JP4608647B2

JP4608647B2 - 光波長群合分波回路

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Publication number: JP4608647B2
Application number: JP2008073935A
Authority: JP
Inventors: 新亀井; 摂森脇
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: JP2009229718A

Description

本発明は光波長群合分波回路に関する。より詳しくは、２つのアレイ導波路回折格子を接続して構成される光波長群合分波回路に関する。

ブロードバンド通信サービスの普及により、光通信ネットワークの大容量化要求がますます高まっている。このような中で、多数の光波長信号を一括に伝送する光波長多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）伝送が、ネットワークの伝送容量を飛躍的に増大させる技術として注目されている。一方、シリコン等の基板上に形成した石英系ガラス導波路によって構成された平面光波回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）は、多様な光デバイスの基盤技術として盛んに研究開発が行われている。このようなＰＬＣ技術を利用したアレイ導波路回折格子（Arrayed-Waveguide Grating：ＡＷＧ）は、複数の波長を持つ波長チャンネル光を含む波長分割多重光を各波長チャンネル光へ分波し、または、複数の波長チャンネル光を波長分割多重光へ合波する機能を持つ。ＡＷＧは、ＷＤＭ伝送における波長合分波回路として重要な役割を果たしている。

特に、近年の光通信ネットワークにおいては、ＷＤＭ伝送の波長チャンネル数が増大している。そこで、ＷＤＭ光を複数の波長チャンネル光のグループ（光波長群）に分波し、または光波長群を波長分割多重光へ合波する光波長群合分波回路を用いて、波長群単位で光信号を取り扱うＷＤＭ伝送の適用も始まっている。このような光波長群合分波回路を実現する手段の一つとして、２つのＡＷＧを組み合わせて一体とした回路構成が提案されている。このＡＷＧによる光波長群合分波回路は、複数の独立な光波長群合分波回路の機能を一体とした回路によって実現できる。他の構成と比べて、相対的に小型に回路を構成できるという点で優れている。

特許文献１には、２つのＡＷＧを組合せて一体とした構成による光波長群合分波回路について詳しく記載されている。特許文献１に記載された実施例１１は、１つの光波長群に含まれる全ての波長チャンネルが隣接し、さらに回路を構成する２つのＡＷＧ間を接続する経路に交差が無い光波長群合分波回路を開示している。上述の特徴を持つため、この実施例１１に開示された構成は、光波長群合分波器としての取扱いおよびその設計・製造が容易であることなどから、最も好適な構成例の１つである。

国際公開ＷＯ２００７／１２３１５７号パンフレット S.Kakehashi et al., IEEE Photonics Technology Letters, VOL.19, pp1197-1199(2007)

図７は、特許文献１に開示された光波長群合分波回路の構成を示す概念図である。この光波長群合分波回路７００は、２つのＡＷＧ、前段ＡＷＧ７０１および後段ＡＷＧ７０２から構成されている。２つのＡＷＧ７０１、７０２はそれぞれ複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを持っている。２つのＡＷＧ７０１、７０２間は、複数の光接続路群７０３により接続されている。前段ＡＷＧ７０１へは、Ｍ本の入力光ファイバ７０４−１〜７０４−Ｍ（Ｆin １〜Ｆin Ｍ）が接続され、後段ＡＷＧ７０２からはＭ本の出力光ファイバ群７０５−１〜７０５−Ｍが接続されている。１つの出力光ファイバ群は、Ｎ本の出力光ファイバから構成されており、光波長群合分波器の全体ではＭ×Ｎ本の出力光ファイバ（Ｆout １_１〜Ｆout １_Ｎ、Ｆout ２_１〜Ｆout ２_Ｎ、…、Ｆout Ｍ_１〜Ｆout Ｍ_Ｎ）を備えている。次に、本光波長群合分波回路の動作について説明する。

図８は、特許文献１に開示された光波長群合分波回路の光ファイバが接続される各ポート間で合分波される光波長群の関係を示した図である。各入力光ファイバＦin ｍ（ｍ＝１、２、…、Ｍ）に入力されたＮ×Ｌ個の波長チャンネル（波長：λ₁〜λ_NL）を含む波長分割多重光は、本回路により、各出力光ファイバ群内のＮ本の出力光ファイバの各々に対応したＮ群の光波長群に分波される。より具体的には、例えば、第１番目の出力光ファイバ群Ｆout ｍ_１に対してはλ₁〜λ_Lの波長チャンネルからなる光波長群に、第２番目の出力光ファイバ群Ｆout ｍ_２に対してはλ_L-1〜λ_2Lの波長チャンネルからなる光波長群に、・・・、第Ｍ番目の出力光ファイバ群Ｆout ｍ_Ｎに対してはλ_(N-1)L-1〜λ_LNの波長チャンネルからなる光波長群に、それぞれ分波される。このように、本光波長群合分波回路は、Ｍ個の独立して動作する光波長群合分波回路の機能を、２つのＡＷＧを組み合わせて一体とした構成によって実現している。ここで、Ｍ、Ｎ、Ｌはそれぞれ２以上の整数である。

図９Ａおよび図９Ｂは、特許文献１に開示された光波長群合分波回路のさらに具体的な接続構成例を説明する図である。Ｍ＝４、Ｎ＝５、Ｌ＝８の場合を示している。各ＡＷＧのポート番号表示および各光ファイバ上を伝送される光信号の波長表示を見やすく示すために、図９Ａおよび図９Ｂに分割して表示している。本構成例においては、前段ＡＷＧ７０１および後段ＡＷＧ７０２として、それぞれ、ポート数が７１入力×７１出力の規模のＡＷＧを使用している。

図９Ａおよび図９Ｂにおいて、前段ＡＷＧ７０１は入力導波路ｐ１〜ｐ７１および出力導波路ｑ１〜ｑ７１を持つ。同様に、後段ＡＷＧ７０２は、入力導波路ｒ１〜ｒ７１および出力導波路ｓ１〜ｓ７１を持つ。ＡＷＧ７０１、７０２は、使用する入力導波路または出力導波路を１つずらしたときには、１つ隣の波長チャンネルが透過するよう設計されている。入力ファイバ７０４−１〜７０４−Ｍ（Ｆin）および前段ＡＷＧ７０１の各入力導波路の接続関係、前段ＡＷＧ７０１の出力導波路および後段ＡＷＧ７０２の入力導波路を結ぶ各光接続路群７０３の接続関係、ならびに後段ＡＷＧ７０２の出力導波路および出力ファイバ群７０５−１〜７０５−Ｍの接続関係は、ぞれぞれ図９Ａおよび図９Ｂに示した通りである。

図９Ａおよび図９Ｂの構成により、たとえば入力光ファイバ７０４−１（Ｆin １）から入力された波長分割多重信号光（波長チャンネル：λ₁ ^A〜λ₄₀ ^A）は、前段ＡＷＧ７０１において各波長チャンネルに分波され、ポートｑ２８〜ｑ６７に出力される。これらの出力光信号は、光接続路群７０３を経由して、後段ＡＷＧ７０２のポートｒ２８〜ｒ６７へそれぞれ入力される。後段ＡＷＧ７０２において、光波長群ごとに波長チャンネルが合波され、第１番目の出力光ファイバ群７０５−１の出力光ファイバＦout １_１には波長群λ₁ ^A〜λ₈ ^A、出力光ファイバＦout １_２には波長群λ₉ ^A〜λ₁₆ ^A、出力光ファイバＦout １_３には波長群λ₁₇ ^A〜λ₂₄ ^A、出力光ファイバＦout １_４には波長群λ₂₅ ^A〜λ₃₂ ^A、ならびに出力光ファイバＦout １_５には波長群λ₃₃ ^A〜λ₄₀ ^Aが、波長群ごとに出力される。

図１０は、図９Ａおよび図９Ｂに示した構成の光波長群合分波回路における入力ポートおよび出力ポート間の透過スペクトルを示した図である。具体的には、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）には、第ｍ（ｍ＝１、２、３、４）番目の入力光ファイバ７０４−ｍ（Ｆin ｍ）から第ｍ番目の出力光ファイバ群７０５−ｍの各出力光ファイバＦout ｍ_１〜Ｆout ｍ_５への透過スペクトルがそれぞれ示されている。ここで、波長群内の各波長チャンネルの間隔は１００ＧＨｚ（０．８ｎｍ）であり、前段ＡＷＧ７０１および後段ＡＷＧ７０２はともにガウス関数型の透過スペクトルを持つ。図１０の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）より、入力光ファイバから本光波長群合分波回路に入力された４０波長チャンネル（λ₁〜λ₄₀）を含む波長分割多重光は、隣接する８つの波長チャンネルを含む波長群（λ₁〜λ₈、λ₉〜λ₁₆、λ₁₇〜λ₂₄、λ₂₅〜λ₃₂、λ₃₃〜λ₄₀）ごとに、対応する５つの出力ポートへ分波されていることが分かる。

しかしながら、上述の２つのＡＷＧを組み合わせて一体とした構成による光波長群合分波回路においては、前段ＡＷＧ７０１の透過中心波長および後段ＡＷＧ７０２の透過中心波長が、所望の定められた各波長チャンネルのグリッド波長からずれるという問題があった。以下。この問題について詳述する。

図１１は、光波長群合分波回路を構成するＡＷＧの一般的な構成を示す平面図である。ＡＷＧ７０１およびＡＷＧ７０２は、それぞれ、入力導波路群１１０１、第１のスラブ導波路１１０２、アレイ導波路１１０３、第２のスラブ導波路１１０４、出力導波路群１１０５がこの順に接続された構成を持つ。入力導波路群１１０１は、図８Ａおよび図８Ｂにおける入力導波路ｐ１〜ｐ７１、ｒ１〜ｒ７１に、出力導波路群１１０５は、図８Ａおよび図８Ｂにおける出力導波路ｑ１〜ｑ７１、ｓ１〜ｓ７１にそれぞれ対応している。

図１２は、ＡＷＧにおける入出力導波路とスラブ導波路との接続部の構成を示す図である。図１２の（ａ）は入力導波路群１１０１と第１のスラブ導波路１１０２との接続部を、（ｂ）は第２のスラブ導波路１１０４と出力導波路群１１０５との接続部をそれぞれ拡大した平面図である。各接続部は、入力側が直線テーパ導波路１２０１によって、出力側が直線テーパ導波路１２０２によってそれぞれ接続されている。尚、図１２においては、簡単のため３本の入力導波路および３本の出力導波路を示しており、スラブ導波路との接続面において多数の導波路が接続されていることに留意されたい。

ＡＷＧは、その動作原理上、入力された光信号の波長に応じて、光信号を分光軸方向の異なる位置に分波・合波するよう動作する。例えば、各スラブ導波路との接続面における入力導波路群１１０１および出力導波路群１１０５の配置間隔をそれぞれｄ₁およびｄ₂とする。ｄ₁およびｄ₂が一定値であって、入力導波路群１１０１および出力導波路群１１０５が等間隔に配置されている場合、各導波路間で各チャンネルの光信号の透過スペクトルの中心波長は等間隔となる。すなわち、各透過スペクトルの中心波長が、等波長間隔に配置された透過特性を示す。

一方、ＩＴＵにより規定されているＷＤＭ伝送における波長チャンネルの（ＩＴＵグリッド）は、周波数軸上において等周波数間隔で規定されている。したがって、１つの波長群が入力される単一の入力導波路のみを持つＡＷＧ波長合分波回路においては、実際に信号処理される光信号の透過スペクトル中心波長が、等周波数間隔配置のＩＴＵグリッド上の中心周波数に対応する波長と一致するように、出力導波路群１１０５の配置間隔ｄ₂を非等間隔に設計していた。すなわち、等周波数間隔で与えられる光周波数群に対応する非等間隔な波長群に比例させて、出力導波路群１１０５の配置間隔ｄ₂を非等間隔に変化させていた。

しかしながら、光波長群合分波器のように、複数の光波長群の多重光が入力される複数の入力導波路を使用するＡＷＧの場合には、配置間隔ｄ₁、ｄ₂をともに等間隔とせざるを得なかった。これは、特定の１つの入力導波路に対して、等周波数間隔のＩＴＵグリッド間隔に合うように、出力導波路群の配置間隔ｄ₂を最適に設定しても、他の入力導波路が使用されるときには、その設定された配置間隔はＩＴＵグリッド間隔に適合する最適な間隔から、ずれてしまうためである。

結局、任意の入力導波路からの異なる波長の光信号群に対して、等周波数間隔に各チャンネルが配置されたＩＴＵグリッドに概ね一致する透過スペクトルの配置を実現するためには、入力導波路群の配置間隔ｄ₁および出力導波路群の配置間隔ｄ₂をともに等間隔に設定する以外に、適正な方法はなかった。

図１３は、出力導波路を等間隔配置したＡＷＧの透過スペクトルの等周波数間隔に対応するグリッドからの誤差を示した図である。１５５０ｎｍ帯において１００ＧＨｚの等周波数間隔グリッド上に配置された４０チャンネルについて、各チャンネルの中心周波数ｆ_Gridを波長へ換算した場合の中心波長λ_Gridを求め、０．７９６ｎｍの等波長間隔グリッドにより規定される透過中心波長λ_Cとの誤差量であるδλ（＝λ_Grid―λ_C）を示した。図１３より分かるように、４０チャンネルの範囲で、最大で±０．０８ｎｍの誤差が生じている。この誤差は、グリッド間隔（０．７９６ｎｍ）のおおよそ１０％にも相当する。

先に述べた図７に示した光波長群合分波回路においても、図９に示したよううに、ＡＷＧの複数の入力導波路および複数の出力導波路を使用され、スラブ導波路との接続面において等間隔に配置されるので、ＡＷＧの透過スペクトルは等波長間隔に位置することになる。図１３に示したように、ＩＴＵグリッドに基づいて決定される中心波長から誤差を持った波長軸上の位置に、現実の透過中心が生じてしまう。このような誤差の程度を表す評価基準であるオングリッド損失および１ｄＢクリアバンド幅について、次に説明する。

図１４は、ＡＷＧの１つのチャンネルの透過中心波長付近の透過スペクトル先端部におけるオングリッド損失およびＸｄＢクリアバンド幅を説明する図である。出力導波路がスラブ導波路との接続面上で等間隔に配置されているので、実際のスペクトル１５００の中心波長λ_Cは、等波長間隔のグリッド上の中心波長λ_Gridからδλだけずれている。オングリッド損失１５０１は、各波長チャンネルのグリッド波長λ_Gridにおける損失値（ｄＢ）である。クリアバンド幅１５０２は、グリッド波長λ_Gridを中心として、スペクトル１５００のピークを基準とした所定の相対損失値ＸｄＢを満たすために最大取り得るバンド幅である。すなわち、実際の透過スペクトルのピーク損失値からの相対損失が最大ＸｄＢとなる点をＡ点そして、このＡ点の波長λ_XdBとλ_Gridとの波長差分の２倍をＸｄＢクリアバンド幅（ｎｍ）とする。これら２つの評価基準値は、ＡＷＧによる合分波される１つの通信チャンネルを通過する光信号の、品質劣化の程度に関わる重要なパラメータである。

図１５は、入力導波路群および出力導波路群を等間隔に配置した光波長群合分波回路のオングリッド損失および１ｄＢクリアバンド幅（Ｘ＝１）を示した図である。図７に示した構成の光波長群合分波回路に対して計算したものである。図１５のオングリッド損失値は、前段ＡＷＧ７０１および後段ＡＷＧ７０２の透過スペクトルの中心波長誤差δλがともにゼロである場合を基準として規格化した値である。１ｄＢクリアバンド幅は、前段ＡＷＧおよび後段ＡＷＧともに３ｄＢバンド幅が０．６０ｎｍのガウス関数の透過スペクトル形状を持つＡＷＧを用いた場合の値である。このとき１ｄＢバンド幅は０．３５ｎｍである。図１５より、ＡＷＧの透過中心波長の誤差δλによって、最大０．６５ｄＢのオングリッド損失が生じ、１ｄＢクリアバンド幅は、最悪で０．０５ｎｍ以下まで狭くなり帯域特性が劣化することが分かる。

上述のように、オングリッド損失の増大やクリアバンド幅の狭窄化は、光波長群合分波回路を用いた伝送システムの設計に制約を与える。オングリッド損失の増大は伝送可能距離を短縮し、クリアバンド幅の狭窄化は光信号の最大変調速度を低下させる。本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりもオングリッド損失特性またはクリアバンド幅特性に優れた光波長群合分波回路を提供することにある。

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、複数の入力導波路および複数の出力導波路を有する前段アレイ導波路回折格子と、複数の入力導波路および複数の出力導波路を有する後段アレイ導波路回折格子と、前記前段アレイ導波路回折格子および前記後段アレイ導波路回折格子間を接続する複数の光接続路と、Ｍ（Ｍは２以上整数）本の入力ポートと、Ｍ×Ｎ（Ｎは２以上整数）本の出力ポートとを備え、前記Ｍ本の入力ポートの１つから入力された中心周波数が等周波数間隔で配置されたＮ×Ｌ（Ｌは２以上整数）個の波長チャンネルを含むＭ系統の波長分割多重光を、隣接するＬ波長チャンネルを含むＮ群の光波長群に分波し、前記Ｍ本の入力ポートの１つに対応する互いに異なるＮ本の前記出力ポートに出力する光波長群合分波回路であって、前記Ｎ群の光波長群の各光波長群に対して、前記Ｎ群の１つの光波長群に含まれる各波長チャンネルに対する所定のグリッド波長値および前記前段アレイ導波路回折格子の前記波長チャンネルに対応する前記出力導波路の１つにおける透過スペクトルの中心波長値から求められるＬ個の波長誤差値群の中央値と、前記Ｎ群の前記１つの光波長群に含まれる各波長チャンネルに対する所定のグリッド波長値および前記後段アレイ導波路回折格子の前記波長チャンネルに対応する前記出力導波路の１つにおける対応する透過スペクトルの中心波長値から求められるのＬ個の波長誤差値群の中央値とが、絶対値が等しく符号が逆となるように、前記後段アレイ導波路回折格子の前記Ｎ本の出力ポートに対応する前記複数の出力導波路を非等間隔に配置したことを特徴とする光波長群合分波回路である。

この構成により、前段アレイ導波路回折格子における、各波長チャンネルに対する透過スペクトルの中心波長誤差が、後段アレイ導波路回折格子の各波長チャンネルに対する透過中心波長誤差によって最大限に相殺されるため、特に光波長群合分波回路のクリアバンド特性を大幅に改善することができる。

請求項２に記載の発明は、複数の入力導波路および複数の出力導波路を有する前段アレイ導波路回折格子と、複数の入力導波路および複数の出力導波路を有する後段アレイ導波路回折格子と、前記前段アレイ導波路回折格子および前記後段アレイ導波路回折格子間を接続する複数の光接続路と、Ｍ（Ｍは２以上整数）本の入力ポートと、Ｍ×Ｎ（Ｎは２以上整数）本の出力ポートとを備え、前記Ｍ本の入力ポートの１つから入力された中心周波数が等周波数間隔で配置されたＮ×Ｌ（Ｌは２以上整数）個の波長チャンネルを含むＭ系統の波長分割多重光を、隣接するＬ波長チャンネルを含むＮ群の光波長群に分波し、前記Ｍ本の入力ポートの１つに対応する互いに異なるＮ本の前記出力ポートに出力する光波長群合分波回路であって、前記Ｎ群の光波長群の各光波長群に対して、前記Ｎ群の１つの光波長群に含まれる各波長チャンネルに対する所定のグリッド波長値および前記後段アレイ導波路回折格子の前記波長チャンネルに対応する前記出力導波路の１つにおける透過スペクトルの中心波長値から求められるＬ個の波長誤差値群の中央値が、ゼロになるように、前記後段アレイ導波路回折格子の前記Ｎ本の出力ポートに対応する前記複数の出力導波路を非等間隔に配置したことを特徴とする光波長群合分波回路である。

この構成により、後段アレイ導波路回折格子における、各波長チャンネルに対する透過スペクトルの中心波長誤差が、最小限に抑制されるため、特に、光波長群合分波回路のオングリッド損失特性を大幅に改善することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光波長群合分波回路であって、前記前段アレイ導波路格子の前記出力導波路は、等間隔に配置されていることを特徴とする。後段アレイ導波路回折格子の出力導波路のみを非等間隔に設定すれば良いので、ＡＷＧレイアウト設計が簡単と成る。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光波長群合分波回路であって、前記波長誤差値群の中央値は、Ｌ個の波長誤差値群のうちの最大値および最小値の算術平均値であることを特徴とする。

以上説明したように、本発明により、オングリッド損失を減らしまたはクリアバンド帯域幅を拡大し帯域特性に優れた光波長群合分波回路を実現することができる。

図７に示したような２つのＡＷＧを組合せて一体とした構成による光波長群合分波回路の前段ＡＷＧにおいては、使用される入力導波路のそれぞれに対して全ての波長チャンネル光が入力される。これに対し、後段ＡＷＧの実際に光波長群の合分波に使用される出力導波路からは、特定の光波長群に含まれる波長チャンネル光のみが出力されることに着眼した。後段ＡＷＧの各出力導波路においては、実際に出力されない波長チャンネルに対する透過中心波長に、大きな波長誤差があっても実用上問題はない。したがって後段ＡＷＧにおいては、出力される特定の光波長群に含まれる波長チャンネルに対する透過中心波長の誤差が最も小さくなるように、出力導波路の配置位置を最適化することができる。さらに、前段ＡＷＧにおける各波長チャンネルに対する透過中心波長の誤差を相殺するように、後段ＡＷＧにおいて出力導波路の配置位置を最適化することもできる。

[第１の実施形態]
本発明の第１の実施形態に係る光波長群合分波回路の基本的な構成と動作ならびに光波長群合分波特性は、図７および図８で説明した従来技術のものと同様である。以下、図８および図９も参照しながら概要を説明する。本発明の光波長群合分波回路に特有の入力導波路群および出力導波路群の構成については、後述する。

本実施形態の光波長群合分波回路は、図７に示した構成の光波長群合分波回路において、Ｍ＝４、Ｎ＝５、Ｌ＝８とした場合に相当する。その詳細な接続構成は、図９に示した構成と同様である。すなわち、４つ（Ｍ＝４）の入力ポート７０４−１〜７０４−４（Ｆin １〜Ｆin ４）には、それぞれ４０波長チャンネル（Ｌ×Ｎ＝８×５＝４０）の光信号を含む４系統の独立な波長分割多重光が入力される。各系統の波長多重光は、それぞれ８波長チャンネル（Ｌ＝８）を含む５つの光波長群（Ｎ＝５）に分波される。光波長群合分波回路の全体では、合計２０個（＝Ｍ×Ｎ＝４×５）の出力ポート７０５−１〜７０５−４（Ｆout １_１〜Ｆout １_５、Ｆout ２_１〜Ｆout ２_５、Ｆout ３_１〜Ｆout ３_５、Ｆout ４_１〜Ｆout ４_５）に分波する機能を持つ。光信号の方向を逆に考えれば、２０個の出力ポート７０５−１〜７０５−５から入力された各系統の各光波長群を、４つの入力ポート７０４−１〜７０４−４に合波し出力する機能を有する。

本実施形態の光波長群合分波回路における前段ＡＷＧ７０１および後段ＡＷＧ７０２の構成は、図１１に示した構成とほぼ同様である。１５５０ｎｍ帯において１００ＧＨｚ間隔に配置された４０波長チャンネルを合分波するように設計されている。前段ＡＷＧ７０１の入力導波路群および出力導波路群ならびに後段ＡＷＧ７０２の入力導波路群は、従来技術の構成と同様に、それぞれ各スラブ導波路との接続面上で等間隔に配置されている。しかしながら、本実施形態では、後段ＡＷＧ７０２の出力スラブ導波路群との接続面上において、出力導波路群の配置位置が本発明特有の条件により最適化され、非等間隔に配置されている点に特徴がある。以下、出力導波路群の配置位置を決定する手順を説明する。

図１は、本実施形態の光波長群合分波回路の前段ＡＷＧおよび後段ＡＷＧの透過スペクトルの等周波数間隔グリッドに対応する波長からの誤差を示した図である。図１の（ａ）は前段ＡＷＧの誤差を示し、（ｂ）は後段ＡＷＧの誤差を示す。いずれも、１５５０ｎｍ帯において１００ＧＨｚの等周波数間隔グリッド上に配置された４０チャンネルについて、各チャンネルの中心周波数ｆ_Gridを波長に換算した場合の中心波長λ_Gridを求め、このλ_Gridを波長誤差の基準としている。従来技術のプロットは、０．７９６ｎｍの等波長間隔グリッドにより規定される透過中心波長λ_Cとの誤差量δλ（＝λ_Grid―λ_C）を示した。

図２は、本実施形態の光波長群合分波回路の後段ＡＷＧにおける第２のスラブ導波路２０１と出力導波路群の接続部を拡大した図である。第２のスラブ導波路２０１および出力導波路２０２〜２０６は、それぞれ直線テーパ導波路２０７を介して接続されている。５本の出力導波路２０２〜２０６は、光波長群合分波回路の１つの入力ポートＦin ｍ（ｍ＝１、２、３、４）に対する出力ポートＦout ｍ_５〜Ｆout ｍ_１に接続される。図９の具体的構成を参照すれば、出力導波路２０２〜２０６はｍ＝１の時にはｓ１９〜ｓ２３に、ｍ＝２の時にはｓ２８〜ｓ３２に、ｍ＝３の時にはｓ３７〜ｓ４１に、ｍ＝４の時にはｓ４６〜ｓ５０に対応する。図２中の出力導波路２０２〜２０６に対応して記載された５本の破線は、従来技術により出力導波路群を等間隔に配置した場合の、各配置位置を示している。本実施形態においては、各出力導波路は、等間隔に配置された従来技術の場合の位置から矢印で示した方向へ所定の距離だけずらして配置されていることに留意されたい。次に、この配置位置の決定方法について説明する。

図１の（ａ）において、例えば、光波長群λ₁〜λ₈に対応する波長チャンネルグループＧ１に対する前段ＡＷＧ７０１の透過スペクトルの中心波長誤差値は、最大値でβ、最小値でγである。最大値および最少値は、誤差値の正および負の極性も含めた大小関係に基づいている。従って、図１の（ａ）のグラフ上のプロット点で、誤差値について最上部にあるプロット点の誤差値が最大値となり、最下部にあるプロット点の誤差値が最小値となる。最小値および最大値の中央値はαとなる。ここで、中央値とは、最大値および最小値の算術平均を表す。

この波長チャンネルグループＧ１に対する後段ＡＷＧ７０２の中心波長誤差の中央値は、従来技術においては出力導波路群が等間隔に配置されていたため、前段ＡＷＧと同様にαであった。本発明の光波長群合分波回路においては、後段ＡＷＧ７０２の出力導波路２０６の位置を出力導波路群を等間隔に配置した場合の位置からずらすことにより、中心波長誤差値の最大値をβ’、最小値をγ’、中央値をα’とすることができる。本実施形態においては、中央値α’および中央値αの絶対値が等しく逆符号となるように、すなわちα’＝−αとなるように、出力導波路２０６の配置位置を図２で示した矢印方向に所定の距離だけずらしている。他の光波長群λ₉〜λ₁₆、λ₁₇〜λ₂₄、λ₂₅〜λ₃₂、λ₃₃〜λ₄₀に対応する波長チャンネルグループＧ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５ついても、同様に、中央値がα’＝−αの条件を満たすよう、出力導波路２０２〜２０５の配置位置を図２で示した矢印方向に所定の距離だけそれぞれずらしている。

上述のように、本発明の光波長群合分波回路においては、合分波される全波長群（Ｎ×Ｌ波長チャンネル）のうちのより細分化された波長群（Ｌ波長チャンネル）に対し、各チャンネルが等周波数間隔に配置されたグリッド波長との波長誤差に着目する。ここで、後段ＡＷＧのスラブ導波路との接続面上における対応する出力導波路の接続位置を、細分化された波長群に対応する波長誤差値群の中央値が、出力導波路群が等間隔に配置された場合の対応する波長誤差値群の中央値と絶対値が等しく逆極性の値となるように、設定することを特徴としている。

上述の実施形態では、前段ＡＷＧの出力導波路群は、等間隔に配置されているものといしたが、これに限定されない。すなわち、１つの波長群に対して、前段ＡＷＧにおいて発生する波長誤差値の中央値と、後段ＡＷＧの波長誤差値の中央値とが等しく逆極性となるように、波長群ごとに後段ＡＷＧの出力導波路の位置を最適化すれば良いことに留意されたい。

図３は、本実施形態の光波長群合分波回路におけるオングリッド損失および１ｄＢクリアバンド幅を、従来技術と比較しながら示した図である。（ａ）はオングリッド損失を、（ｂ）は１ｄＢクリアバンド帯域幅を示す。（ａ）および（ｂ）のいずれも、等間隔に出力導波路群を配置した従来技術の場合の値と併せて示してる。図１５に示したのと同様に、オングリッド損失値は、前段ＡＷＧおよび後段ＡＷＧの透過中心波長誤差δλがともにゼロである場合の値を基準として規格化した値である。１ｄＢクリアバンド幅は、前段ＡＷＧおよび後段ＡＷＧともに３ｄＢバンド幅０．６０ｎｍのガウス関数波形のＡＷＧを用いた場合の値である。

図３から分かるように、本実施形態におけるオングリッド損失は最大で０．６ｄＢであり、両端のチャンネルにおける損失が大幅に減っている。１ｄＢクリアバンド幅についても、最小値で０．１１ｎｍであり、ほぼ全チャンネルにおいて従来技術の構成による帯域幅よりも拡大されており、帯域特性が改善されている。

［第２の実施の形態］
上述の第１の実施形態では、対象とする波長群に対応する出力導波路の位置を、波長誤差値の中央値が、前段ＡＷＧの中央値と絶対値が等しく逆極性の値となるように設定していたが、第２の実施形態では、異なる条件で出力導波路の位置を設定する。

本発明の第２の実施形態に係る光波長群合分波回路の基本的な構成と動作ならびに光波長群分波特性は、図７および図８で説明した従来技術のものと同様である。本発明の光波長群合分波回路に特有の入力導波路群および出力導波路群の構成については、後述する。

本実施形態の光波長群合分波回路は、図７に示した構成の光波長群合分波回路において、Ｍ＝４、Ｎ＝５、Ｌ＝８とした場合に相当する。その詳細な接続構成は、図９に示した構成と同様である。すなわち、４つ（Ｍ＝４）の入力ポート７０４−１〜７０４−４（Ｆin １〜Ｆin ４）には、それぞれ４０波長チャンネル（Ｌ×Ｎ＝８×５＝４０）の光信号を含む４系統の独立な波長分割多重光が入力される。各系統の波長多重光は、それぞれ８波長チャンネル（Ｌ＝８）を含む５つの光波長群（Ｎ＝５）に分波される。光波長群合分波回路の全体では、合計２０個（Ｍ×Ｎ＝４×５＝２０）の出力ポート７０５−１〜７０５−５（Ｆout １_１〜Ｆout １_５、Ｆout ２_１〜Ｆout ２_５、Ｆout ３_１〜Ｆout ３_５、Ｆout ４_１〜Ｆout ４_５）に分波する機能を持つ。光信号の方向を逆に考えれば、２０個の出力ポート７０５−１〜７０５−５から入力された各系統の各光波長群を、４つの入力ポート７０４−１〜７０４−４に合波し出力する機能を有する。

本実施形態の光波長群合分波回路における前段ＡＷＧ７０１および後段ＡＷＧ７０２の構成は、図１１に示した構成とほぼ同様であり、詳細の説明は省略する。第１の実施形態と同様に本実施形態でも、後段ＡＷＧ７０２の出力スラブ導波路群との接続面上において、出力導波路群の配置位置が本発明特有の方法により最適化され、非等間隔に配置されている点に特徴がある。以下、出力導波路群の配置位置を決定するもう一つの手順を説明する。

図４は、第２の実施形態の光波長群合分波回路の後段ＡＷＧにおける、等周波数間隔グリッドに対応する波長からの透過スペクトルの中心波長誤差を示した図である。従来技術により出力導波路群を等間隔に配置した場合の波長誤差および本実施形態により配置した場合の波長誤差を、比較して示している。いずれも、１５５０ｎｍ帯において１００ＧＨｚの等周波数間隔グリッド上に配置された４０チャンネルについて、各チャンネルの中心周波数ｆ_Gridを波長に換算した中心波長λ_Gridを求め、このλ_Gridを波長誤差の基準としている。従来技術のプロットは、０．７９６ｎｍの等波長間隔グリッドにより規定される透過中心波長λ_Cとの誤差量δλ（＝λ_Grid―λ_C）を示した。

図５は、本実施形態の光波長群合分波回路の後段ＡＷＧにおける第２のスラブ導波路５０１と出力導波路群との接続部を拡大した図である。第２のスラブ導波路５０１および出力導波路５０２〜５０６は、それぞれ直線テーパ導波路５０７を介して接続されている。５本の出力導波路５０２〜５０６は、光波長群合分波回路の１つの入力ポートＦin ｍ（ｍ＝１、２、３、４）に対する出力ポートＦout ｍ_５〜Ｆout ｍ_１に接続される。図９の具体的構成を参照すれば、出力導波路５０２〜５０６はｍ＝１の時にはｓ１９〜ｓ２３に、ｍ＝２の時にはｓ２８〜ｓ３２に、ｍ＝３の時にはｓ３７〜ｓ４１に、ｍ＝４の時にはｓ４６〜ｓ５０に対応する。図５中の出力導波路５０２〜５０６に対応して記載された５本の破線は、従来技術により出力導波路群を等間隔に配置した場合の、配置位置をそれぞれ示している。本実施形態においては、等間隔に配置された従来技術の場合の位置から矢印で示した方向へ所定の距離だけずらして配置されていることに留意されたい。

図４を再び参照すれば、図４に示した従来技術の波長誤差のプロット群は、図１の（ａ）に示した前段ＡＷＧの出力導波路群を等間隔に配置した場合の波長誤差または図１の（ｂ）の後段ＡＷＧの出力導波路群を等間隔に配置した場合の波長誤差と同一である。したがって、図１の（ａ）で示したように、図４における光波長群λ₁〜λ₈に対応する波長チャンネルグループＧ１に対する後段ＡＷＧ７０２の透過波長誤差値は、最大値でβ、最小値でγである。図１において説明したのと同様に、最大値および最少値は、誤差値の正および負の極性も含めた大小関係に基づいている。従って、図４のグラフ上のプロット点で、誤差値について最上部にあるプロット点の誤差値が最大値となり、最下部にあるプロット点の誤差値が最小値となる。図４には記載していないが、最小値γおよび最大値βの中央値はαである。図１で説明したのと同様に、中央値とは、最大値および最小値の算術平均を表す。

本実施形態の光波長群合分波回路によれば、後段ＡＷＧ７０２の出力導波路５０６の位置を出力導波群が等間隔配置された場合の位置からずらすことにより、波長誤差値は最大値をβ’、最小値をγ’、中央値をα’とすることができる。本実施形態においては、中央値α’＝０となるように、出力導波路５０６の配置位置を図５で示した矢印方向へ所定の距離だけずらしている。他の光波長群λ₉〜λ₁₆、λ₁₇〜λ₂₄、λ₂₅〜λ₃₂、λ₃₃〜λ₄₀に対応する波長チャンネルグループＧ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５ついても、同様に、α’＝０となるよう、出力導波路５０５〜５０２の配置位置を図５で示した矢印方向へ所定の距離だけそれぞれずらしている。

上述のように、本実施形態の光波長群合分波回路においては、合分波される全波長群（Ｎ×Ｌ波長チャンネル）のうちのより細分化された波長群（Ｌ波長チャンネル）毎に、後段ＡＷＧのスラブ導波路との接続面上における対応する出力導波路の接続位置を、各チャンネルが等周波数間隔に配置されたグリッド波長との波長誤差に着目し、細分化された波長群に対応する波長誤差値群の中央値が０となるように、設定することを特徴としている。

図６は、本実施形態の光波長群合分波回路における、オングリッド損失および１ｄＢクリアバンド幅を、従来技術と比較しながら示した図である。図６の（ａ）はオングリッド損失を、（ｂ）は１ｄＢクリアバンド帯域幅を示す。（ａ）および（ｂ）のいずれも、出力導波路群を等間隔に配置した従来技術の場合の値を併せて示してる。図１５に示したのと同様に、オングリッド損失値は、前段ＡＷＧおよび後段ＡＷＧの透過スペクトルの中心波長誤差δλがともにゼロである場合の値を基準として、規格化した値である。１ｄＢクリアバンド幅は、前段ＡＷＧおよび後段ＡＷＧともに、３ｄＢバンド幅が０．６０ｎｍのガウス関数波形のＡＷＧを用いた場合の値である。

図６から分かるように、本実施形態におけるオングリッド損失は最大で０．４３ｄＢであり、特に中央部のチャンネルにおける損失は大幅に減っている。１ｄＢクリアバンド幅についても、最小値で０．０７ｎｍであり、ほぼ全チャンネルにおいて従来技術の構成よりも帯域幅が拡大されており、帯域特性が改善されている。

以上各実施形態について詳細に述べたように、本発明による出力導波路群の構成により、オングリッド損失特性を減らしまたはクリアバンド幅を拡大して帯域特性に優れた、光波長群合分波回路を実現することができる。

上述の各実施形態では、入力ポート数Ｍを４について示したが、本発明はこの値に限定されるものではなく、１以上の任意の整数の場合の構成についても本発明の効果を得ることができる。

また、取り扱う光波長群の数Ｎが５および各光波長群に含まれる波長チャンネル数Ｌが８の場合について示したが、本発明はこれらの値に限定されるものではなく、ＮおよびＬいずれも２以上の任意の整数の構成についても、本発明の効果を得ることができるのは言うまでも無い。また、上述の各実施形態では、ＡＷＧの透過スペクトルの中心波長を、１５５０ｎｍ帯で、１００ＧＨｚの等周波数間隔に配置された４０チャンネルのグリッドに適応させた例を示したが、本発明はこれらのパラメータ値群に限定されるものではない。

第１の実施形態の光波長群合分波回路の前段ＡＷＧおよび後段ＡＷＧの透過スペクトルの等周波数間隔グリッドに対応した波長からの誤差を示した図である。第１の実施形態の光波長群合分波回路の後段ＡＷＧにおける第２のスラブ導波路と出力導波路群との接続部を拡大した図である。本発明の第１の実施形態の光波長群合分波回路におけるオングリッド損失および１ｄＢクリアバンド幅を示した図である。第２の実施形態に係る光波長群合分波回路における、後段ＡＷＧの透過スペクトル中心波長の等周波数間隔グリッドに対応した波長からの誤差を示した図である。第２の実施形態の光波長群合分波回路の後段ＡＷＧにおける第２のスラブ導波路と出力導波路群との接続部を拡大した図である。第２の実施形態の光波長群合分波回路におけるオングリッド損失および１ｄＢクリアバンド幅を示した図である。従来技術による光波長群合分波回路および本発明の実施形態に係る光波長群合分波回路の構成を示した概念図である。従来技術による光波長群合分波回路および本発明の実施形態に係る光波長群合分波回路における光波長群分波特性を示した図である。従来技術による光波長群合分波回路および本発明の実施形態に係る光波長群合分波回路のさらに具体的な接続構成を示した図である。従来技術による光波長群合分波回路および本発明の実施形態に係る光波長群合分波回路のさらに具体的な接続構成を示した図である。従来技術による光波長群合分波回路における、入力ポートおよび各出力ポート間の透過スペクトルを示した図である。光波長群合分波回路におけるＡＷＧの一般的構成を示した図である。ＡＷＧにおける入出力導波路とスラブ導波路との各接続部の構成を示した図である。出力導波路群を等間隔に配置したＡＷＧの透過スペクトル中心波長の等周波数間隔グリッドに対応した波長からの波長誤差を示した図である。透過スペクトルにおけるオングリッド損失および１ｄＢクリアバンド幅を説明する図である。入力導波路群および出力導波路群を等間隔に配置した光波長群合分波回路のオングリッド損失ならびに１ｄＢクリアバンド幅を示した図である。

Claims

複数の入力導波路および複数の出力導波路を有する前段アレイ導波路回折格子と、複数の入力導波路および複数の出力導波路を有する後段アレイ導波路回折格子と、前記前段アレイ導波路回折格子および前記後段アレイ導波路回折格子間を接続する複数の光接続路と、Ｍ（Ｍは２以上整数）本の入力ポートと、Ｍ×Ｎ（Ｎは２以上整数）本の出力ポートとを備え、前記Ｍ本の入力ポートの１つから入力された中心周波数が等周波数間隔で配置されたＮ×Ｌ（Ｌは２以上整数）個の波長チャンネルを含むＭ系統の波長分割多重光を、隣接するＬ波長チャンネルを含むＮ群の光波長群に分波し、前記Ｍ本の入力ポートの１つに対応する互いに異なるＮ本の前記出力ポートに出力する光波長群合分波回路であって、
前記Ｎ群の光波長群の各光波長群に対して、前記Ｎ群の１つの光波長群に含まれる各波長チャンネルに対する所定のグリッド波長値および前記前段アレイ導波路回折格子の前記波長チャンネルに対応する前記出力導波路の１つにおける透過スペクトルの中心波長値から求められるＬ個の波長誤差値群の中央値と、前記Ｎ群の前記１つの光波長群に含まれる各波長チャンネルに対する所定のグリッド波長値および前記後段アレイ導波路回折格子の前記波長チャンネルに対応する前記出力導波路の１つにおける対応する透過スペクトルの中心波長値から求められるのＬ個の波長誤差値群の中央値とが、絶対値が等しく符号が逆となるように、前記後段アレイ導波路回折格子の前記Ｎ本の出力ポートに対応する前記複数の出力導波路を非等間隔に配置したことを特徴とする光波長群合分波回路。
複数の入力導波路および複数の出力導波路を有する前段アレイ導波路回折格子と、複数の入力導波路および複数の出力導波路を有する後段アレイ導波路回折格子と、前記前段アレイ導波路回折格子および前記後段アレイ導波路回折格子間を接続する複数の光接続路と、Ｍ（Ｍは２以上整数）本の入力ポートと、Ｍ×Ｎ（Ｎは２以上整数）本の出力ポートとを備え、前記Ｍ本の入力ポートの１つから入力された中心周波数が等周波数間隔で配置されたＮ×Ｌ（Ｌは２以上整数）個の波長チャンネルを含むＭ系統の波長分割多重光を、隣接するＬ波長チャンネルを含むＮ群の光波長群に分波し、前記Ｍ本の入力ポートの１つに対応する互いに異なるＮ本の前記出力ポートに出力する光波長群合分波回路であって、
前記Ｎ群の光波長群の各光波長群に対して、前記Ｎ群の１つの光波長群に含まれる各波長チャンネルに対する所定のグリッド波長値および前記後段アレイ導波路回折格子の前記波長チャンネルに対応する前記出力導波路の１つにおける透過スペクトルの中心波長値から求められるＬ個の波長誤差値群の中央値が、ゼロになるように、前記後段アレイ導波路回折格子の前記Ｎ本の出力ポートに対応する前記複数の出力導波路を非等間隔に配置したことを特徴とする光波長群合分波回路。
前記前段アレイ導波路格子の前記出力導波路は、等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光波長群合分波回路。
前記波長誤差値群の中央値は、Ｌ個の波長誤差値群のうちの最大値および最小値の算術平均値であることを特徴とする請求項１または２に記載の光波長群合分波回路。