JPH06337383A - 群速度分散を補償する光回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光信号を電気信号に変換することなく、光路
長差にばらつきがあっても高性能に、光ファイバの分散
を相殺すること。 【構成】 ２本の入力ポートの長さが互いに異なり且つ
２本の出力ポートの長さが互いに異なる方向性結合器
６，７，８，９を、長さの長いポートは長いどうしで且
つ長さの短いポートは短いポートどうしで多段に縦続接
続し、その前段に２本の出力ポートの長さが等しい方向
性結合器５を接続し且つ後段に２本の入力ポートの長さ
が等しい方向性結合器１０を接続して、多段の非対称マ
ッハツェンダ型干渉計を構成した光回路において、この
光回路の前段に２つの３ｄＢ方向性結合器３３，３４
と、２本のアーム２９，３０と、ヒータ４３，４４とか
らなる非対称マッハツェンダ型干渉計を、利得調整器と
して接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分散を有する光ファイ
バ等を伝搬して歪を受けた光信号を波形整形する群速度
分散を補償する光回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】波長λ＝１．３μｍに零分散を有する光
ファイバ（日本縦貫光通信回線等、既設の殆どの光ファ
イバがこのタイプである）を、最低損失帯である波長λ
＝１．５５μｍで使用する場合、光ファイバの分散のた
めに光信号周波数ｆが高くなるにつれて、伝搬速度が速
く即ち伝搬遅延時間τが小さくなる。そのため、光信号
パルスの遅れ歪が大きくなるので、伝送容量あるいは伝
送距離、中継距離が制限される。

【０００３】そこで、分散を有する光ファイバを伝搬し
て歪を受けた信号を波形整形するために群速度分散を補
償する回路としては、従来、図１１に示すようなマイク
ロ波ストリップラインが知られている。

【０００４】図１１に示すように、マイクロ波ストリッ
プラインは幅狭の金属導体１００と幅広の金属導体１０
１とで誘電体１０２を挟んでなる。マイクロ波ストリッ
プラインの伝搬遅延特性は図１２に示すようなものであ
り、信号周波数ｆが高くなるにつれて、伝搬遅延時間τ
が大きくなる（伝搬速度が遅くなる）。なお、図１１及
び図１２において、Ｌ_MSはマイクロ波ストリップライン
の長さを示す。

【０００５】図１２に示した如くマイクロ波ストリップ
ラインの伝搬遅延特性は前述した光ファイバの伝搬遅延
特性とは逆であるので、光ファイバを伝搬した光信号を
光電変換器（光検出器）により電気信号に変換した後
に、この電気信号を適当な長さＬ_MSのマイクロ波ストリ
ップラインに通すことにより、光ファイバの分散を相殺
することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の群速度
分散を補償する回路では、光信号を一旦電気信号に変換
した後に波形整形するために、下記（１）〜（３）等の
問題がある。 （１）全光中継を行うことができない。 （２）信号周波数ｆが高くなると、マイクロ波ストリッ
プラインの損失が増加する。 （３）ヘテロダイン検波を行うコヒーレント光伝送にし
か適用することができない。

【０００７】本発明は上記従来技術の問題点を解消する
ためになされたものであり、分散を有する光ファイバを
伝搬して遅れ歪を受けた信号を、光信号のままで波形整
形することを可能とし、大容量・長距離の光通信に適し
た群速度分散を補償する光回路を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求
項１の発明は、２本の入力ポートの長さが互いに異なり
且つ２本の出力ポートの長さが互いに異なる方向性結合
器を、長さの長いポートは長いポートどうしで且つ長さ
の短いポートは短いポートどうしで多段に縦続接続し、
その前段に２本の出力ポートの長さが等しい方向性結合
器を接続し且つ後段に２本の入力ポートの長さが等しい
方向性結合器を接続して、多段の非対称マッハツェンダ
型干渉計を構成する光回路において、前記光回路の入力
ポートあるいは出力ポートのうち少くとも一方に、２本
のアームの長さが異なる１つあるいは複数の非対称マッ
ハツェンダ型干渉計の一方のポートを接続したことを特
徴とする群速度分散を補償する光回路である。

【０００９】また、上記目的を達成する請求項２の発明
は、２本の入力ポートの長さが互いに異なり且つ２本の
出力ポートの長さが互いに異なる方向性結合器を、長さ
の長いポートは長いポートどうしで且つ長さの短いポー
トは短いポートどうしで多段に縦続接続し、その前段に
２本の出力ポートの長さが等しい方向性結合器を接続し
且つ後段に２本の入力ポートの長さが等しい方向性結合
器を接続して、多段の非対称マッハツェンダ型干渉計を
構成する光回路において、前記光回路の入力ポートある
いは出力ポートのうち少くとも一方と１つあるいは複数
のループ状の光路の一部とを互いに光結合を起す程度に
近接させ方向性結合器を構成したことを特徴とする群速
度分散を補償する光回路である。

【００１０】

【作用】２本の入力ポートの長さが互いに異なり且つ２
本の出力ポートの長さが互いに異なる方向性結合器を、
長さの長い部分は長い部分どうしで且つ長さの短い部分
は短い部分どうしで多段に縦続接続し、その前段に２本
の出力ポートの長さが等しい方向性結合器を接続し且つ
後段に２本の入力ポートの長さが等しい方向性結合器を
接続して、多段の非対称マッハツェンダ型干渉計を構成
する光回路においては、非対称マッハツェンダ型干渉計
の２本のアームの光路長差を適切な値に設定することに
よって、周波数の高い光は光路長の長い方のアームを通
り、周波数の低い光は光路長の長い方のアームを通るこ
とになる。そのため、光信号の周波数ｆが高くなるにつ
れて、伝搬遅延時間τが大きくなる（伝搬速度が遅くな
る）ので、光信号を電気信号に変換することなく、光フ
ァイバの分散を相殺でき、群速度分散を光信号のままで
補償することができる。

【００１１】更に、このような群速度分散を補償する光
回路においては、（１）請求項１の発明のように、前記
光回路の入力ポートあるいは出力ポートのうち少くとも
一方に、２本のアームの長さが異なる１つあるいは複数
の非対称マッハツェンダ型干渉計の一方のポートを接続
することによって、あるいは、（２）請求項２の発明の
ように、前記光回路の入力ポートあるいは出力ポートの
うち少くとも一方と１つあるいは複数のループ状の光路
の一部とを互いに光結合を起す程度に近接させ方向性結
合器を構成することによって、（３）光信号周波数に対
する光強度透過率特性を平坦化することが可能となり、
高性能な群速度分散を補償する光回路を達成することが
できる。

【００１２】なお、２本の入力ポートの長さが異なり且
つ２本の出力ポートの長さが異なる方向性結合器の縦続
接続段数を、４の整数倍の数、あるいは４の整数倍から
１を引いた数に設定することによっても、光信号の強度
透過率が略１となる周波数範囲を広げることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例とともに詳
細に説明する。

【００１４】＜請求項１の発明の第１実施例＞図１は請
求項１の発明の第１の実施例を示し、２本の入力ポート
の長さが互いに異なり且つ２本の出力ポートの長さが互
いに異なる方向性結合器６，７，８，９を、長さの長い
ポートは長いポートどうしで且つ長さの短いポートは短
いポートどうしで多段に縦続接続し、その前段に２本の
出力ポートの長さが等しい方向性結合器５を接続し且つ
後段に２本の入力ポートの長さが等しい方向性結合器１
０を接続して、多段の非対称マッハツェンダ型干渉計を
構成する光回路において、この光回路の一方の入力ポー
ト２７に２本のアーム２９，３０の長が異なる非対称マ
ッハツェンダ型干渉計の一方の出力ポート３１を接続し
たものである。本実施例では、２本の入力ポートの長さ
が互いに異なり且つ２本の出力ポートの長さが互いに異
なる方向性結合器６，７，８，９の縦続接続の段数を、
４の整数倍の数、あるいは４の整数倍から１を引いた数
のうち、４と設定したものである。図１において、方向
性結合器６，７，８，９は結合率５０％の３ｄＢ方向性
結合器であり、それぞれ、長さの長い入力ポート１１，
１２，１３，１４と、長さの短い入力ポート１５，１
６，１７，１８と、長さの長い出力ポート１９，２０，
２１，２２と、長さの短い出力ポート２３，２４，２
５，２６とを有する。また、方向性結合器５も結合率５
０％の３ｄＢ方向性結合器であり、各入力ポートとして
光導波路２７，２８が接続されている。更に、方向性結
合器１０も結合率５０％の３ｄＢ方向性結合器であり、
各出力ポートとして出力側光導波路３，４が接続されて
いる。また、図１において、１と２は入力側光導波路、
３３と３４は非対称マッハツェンダ型干渉計を構成する
結合率５０％の３ｄＢ方向性結合器であり、２９はこの
非対称マッハツェンダ型干渉計の長さが長いアーム、３
０は同非対称マッハツェンダ型干渉計の長さが短いアー
ムである。更に、各光導波路１１〜１４，１９〜２２，
２９，３０上には、光路長調整用にヒータ部分３５，３
６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，４４
が構成されている。

【００１５】ここで、(i) ΔＬ₁ を方向性結合器６〜９
の長さの長い入力ポート１１，１２，１３，１４と長さ
の短い入力ポート１５，１６，１７，１８との光路長
差、ΔＬ₂ を方向性結合器６〜９の長さの長い出力ポー
ト１９，２０，２１，２２と長さの短い出力ポート２
３，２４，２５，２６との光路長差、ｆ₀ を分散補償の
中心光周波数、ｆ_L を分散補償の下限の光周波数、ｆ_H
を分散補償の上限の光周波数、Ａ，Ｂを偶数、Ｃ₀ を真
空中の光速、ｎを光導波路の屈折率、とすると、式
（１），（２）が満たされる場合、(ii)２つの方向性結
合器５と６を結ぶ非対称マッハツェンダ型干渉計の２本
のアームの光路長差はΔＬ₁ となり、(iii) ２つの方向
性結合器９と１０を結ぶ最後の非対称マッハツェンダ型
干渉計の２本のアームの光路長差はΔＬ₂ となり、(iv)
方向性結合器６と７，７と８，８と９を結ぶ非対称マッ
ハツェンダ型干渉計の光距長差ΔＬ₃ はΔＬ₁ とΔＬ₂
の和となり、Ａ＋Ｂ＝２Ｍ（Ｍは整数）とおくと、式
（１）及び（２）より、式（３）のように表わされる。

【００１６】

【数１】 ΔＬ₁ ＝（Ａ＋０．５）・Ｃ₀ ／（２ｎｆ₀ ） ＝Ａ・Ｃ₀ ／（２ｎｆ_L ） ＝（Ａ＋１）・Ｃ₀ ／（２ｎｆ_H ） ・・・式（１）

【００１７】

【数２】 ΔＬ₂ ＝（Ｂ−０．５）・Ｃ₀ ／（２ｎｆ₀ ） ＝（Ｂ−１）・Ｃ₀ ／（２ｎｆ_L ） ＝Ｂ・Ｃ₀ ／（２ｎｆ_H ） ・・・式（２）

【００１８】

【数３】 ΔＬ₃ ＝ΔＬ₁ ＋ΔＬ₂ ＝Ｍ・Ｃ₀ ／（ｎｆ₀ ） ＝（Ｍ−０．５）・Ｃ₀ ／（ｎｆ_L ） ＝（Ｍ＋０．５）・Ｃ₀ ／（ｎｆ_H ） ・・・式（３）

【００１９】式（１），（２）及び（３）より、今、光
導波路２７を入力光導波路と仮定し、ここから光を入射
した場合を考えると、下限光周波数ｆ_L の成分はポート
１１あるいは１５→ポート２３→ポート１６→ポート２
０あるいは２４→ポート１３あるいは１７→ポート２５
→ポート１８→ポート２２あるいは２６という順の経路
を通り、最後には出力側光導波路４に至る。また、上限
光周波数ｆ_H の成分はポート１１あるいはポート１５→
ポート１９→ポート１２→ポート２０あるいはポート２
４→ポート１３あるいはポート１７→ポート２１→ポー
ト１４→ポート２２あるいは２６という順の経路を通
り、最後には出力側光導波路４に至る。このことは、上
限光周波数ｆ_H の成分の方が、下限光周波数ｆ_L の成分
よりも、アームの光路長差の総計２ΔＬ₃ に対応した群
遅延時間τ_H だけ多くの遅延を受けることを示してい
る。また、ｆ_H とｆ_L の間の光周波数ｆの成分は、下限
光周波数ｆ_L の成分よりも、τ_H （ｆ−ｆ_L ）／（ｆ_H
−ｆ_L ）だけ多くの群遅延を受ける。このため、図１の
構成で群速度分散を補償する光回路ができ、分散を有す
る光ファイバを伝播して歪を受けた光信号を、光信号の
ままで遅れ歪を矯正して、波形整形することができる。

【００２０】上述した説明を式で示すと以下の通りであ
る。光導波路２７，２８と出力側光導波路３，４の電界
をそれぞれＥ_i （ｉ＝２７，２８，３，４）と表わす
と、出力側光導波路３，４の電界Ｅ₃ ，Ｅ₄ は式（４）
で表わすことができる。

【００２１】

【数４】

【００２２】但し、式（４）中で、βは光導波路の伝搬
定数、Ｎは２本の入力ポートの長さが互いに異なり且つ
２本の出力ポートの長さが互いに異なる方向性結合器の
縦続段数を表わしている。

【００２３】今、光導波路２７から光信号を入射し、出
力側光導波路４から光信号を出射させるとすると、式
（４）における光導波路２７，２８の電界Ｅ₂₇，Ｅ₂₈に
ついて式（５）とおくことができる。従って式（４）よ
り、光導波路２７から出力側光導波路４への伝達関数Ｈ
（ω）は式（６）のように表わすことができる。

【００２４】

【数５】

【００２５】

【数６】

【００２６】但し、式（６）中で、ωは光の角周波数で
あり、ψ，φ，θはそれぞれ式（７），（８），（９）
で与えられる。

【００２７】

【数７】 ψ＝β（ΔＬ₁ ＋ΔＬ₂ ）／２ ・・・式（７）

【００２８】

【数８】 φ＝β（ΔＬ₂ −ΔＬ₁ ）／２ ・・・式（８）

【００２９】

【数９】 θ＝ cos^-1（２^-1/2 cosψ） ・・・式（９）

【００３０】従って式（６）より、光強度透過率Ｔは式
（１０）のように表わされ、相対遅延時間τは式（１
１）のように表わされる。

【００３１】

【数１０】

【００３２】

【数１１】

【００３３】図２は、Ａ＝７５０４、Ｂ＝２４９６（Δ
Ｌ₁ ＝３．８７７ｍｍ、ΔＬ₂ ＝１．２８９ｍｍ）、２
本の入力ポートの長さが異なり且つ２本の出力ポートの
長さが異なる方向性結合器の縦続接続段数がＮ＝１２、
導波路の屈折率がｎ＝１．５の場合の群速度分散を補償
する光回路の特性として、（ａ）に光強度透過率特性を
示し、（ｂ）に相対遅延時間特性を示したものである。
この光回路は、縦続接続段数Ｎが４の整数倍（Ｎ＝１２
＝４×３）の場合である。図２から、波長λ₀ ＝１．５
５μｍを中心として９ＧＨｚの周波数範囲にわたって光
強度透過率Ｔが０．９５以上となり遅延時間τが周波数
に対して線形に増加する領域が得られており、群速度分
散を補償する光回路が構成できることが判る。

【００３４】図３は、光強度透過率が０．９５以上とな
る周波数帯域Δｆ（GHz)と、２本の入力ポートの長さが
互いに異なり且つ２本の出力ポートの長さが互いに異な
る方向性結合器の縦続接続段数Ｎとの関係を、１段から
２１段の範囲（Ｎ＝１〜２１）にわたり求めたものを示
す。なお、この場合も、縦続接続段数以外のパラメータ
値は、図２の場合と同じである。図３から判るように、
方向性結合器の縦続接続段数Ｎが４の整数倍の数の場
合、並びに４の整数倍から１を引いた数の場合に、光強
度透過率が０．９５以上となる周波数範囲Δｆが広くな
り、高性能の群速度分散を補償する光回路を得られるこ
とができる。

【００３５】ところで、非対称マッハツェンダ型干渉計
の２本のアームの光路長差は、光導波路の製作誤差によ
り、設計値からずれることがある。図４に、各アームの
光路長差が図２における理想的な値よりも波長λ₀ の範
囲でランダムにばらついている場合の群速度分散を補償
する光回路の特性の一例を示す（ΔＬ₁ −λ₀ 〜Δλ₁
＋λ₀ ，ΔＬ₂ −λ₀ 〜ΔＬ₂ ＋λ₀ ）。但し、前記と
同様に図１の光導波路２７から光を入射させ、出力側光
導波路４から出射させる場合を考えており、図４（ａ）
は光強度透過率特性を、図４（ｂ）は相対遅延時間特性
を表わしている。光路長差以外のパラメータ値は図２の
場合と同じである。図４と図２を比較すると、光路長差
が設定値からずれると、光強度透過率Ｔが大きく劣化す
ることが判る。光強度透過率Ｔの劣化は光信号に歪を生
じさせる。

【００３６】このような特性劣化を解消するためには、
図１に示したヒータ部分３５〜４２を用いて熱光学効果
によって各非対称マッハツェンダ型干渉計の２本のアー
ムの光路長差を調整すれば良い。ところが、この調整を
出力側光導波路３または４の出力だけを用いて行う場合
は、調整対象のヒータ数が多くなり、調整が非常に困難
となる。

【００３７】この光強度透過率の劣化を簡単に補正する
目的で、本実施例では、図１に示すように、２つの３ｄ
Ｂ方向性結合器３３，３４と、２本のアーム２９，３０
と、ヒータ４３，４４とからなる非対称マッハツェンダ
型干渉計を、利得調整器として光回路の前段に設置し
た。ヒータ４３，４４はこの利得調整器の光強度透過率
特性の調整を熱光学効果によって行うためのものであ
る。

【００３８】図５は利得調整器としての非対称マッハツ
ェンダ型干渉計の特性の一例を示し、入力側光導波路１
からポート２７への光強度透過率特性と、相対遅延時間
特性の各計算例をそれぞれ図５（ａ），図５（ｂ）に示
す。この計算例では、非対称マッハツェンダ型干渉計の
長さの長いアーム２９と、長さの短いアーム３０との光
路長差をΔＬ＝３．００５mm、光導波路の屈折率をｎ＝
１．５というパラメータ値で計算を行った。図５（ａ）
の光強度透過率特性は、図４（ａ）の光強度透過率特性
とは逆向きのピーク特性を持ち、従って、図１に示すよ
うに非対称マッハツェンダ型干渉計の一方の出力ポート
３１を光導波路２７へ接続することにより、光強度透過
率特性を平坦化することができる。なお、図５（ｂ）の
相対遅延時間特性は一定であるから、利得調整器によっ
て相対遅延時間の劣化は引き起されない。

【００３９】図６に、図１の入力側光導波路１から出力
側光導波路４へ光を通した場合の全体としての、群速度
分散の補償特性の計算例を示している。但し、図６
（ａ）は光強度透過率特性を表わし、図６（ｂ）は相対
遅延時間特性を表わしている。計算に用いたパラメータ
値は、図４，図５の場合と同じである。図６（ａ）よ
り、中心周波数付近の平坦部分での光強度透過率は図２
（ａ）のそれよりも０．８倍ほどと劣化しているが、図
４（ａ）の歪んだ特性が平坦化されていることが判る。
つまり、図６（ａ）において、光強度透過率が平坦部分
のピーク値の０．９５倍以上になる帯域はほぼ９GHz と
なり、特性が改善されていることが判る。なお、光強度
透過率のピーク値の減少は、希土類元素ドープ光ファイ
バ、希土類元素ドープ光導波路、半導体レーザ増幅器等
の光増幅器を用いて補償することが可能である。

【００４０】図１に示した群速度分散を補償する光回路
においては、非対称マッハツェンダ型干渉計の光路長差
をヒータ３５，３６，３７，３８，３９，４０，４１，
４２で適切に調整することによって、光を光導波路２８
から入射させ、非対称マッハツェンダ型干渉計による利
得調整器は用いないという使用方法もある。

【００４１】また、ヒータによる熱光学効果を用いて光
導波路の屈折率を変える代りに、アモルファスシリコン
をスパッタリング法によって光導波路上に付着させ、レ
ーザ光を用いてトリミングを行うことにより、光導波路
に加わる応力を変えて屈折率を可変にすることができ
る。そのため、ヒータ４３，４４をアモルファスシリコ
ンに代えることによっても、非対称マッハツェンダ型干
渉計で構成された利得調整器の光強度透過率特性の微調
整が可能である。なお、アモルファスシリコン部分が不
用になった場合は、エッチングによって除去可能であ
る。

【００４２】＜請求項１の発明の第２実施例＞図７は請
求項１の発明の第２の実施例を示し、２本の入力ポート
の長さが互いに異なり且つ２本の出力ポートの長さが互
いに異なる方向性結合器６，７，８，９を、長さの長い
ポートは長いポートどうしで且つ長さの短いポートは短
いポートどうしで多段に縦続接続し、その前段に２本の
出力ポートの長さが等しい方向性結合器５を接続し且つ
後段に２本の入力ポートの長さが等しい方向性結合器１
０を接続して、多段の非対称マッハツェンダ型干渉計を
構成する光回路において、この光回路の一方の出力ポー
ト４８に２本のアーム２９，３０の長が異なる非対称マ
ッハツェンダ型干渉計の一方の入力ポート４９を接続し
たものである。本実施例でも、２本の入力ポートの長さ
が互いに異なり且つ２本の出力ポートの長さが互いに異
なる方向性結合器６，７，８，９の縦続接続の段数を、
４の整数倍の数、あるいは４の整数倍から１を引いた数
のうち、４と設定したものである。図７において、方向
性結合器６，７，８，９は結合率５０％の３ｄＢ方向性
結合器であり、それぞれ、長さの長い入力ポート１１，
１２，１３，１４と、長さの短い入力ポート１５，１
６，１７，１８と、長さの長い出力ポート１９，２０，
２１，２２と、長さの短い出力ポート２３，２４，２
５，２６とを有する。また、方向性結合器５も結合率５
０％の３ｄＢ方向性結合器であり、各入力ポートには入
力側光導波路１，２が接続されている。更に、方向性結
合器１０も結合率５０％の３ｄＢ方向性結合器であり、
各出力ポートとして光導波路４７，４８が接続されてい
る。また、図７において、３と４は出力側光導波路、３
３と３４は非対称マッハツェンダ型干渉計を構成する結
合率５０％の３ｄＢ方向性結合器であり、２９はこの非
対称マッハツェンダ型干渉計の長さが長いアーム、３０
は同非対称マッハツェンダ型干渉計の長さが短いアーム
である。更に、各光導波路１１〜１４，１９〜２２，２
９，３０上には、光路長調整用にヒータ部分３５，３
６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，４４
が構成されている。

【００４３】本実施例では、光強度透過率の光路長差の
ばらつきによる劣化を簡単に補正する目的で、図７に示
すように、２つの３ｄＢ方向性結合器３３，３４と、２
本のアーム２９，３０と、ヒータ４３，４４とからなる
非対称マッハツェンダ型干渉計を、利得調整器として光
回路の後段に設置した。ヒータ４３，４４はこの利得調
整器の光強度透過率特性の調整を熱光学効果によって行
うためのものである。

【００４４】図８に、図７の入力側光導波路１から出力
側光導波路４へ光を通した場合の全体としての、群速度
分散の補償特性の計算例を示している。但し、図８
（ａ）は光強度透過率特性を表わし、図８（ｂ）は相対
遅延時間特性を表わしている。計算に用いたパラメータ
値は、図６の場合と同じである。光回路の後段に非対称
マッハツェンダ型干渉計で構成された利得調整器を接続
した場合でも、図８（ａ）より、中心周波数付近の平坦
部分での光強度透過率は図２（ａ）のそれよりも０．８
倍ほどと劣化しているが、図４（ａ）の歪んだ特性が平
坦化されていることが判る。つまり、図８（ａ）におい
て、光強度透過率が平坦部分のピーク値の０．９５倍以
上になる帯域はほぼ９GHz となり、特性が改善されてい
ることが判る。なお、光強度透過率のピーク値の減少
は、希土類元素ドープ光ファイバ、希土類元素ドープ光
導波路、半導体レーザ増幅器等の光増幅器を用いて補償
することが可能である。

【００４５】図７に示した群速度分散を補償する光回路
においては、非対称マッハツェンダ型干渉計の光路長差
をヒータ３５，３６，３７，３８，３９，４０，４１，
４２で適切に調整することによって、光を光導波路４７
から出射させ、非対称マッハツェンダ型干渉計による利
得調整器は用いないという使用方法もある。

【００４６】また、ヒータによる熱光学効果を用いて光
導波路の屈折率を変える代りに、アモルファスシリコン
をスパッタリング法によって光導波路上に付着させ、レ
ーザ光を用いてトリミングを行うことにより、光導波路
に加わる応力を変えて屈折率を可変にすることができ
る。そのため、ヒータ４３，４４をアモルファスシリコ
ンに代えることによっても、非対称マッハツェンダ型干
渉計で構成された利得調整器の光強度透過率特性の微調
整が可能である。なお、アモルファスシリコン部分が不
用になった場合は、エッチングによって除去可能であ
る。

【００４７】以上、第１，第２の実施例の説明から判る
ように、請求項１の発明では、複数の非対称マッハツェ
ンダ型干渉計を利得調整器として用いた場合、利得調整
器の光強度透過率特性を鋭くすることができ、光強度透
過率特性の鋭い歪みも補正可能となる。この場合、実施
例から明らかなように、非対称マッハツェンダ型干渉計
の配置は、光回路の前段あるいは後段あるいは双方に何
個ずつ配置しても良い。

【００４８】＜請求項２の発明の第１実施例＞図９は請
求項２の発明の第１の実施例を示し、２本の入力ポート
の長さが互いに異なり且つ２本の出力ポートの長さが互
いに異なる方向性結合器６，７，８，９を、長さの長い
ポートは長いポートどうしで且つ長さの短いポートは短
いポートどうしで多段に縦続接続し、その前段に２本の
出力ポートの長さが等しい方向性結合器５を接続し且つ
後段に２本の入力ポートの長さが等しい方向性結合器１
０を接続して、多段の非対称マッハツェンダ型干渉計を
構成する光回路において、この光回路の一方の入力ポー
ト２７とループ状の光路５２の一部とを互いに光結合を
起す程度に近接させて方向性結合器５３を構成したもの
である。本実施例では、２本の入力ポートの長さが互い
に異なり且つ２本の出力ポートの長さが互いに異なる方
向性結合器６，７，８，９の縦続接続の段数を、４の整
数倍の数、あるいは４の整数倍から１を引いた数のう
ち、４と設定したものである。図９において、方向性結
合器６，７，８，９は結合率５０％の３ｄＢ方向性結合
器であり、それぞれ、長さの長い入力ポート１１，１
２，１３，１４と、長さの短い入力ポート１５，１６，
１７，１８と、長さの長い出力ポート１９，２０，２
１，２２と、長さの短い出力ポート２３，２４，２５，
２６とを有する。また、方向性結合器５も結合率５０％
の３ｄＢ方向性結合器であり、各入力ポートとして光導
波路２７，２８が接続されている。更に、方向性結合器
１０も結合率５０％の３ｄＢ方向性結合器であり、各出
力ポートとして出力側光導波路３，４が接続されてい
る。また、図９において、１は入力側光導波路、５３は
光導波路２７とループ状光路５２の弱い光結合による結
合率の低い低結合率方向性結合器であり、ループ状光路
５２上にはヒータ部５４が構成されている。更に、各光
導波路１１〜１４，１９〜２２上には、光路長差調整用
にヒータ部分３５，３６，３７，３８，３９，４０，４
１，４２が構成されている。

【００４９】本実施例では、光強度透過率の光路長差の
ばらつきによる劣化を簡単に補正する目的で、図９に示
すように、ループ状光路５２と、低結合率方向性結合器
５３と、ヒータ５４とからなるリング共振器を利得調整
器として、光回路の前段に配置した。ヒータ５４は利得
調整器の光強度透過率特性の調整を熱光学効果によって
行うものである。このような利得調整器において、リン
グ１周の長さをＬ＝３．００５mmとし、フィネスを適切
に調節した場合は、図５（ａ）に示したような光強度透
過率特性を実現することが可能である。従って、図９に
おいて入力側光導波路１から出力側光導波路４まで光を
通した場合、図６（ａ）または図８（ａ）に示したよう
に、図４（ａ）で生じていた歪を平坦化することがで
き、高性能な群速度分散を補償する光回路が得られる。

【００５０】図９に示した群速度分散を補償する光回路
においても、非対称マッハツェンダ型干渉計の光路長差
をヒータ３５，３６，３７，３８，３９，４０，４１，
４２で適切に調整することによって、光を光導波路２８
から入射させ、リング共振器による利得調整器は用いな
いという使用方法もある。

【００５１】また、ヒータによる熱光学効果を用いて光
導波路の屈折率を変える代りに、アモルファスシリコン
をスパッタリング法によって光導波路上に付着させ、レ
ーザ光を用いてトリミングを行うことにより、光導波路
に加わる応力を変えて屈折率を可変にすることができ
る。そのため、ヒータ５４をアモルファスシリコンに代
えることによっても、リング共振器で構成された利得調
整器の光強度透過率特性の微調整が可能である。なお、
アモルファスシリコン部分が不用になった場合は、エッ
チングによって除去可能である。

【００５２】なお、リング共振器による利得調整器にお
ける光強度透過率のピーク値の減少は、希土類元素ドー
プ光ファイバ、希土類元素ドープ光導波路、半導体レー
ザ増幅器等の光増幅器を用いて補償することが可能であ
る。

【００５３】＜請求項２の発明の第２実施例＞図１０は
請求項２の発明の第２の実施例を示し、２本の入力ポー
トの長さが互いに異なり且つ２本の出力ポートの長さが
互いに異なる方向性結合器６，７，８，９を、長さの長
いポートは長いポートどうしで且つ長さの短いポートは
短いポートどうしで多段に縦続接続し、その前段に２本
の出力ポートの長さが等しい方向性結合器５を接続し且
つ後段に２本の入力ポートの長さが等しい方向性結合器
１０を接続して、多段の非対称マッハツェンダ型干渉計
を構成する光回路において、この光回路の一方の出力ポ
ート４８とループ状の光路５２の一部とを互いに光結合
を起す程度に近接させて方向性結合器５３を構成したも
のである。本実施例では、２本の入力ポートの長さが互
いに異なり且つ２本の出力ポートの長さが互いに異なる
方向性結合器６，７，８，９の縦続接続の段数を、４の
整数倍の数、あるいは４の整数倍から１を引いた数のう
ち、４と設定したものである。図１０において、方向性
結合器６，７，８，９は結合率５０％の３ｄＢ方向性結
合器であり、それぞれ、長さの長い入力ポート１１，１
２，１３，１４と、長さの短い入力ポート１５，１６，
１７，１８と、長さの長い出力ポート１９，２０，２
１，２２と、長さの短い出力ポート２３，２４，２５，
２６とを有する。また、方向性結合器５も結合率５０％
の３ｄＢ方向性結合器であり、各入力ポートには入力側
光導波路１，２が接続されている。更に、方向性結合器
１０も結合率５０％の３ｄＢ方向性結合器であり、各出
力ポートとして光導波路４７，４８が接続されている。
また、図１０において、４は出力側光導波路、５３は光
導波路４８とループ状光路５２の弱い光結合による結合
率の低い低結合率方向性結合器であり、ループ状光路５
２上にはヒータ部５４が構成されている。更に、各光導
波路１１〜１４，１９〜２２上には、光路長差調整用に
ヒータ部分３５，３６，３７，３８，３９，４０，４
１，４２が構成されている。

【００５４】本実施例では、光強度透過率の光路長差の
ばらつきによる劣化を簡単に補正する目的で、図１０に
示すように、ループ状光路５２と、低結合率方向性結合
器５３と、ヒータ５４とからなるリング共振器を利得調
整器として、光回路の後段に配置した。ヒータ５４は利
得調整器の光強度透過率特性の調整を熱光学効果によっ
て行うものである。このような利得調整器において、リ
ング１周の長さをＬ＝３．００５mmとし、フィネスを適
切に調節した場合は、図５（ａ）に示したような光強度
透過率特性を実現することが可能である。従って、図１
０において入力側光導波路１から出力側光導波路４まで
光を通した場合、図６（ａ）あるいは図８（ａ）に示し
たように、図４（ａ）で生じていた歪を平坦化すること
ができ、高性能な群速度分散を補償する光回路が得られ
る。

【００５５】図１０に示した群速度分散を補償する光回
路においても、非対称マッハツェンダ型干渉計の光路長
差をヒータ３５，３６，３７，３８，３９，４０，４
１，４２で適切に調整することによって、光を光導波路
４７から出射させ、リング共振器による利得調整器は用
いないという使用方法もある。

【００５６】また、ヒータによる熱光学効果を用いて光
導波路の屈折率を変える代りに、アモルファスシリコン
をスパッタリング法によって光導波路上に付着させ、レ
ーザ光を用いてトリミングを行うことにより、光導波路
に加わる応力を変えて屈折率を可変にすることができ
る。そのため、ヒータ５４をアモルファスシリコンに代
えることによっても、リング共振器で構成された利得調
整器の光強度透過率特性の微調整が可能である。なお、
アモルファスシリコン部分が不用になった場合は、エッ
チングによって除去可能である。

【００５７】なお、リング共振器による利得調整器にお
ける光強度透過率のピーク値の減少は、希土類元素ドー
プ光ファイバ、希土類元素ドープ光導波路、半導体レー
ザ増幅器等の光増幅器を用いて補償することが可能であ
る。

【００５８】以上、第１，第２の実施例の説明から判る
ように、請求項２の発明では、ポートとループ状光路の
弱い結合による複数のリング共振器を利得調整器として
用いた場合、利得調整器の光強度透過率特性を鋭くする
ことができ、光強度透過率特性の鋭い歪みも補正可能と
なる。この場合、実施例から明らかなように、リング共
振器の配置は、光回路の前段あるいは後段あるいは双方
に何個ずつ配置しても良い。

【００５９】なお、本発明による群速度分散を補償する
光回路中の利得調整器としては、非対称マッハツェンダ
型干渉計、リング共振器の他に、回折格子の反射特性等
を用いて構成できることは明らかである。また、これら
を任意に組合せて利得調整器を構成することも可能であ
る。

【００６０】本発明の群速度分散を補償する光回路で
は、３ｄＢ方向性結合器の結合率が４０％から６０％の
範囲で変化（劣化）しても、光分散補償特性がさほど劣
化しないことを確認した。

【００６１】上述した実施例の群速度分散を補償する光
回路を石英系ガラス導波路を用い製造したのでこれを説
明する。まず、Ｓｉ基板上に火炎堆積法によってＳｉＯ
₂ の下部クラッド層を堆積し、次にＧｅＯ₂ をドーパン
トとして添加したＳｉＯ₂ ガラスのコア層を堆積した後
に、電気炉で透明ガラス化した。次に、図１，図７，図
９，図１０に示したようなパターンを用いてコア層をエ
ッチングしてコア部分を作成し、最後に、再びＳｉＯ₂
の上部クラッド層を堆積し、更に所定の光導波路上に薄
膜ヒータ及びその電気配線を蒸着した。また、所定の光
導波路上にアモルファスシリコンをスパッタリング法に
より付着させた。

【００６２】本発明の群速度分散を補償する光回路は、
ガラス導波路に限らず、強誘電体光導波路及びポリマー
光導波路等を用いて実現することができることは、明白
である。

【００６３】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて説明したよう
に、本発明の群速度分散を補償する光回路には次のよう
な効果がある。 （１）２本の入力ポートの長さが異なり且つ２本の出力
ポートの長さが異なる方向性結合器を縦続接続すること
によって、光強度透過率特性が大きくなる周波数範囲を
広げることができる。 （２）更に、光回路前段あるいは後段に非対称マッハツ
ェンダ型干渉計、あるいはリング共振器から構成される
利得調整器を設置することによって、光強度透過率特性
を平坦化することができる。 （３）従って、光信号を電気信号に変換することなく高
速変調信号において歪なしに光ファイバの分散を相殺す
ることができ、大容量・長距離光通信において大きな利
点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の第１実施例の群速度分散を補
償する光回路の構成図。

【図２】２本の入力ポートの長さが異なり且つ２本の出
力ポートの長さが異なる方向性接合器の縦続接続段数が
１２の場合の分散補償特性の計算例を示す図。

【図３】強度透過率が０．９５以上となる周波数範囲
と、２本の入力ポートの長さが異なり且つ２本の出力ポ
ートの長さが異なる方向性結合器の縦続段数との関係を
示す図。

【図４】非対称マッハツェンダ型干渉計の光路長差が設
計値から波長λ₀ の範囲でランダムにばらついている場
合の分散補償の計算例を示す図。

【図５】非対象マッハツェンダ型干渉計による利得調整
器の光強度透過率特性と相対遅延時間特性の計算例を示
す図。

【図６】図１の実施例の群速度分散を補償する光回路の
分散補償特性の計算例を示す図。

【図７】請求項１の発明に関する第２実施例の群速度分
散を補償する光回路の構成図。

【図８】図７の実施例の分散補償特性の計算例を示す
図。

【図９】請求項２の発明の第１実施例の特性図。

【図１０】請求項２の発明の第２実施例の構成図。

【図１１】従来のマイクロ波ストリップラインを用いた
分散等化器の構成を示す図。

【図１２】マイクロ波ストリップラインの伝搬遅延特性
を示す図。

【符号の説明】

１，２ 入力側光導波路 ３，４ 出力側光導波路 ５，６，７，８，９，１０，３３，３４ 結合率５０％
のｄＢ方向性結合器 １１，１２，１３，１４ 方向性結合器の長さの長い入
力ポート １５，１６，１７，１８ 方向性結合器の長さの短い入
力ポート １９，２０，２１，２２ 方向性結合器の長さの長い出
力ポート ２３，２４，２５，２６ 方向性結合器の長さの短い出
力ポート ２７，２８，３１，３２，４７，４８，４９，５０ 光
導波路 ２９，３０ アーム ３５，３６，３７，３８，３９，４０ ４１，４２，４
３，４４，５４ ヒータ部分 ５２ ループ状光路 ５３ 低結合率方向性結合器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２本の入力ポートの長さが互いに異なり
   且つ２本の出力ポートの長さが互いに異なる方向性結合
   器を、長さの長いポートは長いポートどうしで且つ長さ
   の短いポートは短いポートどうしで多段に縦続接続し、
   その前段に２本の出力ポートの長さが等しい方向性結合
   器を接続し且つ後段に２本の入力ポートの長さが等しい
   方向性結合器を接続して、多段の非対称マッハツェンダ
   型干渉計を構成する光回路において、 前記光回路の入力ポートあるいは出力ポートのうち少く
   とも一方に、２本のアームの長さが異なる１つあるいは
   複数の非対称マッハツェンダ型干渉計の一方のポートを
   接続したことを特徴とする群速度分散を補償する光回
   路。
2. 【請求項２】 ２本の入力ポートの長さが互いに異なり
   且つ２本の出力ポートの長さが互いに異なる方向性結合
   器を、長さの長いポートは長いポートどうしで且つ長さ
   の短いポートは短いポートどうしで多段に縦続接続し、
   その前段に２本の出力ポートの長さが等しい方向性結合
   器を接続し且つ後段に２本の入力ポートの長さが等しい
   方向性結合器を接続して、多段の非対称マッハツェンダ
   型干渉計を構成する光回路において、 前記光回路の入力ポートあるいは出力ポートのうち少く
   とも一方と１つあるいは複数のループ状の光路の一部と
   を互いに光結合を起す程度に近接させ方向性結合器を構
   成したことを特徴とする群速度分散を補償する光回路