JP4902447B2 - 波長分散補償回路 - Google Patents

Description

本発明は、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。

光ファイバ中での波長分散（すなわち、群遅延時間の波長依存性）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従来用いられてきた（非特許文献１）。図１において、１は光信号送信機、２は伝送用ファイバ、３は分散補償ファイバ、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、配置している。

A. M. Vengsarkar and W. A. Reed,"Dispersion-compensatingsingle-mode fibers : efficient designs for first- and second-order compensation,"Opt. Lett., vol.18, pp.924-926, 1993, K. Takiguchi, K. Jinguji, K. Okamoto, and Y. Ohmori,"Variable group-delay dispersion equalizer using lattice-form programmable optical filter on planar lightwave circuit, "J. Sel. Topics Quantum Electron., vol.2, no.2, pp.270-276, 1996 K. Sasayama, M. Okuno, and K. Habara, "Coherent optical transversal filter using silica-based waveguides for high-speed signal processing, "J. Lightwave Technol., vol.9, no.10, pp.1225-1230, 1991 梶原尚文、北山研一、“光信号処理装置、”日本国特許第２７６８９９７号

上述の従来の波長分散の補償方法では、分散特性の補償に光ファイバを用いているため、分散補償特性が固定となっている。そのため、温度変動等で分散値が変化した場合の補償が不可能である。

これに対し、ラティス型、あるいはトランスバーサル型回路は、光ファイバにおける２次の波長分散用の可変波長分散補償器として用いることができる。なお、２次の波長分散とは、素子の伝達関数における位相を周波数あるいは波長で２階微分した特性のことで、群遅延時間特性を周波数あるいは波長で１階微分した特性にも相当する。分散補償量の増大、回路調整の容易化を目的として、２個以上の上記のいずれかの回路を用意し、入出力を１対ずつ縦続接続する手法が考えられる。しかしながら、この様な構成の場合、周波数（あるいは波長）に対する群遅延時間特性に非線形ひずみが生じ、所望の線型群遅延時間補償特性が得にくくなる。

本発明は、上記のような課題に鑑みて成されたもので、複数の回路の中心周波数をずらさない場合よりも、群遅延時間の周波数(あるいは波長)依存性のカーブの形状が同一に近い少なくとも２個の回路の中心周波数をずらすことによって、全体としての群遅延時間のリプル特性を向上させた特性可変の波長分散補償回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の波長分散補償回路は、２本の導波路を複数箇所で近接させて形成した複数個の方向性結合器を有し、該複数個の方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分とに分かれている、ラティス型回路をＱ個（Ｑは２以上の整数）と、前記ラティス型回路の前記２本の導波路に接続するポートを介して前記Ｑ個のラティス型回路の入出力を１対ずつ縦続接続する接続部とを有し、前記Ｑ個のラティス型回路のうち、少なくとも２個のラティス型回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が同一に近く、該少なくとも２個のラティス型回路における所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、該少なくとも２個のラティス型回路の中心波長がＦＳＲ（Free Spectral Range）内で互いにずらして設定されていることを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項２の波長分散補償回路は、１本の導波路を分岐部で２本に分岐した後、結合部で再度１本に結合する構成を有し、該分岐部と該結合部の間で２本の導波路を複数箇所で近接させて形成した複数個の方向性結合器を有し、該複数個の方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分とに分かれている、ラティス型回路をＱ個（Ｑは２以上の整数）と、前記ラティス型回路の前記１本の導波路に接続するポートを介して前記Ｑ個のラティス型回路の入出力を１対ずつ縦続接続する接続部とを有し、前記Ｑ個のラティス型回路のうち、少なくとも２個のラティス型回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が同一に近く、該少なくとも２個のラティス型回路における所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、該少なくとも２個のラティス型回路の中心波長がＦＳＲ（Free Spectral Range）内で互いにずらして設定されていることを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項３の波長分散補償回路は、２本の導波路を複数箇所で近接させて形成した複数個の方向性結合器を有し、該複数個の方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分とに分かれている、第１のラティス型回路をＲ個（Ｒは１以上の整数）と、１本の導波路を分岐部で２本に分岐した後、結合部で再度１本に結合する構成を有し、該分岐部と該結合部の間で２本の導波路を複数箇所で近接させて形成した複数個の方向性結合器を有し、該複数個の方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分とに分かれている、第２のラティス型回路をＳ個（Ｓは１以上の整数）と、前記第１のラティス型回路の前記２本の導波路に接続するポート、および前記第２のラティス型回路の前記１本の導波路に接続するポートを介して、前記Ｒ個の第１のラティス型回路の入出力と前記Ｓ個の第２のラティス型回路入出力を任意の組合せで１対ずつ縦続接続する接続部とを有し、前記第１と第２のラティス型回路のうち、少なくとも２個のラティス型回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が同一に近く、該少なくとも２個のラティス型回路における所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、該少なくとも２個のラティス型回路の中心波長がＦＳＲ（Free Spectral Range）内で互いにずらして設定されていることを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項４の波長分散補償回路は、１本の導波路から光を複数の位置でタップする複数のタップ部と、該複数のタップ部の各タップ導波路を合流する合流部とを有し、最初のタップ部から合流部までの複数の光路の光路長がそれぞれ異なる、トランスバーサル型回路をＱ個（Ｑは２以上の整数）と、前記トランスバーサル型回路の前記１本の導波路に接続するポートを介して前記Ｑ個のトランスバーサル型回路の入出力を１対ずつ縦続接続する接続部とを有し、前記Ｑ個のトランスバーサル型回路のうち、少なくとも２個のトランスバーサル型回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が同一に近く、該少なくとも２個のトランスバーサル型回路における所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、該少なくとも２個のトランスバーサル型回路の中心波長がＦＳＲ（Free Spectral Range）内で互いにずらして設定されていることを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項５の波長分散補償回路は、１本の導波路をそれぞれ長さが異なる複数の導波路に分岐する分岐器と、該複数の導波路の全部に、あるいは１本を除いて、該導波路の途中に配置された振幅重み付け回路と、該複数の導波路を合流する合流器とを有するトランスバーサル型回路をＱ個（Ｑは２以上の整数）と、前記トランスバーサル型回路の前記１本の導波路に接続するポートを介して前記Ｑ個のトランスバーサル型回路の入出力を１対ずつ縦続接続する接続部とを有し、前記Ｑ個のトランスバーサル型回路のうち、少なくとも２個のトランスバーサル型回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が同一に近く、該少なくとも２個のトランスバーサル型回路における所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、該少なくとも２個のトランスバーサル型回路の中心波長がＦＳＲ（Free Spectral Range）内で互いにずらして設定されていることを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項６の波長分散補償回路は、１本の導波路から光を複数の位置でタップする複数のタップ部と、該複数のタップ部の各タップ導波路を合流する合流部とを有し、最初のタップ部から合流部までの複数の光路の光路長がそれぞれ異なる、第１のトランスバーサル型回路をＲ個（Ｒは１以上の整数）と、１本の導波路をそれぞれ長さが異なる複数の導波路に分岐する分岐器と、該複数の導波路の全部に、あるいは１本を除いて、該導波路の途中に配置された振幅重み付け回路と、該複数の導波路を合流する合流器とを有する第２のトランスバーサル型回路をＳ個（Ｓは１以上の整数）と、前記第１のトランスバーサル型回路の前記１本の導波路に接続するポート、および前記第２のトランスバーサル型回路の前記１本の導波路に接続するポートを介して、前記Ｒ個の第１のトランスバーサル型回路の入出力と前記Ｓ個の第２のトランスバーサル型回路の入出力を任意の組合せで１対ずつ縦続接続する接続部とを有し、前記第１と第２のトランスバーサル型回路のうち、少なくとも２個のトランスバーサル型回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が同一に近く、該少なくとも２個のトランスバーサル型回路における所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、該少なくとも２個のトランスバーサル型回路の中心波長がＦＳＲ（Free Spectral Range）内で互いにずらして設定されていることを特徴とする。

上記目的を達成するため、請求項７の波長分散補償回路は２本の導波路を複数箇所で近接させて形成した複数個の方向性結合器を有し、該複数個の方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分とに分かれている、ラティス型回路をＴ個（Ｔは０以上の整数）と、１本の導波路を分岐部で２本に分岐した後、結合部で再度１本に結合する構成を有し、該分岐部と該結合部の間で２本の導波路を複数箇所で近接させて形成した複数個の方向性結合器を有し、該複数個の方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分とに分かれている、ラティス型回路をＵ個（Ｕは０以上の整数、但しＴ＋Ｕは１以上の整数）と、１本の導波路から光を複数の位置でタップする複数のタップ部と、該複数のタップ部の各タップ導波路を合流する合流部とを有し、最初のタップ部から合流部までの複数の光路の光路長がそれぞれ異なる、トランスバーサル型回路をＶ個（Ｖは０以上の整数）と、１本の導波路をそれぞれ長さが異なる複数の導波路に分岐する分岐器と、該複数の導波路の全部に、あるいは１本を除いて、該導波路の途中に配置された振幅重み付け回路と、該複数の導波路を合流する合流器とを有するトランスバーサル型回路をＷ個（Ｗは０以上の整数、但しＶ＋Ｗは１以上の整数）と、前記ラティス型回路のポート、および前記トランスバーサル型回路の前記１本の導波路に接続するポートを介して、前記ラティス型回路の入出力と前記トランスバーサル型回路の入出力を任意の組合せで１対ずつ縦続接続する接続部とを有し、複数個からなる前記ラティス型回路と前記トランスバーサル型回路のうち、少なくとも任意の２個の回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が同一に近く、該少なくとも２個の回路における所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、該少なくとも２個の回路の中心波長がＦＳＲ（Free Spectral Range）内で互いにずらして設定されていることを特徴とする。

ここで、少なくとも１つの前記ラティス型回路において、前記方向性結合器間の導波路長が異なる部分の中で、回路両端の２か所の導波路長差（ΔＬ₁）と、その他の部分の導波路長差（ΔＬ₂）との間に、ΔＬ₂＝２ΔＬ₁の関係があることを特徴とすることができる。

また、少なくとも１つの前記ラティス型回路において、前記方向性結合器間の導波路長が異なる部分の中で、回路両端の２か所の導波路長差（ΔＬ₁）と、その他の部分の導波路長差（ΔＬ₂）との間に、ΔＬ₂＝ΔＬ₁の関係があることを特徴とすることができる。

また、少なくとも１つの前記ラティス型回路において、前記方向性結合器間の導波路長が等しい部分と異なる部分が交互に接続され、回路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ことができる。

また、少なくとも１つの前記ラティス型回路において、前記方向性結合器間の導波路長が等しい部分と異なる部分が交互に接続され、回路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ことができる。

２個以上のラティス型、あるいはトランスバーサル型回路を用意し、縦続接続する可変波長分散補償回路構成の遅延時間特性は、後述するように、その線形近似特性からのずれ量の絶対値が同一に近く、符号で正負逆になる部分が近接する場合が多い。従って、本発明の上記構成のように、任意の組合わせの少なくとも２個のラティス型、あるいはトランスバーサル型回路を用意し、それら２個の回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が同一に近く、２個の回路における所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、その２個の回路の中心波長をＦＳＲ（Free Spectral Range）内で互いにずらして設定した上で、その２個の回路の入出力を１対ずつ縦続接続することによって、遅延時間部の非線形ひずみを相殺することができる。その結果、本発明によれば、波長分散補償回路の群遅延時間特性の非線形ひずみを補正することができ、かつ群遅延時間補償特性が改善された可変波長分散補償回路を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明に好適な実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図２は、本発明による波長分散補償回路の第１の実施形態の構成例を示す。図２に示すように、本実施形態の波長分散補償回路は、ポート（入出力ポート）１０、ラティス型回路１１、および接続部１２を備える。ラティス型回路１１は、例えば図２の一点鎖線の四角枠内に示すように、２本の導波路１３を複数箇所で近接させることによって複数の方向性結合器１４を構成し、これら方向性結合器１４間で導波路長が等しい部分と異なる部分とに分かれている構成を有している。１５は導波路の精密位相調節を行う位相調節部である。ラティス型回路１１部分の一構成例として、方向性結合器１４間で導波路長が等しい部分と異なる部分とが交互に接続され、その両端では導波路長が等しい部分となる構成（すなわち、対称マッハツェンダ型干渉計と、長さの異なる導波路ペア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）を図２において一点鎖線の四角枠で示している。

なお、２つのラティス型回路１１−１、１１−２において、群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が互いにほぼ同じ形状に近い群遅延時間特性が得られれば、対称マッハツェンダ型干渉計の個数、および長さの異なる導波路ペアの個数は、これら２つのラティス型回路１１−１、１１−２間で必ずしも同じである必要はない。ラティス型回路、および後述のトランスバーサル型回路の場合には、波長分散補償量の絶対値の上限が、方向性結合器間で導波路長が異なる部分の数に依存し、その数が多いほど増加する。しかしながら、その数をあまり増やすと（通常２０以上の場合）、回路の調整が難しくなる、あるいは／また同一導波路ウエハ上に全ての構成要素を集積化することが難しくなる。そのため、図１に示すように、２分割（あるいはそれ以上分割）して入出力を１対ずつ縦続接続する構成が用いられる。この場合、通常、ラティス型回路の単位構成（１１−１、あるいは１１−２）は、ほぼ同一の特性（群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性の特性）に設定される。

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、ポート（入出力ポート）１０、ラティス型回路１１、および接続部１２を作製することで、安定化および低損失化を図っている。位相調節部１５はＣｒ、Ｔａ₂Ｎ等の薄膜ヒータを用い、熱光学効果を用いて導波路の位相調節を行っている。なお、上記石英導波路部分を、半導体導波路、ＬＮ（LiNbO₃:ニオブ酸リチュウム）等の強誘電体導波路、ポリマー導波路、あるいは光ファイバなど、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、位相調節手段はそれぞれの導波路に適したものが用いられる。例えば、強誘電体導波路の位相調節には電気光学効果が用いられる。

図２の一点鎖線の四角枠内の回路で、ラティス型回路１１の位相調節部１５を調節することにより、長い波長成分は相対的に短い光路を通り、短い波長成分は相対的に長い光路を通るように、あるいはその逆に、長い波長成分は相対的に長い光路を通り、短い波長成分は相対的に短い光路を通るように任意に設定できる。そのため、ラティス型回路１１は可変の波長分散補償器として動作することができる。なお、ラティス型回路単体に関する詳細は、非特許文献２に記載されている。

図２の一点鎖線の四角枠内の回路で、両端に位置する対称マッハツェンダ型干渉計内の位相調節部１５−１と１５−（Ｎ−１）（Ｎ：整数）における位相は、π／２＋Ｊπ（Ｊ：整数）のいずれかの値に固定しても良い。すなわち初段および／あるいは最後段の対称マッハツェンダ型干渉計は、強度結合率５０％の固定方向性結合器、あるいは強度分岐率５０％のＹ分岐導波路で置き換えても良い。この場合、ラティス型回路１１は、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、その両端では導波路長が異なる部分となる構成となる。すなわち、非対称マッハツェンダ型干渉計と長さの等しい導波路ペア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。この構成例（すなわち、両端を結合率５０％の固定方向性結合器での構成）を図３に示す。また、図３の破線の四角枠ＡＡ内には、両端の固定方向性結合器をＹ分岐導波路１６とした構成を示す。Ｙ分岐導波路１６を用いた場合は、１本の導波路を分岐部である前段のＹ分岐導波路１６で２本に分岐した後、結合部である後段のＹ分岐導波路１６により再度１本に結合する構成を有し、２つのＹ分岐導波路１６の間で２本の導波路を複数箇所で近接させて形成した複数個の方向性結合器１４を有し、複数個の方向性結合器１４間で導波路長が等しい部分と異なる部分とに分かれている構成となる。

図３に記載の１４−Ｐ、１５−（Ｐ−１）等における、Ｐは４以上の偶数を表す。なお、両ラティス型回路１１−１、１１−２はその両方ともに、図２中の一点鎖線の四角枠内の回路、あるいは図３で示す回路である必要はなく、そのそれぞれを１つずつ用いて組み合わせても何ら構わない。また、その組合せ個数も１つずつとは限らず、任意の複数個ずつの組合せでもよい。

図４に、図２の構成における波長分散補償回路の群遅延時間特性の一例を実線で示し、（Ａ）は周波数に対する強度透過特性を示し、（Ｂ）は周波数に対する遅延特性を示す。本例では、２つのラティス型回路１１−１、１１−２の特性は同一に設定している。すなわち、ラティス型回路１１−１、１１−２の中心周波数も互いに同一にしている。従って、ラティス型回路１１−１、１１−２の単独特性は、（Ａ）、（Ｂ）とも実線の１／２の値となり、その形状を破線で示す。

図４は、両端２か所の長さの異なる導波路ペア｛図２の一点鎖線の四角枠内の回路における、方向性結合器１４−２、１４−３、および１４−（Ｎ−２）、１４−（Ｎ−１）間、あるいは、図３の方向性結合器１４−１、１４−２、および１４−（Ｐ−１）、１４−Ｐ間｝の導波路長差（ΔＬ₁）と、その他の長さの異なる導波路ペアの導波路長差ΔＬ₂の間に、ΔＬ₂＝２ΔＬ₁の関係があり、ＦＳＲ（Free Spectral Range）：１００ＧＨｚ｛ＦＳＲ＝ｃ／（ｎΔＬ₁）｝、ｃ：真空中の光速、ｎ：導波路の屈折率、図２の一点鎖線の四角枠内の回路、あるいは図３の回路の方向性結合器間で長さの異なる導波路ペアの個数が１２である場合の計算結果を示している。

なお、２つのラティス型回路１１−１、１１−２において、ΔＬ₂＝ΔＬ₁の場合でも、ＦＳＲが等しい場合には、ΔＬ₂＝２ΔＬ₁の場合と同一の分散可変特性が得られる。しかしながら、ΔＬ₂＝２ΔＬ₁の場合には、ΔＬ₂＝ΔＬ₁の場合と異なり、対称マッハツェンダ型干渉計内の位相調節部１５の位相設定値を同一値に保ちながら変化させることによって、可変波長分散特性を実現できる利点がある。

また、ΔＬ₂＝２ΔＬ₁、あるいはΔＬ₂＝ΔＬ₁以外の条件の場合（例えば、長さの異なる導波路ペアの導波路長差が全部異なる場合）でも、図４に示す特性、あるいはそれに近似した特性を実現することが可能ではあるが、これには膨大な数の組み合わせの例が存在するので、本明細書ではその説明を省略する。その組合せの事例の詳細は、特許文献１に記載されている。

図４から分かるように、２つのラティス型回路１１−１．１１−２の中心周波数が互いに等しい場合、理想的な線型遅延特性からのひずみ（すなわち、遅延リプル）が生じる。その遅延リプルは通常、所定の帯域において、群遅延時間特性を最小二乗近似した理想線形特性からのずれ（ピーク・トゥー・ピーク値）で定義される。図４の（Ｂ）に示す特性では、遅延リプルは、帯域３６ＧＨｚ（中心から±１８ＧＨｚ）で３９．０ｐｓである。遅延リプルは光信号の伝送特性に悪影響を及ぼすが、通常２０．０ｐｓ程度までは許容される。

遅延リプルの大きい部分（図４の（Ｂ）中の、破線の丸印（Ｃｉ，Ｄｉ（ｉ＝１，２）で指示）は、所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になっており、位置は近接している。そのため、群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性の特性がほぼ同一の２つのラティス型回路１１−１．１１−２の中心周波数（あるいは波長）を、その特性の形（群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状）をほぼ同一に保持しながら、互いに遅延リプルの大きさの絶対値がほぼ等しく、符号が逆になるように、ＦＳＲ内で相対的にずらすことによって、上記のひずみ（遅延リプル）を相殺することができる。

図５は、２つのラティス型回路１１−１．１１−２の中心周波数の差Δｆを１０ＧＨｚに設定した場合の群遅延時間特性を示し、（Ａ）は周波数に対する強度透過特性を示し、（Ｂ）は周波数に対する遅延特性を示す。それぞれ長さの異なる破線はラティス型回路１１−１，１１−２の単独特性、実線はラティス型回路１１−１，１１−２を接続した場合の特性を示す。ここで、中心周波数の差Δｆ以外のパラメータは図４の場合と同一に設定した。図５では、遅延リプルは１９．０ｐｓに低減されている一方、強度透過特性は劣化していない。ラティス型回路１１−１．１１−２の中心周波数の変化は、方向性結合器１４間で長さの異なる導波路ペアに設置された位相調節部１５の位相変化量（各位相調節部１５で同一値）に比例する。この場合、特性の形（群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状）自体は保持される。従って、方向性結合器間で長さの異なる導波路ペアに設置された位相調節部１５への駆動電力を変化させることによって、中心周波数の差Δｆを所望の値に変化させることができる。位相調節部１５の位相変化量が２πのとき、中心周波数はＦＳＲ分ずれる。

図６、図７は、それぞれ、単位ラティス型回路の特性を固定し、２つのラティス型回路１１−１．１１−２の中心周波数の差Δｆのみを変化させた場合の、遅延リプル特性と分散特性の変化を示す。いずれも帯域３６ＧＨｚの範囲で評価を行い、中心周波数の差Δｆ以外のパラメータは図４の場合と同一に設定している。分散特性を示す図７と、遅延リプル特性を示す図６とから、中心周波数の差Δｆ＝１０ＧＨｚ付近において、初期設定波長分散値の低下が無く、遅延リプルを２０．０ｐｓ内に抑えることができることがわかる。波長分散補償値がそれほど大きく必要のない光通信システムでの使用を想定する場合では、波長分散補償値の低下はある程度許容でき、中心周波数の差Δｆ＝１５ＧＨｚ付近で遅延リプルは最小値をとる。

図２においては、２個のラティス型回路１１−１．１１−２を縦続接続した場合を示しているが、もちろん図２の一点鎖線の四角枠内の回路、図３の回路を任意の個数ずつ用いて３個以上を縦続接続しても良い。そのような場合でも、ラティス型回路は線形素子であるので、複数個のラティス型回路から、任意の２個のみを選択し、選択した２個の回路の特性をほぼ同一形状（群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状がほぼ同じ）に設定し、それらの中心周波数をＦＳＲ内で上述のように互いにずらして接続した場合でも、遅延リプル低減の効果が生ずる。また、４個以上のラティス型回路が接続された場合に、２個のペアを複数ペア選択し、それぞれのペア内で群遅延時間特性をほぼ同一のカーブ形状に設定し、それらの中心周波数をＦＳＲ内で互いにずらして接続すれば、２個のみに本操作を施す場合よりも遅延リプル低減の効果は大きくなる。また、そのペア数が多くなるほど遅延リプル低減の効果は大きくなる。この場合、ペア間での群遅延時間特性の同一のカーブ形状、および中心周波数のずれの設定は、それぞれのペア内の遅延リプル特性に応じて独立して行ってよい。

（第２の実施形態）
図８は、本発明による波長分散補償回路の第２実施形態の構成例を示す。図８に示すように、本実施形態の波長分散補償回路は、ポート（入出力ポート）２０、トランスバーサル型回路２１、および接続部２２を備える。トランスバーサル型回路２１の一例を一点鎖線の四角枠内に示す。一点鎖線の四角枠内に示すトランスバーサル型回路２１は、入力導波路２３からの光を複数の位置で、１入力（あるいは２入力）、２出力構成の対称マッハツェンダ型干渉計２４を用いてタップし、タップした複数の光を、複数のタップ導波路２５と位相調節部２６とを介して、合流器２７に接続し、合流器２７を用いて複数の光を出力導波路２８に合流する構成を備えている。最初のタップ部２４−１からタップ導波路２５を経て出力導波路２８に至るＫ個（Ｋ：２以上の整数）の部分の各長さは、それぞれ異なるように設定されている。通常は長さの差ΔＬが順次、ΔＬ＝ｃ／（ｎＦＳＲ）となるように設定する（ｃ：真空中の光速、ｎ：導波路の屈折率）。

図８の一点鎖線の四角枠内の回路で、タップ部２４の分配率、および位相調節部２６の位相を調節することにより、長い波長成分は相対的に短い光路を通り、短い波長成分は相対的に長い光路を通るように、あるいはその逆に、長い波長成分は相対的に長い光路を通り、短い波長成分は相対的に短い光路を通るように任意に設定できる。そのため、トランスバーサル型回路２１は可変の波長分散補償器として動作することができる。なお、トランスバーサル型回路単体に関する詳細は、非特許文献３に記載されている。

トランスバーサル型回路の他の構成例を図９に示す。図９に示すように、このトランスバーサル型回路は、入力導波路３０からの光を分岐器３１によりそれぞれ長さが異なる複数の導波路３２に分岐し、その複数の導波路３２の全部の途中に、あるいは１本を除いて残りの全部の途中において、１入力（あるいは２入力）、２出力構成の対称マッハツェンダ型干渉計型振幅重み付け回路３３がそれぞれ配置され、重み付け回路３３の出力側の複数の導波路３４が、位相調節部３５を介して合流器３６に接続し、複数の光を合流器３６を用いて出力導波路３７に合流する構成を備えている。図９の回路の基本動作原理は図８の一点鎖線の四角枠内の回路と同じであって、Ｍ（Ｍ：２以上の整数）＝Ｋの場合、図８の一点鎖線の四角枠内の回路と同じ可変波長分散特性が得られる。

なお、図８、図９で示した合流器２７，３６および分岐器２４として、Ｙ分岐導波路、あるいは方向性結合器、あるいは対称マッハツェンダ型干渉計をツリー状に配置したもの、多モード干渉（ＭＭＩ）カプラ、スターカプラなどを用いることができる。

Ｋ＝Ｍ＝１３の場合で、図８、図９に示す回路における特性を計算した結果、図４と同じ群遅延時間特性が得られることを確認した。そのため、図２の構成と同様に、群遅延時間特性がほぼ同一のトランスバーサル型回路２１を２つ用意して、これらを縦続接続し、これらトランスバーサル型回路２１−１，２１−２の中心周波数を、群遅延時間特性のカーブ形状を保持しながらＦＳＲ内で相対的にずらして、群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように調整することによって、遅延リプルを低減することができる。すなわち、図８、図９の構成を用いることによっても、図５〜図７に示した特性を実現することができる。なお、上記の調整を行うには、位相調節部２６，３５のシフト量を同一値で変化させる。中心波長のずれはこのシフト量に比例し、シフト量が２πのときＦＳＲ分ずれる。

なお、トランスバーサル型回路２１−１、２１−２は、両方ともに、図８中の一点鎖線の四角枠内の回路、あるいは図９の回路である必要はなく、そのそれぞれを１つずつ用いて組み合わせても構わない。また、その組合せ個数も１つずつとは限らず、任意の複数個ずつの組合せでもよい。

トランスバーサル型回路２１を図８の一点鎖線の四角枠の回路、図９の回路を任意の個数ずつ用いて、３個以上接続する場合に、トランスバーサル型回路２１は線形素子であるので、複数個のトランスバーサル型回路２１から任意の２個のみを選択し、それら選択した２個の回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性の特性をほぼ同一カーブ形状に設定し、その中心周波数をＦＳＲ内で互いにずらして接続した場合でも、遅延リブル低減の効果が生ずる。また、４個以上のトランスバーサル型回路２１が接続された場合に、２個のペアを複数ペア選択し、それぞれのペア内での群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性の特性をほぼ同一のカーブ形状に設定し、それらの中心周波数をＦＳＲ内で互いにずらして接続すれば、２個のみに本操作を施す場合よりも遅延リブル低減の効果は大きくなる。また、そのペア数が多くなるほど遅延リプル低減の効果は大きくなる。この場合、ペア間での特性の同一のカーブ形状、および中心周波数のずれの設定は、それぞれのペア内の遅延リプル特性に応じて独立で行ってよい。

（第３の実施形態）
図１０は、本発明による波長分散補償回路の第３実施形態の構成例を示す。図１０に示すように、本実施形態の波長分散補償回路は、ポート（入出力ポート）４０、ラティス型あるいはトランスバーサル型回路４１（ただし４１−１、４１−２は互いに異なる型の回路とする）、および接続部４２を備える。４１−１、４１−２のそれぞれに、ラティス型回路（図２の一点鎖線の四角枠内の回路Ａと同じ構成）、トランスバーサル型回路（図８の一点鎖線の四角枠内の回路Ｂと同じ構成）を配置した例を示す。ラティス型回路、トランスバーサル型回路を入れ替えて接続しても良い。また、ラティス型回路、トランスバーサル型回路は、それぞれ、図３、図９に示す構成の回路でもよい。

第１の実施形態、および第２の実施形態についての説明により、特性がほぼ同一のラティス型回路とトランスバーサル型回路を接続した場合でも、それらの中心周波数を、群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性の特性のカーブの形状を保持しながら、ＦＳＲ内で相対的にずらし、群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、２個の回路の特性を調整することによって、遅延リプルを低減することができる。すなわち、図１０に示す構成を用いることによっても、図５〜図７に示す特性を実現することができる。

ラティス型回路、トランスバーサル型回路を、任意の構成、任意の個数ずつ用いて３個以上縦続接続する場合に、ラティス型回路、トランスバーサル型回路は線形素子であるので、複数個のそれらの回路から任意の２個のみを選択し、それら選択した２個の回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性の特性をほぼ同一のカーブ形状に設定し、その中心周波数をＦＳＲ内で互いにずらして接続した場合でも、遅延リプル低減の効果が生ずる。また、ラティス型回路、トランスバーサル型回路が４個以上接続された場合に、２個のペアを複数ペア選択し、それぞれのペア内で群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性の特性をほぼ同一のカーブ形状に設定し、それらの中心周波数を互いにずらして接続すれば、２個のみに本操作を施す場合よりも遅延リプル低減の効果は大きい。また、ペア数が多くなるほど遅延リプル低減の効果は大きくなる。この場合、ペア間での特性の同一のカーブ形状、および中心周波数のずれの設定は、それぞれのペア内の遅延リプル特性に応じて独立で行ってよい。

（他の実施の形態）
上記では、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の実施形態は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。

従来の波長分散の補償手段を示す回路図である。 本発明による可変波長分散補償回路の第１の実施形態の構成例を示す回路図である。 図２に示すラティス型回路の別の構成例を示す回路図である。 図２の構成の可変波長分散補償回路における特性の周波数依存性の一例を示す特性図である。 図２の構成の可変波長分散補償回路における特性の周波数依存性の他の例を示す特性図である。 図２の構成の可変波長分散補償回路における中心周波数差に対する遅延リプルの一例を示す特性図である。 図２の構成の可変波長分散補償回路における中心周波数差に対する分散特性の一例を示す特性図である。 本発明による可変波長分散補償回路の第２の実施形態の構成例を示す回路図である。 図８に示すトランスバーサル型回路の別の構成例を示す回路図である。 本発明による可変波長分散補償回路の第３の実施形態の構成例を示す回路図である。

符号の説明

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
１０，２０，４０ ポート
１１ ラティス型回路
１２，２２，４２ 接続部
１３，３２，３４ 導波路
１４ 方向性結合器
１５，２６，３５ 位相調節部
１６ Ｙ分岐導波路
２１ トランスバーサル型回路
２３，３０ 入力導波路
２４，３３ 対称マッハツェンダ型干渉計
２５ タップ導波路
２７，３６ 合流器
２８，３７ 出力導波路
３１ 分岐器
４１ ラティス型あるいはトランスバーサル型回路

Claims (11)

1. ２本の導波路を複数箇所で近接させて形成した複数個の方向性結合器を有し、該複数個の方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分とに分かれている、ラティス型回路をＱ個（Ｑは２以上の整数）と、
   前記ラティス型回路の前記２本の導波路に接続するポートを介して前記Ｑ個のラティス型回路の入出力を１対ずつ縦続接続する接続部とを有し、
   前記Ｑ個のラティス型回路のうち、少なくとも２個のラティス型回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が同一に近く、該少なくとも２個のラティス型回路における所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、該少なくとも２個のラティス型回路の中心波長がＦＳＲ（Free Spectral Range）内で互いにずらして設定されていることを特徴とする波長分散補償回路。
2. １本の導波路を分岐部で２本に分岐した後、結合部で再度１本に結合する構成を有し、該分岐部と該結合部の間で２本の導波路を複数箇所で近接させて形成した複数個の方向性結合器を有し、該複数個の方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分とに分かれている、ラティス型回路をＱ個（Ｑは２以上の整数）と、
   前記ラティス型回路の前記１本の導波路に接続するポートを介して前記Ｑ個のラティス型回路の入出力を１対ずつ縦続接続する接続部とを有し、
   前記Ｑ個のラティス型回路のうち、少なくとも２個のラティス型回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が同一に近く、該少なくとも２個のラティス型回路における所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、該少なくとも２個のラティス型回路の中心波長がＦＳＲ（Free Spectral Range）内で互いにずらして設定されていることを特徴とする波長分散補償回路。
3. ２本の導波路を複数箇所で近接させて形成した複数個の方向性結合器を有し、該複数個の方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分とに分かれている、第１のラティス型回路をＲ個（Ｒは１以上の整数）と、
   １本の導波路を分岐部で２本に分岐した後、結合部で再度１本に結合する構成を有し、該分岐部と該結合部の間で２本の導波路を複数箇所で近接させて形成した複数個の方向性結合器を有し、該複数個の方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分とに分かれている、第２のラティス型回路をＳ個（Ｓは１以上の整数）と、
   前記第１のラティス型回路の前記２本の導波路に接続するポート、および前記第２のラティス型回路の前記１本の導波路に接続するポートを介して、前記Ｒ個の第１のラティス型回路の入出力と前記Ｓ個の第２のラティス型回路入出力を任意の組合せで１対ずつ縦続接続する接続部とを有し、
   前記第１と第２のラティス型回路のうち、少なくとも２個のラティス型回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が同一に近く、該少なくとも２個のラティス型回路における所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、該少なくとも２個のラティス型回路の中心波長がＦＳＲ（Free Spectral Range）内で互いにずらして設定されていることを特徴とする波長分散補償回路。
4. １本の導波路から光を複数の位置でタップする複数のタップ部と、該複数のタップ部の各タップ導波路を合流する合流部とを有し、最初のタップ部から合流部までの複数の光路の光路長がそれぞれ異なる、トランスバーサル型回路をＱ個（Ｑは２以上の整数）と、
   前記トランスバーサル型回路の前記１本の導波路に接続するポートを介して前記Ｑ個のトランスバーサル型回路の入出力を１対ずつ縦続接続する接続部とを有し、
   前記Ｑ個のトランスバーサル型回路のうち、少なくとも２個のトランスバーサル型回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が同一に近く、該少なくとも２個のトランスバーサル型回路における所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、該少なくとも２個のトランスバーサル型回路の中心波長がＦＳＲ（Free Spectral Range）内で互いにずらして設定されていることを特徴とする波長分散補償回路。
5. １本の導波路をそれぞれ長さが異なる複数の導波路に分岐する分岐器と、該複数の導波路の全部に、あるいは１本を除いて、該導波路の途中に配置された振幅重み付け回路と、該複数の導波路を合流する合流器とを有するトランスバーサル型回路をＱ個（Ｑは２以上の整数）と、
   前記トランスバーサル型回路の前記１本の導波路に接続するポートを介して前記Ｑ個のトランスバーサル型回路の入出力を１対ずつ縦続接続する接続部とを有し、
   前記Ｑ個のトランスバーサル型回路のうち、少なくとも２個のトランスバーサル型回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が同一に近く、該少なくとも２個のトランスバーサル型回路における所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、該少なくとも２個のトランスバーサル型回路の中心波長がＦＳＲ（Free Spectral Range）内で互いにずらして設定されていることを特徴とする波長分散補償回路。
6. １本の導波路から光を複数の位置でタップする複数のタップ部と、該複数のタップ部の各タップ導波路を合流する合流部とを有し、最初のタップ部から合流部までの複数の光路の光路長がそれぞれ異なる、第１のトランスバーサル型回路をＲ個（Ｒは１以上の整数）と、
   １本の導波路をそれぞれ長さが異なる複数の導波路に分岐する分岐器と、該複数の導波路の全部に、あるいは１本を除いて、該導波路の途中に配置された振幅重み付け回路と、該複数の導波路を合流する合流器とを有する第２のトランスバーサル型回路をＳ個（Ｓは１以上の整数）と、
   前記第１のトランスバーサル型回路の前記１本の導波路に接続するポート、および前記第２のトランスバーサル型回路の前記１本の導波路に接続するポートを介して、前記Ｒ個の第１のトランスバーサル型回路の入出力と前記Ｓ個の第２のトランスバーサル型回路の入出力を任意の組合せで１対ずつ縦続接続する接続部とを有し、
   前記第１と第２のトランスバーサル型回路のうち、少なくとも２個のトランスバーサル型回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が同一に近く、該少なくとも２個のトランスバーサル型回路における所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、該少なくとも２個のトランスバーサル型回路の中心波長がＦＳＲ（Free Spectral Range）内で互いにずらして設定されていることを特徴とする波長分散補償回路。
7. ２本の導波路を複数箇所で近接させて形成した複数個の方向性結合器を有し、該複数個の方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分とに分かれている、ラティス型回路をＴ個（Ｔは０以上の整数）と、
   １本の導波路を分岐部で２本に分岐した後、結合部で再度１本に結合する構成を有し、該分岐部と該結合部の間で２本の導波路を複数箇所で近接させて形成した複数個の方向性結合器を有し、該複数個の方向性結合器間で導波路長が等しい部分と異なる部分とに分かれている、ラティス型回路をＵ個（Ｕは０以上の整数、但しＴ＋Ｕは１以上の整数）と、
   １本の導波路から光を複数の位置でタップする複数のタップ部と、該複数のタップ部の各タップ導波路を合流する合流部とを有し、最初のタップ部から合流部までの複数の光路の光路長がそれぞれ異なる、トランスバーサル型回路をＶ個（Ｖは０以上の整数）と、
   １本の導波路をそれぞれ長さが異なる複数の導波路に分岐する分岐器と、該複数の導波路の全部に、あるいは１本を除いて、該導波路の途中に配置された振幅重み付け回路と、該複数の導波路を合流する合流器とを有するトランスバーサル型回路をＷ個（Ｗは０以上の整数、但しＶ＋Ｗは１以上の整数）と、
   前記ラティス型回路のポート、および前記トランスバーサル型回路の前記１本の導波路に接続するポートを介して、前記ラティス型回路の入出力と前記トランスバーサル型回路の入出力を任意の組合せで１対ずつ縦続接続する接続部とを有し、
   複数個からなる前記ラティス型回路と前記トランスバーサル型回路のうち、少なくとも任意の２個の回路の群遅延時間の周波数（あるいは波長）依存性のカーブの形状が同一に近く、該少なくとも２個の回路における所定の動作帯域の群遅延時間とその線形近似特性とのずれ量の絶対値が同一に近く符号が正負逆になる２つの部分が近づくように、該少なくとも２個の回路の中心波長がＦＳＲ（Free Spectral Range）内で互いにずらして設定されていることを特徴とする波長分散補償回路。
8. 少なくとも１つの前記ラティス型回路において、前記方向性結合器間の導波路長が異なる部分の中で、回路両端の２か所の導波路長差（ΔＬ₁）と、その他の部分の導波路長差（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ないし３、および７のいずれかに記載の波長分散補償回路。
9. 少なくとも１つの前記ラティス型回路において、前記方向性結合器間の導波路長が異なる部分の中で、回路両端の２か所の導波路長差（ΔＬ₁）と、その他の部分の導波路長差（ΔＬ₂）との間に、ΔＬ₂＝ΔＬ₁の関係があることを特徴とする請求項１ないし３、および７のいずれかに記載の波長分散補償回路。
10. 少なくとも１つの前記ラティス型回路において、前記方向性結合器間の導波路長が等しい部分と異なる部分が交互に接続され、回路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１ないし３、および７ないし９のいずれかに記載の波長分散補償回路。
11. 少なくとも１つの前記ラティス型回路において、前記方向性結合器間の導波路長が等しい部分と異なる部分が交互に接続され、回路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１ないし３、および７ないし９のいずれかに記載の波長分散補償回路。

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