JPWO2004038493A1 - ダイナミックゲインイコライザー - Google Patents
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Abstract
本発明は、光アンプの利得波長特性を平坦化するダイナミックゲインイコライザー提供する。ダイナミックゲインイコライザーは、複数段の光分岐カプラ１を接続して形成された多段光分岐カプラ７と、複数段の光合波カプラ３を接続して形成された多段合波カプラ１１と、伝搬光の位相を可変可能な光位相調節器９および伝搬光に設定時間遅延を付与する光遅延線１０を有する光接続回路１２とを有する光導波回路２からなり、前記多段光分岐カプラ７の少なくとも１つの光分岐カプラ１と多段光合波カプラ１１の少なくとも１つの光合波カプラ３には光振幅可変手段２１，２１がそれぞれ設けられており、前記多段光分岐カプラ７と前記多段光合波カプラ１１はそれぞれ前記多段光分岐カプラ７の光出力端１７の中心配列位置と前記多段光合波カプラ１１の光入力端１８の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称に形成されている。
Description
本発明は、波長分割多重伝送等の光通信分野に用いられるダイナミックゲインイコライザーに関するものである。
高密度波長多重伝送システムにおいて、そのシステムを支えているキーテクノロジーの一つがＥＤＦＡ（Ｅｒ３＋Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｅｒ）を用いた光アンプである。ＥＤＦＡは、例えば図５に示すような利得波長特性を有している。つまり、ＥＤＦＡは、波長１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍに高い利得を有するため、利得波長特性が平坦ではない。
なお、図５の特性線ａ〜ｅは、ＥＤＦＡに入力されるポンプ光レベルの小さい順にその特性を示している。つまり、これらの特性線ａ〜ｅのうち、特性線ａは、ポンプ光レベルが最も小さい場合の利得波長特性を示し、特性線ｅは、ポンプ光レベルが最も大きい場合の利得波長特性を示す。
そこで、近年、ＥＤＦＡを高密度波長多重伝送システムに適用するために、ＥＤＦＡの利得波長特性を平坦化することが行われるようになった。この利得平坦化は、ＥＤＦＡの利得波長特性と反対の損失波長特性を有する光利得等化フィルタを適用して行われている。
また、利得平坦化は、多段マッハツェンダ光干渉計回路（ＭＺＩ）を用いたラティスフィルタ型のものも提案されている（例えば、神宮寺他、「Ｌａｗｓｏｎ法を基礎にしたラティス型利得等化器の設計」２００１年電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−５０）。
さらに、ＰＬＣを用いた利得平坦化の別の例として、光トランスバーサルフィルタ型のものも提案されている（例えば、Ａ．Ｒａｎａｌｌｉ ａｎｄ Ｂ．Ｆｏｎｄｅｕｒ，「ＰＬＡＮＡＲ ＴＡＰＰＥＤ ＤＥＬＡＹ ＬＩＮＥ ＢＡＳＥＤ，ＡＣＴＩＶＥＬＹ ＣＯＮＦＩＧＵＲＡＢＬＥ ＧＡＩＮ−ＦＬＡＴＴＥＮＩＮＧ ＦＩＬＴＥＲ」Ｐｒｏｃ．ＥＣＯＣ，Ｐａｐｅｒ７−１−２，２０００．）。
なお、図５の特性線ａ〜ｅは、ＥＤＦＡに入力されるポンプ光レベルの小さい順にその特性を示している。つまり、これらの特性線ａ〜ｅのうち、特性線ａは、ポンプ光レベルが最も小さい場合の利得波長特性を示し、特性線ｅは、ポンプ光レベルが最も大きい場合の利得波長特性を示す。
そこで、近年、ＥＤＦＡを高密度波長多重伝送システムに適用するために、ＥＤＦＡの利得波長特性を平坦化することが行われるようになった。この利得平坦化は、ＥＤＦＡの利得波長特性と反対の損失波長特性を有する光利得等化フィルタを適用して行われている。
また、利得平坦化は、多段マッハツェンダ光干渉計回路（ＭＺＩ）を用いたラティスフィルタ型のものも提案されている（例えば、神宮寺他、「Ｌａｗｓｏｎ法を基礎にしたラティス型利得等化器の設計」２００１年電子情報通信学会総合大会Ｃ−３−５０）。
さらに、ＰＬＣを用いた利得平坦化の別の例として、光トランスバーサルフィルタ型のものも提案されている（例えば、Ａ．Ｒａｎａｌｌｉ ａｎｄ Ｂ．Ｆｏｎｄｅｕｒ，「ＰＬＡＮＡＲ ＴＡＰＰＥＤ ＤＥＬＡＹ ＬＩＮＥ ＢＡＳＥＤ，ＡＣＴＩＶＥＬＹ ＣＯＮＦＩＧＵＲＡＢＬＥ ＧＡＩＮ−ＦＬＡＴＴＥＮＩＮＧ ＦＩＬＴＥＲ」Ｐｒｏｃ．ＥＣＯＣ，Ｐａｐｅｒ７−１−２，２０００．）。
本発明のダイナミックゲインイコライザーの第一実施形態は、下記を備えている。複数段の光分岐カプラを接続して形成された多段光分岐カプラと、複数段の光合波カプラを接続して形成された多段合波カプラと、伝搬光の位相を可変可能な光位相調節器および伝搬光に設定時間遅延を付与する光遅延線を有する光接続回路とを有する光導波回路、
前記多段光分岐カプラの少なくとも１つの光分岐カプラと多段光合波カプラの少なくとも１つの光合波カプラには光振幅可変手段がそれぞれ設けられており、
前記多段光分岐カプラと前記多段光合波カプラはそれぞれ前記多段光分岐カプラの光出力端の中心配列位置と前記多段光合波カプラの光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称に形成されている。
前記多段光分岐カプラの少なくとも１つの光分岐カプラと多段光合波カプラの少なくとも１つの光合波カプラには光振幅可変手段がそれぞれ設けられており、
前記多段光分岐カプラと前記多段光合波カプラはそれぞれ前記多段光分岐カプラの光出力端の中心配列位置と前記多段光合波カプラの光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称に形成されている。
図１は、本発明のダイナミックゲインイコライザーの一実施形態を示す要部構成図である。
図２Ａは、上記実施形態例のダイナミックゲインイコライザーの光遅延線およびその近傍の構成を示す説明図である。図２Ｂは、図２Ａの光接続回路の他の構成例を示す説明図である。
図３は、上記実施形態例の損失波長特性と、本実施形態例により利得平坦化を行うＥＤＦＡの利得波長特性と共に示すグラフである。
図４は、上記実施形態例によりＥＤＦＡの利得平坦化を行った後の利得波長特性を示すグラフである。
図５は、ＥＤＦＡの利得波長特性例を示すグラフである。
図６は、光トランスバーサルフィルタの構成例を示す説明図である。
図７は、本発明のダイナミックゲインイコライザーの他実施形態を示す要部構成図である。
図８は、図７の実施形態例によりＥＤＦＡの利得平坦化を行った後の利得波長特性を示すグラフである。
図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは、本発明のダイナミックゲインイコライザーのさらに他実施形態を示す要部構成図である。
図１０は、図１の実施形態例の損失波長特性と、本実施形態例により利得平坦化を行うＥＤＦＡの利得波長特性との実施例を共に示すグラフである。
図１１は、図１０の実施形態例によりＥＤＦＡの利得平坦化を行った後の利得波長特性を示すグラフである。
図２Ａは、上記実施形態例のダイナミックゲインイコライザーの光遅延線およびその近傍の構成を示す説明図である。図２Ｂは、図２Ａの光接続回路の他の構成例を示す説明図である。
図３は、上記実施形態例の損失波長特性と、本実施形態例により利得平坦化を行うＥＤＦＡの利得波長特性と共に示すグラフである。
図４は、上記実施形態例によりＥＤＦＡの利得平坦化を行った後の利得波長特性を示すグラフである。
図５は、ＥＤＦＡの利得波長特性例を示すグラフである。
図６は、光トランスバーサルフィルタの構成例を示す説明図である。
図７は、本発明のダイナミックゲインイコライザーの他実施形態を示す要部構成図である。
図８は、図７の実施形態例によりＥＤＦＡの利得平坦化を行った後の利得波長特性を示すグラフである。
図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは、本発明のダイナミックゲインイコライザーのさらに他実施形態を示す要部構成図である。
図１０は、図１の実施形態例の損失波長特性と、本実施形態例により利得平坦化を行うＥＤＦＡの利得波長特性との実施例を共に示すグラフである。
図１１は、図１０の実施形態例によりＥＤＦＡの利得平坦化を行った後の利得波長特性を示すグラフである。
ゲインイコライザーは、様々なタイプのものが考えられる。例えば、光利得等化フィルタを用いるもの、音響光学フィルタを用いるもの、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）を用いるもの、ＰＬＣ（平面光導波回路）を用いるもの等がそれに該当する。まず、これらのダイナミックゲインイコライザーの検討を行なう。
まず、光利得等化フィルタは、以下のような方法によってＥＤＦＡの利得波長特性と反対の損失波長特性を実現している。つまり、光利得等化フィルタの実現方法の提案例の一つは、例えば反射率と周期（ＦＳＲ）の異なる複数のエタロンフィルタを組み合わせて所望のスペクトルを実現する方法である。
また、光利得等化フィルタの実現方法の別の提案例として、誘電体多層膜フィルタにより所望のスペクトルを実現する方法や、長周期型のファイバグレーティング（ＦＢＧ）を利用した方法が提案されている。
なお、上記のような光利得等化フィルタは、ＥＤＦＡの一つの利得波長特性の利得を平坦化するように、一般的にカスタマイズ設計されている。
しかしながら、ＥＤＦＡの利得波長特性は、そのポンプ光レベルにより変化するので、上記のように、一つの利得波長特性の利得を平坦化するように設計されたフィルタは、ポンプ光レベルの変化にダイナミックな対応ができないといった問題があった。
そこで、将来的には、ＥＤＦＡの利得波長特性の変化に対応させて損失波長特性を可変できるダイナミックゲインイコライザーの実現が必須である。
上述したゲインイコライザーのうち、ＰＬＣを用いたものは、その高い制御性、安定性の面から、他のデバイスと比較して有望なデバイスとなりうると考えた。このため、ＰＬＣを用いたタイプについて検討を進める。そこで、ＰＬＣを用いたダイナミックゲインイコライザーとして、多段マッハツェンダ光干渉計回路（ＭＺＩ）を用いたラティスフィルタ型について検討した。
また、ＰＬＣを用いたダイナミックゲインイコライザーの別の例として、可変光カプラ、光遅延線、位相調節器を用いた光トランスバーサルフィルタ型についても検討した。
これらのＰＬＣを用いたダイナミックゲインイコライザーは、いずれも、挿入損失が比較的大きいといった問題があった。ダイナミックゲインイコライザーを光アンプの利得等化フィルタとして使用する場合、Ｓ／Ｎ比の問題から、挿入損失が小さいことが望まれており、挿入損失を低減することは重要である。
図１は、挿入損失を抑制でき、かつ、ポンプ光レベルによらず光アンプの利得等化を可能とする本発明のダイナミックゲインイコライザーの一実施形態を示している。以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
本発明に係るダイナミックゲインイコライザーの一実施形態例が示されている。図１に示すように、本実施形態例のダイナミックゲインイコライザーは、図１に示す回路構成を有する光導波回路２を基板１５上に形成した平面光導波回路により形成されており、光導波回路２は、多段光分岐カプラ７と多段光合波カプラ１１を有している。
多段光分岐カプラ７は、複数段の光分岐カプラ１を接続して形成されており、複数の光出力端１７を有している。多段光合波カプラ１１は、複数段の光合波カプラ３を接続して形成されており、複数の光入力端１８を有している。
また、本実施形態例においては、複数の光分岐カプラ１と複数の光合波カプラ３のうち少なくとも１つはＹ分岐回路を有しており、かつ、複数の光分岐カプラ１と複数の光合波カプラ３のうち少なくとも１つはマッハツェンダ光干渉計回路を有している。
例えば第１段の光分岐カプラ１（１ａ）、第３段、第４段の光分岐カプラ１（１ｃ，１ｄ）はマッハツェンダ光干渉計回路を有し、第２段の光分岐カプラ１（１ｂ）はＹ分岐回路を有している。また、最終段の光合波カプラ３（３ａ）、最終段から数えて３段目、４段目の光合波カプラ３（３ｃ，３ｄ）はマッハツェンダ光干渉計回路を有し、最終段の前段の光合波カプラ３（３ｂ）はＹ分岐回路を有している。
前記多段光分岐カプラ７のそれぞれの光出力端１７と多段光合波カプラ１１の対応する光入力端１８との間には、光接続回路１２が介設されている。光接続回路１２は、伝搬光の位相を可変可能な光位相調節器９と伝搬光に設定時間遅延を付与する光遅延線１０を有して成る。各光位相調節器９は１本の光導波路を有してこの光導波路にＴｉＮｉヒータの位相調節手段６を形成して成る。
なお、本実施形態例では、上記光接続回路１２は、図１、図２Ａに示すように、光位相調節器９と光遅延線１０を直列接続して形成されているが、例えば図２Ｂに示すように、光遅延線１０に位相調節手段６を設けて光位相調節器９の機能をもたせて光接続回路１２を形成してもよい。
また、前記多段光分岐カプラ７の少なくとも１つの光分岐カプラ１には光振幅可変手段２１が設けられており、多段光合波カプラ１１の少なくとも１つの光合波カプラ３には光振幅可変手浚２２が設けられている。
本実施形態例では、マッハツェンダ光干渉計回路により形成された光分岐カプラ１（１ａ，１ｃ，１ｄ）と光合波カプラ３（３ａ，３ｃ，３ｄ）に光振幅可変手段２１，２２が設けられている。これらの光振幅可変手段２１，２２は、ＴｉＮｉヒータにより形成されている。
多段光分岐カプラ７と多段光合波カプラ１１はそれぞれ、多段光分岐カプラ７の光出力端１７の中心配列位置と多段光合波カプラ１１の光入力端１８の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称に形成されている。
また、多段光分岐カプラ７の光出力端１７と多段光合波カプラ１１の光入力端１８は互いに同じ奇数個ずつ設けられており、これらの各光出力端１７と対応する光入力端１８間に設けられる各光遅延線１０は互いに長さを異にしている。
図中、最下部に設けられている光遅延線１０ａを基準とし、下から２番目に設けられている光遅延線１０ｂは光遅延線１０ａよりｄＬ長く、下から３番目の光遅延線１０ｃは光遅延線１０ａより２ｄＬ長く形成され、下から４番目の光遅延線１０ｄは光遅延線１０ａより３ｄＬ長く形成されている。
また、この長さの異なる光遅延線１０のうち真ん中の長さを有する実質的中心光遅延線１０ｅは最上部に設けられて、前記光遅延線１０ａより４ｄＬ長く形成され、下から５番目以降に設けられている光遅延線１０ｆ〜１０ｉは、それぞれ、順にｄＬずつ長く形成され、光遅延線１０ｉは光遅延線１０ａより８ｄＬ長く形成されている。ここで、ｄＬ＝３９．９μｍである。
また、上記実質的中心光遅延線１０ｅの入力側には前記多段光分岐カプラ７を形成する第１段の光分岐カプラ１（１ａ）の一方の光出力部（つまり光出力端１７ｅ）が接続され、該第１段の光分岐カプラ１ａの他方の光出力部には第２段の光分岐カプラ１（１ｂ）の光入力部が接続されて、第２段以降の光分岐カプラ１により光分岐部１３が形成されている。
図２Ａに示すように、光分岐部１３の光出力端は多段光分岐カプラ７の光出力端１７（１７ａ〜１７ｄ、１７ｆ〜１７ｉ）を成し、それぞれ、前記実質的中心光遅延線１０ｅを除く対応する光遅延線１０（１０ａ〜１０ｄ、１０ｆ〜１０ｉ）の光入力側に接続されている。
図１に示すように、前記実質的中心光遅延線１０ｅの出力側には前記多段光合波カプラ１１の最終段の光合波カプラ３（３ａ）の一方の光入力部（つまり光入力端１８ｅ）が接続されており、該最終段の光分岐カプラ３ａの他方の光入力部には該最終段の前段の光合波カプラ３（３ｂ）が接続されて、最終段の前段以前の光合波カプラ３により光合波部１４が形成されている。
図２Ａに示すように、光合波部１４の光入力端は多段光合波カプラ１１の光入力端１８（１８ａ〜１８ｄ、１８ｆ〜１８ｉ）を成し、それぞれ、前記実質的中心光遅延線１０ｅを除く対応する光遅延線１０（１０ａ〜１０ｄ、１０ｆ〜１０ｉ）の光出力側に接続されている。
前記光分岐部１３と前記光合波部１４はそれぞれ、前記光分岐部１３の光出力端の中心配列位置と前記光合波部１４の光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して線対称に形成されている。
本実施形態例は以上のように構成されており、本実施形態例の構成を決定するにあたり、本発明者は、図６に示すような、従来の光トランスバーサルフィルタ構成による任意波形フィルタ合成について定式化する検討を行った。なお、図６において、本実施形態例のダイナミックゲインイコライザーを形成する光導波回路２の構成要素と同一名称部分には同一符号が付してある。
図６に示すように、従来の光トランスバーサルフィルタは、複数の光出力端１７を有する多段光分岐カプラ（スプリッタ）７と、複数の光入力端１８を有する多段光合波カプラ（コンバイナー）１１とを有している。
また、前記多段光分岐カプラ７のそれぞれの光出力端１７と前記光合波カプラ１１の対応する光入力端１８との間には、可変光減衰器（ＶＯＡ；Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）８と位相調節器９と光遅延線１０を有して成る光接続回路１２が介設されている。この光トランスバーサルフィルタは、前記可変光減衰器８の光振幅と前記光位相調節器９の位相変化量を可変設定することにより光デジタルフィルタ１の光周波数特性を任意に可変設定可能としている。
前記各可変光減衰器８は、２本の光導波路（コア）を並設して成るマッハツェンダ光干渉計回路を有し、２つの方向性結合部４に挟まれた光導波路にヒータ５を形成して成る。前記各光位相調節器９は本実施形態例と同様に形成され、前記光遅延線１０は、互いに光導波路の長さを異なる長さに形成して成る。
ここで、図６に示す光トランスバーサルフィルタにおいて、タップ数（多段光分岐カプラ７の分岐数）をＮとすると、多段光分岐カプラ７から光位相調節器９までの伝達関数は、（数１）により表される。なお、ｎはタップ番号である。
ここで、ｇｎ＝ａｎｅｊθｎとおく。ａｎは可変光減衰器８の光振幅量、θｎは位相調整器（位相シフタ）の位相変化量であり、これらを光トランスバーサルフィルタのタップ係数とする。ｊは√（−１）である。
光遅延線１０から多段光合波カプラ１１までの伝達関数を（数１）の伝達関数に合わせると、光トランスバーサルフィルタの伝達関数Ｇは、（数２）となる。
なお、βは導波路の伝搬定数、ΔＬは光遅延線の光路長差、ｎｅｆｆは導波路の等価屈折率、ｃは光速、ｆは光周波数、１は整数である。
ここで、（数３）、（数４）、（数５）とすると（ただし、ｍは整数）、（数６）が導かれる。
ここで、所望の光周波数特性Ｇ１からのサンプリング数をＮ’とすると、（数６）から（数７）の離散的フーリエ変換によりｇｎが求まる。
なお、この場合のタップ番号ｎは、−（Ｎ−１）／２≦ｎ≦（Ｎ−１）／２（Ｎは奇数）、−Ｎ／２≦ｎ≦Ｎ／２−１（Ｎは偶数）とする。よって、タップ係数（可変光減衰器８の光振幅ａｎと光位相調節器９の位相変化量θｎ）は、それぞれ、（数８）、（数９）となる。
例えば図５に示したＥＤＦＡの利得波長依存性を等化するダイナミックゲインイコライザーを、図６に示した光トランスバーサルフィルタによりＮ＝８で形成した場合、そのタップ係数は、表１に示すようになる。
ここで、Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ１’〜５’は、ＥＤＦＡのポンプ光レベルが小さい順に並んでいる。また、光振幅は最大で規格化してある。
表１から明らかなように、従来の光トランスバーサルフィルタは、各タップへの光振幅ａｎの割合が不均一であることが分かる。そして、従来の光トランスバーサルフィルタは、この光振幅の不均一性が、挿入損失に直接影響を及ぼすため、大きな損失が生じる。
ここで、図６の構成の場合、挿入損失は、（数２）から以下の式（数１０）により表される値となる。
そのため、図６に示す光トランスバーサルフィルタは、実質的中心光遅延線１０（図６においては、タップ番号が４の光遅延線１０ｄ）を有する光接続回路１２に光パワーの約９４％が入力され、それ以外の光遅延線１０を有する光接続回路１２に残りの約６％の光パワーが入力することになる。
ただし、それぞれの光遅延線１０には可変光減衰器８が接続されているので、可変光減衰器８によって光振幅が可変されて光パワーが減衰され、それぞれの光接続回路１２を通る光には挿入損失が生じる。
そして、上記Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ１’〜５’の挿入損失は、表２に示すとおりになり、Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ５’の挿入損失は１３．９ｄＢとなる。
本発明者は、上記検討の結果、光トランスバーサルフィルタのタップ係数ａｎが、その光遅延線１０の実質的中心に対して線対称になるように決定されることに着目した。そして、複数の光接続回路１２に入力する光の多くは、上記実質的中心となる光遅延線１０（ここでは１０ｄ）を有する光接続回路１２に入力することを考慮し、上記構成の本実施形態例のダイナミックゲインイコライザーを提案することにした。
つまり、本発明者は、まず、多段光分岐カプラ７の光出力端１７と多段光合波カプラ１１の光入力端１８を互いに同じ奇数個ずつとし、多段光分岐カプラ７と多段光合波カプラ１１を、それぞれ、多段光分岐カプラ７の光出力端１７の中心配列位置と多段光合波カプラ１１の光入力端１８の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称になるように形成した。
そして、前記多段光分岐カプラ７を形成する第１段の光分岐カプラ１（１ａ）の一方の光出力部（つまり光出力端１７ｅ）を実質的中心光遅延線１０ｅの光入力側に接続し、実質的中心光遅延線１０ｅの光出力側には、前記多段光合波カプラ１１の最終段の光合波カプラ３（３ａ）の一方の光入力部（つまり光入力端１８ｅ）を接続した。
この接続により、実質的中心光遅延線１０ｅを通る光は、実質的中心光遅延線１０ｅと、上記第１段の光分岐カプラ１と光位相調節器９と、最終段の光合波カプラ３ａのみを通ることになるので、その挿入損失はほぼゼロとなる。
そして、本実施形態例において、実質的中心光遅延線１０ｅを有する光接続回路１２に光パワーの約９４％が入力され、それ以外の光遅延線１０を有する光接続回路１２に残りの約６％光パワーが入力され、この約６％の光パワーの挿入損失もほとんど無いので、光導波回路２の全体としての挿入損失がほぼゼロになるようにできる。なお、実質的中心光遅延線１０ｅを有する光接続回路１２に光パワーの約５０％、約６０％、約７０％、約８０％を入力させ、残りの光パワーである約５０％、約４０％、約３０％、約２０％を光遅延線１０を有する光接続回路１２に入力させても、上述の実施形態と同様の結果が得られた。
上記のように、本実施形態例は挿入損失が小さく、かつ、任意波形フィルタ合成については従来の光トランスバーサルフィルタと変わらないために、たとえＥＤＦＡに入力されるポンプ光レベルが変化しても、その変化に対応させてＥＤＦＡの利得波長特性を平坦化でき、かつ、挿入損失が小さいダイナミックゲインイコライザーを実現できる。
また、本実施形態例のダイナミックゲインイコライザーは、以下のようにして製造される。まず、火炎加水分解堆積法を用いてシリコン基板上に石英系ガラスのアンダークラッド膜、コア膜を形成する。
その後、図１に示した回路が描かれたフォトマスクを介してフォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にてコア膜に光トランスバーサルフィルタパターンを転写し、コア（光導波路）の回路を形成する。その後、再度、火炎加水分解堆積法を用いて石英系ガラスのオーバークラッド膜を形成し、ダイナミックゲインイコライザー２を形成する。
また、多段光分岐カプラ７の光分岐カプラ１と多段光合波カプラ１１の光合波カプラ７のうちマッハツェンダ光干渉計回路の方向性結合部４に挟まれた光導波路に光振幅可変手段２１，２２を形成する。これらの光振幅可変手段２１，２２は、それぞれ、スパッタ法によりＴａヒーターを形成し、オーバークラッド膜上部にスパッタ法によりＴｉＮｉヒータを設けて形成する。
また、同様に、位相調節器９にもＴｉＮｉヒータにより位相調節手段６を形成する。さらに、これらのヒータへの給電用として、ＴｉＮｉ／Ａｕ電極を形成する。
そして、上記ＴｉＮｉ／Ａｕ電極から上記ヒータに給電して通電することによりヒータを発熱させ、その熱によって、石英系光導波路のコアにより形成された光分岐カプラ１と光合波カプラ３および位相調節器９に熱光学効果を発生させる。この熱光学効果により、光分岐カプラ１と光合波カプラ３の光振幅と光位相調節器９の位相調整量を可変する構成とする。
また、本実施形態例に適用したダイナミックゲインイコライザーは、前記タップ数を９タップに形成しており、本実施形態例のダイナミックゲインイコライザーのタップ係数は、表３に示すようになる。
ここで、Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ１〜５は、ＥＤＦＡのポンプ光レベルが小さい順に並んでいる。また、光振幅は最大で規格化してある。
図３の特性線ａ〜ｅには、ＥＤＦＡのポンプレベルに応じた利得波長特性が、ポンプ光レベルが小さい順に示されており、特性線ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’、ｅ’には、本実施形態例のダイナミックゲインイコライザーの試作例Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ１、２、３、４、５の損失波長特性が示されている。試作例Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ１〜５は、それぞれ、表３に示したタップ係数を有する。
また、図４には、本実施形態例のダイナミックゲインイコライザーを用いて、図３の特性線ａ〜ｅに示した利得波長特性を有するＥＤＦＡの利得平坦化を行った結果が示されている。
これらの図から明らかなように、本実施形態例のダイナミックゲインイコライザーを用いて、ＥＤＦＡの波長１．５５μｍ帯（波長１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍ）の利得を平坦化できた。なお平坦化のレベル（Ｇａｉｎの最大値から最小値を引いた値）は、利得平坦化の最も厳しい条件である特性線ｅにおいて０．８ｄＢであり、全ての特性線ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅにおいて１ｄＢ以下であった。
また、本実施形態例において、作製したダイナミックゲインイコライザー（Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ１〜５）の挿入損失は、どのポンプレベルに対しても約３ｄＢであった。なお、この損失中には、実際の回路の伝搬損失、回路の過剰損失、光ファイバとの接続損失を含んでいる。
以上のように、本実施形態例は、ＥＤＦＡのポンプ光レベルが変動しても、そのポンプ光レベル変動に対応させてＥＤＦＡの利得平坦化を図ることができ、かつ、挿入損失が小さいダイナミックゲインイコライザーを実現することができた。
なお、上記の実施形態の実施例として、光遅延線の長さ（ｄＬ）を４１．１μｍに設定し、図１０に示すＥＤＦＡの利得波長特性の利得平坦化を行った。ダイナミックゲインイコライザーの設計値は下記の表４の通りである。表４に示すＥｑｕａｌｉｚｅｒ１〜３は、ＥＤＦＡのポンプ光レベルが小さい方から順に並んでいる。また、光振幅は最大で規格化してある。作製されたＥｑｕａｌｉｚｅｒ１〜３（表４参照）の挿入損失は、どのポンプレベルに対しても約３ｄＢであった。この挿入損失には、実際の回路の伝搬損失、回路の過剰損失、光ファイバーとの接続損失が含まれている。このＥｑｕａｌｉｚｅｒ１〜３のフィルター特性とその利得平坦化を行った結果を図１１に示す。各Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ１〜３による利得偏差は、±０．３ｄＢ以下に平坦化できた。
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えばダイナミックゲインイコライザーのタップ数は特に限定されるものでなく適宜設定されるものである。例えば、図７に示すダイナミックゲインイコライザーの一実施例は、タップ数を５つとしたものである。
図７に示すダイナミックゲインイコライザーは、光トランスバーサルフィルタの分解能を下げることなく、図１のものよりタップ数が少ない構成となっている。図１、表１から、光トランスバーサルフィルタのタップ係数がその遅延線の実質的中心に対し線対称であることに着目して、線対称となる片側のタップ係数を用いてもう一方のタップ係数をあらわすことにより、タップ数を減らすことが出来る。この手法について、説明する。表１において、Ｔａｐ Ｎｕｍ＝１〜３のタップ係数ａ［ｎ］はＴａｐ Ｎｕｍ＝５〜７のタップ係数ａ［ｎ］と同じ値である。そこでＴａｐ Ｎｕｍ＝０〜３のタップ係数ａ［ｎ］の値を２倍して用いれば、光トランスバーサルフィルタの分解能を下げることなく、Ｔａｐ Ｎｕｍ＝５〜７のタップを無くすことができる。この場合のタップ係数は下記の表５のようになる。この構成により、タップ数が減るため挿入損失をさらに低減することができ、かつ回路サイズを小さくすることができる。
次に、図８を用いて、図７のダイナミックゲインイコライザーによるＥＤＦＡの利得波長特性の利得平坦化の一実施例を説明する。なお、図８は、図４に示すＥＤＦＡの利得波長特性を、図７の構成でかつ下記表６に示す特性を有するダイナミックゲインイコライザーにより利得平坦化を行なった結果を示すものである。平坦化のレベル（Ｇａｉｎの最大値から最小値を引いた値）は、利得平坦化の最も厳しい条件である特性線ｅにおいて１．３ｄＢであり、全ての特性線ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅにおいて１．５ｄＢ以下であった。
また、図７の変形例を、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃに示す。図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃの図７と異なる主な構成は、光遅延線１０を中心として、光分岐カプラ１と光合波カプラ３を折り曲げた点である。図９Ａに示す光トランスバーサルフィルタ回路は、各光遅延線１０のＲ部５０が一定に設計され、直線部５２の長さが異なる構成となっている。各光遅延線１０では、直線部の長さで遅延差を与える構造となっている。なお、直線部５２には、位相調節手段６が設置されている。図９Ｂは、図９Ａの変形例であり、直線部５２（図８−Ａ参照）を形成せず、Ｒ部５０のみの構成である。各光遅延線１０は、中心部５４からの半径が異なるため、この半径の差により各光遅延線１０の長さが異なり、この長さの差が遅延差を発生させることになる。図９Ｃは、図９Ａの構成と、図９Ｂの構成を組合せたものである。つまり、光遅延線１０は、Ｒ部５０と直線部５２、もしくはＲ部のみで構成しても良い。これは付与する遅延量により適宜選択するものである。なお、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃでは、タップ数が５個の構成例を示しているが、図１のタップ数が９個の光導波回路２に、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃの光遅延線１０の構成を適用しても構わない。図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃの構成を適用することにより、長手方向の回路サイズを小さくすることができる。
また、本発明において、光位相調節器９と光遅延線１０の接続順は特に限定されるものではなく適宜設定されるものである。また、光位相調節器９と光遅延線１０の間に、必要に応じて他の回路を介設することもできる。
さらに、上記実施形態例は、ＥＤＦＡの利得が比較的大きい波長である波長１．５５μｍ帯の利得平坦化を行うダイナミックゲインイコライザーとしたが、本発明のダイナミックゲインイコライザーは、様々な損失波長特性を有するものを形成できるので、波長１．５５μｍ帯以外の波長においてもＥＤＦＡの利得波長特性を平坦化することもできるし、ＥＤＦＡ以外の光アンプの利得波長特性の平坦化もできる。
さらに、上述した各実施形態において、光分岐カプラ１（１ａ、１ｃ、１ｄ）と光合波カプラ３（３ａ、３ｃ、３ｄ）を同一の特性としても良い。これらの光分岐カプラ１、光合波カプラ３は、それぞれに任意の分岐、結合特性をもつように作成可能であるため、所望のタップ係数を得られる様な初期特性（ここでは可変動作を行わない場合の特性を初期特性と呼ぶ）をあらかじめ与えておき、可変動作は微調整のみとして小さな消費電力で所望のタップ係数を得ることが可能である。しかし、火炎加水分解堆積法、フォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法の製造プロセス誤差により、光分岐カプラ１、光合波カプラ３の初期特性は設計値からずれが生じる。光分岐カプラ１、光合波カプラ３をそれぞれ任意の分岐、結合特性をもつように設計した場合は、そのずれの大きさもカプラ毎に異なるため、タップにおいて所望の分岐・結合特性を得る為には、全てのカプラのずれを測定する必要がある。
そこで全ての光分岐カプラ１、光合波カプラ３を同一の初期特性を有するように、同じ設計値で作成すると、全てのカプラで同一のずれが生じるため、どこかひとつのカプラのずれを測定すれば、回路全体の分岐、結合特性を効率的に把握することができ、タップにおいて所望の分岐・結合特性を得ることが容易になる。
上述した実施形態によれば、多段光分岐カプラと多段光合波カプラの構成を、多段光分岐カプラの光出力端の中心配列位置と前記多段光合波カプラの光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称に形成することにより、これらのカプラ間に設けられて位相調節器と光遅延線を有して成る光接続回路を通る光パワー比を最適化でき、挿入損失が小さく、かつ、ＥＤＦＡに入力されるポンプ光レベルに対応させてＥＤＦＡの利得波長特性を平坦化できるダイナミックゲインイコライザーを実現できる。
また、本発明において、多段光分岐カプラの光出力端と多段光合波カプラの光入力端を互いに同じ奇数個ずつ設け、長さの異なる光遅延線のうち真ん中の長さを有する実質的中心光遅延線に、多段光分岐カプラを形成する第１段の光分岐カプラの一方の光出力部と、多段光合波カプラの最終段の光合波カプラの一方の光入力部を接続し、実質的中心光遅延線以外の光遅延線に光分岐部と光合波部を設けた構成によれば、上記効果を確実に発揮できるダイナミックゲインイコライザーを容易に形成できる。
さらに、本発明において、複数の光分岐カプラと複数の光合波カプラのうち少なくとも１つはＹ分岐回路を有している構成や、複数の光分岐カプラと複数の光合波カプラのうち少なくとも１つはマッハツェンダ光干渉計回路を有している構成によれば、これらの回路によって、多段光分岐カプラと多段光合波カプラを容易に形成できる。
まず、光利得等化フィルタは、以下のような方法によってＥＤＦＡの利得波長特性と反対の損失波長特性を実現している。つまり、光利得等化フィルタの実現方法の提案例の一つは、例えば反射率と周期（ＦＳＲ）の異なる複数のエタロンフィルタを組み合わせて所望のスペクトルを実現する方法である。
また、光利得等化フィルタの実現方法の別の提案例として、誘電体多層膜フィルタにより所望のスペクトルを実現する方法や、長周期型のファイバグレーティング（ＦＢＧ）を利用した方法が提案されている。
なお、上記のような光利得等化フィルタは、ＥＤＦＡの一つの利得波長特性の利得を平坦化するように、一般的にカスタマイズ設計されている。
しかしながら、ＥＤＦＡの利得波長特性は、そのポンプ光レベルにより変化するので、上記のように、一つの利得波長特性の利得を平坦化するように設計されたフィルタは、ポンプ光レベルの変化にダイナミックな対応ができないといった問題があった。
そこで、将来的には、ＥＤＦＡの利得波長特性の変化に対応させて損失波長特性を可変できるダイナミックゲインイコライザーの実現が必須である。
上述したゲインイコライザーのうち、ＰＬＣを用いたものは、その高い制御性、安定性の面から、他のデバイスと比較して有望なデバイスとなりうると考えた。このため、ＰＬＣを用いたタイプについて検討を進める。そこで、ＰＬＣを用いたダイナミックゲインイコライザーとして、多段マッハツェンダ光干渉計回路（ＭＺＩ）を用いたラティスフィルタ型について検討した。
また、ＰＬＣを用いたダイナミックゲインイコライザーの別の例として、可変光カプラ、光遅延線、位相調節器を用いた光トランスバーサルフィルタ型についても検討した。
これらのＰＬＣを用いたダイナミックゲインイコライザーは、いずれも、挿入損失が比較的大きいといった問題があった。ダイナミックゲインイコライザーを光アンプの利得等化フィルタとして使用する場合、Ｓ／Ｎ比の問題から、挿入損失が小さいことが望まれており、挿入損失を低減することは重要である。
図１は、挿入損失を抑制でき、かつ、ポンプ光レベルによらず光アンプの利得等化を可能とする本発明のダイナミックゲインイコライザーの一実施形態を示している。以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
本発明に係るダイナミックゲインイコライザーの一実施形態例が示されている。図１に示すように、本実施形態例のダイナミックゲインイコライザーは、図１に示す回路構成を有する光導波回路２を基板１５上に形成した平面光導波回路により形成されており、光導波回路２は、多段光分岐カプラ７と多段光合波カプラ１１を有している。
多段光分岐カプラ７は、複数段の光分岐カプラ１を接続して形成されており、複数の光出力端１７を有している。多段光合波カプラ１１は、複数段の光合波カプラ３を接続して形成されており、複数の光入力端１８を有している。
また、本実施形態例においては、複数の光分岐カプラ１と複数の光合波カプラ３のうち少なくとも１つはＹ分岐回路を有しており、かつ、複数の光分岐カプラ１と複数の光合波カプラ３のうち少なくとも１つはマッハツェンダ光干渉計回路を有している。
例えば第１段の光分岐カプラ１（１ａ）、第３段、第４段の光分岐カプラ１（１ｃ，１ｄ）はマッハツェンダ光干渉計回路を有し、第２段の光分岐カプラ１（１ｂ）はＹ分岐回路を有している。また、最終段の光合波カプラ３（３ａ）、最終段から数えて３段目、４段目の光合波カプラ３（３ｃ，３ｄ）はマッハツェンダ光干渉計回路を有し、最終段の前段の光合波カプラ３（３ｂ）はＹ分岐回路を有している。
前記多段光分岐カプラ７のそれぞれの光出力端１７と多段光合波カプラ１１の対応する光入力端１８との間には、光接続回路１２が介設されている。光接続回路１２は、伝搬光の位相を可変可能な光位相調節器９と伝搬光に設定時間遅延を付与する光遅延線１０を有して成る。各光位相調節器９は１本の光導波路を有してこの光導波路にＴｉＮｉヒータの位相調節手段６を形成して成る。
なお、本実施形態例では、上記光接続回路１２は、図１、図２Ａに示すように、光位相調節器９と光遅延線１０を直列接続して形成されているが、例えば図２Ｂに示すように、光遅延線１０に位相調節手段６を設けて光位相調節器９の機能をもたせて光接続回路１２を形成してもよい。
また、前記多段光分岐カプラ７の少なくとも１つの光分岐カプラ１には光振幅可変手段２１が設けられており、多段光合波カプラ１１の少なくとも１つの光合波カプラ３には光振幅可変手浚２２が設けられている。
本実施形態例では、マッハツェンダ光干渉計回路により形成された光分岐カプラ１（１ａ，１ｃ，１ｄ）と光合波カプラ３（３ａ，３ｃ，３ｄ）に光振幅可変手段２１，２２が設けられている。これらの光振幅可変手段２１，２２は、ＴｉＮｉヒータにより形成されている。
多段光分岐カプラ７と多段光合波カプラ１１はそれぞれ、多段光分岐カプラ７の光出力端１７の中心配列位置と多段光合波カプラ１１の光入力端１８の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称に形成されている。
また、多段光分岐カプラ７の光出力端１７と多段光合波カプラ１１の光入力端１８は互いに同じ奇数個ずつ設けられており、これらの各光出力端１７と対応する光入力端１８間に設けられる各光遅延線１０は互いに長さを異にしている。
図中、最下部に設けられている光遅延線１０ａを基準とし、下から２番目に設けられている光遅延線１０ｂは光遅延線１０ａよりｄＬ長く、下から３番目の光遅延線１０ｃは光遅延線１０ａより２ｄＬ長く形成され、下から４番目の光遅延線１０ｄは光遅延線１０ａより３ｄＬ長く形成されている。
また、この長さの異なる光遅延線１０のうち真ん中の長さを有する実質的中心光遅延線１０ｅは最上部に設けられて、前記光遅延線１０ａより４ｄＬ長く形成され、下から５番目以降に設けられている光遅延線１０ｆ〜１０ｉは、それぞれ、順にｄＬずつ長く形成され、光遅延線１０ｉは光遅延線１０ａより８ｄＬ長く形成されている。ここで、ｄＬ＝３９．９μｍである。
また、上記実質的中心光遅延線１０ｅの入力側には前記多段光分岐カプラ７を形成する第１段の光分岐カプラ１（１ａ）の一方の光出力部（つまり光出力端１７ｅ）が接続され、該第１段の光分岐カプラ１ａの他方の光出力部には第２段の光分岐カプラ１（１ｂ）の光入力部が接続されて、第２段以降の光分岐カプラ１により光分岐部１３が形成されている。
図２Ａに示すように、光分岐部１３の光出力端は多段光分岐カプラ７の光出力端１７（１７ａ〜１７ｄ、１７ｆ〜１７ｉ）を成し、それぞれ、前記実質的中心光遅延線１０ｅを除く対応する光遅延線１０（１０ａ〜１０ｄ、１０ｆ〜１０ｉ）の光入力側に接続されている。
図１に示すように、前記実質的中心光遅延線１０ｅの出力側には前記多段光合波カプラ１１の最終段の光合波カプラ３（３ａ）の一方の光入力部（つまり光入力端１８ｅ）が接続されており、該最終段の光分岐カプラ３ａの他方の光入力部には該最終段の前段の光合波カプラ３（３ｂ）が接続されて、最終段の前段以前の光合波カプラ３により光合波部１４が形成されている。
図２Ａに示すように、光合波部１４の光入力端は多段光合波カプラ１１の光入力端１８（１８ａ〜１８ｄ、１８ｆ〜１８ｉ）を成し、それぞれ、前記実質的中心光遅延線１０ｅを除く対応する光遅延線１０（１０ａ〜１０ｄ、１０ｆ〜１０ｉ）の光出力側に接続されている。
前記光分岐部１３と前記光合波部１４はそれぞれ、前記光分岐部１３の光出力端の中心配列位置と前記光合波部１４の光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して線対称に形成されている。
本実施形態例は以上のように構成されており、本実施形態例の構成を決定するにあたり、本発明者は、図６に示すような、従来の光トランスバーサルフィルタ構成による任意波形フィルタ合成について定式化する検討を行った。なお、図６において、本実施形態例のダイナミックゲインイコライザーを形成する光導波回路２の構成要素と同一名称部分には同一符号が付してある。
図６に示すように、従来の光トランスバーサルフィルタは、複数の光出力端１７を有する多段光分岐カプラ（スプリッタ）７と、複数の光入力端１８を有する多段光合波カプラ（コンバイナー）１１とを有している。
また、前記多段光分岐カプラ７のそれぞれの光出力端１７と前記光合波カプラ１１の対応する光入力端１８との間には、可変光減衰器（ＶＯＡ；Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）８と位相調節器９と光遅延線１０を有して成る光接続回路１２が介設されている。この光トランスバーサルフィルタは、前記可変光減衰器８の光振幅と前記光位相調節器９の位相変化量を可変設定することにより光デジタルフィルタ１の光周波数特性を任意に可変設定可能としている。
前記各可変光減衰器８は、２本の光導波路（コア）を並設して成るマッハツェンダ光干渉計回路を有し、２つの方向性結合部４に挟まれた光導波路にヒータ５を形成して成る。前記各光位相調節器９は本実施形態例と同様に形成され、前記光遅延線１０は、互いに光導波路の長さを異なる長さに形成して成る。
ここで、図６に示す光トランスバーサルフィルタにおいて、タップ数（多段光分岐カプラ７の分岐数）をＮとすると、多段光分岐カプラ７から光位相調節器９までの伝達関数は、（数１）により表される。なお、ｎはタップ番号である。
光遅延線１０から多段光合波カプラ１１までの伝達関数を（数１）の伝達関数に合わせると、光トランスバーサルフィルタの伝達関数Ｇは、（数２）となる。
ここで、（数３）、（数４）、（数５）とすると（ただし、ｍは整数）、（数６）が導かれる。
表１から明らかなように、従来の光トランスバーサルフィルタは、各タップへの光振幅ａｎの割合が不均一であることが分かる。そして、従来の光トランスバーサルフィルタは、この光振幅の不均一性が、挿入損失に直接影響を及ぼすため、大きな損失が生じる。
ここで、図６の構成の場合、挿入損失は、（数２）から以下の式（数１０）により表される値となる。
ただし、それぞれの光遅延線１０には可変光減衰器８が接続されているので、可変光減衰器８によって光振幅が可変されて光パワーが減衰され、それぞれの光接続回路１２を通る光には挿入損失が生じる。
そして、上記Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ１’〜５’の挿入損失は、表２に示すとおりになり、Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ５’の挿入損失は１３．９ｄＢとなる。
つまり、本発明者は、まず、多段光分岐カプラ７の光出力端１７と多段光合波カプラ１１の光入力端１８を互いに同じ奇数個ずつとし、多段光分岐カプラ７と多段光合波カプラ１１を、それぞれ、多段光分岐カプラ７の光出力端１７の中心配列位置と多段光合波カプラ１１の光入力端１８の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称になるように形成した。
そして、前記多段光分岐カプラ７を形成する第１段の光分岐カプラ１（１ａ）の一方の光出力部（つまり光出力端１７ｅ）を実質的中心光遅延線１０ｅの光入力側に接続し、実質的中心光遅延線１０ｅの光出力側には、前記多段光合波カプラ１１の最終段の光合波カプラ３（３ａ）の一方の光入力部（つまり光入力端１８ｅ）を接続した。
この接続により、実質的中心光遅延線１０ｅを通る光は、実質的中心光遅延線１０ｅと、上記第１段の光分岐カプラ１と光位相調節器９と、最終段の光合波カプラ３ａのみを通ることになるので、その挿入損失はほぼゼロとなる。
そして、本実施形態例において、実質的中心光遅延線１０ｅを有する光接続回路１２に光パワーの約９４％が入力され、それ以外の光遅延線１０を有する光接続回路１２に残りの約６％光パワーが入力され、この約６％の光パワーの挿入損失もほとんど無いので、光導波回路２の全体としての挿入損失がほぼゼロになるようにできる。なお、実質的中心光遅延線１０ｅを有する光接続回路１２に光パワーの約５０％、約６０％、約７０％、約８０％を入力させ、残りの光パワーである約５０％、約４０％、約３０％、約２０％を光遅延線１０を有する光接続回路１２に入力させても、上述の実施形態と同様の結果が得られた。
上記のように、本実施形態例は挿入損失が小さく、かつ、任意波形フィルタ合成については従来の光トランスバーサルフィルタと変わらないために、たとえＥＤＦＡに入力されるポンプ光レベルが変化しても、その変化に対応させてＥＤＦＡの利得波長特性を平坦化でき、かつ、挿入損失が小さいダイナミックゲインイコライザーを実現できる。
また、本実施形態例のダイナミックゲインイコライザーは、以下のようにして製造される。まず、火炎加水分解堆積法を用いてシリコン基板上に石英系ガラスのアンダークラッド膜、コア膜を形成する。
その後、図１に示した回路が描かれたフォトマスクを介してフォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にてコア膜に光トランスバーサルフィルタパターンを転写し、コア（光導波路）の回路を形成する。その後、再度、火炎加水分解堆積法を用いて石英系ガラスのオーバークラッド膜を形成し、ダイナミックゲインイコライザー２を形成する。
また、多段光分岐カプラ７の光分岐カプラ１と多段光合波カプラ１１の光合波カプラ７のうちマッハツェンダ光干渉計回路の方向性結合部４に挟まれた光導波路に光振幅可変手段２１，２２を形成する。これらの光振幅可変手段２１，２２は、それぞれ、スパッタ法によりＴａヒーターを形成し、オーバークラッド膜上部にスパッタ法によりＴｉＮｉヒータを設けて形成する。
また、同様に、位相調節器９にもＴｉＮｉヒータにより位相調節手段６を形成する。さらに、これらのヒータへの給電用として、ＴｉＮｉ／Ａｕ電極を形成する。
そして、上記ＴｉＮｉ／Ａｕ電極から上記ヒータに給電して通電することによりヒータを発熱させ、その熱によって、石英系光導波路のコアにより形成された光分岐カプラ１と光合波カプラ３および位相調節器９に熱光学効果を発生させる。この熱光学効果により、光分岐カプラ１と光合波カプラ３の光振幅と光位相調節器９の位相調整量を可変する構成とする。
また、本実施形態例に適用したダイナミックゲインイコライザーは、前記タップ数を９タップに形成しており、本実施形態例のダイナミックゲインイコライザーのタップ係数は、表３に示すようになる。
図３の特性線ａ〜ｅには、ＥＤＦＡのポンプレベルに応じた利得波長特性が、ポンプ光レベルが小さい順に示されており、特性線ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’、ｅ’には、本実施形態例のダイナミックゲインイコライザーの試作例Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ１、２、３、４、５の損失波長特性が示されている。試作例Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ１〜５は、それぞれ、表３に示したタップ係数を有する。
また、図４には、本実施形態例のダイナミックゲインイコライザーを用いて、図３の特性線ａ〜ｅに示した利得波長特性を有するＥＤＦＡの利得平坦化を行った結果が示されている。
これらの図から明らかなように、本実施形態例のダイナミックゲインイコライザーを用いて、ＥＤＦＡの波長１．５５μｍ帯（波長１５３０ｎｍ〜１５６０ｎｍ）の利得を平坦化できた。なお平坦化のレベル（Ｇａｉｎの最大値から最小値を引いた値）は、利得平坦化の最も厳しい条件である特性線ｅにおいて０．８ｄＢであり、全ての特性線ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅにおいて１ｄＢ以下であった。
また、本実施形態例において、作製したダイナミックゲインイコライザー（Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ１〜５）の挿入損失は、どのポンプレベルに対しても約３ｄＢであった。なお、この損失中には、実際の回路の伝搬損失、回路の過剰損失、光ファイバとの接続損失を含んでいる。
以上のように、本実施形態例は、ＥＤＦＡのポンプ光レベルが変動しても、そのポンプ光レベル変動に対応させてＥＤＦＡの利得平坦化を図ることができ、かつ、挿入損失が小さいダイナミックゲインイコライザーを実現することができた。
なお、上記の実施形態の実施例として、光遅延線の長さ（ｄＬ）を４１．１μｍに設定し、図１０に示すＥＤＦＡの利得波長特性の利得平坦化を行った。ダイナミックゲインイコライザーの設計値は下記の表４の通りである。表４に示すＥｑｕａｌｉｚｅｒ１〜３は、ＥＤＦＡのポンプ光レベルが小さい方から順に並んでいる。また、光振幅は最大で規格化してある。作製されたＥｑｕａｌｉｚｅｒ１〜３（表４参照）の挿入損失は、どのポンプレベルに対しても約３ｄＢであった。この挿入損失には、実際の回路の伝搬損失、回路の過剰損失、光ファイバーとの接続損失が含まれている。このＥｑｕａｌｉｚｅｒ１〜３のフィルター特性とその利得平坦化を行った結果を図１１に示す。各Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ１〜３による利得偏差は、±０．３ｄＢ以下に平坦化できた。
図７に示すダイナミックゲインイコライザーは、光トランスバーサルフィルタの分解能を下げることなく、図１のものよりタップ数が少ない構成となっている。図１、表１から、光トランスバーサルフィルタのタップ係数がその遅延線の実質的中心に対し線対称であることに着目して、線対称となる片側のタップ係数を用いてもう一方のタップ係数をあらわすことにより、タップ数を減らすことが出来る。この手法について、説明する。表１において、Ｔａｐ Ｎｕｍ＝１〜３のタップ係数ａ［ｎ］はＴａｐ Ｎｕｍ＝５〜７のタップ係数ａ［ｎ］と同じ値である。そこでＴａｐ Ｎｕｍ＝０〜３のタップ係数ａ［ｎ］の値を２倍して用いれば、光トランスバーサルフィルタの分解能を下げることなく、Ｔａｐ Ｎｕｍ＝５〜７のタップを無くすことができる。この場合のタップ係数は下記の表５のようになる。この構成により、タップ数が減るため挿入損失をさらに低減することができ、かつ回路サイズを小さくすることができる。
また、本発明において、光位相調節器９と光遅延線１０の接続順は特に限定されるものではなく適宜設定されるものである。また、光位相調節器９と光遅延線１０の間に、必要に応じて他の回路を介設することもできる。
さらに、上記実施形態例は、ＥＤＦＡの利得が比較的大きい波長である波長１．５５μｍ帯の利得平坦化を行うダイナミックゲインイコライザーとしたが、本発明のダイナミックゲインイコライザーは、様々な損失波長特性を有するものを形成できるので、波長１．５５μｍ帯以外の波長においてもＥＤＦＡの利得波長特性を平坦化することもできるし、ＥＤＦＡ以外の光アンプの利得波長特性の平坦化もできる。
さらに、上述した各実施形態において、光分岐カプラ１（１ａ、１ｃ、１ｄ）と光合波カプラ３（３ａ、３ｃ、３ｄ）を同一の特性としても良い。これらの光分岐カプラ１、光合波カプラ３は、それぞれに任意の分岐、結合特性をもつように作成可能であるため、所望のタップ係数を得られる様な初期特性（ここでは可変動作を行わない場合の特性を初期特性と呼ぶ）をあらかじめ与えておき、可変動作は微調整のみとして小さな消費電力で所望のタップ係数を得ることが可能である。しかし、火炎加水分解堆積法、フォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法の製造プロセス誤差により、光分岐カプラ１、光合波カプラ３の初期特性は設計値からずれが生じる。光分岐カプラ１、光合波カプラ３をそれぞれ任意の分岐、結合特性をもつように設計した場合は、そのずれの大きさもカプラ毎に異なるため、タップにおいて所望の分岐・結合特性を得る為には、全てのカプラのずれを測定する必要がある。
そこで全ての光分岐カプラ１、光合波カプラ３を同一の初期特性を有するように、同じ設計値で作成すると、全てのカプラで同一のずれが生じるため、どこかひとつのカプラのずれを測定すれば、回路全体の分岐、結合特性を効率的に把握することができ、タップにおいて所望の分岐・結合特性を得ることが容易になる。
上述した実施形態によれば、多段光分岐カプラと多段光合波カプラの構成を、多段光分岐カプラの光出力端の中心配列位置と前記多段光合波カプラの光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称に形成することにより、これらのカプラ間に設けられて位相調節器と光遅延線を有して成る光接続回路を通る光パワー比を最適化でき、挿入損失が小さく、かつ、ＥＤＦＡに入力されるポンプ光レベルに対応させてＥＤＦＡの利得波長特性を平坦化できるダイナミックゲインイコライザーを実現できる。
また、本発明において、多段光分岐カプラの光出力端と多段光合波カプラの光入力端を互いに同じ奇数個ずつ設け、長さの異なる光遅延線のうち真ん中の長さを有する実質的中心光遅延線に、多段光分岐カプラを形成する第１段の光分岐カプラの一方の光出力部と、多段光合波カプラの最終段の光合波カプラの一方の光入力部を接続し、実質的中心光遅延線以外の光遅延線に光分岐部と光合波部を設けた構成によれば、上記効果を確実に発揮できるダイナミックゲインイコライザーを容易に形成できる。
さらに、本発明において、複数の光分岐カプラと複数の光合波カプラのうち少なくとも１つはＹ分岐回路を有している構成や、複数の光分岐カプラと複数の光合波カプラのうち少なくとも１つはマッハツェンダ光干渉計回路を有している構成によれば、これらの回路によって、多段光分岐カプラと多段光合波カプラを容易に形成できる。
本発明によると、たとえＥＤＦＡに入力されるポンプ光レベルが変化しても、その変化に対応させてＥＤＦＡの利得波長特性を平坦化でき、かつ、挿入損失が小さいダイナミックゲインイコライザーを実現できる。
Claims (18)
- 下記を備えたダイナミックゲインイコライザー：
複数段の光分岐カプラを接続して形成された多段光分岐カプラと、複数段の光合波カプラを接続して形成された多段合波カプラと、伝搬光の位相を可変可能な光位相調節器および伝搬光に設定時間遅延を付与する光遅延線を有する光接続回路とを有する光導波回路、
前記多段光分岐カプラの少なくとも１つの光分岐カプラと多段光合波カプラの少なくとも１つの光合波カプラには光振幅可変手段がそれぞれ設けられており、
前記多段光分岐カプラと前記多段光合波カプラはそれぞれ前記多段光分岐カプラの光出力端の中心配列位置と前記多段光合波カプラの光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して非対称に形成されている。 - 請求項１のダイナミックゲインイコライザーであって、前記光遅延線の各々は互に異なる長さからなり、長さの異なる前記光遅延線のうち実質的中心光遅延線の光入力側には前記多段光分岐カプラを形成する第１段の光分岐カプラの一方の光出力部が直接接続され、前記実質的中心光遅延線の光出力側には前記多段光合波カプラの最終段の光合波カプラの一方の光入力部に直接接続されている。
- 請求項２のダイナミックゲインイコライザーであって、前記多段光分岐カプラの光出力端と多段光合波カプラの光入力端は互いに同じ奇数個づつ設けられ、前記第１段の光分岐カプラの他方の光出力部には第２段の光分岐カプラの光入力部が接続されて、第２段以降の光分岐カプラにより光分岐部が形成されており、該光分岐部の光出力端はそれぞれ前記実質的中心光遅延線を除く対応する光遅延線の光入力側に接続され、該最終段の光分岐カプラの他方の光入力部には該最終段の前段の光カプラが接続されて、最終段の前段以前の光合波カプラにより光合波部が形成されており、該光合波部の光入力端はそれぞれ前記実質的中心光遅延線を除く対応する光遅延線の光出力側に接続されている。
- 請求項３のダイナミックゲインイコライザーであって、前記光分岐部と前記光合波部はそれぞれ光分岐部の光出力端の中心配列位置と前記光合波部の光入力端の中心配列位置を結ぶ線の延長線に対して線対称に形成されている。
- 請求項１または２のダイナミックゲインイコライザーであって、複数の光分岐カプラと複数の光合波カプラのうち少なくとも１つはＹ分岐回路を有している。
- 請求項１または２のダイナミックゲインイコライザーであって、複数の光分岐カプラと複数の光合波カプラのうち少なくとも１つはマッハツェンダ光干渉計回路を有している。
- 請求項４のダイナミックゲインイコライザーであって、前記実質的中心光遅延線を有する光接続回路に光パワーの約５０％以上が入力され、残りの光パワーは光遅延線を有する光接続回路に入力される。
- 請求項１または２のダイナミックゲインイコライザーであって、前記光導波回路の前記光遅延線の長さは、基準となる光遅延線から順次ｄＬずつ長く設定されている。
- 請求項１または２のダイナミックゲインイコライザーであって、前記実質的中心光遅延線は、基準となる光遅延線の長さを基準として、最も長い光遅延線の長さの半分の長さを有する光遅延線である。
- 請求項１または２のダイナミックゲインイコライザーであって、前記実質的中心光遅延線は、基準となる光遅延線の長さを基準として、最も長い光遅延線の長さを有する光遅延線である。
- 請求項９または１０のダイナミックゲインイコライザーであって、前記光導波回路は、前記基準となる光遅延線と前記実質的中心光遅延線との間に、残りの光遅延線が配置されている。
- 請求項８のダイナミックゲインイコライザーであって、前記光導波回路を基板上に形成した平面光導波回路からなっている。
- 請求項１のダイナミックゲインイコライザーであって、前記光振幅可変手段はＴｉＮｉヒータからなっており、前記光分岐カプラおよび前記光合波カプラの光振幅を可変にし、前記光位相調節器の位相調整量を可変にする。
- 請求項１または２のダイナミックゲインイコライザーであって、前記多段光分岐カプラの分岐数が、前記遅延線の実質的中心に対して線対称となる片側の所定のタップ係数を用いて他方のタップ係数をあらわすことによって減少されている。
- 請求項１または２のダイナミックゲインイコライザーであって、前記光合波カプラと、前記光分岐カプラは、ほぼ同じ合波特性、分岐特性を有する。
- 請求項１または２のダイナミックゲインイコライザーであって、前記多段光分岐カプラおよび前記多段合波カプラが、前記光遅延線に関して右左対象になるように湾曲され、湾曲頂部がＲ部および直線部からなり、前記Ｒ部の長さが一定で前記直線部の長さがことなり、前記直線部の長さによって遅延差を与える。
- 請求項１または２のダイナミックゲインイコライザーであって、前記多段光分岐カプラおよび前記多段合波カプラが、前記光遅延線に関して右左対象になるように湾曲され、湾曲頂部がＲ部からなり、前記Ｒ部の半径の差による光遅延線の長さの差によって遅延差を与える。
- 請求項１または２のダイナミックゲインイコライザーであって、前記多段光分岐カプラおよび前記多段合波カプラが、前記光遅延線に関して右左対象になるように湾曲され、湾曲頂部がＲ部、または、Ｒ部および直線部からなり、前記Ｒ部の半径の差による光遅延線の長さの差および直線部の長さの差によって遅延差を与える。
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