JP5135067B2 - Optical device design method - Google Patents

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本発明は、光ファイバの波長分散を補償する波長分散補償器に利用可能な光デバイスの設計方法に関するものである。このデバイスは光ファイバ通信網に使用することができる。   The present invention relates to a method for designing an optical device that can be used in a chromatic dispersion compensator for compensating chromatic dispersion of an optical fiber. This device can be used in fiber optic communication networks.

光通信において、高密度波長多重(DWDM:Dense Wavelength−Division Multiplexing)伝送の広帯域化・高速化が急速に進められている。高速伝送を行うためには、これらの伝送線路として、伝送帯域で波長分散ができるだけ小さく、かつ、非線形効果を抑制するために波長分散が零にはならない光ファイバを用いることが望ましい。
また、既に広範囲に敷設されている光ファイバの多くは、分散が大きい波長領域で使われている。例えば、波長1.3μm付近で零分散を有する標準シングルモードファイバ(S−SMF:Standard Single−Mode Fiber)は、エルビウム添加光ファイバ増幅器が実用化されたことにより、波長1.53〜1.63μm帯で使われる。また、零分散が1.55μm付近にシフトさせた分散シフトファイバ(DSF:Dispersion Shifted Fiber)は、Cバンドだけでなく、SバンドやLバンドで使われることがある。そのほか、1.55μmで零分散にならない各種ノンゼロ分散シフトファイバ(NZ−DSF:Non−Zero Dispersion Shifted Fiber)がある。これらのファイバをDWDMで使用する場合、広い波長範囲にわたる残留分散の補償技術が重要である。
In optical communication, broadband and high-speed transmission of high-density wavelength division multiplexing (DWDM) transmission is being promoted. In order to perform high-speed transmission, it is desirable to use, as these transmission lines, optical fibers whose chromatic dispersion is as small as possible in the transmission band and whose chromatic dispersion is not zero in order to suppress nonlinear effects.
In addition, many of the optical fibers already laid in a wide range are used in a wavelength region where the dispersion is large. For example, a standard single-mode fiber (S-SMF) having zero dispersion near a wavelength of 1.3 μm is used for an erbium-doped optical fiber amplifier, and has a wavelength of 1.53 to 1.63 μm. Used in obi. Further, a dispersion shifted fiber (DSF) in which the zero dispersion is shifted to around 1.55 μm may be used not only in the C band but also in the S band and the L band. In addition, there are various non-zero dispersion shifted fibers (NZ-DSF) that do not become zero dispersion at 1.55 μm. When these fibers are used in DWDM, compensation techniques for residual dispersion over a wide wavelength range are important.

分散補償には様々な技術が用いられている。分散補償ファイバ(DCF:Dispersion Compensation Fiber)が最も実用化された技術である(例えば、特許文献1,2参照)。DCFは、所望の分散補償量が得られるようにファイバの屈折率分布を制御することで実現される。しかし、DCFは通常、補償の対象となるファイバと同程度の長さが必要であり、これをモジュール化した場合、大きなスペースが必要になるだけでなく、伝搬損失も無視できない。また、DCFには正確な屈折率分布の制御が必要であり、作製は難しい面があるだけでなく、広帯域で要求される分散補償量を満たすことが困難になることも多い。   Various techniques are used for dispersion compensation. A dispersion compensation fiber (DCF: Dispersion Compensation Fiber) is the most practical technology (see, for example, Patent Documents 1 and 2). DCF is realized by controlling the refractive index distribution of the fiber so as to obtain a desired dispersion compensation amount. However, the DCF usually requires the same length as the fiber to be compensated, and when this is modularized, not only a large space is required, but also propagation loss cannot be ignored. In addition, DCF requires accurate control of the refractive index distribution, which is not only difficult to manufacture, but also often makes it difficult to satisfy the dispersion compensation amount required in a wide band.

ファイバブラッググレーティング(FBG:Fiber Bragg Grating)もよく分散補償に用いられる技術の一つである(例えば、特許文献3参照)。FBGは、ファイバにUV光を照射することにより、ファイバコアの屈折率を変化させ、屈折率が異なることによるグレーティングを形成させることで分散補償を行う。これにより小型デバイスが実現可能となる。しかし、屈折率変化の制御が難しく、さらにファイバの屈折率の変化に限度があるため、実現できる分散補償特性に限界がある。また、デバイスの小型化と大量生産にも限界がある。   Fiber Bragg Grating (FBG) is also one of the techniques often used for dispersion compensation (see, for example, Patent Document 3). The FBG performs dispersion compensation by irradiating the fiber with UV light, thereby changing the refractive index of the fiber core and forming a grating due to the different refractive index. Thereby, a small device can be realized. However, since it is difficult to control the change in refractive index and there is a limit to the change in the refractive index of the fiber, there is a limit to the dispersion compensation characteristics that can be realized. There are also limits to device miniaturization and mass production.

分散補償を行う領域をチャンネルごとに分けて、各々のチャンネル内で分散補償を行うチャープしたFBGを一箇所に重ね合わせる構造も提案されている(例えば、特許文献4参照)。これを用いることにより、必要となるファイバの長さが短くなる。しかし、この提案は単に複数のFBGを重ね合わせるように設計されているため、各チャンネルの構造が接近し、各々のチャンネル特性に影響を及ぼすため、実現できる特性に限界がある。また、FBGを重ね合わせるために要求される屈折率の変化はUV照射で得られないため、実現できない構造も生じる。   There has also been proposed a structure in which a region where dispersion compensation is performed is divided for each channel, and chirped FBGs for which dispersion compensation is performed in each channel are superposed at one place (see, for example, Patent Document 4). By using this, the required fiber length is shortened. However, since this proposal is designed to simply superimpose a plurality of FBGs, the structure of each channel approaches and affects each channel characteristic, so there is a limit to the characteristics that can be realized. In addition, since a change in refractive index required for superimposing FBGs cannot be obtained by UV irradiation, some structures cannot be realized.

光平面回路(PLC:Planar Lightwave Circuit)は、平面に構築される光回路を用いて、分散補償を行うことができる。ラティス型PLCはその一例である(例えば、非特許文献1参照)。しかし、ラティス型PLCは、結合共振器をカスケード接続して分散を制御しており、デジタルIIR(Infinite Impulse Response)フィルターの原理に基づいているため、実現する分散量が限られている。   An optical planar circuit (PLC: Planar Lightwave Circuit) can perform dispersion compensation by using an optical circuit constructed in a plane. Lattice type PLC is one example (see, for example, Non-Patent Document 1). However, the lattice type PLC controls the dispersion by cascading coupled resonators and is based on the principle of a digital IIR (Infinite Impulse Response) filter, so that the amount of dispersion to be realized is limited.

アレイ導波路格子(AWG:Arrayed Waveguide Grating)で波長多重信号光を分波し、チャンネルごとに光路差を付け、遅延時間を調整した後にコリメートレンズで再び合波する仕組みも考えられている(例えば、特許文献5参照)。しかし、構造が複雑で作製が難しいだけでなく、必要とするスペースが大きい。   It is also possible to demultiplex wavelength-multiplexed signal light with an arrayed waveguide grating (AWG), add an optical path difference for each channel, adjust the delay time, and then combine the light again with a collimator lens (for example, , See Patent Document 5). However, not only is the structure complicated and difficult to fabricate, it also requires a large amount of space.

VIPA(Virtually Imaged Phased Array)型分散補償器は、薄板の両面に反射膜をコーティングした波長分散素子(VIPA板)、及び反射ミラーにより構成された分散補償デバイスである(例えば、特許文献6参照)。このデバイスは3次元の構造で分散を調整しており、構造的に複雑であり、製造上極めて高い精度が要求される。
特許第3857211号公報 特許第3819264号公報 特開2004−325549号公報 国際公開第03/010586号 特許第3852409号公報 特開2005−275101号公報 K.Takiguchiら、“Dispersion Slope Equalizer for Dispersion Shifted Fiber Using a Lattice−Form Programmable Optical Filter on a Planar Lightwave Circuit”、Journal of Lightwave Technology、1998年、第16巻、第9号、p.1647−1656
A VIPA (Virtually Imaged Array) type dispersion compensator is a dispersion compensation device composed of a wavelength dispersion element (VIPA plate) in which a reflection film is coated on both surfaces of a thin plate, and a reflection mirror (for example, see Patent Document 6). . This device adjusts dispersion with a three-dimensional structure, is structurally complex, and requires extremely high accuracy in manufacturing.
Japanese Patent No. 3857211 Japanese Patent No. 3819264 JP 2004-325549 A International Publication No. 03/010586 Japanese Patent No. 3852409 JP-A-2005-275101 K. Takiguchi, et al., "Dispersion Slope Equalizer for Dispersion Shifted Fiber Using a Lattice-Form Programmable Optical Filter on a Planar Lightwave Circuit", Journal of Lightwave Technology, 1998 years, Vol. 16, No. 9, p. 1647-1656

前述した従来技術における問題点は、次の通りである。
(1)DCFは、長尺ファイバの使用で必要なスペースが大きく、小型化が困難である。また実現できる分散補償特性に限界がある。
(2)FBGおよびFBGを重ね合わせたデバイスは、実現できる特性に限界がある。
(3)ラティス型PLCは、実現可能な分散補償量が小さい。
(4)AWGを使用したPLCは、構造が複雑であり、製造が難しく、コストが高くなってしまう。また、要求スペースが大きく、デバイスの小型化が困難である。
(5)VIPAは、構造が複雑であり、製造が難しく、コストが高くなってしまう。
The problems in the prior art described above are as follows.
(1) The DCF requires a large space due to the use of a long fiber and is difficult to downsize. In addition, there is a limit to the dispersion compensation characteristics that can be realized.
(2) A device in which FBGs and FBGs are overlapped has a limit in the characteristics that can be realized.
(3) Lattice type PLC has a small amount of dispersion compensation that can be realized.
(4) The PLC using AWG has a complicated structure, is difficult to manufacture, and increases the cost. In addition, the required space is large and it is difficult to reduce the size of the device.
(5) VIPA has a complicated structure, is difficult to manufacture, and is expensive.

最近本発明者らは、非均一幅をもつ平面導波路(NPWG:Non−uniform Planar WaveGuide)を用いた分散補償デバイス(特願2007−331004等の本出願人による未公開出願)を提案している。この分散補償デバイスは、光導波路を不均一にすることにより、反射スペクトルを制御し、分散補償を行う。このデバイスは平面的な構造をしており、製造プロセスで容易に大量に作ることができる。しかし、NPWGの導波路の進行方向に沿って変化する幅が極大または極小となるピーク間の距離は、従来、使用波長の1/10程度となる場合がある。このような微細構造を実現するには、極めて高い作製精度が要求される。例えば、Lバンド用のデバイスでは、中心波長が1590nmであり、屈折率が2.3程度の材料で導波路を構成した場合、約70nmの作製精度が要求され、現在のプロセスでは達成できない。   Recently, the present inventors have proposed a dispersion compensation device (an unpublished application by the present applicant, such as Japanese Patent Application No. 2007-33004) using a planar waveguide (NPWG: Non-uniform Planar WaveGide) having a non-uniform width. Yes. This dispersion compensation device performs dispersion compensation by controlling the reflection spectrum by making the optical waveguide non-uniform. This device has a planar structure and can be easily manufactured in large quantities in the manufacturing process. However, the distance between peaks where the width changing along the traveling direction of the NPWG waveguide becomes maximum or minimum may conventionally be about 1/10 of the wavelength used. In order to realize such a fine structure, extremely high manufacturing accuracy is required. For example, in an L-band device, when a waveguide is made of a material having a center wavelength of 1590 nm and a refractive index of about 2.3, a manufacturing accuracy of about 70 nm is required, which cannot be achieved by the current process.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コアの物理的寸法を変えることによりコアの等価屈折率が光伝搬方向に不均一に変化する光導波路で構成される光デバイスの作製精度を緩和することが可能な光デバイスの設計方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the fabrication accuracy of an optical device composed of an optical waveguide in which the equivalent refractive index of the core varies nonuniformly in the light propagation direction by changing the physical dimensions of the core. It is an object of the present invention to provide a method for designing an optical device that can alleviate the above.

前記課題を解決するため、本発明は、クラッドに埋め込められたコアの物理的寸法を変えることによりコアの等価屈折率が光伝搬方向に不均一に変化する光導波路で構成される光デバイスの設計方法であって、得ようとする光デバイスが示す反射スペクトルデータに基づいて導波路の物理的寸法を設計し、前記物理的寸法の分布を求める第1の寸法導出工程と、導波路の作製精度に基づいて光伝搬方向の平均化区間幅を求め、前記物理的寸法の分布を前記区間幅ごとに平均化する平均化工程とを有し、前記第1の寸法導出工程では、前記反射スペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題としてZakharov−Shabat方程式を解くことによって、前記反射スペクトルデータを実現するためのポテンシャル関数を求める設計法によって前記物理的寸法の分布を求め、前記平均化区間幅は、デバイスで使用する中心波長において信号が導波路中で伝搬する1波長の長さの0.2〜0.4倍、もしくは(0.1+0.5j〜0.4+0.5j)倍(ただし、jは1以上の整数)の範囲内にすることを特徴とする光デバイスの設計方法を提供する。
前記設計方法によって設計された光導波路は、前記光伝搬方向の区間幅の範囲内で前記コアの物理的寸法が一様となる。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a design of an optical device composed of an optical waveguide in which the equivalent refractive index of the core varies non-uniformly in the light propagation direction by changing the physical dimensions of the core embedded in the cladding. A first dimension derivation step of designing a physical dimension of a waveguide based on reflection spectrum data indicated by an optical device to be obtained, and obtaining a distribution of the physical dimension; calculated averaging section width of the light propagation direction on the basis of the distribution of the physical dimensions possess an averaging step of averaging for each of the interval width, wherein in the first dimension deriving step, the reflected spectrum data The potential function for realizing the reflection spectrum data is obtained by solving the Zakharov-Shabat equation as an inverse scattering problem that numerically derives the potential function from The average dimension width is 0.2 to 0.4 times the length of one wavelength at which the signal propagates in the waveguide at the central wavelength used in the device. Or (0.1 + 0.5j to 0.4 + 0.5j) times (where j is an integer of 1 or more) .
In the optical waveguide designed by the design method, the physical dimensions of the core are uniform within the range of the section width in the light propagation direction.

前記コアの物理的寸法がコアの幅であり、前記光導波路は、コアの幅が光伝搬方向に不均一に分布する平面光導波路であることが好ましい。   Preferably, the physical dimension of the core is a core width, and the optical waveguide is a planar optical waveguide in which the core width is unevenly distributed in the light propagation direction.

前記Zakharov−Shabat方程式は、前記光導波路の前方および後方に伝搬する電力波振幅なる変数を導入した波動方程式から帰着され、導波路の等価屈折率の対数の微分から導かれるポテンシャル関数を有するZakharov−Shabat方程式であることが好ましい。   The Zakharov-Shabat equation is derived from a wave equation that introduces a variable of power wave amplitude propagating forward and backward of the optical waveguide, and has a potential function derived from a logarithmic derivative of the equivalent refractive index of the waveguide. The Shabat equation is preferred.

本発明の光デバイスの設計方法によれば、NPWGの作製精度の要求が緩和され、導波路のコアの物理的寸法の変化が小さくなり、製造プロセスを容易にすることができる。   According to the method for designing an optical device of the present invention, the requirement for manufacturing accuracy of the NPWG is eased, the change in the physical dimension of the core of the waveguide is reduced, and the manufacturing process can be facilitated.

以下、図面を参照して本発明のNPWGデバイスの設計方法の実施形態を説明する。
本発明は、クラッドに埋め込められたコアの物理的寸法を変えることによりコアの等価屈折率が光伝搬方向に不均一に変化する光導波路で構成される光デバイスを設計する際に、作製精度の限界を考慮し、設計する最小寸法を緩和するものである。特に、コアの等価屈折率がコア幅の変化による場合、すなわち、非均一幅をもつ平面導波路(NPWG:Non−uniform Planar WaveGuide)を用いたデバイス(以下、「NPWGデバイス」ともいう。)の場合が好適である。すなわち、導波路の幅が、導波路の進行方向に所定の距離の間で一定となるようにすることにより、デバイス作製に要求される精度を緩和した。
Hereinafter, an embodiment of a design method of an NPWG device of the present invention will be described with reference to the drawings.
When designing an optical device composed of an optical waveguide in which the equivalent refractive index of the core varies nonuniformly in the light propagation direction by changing the physical dimensions of the core embedded in the cladding, The minimum dimensions to be designed are relaxed in consideration of limitations. In particular, when the equivalent refractive index of the core is due to a change in the core width, that is, a device using a non-uniform planar wave guide (NPWG) (hereinafter also referred to as “NPWG device”). The case is preferred. That is, the accuracy required for device fabrication was eased by making the width of the waveguide constant within a predetermined distance in the traveling direction of the waveguide.

設計の手順は次のようになっている。まず通常の手法でデバイスを設計する。そこで得られた幅分布に平均化工程を実行し、平均化した部分は均一幅とする。   The design procedure is as follows. First, the device is designed by a normal method. Therefore, an averaging process is performed on the obtained width distribution, and the averaged portion has a uniform width.

<光導波路の構造>
図1は、本形態例のNPWGを用いた分散補償デバイスの主な構成要素である光導波路の一実施形態を示す概略斜視図である。本実施形態のデバイスが備える光導波路は、コアの等価屈折率を光伝搬方向にわたって不均一に変化させる手段として、コアの幅wを長手方向(z)にわたって変化させた非均一幅をもつ平面導波路(NPWG)である。図1中、符号10はNPWG、11はコア、12はクラッドである。
<Structure of optical waveguide>
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of an optical waveguide which is a main component of a dispersion compensation device using an NPWG of this embodiment. The optical waveguide provided in the device of this embodiment is a planar waveguide having a non-uniform width obtained by changing the width w of the core in the longitudinal direction (z) as a means for changing the equivalent refractive index of the core non-uniformly in the light propagation direction. It is a waveguide (NPWG). In FIG. 1, reference numeral 10 is an NPWG, 11 is a core, and 12 is a cladding.

本実施形態のNPWG10は、クラッド12中に形成されたコア11を有する構造である。コア11は一定の(固定した)高さhを有するが、その幅wは長手方向(z方向)にわたって不均一に変化させ、導波路の伝搬モードの局所等価屈折率を変化させている。これによって反射型の波長分散補償機能を持たせることができる。導波路のコアの幅分布w(z)は、所望の反射特性に対して逆散乱問題を解くことで、決定することができる。 The NPWG 10 of this embodiment has a structure having a core 11 formed in a clad 12. The core 11 has a constant (fixed) height h 3 , but its width w varies non-uniformly in the longitudinal direction (z direction), thereby changing the local equivalent refractive index of the propagation mode of the waveguide. Thus, a reflection type chromatic dispersion compensation function can be provided. The width distribution w (z) of the waveguide core can be determined by solving the inverse scattering problem for the desired reflection characteristics.

このNPWG10の動作原理は、FBGのグレーティングと一見類似しているところであるが、等価屈折率の変化に関し、FBGではUV光照射等でコア媒質の屈折率を変化させるのに対して、本実施形態のNPWG10では、コア11の幅を長手方向に沿って変化させることで等価屈折率を変化させている。このように、等価屈折率の変化に関して両者は全く相違している。
コア11の幅を長手方向に沿って変化させることで得られる等価屈折率の変動率は、FBGの場合に比べて大きい上、細かく正確な制御が容易である。また、デバイスの構造は平面的となっているため、製造プロセスで容易に大量に作ることができる。
The operational principle of the NPWG 10 is similar to the FBG grating at first glance. However, the FBG changes the refractive index of the core medium by UV light irradiation or the like with respect to the change of the equivalent refractive index. In the NPWG 10, the equivalent refractive index is changed by changing the width of the core 11 along the longitudinal direction. Thus, the two are completely different with respect to changes in the equivalent refractive index.
The variation rate of the equivalent refractive index obtained by changing the width of the core 11 along the longitudinal direction is larger than that of the FBG, and fine and accurate control is easy. In addition, since the structure of the device is planar, it can be easily manufactured in large quantities by the manufacturing process.

コア11およびクラッド12を構成する材料としては、誘電体や半導体など特に限定されない。具体的には、石英系材料、樹脂系材料、シリコン系材料等が挙げられる。導波路に石英系材料を用いる場合には、例えば、クラッドに純石英を用い、コアとして屈折率を上げるためにゲルマニウムを添加した石英系材料を用いればよい。また、樹脂系材料の使用も可能である。また、シリコン系材料を用いた場合、例えば、電極を付けて電圧印加制御を行えば、可変デバイスが実現可能である。また、デバイスに温度制御を行えば、材料の熱膨張により導波路長が長くなるので、所望の波長分散補償を行う波長を長波長側にシフトさせることができる。その特性を利用すれば、熱の制御による可変デバイスが可能になる(前川他、特開2001−330741号公報(特願2000−147960)参照)。コア11とクラッド12に異なる種類の材料(例えば一方が石英系で他方が樹脂系など)を用いても良い。また、上クラッドと下クラッドとで異なる材料を用いても良い。   A material constituting the core 11 and the clad 12 is not particularly limited, such as a dielectric or a semiconductor. Specific examples include quartz-based materials, resin-based materials, and silicon-based materials. When a quartz material is used for the waveguide, for example, pure quartz may be used for the clad, and a quartz material to which germanium is added to increase the refractive index as the core may be used. Also, a resin material can be used. In addition, when a silicon-based material is used, for example, if a voltage application control is performed with an electrode attached, a variable device can be realized. Further, if the temperature of the device is controlled, the waveguide length becomes longer due to the thermal expansion of the material, so that the wavelength for performing desired chromatic dispersion compensation can be shifted to the longer wavelength side. By utilizing this characteristic, a variable device by controlling heat becomes possible (see Maekawa et al., Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-330741 (Japanese Patent Application No. 2000-147960)). Different types of materials (for example, one is quartz and the other is resin) may be used for the core 11 and the clad 12. Different materials may be used for the upper cladding and the lower cladding.

これまで提案されたNPWG分散補償器の中には、補償対象の波長領域を複数のチャンネルに分けて、各々のチャンネル内で分散補償を行う方式を用いるものがある。この方式を用いることにより、必要な導波路の長さが短くなり、デバイスが小さくなるだけでなく、導波路の損失を小さくすることができる。   Some NPWG dispersion compensators that have been proposed so far use a method in which a wavelength region to be compensated is divided into a plurality of channels and dispersion compensation is performed in each channel. By using this method, not only the required waveguide length is shortened and the device is reduced, but also the loss of the waveguide can be reduced.

<デバイスの設計方法>
NPWGデバイスの設計には、所望の反射スペクトルから必要な幅分布を得る逆散乱問題の手法を用いる。この方法を用いることにより、FBGを重ね合わせる方法(特許文献4)で起きるチャンネル間の干渉が、設計方法内に考慮されているため、起きないという利点がある。また、ここで用いる設計で得られる導波路は、特許文献4のものと異なる構造になる。
<Device design method>
In designing an NPWG device, a method of an inverse scattering problem is used to obtain a necessary width distribution from a desired reflection spectrum. By using this method, there is an advantage that interference between channels that occurs in the method of superimposing FBGs (Patent Document 4) does not occur because it is considered in the design method. The waveguide obtained by the design used here has a structure different from that of Patent Document 4.

次に、逆散乱問題の手法によるNPWGデバイスの設計方法について説明する。
まず、導波路に伝搬する電磁界を次のように定式化する(J.E.Sipe、L.Poladian、and C.Martijn de Sterke、“Propagation through nonuniform grating structures”、J.Opt.Soc.Am.A、1994年、第11巻、第4号、p.1307−1320参照)。
Next, an NPWG device design method using the inverse scattering problem method will be described.
First, the electromagnetic field propagating in the waveguide is formulated as follows (JE Shipe, L. Polarian, and C. Martijn de Starke, “Propagation through non-uniform forming structures”, J. Opt. Soc. Soc. A, 1994, Vol. 11, No. 4, pp. 1307-1320).

電磁界の時間変動をexp(−iωt)と仮定すると、Maxwell方程式により、下記式(1)、(2)のようになる。   Assuming that the time variation of the electromagnetic field is exp (−iωt), the following equations (1) and (2) are obtained according to the Maxwell equation.

Figure 0005135067
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Figure 0005135067
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ただし、E、Hはそれぞれ電界と磁界の複素振幅を表し、nは導波路の屈折率を表す。ここで、下記式(3)、(4)で定義される、zの前方に伝搬する電力波振幅A(z)およびzの後方に伝搬する電力波振幅A(z)を導入する。 Here, E and H represent the complex amplitudes of the electric field and the magnetic field, respectively, and n represents the refractive index of the waveguide. Here, the power wave amplitude A + (z) propagating in front of z and the power wave amplitude A (z) propagating in the rear of z defined by the following formulas (3) and (4) are introduced.

Figure 0005135067
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Figure 0005135067
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ただし、Z=√(μ/ε)は真空中のインピーダンスを表し、nは参照屈折率を表す。これらの変数は次式(5)、(6)を満たす。 However, Z 0 = √ (μ 0 / ε 0 ) represents the impedance in vacuum, and n 0 represents the reference refractive index. These variables satisfy the following expressions (5) and (6).

Figure 0005135067
Figure 0005135067

Figure 0005135067
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ただし、cは真空中の光速を表す。
これらの式(5)、(6)は、式(7)で表される変数変換により、Zakharov−Shabat方程式に帰着される。
Here, c represents the speed of light in vacuum.
These equations (5) and (6) are reduced to the Zakharov-Shabat equation by the variable transformation represented by equation (7).

Figure 0005135067
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ただし、ωは参照角周波数を表す。
上記変数変換によって得られるZakharov−Shabat方程式は、次式(8)、(9)で表される。
However, ω 0 represents the reference angular frequency.
The Zakharov-Shabat equation obtained by the variable conversion is expressed by the following equations (8) and (9).

Figure 0005135067
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Figure 0005135067
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Zakharov−Shabat方程式は、逆散乱問題として解くことができる。これにはまず、反射係数のスペクトルデータを下記式(10)で定義する。   The Zakharov-Shabat equation can be solved as an inverse scattering problem. First, the spectral data of the reflection coefficient is defined by the following formula (10).

Figure 0005135067
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すると、式(10)で定義される反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数u(x)を数値的に導くことができる(P.V.Frangos and D.L.Jaggard、“A Numerical Solution to the Zakharov−Shabat Inverse Scattering Problem”、IEEE Transactions on Antennas and Propagation、1991年、第39巻、第1号、p.74−79参照)。これを上記問題に当てはめると、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを求めることができる。
ここで、反射スペクトルとは、波長に対する群遅延量と反射率から得られる複素反射データをいう。さらに、不均一とは、物理寸法が導波路の進行方向の場所とともに変化していることをいう。
波長分散補償を目的としてNPWGを設計する場合、この反射スペクトルは、ある限られた波長帯域において、所定の長さの光ファイバの波長分散を補償するように設定される。この場合に必要な反射特性は適宜設定できる。例えば、中心波長λが1280nm≦λ≦1320nmまたは1490nm≦λ≦1613nmで、動作帯域ΔBWが0.1nm≦ΔBW≦60nmの1または複数のチャンネルからなる波長帯域において、光導波路の分散Dが−3000ps/nm≦D≦3000ps/nm、分散に対する分散スロープの比RDSが−0.1nm−1≦RDS≦0.1nm−1とする例が挙げられる。
Then, the potential function u (x) can be derived numerically from the spectral data of the reflection coefficient defined by the equation (10) (P. V. Francos and DL Jaggard, “A Numerical Solution to the Zakharov”. -See Shabat Inverse Scattering Problem ", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1991, Vol. 39, No. 1, pp. 74-79). If this is applied to the above problem, a potential for realizing a desired reflection spectrum can be obtained.
Here, the reflection spectrum refers to complex reflection data obtained from the group delay amount and the reflectance with respect to the wavelength. Furthermore, non-uniform means that the physical dimension changes with the location of the waveguide in the traveling direction.
When an NPWG is designed for the purpose of chromatic dispersion compensation, this reflection spectrum is set so as to compensate the chromatic dispersion of an optical fiber having a predetermined length in a limited wavelength band. In this case, the necessary reflection characteristics can be set as appropriate. For example, in the wavelength band consisting of one or a plurality of channels where the center wavelength λ c is 1280 nm ≦ λ c ≦ 1320 nm or 1490 nm ≦ λ c ≦ 1613 nm and the operating band ΔBW is 0.1 nm ≦ ΔBW ≦ 60 nm, the dispersion D of the optical waveguide There -3000ps / nm ≦ D ≦ 3000ps / nm, the ratio RDS dispersion slope for the dispersion is exemplified in the -0.1nm -1 ≦ RDS ≦ 0.1nm -1.

ポテンシャルu(x)が得られれば、局所等価屈折率は次の式(11)のように求められる。   If the potential u (x) is obtained, the local equivalent refractive index can be obtained by the following equation (11).

Figure 0005135067
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ただし、n(0)は、x=0におけるn(x)の値である。
さらに、実際作製しようとする導波路におけるコアの厚み、コアの屈折率、およびクラッドの屈折率から求められる、コアの幅に対する等価屈折率との関係から、変数xに対するコア幅w(x)を求めることができる。
However, n (0) is the value of n (x) at x = 0.
Furthermore, the core width w (x) with respect to the variable x is obtained from the relationship with the equivalent refractive index to the core width, which is obtained from the core thickness, the core refractive index, and the cladding refractive index in the waveguide to be actually manufactured. Can be sought.

本発明において、得られた幅分布は図2のように平均化手法で修正する。すなわち、図中のxに対するオリジナル幅分布を次の式(12)に示すように一定の長さΔxの範囲内で平均化し、その区間の幅をその平均の一定値と置き換える。   In the present invention, the obtained width distribution is corrected by an averaging method as shown in FIG. That is, the original width distribution with respect to x in the figure is averaged within the range of a certain length Δx as shown in the following equation (12), and the width of the section is replaced with the average constant value.

Figure 0005135067
Figure 0005135067

ただし、w(x)はxからx+Δxまでの区間における平均化した幅分布を表す。w(x)は、xからx+Δxまでの区間内では一定値をとる。
このΔxは、実現できる作製精度に応じて決められる。すなわち、式(7)の第1式により、Δxは、光伝搬方向の区間幅Δzを用いて、次の式(13)のように表される。
However, w a (x) represents an averaged width distribution in a section from x to x + Δx. w a (x) takes a constant value within a section from x to x + Δx.
This Δx is determined according to the production accuracy that can be realized. That is, according to the first expression of Expression (7), Δx is expressed as the following Expression (13) using the section width Δz in the light propagation direction.

Figure 0005135067
Figure 0005135067

ただし、n(z)は下記式(14)で定義されるzからz+Δzまでの区間における平均屈折率を表す。 However, n a (z) represents an average refractive index in a section defined by the following formula (14) from z to z + Δz.

Figure 0005135067
Figure 0005135067

また、λは下記式(15)で定義される中心波長における管内波長を表す。 Also, λ 0 represents the guide wavelength at the center wavelength defined by the following formula (15).

Figure 0005135067
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したがって、平均化に用いる区間幅Δxは、導波路の光伝搬方向の幅変化の間隔Δzが実現できる作製精度に基づいて決めることができる。なお、n(z)/nは、後述する実施例(特に、平均化した規格化等価屈折率分布のグラフを参照)で示されるように、ほぼ1とみなすことができるから、Δzを一定とすれば、Δxもほぼ一定とみなすことができる。 Therefore, the section width Δx used for averaging can be determined based on the fabrication accuracy that can realize the width change interval Δz in the light propagation direction of the waveguide. It should be noted that n a (z) / n 0 can be regarded as approximately 1 as shown in the examples described later (particularly, refer to the graph of the normalized normalized refractive index distribution averaged). If it is constant, Δx can be regarded as substantially constant.

Δzは、デバイスで使用する中心波長において信号が導波路中で伝搬する1波長の長さ(管内波長)λの0.2〜0.4倍、もしくは(0.1+0.5j〜0.4+0.5j)倍(ただし、jは1以上の整数)の範囲内にすることが好ましい。例えば、0.2λ〜0.4λ、0.6λ〜0.9λ、1.1λ〜1.4λなどである。
また、式(13)よりΔx≒Δz/λと近似した場合、Δxは、0.2〜0.4、もしくは0.1+0.5j〜0.4+0.5j(ただし、jは1以上の整数)の範囲内にすることが好ましい。例えば、0.2〜0.4、0.6〜0.9、1.1〜1.4などである。
Δz is 0.2 to 0.4 times the length of one wavelength (inner tube wavelength) λ 0 at which the signal propagates in the waveguide at the center wavelength used in the device, or (0.1 + 0.5j to 0.4 + 0) .5j) times (where j is an integer of 1 or more). For example, 0.2λ 0 to 0.4λ 0 , 0.6λ 0 to 0.9λ 0 , 1.1λ 0 to 1.4λ 0 , and the like.
Further, when approximated as Δx≈Δz / λ 0 from Expression (13), Δx is 0.2 to 0.4, or 0.1 + 0.5j to 0.4 + 0.5j (where j is an integer of 1 or more) ) Is preferably within the range. For example, 0.2 to 0.4, 0.6 to 0.9, 1.1 to 1.4, and the like.

<分散補償デバイス>
被補償ファイバの使用波長と帯域および使用長さを考慮し、ファイバの分散と逆になるようにスペクトルデータを作成し、上記設計手法を用いて逆問題を解き、平均化を行うことで、NPWG10を設計することができる。その設計に基づいてNPWG10を作製すれば、小型で高性能の分散補償デバイスが実現される。
<Dispersion compensation device>
NPWG10 is obtained by taking into consideration the wavelength, bandwidth and length of the compensated fiber, creating spectral data so as to be opposite to the fiber dispersion, solving the inverse problem using the above design method, and averaging. Can be designed. If the NPWG 10 is manufactured based on the design, a small and high-performance dispersion compensation device can be realized.

前記実施形態では、クラッド12中に、高さ(厚さ)hが一定で幅が長手方向にわたって不均一に変化するコア11が埋設された構造のNPWG10を例示したが、本発明に用いる光導波路は本例示にのみ限定されず、種々の変更が可能である。
例えば、コア11の幅分布は、図1に示すように、コアの幅が、中心軸から幅方向両側が対称となるように光伝搬方向にわたって不均一に分布している構造の他、中心軸から幅方向両側が非対称となるように光伝搬方向にわたって不均一に分布している構造であってもよい。ここで、非対称な幅分布とは、コアの幅方向片側が中心軸と平行で(すなわち不均一な変化をせず)その反対側が不均一に変化している場合でもよく、あるいは、コアの幅方向両側がそれぞれ異なる不均一な変化をしている場合でもよい。
また、コア11は、図1に示すように、その中心軸がNPWG10の長手方向(z)に沿って直線状に設ける構造の他、蛇行状(meander)にコアを設ける構造としてもよい。このように蛇行状にコアを設け、光伝搬方向が基板上で交互に折り返した構造とすることで、NPWG10をより小型化することが可能となる。
In the above embodiment, in the cladding 12, the height (thickness) is width h 3 is constant is exemplified NPWG10 uneven varying core 11 is buried structure over the longitudinal direction, the light used in the present invention The waveguide is not limited to this example, and various modifications can be made.
For example, as shown in FIG. 1, the width distribution of the core 11 includes a structure in which the width of the core is non-uniformly distributed over the light propagation direction so that both sides of the width direction are symmetrical from the central axis. Alternatively, a structure in which both sides in the width direction are asymmetrically distributed in the light propagation direction so as to be asymmetrical may be used. Here, the asymmetric width distribution may be a case where one side in the width direction of the core is parallel to the central axis (that is, does not change non-uniformly) and the other side changes non-uniformly, or the width of the core It may be a case where both sides in the direction have different and nonuniform changes.
Further, as shown in FIG. 1, the core 11 may have a structure in which the center axis is provided in a meandering manner in addition to a structure in which the central axis is provided linearly along the longitudinal direction (z) of the NPWG 10. Thus, by providing a meandering core and having a structure in which the light propagation direction is alternately folded on the substrate, the NPWG 10 can be further downsized.

図3は、本形態例による分散補償デバイスの使用形態の一例を示す構成図である。分散補償デバイス20は、前述したNPWG10と、その始端13側に接続されたサーキュレータ15とを備えて構成され、またNPWG10の先端14には無反射終端16が設けられている。サーキュレータ15には、入力側(input)に図示していない被補償光ファイバが接続され、出力側(output)にも下流側の光ファイバが接続され、光伝送路内で使用される。分散補償デバイス20に用いられるNPWG10は反射型デバイスであり、被補償光ファイバからサーキュレータ15の入力側に入力された光信号は、NPWG10に入って反射され、その反射波がサーキュレータ15を介して出力されるようになっている。
反射波の出力は、サーキュレータ15に限らず、方向性結合などを介することによっても実現することができる。また、NPWG10の先端14に別部材の無反射終端16を付ける代わりに、NPWG10の先端14を無反射処理するのでも良い。
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an example of a usage pattern of the dispersion compensation device according to the present embodiment. The dispersion compensation device 20 includes the above-described NPWG 10 and a circulator 15 connected to the start end 13 side thereof, and a non-reflective terminal 16 is provided at the tip 14 of the NPWG 10. The circulator 15 is connected to a compensated optical fiber (not shown) on the input side (input), and an optical fiber on the downstream side is also connected to the output side (output), and is used in the optical transmission line. The NPWG 10 used in the dispersion compensation device 20 is a reflection type device, and an optical signal input to the input side of the circulator 15 from the compensated optical fiber enters the NPWG 10 and is reflected, and the reflected wave is output through the circulator 15. It has come to be.
The output of the reflected wave can be realized not only by the circulator 15 but also through directional coupling. Further, instead of attaching a non-reflective terminal 16 as a separate member to the tip 14 of the NPWG 10, the tip 14 of the NPWG 10 may be subjected to a non-reflective treatment.

この分散補償デバイス20のNPWG10は、前述したように、被補償光ファイバの波長分散を補償できるような反射率特性を有しているので、被補償光ファイバから出力された光信号がNPWG10で反射される際に、その光信号の波長分散が補正されて出力される。そして、分散補償デバイス20から出力された光信号は、サーキュレータ15の出力側に接続された下流側の光ファイバに入力され、このファイバ内を伝搬する。   As described above, the NPWG 10 of the dispersion compensation device 20 has reflectivity characteristics that can compensate for the chromatic dispersion of the compensated optical fiber. Therefore, the optical signal output from the compensated optical fiber is reflected by the NPWG 10. In this case, the chromatic dispersion of the optical signal is corrected and output. The optical signal output from the dispersion compensation device 20 is input to the downstream optical fiber connected to the output side of the circulator 15 and propagates through the fiber.

本発明の分散補償デバイス20の主要構成要素であるNPWG10は、例えば、次の(a)〜(d)のように製造される。
(a)まず、NPWG10の下クラッド層を設ける。
(b)次いで、前記下クラッド層上に、下クラッド層よりも屈折率の大きいコア層を設ける。
(c)次いで、前記コア層に、コアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化するように設計された所定のコア形状を残し、それ以外の部分を除去する加工を施してコア11を形成する。
(d)次いで、前記コア11を覆うクラッド12を設け、NPWG10を製造する。
The NPWG 10 that is a main component of the dispersion compensation device 20 of the present invention is manufactured, for example, as shown in the following (a) to (d).
(A) First, a lower cladding layer of the NPWG 10 is provided.
(B) Next, a core layer having a refractive index larger than that of the lower cladding layer is provided on the lower cladding layer.
(C) Next, the core layer 11 is processed by leaving a predetermined core shape designed so that the equivalent refractive index of the core varies nonuniformly in the light propagation direction, and removing the other portions. Form.
(D) Next, the cladding 12 covering the core 11 is provided, and the NPWG 10 is manufactured.

このNPWG10を用いた分散補償デバイス20は、前述した通りNPWG10を製造した後、該NPWG10の先端14に無反射終端16を付けるか無反射処理を施して終端し、始端13にサーキュレータ15や方向性結合器を接続することで製造することができる。   In the dispersion compensation device 20 using the NPWG 10, after the NPWG 10 is manufactured as described above, the end 14 of the NPWG 10 is terminated with a non-reflection termination 16 or subjected to a non-reflection treatment. It can be manufactured by connecting a coupler.

NPWG10のコア11を形成する際、コア11の等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化するように設計された所定のコア形状を持ったマスクを用いたフォトリソグラフィー法によってコア11を形成することが好ましい。このフォトリソグラフィー法に用いる材料や手順は、半導体製造分野等で周知のフォトリソグラフィー法に用いる材料や手順を用いて実施することができる。また、クラッド層やコア層の成膜方法は、一般の光導波路の製造において用いられている周知の成膜技術を用いて実施することができる。   When the core 11 of the NPWG 10 is formed, the core 11 is formed by a photolithography method using a mask having a predetermined core shape designed so that the equivalent refractive index of the core 11 varies nonuniformly in the light propagation direction. It is preferable. The material and procedure used for this photolithography method can be implemented using the material and procedure used for the photolithography method well-known in the semiconductor manufacturing field etc. Moreover, the film-forming method of a clad layer or a core layer can be implemented using the well-known film-forming technique currently used in manufacture of a general optical waveguide.

(実施例1)
波長領域[1570.01nm,1612.22nm](ただし、[a,b]はa〜bの閉区間を表す。以下同じ。)において、分散量D=−236ps/nm、分散に対する分散スロープの比RDS=0.018nm−1となる波長分散を実現するように分散補償器を設計した。ただし、波長領域を周波数fが(188.45+0.1n THz≦f≦188.45+0.1n THz)を満たす50チャンネルに分けており、それぞれのチャンネル内で分散補償を行っている。ここにnは−25≦n≦24を満たす整数を表す。なお、これらのチャンネルはITUグリッド間隔を満たす。
Example 1
In the wavelength region [1570.01 nm, 1612.22 nm] (where [a, b] represents a closed section from a to b; the same applies hereinafter), the dispersion amount D = −236 ps / nm, the ratio of the dispersion slope to the dispersion A dispersion compensator was designed to realize chromatic dispersion such that RDS = 0.018 nm −1 . However, the wavelength region is divided into 50 channels where the frequency f satisfies (188.45 + 0.1n THz ≦ f ≦ 188.45 + 0.1n THz), and dispersion compensation is performed in each channel. Here, n represents an integer satisfying −25 ≦ n ≦ 24. These channels satisfy the ITU grid interval.

この分散補償器は、長さが80kmのLバンドの分散シフトファイバ(DSF:Dispersion Shifed Fiber)(伝送損失は0.02dB/km、波長1590nmにおける分散は2.95ps/nm/km、分散スロープの比は0.018nm−1とした)の残留分散を補償することができる。 This dispersion compensator is an L-band dispersion-shifted fiber (DSF) having a length of 80 km (with a transmission loss of 0.02 dB / km, a dispersion at a wavelength of 1590 nm of 2.95 ps / nm / km, and a dispersion slope of The residual dispersion of the ratio (0.018 nm −1 ) can be compensated.

図4は、幅分布の平均化を考慮していないときのポテンシャルを表す。図中の横軸は中心波長1590.83nmで規格された場所を表す。このポテンシャルを用いると、図5に示す群遅延と図6に示す反射率が得られる。両図には設計に用いたスペクトルデータ(designed)と得られたスペクトルデータ(realized)が示されている。   FIG. 4 represents the potential when the averaging of the width distribution is not considered. The horizontal axis in the figure represents a location standardized at a center wavelength of 1590.83 nm. When this potential is used, the group delay shown in FIG. 5 and the reflectance shown in FIG. 6 are obtained. Both figures show the spectrum data (designed) used in the design and the obtained spectrum data (rearized).

導波路は、高さがh=6μm、比屈折率の差Δ=0.6%となるコアが、石英からなるクラッドに埋め込められた導波路構造を用いた場合、図5と図6を実現する導波路の幅分布は図7に示す。そのときの導波路の等価屈折率の分布は図8に示す。 When a waveguide structure is used in which a core having a height of h 3 = 6 μm and a relative refractive index difference Δ = 0.6% is embedded in a clad made of quartz, FIG. 5 and FIG. The width distribution of the waveguide to be realized is shown in FIG. The distribution of the equivalent refractive index of the waveguide at that time is shown in FIG.

コアとクラッドの材料は石英系だけでなく、シリコン、ポリマー等ほかの材料を用いることもできる。屈折率の高い材料を用いれば、デバイスをさらに小さくし、伝送損失を下げることができる。   The material for the core and cladding is not limited to quartz, but other materials such as silicon and polymer can also be used. If a material having a high refractive index is used, the device can be further reduced and the transmission loss can be reduced.

図8の一部を拡大したものは図9に示す。ただし、縦軸は中心屈折率(中心波長における参照屈折率n)で規格化されている。この分布は作製プロセスで実現できる最小寸法の制限により実現できない。
そこで、図10のように最小間隔をΔz=0.2λとして元の分布を平均化した。ここに、λは波長1590.83nmの信号が導波路を通過するときの管内波長を表す。
An enlarged view of a part of FIG. 8 is shown in FIG. However, the vertical axis is normalized by the central refractive index (reference refractive index n 0 at the central wavelength). This distribution cannot be realized due to the limitation of the minimum dimensions that can be realized in the fabrication process.
So, averaging the original distribution as Delta] z = 0.2? 0 a minimum interval as shown in Figure 10. Here, λ 0 represents an in-tube wavelength when a signal having a wavelength of 1590.83 nm passes through the waveguide.

Δz=0.2λとして元の分布を平均化した場合のポテンシャルは図11のようになる。図示のように、平均化することにより、ポテンシャルの振幅が小さくなることがわかる。これにより導波路の幅変化が小さくなり、導波路はより作り易くなる。 Potential when the original distribution averaged as Delta] z = 0.2? 0 is as shown in Figure 11. As shown in the figure, it is understood that the potential amplitude is reduced by averaging. As a result, the change in the width of the waveguide is reduced, and the waveguide becomes easier to make.

高さがh=6μm、比屈折率の差Δ=0.6%となるコアが、石英からなるクラッドに埋め込められた導波路構造を用いた場合の導波路の幅分布は図12に示す。
また、そのときの群遅延および反射率は、それぞれ図13と図14になる。両図には、設計に用いたデータ(designed)、平均化する前のデータ(original)および平均化後のデータ(averaged)が示されている。図示のように、平均化しても群遅延の形状が保存されるが、反射率のみが低下している。
FIG. 12 shows the width distribution of the waveguide when a waveguide structure in which a core having a height of h 3 = 6 μm and a relative refractive index difference Δ = 0.6% is embedded in a clad made of quartz is used. .
The group delay and reflectance at that time are shown in FIGS. 13 and 14, respectively. Both figures show the data used for the design (designed), the data before averaging (original), and the data after averaging (averaged). As shown in the figure, the shape of the group delay is preserved even when averaged, but only the reflectance is lowered.

分散補償器の効果を確かめるために、図15に示す40G/sのNRZの信号の伝搬特性を調べた。この信号を波長λが1590.41nm≦λ≦1591.26nmとなるチャンネルを使って、80kmの前記DSFを通ったときのアイパターンは図16に示す。オリジナルの分散補償器を用いた場合のアイパターンは図17に示す。   In order to confirm the effect of the dispersion compensator, the propagation characteristics of the 40 G / s NRZ signal shown in FIG. 15 were examined. FIG. 16 shows an eye pattern when the signal passes through the DSF of 80 km using a channel having a wavelength λ of 1590.41 nm ≦ λ ≦ 1591.26 nm. The eye pattern when the original dispersion compensator is used is shown in FIG.

また、Δz=0.2λで平均化した分散補償器を用いた場合のアイパターンは図18に示す。図17に比べると、振幅が小さくなるが、分散補償の効果が維持できていることがわかる。 Further, the eye pattern in the case of using the dispersion compensator averaged in Delta] z = 0.2? 0 is shown in Figure 18. Compared to FIG. 17, the amplitude is small, but it can be seen that the effect of dispersion compensation can be maintained.

(実施例2)
実施例1におけるオリジナル設計において、図19のように最小間隔をΔz=0.3λとして元の分布を平均化したこと以外は実施例1と同様にして、Lバンド用の分散補償器を設計した。
Δz=0.3λとして元の分布を平均化した場合のポテンシャルは図20のようになる。図示のように、平均化することにより、ポテンシャルの振幅が小さくなることがわかる。これにより導波路の幅変化が小さくなり、導波路はより作り易くなる。
(Example 2)
In the original design in Example 1, except that the average of the original distribution as Δz = 0.3λ 0 the minimum interval as shown in FIG. 19 in the same manner as in Example 1, designed dispersion compensator for L-band did.
Potential when the original distribution averaged as Δz = 0.3λ 0 is as shown in Figure 20. As shown in the figure, it is understood that the potential amplitude is reduced by averaging. As a result, the change in the width of the waveguide is reduced, and the waveguide becomes easier to make.

高さがh=6μm、比屈折率の差Δ=0.6%となるコアが、石英からなるクラッドに埋め込められた導波路構造を用いた場合の導波路の幅分布は図21に示す。
また、そのときの群遅延および反射率は、それぞれ図22と図23になる。図示のように、平均化しても群遅延の形状が保存されるが、反射率のみが低下している。
また、Δz=0.3λで平均化した分散補償器を用いた場合のアイパターンは図24に示す。図17に比べると、振幅が小さくなるが、分散補償の効果が維持できていることがわかる。
FIG. 21 shows a waveguide width distribution when a waveguide structure in which a core having a height of h 3 = 6 μm and a relative refractive index difference Δ = 0.6% is embedded in a clad made of quartz is used. .
The group delay and reflectance at that time are shown in FIGS. 22 and 23, respectively. As shown in the figure, the shape of the group delay is preserved even when averaged, but only the reflectance is lowered.
Further, the eye pattern in the case of using the dispersion compensator averaged with Δz = 0.3λ 0 is shown in Figure 24. Compared to FIG. 17, the amplitude is small, but it can be seen that the effect of dispersion compensation can be maintained.

(実施例3)
実施例1におけるオリジナル設計において、図25のように最小間隔をΔz=0.4λとして元の分布を平均化したこと以外は実施例1と同様にして、Lバンド用の分散補償器を設計した。
Δz=0.4λとして元の分布を平均化した場合のポテンシャルは図26のようになる。図示のように、平均化することにより、ポテンシャルの振幅が小さくなることがわかる。これにより導波路の幅変化が小さくなり、導波路はより作り易くなる。
(Example 3)
In the original design in Example 1, except that the original distribution averaged as Δz = 0.4λ 0 the minimum interval as shown in Figure 25 in the same manner as in Example 1, designed dispersion compensator for L-band did.
Potential when the original distribution averaged as Δz = 0.4λ 0 is as shown in Figure 26. As shown in the figure, it is understood that the potential amplitude is reduced by averaging. As a result, the change in the width of the waveguide is reduced, and the waveguide becomes easier to make.

高さがh=6μm、比屈折率の差Δ=0.6%となるコアが、石英からなるクラッドに埋め込められた導波路構造を用いた場合の導波路の幅分布は図27に示す。
また、そのときの群遅延および反射率は、それぞれ図28と図29になる。図示のように、平均化しても群遅延の形状が保存されるが、反射率のみが低下している。
また、Δz=0.4λで平均化した分散補償器を用いた場合のアイパターンは図30に示す。図17に比べると、振幅が小さくなるが、分散補償の効果が維持できていることがわかる。
FIG. 27 shows the width distribution of the waveguide when a waveguide structure in which a core having a height of h 3 = 6 μm and a relative refractive index difference Δ = 0.6% is embedded in a clad made of quartz is used. .
The group delay and reflectance at that time are shown in FIGS. 28 and 29, respectively. As shown in the figure, the shape of the group delay is preserved even when averaged, but only the reflectance is lowered.
Further, the eye pattern in the case of using the dispersion compensator averaged with Δz = 0.4λ 0 is shown in Figure 30. Compared to FIG. 17, the amplitude is small, but it can be seen that the effect of dispersion compensation can be maintained.

(実施例4)
実施例1におけるオリジナル設計において、図31のように最小間隔をΔz=0.6λとして元の分布を平均化したこと以外は実施例1と同様にして、Lバンド用の分散補償器を設計した。
Δz=0.6λとして元の分布を平均化した場合のポテンシャルは図32のようになる。図示のように、平均化することにより、ポテンシャルの振幅が小さくなることがわかる。これにより導波路の幅変化が小さくなり、導波路はより作り易くなる。
Example 4
In the original design in Example 1, except that the average of the original distribution as Δz = 0.6λ 0 the minimum interval as shown in Figure 31 in the same manner as in Example 1, designed dispersion compensator for L-band did.
Potential when the original distribution averaged as Δz = 0.6λ 0 is as shown in Figure 32. As shown in the figure, it is understood that the potential amplitude is reduced by averaging. As a result, the change in the width of the waveguide is reduced, and the waveguide becomes easier to make.

高さがh=6μm、比屈折率の差Δ=0.6%となるコアが、石英からなるクラッドに埋め込められた導波路構造を用いた場合の導波路の幅分布は図33に示す。
また、そのときの群遅延および反射率は、それぞれ図34と図35になる。図示のように、平均化しても群遅延の形状が保存されるが、反射率のみが低下している。
また、Δz=0.6λで平均化した分散補償器を用いた場合のアイパターンは図36に示す。図17に比べると、振幅が小さくなるが、分散補償の効果が維持できていることがわかる。
FIG. 33 shows the width distribution of a waveguide when a waveguide structure in which a core having a height of h 3 = 6 μm and a relative refractive index difference Δ = 0.6% is embedded in a cladding made of quartz is used. .
The group delay and reflectance at that time are shown in FIGS. 34 and 35, respectively. As shown in the figure, the shape of the group delay is preserved even when averaged, but only the reflectance is lowered.
Further, the eye pattern in the case of using the dispersion compensator averaged with Δz = 0.6λ 0 is shown in Figure 36. Compared to FIG. 17, the amplitude is small, but it can be seen that the effect of dispersion compensation can be maintained.

(実施例5)
実施例1におけるオリジナル設計において、図37のように最小間隔をΔz=0.9λとして元の分布を平均化したこと以外は実施例1と同様にして、Lバンド用の分散補償器を設計した。
Δz=0.9λとして元の分布を平均化した場合のポテンシャルは図38のようになる。図示のように、平均化することにより、ポテンシャルの振幅が小さくなることがわかる。これにより導波路の幅変化が小さくなり、導波路はより作り易くなる。
(Example 5)
In the original design in the first embodiment, an L-band dispersion compensator is designed in the same manner as in the first embodiment except that the original distribution is averaged by setting the minimum interval to Δz = 0.9λ 0 as shown in FIG. did.
Potential when the original distribution averaged as Δz = 0.9λ 0 is as shown in Figure 38. As shown in the figure, it is understood that the potential amplitude is reduced by averaging. As a result, the change in the width of the waveguide is reduced, and the waveguide becomes easier to make.

高さがh=6μm、比屈折率の差Δ=0.6%となるコアが、石英からなるクラッドに埋め込められた導波路構造を用いた場合の導波路の幅分布は図39に示す。
また、そのときの群遅延および反射率は、それぞれ図40と図41になる。図示のように、平均化しても群遅延の形状が保存されるが、反射率のみが低下している。
また、Δz=0.9λで平均化した分散補償器を用いた場合のアイパターンは図42に示す。図17に比べると、振幅が小さくなるが、分散補償の効果が維持できていることがわかる。
FIG. 39 shows the width distribution of the waveguide when a waveguide structure in which a core having a height of h 3 = 6 μm and a relative refractive index difference Δ = 0.6% is embedded in a cladding made of quartz is used. .
The group delay and reflectance at that time are shown in FIGS. 40 and 41, respectively. As shown in the figure, the shape of the group delay is preserved even when averaged, but only the reflectance is lowered.
Further, the eye pattern in the case of using the dispersion compensator averaged with Δz = 0.9λ 0 is shown in Figure 42. Compared to FIG. 17, the amplitude is small, but it can be seen that the effect of dispersion compensation can be maintained.

比較例1
実施例1におけるオリジナル設計において、図43のように最小間隔をΔz=0.5λとして元の分布を平均化したこと以外は実施例1と同様にして、Lバンド用の分散補償器を設計した。この場合、平均化した等価屈折率分布はほぼ一定となり、変動がほぼなくなる。その原因はΔz=0.5λがちょうど元の屈折率分布の周期に当り、平均化がその変動を相殺してしまったところにある。
Δz=0.5λとして元の分布を平均化した場合のポテンシャルは図44のようになる。図示のように、平均化することにより、ポテンシャルの振幅が非常に小さくなってしまうことがわかる。
( Comparative Example 1 )
In the original design in the first embodiment, an L-band dispersion compensator is designed in the same manner as in the first embodiment except that the original distribution is averaged by setting the minimum interval to Δz = 0.5λ 0 as shown in FIG. did. In this case, the averaged equivalent refractive index distribution is almost constant, and fluctuations are almost eliminated. Its cause is hit to the period of the refractive index distribution of Delta] z = 0.5 [lambda 0 is just source, averaging is in place and which has been offset the variation.
Potential when the original distribution averaged as Delta] z = 0.5 [lambda 0 is as shown in Figure 44. As shown in the figure, it can be seen that the potential amplitude becomes very small by averaging.

高さがh=6μm、比屈折率の差Δ=0.6%となるコアが、石英からなるクラッドに埋め込められた導波路構造を用いた場合の導波路の幅分布は図45に示す。その場合、ポテンシャルの変動が小さすぎることを反映して導波路幅の変動はほとんどない。
また、そのときの反射率は図46になる。図示のように、反射率が非常に小さくなり、分散補償器として動作しない。
この現象はΔzが0.5λの整数倍になるときに起きる。
FIG. 45 shows the width distribution of the waveguide when a waveguide structure in which the core having a height of h 3 = 6 μm and a relative refractive index difference Δ = 0.6% is embedded in a clad made of quartz is used. . In that case, there is almost no fluctuation in the waveguide width, reflecting that the fluctuation in potential is too small.
Further, the reflectance at that time is shown in FIG. As shown in the figure, the reflectivity becomes very small and it does not operate as a dispersion compensator.
This phenomenon occurs when Δz is an integral multiple of 0.5λ 0.

(実施例
波長領域[1530.33nm,1570.42nm]において、分散量D=−1700ps/nm、分散に対する分散スロープの比RDS=0.0034nm−1となる波長分散を実現するように分散補償器を設計した。ただし、波長領域を周波数fが(193.4+0.1n THz≦f≦193.5+0.1n THz)を満たす50チャンネルに分けており、それぞれのチャンネル内で分散補償を行っている。ここにnは−25≦n≦24を満たす整数を表す。なお、これらのチャンネルはITUグリッド間隔を満たす。
(Example 6 )
In the wavelength region [1530.33 nm, 1570.42 nm], the dispersion compensator was designed so as to realize chromatic dispersion such that the dispersion amount D = −1700 ps / nm and the ratio of dispersion slope to dispersion RDS = 0.0036 nm −1 . However, the wavelength region is divided into 50 channels satisfying the frequency f (193.4 + 0.1n THz ≦ f ≦ 193.5 + 0.1n THz), and dispersion compensation is performed in each channel. Here, n represents an integer satisfying −25 ≦ n ≦ 24. These channels satisfy the ITU grid interval.

この分散補償器は、長さが100kmのCバンドの標準シングルモードファイバ(S−SMF:Standard Single−Mode Fiber)(伝送損失は0.02dB/km、波長1550nmにおける分散は17ps/nm/km、分散スロープの比は0.0034nm−1とした)の残留分散を補償することができる。 This dispersion compensator is a C-band standard single-mode fiber (S-SMF) with a length of 100 km (transmission loss is 0.02 dB / km, dispersion at a wavelength of 1550 nm is 17 ps / nm / km, It is possible to compensate for the residual dispersion of the dispersion slope ratio of 0.0034 nm −1 .

図47は、幅分布の平均化を考慮していないときのポテンシャルを表す。図中の横軸は中心波長1550.12nmで規格された場所を表す。このポテンシャルを用いると、図48に示す群遅延と図49に示す反射率が得られる。両図には設計に用いたスペクトルデータ(designed)と得られたスペクトルデータ(realized)が示されている。   FIG. 47 shows the potential when the averaging of the width distribution is not considered. The horizontal axis in the figure represents a location standardized at a center wavelength of 1550.12 nm. When this potential is used, the group delay shown in FIG. 48 and the reflectance shown in FIG. 49 are obtained. Both figures show the spectrum data (designed) used in the design and the obtained spectrum data (rearized).

導波路は、高さがh=6μm、比屈折率の差Δ=0.6%となるコアが、石英からなるクラッドに埋め込められた導波路構造を用いた場合、図48と図49を実現する導波路の幅分布は図50に示す。そのときの導波路の等価屈折率の分布は図51に示す。 When a waveguide having a height h 3 = 6 μm and a core having a relative refractive index difference Δ = 0.6% is embedded in a clad made of quartz, FIGS. 48 and 49 are used. The width distribution of the waveguide to be realized is shown in FIG. The distribution of the equivalent refractive index of the waveguide at that time is shown in FIG.

図51の一部を拡大したものは図52に示す。ただし、縦軸は中心屈折率(中心波長における参照屈折率n)で規格化されている。この分布は作製プロセスで実現できる最小寸法の制限により実現できない。
そこで、図53のように最小間隔をΔz=0.3λとして元の分布を平均化した。ここに、λは波長1550.12nmの信号が導波路を通過するときの管内波長を表す。
FIG. 52 shows an enlarged part of FIG. However, the vertical axis is normalized by the central refractive index (reference refractive index n 0 at the central wavelength). This distribution cannot be realized due to the limitation of the minimum dimensions that can be realized in the fabrication process.
So, averaging the original distribution as Δz = 0.3λ 0 the minimum interval as shown in Figure 53. Here, λ 0 represents an in-tube wavelength when a signal having a wavelength of 1550.12 nm passes through the waveguide.

Δz=0.3λとして元の分布を平均化した場合のポテンシャルは図54のようになる。図示のように、平均化することにより、ポテンシャルの振幅が小さくなることがわかる。これにより導波路の幅変化が小さくなり、導波路はより作り易くなる。 Potential when the original distribution averaged as Δz = 0.3λ 0 is as shown in Figure 54. As shown in the figure, it is understood that the potential amplitude is reduced by averaging. As a result, the change in the width of the waveguide is reduced, and the waveguide becomes easier to make.

高さがh=6μm、比屈折率の差Δ=0.6%となるコアが、石英からなるクラッドに埋め込められた導波路構造を用いた場合の導波路の幅分布は図55に示す。
また、そのときの群遅延および反射率は、それぞれ図56と図57になる。図示のように、平均化しても群遅延の形状が保存されるが、反射率のみが低下している。
FIG. 55 shows the width distribution of the waveguide when a waveguide structure in which a core having a height of h 3 = 6 μm and a relative refractive index difference Δ = 0.6% is embedded in a clad made of quartz is used. .
The group delay and reflectance at that time are shown in FIGS. 56 and 57, respectively. As shown in the figure, the shape of the group delay is preserved even when averaged, but only the reflectance is lowered.

分散補償器の効果を確かめるために、図58に示す10G/sのNRZの信号の伝搬特性を調べた。この信号を波長λが1533.47nm≦λ≦1534.25nmとなるチャンネルを使って、100kmの前記S−SMFを通ったときのアイパターンは図59に示す。オリジナルの分散補償器を用いた場合のアイパターンは図60に示す。   In order to confirm the effect of the dispersion compensator, the propagation characteristics of the 10 G / s NRZ signal shown in FIG. 58 were examined. FIG. 59 shows an eye pattern when this signal passes through the S-SMF of 100 km using a channel having a wavelength λ of 1533.47 nm ≦ λ ≦ 153.25 nm. The eye pattern when the original dispersion compensator is used is shown in FIG.

また、Δz=0.3λで平均化した分散補償器を用いた場合のアイパターンは図61に示す。図60に比べると、振幅が小さくなるが、分散補償の効果が維持できていることがわかる。 Further, the eye pattern in the case of using the dispersion compensator averaged with Δz = 0.3λ 0 is shown in Figure 61. Compared to FIG. 60, the amplitude is small, but it can be seen that the effect of dispersion compensation can be maintained.

非均一平面光導波路(NPWG)の構造の一例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows an example of the structure of a non-uniform planar optical waveguide (NPWG). 幅分布の修正のための平均化手法を説明するグラフである。It is a graph explaining the averaging method for correction of width distribution. 分散補償デバイスの一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of a dispersion compensation device. 実施例1のオリジナルポテンシャル分布を示すグラフである。3 is a graph showing an original potential distribution of Example 1. 実施例1のオリジナル群遅延特性を示すグラフである。3 is a graph showing original group delay characteristics of Example 1. 実施例1のオリジナル反射率特性を示すグラフである。4 is a graph showing original reflectance characteristics of Example 1. 実施例1のオリジナル導波路の幅分布を示すグラフである。6 is a graph showing the width distribution of the original waveguide of Example 1. 実施例1のオリジナル等価屈折率の分布を示すグラフである。6 is a graph showing the distribution of the original equivalent refractive index of Example 1. 図8の一部拡大を示すグラフである。It is a graph which shows the partial expansion of FIG. 実施例1のΔz=0.2λで平均化した規格化等価屈折率分布(一部)を示すグラフである。Is a graph showing the averaged normalized equivalent refractive index distribution in Delta] z = 0.2? 0 of Example 1 (part). 実施例1のΔz=0.2λで平均化した場合のポテンシャル分布(一部)を示すグラフである。Is a graph showing a potential distribution (part) when averaged over Delta] z = 0.2? 0 of Example 1. 実施例1のΔz=0.2λで平均化した場合の導波路の幅分布を示すグラフである。Is a graph showing the width distribution of the waveguide when averaged over Delta] z = 0.2? 0 of Example 1. 実施例1のΔz=0.2λで平均化した場合の群遅延特性(一部)を示すグラフである。Is a graph showing the group delay characteristics (part) when averaged over Delta] z = 0.2? 0 of Example 1. 実施例1のΔz=0.2λで平均化した場合の反射率特性(一部)を示すグラフである。Is a graph showing reflectance characteristics (a part) in the case of averaging by Delta] z = 0.2? 0 of Example 1. 40G/sのNRZ初期パルスのアイパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the eye pattern of NRZ initial stage pulse of 40 G / s. 80kmのDSFを通過した後の40G/sパルスのアイパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the eye pattern of 40 G / s pulse after passing 80 km DSF. オリジナル補償器を通過した後の40G/sパルスのアイパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the eye pattern of 40 G / s pulse after passing an original compensator. 実施例1のΔz=0.2λで平均化した補償器を通過した後の40G/sパルスのアイパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the eye pattern of 40 G / s pulse after passing through the compensator averaged by (DELTA) z = 0.2 (lambda) 0 of Example 1. FIG. 実施例2のΔz=0.3λで平均化した規格化等価屈折率分布(一部)を示すグラフである。It is a graph showing the averaged normalized equivalent refractive index distribution in Δz = 0.3λ 0 Example 2 (part). 実施例2のΔz=0.3λで平均化した場合のポテンシャル分布(一部)を示すグラフである。It is a graph showing a potential distribution (part) when averaged over Δz = 0.3λ 0 Example 2. 実施例2のΔz=0.3λで平均化した場合の導波路の幅分布を示すグラフである。Is a graph showing the width distribution of the waveguide when averaged over Δz = 0.3λ 0 Example 2. 実施例2のΔz=0.3λで平均化した場合の群遅延特性(一部)を示すグラフである。It is a graph showing the group delay characteristics (part) when averaged over Δz = 0.3λ 0 Example 2. 実施例2のΔz=0.3λで平均化した場合の反射率特性(一部)を示すグラフである。It is a graph showing reflectance characteristics (a part) in the case of averaging by Δz = 0.3λ 0 Example 2. 実施例2のΔz=0.3λで平均化した補償器を通過した後の40G/sパルスのアイパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the eye pattern of 40 G / s pulse after passing through the compensator averaged by (DELTA) z = 0.3 (lambda) 0 of Example 2. FIG. 実施例3のΔz=0.4λで平均化した規格化等価屈折率分布(一部)を示すグラフである。It is a graph showing the averaged normalized equivalent refractive index distribution in Δz = 0.4λ 0 Example 3 (part). 実施例3のΔz=0.4λで平均化した場合のポテンシャル分布(一部)を示すグラフである。It is a graph showing a potential distribution (part) when averaged over Δz = 0.4λ 0 Example 3. 実施例3のΔz=0.4λで平均化した場合の導波路の幅分布を示すグラフである。Is a graph showing the width distribution of the waveguide when averaged over Δz = 0.4λ 0 Example 3. 実施例3のΔz=0.4λで平均化した場合の群遅延特性(一部)を示すグラフである。It is a graph showing the group delay characteristics (part) when averaged over Δz = 0.4λ 0 Example 3. 実施例3のΔz=0.4λで平均化した場合の反射率特性(一部)を示すグラフである。It is a graph showing reflectance characteristics (a part) in the case of averaging by Δz = 0.4λ 0 Example 3. 実施例3のΔz=0.4λで平均化した補償器を通過した後の40G/sパルスのアイパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the eye pattern of the 40 G / s pulse after passing the compensator averaged by (DELTA) z = 0.4 (lambda) 0 of Example 3. FIG. 実施例4のΔz=0.6λで平均化した規格化等価屈折率分布(一部)を示すグラフである。It is a graph showing the averaged normalized equivalent refractive index distribution in Δz = 0.6λ 0 Example 4 (part). 実施例4のΔz=0.6λで平均化した場合のポテンシャル分布(一部)を示すグラフである。It is a graph which shows potential distribution (a part) at the time of averaging by (DELTA) z = 0.6 (lambda) 0 of Example 4. FIG. 実施例4のΔz=0.6λで平均化した場合の導波路の幅分布を示すグラフである。Is a graph showing the width distribution of the waveguide when averaged over Δz = 0.6λ 0 Example 4. 実施例4のΔz=0.6λで平均化した場合の群遅延特性(一部)を示すグラフである。It is a graph showing the group delay characteristics (part) when averaged over Δz = 0.6λ 0 Example 4. 実施例4のΔz=0.6λで平均化した場合の反射率特性(一部)を示すグラフである。It is a graph which shows the reflectance characteristic (partial) at the time of averaging by (DELTA) z = 0.6 (lambda) 0 of Example 4. FIG. 実施例4のΔz=0.6λで平均化した補償器を通過した後の40G/sパルスのアイパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the eye pattern of 40 G / s pulse after passing the compensator averaged by (DELTA) z = 0.6 (lambda) 0 of Example 4. FIG. 実施例5のΔz=0.9λで平均化した規格化等価屈折率分布(一部)を示すグラフである。It is a graph showing the averaged normalized equivalent refractive index distribution in Δz = 0.9λ 0 Example 5 (part). 実施例5のΔz=0.9λで平均化した場合のポテンシャル分布(一部)を示すグラフである。It is a graph showing a potential distribution (part) when averaged over Δz = 0.9λ 0 Example 5. 実施例5のΔz=0.9λで平均化した場合の導波路の幅分布を示すグラフである。Is a graph showing the width distribution of the waveguide when averaged over Δz = 0.9λ 0 Example 5. 実施例5のΔz=0.9λで平均化した場合の群遅延特性(一部)を示すグラフである。It is a graph showing the group delay characteristics (part) when averaged over Δz = 0.9λ 0 Example 5. 実施例5のΔz=0.9λで平均化した場合の反射率特性(一部)を示すグラフである。It is a graph showing reflectance characteristics (a part) in the case of averaging by Δz = 0.9λ 0 Example 5. 実施例5のΔz=0.9λで平均化した補償器を通過した後の40G/sパルスのアイパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the eye pattern of 40 G / s pulse after passing through the compensator averaged by (DELTA) z = 0.9 (lambda) 0 of Example 5. FIG. 比較例1のΔz=0.5λで平均化した規格化等価屈折率分布(一部)を示すグラフである。It averaged normalized equivalent refractive index distribution in Delta] z = 0.5 [lambda 0 of Comparative Example 1 is a graph showing (a part). 比較例1のΔz=0.5λで平均化した場合のポテンシャル分布(一部)を示すグラフである。Potential distribution when averaged over Delta] z = 0.5 [lambda 0 of Comparative Example 1 is a graph showing (a part). 比較例1のΔz=0.5λで平均化した場合の導波路の幅分布を示すグラフである。Is a graph showing the width distribution of the waveguide when averaged over Delta] z = 0.5 [lambda 0 of Comparative Example 1. 比較例1のΔz=0.5λで平均化した場合の反射率特性(一部)を示すグラフである。Reflectance characteristic when averaged over Delta] z = 0.5 [lambda 0 of Comparative Example 1 is a graph showing (a part). 実施例のオリジナルポテンシャル分布を示すグラフである。10 is a graph showing an original potential distribution of Example 6 . 実施例のオリジナル群遅延特性を示すグラフである。10 is a graph showing original group delay characteristics of Example 6 . 実施例のオリジナル反射率特性を示すグラフである。10 is a graph showing original reflectance characteristics of Example 6 . 実施例のオリジナル導波路の幅分布を示すグラフである。10 is a graph showing the width distribution of the original waveguide of Example 6 . 実施例のオリジナル等価屈折率の分布を示すグラフである。10 is a graph showing an original equivalent refractive index distribution of Example 6 . 図51の一部拡大を示すグラフである。It is a graph which shows the partial expansion of FIG. 実施例のΔz=0.3λで平均化した規格化等価屈折率分布(一部)を示すグラフである。It is a graph showing the averaged normalized equivalent refractive index distribution in Δz = 0.3λ 0 Example 6 (part). 実施例のΔz=0.3λで平均化した場合のポテンシャル分布(一部)を示すグラフである。It is a graph which shows potential distribution (a part) at the time of averaging by (DELTA) z = 0.3 (lambda) 0 of Example 6. FIG. 実施例のΔz=0.3λで平均化した場合の導波路の幅分布を示すグラフである。It is a graph which shows the width distribution of the waveguide at the time of averaging by (DELTA) z = 0.3 (lambda) 0 of Example 6. FIG. 実施例のΔz=0.3λで平均化した場合の群遅延特性(一部)を示すグラフである。It is a graph showing the group delay characteristics (part) when averaged over Δz = 0.3λ 0 Example 6. 実施例のΔz=0.3λで平均化した場合の反射率特性(一部)を示すグラフである。It is a graph which shows the reflectance characteristic at the time of averaging by (DELTA) z = 0.3 (lambda) 0 of Example 6. FIG. 10G/sのNRZ初期パルスのアイパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the eye pattern of a NRZ initial pulse of 10 G / s. 100kmのS−SMFを通過した後の10G/sパルスのアイパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the eye pattern of a 10 G / s pulse after passing S-SMF of 100 km. オリジナル補償器を通過した後の10G/sパルスのアイパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the eye pattern of 10 G / s pulse after passing an original compensator. 実施例のΔz=0.3λで平均化した補償器を通過した後の10G/sパルスのアイパターンを示すグラフである。It is a graph which shows the eye pattern of 10 G / s pulse after passing through the compensator averaged by (DELTA) z = 0.3 (lambda) 0 of Example 6. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10…NPWG(非均一平面導波路)、11…コア、12…クラッド、13…始端、14…先端、15…サーキュレータ、16…無反射終端、20…分散補償デバイス。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... NPWG (non-uniform planar waveguide), 11 ... core, 12 ... cladding, 13 ... start end, 14 ... tip, 15 ... circulator, 16 ... non-reflection end, 20 ... dispersion compensation device.

Claims (4)

クラッドに埋め込められたコアの物理的寸法を変えることによりコアの等価屈折率が光伝搬方向に不均一に変化する光導波路で構成される光デバイスの設計方法であって、
得ようとする光デバイスが示す反射スペクトルデータに基づいて導波路の物理的寸法を設計し、前記物理的寸法の分布を求める第1の寸法導出工程と、
導波路の作製精度に基づいて光伝搬方向の平均化区間幅を求め、前記物理的寸法の分布を前記区間幅ごとに平均化する平均化工程と、
を有し、
前記第1の寸法導出工程では、前記反射スペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題としてZakharov−Shabat方程式を解くことによって、前記反射スペクトルデータを実現するためのポテンシャル関数を求める設計法によって前記物理的寸法の分布を求め、
前記平均化区間幅は、デバイスで使用する中心波長において信号が導波路中で伝搬する1波長の長さの0.2〜0.4倍、もしくは(0.1+0.5j〜0.4+0.5j)倍(ただし、jは1以上の整数)の範囲内にすることを特徴とする光デバイスの設計方法。
An optical device design method comprising an optical waveguide in which the equivalent refractive index of the core varies nonuniformly in the light propagation direction by changing the physical dimensions of the core embedded in the cladding,
Designing a physical dimension of a waveguide based on reflection spectrum data indicated by an optical device to be obtained, and obtaining a distribution of the physical dimension;
An average step of obtaining an average section width in the light propagation direction based on the fabrication accuracy of the waveguide, and averaging the distribution of the physical dimensions for each section width;
I have a,
In the first dimension deriving step, by solving a Zakharov-Shabat equation as an inverse scattering problem that numerically derives a potential function from the reflection spectrum data, a design method for obtaining a potential function for realizing the reflection spectrum data is used. Obtaining a distribution of the physical dimensions;
The averaging interval width is 0.2 to 0.4 times the length of one wavelength at which the signal propagates in the waveguide at the center wavelength used in the device, or (0.1 + 0.5j to 0.4 + 0.5j). ) A method for designing an optical device, wherein j is in a range (where j is an integer of 1 or more) .
前記設計方法によって設計された光導波路は、前記光伝搬方向の区間幅の範囲内で前記コアの物理的寸法が一様となることを特徴とする請求項1に記載の光デバイスの設計方法。   The optical device design method according to claim 1, wherein the optical waveguide designed by the design method has a uniform physical dimension of the core within a range of a section width in the light propagation direction. 前記コアの物理的寸法がコアの幅であり、前記光導波路は、コアの幅が光伝搬方向に不均一に分布する平面光導波路であることを特徴とする請求項1または2に記載の光デバイスの設計方法。 3. The light according to claim 1, wherein the physical dimension of the core is a width of the core, and the optical waveguide is a planar optical waveguide in which the width of the core is unevenly distributed in the light propagation direction. How to design the device. 前記Zakharov−Shabat方程式は、前記光導波路の前方および後方に伝搬する電力波振幅なる変数を導入した波動方程式から帰着され、導波路の等価屈折率の対数の微分から導かれるポテンシャル関数を有するZakharov−Shabat方程式であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光デバイスの設計方法。 The Zakharov-Shabat equation is derived from a wave equation that introduces a variable of power wave amplitude propagating forward and backward of the optical waveguide, and has a potential function derived from a logarithmic derivative of the equivalent refractive index of the waveguide. The optical device design method according to claim 1, wherein the method is a Shabat equation.
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