(57)【要約】【課題】  広帯域の波長の合分波特性と高アイソレーション特性とが共に良好な広帯域波長合分波フィルタを提供する。【解決手段】  本発明の広帯域波長合分波フィルタ５０は、基板１５上に、位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂとを完全点対称に縦列接続させて構成される。この位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂは、２つの同一構成の光カプラ５３ａ，５３ｂが完全点対称に形成され、この光カプラ５３ａ，５３ｂ間に位相部分５４を備えてなる。なお、光カプラ５３ａ，５３ｂは同一の方向性結合器５６と、ΔＬ０を有する第２の位相部分５８とから構成されている。なお、第２の位相部分５８の長さ（位相量）ΔＬ０は、位相部分５４の長さ（位相量）ΔＬ１とは異なるものである。【選択図】        図１
2006065313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、間隔を介して並設された第１の光導波路及び第２の光導波路によって方向性
結合器を持つ光カプラが形成されたマッハツェンダ光干渉計回路と、
２つの同一の前記マッハツェンダ光干渉計回路が点対称に縦続配置され、それらの間に予め定めた位相変化を生じさせる位相部分を介して接続された位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路と、
２つの同一の前記点対称接続光干渉計回路が点対称に縦列接続され、
前記光カプラは同一の方向性結合器を持ち、これら方向性結合器は前記位相部分とは異なる位相変化を提する第２の位相部分を間に介して縦列接続された広帯域波長合分波フィルタ。
【請求項２】
前記位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路の第１の光導波路の光入力端は、複数波長光の入力部と成して該第１の光導波路の出力端はスルーポートと成し、
前記位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路の光導波路の出力端はクロスポートと成し、
前記スルーポートには、同一構成の別の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路が少なくとも１つ以上縦列接続されていることを特徴とする請求項１に記載の広帯域波長合分波フィルタ。
【請求項３】
前記入力部から入力されスルーポートから出力される信号光は、各位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路のスルーポート側の光導波路のみを伝搬する請求項２に記載の広帯域波長合波フィルタ。
【請求項４】
前記位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路のクロスポートには、少なくとも一つ以上の同一構成の別の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路と、前記クロスポートからの出力のアイソレーションを向上させるための少なくとも１つ以上のフィルタ回路とが縦列接続されていることを特徴とする請求項２に記載の広帯域波長合分波フィルタ。
【請求項５】
前記フィルタ回路は、第２の方向性結合器と、第３の位相部分とが縦列接続されてなり、前記第２の方向性結合器は位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路が持つ方向性結合器とは結合効率が異なり、前記第３の位相部分は第２の位相部分と長さ(位相量)が異なることを特徴とする請求項４に記載の広帯域波長合分波フィルタ。
【請求項６】
前記入力部から入力されクロスポートから出力される信号光は、各位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路のクロスポート側の光導波路のみを伝搬することを特徴とする請求項４に記載の広帯域波長合分波フィルタ。
【請求項７】
前記クロスポート側に設けられたフィルタ回路の透過率が下がり谷形状のスペクトル
となる波長帯域と、前記スルーポート側に設けられた位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路の透過率が下がり谷形状のスペクトルとなる波長帯域とが一致されていることを特徴とする請求項４に記載の広帯域波長合分波フィルタ。
【請求項８】
前記クロスポート側に設けられたフィルタ回路の透過率が下がり谷形状のスペクトル
となる波長帯域と、前記スルーポート側に設けられた位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路の透過率が上がり山形状のスペクトルとなる波長帯域とが一致されていることを特徴とする請求項４に記載の広帯域波長合分波フィルタ。
【請求項９】
基板上に、請求項１または請求項２に記載の広帯域波長合分波フィルタが少なくとも
２つ以上アレイ状に配設されていることを特徴とする広帯域波長合分波フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光通信分野に用いられる広帯域波長合分波フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットは一般家庭にも普及し、ＡＤＳＬやＦＴＴＨによる常時接続、メガクラスの伝送スピード、月額数千円といった高速かつ低価格なサービスが浸透し、ブロードバンドならではの大容量コンテンツ配信やビデオチャット等が普及しつつある。
【０００３】
このようなブロードバンド化に向けて、ピーク時１００Ｍｂｐｓの高速データ通信と最大５００ｃｈの多チャンネル映像配信を１心の光ファイバで同時に提供できるＢ−ＰＯＮシステムがＩＴＵ−Ｔにて世界標準とされた。このシステムの構成例を以下の図１３に示す（例えば、非特許文献１、参照）。
【０００４】
なお、同図において、通信局４０は、通信用の光ファイバ４５を介してお客様宅４１に接続されている。図中、Ｂ−ＯＮＵはデータ系宅内装置、ＷＤＭは光カプラ、Ｖ−ＯＮＵは映像系宅内装置、ＮＥ−ＯＳＳはデータ系監視制御装置、Ｂ−ＯＬＴはデータ系所内装置、ＥＭＤＸは、Ｅｔｈｅｒ多重分離装置、Ｖ−ＯＬＴは映像系所内装置を示す。
【０００５】
このシステムの大きな特徴は、新しい光波長配置により高速データ通信の送受信で使用している２つの波長に加え、さらにもう1つの光波長を重畳して、多チャンネルの映像配信を同時に視聴できる点である。通常は、送受信する高速データ通信波長は下りが１・４９μｍ帯(１．４８〜１．５０μｍ)、上りが１．３１μｍ帯(１．２６〜１．３６μｍ)であり、ＥＤＦＡの増幅帯である１．５５μｍ帯(１．５５〜１．５６μｍ)で映像の分配を行う。
【０００６】
なお、図１３に示すシステムにおいては、光線路の保守管理も重要な項目の一つである(例えば非特許文献３、参照)。非特許文献３には、１．６５μｍ帯を用いた光線路監視システムについて記載されている。このシステムでは、ＯＴＤＲ側からの監視波長を導入する際、波長に依らず一定分岐比で光パワーを分ける波長無依存カプラ(ＷＩＮＣ)が用いられている。また、ＷＩＮＣの代わりに誘電体多層膜フィルタを平面光波回路（ＰＬＣ）内に設置したＷＤＭフィルタを用いる場合もある（非特許文献４、参照）。
【０００７】
また、Ｂ−ＰＯＮシステムでは１心の光ファイバを用いて３種類の波長の光信号を伝送するため、光合分波機能（複数波長の合波および分波）を有する波長合分波機能と、映像信号を等しい光強度で分配する機能が必要である。従来、波長合分波機能を有する光部品としては、誘電体多層膜フィルタが適用されている。波長合分波機能を有する光部品には、今後、広帯域の波長の合分波特性と、例えば２５ｄＢを越える高アイソレーション特性とが要求されつつあり、広帯域波長光合分波フィルタの開発が望まれる。
【０００８】
なお、広帯域の波長の合分波特性を有する光部品の例として、図１４に示すような構成の回路が知られている（例えば非特許文献２、参照）。
【０００９】
この回路は、第１の光導波路１１と該第１の光導波路１１と間隔を介して並設された第２の光導波路１２とにより方向性結合器６を光導波路長手方向に互いに間隔を介して形成した２つの同一のマッハツェンダ光干渉計回路１３（１３ａ，１３ｂ）を、その接続中心点Ａに対し、完全点対称に縦列接続した点対称接続光干渉計回路である。
【００１０】
つまり、２つのマッハツェンダ光干渉計回路１３（１３ａ，１３ｂ）の方向性結合器６の配列ピッチが互いに等しく形成されて、一方側のマッハツェンダ光干渉計回路１３ａの位相部分９は第１の光導波路１１の長さが第２の光導波路１２の長さより予め決められた長さ分、長く形成され、他方側のマッハツェンダ光干渉計回路１３ｂの位相部分９は第２の光導波路１２の長さが第１の光導波路１１の長さより前記予め決められた長さ分、長く形成されている。
【００１１】
【非特許文献１】Ｂ−ＰＯＮシステムの概要  ＮＴＴ−ＡＳ研  ホームページ
【非特許文献２】Jinguji,et al., ”Two-port opticalwavelength circuits composed of cascaded Mach-Zehnder interferometers withpoint-symmetrical configurations”, J. LightwaveTechnol., vol.14, no.10, pp.2301-2310（1996）.
【非特許文献３】N.Nakao, et al., Maintenance Method Using 1650-nm Wavelength Band for Optical Fiber Cable Networks ,J.Lightwave Technol.,vol.19,No.10,2001.
【非特許文献４】荒木他,, L-band対応8回路交差導波路型光カプラ ,電子情報通信学会ソサイエティ大会2002,B-10-18.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、従来、Ｂ−ＰＯＮシステムに適用されてきた誘電体多層膜フィルタは、一般に広帯域の波長合分波機能を有しているものの、図１５に示すように、例えば特性線ａに示す透過光の透過帯域に対する、特性線ｂに示す反射光の非反射帯域のアイソレーションは高い（図１５のＡ参照）が、その逆に、反射光の反射帯域に対する透過光の非透過帯域のアイソレーションが大きく劣化する（図１５のＢ参照）ことが知られており、今後要求されつつある、高アイソレーション特性を満足することができない。
【００１３】
また、誘電体多層膜フィルタは、モジュール化の際に、レンズ系を用いたマイクロオプティックス技術が適用されるため、部品コストが下がらず、低コスト化が困難である場合があった。
【００１４】
さらに、図１４に示したような点対称接続光干渉計回路は、広帯域の波長の合分波特性を有する構成として提案されているものの、高アイソレーション特性を得ることは難しいと考えられる。
【００１５】
本発明は、上記従来の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、広帯域の波長の合分波特性と高アイソレーション特性とが共に良好で、多チャンネル映像配信を１心の光ファイバで同時に提供でき、システムの低コスト化を図ることができる広帯域波長合分波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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明によれば、基板上に、間隔を介して並設された第１の光導波路及び第２の光導波路によって方向性結合器を持つ光カプラが形成されたマッハツェンダ光干渉計回路と、２つの同一の前記マッハツェンダ光干渉計回路が点対称に縦続配置され、それらの間に予め定めた位相変化を生じさせる位相部分を介して接続された位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路と、２つの同一の前記点対称接続光干渉計回路が点対称に縦列接続され、前記光カプラは同一の方向性結合器を持ち、これら方向性結合器は前記位相部分とは異なる位相変化を提する第２の位相部分を間に介して縦列接続された構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１７】
また、第２の発明によれば、前記位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路の第１の光導波路の光入力端は、複数波長光の入力部と成して該第１の光導波路の出力端はスルーポートと成し、前記位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路の光導波路の出力端はクロスポートと成し、前記スルーポートには、同一構成の別の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路が少なくとも１つ以上縦列接続されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１８】
さらに、第３の発明によれば、前記入力部から入力されスルーポートから出力される信号光は、各位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路のスルーポート側の光導波路のみを伝搬する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１９】
さらに、第４の発明によれば、前記位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路のクロスポートには、少なくとも一つ以上の同一構成の別の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路と、前記クロスポートからの出力のアイソレーションを向上させるための少なくとも１つ以上のフィルタ回路とが縦列接続されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
さらに、第５の発明によれば、前記フィルタ回路は、第２の方向性結合器と、第３の位相部分とが縦列接続されてなり、前記第２の方向性結合器は位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路が持つ方向性結合器とは結合効率が異なり、前記第３の位相部分は第２の位相部分と長さ(位相量)が異なる構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
さらに、第６の発明によれば、前記入力部から入力されクロスポートから出力される信号光は、各位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路のクロスポート側の光導波路のみを伝搬する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
さらに、第７の発明によれば、前記クロスポート側に設けられたフィルタ回路の透過率が下がり谷形状のスペクトルとなる波長帯域と、前記スルーポート側に設けられた位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路の透過率が下がり谷形状のスペクトルとなる波長帯域とが一致されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
さらに、第８の発明によれば、前記クロスポート側に設けられたフィルタ回路の透過率が下がり谷形状のスペクトルとなる波長帯域と、前記スルーポート側に設けられた位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路の透過率が上がり山形状のスペクトルとなる波長帯域とが一致されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２４】
さらに、第９の発明によれば、基板上に、上記第１もしくは上記第２に記載の広帯域波長合分波フィルタが少なくとも２つ以上アレイ状に配設されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、基板上に光導波路の回路を形成して広帯域波長合分波フィルタを形成することにより、以下のような回路構成によって、容易に設計通りの波長特性を有する広帯域波長合分波フィルタを形成することができる。
【００２６】
つまり、本発明における光導波路の回路は、基板上に、２つの同一のマッハツェンダ光干渉計回路を完全点対称に縦列接続した第１の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路を設け、該第１の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路が１つ以上縦列接続されている。前記マッハツェンダ光干渉回路は、２つの同一の光カプラを完全点対称に縦列接続させ、２つの光カプラ間に位相部分を備えた点対称接続マッハツェンダ干渉回路である。前記光カプラは同一の方向性結合器と、前記光カプラ間の位相部分とは異なる長さ（位相量）を有する第２の位相部分とから構成されているので、スルーとクロスのいずれの出力に対しても高アイソレーションを有し、かつレンズ系を用いないで光導波路を形成することができるので低コスト化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【００２８】
本発明に係る広帯域波長合分波フィルタの第１実施形態例について説明する。第１実施形態例の広帯域波長合分波フィルタ５０は、基板１５上に、図１に示すような光導波路の回路を形成して成り、この回路は、位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂとを完全点対称に縦列接続させて構成される。
【００２９】
位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂは、２つの同一構成の光カプラ５３ａ，５３ｂが完全点対称に形成され、この光カプラ５３ａ，５３ｂ間に位相部分５４を備えてなる。なお、光カプラ５３ａ，５３ｂは同一の方向性結合器５６（図１（ｂ）を参照）と、ΔＬ０を有する第２の位相部分５８とから構成されている。なお、第２の位相部分５８の長さ（位相量）ΔＬ０は、位相部分５４の長さ（位相量）ΔＬ１とは異なるものである。
【００３０】
図１に示す位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂでは、方向性結合器５６の配列ピッチが互いに等しく形成されて、一方側（図１の紙面では左側）の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａの位相部分５４は第１の光導波路１１の長さが第２の光導波路１２の長さより設定長さ（ここではΔＬ１）分長く形成され、他方側（図１の紙面では右側）の位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ｂの位相部分５４は第２の光導波路１２の長さが第１の光導波路１１の長さより前記設定長さ（ここではΔＬ１）分長く形成されている。
【００３１】
各位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂを構成する光カプラ５３ａ，５３ｂには、それぞれ第２の位相部分５８が形成され、第１の光導波路１１と第２の光導波路１２にそれぞれ１箇所づつ形成されている。このため、各位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂでの第１の光導波路１１と第２の光導波路１２の長さの差は、第２の位相部分５８の設定長さ（ΔＬ０）が相殺されることになり、設定長さ（ΔＬ１）のみとなる。
【００３２】
なお、上述した設定長さΔＬ０、ΔＬ１は、各位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂの回路設計により適宜設定されるものである。
【００３３】
また、図１に示すように、第１の光導波路１１の光入力端１７は複数波長光の入力部と成している。この入力部（ＩＮ ｐｏｒｔ）に対し、第１の光導波路１１の出力端はスルーポート（Ｔｈｒｏｕｇｈ  ｐｏｒｔ）１８と成し、入力部が形成されてない第２の光導波路１２の出力端はクロスポート（Ｃｒｏｓｓ  ｐｏｒｔ）１９と成している。
【００３４】
位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂを有するような波長合分波回路において、第１の光導波路１１と第２の光導波路１２のうち一方側の光導波路から入力されて該光導波路から出力される光をスルー伝搬光といい、前記一方側の光導波路から入力されて他方側から出力される光をクロス伝搬光という。例えば、第１の光導波路１１の光入力側から入力されて該第１の光導波路１１の光出力側であるスルーポート１８から出力される光はスルー伝搬光であり、前記第１の光導波路１１の光入力側から入力されて第２の光導波路１２の光出力側であるクロスポート１９から出力される光はクロス伝搬光という。
【００３５】
位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路５２ａ，５２ｂにおいて、クロスポート１９から出力される光（つまり、クロス伝搬光）の透過率ＴＣＲは、以下の式（１）、（２）、
（３）、（４）、（５）で与えられる。
【００３６】
ＴＣＲ＝４Ｃ（１−Ｃ）                              （１）
【００３７】
Ｃ＝４Ｋ（１−Ｋ）ｃｏｓ２（ΔΨ／２）              （２）
【００３８】
ΔΨ＝ｎｅｆｆ・ΔＬ１（２π／λ）                    （３）
【００３９】
Ｋ＝４Ｐ（１−Ｐ）ｃｏｓ２（ΔΦ／２）              （４）
【００４０】
ΔΦ＝ｎｅｆｆ・ΔＬ０（２π／λ）                    （５）
【００４１】
ここで、Ｐは方向性結合器５６の結合効率、ΔＬ０は光カプラの光路長差、ΔＬ１は位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路の光路長差、ｎeffはコア（光導波路）の等価屈折率、λは波長である。
【００４２】
（実施例１）
上記第１実施形態例の実施例として、以下のようにして広帯域波長合分波フィルタ５０を設計した。上記式（１）ないし（５）を用いた回路設計について以下に説明する。また、回路設計の際、スルーポート１８から１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯、１．５５μｍ帯の光信号が出力され、クロスポート１９から１．６５μｍ帯の光信号が出力されるものとした。
【００４３】
最も波長間隔の離れている１．３１μｍ帯と１．５５μｍ帯の２波長に対し、Ｃ≒０とするとＴＣＲ≒０となるので、スルーポート１８に伝搬される光透過率は１−ＴＣＲ≒１となり、指定した２波長がスルーポート１８より出力される。Ｃ≒０とするために、式（２）でｃｏｓ２（ΔΨ／２）≒０、すなわち波長１．３１μｍ帯でΔΨ／２≒(２ｍ＋３)πかつ波長１．５５μｍで(２ｍ＋１)πを満たすようにΔＬ１を決定する。
【００４４】
次に１．６５μｍ帯でＴＣＲ≒１とすると、Ｃ≒０．５となる。これを満たすように光カプラの結合効率Ｋを計算により決定する。
【００４５】
続いて波長１．３１μｍ帯、１.４９μｍ帯、１.５５μｍ帯で広帯域化とするためには、これら波長帯域付近においてＣ≒０となる波長領域を出来るだけ拡大する必要がある。すなわちＫ≒０となる波長領域を出来るだけ拡大する。また、これと同時に波長１．６５μｍ帯は、上述で求めたＫの値になるように方向性結合器の結合効率Ｐ及びΔＬ０を数値計算により求める。
【００４６】
このようにして、方向性結合効率Ｐと、第２の位相部分５８の設定長さΔＬ０と、位相
部分５４の設定長さΔＬ１とを算出し、コアのクラッドに対する比屈折率差Δ＝０．８％として広帯域波長合分波フィルタ５０を作製した場合の光結合特性およびフィルタ特性（透過率の波長特性）を図２（ａ），（ｂ）に示す。
【００４７】
図２（ｂ）からわかるように、広帯域波長合分波フィルタ５０は、スルーポート１８から波長１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯、１．５５μｍ帯の光信号を出力させることができ、クロスポート１９から波長１．６５μｍ帯の光信号を出力させることが出来る。
【００４８】
次に、本発明に係る広帯域波長合分波フィルタの第２実施形態例について説明する。第２実施形態例は、図３に示す回路構成を有しており、上記第１実施形態例と異なることは、図１の回路のスルーポート１８側に、もう一つの広帯域波長合分波フィルタを縦列接続させ、図１の回路のクロスポート側に広帯域波長合分波フィルタと２つ（２段構成）のフィルタ回路とを縦列接続させたことである。以下に図３を参照して詳細を説明する。
【００４９】
図３に示す広帯域波長合分波フィルタ７０は、一段目の広帯域波長合分波フィルタ７２と、一段目の広帯域波長合分波フィルタ７２のスルーポート１８(図３では上側のポート)またはクロスポート１９（図３では下側のポート）のそれぞれに縦列接続された二段目の広帯域波長合分波フィルタ７４ａ，７４ｂと、二段目の広帯域波長合分波フィルタ７４ｂのクロスポート側に縦列接続された２段構成の一段目と二段目のフィルタ回路７６、７８とで構成されている。なお、二段目の広帯域波長合分波フィルタ７４ａ，７４ｂは一段目の広帯域波長合分波フィルタ７２と同じ構成であり、一段目の広帯域波長合分波フィルタ７２は実施例１で詳述したので、説明は省略する。
【００５０】
一段目と二段目のフィルタ回路７６、７８は、それぞれ第２の方向性結合器８０と、第３の位相部分８２とが縦列接続されて構成されている。なお、第２の方向性結合器８０は、一段目もしくは二段目の広帯域波長合分波フィルタ７２、７４ａ、７４ｂが有する方向性結合器５６（図１参照）とは結合効率が異なるように形成されている。また、第３の位相部分８２は、一段目もしくは二段目の広帯域波長合分波フィルタ７２、７４ａ，７４ｂが有する第２の位相部分５８（図１参照。図１ではΔＬ０）と長さ(位相量)が異なるように形成されている。
【００５１】
このような広帯域波長合分波フィルタ７０では、入力部から入力されスルーポート８４（図３では二段目の広帯域波長合分波フィルタ７４ａの下側のポート）から出力される信号光が、一段目と二段目の広帯域波長合分波フィルタ７２,７４ａのスルーポート側の光導波路のみを伝搬する。
【００５２】
また、入力部から入力されクロスポート８６（図３では二段目のフィルタ回路７８の上側のポート）から出力される信号光は、一段目と二段目の広帯域波長合分波フィルタ７２、７４ｂ、一段目と二段目のフィルタ回路７６、７８のクロスポート側の光導波路のみを伝搬する。
【００５３】
（実施例２）
上記第２実施形態例の実施例としては、図３に示す広帯域波長合分波フィルタ７０を形成した。図４はスルーポート側の一段目および二段目の広帯域波長合分波フィルタ７２、７４ａを伝搬させた場合の透過率の波長特性の設計を示すグラフであり、図５はクロスポート側の一段目および二段目の広帯域波長合分波フィルタ７２、７４ｂおよび一段目と二段目のフィルタ回路７６、７８を伝搬させた場合の透過率の波長特性の設計を示すグラフである。また図６は、図４、図５を基に形成された広帯域波長合分波フィルタ７０の透過率の波長特性の試験結果を示すものである。
【００５４】
図５では、二段目の広帯域波長合分波フィルタ７４ｂのクロスポート８６側から出力される信号光の透過率の波長特性が１．３１μｍ帯において谷形状(透過率が下がり損失が急激に劣化する)のスペクトルとなっているが、信号光の透過率の波長特性が１．３１μｍ帯において谷形状のスペクトルを有する（一段目の）フィルタ回路７６を形成し、伝搬させることで１．３１μｍ帯のアイソレーションが４０ｄＢよりも大に改善できることがわかる。
【００５５】
また、図５では、波長１．４９μｍ帯、１．５５μｍ帯及び１．４３μｍ帯付近のアイソレーションを向上させるため、波長１．４３μｍ帯における二段目の広帯域波長合分波フィルタ７４ｂのクロスポート側から出力される信号光の透過率の波長特性が山形状(透過率が増加し損失が良い部分)のスペクトルとなっているが、信号光の透過率の波長特性が１．４３μｍ帯において谷形状のスペクトルを有する（二段目の）フィルタ回路７８を形成し、伝搬させることで１．４３μｍ帯のアイソレーションが３０ｄＢよりも大に改善できることがわかる。
【００５６】
このように本実施例では、二段目の広帯域波長合分波フィルタ７４ｂのクロスポート側から出力される信号光の透過率の波長特性が山形状のスペクトルもしくは谷形状のスペクトルの場合、各山形状のスペクトルのピーク値を持つ波長帯、もしくは谷形状のスペクトルのピーク値を持つ波長帯と、後段に配置される一段目および二段目のフィルタ回路７６、７８の透過率の波長特性の谷形状のスペクトルのピーク値を持つ波長帯を一致させることで、広帯域かつ高アイソレーションを有する広帯域波長合分波フィルタ７０を構成することができる。
【００５７】
図４および図５を考慮し、図３に示す回路構成の広帯域波長合分波フィルタ７０が形成された。その実験結果を図６に示す。広帯域波長合分波フィルタ７０は、まず、火炎加水分解堆積法を用いてシリコン基板上に、ＧｅＯ２をドープした石英系ガラスのコア膜及びアンダークラッド膜を形成する。この際、比屈折率差Δ＝０．８％、膜厚＝６．５μｍとした。続いて、上記図３で示した広帯域波長合分波フィルタ７０の描かれたフォトマスクを介してフォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にてコアに光回路パターンを転写し、その後再度火炎加水分解堆積法を用いて石英系ガラスのオーバークラッド膜を形成し、広帯域波長合分波フィルタ７０を作製した。
【００５８】
なお、各光回路の設計値は以下の通りである。一段目および二段目の広帯域波長合分波フィルタ７２、７４ａ、７４ｂは、第２の位相部分５８のΔＬ０＝８．０３μｍ、位相部分５４のΔＬ１＝６．７２μｍ、方向性結合器５６のピッチ＝９．４μｍ、方向性結合器５６の結合部長＝０μｍである。一段目のフィルタ回路７６は、第３の位相部分８２のΔＬＣ＝２．２５μｍ、第２の方向性結合器８０のピッチ＝９．４μｍ、第２の方向性結合器８０の結合部長＝４２７μｍである。二段目のフィルタ回路７８は、第３の位相部分８２のΔＬＣ＝３．４３μｍ、第２の方向性結合器８０のピッチ＝９．４μｍ、第２の方向性結合器８０の結合部長＝４２７μｍである。
【００５９】
図６に示す透過率の波長特性のグラフからわかるように、波長１．３１μｍ帯（１．２６〜１．３６μｍ）、１．４９μｍ帯（１．４８〜１．５０μｍ）、１．５５μｍ帯（１．５５〜１．５６μｍ）および１．６５μｍ帯（１．６３５〜１．６７０μｍ）ともに、挿入損失は２．５ｄＢ以下で、アイソレーションはほぼ４０ｄＢよりも大となった。
【００６０】
次に、本発明に係る広帯域波長合分波フィルタの第３実施形態例について説明する。第３実施形態例は、図７に示す回路構成を有しており、図３に示す第２実施形態例と異なることは、フィルタ回路を一段構成にしたことである。
【００６１】
（実施例３）
第３実施形態例の実施例として、上記実施例２と同様の方法により、広帯域波長合分波フィルタ９０を形成した。すなわち、まず、火炎加水分解堆積法を用いてシリコン基板上に、ＧｅＯ２をドープした石英系ガラスのコア膜及びアンダークラッド膜を形成する。この際、比屈折率差Δ＝０．８％、膜厚＝６．５μｍとした。続いて、波長帯域が１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯はスルーポートから、また波長帯域が１．５５μｍ帯はクロスポートから出力されるように回路設計された図７に示す広帯域波長合分波フィルタ９０の描かれたフォトマスクを介して、フォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にてコアに光回路パターンを転写し、その後再度火炎加水分解堆積法を用いて石英系ガラスのオーバークラッド膜を形成し、広帯域波長合分波フィルタ９０を作製した。
【００６２】
なお、各光回路の設計値は以下の通りである。一段目および二段目の広帯域波長合分波フィルタ７２、７４ａ、７４ｂは、第２の位相部分５８のΔＬ０＝３．１５μｍ、位相部分５４のΔＬ１＝１０．７７μｍ、方向性結合器５６のピッチ＝１１．２μｍ、方向性結合器５６の結合部長＝４２３μｍである。一段目のフィルタ回路７６は、第３の位相部分８２のΔＬＣ＝１１．７９μｍ、第２の方向性結合器８０のピッチ＝９．４μｍ、第２の方向性結合器８０の結合部長＝５６６μｍである。
【００６３】
上述の設計により作製された図７に示す広帯域波長合分波フィルタの透過率の波長特性を図８に示す。図８のグラフからわかるように、波長１．３１μｍ帯（１．２６〜１．３６μｍ）、１．４９μｍ帯（１．４８〜１．５０μｍ）、１．５５μｍ帯（１．５５〜１．５６μｍ）ともに、挿入損失は２．０ｄＢ以下で、アイソレーションはほぼ４０ｄＢよりも大となった。
【００６４】
次に、本発明に係る広帯域波長合分波フィルタを用いた第４実施形態例について説明する。第４実施形態例は、図９に示す回路構成を有する広帯域光スプリッタ／ルータ１００である。この、広帯域光スプリッタ／ルータ１００は、図１、図３に示す広帯域波長合分波フィルタ５０、７０と、アレイ導波路格子１０２および１×８分岐光スプリッタ１０４を一つの基板１０６上にモノリシック集積した回路構成が描かれたフォトマスクを介して、フォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にてコアに光回路パターンを転写し、その後、再度火炎加水分解堆積法を用いて石英系ガラスのオーバークラッド膜を形成して作製した。
【００６５】
図９に示す広帯域光スプリッタ／ルータ１００では、まず、入力される波長１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯、１．５５μｍ帯および１．６５μｍ帯のＷＤＭ信号光を広帯域波長合分波フィルタ７０で分波する。その後、１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯および１．５５μｍ帯の信号光は１×８分岐光スプリッタ１０４によって光強度が均一に８分岐され、さらに１．６５μｍ帯の信号光は光ルータとして機能するアレイ導波路格子１０２によって波長間隔５ｎｍ、８ｃｈに分波される。その後、分岐された１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯および１．５５μｍ帯の信号光と、分波された１．６５μｍ帯の信号光は、広帯域波長合分波フィルタ５０で合波され出力される。すなわち、図３に示す広帯域波長合分波フィルタ７０は分波用として利用し、図１に示す広帯域波長合分波フィルタ５０は合波用として利用する。
【００６６】
（実施例４）
上述した第４実施形態例の具体例として、図９に示す広帯域光スプリッタ／ルータ１００を前述の他の実施例と同様の方法により形成した。なお、各光回路の設計値は以下の通りである。分波用の広帯域波長合分波フィルタ７０では、第２の位相部分のΔＬ０＝８．０３μｍ、位相部分のΔＬ１＝６．７２μｍ、方向性結合器のピッチ＝１１．２μｍ、方向性結合器の結合部長＝２７０μｍである。一段目のフィルタ回路７６は、第３の位相部分のΔＬＣ＝２．２５μｍ、方向性結合器のピッチ＝９．４μｍ、方向性結合器の結合部長＝４２７μｍである。二段目のフィルタ回路７８は、第３の位相部分のΔＬＣ＝２．２５μｍ、方向性結合器のピッチ＝９．４μｍ、方向性結合器の結合部長＝４２７μｍである。合波用の広帯域波長合分波フィルタ５０では、第２の位相部分のΔＬ０＝８．０３μｍ、位相部分のΔＬ１＝６．７２μｍ、方向性結合器のピッチ＝１１．２μｍ、方向性結合器結合部長＝２７０μｍである。
【００６７】
上述の設計により広帯域光スプリッタ／ルータ１００を作製し、各チャンネルｃｈから出力された信号光の透過率の波長特性を図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示す。図１０（ａ）、図１０（ｂ）からわかるように、波長１．３１μｍ帯（１．２６μｍ〜１．３６μｍ）、１．４９μｍ帯（１．４８μｍ〜１．５０μｍ）、１．５５μｍ帯（１．５５μｍ〜１．５６μｍ）ともに、挿入損失は１２．７ｄＢ以下であった。また、１．６５μｍ帯（１．６３５μｍ〜１．６７０μｍ）では、挿入損失が７．５ｄＢ以下で、アイソレーションはほぼ３０ｄＢよりも大となった。この結果から、波長１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯、１．５５μｍ帯では光スプリッタ機能を実現し、波長１．６５μｍ帯では光ルータ機能を実現することが可能であり、他の導波路回路パーツとモノリシック集積することでより高機能化が実現できる。
【００６８】
次に、本発明に係る広帯域波長合分波フィルタを用いた第５実施形態例について説明する。第５実施形態例は、図１１に示す回路構成を有する広帯域波長合分波フィルタ機能付き光スプリッタ１２０である。
【００６９】
この光スプリッタ１２０の作製は、まず、火炎加水分解堆積法を用いて石英ガラス基板上に、ＴｉＯ２をドープした石英系ガラスのコア膜を形成する。この際、比屈折率差Δ＝０．４％、膜厚７．０μｍとした。続いて、入力される波長１．５５μｍ帯の信号光を均一の光強度で８分岐する１×８分岐光スプリッタ１２２と、広帯域波長合分波フィルタ５０との光回路パターンが、同一基板上にモノリシック集積した回路構成が描かれたフォトマスクを介して、フォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にてコアに転写される。広帯域波長合分波フィルタ５０の光回路は、１．３１μｍ帯および１．４９μｍ帯の光がスルーポートより出力され、１．５５μｍ帯の光がクロスポートより出力されるように設計された図１に示すものである。その後、再度火炎加水分解堆積法を用いて石英系ガラスのオーバークラッド膜を形成し、光スプリッタ１２０が作製された。
【００７０】
（実施例５）
上記第５実施形態例の具体例として、図１１に示す光スプリッタ１２０の透過率の波長特性を図１２に示す。なお、各光回路の設計値は以下の通りである。広帯域波長合分波フィルタ５０は、第２の位相部分のΔＬ０＝３．１６μｍ、位相部分のΔＬ１＝１０．８１μｍ、方向性結合器のピッチ＝１３．６８μｍ、方向性結合器結合部長＝０μｍである。また、図１２に示した（Ｔｈ）はスルーポートからの出力を意味し、（Ｃｒ）はクロスポートからの出力を意味する。
【００７１】
図１２からわかるように、波長１．３１μｍ帯（１．２６μｍ〜１．３６μｍ）、１．４９μｍ帯（１．４８μｍ〜１．５０μｍ）の挿入損失は２．０ｄＢ以下であり、波長１．５５μｍ帯（１．５５μｍ〜１．５６μｍ）の挿入損失は１１．０ｄＢ以下であった。また、図１２から、波長１．５５μｍ帯では均一な光強度に８分岐されており、分岐された波長１．５５μｍ帯の信号光と１．３１μｍ帯、１．４９μｍ帯の信号光とを合波していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る広帯域波長合分波フィルタの第１実施形態例の回路構成を模式的に示す要部構成図である。
【図２】（ａ）は図１に示す広帯域波長合分波フィルタの光結合特性を示すグラフであり、（ｂ）は図１に示す広帯域波長合分波フィルタの透過率の波長特性を示すグラフである。
【図３】本発明に係る広帯域波長合分波フィルタの第２実施形態例の回路構成を模式的に示す要部構成図である。
【図４】図３に示す広帯域波長合分波フィルタのスルーポートから出力される光の透過率の波長特性を示すグラフである。
【図５】図３に示す広帯域波長合分波フィルタのクロスポートから出力される光の透過率の波長特性を示すグラフである。
【図６】図３に示す広帯域波長合分波フィルタの透過率の波長特性を示すグラフである。
【図７】本発明に係る広帯域波長合分波フィルタの第３実施形態例の回路構成を模式的に示す要部構成図である。
【図８】図７に示す広帯域波長合分波フィルタの透過率の波長特性を示すグラフである。
【図９】本発明に係る広帯域波長合分波フィルタを用いた第４実施形態例の広帯域光スプリッタ／ルータの回路構成を模式的に示す要部構成図である。
【図１０】（ａ）は図９に示す広帯域光スプリッタ／ルータの光スプリッタ機能を示すグラフであり、（ｂ）は光ルータ機能を示すグラフである。
【図１１】本発明に係る広帯域波長合分波フィルタを用いた第５実施形態例の広帯域波長合分波フィルタ機能付き光スプリッタである。
【図１２】図１１に示す広帯域波長合分波フィルタ機能付き光スプリッタの透過率の波長特性を示すグラフである。
【図１３】従来のＢ−ＰＯＮシステムの構成例を示す説明図である。
【図１４】従来の波長合分波フィルタの回路構成を模式的に示す要部構成図である。
【図１５】誘電体多層膜フィルタの光透過特性と光反射特性の例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７３】
１１  第１の光導波路
１２  第２の光導波路
１５  基板
１７  光入力端
１８  スルーポート
１９  クロスポート
５０  広帯域波長合分波フィルタ
５２ａ，５２ｂ  位相部分介在型の点対称接続光干渉計回路
５３ａ，５３ｂ  光カプラ
５４  位相部分
５６  方向性結合器
５８  第２の位相部分
７０  広帯域波長合分波フィルタ
７２  一段目の広帯域波長合分波フィルタ
７４ａ，７４ｂ  二段目の広帯域波長合分波フィルタ
７６  一段目のフィルタ回路
７８  二段目のフィルタ回路
８０  第２の方向性結合器
８２  第３の位相部分
８４  スルーポート
８６  クロスポート
９０  広帯域波長合分波フィルタ
１００  広帯域光スプリッタ／ルータ
１０２  アレイ導波路格子
１０４  １×８分岐光スプリッタ
１０６  基板
１２０  光スプリッタ
１２２  １×８分岐光スプリッタ
【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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