(57)【要約】  本発明の光導波体は、クラッドと、このクラッドに埋め込まれたコアとを備え、前記コアの物理的寸法を変えることにより、前記コアの等価屈折率が、光伝搬方向にわたって、不均一に変化している。
2009081901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッドと、このクラッドに埋め込まれたコアとを備え、
前記コアの物理的寸法を変えることにより、このコアの等価屈折率が、光伝搬方向にわたって、不均一に変化している
ことを特徴とする光導波体。
【請求項２】
前記コアの幅が、前記光伝搬方向にわたって不均一に分布している
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波体。
【請求項３】
前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側が対称となるように、前記光伝搬方向にわたって不均一に分布している
ことを特徴とする請求項２に記載の光導波体。
【請求項４】
前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側が非対称となるように、前記光伝搬方向にわたって不均一に分布している
ことを特徴とする請求項２に記載の光導波体。
【請求項５】
前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側のうち、一方の側のみが前記光伝搬方向にわたって不均一に分布している
ことを特徴とする請求項２に記載の光導波体。
【請求項６】
前記コアが、直線状に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波体。
【請求項７】
前記コアが、蛇行状に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波体。
【請求項８】
前記光伝搬方向にわたる前記コアの等価屈折率分布が、
Ｚａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式を用いて、反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き；
この逆散乱問題で得られた値から、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測する設計法で設計されている；
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波体。
【請求項９】
前記光伝搬方向にわたる前記コアの前記等価屈折率分布が、
前記光導波体の前方及び後方に伝搬する電力波の振幅なる変数を導入した波動方程式を用いて、前記光導波体の等価屈折率の対数の微分から導かれるポテンシャルを有するＺａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式に帰着させ、反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き；
この逆散乱問題で得られた値から、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測し；
このポテンシャルに基づいて等価屈折率を求め；
予め求められた、所定の前記コアの厚さと、前記等価屈折率と、前記コアの寸法と、の関係から、前記光導波体の光伝搬方向にわたる前記コアの幅分布を算出して設計されている；
ことを特徴とする請求項８に記載の光導波体。
【請求項１０】
請求項１に記載の光導波体を備えた光デバイスであって、
前記光導波体の一端が透過端で、かつ前記光導波体の他端が反射端であり；
前記透過端が無反射終端で終端され；
前記反射端でサーキュレータ又は方向性結合器を介して光出力が取り出される；
ことを特徴とする光デバイス。
【請求項１１】
前記光デバイスが光導波路型波長分散補償デバイスである
ことを特徴とする請求項１０に記載の光デバイス。
【請求項１２】
前記光導波体は、中心波長λｃが１２８０ｎｍ≦λｃ≦１３２０ｎｍ及び１４９０ｎｍ≦λｃ≦１６１３ｎｍの範囲、動作帯域ΔＢＷが０．１ｎｍ≦ΔＢＷ≦４０ｎｍの範囲にて、
分散Ｄが−１５００ｐｓ／ｎｍ≦Ｄ≦２０００ｐｓ／ｎｍの範囲、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳが−０．１ｎｍ−１≦ＲＤＳ≦０．１ｎｍ−１の範囲の特性を有する
ことを特徴とする請求項１１に記載の光デバイス。
【請求項１３】
前記光デバイスが利得等化器である
ことを特徴とする請求項１０に記載の光デバイス。
【請求項１４】
前記光デバイスがフィルターである
ことを特徴とする請求項１０に記載の光デバイス。
【請求項１５】
前記光導波体が複数のチャンネルに分れ、
前記各チャンネルで所望の波長帯域の光が反射される
ことを特徴とする請求項１４に記載の光デバイス。
【請求項１６】
前記各チャンネル間で郡遅延が異なっている
ことを特徴とする請求項１５に記載の光デバイス。
【請求項１７】
光導波体の下クラッド層を設ける工程と；
次いで、前記下クラッド層上に、この下クラッド層よりも屈折率の大きいコア層を設ける工程と；
次いで、前記コア層に、コアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化するように設計された所定のコア形状を残す一方、それ以外の部分を除去する加工を施してコアを形成する工程と；
次いで、前記コアを覆う上クラッドを設ける工程と；
を有し、請求項１に記載の光導波体を製造することを特徴とする光導波体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型光導波体及びその製造方法並びにこの光導波体を備えた光デバイスに関する。この光デバイスは、光ファイバ通信網などに使用できる。
本願は、２００７年１２月２１日に、日本国に出願された特願２００７−３３１００４号に基づき優先権を主張し、この内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
光通信において、高密度波長多重（ＤＷＤＭ：Dense Wavelength-Division Multiplexing）伝送の広帯域化・高速化が急速に進められている。
高速伝送を行うためには、この伝送線路として、伝送帯域で波長分散ができるだけ小さく、一方で非線形効果を抑制するために波長分散が零にはならない光ファイバを用いることが望ましい。しかし、既に広範囲に敷設されている光ファイバは、分散が大きい波長領域で使われることが多い。
例えば、波長１．３μｍ付近で零分散を有する標準シングルモードファイバ（Ｓ−ＳＭＦ：Standard Single-Mode Fiber）は、エルビウム添加光ファイバ増幅器が実用化されたことにより、波長１．５３〜１．６３μｍ帯で使われている。また、零分散を波長１．５５μｍ付近にシフトさせた分散シフトファイバ（ＤＳＦ：Dispersion Shifted Fiber）は、Ｃバンドだけでなく、ＳバンドやＬバンドで使われることがある。その他、波長１．５５μｍでゼロ分散にならない各種ノンゼロ分散シフトファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ：Non-Zero Dispersion Shifted Fiber）がある。これらの光ファイバをＤＷＤＭで使用する場合、広い波長範囲にわたる残留分散の補償技術が重要である。【０００３】
分散補償には、様々な技術が用いられている。その中でも、分散補償ファイバ（ＤＣＦ：Dispersion Compensation Fiber）を用いる分散補償が最も実用化された技術である（例えば、特許文献１、２参照）。ＤＣＦは、所望の分散補償量が得られるように、光ファイバの屈折率分布が制御されている。しかし、ＤＣＦは通常、補償の対象となる光ファイバと同程度の長さが必要となる。そのため、このＤＣＦをモジュール化した場合、大きな設置スペースが必要となるだけでなく、伝搬損失も無視できなくなる。また、ＤＣＦには正確な屈折率分布の制御が必要であり、作製が難しいという面があるだけでなく、広帯域で要求される分散補償量を満たすことが困難になることも多い。【０００４】
ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Fiber Bragg Grating）も、分散補償によく用いられる技術の一つである（例えば、特許文献３参照）。ＦＢＧは、ファイバにＵＶ光を照射することにより、ファイバコアの屈折率を変化させ、屈折率が異なることによるグレーティングを形成させることで分散補償を行う。これにより、分散補償用の小型デバイスは実現可能となるが、屈折率変化の制御が難しい。さらに、ファイバの屈折率の変化に限度があるため、実現できる分散補償特性に限界がある。また、ＦＢＧを用いたデバイスの小型化と大量生産にも限界がある。【０００５】
光平面回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）は、平面に構築される光回路を用いて、分散補償を行える。ラティス型ＰＬＣは、その一例である（例えば、非特許文献１参照）。しかし、ラティス型ＰＬＣは、結合共振器をカスケード接続して分散を制御しており、デジタルＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルターの原理に基づいている。そのため、実現する分散量が限られている。【０００６】
アレイ導波路格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）で分波し、チャンネルごとに行路差を付け、遅延時間を調整した後にコリメートレンズで再び合波する仕組みも考えられている（例えば、特許文献４参照）。しかしながら、この方法では構造が複雑で作製が難しいだけでなく、必要とするスペースが大きい。【０００７】
ＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）型分散補償器は、薄板の両面に反射膜をコーティングした波長分散素子（ＶＩＰＡ板）と、反射ミラーとから構成された分散補償デバイスである（例えば、特許文献５参照）。このデバイスは、３次元の構造で分散を調整している。そのため、構造的に複雑であり、製造上極めて高い精度が要求される。【０００８】
また、ＤＷＤＭでは、広い帯域において各種ファイバアンプが使われている。例えばエルビウム添加ファイバアンプをはじめとするファイバアンプは、増幅特性が波長依存性をもっている。そのため、異なる波長で異なる利得を有する（例えば非特許文献２参照）。これは、伝送する信号のＳ／Ｎ比を劣化させる原因になる。このＳ／Ｎ比の劣化を改善するためには、使用する各チャンネルで、同じ利得をもつ必要が生じる。特に、ＤＷＤＭでは、広い波長範囲が用いられるため、この波長範囲の利得を平坦化させる利得等化器の技術が重要である。【０００９】
利得等化器には、上述したＦＢＧやＡＷＧ、液晶等の様々な技術が用いられている。ＦＢＧを用いた技術では、上述したように屈折率変化の制御が難しく、屈折率の変化に限度がある。そのため、広い波長範囲にて利得の平坦化を行うには限界がある。ＡＷＧを用いた技術では、このＡＷＧで分波し、チャンネルごとに利得を制御した後、再び合波することで利得を平坦化できる。しかし、ＡＷＧは構造が複雑で作製が難しいだけでなく、必要とするスペースが大きくなる。また、ＡＷＧとＬｉＮｂＯ３のような結晶で作られる移相器とを組み合わせた利得等化器もあるが、やはり構成が複雑となる。【００１０】
液晶を用いた技術では、液晶に電圧を掛け、液晶内の分子の分極方向を変え、そこを通る光の減衰量を制御する。しかし、この方法では、光を空間上に分波する必要があり、装置の構成が複雑になる。【００１１】
さらに、ＤＷＤＭでは、広い帯域で複数のチャンネルにて通信が行われ、チャンネルのａｄｄ／ｄｒｏｐや、分波・合波が盛んに行なわれている。そのため、フィルターあるいは、複数のチャンネルのフィルタリングを行なうフィルターバンクが必要となる。【００１２】
フィルターには、様々な技術が用いられている。その中でも、ファイバーカプラを用いたものが、最も実用化された技術である（例えば、非特許文献３参照）。しかし、この技術では、広い波長帯域での適応が困難であり、選択的にフィルタリングすることができない。
また、上述した分散補償と同様に、ＦＢＧを用いた技術があるが、やはり屈折率変化の制御が難しく、ファイバの屈折率の変化に限度があるため、実現できるフィルター特性に限界がある。ＡＷＧを用いた技術もあるが、構造が複雑で作製が難しいだけでなく、必要とするスペースが大きくなる。さらに、フィルターでの損失が大きくなってしまう。
【特許文献１】日本国特許第３８５７２１１号公報
【特許文献２】日本国特許第３８１９２６４号公報
【特許文献３】特開２００４−３２５５４９号公報
【特許文献４】日本国特許第３８５２４０９号公報
【特許文献５】特開２００５−２７５１０１号公報
【非特許文献１】K. Takiguchi, et. al, “Dispersion slope equalizer for dispersion shifted fiber using a lattice-form programmable optical filter on a planar lightwave circuit,” J. Lightwave Technol., pp. 1647-1656, vol. 16, no. 9, 1998
【非特許文献２】H. Masuda, et. al, “Design and spectral characteristics of gain- flattened tellurite-based fiber Raman amplifies,” J. Lightwave Technol., pp. 504-515, vol. 24, no. 1, 2006
【非特許文献３】K. Morishita, et. al, “Fused fiber couplers made insensitive by the glass structure change, ” J. Lightwave Technol., pp. 1915-1920, vol. 26, no. 13, 2008
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ＤＷＤＭを行なうにあたって、前述した従来技術における問題点は、次の通りである。
１：ＤＣＦを用いる分散補償は、長尺ファイバの使用で必要スペースが大きく、小型化が困難である。また実現できる分散補償特性に限界がある。
２：ＦＢＧを用いた場合では、光ファイバの屈折率の変化に限界が生じる。そのため、実現できる分散補償特性や利得の平坦化、フィルター特性に限界がある。ＦＢＧを重ね合わせた場合でも、同様である。
３：ラティス型ＰＬＣを用いる分散補償は、実現可能な分散補償量が小さい。
４：ＡＷＧを用いた場合では、構造が複雑であり、製造が難しく、コストが高くなってしまう。また、要求スペースが大きく、デバイスの小型化が困難である。
５：ＶＩＰＡ型分散補償器は、構造が複雑であり、製造が難しく、コストが高くなってしまう。
６：液晶を用いた利得等化器では、装置の構成が複雑になる。そのため、製造が難しく、コストが高くなってしまう。【００１４】
すなわち、分散補償器や利得等化器、フィルター等に搭載される光導波体に関し、ＤＷＤＭを行なうにあたって、広い波長範囲であっても対応できるように、所望の分散特性、波長特性等が得られる光導波体の開発が望まれていた。【００１５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、屈折率の変化を容易に制御でき、小型で、かつ製造が容易で低コスト化が可能な光導波体の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。
（１）本発明の光導波体は、クラッドと、このクラッドに埋め込まれたコアとを備え、前記コアの物理的寸法を変えることにより、このコアの等価屈折率が、光伝搬方向にわたって、不均一に変化している。【００１７】
（２）前記コアの幅が、前記光伝搬方向にわたって不均一に分布しているのが好ましい。【００１８】
（３）前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側が対称となるように、前記光伝搬方向にわたって不均一に分布しているのが好ましい。【００１９】
（４）前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側が非対称となるように、前記光伝搬方向にわたって不均一に分布しているのが好ましい。【００２０】
（５）前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側のうち、一方の側のみが前記光伝搬方向にわたって不均一に分布しているのが好ましい。【００２１】
（６）前記コアが、直線状に設けられているのが好ましい。【００２２】
（７）前記コアが、蛇行状に設けられているのが好ましい。【００２３】
（８）前記光伝搬方向にわたる前記コアの等価屈折率分布が、Ｚａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式を用いて、反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き；この逆散乱問題で得られた値から、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測する設計法で設計される；のが好ましい。【００２４】
（９）前記光伝搬方向にわたる前記コアの前記等価屈折率分布が、光導波体の前方及び後方に伝搬する電力波の振幅なる変数を導入した波動方程式を用いて、前記光導波体の等価屈折率の対数の微分から導かれるポテンシャルを有するＺａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式に帰着させ、反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き；この逆散乱問題で得られた値から、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測し；このポテンシャルに基づいて等価屈折率を求め；予め求められた、所定の前記コアの厚さと、前記等価屈折率と、前記コアの寸法と、の関係から、前記光導波体の光伝搬方向にわたる前記コアの幅分布を算出して設計されている；のが好ましい。【００２５】
（１０）本発明の光デバイスは、上記（１）に記載の光導波体を備えた光デバイスであって、前記光導波体の一端が透過端で、かつ他端が反射端であり；前記透過端が無反射終端で終端され；前記反射端でサーキュレータ又は方向性結合器を介して光出力が取り出されるのが好ましい。【００２６】
（１１）前記光デバイスが光導波路型波長分散補償デバイスであるのが好ましい。【００２７】
（１２）前記光導波体は、中心波長λｃが１２８０ｎｍ≦λｃ≦１３２０ｎｍ及び１４９０ｎｍ≦λｃ≦１６１３ｎｍの範囲、動作帯域ΔＢＷが０．１ｎｍ≦ΔＢＷ≦４０ｎｍの範囲にて、
分散Ｄが−１５００ｐｓ／ｎｍ≦Ｄ≦２０００ｐｓ／ｎｍの範囲、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳが−０．１ｎｍ−１≦ＲＤＳ≦０．１ｎｍ−１の範囲の特性を有するのが好ましい。【００２８】
（１３）前記光デバイスが利得等化器であるのが好ましい。【００２９】
（１４）前記光デバイスがフィルターであるのが好ましい。【００３０】
（１５）前記光導波体が複数のチャンネルに分れ、前記各チャンネルで所望の波長帯域の光が反射されるのが好ましい。【００３１】
（１６）前記各チャンネル間で郡遅延が異なっているのが好ましい。【００３２】
（１７）本発明の光導波体の製造方法は、光導波体の下クラッド層を設ける工程と；次いで、前記下クラッド層上に、この下クラッド層よりも屈折率の大きいコア層を設ける工程と；次いで、前記コア層に、コアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化するように設計された所定のコア形状を残す一方、それ以外の部分を除去する加工を施してコアを形成する工程と；次いで、前記コアを覆う上クラッドを設ける工程と；を有する。
【発明の効果】
【００３３】
上記（１）に記載の光導波体は、クラッドに埋め込まれたコアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化する。そのため、等価屈折率の変動率が、ＦＢＧ等の場合に比べて大きい上、細かく正確な制御が容易となる。また、構造が複雑でないため、周知の製造プロセスで大量に製造でき、低コスト化が図れる。【００３４】
上記（１１）に記載の光デバイス（光導波路型波長分散補償デバイス）によれば、本発明の光導波体を備えたことで、分散補償ファイバ等を用いる従来技術に比べて小型化でき、設置スペースが少なくて済む。また、従来のＦＢＧを用いた分散補償に比べ、実現できる分散補償特性が広くなるなど、優れた分散補償特性が得られる。さらに、ＰＬＣやＶＩＰＡ、ＡＷＧ等を用いた従来の分散補償デバイスに比べ、構造が簡単で、低コストで製造できる。【００３５】
上記（１４）に記載の光デバイス（利得等化器）によれば、上記（１）に記載の光導波体を備えたことで、従来のＦＢＧを用いた利得の平坦化と比べて、広い波長範囲にて利得の平坦化が行なえる。そのため、伝送する信号のＳ／Ｎ比の劣化の低減が図れる。また、ＡＷＧ等と比べ構造が簡単で、低コストで製造できる。【００３６】
上記（１５）に記載の光デバイス（フィルター）によれば、上記（１）に記載の光導波体を備えたことで、広い波長帯域であっても、選択的にフィルタリングが行える。また、ＡＷＧ等と比べ構造が簡単で、低コストで製造できる。【００３７】
上記（１９）に記載の光導波体の製造方法によれば、前述したように、所望の分散特性、波長特性等が得られる光導波体を、低コストで効率よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明の光導波体の一実施形態として、ＮＰＷＧの構造を示す概略斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、コアの幅の分布形状の一例を示す概略平面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、コアの幅の分布形状の他の一例を示す概略平面図である。
【図３】図３は、コアを蛇行状に設けた場合を例示する概略平面図である。
【図４】図４は、本発明の光導波路型波長分散補償デバイスの一実施形態を示す構成図である。
【図５】図５は、実施例１のＮＰＷＧのポテンシャル分布を示すグラフである。
【図６】図６は、実施例１のＮＰＷＧの群遅延特性を示すグラフである。
【図７】図７は、実施例１のＮＰＷＧの反射率特性を示すグラフである。
【図８】図８は、ｈ３＝６μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％コアを使用した場合、波長１５５０ｎｍでの等価屈折率とコア幅の関係を示すグラフである。
【図９】図９は、実施例１のＮＰＷＧのコア幅分布を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施例１のＮＰＷＧの等価屈折率の分布を示すグラフである。
【図１１】図１１は、実施例１のＮＰＷＧで高い初期屈折率を用いた場合のＮＰＷＧのコア幅の分布を示すグラフである。
【図１２】図１２は、実施例１のＮＰＷＧで高い初期屈折率を用いた場合のＮＰＷＧの等価屈折率分布を示すグラフである。
【図１３】図１３は、実施例２のＮＰＷＧのポテンシャル分布を示すグラフである。
【図１４】図１４は、実施例２のＮＰＷＧの群遅延特性を示すグラフである。
【図１５】図１５は、実施例２のＮＰＷＧの反射率特性を示すグラフである。
【図１６】図１６は、実施例２のＮＰＷＧのコア幅分布を示すグラフである。
【図１７】図１７は、実施例２のＮＰＷＧの等価屈折率の分布を示すグラフである。
【図１８】図１８は、実施例３のＮＰＷＧのポテンシャル分布を示すグラフである。
【図１９】図１９は、実施例３のＮＰＷＧの群遅延特性を示すグラフである。
【図２０】図２０は、実施例３のＮＰＷＧの反射率特性を示すグラフである。
【図２１】図２１は、実施例３のＮＰＷＧのコア幅分布を示すグラフである。
【図２２】図２２は、実施例３のＮＰＷＧの等価屈折率の分布を示すグラフである。
【図２３】図２３は、実施例４のＮＰＷＧのポテンシャル分布を示すグラフである。
【図２４】図２４は、実施例４のＮＰＷＧの群遅延特性を示すグラフである。
【図２５】図２５は、実施例４のＮＰＷＧの反射率特性を示すグラフである。
【図２６】図２６は、実施例４のＮＰＷＧのコア幅分布を示すグラフである。
【図２７】図２７は、実施例４のＮＰＷＧの等価屈折率の分布を示すグラフである。
【図２８】図２８は、実施例５のＮＰＷＧのポテンシャル分布を示すグラフである。
【図２９】図２９は、実施例５のＮＰＷＧの群遅延特性を示すグラフである。
【図３０】図３０は、実施例５のＮＰＷＧの反射率特性を示すグラフである。
【図３１】図３１は、実施例５のＮＰＷＧのコア幅分布を示すグラフである。
【図３２】図３２は、実施例５のＮＰＷＧの等価屈折率の分布を示すグラフである。
【図３３】図３３は、実施例６のＮＰＷＧのポテンシャル分布を示すグラフである。
【図３４】図３４は、実施例６のＮＰＷＧの群遅延特性を示すグラフである。
【図３５】図３５は、実施例６のＮＰＷＧの反射率特性を示すグラフである。
【図３６】図３６は、実施例６のＮＰＷＧのコア幅分布を示すグラフである。
【図３７】図３７は、実施例６のＮＰＷＧの等価屈折率の分布を示すグラフである。
【図３８】図３８は、実施例７のＮＰＷＧの群遅延特性を示すグラフである。
【図３９】図３９は、実施例８のＮＰＷＧのポテンシャル分布を示すグラフである。
【図４０】図４０は、実施例８のＮＰＷＧの群遅延特性を示すグラフである。
【図４１】図４１は、実施例８のＮＰＷＧの反射率特性を示すグラフである。
【図４２】図４２は、実施例８のＮＰＷＧのコア幅分布を示すグラフである。
【図４３】図４３は、実施例８のＮＰＷＧの等価屈折率の分布を示すグラフである。
【図４４】図４４は、実施例９のＮＰＷＧのポテンシャル分布を示すグラフである。
【図４５】図４５は、実施例９のＮＰＷＧの群遅延特性を示すグラフである。
【図４６】図４６は、実施例９のＮＰＷＧの反射率特性を示すグラフである。
【図４７】図４７は、実施例９のＮＰＷＧのコア幅分布を示すグラフである。
【図４８】図４８は、実施例９のＮＰＷＧの等価屈折率の分布を示すグラフである。
【図４９】図４９は、実施例１０のＮＰＷＧのポテンシャル分布を示すグラフである。
【図５０】図５０は、実施例１０のＮＰＷＧの群遅延特性を示すグラフである。
【図５１】図５１は、実施例１０のＮＰＷＧの反射率特性を示すグラフである。
【図５２】図５２は、実施例１０のＮＰＷＧのコア幅分布を示すグラフである。
【図５３】図５３は、実施例１０のＮＰＷＧの等価屈折率の分布を示すグラフである。
【図５４】図５４は、本発明の利得等化器の一実施形態を示す構成図である。
【図５５】図５５は、本発明のフィルターの一実施形態を示す構成図である。
【図５６】図５６は、実施例１１のＮＰＥＧの反射率特性を示すグラフである。
【図５７】図５７は、実施例１１のＮＰＷＧのコア幅分布を示すグラフである。
【図５８】図５８は、実施例１２のＮＰＥＧの反射率特性を示すグラフである。
【図５９】図５９は、実施例１２のＮＰＷＧのコア幅分布を示すグラフである。
【図６０】図６０は、実施例１３のＮＰＥＧの反射率特性を示すグラフである。
【図６１】図６１は、実施例１３のＮＰＷＧの群遅延特性を示すグラフである。
【図６２】図６２は、実施例１３のＮＰＷＧのコア幅分布を示すグラフである。
【図６３】図６３は、実施例１４のＮＰＥＧの反射率特性を示すグラフである。
【図６４】図６４は、実施例１４のＮＰＷＧの群遅延特性を示すグラフである。
【図６５】図６５は、実施例１４のＮＰＷＧのコア幅分布を示すグラフである。
【図６６】図６６は、実施例１５のＮＰＥＧの反射率特性を示すグラフである。
【図６７】図６７は、実施例１５のＮＰＷＧの群遅延特性を示すグラフである。
【図６８】図６８は、実施例１５のＮＰＷＧのコア幅分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
１０  ＮＰＷＧ
１１  コア
１２  クラッド
１３  反射端
１４  透過端
１５  サーキュレータ
１６  無反射終端
２０  光導波路型波長分散補償デバイス
３０  利得等化器
４０  フィルター
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明の光導波体は、クラッドに埋め込まれたコアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化する。
以下、図面を参照して本発明の光導波体の実施形態を説明する。
図１は、本発明の光導波体の一実施形態を示す概略斜視図である。本実施形態の光導波体は、コアの等価屈折率を光伝搬方向にわたって不均一に変化させる手段として、コアの幅ｗを長手方向（ｚ）にわたって変化させた非均一幅をもつ平面導波路（Non-uniform Planar WaveGuide；以下、ＮＰＷＧと記す）である。ここで、非均一とは、物理寸法が導波路の進行方向の場所とともに変化していることをいう。図１中、符号１０はＮＰＷＧ、符号１１はコア、符号１２はクラッドである。【００４１】
本実施形態のＮＰＷＧ１０は、クラッド１２中に、コア１１を有する。コア１１は、図１に示すように、一定の高さｈ３を有する。また、コア１１の幅ｗは、長手方向（ｚ）方向にわたって不均一に変化し、導波路の伝搬モードの局所等価屈折率を変化させている。【００４２】
ＮＰＷＧ１０の動作原理は、ＦＢＧのグレーティングと一見類似している。しかし、等価屈折率の変化に関し、ＦＢＧではコア媒質の屈折率を変化させるのに対して、本実施形態のＮＰＷＧ１０では、コア１１の幅を長手方向に沿って変化させることで等価屈折率を変化させている。このように、等価屈折率の変化に関して、その動作原理は両者で全く相違している。
ＮＰＷＧ１０では、コア１１の幅を長手方向に沿って変化させることで得られる等価屈折率の変動率が、ＦＢＧの場合に比べて大きい上、細かく正確な制御が容易である。
ＮＰＷＧ１０の構造は、平面的となっているため、周知の製造プロセスで大量に製造でき、低コスト化が図れる。【００４３】
ＮＰＷＧ１０は、石英ガラス系材料を用いることができる。その場合、例えば、クラッドを純石英ガラスで作製し、コアはゲルマニウム添加石英ガラスを用いればよい。また樹脂系材料の使用も可能である。【００４４】
また、ＮＰＷＧ１０としてシリコン系材料を用いた場合、電極をこのシリコン系材料に付けて制御を行なえば、可変デバイスが実現可能である。また、このデバイスに熱を加えた場合、材料の熱膨張により導波路が長くなる。そのため、特性を長波長側にシフトする。この特性を利用すれば、熱の制御による可変デバイスが可能となる。【００４５】
ＮＰＷＧ１０のコア幅の分布は、所望の反射スペクトルから必要な幅分布を得る逆散乱問題の手法を用いて設計される。
まず、ＮＰＷＧ１０に伝搬する電磁界を次のように定式化する（参考文献：J. E. Sipe, L. Poladian, and C. Martijn de Sterke, “Propagation through nonuniform grating structures,” J. Opt. Soc. Am. A, vol. 11, no. 4, pp. 1307-1320, 1994）。電磁界の時間変動をｅｘｐ（−ｉωｔ）と仮定すると、Ｍａｘｗｅｌｌ方程式により、ＮＰＷＧ１０に伝搬する電磁界は、次式（１）、（２）で表される。
2009081901.tif 000003
2009081901.tif 000004
ただし、上記式（１），（２）で、Ｅ，Ｈはそれぞれ電界と磁界の複素振幅を表し、ｎは導波路の屈折率を表す。【００４６】
ここで、次式（３），（４）                          
2009081901.tif 000005
2009081901.tif 000006
で定義される、ｚの前方に伝搬する電力波振幅Ａ＋（ｚ）と、ｚの後方に伝搬する電力波の振幅Ａ−（ｚ）をと、上記式（１）と式（２）にそれぞれ導入する。ただし、Ｚ０＝√μ０／ε０は真空中のインピーダンスを表し、ｎ０は参照屈折率を表す。これらの変数から、次式（５），（６）がそれぞれ導かれる：                    
2009081901.tif 000007
2009081901.tif 000008
ただし、ｃは真空中の光速を表す。【００４７】
これらの式（５），（６）は、次式（７）                                    
2009081901.tif 000009
で変数変換を行うと、次式（８）、（９）に示すＺａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式にそれぞれ帰着される：                            
2009081901.tif 000010
2009081901.tif 000011
ただし、ω０は参照角周波数を表す。【００４８】
これらのＺａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式は、逆散乱問題として解くことができる。すなわち、次式（１０）
2009081901.tif 000012
で定義される反射係数のスペクトルデータから、ポテンシャル関数u(x)を数値的に解くことができる（参考文献：P. V. Frangos and D. L. Jaggard, “A numerical solution to the Zakharov-Shabat inverse scattering problem,” IEEE Trans. Antennas and Propag., vol. 39, no. 1, pp. 74-79, 1991）。【００４９】
これを前記問題に当てはめると、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを求めることができる。ここで、反射スペクトルとは、波長に対する群遅延量と反射率から得られる複素反射データをいう。【００５０】
ポテンシャルu(x)が得られれば、局所等価屈折率n(x)は、次式（１１）のように求められる。
2009081901.tif 000013
【００５１】
さらに、実際作製しようとする導波路のコアの厚みと、コアの屈折率およびクラッドの屈折率から求められる、コアの幅に対する等価屈折率と、の関係から、光の伝搬方向の所定の位置におけるコア幅ｗ（ｘ）を求められる。【００５２】
本発明のＮＰＷＧ１０を、後述する分散補償デバイス２０に用いる場合には、被補償光ファイバの使用波長と使用帯域及び使用長さを考慮し、被補償光ファイバの分散と逆になるように（分散補償できるように）スペクトルデータを作成し、前記設計手法を用いて逆問題を解き、ＮＰＷＧ１０を設計する。これにより、小型で高性能の分散補償デバイス２０が実現される。【００５３】
本発明のＮＰＷＧ１０を、後述する利得等化器３０に用いる場合には、利得等化器３０のファイバシステムに対して、その利得スペクトルと逆になるようにスペクトルデータを作成し、上記の設計法を用いて逆問題を解き、ＮＰＷＧ１０を作製すれば、利得等化器３０が実現される。利得スペクトルの形状としては、適用する利得等化器３０に応じて適宜設定して行えばよい。近似曲線を考えた場合、ｓｉｎ波形状、ガウス分布形状等が挙げられる。【００５４】
本発明のＮＰＷＧ１０を、後述するフィルター４０に用いる場合には、フィルタリングを行う波長領域に対して、その利得スペクトルと逆になるようにスペクトルデータを作成し、上記の設計法を用いて逆問題を解き、ＮＰＷＧ１０を作製すれば、フィルター４０が実現される。【００５５】
本発明のＮＰＷＧ１０は、例えば、次のように製造される。
まず、ＮＰＷＧ１０の下クラッド層を設ける。次いで、前記下クラッド層上に、下クラッド層よりも屈折率の大きいコア層を設ける。次いで、前記コア層に、コアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化するように設計された（上記（ａ）〜（ｃ）で設計された）所定のコア形状を残し、それ以外の部分を除去する加工を施してコア１１を形成する。次いで、前記コア１１を覆うクラッド１２を設け、ＮＰＷＧ１０を製造する。【００５６】
このように、ＮＰＷＧ１０のコア１１を形成する際、上記のコア幅ｗ（ｘ）の形状を有した（コア１０の等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化するように設計された）マスクを用い、フォトリソグラフィー法によってコア１１を形成するのが好ましい。このフォトリソグラフィー法に用いる材料や手順は、半導体製造分野等で周知のフォトリソグラフィー法に用いる材料や手順を用いて実施できる。また、クラッド層やコア層の成膜方法は、一般の光導波体の製造において用いられている周知の成膜技術を用いて実施できる。【００５７】
前記実施形態では、図１に示したように、クラッド１１中に、高さ（厚さ）が一定で、幅が長手方向にわたって不均一に変化するコア１１が埋設された構造のＮＰＷＧ１０を例示した。本発明に用いる光導波体は、本例示にのみ限定されず、種々の変更が可能である。
例えば、コア１１の幅分布は、図２Ａに示すように、コア１１の中心から幅方向の両側が対称となるように、光伝搬方向にわたって不均一に分布している構造でもよい。また、図２Ｂに示すように、コア１１の中心から幅方向の両側が非対称となるように、光伝搬方向にわたって不均一に分布している構造であってもよい。
また、コア１１は、図１に示すように、ＮＰＷＧ１０の長手方向（ｚ）に沿って直線状に設ける構造の他、図３に示すように、蛇行状にコア１１を設ける構造としてもよい。このように蛇行状にコア１１を設けた構造とすることで、ＮＰＷＧ１０をより小型化可能となる。【００５８】
＜光導波路型波長分散補償デバイス＞
光導波路型波長分散補償デバイス（以下、分散補償デバイスと略記する）の実施形態を説明する。本発明の分散補償デバイスは、上述した本発明のＮＰＷＧ１０を反射型の波長分散補償手段として有する。本発明のＮＰＷＧ１０は、そのコア１１の幅ｗが、長手方向（ｚ）方向にわたって不均一に変化し、導波路の伝搬モードの局所等価屈折率を変化させている。これによって反射型の波長分散補償機能を持たせている。
図４は、本発明の分散補償デバイスの一実施形態を示す構成図である。本実施形態の分散補償デバイス２０は、前述したＮＰＷＧ１０と、その反射端１３側に接続されたサーキュレータ１５とから概略構成されている。ＮＰＷＧ１０の透過端１４は、無反射終端１６になっている。サーキュレータ１５には、その入力側（input）に図示していない被補償光ファイバが接続されている。サーキュレータ１５の出力側（output）には、下流側の光ファイバが接続されている。この下流側の光ファイバは、光伝送路内で使用される。
本発明の分散補償デバイス２０は反射型デバイスであり、被補償光ファイバからサーキュレータ１５の入力側に入力された光信号は、ＮＰＷＧ１０に入って反射され、その反射波がサーキュレータ１５を介して出力される。【００５９】
この分散補償デバイス２０のＮＰＷＧ１０は、前述したように、被補償光ファイバの波長分散を補償できるような反射率特性を有している。そのため、被補償光ファイバから出力された光信号がＮＰＷＧ１０で反射される際に、その光信号の波長分散が補正されて出力される。そして、分散補償デバイス２０から出力された光信号は、サーキュレータ１５の出力側に接続された下流側の光ファイバに入力され、このファイバ内を伝搬する。【００６０】
本発明の分散補償デバイス２０は、前述した通りＮＰＷＧ１０を製造した後、このＮＰＷＧ１０の透過端１４を無反射終端１６で終端する。さらに、ＮＰＷＧ１０の反射端１３にサーキュレータ１５又は方向性結合器を接続する。以上で、図４に示す分散補償デバイス２０が得られる。【００６１】
＜利得等化器＞
利得等化器の実施形態を説明する。本発明の利得等化器は、上述した本発明のＮＰＷＧ１０を反射型の利得等価手段として有する。本発明のＮＰＷＧ１０は、そのコア１１の幅ｗが、長手方向（ｚ）方向にわたって不均一に変化し、導波路の伝搬モードの局所等価屈折率を変化させている。この局所等価屈折率の変化によって、導波路を伝搬する光信号は反射され、その反射光が、ファイバアンプの利得波長依存性を補償する波長依存性を有する。
図４は、本発明の利得等化器の一実施形態を示す構成図である。本実施形態の利得等化器３０は、前述したＮＰＷＧ１０と、その反射端１３側に接続されたサーキュレータ１５とから概略構成されている。ＮＰＷＧ１０の透過端１４は、無反射終端１６になっている。サーキュレータ１５には、その入力側（input）に図示していないファイバアンプが接続されている。サーキュレータ１５の出力側（output）には、下流側の光ファイバが接続されている。この下流側の光ファイバは、光伝送路内で使用される。
本発明の利得等化器３０は反射型デバイスであり、ファイバアンプからサーキュレータ１５の入力側に入力された光信号は、ＮＰＷＧ１０に入って反射され、その反射波がサーキュレータ１５を介して出力されるようになっている。この際、反射されて出力される各波長の光信号は、光強度の波長依存性が補償されている。【００６２】
この利得等化器３０のＮＰＷＧ１０は、前述したように、ファイバアンプの光強度の波長依存性を補償できるような反射率特性を有している。そのため、ファイバアンプから出力された光信号がＮＰＷＧ１０で反射される際に、その光信号の光強度の波長依存性が補償されて出力される。そして、利得等化器３０から出力された光信号は、サーキュレータ１５の出力側に接続された下流側の光ファイバに入力され、このファイバ内を伝搬する。【００６３】
＜フィルター＞
フィルターの実施形態を説明する。本発明のフィルターは、上述した本発明のＮＰＷＧ１０を反射型のフィルタリング手段として有する。本発明のＮＰＷＧ１０は、そのコア１１の幅ｗが、長手方向（ｚ）方向にわたって不均一に変化し、導波路の伝搬モードの局所等価屈折率を変化させている。この局所等価屈折率の変化によって、導波路を伝搬する光信号のうち、所望の波長帯域の光信号がフィルタリングされる。
図４は、本発明のフィルターの一実施形態を示す構成図である。本実施形態のフィルター４０は、前述したＮＰＷＧ１０と、その反射端１３側に接続されたサーキュレータ１５とから概略構成されている。ＮＰＷＧ１０の透過端１４は、無反射終端１６になっている。サーキュレータ１５には、その入力側（input）に図示していない光ファイバが接続されている。サーキュレータ１５の出力側（output）には、下流側の光ファイバが接続されている。この下流側の光ファイバは、光伝送路内で使用される。
本発明のフィルター４０は反射型デバイスであり、光ファイバからサーキュレータ１５の入力側に入力された光信号は、ＮＰＷＧ１０に入って反射され、その反射波がサーキュレータ１５を介して出力されるようになっている。この際、所望の波長帯域の光信号のみが反射される。【００６４】
このフィルター４０のＮＰＷＧ１０は、前述したように、光ファイバを伝搬する光信号のうち、所望の波長帯域の光信号のみ反射できるような反射率特性を有している。そのため、光ファイバから出力された光信号がＮＰＷＧ１０で反射される際に、この所望の波長帯域の光信号のみが反射されて出力される。そして、フィルター４０から出力された光信号は、サーキュレータ１５の出力側に接続された下流側の光ファイバに入力され、このファイバ内を伝搬する。【００６５】
本実施形態のフィルター４０は、ＮＰＷＧ１０が複数のチャンネルに分れ、各チャンネルで所望の波長帯域の光が反射される構成としたフィルターバンクとしてもよい。この際、各チャンネルでの郡遅延特性を、例えば１ｐｓ〜１０ｐｓ程度ずらしておくのが好ましい。これにより、ＮＰＷＧ１０の反射中心が異なる位置になるため、コア１１の幅が大きく変化する領域が、互いにずれて存在する。その結果、反射中心は、ＮＰＷＧ１０の一箇所に集中するのが避けられ、コア１１の幅の変化率を小さくでき、製造が容易になる。【００６６】
以下、具体的実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。実施例１〜１０は、本発明の分散補償デバイスに関する。実施例１１〜１２は、本発明の利得等化器に関する。実施例１３〜１５は、本発明のフィルターに関する。
【実施例】
【００６７】
＜実施例１＞
波長領域［１５４５ｎｍ〜１５５５ｎｍ］において、分散量Ｄ＝−１０ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ−１となる波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。この分散補償デバイスは、補償する分散量が少ないため、主にＤＣＦで補償しきれなかった分散を補償するために使われる。【００６８】
図５は、本実施例で作製した分散補償デバイスの、ＮＰＷＧのポテンシャル分布を表すグラフである。図中の横軸は、中心波長１５５０ｎｍで規格された場所を表す。このポテンシャルを用いると、図６に示す群遅延特性と、図７に示す反射率特性が得られる。両図には、設計に用いたスペクトルデータ（designed）と得られたスペクトルデータ（realized）が示されている。【００６９】
本実施例のＮＰＷＧを、高さｈ３＝６μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％となるコアが、石英ガラスからなるクラッドに埋め込まれた導波路構造とした。この導波路構造では、波長１５５０ｎｍにおける等価屈折率とコアの幅との関係は、図８に示すようになる。この際のクラッドの厚さは、コアに比べて十分大きいものとする。【００７０】
この導波路構造を用いた場合、図６と図７を実現するＮＰＷＧのコア幅分布は、図９に示すようになる。そのときのＮＰＷＧの等価屈折率の分布は、図１０に示すようになる。【００７１】
同じ材料の導波路構造を用いても、導波路全体の平均等価屈折率を示す参照屈折率n(o)を、導波路の厚さや材料に応じて設定すれば、異なるコア幅をもつＮＰＷＧで、同じ特性を実現できる。図１１は、前記の例より高い参照屈折率n(0)を使った場合の、コア幅方向のコア幅分布を示す。その時のＮＰＷＧの等価屈折率の分布は、図１２に示すようになる。【００７２】
コアとクラッドの材料は、石英ガラス系に限定されず、シリコン化合物、ポリマー等の光学分野等で従来周知の他の透明材料を用いることもできる。特に、屈折率の高い材料を用いれば、デバイスをさらに小さくし、伝送損失を下げられる。【００７３】
＜実施例２＞
波長領域［１５４５ｎｍ〜１５５５ｎｍ］において、分散量Ｄ＝−５０ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ−１となる波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。この分散補償デバイスも実施例１と同様に、主にＤＣＦで補償しきれなかった分散を補償するために使われる。【００７４】
図１３は、本実施例で作製した分散補償デバイスのＮＰＷＧのポテンシャル分布を表すグラフである。図中の横軸は、中心波長１５５０ｎｍで規格された場所を表す。このポテンシャルを用いると、図１４に示す群遅延特性と、図１５に示す反射率特性が得られる。両図には、設計に用いたスペクトルデータ（designed）と得られたスペクトルデータ（realized）が示されている。【００７５】
本実施例のＮＰＷＧを、高さｈ３＝６μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％となるコアが、純石英ガラスからなるクラッドに埋め込まれた導波路構造とした。この導波路構造では、図１４と図１５に示す各特性を実現するＮＰＷＧのコア幅分布は、図１６に示すようになる。そのときのＮＰＷＧの等価屈折率の分布は、図１７に示すようになる。【００７６】
＜実施例３＞
波長領域［１５４５ｎｍ〜１５５５ｎｍ］において、分散量Ｄ＝−１００ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ−１となる波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。この分散補償デバイスも前記各実施例と同様に、主にＤＣＦで補償しきれなかった分散を補償するために用いられる。本実施例では、長さ約６ｋｍの標準型シングルモードファイバ（Ｓ−ＳＭＦ：Standard Single-Mode Fiber）の波長分散を補償できる。【００７７】
図１８は、本実施例で作製した分散補償デバイスのＮＰＷＧのポテンシャル分布を表すグラフである。図中の横軸は、中心波長１５５０ｎｍで規格された場所を表す。このポテンシャルを用いると、図１９に示す群遅延特性と、図２０に示す反射率特性が得られる。両図には、設計に用いたスペクトルデータ（designed）と得られたスペクトルデータ（realized）が示されている。【００７８】
本実施例のＰＷＧを、高さｈ３＝６μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％となるコアが、純石英ガラスからなるクラッドに埋め込まれた導波路構造とした。この導波路構造では、図１９と図２０の各特性を実現するＮＰＷＧのコア幅分布は、図２１に示すようになる。そのときのＮＰＷＧの等価屈折率の分布は、図２２に示すようになる。【００７９】
＜実施例４＞
波長領域［１５４９．６ｎｍ〜１５５５．４ｎｍ］において、分散量Ｄ＝−１００ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ−１となる波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。この分散補償デバイスの場合、長さ約１００ｋｍのＳ−ＳＭＦの波長分散を補償できる。【００８０】
図２３は、本実施例で作製した分散補償デバイスのＮＰＷＧのポテンシャル分布を表すグラフである。図中の横軸は、中心波長１５５０ｎｍで規格された場所を表す。このポテンシャルを用いると、図２４に示す群遅延特性と、図２５に示す反射率特性が得られる。両図には、設計に用いたスペクトルデータ（designed）と得られたスペクトルデータ（realized）が示されている。【００８１】
本実施例のＮＰＷＧを、高さｈ３＝６μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％となるコアが、純石英ガラスからなるクラッドに埋め込まれた導波路構造とした。この導波路構造では、図２４と図２５の各特性を実現するＮＰＷＧのコア幅分布は、図２６に示すようになる。そのときのＮＰＷＧの等価屈折率の分布は、図２７に示すようになる。【００８２】
＜実施例５＞
波長領域［１５４８ｎｍ〜１５５２ｎｍ］において、分散量Ｄ＝−３４０ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ−１となる波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。本実施例の場合、最大分散量は約３４０ｐｓ／ｎｍ×４ｎｍ＝１３６０ｐｓであり、実施例４とほぼ同じである。本実施例では、分散を補償できる波長の帯域は、実施例４の４倍である。ただし、本実施例では、補償する帯域が大きくなるが、補償できるファイバの長さが短くなる。本実施例の場合は、長さ約２０ｋｍのＳ−ＳＭＦの波長分散を補償できる。【００８３】
図２８は、本実施例で作製した分散補償デバイスのＮＰＷＧのポテンシャル分布を表すグラフである。図中の横軸は、中心波長１５５０ｎｍで規格された場所を表す。このポテンシャルを用いると、図２９に示す群遅延特性と、図３０に示す反射率特性が得られる。両図には、設計に用いたスペクトルデータ（designed）と得られたスペクトルデータ（realized）が示されている。【００８４】
本実施例のＮＰＷＧを、高さｈ３＝６μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％となるコアが、純石英ガラスからなるクラッドに埋め込まれた導波路構造とした。この導波路構造では、図２９と図３０の各特性を実現するＮＰＷＧのコア幅分布は、図３１に示すようになる。そのときの導波路の等価屈折率の分布は、図３２に示すようになる。【００８５】
＜実施例６＞
波長領域［１５４６ｎｍ〜１５５４ｎｍ］において、分散量Ｄ＝−１７０ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝０．００３４ｎｍ−１となる波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。本実施例の場合、最大分散量は約１７０ｐｓ／ｎｍ×８ｎｍ＝１３６０ｐｓであり、実施例５とほぼ同じである。本実施例では、分散を補償できる波長の帯域は、実施例５の２倍である。ただし、本実施例では、補償する帯域が大きくなるが、補償できるファイバの長さが短くなる。本実施例の場合は、長さ約１０ｋｍのＳ−ＳＭＦの波長分散を補償できる。【００８６】
図３３は、本実施例で作製した分散補償デバイスのＮＰＷＧのポテンシャル分布を表すグラフである。図中の横軸は、中心波長１５５０ｎｍで規格された場所を表す。このポテンシャルを用いると、図３４に示す群遅延特性と、図３５に示す反射率特性が得られる。両図には、設計に用いたスペクトルデータ（designed）と得られたスペクトルデータ（realized）が示されている。【００８７】
本実施例のＮＰＷＧを、高さｈ３＝６μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％となるコアが、純石英ガラスからなるクラッドに埋め込まれた導波路構造とした。この導波路構造では、図３４と図３５の各特性を実現するＮＰＷＧのコア幅分布は、図３６に示すようになる。そのときのＮＰＷＧの等価屈折率の分布は、図３７に示すようになる。【００８８】
＜実施例７＞
波長領域［１５４６ｎｍ〜１５５４ｎｍ］において、分散量Ｄ＝−１７０ｐｓ／ｎｍを固定し、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳが変わった場合に対応して、波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。図３８は、ＲＤＳが０．００３４ｎｍ−１，０．０１ｎｍ−１，０．０２ｎｍ−１とした場合の群遅延特性を示す。図３８に示すように、ＲＤＳが変わった場合であっても、同様の郡遅延特性が観察された。【００８９】
＜実施例８＞
波長領域［１２９９．６ｎｍ〜１３００．４ｎｍ］において、分散量Ｄ＝２００ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝−０．０３ｎｍ−１となる波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。本実施例の場合、長さ約１００ｋｍのＳ−ＳＭＦの波長分散を補償できる。【００９０】
図３９は、本実施例で作製した分散補償デバイスのＮＰＷＧのポテンシャル分布を表すグラフである。図中の横軸は、中心波長１５５０ｎｍで規格された場所を表す。このポテンシャルを用いると、図４０に示す群遅延特性と、図４１に示す反射率特性が得られる。両図には、設計に用いたスペクトルデータ（designed）と得られたスペクトルデータ（realized）が示されている。【００９１】
本実施例のＮＰＷＧを、高さｈ３＝６μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％となるコアが、純石英ガラスからなるクラッドに埋め込まれた導波路構造とした。この導波路構造では、図４０と図４１の各特性を実現するＮＰＷＧのコア幅分布は、図４２に示すようになる。そのときのＮＰＷＧの等価屈折率の分布は、図４３に示すようになる。【００９２】
＜実施例９＞
波長領域［１４９９．６ｎｍ〜１５００．４ｎｍ］において、分散量Ｄ＝−１４００ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝０．００５ｎｍ−１となる波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。本実施例の場合、長さ約１００ｋｍのＳ−ＳＭＦの波長分散を補償できる。【００９３】
図４４は、本実施例で作製した分散補償デバイスのＮＰＷＧのポテンシャル分布を表すグラフである。図中の横軸は、中心波長１５５０ｎｍで規格された場所を表す。このポテンシャルを用いると、図４５に示す群遅延特性と、図４６に示す反射率特性が得られる。両図には、設計に用いたスペクトルデータ（designed）と得られたスペクトルデータ（realized）が示されている。【００９４】
本実施例のＮＰＷＧを、高さｈ３＝６μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％となるコアが、純石英ガラスからなるクラッドに埋め込まれた導波路構造とした。この導波路構造では、図４５と図４６の各特性を実現する導波路のコア幅分布は、図４７に示すようになる。そのときのＮＰＷＧの等価屈折率の分布は、図４８に示すようになる。【００９５】
＜実施例１０＞
波長領域［１５９９．６ｎｍ〜１６００．４ｎｍ］において、分散量Ｄ＝−２０００ｐｓ／ｎｍ、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳ＝０．００２５ｎｍ−１となる波長分散の補償を実現する分散補償デバイスを設計した。本実施例の場合、長さ約１００ｋｍのＳ−ＳＭＦの波長分散を補償できる。【００９６】
図４９は、本実施例で作製した分散補償デバイスのＮＰＷＧのポテンシャル分布を表すグラフである。図中の横軸は、中心波長１５５０ｎｍで規格された場所を表す。このポテンシャルを用いると、図５０に示す群遅延特性と、図５１に示す反射率特性が得られる。両図には、設計に用いたスペクトルデータ（designed）と得られたスペクトルデータ（realized）が示されている。【００９７】
本実施例のＮＰＷＧを、高さｈ３＝６μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％となるコアが、純石英ガラスからなるクラッドに埋め込まれた導波路構造とした。この導波路構造では、図５０と図５１の各特性を実現するＮＰＷＧのコア幅分布は、図５２に示すようになる。そのときのＮＰＷＧの等価屈折率の分布は、図５３に示すようになる。【００９８】
＜実施例１１＞
波長領域［１５３０ｎｍ、１５６５ｎｍ］において、補償する利得の波長依存性が２０ｄＢとなる利得等化器を設計した。利得の形状はｓｉｎ波形状とした。図５６に、設計に用いたスペクトルデータ（designed）を示す。【００９９】
本実施例のＮＰＷＧを、高さｈ３＝６μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％となるコアが、石英ガラスからなるクラッドに埋め込まれた構造とした。この導波路構造では、ＮＰＷＧのコア幅分布が、図５７に示すように、光伝搬方向の中央部に、幅変化の大きな分布領域を有する。この幅分布を有するＮＰＷＧでは、図５６に示すスペクトルデータ（real）が得られた。【０１００】
＜実施例１２＞
波長領域［１５３０ｎｍ、１５６５ｎｍ］において、補償する利得の波長依存性が２０ｄＢとなる利得等化器を設計した。この際、利得の形状は実施１１と逆な形に仮定した。図５８に、設計に用いたスペクトルデータ（designed）を示す。【０１０１】
本実施例のＮＰＷＧを、高さｈ３＝６μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％となるコアが、石英ガラスからなるクラッドに埋め込まれた構造とした。この導波路構造では、ＮＰＷＧのコア幅分布が、図５９に示すように、光伝搬方向の中央部よりやや光の導入側に、幅変化の大きな分布領域を有する。この幅分布を有するＮＰＷＧでは、図５８に示すスペクトルデータ（real）が得られた。【０１０２】
図５６，５８に示すように、本発明のＮＰＷＧを用いた実施例１１〜１２の利得等化器によれば、利得の形状によらず、波長１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍの利得の平坦化が図れることが確認された。【０１０３】
＜実施例１３＞
波長領域［１５４５．５ｎｍ、１５５０．５ｎｍ］の信号のみを反射させるフィルターを設計した。図６０に、設計に用いたスペクトルデータ（designed）を示す。図６１は、このときの郡遅延特性を示す（designed）。図６１に示すように、郡遅延が平坦である（線形位相をもつ）。【０１０４】
本実施例のＮＰＷＧを、高さｈ３＝６μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％となるコアが、石英ガラスからなるクラッドに埋め込まれた導波路構造とした。この導波路構造では、図６０と図６１の各特性を実現するＮＰＷＧのコア幅分布は、図６２に示すようになる。この幅分布を有するＮＰＷＧでは、図６０に示すスペクトルデータ（real）と、図６１に示す郡遅延特性（real）が得られた。【０１０５】
＜実施例１４＞
波長領域［１５４７ｎｍ、１５４９ｎｍ］と、波長領域［１５５１ｎｍ、１５５３ｎｍ］の２チャンネルの信号のみを反射させるフィルターバンクを設計した。図６３に、設計に用いたスペクトルデータ（designed）を示す。図６４は、このときの郡遅延特性を示す（designed）。郡遅延特性は、２チャンネルの郡遅延が１０ｐｓずれるように設計した。図６４に示すように、郡遅延がチャンネル内では平坦である（線形位相をもつ）。【０１０６】
本実施例のＮＰＷＧを、高さｈ３＝６μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％となるコアが、石英ガラスからなるクラッドに埋め込まれた導波路構造とした。この導波路構造では、図６３と図６４の各特性を実現するＮＰＷＧのコア幅分布は、図６５に示すようになる。本実施例では、設計時にチャンネル間の郡遅延をずらしたことにより、導波路の反射中心が異なる位置となる。そのため、図６５に示すように、コアの幅が大きく変化する領域が、互いにずれるようになる。これは、反射中心が一箇所に集中することを避け、コアの幅の変化率が大きくなることを防いでいる。この幅分布を有するＮＰＷＧでは、図６３に示すスペクトルデータ（real）と、図６４に示す郡遅延特性（real）が得られた。【０１０７】
＜実施例１５＞
波長領域［１５４０．５ｎｍ、１５５９．５ｎｍ］の間に、通過帯域が１ｎｍとなる１０チャンネルの信号のみを反射させるフィルターバンクを設計した。この際、チャンネル間の間隔が１ｎｍとした。図６６に、設計に用いたスペクトルデータ（designed）を示す。図６７は、このときの郡遅延特性を示す（designed）。郡遅延特性は、１０チャンネルの郡遅延が５ｐｓずれるように設計した。図６７に示すように、郡遅延がチャンネル内では平坦である（線形位相をもつ）。【０１０８】
本実施例のＮＰＷＧを、高さｈ３＝６μｍ、比屈折率差Δ＝０．６％となるコアが、石英ガラスからなるクラッドに埋め込まれた導波路構造とした。この導波路構造では、図６６と図６７の各特性を実現するＮＰＷＧのコア幅分布は、図６８に示すようになる。本実施例では、設計時にチャンネル間の郡遅延をずらしたことにより、導波路の反射中心が異なる位置となる。そのため、図６８に示すように、コアの幅が大きく変化する領域が、互いにずれるようになる。これは、反射中心が一箇所に集中することを避け、コアの幅の変化率が大きくなることを防いでいる。この幅分布を有するＮＰＷＧでは、図６６に示すスペクトルデータ（real）と、図６７に示す郡遅延特性（real）が得られた。【０１０９】
図６０〜６１、図６３〜６４、図６６〜６７にそれぞれ示すように、本発明のＮＰＷＧを用いた実施例１３〜１５のフィルターによれば、広い帯域で複数のチャンネルのフィルタリングを、用意に行なえるのが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明の光導波体は、クラッドと、このクラッドに埋め込まれたコアとを備え、前記コアの物理的寸法を変えることにより、このコアの等価屈折率が、光伝搬方向にわたって、不均一に変化している。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年10月18日(2010.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッドと、このクラッドに埋め込まれたコアとを備え、前記コアの幅が、前記コアの中心から前記コアの幅方向の両側が対称となるように、前記光伝搬方向にわたって不均一に分布していることにより、このコアの等価屈折率が、光伝搬方向にわたって、不均一に変化しており、
前記光伝搬方向にわたる前記コアの等価屈折率分布が、Ｚａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式を用いて、反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き、この逆散乱問題で得られた値から、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測する設計法で設計されていることを特徴とする光導波体。
【請求項２】
前記光伝搬方向にわたる前記コアの前記等価屈折率分布が、
前記光導波体の前方及び後方に伝搬する電力波の振幅なる変数を導入した波動方程式を用いて、前記光導波体の等価屈折率の対数の微分から導かれるポテンシャルを有するＺａｋｈａｒｏｖ−Ｓｈａｂａｔ方程式に帰着させ、反射係数のスペクトルデータからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き；
この逆散乱問題で得られた値から、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測し；
このポテンシャルに基づいて等価屈折率を求め；
予め求められた、所定の前記コアの厚さと、前記等価屈折率と、前記コアの寸法と、の関係から、前記光導波体の光伝搬方向にわたる前記コアの幅分布を算出して設計されている；
ことを特徴とする請求項１に記載の光導波体。
【請求項３】
前記コアが、直線状に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波体。
【請求項４】
前記コアが、蛇行状に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の光導波体を備えた光デバイスであって、
前記光導波体の一端が透過端で、かつ前記光導波体の他端が反射端であり；
前記透過端が無反射終端で終端され；
前記反射端でサーキュレータ又は方向性結合器を介して光出力が取り出される；
ことを特徴とする光デバイス。
【請求項６】
前記光デバイスが光導波路型波長分散補償デバイスであることを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記光導波体は、中心波長λｃが１２８０ｎｍ≦λｃ≦１３２０ｎｍ及び１４９０ｎｍ≦λｃ≦１６１３ｎｍの範囲、動作帯域ΔＢＷが０．１ｎｍ≦ΔＢＷ≦４０ｎｍの範囲にて、
分散Ｄが−１５００ｐｓ／ｎｍ≦Ｄ≦２０００ｐｓ／ｎｍの範囲、分散に対する分散スロープの比ＲＤＳが−０．１ｎｍ−１≦ＲＤＳ≦０．１ｎｍ−１の範囲の特性を有することを特徴とする請求項６に記載の光デバイス。
【請求項８】
前記光デバイスが利得等化器であることを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記光デバイスがフィルターであることを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記光導波体が複数のチャンネルに分れ、前記各チャンネルで所望の波長帯域の光が反射されることを特徴とする請求項９に記載の光デバイス。
【請求項１１】
前記各チャンネル間で郡遅延が異なっていることを特徴とする請求項１０に記載の光デバイス。
【請求項１２】
光導波体の下クラッド層を設ける工程と;
次いで、前記下クラッド層上に、この下クラッド層よりも屈折率の大きいコア層を設ける工程と;
次いで、前記コア層に、コアの等価屈折率が光伝搬方向にわたって不均一に変化するように設計された所定のコア形状を残す一方、それ以外の部分を除去する加工を施してコアを形成する工程と;
次いで、前記コアを覆う上クラッドを設ける工程と;
を有し、請求項１に記載の光導波体を製造することを特徴とする光導波体の製造方法。
【国際調査報告】
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