JPH061316B2 - 波長多重分波素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は波長多重分波素子に関し、特に光通信等に用い
られる波長多重分波素子に関する。

（従来の技術） 近年、波長分割多重光ファイバ伝送における波長間隔と
して数ＧＨｚから数＋ＧＨｚという極めて狭い波長間隔
が試みられつつある。この極めて波長間隔の狭い波長分
割多重伝送は光の特性を生かした、極めて大容量の光フ
ァイバ伝送を可能にするものである。

このような極めて狭い波長間隔で分波を行なうことがで
きる素子の１つとして、ファブリ・ペロー形干渉素子が
ある。この素子を用いればファブリ・ペロー形干渉素子
の自由スペクトル間隔に対応した間隔で位置する多重信
号光を極めて狭い波長幅で分波することが可能である。
その機能は、たとえば、エス・アール・マリンソン
（Ｓ，Ｒ，Malinson)による１９８５年のエレクトロニ
クスレターズ誌（Electronics Letters),第21巻、第７
９５頁から第７６１頁に記載された論文に詳述されてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、このファブリ・ペロー形干渉素子では、自由ス
ペクトル間隔に対応した多重信号光を受端で分波して信
号として受け取ることはできるが、自由スペクトル間隔
内に存在する他の多重信号光はもとの送端側へ反射され
てしまうので、それらを別途、別のファブリ・ペロー形
干渉素子で分波したり、あるいは他の端局へさらに伝送
することはできなかった。このことは、光サーキュレー
タ等を用いないかぎり、実際上、送られてきた信号光の
一部を捨ててしまうことになり、従来のファブリ・ペロ
ー形干渉素子は波長分波素子としては必ずしも十分な機
能をもっていなかった。

また、さらには、従来のファブリ・ペロー形干渉素子は
波長多重素子として用いることができないという問題点
があった。

本発明の目的はこれらの問題点を解決した波長多重分波
素子を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の構成は、それぞれ二つの入力端子と二つの出力
端子とを有する第一及び第二の３dB結合回路と、前記第
一の３dB結合回路の前記二つの出力端子と前記第二の３
dB結合回路の前記二つの入力端子と片方ずつそれぞれ等
しい長さの干渉用光路で結んで構成されたマッハツェン
ダー形光学干渉系と、このマッハツェンダー形光学干渉
系の前記二つの干渉用光路の中にそれぞれ少なくとも一
つずつ設けられたファブリ・ペロー形干渉素子とを含ん
でいることを特徴とする。

（作用） 本発明の構成をとることにより、第一の３dB結合回路の
一方の入力端子から入射された波長多重信号光のうちフ
ァブリ・ペロー形干渉素子の自由スペクトル間隔毎の信
号光は分波されて第二の３dB結合回路の一方の出力端子
へ出射され、また、ファブリ・ペロー形干渉素子を透過
しなかった他の信号光はファブリ・ペロー形干渉素子で
反射されて第一の３dB結合回路の他の入力端子へ出射さ
れる。したがって、波長多重信号光は、入射された入力
端子とは異なる他の二つの端子へ、自由スペクトル間隔
毎の信号光と自由スペクトル間隔内に存在する他の信号
光との二つのグループに分かれて分波されており、すべ
ての波長多重信号光が分波され取出されている。

また、前記二つの信号光グループが分波出射された端子
から、逆にその分波された信号光をそれぞれ入射させた
場合には、これらの信号光は前記分波の場合とは逆の光
路をたどって多重され、前記分波の場合に入射端として
用いた端子から多重信号光となって出射される。

（実施例） 以下、図面により本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明による第一の実施例の構成図を示す。

波長1.3μｍ帯において１０ＧＨｚ間隔で８波多重され
た多重信号光は光サーキュレータ１０１を通つて３dB結
合回路１０２の入力端１０３に入射され、この３dB結合
回路１０２で半分ずつのパワーに分岐された後、それぞ
れその出力端１０５及び１０６から出力される。ここ
で、出力端１０６からの光の位相は出力端１０５からの
光の位相に対しπ／２の位相遅れを生じている。

これら出力端１０５・１０６からの出力光は、それぞれ
マッハツェンダー形光学干渉系の二つの干渉用光路の一
部を形成する光ファイバ１０７及び１０８を通り、それ
ぞれロッドレンズ１０９・１１０を介して共通のファブ
リ・ペロー形干渉素子１１１に入射する。ここで、光フ
ァイバ１０７及び１０８の長さはほぼ同じである。

前記多重信号光のうち、ファブリ・ペロー形干渉素子１
１１の透過波長に対応する信号光はこのファブリ・ペロ
ー形干渉素子１１１を透過した後光ファイバ１０７から
出射された分の信号光はロッドレンズ１１２を介して光
ファイバ１１４に結合され、一方、光ファイバ１０８か
ら出射された分の信号光はロッドレンズ１１３を介して
光ファイバ１１５に結合される。ここで、光ファイバ１
１４・１１５は、長さがほぼ等しく、また、光ファイバ
１０７・１０８とともにマッハツェンダー形光学干渉系
の二つの干渉用光路を形成する。

光ファイバ１１４・１１５を通った信号光はそれぞれ３
dB結合回路１１６の入力端117及び118へ入射され、この
３dB結合回路１１６の出力端１２０から、前記両干渉用
光路を通った二つの信号光が合波されて出力され、出力
端１１９からは出力されない。これは、入力端１１７・
１１８から入射し出力端１２０へ出力される信号光は互
いに同位相となり、一方、出力端１１９へ出力される信
号光は互いに逆位相となるためである。

ここで、外界の温度変化等に起因する前記二つの干渉用
光路の光路長変動のために３dB結合回路116の出力端１
２０から出力される合波された信号光出力強度が変動す
ることがないように、この信号光出力が低減したときに
出力されることになる３dB結合回路１１６の出力端１１
９からの出力光は、光ファイバ１２１を通して受光器１
２３でモニタ光として受光し、この受光量が最小となる
ように駆動回路１２４を用いて光ファイバ114の一部を
巻きつけたＰＺＴボビン１２５を駆動して光路長変動を
抑えている。

３dB結合回路１１６の出力端１２０から出射された信号
は光ファイバ１２２を介して方向性結合器１３３に導か
れ、その1/100のパワーを光ファイバ１３４へ分岐した
後、光ファイバ135へ出力される。ここで、光ファイバ
１３４を介して受光器１２６で受光した光の強度が最大
となるように第２の駆動回路１２７により前記ファブリ
・ペロー形干渉素子１１１の自由スペクトル間隔を微調
し、定められた波長を安定に分波させる。

一方、ファブリ・ペロー形干渉素子１１１で透過されず
に反射された信号光は再び光ファイバ１０７及び１０８
へ結合される。

この反射された信号光は光ファイバ107・108を通って３d
B結合回路１０２へ入射し、この３dB結合回路１０２で
合波されて、入力端１０３からではなく入力端１０４に
接続された光ファイバ128へ出力される。これは、反射
されて出力端１０５・１０６から３dB結合回路１０２へ
再び入射し、入力端１０４へ出力される信号光は互いに
同位相となり、一方、入力端１０３へ出力される信号光
は互いに逆位相となるためである。

なお３dB結合回路１１６の出力端１２０からの信号光出
力が外界の温度変化等に起因する出力強度変動を生じな
いように制御したのと同様に、３dB結合回路１０２の入
力端１０４から出力される信号光強度の変動を生じない
ようにするため、この信号光強度が低減したときに出力
されることになる入力端１０３からの出力光を光サーキ
ュレータ１０１で入射多重信号光から分離してモニタ光
として受光器１３０で受光し、この受光量が最小となる
ように駆動回路１３１を用いて、光ファイバ１０７の一
部を巻きつけたＰＺＴボビン１３２を駆動し、光路長変
動を抑えている。

本実施例では、３dB結合回路１０２及び１１６には単一
モード光ファイバ融着型の３dB方向性結合器を用いてい
る。さらに、光ファイバはいずれも単一モード光ファイ
バである。また、ファブリ・ペロー形干渉素子１１１
は、間隔が調整可能な２枚の誘電体多層膜ミラーで構成
されている。この誘電体多層膜ミラーの反射率は1.3μ
ｍ帯で９９％，ミラー間隔は約3.75mmであり、その結
果、自由スペクトル間隔約４０ＧＨｚ，フィネス約３０
０となっている。

ここで、この誘電体多層膜ミラーで構成されるファブリ
・ペロー形干渉素子１１１の透過特性と選択波長の関係
を第２図を用いて説明する。第２図において(a)は８波
の波長多重信号光のスペクトルを示す。これら１０ＧＨ
ｚ間隔の各信号光のうち、(b)に示したファブリ・ペロ
ー形干渉素子111の約４０ＧＨｚ間隔の透過ピークに合
致した(c)に示す二つの波長の信号光は、ファブリ・ペ
ロー形干渉素子１１１を透過して、前述の以後ごとく３
dB結合回路１１６の出力端１２０に接続された光ファイ
バ１２２から分波出力される。一方、(d)に示した残る
六つの波長の信号光はファブリ・ペロー形干渉素子１１
１で反射され前述のように、３dB結合回路１０２の入力
端１０４に接続された光ファイバ１２８から分波出力さ
れる。この(b)に示したファブリ・ペロー形干渉素子１
１１の透過波長は誘電体多層膜ミラーの間隔をわずかに
変化させれば変化し、このようにして他の波長を選択で
きる。

次に、本実施例を波長多重素子として用いる場合には、
以上の説明のように波長分波素子として用いた場合の多
重信号光入力端である３dB結合回路１０２の入力端１０
３を多重信号光出力端として、また波長分波素子として
用いた場合の分波された信号光の出力端である３dB結合
回路１１６の出力端１２０及び３dB結合回路１０２の入
力端104をそれぞれこの場合に多重すべき信号光の入力
端として用いればよい。この場合第２図(c)の信号光と
同図(d)の信号光とが多重されて、同図(a)に示す多重信
号光が得られる。

以上、いわゆるマイクロオプティクス形の一実施例につ
いて説明したが、この発明による波長多重分波素子は光
導波路形でも構成できる。

第２図は本発明による第二の実施例の構成図を示す。

３dB分岐回路２０１及び２０２は導波路形３dB分岐回路
であり、マッハツェンダー形光学干渉系の２つの光路を
構成する干渉用光導波路２０３及び２０４の途中にはブ
ラッグ回折格子形反射素子である回折格子２０５・２０
６が形成されており、この二つの回折格子（反射素子）
２０５・２０６によりファブリ・ペロー形干渉素子が構
成されている。

第２図に示す実施例の動作は、第１図に示す実施例のそ
れと同様である。

入力端２０７から入力された波長多重信号光のうち、前
記ファブリ・ペロー形干渉素子を透過する波長の信号光
は出力端２１０から分波出力され、一方、このファブリ
・ペロー形干渉素子で反射される波長の信号光は入力端
２０８から分波出力される。なお、出力端２０９及び入
力端２０７からは分波出力されない。

ここで、光導波路２０３の上で、かつ、前記ファブリ・
ペロー形干渉素子の入力端側及び出力端側にそれぞれ設
けられた電極２１１及び２１２を用いて電気光学効果に
より光導波路２０３の屈折率を変化させて、温度変化な
ど外的じょう乱によるマッハツェンダー形光学干渉系の
二つの干渉用光路の長さの変動を打ち消し、出力端２１
０及び入力端２０８からの分波出力の安定化を図ってい
る。この制御には出力端２０９からの出力光及び入力端
２０８へ出力されるべきパワーを1/100だけ分岐して取
出す方向性結合器２１３の分岐端２１４からの出力光を
用いている。なお、電極212への印加電圧は、出力端２
０９からの出力光が最小となるように駆動回路２１５に
よって印加される。一方、電極２１１への印加電圧は、
分岐端２１４からの出力光が最大となるように駆動回路
２１６によって印加される。ここで、217,218は受光素
子である。

また、出力端２１０へ出力されるべきパワーを1/100だ
け分岐して取出す方向性結合器２２７の分岐端２２８へ
出力された信号光は受光素子219で受光され、駆動回路
２２１で電極222・223に電圧を引火して前記ファブリ・
ペロー形干渉素子の自由スペクトル間隔を微調し定めら
れた波長を安定に分岐させる。

なお、第２図に示す実施例を波長多重回路としての機能
させるには、以下の説明における出力端２１０及び入力
端２０８からのそれぞれの分波出力光を、こんどは多重
すべき信号光として各々逆方向に入射させればよく、こ
のとき入力端２０７から多重された信号光が得られる。

ここで、第２図に示す光導波路形の実施例の製作法につ
いて簡単に説明する。

まず、ｎ形GaAsからなる基板２２４の上に厚さ２μｍの
ノンドープのAlxGa_1-XAs(x=0.05)からなる光閉じ込め層
２２５を成長させる。ここで、1.3μｍ帯で帯域幅約３
０Åとなる二つのブラッグ回折格子２０５・２０６を約
1.1mmの間隔をおいてAlxGa_1-XAs層（光閉じ込め層２２
５）上に形成する。その後、ノンドープのGaAsからなる
光導波路層２２６を厚さ６μｍに結晶成長させた後、フ
ォトリソグラフィ技術によりリブ形光導波路を形成す
る。なお、ブラッグ回折格子の製作法については、１９
７４年のアメリカン・インスティチュート・オブ・フィ
ジックス(American Institute of Physics）の第２５
巻、第４号，第２０８頁から第２１０頁に記載の、エル
・コマフォード（L.Comerford）他による論文に詳し
い。また、リブ形光導波路の構造及び製作法については
１９８５年のジャーナル・オブ・ライトウェイブ・テク
ノロジー(Journal of Lightwave Technology）の第ＬＴ
−３巻、第６号、第1270頁から第１２７６頁に記載のエ
ッチ・イノウエ（Ｈ・Inoue)他による論文に詳しい。

以上、第二の実施例について説明した。この光導波路形
はマイクロオプティクス形に比べて温度変化など外界か
らのじょう乱の影響を受けにくいため、安定な動作が得
られやすいという特長がある。第２の実施例において、
材料にはGaAs系を用いたが、InGaAsP系など他の組成の
半導体材料はもとより、LiNbO₃結晶や石英ガラスなど他
種類の材料を用いてもよい。また、光導波路構造をリブ
形としたが、埋め込み型光導波路など、他の光導波路構
造を用いてもよい。

以上説明した第一及び第二の実施例においては信号光の
波長多重数を８としたが、波長多重数はこれには限定さ
れない。また、波長多重信号光の波長間隔を約１０ＧＨ
ｚとしたが、これに限定されないことも明らかである。
さらに、波長多重信号光の約４０ＧＨｚ毎の信号光と他
の信号光とに分波したが、この間隔に限定されないのは
言うまでもない。

（発明の効果） 本発明による波長多重分波素子によれば、ファブリ・ペ
ロー形干渉素子の自由スペクトル間隔である数GHz〜数+
GHzという極めて狭い間隔で光信号を多重分波できる。
また、ファブリ・ペロー形干渉素子を波長多重分波素子
の構成要素として用いているにもかかわらず、分波のみ
ならず多重の機能をも有しているとともに、波長分波素
子として機能させたとき、従来のファブリ・ペロー形干
渉素子では入射光路に反射され捨てられていた信号光
を、入射光路とは別の光路に出力させることができる。
さらに、この場合に光サーキュレータを用いて入射信号
光と分波信号光を分離する必要がなく、光サーキュレー
タ形成に必要な異種材料を用いた構成が必ずしも容易で
はない半導体光導波形集積回路素子の構成を容易にする
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第一の実施例の構成図、第２図は
第一の実施例の機能を説明するための説明図、第３図は
本発明による第二の実施例の構成図である。 １０１……光サーキュレータ、１０２・１１６……３dB
結合回路、107・108・114・115・121・122・128・134・135……
光ファイバ、109・110・112・113……ロッドレンズ、１１
１……ファブリ・ペロー形干渉素子、123・126・130……
受光器、124・127・131……駆動回路、１２５・１３２…
…ＰＺＴボビン、１３３……方向性結合器、２０１・２
０２……３dB分岐回路、２０３・２０４……干渉用光導
波路、205・206……回折格子、211・212・222・223……電
極、２１３・２２７……方向性結合器、２１５・２１６
・２２１……駆動回路、２１７〜２１９……受光素子、
２２４……基板、２２５……光閉じ込め層、２２６……
光導波路層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれ二つの入力端子と二つの出力端子
   とを有する第一及び第二の３dB結合回路と、前記第一の
   ３dB結合回路の前記二つの出力端子と前記第二の３dB結
   合回路の前記二つの入力端子とを片方ずつそれぞれ等し
   い長さの干渉用光路で結んで構成されたマッハツェンダ
   ー形光学干渉系と、このマッハツェンダー形光学干渉系
   の前記二つの干渉用光路の中にそれぞれ少なくとも一つ
   ずつ設けられたファブリ・ペロー形干渉素子とを含んで
   なる波長多重分波素子。