(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々の光周波数がｆ1，ｆ３，…，ｆ（２Ｎ−１）近傍であるＮ／２波の周波数多重された光信号から希望の光周波数の光信号だけを選択して取り出す周波数選択光フィルタであって、
Ｎ本（Ｎは正の偶数）の導波路Ｉｉ（１≦ｉ≦Ｎ）からなる第１の入出力導波路群とＮ本の導波路Ｊｊ（１≦ｊ≦Ｎ）からなる第２の入出力導波路群とを有し前記導波路Ｉｉから前記導波路Ｊｊには光周波数ｆｋ近傍（ただしｋ＝ｉ＋ｊ−ｖ）の光信号を選択的に透過するアレイ導波路回折格子型光合分波器と、
前記第１の入出力導波路群のｖ番目（ｖは整数）の導波路Ｉｖに接続された入力用光路と、
前記第１の入出力導波路群のｗ番目（ｗは整数）の導波路Ｉｗに接続された出力用光路と、
各々、Ｍｏｄ〔ｗ−ｖ＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｔ−ｓ＋Ｎ，Ｎ〕または
Ｍｏｄ〔ｖ−ｗ＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｔ−ｓ＋Ｎ，Ｎ〕
を満たす整数ｓ、ｔの組合せの中から選ばれた複数のｓ、ｔに対応した折り返し光路であって、各々、前記第２の入出力導波路群のｓ番目の導波路Ｊｓからｔ番目の導波路Ｊｔへ光信号を伝送するＮ／２本の折り返し光路と、
前記複数の折り返し光路の途中に配置されたＮ／２個の光スイッチから構成される光スイッチ群とを有し、
該光スイッチ群は、選択された光周波数の透過する折り返し光路の途中に配置された１つの光スイッチだけをＯＮ状態とし、他の前記光スイッチをＯＦＦ状態とした光スイッチ群であることを特徴とする周波数選択光フィルタ。
【請求項２】
各々の光周波数がｆ1，ｆ２，…，ｆ（Ｎ／２）近傍であるＮ／２波の周波数多重された光信号から希望の光周波数の光信号だけを選択して取り出す周波数選択光フィルタであって、
Ｎ本（Ｎは正の偶数）の導波路Ｉｉ（１≦ｉ≦Ｎ）からなる第１の入出力導波路群とＮ本の導波路Ｊｊ（１≦ｊ≦Ｎ）からなる第２の入出力導波路群とを有し前記導波路Ｉｉから前記導波路Ｊｊには光周波数ｆｋ近傍（ただしｋ＝ｉ＋ｊ−ｖ）の光信号を選択的に透過するアレイ導波路回折格子型光合分波器と、
前記第１の入出力導波路群のｖ番目（ｖは整数）の導波路Ｉｖに接続された入力用光路と、
前記第１の入出力導波路群のｗ番目（ｗは整数）の導波路Ｉｗに接続された出力用光路と、
各々、Ｍｏｄ〔ｗ−ｖ＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｔ−ｓ＋Ｎ，Ｎ〕または
Ｍｏｄ〔ｖ−ｗ＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｔ−ｓ＋Ｎ，Ｎ〕を満たし、かつ、ｔ−ｓの絶対値がＮ／２である整数ｓ、ｔの組合せの中から選ばれた複数のｓ、ｔに対応した折り返し光路であって、
各々、前記第２の入出力導波路群のｓ番目の導波路Ｊｓからｔ番目の導波路Ｊｔへ光信号を伝送するＮ／２本の折り返し光路と、
前記複数の折り返し光路の途中に配置されたＮ／２個の光スイッチから構成される光スイッチ群とを有し、
該光スイッチ群は、選択された光周波数の透過する折り返し光路の途中に配置された１つの光スイッチだけをＯＮ状態とし、他の前記光スイッチをＯＦＦ状態とした光スイッチ群であることを特徴とする周波数選択光フィルタ。
【請求項３】
各々の光周波数がｆ1，ｆ２，…，ｆＮ近傍であるＮ波の周波数多重された光信号から希望の光周波数の光信号だけを選択して取り出す周波数選択光フィルタであって、
Ｎ本（Ｎは正の偶数）の導波路Ｉｉ（１≦ｉ≦Ｎ）からなる第１の入出力導波路群とＮ本の導波路Ｊｊ（１≦ｊ≦Ｎ）からなる第２の入出力導波路群とを有し前記導波路Ｉｉから前記導波路Ｊｊには光周波数ｆｋ近傍（ただしｋ＝ｉ＋ｊ−ｖ）の光信号を選択的に透過するアレイ導波路回折格子型光合分波器を有し、
さらに、各々Ｍｏｄ〔ｗ−ｖ＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｖ−ｕ＋Ｎ，Ｎ〕を満たす各整数ｖ、ｗ、ｕに従って接続位置が決定された光路であって、
前記第１の入出力導波路群のｖ番目の導波路Ｉｖに接続された入力用光路と、前記第１の入出力導波路群のｗ番目の導波路Ｉｗに接続された第１の出力用光路と、
前記第１の入出力導波路群のｕ番目の導波路Ｉｕに接続された第２の出力用光路とを有し、
さらに、Ｍｏｄ〔ｗ−ｖ＋Ｎ，Ｎ〕
＝Ｍｏｄ〔ｖ−ｕ＋Ｎ，Ｎ〕
＝Ｍｏｄ〔ｔ−ｓ＋Ｎ，Ｎ〕
を満たす整数ｓ、ｔの各組合せに従って接続位置が決定された光路であって、
前記第２の入出力導波路群のｓ番目の導波路Ｊｓからｔ番目の導波路Ｊｔへ光信号を伝送するＮ／２本の折り返し光路を有し、
さらに、前記Ｎ／２本の折り返し光路の途中に配置された光スイッチから構成される光スイッチ群と、
前記第１の出力用光路からの出力と前記第２の出力用光路からの出力との一方の出力を第３の出力用光路に出力する光路接続手段とを有し、
該光スイッチ群は、選択された光周波数の透過する折り返し光路の途中に配置された１つの光スイッチだけをＯＮ状態とし、他の前記光スイッチをＯＦＦ状態とした光スイッチ群であることを特徴とする周波数選択光フィルタ。
【請求項４】
各々の光周波数がｆ1，ｆ２，…，ｆＮ近傍であるＮ波の周波数多重された光信号から希望の光周波数の光信号だけを選択して取り出す周波数選択光フィルタであって、
Ｎ本（Ｎは４の倍数）の導波路Ｉｉ（１≦ｉ≦Ｎ）からなる第１の入出力導波路群とＮ本の導波路Ｊｊ（１≦ｊ≦Ｎ）からなる第２の入出力導波路群とを有し前記導波路Ｉｉから前記導波路Ｊｊには光周波数ｆｋ近傍（ただしｋ＝ｉ＋ｊ−ｖ）の光信号を選択的に透過するアレイ導波路回折格子型光合分波器と、
前記第１の入出力導波路群のｖ１番目（ｖ１は整数）の導波路Ｉｖ１に接続された第１の入力用光路と、
前記第１の入出力導波路群のｗ１番目（ｗ１は整数）の導波路Ｉｗ１に接続された第１の出力用光路と、
前記第１の入出力導波路群のｕ１番目（ｕ１は整数）の導波路Ｉｕ１に接続された第２の出力用光路と、
前記第１の入出力導波路群のｖ２番目（ｖ２は整数）の導波路Ｉｖ２に接続された第２の入力用光路と、
前記第１の入出力導波路群のｗ２番目（ｗ２は整数）の導波路Ｉｗ２に接続された第３の出力用光路と、
前記第１の入出力導波路群のｕ２番目（ｕ２は整数）の導波路Ｉｕ２に接続された第４の出力用光路とを備え、
前記ｖ１−ｖ２の絶対値はＮ／２であり、
前記ｖ１、ｗ１、ｕ１、ｖ２、ｗ２、ｕ２は
Ｍｏｄ〔ｗ１−ｖ１＋Ｎ，Ｎ〕
＝Ｍｏｄ〔ｖ１−ｕ１＋Ｎ，Ｎ〕
＝Ｍｏｄ〔ｗ２−ｖ２＋Ｎ，Ｎ〕
＝Ｍｏｄ〔ｖ２−ｕ２＋Ｎ，Ｎ〕
を満たす組合せであり、さらに、
Ｍｏｄ〔ｗ１−ｖ１＋Ｎ，Ｎ〕
＝Ｍｏｄ〔ｖ１−ｕ１＋Ｎ，Ｎ〕
＝Ｍｏｄ〔ｗ２−ｖ２＋Ｎ，Ｎ〕
＝Ｍｏｄ〔ｖ２−ｕ２＋Ｎ，Ｎ〕
＝Ｍｏｄ〔ｔ−ｓ＋Ｎ，Ｎ〕
を満たす整数ｓ、ｔの各組合せに従って接続位置が決定された光路であって、前記第２の入出力導波路群のｓ番目の導波路Ｊｓからｔ番目の導波路Ｊｔへ光信号を伝送するＮ／４本の折り返し光路を有し、さらに、
複数の前記折り返し光路の途中に配置された光スイッチから構成される光スイッチ群と、
第３の入力用光路の出力を前記第１の入力用光路と前期第２の入力用光路の一方に配分する第１の光路接続手段と
前記第１ないし第４の出力用光路からのいずれか一の出力を第５の出力用光路に出力する第２の光路接続手段とを有し、
該光スイッチ群は、選択された光周波数の透過する折り返し光路の途中に配置された１つの光スイッチだけをＯＮ状態とし、他の前記光スイッチをＯＦＦ状態とした光スイッチ群である
ことを特徴とする周波数選択光フィルタ。
【請求項５】
前記光路接続手段が１×２光スイッチであることを特徴とする請求項３に記載の周波数選択光フィルタ。
【請求項６】
前記第１の光路接続手段が１×２光スイッチであることを特徴とする請求項４に記載の周波数選択光フィルタ。
【請求項７】
前記第２の光路接続手段が１×４光スイッチであることを特徴とする請求項５に記載の周波数選択光フィルタ。
【請求項８】
前記第２の光路接続手段が第１の１×２光路接続手段と第２の１×２光路接続手段を並列に配置し、前記第１及び第２の１×２光路接続手段の出力を第３の１×２光路接続手段に入力することを特徴とする請求項４に記載の周波数選択光フィルタ。
【請求項９】
前記第１ないし第３の光路接続手段のうち少なくとも１つが１×２光スイッチであることを特徴とする請求項８に記載の周波数選択光フィルタ。
【請求項１０】
前記第１の入出力導波路に前記入力用光路と前記出力用光路との組合せを複数組有することを特徴とする請求項１、２または３のいずれか１の請求項に記載の周波数選択光フィルタ。
【請求項１１】
前記入力用光路、前記出力用光路及び前記折り返し光路の少なくとも１本が光ファイバ伝送路であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１の請求項に記載の周波数選択光フィルタ。
【請求項１２】
前記入力用光路、前記出力用光路及び前記折り返し光路の少なくとも１本が基板上に作成された光導波路であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１の請求項に記載の周波数選択光フィルタ。
【請求項１３】
前記アレイ導波路回折格子型光合分波器に代えて、前記第１および第２の導波路群が前記入力用光路、前記出力用光路または前記折り返し光路に接続される導波路のみによって構成されたアレイ導波路回折格子型光合分波器を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１の請求項に記載の周波数選択光フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光周波数分割多重伝送方式において、周波数多重された複数の光信号のうちから希望の光周波数の光信号を選択して取り出す周波数選択光フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、周波数多重（波長多重と同義）された複数の光信号から希望の光周波数の光信号だけを選択して取り出す周波数選択光フィルタとしては、ファブリーペロー干渉計もしくはマッハツェンダ干渉計の原理を応用した光フィルタが用いられてきた。
【０００３】
この種の周波数選択光フィルタは、例えば、光ファイバを切断し両方の切断面を研摩して対向配置することにより構成され、両切断面間で光が多重反射するようになっている。この多重反射の際、ある特定の波長（光周波数）の光だけが、多重反射光同士で位相が一致して強め合い、光フィルタを透過することとなる。ここで、透過される波長（光周波数）の値は、両切断面間の距離によって連続的に変化する。したがって、この距離を変化させることで、希望の波長（光周波数）の光信号だけを選択することができる。
【０００４】
しかし、上述した周波数選択光フィルタでは、透過する波長（光周波数）の値を連続（アナログ）的にしか制御することができないために、周波数多重数が多い場合に、高い精度でのアナログ制御が要求されるという本質的な欠点がある。この欠点を解決するために、アレイ導波路回折格子型光合分波器にループバック光路と光スイッチを備えた回路が提案されるに至った。このループバック光路付アレイ導波路回折格子型光合分波器を用いた周波数選択光フィルタについて、図１４〜図１７を用いて説明する。
【０００５】
なお、この従来例の詳細については特願平５−２３３８７４（立川、河内・高橋・井上，「ループバック光路付アレイ導波路回折格子型光合分波器」平成５年９月２０日提出，特願平４−２６０２２２（平成４年９月２９日提出）に基づく優先権主張）に述べられている。
【０００６】
図１４に、従来の周波数選択光フィルタの動作原理を示す。図中、１および２は光ファイバ伝送路で、光ファイバ伝送路１中には光周波数がそれぞれｆ1，ｆ2，…，ｆn のｎ波の信号光が周波数多重されて伝搬している。周波数選択光フィルタ３では、入射する多重光信号をまず分波器４により光周波数（波長）の異なるｎ個の信号光に分離し、対応する光ファイバ８ａ，８ｂ，…，８ｎ中を伝搬させる。ここで、光ファイバ８ａ，８ｂ，…，８ｎの途中にはそれぞれ光スイッチ９ａ，９ｂ，…，９ｎが備えられており、選択する光周波数ｆiに対応する光スイッチ９ｉのみをＯＮ状態にする。こうして選択された光周波数ｆiの信号光は、合波器５を経て光ファイバ伝送路２中に出力される。
【０００７】
立川等は、上述した特許出願の中で、この原理における分波器４と合波器５とを一つのアレイ導波路回折格子型光合分波器で構成する技術を開示している。この技術に基づき、図１４に示した原理を実現するために使用される従来の周波数選択光フィルタを図１５に示す。図１５において、２１はアレイ導波路回折格子型光合分波器であり、複数本の導波路２３ａ〜２３ｐからなる第１の入出力導波路群２３、スラブ導波路２４、アレイ導波路回折格子２６、スラブ導波路２５、複数本の導波路２７ａ〜２７ｐからなる第２の入出力導波路群２７が同一基板上に形成されてなるものである。また、１８は光ファイバ１８ａ〜１８ｐからなる光ファイバ群、９は光スイッチ９ａ〜９ｐからなる光スイッチ群である。図１５においては、第１の入出力導波路群２３の各導波路を示す符号２３ａ〜２３ｐの後にＩ１〜Ｉ１６までの符号が括弧書きにて付記されているが、これらのＩ１〜Ｉ１６は、第１の入出力導波路群２３内において当該導波路が何番目の導波路であるかを示すインデックスである。また、このインデックスＩ１〜Ｉ１６と同様な趣旨のインデックスＪ１〜Ｊ１６、Ｋ１〜Ｋ１６、Ｓ１〜Ｓ１６が、導波路を示す符号２７ａ〜２７ｐの後、光ファイバを示す符号１８ａ〜１８ｐの後、光スイッチを示す符号９ａ〜９ｐの後に各々括弧書きで付記されている。以下では、説明の便宜上、例えば導波路２３ｇを特定する場合には導波路２３ｇ（Ｉ７）または２３（Ｉ３）というように、インデックスを用いた表記により導波路を特定する。
【０００８】
上記の表記法に従って説明すると、各光ファイバ１８（Ｋｊ）は、第２の入出力導波路群２７の各導波路２７（Ｊｊ）と第１の入出力導波路群２３の各導波路（Ｉｊ）との間を接続するものであり、導波路２７（Ｊｊ）から出力される信号光をこの導波路２７（Ｊｊ）に対応する導波路２３（Ｉｊ）に戻すループバック光路としての役割を果すものである。また、各光ファイバ１８（Ｋｊ）の途中にはそれぞれ光スイッチ９（Ｓｊ）が設けられている。光ファイバ伝送路１は、入力用光路としての役割を果すものである。また、光ファイバ伝送路２は、出力用光路としての役割を果すものである。
【０００９】
一般にアレイ導波路回折格子型光合分波器２１の第１の入出力導波路群２３，第２の入出力導波路群２７の各導波路数Ｍ，Ｎは任意であるが、ここでは簡単のためＭ＝Ｎ＝１６とし、光ファイバ伝送路１は１６個の第１の入出力導波路群２３の各導波路２３ａ（Ｉ１），２３ｂ（Ｉ２），…，２３ｐ（Ｉ１６）のうち導波路２３ｈ（１８）に接続され、同様に光ファイバ伝送路２は１６個の第２の入出力導波路群２７の各導波路２７ａ（Ｊ１），２７ｂ（Ｊ２），…，２７ｐ（Ｊ１６）のうち導波路２７ｈ（Ｊ８）に接続されている。
【００１０】
図１５に示す従来例においては、光周波数ｆ1，ｆ2，…，ｆ16の１６波の周波数多重光信号は、光ファイバ伝送路１中を伝搬した後にアレイ導波路回折格子型光合分波器２１の第１の入出力導波路群中のインデックスＩ８に対応した導波路２３ｈに入力される。スラブ導波路２４では、この周波数多重光信号が回折により広がり、アレイ導波路回折格子２６を構成する複数の導波路に入力される。
【００１１】
周波数多重光信号は、このアレイ導波路回折格子２６を伝搬した後にスラブ導波路２５により集光されるが、アレイ導波路回折格子２６を伝搬する間に生じた位相差により収束光の収束位置が光周波数により異なることとなる。図１５に示すアレイ導波路回折格子型光合分波器２１は、この原理を応用したものであり、図２０に示すような周波数合分波特性を示すように設計されている。
【００１２】
例えば、光周波数ｆ1〜ｆ16の光信号からなる周波数多重光信号が第１の入出力導波路群２３の導波路２３ｈ（Ｉ８）に入力された場合、図２０に示すように、光周波数ｆ1の光信号は第２の入出力導波路群２７中の導波路２７ａ（Ｊ１）から、光周波数ｆ2の光信号は導波路２７ｂ（Ｊ２）から、…、光周波数ｆ16の光信号は導波路２７ｐ（Ｊ１６）から、というように光周波数ｆｊ（ｊ＝１，２，…，１６）は対応した導波路２７（Ｊｊ）から取り出される。
【００１３】
また、導波路２３ｈ（Ｉ８）よりもインデックスが１だけ大きい導波路２３ｉ（Ｉ９）に周波数多重光信号が入力された場合には、この周波数多重光信号を構成する各光信号（光周波数ｆ1〜ｆ16）とこれらが出力される第２の入出力導波路群２７内の各導波路２７（Ｊｊ）との関係が図２０に示すように導波路１本分だけシフトすることとなり、光周波数ｆ2の光信号は導波路２７ａ（Ｊ１）から、…、光周波数ｆ16の光信号は導波路２７ｏ（Ｊ１５）から取り出されることとなる。
【００１４】
また、アレイ導波路回折格子型光合分波器２１は、その構造が対称であるため、周波数合分波特性も図２０に示すように可逆性を呈する。すなわち、例えば、光周波数ｆ1〜ｆ16の光信号からなる周波数多重光信号が第２の入出力導波路群２７の導波路２７ｈ（Ｊ８）に入力された場合、図２０に示すように、光周波数ｆ2の光信号は導波路２３ｂ（Ｉ２）から、…、光周波数ｆ16の光信号は導波路２３ｐ（Ｉ１６）から、というように光周波数ｆｊ（ｊ＝１，２，…，１６）は対応した導波路２３（Ｉｊ）から取り出される。
【００１５】
また、導波路２７ｈ（Ｊ８）よりもインデックスが１だけ大きい導波路２７ｉ（Ｊ９）に周波数多重光信号が入力された場合には、この周波数多重光信号を構成する各光信号（光周波数ｆ1〜ｆ16）とこれらが出力される第１の入出力導波路群２３内の各導波路２３（Ｉｊ）との関係が図２０に示すように導波路１本分だけシフトすることとなり、光周波数ｆ2の光信号は導波路２３ａ（Ｉ１）から、…、光周波数ｆ16の光信号は導波路２３ｏ（Ｉ１５）から取り出されることとなる。
【００１６】
さて、第２の入出力導波路群２７の各導波路２７（Ｊｊ）から取り出された光周波数ｆｊの信号光は、それぞれ光ファイバ（ループバック光路）１８（Ｋｊ）中を伝搬する。ここで、各光ファイバ（ループバック光路）１８（Ｋｊ）の途中にそれぞれ設けられている光スイッチ９（Ｓｊ）は、外部からの指令に基づき光を透過させるＯＮ状態と遮断するＯＦＦ状態のいずれかの状態をとる。そして、この光スイッチがＯＮ状態にあるループバック光路を伝搬している光信号は、第１の入出力導波路２３からアレイ導波路回折格子型光合分波器２１に再度入力される。
【００１７】
第１の入出力導波路群２３にもどされた信号光は、１度目と同様の作用により第２の入出力導波路郡２７に出力される。ここで重要なのは、ｊ番目の光ファイバ（ループバック光路）１８（Ｋｊ）は第１の入出力導波路群２３中ｊ番目の導波路２３（Ｉｊ）に接続されていることである。アレイ導波路回折格子型光合分波器２１は、ここでは図１６に示すような周波数合分波特性を示すように設計されているので、導波路２３（Ｉｊ）から入力した光周波数ｆｊの信号光は、第２の入出力導波路中の２７（Ｊ８）から出力される。こうして、光ファイバ（ループバック光路）１８（Ｋｊ）（ｊ＝１，２，…，１６）を伝搬しＯＮ状態のスイッチ９（Ｓｊ）を経由して導波路２３（Ｉｊ）に再度入力された光周波数ｆｊの信号光は、インデックスｊの値によらず同筋２７（Ｊ８）から光ファイバ伝送路２へ送り出される。
【００１８】
一方、光スイッチ９（Ｓｊ）がＯＦＦ状態にあるループバック光路を伝搬している光信号はアレイ導波路回折格子型光合分波器２１に再入力されないため、光ファイバ伝送路２へ送り出されることはない。
【００１９】
したがって、選択したい光周波数の光が伝搬する光ファイバ（ループパック光路）１８（Ｋｊ）に設けられた光スイッチ９（Ｓｉ）だけをＯＮ状態とし、他の光スイッチ９をＯＦＦ状態とすれば、光ファイバ伝送路１中を伝搬してきた周波数多重信号光のうち、希望の光周波数の光だけが光ファイバ伝送路２中に出力される。図１７は、アレイ導波路回折格子型光合分波器２１の周波数合分波特性が図２０のように設計されている場合の、ＯＮ状態にする光スイッチ９（Ｓｊ）と選択される光周波数ｆｊとの関係を示している。
【００２０】
こうして、図１５に示した従来の周波数選択光フィルタでは、対応する光スイッチ９（Ｓｊ）のみをＯＮ状態にするというデジタル的な制御で希望の光周波数の信号光を選択することが可能であり、かつ周波数多重数が増えた場合でも高精度なアナログ制御を必要としない。
【００２１】
なお、光スイッチ９を例えば図１８に示すように構成し、ループバック光路１８を導波路で作成すれば、図１５に示した周波数選択光スイッチをすべて一枚の導波路基板上に集積化することも可能である。ここで図１８に示される２×２光スイッチ５１は、石英導波路基板５１２上に石英導波路によって３ｄＢカプラ５１４，５１５を形成して２光束干渉系を構成している。ここでヒータ５１３に電流を流して導波路の特定部分の温度を変化させ、温度変化に伴う屈折率変化によって入出力光路５１７，５１９間でのＯＮ／ＯＦＦスイッチ動作を実現する。
【００２２】
なお、図１８において、入力出力光路５１７，５１９を２×２光スイッチ５１の対角位置に接続しているのは、高い消光比のＯＮ／ＯＦＦスイッチ動作を得るためである。この事実の詳細は、文献（小湊他、電子情報通信学会論文誌Ｃ−Ｉ，ｖｏｌ．Ｊ７３−Ｃ−Ｉ，Ｎｏ．５，ｐｐ．３５４−３５９，１９９０年５月）に記載されている。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１５を用いて説明した従来の周波数選択光フィルタは、次の問題点を有していた。＜問題点１＞特定の光周波数の光が常に出力されてしまう。＜問題点２＞漏れ込み（クロストーク）光が除去出来ない。＜問題点３＞周波数多重の数だけ光スイッチが必要である。以下に上記各問題点について詳細に説明する。
【００２４】
＜問題点１＞「特定の光周波数の光が常に出力されてしまう」に関して図１５に示した従来例において、光ファイバ伝送路１中を伝搬してきた周波数多重光信号中に光周波数ｆ8の光が含まれた場合、この光周波数ｆ8の光だけは光ファイバ（ループバック光路）１８を通過せず、第１の入出力導波路２３中の２３ｈ（１８）、アレイ導波路回折格子２における第２の入出力導波路群２７中の導波路２７ｈ（Ｊ８）をそれぞれを経由して光ファイバ伝送路２中に出力される（図１６参照）。このため、光周波数ｆ8の光は、１５個の光スイッチ９のいずれの状態にもよらず常に光ファイバ伝送路２中に出力されてしまう。図１９は図１５に示した従来の周波数選択光フィルタの透過特性の測定例を示す図であって、図１９（１）は光スイッチ９（Ｓｊ）を全てＯＦＦ状態にした場合である。
【００２５】
したがって、仮に光周波数ｆ8の光が光ファイバ伝送路１中に混入して伝送されてきた場合、希望の光周波数ｆj（ｊ≠８）を選択してもｆｊの信号光と一緒にｆ8の光も出力されてしまう。特に、光周波数ｆｊの信号光はアレイ導波路回折格子型光合分波器２１を２回通過するのに対して光周波数ｆ8の光は１回しか通過しないため、妨害光となる光周波数ｆ8の光の方が損失が少ない。このため、希望の信号光のＳ／Ｎが著しく劣化してしまう。図１９（２）は、希望の光周波数ｆ13選択した場合のフィルタ特性の測定例である。妨害光となるｆ8での透過損失の方が７ｄＢも小さい。
【００２６】
＜問題点２＞「漏れ込み（クロストーク）光が除去出来ない」に関して周波数多重信号光のなかから希望の光周波数の信号光だけを取り出す周波数選択光フィルタにおいては、選択されない光周波数の光が出力に漏れ込んだ場合、クロストーク光として雑音になり、希望の信号光のＳ／Ｎを劣化させる要因となる。漏れ込み光の光パワーの合計が希望の信号光の例えば０．４倍（−４ｄＢ）になると、受信感度は３ｄＢも劣化する（例えば、Ｋ．Ｏｄａ  ａｎｄ  Ｈ．Ｔｏｂａ，ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．ｎｏ  ５／６，１９９３，ｐｐ，８０９，Ｆｉｇ．１０参照）。これは、同じ符号誤り率を実現するためには２倍の光パワーで信号を送らなければならないことに相当し、極めて都合が悪い。
【００２７】
ところが、図１５を用いて説明した従来の周波数選択光フィルタに利用されているアレイ導波路回折格子型光合分波器２１の周波数合分波特性（図１６参照）は、アレイ導波路回折格子２６の作成精度等により実際のデバイスでは不完全にしか実現できない。このため、例えば第１の入出力導波路２３中の２３ｈ（Ｉ８）に入力された光周波数ｆ1，ｆ2，…，ｆ16（ただしｆ8は除く）の１５波の周波数多重された信号光は、わずかではあるが、光ファイバ伝送路２の接続されている第２の入出力導波路２７中の２７ｈ（Ｊ８）に直接出力されてしまう。
【００２８】
例えば図１９（１）に示した測定例では、光スイッチ９（Ｓｊ）はすべてＯＦＦ状態にあるので、本来は、上述した第１の欠点で生じる光周波数ｆ8の光を透過する以外はまったく光を透過させないはずである。しかし、実際にはｆ8以外の光でも−３３〜−３６ｄＢ程度の透過率が観測されている。
【００２９】
したがって、例えば図１９（２）に示したように光周波数ｆ13の光を選択した場合に、ひとつの信号光あたり−２３ｄＢ程度のクロストークが生じる。スクロトークは選択された光周波数以外の全ての光周波数の信号光によって生じうるので、クロストーク光（漏れ込み光）の全光パワーは、この（Ｎ−２）倍（Ｎは周波数多重数）になる。したがって、周波数多重数が増加して例えばＮ＝１００になれば、クロストーク光の全光パワーは約−３ｄＢとなり、上述したように受信感度が３ｄＢ以上劣化してしまう。
【００３０】
加えて、選択された光周波数の信号光に関しても、同様な仕組みによるクロストークが存在する。例えば、図１９（２）の場合、すなわち光周波数ｆ13の信号光を選択している場合を考える。光ファイバ伝送路１，導波路２３ｈ（Ｉ８）を経てアレイ導波路回折格子型光合分波器２１に入力される光周波数ｆ13の信号光は、本来、導波路２７ｍ（Ｊ１３），光スイッチ９ｍ（Ｓ１３），導波路２３ｍ（Ｉ１３）を経由し、導波路２７ｈ（Ｊ８）を経て光ファイバ伝送路２中に出力される。しかし、導波路２３ｈ（Ｉ８）から入力された光周波数ｆ13の信号光のごく一部は、直接、導波路２７ｈ（Ｊ８）にクロストーク光として出力されてしまう。例えば図１９（１）を参照すれば、光周波数ｆ13の信号光のうち−３６ｄＢは、直接光ファイバ伝送路２中に出力されてしまう。図１９（２）に示されたように本来の経路をへて出力される光周波数ｆ13の信号光の強度は−１３ｄＢであるので、差引き−２３ｄＢのクロストークが存在する。
【００３１】
そして、都合の悪いことに、このクロストーク光は選択される信号光と同じ光周波数の光であるので、コヒーレントに干渉してしまう。すなわち、光強度ではなく光電界が足し合わされる。このため、たとえば僅か−２３ｄＢ（０．００５倍）のクロストークでも、光強度にすれば、−１１．５ｄＢもの強度揺らぎを生じることがあり、信号光のＳ／Ｎを著しく劣化させる要因となり、はなはだ不都合である。
【００３２】
＜問題点３＞「周波数多重の数だけ光スイッチが必要である」に関して図１５を用いて説明した従来の周波数選択光フィルタにおいては、図１７に示したように、選択する光周波数一つに対して、対応するＯＮ／ＯＦＦ型光スイッチ一つが必要である。すなわち、周波数多重数Ｎの多重光から任意の光信号を取り出せるように構成するには、Ｎ個の光スイッチが必要となる。したがって、周波数多重数Ｎが増加した場合には、きわめて多数の光スイッチを備える必要があり、コストがかかる。さらに、信頼性低下の原因にもなりうる。
【００３３】
本発明は、上記事情を鑑みてなさたものであって、不要な光出力がなくてクロストーク（漏れ込み）光が少なく、さらに場合によっては制御に要する光スイッチの個数が少なくてすむ周波数選択光フィルタを提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、アレイ導波路回折格子型光合分波器を利用した周波数選択光フィルタにおいて、フィルタへの入力用光路と出力用光路とをアレイ導波路回折格子型光合分波器の同一側の入出力導波路に接続し、一方、アレイ導波路回折格子型光合分波器の逆側の入出力導波路には光スイッチをそれぞれ備えた折り返し光路を接続することを、そのもっとも主要な特徴とする。以下、上記課題を解決するための手段としての本願各請求項に係る発明を順次説明する。
【００３５】
まず、本発明は、図１にその代表的な構成例が開示されたものである。各構成要件に対し図１における対応箇所の符号を括弧書きにて付記すると、本発明は次のように表すことができる。Ｎ本（Ｎは整数）の導波路からなる第１の入出力導波路群（２３）とＮ本の導波路からなる第２の入出力導波路群（２７）とを有するアレイ導波路回折格子型光合分波器（２１）と、前記第１の入出力導波路群の導波路に接続された少なくとも１本の入力用光路（１）と、各々、前記入力用光路が接続された導波路に隣接する導波路に接続された少なくとも１本の出力用光路（２）と、各々、前記第２の入出力導波路群（２７）において相互に隣接した２本の導波路からなり、重複した導波路を含まない少なくとも１対の導波路対の２本の導波路間を接続する少なくとも１本の折り返し光路（２８）と、前記少なくとも１本の折り返し光路の途中に配置された光スイッチ（９）とを有することを特徴とする周波数選択光フィルタ。
【００３６】
本発明によれば、フィルタへの入力用光路と出力用光路とをアレイ導波路回折格子型光合分波器の同一側の入出力導波路群に接続しているために、入力用光路から出力用光路に直接出力される光は、原理的には存在しない。このため、入力用光路と出力用光路とが異なる側の入出力導波路に接続されている従来例とは異なり、特定の周波数の光が光スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態に係わらず常に出力されてしまうような事態は回避される。同時に、アレイ導波路回折格子型光合分波器の作成精度上の不完全性により不可避であるクロストーク光も、入力用光路から出力用光路に直接結合する成分は存在しない。こうして、アレイ導波路回折格子型光合分波器の逆側の入出力導波路にそれぞれ光スイッチを備えた折り返し光路を複数備えることにより、本発明の目的である、不要な光出力がなくてクロストーク（漏れ込み）光が少ない周波数選択光フィルタを構成することが出来るようになる。
【００３７】
次に、本発明は、図４にその代表的な構成例が開示されたものである。各構成要件に対し図４における対応箇所の符号を括弧書きにて付記すると、本発明は次のように表すことができる。Ｎ本（Ｎは整数）の導波路からなる第１の入出力導波路群（２３）とＮ本の導波路からなる第２の入出力導波路群（２７）とを有するアレイ導波路回折格子型光合分波器（２１）と、前記第１の入出力導波路群のｖ番目（ｖは整数）の導波路に接続された入力用光路（１）と、前記第１の入出力導波路群のｗ番目（ｗは整数）の導波路に接続された出力用光路（２）と、各々、Ｍｏｄ〔ｗ−ｖ＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｔ−ｓ＋Ｎ，Ｎ〕またはＭｏｄ〔ｖ−ｗ＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｔ−ｓ＋Ｎ，Ｎ〕を満たす整数ｓ、ｔの組合せの中から選ばれた少なくとも１組のｓ、ｔに対応した折り返し光路であって、各々、前記第２の入出力導波路群のｓ番目の導波路からｔ番目の導波路へ光信号を伝送する少なくとも１本の折り返し光路（２８）と、前記少なくとも１本の折り返し光路の途中に配置された光スイッチ（９）とを有することを特徴とする周波数選択光スイッチ。
【００３８】
前述した発明では、折り返し光路を第２の入出力導波路群における隣接した２本の導波路に接続すると共に入力用光路および出力用光路を第１の入出力導波路群内の隣接した２本の導波路に接続したが、この発明では、この「隣接した２本の導波路」という限定を外し、第２の入出力導波路群内の導波路１本分以上離れた２本の導波路を折り返し光路によって接続し、これに伴って、第１の入出力導波路群における入力用光路および出力用光路を接続する導波路を変更したものである。この発明によれば、前述した発明と同様な作用が得られる他、光周波数毎の伝送損失を一様化することができる。何故ならば、本発明によれば、周波数多重信号における、ある光周波数の光信号が入力用光路から第１の入出力導波路群および第２の入出力導波路群を介して折り返し光路に至るまでの経路が伝送損失の大きな経路であったとしても、この光信号が該折り返し光路によって折り返された後、第２の入出力導波路群および第１の入出力導波路群を介して出力用光路へ戻る際には伝送損失の小さな経路を辿るようにすることができるからである。
【００３９】
次に、本発明は、図６にその代表的な構成例が開示されたものであり、前述した構成において、前記ｔ−ｓの絶対値を特にＮ／２に限定したことを特徴とするものである。
【００４０】
本発明によれば、上記ｔ−ｓについての限定を行うことにより、この限定を行わない場合に比し、入力用光路から入力する周波数多重光信号の光周波数間隔を１／２にすることができる。
【００４１】
本発明に係る周波数選択光フィルタは、図８にその代表的な構成例が開示されたものである。各構成要件に対し図８における対応箇所の符号を括弧書きにて付記すると、本発明は次のように表すことができる。Ｎ本（Ｎは整数）の導波路からなる第１の入出力導波路群（２３）とＮ本の導波路からなる第２の入出力導波路群（２７）とを有するアレイ導波路回折格子型光合分波器（２１）を有し、さらに、各々Ｍｏｄ〔ｗ−ｖ＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｖ−ｕ＋Ｎ，Ｎ〕を満たす各整数ｖ、ｗ、ｕに従って接続位置が決定された光路であって、前記第１の入出力導波路群のｖ番目の導波路に接続された入力用光路（１）と、前記第１の入出力導波路群のｗ番目の導波路に接続された第１の出力用光路（３２ｇ）と、前記第１の入出力導波路群のｕ番目の導波路に接続された第２の出力用光路（３２ｉ）とを有し、さらに、Ｍｏｄ〔ｗ−ｖ＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｖ−ｕ＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｔ−ｓ＋Ｎ，Ｎ〕を満たす整数ｓ、ｔの各組合せに従って接続位置が決定された光路であって、前記第２の入出力導波路群のｓ番目の導波路からｔ番目の導波路へ光信号を伝送する少なくとも１本の折り返し光路（２８）を有し、さらに、前記少なくとも１本の折り返し光路の途中に配置された光スイッチ（９）と、前記第１の出力用光路からの出力と前記第２の出力用光路からの出力との少なくとも一方の出力を第３の出力用光路に出力する光路接続手段（３９）とを有することを特徴とする周波数選択光スイッチ。
【００４２】
本発明によれば、上記光スイッチ（９）のＯＮ／ＯＦＦ状態および光路接続手段（３９）の接続状態の組合せにより出力用光路（２）へ出力する光信号を光周波数が決定される。従って、選択すべき光周波数の種類が多い場合であっても、必要なスイッチの数が少なくて済む。
【００４３】
本発明に係る周波数選択光フィルタは、図１１にその代表的な構成例が開示されたものである。各構成要件に対し図１１における対応箇所の符号を括弧書きにて付記すると、本発明は次のように表すことができる。Ｎ本（Ｎは整数）の導波路からなる第１の入出力導波路群（２３）とＮ本の導波路からなる第２の入出力導波路群（２７）とを有するアレイ導波路回折格子型光合分波器（２１）と、前記第１の入出力導波路群のｖ１番目（ｖ１は整数）の導波路に接続された第１の入力用光路（３１ｄ）と、前記第１の入出力導波路群のｗ１番目（ｗ１は整数）の導波路に接続された第１の出力用光路（３１ｃ）と、前記第１の入出力導波路群のｕ１番目（ｕ１は整数）の導波路に接続された第２の出力用光路（３１ｍ）と、前記第１の入出力導波路群のｖ２番目（ｖ２は整数）の導波路に接続された第２の入力用光路（３１ｌ）と、前記第１の入出力導波路群のｗ２番目（ｗ２は整数）の導波路に接続された第３の出力用光路（３２ｅ）と、前記第１の入出力導波路群のｕ３番目（ｕ３は整数）の導波路に接続された第４の出力用光路（３２ｋ）とを備え、前記ｖ１−ｖ２の絶対値はＮ／２であり、前記ｖ１、ｗ１、ｕ１、ｖ２、ｗ２、ｕ２はＭｏｄ〔ｗ１−ｖ１＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｖ１−ｕ１＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｗ２−ｖ２＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｖ２−ｕ２＋Ｎ，Ｎ〕を満たす組合せであり、さらに、Ｍｏｄ〔ｗ１−ｖ１＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｖ１−ｕ１＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｗ２−ｖ２＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｖ２−ｕ２＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｔ−ｓ＋Ｎ，Ｎ〕を満たす整数ｓ、ｔの各組合せに従って接続位置が決定された光路であって、前記第２の入出力導波路群のｓ番目の導波路からｔ番目の導波路へ光信号を伝送する折り返し光路（２８）を有し、さらに、少なくとも１本の前記折り返し光路の途中に配置された光スイッチ（９）と、第３の入力用光路（１）の出力を前記第１の入力用光路（３１ｄ）と前記第２の入力用光路（３１ｌ）の少なくとも一方に配分する第１の光路接続手段（３９ａ）と、前記第１ないし第４の出力用光路（３２ｃ、３２ｍ、３２ｅ、３２ｋ）からの出力の少なくとも一つの出力を第５の出力用光路（２）に出力する第２の光路接続手段（３９ｂ）とを有することを特徴としている。
【００４４】
本発明によれば、前述した発明よりもさらにスイッチの数を減らすことができる。
【００４５】
以上説明した各発明を実施する際の好適な態様として以下のものが考えられる。
【００４６】
前述した周波数選択光フィルタにおいて、前記光路接続手段を１×２光スイッチによって構成する。
【００４７】
前述した周波数選択光フィルタにおいて、前記第１の光路接続手段を１×２光スイッチによって構成する。前述した周波数選択光フィルタにおいて、前記第２の光路接続手段を１×４光スイッチによって構成する。
【００４８】
前述した周波数選択光フィルタにおいて、第１の１×２光路接続手段と第２の１×２光路接続手段とを並列に配置し、前記第１及び第２の１×２光路接続手段の出力を第３の１×２光路接続手段に入力することにより前記第２の光路接続手段を構成する。前述した周波数選択光フィルタにおいて、前記第１ないし第３の光路接続手段のうち少なくとも１つを１×２光スイッチによって構成する。
【００４９】
前述した周波数選択光フィルタにおいて、前記第１の入出力導波路に前記入力用光路と前記出力用光路との組合せを複数組設ける。前述した周波数選択光フィルタにおいて、前記入力用光路、前記出力用光路及び前記折り返し光路の少なくとも１本を光ファイバ伝送路とする。前述した周波数選択光フィルタにおいて、前記入力用光路、前記出力用光路及び前記折り返し光路の少なくとも１本を基板上に作成された光導波路とする。前述した周波数選択光フィルタにおいて、前記アレイ導波路回折格子型光合分波器に代えて、前記第１および第２の導波路群が前記入力用光路、前記出力用光路または前記折り返し光路に接続される導波路のみによって構成されたアレイ導波路回折格子型光合分波器を使用する。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関わる周波数選択光フィルタの各実施例について、図面に基づき詳細に説明する。以下の実施例ではアレイ導波路回折格子型光合分波器の入出力導波路の本数は等しいか、使用しない入出力導波路は削除してもかまわない。ただし、導波路番号を数える際には削除した導波路も存在するものとして考える。
【００５１】
（実施例１）図１は、本発明による周波数選択光フィルタの第１の実施例を示す構成図である。この周波数選択光フィルタは、図１５を用いて説明した従来例と同様に、第１の入出力導波路２３群と第２の入出力導波路２７群とがぞれぞれ１６個の導波路からなる周波数多重数１６（Ｎ＝１６）のアレイ導波路回折格子型光合分波器２１を利用している。このアレイ導波路回折格子型光合分波器２１において、２４，２５はスラブ導波路、２６はアレイ導波路回折格子である。また、アレイ導波路回折格子型光合分波器２１は、従来例と同様に図２０に示す周波数合分波特性を示すように設計されているものとする。
【００５２】
図１において、１，２はそれぞれ入力用光路，出力用光路に相当する光ファイバ伝送路であり、第１の入出力導波路群２３のうちの導波路２３ｈ（Ｉ８），２３ｇ（Ｉ７）にそれぞれ接続されている。
【００５３】
一方、第２の入出力導波路群２７の各導波路２７（Ｊｊ（ｊ＝１，２…，１６））には、折り返し光路に相当する光ファイバ２８（Ｆｊ（ｊ＝１，３…，１５））がそれぞれ次の様に接続されている。すなわち、導波路２７ａ（Ｊ１）と２７ｂ（Ｊ２）とに光ファイバ２８ａ（Ｆ1）が接続され、以下同様に導波路２７ｃ（Ｊ３）と２７ｄ（Ｊ４）とに光ファイバ２８ｃ（Ｆ３）が、…、導波路２７ｏ（Ｊ１５）と２７ｐ（Ｊ１６）とに光ファイバ２８ｏ（Ｆ1５）がそれぞれ接続されている。
【００５４】
また光ファイバ２８（Ｆｊ（ｊ＝１，３…，１５））の途中には、それぞれ光スイッチ９（Ｓｊ（ｊ＝１，３，…，１５））が設けられ、外部からの指令に基づき光を透過させるＯＮ状態と遮断するＯＦＦ状態いずれかの状態をとる。
【００５５】
次に、図１に示された実施例１の周波数選択光フィルタの動作について、図２０と図２を用いて説明する。光周波数ｆ1，ｆ3，…，ｆ15の８波の周波数多重光信号は、光ファイバ伝送路１中を伝搬した後にアレイ導波路回折格子型光合分波器２１の第１の入出力導波路２３中の２３ｈ（Ｉ８）に入力する。ここで、アレイ導波路回折格子型光合分波器２１は図２０に示した周波数合分波特性を示すため、光周波数ｆ1の光信号は第２の入出力導波路２７中の２７ａ（Ｊ１）を経て光ファイバ２８ａ（Ｆ1）中を伝搬する。同様に、図２０に従い、光周波数ｆ3の光信号は光ファイバ２８ｃ（Ｆ３）中を、…、光周波数ｆ1５の光信号は光ファイバ２８ｏ（Ｆ1５）中をそれぞれ伝搬する。
【００５６】
ここで、８個の光スイッチ９ａ（Ｓ１），９ｃ（Ｓ３），…，９ｏ（Ｓ１５）が仮に全てＯＮ状態にあるとすると、光ファイバＦｘ（ｘ＝１，３，…，１５）中を伝搬する光周波数ｆｘの光は、第２の入出力導波路２７中のＪ（ｘ＋１）にそれぞれ入力される。すなわち、光周波数ｆ1の光信号はは光ファイバＦ1，光スイッチＳ１を経てＪ２へ入力され、同様に、光周波数ｆ3の光信号は光ファイバＦ３、光スイッチＳ３を経てＪ４へ、…、光周波数ｆ1５の光信号は光ファイバＦ1５，光スイッチＳ１５を経てＪ１６へ入力される。ここで、Ｊ（ｘ＋１）に入力された光周波数ｆｘの光は、図２０にしたがい、ｘの値によらずに第１の入出力導波路群２３中の導波路２３ｇ（Ｉ７）に出力される。すなわち、Ｊ２に入力された光周波数ｆ1の信号光と、Ｊ４に入力された光周波数ｆ3の光信号と、…、Ｊ１６に入力された光周波数ｆ15の光信号とは、すべて導波路２３ｇ（Ｉ７）に出力され、この導波路２３ｇ（Ｉ７）に接続された光ファイバ伝送路２中に送り出される。
【００５７】
したがって、８個の光スイッチ９ａ，９ｃ，…，９ｏのうちの一つの光スイッチのみ、例えば光スイッチ９ａ（Ｓ１）だけをＯＮ状態とし、他の光スイッチをＯＦＦ状態とすれば、光周波数ｆ1の信号光だけが光ファイバ伝送路２中に出力される。すなわち、光ファイバ伝送路１中を伝搬してきた８波の周波数多重光のうち、光周波数ｆ1の光信号のみが選択されて光ファイバ伝送路２中に出力される。同様に光スイッチＳｘ（ただし、ｘ＝１，３，…，１５）だけをＯＮ状態とすれば、光周波数ｆｘの光信号が選択される。この様子を、図２に表として示した。
【００５８】
次に、図１に示した本実施例１による周波数選択光フィルタの効果について、図３を用いて説明する。図３は、図に１示した実施例１の周波数選択光フィルタを波長多重数１６のアレイ導波路回折格子型光合分波器を使用して実際に構成した場合の光フィルタ特性の測定例である。実験に使用したアレイ導波路回折格子型光合分波器は、図１９に示した従来の周波数選択光フィルタの特性を測定した際に使用したアレイ導波路回折格子型光合分波器と同一の物である。
【００５９】
図３において、（１）は８個の光スイッチ群９を全てＯＦＦ状態にした場合の透過特性であり、図１５に示した従来の周波数選択光フィルタの特性の測定例である図１９（１）に対応する。また、図３（２）は、８個の光スイッチのうちの光スイッチ９（Ｓ１３）だけをＯＮ状態にした場合の測定例で、光周波数ｆ13の光を選択した場合のフィルタ特性であり、図１９（２）に対応する。実施例１の周波数選択光フィルタでは、入力用光路と出力用光路である光ファイバ伝送路１，２がいずれもアレイ導波路回折格子型光合分波器の第１の入出力導波路２３群に接続されているために、従来例のように光周波数ｆ8の光が低い損失でそのまま出力されてしまうことはない。また非選択光が出力用光路２に達することもないため、図１９（１）と図３（１）を比較すれば明らかなように、非選択光の漏れ込み（クロストーク）が減少している。従来のフィルタではもっとも強いクロストーク光の透過率は−３３ｄＢであるが、実施例１のフィルタでは−４０ｄＢに改善されている。したがって、同一のアレイ導波路回折格子型光合分波器を使いながら、従来例に比して少なくとも７ｄＢもクロストークを改善することができ、周波数多重数を従来例の５倍にしても従来例と同程度の受信感度劣化に抑えることができる。
【００６０】
なお、この−４０ｄＢのクロストークは、アレイ導波路回折格子型光合分波器２１の偏波依存性を解消するためにアレイ導波路回折格子２６の途中に挿入されている複屈折媒質部分での残留反射成分である。
【００６１】
このように、本実施例１の周波数選択光フィルタでは、フィルタへの入力用光路１と出力用光路２とをアレイ導波路回折格子型光合分波器の同一側の入出力導波路に接続し、一方、アレイ導波路回折格子型光合分波器の逆側の入出力導波路には光スイッチをそれぞれ備えた折り返し光路を接続する巧みな構成により、不要な光出力がなくてクロストーク（漏れ込み）光が少ないという優れた特性を実現している。
【００６２】
また、本実施例１および以下の実施例においては、折り返し光路２８および入出力光路１，２等として光ファイバを利用したが、従来例と同様、これらを導波路基板上の導波路として構成しても勿論よい。
【００６３】
また、図１に示した実施例１においては、第２の入出力導波路２７の全ての導波路に折り返し光路を接続してぞれぞれ光スイッチを備えたが、光周波数ｆ1，ｆ3，…，ｆ15の８波のうちで選択する必要のある光周波数に対応する折り返し光路および光スイッチのみを備えてもよい。例えば、選択する必要があるのは光周波数ｆ1，ｆ３，ｆ５のいずれか一つに限定される場合には、折り返し光路２８（Ｆ７），２８（Ｆ９），…，２８（Ｆ1５）及び光スイッチ９（Ｓ７），９（Ｓ９），…，９（Ｓ１５）を省略してもよい。折り返し光路および光スイッチの一部を省略してもよいのは、以下の実施例においても同様である。
【００６４】
また、本実施例１および以下の実施例においては周波数多重数Ｎ＝１６のアレイ導波路回折格子型光合分波器を利用しているが、異なる多重数のアレイ導波路回折格子型光合分波器を利用しても勿論よい。一般にアレイ導波路回折格子型光合分波器の周波数多重数は任意に設計可能であるので、本実施例においては例えばＮ＝２Ｍ（Ｍは自然数）のアレイ導波路回折格子型光合分波器を利用すれば、最大Ｍ波の周波数多重光のうちから任意の１波を選択する周波数選択光フィルタを構成することが出来る。
【００６５】
また、本実施例および以下の実施例において、アレイ導波路回折格子型光合分波器には波長多重数の整数倍の周期性をもたせることが可能である。すなわち、１６×１６アレイ導波路回折格子型光合分波器は、例えば波長多重数１６に等しい周期性をもった図１６に示すような周波数合分波特性を示すように設計することもできる。このように設計したアレイ導波路回折格子型光合分波器を用いれば、例えば光ファイバ伝送路１中に、光周波数ｆ1，ｆ3，ｆ15の８波に加えて、光周波数ｆ17，の光も同時に多重して伝送すれば、光スイッチ９ａ（Ｓ１）をＯＮ状態にすることでｆ1とｆ17を同時に選択出来る。
【００６６】
また、本実施例においては第１の入出力導波路２３のうち導波路２３ｇ（Ｉ７）に光ファイバ伝送路２を接続したが、この代りに、光ファイバ伝送路１が接続されている導波路２３ｈ（Ｉ８）をはさんで対称の位置にある導波路２３ｉ（Ｉ９）に光ファイバ伝送路２を接続してもよい。この場合、光スイッチＳｘ（ｘ＝１，３，…，１５）をＯＮ状態にすることで、光周波数ｆx+1の信号光が選択される。すなわち、光スイッチ９ａ（Ｓ１）で光周波数ｆ2，光スイッチ９ｃ（Ｓ３）で光周波数ｆ4，…，光スイッチ９ｏ（Ｓ１５）で光周波数ｆ16の信号光が選択される。
【００６７】
また、本実施例においては第１の入出力導波路２３のうちの導波路２３ｈ（Ｉ８）に入力用光路である光ファイバ伝送路１を接続したが、光ファイバ伝送路１は第１の入出力導波路２３のうちのどの導波路に接続してもよい。例えば導波路Ｉｉ（ｉは１≦ｉ≦Ｎの自然数）に光ファイバ伝送路１を接続した場合には、光ファイバ伝送路２は導波路Ｉ（ｉ＋１）または導波路Ｉ（ｉ−１）に接続すればよい。
【００６８】
また、本実施例においては入力用光路と出力用光路とはそれぞれ光ファイバ伝送路１，２の一つづつであるが、複数の入力用光路もしくは出力用光路を設けても勿論よい。例えば、図１の実施例において、導波路２３ｈ（Ｉ８），２３ｇ（Ｉ７）にそれぞれ接続された光ファイバ伝送路１，２に加えて、導波路２３ｆ（Ｉ６）に光ファイバ伝送路１’を接続して第２の入力用光路として光周波数ｆ0，ｆ2，ｆ4，…，ｆ14の周波数多重信号光を伝搬させれば、光スイッチＳｘ（ｘ＝１，３，…，１５）をＯＮ状態にすることで光周波数ｆx，ｆx-1の光信号が選択出来る。
【００６９】
同様に、図１の実施例において導波路２３ｈ（Ｉ８），２３ｇ（Ｉ７）にそれぞれ接続された光ファイバ伝送路１，２に加えて、例えば導波路２３ｄ（Ｉ４），２３ｃ（Ｉ３）にそれぞれ光ファイバ伝送路１’，２’を接続してそれぞれを第２の入力用光路，第２の出力用光路とすれば、２系統の周波数選択光フィルタが同時に構成される。この場合、例えば光スイッチＳ１のみＯＮ状態にすれば、光ファイバ伝送路２からは光ファイバ伝送路１を伝搬してきた周波数多重光信号のうちから光周波数ｆ1の光信号が選択されて出力され、一方、光ファイバ伝送路２’からは光ファイバ伝送路１’を伝搬してきた周波数多重光信号のうちから光周波数ｆ-3の光信号が選択されて出力される。
【００７０】
なお、複数の入出力用光路を設けてもよいのは以下の実施例においても同様である。
【００７１】
さらに、本実施例においては、第２の入出力導波路２７のうちで隣接する２つの導波路を折り返し光路２８で接続しているが、離れた二つの導波路を折り返し光路で接続するように構成してもよい。この場合、折り返し光路で接続する導波路の間隔を適当に選ぶことにより、フィルタ透過特性の周波数依存性を低減することが出来るという効果も得られるので、実施例２として以下に詳細に説明する。
【００７２】
（実施例２）図４は、本発明による周波数選択光フィルタの第２の実施例を示す構成図である。本実施例２が前掲図１を用いて説明した実施例１と異なるのは、アレイ導波路回折格子型光合分波器２１として波長多重数１６に等しい周期性をもった、図２０に示すような周波数合分波特性を示すように設計されたものを用い、さらに第２の入出力導波路群２７中の導波路対を結ぶ光ファイバ（折り返し光路）２８（Ｆｘ，ただしｘ＝１，３，…，１５）が、非隣接導波路対（Ｊ５，Ｊ１４），（Ｊ７，Ｊ１６），（Ｊ９，Ｊ２），（Ｊ１１，Ｊ４），（Ｊ１３，Ｊ６），（Ｊ１５，Ｊ１８），（Ｊ１，Ｊ１０），（Ｊ３，Ｊ１２）にそれぞれ接続されている点である。これに伴い、光ファイバ伝送路１，２が接続される第１の入出力導波路２３中の導波路も、それぞれ２３ｋ（Ｉ１１），２３ｄ（Ｉ４）に変更されている。
【００７３】
次に、本実施例２による動作を、前記実施例１と異なる部分を中心に説明する。光周波数ｆ1，ｆ3，…，ｆ15の８波の周波数多重光信号は、光ファイバ伝送路１中を伝搬した後にアレイ導波路回折格子型光合分波器２１の第１の入出力導波路２３中の２３ｋ（Ｉ１１）に入力する。ここで、アレイ導波路回折格子型光合分波器２１は図２０に示した周波数合分波特性を示すため、光周波数ｆ1の光信号は第２の入出力導波路２７中の２７ｎ（Ｊ１４）を経て光ファイバ２８ａ（Ｆ1）中を伝搬する。同様に、光周波数ｆ3の光信号は光ファイバ２８ｃ（Ｆ３）中を、…、光周波数ｆ15の光信号は光ファイバ２８ｏ（Ｆ1５）中をそれぞれ伝搬する。
【００７４】
ここで、８個の光スイッチ９ａ（Ｓ１），９ｃ（Ｓ３），…，９ｏ（Ｓ１５）が仮に全てＯＮ状態にあるとすると、光ファイバＦｘ（ｘ＝１，３，…，１５）中を伝搬する光周波数ｆｘの光は、第２の入出力導波路２７中のＪ（１＋Ｍｏｄ〔ｘ＋３，１６〕）にそれぞれ入力される。ただし、Ｍｏｄ〔ｘ，ｙ〕はｘをｙで割った時の余りを表す。すなわち、光周波数ｆ1の光信号は光ファイバＦ1，光スイッチＳ１を経てＪ５へ入力され、同様に、光周波数ｆ3の光信号は光ファイバＦ３，光スイッチＳ３を経てＪ７ヘ、…、光周波数ｆ15の光信号は光ファイバＦ1５，光スイッチＳ１５を経てＪ３へ入力される。ここで、Ｊ（１＋Ｍｏｄ〔ｘ＋３，１６〕）に入力された光周波数ｆｘの光は、図１６にしたがい、ｘの値によらずに第１の入出力導波路２３中の２３ｄ（Ｉ４）に出力される。すなわち、Ｊ５に入力された光周波数ｆ1の光信号と、Ｊ７に入力された光周波数ｆ3の光信号と、…、Ｊ３に入力された光周波数ｆ15の光信号とは、すべて１４に出力され、Ｉ４に接続された光ファイバ伝送路２中に送り出される。
【００７５】
したがって、図１，図２を用いて説明した実施例１と同様に、光スイッチＳｘ（ただし、ｘ＝１，３，…，１５）だけをＯＮ状態とすれば、光周波数ｆｘの信号光を選択することが出来る。
【００７６】
こうして、本実施例２の周波数選択光フィルタは図１を用いて説明した実施例１とまったく同様な効果が得られる。加えて、折り返し光路２８を非隣接導波路対（Ｊｓ，Ｊｔ）（１≦ｓ，ｔ≦１６，ただし｜ｓ−ｔ｜＞１）の間に設けるという構成により、光周波数によるフィルタ透過損失のばらつきが減少するという優れた効果を併せ持つ。以下に、この新たな効果について説明する。
【００７７】
一般に、アレイ導波路回折格子型光合分波器２１の第１，第２の入出力導波路２３，２７では、両端付近の導波路、例えばＩ１，Ｉ１６，Ｊ１，Ｊ１６等を経由する信号光が被る損失は中央付近の導波路、例えば１８，１９，Ｊ８，Ｊ９等を経由する信号光が被る損失に比べて２〜３ｄＢ程度大きい。このため、図１を用いて説明した実施例１では、例えば光周波数ｆ1の信号光が選択される場合と光周波数ｆ7の信号光が選択される場合とでは、フィルタでの透過損失が４〜６ｄＢも異なってしまう。なぜなら、光周波数ｆ1の信号光は損失の大きな導波路Ｊ１，Ｊ２を通過するのに対して、光周波数ｆ7の信号光は損失の小さい導波路Ｊ７，Ｊ８を通過するからである。
【００７８】
図５（１）に、図１の実施例１での測定例を示す。もっとも損失の少ないｆ7，ｆ9の光は選択していない状態だが、それでもまだ４ｄＢもの損失差が光周波数ｆ5と光周波数ｆ15との間で観測されている。
【００７９】
ところが、図４を用いて説明した本実施例２では、損失の大きい導波路Ｊ１６を経由する光周波数ｆ3の信号光は、光ファイバ２８ｃ（Ｆ３），光スイッチ９ｃ（Ｓ３）を経由した後には損失の小さい導波路Ｊ７を経由する。他の光周波数の信号光についても同様である。すなわち、折り返し光路を損失の大きい導波路と小さい導波路との間に接続することで、透過損失の平均化が図られる。図５（２）は、図４に示した実施例２での測定例を示しており、透過損失差は１．５ｄＢにまで減少している。図５（１）と比較すれば、実施例２によって得られる新たな効果は明らかである。
【００８０】
なお、本実施例においては光ファイバ伝送路１，２を第１の入出力導波路２３のうちの導波路２３ｋ（Ｉ１１），２３ｄ（Ｉ４）にそれぞれ接続したが、一般にそれぞれ導波路Ｉｖ，Ｉｗ（１≦ｖ，ｗ＝≦Ｎ，ただし、ｖ，ｗはＭｏｄ〔ｗ−ｖ＋Ｎ，Ｎ〕＝９を満たす）に接続しても同様な効果が得られる。ここで、Ｎはアレイ導波路回折格子型光合分波器２１の周波数多重数で、本実施例２においては１６である。勿論光ファイバ伝送路１，２をそれぞれＩｗ，Ｉｖに接続してもよい。
【００８１】
さらに、本実施例２では折り返し光路２８で接続する導波路対（Ｊｓ，Ｊｔ）（１≦ｓ，ｔ≦Ｎ）として、ｙ＝Ｍｏｄ〔ｔ−ｓ＋Ｎ，Ｎ〕で定義される値ｙが９となる導波路対を用いたが、１≦ｙ≦Ｎ−１を満たす自然数ｙであればなんでもよい。この場合、光ファイバ伝送路１，２が接続される導波路Ｉｖ，Ｉｗ（１≦ｖ，ｗ≦Ｎ）はＭｏｄ〔ｗ−ｖ＋Ｎ，Ｎ〕＝ｙもしくはＭｏｄ〔ｖ−ｗ＋Ｎ，Ｎ〕＝ｙを満たすように選択すればよい。
【００８２】
以上をまとめると、入力導波路をＩｖ，出力導波路をＩｗとし、折り返し光路では光信号はＪｓからＪｔに進む場合では、Ｍｏｄ〔ｗ−ｖ＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｖ−ｗ＋Ｎ，Ｎ〕＝Ｍｏｄ〔ｔ−ｓ＋Ｎ，Ｎ〕を満たすｖ、ｗ、ｓ、ｔを選べばよい。仮にＩｖ、Ｉｗが既知とすると、上記とは逆の手順でｙ＝Ｍｏｄ〔ｗ−ｖ＋Ｎ，Ｎ〕とおきｓ＝Ｍｏｄ〔ｔ＋ｙ，ｎ〕により（ｓ、ｔ）の組を求めることもできる。
【００８３】
ここで、ｙ＝Ｎ／２と設定した場合には、以上説明した本実施例２での効果に加えて周波数多重間隔を半分に出来るという利点を得られ、かつアレイ導波路回折格子型光合分波器２１は必ずしも周期性は必要としないという利点があるので、以下に実施例３として詳細に説明する。
【００８４】
（実施例３）図６は、本発明の周波数選択光フィルタの第３の実施例を示す構成図である。本実施例３が図４を用いて説明した実施例２と異なるのは、折り返し光路２８でお互いに接続する第２の入出力導波路のなかの導波路対（Ｊｓ，Ｊｔ）（１≦ｓ，ｔ≦Ｎ）として｜ｔ−ｓ｜＝Ｎ／２となる導波路対を用いている点である。ここでは、Ｎ＝１６なので導波路対（Ｊ１，Ｊ９），（Ｊ２，Ｊ１０），…，（Ｊ８，Ｊ１６）にそれぞれ折り返し光路Ｆ６，Ｆ７，Ｆ８，Ｆ1，Ｆ２，…，Ｆ５が接続されている。これに伴い、光ファイバ伝送路１，２がそれぞれ導波路２３ｍ（Ｉ１３），２３ｅ（Ｉ５）に変更されている。次に、本実施例３による動作を、前記実施例２と異なる部分を中心に説明する。
【００８５】
光周波数ｆ1，ｆ2，…，Ｆ8の８波の周波数多重光信号は、光ファイバ伝送路１中を伝搬した後にアレイ導波路回折格子型光合分波器２１の第１の入出力導波路２３中の２３ｍ（Ｉ１３）に入力する。ここで、アレイ導波路回折格子型光合分波器２１は図１６に示した周波数合分波特性を示すため、光周波数ｆ1の光信号は第２の入出力導波路２７中の２７ｌ（Ｊ１２）を経て光ファイバ２８ａ（Ｆ1）中を伝搬する。同様に、光周波数ｆ2の光信号は光ファイバ２８ｂ（Ｆ２）中を、…、光周波数ｆ8の光信号は光ファイバ２８ｈ（Ｆ８）中をそれぞれ伝搬する。
【００８６】
ここで、８個の光スイッチ９ａ（Ｓ１），９ｂ（Ｓ２），…，９ｈ（Ｓ８）が仮に全てＯＮ状態にあるとすると、光ファイバＦｙ（ｙ＝１，２，…，８）中を伝搬する光周波数ｆｙの光は、第２の入出力導波路２７中のＪ（１＋Ｍｏｄ〔ｙ＋２，１６〕）にそれぞれ入力される。すなわち、光周波数ｆ1のの光信号は光ファイバＦ1，光スイッチＳ１を経てＪ４へ入力され、同様に、光周波数ｆ2の光信号は光ファイバＦ２，光スイッチＳ２を経てＪ５ へ、…、光周波数ｆ8の光信号は光ファイバＦ８，光スイッチＳ８を経てＪ１１へ入力される。ここで、Ｊ（１＋Ｍｏｄ〔ｙ＋２，１６〕）に入力された光周波数ｆｙの光は、図１６にしたがい、ｙの値によらずに第１の入出力導波路２３中の２３ｅ（Ｉ５）に出力され、光ファイバ伝送路２中を伝搬する。
【００８７】
したがって、光スイッチＳｙ（ただし、ｙ＝１，２，…，８）だけをＯＮ状態とすれば、光周波数ｆｙの信号光をを選択することが出来る。光スイッチの状態と選択される光信号の光周波数の関係を、図７に表として示した。こうして、本実施例３の周波数選択光フィルタは図４を用いて説明した実施例２と同様な効果が得られる。特に、折り返し光路２８は｜ｔ−ｓ｜＝Ｎ／２なる導波路対（Ｊｓ，Ｊｔ）に接続されているため、もっとも損失の大きい導波路Ｊ１，Ｊ１６を通過する信号光は折り返されてもっとも損失の小さい導波路Ｊ９，Ｊ８を通過する。この結果、実施例２で説明した損失平均化の効果をもっとも顕著に受けることが出来る。
【００８８】
さらに、この折り返し光路２８を導波路対（Ｊｓ，Ｊｔ）（１≦ｓ，ｔ≦１６，ただし｜ｔ−ｓ｜＝Ｎ／２）に設けるという巧みな構成により、周波数多重間隔が実施例２の半分に設計出来るという利点もある。これは、光周波数領域での周波数利用効率を高めることが出来、例えば同一多重数のシステムを構築する場合に揃えるべきレーザ光源の光周波数範囲を狭めることが可能になるなど、その効果は極めて大きい。
【００８９】
なお、本実施例においては光ファイバ伝送路１，２を第１の入出力導波路２３のうちの導波路２３ｌ（Ｉ１２），２３ｅ（Ｉ５）にそれぞれ接続したが、一般にはそれぞれ導波路Ｉｖ，Ｉｗ（１≦ｖ，ｗ≦Ｎ  ただし｜ｖ−ｗ｜＝Ｎ／２を満たす）に接続しても同様な効果が得られる。ここで、Ｎはアレイ導波路回折格子型光合分波器２１の周波数多重数で、本実施例２においては１６である。
【００９０】
（実施例４）図８は、実施例を示す構成図である。本実施例が図１を用いて説明した実施例１と異なるのは、複数の出力用光路である光ファイバ伝送路３２ｇ，３２ｉがそれぞれアレイ導波路回折格子型光合分波器２１の第１の入出力導波路のなかの２３ｇ（Ｉ７），２３ｉ（Ｉ９）に接続され、光ファイバ伝送路３２ｇ，３２ｉに接続された１×２光スイッチ３９でいずれか一方を実際に使用する出力用光路として選択するように構成されている点である。
【００９１】
次に、図８に示した本実施例４による動作を、前記実施例１と異なる部分について図２０および図９を参照して説明する。光周波数ｆ1，ｆ2，ｆ16の１６波の周波数多重光信号は、光ファイバ伝送路１中を伝搬した後にアレイ導波路回折格子型光合分波器２１の第１の入出力導波路２３中の２３ｈ（１８）に入力する。ここで、アレイ導波路回折格子型光合分波器２１は図２０に示した周波数合分波特性を示すため、光周波数ｆ1の光信号は第２の入出力導波路２７中の２７ａ（Ｊ１）を経て光ファイバ２８ａ（Ｆ1）中を伝搬し、一方、光周波数ｆ2の光信号は第２の入出力導波路２７中の２７ｂ（Ｊ２）を経て光ファイバ２８ａ（Ｆ1）中を逆方向に伝搬する。同様に、光周波数ｆ3，ｆ4の光信号は光ファイバ２８ｃ（Ｆ３）中をお互いに逆方向に伝搬し、…、光周波数ｆ15，ｆ16の光信号は光ファイバ２８ｏ（Ｆ1５）中をおたがい逆方向にそれぞれ伝搬する。
【００９２】
ここで、８個の光スイッチ９ａ（Ｓ１），９ｃ（Ｓ３）、…、９ｏ（Ｓ１５）が仮に全てＯＮ状態にあるとすると、光ファイバＦｘ（ｘ＝１，３，１５）中を伝搬する光周波数ｆｘ＋1の光は、第２の入出力導波路２７中のＪ（ｘ＋１），Ｊｘにそれぞれ入力される。すなわち、光周波数ｆ1，ｆ2の光信号はともに光スイッチＳ１を経てそれぞれＪ２，Ｊ１へ入力され、同様に、光周波数ｆ3，ｆ4の光信号は光スイッチＳ３を経てＪ４，Ｊ３へ、…、光周波数ｆ15，ｆ16の光信号は光スイッチＳ１５を経てＪ１６，Ｊ１５へそれぞれ入力される。ここで、図２０を参照すれば、Ｊ（ｘ＋１）に入力された光周波数ｆｘの光はｘの値によらずに第１の入出力導波路２３中の２３ｇ（Ｉ７）に出力され、一方、Ｊｘに入力された光周波数ｆx+1の光はｘの値によらずに２３ｉ（Ｉ９）に出力される。すなわち、Ｊ２に入力された光周波数ｆ1の光信号と、Ｊ４に入力された光周波数ｆ3の光信号と、…、Ｊ１６に入力された光周波数ｆ15の光信号とは、すべて１７に出力されて光ファイバ伝送路３２ｇ中に送り出される。一方、Ｊ１に入力された光周波数ｆ2の光信号と、Ｊ３に入力された光周波数ｆ4の光信号と、…、Ｊ１５に入力された光周波数ｆ16の光信号とは、すべてＩ９に出力され、光ファイバ伝送路３２ｉ中に送り出される。
【００９３】
したがって、８個のスイッチ９ａ，９ｃ，…，９ｏのうちの一つの光スイッチのみ、例えば９ａ（Ｓ１）だけをＯＮ状態とし、他の光スイッチをＯＦＦ状態とすれば、光周波数ｆ1の信号光だけが光ファイバ伝送路３２ｇ中に出力され、同時に光周波数ｆ2の信号光だけが光ファイバ伝送路３２ｉ中に出力される。このとき、１×２光スイッチ３９で光ファイバ伝送路３２ｇを選択すれば、光ファイバ伝送路１中を伝搬してきた１６波の周波数多重光のうち、光周波数ｆ1の光信号のみが選択されて光ファイバ伝送路２中に出力される。光周波数ｆ2の光信号のみを選択する場合には、１×２光スイッチ３９で光ファイバ伝送路３２ｉ側を選択すればよい。同様に、光スイッチＳｘ（ただし、ｘ＝１，３，…，１５）だけをＯＮ状態とし、光スイッチ３９を３２ｇ側もしくは３２ｉ側とすれば、ぞれぞれ光周波数ｆｘ，ｆx+1の信号光が選択される。光スイッチの状態に対して選択される光信号の光周波数を、図９に表としてまとめた。
【００９４】
次に、図８に示した本実施例４の周波数選択光フィルタの効果について説明する。まず、以上詳述した本実施例４の動作から、図１を用いて説明した実施例１の有する効果、すなわち不要な光出力がなくてクロストーク（漏れ込み）光が少ないという優れた特性を示すことは明らかである。
【００９５】
加えて、図１に示した実施例１に比べて２倍の多重数の周波数多重光を扱うことが出来る。すなわち、例えば図８のように多重数１６のアレイ導波路回折格子型光合分波器を用いれば、１６波の周波数多重光の中から任意の１ないし複数の信号光を選択可能である。これは、図１５を用いて説明した従来例が１５波であったのに比べて、１波分だけ改善されている。さらに、本実施例４では、１６波の周波数多重光の中から任意の１波の信号光を選択するのに必要な光スイッチの個数は、ＯＮ／ＯＦＦ光スイッチ８個と１×光スイッチ１個の合計９個だけである。これは、従来例では多重光の数だけＯＮ／ＯＦＦ光スイッチが必要であったのに比べて、約半分で済む。その分、部品点数が減ってコストが削減されるのみならず、信頼性の向上、制御回路規模の縮小などその効果は著しい。
【００９６】
すなわち、本実施例４は、実施例１で説明した諸効果に加えて、光スイッチ９を逆方向に伝搬する光に対しても利用するという巧みな構成により制御に要する光スイッチの個数をおよそ半分に減らせるという大きな効果が得られる。
【００９７】
なお、図８中の１×２光スイッチ３９としては、例えば、メカニカル光スイッチを用いればよい。また、図１８に示した２×２光スイッチ５１を用いればアレイ導波路回折格子型光合分波器２１と同一基板上に集積化することが可能となる。さらにＯＮ／ＯＦＦ光スイッチ２台と光カプラもしくはマッハ・ツェンダ干渉計を組み合わせ構成することで、集積可能でかつ消光比の優れた１×２光スイッチを実現してもよい。この構成例を、図１０を用いて説明する。
【００９８】
図１０は、１×２光スイッチ３９の構成例を説明する図であって、９１，９２はＯＮ／ＯＦＦ光スイッチ、５１４，５１５は光カプラ、６０は合波器（マッハツェンダ干渉計）である。ここで、ＯＮ／ＯＦＦ光スイッチ９１，９２を、例えば図１８に示した導波路型２×２光スイッチの対向端子を利用した構成とし、光スイッチ９１，９２を相捕的に動作させれば、同一の導波路基板上に集積化可能でかつ消光比の優れた１×２光スイッチを構成することが出来る。図１０（１）の構成では、光カプラ５１５において原理的に３ｄＢの損失を生じる。しかし、図１０（２）の構成とし、マッハツェンダ干渉計６０を適当に設計してその合波特性の周期を周波数多重間隔の２倍と一致させることにより、原理的には損失のない１×２光スイッチ３９が実現可能である。
【００９９】
なお、図８に示した本実施例４において、光ファイバ伝送路２から周波数多重信号光を入力し、光ファイバ伝送路１から選択された信号光を取り出すように構成してもよい。
【０１００】
また、本実施例においては第１の入出力導波路２３のうち導波路２３ｈ（Ｉ８）に入力用光路である光ファイバ伝送路１を接続したが、光ファイバ伝送路１は第１の入出力導波路２３のうちのどの導波路に接続してもよい。例えば導波路Ｉｉ（ｉは１≦ｉ≦１６の自然数）に光ファイバ伝送路１を接続した場合には、光ファイバ伝送路３２ｇ，３２ｉは導波路２３（Ｉ（ｉ−１）），導波路２３（Ｉ（ｉ＋１））に接続すればよい。
【０１０１】
また、実施例１で説明したように、複数の入力用光路を設けて複数系統の周波数選択光フィルタを同時に構成しても勿論よい。
【０１０２】
さらに、実施例２で説明したように、アレイ導波路回折格子型光合分波器２１に前述した周期性を示すものを使用すれば、折り返し光路２８で接続する導波路対２７（Ｊｓ，Ｊｔ）（１≦ｓ，ｔ≦Ｎ）として、ｙ＝Ｍｏｄ〔ｔ−ｓ＋Ｎ，Ｎ〕で定義される値ｙが２≦ｙ≦Ｎ−２（ただしｙ≠Ｎ／２）を満たす自然数であるような導波路対を選んでも、勿論よい。この場合、光ファイバ伝送路１，３２ｇ，３２ｉが接続される導波路２３（Ｉｖ，Ｉｗ，Ｉｕ）（１≦ｖ，ｗ，ｕ，≦Ｎ）はＭｏｄ〔ｗ−ｖ＋Ｎ，Ｎ〕＝ｙ，Ｍｏｄ〔ｖ−ｕ＋Ｎ，Ｎ〕＝ｙを満たすように選択すればよい。例えばＮ＝１６，ｙ＝９，ｖ＝１１の場合には光ファイバ伝送路３２ｇ，３２ｉはそれぞれ導波路２３（Ｉ４），２３（Ｉ２）に接続すればよく、この場合、図４を用いて実施例２で説明したように光周波数による損失のばらつきが抑えられるという効果も得ることが出来る。
【０１０３】
（実施例５）図１１は、実施例５を示す構成図である。本実施例が図８を用いて説明した実施例４と異なるのは、複数の入力用光路である光ファイバ伝送路３１ｄ，３１ｌがそれぞれ導波路２３ｄ（Ｉ４），２３ｌ  （Ｉ１２）に接続されて、光ファイバ伝送路３１ｄ，３１l に接続された１×２光スイッチ３９ａでいずれか一方を実際に使用する入力用光路として選択するように構成されている点である。これに伴い、光ファイバ伝送路３１ｄに対応した出力用光路である光ファイバ伝送路３２ｃ，３２ｅがそれぞれ導波路２３ｃ（Ｉ３），２３（Ｉ５）に接続され、一方、光ファイバ伝送路３１l に対応した出力用光路である光ファイバ伝送路３２ｋ，３２ｍがそれぞれ導波路２３ｋ（Ｉ１１），２３ｍ（Ｉ１３）に接続されている。さらに、光ファイバ伝送路３２ｃ，３２ｍおよび３２ｅ，３２ｋがそれぞれ接続された光カプラ４１ａ，４１ｂを備え、前記光カブラ４１ａ，４１ｂの合波出力のうちいずれか一方を１×２光スイッチ３９ｂで選択して光ファイバ伝送路２中に出力する。また、図８に示した実施例４に備えられていた折り返し光路Ｆｘおよび光スイッチＳｘ（ｘ＝１，３，…１５）のうち、ｘ＝１，３，１３，１５の部分が取り除かれている。
【０１０４】
次に、図１１に示した本実施例５による動作が前記実施例４と異なる部分について、図２０及び図１２を参照して説明する。光周波数ｆ1，ｆ2，…，ｆ16の１６波の周波数多重光信号は、光ファイバ伝送路１中を伝搬した後に１×２光スイッチ３９ａに入力し、外部からの制御信号に従って光ファイバ伝送路３１ｄもしくは３１l のいずれか一方を経て導波路２３ｄ（Ｉ４）もしくは２３ｌ（Ｉ１２）に入力する。
【０１０５】
ここで、アレイ導波路回折格子型光合分波器２１は図２０に示した周波数合分波特性を示すため、もし光スイッチ３９ａがｄ側に接続されている場合には、光周波数ｆ1の光信号は導波路２７ｅ（Ｊ５）を経て光スイッチ２８ｅ（Ｆ５）中を伝搬し、一方、光周波数ｆ2の光信号は導波路２７ｆ（Ｊ６）を経て光ファイバ２８ｅ（Ｆ５）中を逆方向に伝搬する。同様に、光周波数ｆ3，ｆ4の光信号は光ファイバ２８ｇ（Ｆ７）中をお互いに逆方向に伝搬し、光周波数ｆ7，ｆ8の光信号は光ファイバ２８ｋ（Ｆ1１）中をおたがい逆方向にそれぞれ伝搬する。
【０１０６】
一方、もし光スイッチ３９ａが３１ｌ側に接続されている場合には、光周波数ｆ9の光信号が導波路２７ｅ（Ｊ５）を経て光ファイバ２８ｅ（Ｆ５）中を伝搬し、一方、光周波数ｆ10の光信号は導波路２７ｆ（Ｊ６）を経て光ファイバ２８ｅ（Ｆ５）中を逆方向に伝搬する。同様に、光周波数ｆ11，ｆ12の光信号は光ファイバ２８ｇ（Ｆ７）中をお互い逆方向に伝搬し、…、光周波数ｆ15，ｆ16の光信号は光ファイバ２８ｋ（Ｆ1１）中をおたがい逆方向にそれぞれ伝搬する。
【０１０７】
ここで、４個の光スイッチ９ｅ（Ｓ５），９ｇ（Ｓ７），９ｉ（Ｓ９），９ｋ（Ｓ１１）が仮に全てＯＮ状態にあると仮定する。このとき、光ファイバＦｘ（ｘ＝５，７，９，１１）中を伝搬する光周波数ｆx-4，ｆx-3の光は、第２の入出力導波路２７中のＪ（ｘ＋１），Ｊｘにそれぞれ入力される。すなわち、光周波数ｆ1，ｆ2の光信号はいずれも光スイッチＳ５を経てそれぞれＪ６，Ｊ５へ入力され、同様に、光周波数ｆ3，ｆ4の光信号は光スイッチＳ７を経てＪ８，Ｊ７へ、光周波数ｆ5、ｆ6の光信号は光スイッチＳ９を経てＪ１０，Ｊ９へ、光周波数ｆ7，ｆ8の光信号は光スイッチＳ１１を経てＪ１２，Ｊ１１へそれぞれ入力される。ここで、図２０を参照すれば、Ｊ（ｘ＋１）に入力された光周波数ｆX-4の光はｘの値によらずに導波路２３ｃ（Ｉ３）に出力され、一方、Ｊｘに入力された光周波数ｆX-3 の光はｘの値によらずに２３ｅ（Ｉ５）に出力される。
【０１０８】
同様に、光ファイバ２８（Ｆｘ）（ｘ＝５，７，９，１１）中を伝搬する光周波数ｆX+4，ｆX+5 の光は、導波路Ｊ（ｘ＋１），Ｊｘにそれぞれ入力される。ここで、Ｊ（ｘ＋１）に入力された光周波数ｆX+4 の光はｘの値によらずに導波路２３ｋ（Ｉ１１）に出力され、一方、Ｊｘに入力された光周波数ｆX+5 の光はｘの値によらずに２３ｍ（Ｉ１３）に出力される。
【０１０９】
したがって、４個の光スイッチ９ｅ（Ｓ５），９ｇ（Ｓ７），９ｉ（Ｓ９），９ｋ（Ｓ１１）のうちの一つの光スイッチのみ、例えば９ｅ（Ｓ５）だけをＯＮ状態とし、かつ光スイッチ３９ａでｄ側を選択していれば、光周波数ｆ1の信号光だけが光ファイバ伝送路３２ｃ中に出力され、同時に光周波数ｆ2の信号光だけが光ファイバ伝送路３２ｅ中に出力される。ここで、上記光周波数ｆ1，ｆ2の信号光はそれぞれ光カプラ４１ｂ，４１ａを経て１×２光スイッチ３９ｂに到達するので、例えば光スイッチ３９ｂが３２ｃ＆ｍ側を選択していれば光ファイバ伝送路２中には光周波数ｆ1の信号光だけが出力される。
【０１１０】
種々の光スイッチの状態の組合せと、選択される光周波数の対応を、図１２に表としてまとめた。例えば、光周波数ｆ8の光信号を選択したい場合には、１×２光スイッチ３９ａ，３９ｂでそれぞれ３１ｄ側、３２ｅ＆ｋ側を選択、かつＯＮ／ＯＦＦ光スイッチ９のうち９ｋ（Ｓ１１）だけをＯＮ状態とすればよい。なお、図１１に示した本実施例５では光カプラ４１ａで光ファイバ伝送路３２ｅ，３２ｋ中の光信号を合波し、一方光カプラ４１ｂで光ファイバ伝送路３２ｃ，３２ｍ中の光信号を合波しているが、これは光カプラ４１ａで光ファイバ伝送路３２ｅ，３２ｍ中の光信号を合波し、光カプラ４１ｂで光ファイバ伝送路３２ｃ，３２ｅ中の光信号を合波している。
【０１１１】
なお、図１１に示した本実施例５等、合波器として光カプラを用いた場合は原理的に３ｄＢの損失が生じるが、図１０（２）中に示したマッハツェンダ干渉計を利用した合波器６０を適当に設計して用いれば原理的には無損失にすることが可能である。なぜならば、例えば図１１において光ファイバ伝送路３２ｃ中を伝搬する可能性があるのは光周波数ｆ1，ｆ3，ｆ5，ｆ7の信号光であり、一方、光ファイバ伝送路３２ｍ中を伝搬する可能性があるのは光周波数ｆ10，ｆ12，ｆ14，ｆ16の信号光である。したがって、例えば周波数多重間隔が１００ＧＨｚとすれば、周期２００ＧＨｚのマッハツェンダ干渉計を用いることにより無損失の合波特性を得ることが可能である。
【０１１２】
さらに、合波器として用いられている光カプラ４１ａ、４１ｂの代わりにそれぞれ１×２光スイッチを備え、選択する光周波数にしたがって切り換えるように構成すると、損失の少ない合波手段を構成することができる。また、光カプラ４１ａ、４１ｂ及び光スイッチ３９ｂの代わりに１×４光スイッチで光ファイバ伝送路３２ｃ、３２ｅ、３２ｋ、３２ｍのうちから一つを選択して光ファイバ伝送路２に接続するように構成しても、もちろんよい。
【０１１３】
次に、図１１に示した本実施例５の周波数選択光フィルタの効果について説明する。まず、以上詳述した本実施例５の動作から、図１を用いて説明した実施例１の有する効果、すなわち不要な光出力がなくてクロストーク（漏れ込み）光が少ないという優れた特性を示すことは明らかである。
【０１１４】
さらに、本実施例５では、１６波の周波数多重光の中から任意の１波の信号光を選択するのに必要な光スイッチの個数はＯＮ／ＯＦＦ光スイッチ４個と１×２光スイッチ２個の合計６個だけである。これは、図１５を用いて説明した従来例では多重光の数だけＯＮ／ＯＦＦ光スイッチが必要であったのに比べて、約１／４で済む。種々の周波数多重数のアレイ導波路回折格子型光合分波器を用いて同様な周波数選択光フィルタを構成した場合に必要な光スイッチの個数を、図１３に表としてまとめた。例えば周波数多重数６４のアレイ導波路回折格子型光合分波器を用いて６３ないし６４波の多重光から１波を選択する光フィルタを構成する場合、従来例では６３個の光スイッチが必要であったのが本実施例５の構成ではわずか１８個で済む。図８を用いて説明した実施例４でも３３個の光スイッチが必要であり、コストの削減や信頼性の向上、制御回路規模の縮小などの効果は極めて著しい。
【０１１５】
加えて、図１１に示した本実施例５では第１および第２の入出力導波路２３，２７のうち、中央付近の導波路のみを利用しており、Ｉ１，Ｉ１６，Ｊ１，Ｊ１６といった両端付近の導波路は使用していない。一般にアレイ導波路回折格子型光合分波器の両端付近の入出力導波路は中央付近の導波路に比べて損失および導波路間での損失差が大きい。したがって、本実施例５は、損失ならびに光周波数による損失差のばらつきが改善されるという効果も併せ持っている。
【０１１６】
以上まとめると、本実施例５は、実施例４で説明した諸効果に加えて、入力用光路と出力用光路をともに複数のうちから一つ選択出来るように構成することで、光スイッチ９を双方向に伝搬するそれぞれ２種類の光周波数の異なる光に対して利用するという巧みな構成により、制御に要する光スイッチの個数をさらに減らせるとともに損失および損失差の少ない周波数選択光フィルタを構成出来るという複合的で極めて著しい効果を得ることができる。
【０１１７】
なお、図１１に示した光回路においても光ファイバ伝送路２から周波数多重信号光を入力し、光ファイバ伝送路１から選択された信号光を取り出すように構成してもよい。また、図１１に示した本実施例５においては折り返し光路Ｆｘ、光スイッチＳｘとしてｘ＝５，７，９，１１なる４つの光路及び光スイッチを備えているが、この代わりに例えば図１に示された折り返し光路Ｆｘおよび光スイッチＳｘのうちｘ＝１，３，１３，１５なる４つの光路及び光スイッチを備えても、同様な機能を有する光ファイバを構成することが可能である。
【０１１８】
また、本実施例５においては導波路２３ｄ（Ｉ４），２３l （Ｉ１２）に入力用光路である光ファイバ伝送路３１ｄ，３１ｌを接続したが、第１の入出力導波路２３のうち他の導波路に接続してもよい。例えば、光ファイバ伝送路３１ｄ，３１ｌをそれぞれ導波路Ｉｉ，Ｉ（ｉ＋（Ｎ／２））（ｉは１≦ｉ≦Ｎ／２の自然数、Ｎは周波数多重数）に接続して、光ファイバ伝送路３２ｃ，３２ｄ，３２ｋ，３２ｍを第１の入出力導波路２３のうちの対応した導波路にそれぞれ接続することにより、同様な機能を有する周波数選択光フィルタを構成することが可能である。
【０１１９】
また、実施例１で説明したように、複数系統の周波数選択光フィルタを同時に構成しても勿論よい。さらに、実施例２で説明したように、折り返し光路２８で接続する導波路対（Ｊｓ，Ｊｔ）（１≦ｓ，ｔ≦Ｎ）として、ｙ＝Ｍｏｄ〔ｔ−ｓ＋Ｎ，Ｎ｝で定義される値ｙが１≦ｙ≦Ｎ−１を満たす自然数であるような導波路対を選んでも、勿論よい。
【０１２０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、フィルタへの入力用光路と出力用光路とをアレイ導波路回折格子型光合分波器の同一側の入出力導波路に接続し、一方、アレイ導波路回折格子型光合分波器の逆側の入出力導波路には光スイッチをそれぞれ備えた折り返し光路を接続する構成により、不要な光出力がなくクロストーク（漏れ込み）光が少ないという優れた特性を実現している。また、本願発明のうち、折り返し光路及び光スイッチを逆方向に伝搬する光に対しても利用するようにした各発明によれば、このような２重化した光スイッチの利用形態をとったことにより、制御に要する光スイッチの個数を少なくすることができるという大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の周波数選択光フィルタを示す構成図である。
【図２】本発明の実施例１における周波数選択動作を説明する図である。
【図３】本発明の実施例１のフィルタ特性の測定例である。
【図４】本発明の実施例２の周波数選択光フィルタを示す構成図である。
【図５】本発明の実施例２のフィルタ特性の測定例である。
【図６】本発明の実施例３の周波数選択光フィルタを示す構成図である。
【図７】本発明の実施例３における周波数選択動作を説明する図である。
【図８】本発明の実施例４の周波数選択光フィルタを示す構成図である。
【図９】本発明の実施例４における周波数選択動作を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例４に用いられる１×２光スイッチの構成を説明する図である。
【図１１】本発明の実施例５の周波数選択光フィルタを示す構成図である。
【図１２】本発明の実施例５における周波数選択動作を説明する図である。
【図１３】本発明の実施例４及び実施例５で得られる光スイッチの個数低減効果を説明する図である。
【図１４】従来の周波数選択光フィルタの原理を説明する図である。
【図１５】従来の周波数選択光フィルタを示す構成図である。
【図１６】周波数多重数１６のアレイ導波路回折格子型光合分波器の周波数合分波特性を示す図である。
【図１７】従来の周波数選択光フィルタにおける周波数選択動作を説明する図である。
【図１８】導波路型光スイッチの構成例を説明する図である。
【図１９】従来の周波数選択光フィルタの特性の測定例である。
【図２０】１６×１６のアレイ導波路回折格子型光合分波器の周波数合分波特性を示す図である。
【符号の説明】
１，２，１’，２’    光ファイバ伝送路９ａ〜９ｐ    光スイッチ２９ａ〜２９ｐ  ２×２光スイッチ２１    アレイ導波路回折格子型光合分波器２３ａ〜２３ｐ    第１の入出力導波路２４，２５    スラブ導波路２６    アレイ導波路回折格子２７ａ〜２７ｐ    出力導波路１８ａ〜１８ｐ    光ファイバ（ループバック光路）２８ａ〜２８ｐ，２８’ａ〜２８’ｐ    光ファイバ（折り返し光路）３１ｄ，３１ｌ，３２ｃ，３２ｅ，３２ｇ，３２ｉ，３２ｋ，３２ｍ，    光ファイバ伝送路３９，３９ａ，３９ｂ    １×２光スイッチ４１ａ，４１ｂ  光カプラ
【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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