JP4003533B2 - 可変光減衰器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに異なる波長を有する複数チャンネルの信号光が伝搬される波長多重伝送システムなどの光伝送システムにおいて、信号光を可変に減衰させるために用いられる可変光減衰器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高度情報化社会の到来による社会的ニーズから、光ファイバ伝送路網を利用した画像通信などの大容量高速通信や、国際通信などの長距離通信に関する研究開発が盛んに行われている。ここで、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送システムは、光ファイバ線路に互いに異なる波長を有する複数の信号光からなる多波長信号光を伝送させることにより光通信を行うものであり、近年のインターネット等による通信需要の急増などに対応するものとして開発と導入が進められている。
【０００３】
このようなＷＤＭ伝送システムにおいては、長距離幹線系での高速・大容量の光通信を実現するため、使用する波長帯域が狭い高密度波長多重（ＤＷＤＭ：Dense−ＷＤＭ）方式による伝送システムが開発されている。また、一方で、都市部でのアクセス系などにおける光通信に適用するものとして、使用する波長帯域が比較的広い広間隔波長多重（ＣＷＤＭ：Coarse−ＷＤＭ）方式による伝送システムの開発が進められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＷＤＭ伝送システムにおいては、光ファイバ伝送路などの光伝送路上を伝送される多波長信号光に対し、複数チャンネルの信号光に含まれる各チャンネルでの信号光パワーを調整することが必要となる場合がある。このような信号光パワーの調整機能を有する平面導波路型の光回路として、例えば、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ：Mach Zehnder Interferometer）型の光回路を用いた可変光減衰器が用いられている。
【０００５】
多波長信号光に対して適用される多チャンネル可変光減衰器は、信号光に与える減衰量がそれぞれ可変に構成された複数のマッハツェンダ干渉計型光回路を横列に配置して構成される。そして、複数チャンネルの信号光のそれぞれを対応するマッハツェンダ干渉計型光回路で減衰させることによって、各チャンネルでの信号光パワーが可変に調整される。
【０００６】
ここで、従来の多チャンネル可変光減衰器においては、適用可能な信号光の使用波長（例えば１５５０ｎｍ）が設定され、使用波長を含む所定の波長帯域が使用波長帯域となっている。この可変光減衰器での使用波長帯域の帯域幅は、一般に４０ｎｍ程度と比較的狭い。このような使用波長帯域幅は、信号光波長帯域が比較的狭いＤＷＤＭ伝送システムへの適用については充分である。
【０００７】
一方、情報密度が比較的低い光通信系においては、今後、低価格、低消費電力で実現可能なＣＷＤＭ伝送システムの実用化が進むものと考えられる。しかしながら、上記した構成の多チャンネル可変光減衰器では、ＣＷＤＭ伝送システムへの適用は困難である。
【０００８】
すなわち、ＣＷＤＭ伝送システムでは、例えば１３００ｎｍ〜１６００ｎｍなどの比較的広い波長帯域が信号光波長帯域として用いられる。これに対して、可変光減衰器の光回路に用いられるマッハツェンダ干渉計は、その光学特性が波長依存性を有するため、広い波長帯域に対する光減衰器として適用することは難しい。特に、マッハツェンダ干渉計型光回路の光学特性は、その具体的な回路構成によってある程度は制御可能であるが、光学特性を波長無依存とすることはできない。
【０００９】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、適用可能な信号光の使用波長帯域を全体として広帯域化することが可能な多チャンネルの可変光減衰器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による可変光減衰器は、基板と、基板上に所定の導波路パターンで形成された光導波路とを有して構成された光回路からなる可変光減衰器であって、（１）それぞれ所定の波長を有する信号光が導波されるｎチャンネル（ｎは複数）の光導波路と、（２）ｎチャンネルの光導波路のそれぞれに対して設けられ、チャンネル毎に異なる構造パラメータを有するマッハツェンダ干渉計型光回路を含むとともに、信号光に与える減衰量がそれぞれ可変に構成されたｎチャンネルの光減衰手段とを備え、信号光波長帯域が１３００ｎｍ〜１６００ｎｍの光伝送システムに適用可能に構成されるとともに、ｎチャンネルの光導波路及びｎチャンネルの光減衰手段に対して、チャンネル毎に異なる使用波長帯域が設定され、ｎチャンネルの光減衰手段のそれぞれは、チャンネル毎の使用波長帯域に対応した、使用波長帯域毎に異なる構造パラメータを有して構成されるとともに、マッハツェンダ干渉計型光回路内に設けられた方向性結合器での結合長を構造パラメータとし、使用波長帯域毎に異なる結合長を有して構成されていることを特徴とする。
【００１１】
上記した可変光減衰器においては、信号光を可変に減衰させる複数のマッハツェンダ干渉計型光回路を、各チャンネルの光導波路に対応するように横列に配置することによって、互いに異なる波長を有する複数チャンネルの信号光のそれぞれについて、信号光パワーを可変に調整することが可能となっている。
【００１２】
さらに、複数の光減衰手段のそれぞれでの光回路構成について、マッハツェンダ干渉計型光回路での構造パラメータをチャンネル毎に異なる設定としている。このとき、可変光減衰器における適用可能な信号光の使用波長、及び使用波長帯域が、チャンネル毎に異なるものとなる。これにより、多チャンネルの可変光減衰器の全体として、適用可能な信号光の使用波長帯域を広帯域化することが可能な可変光減衰器が実現される。
【００１３】
具体的には、ｎチャンネルの光減衰手段のそれぞれは、マッハツェンダ干渉計型光回路内に設けられた、コアの中心軸をずらして光導波路が接続されたオフセット部でのコアの中心軸のずれの大きさであるオフセット量を構造パラメータとし、チャンネル毎（使用波長帯域毎）に異なるオフセット量を有して構成されていることを特徴とする。あるいは、ｎチャンネルの光減衰手段のそれぞれは、マッハツェンダ干渉計型光回路内に設けられた方向性結合器での結合長を構造パラメータとし、チャンネル毎（使用波長帯域毎）に異なる結合長を有して構成されていることを特徴とする。
【００１４】
このように、オフセット部でのオフセット量や、方向性結合器での結合長などの構造パラメータをチャンネル毎に異なる設定とすることにより、適用可能な信号光の使用波長、及び使用波長帯域を、各チャンネルのマッハツェンダ干渉計型光回路において好適に設定することができる。
【００１５】
また、可変光減衰器は、ｎチャンネルの光導波路及びｎチャンネルの光減衰手段に対して、チャンネル毎に異なる使用波長帯域が設定され、ｎチャンネルの光減衰手段のそれぞれは、チャンネル毎の使用波長帯域に対応した構造パラメータを有して構成されていることを特徴とする。
【００１６】
このように各チャンネルでの使用波長帯域、及びそれに対応するマッハツェンダ干渉計型光回路での構造パラメータを設定することにより、所定の信号光波長帯域にあり、互いに異なる波長を有するｎチャンネルの信号光について、それぞれの信号光パワーを可変かつ好適に調整することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による可変光減衰器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１８】
まず、本発明による多チャンネル可変光減衰器の基本構成について説明する。
【００１９】
図１は、本発明による多チャンネル可変光減衰器の一実施形態を模式的に示す構成図である。本実施形態の可変光減衰器１は、基板上に形成された光導波路を用いた平面導波路型の光回路からなる。この可変光減衰器１は、複数チャンネルの信号光が伝搬されるＷＤＭ伝送システムなどの光伝送システムにおいて、信号光を可変に減衰させるための光回路として好適に適用することが可能に構成されている。
【００２０】
図１に示す可変光減衰器１は、基板１０と、基板１０上に所定の導波路パターンで形成された光導波路とからなる。本可変光減衰器１においては、図中に矢印によって信号光伝搬方向を示すように、基板１０の左側の端面が減衰させる対象となる信号光の入力に用いられる入力端面１０ａとなっている。また、右側の端面が減衰された信号光の出力に用いられる出力端面１０ｂとなっている。
【００２１】
基板１０上には、可変光減衰器１を構成する光導波路として、入力端面１０ａと出力端面１０ｂとの間に、８チャンネル（一般にはｎチャンネル、ｎは複数）の光導波路１１、１２、…、１８が形成されている。
【００２２】
これらの８チャンネルの光導波路１１〜１８は、それぞれ所定の波長を有する信号光が導波される光導波路であり、入力端面１０ａ上に設けられた信号光入力端１１ａ〜１８ａと、出力端面１０ｂ上に設けられた信号光出力端１１ｂ〜１８ｂとの間に形成されている。
【００２３】
８チャンネルの光導波路１１〜１８に対して、基板１０上には、対応する８チャンネルの光減衰器（光減衰手段）２１〜２８が設けられている。
【００２４】
第１チャンネルの光導波路１１上の所定位置には、第１光減衰器２１が設置されている。光減衰器２１は、所定の構造パラメータを有するマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型光回路を含む光回路からなる。また、その構造パラメータは、適用可能な信号光の使用波長帯域がλ１ａ〜λ１ｂとなるように設定されている。入力端１１ａから入力された信号光は、光導波路１１を導波されるとともに光減衰器２１によって所定の減衰量で減衰され、出力端１１ｂから出力される。
【００２５】
また、第２〜第８チャンネルの光導波路１２〜１８に対しても、それぞれ同様に光減衰器２２〜２８が設置されている。すなわち、第２チャンネルの光導波路１２上の所定位置には、使用波長帯域がλ２ａ〜λ２ｂとなるように設定された構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を含む光回路からなる第２光減衰器２２が設置されている。第３チャンネルの光導波路１３上の所定位置には、使用波長帯域がλ３ａ〜λ３ｂとなるように設定された構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を含む光回路からなる第３光減衰器２３が設置されている。第４チャンネルの光導波路１４上の所定位置には、使用波長帯域がλ４ａ〜λ４ｂとなるように設定された構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を含む光回路からなる第４光減衰器２４が設置されている。
【００２６】
第５チャンネルの光導波路１５上の所定位置には、使用波長帯域がλ５ａ〜λ５ｂとなるように設定された構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を含む光回路からなる第５光減衰器２５が設置されている。第６チャンネルの光導波路１６上の所定位置には、使用波長帯域がλ６ａ〜λ６ｂとなるように設定された構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を含む光回路からなる第６光減衰器２６が設置されている。第７チャンネルの光導波路１７上の所定位置には、使用波長帯域がλ７ａ〜λ７ｂとなるように設定された構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を含む光回路からなる第７光減衰器２７が設置されている。第８チャンネルの光導波路１８上の所定位置には、使用波長帯域がλ８ａ〜λ８ｂとなるように設定された構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を含む光回路からなる第８光減衰器２８が設置されている。
【００２７】
ここで、８チャンネルの光減衰器２１〜２８のそれぞれは、信号光に与える減衰量が可変に構成された可変光減衰器となっている。各可変光減衰器２１〜２８での信号光の減衰量は、制御用の電気信号などによって適宜制御される。また、光減衰器２１〜２８におけるＭＺＩ型光回路は、チャンネル毎に異なる構造パラメータによって形成されている。これにより、各可変光減衰器２１、…、２８での上記した使用波長帯域λ１ａ〜λ１ｂ、…、λ８ａ〜λ８ｂは、チャンネル毎に異なるものとなっている。
【００２８】
本実施形態による多チャンネル可変光減衰器の効果について説明する。
【００２９】
図１に示した可変光減衰器１においては、それぞれＭＺＩ型光回路からなり信号光を可変に減衰させる８チャンネルの光減衰器２１〜２８を、各チャンネルの光導波路１１〜１８に対応するように横列に配置している。これにより、互いに異なる波長を有する複数チャンネルの信号光のそれぞれを可変に減衰させて、その信号光パワーを可変に調整することが可能となる。
【００３０】
さらに、８チャンネルの可変光減衰器２１〜２８のそれぞれでの光回路構成について、ＭＺＩ型光回路の具体的な光回路構造を決定する構造パラメータをチャンネル毎に異なる構成としている。このとき、可変光減衰器１における適用可能な信号光の使用波長、及び使用波長帯域が、チャンネル毎に異なるものとなる。これにより、図１に示した多チャンネル可変光減衰器１の全体として、適用可能な信号光の使用波長帯域を広帯域化することができる。
【００３１】
すなわち、従来の多チャンネル可変光減衰器においては、各チャンネルでの使用波長帯域は、同一の波長帯域に設定されている。例えば、適用可能とする信号光の使用波長が１５５０ｎｍであれば、可変光減衰器の使用波長帯域は、全チャンネルで１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍ程度である。このような多チャンネル可変光減衰器は、ＤＷＤＭ伝送システムへの適用については充分であるが、信号光波長帯域が広いＣＷＤＭ伝送システムへの適用は困難である。
【００３２】
これに対して、図１に示した可変光減衰器１では、８チャンネルの光減衰器２１〜２８のそれぞれにおいて、チャンネル毎に異なる構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を用いることにより、各チャンネルで適用可能な信号光の使用波長帯域を異なるものとしている。これにより、多チャンネル可変光減衰器の全体としての使用波長帯域を広帯域化することができる。
【００３３】
具体的な使用波長帯域の設定例としては、光減衰器２１〜２８での使用波長帯域を、それぞれ、
λ１ａ〜λ１ｂ＝１２９０〜１３３０ｎｍ
λ２ａ〜λ２ｂ＝１３３０〜１３７０ｎｍ
λ３ａ〜λ３ｂ＝１３７０〜１４１０ｎｍ
λ４ａ〜λ４ｂ＝１４１０〜１４５０ｎｍ
λ５ａ〜λ５ｂ＝１４５０〜１４９０ｎｍ
λ６ａ〜λ６ｂ＝１４９０〜１５３０ｎｍ
λ７ａ〜λ７ｂ＝１５３０〜１５７０ｎｍ
λ８ａ〜λ８ｂ＝１５７０〜１６１０ｎｍ
とする設定がある。この構成では、１３００ｎｍ〜１６００ｎｍを信号光波長帯域とするＣＷＤＭ伝送システムに対して好適に適用可能な多チャンネル可変光減衰器１とすることができる。
【００３４】
なお、複数チャンネルの光減衰器２１〜２８のそれぞれにおけるＭＺＩ型光回路の構造パラメータについては、一般には、チャンネル毎に異なる構造パラメータに適宜設定すれば良い。また、可変光減衰器１が適用される光伝送システムに用いられている信号光波長帯域や、各チャンネルの信号光の波長がわかっている場合などには、複数チャンネルの光導波路１１〜１８及び光減衰器２１〜２８に対して、信号光波長帯域等を参照してチャンネル毎に異なる使用波長帯域を設定し、設定された使用波長帯域に対応する構造パラメータによって、各チャンネルの光減衰器２１〜２８でのＭＺＩ型光回路を形成することが好ましい。
【００３５】
これにより、所定の信号光波長帯域にあり、互いに異なる波長を有する複数チャンネルの信号光について、それぞれの信号光パワーを可変かつ好適に調整することが可能な可変光減衰器が得られる。なお、光減衰器のＭＺＩ型光回路において使用波長帯域に対応して設定される構造パラメータ、及びその設定方法については、具体的には後述する。
【００３６】
図２は、多チャンネル可変光減衰器の他の実施形態を示す構成図である。本実施形態は、図１に示した実施形態による８チャンネル可変光減衰器１について、より具体的な構成例を示すものとなっている。
【００３７】
本実施形態の可変光減衰器１Ａは、基板１０上に所定の導波路パターンで形成された光導波路からなる平面導波路型の光回路である。基板１０上には、光回路を構成する光導波路として、入力端面１０ａと出力端面１０ｂとの間に、８チャンネルの光導波路１１〜１８が形成されている。光導波路１１〜１８は、それぞれ所定の波長を有する信号光が導波される光導波路であり、信号光入力端１１ａ〜１８ａと信号光出力端１１ｂ〜１８ｂとの間に形成されている。
【００３８】
また、図２に示した可変光減衰器１Ａにおいては、８チャンネルの光導波路１１〜１８のそれぞれに対して、光導波路上の所定位置に、マッハツェンダ干渉計型光回路からなる可変光減衰器２１〜２８が設けられている。これにより、本可変光減衰器１Ａは、８チャンネルの可変光減衰器となっている。
【００３９】
すなわち、本可変光減衰器１Ａにおけるそれぞれの光導波路１１〜１８は、入力端１１ａ〜１８ａと出力端１１ｂ〜１８ｂとの間に形成された主導波路となっている。この主導波路１１〜１８に対して、入力端から出力端へと順に、第１光カプラ２１ａ〜２８ａ、及び第２光カプラ２１ｂ〜２８ｂの２つの光カプラ（方向性結合器）が設けられている。
【００４０】
また、８チャンネルの光導波路１１〜１８に対して、それぞれの光導波路に沿うように、さらに８本の光導波路３１〜３８が形成されている。それぞれの光導波路３１〜３８は、主導波路１１〜１８に対して設けられた副導波路となっている。この副導波路３１〜３８のそれぞれは、対応する主導波路１１〜１８に対して、上記した光カプラ２１ａ〜２８ａ、２１ｂ〜２８ｂのそれぞれを介して光結合されている。これにより、主導波路１１〜１８、副導波路３１〜３８、第１光カプラ２１ａ〜２８ａ、及び第２光カプラ２１ｂ〜２８ｂは、横列された８個のマッハツェンダ干渉計を構成している。
【００４１】
これらのＭＺＩ型光回路は、光導波路１１〜１８をそれぞれ導波される所定波長の信号光に対して、光減衰器２１〜２８として機能する光回路部分である。入力端１１ａ〜１８ａから可変光減衰器１Ａの光回路へと入力された信号光は、主導波路１１〜１８を通過するとともに、対応する光減衰器２１〜２８での上記したＭＺＩ型光回路において所定の減衰量で減衰される。そして、減衰された信号光は、出力端１１ｂ〜１８ｂから出力される。
【００４２】
また、光減衰器２１〜２８におけるＭＺＩ型光回路は、図１に関して上述したように、チャンネル毎に異なる構造パラメータによって形成されている。これにより、各光減衰器２１〜２８での使用波長帯域は、チャンネル毎に異なるものとなっている。
【００４３】
また、本可変光減衰器１Ａにおいては、上記したＭＺＩ型光回路を構成している主導波路１１〜１８、副導波路３１〜３８に対し、マッハツェンダ干渉計において信号光に与えられる減衰量を保持し、あるいは減衰量を可変に制御するための温度調整手段として、ヒータ４１〜４８、５１〜５８が設置されている。
【００４４】
すなわち、第１光カプラ２１ａ〜２８ａと第２光カプラ２１ｂ〜２８ｂとの間の主導波路１１〜１８のそれぞれに対し、主導波路の温度を調整する温度調整手段として、ヒータ４１〜４８が設けられている。また、第１光カプラ２１ａ〜２８ａと第２光カプラ２１ｂ〜２８ｂとの間の副導波路３１〜３８のそれぞれに対し、副導波路の温度を調整する温度調整手段として、ヒータ５１〜５８が設けられている。
【００４５】
これらのヒータ４１〜４８、５１〜５８は、主導波路１１〜１８及び副導波路３１〜３８の温度を調整することによって、主導波路１１〜１８と副導波路３１〜３８とのそれぞれを導波される光に対する位相変化量を調整するものである。また、これらのヒータ４１〜４８、５１〜５８での温度は、それぞれのヒータへの供給電力を変化させることによって制御することができる。これにより、ＭＺＩ型光回路からなる光減衰器２１〜２８のそれぞれにおいて、信号光に与えられる減衰量が可変に制御される。
【００４６】
次に、マッハツェンダ干渉計型光回路における構造パラメータ、及びその設定方法について説明する。
【００４７】
図１及び図２に示した多チャンネル可変光減衰器では、上述したように、光減衰器２１〜２８のそれぞれでのＭＺＩ型光回路において、適用する信号光の使用波長帯域に対応してチャンネル毎に構造パラメータが設定される。このような構造パラメータの一例として、ＭＺＩ型光回路内に設けられたオフセット部でのオフセット量がある。オフセット部は、そのオフセット量に応じて光学特性が大きい波長依存性を有する光回路部分である。
【００４８】
図３は、マッハツェンダ干渉計型光回路のオフセット部でのオフセット量について示す図である。オフセットとは、光導波路における曲線状の導波路部分に対し、曲線の曲率が不連続となる部位での信号光の放射損失を抑制するため、コアの中心軸をずらして光導波路同士を接続する構成である。図３には、このようなオフセット部が設けられた光導波路の例として、Ｓ字型の曲線導波路部分を有する光導波路６０を示している。また、図３においては、光導波路６０の各導波路部分について、そのコアの中心軸を点線によって図示している。
【００４９】
このＳ字型の光導波路６０では、曲線の曲率が不連続となる部位に対し、３個のオフセット部７１、７２、７３が設けられている。このようなオフセット部７１〜７３においては、オフセット部７１について図示しているように、コアの中心軸のずれの大きさがオフセット量ｘとなる。
【００５０】
このようなオフセット部は、上記したように、その構造パラメータであるオフセット量ｘに応じて光学特性が大きい波長依存性を有する。したがって、ＭＺＩ型光回路内での曲線状の導波路部分にオフセット部を設けた場合、その構造パラメータであるオフセット量ｘを、それぞれの使用波長帯域に対応するようにチャンネル毎に設定することが好ましい。
【００５１】
図４は、オフセット部におけるオフセット量と放射損失との関係を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸はオフセット部でのオフセット量ｘ（μｍ）を示している。また、縦軸はオフセット部での信号光に対する放射損失（ｄＢ）を示している。
【００５２】
また、図４中に示している各グラフＦ１〜Ｆ４については、グラフＦ１は波長λ＝１３００ｎｍの信号光での損失特性を示している。また、グラフＦ２は波長λ＝１４００ｎｍの信号光での損失特性を示している。また、グラフＦ３は波長λ＝１５００ｎｍの信号光での損失特性を示している。また、グラフＦ４は波長λ＝１６００ｎｍの信号光での損失特性を示している。これらのグラフＦ１〜Ｆ４は、いずれも光導波路でのコアとクラッドとの比屈折率差をΔｎ＝０．３％、コア幅及びコア厚を８．０μｍ、曲線状の導波路部分での曲率半径を５０ｍｍとする条件で行ったシミュレーションによる計算結果である。
【００５３】
これらの損失特性のグラフＦ１〜Ｆ４に示すように、オフセット部において信号光に発生する放射損失はオフセット量ｘによって変化し、一定のオフセット量で損失が最小となる。また、この放射損失が最小となる最適オフセット量は、信号光の波長によって異なるオフセット量となっている。
【００５４】
図５は、最適オフセット量の波長依存性を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は信号光の波長λ（ｎｍ）を示している。また、縦軸はオフセット部における最適オフセット量（μｍ）を示している。
【００５５】
ＭＺＩ型光回路の光学特性に影響する構造パラメータであるオフセット部でのオフセット量については、図５のグラフに示すような最適オフセット量の波長依存性を参照して、多チャンネル可変光減衰器のそれぞれのチャンネルでの使用波長帯域に対応して好適なオフセット量を設定することが好ましい。
【００５６】
例えば、図５のグラフでは、最適オフセット量は信号光の波長λに対して、略線形な波長依存性を有している。したがって、この場合、複数チャンネルのそれぞれでの使用波長に対して略線形な関係を満たすように、各チャンネルのＭＺＩ型光回路におけるオフセット部でのオフセット量を設定することが好ましい。
【００５７】
また、光減衰器２１〜２８のそれぞれでのＭＺＩ型光回路において、適用する信号光の使用波長帯域に対応して設定される構造パラメータの他の例として、ＭＺＩ型光回路内に設けられた方向性結合器（光カプラ）での結合長がある。方向性結合器は、オフセット部と同様に、その結合長に応じて光学特性が大きい波長依存性を有する光回路部分である。
【００５８】
図６は、マッハツェンダ干渉計型光回路の方向性結合器での結合長について示す図である。図６には、方向性結合器の例として、２本の光導波路６１、６２が結合長Ｌで光結合された方向性結合器（光カプラ）７４を示している。
【００５９】
このような方向性結合器は、上記したように、その構造パラメータである結合長Ｌに応じて光学特性が大きい波長依存性を有する。したがって、ＭＺＩ型光回路内での光導波路に方向性結合器を設けた場合、その構造パラメータである結合長Ｌを、それぞれの使用波長帯域に対応するようにチャンネル毎に設定することが好ましい。
【００６０】
図７は、方向性結合器における結合率の波長依存性を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は信号光の波長λ（ｎｍ）を示している。また、縦軸は方向性結合器における結合率Ｃを示している。
【００６１】
また、図７中に示している各グラフＧ１〜Ｇ５については、グラフＧ１は結合長Ｌ＝２００μｍでの光結合特性を示している。また、グラフＧ２は結合長Ｌ＝４００μｍでの光結合特性を示している。また、グラフＧ３は結合長Ｌ＝６００μｍでの光結合特性を示している。また、グラフＧ４は結合長Ｌ＝８００μｍでの光結合特性を示している。また、グラフＧ５は結合長Ｌ＝１０００μｍでの光結合特性を示している。
【００６２】
これらの光結合特性のグラフＧ１〜Ｇ５に示すように、方向性結合器における光の結合率は、結合長Ｌが長いほど大きくなる。また、その波長依存性についてみると、同じ結合長Ｌであっても、波長が長波長であるほど結合率が大きくなっている。例えば結合長がＬ＝６００μｍのグラフＧ３の場合、波長λ＝１３００ｎｍでは結合率はＣ＝０．３５、波長λ＝１６００ｎｍでは結合率はＣ＝０．８１である。
【００６３】
ＭＺＩ型光回路を用いた光減衰器においては、方向性結合器での光の結合率の上記した波長依存性により、信号光に対する減衰量のダイナミックレンジ及び消費電力に、チャンネル間に偏差を生じるという問題がある。
【００６４】
例えば、結合率がそれぞれＣ1、Ｃ2の２つの方向性結合器を有するＭＺＩ型光回路におけるクロス側での光の透過率は、以下の式によって表される。
【００６５】
Ｐc／Ｐin＝Ｃ1（１−Ｃ2）＋（１−Ｃ1）Ｃ2
＋２√｛Ｃ1Ｃ2（１−Ｃ1）（１−Ｃ2）｝
・ｃｏｓ（β・ΔＬ＋Δφ）
ここで、β＝２ｎπ／λは伝搬係数、Δφはヒータ熱による位相変化量である。
【００６６】
上記した式からわかるように、この光の透過率では、方向性結合器での結合率Ｃ1、Ｃ2が０．５からずれるほどｃｏｓ項の振幅係数が小さくなり、調整可能な透過率の幅が狭くなる。また、振幅係数が小さくなると、光に対する減衰量を同じだけ調整する場合でも、ヒータ熱による位相変化量Δφをより大きくしなければならず、これによって消費電力が大きくなる。
【００６７】
したがって、ＭＺＩ型光回路を用いた光減衰器において、信号光に対する減衰量のダイナミックレンジを大きくし、その消費電力を小さくするためには、方向性結合器での結合率をＣ1＝Ｃ2＝０．５とすることが好ましい。
【００６８】
図８は、結合率をＣ＝０．５とするための結合長の波長依存性を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は信号光の波長λ（ｎｍ）を示している。また、縦軸は方向性結合器において結合率をＣ＝０．５としたときの結合長Ｌ（μｍ）を示している。
【００６９】
ＭＺＩ型光回路の光学特性に影響する構造パラメータである方向性結合器での結合長については、図８のグラフに示すようなＣ＝０．５としたときの結合長の波長依存性を参照して、多チャンネル可変光減衰器のそれぞれのチャンネルでの使用波長帯域に対応して好適な結合長を設定することが好ましい。
【００７０】
例えば、図８のグラフでは、Ｃ＝０．５としたときの結合長は信号光の波長に対して、略２次関数状の波長依存性を有している。したがって、この場合、複数チャンネルのそれぞれでの使用波長に対して略２次関数状の関係を満たすように、各チャンネルのＭＺＩ型光回路における方向性結合器での結合長を設定することが好ましい。
【００７１】
構造パラメータに関して上述した曲線状の導波路部分でのオフセット部、及び方向性結合器は、図２の可変光減衰器１Ａでの光減衰器２１〜２８におけるＭＺＩ型光回路に示されているように、いずれもＭＺＩ型光回路内に設けられることがある光回路部分である。
【００７２】
したがって、ＭＺＩ型光回路からなる複数チャンネルの光減衰器のそれぞれにおいて、オフセット部でのオフセット量、または方向性結合器での結合長、あるいはその両者を構造パラメータとし、適用する信号光の使用波長帯域に対応してチャンネル毎に構造パラメータを設定することにより、多チャンネル可変光減衰器での適用可能な信号光の使用波長、及び使用波長帯域を、各チャンネルのＭＺＩ型光回路において好適に設定することができる。あるいは、オフセット部でのオフセット量、または方向性結合器での結合長以外の構造パラメータについて、同様にチャンネル毎の設定を行っても良い。
【００７３】
本発明による可変光減衰器は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、可変光減衰器のチャンネル数については、図１及び図２においては８チャンネルとしたが、一般には、複数チャンネル（ｎチャンネル）であれば、構造パラメータをチャンネル毎に設定する上記した構成を適用可能である。また、各チャンネルの光減衰器でのＭＺＩ型光回路において、信号光に与える減衰量を可変にする構成、及びその制御方法については、図２に示したヒータを用いる構成以外にも、様々な構成を用いて良い。
【００７４】
【発明の効果】
本発明による可変光減衰器は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、信号光を可変に減衰させるマッハツェンダ干渉計型光回路をそれぞれ含む複数の光減衰手段を、各チャンネルの光導波路に対応するように横列に配置し、複数の光減衰手段のそれぞれでの光回路構成について、マッハツェンダ干渉計型光回路での構造パラメータをチャンネル毎に異なる設定とする可変光減衰器によれば、互いに異なる波長を有する複数チャンネルの信号光のそれぞれについて、信号光パワーを可変に調整することが可能であるとともに、可変光減衰器の全体として、適用可能な信号光の使用波長帯域が広帯域化させる多チャンネルの可変光減衰器が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】多チャンネル可変光減衰器の一実施形態を模式的に示す構成図である。
【図２】多チャンネル可変光減衰器の他の実施形態を示す構成図である。
【図３】マッハツェンダ干渉計型光回路のオフセット部でのオフセット量について示す図である。
【図４】オフセット部におけるオフセット量と放射損失との関係を示すグラフである。
【図５】最適オフセット量の波長依存性を示すグラフである。
【図６】マッハツェンダ干渉計型光回路の方向性結合器での結合長について示す図である。
【図７】方向性結合器における結合率の波長依存性を示すグラフである。
【図８】結合率をＣ＝０．５とするための結合長の波長依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１、１Ａ…多チャンネル可変光減衰器、１０…基板、１０ａ…入力端面、１０ｂ…出力端面、１１〜１８…光導波路（主導波路）、１１ａ〜１８ａ…信号光入力端、１１ｂ〜１８ｂ…信号光出力端、２１〜２８…光減衰器、２１ａ〜２８ａ…第１光カプラ、２１ｂ〜２８ｂ…第２光カプラ、３１〜３８…副導波路、４１〜４８…ヒータ、５１〜５８…ヒータ、６０、６１、６２…光導波路、７１、７２、７３…オフセット部、７４…方向性結合器（光カプラ）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに異なる波長を有する複数チャンネルの信号光が伝搬される波長多重伝送システムなどの光伝送システムにおいて、信号光を可変に減衰させるために用いられる可変光減衰器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高度情報化社会の到来による社会的ニーズから、光ファイバ伝送路網を利用した画像通信などの大容量高速通信や、国際通信などの長距離通信に関する研究開発が盛んに行われている。ここで、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送システムは、光ファイバ線路に互いに異なる波長を有する複数の信号光からなる多波長信号光を伝送させることにより光通信を行うものであり、近年のインターネット等による通信需要の急増などに対応するものとして開発と導入が進められている。
【０００３】
このようなＷＤＭ伝送システムにおいては、長距離幹線系での高速・大容量の光通信を実現するため、使用する波長帯域が狭い高密度波長多重（ＤＷＤＭ：Dense−ＷＤＭ）方式による伝送システムが開発されている。また、一方で、都市部でのアクセス系などにおける光通信に適用するものとして、使用する波長帯域が比較的広い広間隔波長多重（ＣＷＤＭ：Coarse−ＷＤＭ）方式による伝送システムの開発が進められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＷＤＭ伝送システムにおいては、光ファイバ伝送路などの光伝送路上を伝送される多波長信号光に対し、複数チャンネルの信号光に含まれる各チャンネルでの信号光パワーを調整することが必要となる場合がある。このような信号光パワーの調整機能を有する平面導波路型の光回路として、例えば、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ：Mach Zehnder Interferometer）型の光回路を用いた可変光減衰器が用いられている。
【０００５】
多波長信号光に対して適用される多チャンネル可変光減衰器は、信号光に与える減衰量がそれぞれ可変に構成された複数のマッハツェンダ干渉計型光回路を横列に配置して構成される。そして、複数チャンネルの信号光のそれぞれを対応するマッハツェンダ干渉計型光回路で減衰させることによって、各チャンネルでの信号光パワーが可変に調整される。
【０００６】
ここで、従来の多チャンネル可変光減衰器においては、適用可能な信号光の使用波長（例えば１５５０ｎｍ）が設定され、使用波長を含む所定の波長帯域が使用波長帯域となっている。この可変光減衰器での使用波長帯域の帯域幅は、一般に４０ｎｍ程度と比較的狭い。このような使用波長帯域幅は、信号光波長帯域が比較的狭いＤＷＤＭ伝送システムへの適用については充分である。
【０００７】
一方、情報密度が比較的低い光通信系においては、今後、低価格、低消費電力で実現可能なＣＷＤＭ伝送システムの実用化が進むものと考えられる。しかしながら、上記した構成の多チャンネル可変光減衰器では、ＣＷＤＭ伝送システムへの適用は困難である。
【０００８】
すなわち、ＣＷＤＭ伝送システムでは、例えば１３００ｎｍ〜１６００ｎｍなどの比較的広い波長帯域が信号光波長帯域として用いられる。これに対して、可変光減衰器の光回路に用いられるマッハツェンダ干渉計は、その光学特性が波長依存性を有するため、広い波長帯域に対する光減衰器として適用することは難しい。特に、マッハツェンダ干渉計型光回路の光学特性は、その具体的な回路構成によってある程度は制御可能であるが、光学特性を波長無依存とすることはできない。
【０００９】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、適用可能な信号光の使用波長帯域を全体として広帯域化することが可能な多チャンネルの可変光減衰器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による可変光減衰器は、基板と、基板上に所定の導波路パターンで形成された光導波路とを有して構成された光回路からなる可変光減衰器であって、（１）それぞれ所定の波長を有する信号光が導波されるｎチャンネル（ｎは複数）の光導波路と、（２）ｎチャンネルの光導波路のそれぞれに対して設けられ、チャンネル毎に異なる構造パラメータを有するマッハツェンダ干渉計型光回路を含むとともに、信号光に与える減衰量がそれぞれ可変に構成されたｎチャンネルの光減衰手段とを備え、信号光波長帯域が１３００ｎｍ〜１６００ｎｍの光伝送システムに適用可能に構成されるとともに、ｎチャンネルの光導波路及びｎチャンネルの光減衰手段に対して、チャンネル毎に異なる使用波長帯域が設定され、ｎチャンネルの光減衰手段のそれぞれは、チャンネル毎の使用波長帯域に対応した、使用波長帯域毎に異なる構造パラメータを有して構成されるとともに、マッハツェンダ干渉計型光回路内に設けられた方向性結合器での結合長を構造パラメータとし、使用波長帯域毎に異なる結合長を有して構成されていることを特徴とする。
【００１１】
上記した可変光減衰器においては、信号光を可変に減衰させる複数のマッハツェンダ干渉計型光回路を、各チャンネルの光導波路に対応するように横列に配置することによって、互いに異なる波長を有する複数チャンネルの信号光のそれぞれについて、信号光パワーを可変に調整することが可能となっている。
【００１２】
さらに、複数の光減衰手段のそれぞれでの光回路構成について、マッハツェンダ干渉計型光回路での構造パラメータをチャンネル毎に異なる設定としている。このとき、可変光減衰器における適用可能な信号光の使用波長、及び使用波長帯域が、チャンネル毎に異なるものとなる。これにより、多チャンネルの可変光減衰器の全体として、適用可能な信号光の使用波長帯域を広帯域化することが可能な可変光減衰器が実現される。
【００１３】
具体的には、ｎチャンネルの光減衰手段のそれぞれは、マッハツェンダ干渉計型光回路内に設けられた、コアの中心軸をずらして光導波路が接続されたオフセット部でのコアの中心軸のずれの大きさであるオフセット量を構造パラメータとし、チャンネル毎（使用波長帯域毎）に異なるオフセット量を有して構成されていることを特徴とする。あるいは、ｎチャンネルの光減衰手段のそれぞれは、マッハツェンダ干渉計型光回路内に設けられた方向性結合器での結合長を構造パラメータとし、チャンネル毎（使用波長帯域毎）に異なる結合長を有して構成されていることを特徴とする。
【００１４】
このように、オフセット部でのオフセット量や、方向性結合器での結合長などの構造パラメータをチャンネル毎に異なる設定とすることにより、適用可能な信号光の使用波長、及び使用波長帯域を、各チャンネルのマッハツェンダ干渉計型光回路において好適に設定することができる。
【００１５】
また、可変光減衰器は、ｎチャンネルの光導波路及びｎチャンネルの光減衰手段に対して、チャンネル毎に異なる使用波長帯域が設定され、ｎチャンネルの光減衰手段のそれぞれは、チャンネル毎の使用波長帯域に対応した構造パラメータを有して構成されていることを特徴とする。
【００１６】
このように各チャンネルでの使用波長帯域、及びそれに対応するマッハツェンダ干渉計型光回路での構造パラメータを設定することにより、所定の信号光波長帯域にあり、互いに異なる波長を有するｎチャンネルの信号光について、それぞれの信号光パワーを可変かつ好適に調整することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による可変光減衰器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１８】
まず、本発明による多チャンネル可変光減衰器の基本構成について説明する。
【００１９】
図１は、本発明による多チャンネル可変光減衰器の一実施形態を模式的に示す構成図である。本実施形態の可変光減衰器１は、基板上に形成された光導波路を用いた平面導波路型の光回路からなる。この可変光減衰器１は、複数チャンネルの信号光が伝搬されるＷＤＭ伝送システムなどの光伝送システムにおいて、信号光を可変に減衰させるための光回路として好適に適用することが可能に構成されている。
【００２０】
図１に示す可変光減衰器１は、基板１０と、基板１０上に所定の導波路パターンで形成された光導波路とからなる。本可変光減衰器１においては、図中に矢印によって信号光伝搬方向を示すように、基板１０の左側の端面が減衰させる対象となる信号光の入力に用いられる入力端面１０ａとなっている。また、右側の端面が減衰された信号光の出力に用いられる出力端面１０ｂとなっている。
【００２１】
基板１０上には、可変光減衰器１を構成する光導波路として、入力端面１０ａと出力端面１０ｂとの間に、８チャンネル（一般にはｎチャンネル、ｎは複数）の光導波路１１、１２、…、１８が形成されている。
【００２２】
これらの８チャンネルの光導波路１１〜１８は、それぞれ所定の波長を有する信号光が導波される光導波路であり、入力端面１０ａ上に設けられた信号光入力端１１ａ〜１８ａと、出力端面１０ｂ上に設けられた信号光出力端１１ｂ〜１８ｂとの間に形成されている。
【００２３】
８チャンネルの光導波路１１〜１８に対して、基板１０上には、対応する８チャンネルの光減衰器（光減衰手段）２１〜２８が設けられている。
【００２４】
第１チャンネルの光導波路１１上の所定位置には、第１光減衰器２１が設置されている。光減衰器２１は、所定の構造パラメータを有するマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）型光回路を含む光回路からなる。また、その構造パラメータは、適用可能な信号光の使用波長帯域がλ１ａ〜λ１ｂとなるように設定されている。入力端１１ａから入力された信号光は、光導波路１１を導波されるとともに光減衰器２１によって所定の減衰量で減衰され、出力端１１ｂから出力される。
【００２５】
また、第２〜第８チャンネルの光導波路１２〜１８に対しても、それぞれ同様に光減衰器２２〜２８が設置されている。すなわち、第２チャンネルの光導波路１２上の所定位置には、使用波長帯域がλ２ａ〜λ２ｂとなるように設定された構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を含む光回路からなる第２光減衰器２２が設置されている。第３チャンネルの光導波路１３上の所定位置には、使用波長帯域がλ３ａ〜λ３ｂとなるように設定された構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を含む光回路からなる第３光減衰器２３が設置されている。第４チャンネルの光導波路１４上の所定位置には、使用波長帯域がλ４ａ〜λ４ｂとなるように設定された構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を含む光回路からなる第４光減衰器２４が設置されている。
【００２６】
第５チャンネルの光導波路１５上の所定位置には、使用波長帯域がλ５ａ〜λ５ｂとなるように設定された構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を含む光回路からなる第５光減衰器２５が設置されている。第６チャンネルの光導波路１６上の所定位置には、使用波長帯域がλ６ａ〜λ６ｂとなるように設定された構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を含む光回路からなる第６光減衰器２６が設置されている。第７チャンネルの光導波路１７上の所定位置には、使用波長帯域がλ７ａ〜λ７ｂとなるように設定された構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を含む光回路からなる第７光減衰器２７が設置されている。第８チャンネルの光導波路１８上の所定位置には、使用波長帯域がλ８ａ〜λ８ｂとなるように設定された構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を含む光回路からなる第８光減衰器２８が設置されている。
【００２７】
ここで、８チャンネルの光減衰器２１〜２８のそれぞれは、信号光に与える減衰量が可変に構成された可変光減衰器となっている。各可変光減衰器２１〜２８での信号光の減衰量は、制御用の電気信号などによって適宜制御される。また、光減衰器２１〜２８におけるＭＺＩ型光回路は、チャンネル毎に異なる構造パラメータによって形成されている。これにより、各可変光減衰器２１、…、２８での上記した使用波長帯域λ１ａ〜λ１ｂ、…、λ８ａ〜λ８ｂは、チャンネル毎に異なるものとなっている。
【００２８】
本実施形態による多チャンネル可変光減衰器の効果について説明する。
【００２９】
図１に示した可変光減衰器１においては、それぞれＭＺＩ型光回路からなり信号光を可変に減衰させる８チャンネルの光減衰器２１〜２８を、各チャンネルの光導波路１１〜１８に対応するように横列に配置している。これにより、互いに異なる波長を有する複数チャンネルの信号光のそれぞれを可変に減衰させて、その信号光パワーを可変に調整することが可能となる。
【００３０】
さらに、８チャンネルの可変光減衰器２１〜２８のそれぞれでの光回路構成について、ＭＺＩ型光回路の具体的な光回路構造を決定する構造パラメータをチャンネル毎に異なる構成としている。このとき、可変光減衰器１における適用可能な信号光の使用波長、及び使用波長帯域が、チャンネル毎に異なるものとなる。これにより、図１に示した多チャンネル可変光減衰器１の全体として、適用可能な信号光の使用波長帯域を広帯域化することができる。
【００３１】
すなわち、従来の多チャンネル可変光減衰器においては、各チャンネルでの使用波長帯域は、同一の波長帯域に設定されている。例えば、適用可能とする信号光の使用波長が１５５０ｎｍであれば、可変光減衰器の使用波長帯域は、全チャンネルで１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍ程度である。このような多チャンネル可変光減衰器は、ＤＷＤＭ伝送システムへの適用については充分であるが、信号光波長帯域が広いＣＷＤＭ伝送システムへの適用は困難である。
【００３２】
これに対して、図１に示した可変光減衰器１では、８チャンネルの光減衰器２１〜２８のそれぞれにおいて、チャンネル毎に異なる構造パラメータを有するＭＺＩ型光回路を用いることにより、各チャンネルで適用可能な信号光の使用波長帯域を異なるものとしている。これにより、多チャンネル可変光減衰器の全体としての使用波長帯域を広帯域化することができる。
【００３３】
具体的な使用波長帯域の設定例としては、光減衰器２１〜２８での使用波長帯域を、それぞれ、
λ１ａ〜λ１ｂ＝１２９０〜１３３０ｎｍ
λ２ａ〜λ２ｂ＝１３３０〜１３７０ｎｍ
λ３ａ〜λ３ｂ＝１３７０〜１４１０ｎｍ
λ４ａ〜λ４ｂ＝１４１０〜１４５０ｎｍ
λ５ａ〜λ５ｂ＝１４５０〜１４９０ｎｍ
λ６ａ〜λ６ｂ＝１４９０〜１５３０ｎｍ
λ７ａ〜λ７ｂ＝１５３０〜１５７０ｎｍ
λ８ａ〜λ８ｂ＝１５７０〜１６１０ｎｍ
とする設定がある。この構成では、１３００ｎｍ〜１６００ｎｍを信号光波長帯域とするＣＷＤＭ伝送システムに対して好適に適用可能な多チャンネル可変光減衰器１とすることができる。
【００３４】
なお、複数チャンネルの光減衰器２１〜２８のそれぞれにおけるＭＺＩ型光回路の構造パラメータについては、一般には、チャンネル毎に異なる構造パラメータに適宜設定すれば良い。また、可変光減衰器１が適用される光伝送システムに用いられている信号光波長帯域や、各チャンネルの信号光の波長がわかっている場合などには、複数チャンネルの光導波路１１〜１８及び光減衰器２１〜２８に対して、信号光波長帯域等を参照してチャンネル毎に異なる使用波長帯域を設定し、設定された使用波長帯域に対応する構造パラメータによって、各チャンネルの光減衰器２１〜２８でのＭＺＩ型光回路を形成することが好ましい。
【００３５】
これにより、所定の信号光波長帯域にあり、互いに異なる波長を有する複数チャンネルの信号光について、それぞれの信号光パワーを可変かつ好適に調整することが可能な可変光減衰器が得られる。なお、光減衰器のＭＺＩ型光回路において使用波長帯域に対応して設定される構造パラメータ、及びその設定方法については、具体的には後述する。
【００３６】
図２は、多チャンネル可変光減衰器の他の実施形態を示す構成図である。本実施形態は、図１に示した実施形態による８チャンネル可変光減衰器１について、より具体的な構成例を示すものとなっている。
【００３７】
本実施形態の可変光減衰器１Ａは、基板１０上に所定の導波路パターンで形成された光導波路からなる平面導波路型の光回路である。基板１０上には、光回路を構成する光導波路として、入力端面１０ａと出力端面１０ｂとの間に、８チャンネルの光導波路１１〜１８が形成されている。光導波路１１〜１８は、それぞれ所定の波長を有する信号光が導波される光導波路であり、信号光入力端１１ａ〜１８ａと信号光出力端１１ｂ〜１８ｂとの間に形成されている。
【００３８】
また、図２に示した可変光減衰器１Ａにおいては、８チャンネルの光導波路１１〜１８のそれぞれに対して、光導波路上の所定位置に、マッハツェンダ干渉計型光回路からなる可変光減衰器２１〜２８が設けられている。これにより、本可変光減衰器１Ａは、８チャンネルの可変光減衰器となっている。
【００３９】
すなわち、本可変光減衰器１Ａにおけるそれぞれの光導波路１１〜１８は、入力端１１ａ〜１８ａと出力端１１ｂ〜１８ｂとの間に形成された主導波路となっている。この主導波路１１〜１８に対して、入力端から出力端へと順に、第１光カプラ２１ａ〜２８ａ、及び第２光カプラ２１ｂ〜２８ｂの２つの光カプラ（方向性結合器）が設けられている。
【００４０】
また、８チャンネルの光導波路１１〜１８に対して、それぞれの光導波路に沿うように、さらに８本の光導波路３１〜３８が形成されている。それぞれの光導波路３１〜３８は、主導波路１１〜１８に対して設けられた副導波路となっている。この副導波路３１〜３８のそれぞれは、対応する主導波路１１〜１８に対して、上記した光カプラ２１ａ〜２８ａ、２１ｂ〜２８ｂのそれぞれを介して光結合されている。これにより、主導波路１１〜１８、副導波路３１〜３８、第１光カプラ２１ａ〜２８ａ、及び第２光カプラ２１ｂ〜２８ｂは、横列された８個のマッハツェンダ干渉計を構成している。
【００４１】
これらのＭＺＩ型光回路は、光導波路１１〜１８をそれぞれ導波される所定波長の信号光に対して、光減衰器２１〜２８として機能する光回路部分である。入力端１１ａ〜１８ａから可変光減衰器１Ａの光回路へと入力された信号光は、主導波路１１〜１８を通過するとともに、対応する光減衰器２１〜２８での上記したＭＺＩ型光回路において所定の減衰量で減衰される。そして、減衰された信号光は、出力端１１ｂ〜１８ｂから出力される。
【００４２】
また、光減衰器２１〜２８におけるＭＺＩ型光回路は、図１に関して上述したように、チャンネル毎に異なる構造パラメータによって形成されている。これにより、各光減衰器２１〜２８での使用波長帯域は、チャンネル毎に異なるものとなっている。
【００４３】
また、本可変光減衰器１Ａにおいては、上記したＭＺＩ型光回路を構成している主導波路１１〜１８、副導波路３１〜３８に対し、マッハツェンダ干渉計において信号光に与えられる減衰量を保持し、あるいは減衰量を可変に制御するための温度調整手段として、ヒータ４１〜４８、５１〜５８が設置されている。
【００４４】
すなわち、第１光カプラ２１ａ〜２８ａと第２光カプラ２１ｂ〜２８ｂとの間の主導波路１１〜１８のそれぞれに対し、主導波路の温度を調整する温度調整手段として、ヒータ４１〜４８が設けられている。また、第１光カプラ２１ａ〜２８ａと第２光カプラ２１ｂ〜２８ｂとの間の副導波路３１〜３８のそれぞれに対し、副導波路の温度を調整する温度調整手段として、ヒータ５１〜５８が設けられている。
【００４５】
これらのヒータ４１〜４８、５１〜５８は、主導波路１１〜１８及び副導波路３１〜３８の温度を調整することによって、主導波路１１〜１８と副導波路３１〜３８とのそれぞれを導波される光に対する位相変化量を調整するものである。また、これらのヒータ４１〜４８、５１〜５８での温度は、それぞれのヒータへの供給電力を変化させることによって制御することができる。これにより、ＭＺＩ型光回路からなる光減衰器２１〜２８のそれぞれにおいて、信号光に与えられる減衰量が可変に制御される。
【００４６】
次に、マッハツェンダ干渉計型光回路における構造パラメータ、及びその設定方法について説明する。
【００４７】
図１及び図２に示した多チャンネル可変光減衰器では、上述したように、光減衰器２１〜２８のそれぞれでのＭＺＩ型光回路において、適用する信号光の使用波長帯域に対応してチャンネル毎に構造パラメータが設定される。このような構造パラメータの一例として、ＭＺＩ型光回路内に設けられたオフセット部でのオフセット量がある。オフセット部は、そのオフセット量に応じて光学特性が大きい波長依存性を有する光回路部分である。
【００４８】
図３は、マッハツェンダ干渉計型光回路のオフセット部でのオフセット量について示す図である。オフセットとは、光導波路における曲線状の導波路部分に対し、曲線の曲率が不連続となる部位での信号光の放射損失を抑制するため、コアの中心軸をずらして光導波路同士を接続する構成である。図３には、このようなオフセット部が設けられた光導波路の例として、Ｓ字型の曲線導波路部分を有する光導波路６０を示している。また、図３においては、光導波路６０の各導波路部分について、そのコアの中心軸を点線によって図示している。
【００４９】
このＳ字型の光導波路６０では、曲線の曲率が不連続となる部位に対し、３個のオフセット部７１、７２、７３が設けられている。このようなオフセット部７１〜７３においては、オフセット部７１について図示しているように、コアの中心軸のずれの大きさがオフセット量ｘとなる。
【００５０】
このようなオフセット部は、上記したように、その構造パラメータであるオフセット量ｘに応じて光学特性が大きい波長依存性を有する。したがって、ＭＺＩ型光回路内での曲線状の導波路部分にオフセット部を設けた場合、その構造パラメータであるオフセット量ｘを、それぞれの使用波長帯域に対応するようにチャンネル毎に設定することが好ましい。
【００５１】
図４は、オフセット部におけるオフセット量と放射損失との関係を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸はオフセット部でのオフセット量ｘ（μｍ）を示している。また、縦軸はオフセット部での信号光に対する放射損失（ｄＢ）を示している。
【００５２】
また、図４中に示している各グラフＦ１〜Ｆ４については、グラフＦ１は波長λ＝１３００ｎｍの信号光での損失特性を示している。また、グラフＦ２は波長λ＝１４００ｎｍの信号光での損失特性を示している。また、グラフＦ３は波長λ＝１５００ｎｍの信号光での損失特性を示している。また、グラフＦ４は波長λ＝１６００ｎｍの信号光での損失特性を示している。これらのグラフＦ１〜Ｆ４は、いずれも光導波路でのコアとクラッドとの比屈折率差をΔｎ＝０．３％、コア幅及びコア厚を８．０μｍ、曲線状の導波路部分での曲率半径を５０ｍｍとする条件で行ったシミュレーションによる計算結果である。
【００５３】
これらの損失特性のグラフＦ１〜Ｆ４に示すように、オフセット部において信号光に発生する放射損失はオフセット量ｘによって変化し、一定のオフセット量で損失が最小となる。また、この放射損失が最小となる最適オフセット量は、信号光の波長によって異なるオフセット量となっている。
【００５４】
図５は、最適オフセット量の波長依存性を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は信号光の波長λ（ｎｍ）を示している。また、縦軸はオフセット部における最適オフセット量（μｍ）を示している。
【００５５】
ＭＺＩ型光回路の光学特性に影響する構造パラメータであるオフセット部でのオフセット量については、図５のグラフに示すような最適オフセット量の波長依存性を参照して、多チャンネル可変光減衰器のそれぞれのチャンネルでの使用波長帯域に対応して好適なオフセット量を設定することが好ましい。
【００５６】
例えば、図５のグラフでは、最適オフセット量は信号光の波長λに対して、略線形な波長依存性を有している。したがって、この場合、複数チャンネルのそれぞれでの使用波長に対して略線形な関係を満たすように、各チャンネルのＭＺＩ型光回路におけるオフセット部でのオフセット量を設定することが好ましい。
【００５７】
また、光減衰器２１〜２８のそれぞれでのＭＺＩ型光回路において、適用する信号光の使用波長帯域に対応して設定される構造パラメータの他の例として、ＭＺＩ型光回路内に設けられた方向性結合器（光カプラ）での結合長がある。方向性結合器は、オフセット部と同様に、その結合長に応じて光学特性が大きい波長依存性を有する光回路部分である。
【００５８】
図６は、マッハツェンダ干渉計型光回路の方向性結合器での結合長について示す図である。図６には、方向性結合器の例として、２本の光導波路６１、６２が結合長Ｌで光結合された方向性結合器（光カプラ）７４を示している。
【００５９】
このような方向性結合器は、上記したように、その構造パラメータである結合長Ｌに応じて光学特性が大きい波長依存性を有する。したがって、ＭＺＩ型光回路内での光導波路に方向性結合器を設けた場合、その構造パラメータである結合長Ｌを、それぞれの使用波長帯域に対応するようにチャンネル毎に設定することが好ましい。
【００６０】
図７は、方向性結合器における結合率の波長依存性を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は信号光の波長λ（ｎｍ）を示している。また、縦軸は方向性結合器における結合率Ｃを示している。
【００６１】
また、図７中に示している各グラフＧ１〜Ｇ５については、グラフＧ１は結合長Ｌ＝２００μｍでの光結合特性を示している。また、グラフＧ２は結合長Ｌ＝４００μｍでの光結合特性を示している。また、グラフＧ３は結合長Ｌ＝６００μｍでの光結合特性を示している。また、グラフＧ４は結合長Ｌ＝８００μｍでの光結合特性を示している。また、グラフＧ５は結合長Ｌ＝１０００μｍでの光結合特性を示している。
【００６２】
これらの光結合特性のグラフＧ１〜Ｇ５に示すように、方向性結合器における光の結合率は、結合長Ｌが長いほど大きくなる。また、その波長依存性についてみると、同じ結合長Ｌであっても、波長が長波長であるほど結合率が大きくなっている。例えば結合長がＬ＝６００μｍのグラフＧ３の場合、波長λ＝１３００ｎｍでは結合率はＣ＝０．３５、波長λ＝１６００ｎｍでは結合率はＣ＝０．８１である。
【００６３】
ＭＺＩ型光回路を用いた光減衰器においては、方向性結合器での光の結合率の上記した波長依存性により、信号光に対する減衰量のダイナミックレンジ及び消費電力に、チャンネル間に偏差を生じるという問題がある。
【００６４】
例えば、結合率がそれぞれＣ1、Ｃ2の２つの方向性結合器を有するＭＺＩ型光回路におけるクロス側での光の透過率は、以下の式によって表される。
【００６５】
Ｐc／Ｐin＝Ｃ1（１−Ｃ2）＋（１−Ｃ1）Ｃ2
＋２√｛Ｃ1Ｃ2（１−Ｃ1）（１−Ｃ2）｝
・ｃｏｓ（β・ΔＬ＋Δφ）
ここで、β＝２ｎπ／λは伝搬係数、Δφはヒータ熱による位相変化量である。
【００６６】
上記した式からわかるように、この光の透過率では、方向性結合器での結合率Ｃ1、Ｃ2が０．５からずれるほどｃｏｓ項の振幅係数が小さくなり、調整可能な透過率の幅が狭くなる。また、振幅係数が小さくなると、光に対する減衰量を同じだけ調整する場合でも、ヒータ熱による位相変化量Δφをより大きくしなければならず、これによって消費電力が大きくなる。
【００６７】
したがって、ＭＺＩ型光回路を用いた光減衰器において、信号光に対する減衰量のダイナミックレンジを大きくし、その消費電力を小さくするためには、方向性結合器での結合率をＣ1＝Ｃ2＝０．５とすることが好ましい。
【００６８】
図８は、結合率をＣ＝０．５とするための結合長の波長依存性を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は信号光の波長λ（ｎｍ）を示している。また、縦軸は方向性結合器において結合率をＣ＝０．５としたときの結合長Ｌ（μｍ）を示している。
【００６９】
ＭＺＩ型光回路の光学特性に影響する構造パラメータである方向性結合器での結合長については、図８のグラフに示すようなＣ＝０．５としたときの結合長の波長依存性を参照して、多チャンネル可変光減衰器のそれぞれのチャンネルでの使用波長帯域に対応して好適な結合長を設定することが好ましい。
【００７０】
例えば、図８のグラフでは、Ｃ＝０．５としたときの結合長は信号光の波長に対して、略２次関数状の波長依存性を有している。したがって、この場合、複数チャンネルのそれぞれでの使用波長に対して略２次関数状の関係を満たすように、各チャンネルのＭＺＩ型光回路における方向性結合器での結合長を設定することが好ましい。
【００７１】
構造パラメータに関して上述した曲線状の導波路部分でのオフセット部、及び方向性結合器は、図２の可変光減衰器１Ａでの光減衰器２１〜２８におけるＭＺＩ型光回路に示されているように、いずれもＭＺＩ型光回路内に設けられることがある光回路部分である。
【００７２】
したがって、ＭＺＩ型光回路からなる複数チャンネルの光減衰器のそれぞれにおいて、オフセット部でのオフセット量、または方向性結合器での結合長、あるいはその両者を構造パラメータとし、適用する信号光の使用波長帯域に対応してチャンネル毎に構造パラメータを設定することにより、多チャンネル可変光減衰器での適用可能な信号光の使用波長、及び使用波長帯域を、各チャンネルのＭＺＩ型光回路において好適に設定することができる。あるいは、オフセット部でのオフセット量、または方向性結合器での結合長以外の構造パラメータについて、同様にチャンネル毎の設定を行っても良い。
【００７３】
本発明による可変光減衰器は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、可変光減衰器のチャンネル数については、図１及び図２においては８チャンネルとしたが、一般には、複数チャンネル（ｎチャンネル）であれば、構造パラメータをチャンネル毎に設定する上記した構成を適用可能である。また、各チャンネルの光減衰器でのＭＺＩ型光回路において、信号光に与える減衰量を可変にする構成、及びその制御方法については、図２に示したヒータを用いる構成以外にも、様々な構成を用いて良い。
【００７４】
【発明の効果】
本発明による可変光減衰器は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、信号光を可変に減衰させるマッハツェンダ干渉計型光回路をそれぞれ含む複数の光減衰手段を、各チャンネルの光導波路に対応するように横列に配置し、複数の光減衰手段のそれぞれでの光回路構成について、マッハツェンダ干渉計型光回路での構造パラメータをチャンネル毎に異なる設定とする可変光減衰器によれば、互いに異なる波長を有する複数チャンネルの信号光のそれぞれについて、信号光パワーを可変に調整することが可能であるとともに、可変光減衰器の全体として、適用可能な信号光の使用波長帯域が広帯域化させる多チャンネルの可変光減衰器が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】多チャンネル可変光減衰器の一実施形態を模式的に示す構成図である。
【図２】多チャンネル可変光減衰器の他の実施形態を示す構成図である。
【図３】マッハツェンダ干渉計型光回路のオフセット部でのオフセット量について示す図である。
【図４】オフセット部におけるオフセット量と放射損失との関係を示すグラフである。
【図５】最適オフセット量の波長依存性を示すグラフである。
【図６】マッハツェンダ干渉計型光回路の方向性結合器での結合長について示す図である。
【図７】方向性結合器における結合率の波長依存性を示すグラフである。
【図８】結合率をＣ＝０．５とするための結合長の波長依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１、１Ａ…多チャンネル可変光減衰器、１０…基板、１０ａ…入力端面、１０ｂ…出力端面、１１〜１８…光導波路（主導波路）、１１ａ〜１８ａ…信号光入力端、１１ｂ〜１８ｂ…信号光出力端、２１〜２８…光減衰器、２１ａ〜２８ａ…第１光カプラ、２１ｂ〜２８ｂ…第２光カプラ、３１〜３８…副導波路、４１〜４８…ヒータ、５１〜５８…ヒータ、６０、６１、６２…光導波路、７１、７２、７３…オフセット部、７４…方向性結合器（光カプラ）。
Claims (2)
- 基板と、前記基板上に所定の導波路パターンで形成された光導波路とを有して構成された光回路からなる可変光減衰器であって、
それぞれ所定の波長を有する信号光が導波されるｎチャンネル（ｎは複数）の光導波路と、
前記ｎチャンネルの光導波路のそれぞれに対して設けられ、チャンネル毎に異なる構造パラメータを有するマッハツェンダ干渉計型光回路を含むとともに、前記信号光に与える減衰量がそれぞれ可変に構成されたｎチャンネルの光減衰手段とを備え、
信号光波長帯域が１３００ｎｍ〜１６００ｎｍの光伝送システムに適用可能に構成されるとともに、前記ｎチャンネルの光導波路及び前記ｎチャンネルの光減衰手段に対して、チャンネル毎に異なる使用波長帯域が設定され、
前記ｎチャンネルの光減衰手段のそれぞれは、チャンネル毎の前記使用波長帯域に対応した、使用波長帯域毎に異なる前記構造パラメータを有して構成されるとともに、前記マッハツェンダ干渉計型光回路内に設けられた方向性結合器での結合長を前記構造パラメータとし、使用波長帯域毎に異なる前記結合長を有して構成されていることを特徴とする可変光減衰器。 - 前記ｎチャンネルの光減衰手段のそれぞれは、前記マッハツェンダ干渉計型光回路内に設けられた、コアの中心軸をずらして光導波路が接続されたオフセット部でのコアの中心軸のずれの大きさであるオフセット量を前記構造パラメータとし、使用波長帯域毎に異なる前記オフセット量を有して構成されていることを特徴とする請求項１記載の可変光減衰器。
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