JP4709694B2 - 波長分散補償回路 - Google Patents
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Description
本発明は、波長分散補償回路に関し、より詳細には、大容量および／または長距離光ファイバ通信において、伝送品質の劣化要因となる光ファイバ中での波長分散を補償する波長分散補償回路に関するものである。
近年、高度情報化に伴い大容量の情報を伝達する必要性から、高速かつ大容量の情報が伝達可能な光ファイバを用いた光通信システムに対する要求が増している。この光通信システムでは、高品位な通信を可能とするために、伝送媒体である光ファイバの持つ波長分散を補償することが求められている。
従来、波長分散の補償方法としては、図１に示すような分散補償ファイバを伝送路の途中に挿入する方法が用いられてきた（非特許文献１）。図１において、符号１は光信号送信機であり、符号２は伝送用ファイバであり、符号３は分散補償ファイバであり、符号４は光信号受信機である。所望の波長帯域において、伝送用光ファイバ２の分散特性を補償するように分散補償ファイバ３の断面内屈折率分布を制御して作製し、この分散補償ファイバ３を伝送用光ファイバ２の後段に配置する。このように配置することで、光信号送信機１から送信され、伝送用ファイバ２を伝送する光信号は、その分散特性を分散補償ファイバを通過することにより補償される。
また、非対称マッハツェンダ型干渉計を有する、２入力２出力の光回路によって、波長分散を補償することも知られている。
A.M.Vengsarlar and W.A.Reed, "Dispersion-compensating single-mode fibers: efficient designs for first- and second-order compensation" Opt.Lett., vol.18, pp.924-926, 1993
さて、上述のように、非対称マッハツェンダ型干渉計を有する、２入力２出力の光回路により波長分散を補償する際に、使用する周波数帯域に制限されず効率良く波長分散を補償することが望まれている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、動作帯域を有効利用可能な波長分散補償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記載の発明は、２本の導波路間の損失差が０の場合に、伝達関数がユニタリ特性で表される、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有するラティス型回路であって、前記２本の導波路を複数箇所で近接させて方向性結合器を構成し、前記方向性結合器間で導波路長が異なる部分を少なくとも１つ有し、入出力ポート対と該入出力ポートに対角の入出力ポート対とにおける群遅延時間特性および該群遅延時間特性の波長微分である波長分散特性は、絶対値が等しく符号が反対になるラティス型回路と、１端子ポートから入力した波長を、前記ラティス型回路の一方の入力ポートから入力した光を一方の出力ポートから出力して得られる特性のＦＳＲの半分毎に２端子ポートに周期的に分波し、逆に合波も可能なインターリーブ回路とを備え、前記ラティス型回路の２つの入力ポートのそれぞれは前記インターリーブ回路の２端子ポートにそれぞれ接続されており、また前記ラティス型回路の２つの出力ポートは合波器として動作する方向性結合器に接続され、ＦＳＲの半分毎に同じ特性を繰り返すことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、２本の導波路間の損失差が０の場合に、伝達関数がユニタリ特性で表される、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有するラティス型回路であって、前記２本の導波路を複数箇所で近接させて方向性結合器を構成し、前記方向性結合器間で導波路長が異なる部分を少なくとも１つ有し、入出力ポート対と該入出力ポートに対角の入出力ポート対とにおける群遅延時間特性および該群遅延時間特性の波長微分である波長分散特性は、絶対値が等しく符号が反対になるラティス型回路と、１端子ポートから入力した波長を、前記ラティス型回路の一方の入力ポートから入力した光を一方の出力ポートから出力して得られる特性のＦＳＲの半分毎に２端子ポートに周期的に分波し、逆に合波も可能な第１および第２のインターリーブ回路とを備え、前記ラティス型回路の２つの入力ポートのそれぞれは前記第１のインターリーブ回路の２端子ポートに接続され、前記ラティス型回路の２つの出力ポートのそれぞれは前記第２のインターリーブ回路の２端子ポートに接続され、ＦＳＲの半分毎に同じ特性を繰り返すことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、２本の導波路間の損失差が０の場合に、伝達関数がユニタリ特性で表される、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有するラティス型回路であって、前記２本の導波路を複数箇所で近接させて方向性結合器を構成し、前記方向性結合器間で導波路長が異なる部分を少なくとも１つ有し、入出力ポート対と該入出力ポートに対角の入出力ポート対とにおける群遅延時間特性および該群遅延時間特性の波長微分である波長分散特性は、絶対値が等しく符号が反対になるラティス型回路と、１端子ポートから入力した波長を、前記ラティス型回路の一方の入力ポートから入力した光を一方の出力ポートから出力して得られる特性のＦＳＲの半分毎に２端子ポートに周期的に分波し、逆に合波も可能なインターリーブ回路とを備え、前記ラティス型回路の一方端における、前記２本の導波路のうちのいずれか一方の導波路は前記２端子ポートの一方の端子ポートに接続され、前記ラティス型回路の他方端における、前記２本の導波路のうちのいずれか一方の導波路は前記２端子ポートの他方の端子ポートに接続され、前記一方端における、前記２本の導波路のうちの前記一方の端子ポートに接続されていない方の導波路と、前記他方端における、前記２本の導波路のうちの前記他方の端子ポートに接続されていない方の導波路とは合波器として動作する方向性結合器に接続され、ＦＳＲの半分毎に同じ特性を繰り返すことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、２本の導波路間の損失差が０の場合に、伝達関数がユニタリ特性で表される、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有するラティス型回路であって、前記２本の導波路を複数箇所で近接させて方向性結合器を構成し、前記方向性結合器間で導波路長が異なる部分を少なくとも１つ有し、入出力ポート対と該入出力ポートに対角の入出力ポート対とにおける群遅延時間特性および該群遅延時間特性の波長微分である波長分散特性は、絶対値が等しく符号が反対になるラティス型回路と、１端子ポートから入力した波長を、前記ラティス型回路の一方の入力ポートから入力した光を一方の出力ポートから出力して得られる特性のＦＳＲの半分毎に２端子ポートに周期的に分波し、逆に合波も可能な第１および第２のインターリーブ回路とを備え、前記ラティス型回路の一方端における、前記２本の導波路のうちのいずれか一方の導波路は前記第１のインターリーブ回路の２端子ポートの一方の端子ポートに接続され、前記ラティス型回路の他方端における、前記２本の導波路のうちのいずれか一方の導波路は前記第１のインターリーブ回路の２端子ポートの他方の端子ポートに接続され、前記一方端における、前記２本の導波路のうちの前記第１のインターリーブ回路の２端子ポートの一方の端子ポートに接続されていない方の導波路は前記第２のインターリーブ回路の２端子ポートの一方の端子ポートに接続され、前記他方端における、前記２本の導波路のうちの前記第１のインターリーブ回路の２端子ポートの他方の端子ポートに接続されていない方の導波路は前記第２のインターリーブ回路の２端子ポートの他方の端子ポートに接続され、ＦＳＲの半分毎に同じ特性を繰り返すことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、２本の導波路間の損失差が０の場合に、伝達関数がユニタリ特性で表される、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有するラティス型回路であって、前記２本の導波路を複数箇所で近接させて方向性結合器を構成し、前記方向性結合器間で導波路長が異なる部分を少なくとも１つ有し、入出力ポート対と該入出力ポートに対角の入出力ポート対とにおける群遅延時間特性および該群遅延時間特性の波長微分である波長分散特性は、絶対値が等しく符号が反対になるラティス型回路と、１端子ポートから入力した波長を、前記ラティス型回路の一方の入力ポートから入力した光を一方の出力ポートから出力して得られる特性のＦＳＲの半分毎に２端子ポートに周期的に分波し、逆に合波も可能なインターリーブ回路と、光を反射する第１および第２の反射手段とを備え、
前記ラティス型回路の２つの入力ポートのそれぞれは前記インターリーブ回路の２端子ポートに接続され、前記ラティス型回路の２つの出力ポートのそれぞれは、前記第１および第２の反射手段に接続され、ＦＳＲの半分毎に同じ特性を繰り返すことを特徴とする。
前記ラティス型回路の２つの入力ポートのそれぞれは前記インターリーブ回路の２端子ポートに接続され、前記ラティス型回路の２つの出力ポートのそれぞれは、前記第１および第２の反射手段に接続され、ＦＳＲの半分毎に同じ特性を繰り返すことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、２本の導波路間の損失差が０の場合に、伝達関数がユニタリ特性で表される、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有するラティス型回路であって、前記２本の導波路を複数箇所で近接させて方向性結合器を構成し、前記方向性結合器間で導波路長が異なる部分を少なくとも１つ有し、入出力ポート対と該入出力ポートに対角の入出力ポート対とにおける群遅延時間特性および該群遅延時間特性の波長微分である波長分散特性は、絶対値が等しく符号が反対になるラティス型回路と、１端子ポートから入力した波長を、前記ラティス型回路の一方の入力ポートから入力した光を一方の出力ポートから出力して得られる特性のＦＳＲの半分毎に２端子ポートに周期的に分波し、逆に合波も可能なインターリーブ回路と、光を反射する第１および第２の反射手段とを備え、前記ラティス型回路の一方端における、前記２本の導波路のうちのいずれか一方の導波路は前記２端子ポートの一方の端子ポートに接続され、前記ラティス型回路の他方端における、前記２本の導波路のうちのいずれか一方の導波路は前記２端子ポートの他方の端子ポートに接続され、前記一方端における、前記２本の導波路のうちの前記一方の端子ポートに接続されていない方の導波路は前記第１の反射手段に接続され、前記他方端における、前記２本の導波路のうちの前記他方の端子ポートに接続されていない方の導波路は前記第２の反射手段に接続され、ＦＳＲの半分毎に同じ特性を繰り返すことを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記ラティス型回路はさらに、前記方向性結合器間で導波路長が等しい部分を少なくとも１つ有することを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、前記ラティス型回路の方向性結合器間の導波路長が異なる部分の中で、前記ラティス型回路中の両端２か所の導波路長差（ΔＬ１）と、その他の方向性結合器間の導波路長が異なる部分の導波路長差（ΔＬ２）との間にΔＬ２＝２ΔＬ１の関係があることを特徴とする。
請求項９記載の発明は、請求項７または８記載の発明において、前記方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分が交互に接続され、両端では導波路長が等しい部分となることを特徴とする。
請求項１０記載の発明は、請求項７または８記載の発明において、前記方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分が交互に接続され、両端では導波路長が異なる部分となることを特徴とする。
本発明によれば、ラティス型回路における群遅延時間特性を周波数（波長）に対して三角波状に生成することができ、かつ、ある入出力ポート対とその対角入出力ポート対で得られる群遅延時間および波長分散は、絶対値が等しく符号が反対になる。従って、インターリーブ回路で周波数（波長）帯域を二分し、それぞれをラティス型回路の異なる入力ポートに入射することによって、動作帯域の有効利用が可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
本明細書において、ユニタリ特性で近似できる回路とは、２本の導波路間の損失差が０の場合に、伝達関数がユニタリ特性で表される２入力２出力ポートの導波路型回路を意味する。
本明細書において、ユニタリ特性で近似できる回路とは、２本の導波路間の損失差が０の場合に、伝達関数がユニタリ特性で表される２入力２出力ポートの導波路型回路を意味する。
本発明の一実施形態は、伝達関数がユニタリ特性で近似できる２入力２出力ポートの導波路型回路構成と、該導波路型回路構成の入力ポートに接続された、所定の周波数（波長）帯域を二分する手段としてのインターリーブ回路とを備える。この導波路型回路構成は、２本の導波路を少なくとも２箇所で近接させ方向性結合器を構成し、少なくとも１対の、方向性結合器間で導波路長が異なる部分（非対称マッハツェンダ型干渉計）を有するラティス型回路である。
本明細書において、「ラティス型回路」とは、伝達関数がユニタリ特性で近似できる２入力２出力ポートを備える導波路型回路構成であって、分散補償を行うための、非対称マッハツェンダ型干渉計を少なくとも１つ備えている導波路型回路を指す。従って、本発明の一実施形態において、ラティス型回路は、非対称マッハツェンダ型干渉計を１つまたは複数備える回路を含むし、少なくとも１つの非対称マッハツェンダ型干渉計と、少なくとも１つの対称マッハツェンダ型干渉計とを組み合わせた回路も含む。この組み合わせ方は、任意とすることができる。
本ラティス型回路では、群遅延時間特性を周波数（波長）に対して三角波状に生成することができ、かつ、ある入出力ポート対とその対角入出力ポート対で得られる群遅延時間および波長分散は、絶対値が等しく符号が反対になる。従って、インターリーブ回路で周波数（波長）帯域を二分し、それぞれをラティス型回路の異なる入力ポートに入射することによって、動作帯域を有効利用した波長分散補償回路を実現することができる。
さて、図１に示した従来の波長分散の補償法では、波長分散のために、予め分散値が設定された光ファイバ（分散補償ファイバ）を用いるため分散補償特性が固定となる。そのため温度変動等で、伝送用ファイバ２の分散値が変化した場合の補償は不可能である。
そこで、本発明の一実施形態では、ラティス型回路が、分散値を可変とする手段としての対称マッハツェンダ型干渉計を備えることは好ましい。すなわち、２本の導波路を複数箇所で近接させ方向性結合器を構成し、方向性結合器間で導波路長が等しい部分（対称マッハツェンダ型干渉計）と異なる部分とを有するようにラティス型回路を構成しても良い。このラティス型回路によれば、結合率可変の方向性結合器（対称マッハツェンダ型干渉計）の強度結合率を変化させることによって、様々な分散値を実現することができる。
特に、方向性結合器間の導波路長が異なる部分が複数ある場合（ラティス型回路が複数の非対称マッハツェンダ型干渉計を備える場合）、方向性結合器間の導波路長が異なる部分の中で、両端２か所（複数の非対称マッハツェンダ型干渉計のうち、ラティス型回路中の最も入力側および出力側）の導波路長差（ΔＬ１）と、その他の方向性結合器間の導波路長が異なる部分の導波路長差（ΔＬ２）との間に、ΔＬ２＝２ΔＬ１の関係がある場合は好ましい形態である。このとき、両端の２個（複数の対称マッハツェンダ型干渉計のうち、ラティス型回路中の最も入力側の対称マッハツェンダ型干渉計および出力側の対称マッハツェンダ型干渉計）以外の全ての結合率可変の方向性結合器の強度結合率を同一値に保ちつつ変化させる特別の条件で（両端の２個の結合率可変の方向性結合器の強度結合率は０．５に固定）、様々な分散値を実現することができる。よって、分散値の調整が容易になる。
なお、ΔＬ１とΔＬ２との関係はΔＬ２＝２ΔＬ１に限定されるものではなく、例えば、ΔＬ２＝ΔＬ１であっても良く、任意の関係であっても良い。これは、ΔＬ１とΔＬ２との比が任意の場合であっても、様々な分散値を実現できるためである。ただし、ΔＬ２＝２ΔＬ１とすれば、分散値の調整を容易に行うことができるので、より好ましい形態である。
（第1の実施形態）
図２は、本実施形態に係る波長分散補償回路の構成例を示す図である。
図２は、本実施形態に係る波長分散補償回路の構成例を示す図である。
図２において、本実施形態の波長分散補償回路は、インターリーブ回路６の１端子ポートである入力ポート５、インターリーブ回路６、インターリーブ回路の２端子ポートである出力ポート７−１および７−２、導波路８−１および８−２、方向性結合器９−１〜９−Ｎ、導波路の位相調節部１０−１〜１０−（Ｎ−２）、を備える。破線部で囲まれた部分がラティス型回路である。
図２において、インターリーブ回路６は、入力ポート５から入力した光の波長を周期的に出力ポート７−１および７−２に分波する手段であり、インターリーブ回路６の出力ポート７−１はラティス型回路の導波路８−１の入力側に接続されており、インターリーブ回路６の出力ポート７−２はラティス型回路の導波路８−２の入力側に接続されている。すなわち、本実施形態は、インターリーブ回路６の２端子ポートである２つの出力ポートを、インターリーブ回路の後段に設けられたラティス型回路の２つの入力ポートと接続する構成である。
図２は、ラティス型回路部分の一構成例として、方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分が交互に接続され、両端では導波路長が等しい部分となる構成（対称マッハツェンダ型干渉計と非対称マッハツェンダ型干渉計が交互に縦続接続され、両端は対称マッハツェンダ型干渉計となる構成）となっている。
なお、図２のラティス型回路は上述のように一例であって、対称マッハツェンダ型干渉計と非対称マッハツェンダ型干渉計との接続は交互でなくても良い。すなわち、少なくとも１つの対称マッハツェンダ型干渉計と、少なくとも１つの非対称マッハツェンダ型干渉計とを任意の数により任意の組み合わせでラティス型回路を構成することができる。また、以下の実施形態では、分散値は固定になるが、ラティス型回路を、１つまたは複数の非対称マッハツェンダ型干渉計にて構成しても良い。すなわち、ラティス型回路は、分散補償を行えるように、少なくとも１つの非対称マッハツェンダ型干渉計を備えていれば良いのである。
本実施形態では、シリコン基板上に石英導波路（クラッド：ＳｉＯ２、コア：ＳｉＯ２−ＧｅＯ２）を形成する石英平面光波回路技術を用いて、２本の導波路８−１および８−２を作製し、導波路の安定および低損失化を図っている。０．００１ｄＢ／ｃｍオーダの低損失石英導波路も実現されている。位相調節部１０−１〜１０−（Ｎ−２）はＣｒ等の薄膜ヒータを用い、熱光学効果を用いて導波路８−１および８−２の位相調節を行っている。なお、石英導波路部分を、半導体導波路、ＬＮ等の強誘電体導波路、ポリマー導波路、光ファイバなど、またはこれらを複合した導波路構成で置き換えることももちろん可能である。この場合、位相調節部はそれぞれの導波路に適したものが用いられる（例えば、強誘電体導波路には電気光学効果）。
図２のラティス型回路の伝達関数Ｔ（ｆ）（ｆ：光周波数）は、導波路の損失を簡単のため無視できると仮定すると、各構成要素の伝達関数はユニタリ特性を持つため、以下の式で表される。
ただし、
であり、＊は複素共役を表す。
２入力２出力のラティス型回路において、上側の入力ポート（２入力の一方の入力ポート、例えば、図２ではラティス型回路の導波路８−１の入力ポート）から上側の出力ポート（２出力の一方の出力ポート、例えば、図２ではラティス型回路の導波路８−１の出力ポート）への群遅延時間特性τ１１（ｆ）、下側の入力ポート（２入力の他方の入力ポート、例えば、図２ではラティス型回路の導波路８−２の入力ポート）から下側の出力ポート（２出力の他方の出力ポート、例えば、図２ではラティス型回路の導波路８−２の出力ポート）への群遅延時間特性τ２２（ｆ）は、すなわち対角ポート同士の群遅延時間特性は以下の式で表される。
従って、
となる。
図３に、図２の構成において、両端２か所の非対称マッハツェンダ型干渉計（ラティス型回路の、最も入力側の非対称マッハツェンダ型干渉計と、最も出力側の非対称マッハツェンダ型干渉計）の導波路長差（ΔＬ１）と、その他の非対称マッハツェンダ型干渉計の導波路長差（ΔＬ２）との間にΔＬ２＝２ΔＬ１の関係があり、波長１．５μｍ帯におけるＣ帯、ＦＳＲ：２００ＧＨｚ｛ＦＳＲ＝ｃ／（ｎΔＬ１）、ｃ：真空中の光速、ｎ：導波路の屈折率｝、非対称マッハツェンダ型干渉計数：１０、対称マッハツェンダ型干渉計数：１１の時のラティス型光回路の群遅延時間特性の計算結果を示す。
方向性結合器およびその間の導波路長が等しい部分を、結合率可変の方向性結合器と見なす場合、両端の２個以外の全ての結合率可変の方向性結合器の強度結合率κを０〜０．３８３の範囲で同一値に保ちつつ変化させ（両端の２個の結合率可変の方向性結合器の強度結合率κは０．５に固定）、計算を行った。
図３において、点線は群遅延時間特性τ１１（ｆ）に対する、κ＝０．３８３のときの周波数に対する相対遅延時間のプロットであり、破線は群遅延時間特性τ１１（ｆ）に対する、κ＝０．２のときの周波数に対する相対遅延時間のプロットである。また、一点鎖線は群遅延時間特性τ２２（ｆ）に対する、κ＝０．２のときの周波数に対する相対遅延時間のプロットであり、二点鎖線は群遅延時間特性τ２２（ｆ）に対する、κ＝０．３８３のときの周波数に対する相対遅延時間のプロットである。さらに、直線はκ＝０．０のときの周波数に対する相対遅延時間のプロットであり、分散値ｄ＝０ｐｓ／ｎｍである。
図３において、群遅延時間特性τ１１（ｆ）およびτ２２（ｆ）の双方において、κ＝０．３８３の場合は、相対遅延時間の周波数微分が正の符号を持つ周波数帯域では分散値ｄ＝１２０ｐｓ／ｎｍであり、負の符号を持つ周波数帯域では分散値ｄ＝−１２０ｐｓ／ｎｍである。一方、群遅延時間特性τ１１（ｆ）およびτ２２（ｆ）の双方において、κ＝０．２の場合は、相対遅延時間の周波数微分が正の符号を持つ周波数帯域では分散値ｄ＝７０ｐｓ／ｎｍであり、負の符号を持つ周波数帯域では分散値ｄ＝−７０ｐｓ／ｎｍである。
位相調節部１０−１〜１０−（Ｎ−２）により導波路の位相調節を行うことによって、非対称マッハツェンダ型干渉計の中心波長の調節を行い、かつ強度結合率κを変化させることによって、周波数の違いにより光波が非対称マッハツェンダ型干渉計における、導波路の長さが長い部分と短い部分とを通過する割合を変化させることができる。周波数に対して遅延が増加する（導波路の長さが長い部分を通過する割合を増加させる）、あるいは減少する（導波路の長さが長い部分を通過する割合を減少させる）設定、および増加、減少量の可変も可能となる。このようにして可変分散補償機能が実現できる。
ΔＬ２＝２ΔＬ１の関係がある場合、強度結合率κを両端では０．５、その他の部分でも全て同一値に設定できるため、調整の容易化が可能となる。強度結合率κを両端で０．５、その他の部分で０〜０．３８３の範囲で同一値とした場合、ラティス型回路の強度透過特性は−３ｄＢを下回ることはない特別な効果が生じる。０．３８３より大きな値（ただし１．０以下）とした場合、強度透過特性が−３ｄＢを下回り、この強度特性の劣化が伝送光信号に対して悪影響を及ぼす場合があり得る。ただし、良好な強度透過特性を得る必要がない場合は、強度結合率κを０．３８３よりも大きく、１．０以下としても良い。
図３より、群遅延時間は周波数（波長）に対して三角波状になっている。また、τ１１（ｆ）とτ２２（ｆ）とは、（４）式に示すように、絶対値が等しく符号が反対になっている。従って、群遅延時間の波長微分である波長分散特性も、対角ポート同士間で絶対値が等しく符号が反対になる。インターリーブ回路を用いずにラティス型回路のみを用いた場合、τ１１（ｆ）、τ２２（ｆ）のどちらか一方しか使用することができない。従って、例えば波長分散補償のために周波数に対して正の傾きを持つ群遅延時間特性が必要で、τ１１（ｆ）を用いてその特性を実現する場合、帯域の半分（図３中、矢印で示す領域）は無駄になる。
本発明では、この無駄になる帯域を有効利用することを目的の一つとしている。
本発明では、この無駄になる帯域を有効利用することを目的の一つとしている。
本実施形態に係るインターリーブ回路６（１端子ポート入力、２端子ポート出力）の強度透過特性を図４に示す（実線、破線それぞれが、２端子ポート出力の一方の特性を示す）。なお縦軸の範囲は０〜１．０にあり、それ以外はあり得ないが、特性を見やすくするため−０．２〜１．２とした。インターリーブ回路は、導波路構成のラティス型回路あるいはトランスバーサル型回路、ファイバグレーティング構成、バルク構成、などで実現することができる。
図３と同じ周期２００ＧＨｚを持つインターリーブ回路６は、図４から分かるように、入射光を所定の周波数毎に周期的に２端子ポートに振り分ける特性を有する。図３から分かるように、相対遅延時間は、ある周波数の周期毎に傾きの正負が入れ替わる。よって、上述のように群遅延時間の波長微分である波長分散特性も上記周期毎に正負が入れ替わる。よって、例えばＷＤＭ信号の波長分散補償のために正の波長分散特性を用いる場合において、ラティス型回路の一方の入力ポートから光を入力する場合、波長分散特性が正である周波数帯域の隣の周波数帯域では負の波長分散特性を持つようになり、この周波数帯域ではＷＤＭ信号の波長分散補償を行うことができない。よって、この周波数帯域を用いることはできず、無駄になってしまう。しかしながら、このとき図３から分かるように、ラティス型回路の他方の入力ポートから光を入力すれば、上記隣の周波数帯域では波長分散特性が正となる。よって、上記隣の周波数帯域では他方の入力ポートからラティス型回路に光を入力すれば、一方の入力ポートから光を入力する際には無駄であった周波数帯域でも波長分散補償を行うことができる。よって、周波数（波長）帯域を有効に利用することができる。
この有効利用のために、本発明では、インターリーブ回路を用いて、ＦＳＲ周期で共に同符号の波長分散特性が得られるように周波数（波長）帯域を二分して、二分した周波数帯域の光を、ラティス型回路のそれぞれ異なる入力ポートに入力するのである。なお、インターリーブ回路は特性の可逆性を有する。
例えば、図２のインターリーブ回路６において、−１５０ＧＨｚ〜−５０ＧＨｚでは出力ポート７−２から光を出力し、−５０ＧＨｚ〜５０ＧＨｚでは出力ポート７−１から光を出力する。このように、ＦＳＲの半分毎にインターリーブ回路の出力ポートを切換えるので、所定範囲の周波数帯域において、常に同じ符号の波長分散特性を用いて波長分散補償を行うことができ、周波数帯域の有効利用を実現することができる。
すなわち、本実施形態によれば、調整が容易かつ動作帯域を有効利用可能で、特性可変の波長分散補償回路を実現することができる。
図３、４より、図２の構成の群遅延時間特性は、図５に示すものとなる。図５の計算条件は、１００ＧＨｚ毎に周期的に出力ポートを切換えるインターリーブ回路を用いること以外は図３にて説明した条件と同様である。なおインターリーブ回路の群遅延時間特性は、理想的に０と仮定した。
図５において、点線はκ＝０．３８３、分散値ｄ＝１２０ｐｓ／ｎｍのときの周波数に対する相対遅延時間のプロットである。図４に示されるように１００ＧＨｚ毎にインターリーブ回路は出力ポートを切換えているので、分散値１２０ｐｓ／ｎｍを得る際に、インターリーブ回路を有さない場合では無駄であった帯域、例えば−１５０ＧＨｚ〜−５０ＧＨｚの周波数帯域においてラティス型回路の入力ポートを切換えることができる。よって、図５の点線のように、所定の周波数帯域（−２００ＧＨｚ〜２００ＧＨｚ）において、常に同じ符号の分散値１２０ｐｓ／ｎｍを実現することができる。
図５において、点線と同様に、破線はκ＝０．２、分散値ｄ＝７０ｐｓ／ｎｍのときの周波数に対する相対遅延時間のプロットであり、一点鎖線はκ＝０．２、分散値ｄ＝−７０ｐｓ／ｎｍのときの周波数に対する相対遅延時間のプロットであり、二点鎖線はκ＝０．３８３、分散値ｄ＝−１２０ｐｓ／ｎｍのときの周波数に対する相対遅延時間のプロットである。
このように、群遅延時間特性τ１１（ｆ）、τ２２（ｆ）の特性を交互に入れ替えたものになるため、群遅延時間特性は鋸波状となり、無駄な帯域が解消される。図５の結果より、図２の構成を用いることによって、調整が容易（同一特性の時には両端を除いて全ての結合率可変の方向性結合器の強度結合率を同一値に設定可能、両端は常に強度結合率が０．５）かつ動作帯域を有効利用可能で、特性可変の波長分散補償回路を実現することができる。なおインターリーブ回路が群遅延時間特性を持つ場合には、ラティス型回路の可変群遅延時間特性によって打ち消すことができる。
なお、ラティス型回路部分が、方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分が交互に接続され、両端では導波路長が異なる部分となる構成（対称マッハツェンダ型干渉計と非対称マッハツェンダ型干渉計とが交互に縦続接続され、両端は非対称マッハツェンダ型干渉計となる構成）となる場合においても、全ての結合率可変の方向性結合器の強度結合率κを同一値に保ちつつ変化させ、計算を行った。その結果、ラティス型回路において、方向性結合器間で導波路長が異なる部分の数（非対称マッハツェンダ型干渉計数）が等しい場合の群遅延時間特性も図５と同様となることを確認した。
次に、本実施形態に係る波長分散補償回路の動作を説明する。以下の条件を仮定する。
図２において、ＦＳＲが２００ＧＨｚ、非対称マッハツェンダ型干渉計数が１０個、対称マッハツェンダ型干渉計数が１１個であり、両端の２個の結合率可変の方向性結合器である、ラティス型回路の最も入力側の対称マッハツェンダ型干渉計およびラティス型回路の最も出力側の対称マッハツェンダ型干渉計の強度結合率を０．５に設定し、その他の結合率可変の方向性結合器（上記両端以外の対称マッハツェンダ型干渉計）の強度結合率を０．３８３に設定する。そして、分散値ｄ＝１２０ｐｓ／ｎｍを用いる。また、インターリーブ回路６は、周期２００ＧＨｚを持つ。よって、インターリーブ回路は図４に示すように周波数に応じて出力ポート７−１および７−２を切換える。すなわち、インターリーブ回路６は、ラティス型回路の一方の入力ポートから入力した光を一方の出力ポートから出力して得られる特性のＦＳＲの半分毎に出力ポート７−１および７−２への分波を行う。よって、この回路の周波数に対する相対遅延時間は、図５の点線となる。導波路は、０．００１ｄＢ／ｃｍオーダの低損失石英導波路である。
図２において、ＦＳＲが２００ＧＨｚ、非対称マッハツェンダ型干渉計数が１０個、対称マッハツェンダ型干渉計数が１１個であり、両端の２個の結合率可変の方向性結合器である、ラティス型回路の最も入力側の対称マッハツェンダ型干渉計およびラティス型回路の最も出力側の対称マッハツェンダ型干渉計の強度結合率を０．５に設定し、その他の結合率可変の方向性結合器（上記両端以外の対称マッハツェンダ型干渉計）の強度結合率を０．３８３に設定する。そして、分散値ｄ＝１２０ｐｓ／ｎｍを用いる。また、インターリーブ回路６は、周期２００ＧＨｚを持つ。よって、インターリーブ回路は図４に示すように周波数に応じて出力ポート７−１および７−２を切換える。すなわち、インターリーブ回路６は、ラティス型回路の一方の入力ポートから入力した光を一方の出力ポートから出力して得られる特性のＦＳＲの半分毎に出力ポート７−１および７−２への分波を行う。よって、この回路の周波数に対する相対遅延時間は、図５の点線となる。導波路は、０．００１ｄＢ／ｃｍオーダの低損失石英導波路である。
このような構造において、入力ポート５から波長１．５μｍ帯のＣ帯の光を入力する。該入力された光は、インターリーブ回路６にて図４に示す出力特性に応じて出力ポート７−１および７−２で振り分けられる。すなわち、図４において、周波数−２００ＧＨｚ〜−１５０ＧＨｚ、−５０ＧＨｚ〜５０ＧＨｚ、１５０ＧＨｚ〜２００ＧＨｚの周波数帯域の光は、出力ポート７−１から出力され、導波路８−１に入力される。導波路８−１から入力された光、すなわち、ラティス型回路に入力された光は、各対称マッハツェンダ型干渉計および非対称マッハツェンダ型干渉計を通過し、１２０ｐｓ／ｎｍの分散補償が施されて、ラティス型回路の出力側の導波路８−１から出力される。
一方、インターリーブ回路６は、図４から分かるように、上記周波数帯域以外の周波数帯域である、−１５０ＧＨｚ〜−５０ＧＨｚ、５０ＧＨｚ〜１５０ＧＨｚについては、出力ポート７−２から光を出力する。よって、この周波数帯域の光は、導波路８−２に入力される。該導波路８−２から入力された光（ラティス型回路に入力された光）についても、各対称マッハツェンダ型干渉計および非対称マッハツェンダ型干渉計を通過し、１２０ｐｓ／ｎｍの分散補償が施されて、ラティス型回路の出力側の導波路８−２から出力される。
なお、図２において、ΔＬ２＝ΔＬ１とした場合も、ΔＬ２＝２ΔＬ１の場合と同じ動作原理により、図３および図５と同様の可変遅延特性を得ることができる。ただしこの場合、ΔＬ２＝２ΔＬ１の場合とは異なり、結合率可変の方向性結合器の両端を除いた、結合率可変の方向性結合器の強度結合率κを同一値に保ちつつ変化させる条件では、所望特性を得られない。強度結合率κはばらばらな値をとるので、調整は難しくなる。ＦＳＲ：２００ＧＨｚ、非対称マッハツェンダ型干渉係数：１０、対称マッハツェンダ型干渉計数：１１の場合の、ΔＬ２＝２ΔＬ１、ΔＬ２＝ΔＬ１における所望分散値を得るための強度結合率κの値をそれぞれ、表１、２に示す。なお、表２において、ΔＬ２＝ΔＬ１の場合の所望分散値が小さくなっているのは、ΔＬ２＝２ΔＬ１の場合の方が長さの差が大きい非対称マッハツェンダ型干渉計数が多く、より多くの遅延時間が得られるため、より大きな分散値を得ることができるためである。
なお、表１，２において、κ１などの「κＭ（Ｍ；１〜１１の整数）」という表記は、ラティス型回路の入力側から出力側に向かって配置されている結合率可変の方向性結合器（対称マッハツェンダ型干渉計）に対する、入力側からの所定個数番目の強度結合率である。よって、例えば、κ３とは、入力側から数えて３番目の対称マッハツェンダ型干渉計の強度結合率を指す。
（第２の実施形態）
図６は、本実施形態に係る波長分散補償回路の構成例を示す図である。
図２において、本実施形態の波長分散補償回路は、インターリーブ回路１２−１の１端子ポートである入力ポート１１−１、インターリーブ回路１２−１、インターリーブ回路１２−１の２端子ポートである出力ポート１３−１および１３−２、導波路１４−１および１４−２、方向性結合器１５−１〜１５−（Ｎ−１）、導波路の位相調節部１６−１〜１６−（Ｎ−２）、インターリーブ回路１２−２の２端子ポートである入力ポート１３−３および１３−４、インターリーブ回路１２−２、インターリーブ回路１２−２の１端子ポートである出力ポート１１−２、を備える。破線部で囲まれた部分がラティス型回路である。
図６は、本実施形態に係る波長分散補償回路の構成例を示す図である。
図２において、本実施形態の波長分散補償回路は、インターリーブ回路１２−１の１端子ポートである入力ポート１１−１、インターリーブ回路１２−１、インターリーブ回路１２−１の２端子ポートである出力ポート１３−１および１３−２、導波路１４−１および１４−２、方向性結合器１５−１〜１５−（Ｎ−１）、導波路の位相調節部１６−１〜１６−（Ｎ−２）、インターリーブ回路１２−２の２端子ポートである入力ポート１３−３および１３−４、インターリーブ回路１２−２、インターリーブ回路１２−２の１端子ポートである出力ポート１１−２、を備える。破線部で囲まれた部分がラティス型回路である。
図６の構成の光回路は、動作原理、群遅延時間特性は図２の構成と同一である。しかしながら、ラティス型回路後段の合波にインターリーブ回路を用いている点で図２の構成とは異なっている（図２は方向性結合器）。そのため図２の構成とは異なり、３ｄＢの原理的な損失は生じない。
すなわち図６の構成は、図２の構成に対して、ラティス型回路の出力側にインターリーブ回路を設けている構成であり、ラティス型回路の出力側の導波路１４−１はインターリーブ回路１２−２の入力ポート１３−３に接続されており、ラティス型回路の出力側の導波路１４−２はインターリーブ回路１２−２の入力ポート１３−４に接続されている。
なお図６の構成では、ラティス型回路出力の不要クロストーク成分は、インターリーブ回路１２−２の２端子ポートである入力ポート１３−３、１３−４のうち周波数特性の異なるポートに入射され、インターリーブ回路１２−２の１端子ポートである出力ポート１１−２には出射されない。そのため図２と比べて、特性が改善される。
次に、回路構成が、第１の実施形態の動作説明にて示した条件と同一であり、インターリーブ回路１２−２が周期２００ＧＨｚを持つ場合を例に本実施形態に係る波長分散補償回路の動作を説明する。
入力ポート１１−１から波長１．５μｍ帯のＣ帯の光を入力すると、該入力された光は、インターリーブ回路１２−１にて図４に示す出力特性に応じて出力ポート１３−１および１３−２に振り分けられる。このとき、出力ポート１３−１に振り分けられた光は、導波路１４−１に入力され、対称マッハツェンダ型干渉計および非対称マッハツェンダ型干渉計を通過し１２０ｐｓ／ｎｍの分散補償を施されて、入力ポート１３−３からインターリーブ回路１２−２に入力され、出力ポート１１−２から出力される。このとき、ラティス型回路出力の不要クロストーク成分は入力ポート１３−４からインターリーブ回路１２−２に入力されるので、インターリーブ回路１２−２の出力ポート１１−２からは出力されない。よって、図２に比べてより特性の改善を図ることができる。なお、出力ポート１３−２に振り分けられた光も、上記と同様にして出力ポート１１−２から出力される。
（第３の実施形態）
図７は、本実施形態に係る波長分散補償回路の構成例を示す図である。
図７において、本実施形態の波長分散補償回路は、インターリーブ回路１８の１端子ポートである入力ポート１７、インターリーブ回路１８、インターリーブ回路１８の２端子ポートである出力ポート１９−１および１９−２、導波路２０−１および２０−２、方向性結合器２１−１〜２１−Ｎ、導波路の位相調節部２２−１〜２２−（Ｎ−２）、を備える。破線部で囲まれた部分がラティス型回路である。
図７は、本実施形態に係る波長分散補償回路の構成例を示す図である。
図７において、本実施形態の波長分散補償回路は、インターリーブ回路１８の１端子ポートである入力ポート１７、インターリーブ回路１８、インターリーブ回路１８の２端子ポートである出力ポート１９−１および１９−２、導波路２０−１および２０−２、方向性結合器２１−１〜２１−Ｎ、導波路の位相調節部２２−１〜２２−（Ｎ−２）、を備える。破線部で囲まれた部分がラティス型回路である。
図７において、インターリーブ回路１８の一方の出力ポートである出力ポート１９−１は、ラティス型回路の一方の導波路２０−２の入力側に接続されている。また、インターリーブ回路１８の他方の出力ポートである出力ポート１９−２は、ラティス型回路の他方の導波路２０−１の入力側に接続されている。一方、ラティス型回路の導波路２０−２の出力側と、ラティス型回路の導波路２０−１の出力側とはそれぞれ、ラティス型回路の後段側に設けられた方向性結合器２１−Ｎの入力ポートに接続されている。
このように、本実施形態は、ラティス型回路の一方端（図７の左側）にある２本の導波路の一方の導波路（導波路２０−２の図７の左側）をインターリーブ回路の一方の出力ポート（出力ポート１９−１）と接続し、ラティス型回路の他方端（図７の右側）にある２本の導波路の他方の導波路（導波路２０−１の図７の右側）をインターリーブ回路の他方の出力ポート（出力ポート１９−２）と接続する。また、上記一方端にある２本の導波路の他方の導波路（導波路２０−１の左側）と、上記他方端にある２本の導波路の他方の導波路（導波路２０−２の右側）とを、所定の領域にて近接させて、ラティス型回路の後段側にて方向性結合器（方向性結合器２１−Ｎ）を構成する。
すなわち、本実施形態では、ラティス型回路の２本の導波路について光の入力端が逆であり、一方の導波路については、その入力側をインターリーブ回路の一方の出力ポートに接続し、他方の導波路については、その入力側をインターリーブ回路の他方の出力ポートに接続する。そして、上記２本の導波路の出力側については、それら導波路を近接させて方向性結合器を構成する。
さて、ラティス型回路の伝達関数｛（１）式｝の逆方向の伝達関数Ｓ（ｆ）は、光波の進行方向が逆になることも考慮すると以下の式で表される。
式（１）、（５）から、同一ポート間の伝達関数は、光波の進行方向によって変化しないことがわかる。従って、図２と図７の特性は等価的に同一となり、同一の回路パラメータを用いた場合には、図５と同様な特性が得られる。
なお図７の構成では、ラティス型回路出力の不要クロストーク成分は、インターリーブ回路の２端子ポートのうち出射したポートとは別のポートに入射される（周波数特性の異なるポートのため、インターリーブ回路の１端子ポートにも出射されない）。そのため図２と比べて、特性が改善される。
次に、回路構成が、第１の実施形態の動作説明にて示した条件と同一である場合を例に本実施形態に係る波長分散補償回路の動作を説明する。
入力ポート１７から波長１．５μｍ帯のＣ帯の光を入力すると、該入力された光は、インターリーブ回路１８にて図４に示す出力特性に応じて出力ポート１９−１および１９−２に振り分けられる。このとき、出力ポート１９−１に振り分けられた光は、導波路２０−２におけるラティス型回路の入力側に入力され、対称マッハツェンダ型干渉計および非対称マッハツェンダ型干渉計を通過し１２０ｐｓ／ｎｍの分散補償を施されて、導波路２０−２におけるラティス型回路の出力側から出力される。一方、ラティス型回路出力の不要クロストーク成分は、導波路２０−１における図７の右側から出力され、出力ポート１９−２からインターリーブ回路１８に入力される。この光の周波数に対しては、インターリーブ回路１８は出力ポート１９−１に振り分けるように設定されているので、上記クロストーク成分は入力ポート１７に出力することは無い。よって、図２からの特性のさらなる改善を図ることができる。
なお、出力ポート１９−２に振り分けられた光も、上記と同様にして導波路２０−１のラティス型回路の出力側から出力される。
入力ポート１７から波長１．５μｍ帯のＣ帯の光を入力すると、該入力された光は、インターリーブ回路１８にて図４に示す出力特性に応じて出力ポート１９−１および１９−２に振り分けられる。このとき、出力ポート１９−１に振り分けられた光は、導波路２０−２におけるラティス型回路の入力側に入力され、対称マッハツェンダ型干渉計および非対称マッハツェンダ型干渉計を通過し１２０ｐｓ／ｎｍの分散補償を施されて、導波路２０−２におけるラティス型回路の出力側から出力される。一方、ラティス型回路出力の不要クロストーク成分は、導波路２０−１における図７の右側から出力され、出力ポート１９−２からインターリーブ回路１８に入力される。この光の周波数に対しては、インターリーブ回路１８は出力ポート１９−１に振り分けるように設定されているので、上記クロストーク成分は入力ポート１７に出力することは無い。よって、図２からの特性のさらなる改善を図ることができる。
なお、出力ポート１９−２に振り分けられた光も、上記と同様にして導波路２０−１のラティス型回路の出力側から出力される。
なお、本実施形態において、ラティス型回路の一方端（図７の左側）の２本の導波路のうち一方の導波路（導波路２０−２）をラティス型回路の入力ポートとし、他方端（図７の右側）の２本の導波路のうち一方の導波路（導波路２０−２）をラティス型回路の出力ポートとし、かつ一方端の２本の導波路のうち他方の導波路（導波路２０−１）をラティス型回路の出力ポートとし、他方端の２本の導波路のうち他方の導波路（導波路２０−１）をラティス型回路の入力ポートとしているが、これに限定されず、ラティス型回路の両端において、入力ポートおよび出力ポートは、いずれの導波路であっても良い。すなわち、ラティス型回路の一方端における、２本の導波路のうちのいずれか一方の導波路がインターリーブ回路１８の一方の端子ポートに接続されており、ラティス型回路の他方端における、２本の導波路のうちのいずれか一方の導波路がインターリーブ回路１８の他方の端子ポートに接続されており、両端において、２本の導波路のうち、インターリーブ回路１８の端子ポート（出力ポート１９−１、１９−２）に接続されてない方の導波路同士が接続されていれば良い。
（第４の実施形態）
図８は、本実施形態に係る波長分散補償回路の構成例を示す図である。
図８において、本実施形態の波長分散補償回路は、インターリーブ回路２４−１の１端子ポートである入力ポート２３−１、インターリーブ回路２４−１、インターリーブ回路２４−１の２端子ポートである出力ポート２５−１および２５−２、導波路２６−１および２６−２、方向性結合器２７−１〜２７−（Ｎ−１）、導波路の位相調節部２８−１〜２８−（Ｎ−２）、インターリーブ回路２４−２の２端子ポートである入力ポート２５−３および２５−４、インターリーブ回路２４−２、インターリーブ回路の１端子ポートである出力ポート２３−２、を備える。破線部で囲まれた部分がラティス型回路である。
図８は、本実施形態に係る波長分散補償回路の構成例を示す図である。
図８において、本実施形態の波長分散補償回路は、インターリーブ回路２４−１の１端子ポートである入力ポート２３−１、インターリーブ回路２４−１、インターリーブ回路２４−１の２端子ポートである出力ポート２５−１および２５−２、導波路２６−１および２６−２、方向性結合器２７−１〜２７−（Ｎ−１）、導波路の位相調節部２８−１〜２８−（Ｎ−２）、インターリーブ回路２４−２の２端子ポートである入力ポート２５−３および２５−４、インターリーブ回路２４−２、インターリーブ回路の１端子ポートである出力ポート２３−２、を備える。破線部で囲まれた部分がラティス型回路である。
図８の構成の光回路は、動作原理、群遅延時間特性は図７の構成と同一である。しかしながら、ラティス型回路後段の合波にインターリーブ回路を用いている点で図７の構成とは異なっている（図７は方向性結合器）。そのため図７の構成とは異なり、３ｄＢの原理的な損失は生じない。
図８において、インターリーブ回路２４−１の一方の出力ポートである出力ポート２５−１は、ラティス型回路の一方の導波路２６−２の入力側に接続されている。また、インターリーブ回路２４−１の他方の出力ポートである出力ポート２５−２は、ラティス型回路の他方の導波路２６−１の入力側に接続されている。一方、ラティス型回路の導波路２６−２の出力側と、ラティス型回路の導波路２６−１の出力側とはそれぞれ、ラティス型回路の後段側に設けられたインターリーブ回路２４−２の入力ポート２５−３および２５−４に接続されている。このように、本実施形態は、ラティス型回路の一方端（図８の左側）にある２本の導波路の一方の導波路（導波路２６−２の図８の左側）をインターリーブ回路の一方の出力ポート（出力ポート２５−１）と接続し、ラティス型回路の他方端（図８の右側）にある２本の導波路の他方の導波路（導波路２６−１の図８の右側）をインターリーブ回路の他方の出力ポート（出力ポート２５−２）と接続する。また、上記一方端にある２本の導波路の他方の導波路（導波路２６−１の左側）と、上記他方端にある２本の導波路の一方の導波路（導波路２６−２の右側）とをそれぞれ、インターリーブ回路の２端子ポート（入力ポート２５−４および２５−３）に接続する。
本実施形態によれば、図６、７の構成に関する検討から、上述のように図７の構成と異なり、３ｄＢの原理的な損失が生じずに可変群遅延時間特性を実現できる。
なお、本実施形態においても第３の実施形態と同様に、ラティス型回路の一方端（図８の左側）の２本の導波路のうち一方の導波路（導波路２６−２）をラティス型回路の入力ポートとし、他方端（図８の右側）の２本の導波路のうち一方の導波路（導波路２６−２）をラティス型回路の出力ポートとし、かつ一方端の２本の導波路のうち他方の導波路（導波路２６−１）をラティス型回路の出力ポートとし、他方端の２本の導波路のうち他方の導波路（導波路２６−１）をラティス型回路の入力ポートとしているが、これに限定されず、ラティス型回路の両端において、入力ポートおよび出力ポートは、いずれの導波路であっても良い。
（第５の実施形態）
図９は、本実施形態に係る波長分散補償回路の構成例を示す図である。
図９において、本実施形態の波長分散補償回路は、入力部２９、出力部３０、サーキュレータ３１、インターリーブ回路３３の１端子ポートである入力ポート３２、インターリーブ回路３３、インターリーブ回路３３の２端子ポートである出力ポート３４−１および３４−２、導波路３５−１および３５−２、方向性結合器３６−１〜３６−（Ｎ−１）、導波路の位相調節部３７−１〜３７−（Ｎ−２）、光を反射する手段としての反射部３８−１および３８−２、を備える。
図９は、本実施形態に係る波長分散補償回路の構成例を示す図である。
図９において、本実施形態の波長分散補償回路は、入力部２９、出力部３０、サーキュレータ３１、インターリーブ回路３３の１端子ポートである入力ポート３２、インターリーブ回路３３、インターリーブ回路３３の２端子ポートである出力ポート３４−１および３４−２、導波路３５−１および３５−２、方向性結合器３６−１〜３６−（Ｎ−１）、導波路の位相調節部３７−１〜３７−（Ｎ−２）、光を反射する手段としての反射部３８−１および３８−２、を備える。
図９の構成は、図６の構成と等価的に同一になる。しかしながら、反射部３８−１および３８−２による反射構成を用いているためにインターリーブ回路の数は１となり、構成の簡易化、およびコストの削減効果がある。本実施形態に係るインターリーブ回路３３は、図６の構成のインターリーブ回路１２−１および１２−２の双方の役割を果たす。
すなわち、図９の構成では、ラティス型回路の出力側の導波路３５−１は反射部３８−１に接続されており、ラティス型回路の出力側の導波路３５−２は反射部３８−２に接続されている。
また図６、９において、ラティス型回路の干渉計数が同一の場合でも、図９の構成は図６の構成の２倍の干渉計を通過することになる。そのため群遅延時間特性の最大達成値が２倍となる利点も有する。光を反射する手段である反射部３８として、導波路の端部にグレーティングまたはループミラーを形成する方法、導波路端面にＡｕ等の金属または誘電体多層膜を付加する方法など、光を反射する方法であればいずれを用いても良い。ループミラーを形成する方法では、反射部３８−１および３８−２として、１ポートのみを用いるループミラーを２つ用いる形態、２ポートを用いるループミラーを１つ用いる形態が考えられる。
次に、回路構成が、第１の実施形態の動作説明にて示した条件と同一である場合を例に本実施形態に係る波長分散補償回路の動作を説明する。
サーキュレータ３１に、入力部２９から波長１．５μｍ帯のＣ帯の光を入力すると、該入力された光は、出力部３０には出力されず、入力ポート３２を介してインターリーブ回路３３に入力される。該インターリーブ回路に入力された光は、図４に示す出力特性に応じて出力ポート３４−１および３４−２に振り分けられる。このとき、出力ポート３４−１に振り分けられた光は、導波路３５−１に入力され、対称マッハツェンダ型干渉計および非対称マッハツェンダ型干渉計を通過し１２０ｐｓ／ｎｍの分散補償を施されて、反射部３８−１へと入射される。該入射された光は反射部３８−１にて反射されて再びラティス型回路へと入力され、対称マッハツェンダ型干渉計および非対称マッハツェンダ型干渉計を通過し、出力ポート３４−１を介してインターリーブ回路３３へと入力される。上記出力ポート３４−１から入力された光は、入力ポート３２を介してサーキュレータ３１に入力され、出力部３０から出力される。
なお、インターリーブ回路３３にて出力ポート３４−２に振り分けられた光も、上記と同様にして出力部３０から出力される。
サーキュレータ３１に、入力部２９から波長１．５μｍ帯のＣ帯の光を入力すると、該入力された光は、出力部３０には出力されず、入力ポート３２を介してインターリーブ回路３３に入力される。該インターリーブ回路に入力された光は、図４に示す出力特性に応じて出力ポート３４−１および３４−２に振り分けられる。このとき、出力ポート３４−１に振り分けられた光は、導波路３５−１に入力され、対称マッハツェンダ型干渉計および非対称マッハツェンダ型干渉計を通過し１２０ｐｓ／ｎｍの分散補償を施されて、反射部３８−１へと入射される。該入射された光は反射部３８−１にて反射されて再びラティス型回路へと入力され、対称マッハツェンダ型干渉計および非対称マッハツェンダ型干渉計を通過し、出力ポート３４−１を介してインターリーブ回路３３へと入力される。上記出力ポート３４−１から入力された光は、入力ポート３２を介してサーキュレータ３１に入力され、出力部３０から出力される。
なお、インターリーブ回路３３にて出力ポート３４−２に振り分けられた光も、上記と同様にして出力部３０から出力される。
（第６の実施形態）
図１０は、本実施形態に係る波長分散補償回路の構成例を示す図である。
図１０において、本実施形態の波長分散補償回路は、入力部３９、出力部４０、サーキュレータ４１、インターリーブ回路４３の１端子ポートである入力ポート４２、インターリーブ回路４３、インターリーブ回路４３の２端子ポートである出力ポート４４−１および４４−２、導波路４５−１および４５−２、方向性結合器４６−１〜４６−（Ｎ−１）、導波路の位相調節部４７−１〜４７−（Ｎ−２）、光を反射する手段としての反射部４８−１および４８−２、を備える。
図１０は、本実施形態に係る波長分散補償回路の構成例を示す図である。
図１０において、本実施形態の波長分散補償回路は、入力部３９、出力部４０、サーキュレータ４１、インターリーブ回路４３の１端子ポートである入力ポート４２、インターリーブ回路４３、インターリーブ回路４３の２端子ポートである出力ポート４４−１および４４−２、導波路４５−１および４５−２、方向性結合器４６−１〜４６−（Ｎ−１）、導波路の位相調節部４７−１〜４７−（Ｎ−２）、光を反射する手段としての反射部４８−１および４８−２、を備える。
図１０の構成は、図８の構成と等価的に同一になる。しかしながら反射部４８−１および４８−２による反射構成を用いているためにインターリーブ回路の数は１となり、構成の簡易化、およびコストの削減効果がある。本実施形態に係るインターリーブ回路４３は、図８の構成のインターリーブ回路２４−１および２４−２の双方の役割を果たす。
図１０において、インターリーブ回路４３の一方の出力ポートである出力ポート４４−１は、ラティス型回路の一方の導波路４５−２の入力側に接続されている。また、インターリーブ回路４３の他方の出力ポートである出力ポート４４−２は、ラティス型回路の他方の導波路４５−１の入力側に接続されている。一方、ラティス型回路の導波路４５−２の出力側には反射部４８−２が接続されており、ラティス型回路の導波路４５−１の出力側には反射部４８−１が接続されている。
このように、本実施形態は、ラティス型回路の一方端（図１０の左側）にある２本の導波路の一方の導波路（導波路４５−２の図１０の左側）をインターリーブ回路の一方の出力ポート（出力ポート４４−１）と接続し、ラティス型回路の他方端（図１０の右側）にある２本の導波路の他方の導波路（導波路４５−１の図１０の右側）をインターリーブ回路の他方の出力ポート（出力ポート４４−２）と接続する。また、上記一方端にある２本の導波路の他方の導波路（導波路４５−１の左側）と、上記他方端にある２本の導波路の一方の導波路（導波路４５−２の右側）とをそれぞれ、反射部４８−１および４８−２に接続する。
さて、図８、１０において、ラティス型回路の干渉計数が同一の場合でも、図１０の構成は図８の構成の２倍の干渉計を通過することになる。そのため群遅延時間特性の最大達成値が２倍となる利点も有する。光を反射する手段である反射部としては、導波路の端部にグレーティングまたはループミラーを形成する方法、導波路端面にＡｕ等の金属または誘電体多層膜を付加する方法などが考えられる。
次に、回路構成が、第１の実施形態の動作説明にて示した条件と同一である場合を例に本実施形態に係る波長分散補償回路の動作を説明する。
サーキュレータ４１に、入力部３９から波長１．５μｍ帯のＣ帯の光を入力すると、該入力された光は、出力部４０には出力されず、入力ポート４２を介してインターリーブ回路４３に入力される。該インターリーブ回路に入力された光は、図４に示す出力特性に応じて出力ポート４４−１および４４−２に振り分けられる。このとき、出力ポート４４−１に振り分けられた光は、導波路４５−２のラティス型回路の入力側から入力され、対称マッハツェンダ型干渉計および非対称マッハツェンダ型干渉計を通過し１２０ｐｓ／ｎｍの分散補償を施されて、導波路４５−２のラティス型回路の出力側から出力され、反射部４８−２へと入射される。該入射された光は反射部４８−２にて反射されて再びラティス型回路へと入力され、対称マッハツェンダ型干渉計および非対称マッハツェンダ型干渉計を通過し、出力ポート４４−１を介してインターリーブ回路４３へと入力される。該インターリーブ回路に入力された光は、入力ポート４２を介してサーキュレータ４１に入力され、出力部４０から出力される。
なお、インターリーブ回路４３にて出力ポート４４−２に振り分けられた光も、上記と同様にして出力部４０から出力される。
サーキュレータ４１に、入力部３９から波長１．５μｍ帯のＣ帯の光を入力すると、該入力された光は、出力部４０には出力されず、入力ポート４２を介してインターリーブ回路４３に入力される。該インターリーブ回路に入力された光は、図４に示す出力特性に応じて出力ポート４４−１および４４−２に振り分けられる。このとき、出力ポート４４−１に振り分けられた光は、導波路４５−２のラティス型回路の入力側から入力され、対称マッハツェンダ型干渉計および非対称マッハツェンダ型干渉計を通過し１２０ｐｓ／ｎｍの分散補償を施されて、導波路４５−２のラティス型回路の出力側から出力され、反射部４８−２へと入射される。該入射された光は反射部４８−２にて反射されて再びラティス型回路へと入力され、対称マッハツェンダ型干渉計および非対称マッハツェンダ型干渉計を通過し、出力ポート４４−１を介してインターリーブ回路４３へと入力される。該インターリーブ回路に入力された光は、入力ポート４２を介してサーキュレータ４１に入力され、出力部４０から出力される。
なお、インターリーブ回路４３にて出力ポート４４−２に振り分けられた光も、上記と同様にして出力部４０から出力される。
なお、本実施形態においても第３の実施形態と同様に、ラティス型回路の一方端（図１０の左側）の２本の導波路のうち一方の導波路（導波路４５−２）をラティス型回路の入力ポートとし、他方端（図１０の右側）の２本の導波路のうち一方の導波路（導波路４５−２）をラティス型回路の出力ポートとし、かつ一方端の２本の導波路のうち他方の導波路（導波路４５−１）をラティス型回路の出力ポートとし、他方端の２本の導波路のうち他方の導波路（導波路４５−１）をラティス型回路の入力ポートとしているが、これに限定されず、ラティス型回路の両端において、入力ポートおよび出力ポートは、いずれの導波路であっても良い。
１ 光信号送信機
２ 伝送用ファイバ
３ 分散補償ファイバ
４ 光信号受信機
５、１１、１７、２３、３２、４２ インターリーブ回路の１端子ポート
６、１２、１８、２４、３３、４３ インターリーブ回路
７、１３、１９、２５、３４、４４ インターリーブ回路の２端子ポート
８、１４、２０、２６、３５、４５ 導波路
９、１５、２１、２７、３６、４６ 方向性結合器
１０、１６、２２、２８、３７、４７ 導波路の位相調節部
２９、３９ 入力部
３０、４０ 出力部
３１、４１ 光サーキュレータ
３８、４８ 反射部
２ 伝送用ファイバ
３ 分散補償ファイバ
４ 光信号受信機
５、１１、１７、２３、３２、４２ インターリーブ回路の１端子ポート
６、１２、１８、２４、３３、４３ インターリーブ回路
７、１３、１９、２５、３４、４４ インターリーブ回路の２端子ポート
８、１４、２０、２６、３５、４５ 導波路
９、１５、２１、２７、３６、４６ 方向性結合器
１０、１６、２２、２８、３７、４７ 導波路の位相調節部
２９、３９ 入力部
３０、４０ 出力部
３１、４１ 光サーキュレータ
３８、４８ 反射部
Claims (10)
- ２本の導波路間の損失差が０の場合に、伝達関数がユニタリ特性で表される、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有するラティス型回路であって、前記２本の導波路を複数箇所で近接させて方向性結合器を構成し、前記方向性結合器間で導波路長が異なる部分を少なくとも１つ有し、入出力ポート対と該入出力ポートに対角の入出力ポート対とにおける群遅延時間特性および該群遅延時間特性の波長微分である波長分散特性は、絶対値が等しく符号が反対になるラティス型回路と、
１端子ポートから入力した波長を、前記ラティス型回路の一方の入力ポートから入力した光を一方の出力ポートから出力して得られる特性のＦＳＲの半分毎に２端子ポートに周期的に分波し、逆に合波も可能なインターリーブ回路とを備え、
前記ラティス型回路の２つの入力ポートのそれぞれは前記インターリーブ回路の２端子ポートにそれぞれ接続されており、また前記ラティス型回路の２つの出力ポートは合波器として動作する方向性結合器に接続され、
ＦＳＲの半分毎に同じ特性を繰り返すことを特徴とする波長分散補償回路。 - ２本の導波路間の損失差が０の場合に、伝達関数がユニタリ特性で表される、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有するラティス型回路であって、前記２本の導波路を複数箇所で近接させて方向性結合器を構成し、前記方向性結合器間で導波路長が異なる部分を少なくとも１つ有し、入出力ポート対と該入出力ポートに対角の入出力ポート対とにおける群遅延時間特性および該群遅延時間特性の波長微分である波長分散特性は、絶対値が等しく符号が反対になるラティス型回路と、
１端子ポートから入力した波長を、前記ラティス型回路の一方の入力ポートから入力した光を一方の出力ポートから出力して得られる特性のＦＳＲの半分毎に２端子ポートに周期的に分波し、逆に合波も可能な第１および第２のインターリーブ回路とを備え、
前記ラティス型回路の２つの入力ポートのそれぞれは前記第１のインターリーブ回路の２端子ポートに接続され、前記ラティス型回路の２つの出力ポートのそれぞれは前記第２のインターリーブ回路の２端子ポートに接続され、
ＦＳＲの半分毎に同じ特性を繰り返すことを特徴とする波長分散補償回路。 - ２本の導波路間の損失差が０の場合に、伝達関数がユニタリ特性で表される、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有するラティス型回路であって、前記２本の導波路を複数箇所で近接させて方向性結合器を構成し、前記方向性結合器間で導波路長が異なる部分を少なくとも１つ有し、入出力ポート対と該入出力ポートに対角の入出力ポート対とにおける群遅延時間特性および該群遅延時間特性の波長微分である波長分散特性は、絶対値が等しく符号が反対になるラティス型回路と、
１端子ポートから入力した波長を、前記ラティス型回路の一方の入力ポートから入力した光を一方の出力ポートから出力して得られる特性のＦＳＲの半分毎に２端子ポートに周期的に分波し、逆に合波も可能なインターリーブ回路とを備え、
前記ラティス型回路の一方端における、前記２本の導波路のうちのいずれか一方の導波路は前記２端子ポートの一方の端子ポートに接続され、前記ラティス型回路の他方端における、前記２本の導波路のうちのいずれか一方の導波路は前記２端子ポートの他方の端子ポートに接続され、
前記一方端における、前記２本の導波路のうちの前記一方の端子ポートに接続されていない方の導波路と、前記他方端における、前記２本の導波路のうちの前記他方の端子ポートに接続されていない方の導波路とは合波器として動作する方向性結合器に接続され、
ＦＳＲの半分毎に同じ特性を繰り返すことを特徴とする波長分散補償回路。 - ２本の導波路間の損失差が０の場合に、伝達関数がユニタリ特性で表される、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有するラティス型回路であって、前記２本の導波路を複数箇所で近接させて方向性結合器を構成し、前記方向性結合器間で導波路長が異なる部分を少なくとも１つ有し、入出力ポート対と該入出力ポートに対角の入出力ポート対とにおける群遅延時間特性および該群遅延時間特性の波長微分である波長分散特性は、絶対値が等しく符号が反対になるラティス型回路と、
１端子ポートから入力した波長を、前記ラティス型回路の一方の入力ポートから入力した光を一方の出力ポートから出力して得られる特性のＦＳＲの半分毎に２端子ポートに周期的に分波し、逆に合波も可能な第１および第２のインターリーブ回路とを備え、
前記ラティス型回路の一方端における、前記２本の導波路のうちのいずれか一方の導波路は前記第１のインターリーブ回路の２端子ポートの一方の端子ポートに接続され、前記ラティス型回路の他方端における、前記２本の導波路のうちのいずれか一方の導波路は前記第１のインターリーブ回路の２端子ポートの他方の端子ポートに接続され、
前記一方端における、前記２本の導波路のうちの前記第１のインターリーブ回路の２端子ポートの一方の端子ポートに接続されていない方の導波路は前記第２のインターリーブ回路の２端子ポートの一方の端子ポートに接続され、前記他方端における、前記２本の導波路のうちの前記第１のインターリーブ回路の２端子ポートの他方の端子ポートに接続されていない方の導波路は前記第２のインターリーブ回路の２端子ポートの他方の端子ポートに接続され、
ＦＳＲの半分毎に同じ特性を繰り返すことを特徴とする波長分散補償回路。 - ２本の導波路間の損失差が０の場合に、伝達関数がユニタリ特性で表される、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有するラティス型回路であって、前記２本の導波路を複数箇所で近接させて方向性結合器を構成し、前記方向性結合器間で導波路長が異なる部分を少なくとも１つ有し、入出力ポート対と該入出力ポートに対角の入出力ポート対とにおける群遅延時間特性および該群遅延時間特性の波長微分である波長分散特性は、絶対値が等しく符号が反対になるラティス型回路と、
１端子ポートから入力した波長を、前記ラティス型回路の一方の入力ポートから入力した光を一方の出力ポートから出力して得られる特性のＦＳＲの半分毎に２端子ポートに周期的に分波し、逆に合波も可能なインターリーブ回路と、
光を反射する第１および第２の反射手段とを備え、
前記ラティス型回路の２つの入力ポートのそれぞれは前記インターリーブ回路の２端子ポートに接続され、
前記ラティス型回路の２つの出力ポートのそれぞれは、前記第１および第２の反射手段に接続され、
ＦＳＲの半分毎に同じ特性を繰り返すことを特徴とする波長分散補償回路。 - ２本の導波路間の損失差が０の場合に、伝達関数がユニタリ特性で表される、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有するラティス型回路であって、前記２本の導波路を複数箇所で近接させて方向性結合器を構成し、前記方向性結合器間で導波路長が異なる部分を少なくとも１つ有し、入出力ポート対と該入出力ポートに対角の入出力ポート対とにおける群遅延時間特性および該群遅延時間特性の波長微分である波長分散特性は、絶対値が等しく符号が反対になるラティス型回路と、
１端子ポートから入力した波長を、前記ラティス型回路の一方の入力ポートから入力した光を一方の出力ポートから出力して得られる特性のＦＳＲの半分毎に２端子ポートに周期的に分波し、逆に合波も可能なインターリーブ回路と、
光を反射する第１および第２の反射手段とを備え、
前記ラティス型回路の一方端における、前記２本の導波路のうちのいずれか一方の導波路は前記２端子ポートの一方の端子ポートに接続され、前記ラティス型回路の他方端における、前記２本の導波路のうちのいずれか一方の導波路は前記２端子ポートの他方の端子ポートに接続され、
前記一方端における、前記２本の導波路のうちの前記一方の端子ポートに接続されていない方の導波路は前記第１の反射手段に接続され、前記他方端における、前記２本の導波路のうちの前記他方の端子ポートに接続されていない方の導波路は前記第２の反射手段に接続され、
ＦＳＲの半分毎に同じ特性を繰り返すことを特徴とする波長分散補償回路。 - 前記ラティス型回路はさらに、前記方向性結合器間で導波路長が等しい部分を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の波長分散補償回路。
- 前記ラティス型回路の方向性結合器間の導波路長が異なる部分の中で、前記ラティス型回路中の両端２か所の導波路長差（ΔＬ１）と、その他の方向性結合器間の導波路長が異なる部分の導波路長差（ΔＬ２）との間にΔＬ２＝２ΔＬ１の関係があることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の波長分散補償回路。
- 前記方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分が交互に接続され、両端では導波路長が等しい部分となることを特徴とする請求項７または８記載の波長分散補償回路。
- 前記方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分が交互に接続され、両端では導波路長が異なる部分となることを特徴とする請求項７または８記載の波長分散補償回路。
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