(57)【要約】【課題】損失を抑える。入力ポートの波長依存性を無くす。【解決手段】入力側２７の形状と出力側２８の形状が数式１，２，３，４のうち少なくともいずれか一つを満たす非対称である。〈数１〉ｆin＞ｆout〈数２〉Δｘin＜Δｘout〈数３〉ｄin＜ｄout〈数４〉Δｘin＜ΔＷoutここで、ｆin：入力側スラブ導波路の焦点距離、ｆout：出力側スラブ導波路の焦点距離、Δｘin：入力ポートの間隔、Δｘout：出力ポートの間隔、ｄin：入力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路の間隔、ｄout：出力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路の間隔、ΔＷout：出力用導波路のコア開口幅、である。【選択図】図１
2010117626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力側の形状と出力側の形状が数式１，２，３，４のうち少なくともいずれか一つを満たす非対称であり、前記出力側には、前記入力側に設けられた複数の入力ポートのうちいずれの入力ポートから入力された光信号であってもその波長が割り当て波長と一致するものを出力する出力ポートが設けられていることを特徴とするアレイ導波路型回折格子。
〈数１〉
ｆin＞ｆout
〈数２〉
Δｘin＜Δｘout
〈数３〉
ｄin＜ｄout
〈数４〉
Δｘin＜ΔＷout
ここで、ｆin：入力側スラブ導波路の焦点距離、ｆout：出力側スラブ導波路の焦点距離、Δｘin：入力ポートの間隔、Δｘout：出力ポートの間隔、ｄin：入力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路の間隔、ｄout：出力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路の間隔、ΔＷout：出力用導波路のコア開口幅、である。
【請求項２】
請求項１記載のアレイ導波路型回折格子よりなる光分波器と、光合波器とを備え、前記光分波器の出力側スラブ導波路は複数の前記出力ポートを有しており、前記光合波器は前記複数の出力ポートから出力された光信号を合波して単一の出力ポートから出力することを特徴とする光合波装置。
【請求項３】
前記光分波器を複数並列に設けると共に、前記光合波器は前記複数の光分波器から出力された光信号を合波して単一の出力ポートから出力するものであり、前記各光分波器の前段に設けられ、隣接する波長の入力光信号を異なる前記光分波器に入射させる振り分け手段を備えることを特徴とする請求項２記載の光合波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ導波路型回折格子及びこれを備える光合波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重方式（ＷＤＭ）の光通信では、多数の波長可変光源や波長分割多重方式のネットワークから供給される様々な波長の光信号を合波する必要がある。入力ポートに入力される波長が切り替わる場合の光信号の合波に使用するデバイスとして、３ｄＢカプラやスターカプラ、偏波ビームコンバイナがある。しかしながら、３ｄＢカプラやスターカプラでは合波時の損失が大きく、増幅器を別に設けて損失を補償する必要がある。また、偏波ビームコンバイナでは、３ｄＢカプラやスターカプラに比べて低損失で合波することが可能ではあるが、縦方向の直線偏波と横方向の直線偏波との合波であるため、入力数が最大２ポートに制限されてしまうと共に、例えば通常のシングルモードファイバで伝送されてきた光信号等の偏波状態が変動する光信号を合波することができない。
【０００３】
入力ポート毎に固定の波長が割り当てられている場合の合波方法としては、複数入力１出力のアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ：arrayed waveguide grating）を使用して低損失で合波することが考えられている。ＡＷＧの概念を図１６及び図１７に示す。ＡＷＧ１０１は、入力側スラブ導波路１０２と出力側スラブ導波路１０３とアレイ導波路１０４を備えており、入力側スラブ導波路１０２と出力側スラブ導波路１０３は同一形状を成している。即ち、各導波路１０２，１０３の焦点距離ｆ、入力側スラブ導波路１０２又は出力側スラブ導波路１０３に接続されたアレイ導波路１０４の間隔ｄは、同一である。なお、図１８に示すように、ＡＷＤの出力側スラブ導波路１０３に複数の出力ポートを設けて複数入力・複数出力の光合分波器として使用することもあるが、この場合には入力側スラブ導波路１０２の入力ポートの間隔Δｘinと出力側スラブ導波路１０３の出力ポートの間隔Δｘoutも同一である。
【０００４】
入力側スラブ導波路１０２の各入力ポートには入力光信号の波長が割り当てられており、割り当て波長に一致する波長の光信号を当該入力ポートに入力することで当該光信号を合波して単一の出力ポートから出力させることができ、多波長の光信号の合波を行うことができる。例えば図１６のＡＷＧ１０１において、第１入力ポート１０２ａに割り当てられた波長がλ１、第２入力ポート１０２ｂに割り当てられた波長がλ２、第３入力ポート１０２ｃに割り当てられた波長がλ３、第４入力ポート１０２ｄに割り当てられた波長がλ４であったとすると、第１入力ポート１０２ａに入力された波長λ１の光信号は出力ポート１０３ａから出力されるが、割り当て波長と異なる入力ポート１０２ｂ〜１０２ｄに入力された波長λ４，λ２，λ３の光信号は出力ポート１０３ａから出力されない。
【０００５】
なお、ＡＷＧを光合分波器として使用した例としては、例えば特開２００５−１６４７５８号に開示されたものがある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１６４７５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のＡＷＧ１０１では、低損失で合波を行えるという利点は有るものの、入力された光信号を合波して単一の出力ポート１０３ａから出力するためには、各入力ポート１０２ａ〜１０２ｄに割り当て波長の光信号を入力する必要がある。即ち、入力ポートに波長依存性がある。そのため、ＷＤＭ光通信の合波器として使用するには、例えば図１９に示すように、その前段階に入力信号を波長別に振り分ける分波器１０５と、入力光をスイッチングして波長別に割り当てられた入力ポート１０２ａ〜１０２ｄに出力するアクティブな光スイッチ１０６が必要であり、合波のために必要な装置が大型化すると共に、製造コストが増加する。
【０００８】
本発明は、低損失で合波を行えるという利点を維持したまま、入力ポートに波長依存性がない光合波装置を提供することを目的とする。また、当該光合波装置での使用に適したアレイ導波路型回折格子を提供することを目的とする。さらに、入力ポートに波長依存性がないアレイ導波路型回折格子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するために請求項１記載の発明は、入力側の形状と出力側の形状が数式５，６，７，８のうち少なくともいずれか一つを満たす非対称であり、出力側には、入力側に設けられた複数の入力ポートのうちいずれの入力ポートから入力された光信号であってもその波長が割り当て波長と一致するものを出力する出力ポートが設けられている。
〈数５〉
ｆin＞ｆout
〈数６〉
Δｘin＜Δｘout
〈数７〉
ｄin＜ｄout
〈数８〉
Δｘin＜ΔＷout
ここで、ｆin：入力側スラブ導波路の焦点距離、ｆout：出力側スラブ導波路の焦点距離、Δｘin：入力ポートの間隔、Δｘout：出力ポートの間隔、ｄin：入力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路の間隔、ｄout：出力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路の間隔、ΔＷout：出力用導波路のコア開口幅、である。
【００１０】
なお、入力側とは、入力側スラブ導波路と、アレイ導波路の入力側スラブ導波路近傍部分と、入力用導波路の入力側スラブ導波路近傍部分をいう。また、出力側とは、出力側スラブ導波路と、アレイ導波路の出力側スラブ導波路近傍部分と、出力用導波路の出力側スラブ導波路近傍部分をいう。
【００１１】
したがって、入力側スラブ導波路の隣接する入力ポートの波長間隔Δλinと出力側スラブ導波路の隣接する出力ポートの波長間隔Δλoutとの関係が数式９を満たし、又は、入力側スラブ導波路の隣接する入力ポートの波長間隔Δλinと出力側スラブ導波路の出力ポートの透過帯域幅ΔＢとの関係が数式１０を満たすことになり、光信号はいずれの入力ポートに入力されても割り当て波長の出力ポートから出力される。
〈数９〉
ＮΔλin≦Δλout
〈数１０〉
ＮΔλin≦ΔＢ
ここで、Δλinは数式１１、Δλoutは数式１２、ΔＢは数式１３によって表わされる。また、Ｎは２以上の整数である。
〈数１１〉
Δλin＝（Δｘin／ｆin）・（ｄin・ｎs／ｍ）・（ｎg／ｎs）^-1
〈数１２〉
Δλout＝（Δｘout／ｆout）・（ｄout・ｎs／ｍ）・（ｎg／ｎs）^-1
〈数１３〉
ΔＢ＝（ΔＷout／ｆout）・（ｄout・ｎs／ｍ）・（ｎg／ｎs）^-1
ここで、Δｘin：入力ポートの間隔、ｆin：入力側スラブ導波路の焦点距離、ｄin：入力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路の間隔、ｎs：スラブ導波路の実効屈折率、ｍ：回折次数、ｎg：群屈折率、Δｘout：出力ポートの間隔、ｆout：出力側スラブ導波路の焦点距離、ｄout：出力側スラブ導波路に接続されたアレイ導波路の間隔、ΔＷout：出力用導波路のコア開口幅、である。
【００１２】
即ち、ある波長の光信号を考えた場合、その波長が割り当てられている出力ポートから見たときに、入力ポートを変えても、あたかも同一の入力ポートよりその波長の光信号が入力されているように見える。したがって、いずれの入力ポートを用いても各出力ポートから出力される光信号の波長帯は同一となる。
【００１３】
例えば図３に示すように、入力ポート３と出力ポート５を４つずつ備える場合を例に説明する。なお、各入力ポート３を区別するために、入力ポート３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄといい、各出力ポート５を区別するために、出力ポート５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄという。また、光信号の波長として、λ１、λ２、λ３、λ４の４種類を使用する。さらに、各出力ポート５の割り当て波長を、出力ポート５Ａ：λ１、出力ポート５Ｂ：λ２、出力ポート５Ｃ：λ３、出力ポート５Ｄ：λ４とする。入力ポート３ａに入力された波長λ１の光信号をλ１ａ、入力ポート３ａに入力された波長λ２の光信号をλ２ａ、入力ポート３ｂに入力された波長λ１の光信号をλ１ｂと記載する。その他の光信号も同様に記載する。
【００１４】
例えば、入力ポート３ａに入力された波長λ１の光信号λ１ａは出力ポート５Ａから出力され、入力ポート３ａに入力された波長λ２の光信号λ２ａは出力ポート５Ｂから出力され、入力ポート３ａに入力された波長λ３の光信号λ３ａは出力ポート５Ｃから出力され、入力ポート３ａに入力された波長λ４の光信号λ４ａは出力ポート５Ｄから出力される。また、入力ポート３ｂに入力された波長λ１の光信号λ１ｂは出力ポート５Ａから出力され、入力ポート３ｂに入力された波長λ２の光信号λ２ｂは出力ポート５Ｂから出力され、入力ポート３ｂに入力された波長λ３の光信号λ３ｂは出力ポート５Ｃから出力され、入力ポート３ｂに入力された波長λ４の光信号λ４ｂは出力ポート５Ｄから出力される。即ち、波長λ１の光信号は、いずれの入力ポート３ａ，…，３ｄから入力されても出力ポート５Ａから出力され、波長λ２の光信号は、いずれの入力ポート３ａ，…，３ｄから入力されても出力ポート５Ｂから出力され、波長λ３の光信号は、いずれの入力ポート３ａ，…，３ｄから入力されても出力ポート５Ｃから出力され、波長λ４の光信号は、いずれの入力ポート３ａ，…，３ｄから入力されても出力ポート５Ｄから出力される。
【００１５】
数式９又は数式１０を満たす手法としては、ｆin＞ｆoutにすることによるもの（数式５）でも良く、Δｘin＜Δｘoutにすることによるもの（数式６）でも良く、ｄin＜ｄoutにすることによるもの（数式７）でも良く、Δｘin＜ΔＷoutにすることによるもの（数式８）でも良い。また、これらを１つずつ採用しても良いが、これらを２つ、３つ又は４つ組み合わせても良い。
【００１６】
また、請求項２記載の光合波装置は、請求項１記載のアレイ導波路型回折格子よりなる光分波器と、光合波器とを備え、光分波器の出力側スラブ導波路は複数の出力ポートを有しており、光合波器は複数の出力ポートから出力された光信号を合波して単一の出力ポートから出力するものである。
【００１７】
したがって、前段の光分波器に入力された光信号は、それがいずれの入力ポートに入力されたものであっても波長が割り当て波長と一致する出力ポートから出力され、後段の光合波器に入力されて合波され、単一の出力ポートから出力される。このとき、後段の光合波器の入力ポートの割り当て波長を前段の光分波器の出力ポートの割り当て波長に一致させておくことで、前段の光分波器の各出力ポートから出力された光信号を後段の光合波器によって合波することができる。
【００１８】
さらに、請求項３記載の光合波装置は、光分波器を複数並列に設けると共に、光合波器は複数の光分波器から出力された光信号を合波して単一の出力ポートから出力するものであり、各光分波器の前段に設けられ、隣接する波長の入力光信号を異なる光分波器に入射させる振り分け手段を備えるものである。
【００１９】
入力ポート数Ｎが増加すると、Ｎ×Δλinの帯域が出力側スラブ導波路の隣接する出力ポートの波長間隔Δλoutに近づいていき、入力光の波長に対して透過帯域の端を使うことになり、損失が増加する。並列に設けられた複数の光分波器の前段に振り分け手段を設けることで、Δλoutを広く取り、透過帯域幅ΔＢを広くとることで、損失の増加を抑えることができる。
【００２０】
光信号の波長が例えばλ１，λ２，λ３，λ４であり、光分波器の数が２であるとすると、例えば波長λ１，λ３の光信号は振り分け手段によって第１の光分波器に振り分けられ、波長λ２，λ４の光信号は振り分け手段によって第２の光分波器に振り分けられる。したがって、光分波器の数が１である場合と比べ、各光分波器毎の波長間隔Δλoutが広がる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載のアレイ導波路型回折格子では、いずれの入力ポートを用いても各出力ポートから出力される光信号の波長帯を同一にすることができるので、各入力ポートに様々な波長帯の光信号を入力させても、対応する波長帯（割り当て波長）の出力ポートから出力させることができる。そのため、後述の光合波装置での使用に適した光分波器を提供することができると共に、例えばＰＯＮでの使用に適した光合波器を提供することができる。
【００２２】
また、請求項２記載の光合波装置では、複数の入力ポートに入力された異なる波長の光信号を入力ポートに依存せずに合波して単一の出力ポートから出力することができるので、アクティブな光スイッチ等を用いなくても様々な波長の光を合波することができる。そのため、例えばＷＤＭ方式の光通信等での使用に適した光合波装置を低コストで提供することができる。また、小型の光合波装置を提供することができる。さらに、３ｄＢカプラやスターカプラ等を使用する必要がなく、アレイ導波路型分波器である光分波器がその出力ポートから決められた波長チャネルを出力するという動作をするので低損失で合波を行うことができる。特に入力ポート数が多い場合に低損失がより顕著になる。
【００２３】
さらに、請求項３記載の光合波装置では、光分波器を複数設け、振り分け手段を使用して隣接する波長の入力光信号を異なる光分波器に入射させるようにしているので、チャンネル間隔を広く取り、透過帯域幅を広く取ることができ、特性安定化と入力波長数を増やすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
まず、本発明のアレイ導波路型回折格子について説明する。図１〜図３に、本発明のアレイ導波路型回折格子の実施形態の一例を示す。本実施形態のアレイ導波路型回折格子１は、光分波器（以下、光分波器１という）として使用されている。光分波器１は、入力側２７の形状と出力側２８の形状が数式１４，１５，１６，１７のうち少なくともいずれか一つを満たす非対称となっており、出力側２８には、入力側２７に設けられた複数の入力ポート３のうちいずれの入力ポート３から入力された光信号であってもその波長が割り当て波長と一致するものを出力する出力ポート５が設けられている。
〈数１４〉
ｆin＞ｆout
〈数１５〉
Δｘin＜Δｘout
〈数１６〉
ｄin＜ｄout
〈数１７〉
Δｘin＜ΔＷout
ここで、ｆin：入力側スラブ導波路２の焦点距離、ｆout：出力側スラブ導波路４の焦点距離、Δｘin：入力ポート３の間隔、Δｘout：出力ポート５の間隔、ｄin：入力側スラブ導波路２に接続されたアレイ導波路６の間隔、ｄout：出力側スラブ導波路４に接続されたアレイ導波路の間隔、ΔＷout：出力用導波路２０のコア開口幅（図２０参照）、である。
【００２６】
入力側２７とは、入力側スラブ導波路２と、アレイ導波路６の入力側スラブ導波路２近傍部分と、入力用導波路２９の入力側スラブ導波路２近傍部分をいう。また、出力側２８とは、出力側スラブ導波路４と、アレイ導波路６の出力側スラブ導波路４近傍部分と、出力用導波路２０の出力側スラブ導波路４近傍部分をいう。
【００２７】
このように非対称にすることで、数式１８によって表わされる入力側スラブ導波路２の隣接する入力ポート３の波長間隔Δλinと、数式１９によって表わされる出力側スラブ導波路４の隣接する出力ポート５の波長間隔Δλoutとの関係が数式２０の関係、又は数式１８によって表わされる入力側スラブ導波路２の隣接する入力ポート３の波長間隔Δλinと、数式２１によって表わされる出力側スラブ導波路４の出力ポート５の透過帯域幅ΔＢとの関係が数式２２の関係を満たすことになる。
〈数１８〉
Δλin＝（Δｘin／ｆin）・（ｄin・ｎs／ｍ）・（ｎg／ｎs）^-1
〈数１９〉
Δλout＝（Δｘout／ｆout）・（ｄout・ｎs／ｍ）・（ｎg／ｎs）^-1
〈数２０〉
ＮΔλin≦Δλout
〈数２１〉
ΔＢ＝（ΔＷout／ｆout）・（ｄout・ｎs／ｍ）・（ｎg／ｎs）^-1
〈数２２〉
ＮΔλin≦ΔＢ
ここで、Δｘin：入力ポート３の間隔、ｆin：入力側スラブ導波路２の焦点距離、ｄin：入力側スラブ導波路２に接続されたアレイ導波路６の間隔、ｎs：スラブ導波路２，４の実効屈折率、ｍ：回折次数、ｎg：群屈折率、Δｘout：出力ポート５の間隔、ｆout：出力側スラブ導波路４の焦点距離、ｄout：出力側スラブ導波路４に接続されたアレイ導波路６の間隔、Ｎ：入力ポート数で２以上の整数、ΔＷout：出力用導波路２０のコア開口幅、である。
【００２８】
この光分波器１は、平面光回路（ＰＬＣ）であるアレイ導波路型回折格子（ＡＷＧ）であり、入力側スラブ導波路２と出力側スラブ導波路４の形状が異なる（入力側２７と出力側２８が非対称）ものである。本実施形態では、数式１８のｆinと数式１９のｆoutの関係をｆin＞ｆoutとすることで数式２０の関係を満たすようにしている。即ち、図１８に示すように一般に市販されている波長合分波用のＡＷＧや波長周回性を有したＡＷＧでは入力側スラブ導波路１０２と出力側スラブ導波路１０３の形状が同一（入力側１０７と出力側１０８が対称）である。これに対し、本発明の光分波器１は入力側スラブ導波路２と出力側スラブ導波路４の形状を非対称にしており、ｆin＞ｆoutとすることでスラブ導波路２，４の形状を非対称にしている。例えば、一般に市販されているＡＷＧと同程度の大きさであれば、当該ＡＷＧの寸法に対し、入力側スラブ導波路２の焦点距離ｆinを増加させることで、ｆin＞ｆoutとすることが好ましい。一般に市販されているＡＷＧでは、各スラブ導波路２，４の焦点距離ｆin，ｆoutは既に小さい値となっており、出力側スラブ導波路４の焦点距離ｆoutを更に小さくするよりも、入力側スラブ導波路２の焦点距離ｆinを大きくする方が、製造が容易だからである。ただし、出力側スラブ導波路４の焦点距離ｆoutを小さくすることでｆin＞ｆoutとするようにしても良く、あるいは、入力側スラブ導波路２の焦点距離ｆinを大きくし且つ出力側スラブ導波路４の焦点距離ｆoutを小さくすることでｆin＞ｆoutとするようにしても良い。ｆin＞ｆoutとすることで波長間隔Δλinと波長間隔Δλoutとの関係が数式２０の関係を満たし、入力側スラブ導波路２での各アレイ導波路６への入力の光信号の波長間隔Δλinを小さくすることができ、出力ポート５から見て、入力ポート３が１つに見えるようになる。
【００２９】
入力側スラブ導波路２には例えば４つの入力ポート３が設けられている。ただし、入力ポート３の数は４つに限るものではない。また、出力側スラブ導波路４には使用される光信号の波長の種類と同数の出力ポート５が設けられている。出力ポート５には、使用される光信号の波長であって他の出力ポート５と異なるものを割り当てておく。光信号はいずれの入力ポート３に入力されても割り当て波長の出力ポート５から出力される。本実施形態では、光信号として使用される波長はλ１，λ２，λ３，λ４の４種類であり、４つの出力ポート５が設けられている。ただし、光信号の波長の数と出力ポート５の数は、４つに限るものではない。なお、ここでは説明とその理解を容易にするために入力ポート数や出力ポート数、光信号の波長の数を４にしているが、実際には、例えば１６、３２、６４等であり、さらには例えば２５６、４００等も可能であり、その他の数でも良い。以下、説明のため、４つの入力ポート３を入力ポート３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、４つの出力ポート５を出力ポート５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄと適宜記載して区別する。また、図２においては、入力ポート３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを単に入力ポートａ，ｂ，ｃ，ｄと記載し、出力ポート５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを単に出力ポートＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄと記載して区別する（図１１，図１３，図１５，図２１，図２３も同様）。
【００３０】
出力ポート５Ａには波長λ１が、出力ポート５Ｂには波長λ２が、出力ポート５Ｃには波長λ３が、出力ポート５Ｄには波長λ４がそれぞれ割り当てられている。即ち、入力ポートに依存せずに各出力ポートにこれらの波長が割り当てられるように光分波器１が形成されている。
【００３１】
図２に、各出力ポート５と出力される光信号の波長の関係を示す。なお、参考のため、ｆin＝ｆoutの場合の関係を仮想線で示す。入力ポート３ａに入力された波長λ１の光信号λ１ａ、入力ポート３ｂに入力された波長λ１の光信号λ１ｂ、入力ポート３ｃに入力された波長λ１の光信号λ１ｃ、入力ポート３ｄに入力された波長λ１の光信号λ１ｄは、出力ポート５Ａから出力される。即ち、波長周回性を有する一般に販売されているＡＷＧでは、図１６に示すように、波長λ１の光信号は割り当て波長が一致する入力ポート１０２ａに入力された場合にのみ出力ポートから出力されるが、本発明の光分波器１では、入力ポート３に依存せずに、即ち、どの入力ポート３ａ〜３ｄに入力されても波長λ１が割り当てられている出力ポート５Ａから出力される。
【００３２】
同様に、入力ポート３ａに入力された波長λ２の光信号λ２ａ、入力ポート３ｂに入力された波長λ２の光信号λ２ｂ、入力ポート３ｃに入力された波長λ２の光信号λ２ｃ、入力ポート３ｄに入力された波長λ２の光信号λ２ｄは波長λ２が割り当て波長の出力ポート５Ｂから出力される。同様に、各入力ポート３ａ〜３ｄに入力された波長λ３の光信号λ３ａ〜λ３ｄは波長λ３が割り当てられた出力ポート５Ｃから出力され、各入力ポート３ａ〜３ｄに入力された波長λ４の光信号λ４ａ〜λ４ｄは波長λ４が割り当てられた出力ポート５Ｄから出力される。
【００３３】
つまり、図３に示すように、どの入力ポート３ａ，…，３ｄを用いても、各波長の光信号は割り当て波長が一致する出力ポート５Ａ，…，５Ｄから出力される。このように、本発明の光分波器１では、いずれの入力ポート３を用いても各出力ポート５から出力される光信号の波長帯を同一にすることができるので、各入力ポート３に様々な波長帯の光信号を入力させても、対応する波長帯（割り当て波長）の出力ポート５から出力させることができる。そのため、後述の光合波装置７での使用に適した光分波器１を提供することができる。
【００３４】
次に、本発明の光合波装置７について説明する。図４に、本発明の光合波装置７の実施形態の一例を示す。光合波装置７は、上述の光分波器１と、光分波器１の出力ポート５から出力された光信号を合波して単一の出力ポート１１から出力する光合波器８を備えるものである。
【００３５】
本実施形態の光合波器８はアレイ導波路型合波器（アレイ導波路回折格子：ＡＷＧ）であり、例えば図５に示すように、その入力側スラブ導波路９は光分波器１の出力ポート５と同じ数の入力ポート１０が設けられており、各入力ポート１０には、対応する光分波器１の出力ポート５と同じ波長が割り当てられている。即ち、光合波器８は、光分波器１の出力ポート５と同数の入力ポート１０を有する入力側スラブ導波路９と、単一の出力ポート１１を有する出力側スラブ導波路１２と、入力側スラブ導波路９と出力側スラブ導波路１２とを接続するアレイ導波路１３を有している。この光合波器８は、入力側スラブ導波路９と出力側スラブ導波路１２の形状が対称、即ち、焦点距離ｆin，ｆout、アレイ導波路の間隔ｄin，ｄoutが同一であり、一般に販売されている波長合波用のＡＷＧの使用が可能である。
【００３６】
光分波器１の出力ポート５と光合波器８の入力ポート１０は、同じ波長が割り当てられているもの同士で接続用導波路１４によって接続されている。本実施形態では、光分波器１には４つの出力ポート５が設けられているので、光合波器８の入力ポート１０も４つ設けられている。なお、以下、説明のため、光合波器８の４つの入力ポート１０を入力ポート１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとして区別する。そして、入力ポート１０ａには波長λ１が、入力ポート１０ｂには波長λ２が、入力ポート１０ｃには波長λ３が、入力ポート１０ｄには波長λ４がそれぞれ割り当てられている。
【００３７】
光合波器８では、図６に示すように、割り当て波長に合った波長λ１，…，λ４の光信号が入力ポート１０ａ，…，１０ｄに入力された場合には、光信号は合波されて出力ポート１１から出力される。一方、図１６に示すように、割り当て波長とは異なる波長の光信号が入力ポート１０に入力された場合にはきちんと合波することができず、波長が割り当て波長と異なる入力ポート１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに入力された光信号λ４，λ２，λ３は出力されない。
【００３８】
光合波装置７では、光合波器８の前段に光分波器１を設けることで、光合波器８の各入力ポート１０ａ，…，１０ｄには割り当てられた波長λ１，…，λ４の光信号が入力される。したがって、光合波器８の出力ポート１１からは、光合波器８に入力された光信号の全てが合波されて出力される。即ち、図４に示すように、光合波装置７に入力された光信号の全てが合波されて出力ポート１１から出力される。このように、図１９に示すようなアクティブな光スイッチ１０６を備えていなくても、入力ポート３ａ，…，３ｄに入力された光信号を合波して単一の出力ポート１１から出力することができる。
【００３９】
また、前段の光分波器１と後段の光合波器８とがともにアレイ導波路型回折格子であって平面光回路（ＰＬＣ）であり、同一の平面光回路上に作成することができるので、前段の光分波器１と後段の光合波器８との接続を相性のいいものとすることができ、接続のための損失を低く抑えることができる。
【００４０】
図７に、波長分割多重光通信（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）において、１本の光ファイバ１５によって異なる波長の光信号を伝送する概念を示す。図７中符号１８は光ファイバ１５によって伝送された光信号をその波長に応じて分波させる分波器である。この通信方式を実現する場合に、合波器として本発明の光合波装置７を使用することで、例えば図８に示すように波長可変光源１６を接続することや、例えば図９に示すようにＷＤＭネットワーク１７を接続することが可能になる。光合波装置７は入力ポート数が多い場合には３ｄＢカプラやスターカプラに比べて低損失となり、効率の良いＷＤＭを実現することができる。
【００４１】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００４２】
例えば、上述の説明では、ｆin＞ｆoutとすることで、即ち焦点距離を非対称にすることで、入力側２７の形状と出力側２８の形状を非対称にし、これによってＮΔλin≦Δλout又はＮΔλin≦ΔＢの関係を満たすようにしていたが、必ずしもこの手法に限るものではなく、他の手法によっても良い。例えば図１０，図１１に示すように、Δｘin＜Δｘoutとすることで、即ち入力ポート３の間隔Δｘinと出力ポート５の間隔Δｘoutを非対称とすることで、入力側２７の形状と出力側２８の形状を非対称にし、これによってＮΔλin≦Δλoutの関係を満たすようにしても良く、あるいは例えば図１２，図１３に示すように、ｄin＜ｄoutとすることで、即ち入力側スラブ導波路２に接続されたアレイ導波路６の間隔ｄinと出力側スラブ導波路４に接続されたアレイ導波路６の間隔ｄoutを非対称とすることで、入力側２７の形状と出力側２８の形状を非対称にし、これによってＮΔλin≦Δλout又はＮΔλin≦ΔＢの関係を満たすようにしても良い。さらには、例えば図２０，図２１に示すように、Δｘin＜ΔＷoutとすることで、入力側２７の形状と出力側２８の形状を非対称にし、これによってＮΔλin≦ΔＢの関係を満たすようにしても良い。なお、図１０，図１１のポート間隔Δｘin，Δｘoutを非対称とする場合には、出力ポート５のポート間隔Δｘoutを大きくし、入力ポート３ａ，…，３ｄの違いによる出力ポート５Ａ，…，５Ｄでの焦点の位置の変化が出力ポート５Ａ，…，５Ｄの大きさの範囲内に収まるようにすることが好ましい。図１０の実施形態では、出力ポート５を徐々に縮径させて例えば接続用導波路１４に接続している。即ち、入力ポート３ａ，…，３ｄの切り替えによって出力ポート５Ａ，…，５Ｄでの焦点の位置がずれるが、その変化は出力ポート５の広がったテーパ内に収まっている。なお、図１１において仮想線で示すものは出力ポート５を徐々に縮径するテーパ部を形成しない場合である。テーパ部を形成したものと帯域幅が異なっている。また、図１３において、仮想線で示すものは、ｄin＝ｄoutの場合である。ｄin＜ｄoutとした場合と、中心波長と帯域幅が異なっている。さらに、上述の焦点距離ｆin，ｆoutを非対称（ｆin＞ｆout）にする手法、ポート間隔Δｘin，Δｘoutを非対称（Δｘin＜Δｘout）とする手法、アレイ導波路６の接続間隔ｄin，ｄoutを非対称（ｄin＜ｄout）とする手法、入力ポート３の間隔Δｘin＜出力用導波路２０のコア開口幅ΔＷoutとする手法のうち、いずれか２つ又は３つを組み合わせても良く、あるいは４つ全てを組み合わせても良い。
【００４３】
また、上述の光合波装置７では、光合波器８としてアレイ導波路型合波器を使用していたが、複数の入力を合波して１の出力を得ることができるものであれば、アレイ導波路型合波器以外の光合波器、例えば多段に接続した多層膜フィルタ，凹面回折格子、透過型回折格子、反射型回折格子等を使用しても良く、また、光合波器８としてアレイ導波路型合波器又はこれ以外の光合波器を多段式にして使用しても良い。
【００４４】
また、例えば図１４及び図１５に示すように、光分波器１を複数並列に設けると共に、各光分波器１の前段に、隣接する波長の入力光信号を異なる光分波器１に入射させる振り分け手段１９を備え、光合波器８は複数の光分波器１から出力された光信号を合波して単一の出力ポート１１から出力するようにしても良い。本実施形態では、光分波器１を２台備えている。ただし、光分波器１の数は２台に限るものではなく、３台以上であっても良く、使用する光信号の波長の種類数や必要とされる出力ポート５の数等に応じて適宜数備えられる。
【００４５】
振り分け手段１９は、例えばインターリーバである。ただし、振り分け手段１９はインターリーバに限るものではなく、例えばエタロン等の周期的に透過（反射）光のレベルが変化する光フィルタ等の使用も可能であり、要するに入力された光信号について隣接する波長のものを異なる光分波器１に入射させるものであれば特に制限されない。ここで、隣接する波長とは、光信号として使用される波長をその大きさ順に並べた場合に隣り合う波長をいい、例えば使用される波長がλ１，λ２，λ３，λ４の４種類であり、この順番で波長が大きくなるとすると、λ１とλ２，λ２とλ３，λ３とλ４がそれぞれ隣接する波長である。本実施形態では、光分波器１を２台備えているので、振り分け手段１９として、２台の光分波器１に光信号を振り分けるもの、例えば１つの入力ポートと２つの出力ポート（１入力２出力）を有するインターリーバを使用する。振り分け手段１９の入力ポートには光信号が入力される。また、２つの出力ポートのうち一方は第１の光分波器１に、他方は第２の光分波器１にそれぞれ接続されている。振り分け手段１９は、各光分波器１の入力ポート３の数と同数設けられている。本実施形態の光分波器１は入力ポート３を４つ有しているので、振り分け手段１９を４台有している。
【００４６】
なお、光分波器１を多数備える場合には、振り分け手段１９を多段式にしても良い。例えば、１入力２出力の振り分け手段１９を２段式にすることで１ポートからの入力を４ポートに振り分けることができ、３段式にすることで１ポートからの入力を８ポートに振り分けることができるので、光分波器１を４つ備える場合には１入力２出力の振り分け手段１９を２段式にすれば良く、光分波器１を８つ備える場合には１入力２出力の振り分け手段１９を３段式にすれば良く、このように光分波器１の数と１段の出力ポート数に応じて振り分け手段１９の段数を適宜設定すれば良い。
【００４７】
振り分け手段１９に入力された光信号はその周波数に応じて第１の光分波器１又は第２の光分波器１に振り分けられ、割り当て波長が一致する出力ポート５から出力され、光合波器８によって合波されて単一の出力ポート５から出力される。特に、入力ポート３の数Ｎが増加した場合等には、ＮΔλinの帯域が透過帯域幅に近付いてきて、透過帯域の端も使うことになり損失が増加する。振り分け手段１９を設け、隣接する波長の光信号を異なる光分波器１に入射させることで、チャネル間隔を広く取り、透過帯域幅も広くとることができる。そのため、損失を抑えて特性安定化を図ることができると共に、入力光信号の波長数を増やすことができる。例えば、入力光信号を振り分け手段１９で２分岐し、分岐された出力を各光分波器１に分けてチャネル間隔Δλoutと透過帯域幅を広げ、各光分波器１によって波長ごとに特定の出力ポート５から出力することで、トータルの波長チャネル数を減らさずに特性を改善できる。
【００４８】
また、上述の説明では、本発明のアレイ導波路型回折格子１を光分波器としていたが、光合波器としても良い。光合波器とする場合には、使用する光信号の波長が割り当てられている出力ポート５が実際の出力ポートとして使用される。即ち、使用される光信号の波長が割り当てられている出力ポート５以外の出力ポートが存在していても良いし、存在しなくても良い。例えば、出力側スラブ導波路４に４つの出力ポート５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが設けられており、それぞれ波長λ１，λ２，λ３，λ４が割り当てられている場合、使用する光信号の波長がλ１であったとすると、出力ポート５Ａが実際に使用される出力ポートである。この場合、波長λ２，λ３，λ４が割り当てられている出力ポート５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは有っても無くても良い。即ち、波長λ２，λ３，λ４の光信号の焦点位置に出力ポート５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが設けられていても良いし、設けられていなくても良い。実質的な出力ポート５の数が使用される光信号の波長の数と同数であれば良い。なお、ここでは使用する光信号の波長が１つの場合を例にしたが、２つ以上の場合も同様である。
【００４９】
出力ポート５の数を１つにした場合の光合波器１を図２２，図２３に示す。出力ポート５が１つの場合には、上述の数式１４，数式１６，数式１７のうち少なくともいずれか１つを満たすことで、数式１８のΔλinと数式２１のΔＢとが数式２２の関係を満たすようにする。
【００５０】
図２４に、アレイ導波路型回折格子１を光合波器（以下、光合波器１という）として使用する例を示す。光源として同一波長で送信タイミングをずらした複数の通信機２１を用いている。本実施例では、通信機２１は例えば波長λ１の信号を出力する。光合波器１の入力側スラブ導波路２の各入力ポート３には、通信機２１からの光信号が入力される。また、光合波器１の出力側スラブ導波路４の波長λ１の光の焦点位置には出力ポート５が形成されている。この場合であっても、入力ポート３に依存せずに単一の出力ポート５から割り当て波長λ１の光信号を出力することができる。
【００５１】
本発明の光分波器１は、例えばＰＯＮ（Passive Optical Network）への適用が考えられる。ＰＯＮは中央局から加入者宅へ伸びる光ファイバの途中にスターカプラを設けて複数の加入者宅へ引き込む方式である。ＰＯＮの上り回線(加入者宅から中央局)の通信では、ＯＮＵ（optical network unit：加入者宅側の光回線終端装置）は光信号をＯＬＴ（optical Line Terminal：中央局側の光回線終端装置）へ送る。各ＯＮＵは光信号が衝突しないように異なるタイミングで光信号を送信する。分岐数Ｎのスターカプラを通過する際、光信号の強度が１／Ｎ以下になり、分岐数が多い場合には損失が増大してしまう。
【００５２】
このスターカプラの代わりに本発明の光合波器１を使用する。図２５に、ＰＯＮに適用した例を示す。光合波器１の各入力ポート３には各ＯＮＵ２３から伸びる光ファイバ２５が接続されている。各ＯＮＵ２３には例えばパソコン２４が接続されている。各ＯＮＵ２３は例えば波長λ１の光信号を出力する。また、光合波器１の単一の出力ポート５にはＯＬＴ２２へと向かう光ファイバ２６が接続されている。出力ポート５には波長λ１が割り当てられている。
【００５３】
各ＯＮＵ２３からタイミングをずらして出力された波長λ１の光信号は光合波器１によって合波されてＯＬＴ２２へと供給される。光信号の合波に光合波器１を使用することで、スターカプラを使用する場合に比べて損失を低減することができる。そのため、各ＯＮＵ２３としてレーザ出力の小さなものの使用が可能となり、消費電力を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明のアレイ導波路型回折格子を光分波器として使用した場合の第１の実施形態を示す平面図である。
【図２】同光分波器の出力スペクトルイメージを示す図である。
【図３】同光分波器の入力光と出力光の波長の関係を示す概念図である。
【図４】本発明の光合波装置の第１の実施形態を示す概念図である。
【図５】同光合波装置で使用される光合波器の一例を示す平面図である。
【図６】同光合波器の入力光と出力光の波長の関係を示す概念図である。
【図７】本発明の光合波装置をＷＤＭ光通信に適用した概念図である。
【図８】本発明の光合波装置の光源として波長可変光源を接続した場合の概念図である。
【図９】本発明の光合波装置の光源としてＷＤＭネットワークを接続した場合の概念図である。
【図１０】本発明のアレイ導波路型回折格子を光分波器として使用した場合の第２の実施形態を示す平面図である。
【図１１】図１０の光分波器の出力スペクトルイメージを示す図である。
【図１２】本発明のアレイ導波路型回折格子を光分波器として使用した場合の第３の実施形態を示す平面図である。
【図１３】図１２の光分波器の出力スペクトルイメージを示す図である。
【図１４】本発明の光合波装置の第２の実施形態を示す概念図である。
【図１５】図１４の光合波装置で使用される光分波器の出力スペクトルイメージを示す図である。
【図１６】従来の光合波器の入力光と出力光の波長の関係を示す概念図である。
【図１７】従来の光合波器（多入力・１出力）の平面図である。
【図１８】従来の光合波器（多入力・多出力）の平面図である。
【図１９】図１７の光合波器をＷＤＭ光通信に適用した概念図である。
【図２０】本発明のアレイ導波路型回折格子を光分波器として使用した場合の第４の実施形態を示し、（ａ）は入力側スラブ導波路の概念図、（ｂ）は出力側スラブ導波路の概念図である。
【図２１】図２０の光分波器の出力スペクトルイメージを示す図である。
【図２２】本発明のアレイ導波路型回折格子を光合波器として使用した場合の実施形態を示し、（ａ）は入力側スラブ導波路の概念図、（ｂ）は出力側スラブ導波路の概念図である。
【図２３】図２２の光合波器の出力スペクトルイメージを示す図である。
【図２４】光源として同一の波長で送信タイミングをずらした複数の送信機を接続した場合の概念図である。
【図２５】本発明のアレイ導波路型回折格子を光合波器としてＰＯＮに適用した場合の概念図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  アレイ導波路型回折格子（光分波器，光合波器）
２  入力側スラブ導波路
３  入力ポート
４  出力側スラブ導波路
５  出力ポート
６  アレイ導波路
７  光合波装置
８  光合波器
１１  出力ポート
１９  振り分け手段
２７  入力側
２８  出力側
【図１】
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【図２】
2010117626.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010117626.tif 000008
【図７】
2010117626.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010117626.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2010117626.tif 000018
【図１７】
2010117626.tif 000019
【図１８】
2010117626.tif 000020
【図１９】
2010117626.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2010117626.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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