JP4494495B2 - 位相生成機能を備えた光合分波回路 - Google Patents
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Description
隣合う前記光結合器の間に配置されたM個の光路長差付与部とから構成されており、前記光周波数依存性を持つ位相を、前記光結合器の振幅結合率および前記光路長差付与部の光学的光路長差をそれぞれ最適化することによって生成することもできる。
本発明の第1の実施形態における光合分波回路を図4に示す。本回路は、2入力2出力の2個の位相生成光結合器111,112と、これら2個の位相生成光結合器111,112に挟まれた2本の光導波路からなる光路長差付与手段107と、位相生成光結合器111,112に接続するそれぞれ二本の入出力光導波路101,102及び103,104より構成されている。
一般的な波長と周波数の関係を図5に示す。CWDMグリッド上の波長に対する周波数を、f=c/λより求め、プロットしたものを「等波長間隔」と示した。但し、fは周波数、cは光速度、λは波長である。また1470nm近傍での周波数間隔Δf1を求め(≒2.74THz)、1470nmにおける周波数を基準に、等しい周波数間隔でCWDMグリッドに対する周波数をプロットしたものを「等周波数間隔1」と示した。
本発明の第2の実施形態における光合分波回路を図14に示す。この回路は、出力位相差が透過帯域の波長に対して各々異なる二つの位相生成光結合器111,112と、これら2個の位相生成光結合器に挟まれた1つの光路長差付与手段107と、位相生成光結合器111,112に接続するそれぞれ二本の入出力光導波路101,102と103,104より構成されている。
本発明の第3の実施形態における合分波回路を図19に示す。この回路は、三つの位相生成光結合器111,112,113と、これら3個の位相生成光結合器に挟まれた2つの光路長差付与手段107,108と、位相生成光結合器111に接続するそれぞれ二本の入出力光導波路101,102と、位相生成光結合器113に接続するそれぞれ二本の入出力光導波路103,104より構成されている。
本発明の第4の実施形態における光合分波回路を図22に示す。この回路は、二つの位相生成光結合器111,112と、これら2個の位相生成光結合器に挟まれた1つの光路長差付与手段107と、位相生成光結合器111に接続する入力導波路101,102より構成されている干渉回路において、位相生成光結合器112の二つの出力がアレイ導波路603と、アレイ導波路の両側に設けられた第一スラブ導波路602及び第二スラブ導波路604と、第二スラブ導波路に結合する8つの出力導波路605より構成されるアレイ導波路回折格子の第一スラブ導波路602に入射されている。
本発明の第5の実施形態における光合分波回路を図26に示す。この回路は、前段の位相生成機能を備えた光合分波回路801と、位相生成機能を備えた光合分波回路801の二つの出力にそれぞれ接続された後段の位相生成機能を備えた光合分波回路802,803とにより構成されている。ここで、前段の光合分波回路は波長間隔が20nmの等波長間隔マッハツェンダ干渉回路であり、後段の光合分波回路は波長間隔が40nmの等波長間隔マッハツェンダ干渉回路である。更に、前段と後段の干渉回路で入力光が4つの出力に分波されるように位相が設定されている。
本発明の第6の実施形態の光合分波回路を図28に示す。本回路はN+1個(Nは1以上の整数)の位相生成光結合器111〜115と、隣接する位相生成光結合器に挟まれたN個の光路長差付与手段107〜109と、1個目の位相生成光結合器111に接続された2本の入力導波路101、102と、N+1個目の位相生成光結合器115に接続された2本の出力導波路103、104より構成されるN段ラティス・フィルタである。
に設定した。もちろん、位相生成光結合器の設計パラメータを導出するのにこれらの制約条件は不要である。また、ラティス・フィルタ型位相生成光結合器の段数を多くするほど、そして制約条件を課さずに任意の設計パラメータを用いることにより、目的とする特性との近似度を高めることができる。しかし最適化により、上記制約条件を与えたとしても十分近似度の高い設計パラメータを導出することができた。さらに、近似しようとする位相関数に変数を導入することにより、位相生成光結合器の設計パラメータに柔軟性を持たせ、より近似を容易にすることができる。
(参考例の第7の実施形態)
本発明の第7の実施形態における光合分波回路を図36に示す。本回路は、N+1個(N=2)の位相生成光結合器111〜113と、隣接する位相生成光結合器に挟まれたN(N=2)個の光路長差付与手段107〜108と、1個目の位相生成光結合器111に接続された2本の入力導波路101、102と、N+1=3個目の位相生成光結合器113に接続された2本の出力導波路103、104より構成される2段ラティス・フィルタである。
位相生成光結合器111〜113の伝達行列はそれぞれ、
本発明の第8の実施形態における光合分波回路を図42に示す。本回路はN+1個(N=2)の位相生成光結合器111〜113と、隣接する位相生成光結合器に挟まれたN(N=2)個の光路長差付与手段107〜108と、1個目の位相生成光結合器111に接続された2本の入力導波路101、102と、N+1=3個目の位相生成光結合器113に接続された2本の出力導波路103、104より構成される2段ラティス・フィルタである。
本発明の各実施形態では主に波長領域で使用する光合分波回路を説明してきたが、本発明の原理は波長領域だけではなく、光周波数領域にも適用することができる。本実施形態では、その具体的な一例を示す。
本発明の各実施形態では主に、M+1個(Mは1以上の整数)の光結合器と隣接する光結合器に挟まれたM個の光路長差付与部により構成されるラティス・フィルタ型の光合分波手段を位相生成手段として用いた。それは、ラティス・フィルタは原理的に損失が無いこと、そしてM+1個の光結合器の分岐比(結合角)とM個の光路長差付与部の光学的光路長差を適切に設定することにより、位相生成光結合器として機能させることができることによる。また、光結合器として、近接した二本の光導波路からなる方向性結合器を用いたのは、方向性結合器の結合長を調整するだけで、結合角を変化させることができるからである。
図57に、本発明の第10実施形態の第1変形における位相生成手段を示す。図の光合分波手段114は複数の光合分波手段111、112、113より構成されている。具体的には、光合分波手段111の二つの出力ポートに光合分波手段112、113が縦列接続されている。光合分波手段114は位相生成光結合器であるが、光合分波手段114を構成する光合分波手段111、112、113も位相生成光結合器である。このように、位相生成光結合器として機能する複数の光合分波手段を用いて任意のP入力Q出力(P、Qは自然数)位相生成光結合器を構成してもよい。
図59に、本発明の第10実施形態の第2変形における位相生成手段を示す。図の位相生成光結合器111は光結合器201〜204と光遅延線251〜255より構成されている。位相生成光結合器111の構成は、広義にはトランスバーサル型光合分波回路と呼ぶことができる。
本発明の第11の実施形態における光合分波回路を図61に示す。本回路はN+1個(Nは1以上の整数)の光結合器211〜215と、隣接する光結合器に挟まれたN個の光路長差付与手段107〜109と、1個目の光結合器211に接続された2本の入力導波路101、102と、N+1個目の光結合器215に接続された2本の出力導波路103、104より構成されるN段ラティス・フィルタである。
本発明の第12の実施形態における光合分波回路を図65に示す。任意の特性を実現できる光遅延線回路としてラティス・フィルタやトランスバーサル・フィルタ等のフィルタ構成が一般に用いられているが、本実施形態で説明する多段マッハツェンダ干渉計も同様に任意の特性を実現できるフィルタ構成の一つである。
図66に、本発明の第13の実施形態における光合分波回路を示す。本回路は一つ以上の入力と二つ以上の出力を持つ位相生成光結合器111、112と、これらの位相生成光結合器に結合される光遅延線251〜253からなる光路長差付与手段により構成される干渉回路であり、広義のトランスバーサル型光合分波回路である。
図68に、本発明の第13実施形態の変形にかかる光合分波回路を示す。本回路は一つ以上の入力と二つ以上の出力を持つ位相生成光結合器111、112と、113、114と、これらの位相生成光結合器に結合される光遅延線251〜255からなる光路長差付与手段により構成される干渉回路であり、広義のトランスバーサル型光合分波回路である。
図71(a)に本発明の第14の実施形態における光合分波回路を示す。本発明の各実施形態で説明した光合分波回路では、作製した回路の偏波依存性が小さかったため、偏波について考慮しなかった。しかし、偏波依存性が大きい場合は偏波を考慮して回路を設計・作製することにより、偏波依存性を解消することができる。反対に、偏波依存性を適切に発生させることにより、例えば偏波インタリーブ・フィルタや偏光ビームスプリッタなど偏波依存性を有する光合分波回路を実現することもできる。
本発明の各実施形態で用いた光遅延線は、主にFIR (Finite Impulse Response)型フィルタであった。例えば、マッハツェンダ干渉計、ラティス・フィルタ、そしてトランスバーサル・フィルタはFIR型フィルタの代表例であり、任意の透過特性を実現できることから、広く用いられている。しかし、FIR型フィルタ以外にもIIR (Infinite Impulse Response)型フィルタがあり、本発明の原理を適用することにより、その光学特性を修正することができる。IIR型フィルタとしてリング共振器を用いた光遅延線回路が知られている。
図75に本発明の第16の実施形態における光合分波回路の構成を示す。本回路は、一つ以上の入力と二つ以上の出力を有する位相生成光結合器111と、位相生成光結合器111に接続される光路長差付与手段107により構成される干渉回路であり、位相生成光結合器111は出力の位相差が波長依存性もしくは光周波数依存性を有する位相生成光結合器として機能させている。
図77に本発明の第17の実施形態における光合分波回路の構成を示す。本回路は、位相生成機能を用いたマッハツェンダ干渉計であり、その光路長差付与手段107の真中に溝が形成され、薄膜812が挿入されている。
以上述べた各実施形態では、位相生成機能を備えた光合分波回路をシリコン基板上に形成された石英系光導波路を用いて作製したと説明したが(作製例は、非特許文献11を参照)、本発明の合分波回路の構成は光導波路の種類、形状、材料によらない。
201、202、203、204 光結合器
208、209 光結合器
211、212、213、214、215、216、217、218、219、220、221、310、311、312、313、314、315、316、317、318、319、320、321 光結合器
301、302、303、304 光結合器
107、108、109 光路長差付与手段
111、112、113、114、115、116 位相生成光結合器
205、206、207 光路長差付与部
210 光路長差付与手段
231、232、233,234、235、236、237、238、239、240、331、332,333、334、335、336、337、338、339、340 光路長差付与部
251、252、253、254、255 光遅延線
305、306、307 光路長差付与部
401 位相調整手段
411、412 複屈折制御手段
501 上部クラッド
502 コア
503 下部クラッド
504 基板
601 アレイ導波路回折格子の入力導波路
602 第一スラブ導波路
603 アレイ導波路(光路長差付与手段)
604 第二スラブ導波路
605 アレイ導波路回折格子の出力導波路
701 筐体
702 ペルチェ保持板
703 固定ねじ
704 PLC(石英系光導波路回路)チップ
705 ガラス板
706 ファイバ
707 ファイバブロック
708 断熱性弾性接着剤
709 ファイバコード
710 ファイバブーツ
801、802、803 位相生成機能を用いた光合分波回路
804、805 アレイ導波路回折格子
806 送信器
807 ファイバ
808 受信器
809 全反射鏡
810 半透明鏡
901、902、903、904 入出力導波路
905、906 光結合器
907 光路長差付与手段
Claims (10)
- 複数の透過帯域から構成される全帯域において複数の光を合波分波する光合分波回路において、
入力部と出力部とを有する少なくとも2つの光合分波手段と、
前記少なくとも2つの光合分波手段の間に接続された光路長差付与手段と
を備え、
前記光合分波手段の少なくとも1つは位相生成手段として機能し、前記位相生成手段は、前記出力部の中の2つの出力端から出力される2つの光の位相差として定義される光周波数依存性を持つ位相φを生成し、1つ以上の前記位相生成手段により生成された光周波数の関数によって表され、前記光路長差付与手段に生じさせる光周波数依存性を持つ位相Φが、隣接する前記透過帯域の各中心光周波数の一定の周波数間隔および前記全帯域の中心光周波数を所望の値に同時に設定することを特徴とする光合分波回路。 - 前記位相生成手段は、(M+1)個(Mは2以上の整数)の光結合器と、隣合う前記光結合器の間に配置されたM個の光路長差付与部とから構成されており、前記光周波数依存性を持つ位相は、前記光結合器の振幅結合率および前記光路長差付与部の光学的光路長差をそれぞれ最適化することによって生成されることを特徴とする請求項1に記載の光合分波回路。
- 前記位相生成手段は、(M+1)個(Mは2以上の整数)の光結合器と、隣合う前記光結合器の間に配置されたM個の光路長差付与部とから構成されており、光周波数依存性を持つ前記位相Φが光周波数依存性を持つ前記目標位相Ψに等しく成るように、前記光結合器の振幅結合率および前記光路長差付与部の光学的光路長差ならびに前記光合分波回路が備える前記光路長差付与手段に付加する光学的光路長差δLの各々が設定されることを特徴とする請求項2に記載の光合分波回路。
- 前記光合分波回路は光干渉回路であり、
前記光干渉回路は、(N+1)個(Nは1以上の整数)の前記光合分波手段と、隣合う前記光合分波手段の間に配置されたN個の前記光路長差付与手段とを接続して構成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の光合分波回路。 - 前記光合分波回路は、2つの前記光合分波手段と、前記2つの光合分波手段の間に配置された前記光路長差付与手段と、前記光合分波手段の一方に接続された少なくとも1本の入力導波路および前記光合分波手段の他方に接続された複数本の出力導波路と、を備えたマッハツェンダ干渉回路であり、
前記2つの光合分波手段のいずれか一方は、位相生成手段を備えた位相生成光結合器であり、
前記位相生成光結合器は、(M+1)個(Mは2以上の整数)の光結合器と、隣合う前記光結合器の間に配置されたM個の光路長差付与部と、によって構成されていることを特徴とする請求項6に記載の光合分波回路。 - 複数の透過帯域から構成される全帯域において複数の光を合波分波する光合分波回路において、
入力部と出力部とを有する少なくとも1つの光合分波手段と、
前記少なくとも1つの光合分波手段の前記出力部に光学的に接続された光路長差付与手段と、
前記光路長差付与手段に接続された反射板と、
を備え、前記反射板を信号光の折り返し点とする反射型の光合分波回路であって、
前記光合分波手段の少なくとも1つは位相生成手段として機能し、前記位相生成手段は、前記出力部の中の2つの出力端から出力される2つの光の位相差として定義される光周波数依存性を持つ位相φを生成し、1つ以上の前記位相生成手段により生成された光周波数の関数によって表され、前記光路長差付与手段に生じさせる光周波数依存性を持つ位相Φが、隣接する前記透過帯域の各中心光周波数の一定間隔および前記全帯域の中心光周波数を所望の値に同時に設定することを特徴とする光合分波回路。 - 複数の透過帯域から構成される全帯域において複数の光を合波分波する光合分波回路の設計方法であって、前記光合分波回路は、入力部と出力部とを有する少なくとも2つの光合分波手段と、前記少なくとも2つの光合分波手段の間に接続された光路長差付与手段とを備え、
前記光合分波手段の少なくとも1つは位相生成手段として機能し、前記位相生成手段は、前記出力部の中の2つの出力端から出力される2つの光の位相差として定義される光周波数依存性を持つ位相φを生成し、前記方法は、
光周波数依存性を持つ目標位相Ψを決定するステップであって、前記目標位相Ψは、隣接する前記透過帯域の各中心光周波数の一定の光周波数間隔および前記全帯域の中心光周波数を所望の値に同時に設定するのに必要な位相であるステップと、
1つ以上の前記位相生成手段により生成された光周波数の関数によって表され、前記光路長差付与手段に生じさせる光周波数依存性を持つ位相Φが、光周波数依存性を持つ前記目標位相Ψ(f)に等しくなるように前記位相生成手段を構成するステップと
を備えることを特徴とする設計方法。
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