(57)【要約】【課題】小型で簡易であり、かつ経済的な光送受信システムを提供する。【解決手段】周波数間隔ΔＦを有するＭチャネルの多波長光源１１０をＮ組と、Ｎ組のＭチャネル波長多重光を１組のＭ×Ｎチャネル波長多重光に合波する周期性波長合波素子１３０と、Ｍ×Ｎチャネル波長多重光をＮ組のＭチャネル波長多重光に分波する周期性波長分波素子１４０と、Ｍチャネルの多波長光を受光する多波長受光素子１５０をＮ組とを有する光送受信システムにおいて、周期性波長合波素子１３０および周期性波長分波素子１４０の周期を多波長光源１１０の周波数間隔ΔＦと等しくした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数間隔ΔＦを有するＭチャネルの多波長光源をＮ組と、
前記Ｍチャネルを合波したＭチャネル波長多重光であって前記Ｎ組の多波長光源の各々からのＮ組のＭチャネル波長多重光を、１組のＭ×Ｎチャネル波長多重光に合波する周期性波長合波素子と、
前記Ｍ×Ｎチャネル波長多重光を前記Ｎ組のＭチャネル波長多重光に分波する周期性波長分波素子と、
前記分波されたＮ組のＭチャネル多波長光をそれぞれ受光するＮ組の多波長受光素子と
を有し、
前記周期性波長合波素子の周期と前記周期性波長分波素子の周期が前記多波長光源の前記周波数間隔ΔＦに等しく構成されていること
を特徴とする光送受信システム。
【請求項２】
前記Ｍチャネルの多波長光源は、
隣接する組の周波数が全体的にΔｆシフトしており、
Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が前記多波長受光素子における波長分波素子の透過帯域Ｂより小さいこと
を特徴とする請求項１に記載の光送受信システム。
【請求項３】
前記Ｍチャネルの多波長光源は、
Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が６００ＧＨｚ以内であること
を特徴とする請求項１に記載の光送受信システム。
【請求項４】
前記周期性波長合波素子と前記周期性波長分波素子はアレイ導波路格子であること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光送受信システム。
【請求項５】
前記周期性波長合波素子と前記周期性波長分波素子はポート間隔がΔｆであり、
前記ポート間隔の積Δｆ×（Ｎ−１）は、前記周期性波長合波素子と前記周期性波長分波素子の周期性ΔＦの２分の１以下であること
を特徴とする請求項４に記載の光送受信システム。
【請求項６】
前記周期性波長合波素子と前記周期性波長分波素子は、
同一基板上に集積されていること
を特徴とする請求項４に記載の光送受信システム。
【請求項７】
前記周期性波長合波素子は、
前記Ｍチャネル波長多重光を入力するＮ本の入力導波路と、
前記Ｎ本の入力導波路に接続された入力スラブ導波路と、
前記入力スラブ導波路に前記Ｎ本の入力導波路と共に接続された、前記Ｍチャネル波長多重光の波長を検出し制御するためのモニタ導波路と、
前記入力スラブ導波路とアレイ導波路で接続された出力スラブ導波路と、
前記出力スラブ導波路に接続された出力導波路と、
前記出力スラブ導波路に前記出力導波路と共に接続された、出力される前記Ｍ×Ｎチャネル波長多重光の一部を前記出力スラブ導波路に再入力するためのループバック導波路と
を備えたことを特徴とする請求項４に記載の光送受信システム。
【請求項８】
前記周期性波長合波素子は、
前記出力導波路が接続された、
前記Ｍ×Ｎチャネル波長多重光の一部を抽出するタップ回路を備え、
前記抽出されたＭ×Ｎチャネル波長多重光の一部が前記ループバック導波路に接続されること
を特徴とする請求項７に記載の光送受信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として光ファイバ通信に適用される光モジュールを用いた光送受信システムの構成に関する。さらに詳しくは、波長多重通信を用いたテレコムおよびデータコム伝送を行うための光送受信システムおよびその光回路の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光ファイバ通信技術の著しい発展、とりわけデータセンタ間通信に代表されるデータコム市場において光リンクのスループットが飛躍的に増大している。現在、１００ギガビットイーサネット（１００ＧｂＥ）における伝送距離１０ｋｍの規格では、シングルモードファイバによる波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）伝送を用いた構成が仕様化されている（１波あたり２５Ｇｂ／ｓのボーレート）。今後、伝送容量を拡大する次世代構成として４００ギガビットイーサネット（４００ＧｂＥ）規格が注目されており、現在はその物理構成についての提案が活発に行われている。
【０００３】
１００ＧｂＥの１０ｋｍ伝送仕様における４波ＷＤＭ伝送は、ＬＡＮ−ＷＤＭと呼ばれる周波数配置が適用されている。すなわち、周波数間隔ΔＦが８００ＧＨｚの４波配置であり、各波長（レーン）における使用帯域（パスバンド）Ｂは３６０ＧＨｚとなっている。また各レーンの中心波長は、レーン０が１２９５．５６ｎｍ、レーン１が１３００．０５ｎｍ、レーン２が１３０４．５８ｎｍ、レーン３が１３０９．１４ｎｍと指定されている。
【０００４】
１００ＧｂＥで使用されているビットレート（２５Ｇｂ／ｓ）で４００ＧｂＥを構成する場合、ＷＤＭ数は１６波となる。その波長配置の一案として、周波数間隔ΔＦを８００ＧＨｚに維持したまま１６波を連続的に配置する構成が考えられる。しかしながら、全体的な周波数帯域が広くなりすぎることから、光送受信システムにおける感度や分散の周波数依存性が無視できなくなる。また、レーザに求められる波長も広帯域となり、単一のエピタキシャルウエハでの製造が困難となる。よって、部品種の増加による製造コストの増加が課題となる。
【０００５】
一方、１６波をΔＦ＝８００ＧＨｚを維持したまま連続配置するのではなく、ΔＦを１００ＧＨｚや２００ＧＨｚ等の狭帯域ＷＤＭに密集させる構成も考えられる。とりわけ、既存１００ＧｂＥで技術的に確立している８００ＧＨｚの多波長送受信器をインターリーブする構成は、経済性の面でも有利な拡張性を提供できる可能性がある。（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。これら、従来技術について以下に説明する。
【０００６】
図１０（ａ）は特許文献１に開示されている、従来のインターリーブ方式の光送受信システムの概略構成を示す図である。なお図１０（ａ）には、光送受信システムの受信側（Demultiplexing）のみの構成を示しており、また波長分波後の受光素子の記載は省略されている。
【０００７】
図１０（ａ）では、１００ＧＨｚの周波数間隔を有するＷＤＭ信号（１４０５）を４００ＧＨｚの周波数間隔を有する４組のＷＤＭ信号（１４２５，１４２７，１４２９，１４３１）に分離する動作を例示するが、チャネルは用途に応じて増減して使用される。
【０００８】
図１０（ａ）の光送受信システムの受信側は、複数の波長フィルタ（１２００，１２１０ａ，１２１０ｂ）が縦列に接続されることによって、所望の波長インターリーブ動作を得る。
【０００９】
第一のフィルタ１２００、第二のフィルタ１２１０ａおよび１２１０ｂはそれぞれ１００ＧＨｚ，２００ＧＨｚ間隔のフィルタ特性を有する。
【００１０】
この構成における動作について説明する。入力される１００ＧＨｚ間隔のＷＤＭ信号（１４０５）は、第一の波長フィルタ（１２００）によって、偶奇チャネルごとに分離される（１４１５，１４１７）。続く第二の波長フィルタ（１２１０ａおよび１２１０ｂ）によって偶奇チャネルはさらに分離され、最終的には４チャネルの出力ポートにそれぞれ１波長ないし複数波長のＷＤＭ信号（１４２５，１４２７，１４２９，１４３１）に分離される。この出力にそれぞれ多波長受光素子を接続することにより、各波長の受信動作が可能となる。
【００１１】
図１０（ｂ）は図１０（ａ）に用いられる波長フィルタ（インターリーバ）の構成図（断面図）である。図１０（ｂ）に示すように、波長フィルタは、サーキュレータ１７５０と、誘電体多層膜によるフィルタ動作するファブリエタロン共振器構造のフィルタ１７００とで構成される。
【００１２】
図１０（ｂ）の波長フィルタにおいて、例えば波長多重された入力光１８００に対し、偶数チャネルのみ透過光１８０２とし、奇数チャネルは反射光１８０１となるよう波長フィルタ１７００の特性を設定することができる。その場合、反射光１８０１が入力部に戻るのを防ぐためサーキュレータ（１７５０）が挿入される。
【００１３】
また非文献文献１に開示されている、図１１（ａ）に示されるよう光システム構成も提案されている。
【００１４】
図１１（ａ）の光システム構成は２００ＧＨｚ間隔のＷＤＭ信号と５０ＧＨｚ間隔のＷＤＭ信号との合分波構成である。図１１（ａ）において、光源や受光素子は省略している。
【００１５】
図１１（ａ）の光システム構成は、１×４チャネルのインターリーブフィルタとＡＷＧフィルタを縦列接続する構成である。
【００１６】
受光動作を例にとって説明すると、図１１（ａ）の左から５０ＧＨｚ間隔のＷＤＭ信号が入力され、インターリーブフィルタからの４出力はそれぞれ２００ＧＨｚ間隔の１波長ないし複数波長のＷＤＭ信号に分離される。分離された信号はさらに後段のＡＷＧフィルタによってそれぞれ波長分波される。この出力にそれぞれ受光素子を接続することにより、各波長の受信動作が可能となる。
【００１７】
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に用いられる波長フィルタ（インターリーバ）の構成図（回路図）である。平面光波回路（ＰＬＣ）による集積型光回路である。複数段のマッハツェンダ干渉計により構成される。
【００１８】
図１１（ｂ）に示すように、例えば波長多重された入力光（コモンポート）に対し、複数段の干渉計を透過したのち、各ポートより波長分離信号が出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】米国特許第6208444号明細書
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】T. Chiba et al.、「Planar Wave-Guide Interleaving Filters」、Lasers and Electro-Optics Society, 2002. LEOS 2002. The 15th Annual Meeting of the IEEE, vol.1, pp.285-286 vol.1, 2002
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
図１０に示す従来の光送受信システムおよび光回路では、１００ＧＨｚ間隔のＷＤＭ信号を４００ＧＨｚの周波数間隔を有するＷＤＭ信号に分波する際、２段の波長フィルタが用いられる。また各波長フィルタは誘電体多層膜やサーキュレータ等の空間光学系部品で構成されている。よって、光合分波システムおよび光回路の構成が複雑かつ大型化するという課題があった。
【００２２】
また図１１に示す光システム構成においては光回路をＰＬＣとすることにより小型化を行っているが、複数段のマッハツェンダ回路を用いるため、やはりチップサイズの小型化には限界があった。
【００２３】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小型で簡易であり、かつ経済的な光送受信システムおよびその光回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
このような目的を達成するために、本発明の一態様は、周波数間隔ΔＦを有するＭチャネルの多波長光源をＮ組と、上記Ｍチャネルを合波したＭチャネル波長多重光であって上記Ｎ組の多波長光源の各々からのＮ組のＭチャネル波長多重光を、１組のＭ×Ｎチャネル波長多重光に合波する周期性波長合波素子と、該Ｍ×Ｎチャネル波長多重光を上記Ｎ組のＭチャネル波長多重光に分波する周期性波長分波素子と、該分波されたＮ組のＭチャネル多波長光をそれぞれ受光するＮ組の多波長受光素子とを有する光送受信システムである。
【００２５】
一実施形態では、上記周期性波長合波素子の周期と上記周期性波長分波素子の周期が上記多波長光源の上記周波数間隔ΔＦに等しく構成されている。
【００２６】
一実施形態では、上記Ｍチャネルの多波長光源は、隣接する組の周波数が全体的にΔｆシフトしており、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が上記多波長受光素子における波長分波素子の透過帯域Ｂより小さい。また、Ｍチャネルの多波長光源は、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が６００ＧＨｚ以内である。
【００２７】
一実施形態では、上記周期性波長合波素子と周期性波長分波素子はアレイ導波路格子である。上記周期性波長合波素子と周期性波長分波素子は、同一基板上に集積されても良い。上記周期性波長合波素子と周期性波長分波素子はポート間隔がΔｆであり、上記ポート間隔の積Δｆ×（Ｎ−１）は、上記周期性波長合波素子と周期性波長分波素子の周期性ΔＦの２分の１以下である。
【００２８】
一実施形態では、上記周期性波長合波素子は、Ｍチャネル波長多重光を入力するＮ本の入力導波路と、該Ｎ本の入力導波路に接続された入力スラブ導波路と、該入力スラブ導波路に上記Ｎ本の入力導波路と共に接続された、上記Ｍチャネル波長多重光の波長を検出し制御するためのモニタ導波路と、上記入力スラブ導波路とアレイ導波路で接続された出力スラブ導波路と、上記出力スラブ導波路に接続された出力導波路と、上記出力スラブ導波路に上記出力導波路と共に接続された、出力される上記Ｍ×Ｎチャネル波長多重光の一部を上記出力スラブ導波路に再入力するためのループバック導波路とを備える。上記周期性波長合波素子は、上記出力導波路が接続された、上記Ｍ×Ｎチャネル波長多重光の一部を抽出するタップ回路を備え、上記抽出されたＭ×Ｎチャネル波長多重光の一部が上記ループバック導波路に接続される。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明の一態様の光送受信システムによれば、周波数間隔ΔＦを有するＭチャネルの多波長光源をＮ組有し、Ｎ組のＭチャネル波長多重光を１組のＭ×Ｎチャネル波長多重光に合波する周期性波長合波素子と、Ｍ×Ｎチャネル波長多重光をＮ組のＭチャネル波長多重光に分波する周期性波長分波素子と、Ｍチャネルの多波長光を受光する多波長受光素子をＮ組有する構成であって、周期性波長合波素子と周期性波長分波素子の周期がいずれも多波長光源の周波数間隔ΔＦに等しいこと条件に設定することにより、既存のＷＤＭシステムを簡易な構成でより高密度、高ビットレートのＷＤＭへの拡張が可能となる。
【００３０】
さらに本発明の一態様の光送受信システムでは、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が多波長受光素子における波長分波素子の透過帯域Ｂより小さいため、各多波長受光素子は波長分波特性を含め、同一の部品を使用することが可能となる。よって、さらなるシステムの簡素化と経済化が可能となる。
【００３１】
また本発明の一態様の光送受信システムでは、Ｍチャネルの多波長光源は、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が６００ＧＨｚ以内であるため、各多波長光源は光源の発振波長特性を含め、同一の部品を使用することが可能となる。よって、さらなるシステムの簡素化と経済化が可能となる。
【００３２】
また本発明の一態様の光送受信システムでは、周期性波長合波素子および周期性波長分波素子は、ＰＬＣ型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を適用した。それにより、従来のインターリーブ型フィルタより小型で簡易な光回路が実現可能である。
【００３３】
また本発明の一態様の光送受信システムでは、周期性波長合波素子のポート間隔Δｆについて、その積Δｆ×（Ｎ−１）を周期性ΔＦの２分の１以下とした。それにより、図５の結果に示されるように使用波長はＦＳＲ内の中央付近を用いることが出来るため低損失な特性の光回路が実現可能である。
【００３４】
また本発明の一態様の光送受信システムでは、周期性波長合波素子と周期性波長分波素子を同一基板上に集積したことにより、さらなる光回路の小型化や経済化が実現可能である。
【００３５】
また本発明の一態様の光送受信システムでは、周期性波長合波素子にモニタ導波路とループバック導波路をチップサイズの増大や特性の劣化を与えることなく追加することが出来るため、各多波長光源の波長や光強度の監視機能を小型、簡素な構成で実現可能である。
【００３６】
また本発明の一態様の光送受信システムでは、周期性波長合波素子は、タップ回路を同一基板上に集積したことにより、さらなる光回路の小型化や経済化が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる光送受信システムの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる光送受信システムの波長配置を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる光送受信システムにおける周期性波長合波素子の構成図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる光送受信システムにおける周期性波長合波素子および周期性波長分波素子の構成図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる光送受信システムにおける周期性波長合波素子の透過スペクトルを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる多波長光源の波長配置を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる光送受信システムにおける周期性波長合波素子からの出力スペクトルを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかる光送受信システムにおける周期性波長合波素子の構成図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかる光送受信システムにおける周期性波長合波素子の構成図である。
【図１０】従来のインターリーブ方式の光送受信システムにおける受信側の構成を示す図である。
【図１１】従来のインターリーブ方式の光送受信システムにおける受信側の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。  
（第１の実施形態）
図１から図７を参照して、本発明の第１の実施形態にかかる光送受信システムおよびその光回路について説明する。  
図１は、本実施形態の光送受信システム１００の構成図である。本システムは、周波数間隔ΔＦを有するＭチャネルの多波長光源をＮ組（１１０−１〜１１０−Ｎ）と、Ｎ組のＭチャネル波長多重光を１組のＭ×Ｎチャネル波長多重光に合波する周期性波長合波素子１３０と、Ｍ×Ｎチャネル波長多重光をＮ組のＭチャネル波長多重光に分波する周期性波長分波素子１４０と、Ｍチャネルの多波長光を受光する多波長受光素子をＮ組（１５２−１〜１５０−Ｎ）とを有する構成である。周期性波長合波素子１３０は光ファイバ１５０を介して周期性波長分波素子１４０と接続されている。
【００３９】
多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）は各々、Ｍ個の光源１１２と、Ｍ個の光源からのＭ個のチャネル光を波長多重してＭチャネル波長多重光を出力する波長合波素子１１４とを備える。例えば、多波長光源１１０−１のＭ個の光源１１２−１１〜１１２−Ｍ１からのＭ個のチャネル光の周波数間隔はΔＦである。多波長光源１１０−２〜１１０−Ｎについても同様である。Ｎ組の多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）からのＮ組のＭチャネル波長多重光は、周期性波長合波素子１３０においてＭ×Ｎチャネル波長多重光に波長多重される。
【００４０】
多波長受光素子（１５０−１〜１５０−Ｎ）の各々は、Ｍチャネル波長多重光を波長分離してＭ個のチャネル光を出力する波長分波素子１５４と、Ｍ個のチャネル光を受光するＭ個の受光素子１５２を備える。Ｍ個の受光素子１５２は各々、Ｍ個のチャネル光の１つを受光する。例えば、多波長受光素子１５０−１の波長分波素子１５４−１は、周期性波長分波素子１４０により分Ｍ×Ｎチャネル波長多重光から分波されたＮ組のＭチャネル波長多重光の１つをＭ個のチャネル光に分波し、これらのＭ個のチャネル光をＭ個の受光素子１５２−１１〜１５２−Ｍ１でそれぞれ受光する。
【００４１】
光源１１２は１．３μｍ帯の半導体レーザが用いられ、Ｍ×Ｎチャネルの波長はそれぞれ異なる。各光源には２５Ｇｂ／ｓのデータ信号による変調動作が可能な電界吸収型の変調部が集積されている。
【００４２】
ここでＮ組の多波長光源における波長にラベルを付与する。第１組の多波長光源の波長はλ11からλＭ１のＭ波とし、第２組の多波長光源の波長はλ１２からλＭ２のＭ波とする。よって第Ｍ組の波長は、λ１ＮからλＭＮのＭ波となる。
【００４３】
図１の光送受信システムの動作について簡単に説明する。Ｎ組の多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）から出力されるそれぞれＭチャネルの波長多重信号は、それぞれ周期性波長合波素子１３０の入力ポートに入力される。その出力はＭ×Ｎチャネルの波長多重信号となり光ファイバ１５０内を伝搬する。伝搬後、周期性波長分波素子１４０により各多波長光源と同等の波長群（Ｎ組のＭチャネルの波長多重信号）に分波されたのち、それぞれ多波長受光素子（１５０−１〜１５０−Ｎ）において波長分波素子１５４でＭ個のチャネル光に再分波された後にＭ個の受光素子１５２で受光される。
【００４４】
例えば各多波長光源（１１０）が４チャネルの波長多重数で各光源１１２が２５Ｇｂ／ｓの変調速度を有する場合、各多波長光源の総ビットレートは１００Ｇｂ／ｓとなる。さらに４組の多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ；Ｎ＝４）を用いることにより、周期性波長合波素子からは４００Ｇｂ／ｓの総ビットレートが得られる。
【００４５】
図２に、本実施例における波長配置を示す。Ｍ×Ｎチャネルの波長は大きくＮチャネルのＭ群に分けられる。例えば第一群はλ１１からλ１ＮのＮ波で構成され、続く第二群はλ２２からλ２ＮのＮ波で構成される。ここで、隣接する群の周波数間隔（例えばλ１１とλ２１の間隔）をΔＦ、同一群内の隣接周波数間隔（例えばλ２１とλ２２の間隔）をΔｆとし、各群における透過帯域（パスバンド）をＢとする。
【００４６】
本実施例は１００ＧｂＥを拡張した４００ＧｂＥを想定した構成である。その要素を考慮した上で主要パラメータを以下の数値に設定した。
Ｍ＝４
Ｎ＝４
ΔＦ＝８００ＧＨｚ
Δｆ＝１００ＧＨｚ
Ｂ＝３６０ＧＨｚ
【００４７】
よってこの構成では、各群に１００ＧＨｚ間隔の４波ＷＤＭを有し、かつ群ごとの周波数間隔が８００ＧＨｚとなる。すなわち、本提案の光送受信システムにおいては、Ｍ×ＮのＷＤＭ光波長が同一周波数間隔で並ぶとは限らない。
【００４８】
またこの構成では、Ｎ組のＭチャネルの多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）は、隣接する組の周波数が全体的にΔｆシフトしており、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が多波長受光素子１５０における波長分波素子１５４の透過帯域Ｂより小さいことも特徴の一つである。
【００４９】
次に、上記構成を実現するための周期性波長合波素子１３０、周期性波長分波素子１４０の構成例について図３を用いて説明する。ここでは周期性波長合波素子１３０の構成図として説明するが、光の進行方向を対称にすることにより周期性波長分波素子としての説明も同様に可能である。
【００５０】
図３に示す周期性波長合波素子は、光平面回路（ＰＬＣ）３００に作製された、ＰＬＣ型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）である。周期性波長合波素子は、入力導波路（３０１−１〜３０２−Ｎ）と出力導波路（３１０）、入力スラブ導波路３０４と出力スラブ導波路３０８、およびアレイ導波路３０６から構成される。入力導波路は少なくともＮ本有し、出力導波路は少なくとも１本有する。
【００５１】
ここで回路設計条件として、周期性波長合波素子３０６の周期（自由スペクトル範囲，ＦＳＲ）はいずれも多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）の周波数間隔ΔＦに等しく構成されている。また、入力スラブ導波路３０４との接続点における入力導波路（３０２−１〜３０２−Ｎ）の間隔（ポート間隔）はΔｆに等しく、かつ入力スラブ導波路３０４、アレイ導波路３０６、出力スラブ導波路３０８を伝播した入力光は出力スラブ導波路に接続された出力導波路３１０に焦点を結ぶように構成されている。
【００５２】
Ｎ本の入力導波路（３０２−１〜３０２−Ｎ）には各組の多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）からの波長が入力される。すなわち、第１の入力導波路には第１組の多波長光源の波長λ１１からλＭ１のＭ波が入力され、第２の入力導波路には第２組の多波長光源の波長λ１２からλＭ２のＭ波が入力される。よって第４の入力導波路には第Ｎ組（Ｎ＝４）の波長λ１ＮからλＭＮのＭ波が入力される。
【００５３】
上記設計条件と入力条件により、Ｎ本の入力導波路（３０２−１〜３０２−Ｎ）に入力されるＭチャネル波長多重光の組は、出力導波路３１０においてＭ×ＮチャネルのＷＤＭ信号として出力される。
【００５４】
本実施例ではＮ＝４であるため入力導波路は４本である。またＭ＝４であるため、出力導波路からは１６波（４×４）のＷＤＭ信号が出力される。ここで周期性波長合波素子のポート間隔Δｆは、その積Δｆ×（Ｎ−１）がＦＳＲ（ΔＦ）の２分の１以下としても良い。これにより、低損失な特性の光回路（周期性波長合波素子）が実現可能となる。
【００５５】
図４に、本実施例で使用した周期性波長合波素子４３０および周期性波長分波素子４４０の回路構成を示す。図４に示すように、周期性波長合波素子４３０と周期性波長分波素子４４０は、同一ＰＬＣ基板４００上に集積されていても良い。これにより、光回路（周期性波長合波素子および周期性波長分波素子）の小型化や経済化が実現できる。周期性波長合波素子４３０は、Ｎ本の波長合波用入力導波路４０２と、波長合波用入力スラブ導波路４０４、波長合波用アレイ導波路４０６、波長合波用出力スラブ導波路４０８、および１本の波長合波用出力導波路４１０を含んで構成される。また、周期性波長分波素子４４０は、１本の波長分波用入力導波路４２０と、波長分波用入力スラブ導波路４１８、波長分波用アレイ導波路４１６、波長分波用出力スラブ導波路４１４、およびＮ本の波長分波用出力導波路４１２とを含んで構成される。
【００５６】
図５に、作製した４×１周期性波長合波素子の特性例を示す。本素子は、シリコン基板上の石英系ＰＬＣであり、コアとクラッドの比屈折率差は約１％である。得られた特性は、λ１１からλ４４まで１．５ｄＢ以下の低損失性を有する。また隣接する群の周波数間隔（例えばλ１１とλ２１の間隔）ΔＦ、同一群内の隣接周波数間隔（例えばλ２１とλ２２の間隔）Δｆについてはそれぞれ８００ＧＨｚと１００ＧＨｚと設計通りで、その誤差は測定精度（±４ＧＨｚ）以下であった。さらに、光の偏波２成分方向の特性差（偏波依存性）について、図５には両偏波方向の重ね描きを行ったが、その偏波依存性は識別できない範囲（周波数差で測定精度未満）の良好な特性を有することがわかる。
【００５７】
次に多波長光源１１０の設定波長について図６を用いて説明する。前述のように、多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）の周波数間隔ΔＦは８００ＧＨｚでチャネル数Ｍは４であり、それらの組Ｎが４である。このＭ×Ｎチャネルは全て異なる発振波長（発振周波数）で、隣接する組の周波数は全体的にΔｆシフトしている。そのような波長を揃えるには、Δｆシフトした異なる組成の光源を用意するという方法もあるが、本実施例では同一組成の光源を用いる方法を採用する。すなわち、温度調整により発振波長を調整する方法である。
【００５８】
用いる多波長光源は、各光源（Ｍ個の光源１１２）が同一基板上に集積化されたものである。よって、基板毎にペルチェ素子やヒータ等の温度制御手段により温度を調節することによって多波長光源の全波長を一括して変更することが可能である。温度による波長変動は１℃あたり約１５ＧＨｚであるため、１００ＧＨｚのΔｆを与えるには７℃程度の温度変化を与えれば良いことになる。
【００５９】
図６では、同一の多波長光源の温度を横軸に、発振波長を縦軸にプロットしている。それによると、動作温度が約４０℃の時にλ１１からλ４１の４波が得られ、順次温度を上げるごとに残りの波長が得られ、約５７℃の時にもっとも長波長であるλ１４からλ４４の波長を発生させることが可能である。
【００６０】
一般的なレーザの性能を考慮した場合、温度制御範囲は±２０℃以内に設定することが望ましい。すなわち周波数制御範囲は全幅で６００ＧＨｚ以内であることが望ましい。
【００６１】
よって、本実施例のＭチャネルの多波長光源は、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ-1）が６００ＧＨｚ以内としている。これにより、同一の部品を使用することが可能となる。よって、さらなるシステムの簡素化と経済化が可能となる。
【００６２】
図７に、上記の多波長光源を作製した周回性波長合波素子に入力した際の出力スペクトル波形を示す。なお本実験では、同一の多波長光源を（図６に示した波長調整を用いて）４組の多波長光源として使用したため、図７の出力スペクトルは周回性波長合波素子の各入力導波路から得られる４つの出力スペクトルの重ね描きである。
【００６３】
実験の結果、図７に示すようにΔＦが８００ＧＨｚ、Δｆが１００ＧＨｚで各レーンを透過帯域Ｂ（３６０ＧＨｚ）内に割り当てることが出来た。
【００６４】
以上の結果から、本実施例により、図１に示すような光送受信システムおいて、周期性波長合波素子の周期を多波長光源の周波数間隔ΔＦに等しい条件に設定することにより、既存のＷＤＭシステムを簡易な構成でより高密度、高ビットレートのＷＤＭへの拡張が可能となる。
【００６５】
なお本実施例では光源の波長を１．３μｍ帯としたが、テレコム波長である１．５μｍ帯を用いても良い。また光源の変調部は電界吸収型としたが、レーザの直接変調を用いても良いし、ニオブ酸リチウムなどの電気光学結晶を用いた変調器と光源を組合せて使用しても良い。
【００６６】
さらにこの構成では、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が多波長受光素子における波長分波素子の透過帯域Ｂより小さいため、各多波長受光素子は波長分波特性を含め、同一の部品を使用することが可能となる。よって、さらなるシステムの簡素化と経済化が可能となる。
【００６７】
なお本実施例ではΔｆを１００ＧＨｚとしたが、同一群内のＮ波が透過帯域Ｂ内にあれば他の値、例えば７５ＧＨｚや５０ＧＨｚでも上記の効果は保たれる。
【００６８】
また本実施例では、Ｍチャネルの多波長光源は、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ-1）が６００ＧＨｚ以内であるため、各多波長光源は光源の発振波長特性を含め、同一の部品を使用することが可能となる。よって、さらなるシステムの簡素化と経済化が可能となる。
【００６９】
また本実施例では、周期性波長合波素子および周期性波長分波素子は、ＰＬＣ型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を適用した。それにより、従来のインターリーブ型フィルタより小型で簡易な光回路が実現可能である。
【００７０】
なお本実施例のＰＬＣはシリコン基板上の石英導波路であるが、基板や導波路の材料はシリコンや石英に限定されるものではなく、有機高分子樹脂なども使用可能である。
【００７１】
また本実施例のＰＬＣに温度補償機能、すなわちアサーマル機能を追加することにより、環境温度の変動によっても特性の変動しない光回路とすることが可能である。代表的なアサーマル機能の追加は、光導波路の熱膨張率と対称的な熱膨張率を有する材料を導波路間に挿入する等の方法があげられる。
【００７２】
また本実施例では、周期性波長合波素子のポート間隔Δｆについて、その積Δｆ×（Ｎ−１）を周期性ΔＦの２分の１以下とした。それにより、図５の結果に示されるように使用波長はＦＳＲ内の中央付近を用いることが出来るため低損失な特性の光回路が実現可能である。
【００７３】
さらには図４に示すように周期性波長合波素子と周期性波長分波素子を同一基板上に集積したことにより、さらなる光回路の小型化が実現可能である。
【００７４】
（第２の実施形態）  
次に図８を参照して、本発明の第２の実施形態にかかる光送受信システムおよびその光回路について説明する。本実施形態の光送受信システムの構成は図１、図２に示した構成と同等であるため説明は省略する。第１の実施形態に対する差異は周期性波長合波素子の回路構成である。図８に、本実施例における周期性波長合波素子の構成を示す。なお周期性波長分波素子の構成は図３で説明した周期性波長合波素子と同等である（光の進行方向は図３と対称である）。
【００７５】
図８の周期性波長合波素子は、第１の実施形態と同様に光平面回路ＰＬＣ８００に作製されたＰＬＣ型ＡＷＧであり、入力導波路３０２と出力導波路３１０、入力スラブ導波路３０４と出力スラブ導波路３０８、およびアレイ導波路３０６から構成される。入力導波路は少なくともＮ本有し、出力導波路は少なくとも１本有する。
【００７６】
さらに本実施例の特徴の一つとして、周期性波長合波素子は、入力スラブ導波路３０４に入力導波路３０２が接続されると共に、各多波長光源の波長を検出し制御するためのモニタ導波路８０２が接続され、かつ出力スラブ導波路３０８に出力導波路３１０が接続されると共に、出力される波長多重光の一部を出力スラブ導波路３０８へ再入力するためのループバック導波路８０４が接続される。
【００７７】
また周期性波長合波素子の出力部にはタップ回路８０６が挿入され、波長多重光の一部が接続導波路８０８を介してループバック導波路８０４に接続される。タップ回路８０６は方向性結合器やＹ分岐回路等で構成可能な光部品であり、本実施例では波長多重光の全強度の５％を抽出しループバック導波路８０４に接続する。
【００７８】
基本的な回路設計条件は実施形態１と同様である。すなわち、周期性波長合波素子の周期はいずれも多波長光源の周波数間隔ΔＦに等しく構成されている。また、入力スラブ導波路３０４との接続点における入力導波路３０２の間隔（ポート間隔）はΔｆに等しく、かつ入力スラブ導波路３０４、アレイ導波路３０６、出力スラブ導波路３０８を伝播した入力光は出力スラブ導波路３０８に接続された出力導波路３１０に焦点を結ぶように構成されている。
【００７９】
またＮ本の入力導波路３０２には各組の多波長光源（例えば、１１０−１〜１１０−Ｎ（図１））からの波長が入力される。すなわち、第１の入力導波路には第１組の多波長光源の波長λ１１からλＭ１のＭ波が入力され、第２の入力導波路には第２組の多波長光源の波長λ１２からλＭ２のＭ波が入力される。よって第４の入力導波路には第Ｎ組（Ｎ＝４）の波長λ１ＮからλＭＮのＭ波が入力される。本実施例におけるパラメータはＭ＝４、Ｎ＝４、Δｆ＝１００ＧＨｚ、ΔＦ＝８００ＧＨｚとする。
【００８０】
本実施形態に特徴的な構造の一つである、モニタ導波路８０２とループバック導波路８０４の設計について説明する。
【００８１】
モニタ導波路８０２について、その本数はＮ組の多波長光源に対しＮ本である。入力導波路３０２と同様に、入力スラブ導波路３０４の接続点におけるＮ本のモニタ導波路８０２の間隔（ポート間隔）をΔｆに設定し、入力導波路３０２に隣接して順に配置する。本実施形態では、入力導波路３０２は低損失性を得るために入力スラブ導波路の中心に対称的に配置する。そのため、モニタ導波路８０２は図８に示すように、Ｎ本の入力導波路３０２の両外側に対称的に配置されている。
【００８２】
ループバック導波路８０４は、出力スラブ導波路３０８と出力導波路３１０の接続点からΔｆ×Ｎ離れた位置に配置される。
【００８３】
上記設計条件と入力条件により、実施形態１と同様に、Ｎ本の入力導波路３０２に入力されるＭチャネル波長多重光の組は、出力導波路３１０においてＭ×ＮチャネルのＷＤＭ信号として出力される。本実施例ではＮ＝４であるため入力導波路は４本である。またＭ＝４であるため、出力導波路からは１６波（４×４）のＷＤＭ信号が出力される。
【００８４】
さらに本実施例の特徴として、ループバック導波路８０４から出力スラブ導波路３０８に戻された波長多重光の一部は波長分波されたのち、各モニタ導波路８０２に出力される。各モニタ導波路に出力される波長群は各多波長光源の波長群と同等の、周波数間隔ΔＦでＭチャネルを有する。よって、各モニタ導波路からの波長、光強度を監視することにより、各多波長光源の波長、光強度を調整（フィードバック制御）することが可能となる。
【００８５】
以上説明した構造と機能は、ＡＷＧのチップサイズを殆ど増大することなく、かつ波長合分波特性の劣化を殆ど与えることなく実現することが可能である。
【００８６】
上記のように、本実施例により、図８に示すような周期性波長合波素子を用いることによって、既存のＷＤＭシステムを簡易な構成でより高密度、高ビットレートのＷＤＭへの拡張が可能となる。
【００８７】
なお本実施例において、入力導波路３０２は低損失性を得るために入力スラブ導波路の中心に対称的に配置したがＦＳＲの範囲内であれば別の位置でも良い。例えば、各入力導波路をΔｆ×Ｎずらした位置に接続することも可能である。その場合、本実施例の設計条件では、モニタ導波路８０２は入力導波路４本に隣接して４本配置される。
【００８８】
（第３の実施形態）  
次に図９を参照して本発明の第３の実施形態にかかる光送受信システムおよびその光回路について説明する。本実施形態の光送受信システムの構成は図１、図２で示される構成と同等であるため説明は省略する。実施形態１および２に対する差異は周期性波長合波素子の回路構成である。図９に、本実施例における周期性波長合波素子の構成を示す。なお周期性波長分波素子の構成は図３で説明した周期性波長合波素子と同等である（光の進行方向は図３と対称である）。
【００８９】
図９の周期性波長合波素子は、上記実施形態と同様に光平面回路（ＰＬＣ）９００に作製された、ＰＬＣ型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）である。入力導波路３０２と出力導波路３１０、入力スラブ導波路３０４と出力スラブ導波路３０８、およびアレイ導波路３０６から構成される。入力導波路３０４は少なくともＮ本有し、出力導波路３１０は少なくとも１本有する。
【００９０】
周期性波長合波素子は、実施例２と同様に、入力スラブ導波路３０４に入力導波路３０２が接続されると共に、各多波長光源の波長を検出し制御するためのモニタ導波路８０２が接続され、かつ出力スラブ導波路３０８に出力導波路３１０が接続されると共に、出力される波長多重光の一部を出力スラブ導波路３０８へ再入力するためのループバック導波路９０４が接続される。
【００９１】
さらに本実施例の特徴の一つとして、周期性波長合波素子、出力スラブ導波路３０８に出力導波路３１０が接続されると共に、出力される波長多重光の一部を抽出するタップ回路９０６が出力導波路３１０に接続され、タップ回路の一方がループバック導波路９０４に接続される。タップ回路９０６は方向性結合器やＹ分岐回路等で構成可能な光回路であり、本実施例では波長多重光の全強度の５％を抽出し、ループバック導波路９０４に接続する。
【００９２】
基本的な回路設計条件は実施形態１および２と同様である。すなわち、周期性波長合波素子の周期はいずれも多波長光源の周波数間隔ΔＦに等しく構成されている。また、入力スラブ導波路３０４との接続点における入力導波路３０２の間隔（ポート間隔）はΔｆに等しく、かつ入力スラブ導波路３０４、アレイ導波路３０６、出力スラブ導波路３０８を伝播した入力光は出力スラブ導波路３０８に接続された出力導波路３１０に焦点を結ぶように構成されている。
【００９３】
またＮ本の入力導波路（３０２−１〜３０２−Ｎ）には各組の多波長光源（例えば、１１０−１〜１１０−Ｎ（図１））からの波長が入力される。すなわち、第１の入力導波路には第１組の多波長光源の波長λ１１からλＭ１のＭ波が入力され、第２の入力導波路には第２組の多波長光源の波長λ１２からλＭ２のＭ波が入力される。よって第４の入力導波路には第Ｍ組（Ｎ＝４）の波長λ１ＮからλＭＮのＭ波が入力される。本実施例におけるパラメータはＭ＝４、Ｎ＝４、Δｆ＝１００ＧＨｚ、ΔＦ＝８００ＧＨｚとする。
【００９４】
モニタ導波路８０２について、その本数はＮ組の多波長光源に対しＮ本である。入力導波路３０２と同様に、入力スラブ導波路３０４の接続点におけるＮ本のモニタ導波路８０２の間隔（ポート間隔）をΔｆに設定し、入力導波路３０２に隣接して順に配置する。本実施形態では、入力導波路３０２は低損失性を得るために入力スラブ導波路の中心に対称的に配置する。そのため、モニタ導波路８０２は図９に示すように、Ｎ本の入力導波路３０２の両外側に対称的に配置する。
【００９５】
ループバック導波路９０４は、出力スラブ導波路３０８と出力導波路３１０の接続点からΔｆ×Ｎ離れた位置に配置される。
【００９６】
上記設計条件と入力条件により、実施形態１と同様に、Ｎ本の入力導波路３０２に入力されるＭチャネル波長多重光の組は、出力導波路３１０においてＭ×ＮチャネルのＷＤＭ信号として出力される。本実施例ではＮ＝４であるため入力導波路は４本である。またＭ＝４であるため、出力導波路からは１６波（４×４）のＷＤＭ信号が出力される。
【００９７】
ループバック導波路９０４から出力導スラブ波路３０８に戻された波長多重光の一部は波長分波されたのち、各モニタ導波路８０２に出力される。各モニタ導波路に出力される波長群は各多波長光源の波長群と同等の、周波数間隔ΔＦでＭチャネルを有する。よって、各モニタ導波路からの波長、光強度を監視することにより、各多波長光源の波長、光強度を調整（フィードバック制御）することが可能となる。
【００９８】
以上説明した構造と機能は、ＡＷＧのチップサイズを殆ど増大することなく、かつ波長合分波特性の劣化を殆ど与えることなく実現することが可能である。
【００９９】
さらに本実施例では同一チップ上にタップ回路９０６を集積したため、実施例２に比べてサイズや特性の劣化なく集積度を向上することが可能である。
【０１００】
上記のように、本実施例により、図９に示すような周期性波長合波素子を用いることによって、既存のＷＤＭシステムを簡易な構成でより高密度、高ビットレートのＷＤＭへの拡張が可能となる。
【符号の説明】
【０１０１】
１００  光送受信システム
１１０  多波長光源
１１２  光源
１１４  波長合波素子
１３０  周期性波長合波素子
１４０  周期性波長分波素子
１５０  多波長受光素子
１５２  受光素子
１５４  波長分波素子
３００，４００，８００，９００  光平面回路（ＰＬＣ）
３０２，４０２，４２０  入力導波路
３０４，４０４，４１８  入力スラブ導波路
３０６，４０６，４１６  アレイ導波路
３０８，４０８，４１４  出力スラブ導波路
３１０，４１０，４１２  出力導波路
８０２  モニタ導波路
８０４，９０４  ループバック導波路
８０６，９０６  タップ回路
８０８  接続導波路
【図１】
2015154160.tif 000003
【図２】
2015154160.tif 000004
【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】
2015154160.tif 000009
【図８】
2015154160.tif 000010
【図９】
2015154160.tif 000011
【図１０】
2015154160.tif 000012
【図１１】
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