(57)【要約】【課題】信号光の強度だけでなく、波長も監視可能な光波長多重信号監視装置および方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態によれば、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を備えた光波長多重信号監視装置は、ＡＷＧの入力導波路と入力側のスラブ導波路との間に、光スプリッタと、２つのアーム導波路と、光モード合成カプラと、テーパ導波路と、２つのアーム導波路間の位相差を調整可能としたヒータとを備える。光モード合成カプラは、一方のアーム導波路から入力される基底モード光を１次モードに結合させ、他方のアーム導波路から入力される基底モード光を基底モードに結合させる。テーパ導波路は、２次モード光を励起するように構成される。ヒータに電力を印加して、ＡＷＧの透過率の波長依存性を複数の状態に変化させて、信号光の強度を測定する。これら複数の状態において測定された信号光の強度から各チャネルの信号光の強度だけでなく、波長を算出することができる。【選択図】図１
2010117566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路に接続された複数の導波路からなるアレイ導波路と、前記アレイ導波路の複数の導波路に接続された第２のスラブ導波路と、前記第２のスラブ導波路に接続された複数の出力導波路とを備えたアレイ導波路回折格子と、
光波長多重信号が入力される入力導波路と、
前記入力導波路に接続された光スプリッタと、
前記光スプリッタに接続された第１および第２のアーム導波路と、
前記第１および第２のアーム導波路に接続された光モード合成カプラであって、前記第１のアーム導波路から入力される基底モード光を１次モードに結合させ、前記第２のアーム導波路から入力される基底モード光を基底モードに結合させる光モード合成カプラと、
前記光モード合成カプラに接続され、２次モード光を励起するテーパ導波路であって、前記第１のスラブ導波路にさらに接続されたテーパ導波路と、
前記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方を加熱して、前記第１および第２のアーム導波路間の位相差を調整可能としたヒータと
を備えたことを特徴とする波長合分波回路。
【請求項２】
請求項１に記載の波長合分波回路を備えた光波長多重信号監視装置であって、
前記複数の出力導波路に接続された複数のフォトダイオードを備えたことを特徴とする光波長多重信号監視装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光波長多重信号監視装置であって、
前記光モード合成カプラは、基底および１次モード光が伝播し、２次モード光が伝搬しないマルチモード導波路を介して前記テーパ導波路に接続されたことを特徴とする光波長多重信号監視装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の光波長多重信号監視装置であって、
前記光モード合成カプラは、導波路幅の異なる２本の導波路から構成された方向性結合器であることを特徴とする光波長多重信号監視装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光波長多重信号監視装置であって、
前記方向性結合器は、導波路幅の狭い方の導波路が遮光材料の挿入された溝によって終端されていることを特徴とする光波長多重信号監視装置。
【請求項６】
請求項４に記載の光波長多重信号監視装置であって、
前記方向性結合器は、導波路幅の狭い方の導波路が徐々に細くなり最終的に終端されていることを特徴とする光波長多重信号監視装置。
【請求項７】
請求項２から６のいずれかに記載の光波長多重信号監視装置であって、
前記光スプリッタは、波長無依存カプラにより構成されていることを特徴とする光波長多重信号監視装置。
【請求項８】
請求項２から７のいずれかに記載の光波長多重信号監視装置であって、
前記フォトダイオードは、チップスケールパッケージ型ＰＤアレイとして構成されていることを特徴とする光波長多重信号監視装置。
【請求項９】
第１のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路に接続された複数の導波路からなるアレイ導波路と、前記アレイ導波路の複数の導波路に接続された第２のスラブ導波路と、前記第２のスラブ導波路に接続された複数の出力導波路とを備えたアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子の複数の出力導波路に接続された複数のフォトダイオードとを備えた光波長多重信号監視装置であって、
光波長多重信号が入力される入力導波路と、
前記入力導波路に接続された光スプリッタと、
前記光スプリッタに接続された第１および第２のアーム導波路と、
前記第１および第２のアーム導波路に接続された光モード合成カプラであって、前記第１のアーム導波路から入力される基底モード光を１次モードに結合させ、前記第２のアーム導波路から入力される基底モード光を基底モードに結合させる光モード合成カプラと、
前記光モード合成カプラに接続され、２次モード光を励起するテーパ導波路であって、前記第１のスラブ導波路にさらに接続されたテーパ導波路と、
前記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方を加熱して、前記第１および第２のアーム導波路間の位相差を調整可能としたヒータと
を備えた光波長多重信号監視装置において、
前記ヒータに電力を印加して、前記アレイ導波路回折格子の透過率の波長依存性を複数の状態に変化させて、前記複数のフォトダイオードでの信号光の強度を測定することと、
前記複数の状態において測定された信号光の強度から前記信号光の波長を算出することと
を特徴とする光波長多重信号監視方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の光波長多重信号監視方法であって、
前記複数の状態は、前記アレイ導波路回折光子の透過率の波長依存性が略同程度に逆向きに傾斜した２つの状態を含み、
前記信号光の波長を算出することとは、前記２つの状態において測定された信号光の強度の差から前記信号光の波長を算出することを特徴とする光波長多重信号監視方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の光波長多重信号監視方法であって、
前記複数の状態は、前記アレイ導波路回折光子の透過率の波長依存性が略平坦な状態を含み、前記略平坦な状態において測定された信号光の強度から前記信号光の強度を算出することを特徴とする光波長多重信号監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波長多重信号監視装置および方法に関し、詳しくは、アレイ導波路回折格子と複数のフォトダイオードを用いた光波長多重信号監視装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信容量の増大に伴い、光波長多重分割（ＷＤＭ）技術を用いた光伝送装置が広く導入されている。これら光伝送装置で構築されるＷＤＭシステムにおいては、各波長チャネルの光信号を監視することにより、伝送信号の品質管理やシステム制御等を行っている。他方、シリコン基板上に形成した石英系ガラス導波路によって構成されたプレーナ光波回路（ＰＬＣ）の研究開発が盛んに行われており、かかるＰＬＣ技術を利用したアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）は、光波長合分波を実現する回路であり、ＷＤＭシステムの構成部品として重要な役割を果たしている。
【０００３】
ＷＤＭシステムにおいて波長多重された光信号を監視する装置の一形態として、ＡＷＧと複数のフォトダイオード（ＰＤ）を組み合わせた構成が提案され、非特許文献１に開示されている。図２６に、このＡＷＧとＰＤによる従来の光波長多重信号監視装置の構成を示す。ここで、ＡＷＧは、入力導波路５１０１、第１のスラブ導波路５１０２、アレイ導波路５１０３、第２のスラブ導波路５１０４、および複数の出力導波路５１０５から構成されている。これら導波路は、通常シリコン基板上に石英系ガラスにより形成されたコアおよびクラッドから構成される。複数の出力導波路はそれぞれ、光ファイバ５１０８等を介して複数のＰＤ５１０６に光学的に接続されている。ＡＷＧは、入力光ファイバ５１０７に光学的に接続されており、光波長多重信号を入力すると、出力導波路５１０５から各チャネルの信号光を分波して取り出すことができる。各出力導波路にＰＤを接続することにより、各信号光の強度を監視することができる。この構成によれば、ＡＷＧで分離された各波長チャネルの信号を各ＰＤで同時かつ独立に検出できるため、光波長多重信号を高速に監視できるという特長がある。
【０００４】
また、ＡＷＧのチップ端面に、各出力導波路と結合するように直接ＰＤを実装することで、さらに小型で受光特性に優れた光波長多重信号監視装置も提案されている。この構成を図２７に示す。ここで、ＡＷＧの各部分は図２６と同様であり、筐体とガラス窓の中で気密封止されたチップスケールパッケージ型ＰＤアレイ（ＣＳＰ−ＰＤアレイ）５２０１がＡＷＧのチップ端面に実装されている。ＣＳＰ−ＰＤアレイについて詳しくは、非特許文献２に開示されている。ＣＳＰ−ＰＤアレイ５２０１内に内蔵された各ＰＤの受光面は、ＡＷＧの出力導波路５１０７の各々と光学的に結合している。
【０００５】
かかるＡＷＧにおいては、入力導波路５１０１の入力側スラブ導波路５１０２との接続界面に励起されている光フィールドと、出力導波路５１０５の出力側スラブ導波路５１０４との接続界面に励起される光フィールドの、パワーオーバーラップ積分が透過スペクトルとなる。通常、これらの光フィールドは基底モード光のみが励起されており、透過スペクトル波形はガウス関数型となる。しかし、入力導波路５１０１の入力側スラブ導波路５１０２への接続部分、あるいは出力導波路５１０５の出力側スラブ導波路５１０４への接続部分に２次モード光を励起するテーパ導波路を設けることで、透過波形を平坦化し帯域を拡大する方法が開発されている。特許文献１には、２次モード光を励起するテーパ導波路としてパラボラ関数形状を適用する方法が開示されている。従来技術によるＡＷＧ型の光波長多重信号監視装置において、この透過波形を平坦化する方法を用いることで、各信号光の波長の変動に対して、検出される光強度の変動を小さく抑えることができる。すなわち、より測定誤差の小さい、信号光強度の監視が可能になる。
【０００６】
【特許文献１】特許第３１１２２４６号公報
【非特許文献１】大山  他、“ＡＷＧとＣＳＰ型ＰＤアレイを用いた４０−ｃｈ光パワーチャンネルモニタモジュール”２００６年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会講演、Ｃ−３−７８．
【非特許文献２】土居  他、“チップスケールパッケージ型ＰＤアレイ（ＣＳＰ−ＰＤ）の開発”、信学技報ＥＭＤ２００７−３６、ＣＰＭ２００７−５７、ＯＰＥ２００７−７４、ＬＱＥ２００７−３、ｐｐ．３９−４４、２００７−０８．
【非特許文献３】J. Leuthold, et al., “Multimode Interference Couplers for the Conversion and Combining of Zero-and First-Order Modes,” JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol.16, pp.1228-1238, 1998.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、従来のＡＷＧ型の光波長多重信号監視装置では光波長多重信号を高速に監視できるものの、監視が可能な特性は、現状では各チャネル信号光の強度に限定されていた。他方、伝送信号の品質管理やシステム制御等のためには、信号光の強度のみならず、信号光の波長をも、同時に監視することを必要とする場合もある。よって、伝送システムによっては、従来のＡＷＧ型の光波長多重信号監視装置では監視装置として十分に対応できない、という課題があった。
【０００８】
本発明は、かかる問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、ＡＷＧ型の光波長多重信号監視装置において、更に信号光の波長についても監視が可能な、光波長多重信号監視装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解消するにあたって、信号光の波長を測定する１つの手法として、透過スペクトルを変化させ、そのとき検出される信号光強度の変化から、算出することが考えられる。この測定手法に適した透過スペクトルの変化は、信号光波長近傍で透過率変化が単調であり、かつその変化率すなわち透過スペクトルの傾斜が変化するような場合である。この様な透過スペクトルの場合、変化前後での透過率の差分は、やはり単調な波長依存性を有するため、透過した信号光の強度の差分を検出し、換算することによって、波長の測定が可能である。
【００１０】
前述のような透過スペクトルの変化をＡＷＧにおいて得るために、本発明においては、ＡＷＧの入力導波路の第１のスラブ導波路への接続部に励起されている光モードに着目した。従来技術による、透過スペクトルが平坦化されたＡＷＧにおいては、入力導波路に接続するパラボラ形状等のテーパ導波路によってある強度比で２次モード光が励起され、第１のスラブ導波路への接続部においてそのフィールドは対称な双峰状である。他方、出力導波路では基底モード光のみが存在し、第２のスラブ導波路への接続部においては単峰状のフィールドである。ＡＷＧの透過スペクトルは両方の光フィールドのパワーオーバーラップ積分で決まり、平坦な波形となる。ここで、入力導波路側の光フィールドに、特定の強度比で１次モード光が混在している場合、フィールドは非対称な双峰状となり、その非対称性は基底および２次モード光と１次モード光の位相差により決まる。光フィールドが非対称になると、ＡＷＧの透過スペクトルでは波形の傾斜となって表れ、また非対称性が大きい程、透過スペクトルの波形傾斜も大きくなる。したがって、入力導波路において、適当な機構により、所定の強度比の１次モード光を励起し、その１次モード光と基底および２次モード光の位相差を変化させることができれば、従来技術による透過スペクトルが平坦化されたＡＷＧにおいて、更に透過スペクトルの波形傾斜の変動を生じさせることが可能である。
【００１１】
以上の考察を踏まえ、本発明の課題を解消するために、請求項１に係る発明は、波長合分波回路であって、第１のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路に接続された複数の導波路からなるアレイ導波路と、前記アレイ導波路の複数の導波路に接続された第２のスラブ導波路と、前記第２のスラブ導波路に接続された複数の出力導波路とを備えたアレイ導波路回折格子と、光波長多重信号が入力される入力導波路と、前記入力導波路に接続された光スプリッタと、前記光スプリッタに接続された第１および第２のアーム導波路と、前記第１および第２のアーム導波路に接続された光モード合成カプラであって、前記第１のアーム導波路から入力される基底モード光を１次モードに結合させ、前記第２のアーム導波路から入力される基底モード光を基底モードに結合させる光モード合成カプラと、前記光モード合成カプラに接続され、２次モード光を励起するテーパ導波路であって、前記第１のスラブ導波路にさらに接続されたテーパ導波路と、前記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方を加熱して、前記第１および第２のアーム導波路間の位相差を調整可能としたヒータとを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の波長合分波回路を備えた光波長多重信号監視装置であって、前記複数の出力導波路に接続された複数のフォトダイオードを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の光波長多重信号監視装置であって、前記光モード合成カプラは、基底および１次モード光が伝播し、２次モード光が伝搬しないマルチモード導波路を介して前記テーパ導波路に接続されたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４に係る発明は、請求項２または３に記載の光波長多重信号監視装置であって、前記光モード合成カプラは、導波路幅の異なる２本の導波路から構成された方向性結合器であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５に係る発明は、請求項４に記載の光波長多重信号監視装置であって、前記方向性結合器は、導波路幅の狭い方の導波路が遮光材料の挿入された溝によって終端されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６に係る発明は、請求項４に記載の光波長多重信号監視装置であって、前記方向性結合器は、導波路幅の狭い方の導波路が徐々に細くなり最終的に終端されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７に係る発明は、請求項２から６のいずれかに記載の光波長多重信号監視装置であって、前記光スプリッタは、波長無依存カプラにより構成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項８に係る発明は、請求項２から７のいずれかに記載の光波長多重信号監視装置であって、前記フォトダイオードは、チップスケールパッケージ型ＰＤアレイとして構成されていることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項９に係る発明は、第１のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路に接続された複数の導波路からなるアレイ導波路と、前記アレイ導波路の複数の導波路に接続された第２のスラブ導波路と、前記第２のスラブ導波路に接続された複数の出力導波路とを備えたアレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子の複数の出力導波路に接続された複数のフォトダイオードとを備えた光波長多重信号監視装置であって、光波長多重信号が入力される入力導波路と、前記入力導波路に接続された光スプリッタと、前記光スプリッタに接続された第１および第２のアーム導波路と、前記第１および第２のアーム導波路に接続された光モード合成カプラであって、前記第１のアーム導波路から入力される基底モード光を１次モードに結合させ、前記第２のアーム導波路から入力される基底モード光を基底モードに結合させる光モード合成カプラと、前記光モード合成カプラに接続され、２次モード光を励起するテーパ導波路であって、前記第１のスラブ導波路にさらに接続されたテーパ導波路と、前記第１および第２のアーム導波路の少なくとも一方を加熱して、前記第１および第２のアーム導波路間の位相差を調整可能としたヒータとを備えた光波長多重信号監視装置において、前記ヒータに電力を印加して、前記アレイ導波路回折格子の透過率の波長依存性を複数の状態に変化させて、前記複数のフォトダイオードでの信号光の強度を測定することと、前記複数の状態において測定された信号光の強度から前記信号光の波長を算出することとを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の光波長多重信号監視方法であって、前記複数の状態は、前記アレイ導波路回折光子の透過率の波長依存性が略同程度に逆向きに傾斜した２つの状態を含み、前記信号光の波長を算出することとは、前記２つの状態において測定された信号光の強度の差から前記信号光の波長を算出することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１１に係る発明は、請求項９または１０に記載の光波長多重信号監視方法であって、前記複数の状態は、前記アレイ導波路回折光子の透過率の波長依存性が略平坦な状態を含み、前記略平坦な状態において測定された信号光の強度から前記信号光の強度を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、従来技術のＡＷＧ型光波長多重信号監視装置において、信号光の強度しか監視できなかった問題を解消し、信号光の強度に加え、信号光の波長についても、全チャネル同時に監視することが可能であり、高速性を有しつつ、より高度な監視機能を備えた光波長多重信号監視装置および方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施形態について以下に説明する。本発明の一実施形態にかかる光波長多重信号監視装置の構成を図１に示す。この光波長多重信号監視装置は、ＡＷＧ１００、入力光ファイバ１２１、接続光ファイバ１２２、および各接続光ファイバに光学的に結合しているフォトダイオード１２３から構成されている。ＡＷＧ１００は、入力導波路１０１、第１のスラブ導波路１０２、アレイ導波路１０３、第２のスラブ導波路１０４、および出力導波路１０５を備えている。入力導波路１０１は入力光ファイバ１２１と接続され、出力導波路１０５はそれぞれが接続光ファイバ１２２を介してフォトダイオード１２３と接続されている。また、ＡＷＧ１００は、入力導波路１０１と第１のスラブ導波路１０２との間に、光スプリッタ１０６、第１のアーム導波路１０７、第２のアーム導波路１０８、光モード合成カプラ１０９、マルチモード導波路１１０、および２次モード光を励起するテーパ導波路１１１を備え、第１のアーム導波路１０７および第２のアーム導波路１０８にはそれぞれ加熱用のヒータ１１２、１１３が設けられている。
【００２４】
光モードカプラ１０９は、第１のアーム導波路１０７から入力する基底モード光を１次モード光に変換し、第２のアーム導波路１０８から入力する基底モード光を基底モード光として合成する。合成された基底モード光と１次モード光は、マルチモード導波路１１０を、それぞれのモードの実効屈折率に従って伝播し、更にテーパ導波路１１１において、基底モード光の一部は２次モード光に変換される。このとき、１次モード光はそのまま１次モード光として伝播する。したがって、テーパ導波路１１１の開口端、すなわち第１のスラブ導波路１０２への接続部においては、基底モード光、１次モード光、および２次モード光の合成フィールドが生成される。この合成フィールドの基底モード光と２次モード光の強度比および位相差は、テーパ導波路１１１の形状により決まる。また、基底モード光と２次モード光に対する、１次モード光の強度比は、光スプリッタ１０６における分岐比と、光モード合成カプラ１０９の結合率によって決まり、位相差は、第１のアーム導波路１０７と第２のアーム導波路１０８の光路長差、マルチモード導波路１１０の長さ、およびテーパ導波路１１１の長さによって決まる。また、この光路長差はヒータ１１２、１１３を加熱することによって調整が可能である。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態において、テーパ導波路１１１の開口端に生成される基底（０次）、１次、および２次モード光の各フィールド形状を示したものである。ここで、テーパ導波路１１１の開口端の導波路幅をＷとし、導波路の中央を横軸のゼロにしている。また、縦軸は電界の振幅を表している。
【００２６】
図３は、図２に示した基底、１次、および２次モード光の合成フィールドの変化を示したものである。ここで、基底、１次、および２次モード光のそれぞれの強度比は０．８５：０．０５：０．１０に設定している。また、基底モード光に対する２次モード光の位相差はゼロに固定し、基底モード光に対する１次モード光の位相差を−π、−０．７５π、−０．５π、−０．２５π、０、０．２５π、０．５π、０．７５π、πラジアンと変えたときの結果を示している。基底モード光に対する１次モード光の位相差を変えることで、双峰状フィールドが非対称→対称→逆の非対称→対称→非対称に変化していることがわかる。
【００２７】
図４は、図３の各合成フィールドが生成している場合のＡＷＧ１００の透過スペクトルの変化を示したものである。ここで、出力導波路１０５の第２のスラブ導波路１０４への接続部には基底モード光のみの光フィールドを仮定し、上記合成フィールドとのパワーオーバーラップ積分により、透過スペクトルを求めている。図より、基底モード光に対する１次モード光の位相差を変えることで、透過スペクトル波形が傾斜→平坦→逆の傾斜→平坦→傾斜と変化していることがわかる。ここで、上記合成フィールドにおける、基底モード光に対する１次モード光の位相差は、ヒータ１１２あるいはヒータ１１３を加熱することにより調整することができる。非加熱の場合を基準として、ヒータ１１２を加熱すれば位相差は正方向にシフトし、ヒータ１１３に加熱すれば位相差は負方向にシフトする。従って、本発明の実施形態における光波長多重信号監視装置においては、ヒータ１１２あるいはヒータ１１３に適切な電力を与えることで、ＡＷＧ１００の透過スペクトル波形の傾斜を調整することが可能である。
【００２８】
以下、この光波長多重信号監視装置における光波長多重信号の監視方法を説明する。いま特に、ＡＷＧ１００で分岐された１つの波長チャネルの信号光に注目する。信号光の監視は、ヒータ１１２あるいはヒータ１１３に電力を与え、上記合成フィールドにおける、基底モード光に対する１次モード光の位相差を、２つ以上の状態に変化させて、ＰＤの受光強度を読み取ることで行う。
【００２９】
図５は、基底モード光に対する１次モード光の位相差φに対する、所定の波長でのＡＷＧ１００の透過率Ｔ（λ，φ）の変化を示している。図５においては、波長が透過中心波長（λ＝λＣ）の場合、透過中心波長より長波長（λ＝λＣ＋δλ）の場合、透過中心波長より短波長（λ＝λＣ−δλ）の場合をそれぞれ示している。透過スペクトル波形が平坦なときは波長によって透過率に差異が無く（例えば、φ＝±０．５π）、傾斜があるときには差異が大きくなる様子がわかる（例えば、φ＝０，±π）。
【００３０】
監視すべき波長チャネルの信号光強度は、一般に信号波長の付近で鋭く幅の狭い線ピークを有している。いま、信号の光強度をＰＳ、波長をλＳとすると、この信号を本実施形態の光波長多重信号監視装置で検出したときの、ＰＤでの受光強度はＰＳ・Ｔ（λＳ，φ）となる。よって、例えば、ヒータ１１２あるいはヒータ１１３に電力を与え、位相差φ＝φ１、φ２の２状態において、信号光を検出したとすれば、２状態でのＰＤでの受光強度Ｐ１、Ｐ２は、Ｐ１＝ＰＳ・Ｔ（λＳ，φ１）、Ｐ２＝ＰＳ・Ｔ（λＳ，φ２）となる。このとき、２状態での受光強度のｄＢ単位での差分をとると、１０・Ｌｏｇ１０（Ｐ１）−１０・Ｌｏｇ１０（Ｐ２）＝１０・Ｌｏｇ１０｛Ｔ（λＳ，φ１）／Ｔ（λＳ，φ２）｝となり、これは、信号の光強度には依存せず、２状態における信号の波長λＳでの透過率の比となる。
【００３１】
図４にあるように、位相差φを変えるとＡＷＧ１００の透過スペクトル波形の傾斜が変化するので、上記の２状態として傾斜の異なる２状態を選べば、その２状態での透過率の比は波長に対して単調に増加するか減少することになる。すなわち、透過率の比と波長は１対１に対応する。従って、予め２状態における１０・Ｌｏｇ１０｛Ｔ（λＳ，φ１）／Ｔ（λＳ，φ２）｝の情報を取得しておき、２状態で検出された受光強度のｄＢ単位の差分と比較すれば、検出した信号光の波長を測定することが可能である。
【００３２】
上記の手法による信号波長の測定は、少なくとも透過スペクトル波形の傾斜が異なる２状態で、受光強度を検出すれば可能であるが、同様に傾斜が異なる３状態以上での検出を行い、その３状態以上での透過率の比との比較をすれば、より精度良く測定が可能である。これは、より多くの状態間での検出結果を比較することで、各状態間での受光強度の誤差の影響を低減できるからである。
【００３３】
また、上記の手法による信号波長の測定において、２状態で受光強度を検出する場合には、２状態での透過スペクトル波形の傾斜が大きく、かつ逆符号である設定が最も精度良く測定可能である。例えば、図４の場合、２状態をφ１＝０、φ２＝πまたは−πとする。これは、２状態間での透過率の比が、波長によって最も大きく変化する場合であるので、受光強度の誤差が波長の誤差に影響し難いためである。
【００３４】
次に、信号光の強度を測定する方法について説明する。いま、信号の光強度をＰＳ、波長をλＳとすると、この信号を本実施形態の光波長多重信号監視装置で検出したときの、ＰＤでの受光強度はＰＳ・Ｔ（λＳ，φ）となる。よって、例えば、ヒータ１１２あるいはヒータ１１３に電力を与え、位相差φ＝φ１の状態において、信号光を検出したとすれば、ＰＤでの受光強度Ｐは、Ｐ＝ＰＳ・Ｔ（λＳ，φ）となる。すなわち、測定対象の光強度ＰＳは、ＰＳ＝Ｐ／Ｔ（λＳ，φ）となる。
【００３５】
例えば、前述の信号光の波長の測定における２状態のうち、所定の１状態（ここではφ＝φ１とする）における透過スペクトルの情報Ｔ（λ，φ１）を予め取得しておけば、その状態で検出した受光強度Ｐに対して、前述の手法により得られた信号光波長の測定値λＳ´における透過率Ｔ（λＳ´，φ１）を用いて、光強度の測定値ＰＳ´をＰ／Ｔ（λＳ´，φ１）として求めることできる。また、この測定手法においては、上記の所定の１状態での透過スペクトル波形が平坦であるように位相差φ１を設定しておけば（例えば、φ１＝−０．５πまたは０．５π）、透過率は波長に依存しないので、波長の測定値λＳ´を参照することなく透過率が求まり、より簡単に信号強度を算出することが可能であり、好ましい設定である。
【００３６】
また、信号光の強度の測定については、所定の２状態での透過スペクトル波形の傾斜が大きく、絶対値が等しく、かつ逆符号であるような設定にしておき、この所定の２状態での受光強度検出値の平均を、これら２状態の透過率の平均で割った値を測定値としても良い。これら２状態の透過スペクトルの平均は、平坦な透過スペクトル波形の場合と等価となる。よって、この場合は前述のように波長を精度良く測定できるのに加え、波長の測定値を参照することなく２状態の平均透過率が求まるので、信号強度の算出も簡便である。
【００３７】
ここで、マルチモード導波路１１０の幅としては、少なくとも１次モード光までは伝播可能であるほど広く、２次モード光は伝播できない、すなわち２次モードの実効屈折率が存在しない程度の幅であることが好ましい。これは、第１のアーム導波路１０７から入力する基底モード光が、光モードカプラ１０９において僅かに２次モード光に変換された場合でも、その２次モード光をマルチモード導波路１１０にて抑制し、テーパ導波路１１１の開口端での合成フィールドにおいて、不必要な変動が生じることがないようにするためである。
【００３８】
また、第１のアーム導波路１０７と第２のアーム導波路１０８の光路長差については、ヒータ１１２、１１３を加熱していない状態において、ほぼ等長であることが好ましい。これは、ある程度の光路長差が存在すると、合成フィールドにおける基底モード光に対する１次モード光の位相差に波長依存性が生じ、結果としてチャネルによってＡＷＧの透過スペクトル波形の変化に差異が生じるためである。このような場合には信号光の波長あるいは強度の測定の際にチャネル毎に補正が必要となり、測定が複雑になる可能性がある。具体的には、第１のアーム導波路１０７と第２のアーム導波路１０８の光路長差は数波長以下であれば、通常の通信波長領域においては上記のような位相差の波長依存性は十分小さくなり、全てのチャネルにおいて、同様な透過スペクトル波形の変化を与える事ができる。
【実施例１】
【００３９】
本発明の第１の実施例による光波長多重信号監視装置について説明する。図６は、本実施例における光波長多重信号監視装置の構成を示す平面図である。この光波長多重信号監視装置は、ＡＷＧ７００、入力光ファイバ７２１、接続光ファイバ７２２、および各接続光ファイバに光学的に結合しているフォトダイオード７２３から構成されている。ＡＷＧ７００は、入力導波路７０１、第１のスラブ導波路７０２、アレイ導波路７０３、第２のスラブ導波路７０４、および出力導波路７０５を備えている。入力導波路７０１は入力光ファイバ７２１と接続され、出力導波路７０５はそれぞれが接続光ファイバ７２２を介してフォトダイオード７２３と接続されている。また、ＡＷＧ７００は、入力導波路７０１と第１のスラブ導波路７０２との間に、光スプリッタ７０６、第１のアーム導波路７０７、第２のアーム導波路７０８、光モード合成カプラ７０９、マルチモード導波路７１０、および２次モード光を励起するテーパ導波路７１１を備え、第１のアーム導波路７０７および第２のアーム導波路７０８にはそれぞれ加熱用のヒータ７１２、７１３が設けられている。
【００４０】
図６において、アレイ導波路７０３の長さは、一定量ΔＬずつ順次長くなるよう設計されている。このＡＷＧ７００はＰＬＣにより構成され、導波路の比屈折率差Δが１．５％、コア厚４．５μｍである。また、入力導波路７０１、アレイ導波路５０３、出力導波路７０５、第１のアーム導波路７０７、および第２のアーム導波路７０８のコア幅は４．５μｍである。このＡＷＧは、波長チャネル数４８、中央の波長チャネルの透過波長１５４４．５３μｍ（１９４．１ＴＨｚ）、波長チャネル間隔０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）であり、このときアレイ導波路の本数は２５０本、ΔＬは３１．８μｍである。また、第１のスラブ導波路７０２、第２のスラブ導波路７０４の長さは８６５０μｍであり、出力導波路７０５は、第２のスラブ導波路７０４に接続する部分において１６μｍ間隔で波長チャネルの数（すなわち４８本）配置されている。
【００４１】
図７は、図６の光波長多重信号監視装置における光スプリッタ７０６からテーパ導波路７１１近傍を拡大した図である。図７において図６と同様の構成要素には同様の符号が付してある。ここで、光スプリッタ７０６としては方向性結合器を用いている。ヒータ７１２、７１３の全長は各２０００μｍであり、それぞれ第１のアーム導波路７０７、第２のアーム導波路７０８の上部に実装され、各導波路を加熱できるようになっている。
【００４２】
光モードカプラ７０９としては導波路幅が非対称な方向性結合器を用いており、第１のアーム導波路７０７に接続する導波路７０９ａの幅を２．５μｍ、第２のアーム導波路７０８に接続する導波路７０９ｂの幅を８μｍとし、導波路７０９ａ、７０９ｂの長さは５００μｍとしている。また、第２のアーム導波路７０８から導波路７０９ｂへは直接テーパにより滑らかに導波路幅が変換されている。このとき、導波路７０９ａの基底モード実効屈折率と、導波路７０９ｂの１次モード実効屈折率はほぼ等しくなっており、第１のアーム導波路７０７から導波路７０９ａに入力する基底モード光は、導波路７０９ｂの１次モードに結合する。また、第２のアーム導波路７０８から入力する基底モード光は、そのまま導波路７０９ｂを基底モードで伝播するので、マルチモード導波路７１０へは基底モードと１次モードが合成され出力される。
【００４３】
基底モード光と１次モード光の位相差は、第２のアーム導波路７０８に対する第１のアーム導波路７０７の長さの差分によって決まり、本実施例において差分は０．７３μｍとしている。この位相差は、ヒータ７１２、７１３を加熱し、第１のアーム導波路７０７あるいは第２のアーム導波路７０８の実効屈折率を増加することによって調整が可能である。また、基底モード光と１次モード光の光強度比は、光スプリッタ７０６における分岐比と、光モード合成カプラ７０９の、導波路７０９ａから７０９ｂへの結合率によって決まるが、本実施例ではそれぞれ５．２％、９０％に設計されており、基底モード光と１次モード光の光強度比は９５：５である。
【００４４】
光モード合成カプラ７０９は、マルチモード導波路７１０、テーパ導波路７１１を介して第１のスラブ導波路７０２に接続されている。本実施例においてテーパ導波路７１１はパラボラ形状のテーパを用いている。マルチモード導波路７１０の導波路幅は８μｍであり、パラボラ形状テーパ導波路７１１の長さは１５０μｍ、開口端の幅は１６μｍである。このテーパ導波路７１１において、基底モード光の一部は２次モード光に変換される。このとき、１次モード光はそのまま１次モード光として伝播する。したがって、テーパ導波路７１１の開口端、すなわち第１のスラブ導波路７０２への接続部においては、基底モード光、１次モード光、および２次モード光の合成フィールドが生成される。この合成フィールドにおける基底モード光と２次モード光の強度比および位相差は、テーパ導波路７１１の形状により決まる。本実施例において、テーパ導波路７１１の開口端における基底、１次、および２次モード光のそれぞれの強度比は８５：５：１０となっている。また、基底モード光に対する２次モード光の位相差はゼロであり、基底モード光に対する１次モード光の位相差は、ヒータ７１２、７１３を加熱しない状態で０．５πである。
【００４５】
図８は、図７において線分ＡＡ´での断面構造を示した図である。図に示すように、シリコン基板７３４上のクラッド７３３に第１のアーム導波路７０７のコア７３１および第２のアーム導波路７０８のコア７３２が形成され、その上部にヒータ７１２およびヒータ７１３がそれぞれ設けられている。ヒータ７１２、７１３を加熱することでそれぞれの対応するコアとその近傍のクラッドの温度が上昇し、導波路の実効屈折率が増加する。これにより、第１のアーム導波路７０７と第２のアーム導波路の間で生成される光の位相差を調整することが可能である。
【００４６】
本実施例における光波長多重信号の監視方法を説明する。本実施例では、４８チャネル、波長間隔０．８ｎｍの光波長多重信号の監視が可能である。いま特に、所定の１つのチャネルの信号に注目する。信号の監視は、ヒータ７１２あるいはヒータ７１３へ所定の電力を順次印加しながら、ＰＤ７２３において、該当するチャネルのＰＤの受光強度を読み取ることで行う。具体的には、以下の組み合わせで読み取りを行う。
（１）ヒータ７１２に電力を印加
（２）ヒータ７１２、７１３ともに電力無印加
（３）ヒータ７１３に電力を印加
このとき、（１）および（３）においてヒータ７１２、７１３にそれぞれ印加する電力は、その印加によって、第１のアーム導波路７０７あるいは第２のアーム導波路７０８の光路長が信号波長（１５４５ｎｍ付近）の１／４増加する、すなわち光の位相が０．５π変化する値とする。ヒータ７１２、７１３それぞれの抵抗を３００Ωとすると、このような電力は３００ｍＷ程度である。
【００４７】
図９は、上記の（１）、（２）、および（３）の状態における、ＡＷＧ７００の該当チャネルの透過スペクトル波形Ｔ（λ，φ）を示したものである。ここで、縦軸はｄＢ単位の透過率、すなわち１０・Ｌｏｇ１０｛Ｔ（λ，φ）｝を示している。また、（２）の状態における透過中心波長をλＣとした。（１）の状態では、φ＝φ１＝πであり、波長λＣ近傍において透過率は増加傾向となる。（２）の状態では、φ＝φ２＝０．５πであり、波長λＣ近傍において透過率は増減なく平坦な波形となる。（３）の状態では、φ＝φ３＝０であり、波長λＣ近傍において透過率は減少傾向となる。
【００４８】
ここで、監視すべき該当チャネルの信号光について、その強度（本装置に入力する時点）をＰＳ＝−５ｄＢｍ、その波長をλＳとする。この信号を本実施例の光波長多重信号監視装置で検出した場合のＰＤでのｄＢｍ単位の受光強度１０・Ｌｏｇ１０（Ｐ１）、１０・Ｌｏｇ１０（Ｐ２）、１０・Ｌｏｇ１０（Ｐ３）の信号波長依存性を図１０に示す。横軸は信号波長λＳであり、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３はそれぞれ状態（１）、（２）、および（３）における受光強度を意味している。
【００４９】
Ｐ１〜Ｐ３の検出値から信号光の特性を得る手法として、信号光の強度については、Ｐ２においてＰ２／Ｔ（λＣ，φ２）を強度の測定値とする。図１１は、測定値Ｐ２／Ｔ（λＣ，φ２）を実際の信号強度ＰＳに対する比率として表し、その信号波長λＳ依存性を示したものである。信号光波長λＣ±０．１ｎｍの変動に対して比率は０．９８〜１．０２の間でしか変動せず、よってこの測定方法において信号光強度は高々±２％の測定誤差で得られることがわかる。
【００５０】
このように、状態を変化させて信号光を測定する場合に、１状態は波形が平坦であるように設定し、その状態の波長での透過率（本例では透過中心波長での透過率Ｔ（λＣ，φ２））の情報のみを予め取得しておけば、信号波長に依存せず精度の良い測定ができるという点で好ましい。また、ヒータ７１２、７１３に電力を印加しない状態で、本例の（２）の状態のように平坦な透過スペクトル波形が実現されるよう設計すれば、何かの不具合によりヒータへの電力供給が断たれたとしても、信号光強度のみは精度良く測定ができるという点で更に好ましい。
【００５１】
次に、信号光の波長の測定については、Ｐ１、Ｐ３の２点の検出値を用いた手法が考えられる。信号波長λＳに対して、検出されたＰ１およびＰ３のｄＢ単位での差分、すなわち１０Ｌｏｇ１０（Ｐ１／Ｐ３）を示したものが図１２である。図からわかるように、信号光波長λＣ±０．１ｎｍの領域では、１０Ｌｏｇ１０（Ｐ１／Ｐ３）はλＳに対して直線的に変化し、λＳ＝λＣにおいて０となっている。そのため、前もってその直線の傾きの情報を入手しておけば、測定の際にはＡＷＧ７００の透過スペクトル波形を考慮することなく、Ｐ１、Ｐ３の検出値から信号光波長を算出し、測定することができる。
【００５２】
また、信号光波長の測定精度に関しては、１０Ｌｏｇ１０（Ｐ１／Ｐ３）のλＳに対する直線の傾きが、なるべく大きいほど精度が高いといえる。これは傾きが大きいほど、波長に対する分解能が高まるためである。この観点から、状態（１）におけるＡＷＧ７００の透過スペクトル波形の傾きと、状態（３）における透過スペクトル波形の傾きの差分は、なるべく大きいことが好ましいといえる。よって、状態（１）および（３）としては、本実施例のように傾き（透過率の波長に対する変化率）の符号が逆であることが好ましく、更にそれぞれ傾きの絶対値が大きいことが好ましい。これは、２状態におけるテーパ導波路７１１開口部での基底モード光に対する１次モード光の位相差が、０およびπであることに一致する。
【００５３】
本実施例においては、図７のように、光モード合成カプラ７０９として、非対称な方向性結合器を適用したが、光モード合成カプラ７０９の実現はこの構成に限定されない。図１３は別構成における、光モード合成カプラ７０９近傍を拡大した図である。図１３の構成においては、図７と同様に非対称な方向性結合器ではあるが、導波路７０９ａに接続する出力導波路は、溝７４１によって終端されている。ここで、溝７４１には光波を吸収するような遮光材料が挿入されており、また、遮光材料と出力導波路の界面は導波路に垂直ではなく、垂直面から８度傾いている。図１３の構成により、図７の構成に比較して、導波路７０９ａから導波路７０９ｂに結合せずに僅かに残る光波を遮断して第１のスラブ導波路７０２などに迷光が侵入することを抑制し、また、光波の反射も抑制することができる。そのため、ＡＷＧ７００の光学特性において、よりクロストークおよび反射特性に優れたものが実現可能である。
【００５４】
図１４は、更に別構成の光モード合成カプラ７０９近傍を拡大した図である。図１４の構成においては、図７と同様に非対称な方向性結合器ではあるが、導波路７０９ａはその幅が徐々に狭くなり、幅が無くなって終端する構造になっている。このとき、導波路７０９ａ、７０９ｂの長さは１１００μｍに設計されている。図１４の構成により、図７の構成に比較して、導波路７０９ａから導波路７０９ｂへの光波の結合率をほぼ１００％にすることができるため、ＡＷＧ７００の光学特性において、より損失特性に優れたものが実現可能である。
【００５５】
図１５は、更に別構成の光モード合成カプラ７０９近傍を拡大した図である。図１５の構成においては、光モード合成カプラ７０９は２つのマルチモード干渉回路（ＭＭＩ）からなる。この構成については詳しくは、非特許文献３に詳しく記載されている。光モード合成カプラ７０９は、第１のＭＭＩ７４２ａ、第２のＭＭＩ７４２ｂ、中間導波路７４３ａ、７４３ｂ、７４３ｃを備えている。第１のＭＭＩ７４２ａは幅２０μｍ、長さ７５４μｍであり、第２のＭＭＩ７４２ｂは幅２０μｍ、長さ３７７μｍであり、中間導波路７４３ａは幅４．５μｍ、長さ５０μｍであり、中間導波路７４３ｂは幅４．５μｍ、長さ５１．５μｍであり、中間導波路７４３ｃは幅４．５μｍ、長さ５３μｍである。
【００５６】
一般に、ＭＭＩは方向性結合器に比較して、導波路幅の変化に対する分岐特性の変化が小さい。従って、図１５の構成により、図７の構成に比較して、導波路の幅に作製誤差が生じた場合においても、アーム導波路７０７から入力した基底モード光がマルチモード導波路７１０の一次モードに結合する結合率に影響しないため、ＡＷＧ７００の光学特性において、より作製トレランスに優れたものを実現可能である。
【００５７】
また、本実施例においては、図７のように、光スプリッタ７０６として、単一の方向性結合器を適用したが、光スプリッタ７０６の実現はこの構成に限定されない。例えば、Ｙ分岐回路やＭＭＩによっても実現可能である。また、更に好ましくは、光スプリッタ７０６は波長無依存カプラ（ＷＩＮＣ）により実現される。
【００５８】
図１６は、ＷＩＮＣによって構成された光スプリッタ７０６近傍を拡大した図である。この光スプリッタ７０６は、方向性結合器７４４ａ、７４４ｂ、アーム導波路７４５ａ、７４５ｂを備えている。方向性結合器７４４ａ、７４４ｂの結合率はそれぞれ８６％、９７％であり、アーム導波路７４５ｂに対する７４５ａの光路長差は０．４５μｍであり、ＷＩＮＣは分岐比１１％の光スプリッタとして機能している。ＷＩＮＣを用いる図１６の構成により、単一の方向性結合器を用いる図７の構成に比較して、分岐比の波長依存性が小さいため、ＡＷＧ７００の光学特性において、より広い波長範囲で安定な動作を得ることができる。
【００５９】
また、本実施例においては、図６のように、出力導波路７０５から接続光ファイバ７２２を介して複数のＰＤ７２３を光学的に接続しているが、ＰＤおよびＰＤの接続形態についてはこの構成に限定されない。ＰＤとしてはＣＳＰ−ＰＤアレイによっても実現される。
【００６０】
図１７は、本実施例についてＣＳＰ−ＰＤアレイを適用した場合の光波長多重信号監視装置の構成を示した図である。図１７において図６と同様の構成要素には同様の符号が付してある。ＣＳＰ−ＰＤアレイ７２４、７２５は、ＡＷＧ７００のチップ端面に直接実装され、ＣＳＰ−ＰＤアレイ７２４、７２５内に内蔵された各ＰＤの受光面は、出力導波路７０５のそれぞれと光学的に結合している。この構成により、図６の構成に比較してさらに小型であり、かつ接続ファイバを介さない構成により損失が低減され、より受光特性に優れた光波長多重信号監視装置が実現可能である。
【００６１】
また、本実施例においては、ヒータ７１２、７１３を実装したアーム導波路７０７、７０８に近接するクラッド部分を除去して断熱溝を形成することにより、導波路の加熱効率を高め、所定の実効屈折率増加を与えるための印加電力を低減することが可能である。図１８は、本実施例において断熱溝を形成した場合のアーム導波路７０７、７０８およびヒータ７１２、７１３の近傍の構成を拡大した図である。図に示すように、ヒータ７１２、７１３の近傍には、クラッドを除去して断熱溝７５１、７５２、７５３が形成されている。
【００６２】
図１９は、図１８の線分ＢＢ´での断面構造を示した図である。同様に、ヒータ７１２、７１３の近傍には、クラッドを除去して断熱溝７５１、７５２、７５３が形成されている。なお、図１９において図８と同様の構成要素には同様の符号が付してある。ここで、導波路のコア７３１、７３２と、各断熱溝７５１、７５２、７５３の間に残されたクラッドの幅は１５μｍに設定している。この構成によれば、上記の状態（１）を生成するためにヒータ７１２に印加すべき電力、あるいは状態（３）を生成するためにヒータ７１３に印加すべき電力は、１００ｍＷにまで低減される。これにより、より消費電力の小さい光波長多重信号監視装置を実現することが可能である。
【実施例２】
【００６３】
本発明の第２の実施例の光波長多重信号監視装置について説明する。図２０は、本実施例における光波長多重信号監視装置の構成を示す平面図である。この光波長多重信号監視装置は、ＡＷＧ２１００、入力光ファイバ２１２１、およびそれぞれ２４チャネルのＣＳＰ−ＰＤアレイ２１２２、２１２３、２１２４、２１２５から構成されている。ＡＷＧ２１００は、入力導波路２１０１、第１のスラブ導波路２１０２、アレイ導波路２１０３、第２のスラブ導波路２１０４、および出力導波路２１０５を備えている。入力導波路２１０１は入力光ファイバ２１２１と接続され、ＣＳＰ−ＰＤアレイ２１２２、２１２３、２１２４、２１２５はＡＷＧ２１００の端面に実装され、出力導波路２１０５はそれぞれがＣＳＰ−ＰＤアレイ２１２２、２１２３、２１２４、２１２５のフォトダイオードと光学的に接続されている。また、ＡＷＧ２１００は、入力導波路２１０１と第１のスラブ導波路２１０２との間に、光スプリッタ２１０６、第１のアーム導波路２１０７、第２のアーム導波路２１０８、光モード合成カプラ２１０９、マルチモード導波路２１１０、および２次モード光を励起するテーパ導波路２１１１を備え、第１のアーム導波路２１０７には加熱用のヒータ２１１２が設けられている。
【００６４】
図２０において、アレイ導波路２１０３の長さは、一定量ΔＬずつ順次長くなるよう設計されている。このＡＷＧ２１００はＰＬＣにより構成され、導波路の比屈折率差Δが１．５％、コア厚４．５μｍである。また、入力導波路２１０１、アレイ導波路２１０３、出力導波路２１０５、第１のアーム導波路２１０７、第２のアーム導波路２１０８のコア幅は４．５μｍである。このＡＷＧは、波長チャネル数９６、中央の波長チャネルの透過波長１５４４．５３μｍ（１９４．１ＴＨｚ）、波長チャネル間隔０．４ｎｍ（５０ＧＨｚ）であり、このときアレイ導波路の本数は２５０本、ΔＬは１５．９μｍである。また、第１のスラブ導波路２１０２、第２のスラブ導波路２１０４の長さは８６５０μｍであり、出力導波路２１０５は、第２のスラブ導波路２１０４に接続する部分において１６μｍ間隔で波長チャネルの数（すなわち９６本）配置されている。
【００６５】
図２１は、図２０の光波長多重信号監視装置における光スプリッタ２１０６からテーパ導波路２１１１近傍を拡大した図である。図２１において図２０と同様の構成要素には同様の符号が付してある。ここで、光スプリッタ２１０６としてはＷＩＮＣを用いており、このＷＩＮＣは、方向性結合器２１４１ａ、２１４１ｂ、およびアーム導波路２１４２ａ、２１４２ｂから構成されている。方向性結合器２１４１ａ、２１４１ｂの結合率はそれぞれ８５％、９０％、アーム導波路２１４２ｂに対する２１４２ａの光路長差は０．４９μｍであり、ＷＩＮＣは分岐比５％の光スプリッタとして機能している。また、ヒータ２１１２の全長は２０００μｍであり、第１のアーム導波路２１０７の上部に実装され、この導波路を加熱できるようになっている。また、アーム導波路２１０７近傍には断熱溝２１５１、２１５２が形成されている。
【００６６】
光モードカプラ２１０９としては導波路幅が非対称な方向性結合器を用いており、第１のアーム導波路２１０７に接続する導波路２１０９ａは幅２．５μｍから徐々に狭くなり、幅が無くなって終端する構造になっている。第２のアーム導波路２１０８に接続する導波路２１０９ｂの幅は８μｍとし、導波路２１０９ａ、２１０９ｂの長さは１１００μｍとしている。また、第２のアーム導波路２１０８から導波路２１０９ｂへは直接テーパにより滑らかに導波路幅が変換されている。光モード合成カプラ２１０９における導波路２１０９ａから２１０９ｂへの結合率は、１００％に設計されている。マルチモード導波路２１１０へは光モードカプラ２１０９で基底モード光と１次モード光が合成され、出力される。
【００６７】
基底モード光と１次モード光の位相差は、第２のアーム導波路２１０８に対する第１のアーム導波路２１０７の長さの差分によって決まり、本実施例において差分は０．７３μｍとしている。この位相差は、ヒータ２１１２を加熱し、第１のアーム導波路２１０７の実効屈折率を増加することによって調整が可能である。また、基底モード光と１次モード光の光強度比は、光スプリッタ２１０６における分岐比と、光モード合成カプラ２１０９の、導波路２１０９ａから２１０９ｂへの結合率によって決まるが、本実施例ではそれぞれ５％、１００％に設計されており、基底モード光と１次モード光の光強度比は９５：５である。
【００６８】
光モード合成カプラ２１０９は、マルチモード導波路２１１０、テーパ導波路２１１１を介して第１のスラブ導波路２１０２に接続されている。本実施例においてテーパ導波路２１１１はパラボラ形状のテーパを用いている。マルチモード導波路２１１０の導波路幅は８μｍであり、パラボラ形状テーパ導波路２１１１の長さは１５０μｍ、開口端の幅は１６μｍである。このテーパ導波路２１１１において、基底モード光の一部は２次モード光に変換される。このとき、１次モード光はそのまま１次モード光として伝播する。したがって、テーパ導波路２１１１の開口端、すなわち第１のスラブ導波路２１０２への接続部においては、基底モード光、１次モード光、および２次モード光の合成フィールドが生成される。この合成フィールドにおける基底モード光と２次モード光の強度比および位相差は、テーパ導波路２１１１の形状により決まる。本実施例において、テーパ導波路２１１１の開口端における基底、１次、および２次モード光の強度比は８５：５：１０となっている。また、基底モード光に対する２次モード光の位相差はゼロであり、基底モード光に対する１次モード光の位相差は、ヒータ２１１２を加熱しない状態で０．５πである。
【００６９】
本実施例における光波長多重信号の監視方法を説明する。本実施例では、９６チャネル、波長間隔０．４ｎｍの光波長多重信号の監視が可能である。いま特に、所定の１つのチャネルの信号に注目する。信号の監視は、ヒータ２１１２へ所定の電力を印加した状態、および電力を印加しない状態で、ＣＳＰ−ＰＤアレイにおいて、該当するチャネルのＰＤの受光強度を読み取ることで行う。具体的には、以下の組み合わせで読み取りを行う。
（１）ヒータ２１１２に電力を印加
（２）ヒータ２１１２に電力無印加
このとき、（１）においてヒータ２１１２に印加する電力は、その印加によって、第１のアーム導波路２１０７の光路長が信号波長（１５４５ｎｍ付近）の１／４増加する。すなわち光の位相が０．５π変化する値とする。ヒータ２１１２の抵抗を３００Ωとすると、前記電力は１００ｍＷ程度である。
【００７０】
図２２は、上記の（１）および（２）の状態における、ＡＷＧ２１００の該当チャネルの透過スペクトル波形（λ，φ）を示したものである。ここで、縦軸はｄＢ単位の透過率、すなわち１０・Ｌｏｇ１０｛Ｔ（λ，φ）｝を示している。また、（２）の状態における透過中心波長をλＣとした。（１）の状態ではφ＝φ１＝πであり、波長λＣ近傍において透過率は増加傾向となる。（２）の状態ではφ＝φ２＝０．５πであり、波長λＣ近傍において透過率は増減なく平坦な波形となる。
【００７１】
ここで、監視すべき該当チャネルの信号光について、その強度（本装置に入力する時点）をＰＳ＝−５ｄＢｍ、その波長をλＳとする。この信号を本実施例の光波長多重信号監視装置で検出した場合のＰＤでのｄＢｍ単位の受光強度１０・Ｌｏｇ１０（Ｐ１）、１０・Ｌｏｇ１０（Ｐ２）の信号波長依存性を図２３に示す。横軸は信号波長λＳであり、Ｐ１およびＰ２はそれぞれ状態（１）および（２）における受光強度を意味している。
【００７２】
Ｐ１、Ｐ２の検出値から信号光の特性を得る手法として、信号光の強度については、Ｐ２においてＰ２／Ｔ（λＣ，φ２）を強度の測定値とする。図２４は、測定値Ｐ２／Ｔ（λＣ，φ２）を実際の信号強度ＰＳに対する比率として表し、その信号波長λＳ依存性を示したものである。信号光波長λＣ±０．０５ｎｍの変動に対して比率は０．９８〜１．０２の間でしか変動せず、よってこの測定方法において信号光強度は高々±２％の測定誤差で得られることがわかる。
【００７３】
次に、信号光の波長の測定については、Ｐ１、Ｐ２の２点の検出値を用いた手法が考えられる。信号波長λＳに対して、検出されたＰ１およびＰ２のｄＢ単位での差分、すなわち１０Ｌｏｇ１０（Ｐ１／Ｐ２）を示したのが図２５である。図からわかるように、信号光波長λＣ±０．０５ｎｍの領域では、１０Ｌｏｇ１０（Ｐ１／Ｐ２）はλＳに対して単調に変化している。そのため、前もって１０Ｌｏｇ１０（Ｐ１／Ｐ２）とλＳの関係を入手しておけば、Ｐ１、Ｐ２の検出値から信号光波長を算出し、測定することができる。
【００７４】
本実施例においては、実施例１に比較して、実装するヒータの数が少ないため、構造が単純で、動作の際にヒータを駆動する回路も少なくてすむ。そのため、より経済的に光波長多重信号監視装置を構成可能である。
【００７５】
以上、本発明の実施形態と２つの実施例の説明から、本発明による光波長多重信号監視装置では、従来技術によるＡＷＧ型の光波長多重信号監視装置において、信号光の強度しか監視できなかった問題を解消し、信号光の強度に加え、信号光の波長についても、全チャネル同時に監視することが可能であり、高速性を有しつつ、より高度な監視機能を備えた光波長多重信号監視装置およびその方法を得ることが示された。
【００７６】
全ての実施例では、光波長多重信号のチャネル数、チャネル間隔、各チャネルの信号波長を特定の数値に限定したが、本発明の適用範囲はこの数値に限定されるものではない。
【００７７】
全ての実施例では、ＡＷＧ部分の導波路の比屈折率差、コア幅及びコア厚を特定の値に限定したが、本発明の適用範囲は、この値に限定されるものではない。
【００７８】
全ての実施例では、ＡＷＧ部分の設計パラメーターを特定の値に限定したが、本発明の適用範囲は、このパラメーターに限定するものではない。
【００７９】
全ての実施例では、またＡＷＧにおいて、平坦な透過スペクトル波形を得るために、一部入力導波路にパラボラ形状テーパを形成したが、テーパの形状はこれに限定されず、マルチモード干渉計、Ｙ分岐、双曲線形状、楕円形状、指数関数形状など、基底モード光の一部を２次モード光に変換するあらゆるテーパ形状が適用可能である。
【００８０】
全ての実施例では、ＡＷＧにおけるパラボラ形状テーパ導波路の開口端に生成される、基底、１次、および２次モード光のそれぞれのパワー比を特定の値に限定したが、本発明の適用範囲はこの値に限定されるものではない。ただし、１次モード光の割合が大きすぎると、透過スペクトルにおいて平坦な波形が得られなくなる。よって、１次モード光の割合としては大きくとも３０％が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の一実施形態に係る光波長多重信号監視装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光波長多重信号監視装置においてテーパ導波路の開口端で生成される基底、１次、および２次モード光のフィールドを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る光波長多重信号監視装置においてテーパ導波路の開口端で生成される合成フィールドの変化を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光波長多重信号監視装置においてＡＷＧの透過スペクトルの変化を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る光波長多重信号監視装置においてＡＷＧの透過率の変化を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置の構成例を示す図である。
【図７】図６の構成において、光スプリッタからテーパ導波路の部分を拡大して示す図である。
【図８】図７の線分ＡＡ´での断面構造を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、状態を変化させたときのＡＷＧの透過スペクトル波形を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、状態を変化させたときの信号光の受光強度を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、信号光強度の測定値を実際の信号光強度に対する比率として表し、その信号波長依存性を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、２つの状態での信号光強度の測定値の差分をｄＢ単位で表し、その波長依存性を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、光モード合成カプラの第１の構成例を示す図である。
【図１４】本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、光モード合成カプラの第２の構成例を示す図である。
【図１５】本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、光モード合成カプラの第３の構成例を示す図である。
【図１６】本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、ＷＩＮＣを用いた光スプリッタの構成例を示す図である。
【図１７】本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、ＣＳＰ−ＰＤアレイを適用した場合の構成例を示す図である。
【図１８】本発明の第１の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、断熱溝を形成した場合のアーム導波路およびヒータ近傍の構成を拡大して示す図である。
【図１９】図１８の線分ＢＢ´での断面構造を示す図である。
【図２０】本発明の第２の実施例に係る光波長多重信号監視装置の構成例を示す図である。
【図２１】図２０の構成において、光スプリッタからテーパ導波路の部分を拡大して示す図である。
【図２２】本発明の第２の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、状態を変化させたときのＡＷＧの透過スペクトル波形を示す図である。
【図２３】本発明の第２の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、状態を変化させたときの信号光の受光強度を示す図である。
【図２４】本発明の第２の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、信号光強度の測定値を実際の信号光強度に対する比率として表し、その信号波長依存性を示す図である。
【図２５】本発明の第２の実施例に係る光波長多重信号監視装置において、２つの状態での信号光強度の測定値の差分をｄＢ単位で表し、その波長依存性を示す図である。
【図２６】従来の光波長多重信号監視装置の構成例を示す図である。
【図２７】従来の光波長多重信号監視装置において、ＣＳＰ−ＰＤアレイを適用した場合の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００８２】
１００，７００，２１００  アレイ導波路回折格子
１０１，７０１，２１０１，５１０１  入力導波路
１０２，７０２，２１０２，５１０２  第１のスラブ導波路
１０３，７０３，２１０３，５１０３  アレイ導波路
１０４，７０４，２１０４，５１０４  第２のスラブ導波路
１０５，７０５，２１０５，５１０５  出力導波路
１０６，７０６，２１０６  光スプリッタ
１０７，７０７，２１０７  第１のアーム導波路
１０８，７０８，２１０８  第２のアーム導波路
１０９，７０９，２１０９  光モード合成カプラ
１１０，７１０，２１１０  マルチモード導波路
１１１，７１１，２１１１  テーパ導波路
１１２，７１２，２１１２  ヒータ
１１３，７１３  ヒータ
１２１，７２１，２１２１，５１０７  入力光ファイバ
１２２，７２２，５１０８  接続光ファイバ
１２３，７２３，５１０６  フォトダイオード
７０９ａ，７０９ｂ，２１０９ａ，２１０９ｂ  導波路
７２４，７２５，５２０１  チップスケールパッケージ型ＰＤアレイ
７３１，７３２  コア
７３３  クラッド
７３４  基板
７４１  溝
７４２ａ  第１のマルチモード干渉回路
７４２ｂ  第２のマルチモード干渉回路
７４３ａ，７４３ｂ，７４３ｃ  中間導波路
７４４ａ，７４４ｂ，２１４１ａ，２１４１ｂ  方向性結合器
７４５ａ，７４５ｂ，２１４２ａ，２１４２ｂ  アーム導波路
７５１，７５２，７５３，２１５１，２１５２  断熱溝
２１２２，２１２３，２１２４，２１２５  チップスケールパッケージ型ＰＤアレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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