JP4205701B2

JP4205701B2 - 広帯域波長合分波フィルタ

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Publication number: JP4205701B2
Application number: JP2005215238A
Authority: JP
Inventors: 一孝奈良; 晴樹占部
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2025-07-26
Also published as: JP2006065313A

Description

本発明は、例えば光通信分野に用いられる広帯域波長合分波フィルタに関するものである。

近年、インターネットは一般家庭にも普及し、ＡＤＳＬやＦＴＴＨによる常時接続、メガクラスの伝送スピード、月額数千円といった高速かつ低価格なサービスが浸透し、ブロードバンドならではの大容量コンテンツ配信やビデオチャット等が普及しつつある。

このようなブロードバンド化に向けて、ピーク時１００Ｍｂｐｓの高速データ通信と最大５００ｃｈの多チャンネル映像配信を１心の光ファイバで同時に提供できるＢ−ＰＯＮシステムがＩＴＵ−Ｔにて世界標準とされた。このシステムの構成例を以下の図１１に示す（例えば、非特許文献１、参照）。

なお、同図において、通信局４０は、通信用の光ファイバ４５を介してお客様宅４１に接続されている。図中、Ｂ−ＯＮＵはデータ系宅内装置、ＷＤＭは光カプラ、Ｖ−ＯＮＵは映像系宅内装置、ＮＥ−ＯＳＳはデータ系監視制御装置、Ｂ−ＯＬＴはデータ系所内装置、ＥＭＤＸは、Ｅｔｈｅｒ多重分離装置、Ｖ−ＯＬＴは映像系所内装置を示す。

このシステムの大きな特徴は、新しい光波長配置により高速データ通信の送受信で使用している２つの波長に加え、さらにもう1つの光波長を重畳して、多チャンネルの映像配信を同時に視聴できる点である。通常は、送受信する高速データ通信波長は下りが１・４９μｍ帯(１．４８〜１．５０μｍ)、上りが１．３１μｍ帯(１．２６〜１．３６μｍ)であり、ＥＤＦＡの増幅帯である１．５５μｍ帯(１．５５〜１．５６μｍ)で映像の分配を行う。

なお、図１１に示すシステムにおいては、光線路の保守管理も重要な項目の一つである(例えば非特許文献３、参照)。非特許文献３には、１．６５μｍ帯を用いた光線路監視システムについて記載されている。このシステムでは、ＯＴＤＲ側からの監視波長を導入する際、波長に依らず一定分岐比で光パワーを分ける波長無依存カプラ(ＷＩＮＣ)が用いられている。また、ＷＩＮＣの代わりに誘電体多層膜フィルタを平面光波回路（ＰＬＣ）内に設置したＷＤＭフィルタを用いる場合もある（非特許文献４、参照）。

また、Ｂ−ＰＯＮシステムでは１心の光ファイバを用いて３種類の波長の光信号を伝送するため、光合分波機能（複数波長の合波および分波）を有する波長合分波機能と、映像信号を等しい光強度で分配する機能が必要である。従来、波長合分波機能を有する光部品としては、誘電体多層膜フィルタが適用されている。波長合分波機能を有する光部品には、今後、広帯域の波長の合分波特性と、例えば２５ｄＢを越える高アイソレーション特性とが要求されつつあり、広帯域波長光合分波フィルタの開発が望まれる。

なお、広帯域の波長の合分波特性を有する光部品の例として、図１２に示すような構成の回路が知られている（例えば非特許文献２、参照）。

この回路は、第１の光導波路１１と該第１の光導波路１１と間隔を介して並設された第２の光導波路１２とにより方向性結合器６を光導波路長手方向に互いに間隔を介して形成した２つの同一のマッハツェンダ光干渉計回路１３（１３ａ，１３ｂ）を、その接続中心点Ａに対し、完全点対称に縦列接続した点対称接続光干渉計回路である。

つまり、２つのマッハツェンダ光干渉計回路１３（１３ａ，１３ｂ）の方向性結合器６の配列ピッチが互いに等しく形成されて、一方側のマッハツェンダ光干渉計回路１３ａの位相部分９は第１の光導波路１１の長さが第２の光導波路１２の長さより予め決められた長さ分、長く形成され、他方側のマッハツェンダ光干渉計回路１３ｂの位相部分９は第２の光導波路１２の長さが第１の光導波路１１の長さより前記予め決められた長さ分、長く形成されている。

Ｂ−ＰＯＮシステムの概要ＮＴＴ−ＡＳ研ホームページ Jinguji,et al., "Two-port opticalwavelength circuits composed of cascaded Mach-Zehnder interferometers withpoint-symmetrical configurations", J. LightwaveTechnol., vol.14, no.10, pp.2301-2310（1996）. N.Nakao, et al., Maintenance Method Using 1650-nm Wavelength Band for Optical Fiber Cable Networks ,J.Lightwave Technol.,vol.19,No.10,2001. 荒木他,, L-band対応8回路交差導波路型光カプラ ,電子情報通信学会ソサイエティ大会2002,B-10-18.

ところで、従来、Ｂ−ＰＯＮシステムに適用されてきた誘電体多層膜フィルタは、一般に広帯域の波長合分波機能を有しているものの、図１３に示すように、例えば特性線ａに示す透過光の透過帯域に対する、特性線ｂに示す反射光の非反射帯域のアイソレーションは高い（図１３のＡ参照）が、その逆に、反射光の反射帯域に対する透過光の非透過帯域のアイソレーションが大きく劣化する（図１３のＢ参照）ことが知られており、今後要求されつつある、高アイソレーション特性を満足することができない。

また、誘電体多層膜フィルタは、モジュール化の際に、レンズ系を用いたマイクロオプティックス技術が適用されるため、部品コストが下がらず、低コスト化が困難である場合があった。

さらに、図１２に示したような点対称接続光干渉計回路は、広帯域の波長の合分波特性を有する構成として提案されているものの、高アイソレーション特性を得ることは難しいと考えられる。

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、広帯域の波長の合分波特性と高アイソレーション特性とが共に良好で、多チャンネル映像配信を１心の光ファイバで同時に提供でき、システムの低コスト化を図ることができる広帯域波長合分波フィルタを提供することにある。

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、基板上に、間隔を介して並設された第１の光導波路及び第２の光導波路を形成し、該第１及び第２の光導波路に光路長差（ΔＬ０）を設定して第２の位相変化を生じさせる第２の位相部分（５８）と方向性結合器（５６）とを有する第１及び第２の光カプラ（５３a,５３ｂ）であり、かつ、前記第２の位相部分（５８）は前記第１の光導波路及び第２の光導波路で光路長差（ΔＬ０）が相殺されるように互いに異なる導波路に形成されている、前記第１及び第２の光カプラ（５３a,５３ｂ）を、前記第１の光導波路もしくは第２の光導波路の何れか一方の光導波路に形成され第１及び第２の導波路に光路長差（ΔＬ１）を設定して予め定めた位相変化を生じさせる第１の位相部分（５４）を間に介して点対称に接続して第１の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路（５２ａ）を構成し、同様に，前記第１及び第２の光カプラ（５３a,５３ｂ）を、他方の光導波路に形成された前記第１の位相部分（５４）を間に介して点対称に接続して第２の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路（５２ｂ）を構成し、さらに、前記第１および第２の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路（５２ａ，５２ｂ）を互いに点対称に接続して構築した広帯域波長合分波フィルタであって、前記位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路（５２ａ）の前記第１の光導波路の光入力端（１７）は複数波長光の入力部を形成し、前記位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路（５２ｂ）の前記第１の光導波路の出力端はスルーポート（１８）を形成し、前記位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路（５２ｂ）の前記第２の光導波路の出力端はクロスポート（１９）を形成し、前記スルーポート（１８）およびクロスポート（１９）から出力される信号光が所定の広帯域特性を有するように、前記方向性結合器（５６）の結合効率Ｐ、前記第２の位相部分（５８）の光路長差（設定長）ΔＬ０、および前記位相部分（５４）の光路長差（設定長）ΔＬ１が定められていることを特徴としている。

また、本発明によれば、請求項１に記載の広帯域波長合分波フィルタ（７２）のスルーポート（１８）およびクロスポート（１９）に、前記広帯域波長合分波フィルタ（７２）と同一構成の２段目の広帯域波長合分波フィルタ（７４ａ）および（７４ｂ）を、それぞれ、第二の光導波路（１２）の入力端（１７）および第一の光導波路（１１）の入力端（１７）を通して接続し、２段目の前記広帯域波長合分波フィルタ（７４ｂ）のクロスポートには、さらに１段目のフィルタ回路（７６）の入力ポートを接続し、該フィルタ回路（７６）のクロスポートから信号光を出力させる広帯域波長合分波フィルタであって、前記フィルタ回路（７６）は、方向性結合器（８０）および位相部分（８２）を備えたマッハツェンダ光干渉計回路から構成され、前記方向性結合器（８０）の結合係数および前記位相部分（８２）の光路長差は、前記広帯域波長合分波フィルタ（７２）、（７４ａ）、（７４ｂ）が有する方向性結合器（５６）の結合係数および第２の位相部分（５８）の光路長差と、それぞれ異なるように形成され、２段目の広帯域波長合分波フィルタ（７４ａ）のスルーポート（８４）から出力される信号光は、１段目と２段目の広帯域波長合分波フィルタ（７２）、（７４ａ）のスルーポート側の光導波路のみを伝搬し、１段目のフィルタ回路（７６）のクロスポートから出力される信号光は、１段目と２段目の前記広帯域波長合分波フィルタ（７２）および（７４ｂ）のクロスポート側からのみ出力される、ことを特徴としている。

さらに、本発明によれば、前記位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路のクロスポートには、少なくとも一つ以上の同一構成の別の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路と、前記クロスポートからの出力のアイソレーションを向上させるため２段のフィルタ回路とを接続する構成をもって課題を解決する手段としている。

すなわち、本発明によれば、前記１段目のフィルタ回路（７６）のクロスポートに、さらにマッハツェンダ光干渉計回路から構成される２段目のフィルタ回路（７８）の入力ポートを接続し、
２段目のフィルタ回路（７８）のクロスポートから出力される信号光は、１段目と２段目の広帯域波長合分波フィルタ（７２）、（７４ｂ）、１段目と２段目のフィルタ回路（７６）、（７８）のクロスポート側の光導波路のみから出力される、ことを特徴とする請求項２に記載の広帯域波長合分波フィルタである。

さらに、本発明によれば、基板上に、上記第１もしくは上記第２に記載の広帯域波長合分波フィルタが少なくとも２つ以上アレイ状に配設されている構成をもって課題を解決する手段としている。

本発明によれば、基板上に光導波路の回路を形成して広帯域波長合分波フィルタを形成することにより、以下のような回路構成によって、容易に設計通りの波長特性を有する広帯域波長合分波フィルタを形成することができる。

つまり、本発明における光導波路の回路は、基板上に、２つの同一のマッハツェンダ光干渉計回路を完全点対称に縦列接続した第１の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路を設け、該第１の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路が１つ以上縦列接続されている。前記マッハツェンダ光干渉回路は、２つの同一の光カプラを完全点対称に縦列接続させ、２つの光カプラ間に位相部分を備えた点対称接続マッハツェンダ干渉回路である。前記光カプラは同一の方向性結合器と、前記光カプラ間の位相部分とは異なる長さ（位相量）を有する第２の位相部分とから構成されているので、スルーとクロスのいずれの出力に対しても高アイソレーションを有し、かつレンズ系を用いないで光導波路を形成することができるので低コスト化を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。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。

本発明に係る広帯域波長合分波フィルタの第１実施形態例について説明する。第１実施形態例の広帯域波長合分波フィルタ５０は、基板１５上に、図１に示すような光導波路の回路を形成して成り、この回路は、位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂとを完全点対称に縦列接続させて構成される。

位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂは、２つの同一構成の光カプラ５３ａ，５３ｂが完全点対称に形成され、この光カプラ５３ａ，５３ｂ間に位相部分５４を備えてなる。なお、光カプラ５３ａ，５３ｂは同一の方向性結合器５６（図１（ｂ）を参照）と、ΔＬ０を有する第２の位相部分５８とから構成されている。なお、第２の位相部分５８の長さ（位相量）ΔＬ０は、位相部分５４の長さ（位相量）ΔＬ１とは異なるものである。

図１に示す位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂでは、方向性結合器５６の配列ピッチが互いに等しく形成されて、一方側（図１の紙面では左側）の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａの位相部分５４は第１の光導波路１１の長さが第２の光導波路１２の長さより設定長さ（ここではΔＬ１）分長く形成され、他方側（図１の紙面では右側）の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ｂの位相部分５４は第２の光導波路１２の長さが第１の光導波路１１の長さより前記設定長さ（ここではΔＬ１）分長く形成されている。

各位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂを構成する光カプラ５３ａ，５３ｂには、それぞれ第２の位相部分５８が形成され、第１の光導波路１１と第２の光導波路１２にそれぞれ１箇所づつ形成されている。このため、各位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂでの第１の光導波路１１と第２の光導波路１２の長さの差は、第２の位相部分５８の設定長さ（ΔＬ０）が相殺されることになり、設定長さ（ΔＬ１）のみとなる。

なお、上述した設定長さΔＬ０、ΔＬ１は、各位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂの回路設計により適宜設定されるものである。

また、図１に示すように、第１の光導波路１１の光入力端１７は複数波長光の入力部と成している。この入力部（ＩＮｐｏｒｔ）に対し、第１の光導波路１１の出力端はスルーポート（Ｔｈｒｏｕｇｈｐｏｒｔ）１８と成し、入力部が形成されてない第２の光導波路１２の出力端はクロスポート（Ｃｒｏｓｓｐｏｒｔ）１９と成している。

位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂを有するような波長合分波回路において、第１の光導波路１１と第２の光導波路１２のうち一方側の光導波路から入力されて該光導波路から出力される光をスルー伝搬光といい、前記一方側の光導波路から入力されて他方側から出力される光をクロス伝搬光という。例えば、第１の光導波路１１の光入力側から入力されて該第１の光導波路１１の光出力側であるスルーポート１８から出力される光はスルー伝搬光であり、前記第１の光導波路１１の光入力側から入力されて第２の光導波路１２の光出力側であるクロスポート１９から出力される光はクロス伝搬光という。

位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂにおいて、クロスポート１９から出力される光（つまり、クロス伝搬光）の透過率ＴＣＲは、以下の式（１）、（２）、（３）、（４）、（５）で与えられる。

Ｔ_ＣＲ＝４Ｃ（１−Ｃ）（１）

Ｃ＝４Ｋ（１−Ｋ）ｃｏｓ^２（ΔΨ／２）（２）

ΔΨ＝ｎ_ｅｆｆ・ΔＬ１（２π／λ）（３）

Ｋ＝４Ｐ（１−Ｐ）ｃｏｓ^２（ΔΦ／２）（４）

ΔΦ＝ｎ_ｅｆｆ・ΔＬ０（２π／λ）（５）

ここで、Ｐは方向性結合器５６の結合効率、ΔＬ０は光カプラの光路長差、ΔＬ１は位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路の光路長差、ｎ_effはコア（光導波路）の等価屈折率、λは波長である。

（実施例１）
上記第１実施形態例の実施例として、以下のようにして広帯域波長合分波フィルタ５０を設計した。上記式（１）ないし（５）を用いた回路設計について以下に説明する。また、回路設計の際、スルーポート１８から１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯、１．５５μｍ帯の光信号が出力され、クロスポート１９から１．６５μｍ帯の光信号が出力されるものとした。

最も波長間隔の離れている１．３１μｍ帯と１．５５μｍ帯の２波長に対し、Ｃ≒０とするとＴ_ＣＲ≒０となるので、スルーポート１８に伝搬される光透過率は１−Ｔ_ＣＲ≒１となり、指定した２波長がスルーポート１８より出力される。Ｃ≒０とするために、式（２）でｃｏｓ^２（ΔΨ／２）≒０、すなわち波長１．３１μｍ帯でΔΨ／２≒(２ｍ＋３)πかつ波長１．５５μｍで(２ｍ＋１)πを満たすようにΔＬ１を決定する。

次に１．６５μｍ帯でＴ_ＣＲ≒１とすると、Ｃ≒０．５となる。これを満たすように光カプラの結合効率Ｋを計算により決定する。

続いて波長１．３１μｍ帯、１.４９μｍ帯、１.５５μｍ帯で広帯域化とするためには、これら波長帯域付近においてＣ≒０となる波長領域を出来るだけ拡大する必要がある。すなわちＫ≒０となる波長領域を出来るだけ拡大する。また、これと同時に波長１．６５μｍ帯は、上述で求めたＫの値になるように方向性結合器の結合効率Ｐ及びΔＬ０を数値計算により求める。

このようにして、方向性結合効率Ｐと、第２の位相部分５８の設定長さΔＬ０と、位相部分５４の設定長さΔＬ１とを算出し、コアのクラッドに対する比屈折率差Δ＝０．８％として広帯域波長合分波フィルタ５０を作製した場合の光結合特性およびフィルタ特性（透過率の波長特性）を図２（ａ），（ｂ）に示す。

図２（ｂ）からわかるように、広帯域波長合分波フィルタ５０は、スルーポート１８から波長１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯、１．５５μｍ帯の光信号を出力させることができ、クロスポート１９から波長１．６５μｍ帯の光信号を出力させることが出来る。

次に、本発明に係る広帯域波長合分波フィルタの第２実施形態例について説明する。第２実施形態例は、図３に示す回路構成を有しており、上記第１実施形態例と異なることは、図１の回路のスルーポート１８側に、もう一つの広帯域波長合分波フィルタを縦列接続させ、図１の回路のクロスポート側に広帯域波長合分波フィルタと２つ（２段構成）のフィルタ回路とを縦列接続させたことである。以下に図３を参照して詳細を説明する。

図３に示す広帯域波長合分波フィルタ７０は、一段目の広帯域波長合分波フィルタ７２と、一段目の広帯域波長合分波フィルタ７２のスルーポート１８(図３では上側のポート)またはクロスポート１９（図３では下側のポート）のそれぞれに縦列接続された二段目の広帯域波長合分波フィルタ７４ａ，７４ｂと、二段目の広帯域波長合分波フィルタ７４ｂのクロスポート側に縦列接続された２段構成の一段目と二段目のフィルタ回路７６、７８とで構成されている。なお、二段目の広帯域波長合分波フィルタ７４ａ，７４ｂは一段目の広帯域波長合分波フィルタ７２と同じ構成であり、一段目の広帯域波長合分波フィルタ７２は実施例１で詳述したので、説明は省略する。

一段目と二段目のフィルタ回路７６、７８は、それぞれ第２の方向性結合器８０と、第３の位相部分８２とが縦列接続されて構成されている。なお、第２の方向性結合器８０は、一段目もしくは二段目の広帯域波長合分波フィルタ７２、７４ａ、７４ｂが有する方向性結合器５６（図１参照）とは結合効率が異なるように形成されている。また、第３の位相部分８２は、一段目もしくは二段目の広帯域波長合分波フィルタ７２、７４ａ，７４ｂが有する第２の位相部分５８（図１参照。図１ではΔＬ０）と長さ(位相量)が異なるように形成されている。

このような広帯域波長合分波フィルタ７０では、入力部から入力されスルーポート８４（図３では二段目の広帯域波長合分波フィルタ７４ａの下側のポート）から出力される信号光が、一段目と二段目の広帯域波長合分波フィルタ７２,７４ａのスルーポート側の光導波路のみを伝搬する。

また、入力部から入力されクロスポート８６（図３では二段目のフィルタ回路７８の上側のポート）から出力される信号光は、一段目と二段目の広帯域波長合分波フィルタ７２、７４ｂ、一段目と二段目のフィルタ回路７６、７８のクロスポート側の光導波路のみから出力する。

（実施例２）
上記第２実施形態例の実施例としては、図３に示す広帯域波長合分波フィルタ７０を形成した。図４はスルーポート側の一段目および二段目の広帯域波長合分波フィルタ７２、７４ａを伝搬させた場合の透過率の波長特性の設計を示すグラフであり、図５はクロスポート側の一段目および二段目の広帯域波長合分波フィルタ７２、７４ｂおよび一段目と二段目のフィルタ回路７６、７８を伝搬させた場合の透過率の波長特性の設計を示すグラフである。また図６は、図４、図５を基に形成された広帯域波長合分波フィルタ７０の透過率の波長特性の試験結果を示すものである。

図５では、二段目の広帯域波長合分波フィルタ７４ｂのクロスポート８６側から出力される信号光の透過率の波長特性が１．３１μｍ帯において谷形状(透過率が下がり損失が急激に劣化する)のスペクトルとなっているが、信号光の透過率の波長特性が１．３１μｍ帯において谷形状のスペクトルを有する（一段目の）フィルタ回路７６を形成し、伝搬させることで１．３１μｍ帯のアイソレーションが４０ｄＢよりも大に改善できることがわかる。

また、図５では、波長１．４９μｍ帯、１．５５μｍ帯及び１．４３μｍ帯付近のアイソレーションを向上させるため、波長１．４３μｍ帯における二段目の広帯域波長合分波フィルタ７４ｂのクロスポート側から出力される信号光の透過率の波長特性が山形状(透過率が増加し損失が良い部分)のスペクトルとなっているが、信号光の透過率の波長特性が１．４３μｍ帯において谷形状のスペクトルを有する（二段目の）フィルタ回路７８を形成し、伝搬させることで１．４３μｍ帯のアイソレーションが３０ｄＢよりも大に改善できることがわかる。

このように本実施例では、二段目の広帯域波長合分波フィルタ７４ｂのクロスポート側から出力される信号光の透過率の波長特性が山形状のスペクトルもしくは谷形状のスペクトルの場合、各山形状のスペクトルのピーク値を持つ波長帯、もしくは谷形状のスペクトルのピーク値を持つ波長帯と、後段に配置される一段目および二段目のフィルタ回路７６、７８の透過率の波長特性の谷形状のスペクトルのピーク値を持つ波長帯を一致させることで、広帯域かつ高アイソレーションを有する広帯域波長合分波フィルタ７０を構成することができる。

図４および図５を考慮し、図３に示す回路構成の広帯域波長合分波フィルタ７０が形成された。その実験結果を図６に示す。広帯域波長合分波フィルタ７０は、まず、火炎加水分解堆積法を用いてシリコン基板上に、ＧｅＯ２をドープした石英系ガラスのコア膜及びアンダークラッド膜を形成する。この際、比屈折率差Δ＝０．８％、膜厚＝６．５μｍとした。続いて、上記図３で示した広帯域波長合分波フィルタ７０の描かれたフォトマスクを介してフォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にてコアに光回路パターンを転写し、その後再度火炎加水分解堆積法を用いて石英系ガラスのオーバークラッド膜を形成し、広帯域波長合分波フィルタ７０を作製した。

なお、各光回路の設計値は以下の通りである。一段目および二段目の広帯域波長合分波フィルタ７２、７４ａ、７４ｂは、第２の位相部分５８のΔＬ０＝８．０３μｍ、位相部分５４のΔＬ１＝６．７２μｍ、方向性結合器５６のピッチ＝９．４μｍ、方向性結合器５６の結合部長＝０μｍである。一段目のフィルタ回路７６は、第３の位相部分８２のΔＬＣ＝２．２５μｍ、第２の方向性結合器８０のピッチ＝９．４μｍ、第２の方向性結合器８０の結合部長＝４２７μｍである。二段目のフィルタ回路７８は、第３の位相部分８２のΔＬＣ＝３．４３μｍ、第２の方向性結合器８０のピッチ＝９．４μｍ、第２の方向性結合器８０の結合部長＝４２７μｍである。

図６に示す透過率の波長特性のグラフからわかるように、波長１．３１μｍ帯（１．２６〜１．３６μｍ）、１．４９μｍ帯（１．４８〜１．５０μｍ）、１．５５μｍ帯（１．５５〜１．５６μｍ）および１．６５μｍ帯（１．６３５〜１．６７０μｍ）ともに、挿入損失は２．５ｄＢ以下で、アイソレーションはほぼ４０ｄＢよりも大となった。

次に、本発明に係る広帯域波長合分波フィルタを用いた第３実施形態例について説明する。第３実施形態例は、図７に示す回路構成を有する広帯域光スプリッタ／ルータ１００である。この、広帯域光スプリッタ／ルータ１００は図１、図３に示す広帯域波長合分波フィルタ５０、７０と、アレイ導波路格子１０２および１×８分岐光スプリッタ１０４を一つの基板１０６上にモノリシック集積した回路構成が描かれたフォトマスクを介して、フォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にてコアに光回路パターンを転写し、その後、再度火炎加水分解堆積法を用いて石英系ガラスのオーバークラッド膜を形成して作製した。

図７に示す広帯域光スプリッタ／ルータ１００では、まず、入力される波長１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯、１．５５μｍ帯および１．６５μｍ帯のＷＤＭ信号光を広帯域波長合分波フィルタ７０で分波する。その後、１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯および１．５５μｍ帯の信号光は１×８分岐光スプリッタ１０４によって光強度が均一に８分岐され、さらに１．６５μｍ帯の信号光は光ルータとして機能するアレイ導波路格子１０２によって波長間隔５ｎｍ、８ｃｈに分波される。その後、分岐された１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯および１．５５μｍ帯の信号光と、分波された１．６５μｍ帯の信号光は、広帯域波長合分波フィルタ５０で合波され出力される。すなわち、図３に示す広帯域波長合分波フィルタ７０は分波用として利用し、図１に示す広帯域波長合分波フィルタ５０は合波用として利用する。

（実施例３）
上述した第３実施形態例の具体例として、図７に示す広帯域光スプリッタ／ルータ１００を前述の他の実施例と同様の方法により形成した。なお、各光回路の設計値は以下の通りである。分波用の広帯域波長合分波フィルタ７０では、第２の位相部分のΔＬ０＝８．０３μｍ、位相部分のΔＬ１＝６．７２μｍ、方向性結合器のピッチ＝１１．２μｍ、方向性結合器の結合部長＝２７０μｍである。一段目のフィルタ回路７６は、第３の位相部分のΔＬＣ＝２．２５μｍ、方向性結合器のピッチ＝９．４μｍ、方向性結合器の結合部長＝４２７μｍである。二段目のフィルタ回路７８は、第３の位相部分のΔＬＣ＝２．２５μｍ、方向性結合器のピッチ＝９．４μｍ、方向性結合器の結合部長＝４２７μｍである。合波用の広帯域波長合分波フィルタ５０では、第２の位相部分のΔＬ０＝８．０３μｍ、位相部分のΔＬ１＝６．７２μｍ、方向性結合器のピッチ＝１１．２μｍ、方向性結合器結合部長＝２７０μｍである。

上述の設計により広帯域光スプリッタ／ルータ１００を作製し、各チャンネルｃｈから出力された信号光の透過率の波長特性を図８（ａ）、図８（ｂ）に示す。図８（ａ）、図８（ｂ）からわかるように、波長１．３１μｍ帯（１．２６μｍ〜１．３６μｍ）、１．４９μｍ帯（１．４８μｍ〜１．５０μｍ）、１．５５μｍ帯（１．５５μｍ〜１．５６μｍ）ともに、挿入損失は１２．７ｄＢ以下であった。また、１．６５μｍ帯（１．６３５μｍ〜１．６７０μｍ）では、挿入損失が７．５ｄＢ以下で、アイソレーションはほぼ３０ｄＢよりも大となった。この結果から、波長１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯、１．５５μｍ帯では光スプリッタ機能を実現し、波長１．６５μｍ帯では光ルータ機能を実現することが可能であり、他の導波路回路パーツとモノリシック集積することでより高機能化が実現できる。

次に、本発明に係る広帯域波長合分波フィルタを用いた第４実施形態例について説明する。第４実施形態例は、図９に示す回路構成を有する広帯域波長合分波フィルタ機能付き光スプリッタ１２０である。

この光スプリッタ１２０の作製は、まず、火炎加水分解堆積法を用いて石英ガラス基板上に、ＴｉＯ２をドープした石英系ガラスのコア膜を形成する。この際、比屈折率差Δ＝０．４％、膜厚７．０μｍとした。続いて、入力される波長１．５５μｍ帯の信号光を均一の光強度で８分岐する１×８分岐光スプリッタ１２２と、広帯域波長合分波フィルタ５０との光回路パターンが、同一基板上にモノリシック集積した回路構成が描かれたフォトマスクを介して、フォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にてコアに転写される。広帯域波長合分波フィルタ５０の光回路は、１．３１μｍ帯および１．４９μｍ帯の光がスルーポートより出力され、１．５５μｍ帯の光がクロスポートより出力されるように設計された図１に示すものである。その後、再度火炎加水分解堆積法を用いて石英系ガラスのオーバークラッド膜を形成し、光スプリッタ１２０が作製された。

（実施例４）
上記第４実施形態例の具体例として、図９に示す光スプリッタ１２０の透過率の波長特性を図１０に示す。なお、各光回路の設計値は以下の通りである。広帯域波長合分波フィルタ５０は、第２の位相部分のΔＬ０＝３．１６μｍ、位相部分のΔＬ１＝１０．８１μｍ、方向性結合器のピッチ＝１３．６８μｍ、方向性結合器結合部長＝０μｍである。また、図１０に示した（Ｔｈ）はスルーポートからの出力を意味し、（Ｃｒ）はクロスポートからの出力を意味する。

図１０からわかるように、波長１．３１μｍ帯（１．２６μｍ〜１．３６μｍ）、１．４９μｍ帯（１．４８μｍ〜１．５０μｍ）の挿入損失は２．０ｄＢ以下であり、波長１．５５μｍ帯（１．５５μｍ〜１．５６μｍ）の挿入損失は１１．０ｄＢ以下であった。また、図１０から、波長１．５５μｍ帯では均一な光強度に８分岐されており、分岐された波長１．５５μｍ帯の信号光と１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯の信号光とを合波していることがわかる。

本発明に係る広帯域波長合分波フィルタの第１実施形態例の回路構成を模式的に示す要部構成図である。（ａ）は図１に示す広帯域波長合分波フィルタの光結合特性を示すグラフであり、（ｂ）は図１に示す広帯域波長合分波フィルタの透過率の波長特性を示すグラフである。本発明に係る広帯域波長合分波フィルタの第２実施形態例の回路構成を模式的に示す要部構成図である。図３に示す広帯域波長合分波フィルタのスルーポートから出力される光の透過率の波長特性を示すグラフである。図３に示す広帯域波長合分波フィルタのクロスポートから出力される光の透過率の波長特性を示すグラフである。図３に示す広帯域波長合分波フィルタの透過率の波長特性を示すグラフである。本発明に係る広帯域波長合分波フィルタを用いた第３実施形態例の広帯域光スプリッタ／ルータの回路構成を模式的に示す要部構成図である。（ａ）は図７に示す広帯域光スプリッタ／ルータの光スプリッタ機能を示すグラフであり、（ｂ）は光ルータ機能を示すグラフである。本発明に係る広帯域波長合分波フィルタを用いた第４実施形態例の広帯域波長合分波フィルタ機能付き光スプリッタである。図９に示す広帯域波長合分波フィルタ機能付き光スプリッタの透過率の波長特性を示すグラフである。従来のＢ−ＰＯＮシステムの構成例を示す説明図である。従来の波長合分波フィルタの回路構成を模式的に示す要部構成図である。誘電体多層膜フィルタの光透過特性と光反射特性の例を示すグラフである。

符号の説明

１１第１の光導波路
１２第２の光導波路
１５基板
１７光入力端
１８スルーポート
１９クロスポート
５０広帯域波長合分波フィルタ
５２ａ，５２ｂ位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路
５３ａ，５３ｂ光カプラ
５４位相部分
５６方向性結合器
５８第２の位相部分
７０広帯域波長合分波フィルタ
７２一段目の広帯域波長合分波フィルタ
７４ａ，７４ｂ二段目の広帯域波長合分波フィルタ
７６一段目のフィルタ回路
７８二段目のフィルタ回路
８０第２の方向性結合器
８２第３の位相部分
８４スルーポート
８６クロスポート
９０広帯域波長合分波フィルタ
１００広帯域光スプリッタ／ルータ
１０２アレイ導波路格子
１０４１×８分岐光スプリッタ
１０６基板
１２０光スプリッタ
１２２１×８分岐光スプリッタ

Claims

基板上に、間隔を介して並設された第１の光導波路及び第２の光導波路を形成し、該第１及び第２の光導波路に光路長差（ΔＬ０）を設定して第２の位相変化を生じさせる第２の位相部分（５８）と方向性結合器（５６）とを有する第１及び第２の光カプラ（５３a,５３ｂ）であり、かつ、前記第２の位相部分（５８）は前記第１の光導波路及び第２の光導波路で光路長差（ΔＬ０）が相殺されるように互いに異なる導波路に形成されている、前記第１及び第２の光カプラ（５３a,５３ｂ）を、前記第１の光導波路もしくは第２の光導波路の何れか一方の光導波路に形成され第１及び第２の導波路に光路長差（ΔＬ１）を設定して予め定めた位相変化を生じさせる第１の位相部分（５４）を間に介して点対称に接続して第１の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路（５２ａ）を構成し、
同様に，前記第１及び第２の光カプラ（５３a,５３ｂ）を、他方の光導波路に形成された前記第１の位相部分（５４）を間に介して点対称に接続して第２の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路（５２ｂ）を構成し、
さらに、前記第１および第２の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路（５２ａ，５２ｂ）を互いに点対称に接続して構築した広帯域波長合分波フィルタであって、
前記位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路（５２ａ）の前記第１の光導波路の光入力端（１７）は複数波長光の入力部を形成し、前記位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路（５２ｂ）の前記第１の光導波路の出力端はスルーポート（１８）を形成し、前記位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路（５２ｂ）の前記第２の光導波路の出力端はクロスポート（１９）を形成し、
前記スルーポート（１８）およびクロスポート（１９）から出力される信号光が所定の広帯域特性を有するように、
前記方向性結合器（５６）の結合効率Ｐ、前記第２の位相部分（５８）の光路長差（設定長）ΔＬ０、および前記位相部分（５４）の光路長差（設定長）ΔＬ１が定められていることを特徴とする広帯域波長合分波フィルタ。
請求項１に記載の広帯域波長合分波フィルタ（７２）のスルーポート（１８）およびクロスポート（１９）に、前記広帯域波長合分波フィルタ（７２）と同一構成の２段目の広帯域波長合分波フィルタ（７４ａ）および（７４ｂ）を、それぞれ、第二の光導波路（１２）の入力端（１７）および第一の光導波路（１１）の入力端（１７）を通して接続し、
２段目の前記広帯域波長合分波フィルタ（７４ｂ）のクロスポートには、さらに１段目のフィルタ回路（７６）の入力ポートを接続し、該フィルタ回路（７６）のクロスポートから信号光を出力させる広帯域波長合分波フィルタであって、
前記フィルタ回路（７６）は、方向性結合器（８０）および位相部分（８２）を備えたマッハツェンダ光干渉計回路から構成され、
前記方向性結合器（８０）の結合係数および前記位相部分（８２）の光路長差は、前記広帯域波長合分波フィルタ（７２）、（７４ａ）、（７４ｂ）が有する方向性結合器（５６）の結合係数および第２の位相部分（５８）の光路長差と、それぞれ異なるように形成され、
二段目の広帯域波長合分波フィルタ（７４ａ）のスルーポート（８４）から出力される信号光は、一段目と二段目の広帯域波長合分波フィルタ（７２）、（７４ａ）のスルーポート側の光導波路のみを伝搬し、
１段目のフィルタ回路（７６）のクロスポートから出力される信号光は、１段目と２段目の前記広帯域波長合分波フィルタ（７２）および（７４ｂ）のクロスポート側からのみ出力される、
ことを特徴とする広帯域波長合分波フィルタ。
前記１段目のフィルタ回路（７６）のクロスポートに、さらにマッハツェンダ光干渉計回路から構成される２段目のフィルタ回路（７８）の入力ポートを接続し、
２段目のフィルタ回路（７８）のクロスポートから出力される信号光は、一段目と二段目の広帯域波長合分波フィルタ（７２）、（７４ｂ）、一段目と二段目のフィルタ回路（７６）、（７８）のクロスポート側の光導波路のみから出力される、ことを特徴とする請求項２に記載の広帯域波長合分波フィルタ。
基板上に、請求項１に記載の広帯域波長合分波フィルタが少なくとも２つ以上アレイ状に配設されていることを特徴とする広帯域波長合分波フィルタ。