(57)【要約】【課題】モジュールサイズや制御回路ボードを小さくでき、さらに構成部品削減による素子サイズの低減も期待できる光周波数フィルタを提供することにある。【解決手段】入力導波路１１、出力導波路１２を片側に有する光分離回路１３と、該光分離回路１３の出力導波路１４に接続され、光を周波数毎に合波及び分波できる周波数合分波器１５と、該周波数合分波器１５の出力導波路１６１〜１６４それぞれに接続され、該出力導波路１６１〜１６４へ光を折り返し出力又は遮断できる反射型光ゲートスイッチ１７１〜１７４とからなることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光分離回路と、該光分離回路の出力導波路に接続され、光を周波数毎に合波及び分波できる周波数合分波器と、該周波数合分波器の出力導波路それぞれに接続され、該出力導波路へ光を折り返して出力又は遮断できる反射型光ゲートスイッチとからなることを特徴とする光周波数フィルタ。
【請求項２】
上記周波数合分波器が、アレイ導波路格子であることを特徴とする請求項１記載の光周波数フィルタ。
【請求項３】
上記周波数合分波器が、第一の分解能を持つ第一周波数合分波器と、第二の分解能を持つ第二周波数合分波器と、前記第一及び第二周波数合分波器の間に接続された光を透過又は遮断できる透過型光ゲートスイッチからなることを特徴とする請求項１記載の光周波数フィルタ。
【請求項４】
上記第一及び第二周波数合分波器の一方、もしくは、両方がアレイ導波路格子であることを特徴とする請求項３記載の光周波数フィルタ。
【請求項５】
上記光分離回路が、光カプラであることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の光周波数フィルタ。
【請求項６】
上記光分離回路が、サーキュレータであることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の光周波数フィルタ。
【請求項７】
光を周波数毎に合波及び分波でき、同じ合分波特性を示す少なくとも２本以上の入力導波路を有する周波数合分波器と、該周波数合分波器の出力導波路それぞれに接続され、該出力導波路へ光を折り返して出力又は遮断できる反射型光ゲートスイッチとからなることを特徴とする光周波数フィルタ。
【請求項８】
上記周波数合分波器が、アレイ導波路格子であることを特徴とする請求項７記載の光周波数フィルタ。
【請求項９】
上記周波数合分波器が、同じ合分波特性を示す少なくとも２本以上の入力導波路を有する第一の分解能を持つ第一周波数合分波器と、第二の分解能を持つ第一周波数合分波器と、前記第一及び第二周波数合分波器の間に接続され、光を透過又は遮断できる透過型光ゲートスイッチとからなることを特徴とする請求項７記載の光周波数フィルタ。
【請求項１０】
上記第一及び第二周波数合分波器の一方、もしくは、両方がアレイ導波路格子であることを特徴とする請求項９記載の光周波数フィルタ。
【請求項１１】
光を周波数毎に合波及び分波でき、少なくとも２本以上の入力導波路を有する周波数合分波器と、該周波数合分波器の出力導波路それぞれに接続された２×１光カプラと、該光カプラの出力導波路に接続され、該出力導波路に光を折り返して出力又は遮断できる反射型光ゲートスイッチとからなることを特徴とする光周波数フィルタ。
【請求項１２】
上記周波数合分波器が、アレイ導波路格子であることを特徴とする請求項１１記載の光周波数フィルタ。
【請求項１３】
光を周波数毎に合波及び分波でき、少なくとも２本以上の入力導波路を有する第一の分解能を持つ第一周波数合分波器と、該第一周波数合分波器の出力導波路それぞれに接続された２×１光カプラと、該光カプラの出力導波路に接続された光を透過もしくは、遮断できる透過型光ゲートスイッチと、該透過型光ゲートスイッチの出力導波路に接続された第二の分解能を持つ第二周波数合分波器と、該第二周波数合分波器の出力導波路に接続され、該出力導波路へ光を折り返して出力又は遮断できる反射型光ゲートスイッチとからなることを特徴とする光周波数フイルタ。
【請求項１４】
上記第一及び第二周波数合分波器の一方、もしくは、両方がアレイ導波路格子であることを特徴とする請求項１３記載の光周波数フィルタ。
【請求項１５】
光を周波数毎に合波及び分波でき、少なくとも２本以上の入力導波路を有する周波数合分波器と、該周波数合分波器の出力導波路それぞれに接続された２×２光カプラと、該光カプラの出力導波路に接続され、該出力導波路に光を折り返して出力又は遮断できる反射型マッハツェンダ光ゲートスイッチとからなることを特徴とする光周波数フィルタ。
【請求項１６】
上記周波数合分波器が、アレイ導波路格子であることを特徴とする請求項１５記載の光周波数フィルタ。
【請求項１７】
前記アレイ導波路格子は、周波数多重数がｎチャネルの場合（ｎは２以上の整数）、ｎ本の出力ポートを持ち、そのチャネル間隔が周波数多重光の周波数間隔、自由スペクトルレンジが周波数多重光の周波数間隔のｎ倍となるように、アレイ導波路の隣合う導波路の長さの差、スラブ導波路との接続点における入出力導波路の間隔及びスラブ導波路の曲率半径等が設定され、ｎ本の入力ポートに対して、同一間隔で更に１本の入力ポートを追加することにより、見かけ上（ｎ＋１）×ｎのアレイ導波路格子であって、（ｎ＋１）本の入力ポートのうちの二つの入力ポートでは、回折次数が１だけ異なり、同じ合分波特性を示すことを特徴とする請求項８又は１０記載の光周波数フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波長多重を利用した光通信、光交換、光情報処理等の光伝送システムに適用される光周波数フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量の通信を実現するため、１本の光ファイバに異なる光周波数（波長）をもつ複数の光信号を多重化して伝送する波長多重光通信ネットワーク技術の開発が現在盛んに行われている。
上記波長多重光通信ネットワークにおいては、図１３に示すように、複数の光周波数多重信号ｆ1〜ｆnの中から任意の周波数をもつ信号ｆjを選択し、出力できる光周波数フィルタは欠かせないものである。
この光周波数フィルタを実現した既報告例として、図１４に示すアレイ導波路格子と半導体光増幅器を用いた非特許文献１や図１５に示す特許文献１が挙げられる。
【特許文献１】特開２０００−３１０７５６「光周波数フィルタ」
【非特許文献１】M.Zimgiblら、IEEE Photnics Technology Letters, vol.6, No. 4, pp. 513-515. 1994
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来報告された方法では、基本的に入出力用のファイバを素子の両側から取り出す構成となっており、素子を収めるモジュールは両側にファイバを接続することになる。
そのため、モジュール自体も大きくなり、制御回路を組み込んだボードに搭載するには、モジュールの両側から出ているファイバの取り回しのためのスペースが必要になり、制御回路ボードも大きくなるという問題があった。
本発明の目的は、光ファイバ等の入出力導波路を素子の片側から取ることより、モジュールサイズや制御回路ボードを小さくでき、さらに構成部品削減による素子サイズの低減も期待できる光周波数フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
斯かる目的を達成する本発明の請求項１に係る光周波数フィルタは、光分離回路と、該光分離回路の出力導波路に接続され、光を周波数毎に合波及び分波できる周波数合分波器と、該周波数合分波器の出力導波路それぞれに接続され、該出力導波路へ光を折り返して出力又は遮断できる反射型光ゲートスイッチとからなることを特徴とする。
【０００５】
上述の目的を達成する本発明の請求項２に係る光周波数フィルタは、請求項１記載の周波数合分波器が、アレイ導波路格子であることを特徴とする。
【０００６】
上述の目的を達成する本発明の請求項３に係る光周波数フィルタは、請求項１記載の周波数合分波器が、第一の分解能を持つ第一周波数合分波器と、第二の分解能を持つ第二周波数合分波器と、前記第一及び第二周波数合分波器の間に接続された光を透過又は遮断できる透過型光ゲートスイッチからなることを特徴とする。
【０００７】
上述の目的を達成する本発明の請求項４に係る光周波数フィルタは、請求項３記載の第一及び第二周波数合分波器の一方、もしくは、両方がアレイ導波路格子であることを特徴とする。
【０００８】
上述の目的を達成する本発明の請求項５に係る光周波数フィルタは、請求項１から４記載の光分離回路が、光カプラであることを特徴とする。
【０００９】
上述の目的を達成する本発明の請求項６に係る光周波数フィルタは、請求項１から４記載の光分離回路が、サーキュレータであることを特徴とする。
【００１０】
上述の目的を達成する本発明の請求項７に係る光周波数フィルタは、光を周波数毎に合波及び分波でき、同じ合分波特性を示す少なくとも２本以上の入力導波路を有する周波数合分波器と、該周波数合分波器の出力導波路それぞれに接続され、該出力導波路へ光を折り返して出力又は遮断できる反射型光ゲートスイッチからなることを特徴とする。
【００１１】
上述の目的を達成する本発明の請求項８に係る光周波数フィルタは、請求項７記載の周波数合分波器が、アレイ導波路格子であることを特徴とする。
【００１２】
上述の目的を達成する本発明の請求項９に係る光周波数フィルタは、請求項７記載の周波数合分波器が、同じ合分波特性を示す少なくとも２本以上の入力導波路を有する第一の分解能を持つ第一周波数合分波器と、第二の分解能を持つ第一周波数合分波器と、前記第一及び第二周波数合分波器の間に接続され、光を透過又は遮断できる透過型光ゲートスイッチとからなることを特徴とする。
【００１３】
上述の目的を達成する本発明の請求項１１に係る光周波数フィルタは、光を周波数毎に合波及び分波でき、少なくとも２本以上の入力導波路を有する周波数合分波器と、該周波数合分波器の出力導波路それぞれに接続された２×１光カプラと、該光カプラの出力導波路に接続され、該出力導波路に光を折り返して出力又は遮断できる反射型光ゲートスイッチからなることを特徴とする。
【００１４】
上述の目的を達成する本発明の請求項１２に係る光周波数フィルタは、請求項１１記載の周波数合分波器が、アレイ導波路格子であることを特徴とする。
【００１５】
上述の目的を達成する本発明の請求項１３に係る光周波数フィルタは、光を周波数毎に合波及び分波でき、少なくとも２本以上の入力導波路を有する第一の分解能を持つ第一周波数合分波器と、該第一周波数合分波器の出力導波路それぞれに接続された２×１光カプラと、該光カプラの出力導波路に接続された光を透過もしくは、遮断できる透過型光ゲートスイッチと、該透過型光ゲートスイッチの出力導波路に接続された第二の分解能を持つ第二周波数合分波器と、該第二周波数合分波器の出力導波路に接続され、該出力導波路へ光を折り返して出力又は遮断できる反射型光ゲートスイッチとからなることを特徴とする。
【００１６】
上述の目的を達成する本発明の請求項１４に係る光周波数フィルタは、請求項１３記載の第一及び第二周波数合分波器の一方、もしくは、両方がアレイ導波路格子であることを特徴とする。
【００１７】
上述の目的を達成する本発明の請求項１５に係る光周波数フィルタは、光を周波数毎に合波及び分波でき、少なくとも２本以上の入力導波路を有する周波数合分波器と、該周波数合分波器の出力導波路それぞれに接続された２×２光カプラと、該光カプラの出力導波路に接続され、該出力導波路に光を折り返して出力又は遮断できる反射型マッハツェンダ光ゲートスイッチからなることを特徴とする。
【００１８】
上述の目的を達成する本発明の請求項１６に係る光周波数フィルタは、請求項１５記載の周波数合分波器が、アレイ導波路格子であることを特徴とする。
【００１９】
上述の目的を達成する本発明の請求項１７に係る光周波数フィルタは、請求項８又は１０記載のアレイ導波路格子が、周波数多重数がｎチャネルの場合（ｎは２以上の整数）、ｎ本の出力ポートを持ち、そのチャネル間隔が周波数多重光の周波数間隔、自由スペクトルレンジが周波数多重光の周波数間隔のｎ倍となるように、アレイ導波路の隣合う導波路の長さの差、スラブ導波路との接続点における入出力導波路の間隔及びスラブ導波路の曲率半径等が設定され、ｎ本の入力ポートに対して、同一間隔で更に１本の入力ポートを追加することにより、見かけ上（ｎ＋１）×ｎのアレイ導波路格子であって、（ｎ＋１）本の入力ポートのうちの二つの入力ポートでは、回折次数が１だけ異なり、同じ合分波特性を示すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光ファイバ等の入出力導波路を素子の片側に接続することにより、モジュールサイズや制御回路ボードを小さくでき、さらに構成部品削減による素子サイズの低減も期待できる光周波数フィルタを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら説明する本発明の実施形態に係る光周波数フィルタが最良の形態である。
【実施例１】
【００２２】
本発明の第１の実施形態に係る周波数多重数が４チャネルの場合の光周波数フィルタを図１に示す。第１の実施形態は、請求項１，２，５，６に関するものである。
図１に示すように、光分離回路１３と周波数合分波器１５とが出力導波路１４を介して接続され、周波数合分波器１５と４個の反射型光ゲートスイッチ１７１〜１７４とがそれぞれ出力導波路１６１，１６２，１６３，１６４を介して接続されている。
【００２３】
光分離回路１３は、更に、入力導波路１１及び出力導波路１２がその片側に接続され、入力導波路１１から入力される光を出力導波路１４へ出力し、出力導波路１４から入力される光を出力導波路１２へ出力することができる。
周波数合分波器１５は、出力導波路１４から入力される光を周波数毎に分波して出力導波路１６１，１６２，１６３，１６４へ出力でき、また、出力導波路１６１，１６２，１６３，１６４から入力される光を周波数毎に合波して出力導波路１４へ出力することができる。
反射型光ゲートスイッチ１７１，１７２，１７３，１７４は、駆動されたときに、周波数合分波器１５の出力導波路１６１，１６２，１６３，１６４それぞれに光を折り返して出力し、駆動されないときには、その光を遮断することができる。
【００２４】
従って、入力導波路１１から入力された周波数多重光ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４は、光分離回路１３、導波路１４を通り、周波数合分波器１５で導波路１６１，１６２，１６３，１６４へそれぞれ分波される。
ここで、導波路１６１，１６２，１６３，１６４に接続された反射型光ゲートスイッチ１７１，１７２，１７３，１７４のうちの複数又はその１つを駆動する。
例えば、反射型光ゲートスイッチ１７２をのみ駆動したとすると、ｆ１，ｆ３，ｆ４の光は、反射型光ゲートスイッチ１７１，１７３，１７４で遮断され、ｆ２の光のみが反射型光ゲートスイッチ１７２で折り返して出力され、再び導波路１６２、周波数合分波器１５を通り、光分離回路１３で出力導波路１２に導かれ、出力される。
【００２５】
周波数合分波器１５の構成例として、アレイ導波路格子を図２に示す。
図２（ａ）は光合波器として用いる場合を、図２（ｂ）は分波器として用いる場合を示している。
アレイ導波路格子は、入力導波路２１と入力側スラブ導波路２２と、隣り合う導波路がある一定の長さずつ異なるアレイ導波路２３と出力側スラブ導波路２４と出力導波路２５からなる。
図２（ａ）において、周波数多重光ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４は、入力導波路２１の所定の導波路を介して、入力側スラブ導波路２２へ導かれ、アレイ導波路２３に分配される。
【００２６】
周波数多重光の各信号光ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４は、アレイ導波路２３で光路長差に応じた遅延差を生じ、出力側スラブ導波路２４を通り、出力導波路２５との接続点において収束する。
このとき、周波数多重光の各信号光は、その周波数の違いによって位相状態が異なるので、それぞれ対応する出力導波路２５に集光し、出力される。即ち、分波される。
また、図２（ｂ）に示すように、出力導波路２５の各導波路に分波される周波数の信号光ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４を逆方向に入力することにより、逆の経路をたどって入力導波路２１の所定の導波路へ周波数多重される。即ち、合波される。
【００２７】
さて、アレイ導波路格子の設計について簡単に述べる。
アレイ導波路格子のある特定の入力導波路からある特定の出力導波路へ透過することができる光の周波数は、周期的なものとなる。
この周期は、自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）と呼ばれ、ＦＳＲ＝ｃ／（ｎeff・ΔＬ）で表される。
ここで、ｃは光速、ｎeffはアレイ導波路の実効屈折率、ΔＬはアレイ導波路の隣合う導波路の長さの差である。
また、ある特定の入力導波路からの隣合う出力導波路に出力される光の周波数の差（あるときは、隣合う入力導波路からある特定の出力導波路に出力される光の周波数の差）、即ち、チャネル間隔は、スラブ導波路との接続点における出力導波路の間隔とスラブ導波路の曲率半径（あるときは、スラブ導波路との接続点における入力導波路の間隔とスラブ導波路の曲率半径）、ＦＳＲにより定めることができる。
【００２８】
なお、アレイ導波路格子に関しては、共立出版株式会社  先端光エレクトロニクスシリーズ８巻「光集積デバイス」小林功郎著などで解説がされている。
この第１の実施形態に示す周波数合分波器１５としてアレイ導波路格子を使用するときは、４本の出力ポートを持ち、そのチャネル間隔を周波数多重光の周波数間隔、ＦＳＲが周波数多重光の周波数間隔の４倍とすればよい。
【００２９】
光分離回路１３の構成例を図３に示す。
図３（ａ）は、光サーキュレータを用いた場合を示しており、動作原理は、ポート３２から入力された光はポート３４ヘ、ポート３４から入力された光はポート３３へ、ポート３３から入力された光はポート３２というように、出力するポートが決まっており、逆方向へは透過できない。
このことを利用し、図１の第１の実施形態において、例えば、ポート３２を入力導波路１１、ポート３３を出力導波路１２、ポート３４を周波数合分波器１５の入力導波路１４に接続すれば、光分離回路１３として適用可能である。
【００３０】
また、図３（ｂ）は、２×１光カプラを用いた場合を示しており、動作原理は、ポート３６（もしくは、ポート３７）から入力された光は、ポート３８へ出力され、ポート３８から入力された光は、ポート３６及び３７へ出力される。
このことを利用し、図１の第１の実施形態において、ポート３６を入力導波路１１、ポート３７を出力導波路１２、ポート３８を周波数合分波器１５の入力導波路１４に接続すれば、光分離回路１３として適用可能である。
ここで、ポート３６への戻ってくる光を除去したいなら、ポート３６へ光アイソレータを挿入すればよい。
また、ここでは、２×１光カプラを用いて説明したが、入力側が２ポート以上であってもよいし、出力側のポートが複数であってもよい。
【００３１】
反射型光ゲートスイッチ１７１〜１７４の構成例として半導体光増幅器を図４に示す。
半導体光増幅器は、電流注入すると光を増幅し、電流注入しないと光を吸収する。
即ち、電流のＯＮ／ＯＦＦにより、光を遮断したり透過したりする光ゲートスイッチとして機能することができる。
図４（ａ）は、半導体光増幅器４１の出力側の端面を劈開面にしたものである。
この劈開面では、空気との屈折率差により約３０％の反射率が得られる。
電流がＯＮの状態では、入力された光は、半導体光増幅器４１を透過し、劈開面で光パワーの約３０％が反射される。
この反射した光は、再び半導体光増幅器４１を通り、入力側の端面へ戻って出力される。
【００３２】
図４（ｂ）は、半導体光増幅器４１の出力側の端面に高反射膜（反射率を劈開面の約３０％より高い反射率）４２を施したものである。
電流がＯＮの状態では、入力された光は、半導体光増幅器４１を透過し、高反射膜４２で反射率に応じた光が反射された後、再び半導体光増幅器４１を通り、入力側の端面へ戻って出力される。
図４（ｃ）は、半導体光増幅器４１の出力側の端面に無反射膜４３を施し、さらに、ミラー４４と組み合わせたものである。
電流がＯＮの状態では、入力された光は、半導体光増幅器４１を透過し、ミラー４４で反射率に応じた光が反射された後、無反射膜４３を通過し再び半導体光増幅器４１を通り、入力側の端面へ戻って出力される。
このように、上記で示された構成により、反射型光ゲートスイッチ１７１〜１７４が実現できる。
また、ここでは、半導体光増幅器４１を用いて説明を行ったが、光の透過率を変化させることができる他のデバイス、例えば、電界吸収型変調器、グレーティング反射器、マッハツェンダ光ゲートスイッチなどを用いた場合でも全く同様の効果が期待できる。
【００３３】
反射型マッハツェンダ光ゲートスイッチとしては、例えば、図１２に示すような構成を用いることができる。
図１２に示すように、ｉｎ１ポートから入力された信号光は、位相変調領域により位相変化が与えられない（Δφ＝０°）場合は、ｏｕｔ２ポートから出力されるが、位相変化Δφ＝１８０°が与えられると、ｏｕｔ１ポートから出力されるようになる。
このことを利用し、図１中の導波路１６１〜１６４には、ｉｎ１（ｏｕｔ１）を用いることができる。
もちろん、位相変化Δφ＝１８０°が与えられている状態をＯＦＦ状態とし、位相変化が与えられない（Δφ＝０°）状態をＯＮ状態とすれば、導波路１６１〜１６４にには、ｉｎ２（ｏｕｔ２）を用いることも可能である。
ここでは、位相変調領域は片アームにしか入っていないが、もちろん、両方のアームに入っていても構わない。
【００３４】
このように、図１に示す光周波数フィルタは、入出力ファイバを素子の片側に接続することができ、つまり、入力導波路１１、出力導波路１２を光分離回路１３の片側に接続することができ、モジュールサイズや制御回路ボードを小さくできる。
また、図１４（非特許文献１）に示されている従来の光周波数フィルタが周波数合分波器を２つ用いているのに対し、本発明では、周波数合分波器が１つであり、素子サイズを低減することができる。
このことは、製造コスト削減にもつながり、波長分割多重通信ネットワークにおいて魅力的なデバイスである。
【実施例２】
【００３５】
本発明の第２の実施形態に係る周波数多重数が１６チャネルの場合の光周波数フィルタを図５に示す。第２の実施形態は、請求項３，４，５，６に関する。
第２の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、周波数合分波器５５の構成である。
即ち、周波数合分波器５５は、二つの周波数合分波器５６，５９を４本の導波路５７１〜５７４にて接続し、各導波路５７１〜５７４に透過型光ゲートスイッチ５８１〜５８４を介装したものである。
周波数合分波器５６，５９は、それぞれ表１及び表２で示されているような合分波特性をもつように設計されており、これはアレイ導波路格子で実現可能である。
【００３６】
【表１】
2006064819.tif 000003
【００３７】
【表２】
2006064819.tif 000004
【００３８】
周波数合分波器５６は、４本の出力ポートを持ち、そのチャネル間隔は、周波数多重光の周波数間隔、ＦＳＲが周波数多重光の周波数間隔の４倍となっており（高分解能）、一方、周波数合分波器５９は、４本の入力ポートと４本の出力ポートを持ち、そのチャネル間隔は、周波数多重光の周波数間隔の４倍、ＦＳＲが周波数多重光の周波数間隔の１６倍となっている（低分解能）。
ここで、動作原理について述べる。
入力導波路５１から光分離回路５３を通り、導波路５４から入力されたｆ１からｆ１６の周波数多重光は、表１の合分波特性に従い、周波数合分波器５６で導波路５７１〜５７４へ分波される。
ここで、例えば、透過型光ゲートスイッチ５８２をＯＮ状態にすると、対応する信号光ｆ２，ｆ６，ｆ１０，ｆ１４が導波路５７２を通り周波数合分波器５９へ導かれる。
【００３９】
このｆ２，ｆ６，ｆ１０，ｆ１４の信号光は、表２の合分波特性に従い、さらに周波数合分波器５９で分波される。
即ち、導波路５１０１，５１０２，５１０３，５１０４へは、ｆ６，ｆ１０，ｆ１４，ｆ２それぞれが導かれる。
ここで、例えば、反射型光ゲートスイッチ５１１２をＯＮ状態にし他の反射型光ゲートスイッチ５１１１，５１１３，５１４をＯＦＦ状態とすると、ｆ１０の信号光がのみ再び導波路５１０２、周波数合分波器５５を通り、光分離回路５３で出力導波路５２に導かれ、出力される。
今回、周波数合分波器５６を高分解能の場合、周波数合分波器５９を低分解能の場合で説明したが、これを入れ換えたとしても同様な効果が得られる。
そして、光分離回路５３や反射型光ゲートスイッチ５１１１〜５１１４についても第１の実施形態のところで説明したものと同じもの用いることができる。
また、透過型光ゲートスイッチ５８１〜５８４についても、半導体光増幅器、電界吸収型変調器、グレーティング反射器、マッハツェンダ光スイッチなど光の透過率を変化させることができるデバイスで実現可能である。
【００４０】
透過型マッハツェンダ光スイッチとしては、例えば、図１１に示されている構成を用いることができる。
図１１中のｉｎ１ポートから入力された信号光は、位相変調領域により位相変化が与えられない（Δφ＝０°）場合は、ｏｕｔ２ポートから出力されるが、位相変化Δφ＝１８０°が与えられると、ｏｕｔ１ポートから出力されるようになる。
このことから、図５中の導波路５７１〜５７４には、ｉｎ１とｏｕｔ１（ｉｎ２とｏｕｔ２でも同様である）を接続することができる。
もちろん、位相変化Δφ＝１８０°が与えられている状態をＯＦＦ状態とし、位相変化が与えられない（Δφ＝０°）状態をＯＮ状態とすれば、導波路５７１〜５７４には、ｉｎ１とｏｕｔ２（ｉｎ２とｏｕｔ１でも同様である）を用いることも可能である。
ここでは、位相変調領域は片アームにしか入っていないが、もちろん、両方のアームに入っていても構わない。
なお、第１の実施形態同様、選択された光は、入力導波路５１にも戻ってくるが、この戻り光を除去したいなら、入力導波路５１にアイソレータを挿入すればよい。
【００４１】
このように、図５に示す光周波数フィルタは、入出力ファイバを素子の片側に接続することができ、モジュールサイズや制御回路ボードを小さくできる。
また、本発明では、図１５（特許文献１）に示す従来の光周波数フィルタで用いている光カプラを除くことができ、素子サイズを低減することができる。
このことは、製造コスト削減にもつながり、波長分割多重通信ネットワークにおいて魅力的なデバイスである。
さらに、特許文献１では、二段目の光ゲートスイッチに、半導体光増幅器を用いた場合、原理的に自然放出光雑音（ＡＳＥノイズ）が出力光に重畳されることになるが、本発明では、出力導波路と光ゲートスイッチとの間にアレイ導波路格子が入ることになるので、このＡＳＥノイズを除去できるという利点も兼ね備えている。
【実施例３】
【００４２】
本発明の第３の実施形態に係る周波数多重数が４チャネルの場合の光周波数フィルタを図６に示す。第３の実施形態は、請求項７，８に関するものである。
第３の実施形態は、第２の実施形態における光分離回路５３と周波数合分波器５５を周波数合分波器６３に置き換えたものである。
周波数合分波回路６３の構成例としては、アレイ格子導波路を用いることができる。
【００４３】
まず、この周波数合分波器６３で用いるアレイ導波路格子の設計について簡単に説明する。
周波数多重数が４チャネルの場合、アレイ導波路格子は、４本の出力ポートを持ち、そのチャネル間隔が周波数多重光の周波数間隔、ＦＳＲが周波数多重光の周波数間隔の４倍となるように、アレイ導波路のΔＬ、スラブ導波路との接続点における入出力導波路の間隔、スラブ導波路の曲率半径等を設定する。
そして、入力ポートを４本（４チャネル分）とこれらと同一間隔で、さらにもう一本加える（見かけ上５×４のアレイ導波路格子になる）。
これにより、アレイ導波路格子の合分波特性は、表３のようになる。
【００４４】
【表３】
2006064819.tif 000005
【００４５】
そして、入力ポートｉｎ１とｉｎ５では、回折次数が１だけ異なり、同じ合分波特性を示すようになる。
図６中の導波路６１と導波路６２には、この入力ポートｉｎ１とｉｎ５をそれぞれ用いることができ、出力ポートｏｕｔ１からｏｕｔ４をそれぞれ導波路６４１から６４４に用いることができる。
では、動作原理について述べる。
入力導波路６１から入力された周波数多重光ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４は、周波数合分波器６３で導波路６４１，６４２，６４３，６４４へそれぞれ分波される。
ここで、導波路６４１，６４２，６４３，６４４に接続された反射型光ゲートスイッチ６５１，６５２，６５３，６５４のうちの複数又は１つを駆動する。
例えば、反射型光ゲートスイッチ６５２を駆動したとすると、ｆ２の光が再び導波路６４２を通り、周波数合分波器６３へ入る。
このとき、表３の合分波特性に従い、ｆ２の光は出力導波路６２から出力される。
【００４６】
なお、反射型光ゲートスイッチ６３で選択され、周波数合分波器６３を通って戻ってきた光は、導波路６１にも入ることになるが、導波路６１への戻り光を除去したいなら、導波路６１へ光アイソレータを挿入すればよい。
なお、反射型光ゲートスイッチは、第１の実施形態のところで説明したものと同じもの用いることができる。
このように、図６に示す光周波数フィルタは、入出力ファイバを素子の片側に接続することができ、モジュールサイズや制御回路ボードを小さくできる。
また、本発明では、第１の実施形態同様、図１４（非特許文献１）に示す従来の光周波数フィルタが周波数合分波器を２つ用いているのに対し、本発明では、周波数合分波器が１つであり、素子サイズを低減することができる。
このことは、製造コスト削減にもつながり、波長分割多重通信ネットワークにおいて魅力的なデバイスである。
【実施例４】
【００４７】
本発明の第４の実施形態に係る周波数多重数が１６チャネルの場合の光周波数フィルタを図７に示す。第４の実施形態は、請求項７，９，１０に関する。
第４の実施形態は、第２の実施形態における光分離回路５３と周波数合分波器５６を周波数合分波器７４に置き換えたものである。言い換えると、二つの周波数合分波器７４，７７を４本の導波路７５１〜７５４で接続し、各導波路７５１〜７５４に透過型光ゲートスイッチ７６１〜７６４を介装したものである。
周波数合分波器７４は、第３の実施形態における周波数合分波器６３と同一のものを用いることができ、導波路７５１〜７５４以降の透過型光ゲートスイッチ７６１〜７６４、周波数合分波器７７、導波路７８１〜７８４、反射型光ゲートスイッチ７９１〜７９４については、第２の実施形態における導波路５７以降と同様のものを用いることができる。
これにより、導波路７１から入力された周波数多重光は、周波数合分波器７３で分波、反射型光ゲートスイッチ７９１〜７９４で選択され、再び周波数合分波器７３を通って導波路７２から出力される。
なお、周波数合分波器７４を通って戻ってきた光は、導波路７１及び導波路７２のどちらにも入ることになるが、導波路７１への戻り光を除去したいなら、導波路７１に光アイソレータを挿入すればよい。
【００４８】
このように、図７に示す光周波数フィルタは、入出力ファイバを素子の片側に接続することができ、モジュールサイズや制御回路ボードを小さくできる。
また、本発明では、第２の実施形態同様、図１５（特許文献１）に示す従来の光周波数フィルタで用いている光カプラを除くことができ、素子サイズを低減することができる。
このことは、製造コスト削減にもつながり、波長分割多重通信ネットワークにおいて魅力的なデバイスである。
さらに、特許文献１では、二段目の光ゲートスイッチに、半導体光増幅器を用いた場合、原理的に自然放出光雑音（ＡＳＥノイズ）が出力光に重畳されることになるが、本発明では、出力導波路と光ゲートスイッチとの間にアレイ導波路格子が入ることになるので、このＡＳＥノイズを除去できるという利点も兼ね備えている。
【実施例５】
【００４９】
本発明の第５の実施形態に係る周波数多重数が４チャネルの場合の光周波数フィルタを図８に示す。第５の実施形態は請求項１１，１２に関する。
即ち、図８に示すように、２本の入力導波路８１，８２を片側に有する周波数合分波回路８３と４個の２×１スイッチ８６１〜８６４とが８本の導波路８４１〜８４４，８５１〜８５４にて接続され、各２×１スイッチ８６１〜８６４の出力導波路８７１〜８７４にはそれぞれ反射型光ゲートスイッチ８８１〜８８４が接続されている。
周波数合分波回路８３の構成例としては、アレイ格子導波路を用いることができる。
このアレイ導波路格子は、８本の出力ポートを持ち、そのチャネル間隔は周波数多重光の周波数間隔の１／２，ＦＳＲは周波数多重光の周波数間隔の４倍となるように設計する。
そして、隣り合う入力導波路２本を用いると、アレイ導波路格子の合分波特性は、表４のようになる。
【００５０】
【表４】
2006064819.tif 000006
【００５１】
ここで、入力ポートｉｎ１を図８中の導波路８１、入力ポートｉｎ２を導波路８２として用い、出力ポートｏｕｔ１，ｏｕｔ３，ｏｕｔ５，ｏｕｔ７を導波路８５１〜８５４、出力ポートｏｕｔ２，ｏｕｔ４，ｏｕｔ６，ｏｕｔ８を導波路８４１〜８４４として用いることができる。
ここで、動作原理について述べる。
入力導波路８１から入力された周波数多重光ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４は、周波数合分波器８３で導波路８４１，８４２，８４３，８４４へそれぞれ分波される。
分波された信号光は、それぞれ導波路８４１，８４２，８４３，８４４に接続された２×１光カプラ８６１，８６２，８６３，８６４を透過し、さらに、導波路８７１，８７２，８７３，８７４を通って、反射型光ゲートスイッチ１７１，１７２，１７３，１７４へ導かれる。
【００５２】
ここで、反射型光ゲートスイッチ８８１，８８２，８８３，８８４のうちの複数又は１つを駆動する。
例えば、反射型光ゲートスイッチ８８２を駆動したとすると、ｆ２の光は再び導波路８７２、２×１光カプラ８６２、導波路８５２を通り、周波数合分波器８３へ入る。
このとき、表４の合分波特性に従い、ｆ２の光は出力導波路８２から出力される。
なお、反射型光ゲートスイッチ８８２で選択され、２×１光カプラ８６２を通って戻ってきたｆ２の光は、導波路８４２へも導かれ、周波数合分波器８３を通って導波路８１からも出力される。
【００５３】
この導波路８１への戻り光を除去したいなら、導波路８１へ光アイソレータを挿入すればよい。
なお、反射型光ゲートスイッチ８８１，８８２，８８３，８８４は、第１の実施形態のところで説明したものと同じもの用いることができる。
このように、図８に示す光周波数フィルタは、入出力ファイバを素子の片側に接続することができ、モジュールサイズや制御回路ボードを小さくできる。
波長分割多重通信ネットワークにおいて魅力的なデバイスである。
【実施例６】
【００５４】
本発明の第６の実施形態に係る周波数多重数が１６チャネルの場合の光周波数フィルタを図９に示す。第６の実施形態は、請求項１３，１４に関する。
第６の実施形態は、第４の実施形態における周波数合分波器７４を周波数合分波器９４と２×１光カプラ９７１〜９７４に置き換えたものである。
周波数合分波器９４は、第５の実施形態における周波数合分波器８３と同一のものを用いることができ、導波路９８１〜９８４以降の透過型光ゲートスイッチ９９１〜９９４、周波数合分波器９１０、導波路９１１１〜９１１４、反射型光ゲートスイッチ９１２１〜９１２４については、第４の実施形態における導波路７５１〜７５４以降と同様のものを用いることができる。
【００５５】
これにより、導波路９１から入力された周波数多重光は、周波数合分波器９３で分波、反射型光ゲートスイッチ９１２１〜９１２４で選択され、再び周波数合分波器９３を通って導波路９２から出力される。
なお、反射型光ゲートスイッチ９１２２で選択され、２×１光カプラ９７２を通って戻ってきた光ｆ１０は、導波路９５２へも導かれ、周波数合分波器９４を通って導波路９１からも出力される。
この導波路９１への戻り光を除去したいなら、導波路９１へ光アイソレータを挿入すればよい。
このように、図９に示す光周波数フィルタは、入出力ファイバを素子の片側に接続することができ、モジュールサイズや制御回路ボードを小さくでき、波長分割多重通信ネットワークにおいて魅力的なデバイスである。
【実施例７】
【００５６】
本発明の第７の実施形態に係る周波数多重数が４チャネルの場合の光周波数フィルタを図１０に示す。第７の実施形態は、請求項１５，１６に関する。
第７の実施形態は、第５の実施形態における２×１光カプラ８６１〜８６４と反射型光ゲートスイッチ８８１〜８８４を２×２光カプラ１０６１〜１０６４と位相変調領域１０９１〜１０９４で構成される反射型マンハツェンダ光ゲートスイッチに置き換えたものである。
周波数合分波器１０３は、第５の実施形態における周波数合分波器８３と同一のものを用いることができ、その合分波特性は、表４に示した通りである。
また、反射型マッハツェンダ光ゲートスイッチについては、第１の実施形態のところで説明した通りである（図１２参照）。
【００５７】
これにより、導波路１０１から入力された周波数多重光ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４は、周波数合分波器１０３で導波路１０４１，１０４２，１０４３，１０４４へそれぞれ分波される。
分波された信号光は、それぞれ導波路１０４１，１０４２，１０４３，１０４４に接続された２×２光カプラ１０６１，１０６２，１０６３，１０６４を透過し、導波路１０７１，１０７２，１０７３，１０７４及び導波路１０８１，１０８２，１０８３，１０８４へ分配される。
ここで、位相変調領域１０９１，１０９２，１０９３，１０９４のうちの複数又は１つに位相変化Δφ＝１８０°を与える。
例えば、位相変調領域１０９２に位相変化Δφ＝１８０°が与えられたとすると、ｆ２の光は再び導波路１０７２及び１０８２を戻って、２×２光カプラ１０６２を通ったときに、導波路１０４２へと導かれる。
【００５８】
一方、それ以外の光ｆ１，ｆ３，ｆ４は、位相変調領域１０９１，１０９３，１０９４で位相変化が与えられていないので、２×２光カプラ１０６１，１０６３，１０６４を通った後は、それぞれ、導波路１０５１、導波路１０５３、導波路１０５４へ導かれる。
そして、周波数合分波器１０３へ入った４つの光は、表４の合分波特性に従い、ｆ２の光のみ出力導波路１０２から出力され、それ以外の光は、出力導波路１０１へ出力される。
なお、この導波路１０１への戻り光を除去したいなら、導波路１０１へ光アイソレータを挿入すればよい。
このように、図１０に示す光周波数フィルタは、入出力ファイバを素子の片側に接続することができ、モジュールサイズや制御回路ボードを小さくでき、波長分割多重通信ネットワークにおいて魅力的なデバイスである。
【００５９】
このように説明したように、本発明は、光波長多重を用いた光伝送システム等に用いる光周波数フィルタに関し、図１に示すように、１つの周波数合分波器を用い、分波した光を反射型光ゲートスイッチを用いてオン・オフすることにより所定の周波数の光を周波数合分波器に折り返す構成を用い、入出力ファイバ等の光導波路は片側（一方向）から接続される点に特徴があり、構成部品の削減、素子サイズの低減に寄与する。特に、出力導波路と光ゲートスイッチとの間にアレイ導波路格子が入ることになるので、図１５に示す例と比較し、ＡＳＥノイズの除去が可能となる利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の光周波数フィルタは、大容量の通信を実現するための波長多重光通信ネットワーク技術へ利用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】光周波数フィルタの第１の実施例を示す構成図である。
【図２】アレイ導波路格子の概略図である。
【図３】光分離回路の構成例を示した説明図である。
【図４】反射型光ゲートスイッチの構成例を示した説明図である。
【図５】光周波数フィルタの第２の実施例を示す構成図である。
【図６】光周波数フィルタの第３の実施例を示す構成図である。
【図７】光周波数フィルタの第４の実施例を示す構成図である。
【図８】光周波数フィルタの第５の実施例を示す構成図である。
【図９】光周波数フィルタの第６の実施例を示す構成図である。
【図１０】光周波数フィルタの第７の実施例を示す構成図である。
【図１１】透過型マッハツェンダ光ゲートスイッチを示す構成図である。
【図１２】反射型マッハツェンダ光ゲートスイッチを示す構成図である。
【図１３】従来の光周波数フィルタの概略図である。
【図１４】非特許文献１に示される従来の光周波数フィルタの概略図である。
【図１５】特許文献１に示される従来の光周波数フィルタの概略図である。
【符号の説明】
【００６２】
１１  入力導波路
１２  出力導波路
１３  光分離回路
１４  導波路
１５  周波数合分波器
１６１〜１６４  導波路
１７１〜１７４  反射型光ゲートスイッチ
２１  入力導波路
２２  入力側スラブ導波路
２３  アレイ導波路
２４  出力側スラブ導波路
２５  出力導波路
３１  サーキュレータ
３２，３３，３４  導波路
３５  ２×１光カプラ
３６，３７，３８  導波路
４１  半導体光増幅器
４２  高反射膜
４３  無反射膜
５１  入力導波路
５２  出力導波路
５３  光分離回路
５４  導波路
５５  周波数合分波器
５６  周波数合分波器
５７１〜５７４  導波路
５８１〜５８４  透過型光ゲートスイッチ
５９  周波数合分波器
５１０１〜５１０４  導波路
５１１１〜５１１４  反射型光ゲートスイッチ
６１  入力導波路
６２  出力導波路
６３  周波数合分波器
６４１〜６４４  導波路
６５１〜６５４  反射型光ゲートスイッチ
７１  入力導波路
７２  出力導波路
７３  周波数合分波器
７４  周波数合分波器
７５１〜７５４  導波路
７６１〜７６４  透過型光ゲートスイッチ
７７  周波数合分波器
７８１〜７８４  導波路
７９１〜７９４  反射型光ゲートスイッチ
８１  入力導波路
８２  出力導波路
８３  周波数合分波器
８４１〜８４４，８５１〜８５４  導波路
８６１〜８６４  ２×１光カプラ
８７１〜８７４  導波路
８８１〜８８４  反射型光ゲートスイッチ
９１  入力導波路
９２  出力導波路
９３  周波数合分波器
９４  周波数合分波器
９５１〜９５４，９６１〜９６４  導波路
９７１〜９７４  ２×１光カプラ
９８１〜９８４  導波路
９９１〜９９４  透過型光ゲートスイッチ
９１０  周波数合分波器
９１１１〜９１１４  導波路
９１２１〜９１２４  反射型光ゲートスイッチ
１０１  入力導波路
１０２  出力導波路
１０３  周波数合分波器
１０４１〜１０４４，１０５１〜１０５４  導波路
１０６１〜１０６４  ２×２光カプラ
１０７１〜１０７４，１０８１〜１０８４  導波路
１０９１〜１０９４  位相変調領域
【図１】
2006064819.tif 000007
【図２】
2006064819.tif 000008
【図３】
2006064819.tif 000009
【図４】
2006064819.tif 000010
【図５】
2006064819.tif 000011
【図６】
2006064819.tif 000012
【図７】
2006064819.tif 000013
【図８】
2006064819.tif 000014
【図９】
2006064819.tif 000015
【図１０】
2006064819.tif 000016
【図１１】
2006064819.tif 000017
【図１２】
2006064819.tif 000018
【図１３】
2006064819.tif 000019
【図１４】
2006064819.tif 000020
【図１５】
2006064819.tif 000021