by the first stage optical multiplexing / demultiplexing circuit by the second stage optical multiplexing / demultiplexing circuit. As described above, the optical output of the preceding optical multiplexing / demultiplexing circuit has a function of further multiplexing with the subsequent optical multiplexing / demultiplexing circuit, and the optical multiplexing / demultiplexing with the narrowest frequency interval circuit The final stage of optical multiplexing / demultiplexing circuit At least the optical multiplexing / demultiplexing circuit at the final stage is configured as an optical Fourier filter circuit as means for solving the problem.
[0027]
Further, a fourth invention is the optical multiplexing / demultiplexing of the first stage in addition to the configuration of the first or second invention. circuit Demultiplexed light of the second stage pair of light circuit The optical multiplexing / demultiplexing of the previous stage circuit The optical output of circuit Optical demultiplexing with the narrowest frequency interval circuit 1st stage optical multiplexing / demultiplexing circuit In addition, at least the first-stage optical multiplexing / demultiplexing circuit is configured as an optical Fourier filter circuit as means for solving the problem. Further, the fifth invention is a means for solving the problems with the configuration of the third invention described above, wherein only the final stage optical multiplexing / demultiplexing circuit is an optical Fourier filter circuit. Furthermore, the sixth invention is a means for solving the problems with the configuration of the fourth invention, wherein only the first stage optical multiplexing / demultiplexing circuit is an optical Fourier filter circuit.
[0028]
In addition 7 The invention of the first to the above 6 In addition to the configuration of any one of the inventions, the optical Fourier filter circuit has a configuration in which N = 2 or N = 3 as means for solving the problem.
[0029]
In addition 8 The invention of the first to the above 7 In addition to the configuration of any one of the inventions, the first optical path and the second optical path are means for solving the problem with a configuration in which an optical waveguide satisfying a single mode condition is used within a used wavelength band.
[0030]
In addition 9 The invention of the first to the above 7 In addition to the configuration of any one of the inventions, the first optical path and the second optical path are means for solving the problems with a configuration in which an optical fiber satisfying a single mode condition is used within a used wavelength band.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the present embodiment, the same reference numerals are assigned to the same name portions as those in the conventional example, and the duplicate description is omitted or simplified. FIG. 1 is a plan view of a main part configuration of a first embodiment of an optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present invention.
[0032]
As shown in the figure, the optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present embodiment includes M (M is an integer of 2 or more, here 3) optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 in a tree shape (here). In this case, two stages are connected. Each optical multiplexing / demultiplexing circuit 7 has a first optical path 1 and a second optical path 2 arranged in parallel with the first optical path, and the first optical path 1 and the second optical path 2 are connected to each other. The (N + 1) (N is an integer equal to or greater than 1) optical coupling portions 3 that are close to each other are formed at intervals in the optical path longitudinal direction.
[0033]
The first optical path 1 and the second optical path 2 are optical waveguides that satisfy a single mode condition in a wavelength 1.55 μm band (C-band) that is within a usable wavelength band. Is formed.
[0034]
The optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present embodiment is provided with one or more optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 on the optical input side (optical input unit 8 side) to form a first stage optical multiplexing / demultiplexing circuit 7. One stage of the optical multiplexing / demultiplexing circuit 7 is formed by providing one or more optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 on the optical output side of the optical multiplexing / demultiplexing circuit 7 of the stage to form the optical multiplexing / demultiplexing circuit 7 of the second stage. A plurality of optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 are formed and connected to each other from the optical input side to the optical output side (optical output unit 9 side).
[0035]
In addition, this optical wavelength multiplexer / demultiplexer includes a plurality of optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 arranged in parallel on at least one of the optical input / output sides 11 (here, the optical input unit 8 side). 7, and the number of the optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 in each stage is sequentially decreased toward the other 12 side of the optical input / output (here, the optical output unit 9 side). 1 is formed by providing one or more (here, one) optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 and connecting the optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 in each stage in a tree shape.
[0036]
In this embodiment, one or more of the M optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 and less than M (here, one) optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 are optical Fourier filter circuits 6 in which N ≧ 2, and the rest The optical multiplexing / demultiplexing circuit is a Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 in which N = 1.
[0037]
Further, in this embodiment, two or more (two in this case) optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 are arranged in parallel to form the first stage optical multiplexing / demultiplexing circuit 7, and the optical coupling / demultiplexing of the pair of the first stage. The optical output of the paired optical multiplexing / demultiplexing circuit 7 is further multiplexed by the subsequent optical multiplexing / demultiplexing circuit 7 such that the light multiplexed by the multiplexing circuit 7 is further multiplexed by the second optical multiplexing / demultiplexing circuit 7. It has a function to do. The optical multiplexing / demultiplexing circuit 7 at the final stage is the optical Fourier filter circuit 6. This optical Fourier filter circuit 6 is a circuit of N = 2.
[0038]
The optical coupling unit 3 provided in the optical Fourier filter circuit 6 and the Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 is a direction formed by bringing the optical waveguide forming the first optical path 1 close to the optical waveguide forming the second optical path 2. Sexual coupling part.
[0039]
In this embodiment, a quartz-based glass film is formed on a substrate by using a flame hydrolysis deposition method, and the optical waveguide configuration is produced by using a photolithography process. The cross section of the optical waveguide has a square shape of 8.0 μm × 8.0 μm, and the refractive index of the optical waveguide (core) portion is TiO doped in this optical waveguide portion. ₂ By adjusting the amount of doping, it is formed 0.4% higher than the surrounding quartz glass (cladding).
[0040]
This optical wavelength multiplexer / demultiplexer circuit multiplexes four waves with a frequency interval of 400 GHz (λ1 = 1.48551 μm, λ4 = 1.515172 μm, λ2 = 1.549494 μm, λ3 = 1.55817 μm). This circuit is aimed at realization. The optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present embodiment multiplexes light of wavelengths λ1, λ2, λ3, and λ4 input from each optical input unit 8 and outputs the combined light from the optical output unit 9.
[0041]
The first-stage optical multiplexing / demultiplexing circuit 7 is a Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 (5a, 5b). Each of these Mach-Zehnder optical interferometer circuits 5 (5a, 5b) is a coupling rate η of each optical coupling portion. However, the gap G between the optical waveguides and the coupling portion length shown in FIG. 2 are adjusted so as to be 50% with respect to the wavelength 1.55 μm which is the center wavelength of the used wavelength band 1.55 μm. Is formed.
[0042]
The absolute value ΔL of the delay amount of the delay circuit 4 of the Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 (5a) is 129.3 μm, and the absolute value ΔL of the delay amount of the delay circuit 4 of the Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 (5b) is 129.mu. Each of the Mach-Zehnder optical interferometer circuits (5a, 5b) has a function of multiplexing two wavelengths at intervals of 800 GHz.
[0043]
The coupling ratio of the optical coupling portions (3a, 3b, 3c) of the optical Fourier filter circuit 6 is a value shown below with respect to a wavelength of 1.55 μm which is the center wavelength of the 1.55 μm band that is the used wavelength band. That is, the coupling rate η of the optical coupling portion 3a shown in FIG. ₁ = 50%, coupling rate η of the optical coupling part 3b ₂ = 71%, coupling rate η of optical coupling part 3c ₃ = 9%. In order to obtain these values, the gap G between the optical waveguides and the length of the coupling portion shown in FIG. 2 are adjusted in each of the

optical coupling portions

3a, 3b, and 3c.
[0044]
Furthermore, the absolute value ΔL of the delay amount of the delay circuit 4 (4a, 4b) of the optical Fourier filter circuit 6 ₁ , ΔL ₂ Are 258.6 μm and 515.6 μm, respectively, and ΔL ₂ ΔL ₁ The transmission band can be widened, which is a feature of the optical Fourier filter circuit 6.
[0045]
This embodiment is configured as described above, and its pass spectrum is as shown in FIG. As shown in the figure, the optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present embodiment can realize a sufficiently wide band with respect to the grid wavelength of 400 GHz, and the 0.5 dB bandwidth is 1. It was 9nm. The circuit size (length in the optical path longitudinal direction) of this optical wavelength multiplexer / demultiplexer was 75 mm.
[0046]
[Table 1]

[0047]
In order to clarify the effectiveness of the present embodiment example, as shown in FIG. 5, as Comparative Example 1, 400 GHz-4ch light comprising three Mach-Zehnder optical interferometer circuits 5 connected in two stages. When a wavelength multiplexer / demultiplexer was formed and the pass spectrum of this optical wavelength multiplexer / demultiplexer was measured, it was as shown in FIG.
[0048]
As Comparative Example 2, as shown in FIG. 7, three optical Fourier filter circuits 6 with N = 2 are provided, and these optical Fourier filter circuits 6 are connected in two stages, and the optical wavelength of 400 GHz-4ch. When a multiplexer / demultiplexer was formed and the pass spectrum of this optical wavelength multiplexer / demultiplexer was measured, it was as shown in FIG.
[0049]
In addition, the circuit size and the 0.5 dB bandwidth of the optical wavelength multiplexers / demultiplexers of Comparative Examples 1 and 2 were values as shown in Table 1, respectively. In the circuits of the first embodiment and the comparative examples 1 and 2, the curved portion was formed by an arc having a curvature radius of 18 mm so that radiation loss at the curved portion did not occur.
[0050]
As is clear from Table 1 and FIGS. 4, 6, and 8, the circuit size of Comparative Example 1 is about 25 mm smaller than that of the first embodiment, but Comparative Example 1 has a narrow transmission band derived from the spectrum. The 0.5 dB bandwidth is 1.2 nm, which does not satisfy the demand for wide bandwidth.
[0051]
Comparative Example 2 has a wide transmission band as in the first embodiment, and satisfies the requirement of a wide bandwidth of 0.5 dB bandwidth of 2.0 nm. However, Comparative Example 2 has a circuit size of the first embodiment. It is about 21 mm larger than the form example.
[0052]
On the other hand, the first embodiment has a wide transmission band, a 0.5 dB bandwidth of 1.9 nm, 1.6 times that of Comparative Example 1, and a value of 0.5 nm bandwidth of Comparative Example 2 of 2.0 nm. Compared to Comparative Example 2, the circuit size is about 21 mm smaller.
[0053]
As described above, the first embodiment can simultaneously achieve the low loss and wide bandwidth required for the optical wavelength multiplexer / demultiplexer, and can be a small and inexpensive optical wavelength multiplexer / demultiplexer. It was.
[0054]
FIG. 9 shows a second embodiment of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present invention. In the description of the second embodiment, the same reference numerals are assigned to the same names as those in the first embodiment, and the duplicate description is omitted or simplified.
[0055]
The second embodiment is configured in substantially the same manner as the first embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in that the optical Fourier provided at the final stage is the same. The filter circuit 6 is a circuit of N = 3. That is, in the second embodiment, the optical Fourier filter circuit 6 has four optical coupling units 3 (3a, 3b, 3c, 3d), and three delay circuits 4 (4a, 4b, 4c). is doing.
[0056]
The optical wavelength multiplexer / demultiplexer circuit of the second embodiment multiplexes four waves (λ1 = 1.539777 μm, λ4 = 1.54612 μm, λ2 = 1.55252 μm, λ3 = 1.5898 μm) with a frequency interval of 800 GHz. This circuit is intended to realize 800 GHz-4ch. The optical wavelength multiplexer / demultiplexer of the second embodiment multiplexes light of wavelengths λ1, λ2, λ3, and λ4 input from each optical input unit 8 and outputs the combined light from the optical output unit 9.
[0057]
The first-stage optical multiplexing / demultiplexing circuit 7 is a Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 (5a, 5b). These Mach-Zehnder optical interferometer circuits 5 (5a, 5b) are all connected to the

optical coupling units

3a, 3b. The gap G between the optical waveguides and the coupling portion length shown in FIG. 2 are set so that the coupling rate is 50% with respect to the wavelength of 1.55 μm, which is the center wavelength of the 1.55 μm band that is the used wavelength band. It is formed by adjusting.
[0058]
The absolute value ΔL of the delay amount of the delay circuit 4 of the Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 (5a) is 64.3 μm, and the absolute value ΔL of the delay amount of the delay circuit 4 of the Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 (5b) is 64.6 μm. Yes, the Mach-Zehnder optical interferometer circuits (5a, 5b) each have a function of multiplexing two wavelengths at 1600 GHz intervals.
[0059]
The coupling ratio of the optical coupling portions (3a, 3b, 3c, 3d) of the optical Fourier filter circuit 6 is as follows with respect to a wavelength of 1.55 μm which is the center wavelength of the used wavelength band of 1.55 μm. Value. That is, the coupling rate η of the optical coupling unit 3a ₁ = 50%, coupling rate η of the optical coupling part 3b ₂ = 50%, coupling rate η of the optical coupling part 3c ₃ = 2%, coupling rate η of optical coupling part 3d ₄ = 2%. In order to obtain these values, the gap G between the optical waveguides and the length of the coupling portion shown in FIG. 2 are adjusted in each of the

optical coupling portions

3a, 3b, 3c, and 3d.
[0060]
Absolute value ΔL of the delay amount of the delay circuit 4 (4a, 4b) of the optical Fourier filter circuit 6 ₁ , ΔL ₂ , ΔL ₃ Are respectively 129.1 μm, 258.2 μm, 514.8 μm, and ΔL ₂ ΔL ₁ About twice, ΔL ₂ ΔL ₃ The transmission band can be widened, which is a feature of the optical Fourier filter circuit 6.
[0061]
The present second embodiment is configured as described above, and its pass spectrum is as shown by a circle in FIG. 10, and a sufficiently wide band can be realized with respect to grid wavelengths at intervals of 800 GHz.
[0062]
As a comparative example, the characteristics of a circuit in which all the optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 are formed by the Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 are shown by a characteristic line a in the same figure. The characteristics of the second embodiment are compared with this comparative example. Compared with the above characteristics, the second embodiment can expand the 0.5 dB passband to about 1.5 times that of the comparative example, although the minimum loss almost coincides with that of the comparative example.
[0063]
As described above, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to simultaneously realize the low loss and wide bandwidth required for the optical wavelength multiplexer / demultiplexer in recent years, and it is small and inexpensive. An optical wavelength multiplexer / demultiplexer could be obtained.
[0064]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment example, Various aspects can be taken. For example, in each of the above embodiments, only the final optical multiplexing / demultiplexing circuit 7 is the optical Fourier filter circuit 6 among the optical wavelength multiplexing / demultiplexing units having M (M = 3) optical multiplexing / demultiplexing circuits 7. The optical Fourier filter circuit 6 may be one or more and less than M. For example, when M = 3, two optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 may be used as the optical Fourier filter circuit 6.
[0065]
However, as is clear from the above embodiments, only one optical multiplexing / demultiplexing circuit 7 provided at the final stage of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer functioning as an optical multiplexer is used as the optical Fourier filter circuit 6, so that all Compared with the optical wavelength multiplexer / demultiplexer in which the optical multiplexer / demultiplexer circuit 7 is formed by the Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5, the characteristics of low loss and wide band can be sufficiently exhibited. Further, since the circuit size can be reduced and the wavelength stability can be improved when the number of optical Fourier filter circuits 6 is small, an optical Fourier filter circuit is provided at the final stage of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer functioning as an optical multiplexer. It is preferable to provide it.
[0066]
In the first embodiment, the number (N) of the delay circuits 4 in the optical Fourier filter circuit 6 is two, and in the second embodiment, the number of the delay circuits 4 in the optical Fourier filter circuit 6 is three. However, the number of delay circuits of the optical Fourier filter circuit 6 provided in the optical wavelength multiplexer / demultiplexer of the present invention may be N ≧ 4.
[0067]
However, if N, which is the number of the delay circuits 4 of the optical Fourier filter circuit 6, is 4 or more, the circuit length becomes long and the influence on the manufacturing cost cannot be ignored. Therefore, N = 2 or N = 3 is preferable. .
[0068]
Furthermore, although each said embodiment described the example which multiplexes the light of a several wavelength, only a difference in a usage method is a multiplexer and a splitter, and using the circuit of FIG. 1, FIG. If wavelength multiplexed light is input from the optical output unit 9 described in each embodiment, the wavelength multiplexed light can be demultiplexed, and the same effects as those of the above embodiments can be obtained.
[0069]
In this way, when the optical wavelength multiplexer / demultiplexer is applied for optical demultiplexing, the optical input side is the first stage, and at least the second and subsequent optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 include two or more optical multiplexing / demultiplexing circuits 7. The light of the optical multiplexer / demultiplexer 7 in the preceding stage is formed in parallel, and is further demultiplexed by the optical multiplexer / demultiplexer 7 of the second stage pair. If the output is further demultiplexed by the pair of optical multiplexer / demultiplexers 7 in the subsequent stage, four or more lights can be demultiplexed. If at least the first-stage optical multiplexing / demultiplexing circuit 7 is an optical Fourier filter circuit 6, the same effects as those of the above embodiments can be obtained.
[0070]
Further, each of the above embodiments is configured to have three optical multiplexing / demultiplexing circuits 7, but the number of optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 forming the optical wavelength multiplexing / demultiplexing device of the present invention is not particularly limited. It is set to an appropriate number of 2 or more.
[0071]
FIG. 11 shows an optical wavelength multiplexer / demultiplexer formed by including one Mach-Zehnder optical interferometer circuit 5 and one optical Fourier filter circuit 6 and providing a total of two optical multiplexing / demultiplexing circuits 7. An example of is shown. As described above, the optical wavelength multiplexer / demultiplexer including the two optical multiplexing / demultiplexing circuits 7 functions as an optical wavelength multiplexer / demultiplexer that performs optical multiplexing / demultiplexing of three waves.
[0072]
Further, the first embodiment is a 400 GHz-4ch optical wavelength multiplexer / demultiplexer, and the second embodiment is an 800 GHz-4ch optical wavelength multiplexer / demultiplexer. The frequency interval and the number of channels (number of wavelengths) are not particularly limited, and are appropriately set.
[0073]
Further, in each of the above embodiments, the first and second

optical paths

1 and 2 are optical waveguides, and these optical waveguides are formed by a silica-based optical waveguide formed by using a flame hydrolysis deposition method and a photolithography process. However, the method for producing the optical waveguide and the type of the optical waveguide are not particularly limited and are appropriately set, and the present invention is based on conventional or variously proposed production methods and types of optical waveguides. Can be configured by applying.
[0074]
Further, in each of the above embodiments, the optical coupling unit 3 is a directional coupling unit, but the optical coupling unit may be formed of a multimode optical interference waveguide or the like.
[0075]
Further, in each of the above-described embodiments, the first and second

optical paths

1 and 2 are optical waveguides. However, the first and second

optical paths

1 and 2 are optical fibers that satisfy a single mode condition within the wavelength band used. The optical coupling unit 3 may be formed of an optical coupler. In this case as well, the same parameters as in the case where the optical path is formed by an optical waveguide can be applied to the length, effective refractive index, and the like.
[0076]
Further, in each of the above embodiments, the wavelength band used is the 1.55 μm band, but the wavelength band used is not limited to the wavelength 1.55 μm band, and is set as appropriate. The present invention can also be applied to the 6 μm band.
[0077]
【The invention's effect】
According to the present invention, a multi-stage optical wavelength multiplexer / demultiplexer is formed by combining a Mach-Zehnder optical interferometer circuit that is small and easy to manufacture and an optical Fourier filter circuit that can simultaneously realize low loss and wide bandwidth, An inexpensive optical wavelength multiplexer / demultiplexer that can realize low loss and wide bandwidth at the same time, and that is compact and has good wavelength stability can be realized.
[0078]
In the present invention, the final stage of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer having the optical multiplexing function is provided. Narrowest frequency interval The optical multiplexing / demultiplexing circuit is an optical Fourier filter circuit, or the first stage of an optical wavelength multiplexing / demultiplexing device having an optical demultiplexing function. Narrowest frequency interval By making the optical multiplexing / demultiplexing circuit an optical Fourier filter circuit, it is possible to efficiently realize a low loss and a wide band, and to easily realize a small-sized optical wavelength multiplexing / demultiplexing device with good wavelength stability.
[0079]
Furthermore, in the present invention, the optical Fourier filter circuit has a configuration in which N = 2 or N = 3, and by providing an optical Fourier filter circuit that is small and has good wavelength stability, it is small and has good wavelength stability. An optical wavelength multiplexer / demultiplexer can be easily realized.
[0080]
Furthermore, in the present invention, an optical wavelength multiplexer / demultiplexer that can be easily manufactured and functions accurately is formed by forming an optical path with an optical waveguide or a single mode optical fiber that satisfies a single mode within a used wavelength band. Can do.
[0081]
In particular, in the present invention, when the optical path is an optical waveguide, it is easier to form an optical wavelength multiplexer / demultiplexer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a main part configuration diagram showing a first embodiment of an optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present invention in a plan view.
FIG. 2 is an explanatory plan view showing a configuration of an optical coupling unit in an optical multiplexing / demultiplexing circuit constituting the optical wavelength multiplexer / demultiplexer.
FIG. 3 is an explanatory plan view showing a configuration of an optical Fourier filter circuit applied to the first embodiment.
FIG. 4 is a graph showing an example of a pass spectrum of the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory plan view showing a configuration of a comparative example 1 with respect to the first embodiment.
FIG. 6 is a graph showing an example of a pass spectrum of Comparative Example 1;
7 is an explanatory plan view showing a configuration of a comparative example 2 with respect to the first embodiment. FIG.
FIG. 8 is a graph showing an example of a pass spectrum of Comparative Example 2;
FIG. 9 is a main part configuration diagram showing a second embodiment of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present invention in a plan view.
FIG. 10 is a graph showing the pass spectrum of the second embodiment together with the pass spectrum of the comparative example.
FIG. 11 is an explanatory view showing another embodiment of the optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to the present invention in plan view.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a planar configuration of a Mach-Zehnder optical interferometer circuit.
FIG. 13 is an explanatory plan view showing an example of an optical wavelength multiplexer / demultiplexer formed by connecting a plurality of Mach-Zehnder optical interferometer circuits in a tree shape.
FIG. 14 is an explanatory plan view showing an example of an optical wavelength multiplexer / demultiplexer formed by connecting a plurality of optical Fourier filter circuits in a tree shape.
FIG. 15 is an explanatory plan view showing a configuration example of an optical Fourier filter circuit.
[Explanation of symbols]
1 First optical path
2 Second optical path
3, 3a, 3b, 3c, 3d Optical coupling part
4, 4a, 4b, 4c delay circuit
5 Mach-Zehnder optical interferometer circuit
6 Optical Fourier filter circuit
7 Optical multiplexing / demultiplexing circuit
8 Optical input section
9 Light output section
11 On the other hand
12 On the other hand

Claims

(N + 1) (N is 1 or more) having a first optical path and a second optical path arranged in parallel with the first optical path, and bringing the first optical path and the second optical path close to each other. (Integral) optical coupling parts formed with M optical multiplexing / demultiplexing circuits formed at intervals in the longitudinal direction of the optical path (M is an integer of 2 or more), and adjacent optical coupling parts in each optical multiplexing / demultiplexing circuit The length of the sandwiched first optical path and the second optical path are formed to be different from each other, and one or more optical multiplexing / demultiplexing circuits are provided on the light input side to form a first stage optical multiplexing / demultiplexing circuit, One optical multiplexing / demultiplexing circuit of one stage is formed such that one or more optical multiplexing / demultiplexing circuits are provided on the optical output side of the optical multiplexing / demultiplexing circuit of the first stage to form a second optical multiplexing / demultiplexing circuit. A plurality of stages of optical multiplexing / demultiplexing circuits are formed and connected from the optical input side to the optical output side, and are the most among the M optical multiplexing / demultiplexing circuits. 1 or more M fewer than optical multiplexing and demultiplexing circuit comprising a narrow light multiplexing and demultiplexing circuits demultiplexes frequency interval is set to the optical Fourier filter circuit and N ≧ 2, Mach-Zehnder optical interference remaining optical multiplexing and demultiplexing circuit was N = 1 An optical wavelength multiplexer / demultiplexer, wherein the optical multiplexer / demultiplexer circuit of at least one stage is composed of only a Mach-Zehnder optical interferometer circuit .

There are three or more optical multiplexing / demultiplexing circuits, and a plurality of optical multiplexing / demultiplexing circuits are arranged in parallel on at least one side of the optical input / output, and the optical multiplexing / demultiplexing circuits of each stage are arranged toward the other side of the optical input / output. The number of parallel arrangements is successively reduced, and one or more optical multiplexing / demultiplexing circuits are provided on the other side of the optical input / output, and the optical multiplexing / demultiplexing circuits at each stage are connected in a multi-stage in a tree shape. The optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to 1.

The optical output of the preceding optical multiplexing / demultiplexing circuit is further increased by the subsequent optical multiplexing / demultiplexing circuit such that the light combined by the first optical multiplexing / demultiplexing circuit is further multiplexed by the second optical multiplexing / demultiplexing circuit. The optical multiplexing / demultiplexing circuit having the function of multiplexing and having the narrowest frequency interval of multiplexing / demultiplexing is the final optical multiplexing / demultiplexing circuit, and at least the final optical multiplexing / demultiplexing circuit is the optical Fourier filter circuit. The optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to claim 1 or 2.

As such an optical multiplexing and demultiplexing circuit of the first stage is further demultiplexed light demultiplexed by the optical multiplexing and demultiplexing circuit of the pair of the second stage, further light output of the preceding optical multiplexing and demultiplexing circuit in the subsequent stage of the optical multiplexing and demultiplexing circuit The optical multiplexing / demultiplexing circuit having the function of demultiplexing and having the narrowest multiplexing / demultiplexing frequency interval is a first stage optical multiplexing / demultiplexing circuit, and at least the first stage optical multiplexing / demultiplexing circuit is an optical Fourier filter circuit. The optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to claim 1 or 2, characterized in that

4. The optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to claim 3, wherein only the optical multiplexing / demultiplexing circuit at the final stage is an optical Fourier filter circuit.

5. The optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to claim 4, wherein only the first stage optical multiplexing / demultiplexing circuit is an optical Fourier filter circuit.

7. The optical wavelength multiplexer / demultiplexer according to claim 1, wherein the optical Fourier filter circuit has N = 2 or N = 3.

The optical wavelength multiplexing / demultiplexing according to any one of claims 1 to 7, wherein the first optical path and the second optical path are optical waveguides that satisfy a single mode condition within a used wavelength band. vessel.

The optical wavelength multiplexing / demultiplexing according to any one of claims 1 to 7, wherein the first optical path and the second optical path are optical fibers that satisfy a single mode condition within a used wavelength band. vessel.