JP3863815B2 - 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、波長多重された光信号を合分波する光合分波器に関し、より詳細には、１つ以上の入力導波路と２つ以上の出力導波路とを有する前段の光フィルタの少なくとも２つの出力導波路に、それぞれ１つ以上の光フィルタが多段に接続された光合分波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネットの急速な普及に伴い、光通信システムの大規模化が進められている。その規模の拡大に対応するため、波長分割多重（ＷＤＭ）通信の実現に必要な大規模波長合分波器の開発が進められている。近年では光合分波器の中でも、特に光周波数間隔Δｆで並んだ光信号を偶チャネルと奇チャネルに交互に抜き出す、いわゆるインタリーブ・フィルタが注目されている。なぜならインタリーブ・フィルタをアレイ導波路格子型光合分波器（ＡＷＧ）や誘電体多層膜フィルタなどと組み合わせることにより、チャネル数は増大し、波長間隔は狭くなるので、容易に波長合分波器の大規模化が実現できるからである。
【０００３】
図２８は、インタリーブ・フィルタと波長合分波器の組み合わせによる大規模波長合分波器の構成例を示す図で、図中符号１００は大規模波長合分波器、１０１はインタリーブ・フィルタ、１０２，１０３は波長合分波器を示している。
【０００４】
以下に、従来のインタリーブ・フィルタの一例について説明する。
従来のインタリーブ・フィルタは、マッハツェンダ干渉計が多段に接続されたラティス型構成で実現されていた（例えば、Oguma et al.,"Passband-width broadening design for WDM filter with lattice-form interleave filter and arrayed-waveguide gratings",IEEE Photon.Technol.Lett.,March 2002,Vol.14,No.3,pp.328-330)。従来のラティス型インタリーブ・フィルタの構成を図２９に示す。
【０００５】
入力導波路１２２より入力された信号光は、光カプラ１３０ａにより二分岐され、一方には相対遅延時間１Δτ、他方には相対遅延時間０Δτを与える２本の光遅延導波路１４１，１４０を通過する。遅延を与えられた光は、光カプラ１３０ｂにより合分波され、次に相対遅延時間−２Δτと０Δτを与える２本の光遅延導波路１４３，１４２を通過した後、光カプラ１３０ｃにより合波され、最後に出力導波路１２３，１２４より出力される。ここで光合分岐手段として光カプラが用いられ、それらの分岐比は光カプラ１３０ａが５０％、１３０ｂが３４％、１３０ｃが１２％となるよう設定されている。また、ここで波形の光周波数における周期（ＦＳＲ；自由スペクトルレンジ）が１００ＧＨｚとなるよう、単位遅延時間Δτが１０ｐｓｅｃに設定されている。なお、１２１は入力導波路を示している。
【０００６】
図３０（ａ），（ｂ）は、従来のラティス型インタリーブ・フィルタの出力波形を示す図で、図３０（ａ）は透過特性、図３０（ｂ）は波長分散特性を示す図である。一方の出力導波路１２３から出力される波形は、光が通過する通過域と光が遮断される遮断域が交互に並んでおり、その光周波数における周期ＦＳＲは１００ＧＨｚ（１／Δτ）である。ここで、インタリーブ・フィルタの透過特性は通過域における光の透過率が大きく、遮断域における光の透過率が小さく、矩形の波形であることが望ましい。
【０００７】
他方の出力導波路１２４から出力される波形は、出力導波路１２３から出力される波形と同一形状だが、光周波数が半周期５０ＧＨｚ（１／２Δτ）だけずれている。このような波形を有するインタリーブ・フィルタにチャネル間隔１００ＧＨｚのＡＷＧを２つ組み合わせれば、チャネル間隔５０ＧＨｚの波長合分波器となる。一般に波長合分波器はチャネル間隔が狭くなるほど光遅延導波路に大きな遅延時間を与える必要があるため回路サイズが増大し、作製も困難となる。
【０００８】
しかし、インタリーブ・フィルタを用いれば、チャネル間隔の広い波長合分波器を用いてチャネル間隔の狭い波長合分波器を容易に実現できるという利点がある。また、波長合分波器の透過特性は通過域が平坦でクロストークの低いものが求められているが、インタリーブ・フィルタとＡＷＧを組み合わせることにより波形がより矩形に近づくという効果も付随する。
【０００９】
次に、従来のインタリーブ・フィルタの例について説明する。
近年の光通信システムの高速化に伴い、波長分散の小さい光合分波器が要求されている。その要求を満たすため、波長分散が抑制されたラティス型インタリーブ・フィルタが作製された（例えば、Chiba et al.,"Novel architecture of wavelength interleaving filter with Fourier transform-based MZIs",OFC 2001,Vol.3,pp.WB5-1-3)。
【００１０】
この光合分波器は、図３１に示したように、ラティス型インタリーブ・フィルタ１５０は、同一構造を有する光フィルタＡ，Ｂ，Ｃが多段に接続されている。ラティス型インタリーブ・フィルタ１５０の波長分散の低減は、波長分散特性が入出力ポートの違いにより符号が異なることを利用している。前段の光フィルタＡの２本の出力導波路と後段の光フィルタＢ，Ｃの入力導波路で、互いに接続するポートを適切に設定してやることにより波長分散特性が前段と後段の光フィルタで互いに打ち消しあい、波長分散が±５０ｐｓ／ｎｍから理論的に０ｐｓ／ｎｍに抑制された。またこの構成により光は同一光フィルタを２段通過するため、クロストークも改善された。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のラティス型インタリーブ・フィルタには、以下に述べるような課題があった。
第１に、一般に導波路型光フィルタは作製誤差に敏感であることが知られており、設定通りの透過特性を実現するには光合分岐手段の分岐比や光遅延導波路の位相誤差の調整が必要である。しかし、従来のラティス型インタリーブ・フィルタには２つの出力しかないために、図３１に示すように、光フィルタを多段に接続した場合、前段の光フィルタの透過特性をモニタしながら作製誤差の補正をすることができない。
【００１２】
第２に、従来のラティス型インタリーブ・フィルタは、光遅延導波路が直列多段に接続されている構成であるため、半波長板を用いて偏波依存性を解消するには、各光遅延導波路を半波長板を挿入しなければならなかった。同様に、温度依存性補償材料を用いて光導波路の温度依存性を補償するためには、各光遅延導波路に温度依存性補償材料を挿入しなければならなかった。こうして作業量が増す結果、光フィルタのコストが増大した。また光遅延導波路ごとに各種材料の挿入が必要なため過剰損失が積算し、挿入損失の大きい光合分波器となってしまう。
【００１３】
第３に、従来のラティス型インタリーブ・フィルタで波長分散を低減し、クロストークを改善するには同一構造を有する光フィルタを多段に接続すると効果的であることは述べた。しかしながら、分散を低減するには多段接続する光フィルタ同士で特定の入出力ポート間を接続しなければ分散は低減されず、結果として回路設計が煩雑となる。また、波長分散が低減できるポート間接続は決まった組み合わせしかないため、その制限により設計の自由度が低くなり、光フィルタの小型化が困難となる。
【００１４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光フィルタを多段に接続した場合でも波形のモニタが可能で、半波長板や温度補償材料を低い過剰損失で容易に挿入でき、簡易に波長分散を低減できる光合分波器を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、１つ以上の入力導波路と２つの出力導波路とを有する前段の光フィルタの該２つの出力導波路に、それぞれ、１つ以上の入力導波路と１つ以上の出力導波路とを有する後段の光フィルタが接続された光合分波器において、前記前段の光フィルタは、前記１つ以上の入力導波路と、該入力導波路からの入力光を第１および第２の２つの遅延線群に分岐する入力光分波器と、前記第１および第２の２つの遅延線群に接続され該２つの遅延線群からの光を結合する出力光合波器と、該出力光合波器に接続する前記２つの出力導波路を備え、前記後段の光フィルタは、それぞれ、前記１つ以上の入力導波路と、該入力導波路からの入力光を第３および第４の２つの遅延線群に分岐する入力光分波器と、前記第３および第４の２つの遅延線群に接続され該２つの遅延線群からの光を結合する出力光合波器と、該出力光合波器に接続する前記１つ以上の出力導波路を備え、前記第１および第３の遅延線群は、単位遅延時間の奇数倍となる光遅延経路からなり、前記第２および第４の遅延線群は、単位遅延時間の偶数倍となる光遅延経路からなり、前記遅延線群の前記光遅延経路は、前記入力光分波器の出力と前記出力光合波器の入力とに直接接続された導波路からなるか、または前記入力光分波器の出力に接続された少なくとも１つの光カプラと、該光カプラに接続された少なくとも１つの導波路と、該導波路に接続され、前記出力光合波器の入力に接続された少なくとも１つの光カプラとからなり、前記前段と後段の光フィルタの光遅延経路の数及び最大遅延時間が等しく、前記後段の光フィルタの光遅延経路の最大遅延時間を基準として遅延時間を相対遅延時間−ｍ・Δτ（ｍは０と自然数）で表したとき、前記前段の光フィルタの遅延線群の光遅延経路の相対遅延時間がｍ・Δτで表され、これら相対遅延時間が±ｍ・Δτとなる光遅延経路の各ペアの振幅係数が等しくなるように設定されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記前段の光フィルタの２つの遅延線群のうち、一方の遅延線群のいずれの光遅延経路も、他方の遅延線群のいずれの光遅延経路よりも遅延時間が大きく、かつ前記後段の光フィルタの２つの遅延線群のうち、一方の遅延線群のいずれの光遅延線経路も、他方の遅延線群のいずれの光遅延経路よりも遅延時間が大きいことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記後段の光フィルタの光遅延経路が遅延時間の大きさの順に並ぶように、前記第３の遅延線群の光遅延経路の一部と、前記第４の遅延線群の光遅延経路の一部とを入れ換えたことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３いずれかに記載の発明において、前記光フィルタが１入力Ｍ出力（Ｍは自然数）の光合分波器であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の発明において、前記光合分波器を構成する光フィルタがモニタ導波路を備えていることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかに記載の発明において、前記光合分波器を構成する光フィルタの入力光分波器が分岐比可変の分岐比調整手段であるか、もしくは前記光遅延経路を構成する光遅延導波路に光強度調整手段を備えていることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記分岐比調整手段もしくは光強度調整手段がマッハツェンダ干渉計であることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７いずれかに記載の発明において、前記光合分波器を構成する光フィルタに位相調整手段を有しており、該位相調整手段が薄膜ヒータもしくは光照射であることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８いずれかに記載の発明において、前記光遅延経路を構成する光遅延導波路のほぼ中間の位置に半波長板が挿入されていることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９いずれかに記載の発明において、前記光遅延経路を構成する光遅延導波路に１つもしくは複数の溝が形成されており、該溝に光導波路と異なる屈折率温度依存性を有する材料が挿入されていることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０いずれかに記載の発明において、前記光遅延経路を構成する光遅延導波路が石英系光導波路であることを特徴とする。
【００３１】
このような構成により、本発明の光合分波器は、第１にモニタ導波路を有しているため光フィルタの特性をモニタすることが可能であり、第２に対称性が高く光遅延導波路に並列に並んでいるため半波長板や温度依存性補償材料の挿入が簡易かつ過剰損失が積算されない構造を有しており、第３にそれぞれが異なる波長分散特性を有する複数の光フィルタを接続するため、波長分散を相殺するためのポート間接続の自由度が高く、また光遅延導波路の位相調整を行うことにより入出力導波路を切り替えられる。
【００３２】
したがって、本発明の光合分波器を用いれば、個々の光フィルタの透過特性がモニタ可能で、半波長板や温度補償材料を低い過剰損失で容易に挿入でき、簡易にクロストーク特性の良く、波長分散の低い光合分波器を実現できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、同じ機能を有する光フィルタの構成要素には同じ番号を付してある。
【００３４】
また、以下の実施例ではシリコン基板上に作製された石英系光導波路を用いるとして説明するが（作製例は、Kawachi,M.:`Silica Waveguides on Silicon and Their Application to Integrated-Optic Components',Opt Quantum Electron.,1990,22,pp.391-416)、本発明の光フィルタは光導波路の種類、形状、材料によらず、例えば、積層導波路や光ファイバなどを用いて構成してもよいし、また平面光導波路と光ファイバなど、複数種類の光導波路を組み合わせて構成しても良い。また、以下に述べる各実施形態における光合分波器の構成はほんの一例であり、これらの構成に限定されるものではない。
【００３５】
［第１実施例］
図１は、本発明の光合分波器の第１実施例を示す図である。平面基板１０上に光合分波器を構成する３つの光フィルタ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成されている。図３１に示す従来の多段化の構成法では、Ａ，Ｂ，Ｃは同一構造の光フィルタが用いられていたが、本実施例では、前段の光フィルタ１１ａと、前段とは構造の異なる光フィルタ１１ｂ及び１１ｃが後段に設けられている。
【００３６】
図中符号２１ａ〜２１ｃ、２２ａ〜２２は入力導波路、２３ａ〜２３ｃ、２４ａ〜２４ｃは出力導波路、３０ａ〜３０ｃ、３１ａ〜３１ｃ、３２ａ〜３２ｃ、３３ａ〜３３ｃは光カプラ、４０ａ〜４０ｃ、４１ｂ、４１ｃ、４２ａ、４３ａ〜４３ｃは光遅延導波路を示している。
【００３７】
次に、それぞれの光フィルタについて説明する。
図３は、図１における光フィルタ１１ｂ及び１１ｃを示す図である。この光フィルタを便宜的にＮ型（Ｎｏｒｍａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を呼ぶことにする。Ｎ型の光フィルタは、入力導波路２１，２２と、入力導波路からの光を二分岐する光カプラ３０と、光カプラ３０の一方の出力に接続された光カプラ３２と、光カプラ３０の他方の出力に接続された第２群の光遅延導波路４０と、光カプラ３２の出力に接続された２本の第１群の光遅延導波路４１，４３と、第１群からの光を結合させる光カプラ３３と、光カプラ３３からの出力と光遅延導波路４０を結合する光カプラ３１と、光カプラ３１から光を出力する出力導波路２３，２４より構成されている。また、光カプラ３２と３３の未接続の導波路２５，２６はモニタ導波路として使用することができる。
【００３８】
ここで、第１群の光遅延導波路４３，４１の与える遅延時間は、それぞれ３Δτ，１Δτとなっており、第２群の光遅延導波路４０の与える遅延時間は、０Δτとなっている。また、光カプラ３０の分岐比は０．６、光カプラ３２，３３の分岐比は０．１、そして光カプラ３１の分岐比は０．５となっている。
【００３９】
このように、１つの群の光遅延導波路の最小構成本数は１本であり、それに属する本数は、任意に選び構成することができる。また、図３の光フィルタでは光カプラを上記値に設定したが、これはインタリーブ・フィルタを実現するための分岐比の一例であり、もちろんその他の値でも構わない。
【００４０】
さらに、光カプラ３２と３３の分岐比が等しくなるよう設定したが、これは光フィルタの原理損失を抑えるためであり、もちろん分岐比が異なっていてもかまわない。また、光カプラ３１の分岐比を０．５としたが、これは出力導波路２３，２４からの出力波形の形状を等しくするためであり、もちろんこれ以外の値であっても構わない。
【００４１】
また、具体例では２×２カプラのみを用いたが、これら光カプラはＮ×Ｍカプラ（Ｎ，Ｍの一方は１以上、他方は２以上の自然数）であればよく、また光を合分岐できればどのような種類のものを用いても良い。例えば、方向性結合器を用いてもよいし、Ｘ分岐、Ｙ分岐や、再現性に優れた多モード干渉計光カプラを用いてもよい。
【００４２】
また、マッハツェンダ干渉計の構成を用いた波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）やそれらを組み合わせたカプラ、さらには、図８（ｂ）に示すように、マッハツェンダ干渉計の位相調整器５０，５１として薄膜ヒータを備え、可変分岐比とした光カプラを用いてもよい。これは薄膜ヒータの熱光学効果によりマッハツェンダ干渉計の位相を調整し、分岐比を可変とした光カプラであるが、例えば、光照射や電気光学効果など、その他の手段を位相調整器として用いてもよい。もちろん、これは分岐比可変光カプラの一例であり、その他の構成を用いても構わない。
【００４３】
図４（ａ），（ｂ）は、第１実施例におけるＮ型光フィルタの特性を示す図で、図４（ａ）は透過特性、図４（ｂ）は波長分散特性を示す図である。以下にこれらの特性について説明する。
【００４４】
図４（ａ）は、上述したように、Ｎ型光フィルタ（図３）の透過特性を示す図である。ただし、波形は、光信号を入力導波路２２より入力して出力導波路２３から出力したものを実線、入力導波路２２より入力して出力導波路２４から出力したものを点線で示した。この図４（ａ）からわかるように、透過特性は、光信号が通過する透過域と光信号が遮断される遮断域を交互に有し、周期１００ＧＨｚの波形であることがわかる。これは単位遅延時間Δτが１０ｐｓｅｃとなるよう光遅延導波路の遅延量を設定したためであり、この値を変化させることで任意の周期の波形が得られる。また、図４（ａ）より出力導波路２３，２４より出力された波形は互いに相似で、ちょうど半周期５０ＧＨｚだけずれている様子がわかる。
【００４５】
ここで、図４（ａ）では、実線の波形が相対周波数０の位置で最大通過域、点線の波形が相対周波数０の位置で最大遮断域になるよう設定されているが、もちろん光遅延導波路に遅延時間に対応した波長オーダーの位相変化を与えてやることにより、その中心の位置を任意にずらすことができる。また例えば、光遅延導波路４０の相対遅延量を０Δτから０Δτ±π（πは位相で半周期）に変化させたり、光遅延導波路４１，４３の遅延量をそれぞれ３Δτから３Δτ±π、１Δτから１Δτ±πに変化させれば、出力導波路２３と出力導波路２４の波形を入れ替えることができ、もちろん光導波路に与える位相変化はこれらに限定されるものではない。
【００４６】
また、図４（ａ）の波形は、光信号を入力導波路２２より入力した場合の波形であるが、光カプラ３０の分岐比を０．４（＝１−０．６）に変えれば、入力導波路２１より入力し出力導波路２４から出力する波形は実線、入力導波路２１より入力し出力導波路２３から出力する波形は点線の波形となる。もちろん、先に説明したように光遅延導波路に位相変化を与えてやることにより、波形の中心の位置を任意に設定してやることができる。
【００４７】
図４（ｂ）は、上述したように、Ｎ型光フィルタ（図３）の透過域付近の波長分散特性を示す図である。入力導波路２２より入力して出力導波路２３から出力する波形は実線、入力導波路２２より入力して出力導波路２４から出力する波形は点線の波形となる。このように、この構成の光フィルタの透過特性と波長分散特性は、入力する入力導波路ポートや出力する出力導波路ポートを変えてもその形状は同一で、周波数軸上の位置が異なるだけである。したがって、従来のラティス型インタリーブ・フィルタの多段化のように、互いの入出力導波路間で接続するポートを選択しても波長分散は消せない。
【００４８】
図５は、図１における光フィルタ１１ａを示す図である。この光フィルタを便宜的にＲ型（Ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と呼ぶことにする。Ｒ型光フィルタは、入力導波路２１，２２と、入力導波路からの光を二分岐する光カプラ３０と、光カプラ３０の一方の出力に接続された光カプラ３２と、光カプラ３０の他方の出力に接続された第１群の光遅延導波路４３と、光カプラ３２の出力に接続された２本の第２群の光遅延導波路４０，４２と、第２群からの光を結合させる光カプラ３３と、光カプラ３３からの出力と光遅延導波路４３を結合する光カプラ３１と、光カプラ３１から光を出力する出力導波路２３，２４より構成されている。また、光カプラ３２と３３の未接続の導波路２５，２６はモニタ導波路として使用することができる。
【００４９】
ここで、第１群の光遅延導波路４３の与える遅延時間は、３Δτとなっており、第２群の光遅延導波路４０，４２の与える遅延時間は、それぞれ０Δτ、２Δτとなっている。このように、図５のＲ型の構成では、第１と第２の光遅延導波路群における光遅延導波路の構成は、図３のＮ型の構成とは異なっている。
【００５０】
また、光カプラ３０の分岐比は０．４、光カプラ３２，３３の分岐比は０．１、そして光カプラ３１の分岐比は０．５となっている。そこで例えば、図５に示す光カプラ３０を分岐比可変カプラとし、光カプラ３２，３３を方向性結合器とし、光カプラ３１を多モード干渉計光カプラとしてもよいが、先に説明したようにもちろん光カプラの分岐比は任意の値を取ることができるし、光カプラの種類には依らない。さらに、先に説明したように、それぞれの光遅延導波路に位相変化を与えてやってもよいし、光カプラ３０の分岐比を０．６（＝１−０．４）にして入力導波路２１から入力してもよい。
【００５１】
図６（ａ），（ｂ）は、第１実施例のＲ型光フィルタの特性を示す図で、図６（ａ）は透過特性、図６（ｂ）は波長分散特性を示す図である。以下、以下にこれらの特性について説明する。
【００５２】
図６（ａ）は、上述したように、Ｒ型光フィルタ（図５）の透過特性を示す図である。ただし、波形は、光信号を入力導波路２２より入力して出力導波路２３から出力したものを実線、入力導波路２２より入力して出力導波路２４から出力したものを点線で示した。この図６（ａ）から、透過特性はＮ型光フィルタと同一であることがわかる。しかし、図６（ｂ）に示す波長分散特性は、図４（ｂ）とは一致せず、ちょうど波長分散＝０ｐｓ／ｎｍの軸に対し対称であることがわかる。この波長分散特性は、光を入出力するポートを変化させても周波数軸上の中心の位置が変化するだけで、形状は変わらない。そこで、光信号をＮ型とＲ型の光フィルタそれぞれに等しい回数通してやれば、波長分散特性は互いに打ち消しあい、波長分散の無い光合分波器が実現可能である。
【００５３】
図１に示した本発明の光合分波器は、以上説明したように、Ｎ型とＲ型の光フィルタを組み合わせたものである。光合分波器の前段の光フィルタ１１ａとしてＲ型、後段の光フィルタ１１ｂ，１１ｃとしてＮ型を用いている。そして１１ａの出力導波路２３ａを後段の１１ｂの入力導波路２２ｂと接続し、１１ａの出力導波路２４ａを後段の１１ｃの入力導波路２１ｃと接続している。
【００５４】
もちろん、図１に示した本発明の光合分波器は、ほんの一例にすぎず、例えば、前段にＮ型光フィルタを用い、後段にＲ型光フィルタを用いてもよいし、それ以外の構成であっても構わない。さらに、前段と後段の入出力ポートの接続方法は任意であり、例えば、出力導波路２３ａを２１ｂに接続してもよいし、２４ａを２２ｃに接続してもよい。また、光フィルタを左右反転させて光カプラ３１側を入力側、光カプラ３０側を出力側としても構わない。本発明の光合分波器はここで説明した接続例には限定されず、任意のポート同士をつなぐことができる。
【００５５】
次に、本発明の光合分波器の透過特性及び波長分散特性について説明する。図１に示した前段の光フィルタの透過特性は、
【００５６】
【数１】
【００５７】
と表わすことができる。ここでｒ0，ｒ2，ｒ3（３つとも実数もしくは３つとも虚数）は、ぞれぞれ光遅延導波路４０ａ，４２ａ，４３ａの振幅特性の係数を表す。ただしこれらの値はカプラ分岐比により決定され、結合率γの光カプラの一方から出力した強度を（１−γ）0.5、他方から出力した強度を−ｊ(γ)0.5として定義する。また、後段の光フィルタの透過特性も同様に、
【００５８】
【数２】
【００５９】
と表すことができる。ここで、ｎ0，ｎ1，ｎ3（３つとも実数もしくは３つとも虚数）は、ぞれぞれ光遅延導波路４０ｂ，４１ｂ，４３ｂあるいは４０ｃ，４１ｃ，４３ｃの振幅特性の係数を表す。光フィルタを多段に接続した場合の全体の透過特性は、個々の光フィルタの透過特性の積で表されるので、本発明の光合分波器の透過特性は、
【００６０】
【数３】
【００６１】
となる。ただしＪは任意の係数であり、例えば、ｎ0＝−０．４５ｊ、ｎ1＝−０．５ｊ、ｎ3＝０．０６ｊの場合、−ｊを括弧の外にくくり出すことができるので、ｎ0＝０．４５、ｎ1＝０．５、ｎ3＝−０．０６としてＪ＝−１×ｊに設定すれば数式は等価である。
【００６２】
ここで、前段の光フィルタ１１ａの最大遅延量を基準として遅延時間を相対遅延時間−ｍ・Δτ（ｍは０と自然数）、後段の光フィルタ１１ｂ，１１ｃの遅延時間を＋ｍ・Δτ（ｍは０と自然数）で表した。そこで、これら相対遅延時間が±ｍΔτ（ｍは０か自然数）となる光遅延導波路の振幅係数が概ね等しくなるよう設定したとする。すなわち、ｒ3＝ｎ0、ｒ2＝ｎ1、ｒ0＝ｎ3の場合、上式は、
【００６３】
【数４】
【００６４】
と変形することができる。式（４）より括弧の中はすべて実数となることがわかる。したがって、光フィルタの遅延特性は３Δτとなり、波長に依存しないので波長分散はゼロとなる。
【００６５】
ここで、先ほど設定した条件（ｒ3＝ｎ0、ｒ2＝ｎ1、ｒ0＝ｎ3）を満たす光カプラ分岐比の一例を示す。光フィルタ１１ａの光カプラの分岐比は、光カプラ３０ａを０．４、光カプラ３２ａ，３３ａを０．１、３１ａを０．５とした。また、光フィルタ１１ｂの光カプラの分岐比は、光カプラ３０ｂを０．６、光カプラ３２ｂ，３３ｂを０．１、３１ｂを０．５とした。そして、光フィルタ１１ｃの光カプラの分岐比は、光カプラ３０ｃを０．４、光カプラ３２ｃ，３３ｃを０．１、３１ｃを０．５とした。
【００６６】
このような分岐比を有する光合分波器の入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２３ａ，入力導波路２２ｂを通過した後、出力導波路２３ｂより出力される透過特性の振幅係数は、ｒ3＝ｎ0＝−０．４５ｊ、ｒ2＝ｎ1＝０．５０ｊ、ｒ0＝ｎ3＝０．０６ｊとなり、その周波数依存性を図２ａの実線で示した。
【００６７】
また、入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２４ａ，入力導波路２１ｃを通過した後、出力導波路２３ｃより出力される透過特性の振幅係数は、ｒ3＝ｎ0＝−０．４５、ｒ2＝ｎ1＝０．５０、ｒ0＝ｎ3＝−０．０６となり、その周波数依存性を図２（ａ）の点線で示した。透過特性は１つの光フィルタの特性（図４（ａ）や図６（ａ））に比べクロストークが改善されており、またここで導出したように波長分散特性（図２（ｂ））は確かにゼロとなっていることがわかる。このように光フィルタの多段化により波長分散がゼロになることは個々の光フィルタの波長分散特性からも明らかである。すなわち、図３に示したＮ型光フィルタは、図５に示したＲ型光フィルタと透過特性は同じであるが、波長分散特性は符号が異なり、ちょうど絶対値が同じである。そのため、互いに接続した時に、波長分散は打ち消しあってゼロとなるのである。
【００６８】
もちろん、上記光カプラの分岐比はほんの一例であり、任意の値を取ることができる。また、光信号の入力ポートや出力ポートは任意に選ぶことができるし、先ほど説明したように光フィルタ間の入出力導波路の接続も図１に示した構成に限定されるものではない。また、光フィルタの光遅延導波路に位相変化を与えても良い。例えば、光遅延導波路４３ｂの遅延量を０Δτから０Δτ±π（πは位相で半周期）に変化させた場合、入力導波路２２ｂより入力し、出力導波路２４ｂより出力した場合の振幅係数は、ｎ0＝−０．４５、ｎ1＝−０．５０、ｎ3＝０．０６となる。そこで、式（３）でＪ＝−ｊとして括弧の外に−ｊをくくり出すと、ｒ3＝ｎ0＝−０．４５ｊ、ｒ2＝ｎ1＝−０．５０ｊ、ｒ0＝ｎ3＝０．０６ｊとなるため、入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２３ａ，入力導波路２２ｂを通過した後、出力導波路２４ｂから出力した特性は、図２に示した実線と一致する。もちろんこの例に限定されるものではない。
【００６９】
以上説明したように、本発明の第１実施例の光合分波器は、それぞれが単独でもインタリーブ・フィルタとして機能するＮ型やＲ型の光フィルタを多段に接続し、クロストークを向上させたものである。さらに、本発明で用いたモニタ可能な光フィルタは、従来の多段化の手法のように、同一形状の光フィルタを接続してしまうとクロストークは改善できるが、波長分散は増大してしまう。例えば、Ｎ型構成光フィルタを互いに接続した場合の光合分波器の特性（図７）からわかるように、前段と後段で同一符号の波長分散特性を有するため波長分散は増大していることがわかる。そこで互いに波長分散特性が打ち消しあうよう構成を工夫し、異なる構成のＮ型とＲ型の光フィルタを接続して波長分散の低減も同時に実現したのである。もちろん、図１で説明した光合分波器は本発明の一つの構成例であり、これに限定されるものではない。
【００７０】
［第１実施例の第１変形例］
図８（ａ）は、第１実施例の変形の光合分波器を示す図で、図８（ｂ）は光強度調整手段の一例を示す図である。本構成は、図１の光合分波器の構成に加えて、光遅延導波路に光強度調整手段を有している。本構成の光合分波器は光遅延導波路の光強度を調整することにより式（３）の振幅係数を変化させられるので、光カプラの結合率が製造誤差により設定値からずれたとしても振幅係数の値を補正できる。また、第１実施例で説明した例では、光カプラ３０ａの結合率として分岐比０．４を用いたが、例えば、光カプラの結合率の再現性が高い多モード干渉計光カプラ３０ａとして用いて、光遅延導波路の光強度調整を行うことにより、光振幅係数を設定値に合わせてもよい。
【００７１】
図８（ａ）は、遅延導波路６０ａ，６０ｂ，６０ｃに光強度調整手段が設けられている様子を示す図であるが、もちろんどの光遅延導波路に光強度調整手段を設けてもよいし、複数の光強度調整手段を同一光遅延導波路上に設けてもよい。ここで光強度調整手段として、第１実施例の分岐比可変カプラの例として説明した図８（ｂ）のマッハツェンダ干渉計を用いてもよい。これはマッハツェンダ干渉計の位相調整手段５０，５１を用いて位相を変化させてやることにより透過率が変化することを利用しており、光強度を自由に調整できる。
【００７２】
ここで位相調整変化の手段として薄膜ヒータによる熱光学効果を用いれば位相を精密にかつ信頼性高く調整することができる。もちろん電気光学効果や、レーザ照射などの光照射やその他の手段を用いても構わず、手段には限定されない。
【００７３】
また、光強度調整手段が光フィルタの導波路上にあらかじめら設けられていなくても、光合分波器の作製中や作製後に光照射やその他の手段により光遅延導波路に損失を与えて光強度の調整を実施してもよい。もちろんこれらの手法に限定されるものではない。
【００７４】
また、図９に示すように、光遅延導波路に位相調整手段５０ａ〜５２ｃを備えていてもよい。一般に光フィルタの特性は光カプラの結合率の他に、光遅延導波路の実効的な光路長に大きく依存している。したがって、製造誤差が発生しても光遅延導波路の位相調整を行えば、設計通りの光合分波器が実現できる。また、光フィルタを多段に接続した場合、その波形は前段と後段の光フィルタの光周波数軸上における中心位置により変化する。そこで、位相調整ができれば前段、後段の波形の中心位置を自由に移動させて調整できるようになる。また、その際にモニタ導波路を用いて光遅延導波路の位相をモニタしてもよい。なお、２５ａ〜２５c、２６ａ〜２６ｃはモニタ導波路を示している。
【００７５】
図９に示すように、入出力導波路と同じ端面から入出力できるようにすれば光ファイバと接続しやすいが、もちろんモニタ導波路はどの端面から取り出してもよい。なお、モニタ導波路２５ｃのように光フィルタの導波路と交叉していてもよいし、モニタ導波路２６ａと２２ｃのように互いに交叉していてもよい。さらに、光遅延導波路に、例えば、±πの位相変化を与えてやれば、出力ポートを切り替えられることを第１実施例で既に説明した。そこで位相調整手段を備えておけば、任意の入力ポートから入力し、任意の出力ポートに光を切り替えて、スイッチの機能を有することができる。ここで、位相調整手段に薄膜ヒータによる熱光学効果を用いれば、精密にかつ信頼性高く導波路の位相を調整することができる。
【００７６】
また、位相調整手段を光フィルタに備えていなくても光照射や熱印加、その他の手段により位相調整を実施してもよい。位相調整は、導波路の屈折率を変化させる方法の他に、導波路に応力を与える方法、熱光学効果、電気光学効果を用いてもよく、その手段には依存しない。
【００７７】
また、図１に示した光合分波器を構成する光フィルタは、それぞれ概ね左右対称な構造となっている。そこで図１０に示すように、光フィルタの対称軸の位置に溝７０ａ，７０ｂが設けられ、その溝に光導波路の複屈折軸と４５度の角度を成すよう半波長板７１ａ，７１ｂが挿入されていてもよい。こうすれば光導波路の複屈折の影響が軽減されて、光フィルタの偏波依存性を低減することができる。なお、５３ａ〜５５ｃは位相調整手段を示している。
【００７８】
半波長板は、図１０に示したように、一本の長いものを用いれば簡便であるが、もちろん多数に分割して各光遅延導波路に異なる半波長板を用いても構わないし、材質も限定されない。また、図１０に示すように、偏波依存性を極力低減するため、光遅延導波路の位相調整量が半波長板の左右で概ね等しくなるよう設定してもよいが、もちろん、半波長板の片側のみで位相調整を行っても構わない。半波長板の挿入は、偏波依存性を低減する方法の一例であり、導波路の形状調整、熱印加、応力付与、光照射、レーザ照射等により複屈折を調整する方法や、製造時に複屈折を抑制する方法、その他数多くの方法が報告されており、どのような手段を用いても構わない。
【００７９】
また、図１１に示すように、光遅延導波路に溝７０ａ，７０ｂが設けられ、その溝に光導波路の屈折率温度依存性と異なる温度依存性を有する材料が充填されていてもよい。例えば、大きな負の屈折率温度依存性を持つシリコン樹脂を用いる場合、光遅延導波路の遅延量に対応して充填すれば光遅延導波路の屈折率が温度により変化してもその影響が互いに打ち消しあい、温度無依存の光フィルタが得られる。
【００８０】
ここではシリコーン樹脂を温度補償材料の一例として挙げたが、光導波路と屈折率温度依存性が異なるその他の材料を用いてもよい。また、溝の形状や導波路に対する角度は任意に設定してもよく、例えば、溝を分割して一定幅の長方形溝を設けてもよいし、導波路に対し垂直や斜めに設けられていてもよい。もちろん、本発明の光合分波器はペルチェ素子を用いた温度制御や、異種材料による応力付与など、その他の温度依存性補償法を用いてもよく、もちろんこれらに限定されない。
【００８１】
また、図１１では、位相調整手段５０ａ〜５５ｃ、半波長板７１ａ，７１ｂ、温度補償材料８０ａ〜８３ｃがそれぞれ光遅延導波路４０ａ〜４３ｃに備えられているが、基板上の任意の位置に備えることができる。例えば、分岐比可変光カプラとして図８（ｂ）に示したマッハツェンダ干渉計を使用し、それに位相調整手段、半波長板、温度補償材料、光強度調整手段が備えられていてもよい。
【００８２】
［第１実施例の第２変形例］
光フィルタの小型化は、光部品の高集積化、低コスト化につながるため、重要な検討課題の一つである。第１実施例で示した光合分波器を構成する光フィルタは、第１群の光遅延導波路の与える夫々の遅延量が、第２群の光遅延導波路の与える遅延量よりも大きいので、遅延導波路同士を交叉させなくても図１２（ａ），（ｂ）に示すように、折りたたむことができる。このように折りたたんだ光フィルタを便宜的にＦ型（Ｆｏｌｄｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と呼ぶ。このＦＲ型（Ｆｏｌｄｅｄ ａｎｄ Ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；図１２（ｂ））とＦＮ型（Ｆｏｌｄｅｄ Ｎｏｒｍａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；図１２（ａ））を相互接続し、図１と同じ構成にしたものを図１３に示す。
【００８３】
この第１実施例の第２変形例の光合分波器は、第１実施例の光合分波器と等価な光学特性を有しながら、光フィルタを折りたたんでいるので小型化が実現できている。もちろん、図１３に示したレイアウトはほんの一例であり、これ以外にも様々な配置を取ることができる。また、本実施例の光合分波器は、第１実施例とレイアウトが異なるだけであり、第１実施例や第１実施例の第１変形例で説明したすべての事項を本実施例の光合分波器に当てはめることができる。
【００８４】
［第２実施例］
図１４は、本発明の光合分波器の第２実施例を示す図である。平面基板１０上に３つの光フィルタ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成されている。本実施例の光合分波器も第１実施例と同様に、Ｒ型光フィルタを前段の光フィルタ１１ａに、Ｎ型光フィルタを後段の光フィルタ１１ｂ，１１ｃに有している。ただし、それぞれの光フィルタの第１、第２遅延線群は、第１実施例と異なる構成を採っている。
【００８５】
Ｒ型光フィルタ１１ａは、入力導波路２１ａ，２２ａと、入力導波路２１ａ，２２ａからの光を二分岐する光カプラ３０ａと、光カプラ３０ａの一方の出力に接続された光カプラ３２ａと、光カプラ３０ａの他方の出力に接続された第１群の光遅延導波路４３ａと、光カプラ３２ａの一方の出力に接続された光カプラ３４ａと、光カプラ３２ａの他方の出力に接続された第２群の光遅延導波路４４ａと、光カプラ３４ａに接続された第２群に属する２本の光遅延導波路４２ａ，４０ａと、第２群に属する２本の光遅延導波路４２ａ，４０ａの光を結合させる光カプラ３５ａと、光カプラ３５ａからの出力と第２群の光遅延導波路４４ａを結合する光カプラ３３ａと、光カプラ３３ａの出力と第１群の光遅延導波路４３ａを結合する光カプラ３１ａと、光カプラ３１ａから光を出力する出力導波路２３ａ，２４ａより構成されている。
【００８６】
また、光カプラ３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａの未接続の導波路２５ａ，２６ａ，２７ａ，２８ａはモニタ導波路として使用することができる。ここで、第１群の光遅延導波路４３ａの与える遅延時間は、３Δτ＋πとなっており、第２群の光遅延導波路４０ａ，４２ａ，４４ａの与える遅延時間は、それぞれ０Δτ，２Δτ，４Δτ＋πとなっている。
【００８７】
Ｎ型光フィルタ１１ｂ，１１ｃは、入力導波路２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃと、入力導波路２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃからの光を二分岐する光カプラ３０ｂ，３０ｃと、光カプラ３０ｂ，３０ｃの一方の出力に接続された光カプラ３２ｂ，３２ｃと、光カプラ３０ｂ，３０ｃの他方の出力に接続された第１群の光遅延導波路４１ｂと、光カプラ３２ｂ，３２ｃの一方の出力に接続された光カプラ３４ｂ，３４ｃと、光カプラ３２ｂ，３２ｃの他方の出力に接続された第２群の光遅延導波路４０ｂと、光カプラ３４ｂ，３４ｃに接続された第２群に属する２本の光遅延導波路４２ｂ，４４ｂと、第２群に属する２本の光遅延導波路４２ｂ，４４ｂの光を結合させる光カプラ３５ｂ，３５ｃと、光カプラ３５ｂ，３５ｃからの出力と第２群の光遅延導波路４０ｂを結合する光カプラ３３ｂ，３３ｃと、光カプラ３３ｂ，３３ｃの出力と第１群の光遅延導波路４１ｂを結合する光カプラ３１ｂ，３１ｃと、光カプラ３１ｂ，３１ｃから光を出力する出力導波路２３ｂ，２３ｃ，２４ｂ，２４ｃより構成されている。
【００８８】
また、光カプラ３２ｂ，３２ｃ，３３ｂ，３３ｃ，３４ｂ，３４ｃ，３５ｂ，３５ｃの未接続の導波路２５ｂ，２５ｃ，２６ｂ，２６ｃ，２７ｂ，２７ｃ，２８ｂ，２８ｃはモニタ導波路として使用することができる。ここで、第１群の光遅延導波路４１ｂの与える遅延時間は、１Δτとなっており、第２群の光遅延導波路４０ｂ，４２ｂ，４４ｂの与える遅延時間は、それぞれ０Δτ、２Δτ＋π、４Δτ＋πとなっている。
【００８９】
これらＲ型光フィルタ１１ａは、第１群に１本の光遅延導波路４３ａを有し、第２群に３本の光遅延導波路４０ａ，４２ａ，４４ａを有している。また、Ｎ型光フィルタ１１ｂ，１１ｃは、第１群に１本の光遅延導波路４１ｂを有し、第２群に３本の光遅延導波路４０ｂ，４２ｂ，４４ｂを有している。そして第２群の光遅延導波路は２段階に合分岐しているが、これは光合分岐手段として２×２光カプラを用いたためであり、一般のＮ×Ｍカプラ（Ｎ，Ｍの一方は１以上、他方は２以上の自然数）を用いれば一括して合分岐することが可能である。例えば、光カプラ３２が１×３カプラであれば、光カプラ３２により第２群の３本の光遅延導波路を一括に分岐してもよいし、もちろんその他の組み合わせでもよい。
【００９０】
また、光カプラは、第１実施例で説明したように、どのような種類のものを用いてもよく、マッハツェンダ干渉計の構成を用いたものでもよいし、可変分岐比の光カプラを用いてもよい。さらに、第１実施例の第１変形例で説明したように、光遅延導波路に光強度調整を実施する方法や、光強度調整手段を用いて光カプラの分岐比を調整する方法により、光フィルタの振幅特性を設定してももちろん構わない。
【００９１】
図１４に示すように、本実施例の光合分波器も前段と後段で、第１実施例で説明した光合分波器と同じポート同士を接続した。すなわち、光フィルタ１１ａの一方の出力導波路２３ａが光フィルタ１１ｂの入力導波路２２ｂと接続されており、光フィルタ１１ａのもう一方の出力導波路２４ａが光フィルタ１１ｃの入力導波路２１ｃと接続されている。もちろん本発明の光合分波器の構成法は、図１４に示した構成に限定されず、Ｎ型、Ｒ型光フィルタを任意の位置に置くことができるし、前段と後段の光フィルタ間で導波路を任意に接続できる。また、光遅延導波路に位相変化を与えてやって、入力、出力される導波路のポートをスイッチしてもよい。
【００９２】
さて、次に本発明の本実施例における光合分波器の透過特性及び波長分散特性について説明する。光フィルタの透過特性は振幅特性の係数により決まる。Ｒ型光フィルタの光遅延導波路４０ａ，４２ａ，４４ａ，４３ａの光振幅係数をそれぞれｒ0，ｒ2，ｒ4，ｒ3、Ｎ型光フィルタの光遅延導波路４１ｂ，４０ｂ，４２ｂ，４４ｂあるいは４１ｃ，４０ｃ，４２ｃ，４４ｃの光振幅係数をそれぞれｎ1，ｎ0，ｎ2，ｎ4とする。第１実施例と同様に第２実施例の光合分波器の透過特性を計算し、後段の光フィルタの最大遅延量を基準として遅延時間を相対遅延時間−ｍ・Δτ（ｍは０と自然数）で表し、前段の光フィルタの遅延時間をｍ・Δτで表した。そして相対遅延時間が±ｍΔτとなる光遅延導波路の光振幅係数が概ね等しくなるよう設定したとする。すなわち、ｒ3＝ｎ1、ｒ4＝ｎ0、ｒ2＝ｎ2、ｒ0＝ｎ4の場合、光フィルタの遅延特性は波長依存性を持たないので、波長分散はゼロとなる。
【００９３】
ここで、先ほど設定した条件（ｒ3＝ｎ1、ｒ4＝ｎ0、ｒ2＝ｎ2、ｒ0＝ｎ4）を満たす光カプラ分岐比の一例を示す。光フィルタ１１ａの光カプラの分岐比は、光カプラ３０ａを０．４、光カプラ３１ａを０．５、光カプラ３２ａ，３３ａを０．７、光カプラ３４ａ，３５ａを０．２とした。また、光フィルタ１１ｂの光カプラの分岐比は、光カプラ３０ｂを０．６、光カプラ３１ｂを０．５、光カプラ３２ｂ，３３ｂを０．７、光カプラ３４ｂ，３５ｂを０．２とした。そして、光フィルタ１１ｃの光カプラの分岐比は、光カプラ３０ｃを０．４、光カプラ３１ｃを０．５、光カプラ３２ｃ，３３ｃを０．７、光カプラ３４ｃ，３５ｃを０．２とした。
【００９４】
このような分岐比の光フィルタの入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２３ａ，入力導波路２２ｂを通過した後、出力導波路２３ｂより出力される透過特性の周波数依存性を図１５（ａ）の実線で示した。また、入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２４ａ，入力導波路２１ｃを通過した後、出力導波路２３ｃより出力される透過特性の周波数依存性を図１５（ａ）の点線で示した。また、図１５（ｂ）にその波長分散特性を示すが、確かに波長分散はゼロとなっていることがわかる。
【００９５】
以上述べたように、本実施形態の光合分波器を用いるとクロストーク特性が良く、波長分散の小さいインタリーブ・フィルタが実現可能である。さらに先に説明したように位相調整手段、半波長板、温度補償材料、光強度調整手段が備えられていてもよい。
【００９６】
［第２実施例の第１変形例］
図１６は、本発明の第２実施例で説明したＮ型の光フィルタを示す図である。また、入力導波路２２より光信号を入力し、出力導波路２３より出力される透過特性の周波数依存性を図１７（ａ），（ｂ）の実線で示し、入力導波路２２より光信号を入力し、出力導波路２４より出力される透過特性の周波数依存性を、図１７（ａ），（ｂ）の点線で示す。
【００９７】
光フィルタを小型化するには、第１実施例の第２変形例で示したように、例えば、光フィルタを折りたたんでやればよい。しかし、図１６の光フィルタを単純に折りたたもうとすると両側の遅延量の方が真中に比べて大きいので、光遅延導波路同士が交叉することになる。もちろん、光遅延導波路は交叉してもよいが、交叉させないようにするには、例えば、図１８（ａ），（ｂ）の構成に変形してやればよい。図１８（ａ）はＴＦ型構成の光フィルタの例１、図１８（ｂ）はＴＦ型構成の光フィルタの例２を示している。
【００９８】
図１８（ａ）の光フィルタでは、遅延量１Δτの光遅延導波路４１を遅延量を０Δτの光遅延導波路４０より分岐しており、図１８（ｂ）の光フィルタでは、遅延量１Δτの光遅延導波路４１を遅延量０Δτの光遅延導波路４０と遅延量２Δτ＋πの光遅延導波路４２の間に移している。ここで第１群の光遅延導波路を第２群の光遅延導波路に移動しているので、図１８（ａ），（ｂ）の構成は、光遅延導波路の遅延時間が第１群と第２群に分けられた元のＮ型光フィルタとは異なる。この構成をここで便宜上Ｔ型（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）あるいはＴＦ型（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ａｎｄ Ｆｏｌｄｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と呼ぶことにする。
【００９９】
図１８（ａ）に示すＴＦ型光フィルタは、入力導波路２１，２２と、入力導波路からの光を二分岐する光カプラ３０と、光カプラ３０の出力に接続された光カプラ３２，３４と、光カプラ３２の出力に接続された２本の光遅延導波路４０，４１と、光カプラ３４の出力に接続された２本の光遅延導波路４２，４４と、２本の光遅延導波路４２，４４の光を結合させる光カプラ３５と、２本の光遅延導波路４１，４０の光を結合させる光カプラ３３と、光カプラ３５と３３を結合させる光カプラ３１と、光カプラ３１から光を出力する出力導波路２３，２４より構成されている。また、光カプラ３２，３３，３４，３５の未接続の導波路２５，２６，２７，２８はモニタ導波路として使用することができる。
【０１００】
ここで、光遅延導波路４０，４１，４２，４４の与える遅延時間は、それぞれ０Δτ、１Δτ、２Δτ＋π、４Δτ＋πとなっている。また、光カプラ３０の分岐比は０．３、光カプラ３１の分岐比は０．５、光カプラ３２，３３の分岐比は０．７、光カプラ３４，３５の分岐比は０．２となっている。もちろん、ここで示した光カプラの分岐比はほんの一例であり、自由に設定することができる。また、これまでに説明したように光カプラは任意のものを使用することができるし、光導波路に光強度調整を実施することにより光振幅係数を設定してもよい。
【０１０１】
図１９（ａ），（ｂ）は、Ｔ型光フィルタの透過特性を示す図で、図１９（ａ）は透過特性、図１９（ｂ）は波長分散特性を示している。ただし、波形は、光信号を入力導波路２２より入力して出力導波路２３から出力したものを実線、入力導波路２２より入力して出力導波路２４から出力したものを点線で示した。この図１９（ａ）からわかるように、一方の出力導波路から出力される透過特性は、光信号が通過する透過域と光信号が遮断される遮断域が交互に周期的に繰り返されている。また透過域で損失が低く、遮断域で大きな遮断が得られているので、特性は良好である。しかし、他方の出力導波路から出力される透過特性は、光フィルタとして用いるには不十分である。したがって、実際に図１８（ａ），（ｂ）に示したＴＦ型光フィルタはもはやインタリーブ・フィルタとして充分に機能しない。しかしながら、図１９（ａ），（ｂ）と図１７（ａ），（ｂ）の点線の特性を比較すると両者はほぼ一致していることがわかる。
【０１０２】
そこで、Ｔ型光フィルタで良好な特性が得られる入出力ポートを一つずつ選んで１×１光フィルタとして光を通してやれば、前段の光フィルタとの多段化によりクロストークが改善され、波長分散も低減できる。また、図２１に示すように、多段化すれば、光合分波器全体としてはインタリーブ・フィルタとして機能し、また図１４の構成に比べて小型になる。
【０１０３】
図２０（ａ），（ｂ）は、Ｒ型とＴ型の光フィルタを多段化した図２１の光合分波器の透過特性と波長分散特性を示す図で、図２０（ａ）は透過特性、図２０（ｂ）は波長分散特性を示している。なお、前段と後段における光フィルタの入出力ポート間の接続は、これまでに説明した光合分波器の例と同一にした。ただし、後段には図１８（ａ）のＴＦ型構成の光フィルタを接続するため、光フィルタ１１ｂは出力導波路２４ｂを用いた。なお、光遅延導波路の位相を変化させてやることで出力導波路はこれまで説明してきた出力導波路２３ｂを用いることができる。
【０１０４】
一例として、光遅延導波路４０ｂの遅延量を０Δτから０Δτ＋πに変化させたとすると図１９（ａ），（ｂ）の実線と点線の波形は入れ替わるので、出力導波路２３ｂから出力することができる。光合分波器の入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２３ａ，入力導波路２２ｂを通過した後、出力導波路２４ｂより出力される透過特性の周波数依存性を図２０（ａ）の実線で示した。また、入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２４ａ，入力導波路２１ｃを通過した後、出力導波路２３ｃより出力される透過特性の周波数依存性を図２０（ａ）の点線で示した。また、図２０（ｂ）に波長分散特性を示す。
【０１０５】
このように、本変形例では、第１群と第２群からなる光遅延線群より構成されたインタリーブ・フィルタと、そのインタリーブ・フィルタの一方の出力と透過特性が同じで波長分散特性の符号が逆の、１入力１出力の光フィルタを後段に接続することにより光合分波器を実現している。図１４に示す光合分波器の特性（図１５（ａ），（ｂ））と比較して特性は変わらないことがわかり、本変形の構成により特性を劣化させずに光合分波器の小型化が実現できた。
【０１０６】
もちろん、図２１に示した光合分波器はほんの一例であり、例えば、Ｒ型光フィルタを変形し折りたたんでＴＦ型とし、Ｎ型光フィルタと接続してもよいし、図１８（ａ），（ｂ）のＴ型の構成例に限らず、その他の構成を取ることもできる。また、光フィルタのレイアウトも図２１に示した構成に限定されない。
【０１０７】
［第２実施例の第２変形例］
図２２は、第２実施例の第１変形例の光合分波器（図２１）と、第１実施例の第１変形例で説明した位相調整手段５０ａ〜５３ｃと温度補償材料８０ａ〜８４ｃを組み合わせた光合分波器を示す図である。このように位相調整手段と温度補償材料を備えていれば、作製誤差を補償できるし位相を動的に変化させられ、また温度無依存の光合分波器が実現できる。また、図２２には示さなかったが、未使用のポートをモニタ導波路として取り出して使用しても良い。このように、図２２では本発明の光合分波器に任意の構成を加えてもよいことを示しており、もちろんここで説明したのも一つの構成例である。
【０１０８】
［第３実施例］
図２３は、第３実施例の光合分波器を示す図である。前段の光フィルタ１１ａは、入力導波路２１ａ，２２ａと、入力導波路２１ａ，２２ａからの光を二分岐する光カプラ３０ａと、光カプラ３０ａの出力に接続された光カプラ３２ａと、光カプラ３２ａの出力に接続された２つの光カプラ３４ａ，３６ａと、それら光カプラの出力に接続された４本の光遅延導波路４６ａ，４０ａ，４２ａ，４４ａと、４本の光遅延導波路４６ａ，４０ａ，４２ａ，４４ａを結合する２つの光カプラ３７ａ，３５ａと、光カプラ３７ａ，３５ａを結合する光カプラ３３ａと、光カプラ３３ａと光カプラ３０ａの出力に接続された光遅延導波路４３ａを結合する光カプラ３１ａと、光カプラ３１ａから光を出力する出力導波路２３ａ，２４ａより構成されている。
【０１０９】
ただし、図２３では前段の光フィルタ１１ａに用いているので、各符号にはａを付与した。後段の光フィルタ１１ｂと１１ｃに用いた光フィルタは、マッハツェンダ干渉計であり、光フィルタ１１ａの出力導波路２３ａは、光フィルタ１１ｂの入力導波路２２ｂに接続されており、光フィルタ１１ａの出力導波路２４ａは、光フィルタ１１ｃの入力導波路２１ｃに接続されている。なお、光カプラの未接続の導波路はモニタ導波路として使用してもよい。
【０１１０】
ここで、前段の光フィルタ１１ａの第１群に属する光遅延導波路４３ａの与える遅延時間は、３Δτとなっており、第２群の光遅延導波路４６ａ，４４ａ，４２ａ，４０ａの与える遅延時間は、６Δτ＋π、４Δτ＋π、２Δτ、０Δτとなっている。さらに、後段の光フィルタ１１ｂ，１１ｃの光遅延導波路４１ｂ，４１ｃの与える遅延時間は、１Δτとなっており、光遅延導波路４０ｂ，４０ｃの与える遅延時間は０Δτとなっている。
【０１１１】
これまでに説明してきた光合分波器では、波長分散特性の符号が異なり、絶対値が概ね等しい２つの光フィルタを互いに接続することにより原理的に波長分散をゼロとした。しかし、本実施例の光合分波器を構成する光フィルタは、光遅延導波路の与える平均の遅延時間を基準とした相対遅延時間が、±ｍΔτ（ｍは自然数）となる光遅延導波路の振幅係数が概ね等しくなるよう設定されている。したがって、個々の光フィルタが原理的に波長分散を持たない。本実施例ではそれら原理的に波長分散を持たない光フィルタを多段に接続することにより、光合分波器全体で波長分散がゼロのままクロストークを改善しているという特徴を有する。
【０１１２】
具体的には、第１群と第２群の平均の遅延時間は３Δτであるため、第１群の光遅延導波路４３ａの与える相対遅延時間は、０Δτとなり、第２群の光遅延導波路４６ａ，４４ａ，４２ａ，４０ａの与える相対遅延時間は、３Δτ＋π、１Δτ＋π、−１Δτ、−３Δτとなっている。そして僅かな位相変化量は無視して、±３Δτの相対遅延量を有する第２群の光遅延導波路４６ａと４０ａの光振幅係数を概ね等しく、±１Δτの相対遅延量を有する第２群の光遅延導波路４４ａと４２ａの光振幅係数を概ね等しく設定すればよい。
【０１１３】
光フィルタを構成する光カプラの分岐比の例として、図２３で光カプラ３０ａの分岐比を０．６、光カプラ３１ａの分岐比を０．５、光カプラ３２ａ，３３ａの分岐比を０．１、光カプラ３４ａ，３５ａ，３６ａ，３７ａの分岐比を０．５とし、また、光カプラ３０ｂ，３１ｂ，３０ｃ，３１ｃの分岐比を０．５としてもよい。もちろん、これはインタリーブ・フィルタを実現するための分岐比の一例である。さらに、図２３に示した構成は本実施形態の一つの構成例であり、その他、光遅延導波路の本数、構成、遅延量、光カプラの分岐比、種類なども自由に設定できる。
【０１１４】
以上の設定値を有する光合分波器の透過特性と波長分散特性を、図２４（ａ），（ｂ）に示す。光合分波器の入力導波路２２ａより光信号を入力し、２３ａ，２２ｂを通過した後、出力導波路２３ｂより出力される透過特性の周波数依存性を実線で示した。また、入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２４ａ，入力導波路２１ｃを通過した後、出力導波路２３ｃより出力される透過特性の周波数依存性を点線で示した。確かに光合分波器のクロストークは改善しており、波長分散もゼロになっている。
【０１１５】
もちろん、本構成の光合分波器に、先に説明した位相調整手段、半波長板、温度補償材料、光強度調整手段が備えられていてもよいし、それ以外の構成を有していてもよい。また折りたたんでレイアウトしてももちろん構わない。
【０１１６】
［第４実施例］
図２５は、第４実施例の光合分波器を示す図である。前段の光フィルタ１１ａは、入力導波路２１ａ，２２ａと、入力導波路２１ａ，２２ａからの光を二分岐する光カプラ３０ａと、光カプラ３０ａの出力に接続された光カプラ３２ａと、光カプラ３２ａの出力に接続された光カプラ３４ａと、光カプラ３４ａの出力に接続された２本の光遅延導波路４３ａ，４５ａと、２本の光遅延導波路４３ａ，４５ａを結合する光カプラ３５ａと、光カプラ３５ａと光カプラ３２ａの出力に接続された光遅延導波路４１ａを結合する光カプラ３３ａと、光カプラ３３ａと光カプラ３０ａの出力に接続された光遅延導波路４０ａを結合する光カプラ３１ａと、光カプラ３１ａから光を出力する出力導波路２３ａ，２４ａより構成されている。
【０１１７】
ただし、図２５では前段の光フィルタ１１ａに用いているので、各符号にはａを付与した。後段の光フィルタ１１ｂ，１１ｃは、第１実施例の第２変形例で説明した図１２（ｂ）のＦＲ型光フィルタである。光フィルタ１１ａの出力導波路２３ａは、光フィルタ１１ｂの入力導波路２２ｂに接続されており、光フィルタ１１ａの出力導波路２４ａは、光フィルタ１１ｃの入力導波路２１ｃに接続されている。なお、光カプラの未接続の導波路はモニタ導波路として使用してもよい。
【０１１８】
ここで、前段の光フィルタ１１ａの第１群に属する光遅延導波路４１ａ，４３ａ，４５ａの与える遅延時間は、それぞれ１Δτ，３Δτ，５Δτとなっており、第２群の光遅延導波路４０ａの与える遅延時間は０Δτとなっている。さらに、後段の光フィルタ１１ｂ，１１ｃの第１群の光遅延導波路４３ｂ，４３ｃの与える遅延時間は、３Δτとなっており、第２群の光遅延導波路４０ｂ，４０ｃと４２ｂ，４２ｃの与える遅延時間は、それぞれ０Δτ、２Δτとなっている。
【０１１９】
また、光合分波器を構成する光カプラの分岐比の一例として、光カプラ３０ａの分岐比を０．６、光カプラ３１ａの分岐比を０．５、光カプラ３２ａ，３３ａの分岐比を０．２、光カプラ３４ａ，３５ａの分岐比を０．１、そして光カプラ３０ｂの分岐比を０．６、光カプラ３１ｂの分岐比を０．５、光カプラ３２ｂ，３３ｂの分岐比を０．１、さらに、光カプラ３０ｃの分岐比を０．４、光カプラ３１ｃの分岐比を０．５、光カプラ３２ｃ，３３ｃの分岐比を０．１に設定した。もちろん、これはインタリーブ・フィルタを実現するための分岐比の一例である。
【０１２０】
また、これまでのように入力導波路２２ａより光信号を入力し、一方は、出力導波路２３ａ，入力導波路２２ｂを通過した後、出力導波路２３ｂより出力される特性を用い、他方は、出力導波路２４ａ，入力導波路２１ｃを通過した後、出力導波路２３ｃより出力される透過特性を用いてもよいが、その他のポートを用いても良い。さらに、図２５に示した構成は本実施例の一つの構成例であり、その他、光遅延導波路の本数、構成、遅延量、光カプラの分岐比、種類なども自由に設定できる。
【０１２１】
まず、前段の光フィルタ単独の透過特性と波長分散特性を図２６（ａ），（ｂ）に示す。入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２３ａより出力される特性の周波数依存性を実線で示し、入力導波路２２ａより光出力を入力し、出力導波路２４ａより出力される特性の周波数依存性を点線で示した。図２６（ｂ）の波長分散特性は、後段の光フィルタの波長分散特性（図２６（ｂ））と絶対値が異なる逆の波長依存性を有する。したがって、波長分散特性は、図２７（ｂ）に示したように、部分的に打ち消しあい、波長分散が小さくなっていることがわかる。反対に、従来のように前段に図２５に示したＮ型光フィルタ１１ａを用い、後段に図５に示したＲ型光フィルタの代わりに、図３に示したＮ型光フィルタを使用した場合は、図２７（ｃ）のように波長分散が重なり強め合ってしまう。
【０１２２】
本実施例で示した光合分波器は、これまで第１、第２実施例で説明した光合分波器と異なり、波長分散は残っている。これは、互いに接続する光フィルタ間では光遅延導波路の本数が異なるため、相対遅延時間の絶対値が概ね等しい光遅延導波路同士の光振幅係数を概ね一致させ、打ち消し合うことができないからである。近年の通信速度の高速化に伴い、光信号の劣化を防ぐため光合分波器の波長分散を限りなく小さくすることが重要である。しかし、波長分散が問題にならないような通信速度を用いる場合や、元々波長分散が小さい広チャネル間隔のを光合分波器を実現するには必ずしも波長分散を極限的に低減する必要はない。そこで、本実施例のように、波長分散が完全にゼロにはならなくとも、小さく抑えられるよう光フィルタを互いに接続すれば、クロストークを改善し、同時に波長分散を低減することができる。
【０１２３】
もちろん、本構成の光合分波器に、これまでに説明した位相調整手段、半波長板、温度補償材料、光強度調整手段が備えられてもいてもよいし、それ以外の構成を有していてもよい。
【０１２４】
［その他の実施例］
以上、各実施例で説明した光合分波器は、前段の光フィルタの２つの出力導波路にそれぞれ１つずつ光フィルタを接続した構成であったが、もちろん多段化する光フィルタの数は自由に設定でき、後段に２段以上直列に接続してもよいし、前段の光フィルタに３つ以上光フィルタを並列に接続してもよい。また、後段の一方と後段の他方で異なる段数だけ光フィルタを接続してもよい。また、各光フィルタの光遅延導波路本数は任意である。
【０１２５】
また、上述した実施例では、光合分波器として１入力、２出力のインタリーブ・フィルタを構成したが、例えば、前段と後段に１入力２出力の光フィルタを配置し、前段と後段の光フィルタとで単位遅延時間Δτが２倍異なるよう設定し、出力される波形が１／４周期ずれるよう後段の光フィルタの中心波長を設定してやれば１入力４出力の光合分波器が実現できる。もちろん、これはほんの一例であり、任意のＮ×Ｍ光合分波器を構成してもよい。
【０１２６】
また、各実施例では、光遅延導波路が並列に並んでいる光フィルタのみを用いたが、例えば、光合分波器を構成する光フィルタの１つとして部分的に従来のラティス型フィルタを使用してもよいし、その他の光フィルタを使用してもよい。
【０１２７】
また、各実施例で説明した光合分波器は、同一基板上に配置されていたが、例えば、異なる基板上の光フィルタ同士が直接接続されていても、光ファイバを介して接続されていてもよい。もちろんその他の方法で接続されていてもよい。さらに、光フィルタと同一基板上に、ＡＷＧなどの波長合分波器が作製されていてもよく、また光フィルタと接続されていてもよい。もちろん、異なる基板上に作製され、それらが接続されていてもよい。さらに波長合分波器以外の光部品が同一基板上に作製されていても、異なる部品として接続されていてもよい。
【０１２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、本発明の光合分波器は、光合分波器を構成する光フィルタの特性をモニタすることが可能であり、また、半波長板や温度依存性無償材料の挿入により容易に偏波依存性と温度依存性を低減でき、また、波長分散特性が抑制される構造を有しており、また、光振幅係数調整手段や位相調整手段を備えることで作製誤差を補償できる。したがって、本発明によりクロストークが良好かつ波長分散の小さい光合分波器を低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光合分波器の第１実施例を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例における光合分波器の透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例におけるＮ型構成の光フィルタを示す図である。
【図４】本発明の第１実施例におけるＮ型構成の光フィルタの透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例におけるＲ型構成の光フィルタを示す図である。
【図６】本発明の第１実施例におけるＲ型構成の光フィルタの透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図７】本発明の第１実施例において、Ｎ型構成の光フィルタ同士を２段接続した場合の透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図８】（ａ）は第１実施例の第１変形例における光合分波器、（ｂ）は光強度調整手段の例を示す図である。
【図９】本発明の第１実施例の第１変形例における光合分波器を示す図である。
【図１０】本発明の第１実施例の第１変形例における光合分波器を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施例の第１変形例における光合分波器を示す図である。
【図１２】本発明の第１実施例の第２変形例における光合分波器の光フィルタを示す図で、（ａ）はＦＮ型構成の光フィルタ、（ｂ）はＦＲ型構成の光フィルタを示す図である。
【図１３】本発明の第１実施例の第２変形例における光合分波器を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施例における光合分波器を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施例における光合分波器の透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図１６】本発明の第２実施例におけるＮ型構成の光フィルタを示す図である。
【図１７】本発明の第２実施例におけるＮ型構成のフィルタの透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図１８】本発明の第２実施例の第１変形例における光フィルタを示す図で、（ａ）はＴＦ型構成の光フィルタの例１、（ｂ）はＴＦ型構成の光フィルタの例２を示す図である。
【図１９】本発明の第２実施例の第１変形例におけるＴ型構成の光フィルタの透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図２０】本発明の第２実施例の第１変形例における光合分波器の透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図２１】本発明の第２実施例の第１変形例における光合分波器を示す図である。
【図２２】本発明の第２実施例の第２変形例における光合分波器を示す図である。
【図２３】本発明の第３実施例における光合分波器を示す図である。
【図２４】本発明の第３実施例における光合分波器の透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図２５】本発明の第４実施例における光合分波器を示す図である。
【図２６】本発明の第４実施例における光合分波器の前段に用いた、Ｎ型構成のフィルタの透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図２７】本発明の第４実施例における光合分波器の透過特性と波長分散が低減する構成の波長分散特性と波長分散が増大する構成の波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散が低減する構成の波長分散特性、（ｃ）は波長分散が増大する構成の波長分散特性を示す図である。
【図２８】インタリーブ・フィルタと波長合分波器の組み合せによる大規模波長合分波器の構成例を示す図である。
【図２９】従来のラティス型インタリーブ・フィルタの構成を示す図である。
【図３０】従来のラティス型インタリーブ・フィルタの透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図３１】従来のラティス型インタリーブ・フィルタの多段化の方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 基板
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 光合分波器を構成する光フィルタ
２１，２１ａ〜２１ｃ，２２，２２ａ〜２２ｃ 入力導波路
２３，２３ａ〜２３ｃ，２４，２４ａ〜２４ｃ 出力導波路
２５，２５ａ〜２５ｃ，２６，２６ａ〜２６ｃ，２７，２７ａ〜２７ｃ，２８，２８ａ〜２８ｃ モニタ導波路
３０、３０ａ〜３０ｃ，３１，３１ａ〜３１ｃ，３２，３２ａ〜３２ｃ，３３，３３ａ〜３３ｃ，３４，３４ａ〜３４ｃ，３５，３５ａ〜３５ｃ 光カプラ
４０，４０ａ〜４０ｃ，４１，４１ａ〜４１ｃ，４２，４２ａ〜４２ｃ，４３，４３ａ〜４３ｃ，４４，４４ａ〜４４ｃ，４５ａ，４６ａ 光遅延導波路
５０，５０ａ〜５０ｃ，５１，５１ａ〜５１ｃ，５２ａ〜５２ｃ，５３ａ〜５３ｃ，５４ａ〜５４ｃ，５５，５５ａ〜５５ｃ， 位相調整手段
６０ａ〜６０ｃ 光強度調整手段
７０ａ〜７０ｂ 半波長板挿入溝
７１ａ〜７１ｂ 半波長板
８０ａ〜８０ｃ，８１ａ〜８１ｃ，８２ａ〜８２ｃ，８３ａ〜８３ｃ，８４ａ〜８４ｃ， 温度補償材料
１００，１０２，１０３ 波長合分波器
１０１ インタリーブ・フィルタ
１１０ 基板
１２１，１２２ 入力導波路
１２３，１２４ 出力導波路
１３０ａ〜１３０ｃ 光カプラ
１４０〜１４３ 光遅延導波路
１５０ インタリーブ・フィルタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重された光信号を合分波する光合分波器に関し、より詳細には、１つ以上の入力導波路と２つ以上の出力導波路とを有する前段の光フィルタの少なくとも２つの出力導波路に、それぞれ１つ以上の光フィルタが多段に接続された光合分波器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネットの急速な普及に伴い、光通信システムの大規模化が進められている。その規模の拡大に対応するため、波長分割多重（ＷＤＭ）通信の実現に必要な大規模波長合分波器の開発が進められている。近年では光合分波器の中でも、特に光周波数間隔Δｆで並んだ光信号を偶チャネルと奇チャネルに交互に抜き出す、いわゆるインタリーブ・フィルタが注目されている。なぜならインタリーブ・フィルタをアレイ導波路格子型光合分波器（ＡＷＧ）や誘電体多層膜フィルタなどと組み合わせることにより、チャネル数は増大し、波長間隔は狭くなるので、容易に波長合分波器の大規模化が実現できるからである。
【０００３】
図２８は、インタリーブ・フィルタと波長合分波器の組み合わせによる大規模波長合分波器の構成例を示す図で、図中符号１００は大規模波長合分波器、１０１はインタリーブ・フィルタ、１０２，１０３は波長合分波器を示している。
【０００４】
以下に、従来のインタリーブ・フィルタの一例について説明する。
従来のインタリーブ・フィルタは、マッハツェンダ干渉計が多段に接続されたラティス型構成で実現されていた（例えば、Oguma et al.,"Passband-width broadening design for WDM filter with lattice-form interleave filter and arrayed-waveguide gratings",IEEE Photon.Technol.Lett.,March 2002,Vol.14,No.3,pp.328-330)。従来のラティス型インタリーブ・フィルタの構成を図２９に示す。
【０００５】
入力導波路１２２より入力された信号光は、光カプラ１３０ａにより二分岐され、一方には相対遅延時間１Δτ、他方には相対遅延時間０Δτを与える２本の光遅延導波路１４１，１４０を通過する。遅延を与えられた光は、光カプラ１３０ｂにより合分波され、次に相対遅延時間−２Δτと０Δτを与える２本の光遅延導波路１４３，１４２を通過した後、光カプラ１３０ｃにより合波され、最後に出力導波路１２３，１２４より出力される。ここで光合分岐手段として光カプラが用いられ、それらの分岐比は光カプラ１３０ａが５０％、１３０ｂが３４％、１３０ｃが１２％となるよう設定されている。また、ここで波形の光周波数における周期（ＦＳＲ；自由スペクトルレンジ）が１００ＧＨｚとなるよう、単位遅延時間Δτが１０ｐｓｅｃに設定されている。なお、１２１は入力導波路を示している。
【０００６】
図３０（ａ），（ｂ）は、従来のラティス型インタリーブ・フィルタの出力波形を示す図で、図３０（ａ）は透過特性、図３０（ｂ）は波長分散特性を示す図である。一方の出力導波路１２３から出力される波形は、光が通過する通過域と光が遮断される遮断域が交互に並んでおり、その光周波数における周期ＦＳＲは１００ＧＨｚ（１／Δτ）である。ここで、インタリーブ・フィルタの透過特性は通過域における光の透過率が大きく、遮断域における光の透過率が小さく、矩形の波形であることが望ましい。
【０００７】
他方の出力導波路１２４から出力される波形は、出力導波路１２３から出力される波形と同一形状だが、光周波数が半周期５０ＧＨｚ（１／２Δτ）だけずれている。このような波形を有するインタリーブ・フィルタにチャネル間隔１００ＧＨｚのＡＷＧを２つ組み合わせれば、チャネル間隔５０ＧＨｚの波長合分波器となる。一般に波長合分波器はチャネル間隔が狭くなるほど光遅延導波路に大きな遅延時間を与える必要があるため回路サイズが増大し、作製も困難となる。
【０００８】
しかし、インタリーブ・フィルタを用いれば、チャネル間隔の広い波長合分波器を用いてチャネル間隔の狭い波長合分波器を容易に実現できるという利点がある。また、波長合分波器の透過特性は通過域が平坦でクロストークの低いものが求められているが、インタリーブ・フィルタとＡＷＧを組み合わせることにより波形がより矩形に近づくという効果も付随する。
【０００９】
次に、従来のインタリーブ・フィルタの例について説明する。
近年の光通信システムの高速化に伴い、波長分散の小さい光合分波器が要求されている。その要求を満たすため、波長分散が抑制されたラティス型インタリーブ・フィルタが作製された（例えば、Chiba et al.,"Novel architecture of wavelength interleaving filter with Fourier transform-based MZIs",OFC 2001,Vol.3,pp.WB5-1-3)。
【００１０】
この光合分波器は、図３１に示したように、ラティス型インタリーブ・フィルタ１５０は、同一構造を有する光フィルタＡ，Ｂ，Ｃが多段に接続されている。ラティス型インタリーブ・フィルタ１５０の波長分散の低減は、波長分散特性が入出力ポートの違いにより符号が異なることを利用している。前段の光フィルタＡの２本の出力導波路と後段の光フィルタＢ，Ｃの入力導波路で、互いに接続するポートを適切に設定してやることにより波長分散特性が前段と後段の光フィルタで互いに打ち消しあい、波長分散が±５０ｐｓ／ｎｍから理論的に０ｐｓ／ｎｍに抑制された。またこの構成により光は同一光フィルタを２段通過するため、クロストークも改善された。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のラティス型インタリーブ・フィルタには、以下に述べるような課題があった。
第１に、一般に導波路型光フィルタは作製誤差に敏感であることが知られており、設定通りの透過特性を実現するには光合分岐手段の分岐比や光遅延導波路の位相誤差の調整が必要である。しかし、従来のラティス型インタリーブ・フィルタには２つの出力しかないために、図３１に示すように、光フィルタを多段に接続した場合、前段の光フィルタの透過特性をモニタしながら作製誤差の補正をすることができない。
【００１２】
第２に、従来のラティス型インタリーブ・フィルタは、光遅延導波路が直列多段に接続されている構成であるため、半波長板を用いて偏波依存性を解消するには、各光遅延導波路を半波長板を挿入しなければならなかった。同様に、温度依存性補償材料を用いて光導波路の温度依存性を補償するためには、各光遅延導波路に温度依存性補償材料を挿入しなければならなかった。こうして作業量が増す結果、光フィルタのコストが増大した。また光遅延導波路ごとに各種材料の挿入が必要なため過剰損失が積算し、挿入損失の大きい光合分波器となってしまう。
【００１３】
第３に、従来のラティス型インタリーブ・フィルタで波長分散を低減し、クロストークを改善するには同一構造を有する光フィルタを多段に接続すると効果的であることは述べた。しかしながら、分散を低減するには多段接続する光フィルタ同士で特定の入出力ポート間を接続しなければ分散は低減されず、結果として回路設計が煩雑となる。また、波長分散が低減できるポート間接続は決まった組み合わせしかないため、その制限により設計の自由度が低くなり、光フィルタの小型化が困難となる。
【００１４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光フィルタを多段に接続した場合でも波形のモニタが可能で、半波長板や温度補償材料を低い過剰損失で容易に挿入でき、簡易に波長分散を低減できる光合分波器を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、１つ以上の入力導波路と２つの出力導波路とを有する前段の光フィルタの該２つの出力導波路に、それぞれ、１つ以上の入力導波路と１つ以上の出力導波路とを有する後段の光フィルタが接続された光合分波器において、前記前段の光フィルタは、前記１つ以上の入力導波路と、該入力導波路からの入力光を第１および第２の２つの遅延線群に分岐する入力光分波器と、前記第１および第２の２つの遅延線群に接続され該２つの遅延線群からの光を結合する出力光合波器と、該出力光合波器に接続する前記２つの出力導波路を備え、前記後段の光フィルタは、それぞれ、前記１つ以上の入力導波路と、該入力導波路からの入力光を第３および第４の２つの遅延線群に分岐する入力光分波器と、前記第３および第４の２つの遅延線群に接続され該２つの遅延線群からの光を結合する出力光合波器と、該出力光合波器に接続する前記１つ以上の出力導波路を備え、前記第１および第３の遅延線群は、単位遅延時間の奇数倍となる光遅延経路からなり、前記第２および第４の遅延線群は、単位遅延時間の偶数倍となる光遅延経路からなり、前記遅延線群の前記光遅延経路は、前記入力光分波器の出力と前記出力光合波器の入力とに直接接続された導波路からなるか、または前記入力光分波器の出力に接続された少なくとも１つの光カプラと、該光カプラに接続された少なくとも１つの導波路と、該導波路に接続され、前記出力光合波器の入力に接続された少なくとも１つの光カプラとからなり、前記前段と後段の光フィルタの光遅延経路の数及び最大遅延時間が等しく、前記後段の光フィルタの光遅延経路の最大遅延時間を基準として遅延時間を相対遅延時間−ｍ・Δτ（ｍは０と自然数）で表したとき、前記前段の光フィルタの遅延線群の光遅延経路の相対遅延時間がｍ・Δτで表され、これら相対遅延時間が±ｍ・Δτとなる光遅延経路の各ペアの振幅係数が等しくなるように設定されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記前段の光フィルタの２つの遅延線群のうち、一方の遅延線群のいずれの光遅延経路も、他方の遅延線群のいずれの光遅延経路よりも遅延時間が大きく、かつ前記後段の光フィルタの２つの遅延線群のうち、一方の遅延線群のいずれの光遅延線経路も、他方の遅延線群のいずれの光遅延経路よりも遅延時間が大きいことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記後段の光フィルタの光遅延経路が遅延時間の大きさの順に並ぶように、前記第３の遅延線群の光遅延経路の一部と、前記第４の遅延線群の光遅延経路の一部とを入れ換えたことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３いずれかに記載の発明において、前記光フィルタが１入力Ｍ出力（Ｍは自然数）の光合分波器であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４いずれかに記載の発明において、前記光合分波器を構成する光フィルタがモニタ導波路を備えていることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかに記載の発明において、前記光合分波器を構成する光フィルタの入力光分波器が分岐比可変の分岐比調整手段であるか、もしくは前記光遅延経路を構成する光遅延導波路に光強度調整手段を備えていることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記分岐比調整手段もしくは光強度調整手段がマッハツェンダ干渉計であることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７いずれかに記載の発明において、前記光合分波器を構成する光フィルタに位相調整手段を有しており、該位相調整手段が薄膜ヒータもしくは光照射であることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８いずれかに記載の発明において、前記光遅延経路を構成する光遅延導波路のほぼ中間の位置に半波長板が挿入されていることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９いずれかに記載の発明において、前記光遅延経路を構成する光遅延導波路に１つもしくは複数の溝が形成されており、該溝に光導波路と異なる屈折率温度依存性を有する材料が挿入されていることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０いずれかに記載の発明において、前記光遅延経路を構成する光遅延導波路が石英系光導波路であることを特徴とする。
【００３１】
このような構成により、本発明の光合分波器は、第１にモニタ導波路を有しているため光フィルタの特性をモニタすることが可能であり、第２に対称性が高く光遅延導波路に並列に並んでいるため半波長板や温度依存性補償材料の挿入が簡易かつ過剰損失が積算されない構造を有しており、第３にそれぞれが異なる波長分散特性を有する複数の光フィルタを接続するため、波長分散を相殺するためのポート間接続の自由度が高く、また光遅延導波路の位相調整を行うことにより入出力導波路を切り替えられる。
【００３２】
したがって、本発明の光合分波器を用いれば、個々の光フィルタの透過特性がモニタ可能で、半波長板や温度補償材料を低い過剰損失で容易に挿入でき、簡易にクロストーク特性の良く、波長分散の低い光合分波器を実現できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、同じ機能を有する光フィルタの構成要素には同じ番号を付してある。
【００３４】
また、以下の実施例ではシリコン基板上に作製された石英系光導波路を用いるとして説明するが（作製例は、Kawachi,M.:`Silica Waveguides on Silicon and Their Application to Integrated-Optic Components',Opt Quantum Electron.,1990,22,pp.391-416)、本発明の光フィルタは光導波路の種類、形状、材料によらず、例えば、積層導波路や光ファイバなどを用いて構成してもよいし、また平面光導波路と光ファイバなど、複数種類の光導波路を組み合わせて構成しても良い。また、以下に述べる各実施形態における光合分波器の構成はほんの一例であり、これらの構成に限定されるものではない。
【００３５】
［第１実施例］
図１は、本発明の光合分波器の第１実施例を示す図である。平面基板１０上に光合分波器を構成する３つの光フィルタ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成されている。図３１に示す従来の多段化の構成法では、Ａ，Ｂ，Ｃは同一構造の光フィルタが用いられていたが、本実施例では、前段の光フィルタ１１ａと、前段とは構造の異なる光フィルタ１１ｂ及び１１ｃが後段に設けられている。
【００３６】
図中符号２１ａ〜２１ｃ、２２ａ〜２２は入力導波路、２３ａ〜２３ｃ、２４ａ〜２４ｃは出力導波路、３０ａ〜３０ｃ、３１ａ〜３１ｃ、３２ａ〜３２ｃ、３３ａ〜３３ｃは光カプラ、４０ａ〜４０ｃ、４１ｂ、４１ｃ、４２ａ、４３ａ〜４３ｃは光遅延導波路を示している。
【００３７】
次に、それぞれの光フィルタについて説明する。
図３は、図１における光フィルタ１１ｂ及び１１ｃを示す図である。この光フィルタを便宜的にＮ型（Ｎｏｒｍａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を呼ぶことにする。Ｎ型の光フィルタは、入力導波路２１，２２と、入力導波路からの光を二分岐する光カプラ３０と、光カプラ３０の一方の出力に接続された光カプラ３２と、光カプラ３０の他方の出力に接続された第２群の光遅延導波路４０と、光カプラ３２の出力に接続された２本の第１群の光遅延導波路４１，４３と、第１群からの光を結合させる光カプラ３３と、光カプラ３３からの出力と光遅延導波路４０を結合する光カプラ３１と、光カプラ３１から光を出力する出力導波路２３，２４より構成されている。また、光カプラ３２と３３の未接続の導波路２５，２６はモニタ導波路として使用することができる。
【００３８】
ここで、第１群の光遅延導波路４３，４１の与える遅延時間は、それぞれ３Δτ，１Δτとなっており、第２群の光遅延導波路４０の与える遅延時間は、０Δτとなっている。また、光カプラ３０の分岐比は０．６、光カプラ３２，３３の分岐比は０．１、そして光カプラ３１の分岐比は０．５となっている。
【００３９】
このように、１つの群の光遅延導波路の最小構成本数は１本であり、それに属する本数は、任意に選び構成することができる。また、図３の光フィルタでは光カプラを上記値に設定したが、これはインタリーブ・フィルタを実現するための分岐比の一例であり、もちろんその他の値でも構わない。
【００４０】
さらに、光カプラ３２と３３の分岐比が等しくなるよう設定したが、これは光フィルタの原理損失を抑えるためであり、もちろん分岐比が異なっていてもかまわない。また、光カプラ３１の分岐比を０．５としたが、これは出力導波路２３，２４からの出力波形の形状を等しくするためであり、もちろんこれ以外の値であっても構わない。
【００４１】
また、具体例では２×２カプラのみを用いたが、これら光カプラはＮ×Ｍカプラ（Ｎ，Ｍの一方は１以上、他方は２以上の自然数）であればよく、また光を合分岐できればどのような種類のものを用いても良い。例えば、方向性結合器を用いてもよいし、Ｘ分岐、Ｙ分岐や、再現性に優れた多モード干渉計光カプラを用いてもよい。
【００４２】
また、マッハツェンダ干渉計の構成を用いた波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）やそれらを組み合わせたカプラ、さらには、図８（ｂ）に示すように、マッハツェンダ干渉計の位相調整器５０，５１として薄膜ヒータを備え、可変分岐比とした光カプラを用いてもよい。これは薄膜ヒータの熱光学効果によりマッハツェンダ干渉計の位相を調整し、分岐比を可変とした光カプラであるが、例えば、光照射や電気光学効果など、その他の手段を位相調整器として用いてもよい。もちろん、これは分岐比可変光カプラの一例であり、その他の構成を用いても構わない。
【００４３】
図４（ａ），（ｂ）は、第１実施例におけるＮ型光フィルタの特性を示す図で、図４（ａ）は透過特性、図４（ｂ）は波長分散特性を示す図である。以下にこれらの特性について説明する。
【００４４】
図４（ａ）は、上述したように、Ｎ型光フィルタ（図３）の透過特性を示す図である。ただし、波形は、光信号を入力導波路２２より入力して出力導波路２３から出力したものを実線、入力導波路２２より入力して出力導波路２４から出力したものを点線で示した。この図４（ａ）からわかるように、透過特性は、光信号が通過する透過域と光信号が遮断される遮断域を交互に有し、周期１００ＧＨｚの波形であることがわかる。これは単位遅延時間Δτが１０ｐｓｅｃとなるよう光遅延導波路の遅延量を設定したためであり、この値を変化させることで任意の周期の波形が得られる。また、図４（ａ）より出力導波路２３，２４より出力された波形は互いに相似で、ちょうど半周期５０ＧＨｚだけずれている様子がわかる。
【００４５】
ここで、図４（ａ）では、実線の波形が相対周波数０の位置で最大通過域、点線の波形が相対周波数０の位置で最大遮断域になるよう設定されているが、もちろん光遅延導波路に遅延時間に対応した波長オーダーの位相変化を与えてやることにより、その中心の位置を任意にずらすことができる。また例えば、光遅延導波路４０の相対遅延量を０Δτから０Δτ±π（πは位相で半周期）に変化させたり、光遅延導波路４１，４３の遅延量をそれぞれ３Δτから３Δτ±π、１Δτから１Δτ±πに変化させれば、出力導波路２３と出力導波路２４の波形を入れ替えることができ、もちろん光導波路に与える位相変化はこれらに限定されるものではない。
【００４６】
また、図４（ａ）の波形は、光信号を入力導波路２２より入力した場合の波形であるが、光カプラ３０の分岐比を０．４（＝１−０．６）に変えれば、入力導波路２１より入力し出力導波路２４から出力する波形は実線、入力導波路２１より入力し出力導波路２３から出力する波形は点線の波形となる。もちろん、先に説明したように光遅延導波路に位相変化を与えてやることにより、波形の中心の位置を任意に設定してやることができる。
【００４７】
図４（ｂ）は、上述したように、Ｎ型光フィルタ（図３）の透過域付近の波長分散特性を示す図である。入力導波路２２より入力して出力導波路２３から出力する波形は実線、入力導波路２２より入力して出力導波路２４から出力する波形は点線の波形となる。このように、この構成の光フィルタの透過特性と波長分散特性は、入力する入力導波路ポートや出力する出力導波路ポートを変えてもその形状は同一で、周波数軸上の位置が異なるだけである。したがって、従来のラティス型インタリーブ・フィルタの多段化のように、互いの入出力導波路間で接続するポートを選択しても波長分散は消せない。
【００４８】
図５は、図１における光フィルタ１１ａを示す図である。この光フィルタを便宜的にＲ型（Ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と呼ぶことにする。Ｒ型光フィルタは、入力導波路２１，２２と、入力導波路からの光を二分岐する光カプラ３０と、光カプラ３０の一方の出力に接続された光カプラ３２と、光カプラ３０の他方の出力に接続された第１群の光遅延導波路４３と、光カプラ３２の出力に接続された２本の第２群の光遅延導波路４０，４２と、第２群からの光を結合させる光カプラ３３と、光カプラ３３からの出力と光遅延導波路４３を結合する光カプラ３１と、光カプラ３１から光を出力する出力導波路２３，２４より構成されている。また、光カプラ３２と３３の未接続の導波路２５，２６はモニタ導波路として使用することができる。
【００４９】
ここで、第１群の光遅延導波路４３の与える遅延時間は、３Δτとなっており、第２群の光遅延導波路４０，４２の与える遅延時間は、それぞれ０Δτ、２Δτとなっている。このように、図５のＲ型の構成では、第１と第２の光遅延導波路群における光遅延導波路の構成は、図３のＮ型の構成とは異なっている。
【００５０】
また、光カプラ３０の分岐比は０．４、光カプラ３２，３３の分岐比は０．１、そして光カプラ３１の分岐比は０．５となっている。そこで例えば、図５に示す光カプラ３０を分岐比可変カプラとし、光カプラ３２，３３を方向性結合器とし、光カプラ３１を多モード干渉計光カプラとしてもよいが、先に説明したようにもちろん光カプラの分岐比は任意の値を取ることができるし、光カプラの種類には依らない。さらに、先に説明したように、それぞれの光遅延導波路に位相変化を与えてやってもよいし、光カプラ３０の分岐比を０．６（＝１−０．４）にして入力導波路２１から入力してもよい。
【００５１】
図６（ａ），（ｂ）は、第１実施例のＲ型光フィルタの特性を示す図で、図６（ａ）は透過特性、図６（ｂ）は波長分散特性を示す図である。以下、以下にこれらの特性について説明する。
【００５２】
図６（ａ）は、上述したように、Ｒ型光フィルタ（図５）の透過特性を示す図である。ただし、波形は、光信号を入力導波路２２より入力して出力導波路２３から出力したものを実線、入力導波路２２より入力して出力導波路２４から出力したものを点線で示した。この図６（ａ）から、透過特性はＮ型光フィルタと同一であることがわかる。しかし、図６（ｂ）に示す波長分散特性は、図４（ｂ）とは一致せず、ちょうど波長分散＝０ｐｓ／ｎｍの軸に対し対称であることがわかる。この波長分散特性は、光を入出力するポートを変化させても周波数軸上の中心の位置が変化するだけで、形状は変わらない。そこで、光信号をＮ型とＲ型の光フィルタそれぞれに等しい回数通してやれば、波長分散特性は互いに打ち消しあい、波長分散の無い光合分波器が実現可能である。
【００５３】
図１に示した本発明の光合分波器は、以上説明したように、Ｎ型とＲ型の光フィルタを組み合わせたものである。光合分波器の前段の光フィルタ１１ａとしてＲ型、後段の光フィルタ１１ｂ，１１ｃとしてＮ型を用いている。そして１１ａの出力導波路２３ａを後段の１１ｂの入力導波路２２ｂと接続し、１１ａの出力導波路２４ａを後段の１１ｃの入力導波路２１ｃと接続している。
【００５４】
もちろん、図１に示した本発明の光合分波器は、ほんの一例にすぎず、例えば、前段にＮ型光フィルタを用い、後段にＲ型光フィルタを用いてもよいし、それ以外の構成であっても構わない。さらに、前段と後段の入出力ポートの接続方法は任意であり、例えば、出力導波路２３ａを２１ｂに接続してもよいし、２４ａを２２ｃに接続してもよい。また、光フィルタを左右反転させて光カプラ３１側を入力側、光カプラ３０側を出力側としても構わない。本発明の光合分波器はここで説明した接続例には限定されず、任意のポート同士をつなぐことができる。
【００５５】
次に、本発明の光合分波器の透過特性及び波長分散特性について説明する。図１に示した前段の光フィルタの透過特性は、
【００５６】
【数１】
と表わすことができる。ここでｒ0，ｒ2，ｒ3（３つとも実数もしくは３つとも虚数）は、ぞれぞれ光遅延導波路４０ａ，４２ａ，４３ａの振幅特性の係数を表す。ただしこれらの値はカプラ分岐比により決定され、結合率γの光カプラの一方から出力した強度を（１−γ）0.5、他方から出力した強度を−ｊ(γ)0.5として定義する。また、後段の光フィルタの透過特性も同様に、
【００５８】
【数２】
と表すことができる。ここで、ｎ0，ｎ1，ｎ3（３つとも実数もしくは３つとも虚数）は、ぞれぞれ光遅延導波路４０ｂ，４１ｂ，４３ｂあるいは４０ｃ，４１ｃ，４３ｃの振幅特性の係数を表す。光フィルタを多段に接続した場合の全体の透過特性は、個々の光フィルタの透過特性の積で表されるので、本発明の光合分波器の透過特性は、
【００６０】
【数３】
となる。ただしＪは任意の係数であり、例えば、ｎ0＝−０．４５ｊ、ｎ1＝−０．５ｊ、ｎ3＝０．０６ｊの場合、−ｊを括弧の外にくくり出すことができるので、ｎ0＝０．４５、ｎ1＝０．５、ｎ3＝−０．０６としてＪ＝−１×ｊに設定すれば数式は等価である。
【００６２】
ここで、前段の光フィルタ１１ａの最大遅延量を基準として遅延時間を相対遅延時間−ｍ・Δτ（ｍは０と自然数）、後段の光フィルタ１１ｂ，１１ｃの遅延時間を＋ｍ・Δτ（ｍは０と自然数）で表した。そこで、これら相対遅延時間が±ｍΔτ（ｍは０か自然数）となる光遅延導波路の振幅係数が概ね等しくなるよう設定したとする。すなわち、ｒ3＝ｎ0、ｒ2＝ｎ1、ｒ0＝ｎ3の場合、上式は、
【００６３】
【数４】
と変形することができる。式（４）より括弧の中はすべて実数となることがわかる。したがって、光フィルタの遅延特性は３Δτとなり、波長に依存しないので波長分散はゼロとなる。
【００６５】
ここで、先ほど設定した条件（ｒ3＝ｎ0、ｒ2＝ｎ1、ｒ0＝ｎ3）を満たす光カプラ分岐比の一例を示す。光フィルタ１１ａの光カプラの分岐比は、光カプラ３０ａを０．４、光カプラ３２ａ，３３ａを０．１、３１ａを０．５とした。また、光フィルタ１１ｂの光カプラの分岐比は、光カプラ３０ｂを０．６、光カプラ３２ｂ，３３ｂを０．１、３１ｂを０．５とした。そして、光フィルタ１１ｃの光カプラの分岐比は、光カプラ３０ｃを０．４、光カプラ３２ｃ，３３ｃを０．１、３１ｃを０．５とした。
【００６６】
このような分岐比を有する光合分波器の入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２３ａ，入力導波路２２ｂを通過した後、出力導波路２３ｂより出力される透過特性の振幅係数は、ｒ3＝ｎ0＝−０．４５ｊ、ｒ2＝ｎ1＝０．５０ｊ、ｒ0＝ｎ3＝０．０６ｊとなり、その周波数依存性を図２ａの実線で示した。
【００６７】
また、入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２４ａ，入力導波路２１ｃを通過した後、出力導波路２３ｃより出力される透過特性の振幅係数は、ｒ3＝ｎ0＝−０．４５、ｒ2＝ｎ1＝０．５０、ｒ0＝ｎ3＝−０．０６となり、その周波数依存性を図２（ａ）の点線で示した。透過特性は１つの光フィルタの特性（図４（ａ）や図６（ａ））に比べクロストークが改善されており、またここで導出したように波長分散特性（図２（ｂ））は確かにゼロとなっていることがわかる。このように光フィルタの多段化により波長分散がゼロになることは個々の光フィルタの波長分散特性からも明らかである。すなわち、図３に示したＮ型光フィルタは、図５に示したＲ型光フィルタと透過特性は同じであるが、波長分散特性は符号が異なり、ちょうど絶対値が同じである。そのため、互いに接続した時に、波長分散は打ち消しあってゼロとなるのである。
【００６８】
もちろん、上記光カプラの分岐比はほんの一例であり、任意の値を取ることができる。また、光信号の入力ポートや出力ポートは任意に選ぶことができるし、先ほど説明したように光フィルタ間の入出力導波路の接続も図１に示した構成に限定されるものではない。また、光フィルタの光遅延導波路に位相変化を与えても良い。例えば、光遅延導波路４３ｂの遅延量を０Δτから０Δτ±π（πは位相で半周期）に変化させた場合、入力導波路２２ｂより入力し、出力導波路２４ｂより出力した場合の振幅係数は、ｎ0＝−０．４５、ｎ1＝−０．５０、ｎ3＝０．０６となる。そこで、式（３）でＪ＝−ｊとして括弧の外に−ｊをくくり出すと、ｒ3＝ｎ0＝−０．４５ｊ、ｒ2＝ｎ1＝−０．５０ｊ、ｒ0＝ｎ3＝０．０６ｊとなるため、入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２３ａ，入力導波路２２ｂを通過した後、出力導波路２４ｂから出力した特性は、図２に示した実線と一致する。もちろんこの例に限定されるものではない。
【００６９】
以上説明したように、本発明の第１実施例の光合分波器は、それぞれが単独でもインタリーブ・フィルタとして機能するＮ型やＲ型の光フィルタを多段に接続し、クロストークを向上させたものである。さらに、本発明で用いたモニタ可能な光フィルタは、従来の多段化の手法のように、同一形状の光フィルタを接続してしまうとクロストークは改善できるが、波長分散は増大してしまう。例えば、Ｎ型構成光フィルタを互いに接続した場合の光合分波器の特性（図７）からわかるように、前段と後段で同一符号の波長分散特性を有するため波長分散は増大していることがわかる。そこで互いに波長分散特性が打ち消しあうよう構成を工夫し、異なる構成のＮ型とＲ型の光フィルタを接続して波長分散の低減も同時に実現したのである。もちろん、図１で説明した光合分波器は本発明の一つの構成例であり、これに限定されるものではない。
【００７０】
［第１実施例の第１変形例］
図８（ａ）は、第１実施例の変形の光合分波器を示す図で、図８（ｂ）は光強度調整手段の一例を示す図である。本構成は、図１の光合分波器の構成に加えて、光遅延導波路に光強度調整手段を有している。本構成の光合分波器は光遅延導波路の光強度を調整することにより式（３）の振幅係数を変化させられるので、光カプラの結合率が製造誤差により設定値からずれたとしても振幅係数の値を補正できる。また、第１実施例で説明した例では、光カプラ３０ａの結合率として分岐比０．４を用いたが、例えば、光カプラの結合率の再現性が高い多モード干渉計光カプラ３０ａとして用いて、光遅延導波路の光強度調整を行うことにより、光振幅係数を設定値に合わせてもよい。
【００７１】
図８（ａ）は、遅延導波路６０ａ，６０ｂ，６０ｃに光強度調整手段が設けられている様子を示す図であるが、もちろんどの光遅延導波路に光強度調整手段を設けてもよいし、複数の光強度調整手段を同一光遅延導波路上に設けてもよい。ここで光強度調整手段として、第１実施例の分岐比可変カプラの例として説明した図８（ｂ）のマッハツェンダ干渉計を用いてもよい。これはマッハツェンダ干渉計の位相調整手段５０，５１を用いて位相を変化させてやることにより透過率が変化することを利用しており、光強度を自由に調整できる。
【００７２】
ここで位相調整変化の手段として薄膜ヒータによる熱光学効果を用いれば位相を精密にかつ信頼性高く調整することができる。もちろん電気光学効果や、レーザ照射などの光照射やその他の手段を用いても構わず、手段には限定されない。
【００７３】
また、光強度調整手段が光フィルタの導波路上にあらかじめら設けられていなくても、光合分波器の作製中や作製後に光照射やその他の手段により光遅延導波路に損失を与えて光強度の調整を実施してもよい。もちろんこれらの手法に限定されるものではない。
【００７４】
また、図９に示すように、光遅延導波路に位相調整手段５０ａ〜５２ｃを備えていてもよい。一般に光フィルタの特性は光カプラの結合率の他に、光遅延導波路の実効的な光路長に大きく依存している。したがって、製造誤差が発生しても光遅延導波路の位相調整を行えば、設計通りの光合分波器が実現できる。また、光フィルタを多段に接続した場合、その波形は前段と後段の光フィルタの光周波数軸上における中心位置により変化する。そこで、位相調整ができれば前段、後段の波形の中心位置を自由に移動させて調整できるようになる。また、その際にモニタ導波路を用いて光遅延導波路の位相をモニタしてもよい。なお、２５ａ〜２５c、２６ａ〜２６ｃはモニタ導波路を示している。
【００７５】
図９に示すように、入出力導波路と同じ端面から入出力できるようにすれば光ファイバと接続しやすいが、もちろんモニタ導波路はどの端面から取り出してもよい。なお、モニタ導波路２５ｃのように光フィルタの導波路と交叉していてもよいし、モニタ導波路２６ａと２２ｃのように互いに交叉していてもよい。さらに、光遅延導波路に、例えば、±πの位相変化を与えてやれば、出力ポートを切り替えられることを第１実施例で既に説明した。そこで位相調整手段を備えておけば、任意の入力ポートから入力し、任意の出力ポートに光を切り替えて、スイッチの機能を有することができる。ここで、位相調整手段に薄膜ヒータによる熱光学効果を用いれば、精密にかつ信頼性高く導波路の位相を調整することができる。
【００７６】
また、位相調整手段を光フィルタに備えていなくても光照射や熱印加、その他の手段により位相調整を実施してもよい。位相調整は、導波路の屈折率を変化させる方法の他に、導波路に応力を与える方法、熱光学効果、電気光学効果を用いてもよく、その手段には依存しない。
【００７７】
また、図１に示した光合分波器を構成する光フィルタは、それぞれ概ね左右対称な構造となっている。そこで図１０に示すように、光フィルタの対称軸の位置に溝７０ａ，７０ｂが設けられ、その溝に光導波路の複屈折軸と４５度の角度を成すよう半波長板７１ａ，７１ｂが挿入されていてもよい。こうすれば光導波路の複屈折の影響が軽減されて、光フィルタの偏波依存性を低減することができる。なお、５３ａ〜５５ｃは位相調整手段を示している。
【００７８】
半波長板は、図１０に示したように、一本の長いものを用いれば簡便であるが、もちろん多数に分割して各光遅延導波路に異なる半波長板を用いても構わないし、材質も限定されない。また、図１０に示すように、偏波依存性を極力低減するため、光遅延導波路の位相調整量が半波長板の左右で概ね等しくなるよう設定してもよいが、もちろん、半波長板の片側のみで位相調整を行っても構わない。半波長板の挿入は、偏波依存性を低減する方法の一例であり、導波路の形状調整、熱印加、応力付与、光照射、レーザ照射等により複屈折を調整する方法や、製造時に複屈折を抑制する方法、その他数多くの方法が報告されており、どのような手段を用いても構わない。
【００７９】
また、図１１に示すように、光遅延導波路に溝７０ａ，７０ｂが設けられ、その溝に光導波路の屈折率温度依存性と異なる温度依存性を有する材料が充填されていてもよい。例えば、大きな負の屈折率温度依存性を持つシリコン樹脂を用いる場合、光遅延導波路の遅延量に対応して充填すれば光遅延導波路の屈折率が温度により変化してもその影響が互いに打ち消しあい、温度無依存の光フィルタが得られる。
【００８０】
ここではシリコーン樹脂を温度補償材料の一例として挙げたが、光導波路と屈折率温度依存性が異なるその他の材料を用いてもよい。また、溝の形状や導波路に対する角度は任意に設定してもよく、例えば、溝を分割して一定幅の長方形溝を設けてもよいし、導波路に対し垂直や斜めに設けられていてもよい。もちろん、本発明の光合分波器はペルチェ素子を用いた温度制御や、異種材料による応力付与など、その他の温度依存性補償法を用いてもよく、もちろんこれらに限定されない。
【００８１】
また、図１１では、位相調整手段５０ａ〜５５ｃ、半波長板７１ａ，７１ｂ、温度補償材料８０ａ〜８３ｃがそれぞれ光遅延導波路４０ａ〜４３ｃに備えられているが、基板上の任意の位置に備えることができる。例えば、分岐比可変光カプラとして図８（ｂ）に示したマッハツェンダ干渉計を使用し、それに位相調整手段、半波長板、温度補償材料、光強度調整手段が備えられていてもよい。
【００８２】
［第１実施例の第２変形例］
光フィルタの小型化は、光部品の高集積化、低コスト化につながるため、重要な検討課題の一つである。第１実施例で示した光合分波器を構成する光フィルタは、第１群の光遅延導波路の与える夫々の遅延量が、第２群の光遅延導波路の与える遅延量よりも大きいので、遅延導波路同士を交叉させなくても図１２（ａ），（ｂ）に示すように、折りたたむことができる。このように折りたたんだ光フィルタを便宜的にＦ型（Ｆｏｌｄｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と呼ぶ。このＦＲ型（Ｆｏｌｄｅｄ ａｎｄ Ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；図１２（ｂ））とＦＮ型（Ｆｏｌｄｅｄ Ｎｏｒｍａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；図１２（ａ））を相互接続し、図１と同じ構成にしたものを図１３に示す。
【００８３】
この第１実施例の第２変形例の光合分波器は、第１実施例の光合分波器と等価な光学特性を有しながら、光フィルタを折りたたんでいるので小型化が実現できている。もちろん、図１３に示したレイアウトはほんの一例であり、これ以外にも様々な配置を取ることができる。また、本実施例の光合分波器は、第１実施例とレイアウトが異なるだけであり、第１実施例や第１実施例の第１変形例で説明したすべての事項を本実施例の光合分波器に当てはめることができる。
【００８４】
［第２実施例］
図１４は、本発明の光合分波器の第２実施例を示す図である。平面基板１０上に３つの光フィルタ１１ａ，１１ｂ，１１ｃが形成されている。本実施例の光合分波器も第１実施例と同様に、Ｒ型光フィルタを前段の光フィルタ１１ａに、Ｎ型光フィルタを後段の光フィルタ１１ｂ，１１ｃに有している。ただし、それぞれの光フィルタの第１、第２遅延線群は、第１実施例と異なる構成を採っている。
【００８５】
Ｒ型光フィルタ１１ａは、入力導波路２１ａ，２２ａと、入力導波路２１ａ，２２ａからの光を二分岐する光カプラ３０ａと、光カプラ３０ａの一方の出力に接続された光カプラ３２ａと、光カプラ３０ａの他方の出力に接続された第１群の光遅延導波路４３ａと、光カプラ３２ａの一方の出力に接続された光カプラ３４ａと、光カプラ３２ａの他方の出力に接続された第２群の光遅延導波路４４ａと、光カプラ３４ａに接続された第２群に属する２本の光遅延導波路４２ａ，４０ａと、第２群に属する２本の光遅延導波路４２ａ，４０ａの光を結合させる光カプラ３５ａと、光カプラ３５ａからの出力と第２群の光遅延導波路４４ａを結合する光カプラ３３ａと、光カプラ３３ａの出力と第１群の光遅延導波路４３ａを結合する光カプラ３１ａと、光カプラ３１ａから光を出力する出力導波路２３ａ，２４ａより構成されている。
【００８６】
また、光カプラ３２ａ，３３ａ，３４ａ，３５ａの未接続の導波路２５ａ，２６ａ，２７ａ，２８ａはモニタ導波路として使用することができる。ここで、第１群の光遅延導波路４３ａの与える遅延時間は、３Δτ＋πとなっており、第２群の光遅延導波路４０ａ，４２ａ，４４ａの与える遅延時間は、それぞれ０Δτ，２Δτ，４Δτ＋πとなっている。
【００８７】
Ｎ型光フィルタ１１ｂ，１１ｃは、入力導波路２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃと、入力導波路２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃからの光を二分岐する光カプラ３０ｂ，３０ｃと、光カプラ３０ｂ，３０ｃの一方の出力に接続された光カプラ３２ｂ，３２ｃと、光カプラ３０ｂ，３０ｃの他方の出力に接続された第１群の光遅延導波路４１ｂと、光カプラ３２ｂ，３２ｃの一方の出力に接続された光カプラ３４ｂ，３４ｃと、光カプラ３２ｂ，３２ｃの他方の出力に接続された第２群の光遅延導波路４０ｂと、光カプラ３４ｂ，３４ｃに接続された第２群に属する２本の光遅延導波路４２ｂ，４４ｂと、第２群に属する２本の光遅延導波路４２ｂ，４４ｂの光を結合させる光カプラ３５ｂ，３５ｃと、光カプラ３５ｂ，３５ｃからの出力と第２群の光遅延導波路４０ｂを結合する光カプラ３３ｂ，３３ｃと、光カプラ３３ｂ，３３ｃの出力と第１群の光遅延導波路４１ｂを結合する光カプラ３１ｂ，３１ｃと、光カプラ３１ｂ，３１ｃから光を出力する出力導波路２３ｂ，２３ｃ，２４ｂ，２４ｃより構成されている。
【００８８】
また、光カプラ３２ｂ，３２ｃ，３３ｂ，３３ｃ，３４ｂ，３４ｃ，３５ｂ，３５ｃの未接続の導波路２５ｂ，２５ｃ，２６ｂ，２６ｃ，２７ｂ，２７ｃ，２８ｂ，２８ｃはモニタ導波路として使用することができる。ここで、第１群の光遅延導波路４１ｂの与える遅延時間は、１Δτとなっており、第２群の光遅延導波路４０ｂ，４２ｂ，４４ｂの与える遅延時間は、それぞれ０Δτ、２Δτ＋π、４Δτ＋πとなっている。
【００８９】
これらＲ型光フィルタ１１ａは、第１群に１本の光遅延導波路４３ａを有し、第２群に３本の光遅延導波路４０ａ，４２ａ，４４ａを有している。また、Ｎ型光フィルタ１１ｂ，１１ｃは、第１群に１本の光遅延導波路４１ｂを有し、第２群に３本の光遅延導波路４０ｂ，４２ｂ，４４ｂを有している。そして第２群の光遅延導波路は２段階に合分岐しているが、これは光合分岐手段として２×２光カプラを用いたためであり、一般のＮ×Ｍカプラ（Ｎ，Ｍの一方は１以上、他方は２以上の自然数）を用いれば一括して合分岐することが可能である。例えば、光カプラ３２が１×３カプラであれば、光カプラ３２により第２群の３本の光遅延導波路を一括に分岐してもよいし、もちろんその他の組み合わせでもよい。
【００９０】
また、光カプラは、第１実施例で説明したように、どのような種類のものを用いてもよく、マッハツェンダ干渉計の構成を用いたものでもよいし、可変分岐比の光カプラを用いてもよい。さらに、第１実施例の第１変形例で説明したように、光遅延導波路に光強度調整を実施する方法や、光強度調整手段を用いて光カプラの分岐比を調整する方法により、光フィルタの振幅特性を設定してももちろん構わない。
【００９１】
図１４に示すように、本実施例の光合分波器も前段と後段で、第１実施例で説明した光合分波器と同じポート同士を接続した。すなわち、光フィルタ１１ａの一方の出力導波路２３ａが光フィルタ１１ｂの入力導波路２２ｂと接続されており、光フィルタ１１ａのもう一方の出力導波路２４ａが光フィルタ１１ｃの入力導波路２１ｃと接続されている。もちろん本発明の光合分波器の構成法は、図１４に示した構成に限定されず、Ｎ型、Ｒ型光フィルタを任意の位置に置くことができるし、前段と後段の光フィルタ間で導波路を任意に接続できる。また、光遅延導波路に位相変化を与えてやって、入力、出力される導波路のポートをスイッチしてもよい。
【００９２】
さて、次に本発明の本実施例における光合分波器の透過特性及び波長分散特性について説明する。光フィルタの透過特性は振幅特性の係数により決まる。Ｒ型光フィルタの光遅延導波路４０ａ，４２ａ，４４ａ，４３ａの光振幅係数をそれぞれｒ0，ｒ2，ｒ4，ｒ3、Ｎ型光フィルタの光遅延導波路４１ｂ，４０ｂ，４２ｂ，４４ｂあるいは４１ｃ，４０ｃ，４２ｃ，４４ｃの光振幅係数をそれぞれｎ1，ｎ0，ｎ2，ｎ4とする。第１実施例と同様に第２実施例の光合分波器の透過特性を計算し、後段の光フィルタの最大遅延量を基準として遅延時間を相対遅延時間−ｍ・Δτ（ｍは０と自然数）で表し、前段の光フィルタの遅延時間をｍ・Δτで表した。そして相対遅延時間が±ｍΔτとなる光遅延導波路の光振幅係数が概ね等しくなるよう設定したとする。すなわち、ｒ3＝ｎ1、ｒ4＝ｎ0、ｒ2＝ｎ2、ｒ0＝ｎ4の場合、光フィルタの遅延特性は波長依存性を持たないので、波長分散はゼロとなる。
【００９３】
ここで、先ほど設定した条件（ｒ3＝ｎ1、ｒ4＝ｎ0、ｒ2＝ｎ2、ｒ0＝ｎ4）を満たす光カプラ分岐比の一例を示す。光フィルタ１１ａの光カプラの分岐比は、光カプラ３０ａを０．４、光カプラ３１ａを０．５、光カプラ３２ａ，３３ａを０．７、光カプラ３４ａ，３５ａを０．２とした。また、光フィルタ１１ｂの光カプラの分岐比は、光カプラ３０ｂを０．６、光カプラ３１ｂを０．５、光カプラ３２ｂ，３３ｂを０．７、光カプラ３４ｂ，３５ｂを０．２とした。そして、光フィルタ１１ｃの光カプラの分岐比は、光カプラ３０ｃを０．４、光カプラ３１ｃを０．５、光カプラ３２ｃ，３３ｃを０．７、光カプラ３４ｃ，３５ｃを０．２とした。
【００９４】
このような分岐比の光フィルタの入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２３ａ，入力導波路２２ｂを通過した後、出力導波路２３ｂより出力される透過特性の周波数依存性を図１５（ａ）の実線で示した。また、入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２４ａ，入力導波路２１ｃを通過した後、出力導波路２３ｃより出力される透過特性の周波数依存性を図１５（ａ）の点線で示した。また、図１５（ｂ）にその波長分散特性を示すが、確かに波長分散はゼロとなっていることがわかる。
【００９５】
以上述べたように、本実施形態の光合分波器を用いるとクロストーク特性が良く、波長分散の小さいインタリーブ・フィルタが実現可能である。さらに先に説明したように位相調整手段、半波長板、温度補償材料、光強度調整手段が備えられていてもよい。
【００９６】
［第２実施例の第１変形例］
図１６は、本発明の第２実施例で説明したＮ型の光フィルタを示す図である。また、入力導波路２２より光信号を入力し、出力導波路２３より出力される透過特性の周波数依存性を図１７（ａ），（ｂ）の実線で示し、入力導波路２２より光信号を入力し、出力導波路２４より出力される透過特性の周波数依存性を、図１７（ａ），（ｂ）の点線で示す。
【００９７】
光フィルタを小型化するには、第１実施例の第２変形例で示したように、例えば、光フィルタを折りたたんでやればよい。しかし、図１６の光フィルタを単純に折りたたもうとすると両側の遅延量の方が真中に比べて大きいので、光遅延導波路同士が交叉することになる。もちろん、光遅延導波路は交叉してもよいが、交叉させないようにするには、例えば、図１８（ａ），（ｂ）の構成に変形してやればよい。図１８（ａ）はＴＦ型構成の光フィルタの例１、図１８（ｂ）はＴＦ型構成の光フィルタの例２を示している。
【００９８】
図１８（ａ）の光フィルタでは、遅延量１Δτの光遅延導波路４１を遅延量を０Δτの光遅延導波路４０より分岐しており、図１８（ｂ）の光フィルタでは、遅延量１Δτの光遅延導波路４１を遅延量０Δτの光遅延導波路４０と遅延量２Δτ＋πの光遅延導波路４２の間に移している。ここで第１群の光遅延導波路を第２群の光遅延導波路に移動しているので、図１８（ａ），（ｂ）の構成は、光遅延導波路の遅延時間が第１群と第２群に分けられた元のＮ型光フィルタとは異なる。この構成をここで便宜上Ｔ型（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）あるいはＴＦ型（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ａｎｄ Ｆｏｌｄｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と呼ぶことにする。
【００９９】
図１８（ａ）に示すＴＦ型光フィルタは、入力導波路２１，２２と、入力導波路からの光を二分岐する光カプラ３０と、光カプラ３０の出力に接続された光カプラ３２，３４と、光カプラ３２の出力に接続された２本の光遅延導波路４０，４１と、光カプラ３４の出力に接続された２本の光遅延導波路４２，４４と、２本の光遅延導波路４２，４４の光を結合させる光カプラ３５と、２本の光遅延導波路４１，４０の光を結合させる光カプラ３３と、光カプラ３５と３３を結合させる光カプラ３１と、光カプラ３１から光を出力する出力導波路２３，２４より構成されている。また、光カプラ３２，３３，３４，３５の未接続の導波路２５，２６，２７，２８はモニタ導波路として使用することができる。
【０１００】
ここで、光遅延導波路４０，４１，４２，４４の与える遅延時間は、それぞれ０Δτ、１Δτ、２Δτ＋π、４Δτ＋πとなっている。また、光カプラ３０の分岐比は０．３、光カプラ３１の分岐比は０．５、光カプラ３２，３３の分岐比は０．７、光カプラ３４，３５の分岐比は０．２となっている。もちろん、ここで示した光カプラの分岐比はほんの一例であり、自由に設定することができる。また、これまでに説明したように光カプラは任意のものを使用することができるし、光導波路に光強度調整を実施することにより光振幅係数を設定してもよい。
【０１０１】
図１９（ａ），（ｂ）は、Ｔ型光フィルタの透過特性を示す図で、図１９（ａ）は透過特性、図１９（ｂ）は波長分散特性を示している。ただし、波形は、光信号を入力導波路２２より入力して出力導波路２３から出力したものを実線、入力導波路２２より入力して出力導波路２４から出力したものを点線で示した。この図１９（ａ）からわかるように、一方の出力導波路から出力される透過特性は、光信号が通過する透過域と光信号が遮断される遮断域が交互に周期的に繰り返されている。また透過域で損失が低く、遮断域で大きな遮断が得られているので、特性は良好である。しかし、他方の出力導波路から出力される透過特性は、光フィルタとして用いるには不十分である。したがって、実際に図１８（ａ），（ｂ）に示したＴＦ型光フィルタはもはやインタリーブ・フィルタとして充分に機能しない。しかしながら、図１９（ａ），（ｂ）と図１７（ａ），（ｂ）の点線の特性を比較すると両者はほぼ一致していることがわかる。
【０１０２】
そこで、Ｔ型光フィルタで良好な特性が得られる入出力ポートを一つずつ選んで１×１光フィルタとして光を通してやれば、前段の光フィルタとの多段化によりクロストークが改善され、波長分散も低減できる。また、図２１に示すように、多段化すれば、光合分波器全体としてはインタリーブ・フィルタとして機能し、また図１４の構成に比べて小型になる。
【０１０３】
図２０（ａ），（ｂ）は、Ｒ型とＴ型の光フィルタを多段化した図２１の光合分波器の透過特性と波長分散特性を示す図で、図２０（ａ）は透過特性、図２０（ｂ）は波長分散特性を示している。なお、前段と後段における光フィルタの入出力ポート間の接続は、これまでに説明した光合分波器の例と同一にした。ただし、後段には図１８（ａ）のＴＦ型構成の光フィルタを接続するため、光フィルタ１１ｂは出力導波路２４ｂを用いた。なお、光遅延導波路の位相を変化させてやることで出力導波路はこれまで説明してきた出力導波路２３ｂを用いることができる。
【０１０４】
一例として、光遅延導波路４０ｂの遅延量を０Δτから０Δτ＋πに変化させたとすると図１９（ａ），（ｂ）の実線と点線の波形は入れ替わるので、出力導波路２３ｂから出力することができる。光合分波器の入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２３ａ，入力導波路２２ｂを通過した後、出力導波路２４ｂより出力される透過特性の周波数依存性を図２０（ａ）の実線で示した。また、入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２４ａ，入力導波路２１ｃを通過した後、出力導波路２３ｃより出力される透過特性の周波数依存性を図２０（ａ）の点線で示した。また、図２０（ｂ）に波長分散特性を示す。
【０１０５】
このように、本変形例では、第１群と第２群からなる光遅延線群より構成されたインタリーブ・フィルタと、そのインタリーブ・フィルタの一方の出力と透過特性が同じで波長分散特性の符号が逆の、１入力１出力の光フィルタを後段に接続することにより光合分波器を実現している。図１４に示す光合分波器の特性（図１５（ａ），（ｂ））と比較して特性は変わらないことがわかり、本変形の構成により特性を劣化させずに光合分波器の小型化が実現できた。
【０１０６】
もちろん、図２１に示した光合分波器はほんの一例であり、例えば、Ｒ型光フィルタを変形し折りたたんでＴＦ型とし、Ｎ型光フィルタと接続してもよいし、図１８（ａ），（ｂ）のＴ型の構成例に限らず、その他の構成を取ることもできる。また、光フィルタのレイアウトも図２１に示した構成に限定されない。
【０１０７】
［第２実施例の第２変形例］
図２２は、第２実施例の第１変形例の光合分波器（図２１）と、第１実施例の第１変形例で説明した位相調整手段５０ａ〜５３ｃと温度補償材料８０ａ〜８４ｃを組み合わせた光合分波器を示す図である。このように位相調整手段と温度補償材料を備えていれば、作製誤差を補償できるし位相を動的に変化させられ、また温度無依存の光合分波器が実現できる。また、図２２には示さなかったが、未使用のポートをモニタ導波路として取り出して使用しても良い。このように、図２２では本発明の光合分波器に任意の構成を加えてもよいことを示しており、もちろんここで説明したのも一つの構成例である。
【０１０８】
［第３実施例］
図２３は、第３実施例の光合分波器を示す図である。前段の光フィルタ１１ａは、入力導波路２１ａ，２２ａと、入力導波路２１ａ，２２ａからの光を二分岐する光カプラ３０ａと、光カプラ３０ａの出力に接続された光カプラ３２ａと、光カプラ３２ａの出力に接続された２つの光カプラ３４ａ，３６ａと、それら光カプラの出力に接続された４本の光遅延導波路４６ａ，４０ａ，４２ａ，４４ａと、４本の光遅延導波路４６ａ，４０ａ，４２ａ，４４ａを結合する２つの光カプラ３７ａ，３５ａと、光カプラ３７ａ，３５ａを結合する光カプラ３３ａと、光カプラ３３ａと光カプラ３０ａの出力に接続された光遅延導波路４３ａを結合する光カプラ３１ａと、光カプラ３１ａから光を出力する出力導波路２３ａ，２４ａより構成されている。
【０１０９】
ただし、図２３では前段の光フィルタ１１ａに用いているので、各符号にはａを付与した。後段の光フィルタ１１ｂと１１ｃに用いた光フィルタは、マッハツェンダ干渉計であり、光フィルタ１１ａの出力導波路２３ａは、光フィルタ１１ｂの入力導波路２２ｂに接続されており、光フィルタ１１ａの出力導波路２４ａは、光フィルタ１１ｃの入力導波路２１ｃに接続されている。なお、光カプラの未接続の導波路はモニタ導波路として使用してもよい。
【０１１０】
ここで、前段の光フィルタ１１ａの第１群に属する光遅延導波路４３ａの与える遅延時間は、３Δτとなっており、第２群の光遅延導波路４６ａ，４４ａ，４２ａ，４０ａの与える遅延時間は、６Δτ＋π、４Δτ＋π、２Δτ、０Δτとなっている。さらに、後段の光フィルタ１１ｂ，１１ｃの光遅延導波路４１ｂ，４１ｃの与える遅延時間は、１Δτとなっており、光遅延導波路４０ｂ，４０ｃの与える遅延時間は０Δτとなっている。
【０１１１】
これまでに説明してきた光合分波器では、波長分散特性の符号が異なり、絶対値が概ね等しい２つの光フィルタを互いに接続することにより原理的に波長分散をゼロとした。しかし、本実施例の光合分波器を構成する光フィルタは、光遅延導波路の与える平均の遅延時間を基準とした相対遅延時間が、±ｍΔτ（ｍは自然数）となる光遅延導波路の振幅係数が概ね等しくなるよう設定されている。したがって、個々の光フィルタが原理的に波長分散を持たない。本実施例ではそれら原理的に波長分散を持たない光フィルタを多段に接続することにより、光合分波器全体で波長分散がゼロのままクロストークを改善しているという特徴を有する。
【０１１２】
具体的には、第１群と第２群の平均の遅延時間は３Δτであるため、第１群の光遅延導波路４３ａの与える相対遅延時間は、０Δτとなり、第２群の光遅延導波路４６ａ，４４ａ，４２ａ，４０ａの与える相対遅延時間は、３Δτ＋π、１Δτ＋π、−１Δτ、−３Δτとなっている。そして僅かな位相変化量は無視して、±３Δτの相対遅延量を有する第２群の光遅延導波路４６ａと４０ａの光振幅係数を概ね等しく、±１Δτの相対遅延量を有する第２群の光遅延導波路４４ａと４２ａの光振幅係数を概ね等しく設定すればよい。
【０１１３】
光フィルタを構成する光カプラの分岐比の例として、図２３で光カプラ３０ａの分岐比を０．６、光カプラ３１ａの分岐比を０．５、光カプラ３２ａ，３３ａの分岐比を０．１、光カプラ３４ａ，３５ａ，３６ａ，３７ａの分岐比を０．５とし、また、光カプラ３０ｂ，３１ｂ，３０ｃ，３１ｃの分岐比を０．５としてもよい。もちろん、これはインタリーブ・フィルタを実現するための分岐比の一例である。さらに、図２３に示した構成は本実施形態の一つの構成例であり、その他、光遅延導波路の本数、構成、遅延量、光カプラの分岐比、種類なども自由に設定できる。
【０１１４】
以上の設定値を有する光合分波器の透過特性と波長分散特性を、図２４（ａ），（ｂ）に示す。光合分波器の入力導波路２２ａより光信号を入力し、２３ａ，２２ｂを通過した後、出力導波路２３ｂより出力される透過特性の周波数依存性を実線で示した。また、入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２４ａ，入力導波路２１ｃを通過した後、出力導波路２３ｃより出力される透過特性の周波数依存性を点線で示した。確かに光合分波器のクロストークは改善しており、波長分散もゼロになっている。
【０１１５】
もちろん、本構成の光合分波器に、先に説明した位相調整手段、半波長板、温度補償材料、光強度調整手段が備えられていてもよいし、それ以外の構成を有していてもよい。また折りたたんでレイアウトしてももちろん構わない。
【０１１６】
［第４実施例］
図２５は、第４実施例の光合分波器を示す図である。前段の光フィルタ１１ａは、入力導波路２１ａ，２２ａと、入力導波路２１ａ，２２ａからの光を二分岐する光カプラ３０ａと、光カプラ３０ａの出力に接続された光カプラ３２ａと、光カプラ３２ａの出力に接続された光カプラ３４ａと、光カプラ３４ａの出力に接続された２本の光遅延導波路４３ａ，４５ａと、２本の光遅延導波路４３ａ，４５ａを結合する光カプラ３５ａと、光カプラ３５ａと光カプラ３２ａの出力に接続された光遅延導波路４１ａを結合する光カプラ３３ａと、光カプラ３３ａと光カプラ３０ａの出力に接続された光遅延導波路４０ａを結合する光カプラ３１ａと、光カプラ３１ａから光を出力する出力導波路２３ａ，２４ａより構成されている。
【０１１７】
ただし、図２５では前段の光フィルタ１１ａに用いているので、各符号にはａを付与した。後段の光フィルタ１１ｂ，１１ｃは、第１実施例の第２変形例で説明した図１２（ｂ）のＦＲ型光フィルタである。光フィルタ１１ａの出力導波路２３ａは、光フィルタ１１ｂの入力導波路２２ｂに接続されており、光フィルタ１１ａの出力導波路２４ａは、光フィルタ１１ｃの入力導波路２１ｃに接続されている。なお、光カプラの未接続の導波路はモニタ導波路として使用してもよい。
【０１１８】
ここで、前段の光フィルタ１１ａの第１群に属する光遅延導波路４１ａ，４３ａ，４５ａの与える遅延時間は、それぞれ１Δτ，３Δτ，５Δτとなっており、第２群の光遅延導波路４０ａの与える遅延時間は０Δτとなっている。さらに、後段の光フィルタ１１ｂ，１１ｃの第１群の光遅延導波路４３ｂ，４３ｃの与える遅延時間は、３Δτとなっており、第２群の光遅延導波路４０ｂ，４０ｃと４２ｂ，４２ｃの与える遅延時間は、それぞれ０Δτ、２Δτとなっている。
【０１１９】
また、光合分波器を構成する光カプラの分岐比の一例として、光カプラ３０ａの分岐比を０．６、光カプラ３１ａの分岐比を０．５、光カプラ３２ａ，３３ａの分岐比を０．２、光カプラ３４ａ，３５ａの分岐比を０．１、そして光カプラ３０ｂの分岐比を０．６、光カプラ３１ｂの分岐比を０．５、光カプラ３２ｂ，３３ｂの分岐比を０．１、さらに、光カプラ３０ｃの分岐比を０．４、光カプラ３１ｃの分岐比を０．５、光カプラ３２ｃ，３３ｃの分岐比を０．１に設定した。もちろん、これはインタリーブ・フィルタを実現するための分岐比の一例である。
【０１２０】
また、これまでのように入力導波路２２ａより光信号を入力し、一方は、出力導波路２３ａ，入力導波路２２ｂを通過した後、出力導波路２３ｂより出力される特性を用い、他方は、出力導波路２４ａ，入力導波路２１ｃを通過した後、出力導波路２３ｃより出力される透過特性を用いてもよいが、その他のポートを用いても良い。さらに、図２５に示した構成は本実施例の一つの構成例であり、その他、光遅延導波路の本数、構成、遅延量、光カプラの分岐比、種類なども自由に設定できる。
【０１２１】
まず、前段の光フィルタ単独の透過特性と波長分散特性を図２６（ａ），（ｂ）に示す。入力導波路２２ａより光信号を入力し、出力導波路２３ａより出力される特性の周波数依存性を実線で示し、入力導波路２２ａより光出力を入力し、出力導波路２４ａより出力される特性の周波数依存性を点線で示した。図２６（ｂ）の波長分散特性は、後段の光フィルタの波長分散特性（図２６（ｂ））と絶対値が異なる逆の波長依存性を有する。したがって、波長分散特性は、図２７（ｂ）に示したように、部分的に打ち消しあい、波長分散が小さくなっていることがわかる。反対に、従来のように前段に図２５に示したＮ型光フィルタ１１ａを用い、後段に図５に示したＲ型光フィルタの代わりに、図３に示したＮ型光フィルタを使用した場合は、図２７（ｃ）のように波長分散が重なり強め合ってしまう。
【０１２２】
本実施例で示した光合分波器は、これまで第１、第２実施例で説明した光合分波器と異なり、波長分散は残っている。これは、互いに接続する光フィルタ間では光遅延導波路の本数が異なるため、相対遅延時間の絶対値が概ね等しい光遅延導波路同士の光振幅係数を概ね一致させ、打ち消し合うことができないからである。近年の通信速度の高速化に伴い、光信号の劣化を防ぐため光合分波器の波長分散を限りなく小さくすることが重要である。しかし、波長分散が問題にならないような通信速度を用いる場合や、元々波長分散が小さい広チャネル間隔のを光合分波器を実現するには必ずしも波長分散を極限的に低減する必要はない。そこで、本実施例のように、波長分散が完全にゼロにはならなくとも、小さく抑えられるよう光フィルタを互いに接続すれば、クロストークを改善し、同時に波長分散を低減することができる。
【０１２３】
もちろん、本構成の光合分波器に、これまでに説明した位相調整手段、半波長板、温度補償材料、光強度調整手段が備えられてもいてもよいし、それ以外の構成を有していてもよい。
【０１２４】
［その他の実施例］
以上、各実施例で説明した光合分波器は、前段の光フィルタの２つの出力導波路にそれぞれ１つずつ光フィルタを接続した構成であったが、もちろん多段化する光フィルタの数は自由に設定でき、後段に２段以上直列に接続してもよいし、前段の光フィルタに３つ以上光フィルタを並列に接続してもよい。また、後段の一方と後段の他方で異なる段数だけ光フィルタを接続してもよい。また、各光フィルタの光遅延導波路本数は任意である。
【０１２５】
また、上述した実施例では、光合分波器として１入力、２出力のインタリーブ・フィルタを構成したが、例えば、前段と後段に１入力２出力の光フィルタを配置し、前段と後段の光フィルタとで単位遅延時間Δτが２倍異なるよう設定し、出力される波形が１／４周期ずれるよう後段の光フィルタの中心波長を設定してやれば１入力４出力の光合分波器が実現できる。もちろん、これはほんの一例であり、任意のＮ×Ｍ光合分波器を構成してもよい。
【０１２６】
また、各実施例では、光遅延導波路が並列に並んでいる光フィルタのみを用いたが、例えば、光合分波器を構成する光フィルタの１つとして部分的に従来のラティス型フィルタを使用してもよいし、その他の光フィルタを使用してもよい。
【０１２７】
また、各実施例で説明した光合分波器は、同一基板上に配置されていたが、例えば、異なる基板上の光フィルタ同士が直接接続されていても、光ファイバを介して接続されていてもよい。もちろんその他の方法で接続されていてもよい。さらに、光フィルタと同一基板上に、ＡＷＧなどの波長合分波器が作製されていてもよく、また光フィルタと接続されていてもよい。もちろん、異なる基板上に作製され、それらが接続されていてもよい。さらに波長合分波器以外の光部品が同一基板上に作製されていても、異なる部品として接続されていてもよい。
【０１２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、本発明の光合分波器は、光合分波器を構成する光フィルタの特性をモニタすることが可能であり、また、半波長板や温度依存性無償材料の挿入により容易に偏波依存性と温度依存性を低減でき、また、波長分散特性が抑制される構造を有しており、また、光振幅係数調整手段や位相調整手段を備えることで作製誤差を補償できる。したがって、本発明によりクロストークが良好かつ波長分散の小さい光合分波器を低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光合分波器の第１実施例を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例における光合分波器の透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例におけるＮ型構成の光フィルタを示す図である。
【図４】本発明の第１実施例におけるＮ型構成の光フィルタの透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例におけるＲ型構成の光フィルタを示す図である。
【図６】本発明の第１実施例におけるＲ型構成の光フィルタの透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図７】本発明の第１実施例において、Ｎ型構成の光フィルタ同士を２段接続した場合の透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図８】（ａ）は第１実施例の第１変形例における光合分波器、（ｂ）は光強度調整手段の例を示す図である。
【図９】本発明の第１実施例の第１変形例における光合分波器を示す図である。
【図１０】本発明の第１実施例の第１変形例における光合分波器を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施例の第１変形例における光合分波器を示す図である。
【図１２】本発明の第１実施例の第２変形例における光合分波器の光フィルタを示す図で、（ａ）はＦＮ型構成の光フィルタ、（ｂ）はＦＲ型構成の光フィルタを示す図である。
【図１３】本発明の第１実施例の第２変形例における光合分波器を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施例における光合分波器を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施例における光合分波器の透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図１６】本発明の第２実施例におけるＮ型構成の光フィルタを示す図である。
【図１７】本発明の第２実施例におけるＮ型構成のフィルタの透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図１８】本発明の第２実施例の第１変形例における光フィルタを示す図で、（ａ）はＴＦ型構成の光フィルタの例１、（ｂ）はＴＦ型構成の光フィルタの例２を示す図である。
【図１９】本発明の第２実施例の第１変形例におけるＴ型構成の光フィルタの透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図２０】本発明の第２実施例の第１変形例における光合分波器の透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図２１】本発明の第２実施例の第１変形例における光合分波器を示す図である。
【図２２】本発明の第２実施例の第２変形例における光合分波器を示す図である。
【図２３】本発明の第３実施例における光合分波器を示す図である。
【図２４】本発明の第３実施例における光合分波器の透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図２５】本発明の第４実施例における光合分波器を示す図である。
【図２６】本発明の第４実施例における光合分波器の前段に用いた、Ｎ型構成のフィルタの透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図２７】本発明の第４実施例における光合分波器の透過特性と波長分散が低減する構成の波長分散特性と波長分散が増大する構成の波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散が低減する構成の波長分散特性、（ｃ）は波長分散が増大する構成の波長分散特性を示す図である。
【図２８】インタリーブ・フィルタと波長合分波器の組み合せによる大規模波長合分波器の構成例を示す図である。
【図２９】従来のラティス型インタリーブ・フィルタの構成を示す図である。
【図３０】従来のラティス型インタリーブ・フィルタの透過特性と波長分散特性を示す図で、（ａ）は透過特性、（ｂ）は波長分散特性を示す図である。
【図３１】従来のラティス型インタリーブ・フィルタの多段化の方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 基板
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 光合分波器を構成する光フィルタ
２１，２１ａ〜２１ｃ，２２，２２ａ〜２２ｃ 入力導波路
２３，２３ａ〜２３ｃ，２４，２４ａ〜２４ｃ 出力導波路
２５，２５ａ〜２５ｃ，２６，２６ａ〜２６ｃ，２７，２７ａ〜２７ｃ，２８，２８ａ〜２８ｃ モニタ導波路
３０、３０ａ〜３０ｃ，３１，３１ａ〜３１ｃ，３２，３２ａ〜３２ｃ，３３，３３ａ〜３３ｃ，３４，３４ａ〜３４ｃ，３５，３５ａ〜３５ｃ 光カプラ
４０，４０ａ〜４０ｃ，４１，４１ａ〜４１ｃ，４２，４２ａ〜４２ｃ，４３，４３ａ〜４３ｃ，４４，４４ａ〜４４ｃ，４５ａ，４６ａ 光遅延導波路
５０，５０ａ〜５０ｃ，５１，５１ａ〜５１ｃ，５２ａ〜５２ｃ，５３ａ〜５３ｃ，５４ａ〜５４ｃ，５５，５５ａ〜５５ｃ， 位相調整手段
６０ａ〜６０ｃ 光強度調整手段
７０ａ〜７０ｂ 半波長板挿入溝
７１ａ〜７１ｂ 半波長板
８０ａ〜８０ｃ，８１ａ〜８１ｃ，８２ａ〜８２ｃ，８３ａ〜８３ｃ，８４ａ〜８４ｃ， 温度補償材料
１００，１０２，１０３ 波長合分波器
１０１ インタリーブ・フィルタ
１１０ 基板
１２１，１２２ 入力導波路
１２３，１２４ 出力導波路
１３０ａ〜１３０ｃ 光カプラ
１４０〜１４３ 光遅延導波路
１５０ インタリーブ・フィルタ
Claims (11)
- １つ以上の入力導波路と２つの出力導波路とを有する前段の光フィルタの該２つの出力導波路に、それぞれ、１つ以上の入力導波路と１つ以上の出力導波路とを有する後段の光フィルタが接続された光合分波器において、
前記前段の光フィルタは、前記１つ以上の入力導波路と、該入力導波路からの入力光を第１および第２の２つの遅延線群に分岐する入力光分波器と、前記第１および第２の２つの遅延線群に接続され該２つの遅延線群からの光を結合する出力光合波器と、該出力光合波器に接続する前記２つの出力導波路を備え、
前記後段の光フィルタは、それぞれ、前記１つ以上の入力導波路と、該入力導波路からの入力光を第３および第４の２つの遅延線群に分岐する入力光分波器と、前記第３および第４の２つの遅延線群に接続され該２つの遅延線群からの光を結合する出力光合波器と、該出力光合波器に接続する前記１つ以上の出力導波路を備え、
前記第１および第３の遅延線群は、単位遅延時間の奇数倍となる光遅延経路からなり、前記第２および第４の遅延線群は、単位遅延時間の偶数倍となる光遅延経路からなり、前記遅延線群の前記光遅延経路は、前記入力光分波器の出力と前記出力光合波器の入力とに直接接続された導波路からなるか、または前記入力光分波器の出力に接続された少なくとも１つの光カプラと、該光カプラに接続された少なくとも１つの導波路と、該導波路に接続され、前記出力光合波器の入力に接続された少なくとも１つの光カプラとからなり、
前記前段と後段の光フィルタの光遅延経路の数及び最大遅延時間が等しく、前記後段の光フィルタの光遅延経路の最大遅延時間を基準として遅延時間を相対遅延時間−ｍ・Δτ（ｍは０と自然数）で表したとき、前記前段の光フィルタの遅延線群の光遅延経路の相対遅延時間がｍ・Δτで表され、これら相対遅延時間が±ｍ・Δτとなる光遅延経路の各ペアの振幅係数が等しくなるように設定されていることを特徴とする光合分波器。 - 前記前段の光フィルタの２つの遅延線群のうち、一方の遅延線群のいずれの光遅延経路も、他方の遅延線群のいずれの光遅延経路よりも遅延時間が大きく、かつ前記後段の光フィルタの２つの遅延線群のうち、一方の遅延線群のいずれの光遅延線経路も、他方の遅延線群のいずれの光遅延経路よりも遅延時間が大きいことを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
- 前記後段の光フィルタの光遅延経路が遅延時間の大きさの順に並ぶように、前記第３の遅延線群の光遅延経路の一部と、前記第４の遅延線群の光遅延経路の一部とを入れ換えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光合分波器。
- 前記光フィルタが１入力Ｍ出力（Ｍは自然数）の光合分波器であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光合分波器。
- 前記光合分波器を構成する光フィルタがモニタ導波路を備えていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の光合分波器。
- 前記光合分波器を構成する光フィルタの入力光分波器が分岐比可変の分岐比調整手段であるか、もしくは前記光遅延経路を構成する光遅延導波路に光強度調整手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の光合分波器。
- 前記分岐比調整手段もしくは光強度調整手段がマッハツェンダ干渉計であることを特徴とする請求項６に記載の光合分波器。
- 前記光合分波器を構成する光フィルタに位相調整手段を有しており、該位相調整手段が薄膜ヒータもしくは光照射であることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の光合分波器。
- 前記光遅延経路を構成する光遅延導波路のほぼ中間の位置に半波長板が挿入されていることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の光合分波器。
- 前記光遅延経路を構成する光遅延導波路に１つもしくは複数の溝が形成されており、該溝に光導波路と異なる屈折率温度依存性を有する材料が挿入されていることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の光合分波器。
- 前記光遅延経路を構成する光遅延導波路が石英系光導波路であることを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載の光合分波器。
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