JP7846419B2

JP7846419B2 - 利得等化器

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Publication number: JP7846419B2
Application number: JP2024541306A
Authority: JP
Inventors: 祥江森本; 賢哉鈴木; 慶太山口
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2022-08-15
Filing date: 2022-08-15
Publication date: 2026-04-15
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Description

本発明は、偏波無依存光導波路回路により構成される利得等化器に関する。

インターネットを代表とするデータ通信の爆発的な増加を背景に、光通信ネットワークが急速に発展している。なかでも、１本の光ファイバ心線に多くの波長信号を伝送できる光波長多重通信（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）技術は、光通信の大容量化を実現する手段として重要視されている。ＷＤＭ技術の実現には、波長合分波素子、光増幅器などが重要な役割を果たす。特に１００ｋｍ以上の長距離の伝送にＷＤＭ技術を適用するには、光増幅器を伝送ファイバ中に一定間隔で配置する必要があり、その利得スペクトルの波長依存性は、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ：Optical Signal-to―Noise Ratio）に大きく影響する。利得スペクトルの平坦化のために、例えば、非特許文献１に開示されている利得等化器が提案されている。

ところで、光通信ネットワークで必要とされる各種の光機能回路を実現する手段にはいくつかの手法がある。例えば、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）と呼ばれる、シリコン基板上に石英系材料からなる光導波路を形成する方法が、多機能性、量産性と低価格性を兼ね備えた方法として広く利用されている。

石英系ガラス導波路を用いた光回路は、光通信で利用される光ファイバと同じ材料を用いているため、低損失の光導波路を実現できるという特徴を有している。また、平面基板上に導波路を形成するため、さまざまな機能要素を組み合わせることが容易であり、複雑な光回路を再現性良く作製できる特徴を有する。これらの技術を利用して作製された、波長合分波素子、光スイッチなどは、光ネットワークを構築する上ではなくてはならない構成要素である。

非特許文献１に開示された利得等化器は、マッハツェンダ干渉計を多段に接続した構成であるために、損失が大きいという欠点を有する。これは、各段のマッハツェンダ干渉計において、接続されていない出力ポートに光信号が捨てられてしまうという本質的な原因に基づいている。一方、非特許文献２には、ラティス回路と呼ばれる構成の利得等化器が開示されている。

ラティス型光回路による利得等化器は、Ｎ個の方向性結合器とそれらに挟まれた２本の導波路からなるＮ－１個のアーム導波路により構成される。また、アーム導波路のいずれか一方の導波路に熱を加えることにより、熱光学効果による屈折率変化を利用した位相シフタにより、導波路を伝搬する光の位相を制御する。前段の方向性結合器のアーム導波路を構成する２本の導波路を伝搬する光信号の位相差を調整することにより、後段の方向性結合器における干渉状態を調整して、伝搬する光の波長に対する透過スペクトルを制御する。

図１に、従来のラティス型光回路における利得等化スペクトル例を示す。横軸は光の波長、縦軸は利得等化器の光強度透過率を表している。利得等化器に必要とされる波長範囲をΔλ_１（図１においては１５２５～１５７０ｎｍ）とする。Δλ_１内での光強度の最小透過率をＬｏｓｓ_ｍａｘ（図１においては－９ｄＢ）、最大透過率をＬｏｓｓ_ｍｉｎ（図１においては－０．３４ｄＢ）とする。Ｌｏｓｓ_ｍａｘとＬｏｓｓ_ｍｉｎの差を、透過減衰量と呼ぶこととする。所望のスペクトル形状は、Δλ_１内でのみ維持されていればよく、それ以外の波長範囲におけるスペクトル形状は問わない。図１に示すスペクトル形状のほかに、例えば、Δλ_１内で透過率が波長に対して線形に変化するようなスペクトルを実現すれば、その利得等化器はチルトイコライザとして動作する。この場合も、各アーム導波路における位相シフト量を調整することにより、スペクトル形状の傾き（ｄＢ／ｎｍ）を制御する。

しかしながら、ラティス型光回路により構成される利得等化器においては、光回路内を伝搬する光の偏波方向ごとに干渉状態が異なるとき、ラティス型光回路より最終的に出力される透過スペクトルに偏波依存性が発生することが問題となる。透過スペクトルの偏波依存性は、光回路の回路特性としてみたときに偏波依存損失（ＰＤＬ：Polarization Dependent Loss）として現れる。特に、段数が大きいラティス型光回路においては、１つのアーム導波路で生じたＰＤＬがラティスの段を経るごとに増幅されるため、ラティス型光回路全体でのＰＤＬは大きくなる。

ＰＤＬは、光導波路内に複屈折が存在し、伝搬する光信号の偏波によって実効屈折率に差がある場合に生じる。ここで、光導波路の複屈折Δｎ_ｅｆｆを（１）式で定義する。

ここで、ｎ_ｙはＹ方向の実効屈折率、ｎ_ｘはＸ方向の実効屈折率である。（Ｙ方向の実効屈折率）＞（Ｘ方向の実効屈折率）の場合、複屈折Δｎ_ｅｆｆは正の値となり、（Ｙ方向の実効屈折率）＜（Ｘ方向の実効屈折率）の場合、複屈折Δｎ_ｅｆｆは負の値となる。Δｎ_ｅｆｆが０ではない光導波路内では、基板面に垂直な電界成分を有するＴＭモードと、水平方向に電界成分を有するＴＥモードと呼ばれる直交する２つの偏波モードが伝搬する。

ラティス型光回路による利得等化器では、複数の方向性結合器のアーム導波路において、熱光学効果を利用して位相シフタを制御し、最終的に出力される波長スペクトルを制御する。Ｎ個の方向性結合器とそれらに挟まれた２本の導波路からなるＮ－１個のアーム導波路により構成される、（Ｎ－１）段ラティス型光回路の、ｉ個目のアーム導波路において、上側アーム導波路と下側アーム導波路の間に生じる位相差Θ_ｉは、（２）式で表される。

ここで、λは光の波長、ｎ_ｅｆｆは光導波路の実効屈折率、ΔＬ_ｉはｉ個目のアーム導波路における上側アーム導波路と下側アーム導波路の長さの差、φ_ｉはｉ個目のアーム導波路において位相シフタの制御によってアーム導波路間に加えられる位相差である。ラティス型光回路によって利得等化器を構成するには、各アーム導波路間に加えられる位相差φ_ｉを適切に制御することによって、所望の利得等化スペクトルを得る。

このとき、光導波路に複屈折が存在し、ＴＥモードの実効屈折率と、ＴＭモードの実効屈折率が互いに異なる場合、（２）式で表される位相差が偏波モードによって異なるので、後段の方向性結合器における干渉状態が偏波モードによって異なり、ＰＤＬが生じる。

一方で、マッハツェンダ干渉計においては、アーム導波路間で非対称に偏波が回転することでも偏波依存性を発生する。光導波路における偏波回転は、一般に偏波保持ファイバで知られているように、有限の複屈折により抑制される。従って、（１）式で表される複屈折の絶対値を小さくし、複屈折のみを起因とする干渉状態の相違を解消したとしても、偏波回転の影響によって、やはり偏波依存性を発生する。

このように、従来のラティス型光回路による利得等化器では、偏波依存損失（ＰＤＬ）を解消しきれないことが問題であった。

K. Suzuki, T. Kitoh, S. Suzuki, Y. Inoue, Y. Hbbino, T. Shibata, A. Mori, and M. Shimizu, "Ultra wide range dynamic gain equalizer with high contrast silica planar lightwave circuit," in Integrated Photonics Research, A. Sawchuk, ed., Vol. 78 of OSA Trends in Optics and Photonics (Optical Society of America, 2002), paper IThG2. T. R. Schlipf, M. W. Street, J. Pandavenes, R. McBride, and D. R. S. Cumming, "Design and Analysis of a Control System for an Optical Delay-Line Circuit Used as Reconfigurable Gain Equalizer," Journal of Lightwave Technology, Vol. 21, Issue 9, pp. 1944 (2003).

本発明の目的は、偏波依存損失の小さなラティス型光回路による利得等化器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、一実施態様は、基板上に形成された２Ｍ（Ｍは１以上の整数）個の光導波路回路であって、利得等化スペクトルが同一の光導波路回路を一対とするＭ対の光導波路回路と、一対の光導波路回路の一方の入出力導波路どうしを接続する折返し接続構造であって、伝搬する光の偏波方向を９０度回転させる折返し接続構造とを備えたことを特徴とする。

図１は、従来のラティス型光回路における利得等化スペクトル例を示す図、図２は、本発明の第１の実施形態にかかる利得等化器の構成を示す図、図３は、第１の実施形態の利得等化器の折返し接続構造の第１の例を示す図、図４は、第１の実施形態の利得等化器の折返し接続構造の第２の例を示す図、図５は、第１の実施形態の利得等化器の折返し接続構造の第３の例を示す図、図６は、本発明の第２の実施形態にかかる利得等化器の構成を示す図、図７は、第２の実施形態の利得等化器の折返し接続構造の第１の例を示す図、図８は、第２の実施形態の利得等化器の折返し接続構造の第２の例を示す図、図９は、第２の実施形態の利得等化器の折返し接続構造の第３の例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
（構成）
図２に、本発明の第１の実施形態にかかる利得等化器の構成を示す。利得等化器１０は、ＰＬＣで構成され、基板上に形成された光導波路回路の構成を上面から透視した回路構成を示している。利得等化器１０は、偶数個のラティス型光回路（ここでは、第１のラティス型光回路１１と第２のラティス型光回路２１）と、一対のラティス型光回路の一方の入出力導波路どうしを接続する折返し接続構造３１によって構成される。

第１のラティス型光回路１１には、第１の入出力導波路１１１と、複数の光方向性結合器１１３－１～１１３－Ｎおよびアーム導波路１１４－１～１１４－（Ｎ－１）と、第２の入出力導波路１１２とから構成される（Ｎは３以上の整数）。光方向性結合器１１３－１～１１３－Ｎは、２入力２出力の光合分流回路であれば、どのような光回路素子であってもよい。アーム導波路１１４－１～１１４－（Ｎ－１）は、２つの光方向性結合器の間を接続する２本の導波路から構成されており、そのうち少なくとも一方の導波路には位相シフタ１１５－１～１１５－（Ｎ－１）が装荷される。第１の入出力導波路１１１から入力された光信号は、光方向性結合器１１３－１～１１３－Ｎ、アーム導波路１１４－１～１１４－（Ｎ－１）を順番に通過し、第２の入出力導波路１１２から出力される。

第２のラティス型光回路１２は、第１のラティス型光回路１１と同一の設計であり、同様に、第１の入出力導波路２１１と、複数の光方向性結合器２１３－１～２１３－Ｎおよびアーム導波路２１４－１～２１４－（Ｎ－１）と、第２の入出力導波路２１２とから構成され、位相シフタ２１５－１～２１５－（Ｎ－１）を備えている。

位相シフタ１１５－１～１１５－（Ｎ－１）、２１５－１～２１５－（Ｎ－１）は、そこを通過した光信号の位相を制御する機能を有する。位相シフタとしては、通過した光信号の位相を制御できれば原理は問わないが、例えば、ヒータで発生する熱と熱光学効果を利用した熱光学位相シフタが挙げられる。

第１のラティス型光回路１１の第２の入出力導波路１１２と、第２のラティス型光回路２１の第２の入出力導波路２１２とは、折返し接続構造３１によって接続されている。この構造により、第１のラティス型光回路１１内を伝搬し、第２の入出力導波路１１２から出力された光は、第２の入出力導波路２１２を介して第２のラティス型光回路へと入力される。折返し接続構造３１は、伝搬する光の偏波方向を９０度回転させる機能を有する。そのような機能を実現するための折返し接続構造３１の具体的例については後述する。

（動作原理）
利得等化器１０に光信号を入力すると、第１の入出力導波路１１１を介して第１のラティス型光回路１１に光が入力される。入力された光信号は、位相シフタ１１５－１～１１５－（Ｎ－１）における位相変調量によって決定される利得等化スペクトルに応じた利得等化を受けたのちに、第２の入出力導波路１１２から出力される。このとき、第１のラティス型光回路１１内で発生するＰＤＬによって利得等化スペクトルが光の偏波方向に依存して異なるため、第２の入出力導波路１１２からの出力光のスペクトルは、偏波依存性を有している。

第２の入出力導波路１１２からの出力光は、折返し接続構造３１を伝搬したのちに、第２の入出力導波路２１２へと入力される。このとき、折返し接続構造３１は、伝搬する光の偏波方向を９０度回転させる機能を有しているため、光導波路のＴＥモードとＴＭモードが互いに変換された状態で、第２の入出力導波路２１２へと入力されることになる。

第２の入出力導波路２１２を介して第２のラティス型光回路２１に入力された光は、位相シフタ２１５－１～２１５－（Ｎ－１）における位相変調量によって決定される利得等化スペクトルに応じた利得等化を受けたのちに、第１の入出力導波路２１１から出力される。このとき、第１のラティス型光回路１１の位相シフタ１１５－１～１１５－（Ｎ－１）における位相変調条件と、第２のラティス型光回路２１の位相シフタ２１５－１～２１５－（Ｎ－１）における位相変調条件とは、同一であることが望ましい。すなわち、第１のラティス型光回路１１の利得等化スペクトルと、第２のラティス型光回路２１の利得等化スペクトルとは、同一であることが望ましい。

利得等化器１０において、入力された光信号は、同一設計、同一位相変調条件である、第１のラティス型光回路１１と第２のラティス型光回路２１とを透過する。第１のラティス型光回路１１を透過する時にＴＥモードであった光は、折返し接続構造３１において９０度の偏波回転を受け、ＴＭモードとして第２のラティス型光回路２１を透過する。そのため、第１のラティス型光回路において発生したＰＤＬは、第２のラティス型光回路において発生するＰＤＬと相殺される。全体として、ＰＤＬの小さな利得等化器を実現することができる。

偶数（２Ｍ：Ｍは１以上の整数）個のラティス型光回路を含む場合は、利得等化スペクトルが同一のラティス型光回路を一対とし、一対のラティス型光回路の第２の入出力導波路どうしを折返し接続構造により接続する。さらに、Ｍ対のラティス型光回路の第１の入出力導波路を縦続接続した構成とすればよい。すなわち、偶数番目のラティス型光回路の第１の入出力導波路と奇数番目のラティス型光回路の第１の入出力導波路とを接続して、１番目のラティス型光回路の第１の入出力導波路から２Ｍ番目のラティス型光回路の第１の入出力導波路までを１つの利得等化器とする。

（折返し接続構造）
図３に、第１の実施形態の利得等化器の折返し接続構造の第１の例を示す。図３（ａ）は、上面から透視した回路構成を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）のIIIb-IIIb’の断面を示す。折返し接続構造３１は、第１のラティス型光回路１１の第２の入出力導波路１１２と、第２のラティス型光回路１２の第２の入出力導波路２１２との間を、光導波路３１１によって接続している。この間の光導波路３１１の一部において、基板平面に対して片側の脇に、光導波路の一部に沿って溝３１２が形成されている。

図３（ｂ）に示すように、基板３１１１の上に形成された光導波路のクラッド３１１２の中に、光導波路コア３１１３が埋め込まれている。光導波路のクラッド層、コア層の形成方法は、均一かつ平滑な層を形成できれば方法は問わないが、たとえば火炎堆積法、化学気相蒸着（ＣＶＤ：Chemical vapor deposition）法、スパッタリング法などが挙げられる。

通常、石英系の光導波路回路において、光導波路の構造に起因する構造複屈折がゼロである場合にも、基板材料、クラッド材料、コア材料の熱膨張係数が互いに異なることにより、基板水平方向の圧縮応力がコアに作用するため、応力複屈折が生じる。特に、光導波路のクラッド層またはコア層の形成の際に火炎堆積法等を用いた場合、光導波路の作製中に高温過程が含まれるため、室温状態での圧縮応力が大きく、複屈折の増大が大きい。このように、石英系の光導波路のコアには、基板垂直方向あるいは基板水平方向を主軸とした複屈折が生じている。

複屈折が生じている光導波路に対し、コアに沿ってその片脇のクラッド部に溝を形成すると、光導波路コアに対して非対称な応力が加わり、複屈折の主軸が傾く。応力のかかり方は、導波路コアから溝までの距離に依存しており、この距離を調整することにより、複屈折の主軸の傾き度合いを変化させることができる。

このような主軸が傾いている複屈折物体を直線偏波が透過する場合、入力光の偏波方向と複屈折物体の主軸のなす角θ、複屈折の大きさΔｎ_ｅｆｆ、複屈折物体中の伝搬距離Ｌに依存して、複屈折物体中を伝搬する光の偏波状態が変化する。これらの関係が（３）式を満たすとき、入力直線偏波に対して偏波方向が２θ回転した直線偏波を出力する。

ここで、ｋは入力光の波数である。この特性を利用し、θ、Δｎ_ｅｆｆ、Ｌをそれぞれ調整することにより、入力直線偏波に対して、所望の偏波回転量をもたらすことができる。

折返し接続構造３１の第１の例においても、光導波路３１１の一部の領域に対し、コアの片脇のクラッド部に溝３１２を形成することにより、この領域の光導波路３１１－２に対して、透過光の偏波を回転させることができる。光導波路３１１から溝３１２までの距離を調整することにより、光導波路３１１－２における偏波回転量を調整することができ、偏波回転量を９０度に調整することもできる。溝３１２が形成された領域を通過する前の光導波路３１１－１においてＴＥモードであった光は、光導波路３１１－２を伝搬中に９０度前後の偏波回転を受け、この領域を通過した後の光導波路３１１－３においてＴＭモードに変換される。従って、入出力導波路１１２から折返し接続構造３１に入力した光は、偏波方向が９０度前後回転した状態で、入出力導波路２１２から出力される。なお、偏波回転量を９０度にすることが好適であるが、製造誤差などを考慮すると、９０度前後回転させることができれば、偏波依存損失を実運用の上で十分小さくすることができる。

図４に、第１の実施形態の利得等化器の折返し接続構造の第２の例を示す。折返し接続構造３１は、第１のラティス型光回路１１の第２の入出力導波路１１２と、第２のラティス型光回路１２の第２の入出力導波路２１２との間を、光導波路３１１によって接続している。光導波路３１１は、経路上の少なくとも一ヶ所に、波長板３１４が挿入されている。波長板としては、主軸と遅軸の位相差をπずらす１／２波長板が有力である。１／２波長板を、その主軸が、光導波路３１１の基板面に対して４５°となるよう傾けて設置することにより、光導波路３１１を伝搬する光の偏波方向が９０度回転する。このように、入出力導波路１１２から折返し接続構造３１に入力した光は、偏波方向が９０度回転した状態で、入出力導波路２１２から出力される。

図５に、第１の実施形態の利得等化器の折返し接続構造の第３の例を示す。第１のラティス型光回路１１の第２の入出力導波路１１２と、第２のラティス型光回路１２の第２の入出力導波路２１２とは、ＰＬＣの基板端面まで形成されており、それぞれの導波路端面の間を偏波保持ファイバ３１５によって接続している。偏波保持ファイバ３１５は、ファイバ中を伝搬する光の偏波状態を維持する。

第２の入出力導波路１１２と偏波保持ファイバ３１５の接続点を接続点３１６、第２の入出力導波路２１２と偏波保持ファイバ３１５の接続部を接続点３１７とする。接続点３１６における偏波保持ファイバ３１５の主軸方向と、接続点３１７における偏波保持ファイバ３１５の主軸方向は、互いに９０°前後異なるように、偏波保持ファイバ３１５が接続されている。これにより、入出力導波路１１２においてＴＥモードであった光は、偏波保持ファイバ３１５を伝搬後、ＴＭモードとして入出力導波路２１２に入力される。このように、入出力導波路１１２から折返し接続構造３１に入力した光は、偏波方向が９０°前後回転した状態で、入出力導波路２１２から出力される。

第１の実施形態にかかる利得等化器１０によれば、折返し接続構造３１の第１～第３の例のいずれかの構造によって、ラティス型光回路によって構成される利得等化器のＰＤＬを解消することができる。

［第２の実施形態］
図６に、本発明の第２の実施形態にかかる利得等化器の構成を示す。利得等化器６０は、ラティス型光回路６１、入出力分離機構６２、光折返し部６３から構成される。ラティス型光回路６１および光折返し部６３は、ＰＬＣで構成され、基板上に形成された光導波路回路の構成を上面から透視した回路構成を示している。ラティス型光回路６１は、第１の実施形態における第１のラティス型光回路１１と同一の構成であるので、説明を省略する。

上述したように、位相シフタ６１５－１～６１５－（Ｎ－１）としては、通過した光信号の位相を制御できれば原理は問わないが、たとえば、ヒータで発生する熱と熱光学効果を利用した熱光学位相シフタが挙げられる。熱光学位相シフタの場合、ヒータに加える電流量によって発生する熱を制御し、それに伴う屈折率変化および位相変調量を制御する。加えたい位相変調量が大きいほど、大きな駆動電流量が必要となる。

光折返し部６３は、ラティス型光回路６１と一体化していてもよいし、光ファイバ等を介して外部接続されてもよい。光折返し部６３の入出力ポート６３１から入力された光が、再び入出力ポート６３１から出力されれば、光折返し部６３の構造は問わない。

第２の実施形態の光折返し部６３は、２入力２出力の光合分流回路である光方向性結合器６３２と、光方向性結合器６３２の２つの出力ポート同士を接続する折返し接続構造６３３により構成されている。入出力ポート６３１から入力された光は、光方向性結合器６３２において強度５０％ずつに分離される。分離された光は、折返し接続構造６３３において互いに逆方向に進行し、再び光方向性結合器６３２において干渉し、１００％の光強度の光が、入出力ポート６３１から出力される。

図７～９に、第２の実施形態の利得等化器の折返し接続構造の第１～第３の例を示す。折返し接続構造６３３は、伝搬する光の偏波方向を９０°前後回転させる機能を有する。図７～９に示す折返し接続構造６３３の第１～第３の例の構成は、図３～５に示した折返し接続構造３１の第１～第３の例の構成と同じである。

図７に示した折返し接続構造６３３は、折り返し光導波路６３４の一部において、基板平面に対して片側の脇に、折り返し光導波路の一部に沿って溝６３５が形成されている。溝６３５は、光方向性結合器６３２の２つの出力ポートからの経路長が、ほぼ等距離の位置に形成される必要がある。

図８に示した折返し接続構造６３３は、折り返し光導波路６３４の経路上の少なくとも一ヶ所に、波長板６３６が挿入されている。半波長板６３６は、光方向性結合器６３２の２つの出力ポートからの経路長が、ほぼ等距離の位置に具備される必要がある。

図９に示した折返し接続構造６３３は、方向性結合器６３２の２つの出力ポートが、光折返し部６３のＰＬＣの基板端面まで形成されており、それぞれの導波路端面の間を偏波保持ファイバ６３７によって接続している。

入出力分離機構６２は、ラティス型光回路６１と一体化していてもよいし、光ファイバ等を介して外部接続されてもよい。入出力分離機構６２には、ポート６２１～６２３が存在する。ポート６２１からの入力光はポート６２２より出力され、ポート６２２からの入力光はポート６２３より出力される。入出力分離機構６２の例として、ラティス型光回路６１と一体化している場合は、３ｄＢカプラ、波長無依存カプラ等があり、外部接続される場合は、光サーキュレータ等がある。

（動作原理）
以上の構成により、第２の実施形態にかかる利得等化器の動作を説明する。利得等化器６０のポート６２１に光信号を入力すると、入出力分離機構６２に入力され、ポート６２２から出力される。ポート６２２から出力された光は、入力導波路６１１を介してラティス型光回路６１に入力される。

ラティス型光回路６１に入力された光信号は、位相シフタ６１５－１～６１５－（Ｎ－１）における位相変調量によって決定される利得等化スペクトルに応じた利得等化を受けたのちに、出力導波路６１２から出力される。出力導波路６１２からの出力光は、光折返し部６３によって伝搬方向が逆向きに変換され、再び出力導波路６１２を介してラティス型光回路６１に入力される。

光信号は、ラティス型光回路６１内を、１度目のラティス型光回路の通過時とは逆方向に伝搬し、入力導波路６１１から出力される。ラティス型光回路６１からの出力光は、ポート６２２を介して入出力分離機構６２に入力され、ポート６２３から出力される。

第２の実施形態の利得等化器６０では、入力された光信号はラティス型光回路６１を順方向と逆方向とで２度通過する。すなわち、往復動作をする。光の逆進の原理により、ラティス型光回路６１に対して光信号を入力導波路６１１から入力して出力導波路６１２から出力する場合と、ラティス型光回路６１に対して光信号を出力導波路６１２から入力して入力導波路６１１から出力する場合とで、透過スペクトルは同一となる。従って、第２の実施形態のラティス型光回路６１を往復動作させた場合、１つのラティス型光回路を２回透過させる場合と同じ利得等化の効果を得ることができる。

利得等化器６０において、ラティス型光回路を往復動作させる際、往路ではＴＥモードであった光は、光折返し部６３において偏波回転を受け、復路ではＴＭモードとしてラティス型光回路を透過する。そのため、往復動作により偏波依存特性が解消され、全体として、偏波依存損失（ＰＤＬ）の小さな利得等化器を実現することができる。

（往復動作による低消費電力化）
第２の実施形態の利得等化器６０では、ラティス型光回路を往復動作させることから、各位相シフタ６１５－１～６１５－（Ｎ－１）における位相変調量を固定した場合、従来の片道動作の場合と比較して、得られる利得等化スペクトルの透過減衰量が２倍になる。換言すれば、所望の利得等化スペクトルが存在するとき、第２の実施形態の利得等化器６０は、従来の片道動作による利得等化器に比べ、ラティス型光回路１つ分の透過減衰量が半分となる。例えば、第２の実施形態の利得等化器６０を、０～８ｄＢの透過減衰量の範囲で動作させたい場合には、ラティス型光回路６１単体としては、０～４ｄＢの範囲の透過減衰量を実現できればよい。このように、ラティス型光回路６１で必要な透過減衰量の範囲を狭めることができるため、必要な位相変調量の範囲も狭まり、位相シフタの駆動電流量を低減することができる。すなわち、消費電力を低減することができる。

一例として、Ｎ＝６のラティス型光回路によってチルトイコライザを構成する場合を考える。このチルトイコライザでは、初期状態（無変調時）の利得等化スペクトルが傾き０の波形となるように、光回路を設計しているとする。スペクトル波形の傾きが０．２ｄＢ／ｎｍ（光通信波長帯のＣ帯で透過減衰量＝８ｄＢに相当）である利得等化スペクトルを出力したいとき、利得等化器６０によれば、ラティス型光回路６１単体の動作としては、スペクトル波形の傾きが０．１ｄＢ／ｎｍ（Ｃ帯で透過減衰量＝４ｄＢに相当）である利得等化動作をすればよい。このとき、従来のラティス型光回路を片道動作させただけの利得等化器と比べ、必要な消費電力をおよそ２５％削減することができる。

第２の実施形態の利得等化器６０によれば、ラティス型光回路によって構成される利得等化器のＰＤＬを抑制しながら、少ない消費電力で自由度の高い利得等化スペクトルを実現することができる利得等化器を提供することが可能である。

［その他の実施形態］
第２の実施形態の利得等化器６０は、ラティス型光回路６１、入出力分離機構６２、光折返し部６３をそれぞれ１つずつ有している。ラティス型光回路の数はこれに限られず、複数の回路が含まれても良い。例えば、ｎ個（ｎは２以上の整数）の利得等化器６０を縦続接続する場合、ｋ番目（１＜ｋ＜ｎ－１）の利得等化器の入出力分離機構の出力ポートを、ｋ＋１番目の利得等化器の入出力分離機構の入力ポートに接続する。これをｋ＝１からｋ＝ｎ－１まで繰り返し、最終的にｎ番目の利得等化器の入出力分離機構の出力ポートから出力する。各々の利得等化器６０の光折返し部６３に、第２の実施形態の構成を適用して、ｎ個の利得等化器６０が縦続接続された１つの利得等化器を構成する。この構成によれば、利得等化器のＰＤＬを抑制しながら、少ない消費電力で自由度の高い利得等化スペクトルを実現することができる。

Claims

基板上に形成された２Ｍ（Ｍは１以上の整数）個のラティス型光回路であって、利得等化スペクトルが同一のラティス型光回路を一対とするＭ対のラティス型光回路と、
一対のラティス型光回路の一方の入出力導波路どうしを接続する折返し接続構造であって、伝搬する光の偏波方向を９０度回転させる折返し接続構造と
を備えたことを特徴とする利得等化器。
前記ラティス型光回路の各々は、
第１の入出力導波路、Ｎ個（Ｎは３以上の整数）の２入力２出力の光合分流回路、前記光合分流回路の間を接続する２本の導波路からなるＮ－１個のアーム導波路、および第２の入出力導波路とから構成され、
前記アーム導波路の少なくとも一方の導波路に装荷された位相シフタを含むことを特徴とする請求項１に記載の利得等化器。
基板上に形成されたラティス型光回路であって、
入力導波路、Ｎ個（Ｎは３以上の整数）の２入力２出力の光合分流回路、前記光合分流回路の間を接続する２本の導波路からなるＮ－１個のアーム導波路、および出力導波路とから構成され、
前記アーム導波路の少なくとも一方の導波路に装荷された位相シフタを含むラティス型光回路と、
前記出力導波路から入力された光を、再び前記出力導波路へ出力する光折返し部であって、伝搬する光の偏波方向を９０度回転させる光折返し部と
を備え、前記ラティス型光回路を往復した光が前記入力導波路から出力される、ことを特徴とする利得等化器。
前記折返し接続構造は、前記一方の入出力導波路どうしを接続する光導波路と、
前記光導波路の一部において、前記基板平面に対して片側の脇に、前記光導波路の一部に沿って形成された溝と
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の利得等化器。
前記折返し接続構造は、前記一方の入出力導波路どうしを接続する光導波路と、
前記光導波路に挿入された波長板と
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の利得等化器。
前記折返し接続構造は、前記一方の入出力導波路どうしを接続する偏波保持ファイバからなることを特徴とする請求項１または２に記載の利得等化器。
前記光折返し部は、
前記出力導波路に接続された２入力２出力の第２の光合分流回路と、
前記第２の光合分流回路の２つの出力ポートを接続する折り返し光導波路と、
前記折り返し光導波路の一部において、前記基板平面に対して片側の脇に、前記折り返し光導波路の一部に沿って形成された溝と
を含むことを特徴とする請求項３に記載の利得等化器。
前記光折返し部は、
前記出力導波路に接続された２入力２出力の第２の光合分流回路と、
前記第２の光合分流回路の２つの出力ポートを接続する折り返し光導波路と、
前記折り返し光導波路に挿入された波長板と
を含むことを特徴とする請求項３に記載の利得等化器。