WO2023223478A1 - 光信号処理装置および光信号伝送システム - Google Patents

Abstract

波長分割多重通信における波長分散の影響を低減することが可能な光信号処理装置が提供される。本開示の光信号処理装置は、波長多重信号を入力する入力導波路（３０１ａ）と、入力導波路からの波長多重信号を複数のアーム導波路に分岐するように構成された光分岐導波路（３０２）と、複数のアーム導波路の各々に接続された複数の波長選択導波路（３０３ａ、３０３ｂ）であって、各々が分岐された波長多重信号のうちから光信号を選択するように構成されている、複数の波長選択導波路と、複数のアーム導波路からの光を合流するように構成された光合流導波路（３０２、３０４）とを備えている。

Description

光信号処理装置および光信号伝送システム

　本発明は、光通信ネットワークに用いられる光信号処理装置および光信号伝送システムに関する。

　インターネットなどのデータ通信ネットワークの爆発的な広がりにより、光通信ネットワークの大容量化の要求はますます拡大しつつある。このような光通信ネットワークに対する要求に対応するために波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信が実用化されている。とくに短距離の通信の規格であるイーサネット（登録商標）においても長延化のために光技術が適用され、さらに４波程度のＷＤＭが適用されている。光イーサネットにおけるトランシーバは、したがって４波程度のＷＤＭ信号の合分波する波長合分波器を含んでいる。トランシーバの小型化のために、これまでに異なる波長透過特性を有する誘電体多層膜を複数実装した波長合分波器、または光導波路基板上に形成されたアレイ導波路格子を用いトランシーバが実用化されてきた。

　図１は、一般的な小型のトランシーバの構成例を示す図である。図１に示すトランシーバ１０は、受信側のトランシーバに用いるものである。トランシーバ１０は、シングルモードの入力導波路１３、アレイ導波路格子１２、およびマルチモードの４チャネルの出力導波路１４が形成された光導波路基板１１と、４チャネルのＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｅｔｅｃｔｏｒ）アレイ１８と、光信号を入力導波路１３に結合するレンズ１５と、４チャネルの出力導波路１４からの光信号を４チャネルのＰＤアレイ１８に結合するマイクロレンズアレイ（屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズ）１６を備える。４チャネルのＰＤアレイ１８は、配線１９が形成されたセラミック製のキャリア１７に実装されている。４チャネルのＰＤアレイ１８とマイクロレンズアレイ１６との間の間隔は、スペーサ２０により保たれている。図１に示すように、アレイ導波路格子１２に入力された光信号は、アレイ導波路により４波の光信号に分波され、４チャネルのＰＤアレイ１８に入力される。

Y. Doi, M. Oguma, M. Ito, I. Ogawa, T. Yoshimatsu, T. Ohno, E. Yoshida, H. Takahashi, "Compact ROSA for 100-Gb/s (4 × 25 Gb/s) Ethernet with a PLC-based AWG demultiplexer," 2013 Optical Fiber Communication Conference and Exposition and the National Fiber Optic Engineers Conference (OFC/NFOEC)

　一方で、光イーサネットにおいてはこれまで光ファイバの波長分散による波形ひずみを避けるために、シングルモード光ファイバのゼロ分散波長である１．３μｍ帯に通信波長が設定されてきた。しかしながら、大容量化に伴って信号のボーレートが高くなるとともに、１．３μｍであっても光信号のひずみが無視できなくなりつつある。

　図２は、一般的なシングルモード光ファイバにおける波長と波長分散を示す図である。波長λと波長分散係数Ｄの関係は、式１および式２によって表される。λ_０ｍｉｎは最小ゼロ分散波長であり、λ_０ｍａｘは最大ゼロ分散波長であり、Ｓ_０ｍｉｎは最小ゼロ分散スロープであり、Ｓ_０ｍａｘは最大ゼロ分散スロープである。

　図２において、４本の縦の線は光イーサネットにおけるＷＤＭの規格において標準化されたグリッド波長である（ＬＡＮ－ＷＤＭ：８００　ＧＨｚ間隔（約４ｎｍ間隔））。図２に示すとおり、ゼロ分散波長である１．３１μｍから短波になるにつれて、波長分散の絶対値はおおきくなり、波形ひずみが無視できなくなる。イーサネットにおける波長分割多重通信における波長分散の影響を低減することが望まれる。

　本開示は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、波長分割多重通信における波長分散の影響を低減することにある。

　本発明の一実施形態の光信号処理装置は、波長多重信号を入力する入力導波路と、入力導波路からの波長多重信号を複数のアーム導波路に分岐するように構成された光分岐導波路と、複数のアーム導波路の各々に接続された複数の波長選択導波路であって、各々が分岐された波長多重信号のうちから光信号を選択するように構成されている、複数の波長選択導波路と、複数のアーム導波路からの光を合流するように構成された光合流導波路とを備えている。

　この構成によれば、波長分割多重通信における波長分散の影響を低減することが可能となる。

一般的な小型のトランシーバの構成例を示す図である。 一般的なシングルモード光ファイバにおける波長と波長分散を示す図である。 本開示の一実施形態にかかる光信号処理装置の概略構成を示す図である。 図３Ａの光信号処理装置の変形形態の概略構成を示す図である。 本開示において単位ブロックと称する光信号処理装置における波長選択導波路の概略構成を示す図である。 本開示において光信号処理装置における波長選択導波路の幅を決定する方法を説明するための図である。 本開示において光信号処理装置における波長選択導波路の幅の分布を示すグラフである。 本開示の一実施形態にかかる光伝送システムの送信側の合波フィルタおよび受信側の分波フィルタにおいて付与する分散量を説明するための図である。 （ａ）は、一実施形態にかかる送信側のトランシーバにおける光信号処理装置の透過スペクトルおよび反射スペクトルを示す図であり、（ｂ）は、送信側のトランシーバにおける光信号処理装置の透過スペクトルおよび反射スペクトルを示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、本開示の一実施形態にかかる光信号処理装置の概略構成を示す図である。

　以下、図面を参照して、本開示の光信号処理装置の実施形態を説明する。同一または類似の符号は同一または類似の要素を示し、繰り返しの説明を省略する場合がある。以下の説明における数値は例示であり、要旨を逸脱しない限り他の数値で本開示の光信号処理装置を実施することができる。

　以下、受信側のトランシーバが、送信側のトランシーバが光ファイバを介して送信した波長多重（ＷＤＭ）信号から波長λ０、λ１、λ２、およびλ３の４つの光信号を分離して受光するものとして、本開示の一実施形態を説明する。

（実施形態１）
　図３Ａを参照して、本開示の一実施形態にかかる光信号処理装置を説明する。図３Ａは、本開示の一実施形態にかかる光信号処理装置の概略構成を示す図である。本実施形態では、受信側のトランシーバにおける波長分波器（分波フィルタ）として動作する光信号処理装置について説明するが、光信号を以下の説明と逆向きに伝搬させることで送信側のトランシーバの波長合波器（合波フィルタ）として動作させることも可能である。

　図３Ａに示す光信号処理装置は、４つの光信号処理装置３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、および３００ｄを縦列に接続した構成を示すが、縦列に接続した構成ではなく単一の光信号処理装置で構成することもできる。

　光信号処理装置３００ａは、入力導波路３０１ａと、光を複数のアーム導波路に分岐する第一の光分岐・合流導波路３０２と、複数のアーム導波路の各々に接続された複数の波長選択導波路３０３ａおよび３０３ｂと、光を合流するように構成された第二の光分岐・合流導波路３０４とを備えている。また、光信号処理装置３００ａは、第一の光分岐・合流導波路３０２と接続された出力導波路３０１ｂと、第二の光分岐・合流導波路３０４と接続された出力導波路３０５ａおよび３０５ｂとを備えている。波長選択導波路３０３の構成については、後述する。

　光信号処理装置３００ａは、波長多重（ＷＤＭ）信号を入力する入力導波路３０１ａを備える。

　第一の光分岐・合流導波路３０２は、入力導波路３０１ａからのＷＤＭ信号を複数のアーム導波路に分岐するように構成されている。また、第一の光分岐・合流導波路３０２は、複数のアーム導波路からの光を合流して出力導波路３０１ｂへ結合するように構成されている。本実施形態では、アーム導波路の２つの場合を説明するが、アーム導波路の数は３つ以上とすることができる。

　２つの波長選択導波路３０３ａおよび３０３ｂの各々は、分岐されたＷＤＭ信号のうちから光信号を選択するように構成されている。波長選択導波路３０３ａ及び３０３ｂは、ＷＤＭ波長のうち特定の一波長λ０を選択的に反射し、ＷＤＭ信号の残り（波長λ１、λ２、およびλ３）を透過する。波長選択導波路３０３ａおよび３０３ｂの構成の詳細は、後述する。

　第二の光分岐・合流導波路３０４は、波長選択導波路３０３ａおよび３０３ｂからの光を合流して出力導波路３０５ａおよび３０５ｂへ結合するように構成されている。また、第二の光分岐・合流導波路３０４は、出力導波路３０５ａおよび３０５ｂからの光を分岐して波長選択導波路３０３ａおよび３０３ｂへ結合するように構成されている。

　第一の光分岐・合流導波路３０２および第二の光分岐・合流導波路３０４は、例えば、分岐比が５０％の、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有する光導波路基板上に形成された２×２方向性結合器、２×２多モード干渉（ＭＭＩ）カプラ、または２×２交差導波路とすることができる。第一の光分岐・合流導波路３０２と第二の光分岐・合流導波路３０４とを接続する２本のアーム導波路は、等しい長さを有している。これにより、マッハツェンダ干渉計型の導波路回路の一般的な特徴にしたがって、波長選択導波路３０３ａおよび３０３ｂで反射された２つの波長λ０の光信号の位相状態は第一の光分岐・合流導波路３０２において出力導波路３０１ｂへ結合される状態となる。また、波長選択導波路３０３ａおよび３０３ｂを透過した２つの波長λ１、λ２、およびλ３の光信号の位相状態は、第二の光分岐・合流導波路３０４において出力導波路３０５ａへ結合される状態となる。ただし、光分岐・合流導波路の波長依存性や製造誤差に依存して、２のアーム導波路からの光が合流して入力導波路３０１ａへ結合する場合がある。したがって、送信側のトランシーバに向かって伝搬することを防止するために、入力導波路３０１ａにアイソレータ（不図示）を配置してもよい。なお、入力ポートの数および出力ポートの数は、２つに限定されず、３つ以上であってよい。例えば、第一の光分岐・合流導波路３０２を３×３方向性結合器を用いて構成し、３つの入力ポートのうちの１つから入力されたＷＤＭ信号を３つの出力ポートに接続された３つのアーム導波路に分岐し、３つの波長選択導波路で反射された３つの波長λ０の光信号を３つの入力ポートのうちの残りの入力ポートの１つまたは２つに結合することができる。

　図３Ａにおいて、ＷＤＭ　ｉｎ／ＷＤＭ　ｏｕｔと記載した入力導波路３０１ａから入力されたＷＤＭ信号は、第一の光分岐・合流導波路３０２により２分岐されたのち、それぞれ波長選択導波路３０３ａおよび３０３ｂへと伝搬する。波長選択導波路３０３ａ及び３０３ｂにおいて反射した波長λ０の光信号は、第一の光分岐・合流導波路３０２へと伝搬し、Ｌａｎｅ＃０と記載した出力導波路３０１ｂへと結合する。さらに、波長λ０の光信号は、出力導波路３０１ｂの先に配置されたＰＤ（不図示）で受光される。一方、波長選択導波路３０３ａ及び３０３ｂを透過したＷＤＭ信号の残り（波長λ１、λ２、およびλ３）は第二の光分岐・合流導波路３０４へと伝搬し、出力導波路３０５ｂへと結合する。

　図３Ａに示す光信号処理装置は、上述した光信号処理装置３００ａを単位ブロックとして、複数の単位ブロックを縦列に接続した構成を有する。すなわち、図３Ａに示す光信号処理装置において、第一の単位ブロック３００ａの出力導波路３０５ａが第二の単位ブロック３００ｂの入力導波路３０１ａに接続され、第二の単位ブロック３００ｂの出力導波路３０５ａが第三の単位ブロック３００ｃの入力導波路３０１ａに接続され、第三の単位ブロック３００ｃの出力導波路３０５ａが第四の単位ブロック３００ｄの入力導波路３０１ａに接続されている。ここで、単位ブロック３００ａ～３００ｄにおける波長選択導波路３０３ａおよび３０３ｂ、３０３ｃおよび３０３ｄ、３０３ｄおよび３０３ｅ、並びに３０３ｆおよび３０３ｇは、選択される波長が異なるように構成する。

　具体的には、波長選択導波路３０３ｃおよび３０３ｄが特定の一波長λ１を選択的に反射し、波長選択導波路３０３ｅおよび３０３ｆが特定の一波長λ２を選択的に反射し、波長選択導波路３０３ｇおよび３０３ｈがＷＤＭ波長のうち特定の一波長λ３を選択的に反射するように構成する。

　これにより、図３Ａに示す光信号処理装置は、第一の入力ブロックの入力導波路３０１ａから入力したＷＤＭ波長に含まれる異なる波長の光信号をそれぞれＬａｎｅ＃０、１、２、および３に選択的に分離する合波フィルタとして機能するようになる。

　なお、上述したように、図３Ａの光信号処理装置を送信側のトランシーバの合波フィルタとして動作させる場合は、波長λ０、λ１、λ２、およびλ３の光信号をＬａｎｅ＃０、１、２、および３から入力し、ＷＤＭ　ｉｎ／ＷＤＭ　ｏｕｔと記載した入力導波路３０１ａから出力するようにすればよい。この場合は、波長選択導波路３０３ａおよび３０３ｂの製造誤差により、入力した波長の光信号が完全に反射されずに、Ｍｏｎｉｔｏｒｅ＃０，１、２、および３と記載した出力導波路３０５に結合で、出力導波路３０５をモニターポートとして利用することができる。なお、４つのＬａｎｅに対応する４つの単位ブロックを縦列に接続した構成を説明したが、Ｌａｎｅおよび単位ブロックの数は、４以上であってもよい。

（変形形態）
　上述したように、マッハツェンダ干渉計型の導波路回路の構成を有する単位ブロック３００では、入力導波路３０１ａから入力された光信号は、アーム導波路を伝搬した後に合流して、入力導波路３０１ａに対してクロスポート側の出力導波路３０５ａへ伝搬する。

　一般に、マッハツェンダ干渉計型の導波路回路は、入力導波路３０１ａに対して、バーポート側の出力導波路３０５ｂは損失が小さく、クロスポート側の出力導波路３０５ａは損失が大きいという特徴を有する。マッハツェンダ干渉計を構成する分岐合流回路の分岐比または結合率が５０％からずれた場合に、クロスポート側の出力導波路３０５ａに損失が発生し、バーポート側の出力導波路３０５ｂでは消光比が劣化することが知られている。

　したがって、図３Ａの光信号処理装置の構成では、光信号処理装置３００ａの入力導波路３０１ａから入力されたＷＤＭ信号のうち波長λ３の光信号は、Ｌａｎｅ＃３の記載された出力導波路３０１ｂから出力されるまでにクロスポートを３回通過することになり損失が増大する。

　図３Ｂを参照して、本開示の一実施形態にかかる光信号処理装置の変形形態を説明する。図３Ｂに示す光信号処理装置は、この損失が増大する問題を解決する構成である。

　図３Ｂに示す光信号処理装置は、単位ブロック３００ａ～３００ｄの各々において、第一の光分岐・合流導波路３０２と第二の光分岐・合流導波路３０４とを接続する２つのアーム導波路の一方が、波長選択導波路３０３ａまたは３０３ｂと第二の光分岐・合流導波路３０４との間に、伝搬する光の光路長を調整する光路長調整導波路３０６を備えている点で、図３Ａに示す光信号処理装置と異なる。また、図３Ｂに示す光信号処理装置は、第二の単位ブロック３００ｂの出力導波路３０５ｂが第三の単位ブロック３００ｃの出力導波路３０１ｂに接続されている点で図３Ａに示す光信号処理装置と異なる。さらに、第一の単位ブロック３００ａの出力導波路３０１ｂからＷＤＭ信号が入力され、第一の単位ブロック３００ａの入力導波路３０１ａ（Ｌａｎｅ＃０）からλ０の光信号が出力され、第三の単位ブロック３００ｃの入力導波路３０１ａ（Ｌａｎｅ＃２）からλ２の光信号が出力され、第二の単位ブロック３００ｂおよび第四の単位ブロック３００ｄの出力導波路３０５ａがそれぞれＬａｎｅ＃２および＃３のモニターポートとして利用できる点で図３Ａに示す光信号処理装置と異なる。

　図３Ｂにおいて、第一の光分岐・合流導波路３０２と波長選択導波路３０３ａ及び３０３ｂとの間のアームの長さは同一に設定されるため反射されたλ０の光信号はＬａｎｅ＃０に出力される。一方で、波長選択導波路３０３ａ及び３０３ｂを透過した残りのＷＤＭ信号（λ１、λ２、およびλ３）はマッハツェンダ干渉計のバーポート（出力導波路３０５ａ）に出力されるように、光路長調整導波路３０６を２つアーム導波路の一方に設置している。第二、第三、第四の単位ブロック３００ｂ、３００ｃ、および３００ｄについても同様に光路長調整導波路を設置している。これにより、各信号λ１～λ４の光信号が図３Ｂの左側のＬａｎｅ＃０～＃３出力されるまでに、単位ブロックのクロスポートに対して出力させるのは一度のみとなる。すなわち、図３Ｂの構成によれば、損失の小さな光信号処理装置を構成することが可能となる。

（実施形態２）
　図４を参照して、本開示の一実施形態にかかる光信号処理装置を説明する。図４は、図３Ａおよび図３Ｂの単位ブロックと称した光信号処理装置３００における波長選択導波路３０３の概略構成を示す図である。上述した説明と重複する説明は省略する。

　図４において波長選択導波路３０３は、幅が光の伝搬方向に複数の周期で変化する導波路であり、Ｂｒａｇｇ格子を構成する。図４に示すように、波長選択導波路３０３は、（Ｋ－１）個（Ｋは１以上の整数）の領域ｓｇを有する。各領域ｓｇｉ（ｉ＝０～Ｋ－１）において、周期Λｉ（ｉ＝１～Ｋ－１）の周期で幅がＷｎとＷｗで交互に入れ替わる導波路がＢｒａｇｇ格子を構成している。領域ｓｇｉにおける周期Λｉは、徐々に変化し、光の伝搬方向にしたがって徐々に長くなる。すなわち、全体としてチャープトＢｒａｇｇ格子（ＣＧＢ）の構成を有する。

　図４において左側から入力されたＷＤＭ信号（波長λ０、λ１、・・・、およびλＫ）は領域ｓｇ０において、ｎ_ｅｆｆをＢｒａｇｇ格子の透過屈折率として、そのＢｒａｇｇ波長λ０＝２ｎ_ｅｆｆ×Λ_０で表される波長の光信号のみが反射され、それ以外の波長は透過する。続いて、領域ｓｇ０を透過したＷＤＭ信号の残り（波長λ１、λ２、・・・、およびλ（Ｋ－１））は、領域ｓｇ２において、λ１＝２ｎ_ｅｆｆ×Λ_１で表される波長の光信号のみが反射され、それ以外の波長が透過する。同様に、領域ｓｇ（Ｋ－２）を透過したＷＤＭ信号の残り（波長λ（Ｋ－１））は、領域ｓｇ（Ｋ－１）において、λ_{（Ｋ－１）}＝２ｎ_ｅｆｆ×Λ_{（Ｋ－１）}で表される波長の光信号のみが反射され、それ以外の波長が透過する。このように異なる周期のＢｒａｇｇ格子を接続し、その格子周期Λｉを連続的に変化させることで、ＷＤＭ波長信号のうちの特定の波長の光信号を選択的に、矩形に反射できる。

　さらに、各領域ｓｇ（ｉ＝０～Ｋ－１）において光信号が反射される光の伝搬方向の位置は、波長λ_ｉに応じて異なる。したがって、異なる位置で反射される光信号間に、時間的に遅延が発生する。すなわち、反射される光信号の位相は波長によって変化するため、波長選択導波路３０３は、反射される光信号に群遅延を付与することができる。群遅延量は、領域ｓｇ０から領域ｓｇ（Ｋ－１）までの距離を変更することで変化させることができる。

　周期Λ０～Λ（Ｋ－０）までの変化は線形である必要がなく、任意の分布を付与することが可能であるため、任意のスペクトル形状の群遅延を与えることができる。

　光ファイバによるＢｒａｇｇ格子がＵＶ光の照射とその干渉を使って製造するため、長手方向の周期の変更が困難であることに対して、本開示の波長選択導波路３０３は、フォトリソグラフィによりその周期Λを設定するため、群遅延スペクトルの設定自由度が高いという利点を有する。ここでは、各領域ｓｇ０～ｓｇ（Ｋ－１）には複数の周期構造が含まれるように記載したが、周期構造は一つでも構わない。また、波長選択導波路３０３の細い部分の幅Ｗｎおよび太い部分の幅Ｗｗが徐々に変化するように設定しても構わない。

（実施形態３）
　図５および６を参照して、本開示の一実施形態にかかる光信号処理装置３００における波長選択導波路３０３の概略構成を説明する。図５は、導波路幅の決定方法を説明するための図である。図６はＢｒａｇｇ格子全体における幅の分布を示すグラフである。

　一般に、Ｂｒａｇｇ格子は格子の空間的な分布のフーリエ変換のスペクトル特性を有する。したがって、図４に示す波長選択導波路３０３の幅ＷｎとＷｗを単純に互に入れ替えたＢｒａｇｇ格子には、分波スペクトルにサイドローブを生じるという課題が存在する。

　この解決にはアポダイゼーションが効果的である。光ファイバＢｒａｇｇ格子では照射するＵＶ光の分布により自動的にアポダイゼーションが行われるのに対して、導波路によるＢｒａｇｇ格子では導波路の幅を制御することによりアポダイゼーションを行う必要がある。

　さらに、Ｂｒａｇｇ格子の透過屈折率ｎ_ｅｆｆは、長手方向に一定である必要がある。

　図５は、石英系光導波路における導波路の幅ｗと透過屈折率ｎ_ｅｆｆとの関係を示す図である。透過屈折率ｎ_ｅｆｆは、式２の近似式で表すことができる。ｎ_Ｍａｘ、ｎ_Ｍｉｎ、およびｗ_０は、実験的もしくは数値計算で求めた定数である。

　図５において、導波路の比屈折率差は２％である。まず、中心となる平均透過屈折率ｎｃを設定する。次に導波路幅を変調することで誘起する屈折率変動量δｎを設定し、最大屈折率ｎｈ＝ｎｃ＋δｎおよび最小屈折率ｎｌ＝ｎｃ－δｎを決定する。δｎはＢｒａｇｇ波長の帯域幅および反射率に影響し、大きいほうが好ましい。最後に、図５から最大屈折率ｎｈおよび最小屈折率ｎｌを与える導波路幅ＷｎおよびＷｗを決定する。

　アポダイゼーションを設定するには、上記においてＢｒａｇｇ格子を構成する全体領域の最初と最後の領域においてδｎを徐々に大きくする。すなわち、最初の領域では端部から中央の領域に向かって屈折率変化が大きくなるようし、最後の領域では中央の領域から端部に向かって屈折率変化が小さくなるようにすること（アポダイゼーションを設定すること）によって、サイドローブを抑える。図６はＢｒａｇｇ格子全体における幅の分布を示すグラフである。

（実施形態４）
　図７を参照して、本開示の一実施形態にかかる光伝送システムを説明する。本実施形態の光伝送システムは、上述した光信号処理装置を波長合波器として含む送信側のトランシーバ（Ｔｘ）と、光信号処理装置を波長分波器として含む受信側のトランシーバ（Ｒｘ）とを光ファイバで接続したシステムである。以下、各光信号処理装置におけるＢｒａｇｇ格子の設計例を説明する。

　上述したチャープトＢｒａｇｇ格子（ＣＢＧ）では、波長分散の設定値がゼロの場合、Ｂｒａｇｇ格子全体の長さを十分な長さに設定することができないため、十分な反射率を得ることができない。これは例えば、ゼロ分散波長にグリッドが設定されるＬａｎｅ＃０の場合に顕著に影響する。同様に送信側の合波フィルタまたは受信側の分波フィルタのいずれか一方で全分散を補償してしまう場合、受信側の分波フィルタまたは送信側の合波フィルタのいずれか他方で付与すべき分散値がゼロである必要があり、同様に十分な長さのＢｒａｇｇ格子全長を確保することができず、十分なフィルタ反射率を得ることができない。

　したがって、本開示では光ファイバで発生する波長分散を補償するための所要分散量に加えて特定の分散量を付与することで上記問題を解決する。

　図７は、光ファイバで発生する波長分散を補償するために、送信側の合波フィルタおよび受信側の分波フィルタにおいて付与する分散量を説明するための図である。光ファイバにおいてＷＤＭ信号のレーンごとに発生する分散量、すなわち補償すべき所要分散量Ｄｆ［ｐｓ／ｎｍ］（図７ではＤｆ＜０）に対して、送信側で与える分散量ＤＴｘ［ｐｓ／ｎｍ］（図７ではＤＴｘ＞０）、受信側で与える分散量ＤＲｘ［ｐｎｍ］（図７ではＤＲｘ＜０）を、ＤＴｘ＋Ｄｆ＋ＤＲｘ＝０を満たすように設定する。

　これにより、信側のトランシーバが波長合波器として有する光信号処理装置、およびを含む受信側のトランシーバが波長分波器として有する光信号処理装置の双方において、十分な長さのＢｒａｇｇ格子全長を確保でき、十分なフィルタ反射率を得ることができるようになる。

　図８（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本実施形態にかかる送信側のトランシーバおよび受信側のトランシーバにおける石英系光導波路による光信号処理装置のＢｒａｇｇ格子の透過スペクトルおよび反射スペクトルである。図８（ａ）および（ｂ）に示すグラフには、反射光の光信号強度のスペクトル（実線）および透過光の光強度スペクトル（破線）とともに群遅延（一点鎖線）を表記している。

　図８（ａ）および（ｂ）では、イーサネットで用いられる４波長の波長多重を想定したＬＡＮ－ＷＤＭ波長（８００ＧＨｚ間隔）のフィルタリングであり、図７を参照して上述した分散を付与する方法を考慮したグラフとなっている。

　なお、Ｂｒａｇｇ格子のパラメータは、図２考慮し、１０ｋｍ伝送を想定して以下の表１に示す値を用いた。

　図８（ａ）および（ｂ）に示したように、各レーンに対して良好な透過特性および分散特性が得られることがわかる。

（実施形態５）
　図９を参照して、本開示の一実施形態にかかる光信号処理装置を説明する。図９（ａ）および（ｂ）それぞれは、本開示の一実施形態にかかる光信号処理装置の概略構成を示す図である。図９（ａ）および（ｂ）の光信号処理装置は、縦列接続された第一の単位ブロック３００ａ、第二の単位ブロック３００ｂ、第三の単位ブロック３００ｃおよび第四の単位ブロック３００ｄのレイアウトが図３Ａおよび３Ｂの光信号処理装置と異なる。

　図９（ａ）に光信号処理装置は、隣接する単位ブロックにおける光の伝搬方向が１８０度変わるように、第一の単位ブロック３００ａ、第二の単位ブロック３００ｂ、第三の単位ブロック３００ｃおよび第四の単位ブロック３００ｄを配置した構成である。このように、単位ブロックを折り返して（向きを１８０度変えて）配置すると光信号処理装置全体のチップのフットプリントが削減できる。

　図９（ｂ）に示す光信号処理装置は、光の伝搬方向が１８０度より多く反転するように、第一の単位ブロック３００ａ、第二の単位ブロック３００ｂ、第三の単位ブロック３００ｃおよび第四の単位ブロック３００ｄを配置した構成である。このよう単位ブロックの向きを１８０度よりも多く変えて折り返して配置することで光信号処理装置全体のチップのさらなる小型化が可能である。

　すなわち、図９（ａ）のように１８０度の折り返しで配置する場合、導波路の最小曲げ半径をＲとして図９（ａ）の縦方向のサイズは６Ｒ＋Ｓである。ただし、Ｓはマッハツェンダ干渉計の二つのアーム間の分離幅である。一方、図９（ｂ）の縦方向のサイズは４Ｒ＋２Ｓ程度のサイズである。一般的にＳは隣接する導波路が結合しない程度に小さくできるのに対して、Ｒは損失が発生しない程度に大きくする必要がある。一例をあげると、１．５％の比屈折率差を有する石英系光導波路の場合Ｒ＝２ｍｍ程度である。一方で、Ｓは光ファイバの外形程度に設定されるため、Ｓ＝０．１２５μｍである。したがって縦方向のサイズは、図９（ａ）の構成の場合、１２．１２５ｍｍであるのに対して、図９（ｂ）の構成の場合、８．２５ｍｍとなり、図９（ａ）に比べて小型化可能である。

　本開示の光信号処理装置によれば、波長分割多重通信における波長分散の影響を低減することが可能となる。

３００　光信号処理装置
３０１ａ　入力導波路
３０１ｂ　出力導波路
３０２　光分岐・合流導波路
３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ、３０３ｅ、３０３ｆ、３０３ｇ、３０３ｈ　波長選択導波路
３０４　光分岐・合流導波路
３０５ａ，３０５ｂ　出力導波路
３０６　光路長調整導波路

Claims (6)

1. 　波長多重信号を入力する入力導波路と、
   　前記入力導波路からの前記波長多重信号を複数のアーム導波路に分岐するように構成された光分岐導波路と、
   　前記複数のアーム導波路の各々に接続された複数の波長選択導波路であって、各々が前記分岐された波長多重信号のうちから光信号を選択するように構成されている、複数の波長選択導波路と、
   　前記複数のアーム導波路からの光を合流するように構成された光合流導波路と
   を備えている、光信号処理装置。
2. 　前記複数のアーム導波路の少なくとも１つが光路長調整導波路を備えている、請求項１に記載の光信号処理装置。
3. 　前記複数の波長選択導波路の各々は、前記分岐された波長多重信号から選択した光信号を反射し、前記分岐された波長多重信号の残りを透過するように構成されており、
   　前記複数のアーム導波路からの光を合流するように構成された前記光合流導波路は、
   　　前記複数のアーム導波路からの前記反射された光信号同士を合流し、
   　　前記複数のアーム導波路からの前記透過した波長多重信号の残り同士を合流する
   ように構成されており、
   　前記光信号処理装置は、
   　前記合流された波長多重信号の残りを第２の波長多重信号として入力する第２の入力導波路と、
   　前記第２の入力導波路からの前記第２の波長多重信号を複数の第２のアーム導波路に分岐するように構成された第２の光分岐導波路と、
   　前記複数の第２のアーム導波路の各々に接続された複数の第２の波長選択導波路であって、各々が前記分岐された第２の波長多重信号のうちから光信号を選択するように構成されている、複数の第２の波長選択導波路と、
   　前記複数の第２のアーム導波路からの光を合流するように構成された第２の光合流導波路と
   をさらに備えている、請求項１に記載の光信号処理装置。
4. 　前記複数の第２の波長選択導波路の各々は、前記分岐された第２の波長多重信号から選択した光信号を反射し、前記分岐された第２の波長多重信号の残りを透過するように構成されており、
   　前記複数の第２のアーム導波路からの光を合流するように構成された前記第２の光合流導波路は、
   　　前記複数の第２のアーム導波路からの前記反射された光信号同士を合流し、
   　　前記複数の第２のアーム導波路からの前記透過した波長多重信号の残り同士を合流する
   ように構成されており、
   　前記光信号処理装置は、
   　前記第２の光合流導波路により合流された光を第３の波長多重信号として入力する第３の入力導波路と、
   　前記第３の入力導波路からの前記第３の波長多重信号を複数の第３のアーム導波路に分岐するように構成された第３の光分岐導波路と、
   　前記複数の第３のアーム導波路の各々に接続された複数の第３の波長選択導波路であって、各々が前記分岐された第３の波長多重信号のうちから光信号を選択するように構成されている、複数の第３の波長選択導波路と、
   　前記複数の第３のアーム導波路からの光を合流するように構成された第３の光合流導波路と
   をさらに備えている、請求項３に記載の光信号処理装置。
5. 　前記波長選択導波路は、光の伝搬方向に１つまたは複数の領域を有し、
   　前記波長選択導波路は、幅が周期的に変化する導波路であり、
   　前記１つまたは複数の領域における前記幅が変化する周期が異なり、
   　前記複数の領域の各々において、始端および終端における前記幅の変化量が前記始端および終端以外における前記幅の変化量に比較して小さい、請求項１に記載の光信号処理装置。
6. 　光ファイバで接続された送信側トランスポンダおよび受信側トランスポンダを備えた光信号伝送システムであって、
   　前記送信側トランスポンダおよび前記受信側トランスポンダはそれぞれ、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光信号処理装置を備え、
   　前記送信側トランスポンダが有する前記波長選択導波路は、有限の分散量ＤＴｘが設定されており、
   　前記受信側トランスポンダが有する前記波長選択導波路は、有限の分散量ＤＲｘが設定されており、
   　前記光ファイバで付与される分散量がＤｆであることを条件に、
   ＤＴｘ＋ＤＲｘ＝Ｄｆ
   を満たしている、光信号伝送システム。

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