(57)【要約】【課題】透過帯が波長軸上のグリッドに乗る等波長間隔の光合分波回路並びに光周波数間隔および中心光周波数を何れも任意の値に設定できる光合分波回路を提供する。【解決手段】２入力２出力の２個の位相生成光結合器１１１，１１２と、これら２個の位相生成光結合器１１１，１１２に挟まれた２本の光導波路からなる光路長差付与部分１０７と、位相生成光結合器１１１，１１２に接続するそれぞれ二本の入出力光導波路１０１，１０２及び１０３，１０４より構成されている。この光合分波回路は、その透過特性が波長軸上において概ね等周期となるように、波長間隔のずれを補正する機能（位相成生機能）を備える。この機能は、例えば、位相生成光結合器１１１，１１２の何れかまたは両方を、出力の位相差が光合分波回路の透過帯域にある波長に対して依存性をもつように構成することにより実現できる。【選択図】図４
2008209955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の透過帯域から構成される全帯域において複数の光を合波分波する光合分波回路において、
入力部と出力部とを有する少なくとも２つの光合分波手段と、
前記少なくとも２つの光合分波手段の間に接続された光路長差付与手段と
を備え、
前記光合分波手段の少なくとも１つは位相生成手段として機能し、前記位相生成手段は、前記出力部の中の２つの出力端から出力される２つの光の位相差として定義される光周波数依存性を持つ位相φを生成し、１つ以上の前記位相生成手段により生成された光周波数の関数によって表され、前記光路長差付与手段に生じさせる光周波数依存性を持つ位相Φが、隣接する前記透過帯域の各中心光周波数の一定の周波数間隔および前記全帯域の中心光周波数を所望の値にそれぞれ独立に設定することを特徴とする光合分波回路。
【請求項２】
前記全帯域における透過特性が、
Ｎを光合分波回路の次数、ｘｑを展開係数、λを波長、Ψ（ｆ）を光周波数領域グリッド上において隣合う透過帯域間の中心光周波数間隔を設定するために必要な波長依存性を持つ目標位相、ΔＬ´（＝ΔＬ＋δＬ）を屈折率の光周波数依存性を含めた前記光路長差付与手段の光学的光路長差、ΔＬを光学的光路長差、δＬを微小光学的光路長差とすると、
【数１】
2008209955.tif 000070
によって表され、
前記位相生成手段によって生成される光周波数依存性を持つ前記位相Φは、光周波数依存性を持つ前記目標位相Ψに等しいことを特徴とする請求項１に記載の光合分波回路。
【請求項３】
光周波数依存性を持つ前記位相Φは、前記光合分波回路の前記全帯域における光周波数（ｆ）の関数によって与えられ、前記関数は２次関数以上の多項式であって、光周波数依存性を持つ前記目標位相Ψは、
Δｆを光周波数領域グリッド上における合分波回路の光周波数間隔、ｆｃを光合分波回路の全帯域の中心近傍に位置する透過帯域の中心光周波数、ｍを整数とすると、
【数２】
2008209955.tif 000071
によって表されることを特徴とする請求項２に記載の光合分波回路。
【請求項４】
前記位相生成手段は、（Ｍ＋１）個（Ｍは２以上の整数）の光結合器と、隣合う前記光結合器の間に配置されたＭ個の光路長差付与部とから構成されており、前記光周波依存性を持つ位相は、前記光結合器の振幅結合率および前記光路長差付与部の光学的光路長差をそれぞれ最適化することによって生成されることを特徴とする請求項１に記載の光合分波回路。
【請求項５】
前記位相生成手段は、（Ｍ＋１）個（Ｍは２以上の整数）の光結合器と、隣合う前記光結合器の間に配置されたＭ個の光路長差付与部とから構成されており、光周波依存性を持つ前記位相Φが光周波依存性を持つ前記目標位相Ψに等しく成るように、前記光結合器の振幅結合率および前記光路長差付与部の光学的光路長差ならびに前記光合分波回路が備える前記光路長差付与手段に付加する光学的光路長差δLの各々が設定されることを特徴とする請求項２に記載の光合分波回路。
【請求項６】
前記光合分波回路は光干渉回路であり、
前記光干渉回路は、（Ｎ＋１）個（Ｎは１以上の整数）の前記光合分波手段と、隣合う前記光合分波手段の間に配置されたＮ個の前記光路長差付与手段とを接続して構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光合分波回路。
【請求項７】
前記光合分波回路は、２つの前記光合分波手段と、前記２つの光合分波手段の間に配置された前記光路長差付与手段と、前記光合分波手段の一方に接続された少なくとも１本の入力導波路および前記光合分波手段の他方に接続された複数本の出力導波路と、を備えたマッハツェンダ干渉回路であり、
前記２つの光合分波手段のいずれか一方は、位相生成手段を備えた位相生成光結合器であり、
前記位相生成光結合器は、（Ｍ＋１）個（Ｍは２以上の整数）の光結合器と、隣合う前記光結合器の間に配置されたＭ個の光路長差付与部と、によって構成されていることを特徴とする請求項６に記載の光合分波回路。
【請求項８】
複数の透過帯域から構成される全帯域において複数の光を合波分波する光合分波回路において、
入力部と出力部とを有する少なくとも１つの光合分波手段と、
前記少なくとも１つの光合分波手段の前記出力部に光学的に接続された光路長差付与手段と、
前記光路長差付与手段に接続された反射板と、
を備え、前記反射板を信号光の折り返し点とする反射型の光合分波回路であって、
前記光合分波手段の少なくとも１つは位相生成手段として機能し、前記位相生成手段は、前記出力部の中の２つの出力端から出力される２つの光の位相差として定義される光周波数依存性を持つ位相φを生成し、１つ以上の前記位相生成手段により生成された光周波数の関数によって表され、前記光路長差付与手段に生じさせる光周波数依存性を持つ位相Φが、隣接する前記透過帯域の各中心光周波数の一定間隔および前記全帯域の中心光周波数を所望の値にそれぞれ独立に設定することを特徴とする光合分波回路。
【請求項９】
複数の透過帯域から構成される全帯域において複数の光を合波分波する光合分波回路の設計方法であって、前記光合分波回路は、入力部と出力部とを有する少なくとも２つの光合分波手段と、前記少なくとも２つの光合分波手段の間に接続された光路長差付与手段とを備え、
前記光合分波手段の少なくとも１つは位相生成手段として機能し、前記位相生成手段は、前記出力部の中の２つの出力端から出力される２つの光の位相差として定義される光周波数依存性を持つ位相φを生成し、前記方法は、
光周波数依存性を持つ目標位相Ψを決定するステップであって、前記目標位相Ψは、隣接する前記透過帯域の各中心光周波数の一定の光周波数間隔および前記全帯域の中心光周波数を所望の値にそれぞれ独立に設定するのに必要な位相であることと、
１つ以上の前記位相生成手段により生成された光周波数の関数によって表され、前記光路長差付与手段に生じさせる光周波数依存性を持つ位相Φが、光周波数依存性を持つ前記目標位相Ψ（ｆ）に等しくなるように前記位相生成手段を構成するステップと
を備えることを特徴とする設計方法。
【請求項１０】
光周波数依存性を持つ目標位相Ψを決定する前記ステップは、
前記全帯域における透過特性が、
Ｎを光合分波回路の次数、ｘｑを展開係数、ｆを光周波数、Ψ（ｆ）を光周波数領域グリッド上において隣合う透過帯域間の中心光周波数間隔を設定するために必要な光周波数依存性を持つ目標位相、ΔＬ´（＝ΔＬ＋δＬ）を屈折率の光周波数依存性を含めた前記光路長差付与手段の光学的光路長差、ΔＬを光学的光路長差、δＬを微小光学的光路長差とすると、
【数３】
2008209955.tif 000072
によって表されるように、光周波数依存性を持つ前記目標位相Ψ（ｆ）を決定するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の光合分波回路の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信の分野で用いる光合分波回路に関し、特に、波長分割多重通信に用いる光合分波回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では高密度波長分割多重通信（ＤＷＤＭ；Dense Wavelength Division Multiplexing）システムが発展し、波長合分波器、光フィルタ、光スイッチをはじめとするＷＤＭシステムに不可欠な、様々な機能を有する光デバイスが開発されている。
【０００３】
このような光デバイスの例としては、アレイ導波路回折格子やラティス・フィルタ（例えば、非特許文献１を参照）、非対称マッハツェンダ干渉計（例えば、非特許文献２を参照）、対称マッハツェンダ干渉計（例えば、非特許文献３を参照）、多段マッハツェンダ干渉計（例えば、非特許文献４を参照）、トランスバーサル・フィルタ（例えば、非特許文献５を参照）などが報告されている。
【０００４】
更に最近では、特にメトロ系ネットワークで用いられるＣＷＤＭ（Coarse Wavelength Division Multiplexing）システム（例えば、非特許文献６を参照）用の光デバイスの需要が伸びている。
【０００５】
このようなＣＷＤＭシステムの波長グリッドは等波長間隔であり、その間隔は２０ｎｍである。従って、ＣＷＤＭシステム用の光デバイスの透過帯は等波長間隔になるよう作製することが求められている。
【０００６】
しかしながら、従来のマッハツェンダ干渉回路等の光合分波回路は等周波数間隔であり、波長特性は等波長軸上では周期的とならない。そのため、挿入損失、透過帯域幅、消光比は波長ごとにばらつき、ＣＷＤＭシステムに用いることはできなかった。
【０００７】
具体例として、図１に従来のマッハツェンダ干渉計を示す。このマッハツェンダ干渉計（例えば、非特許文献７を参照）は、２個の光結合器９０５，９０６と、これら２個の光結合器に挟まれた光路長差付与手段９０７と、光結合器９０５，９０６に接続するそれぞれ二本の入出力光導波路より構成されている。なお、光結合器９０５，９０６は方向性結合器を用いており、結合率は５０％に設定してある。
【０００８】
マッハツェンダ干渉計は次に説明するように等周波数間隔の合分波回路である。マッハツェンダ干渉計の二つの光出力強度はそれぞれ、
【０００９】
【数１】
2008209955.tif 000003
【００１０】
【数２】
2008209955.tif 000004
と表される。
【００１１】
但し、Ａ0は一方の入力ポートより入射された光強度、ξは光路長差付与手段の位相である。
【００１２】
ここで、ｆ＝ｃ／λの関係よりξは、
【００１３】
【数３】
2008209955.tif 000005
である。
【００１４】
但し、ｎは屈折率、ΔＬは光路長差、ｆは周波数、ｃは光速度、λは波長、ｍは整数である。
【００１５】
周波数間隔は、コサイン関数、サイン関数の二乗が周期πの関数であることを用いると、（３）式より
【００１６】
【数４】
2008209955.tif 000006
となり、定数なのでマッハツェンダ干渉計は等周波数間隔の合分波回路であることがわかる。
【００１７】
図２に、マッハツェンダ干渉計の中心波長を１４７０ｎｍとし、その近傍におけるスルーポートとクロスポートの分波間隔が２０ｎｍとなるような周波数間隔を与える光路長差、即ち、光路長差付与手段における光学的光路長差を５５．９μｍに設定した場合の透過特性を示す。ここで、横軸は波長であり、波長グリッドが等間隔に並んでいる。実線はクロスポートより出力される透過特性、破線はスルーポートより出力される透過特性である。
【００１８】
比較のために、横軸を光周波数にした場合の透過特性を図３に示した。マッハツェンダ干渉計の透過特性は、図３に示すように等周波数間隔であり波長間隔は等しくない。１４７０ｎｍ近傍ではスルーポートとクロスポートの分波間隔が２０ｎｍであり、波長グリッド上に載っているが、１４７０ｎｍから長波長側にいくほど波長間隔が広くなり、波長グリッドから離れる様子が明らかである。従って、このような光デバイスは波長グリッド上で挿入損失、透過帯域幅や消光比が波長によって著しく異なり、ＣＷＤＭシステム用の光デバイスとして使用するには適していなかった。
【００１９】
すなわち、従来構成のマッハツェンダ干渉回路等の干渉回路は等波長間隔になっていないため、透過帯は中心波長から離れるほど波長軸上のグリッドからずれ、挿入損失が波長によって著しく異なってしまうという問題があった。
【００２０】
従来型の光合分波回路は、光周波数領域で等周期な特性を有するが、その透過特性は光周波数間隔と中心光周波数で特徴付けることができる。しかし、従来型光合分波回路で光周波数間隔と中心光周波数に関連し、自由に設定できる設計パラメータは光路長差付与手段の光学的光路長差のみであった。設定が必要なパラメータが２つある一方で、自由に設定可能なパラメータが１つのみであるために、光周波数間隔と中心光周波数とを同時に設定することができなかった。
【００２１】
従って、原理的に等周波数間隔である光合分波回路も、光周波数間隔もしくは中心光周波数の何れかが設定できず、光周波数領域で使用する場合にも、結果的に、透過特性が劣化するという問題があった。
【００２２】
発明者らは、上述の問題を解決するためには、透過帯が等波長間隔のグリッド上に乗るように、グリッドごとに光路長差ΔＬが変化するような仕組みを与え、中心波長をグリッドに一致させるようにできれば良いとの着想に至った。そして、光路長差ΔＬは通常、光路長差付与手段により与えられるが、干渉計を構成する光合分波手段の出力の位相差によっても光路長差ΔＬを与え得ることに注目した。
【００２３】
例えば、マッハツェンダ干渉計の二つの出力ポート間に１周期πの位相差を与えれば、光路長を１／２波長分変化させられる。そこで、出力の位相差が波長依存性を持つような光合分波手段を実現し、マッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段に作用させれば、光路長差ΔＬを異なる波長ごとに変化させられることになる。
【００２４】
しかし、従来技術で用いられている方向性結合器、マルチモード干渉計型カプラなどの従来型の光合分波手段では、その出力の位相差は一定であるため、波長（周波数）に依存する位相差はなく、光路長差ΔＬに光合分波手段の寄与による波長（周波数）依存性を与えることができなかった。
【００２５】
【特許文献１】特開平１１−１０９１４７号公報（第６図）
【特許文献２】特開平８−０６９０２１号公報（第６図及び第７図）
【特許文献３】特開２００３-０５７４５７号公報
【非特許文献１】M.Oguma et al., "Passband-width broadening design for WDM filter with lattice-form interleave filter and arrayed-waveguide gratings" IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 14, pp. 328-330 (2002).
【非特許文献２】De Merlier et al., "All-optical 2R regeneration based on integrated asymmetric Mach-Zehnder interferometer incorporating MMI-SOA" Electronics Letters, Vol.38, pp. 238-239 (2002).
【非特許文献３】Y.Hashizume et al., "Integrated polarisation beam splitter using waveguide birefringence dependence on waveguide core width” Electronics Letters, Vol. 37, pp. 1517-1518 (2001).
【非特許文献４】K.Suzuki et al., "PLC-based dynamic gain equaliser consisting of integrated Mach-Zehnder interferometers with C- and L-band equalising range" Electronics Letters, Vol. 38, pp. 1030-1031 (2002).
【非特許文献５】T. Mizuno et al., "Dispersionless interleave filter based on transversal form optical filter" Electronics Letters, Vol. 38, pp. 1121-1122 (2002).
【非特許文献６】R.R.Patel et al., "Multi-mode fiber coarse WDM grating router using broadband add/drop filters for wavelength re-use" LEOS'99 12th Annual Meetmg Vol. 2, pp. 826-827 (1999).
【非特許文献７】K. Okamoto, "Fundamentals of optical waveguldes " Academic Press, pp. 159-161 (2000).
【非特許文献８】M. Oguma et al., "Flat-passband interleave filter with 200 GHZ channel spacing based on planar lightwave circuit-type lattice structure," Electronics Letters, Vol. 36, pp. 1299-1300 (2000).
【非特許文献９】C. R. Doerr et al., "Compact and low-loss integrated flat-top passband demux " 27th European Conference on Optical Communication ECOC' O1 Vol. 6,pp. 24-25 (2001).
【非特許文献１０】M. Oguma et al., OFC 2002 TuK3 (2002).
【非特許文献１１】M. Kawachi “Silica Waveguides on Silicon and Their Application to Integrated-Optic Components”, Opt. Quantum Electron., vol.22, pp.391-416 (1990).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は、出力の位相差が波長（周波数）依存性を持ち、回路の透過帯域にある波長（周波数）の光に対して異なる位相差を与えるための位相生成機能を備える光合分波手段を実現することにより、透過帯が波長軸上のグリッドに乗る等波長間隔の光合分波回路を提供することを目的とする。
【００２７】
また、本発明の位相生成手段を用いることにより、光周波数依存性のある位相を光合分波回路に作用させ、光周波数間隔および中心光周波数を何れも任意の値に設定することができる光合分波回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上述の目的を達成するために、本発明は、複数の透過帯域から構成される全帯域において複数の光を合波分波する光合分波回路において、入力部と出力部とを有する少なくとも２つの光合分波手段と、前記少なくとも２つの光合分波手段の間に接続された光路長差付与手段とを備え、前記光合分波手段の少なくとも１つは位相生成手段として機能し、前記位相生成手段は、前記出力部の中の２つの出力端から出力される２つの光の位相差として定義される光周波数依存性を持つ位相φを生成し、１つ以上の前記位相生成手段により生成された光周波数の関数によって表され、前記光路長差付与手段に生じさせる光周波数依存性を持つ位相Φが、隣接する前記透過帯域の各中心光周波数の一定の周波数間隔および前記全帯域の中心光周波数を所望の値にそれぞれ独立に設定することを特徴とする光合分波回路である。
【００２９】
好ましくは、前記全帯域における透過特性が、Ｎを光合分波回路の次数、ｘｑを展開係数、λを波長、Ψ（ｆ）を光周波数領域グリッド上において隣合う透過帯域間の中心光周波数間隔を設定するために必要な波長依存性を持つ目標位相、ΔＬ´（＝ΔＬ＋δＬ）を屈折率の波長依存性を含めた前記光路長差付与手段の光学的光路長差、ΔＬを光学的光路長差、δＬを微小光学的光路長差とすると、次式により表される。
【００３０】
【数５】
2008209955.tif 000007
そして、前記位相生成手段によって生成される光周波数依存性を持つ前記位相Φは、光周波数依存性を持つ前記目標位相Ψに等しいものとすることができる。
【００３１】
さらに好ましくは、光周波数依存性を持つ前記位相Φは、前記光合分波回路の前記全帯域における光周波数（ｆ）の関数によって与えられ、前記関数は２次関数以上の多項式であって、光周波数依存性を持つ前記目標位相Ψは、Δｆを光周波数領域グリッド上における合分波回路の光周波数間隔、ｆｃを光合分波回路の全帯域の中心近傍に位置する透過帯域の中心光周波数、ｍを整数とすると、次式で表わすことができる。
【００３２】
【数６】
2008209955.tif 000008
また、前記位相生成手段は、（Ｍ＋１）個（Ｍは２以上の整数）の光結合器と、隣合う前記光結合器の間に配置されたＭ個の光路長差付与部とから構成されており、前記光周波依存性を持つ位相を、前記光結合器の振幅結合率および前記光路長差付与部の光学的光路長差をそれぞれ最適化することによって生成することもできる。
【００３３】
また、前記位相生成手段は、（Ｍ＋１）個（Ｍは２以上の整数）の光結合器と、隣合う前記光結合器の間に配置されたＭ個の光路長差付与部とから構成されており、光周波依存性を持つ前記位相Φが光周波依存性を持つ前記目標位相Ψに等しく成るように、前記光結合器の振幅結合率および前記光路長差付与部の光学的光路長差ならびに前記光合分波回路が備える前記光路長差付与手段に付加する光学的光路長差δLの各々が設定されても良い。
【００３４】
また、前記光合分波回路は光干渉回路であり、前記光干渉回路は、（Ｎ＋１）個（Ｎは１以上の整数）の前記光合分波手段と、隣合う前記光合分波手段の間に配置されたＮ個の前記光路長差付与手段とを接続して構成することができる。
【００３５】
本発明の別の態様では、前記光合分波回路は、２つの前記光合分波手段と、前記２つの光合分波手段の間に配置された前記光路長差付与手段と、前記光合分波手段の一方に接続された少なくとも１本の入力導波路および前記光合分波手段の他方に接続された複数本の出力導波路と、を備えたマッハツェンダ干渉回路であり、前記２つの光合分波手段は、前記マッハツェンダ干渉回路の中間点に対して左右対称に配置されており、前記２つの光合分波手段のいずれもが位相生成手段を備えた位相生成光結合器であり、前記位相生成光結合器は、４つの光結合器と、隣合う前記光結合器の間にそれぞれ配置された３つの光路長差付与部と、によって構成されていても良い。
【００３６】
さらに好ましくは、前記光合分波回路は、２つの前記光合分波手段と、前記２つの光合分波手段の間に配置された前記光路長差付与手段と、前記光合分波手段の一方に接続された少なくとも１本の入力導波路および前記光合分波手段の他方に接続された複数本の出力導波路と、を備えたマッハツェンダ干渉回路であり、前記２つの光合分波手段のいずれか一方は、位相生成手段を備えた位相生成光結合器であり、前記位相生成光結合器は、（Ｍ＋１）個（Ｍは２以上の整数）の光結合器と、隣合う前記光結合器の間に配置されたＭ個の光路長差付与部と、によって構成されていても良い。
【００３７】
また、前記光合分波回路は、第１乃至第３の３つの前記光合分波手段と、隣合う前記３つの光合分波手段の間にそれぞれ配置された２つの前記光路長差付与手段と、前記第１の光合分波手段に接続された少なくとも１本の入力導波路と、前記第３の光合分波手段に接続された少なくとも１本の出力導波路とを備えたラティス・フィルタであり、前記第１および第３の光合分波手段は位相生成手段を備えた位相生成光結合器であり、前記位相生成光結合器は、（Ｍ＋１）個（Ｍは２以上の整数）の光結合器と、隣合う前記光結合器の間にそれぞれ配置されたＭ個の光路長差付与部と、によって構成することもできる。
【００３８】
好ましくは、上述の各光合分波回路は、トランスバーサル・フィルタとすることもできる。
【００３９】
本発明のさらに別の態様においては、アレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子の一端に接続された第１のスラブ導波路と、前記アレイ導波路回折格子の他端に接続された第２のスラブ導波路と、前記第２のスラブ導波路に接続された出力導波路とを備え、上述の光合分波回路の出力が前記第１のスラブ導波路に光学的に接続されていても良い。
【００４０】
同様に、アレイ導波路回折格子と、前記アレイ導波路回折格子の一端に接続された第１のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路に接続された入力導波路と、前記アレイ導波路回折格子の他端に接続された第２のスラブ導波路とを備え、前記第２のスラブ導波路の出力が上述の光合分波回路に光学的に接続されていても良い。
【００４１】
さらに好ましくは、前記光合分波回路は２つの前記光合分波手段を備え、前記光路長差付与手段は隣合う前記光合分波手段の間に配置された２本の光遅延線により構成されており、前記２つの光合分波手段の一方に少なくとも１本の入力導波路が接続され、前記２つの光合分波手段の他方が前記アレイ導波路回折格子の第１のスラブ導波路もしくは第２のスラブ導波路の少なくとも一方に接続されていても良い。
【００４２】
さらに、上述のいずれかに記載の光合分波回路の少なくとも一方の出力側に、上述のいずれかに記載の光合分波回路が１つ以上接続されていても良い。
【００４３】
本発明の他の実施態様の光合分波回路は、複数の透過帯域から構成される全帯域において複数の光を合波分波する光合分波回路において、入力部と出力部とを有する少なくとも１つの光合分波手段と、前記少なくとも１つの光合分波手段の前記出力部に光学的に接続された光路長差付与手段と、前記光路長差付与手段に接続された反射板とを備え、前記反射板を信号光の折り返し点とする反射型の光合分波回路であって、前記光合分波手段の少なくとも１つは位相生成手段として機能し、前記位相生成手段は、前記出力部の中の２つの出力端から出力される２つの光の位相差として定義される光周波数依存性を持つ位相φを生成し、１つ以上の前記位相生成手段により生成された光周波数の関数によって表され、前記光路長差付与手段に生じさせる光周波数依存性を持つ位相Φが、隣接する前記透過帯域の各中心光周波数の一定間隔および前記全帯域の中心光周波数を所望の値にそれぞれ独立に設定することを特徴とする。
【００４４】
好ましくは、前記位相生成手段は、（Ｍ＋１）個（Ｍは２以上の整数）の光結合器と、隣合う前記光結合器の間に配置されたＭ個の光路長差付与部とから構成されており、前記光周波数依存性を持つ位相は、前記光結合器の振幅結合率および前記光路長差付与部の光学的光路長差をそれぞれ最適化することによって生成されるのが良い。
【００４５】
上述の各光合分波隘路において、前記光路長差付与部には、位相調整手段が備えられているか、または、位相調整がなされていることが好ましい。
【００４６】
さらに上述の各光合分波隘路において、前記光路長差付与部には、複屈折調整手段が備えられているか、または、複屈折調整がなされていることが好ましい。
【００４７】
さらに上述の各光合分波隘路において、前記光合分波回路は、石英系ガラス光導波路で構成されていても良い。
【００４８】
また、さらに上述のいずれかに記載の光合分波回路が筐体の内部に格納され、前記筐体に保持された光ファイバにより前記光合分波回路への光の入出力を行うことが好ましい。
【００４９】
本発明のさらに他の実施態様は、複数の透過帯域から構成される全帯域において複数の光を合波分波する光合分波回路の設計方法であって、前記光合分波回路は、入力部と出力部とを有する少なくとも２つの光合分波手段と、前記少なくとも２つの光合分波手段の間に接続された光路長差付与手段とを備え、前記光合分波手段の少なくとも１つは位相生成手段として機能し、前記位相生成手段は、前記出力部の中の２つの出力端から出力される２つの光の位相差として定義される光周波数依存性を持つ位相φを生成し、前記方法は、
光周波数依存性を持つ目標位相Ψを決定するステップであって、前記目標位相Ψは、隣接する前記透過帯域の各中心光周波数の一定の光周波数間隔および前記全帯域の中心光周波数を所望の値にそれぞれ独立に設定するのに必要な位相であることと、１つ以上の前記位相生成手段により生成された光周波数の関数によって表され、前記光路長差付与手段に生じさせる光周波数依存性を持つ位相Φが、光周波数依存性を持つ前記目標位相Ψ（ｆ）に等しくなるように前記位相生成手段を構成するステップとを備えることを特徴とする設計方法とすることができる。
【００５０】
好ましくは、光周波数依存性を持つ目標位相Ψを決定する前記ステップは、前記全帯域における透過特性が、Ｎを光合分波回路の次数、ｘｑを展開係数、ｆを光周波数、Ψ（ｆ）を光周波数領域グリッド上において隣合う透過帯域間の中心光周波数間隔を設定するために必要な光周波数依存性を持つ目標位相、ΔＬ´（＝ΔＬ＋δＬ）を屈折率の波長依存性を含めた前記光路長差付与手段の光学的光路長差、ΔＬを光学的光路長差、δＬを微小光学的光路長差とすると、次式によって表されるように、光周波数依存性を持つ前記目標位相Ψ（ｆ）を決定するステップを含むことを特徴とする。
【００５１】
【数７】
2008209955.tif 000009
さらに、前記位相生成手段は、（Ｍ＋１）個（Ｍは２以上の整数）の光結合器と、隣合う前記光結合器の間に配置されたＭ個の光路長差付与部とから構成されており、前記光周波数依存性を持つ位相を、前記光結合器の振幅結合率および前記光路長差付与部の光学的光路長差をそれぞれ最適化することによって生成させることができる。
【００５２】
また、光周波数依存性を持つ目標位相Ψを決定する前記ステップは、光合分波回路を作成して、全通信帯域に渡って透過特性を測定するステップと、光周波数領域グリッド上において、前記測定された各々の透過帯域の中心光周波数と所望の光周波数とのずれ量に基づいて、前記目標位相Ψを決定するステップとを含むこともできる。
【発明の効果】
【００５３】
本発明の位相生成機能を備えた光合分波器を用いることにより、光周波数依存性のある位相を光合分波回路に作用させ、光周波数間隔および中心光周波数を何れも任意の値に設定可能な光合分波回路を提供することができる。
【００５４】
また、本発明の位相生成機能を備えた光合分波器を用いることにより、波長軸上でも等周期の透過特性が得られるため、等波長間隔である光通信システムにも使用できる光デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下では、「光合分波手段」とは、光結合器と光路長差付与部で構成される回路、「位相生成手段」とは、位相Φを生成する手段、「位相生成光結合器」とは、位相生成手段および光合分波手段として機能する回路、を意味する。
【００５６】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における光合分波回路を図４に示す。本回路は、２入力２出力の２個の位相生成光結合器１１１，１１２と、これら２個の位相生成光結合器１１１，１１２に挟まれた２本の光導波路からなる光路長差付与手段１０７と、位相生成光結合器１１１，１１２に接続するそれぞれ二本の入出力光導波路１０１，１０２及び１０３，１０４より構成されている。
【００５７】
この光合分波回路は、その透過特性が波長軸上において概ね等周期となるように、波長間隔のずれを補正する機能（位相生成機能）を備えている。この機能は、例えば、位相生成光結合器１１１，１１２の何れかまたは両方を、出力の位相差が光合分波回路の透過帯域にある波長に対して依存性をもつように構成することにより実現できる。また、光路長差付与手段１０７の光導波路上に、波長依存性をもつ位相差を生成可能な位相生成手段を設けることによっても係る機能を実現することが可能である。
【００５８】
以下に、この位相補正について詳しく説明する。  
一般的な波長と周波数の関係を図５に示す。ＣＷＤＭグリッド上の波長に対する周波数を、ｆ＝ｃ／λより求め、プロットしたものを「等波長間隔」と示した。但し、ｆは周波数、ｃは光速度、λは波長である。また１４７０ｎｍ近傍での周波数間隔Δｆ１を求め（≒２．７４ＴＨｚ）、１４７０ｎｍにおける周波数を基準に、等しい周波数間隔でＣＷＤＭグリッドに対する周波数をプロットしたものを「等周波数間隔１」と示した。
【００５９】
１４７０ｎｍ近傍では両者は一致しているが、１４７０ｎｍから離れるほど両者のずれは大きくなっていく。このことは図２に示した従来のマッハツェンダ干渉計の透過特性の傾向と一致する。即ち、１４７０ｎｍ近傍ではクロスポートの透過率は高く、スルーポートのクロストークは低く抑えられているが、長波長側に離れるほど透過特性はグリッドからずれ、波長軸上における透過率は低くなり、クロストークは劣化する。
【００６０】
そこで、図５の等波長間隔と等周波数間隔１のずれを補正するため、このずれを線形部分と非線形部分に分け、次のように補正した。まず、等波長間隔と等周波数間隔１のずれの線形部分の補正法について説明する。
【００６１】
１４７０ｎｍ近傍における周波数間隔と１６１０ｎｍ近傍における周波数間隔の平均値から周波数間隔Δｆ２を求め（≒２．５３ＴＨｚ）、図６に示すように、１４７０ｎｍにおける周波数を基準に、等しい周波数間隔でＣＷＤＭグリッド上の波長に対する周波数をプロットしたものを「等周波数間隔２」と示した。
【００６２】
１４７０ｎｍ付近では等波長間隔と等周波数間隔２とは一致し、長波長側に移るにつれ若干ずれが生じ、１６１０ｎｍ付近では再び両者は一致した。このような線形部分の補正により、等波長間隔と等周波数間隔とのずれはほとんど補正できることがわかる。
【００６３】
等波長間隔と等周波数間隔のずれの線形部分を補正したマッハツェンダ干渉計を図７に示す。この回路は、２個の光結合器２０１，３０１と、これら２個の光結合器２０１，３０１に挟まれた光路長差付与手段１０７と、光結合器２０１，３０１に接続するそれぞれ二本の入出力光導波路１０１，１０２及び１０３，１０４を有する。なお、光結合器２０１，３０１は方向性結合器を用いており、結合率は５０％に設定してある。
【００６４】
従来のマッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段における光路長差はΔＬであるのに対し、本回路の光路長差はΔＬ’＝ΔＬ＋αに設定されている。但し、ΔＬ＝５５．９μｍ、αは波長オーダーの光路長であり、α＝２・λｃ（λｃは中心波長であり、例えばλｃ＝１．４７μｍならα＝２．９４μｍである）に設定した。
【００６５】
この時の透過特性の波長依存性を図８に示す。図６に示した等波長間隔と等周波数間隔２のずれの傾向と同様に、波長軸上の真中では若干ずれているが、両端ではちょうどグリッド上に乗っている。そのため、波長領域の両端では波長軸上における透過率は高く、クロストークは低く抑えられており、特性は改善されている。
【００６６】
このように、等波長間隔と等周波数間隔のずれの線形部分は、光路長差付与手段に波長オーダーの補正を与えることにより補正できる。しかし、依然として、波長軸上の中心部分には若干のずれがある。そこで、この等波長間隔と等周波数間隔のずれの非線形部分を位相生成光結合器により補正する方法を次に説明する。
【００６７】
ＣＷＤＭグリッド上の各波長に対し、図６で示した等波長間隔と等周波数間隔２の周波数ずれを周波数間隔Δｆ２で割った値、即ち等波長間隔と等周波数間隔のずれの非線形部分の補正に必要な位相補正量をプロットした結果を図９に示した。すなわち、図９に示した位相補正量を各波長の光に対して与えることとすれば、等波長間隔と等周波数間隔２のずれの非線形部分を補正することができることとなる。
【００６８】
先ず、図９に示した出力位相差の波長依存性を関数的に表現する例について説明する。  波長と周波数の関係式ｆ＝ｃ／λにおいて、ｍ番目の波長λmとｍ番目の周波数ｆm＝ｆ0＋ｍΔｆとの関係は、
【００６９】
【数８】
2008209955.tif 000010
とあらわすことができる。但し、ｍは整数、Δｆは周波数間隔である。この式は下記式のように展開することができる。
【００７０】
【数９】
2008209955.tif 000011
上式（６）において、第二項、第三項以降の項はそれぞれ波長と周波数の関係における線形部分、非線形部分をあらわす。従って、等波長間隔と等周波数間隔のずれの非線形部分の補正量をあらわすのに非線形多項式、特に二次関数以上の多項式を用いれば良い近似となる。
【００７１】
例えば、二次の多項式による近似を行う場合、多重回帰近似を行った結果、図９の曲線は、位相補正量Ψが
【００７２】
【数１０】
2008209955.tif 000012
【００７３】
と近似できた。
【００７４】
もちろん、二次関数以上の多項式には限定されず、任意の関数を用いて近似しても良い。例えば、ガウス関数を用いて近似する場合は、近似式は、位相補正量Ψが
【００７５】
【数１１】
2008209955.tif 000013
となった。
【００７６】
このような位相差の波長依存性を与える手段として、干渉回路の透過帯域の波長（本実施形態の場合１４７０〜１６１０ｎｍ）に対して互いに異なる出力位相差をもつ位相生成光結合器を用いることにした。出力の位相差の波長依存性が合分波回路の透過帯域に対して変化する位相生成光結合器の構成例を図１０に示す。
【００７７】
この位相生成光結合器は、４つの光結合器２０１〜２０４と、隣接する光結合器２０１〜２０４に挟まれた３つの光路長差付与部分２０５〜２０７より構成されている。４つの光結合器２０１〜２０４の結合率を適切な値に設定し、３つの光路長差付与部２０５〜２０７に適切な光路長差を与えることにより、この位相生成光結合器の結合率の値と、出力の位相差の波長依存性を任意に設定することができる。
【００７８】
光結合器２０１，２０２，２０３，２０４には、結合率がそれぞれｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４の方向性結合器を用いることとした。また、光路長差付与部２０５，２０６，２０７の光路長差はそれぞれδ１、δ２、δ３とした。位相生成光結合器の出力の位相特性を上記（７）式の近似関数にフィッティングした結果、結合率ｒ１＝８２％、ｒ２＝８２％、ｒ３＝８２％、ｒ４＝８２％、光路長差δ１＝−１．１３λｃ、δ２＝０．２４λｃ、δ３＝１．１３λｃが得られた。
【００７９】
ここでは、光路長差付与部が３つ（光結合器が４つ）の位相生成光結合器を用いることとしているが、光路長差付与部は２つでも良いし、４つでも良い。なお、光路長差付与部の数が多いほど位相生成光結合器の位相特性を制御する自由度が高まり、フィッティングの精度は高まる。しかし、光路長差付与部の数が増えるほど回路サイズも大きくなるため、充分な近似度が得られる最小限の光長差付与部数で位相生成光結合器を構成することが望ましい。具体的には、光路長差付与部の数が６つ（光結合器が７つ）を超えると回路サイズが大きくなってしまうため、光路長差付与部の数は６つ以下に設定するのが望ましい。
【００８０】
当然のことではあるが、光路長差付与部の大きさは、導波路の比屈折率差、光路長、光結合器の結合率、回路構成などにより変化し、必要な位相補正量は、使用する光結合器の波長依存性、導波路材料の特性、分波間隔、回路構成などにより異なるため、作製する回路に合わせて光路長差付与部の数を設定すれば良い。本実施形態における好適な干渉回路は、図１１に示すように、光路長差付与手段１０７に接続されている光合分波手段１１１，１１２の各々が、３つの光路長差付与部（２０５，２０６，２０７および３０５，３０６，３０７）を有するように構成されたものである。
【００８１】
図１０に示した構成の位相生成光結合器を、従来構成の非対称マッハツェンダ干渉計が備える二つの光結合器として使用することとした。図１２（ａ）には、この非対称マッハツェンダ干渉計の光結合器（位相生成光結合器）の二つの出力ポートから出力される光信号の位相差の波長依存性が、図１２（ｂ）には、光結合率の波長依存性が示してある。ここで、２πの位相差あたりの光路長の変化は１・λｃであり、λｃは中心波長、光路長差は一方の導波路（図１０では下側の光路）に対する他方の導波路の相対的な光路長であらわした。非対称マッハツェンダ干渉計の従来の二つの光結合器を、本実施形態の位相生成光結合器で置き換えることにより、図１２（ａ）に示されているように、一つの位相生成光結合器あたりに必要な位相補正量は図６に示した値の約半分となる。
【００８２】
なお、非対称マッハツェンダ干渉計の左右の位相生成光結合器で異なる位相補正量を与えても良いし、片側の位相生成光結合器のみで位相補正を行っても良いことはいうまでもない。例えば、図４において、位相生成光結合器１１１として出力の位相差が一定である従来の光結合器を用いる一方、位相生成光結合器１１２として出力の位相差が合分波器の透過帯域の波長に対して変化する位相生成光結合器（例えば、光路長差付与部が６つ（光結合器が７つ）の位相生成光結合器）を用いることとし、この位相生成光結合器１１２のみで図１２（ａ）に示した位相補正量および図１２（ｂ）に示した結合率を実現しても同様の効果が得られる。
【００８３】
すなわち、干渉回路を構成する位相生成光結合器の一つのみを、出力位相差が波長依存性を有するように構成することとしても、等波長間隔回路を実現することができる。
【００８４】
図１２（ａ）に示した位相補正量の波長依存性によれば、図１０に示した構成の位相生成光結合器の出力ポートから出力される光信号の互いの位相差には２次関数以上の多項式で与えられる波長依存性があり、等波長間隔と等周波数間隔のずれの非線形部分の補正に必要な位相補正量を示す曲線と一致することがわかる。また、この位相生成光結合器の結合率の波長依存性は小さいため、この位相生成光結合器を用いた合分波回路の透過特性の波長依存性は小さいと予想される。
【００８５】
図１０に示した位相生成光結合器を、図４の合分波回路を構成する二つの位相生成光結合器１１１，１１２として用いた場合の透過特性の波長依存性を図１３に示した。光路長差付与手段１０７の光路長差はΔＬ’＝ΔＬ＋αであり、ΔＬ＝５５．９μｍ、α＝３．５・λｃ（λｃは中心波長であり例えばλｃ＝１．４７μｍならα＝５．１４５μｍである）に設定した。
【００８６】
また、二つの位相生成光結合器の与える位相差が互いに強め合うようにするため、例えば図１１に示したように、光路長差付与手段１０７の中間点（図の点線）に対し、位相生成光結合器が互いに左右対称になるよう配置した。
【００８７】
等波長間隔と等周波数間隔のずれの線形部分は光路長差付与手段で補正されている。さらに、等波長間隔と等周波数間隔のずれの非線形部分は、出力位相差が波長依存性を持つ位相生成光結合器で補正されたことにより、透過特性の波長依存性は全波長範囲でＣＷＤＭグリッド上に乗っている。なお、透過特性の波長依存性は小さく、全波長領域にわたってクロストークが良好である。
【００８８】
このような光合分波回路は、火炎堆積法、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングなどを用いてシリコン基板上に石英系光導波路を形成することにより作製した。なお、導波路の比屈折率差は０．７５％、導波路のコア厚は７μｍ、コア幅は７μｍとなるよう製造した。作製した回路は基板から切断した後、ファイバを接続し、モジュール化を行った。本実施形態で用いた導波路材料では、使用する波長帯域における屈折率の波長依存性が小さかったため、屈折率は定数であるものと仮定した。
【００８９】
但し、屈折率の波長依存性が大きい場合には、図６に示されている等波長間隔と等周波数間隔の関係を表すグラフが変化する。しかしその場合にも、屈折率の波長依存性を考慮して図１２（ａ）に示したような波長に対する位相補正量を導出し、例えば多重回帰近似により位相生成光結合器の出力の位相特性を適切に設定することにより、屈折率の波長依存性も含めて、屈折率が一定の場合と同様に、等波長間隔と等周波数間隔のずれを補正することができる。
【００９０】
また、上記光合分波回路では光デバイスを実現する最低限の構成のみを説明したが、例えば、光合分波回路の偏波依存性を低減するために必要な構成としたり、温度依存性を低減するための構成とするようにしてもよい。
【００９１】
このように、本発明の光合分波回路を用いることにより、等波長間隔の光デバイスが実現可能となる。
【００９２】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態における光合分波回路を図１４に示す。この回路は、出力位相差が透過帯域の波長に対して各々異なる二つの位相生成光結合器１１１，１１２と、これら２個の位相生成光結合器に挟まれた１つの光路長差付与手段１０７と、位相生成光結合器１１１，１１２に接続するそれぞれ二本の入出力光導波路１０１，１０２と１０３，１０４より構成されている。
【００９３】
また、二つの位相生成光結合器１１１，１１２は、例えば、図１５に示すように、４つの光結合器２０１〜２０４と、隣接する光結合器２０１〜２０４に挟まれた３つの光路長差付与部分２０５〜２０７より構成されている。
【００９４】
この合分波回路の透過特性は、波長軸上において概ね等周期であり、波長軸上で概ね周期的になるよう等波長間隔と等周波数間隔のずれが光路長差付与手段と、出力の位相差が合分波回路の透過帯域に対して異なる位相生成光結合器により補正されている。
【００９５】
光干渉回路の特性は、一般に光路長差付与手段の光路長に依存し、作製誤差により光路長が設定値よりずれれば、設定通りの特性が得られない。そこで、本実施形態の光合分波回路は、光路長差付与手段の光路長を精度良く設定するため、光路長差付与手段に位相調整手段を備えている。
【００９６】
図１４に示すように、等波長間隔のマッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段１０７に位相調整手段４０１を備えており、位相調整を行うことにより光路長差ΔＬ’＝ΔＬ＋αを変化させることができる。
【００９７】
また、図１５に示すマッハツェンダ干渉計を構成する位相生成光結合器の光路長差付与部分２０５〜２０７に位相調整手段４０１を備えており、位相調整を行うことにより光路長差δ１、δ２、δ３を変化させることができる。
【００９８】
最小二乗曲線近似により、位相調整量（位相補正量）として、Ψ≒８．１２×１０-6λ2−０．０２５λ＋１９．２が得られた。
【００９９】
このような位相特性を与える位相生成光結合器１１１，１１２を構成する光結合器２０１，２０２，２０３，２０４は、結合率がそれぞれｒ１＝８２％、ｒ２＝８２％、ｒ３＝８２％、ｒ４＝８２％の方向性結合器を用いるとし、光路長差付与部２０５，２０６，２０７の光学的光路長差をそれぞれ位相調整手段で調整することにより、光路長差δ１＝−１．１３λｃ、δ２＝０．２４λｃ、δ３＝１．１３λｃに設定した。
【０１００】
また、マッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段１０７の光学的光路長差は位相調整手段で調整することによりΔＬ’＝ΔＬ＋α（ΔＬ＝５５．９μｍ、α＝３．５・λｃ）となるよう設定した。
【０１０１】
その結果、既に図１３に示した特性のように、等波長間隔と等周波数間隔のずれが補正され、これにより、透過特性は全波長範囲でＣＷＤＭグリッドにほぼ一致させることができた。また、透過特性の波長依存性は小さく、全波長領域にわたってクロストークも良好である。
【０１０２】
本実施形態の回路では、光路長差付与手段に位相調整手段を備えているため、位相調整により光学的光路長を任意に変化させることができる。
【０１０３】
そこで、図１６および図１７に示したように、三つの光路長差付与部２０５，２０６，２０７における光路長差が０である位相生成光結合器１１１，１１２を用い、位相調整手段により二つの光路の光学的光路長を変化させることにより光路長差を与えても良い。
【０１０４】
位相調整は図１６に示したように光路長差付与部における一方の導波路のみに行っても良いし、図１７に示したように光路長差付与部の両側の導波路に行っても良い。
【０１０５】
また、図１６の光路長差付与手段１０７に示したように、同一導波路に位相調整手段が数箇所設けられていても良いし、位相調整手段の形状、位置も自由に設定することができる。
【０１０６】
もちろん、図１５に示すように、予め光路長差を与えておき、位相調整手段により任意に光路長を変化させても良い。
【０１０７】
このような合分波回路は、図１８に示すように、火炎堆積法、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングを用いてシリコン基板５０４上に下部クラッド５０３、コア５０２、上部クラッド５０１を作製し、石英系光導波路を形成することにより作製した。また、光導波路を形成後、光導波路上に位相調整手段４０１として薄膜ヒータを形成した。
【０１０８】
導波路の比屈折率差は０．７５％、導波路のコア厚は７μｍ、コア幅は７μｍとなるよう製造した。作製した回路は基板から切断した後、ファイバを接続し、モジュール化を行った。位相変化には薄膜ヒータを用い、導波路を局所加熱することにより導波路の屈折率を変化させて光学的光路長の調整を行った。
【０１０９】
ここでは位相調整手段４０１として薄膜ヒータによる熱光学効果を用いる例を示したが、例えば、レーザなどによる光照射を用いても良いし、電気光学効果、磁気光学効果など位相調整ができればどのような手段を用いても良い。
【０１１０】
上記実施形態で用いた導波路材料では、使用する波長帯域における屈折率の波長依存性が小さかったため、屈折率は定数であると仮定した。しかし、屈折率の波長依存性が大きい場合には、図６に示す等波長間隔と等周波数間隔の関係をあらわすグラフが変化する。その場合にも、屈折率の波長存性を考慮して波長に対する位相補正量を導出し、例えば最小二乗曲線近似により位相生成光結合器の出力の位相特性を適切に設定すれば、屈折率の波依存性も含めて、屈折率が一定の場合と同様に等波長間隔と等周波数間隔のずれを補正することができる。
【０１１１】
また、上記光合分波回路では、光デバイスを実現する最低限の構成のみを説明したが、例えば、光合分波回路の偏波依存性を低減する構成としたり、温度依存性を低減する構成としてもよい。
【０１１２】
以上、本実施形態では、薄膜ヒータ等の位相調整手段を用い、導波路の屈折率を変化させることにより光路長差付与手段や光路長差付与部の光学的光路長差を調整し、作製誤差を軽減した。このように、位相調整手段は光学的光路長差を変化させる効果があり、光路長差付与手段として用いることにより、光合分波回路を構成する光路長差付与手段や光路長差付与部の光学的光路長差を設計どうりの値に設定することができた。これにより、等波長間隔の光合分波回路を実現することができた。
【０１１３】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態における合分波回路を図１９に示す。この回路は、三つの位相生成光結合器１１１，１１２，１１３と、これら３個の位相生成光結合器に挟まれた２つの光路長差付与手段１０７，１０８と、位相生成光結合器１１１に接続するそれぞれ二本の入出力光導波路１０１，１０２と、位相生成光結合器１１３に接続するそれぞれ二本の入出力光導波路１０３，１０４より構成されている。
【０１１４】
ここで、光路長差付与手段１０７の光路長差はΔＬ１’＝ΔＬ１＋α１、光路長差付与手段１０８の光路長差はΔＬ２’＝ΔＬ２＋α２に設定されており、α１，α２は第１の実施形態で説明した波長オーダーの光路長である。
【０１１５】
また、三つの光合分波手段のうち少なくとも一つは、出力の位相差が光干渉計の透過帯域に対して異なる位相生成光結合器であり、位相成生機能を兼ねている。
【０１１６】
第１および第２の実施形態では、従来のマッハツェンダ干渉計の構成をもとにした位相生成機能を備えた光合分波回路であったが、本実施形態では、光路長差付与手段１０７，１０８におけるそれぞれの光路長差がΔＬ１＝ΔＬ、ΔＬ２＝２・ΔＬ＋π、位相生成光結合器１１１，１１２，１１３の分岐比がそれぞれ概ね５０％、７０％、１０％である従来のラティス・フィルタの構成（非特許文献８を参照)をもとにしている。
【０１１７】
このような光合分波回路の場合にも、第１の実施形態で説明した方法により、等周波数間隔の光合分波回路を等波長間隔にすることができる。
【０１１８】
本実施形態の光合分波回路の透過特性の波長依存性を図２０に示す。この光合分波回路は、光路長差付与手段と、出力の位相差が光合分波回路の透過帯域の波長に対して変化する位相生成光結合器を用いることにより、等波長間隔と等周波数間隔のずれが補正されている。その結果、波長軸上において概ね等周期の光合分波回路となっている。
【０１１９】
本実施形態の光合分波回路を構成する位相生成光結合器の一つとして、Ｍ＋１個（Ｍは２以上の整数）の光結合器と、隣接する光結合器に挟まれたＭ個の光路長差付与部分を有する位相生成光結合器を用いても良い。例えば、図２１の光合分波回路では、位相生成光結合器１１１，１１３としては図１０に示した位相生成光結合器を用いており、位相生成光結合器１１２としては、マッハツェンダ型光結合器を用いている。
【０１２０】
また、本実施形態の光合分波手段の光路長差付与部に位相調整手段が設けられていても良い。そして、三つの光路長差付与部における光路長差がそれぞれ０である位相生成光結合器（図２１の１１１，１１３）を用い、位相調整手段により二つの光路の光学的光路長を変化させることにより光路長差を与えても良い。
【０１２１】
もちろん、図１５に示したように予め光路長差を与えておき、位相調整手段により光路長を任意に変化させても良い。
【０１２２】
更に、位相生成光結合器１１２の場合、光路長差付与部における光路長差を変化させることにより、マッハツェンダ型の分岐比可変の光結合器として機能させることもできる。
【０１２３】
このような光合分波回路は、既に図１８に示したように、火炎堆積法、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングを用いてシリコン基板５０４上に下部クラッド５０３、コア５０２、上部クラッド５０１を作製し、石英系光導波路を形成することにより作製した。また、光導波路を形成後、光導波路上に位相調整手段４０１として薄膜ヒータを形成し、導波路の比屈折率差は０．７５％、導波路のコア厚は７μｍ、コア幅は７μｍとなるよう製造した。さらに、作製した回路は基板から切断した後、ファイバを接続し、モジュール化を行った。なお、位相変化には薄膜ヒータを用い、導波路を局所加熱することにより導波路の屈折率を変化させて光路長の調整を行った。
【０１２４】
ここでは、位相調整手段４０１として薄膜ヒータによる熱光学効果を用いる例を示したが、例えば、レーザなどによる光照射を用いても良いし、電気光学効果、磁気光学効果など位相調整ができればどのような手段を用いても良い。
【０１２５】
本実施形態で用いた導波路材料では、使用する波長帯域における屈折率の波長依存性が小さかったため、屈折率は定数であると仮定した。しかし、屈折率の波長依存性が大きい場合には、図６に示した等波長間隔と等周波数間隔の関係をあらわすグラフが変化する。その場合にも、屈折率の波長依存性を考慮して波長に対する位相補正量を導出し、非線形多項式近以により位相生成光結合器の出力の位相特性を適切に設定すれば、屈折率の波長依存性も含めて、屈折率が一定の場合と同様に等波長間隔と等周波数間隔のずれを補正することができる。
【０１２６】
また、上記の光合分波回路では、光デバイスを実現する最低限の構成のみを説明したが、例えば、光合分波回路の偏波依存性を低減する構成としてもよく、温度依存性を低減する構成としてもよい。
【０１２７】
本実施形態では、本発明をラティス・フィルタに適用することにより、マッハツェンダ干渉計以外の干渉回路にも適用可能であることを示したが、例えば、ラティス・フィルタ以外にも、多段マッハツェンダ干渉回路、トランスバーサル・フィルタ等、その他の干渉回路であっても本発明は適用可能である。また、１入力２出力の干渉回路だけでなく、任意本数の入出力を持つ干渉回路に適用することができる。
【０１２８】
このように、本実施形態の合分波回路を用いることにより、等波長間隔の合分波回路が実現できた。
【０１２９】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態における光合分波回路を図２２に示す。この回路は、二つの位相生成光結合器１１１，１１２と、これら２個の位相生成光結合器に挟まれた１つの光路長差付与手段１０７と、位相生成光結合器１１１に接続する入力導波路１０１，１０２より構成されている干渉回路において、位相生成光結合器１１２の二つの出力がアレイ導波路６０３と、アレイ導波路の両側に設けられた第一スラブ導波路６０２及び第二スラブ導波路６０４と、第二スラブ導波路に結合する８つの出力導波路６０５より構成されるアレイ導波路回折格子の第一スラブ導波路６０２に入射されている。
【０１３０】
なお、干渉回路の二つの出力導波路を第一スラブ導波路６０２に接続する場合は、その接点の形状は任意であり、例えばテーパ導波路など形状が変化する光導波路がスラブ導波路に接続されていても良い。
【０１３１】
ここで、光合分波手段のうち少なくとも１つは、出力の位相差が光合分波回路の透過域にある光に対して異なる位相を生成する位相生成手段であり、同時に、光結合器としても機能する位相生成光結合器である。
【０１３２】
本実施形態の光合分波回路は、従来のマッハツェンダ干渉回路の二つの出力をアレイ導波路回折格子の第一スラブ導波路に入射させる構成（特許文献１参照）をもとにしている。従来の構成の場合、前段に設けられた干渉回路は等周波数間隔であったため等波長間隔のシステムに用いるには適していなかった。しかし、本実施形態で示す構成のように、前段に等波長間隔の合分波回路を用いれば、後段のアレイ導波路回折格子の出力波長間隔を前段に合わせることにより、回路全体として等波長間隔の光回路となる。
【０１３３】
また、マッハツェンダ干渉回路を構成する位相生成光結合器１１２がアレイ導波路回折格子の第一スラブ導波路に結合された構成（特許文献２）をもとにした図２３の構成を取ることもできる。ここで、位相生成光結合器がスラブ導波路に結合された構成とは、例えば、図１０に示した位相生成光結合器を位相生成光結合器１１２として用いる場合は、光結合器２０４がスラブ導波路に直接結合されていることを指す。
【０１３４】
また、例えば、位相生成光結合器１１１が６つの光結合器と隣接する光結合器に挟まれた５つの光路長差付与部より構成されてもよいし、位相生成光結合器１１２が通常の光結合器であってもよい。さらに、光結合器が方向性結合器、マルチモード干渉カプラ、可変カプラなどであってもよい。
【０１３５】
更に、図２４に示すように、前段のマッハツェンダ干渉回路の光路長差付与手段の一方、若しくは両方の導波路に位相調整手段が設けられていても良い。
【０１３６】
位相調整手段を用いることにより、前段のマッハツェンダ干渉回路と後段のアレイ導波路回折格子の波長を合わせることができる（非特許文献９を参照) 。
【０１３７】
本実施形態の光合分波回路は、火炎堆積法、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングを用いて石英系光導波路をシリコン基板上に形成した。導波路の比屈折率差は０．７５％、導波路のコア厚は７μｍ、コア幅は７μｍとなるよう製造した。また、作製した回路は基板から切断した後、ファイバを接続しモジュール化を行った。
【０１３８】
前段のマッハツェンダ干渉回路の光路長差付与手段に位相調整手段４０１を施した後の光合分波回路を図２４に示し、その透過特性を図２５に示す。
【０１３９】
前段の干渉回路は等波長間隔であり、後段のアレイ導波路回折格子の出力波長間隔を前段に合わせることにより、回路全体として等波長間隔の特性が得られた。また、本構成の回路は、透過帯域が平坦なため、光通信システムで用いるのに適している。
【０１４０】
本実施例で示した構成では、前段に等波長間隔のマッハツェンダ干渉回路を用いたが、これには限定されず、第３の実施形態で示したようなラティス・フィルタ型、多段マッハツェンダ型、トランスバーサル・フィルタ型、その他の干渉回路等、任意の等波長間隔の光合分波回路を使用しても良い。
【０１４１】
また、後述する（第５の実施形態）光合分波回路が複数繋がれている位相生成機能を備えた光合分波器を前段に用い、その少なくとも二つの出力がアレイ導波路回折格子のスラブ導波路に入射するようにしてもよい。
【０１４２】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態における光合分波回路を図２６に示す。この回路は、前段の位相生成機能を備えた光合分波回路８０１と、位相生成機能を備えた光合分波回路８０１の二つの出力にそれぞれ接続された後段の位相生成機能を備えた光合分波回路８０２，８０３とにより構成されている。ここで、前段の光合分波回路は波長間隔が２０ｎｍの等波長間隔マッハツェンダ干渉回路であり、後段の光合分波回路は波長間隔が４０ｎｍの等波長間隔マッハツェンダ干渉回路である。更に、前段と後段の干渉回路で入力光が４つの出力に分波されるように位相が設定されている。
【０１４３】
このように、位相生成機能を備えた光合分波回路が複数個繋がれた構成を取ることにより、１入力４出力の位相生成機能を備えた光合分波回路を実現した。もちろん、本実施形態の位相生成機能を備えた光合分波回路も、第２の実施形態で説明したように、光路長差付与手段に位相調整手段を備えていても良い。この位相調整部により光学的光路長差を調整しても良いし、例えば、位相生成機能を備えた光合分波回路８０２の光路長差付与手段にπの位相変化に相当する光学的光路長差を与えれば、λ１とλ３が出力されるポートが入れ替わる。
【０１４４】
また、図２６に示した前段の干渉回路の出力導波路と後段の干渉回路の入力導波路を接続する方法は一つの例であり、入出力導波路の構成を変えれば、出力される波長の出力ポートが変化する。
【０１４５】
また、本実施形態の光合分波回路は、等波長間隔マッハツェンダ干渉回路を複数接続しているが、例えば、前段に第１の実施形態で説明した等波長間隔マッハツェンダ干渉回路（波長間隔２０ｎｍ）を用い、後段に第３の実施形態で説明した等波長間隔ラティス・フィルタ（波長間隔４０ｎｍ）を用いても良い。
【０１４６】
このように、任意の等波長間隔合分波器回路を複数台繋ぐことにより１入力Ｎ出力の位相生成機能を備えた光合分波回路が実現できる。
【０１４７】
更に、図２７に示したように、位相生成機能を備えた光合分波回路８０１の二つの出力にアレイ導波路回折格子８０４，８０５を接続しても良い。そうすれば、前段の位相生成機能を備えた光合分波回路８０１により波長が奇数と偶数チャネルに合分波され、後段のアレイ導波路回折格子８０４，８０５により個々の波長に合分波される。従って、同様に１入力Ｎ出力の位相生成機能を備えた光合分波回路が実現できる。
【０１４８】
もちろん、上記位相生成機能を備えた光合分波回路の任意の光路長差付与手段に位相調整を行っても良い。
【０１４９】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態の光合分波回路を図２８に示す。本回路はN+１個（Nは１以上の整数）の位相生成光結合器１１１〜１１５と、隣接する位相生成光結合器に挟まれたN個の光路長差付与手段１０７〜１０９と、１個目の位相生成光結合器１１１に接続された２本の入力導波路１０１、１０２と、N+１個目の位相生成光結合器１１５に接続された２本の出力導波路１０３、１０４より構成されるN段ラティス・フィルタである。
【０１５０】
N個の光路長差付与手段１０７、１０８、１０９はそれぞれ２本の光遅延線より構成されており、その光学的光路長差はそれぞれΔL1+δL1、ΔL2+δL2、・・・、ΔLN+δLNに設定されている。また、位相生成光結合器１１１〜１１５には出力の位相差が透過帯域に対して波長依存性を有する位相生成光結合器を用いている。そしてこれら位相生成光結合器を位相生成手段として用いることにより、光路長差付与手段１０７、１０８、１０９にそれぞれ波長依存性を有する位相Ψ1(λ)、Ψ2(λ)、・・・、ΨN(λ)が作用するようにしている。これらの位相Ψ1(λ)、Ψ2(λ)、・・・、ΨN(λ)を適切に設定することにより、図２８の光合分波回路の光学特性を任意に設定することができる。
【０１５１】
具体例として、本実施形態では原理的に等周波数間隔である光合分波回路の透過スペクトルを等波長間隔に変換する設計手法を説明する。もちろん、本発明の第１の実施形態等で説明した手法を用いることにより、原理的に等周波数間隔である干渉回路を等波長間隔の干渉回路にすることもできるが、ここでは別の設計手法を用いることにする。
【０１５２】
一般に光合分波回路、例えば位相生成光結合器と、この位相生成光結合器に結合される光路長差付与手段より構成されるN次（Nは１以上の整数）の光合分波回路（光遅延線回路）の透過特性は、この光合分波回路のインパルス応答のフーリエ変換であり、次式のように表すことができる。
【０１５３】
【数１２】
2008209955.tif 000014
ここで、ωは相対光角周波数、ΔLは光路長差付与手段の光学的光路長差であり、屈折率の波長依存性を含む光路長差、ｃは光速である。この式（８）より、従来の光合分波回路は原理的に相対光角周波数に対し等間隔であることがわかる。もし光路長差付与手段に波長依存性を有する位相Ψ（λ）を作用させることができれば、式（８）は本発明の光合分波回路の透過特性
【０１５４】
【数１３】
2008209955.tif 000015
に変換することができる。ただし、ｃ＝ωλ/２π、λは波長、ΔL´は光路長差付与手段の光学的光路長差である。この式（９）より、波長依存性を有する位相Ψ（λ）を適切に設定することにより、光合分波回路の透過特性を任意に変形できることがわかる。
【０１５５】
本実施形態では、例として透過スペクトルを等波長間隔に変換するので、次式で与えられる非線形位相Ψ（λ）を生成すればよい。
【０１５６】
【数１４】
2008209955.tif 000016
ただし、δL（＝ΔL´−ΔL）は微小光学的光路長差、Δλは波長周期、ｍは整数、λｃは中心波長である。数式（１０）を展開すると、位相は次式によりあらわされる２次関数以上の多項式で近似できる。
【０１５７】
【数１５】
2008209955.tif 000017
したがって、式（１１）より与えられる位相を光路長差付与手段に作用させれば、中心波長λｃ、波長間隔Δλの等波長間隔光合分波回路が実現できる。
【０１５８】
本実施形態では、位相生成光結合器を位相生成手段として用い、このように波長依存性のある位相を発生させる光合分波手段を位相生成光結合器と呼ぶことにする。
【０１５９】
位相生成光結合器としては、光結合器と光路長差付与部より構成される干渉計型位相生成光結合器を用いても良い。具体的に、本実施形態ではM+１個（Mは１以上の整数）の光結合器と隣接する光結合器に挟まれたM個の光路長差付与部により構成されるラティス・フィルタ型の位相生成光結合器を位相生成光結合器として用いることにする。
【０１６０】
本構成の位相生成光結合器を位相生成光結合器として用いる利点は、ラティス・フィルタは原理的に損失が無いこと、そしてM+１個の光結合器の分岐比（結合角）とM個の光路長差付与部の光学的光路長差を適切に設定することにより、位相生成光結合器として機能させることができることである。また、光結合器として、近接した二本の光導波路からなる方向性結合器を用いることにする。
【０１６１】
本発明における光合分波回路のｎ番目の二入力二出力ラティス・フィルタ型位相生成光結合器の伝達行列は次式で表すことができる。
【０１６２】
【数１６】
2008209955.tif 000018
ただし、Hn(z)とFn(z)はそれぞれｎ番目のラティス・フィルタ型位相生成光結合器のスルーポート、クロスポート伝達関数、Mnはｎ番目のラティス・フィルタ型位相生成光結合器の光路長差付与部の数、ｚは
【０１６３】
【数１７】
2008209955.tif 000019
で置き換えられる複素変数、Hn*(z)はHn(z)のパラ複素共役であり、上添え字*で表す通常の複素共役を用いて、
【０１６４】
【数１８】
2008209955.tif 000020
により定義される。また、式（１２）のSn、p（ｐ＝１〜Mｎ）はｐ番目の光結合器と光路長差付与部からなる基本回路構成要素の伝達行列
【０１６５】
【数１９】
2008209955.tif 000021
式（１２）のSn、p（ｐ＝Mｎ+１）はMｎ+１番目の光結合器の伝達行列
【０１６６】
【数２０】
2008209955.tif 000022
である。ただし、
【０１６７】
【数２１】
2008209955.tif 000023
はｎ番目のラティス・フィルタ型位相生成光結合器のｐ番目の光路長差付与部の光学的光路長差、
【０１６８】
【数２２】
2008209955.tif 000024
はｎ番目のラティス・フィルタ型位相生成光結合器のｐ番目の光結合器の結合角であり、より詳しく説明すると波長依存性を有する振幅結合率の角度表示である。
【０１６９】
光合分波回路の例として、上記原理をマッハツェンダ干渉計に適用する。本発明の等波長間隔マッハツェンダ干渉計は、図２９に示すようにN+１＝２個の位相生成光結合器１１１と１１２と、隣接する位相生成光結合器１１１と１１２に挟まれたN＝１個の光路長差付与手段１０７と、１個目の位相生成光結合器１１１に接続された２本の入力導波路１０１、１０２と、２個目の位相生成光結合器１１２に接続された２本の出力導波路１０３、１０４より構成されている。光路長差付与手段１０７は２本の光遅延線より構成されており、その光学的光路長差はΔL1+δL1に設定している。また、位相生成光結合器１１１と１１２は伝達行列がそれぞれS1、S2のM1段、M2段ラティス・フィルタ型位相生成光結合器である。
【０１７０】
位相生成光結合器により生成される位相差で、マッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段１０７に作用する位相は、式(１２)を用いることにより
【０１７１】
【数２３】
2008209955.tif 000025
となる。本発明のマッハツェンダ干渉計において、二つの位相生成光結合器のうち一つを位相生成光結合器としてもよいし、両方を位相生成光結合器としてもよいが、ここでは第１の実施形態で説明したように、同じ位相生成光結合器を二つ用い、マッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段１０７の中間点に対し、二つの位相生成光結合器が互いに線対称になるよう配置した。このとき、H1*(z)=H2*(z)=H*(z)と−F1*(z)=F2(z)=−F*(z)の関係が成立するので、式（１６）は
【０１７２】
【数２４】
2008209955.tif 000026
に簡素化することができる。したがって、式（１７）の位相生成光結合器により生成される位相が式（１１）に一致し、同時に位相生成光結合器が結合角０．５の３ｄB光結合器として機能するように位相生成光結合器を設定すれば、本発明の等波長間隔マッハツェンダ干渉計を実現することができる。
【０１７３】
位相生成光結合器の設計パラメータの導出には数値計算を行った。なお、パラメータの数が少ないほど位相生成光結合器を作製しやすくなるため、最適化の制約条件としてθ１(λ)＝θ２(λ)＝θ３(λ)＝θ４(λ)＝θ(λ)、
【０１７４】
【数２５】
2008209955.tif 000027
に設定した。もちろん、位相生成光結合器の設計パラメータを導出するのにこれらの制約条件は不要である。また、ラティス・フィルタ型位相生成光結合器の段数を多くするほど、そして制約条件を課さずに任意の設計パラメータを用いることにより、目的とする特性との近似度を高めることができる。しかし最適化により、上記制約条件を与えたとしても十分近似度の高い設計パラメータを導出することができた。さらに、近似しようとする位相関数に変数を導入することにより、位相生成光結合器の設計パラメータに柔軟性を持たせ、より近似を容易にすることができる。
【０１７５】
そのため、式(１１)に示したように、近似しようとする位相関数に変数δLを取り入れた。もちろん位相生成光結合器の設計に変数は必須ではないし、これ以外の変数を用いてもよいが、δLを用いたのは、光合分波回路の光路長差付与手段の光学的光路長差をΔL´（＝ΔL+δL）に設定するだけで、変数を容易に回路に反映させることができるからである。
【０１７６】
式（１７）が式（１１）に一致し、結合角が０．５になるよう位相生成光結合器を構成する光結合器の結合角と光路長差付与手段の光学的光路長差、そして変数δLを非線形多項式近似により最適化した。最適化の結果、図３０（ａ）に示す位相差と図３０（ｂ）に示す結合角を有する位相生成光結合器を得た。位相生成光結合器の出力の位相差、すなわち、生成される位相Φ（λ）は目的とする位相Ψ（λ）
【０１７７】
【数２６】
2008209955.tif 000028
に一致した。また、位相生成光結合器の結合角は概ね０．５の３ｄB光結合器として機能することがわかる。
【０１７８】
図３１に、作製した本発明の等波長間隔マッハツェンダ干渉計の模式図を示す。位相生成光結合器である位相生成光結合器１１１、１１２を構成する光結合器２０１〜２０４、３０１〜３０４の結合角はθ（λＣ）=0.33、位相生成光結合器１１１、１１２の光路長差付与部２０５、３０５の光学的光路長差はδl１＝1.8λＣ、位相生成光結合器１１１、１１２の光路長差付与部２０６、３０６の光学的光路長差はδl２＝0.2λＣ、位相生成光結合器１１１、１１２の光路長差付与部２０７、３０７の光学的光路長差は、δl３＝−1.8λＣ  に設定した。二本の光遅延線からなるマッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段１０７の光学的光路長差はΔL1´（＝ΔL1+δL1）に設定し、ΔL1は従来のマッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段の光学的光路長差、光路長差付与手段に付加する光学的光路長差は、δL１＝0.2λＣに設定した。
【０１７９】
上記合分波回路は、火炎堆積法、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングを用いてシリコン基板５０４上に石英系光導波路を形成することにより作製した。また、光導波路を形成後、光導波路上に位相調整手段４０１として幅４０μｍ、ヒータ長４ｍｍの薄膜ヒータを形成し、これらを用いて導波路の屈折率を変化させることにより光路長差付与手段の光学的光路長差の作製誤差を補正した。
【０１８０】
導波路の比屈折率差は１．５％、導波路のコア厚は４．５μｍ、コア幅は４．５μｍとなるよう製造した。このマッハツェンダ干渉計が作製されたチップをダイシングにより切り出し、入力、出力導波路にはシングルモードファイバを接続し、光モジュールを組み立てた。
【０１８１】
図３２に、作製した本発明の等波長間隔マッハツェンダ干渉計光モジュールの光学特性を示す。入力導波路１０２より光を入力し、出力導波路１０３より出力された光学特性をクロス、出力導波路１０４より出力された光学特性をスルーと表記した。本発明の原理を適用することにより、等波長周期40nmの光合分波回路を実現した。
【０１８２】
図３３に、相対波長に対しマッハツェンダ干渉計の透過帯の中心位置がCWDMグリッドからどれだけずれるかを示す。従来型のマッハツェンダ干渉計は等周波数間隔であり、等波長間隔でないため大きな軸ずれが発生することがわかる。一方、本発明の等波長間隔マッハツェンダ干渉計は等波長周期40nmであるため、軸ずれは生じない。そのため、波長領域で周期的なグリッドを用いるCWDMシステム用光合分波回路として適している。
【０１８３】
図３４に相対波長に対する損失、図３５に相対波長に対するクロストークを示す。従来型のマッハツェンダ干渉計では透過帯の中心位置が波長グリッドからずれるため、CWDMグリッド上において損失が増大し、クロストークも劣化するが、本発明のマッハツェンダ干渉計は透過帯の中心位置が波長グリッドに完全に一致しているため、損失とクロストークはいずれも良好である。
【０１８４】
以上、本実施形態では、一つ以上の入力と二つ以上の出力を持つ位相生成光結合器と、この位相生成光結合器に結合される光路長差付与手段により構成される干渉計型光回路において、等波長間隔になるよう設計した位相を位相生成手段により光路長差付与手段に作用させることにより、等波長間隔の光合分波回路を実現した。
【０１８５】
さらに詳しく説明すると、位相生成手段として出力の位相差が透過帯域に対して異なることを特徴とする位相生成光結合器を用いた。具体的に位相生成光結合器としてラティス・フィルタ型の位相生成光結合器を用い、目的とする位相と結合角を有するよう設計パラメータを最適化することにより、位相生成光結合器として機能させることに成功した。本実施形態で説明した一連の設計手法を用いることにより、光合分波回路の一例として従来のマッハツェンダ干渉計を等波長間隔マッハツェンダ干渉計に変換した。このことは、一般の等周波数間隔の光遅延線回路を等波長間隔に変換できることを意味するものである。
【０１８６】
もちろん、目的とする特性を実現するための位相を導出し、数値計算により位相生成光結合器の設計パラメータを最適化する過程を経る上記一連の設計アルゴリズムは本発明を実現するための一つの手法であり、第一実施形態のように、目的とする光学特性になるよう透過特性より位相補正量を直接導出する手法など、その他の手法を用いても等波長間隔合分波回路を実現できる。
【０１８７】
また、近似する位相関数は本実施形態で示した関数に限らず、得たい透過特性により任意に設定することができる。等波長間隔に限定されず、例えば、任意の波長領域では任意の波長間隔になるよう設計することができる。等波長間隔にしたのは、本発明の特徴である位相設計の一例である。さらに、位相の表し方は必ずしも一意に決まるものではなく、同じ特性を実現するのに複数の表し方が可能である。例えば、本実施形態で用いる光合分波回路は二出力のラティス・フィルタであり、いずれの出力導波路からも光信号を取り出すことができるので、ｍ＝ｍ´／２（ｍ´は整数）としてもよいし、その他の関数を用いても良い。
【０１８８】
以上、本実施形態は、位相生成手段を用いることにより従来型の光合分波回路の光学特性を修正できることを説明する一つの例である。
【０１８９】
（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態における光合分波回路を図３６に示す。本回路は、N+１個（N＝２）の位相生成光結合器１１１〜１１３と、隣接する位相生成光結合器に挟まれたN（N＝２）個の光路長差付与手段１０７〜１０８と、１個目の位相生成光結合器１１１に接続された２本の入力導波路１０１、１０２と、N+１＝３個目の位相生成光結合器１１３に接続された２本の出力導波路１０３、１０４より構成される２段ラティス・フィルタである。
【０１９０】
２個の光路長差付与手段１０７、１０８はそれぞれ２本の光遅延線より構成されており、その光学的光路長差はそれぞれΔL1+δL1、ΔL2+δL2に設定されている。また、位相生成光結合器１１１〜１１３には出力の位相差が透過帯域に対して波長依存性を有する位相生成光結合器を用いている。そしてこれら位相生成光結合器を位相生成手段として用いることにより、光路長差付与手段１０７、１０８にそれぞれ波長依存性を有する位相Ψ1(λ)、Ψ2(λ)が作用するようにしている。これらの位相Ψ1(λ)、Ψ2(λ)を適切に設定することにより、図３６の光合分波回路の光学特性を任意に設定することができる。
【０１９１】
具体例として、本実施形態では原理的に等周波数間隔である光合分波回路の透過スペクトルを等波長間隔に変換した波長基準器を説明する。第６の実施形態で説明した位相を光路長差付与手段に作用させれば、中心波長λｃ、波長間隔Δλの等波長間隔の波長基準器が実現できる。本実施形態では位相生成手段として位相生成光結合器を用い、これらの位相生成光結合器を位相生成光結合器として機能させることにより、目的とする光学特性を実現する。
【０１９２】
本実施形態では、位相生成光結合器としてラティス・フィルタ型の位相生成光結合器を用い、位相生成光結合器１１１と１１２により光路長差付与手段１０７に位相Ψ１（λ）、位相生成光結合器１１２と１１３により光路長差付与手段１０８に位相Ψ２（λ）を作用させることにする。また、基本光学的光路長差をΔLとすると、１個目の光路長差付与手段１０７のΔL１＝ΔL、２個目の光路長差付与手段１０８のΔL２＝ΔLに設定した。ここで、基本光学的光路長差ΔLは従来型のラティス・フィルタ型波長基準器の光路長差付与手段の光路長差に等しい。
【０１９３】
また、位相生成光結合器１１２を近接した二本の光導波路からなる方向性結合器、位相生成光結合器１１１と１１３は伝達行列がそれぞれS1、S3のM1段、M3段ラティス・フィルタ型位相生成光結合器とした。さらに、位相生成光結合器１１２を中心に回路全体が線対称になるよう設計し、回路パラメータ数を減らすことにより回路の作製を容易にした。もちろん、上記構成は回路構成の一例であり、位相生成光結合器１１１〜１１３をそれぞれ異なる特性を有する位相生成光結合器とするなど、その他の回路構成を用いてもよい。
位相生成光結合器１１１〜１１３の伝達行列はそれぞれ、
【０１９４】
【数２７】
2008209955.tif 000029
【０１９５】
【数２８】
2008209955.tif 000030
【０１９６】
【数２９】
2008209955.tif 000031
であらわされる。第６の実施形態で説明したように、位相生成光結合器の位相差により光路長差付与手段１０７と１０８に作用する位相Φ1（λ）、Φ2（λ）と、目的とする位相Ψ1（λ）、Ψ2（λ）がそれぞれ一致し、同時に結合角が０．３の光結合器として機能するよう位相生成光結合器の設計パラメータの最適化を行った。
【０１９７】
ここでは、位相生成光結合器１１２を中心に回路全体を線対称にしており、光路長差付与手段１０７と１０８の設計は等しいので、光路長差付与手段１０７のみ最適化すればよい。最適化の結果、位相生成光結合器を６段ラティス・フィルタとした。なお、パラメータの数が少ないほど位相生成光結合器を作製しやすくなるため、最適化の制約条件としてθ1,1(λ)＝θ1,2(λ)＝θ1,3(λ)＝θ1,4(λ)＝θ1,5(λ)＝θ1,6(λ)＝θ(λ)、
【０１９８】
【数３０】
2008209955.tif 000032
【０１９９】
【数３１】
2008209955.tif 000033
に設定した。
【０２００】
もちろん、位相生成光結合器の設計パラメータを導出するのにこれらの制約条件は不要であるし、これ以外の制約条件を設定してもよい。また、ラティス・フィルタ型位相生成光結合器の段数を多くするほど、そして制約条件を課さずに任意の設計パラメータを用いることにより、目的とする特性との近似度を高めることができる。
【０２０１】
しかし最適化により、上記制約条件を与えたとしても十分近似度の高い設計パラメータを導出することができた。さらに、近似しようとする位相関数に変数を導入することにより、位相生成光結合器の設計パラメータに柔軟性を持たせ、より近似を容易にすることができる。
【０２０２】
そのため、近似する位相関数に変数δL1を取り入れた。もちろん位相生成光結合器の設計に変数は必須ではないし、これ以外の変数を用いてもよいが、δL1を用いたのは、光合分波回路の光路長差付与手段の光学的光路長差をΔL1´（＝ΔL1+δL1）に設定するだけで、変数を容易に回路に反映させることができるからである。
【０２０３】
生成される位相差Φ1（λ）と目的とする位相Ψ1 (λ)が一致し、結合角が０．３になるよう位相生成光結合器を構成する光結合器の結合角と光路長差付与部の光学的光路長差、そして変数δL１を共役勾配法により最適化した。最適化の結果、位相生成光結合器１１１と１１２により図３７（ａ）に示す位相差Φ1（λ）を生成させ、位相Ψ1 (λ)をよく近似できている様子がわかる。同時に図３７（ｂ）に示す結合角を有する位相生成光結合器（位相生成光結合器１１１）を実現した。
【０２０４】
図３８に、作製した本発明の等波長間隔ラティス・フィルタ型波長基準器の模式図を示す。位相生成光結合器である位相生成光結合器１１１、１１３を構成する光結合器２１１〜２１７、３１１〜３１７の結合角はθ（λC）＝0.56、位相生成光結合器１１１、１１３の光路長差付与部２３１、３３１の光学的光路長差はδl１＝1.2λＣ、光路長差付与部２３２、３３２の光学的光路長差はδl２＝0.12λＣ、光路長差付与部２３３、３３３の光学的光路長差はδl３＝-0.2λＣ、光路長差付与部２３４、３３４の光学的光路長差はδl４＝-0.2λＣ、光路長差付与部２３５、３３５の光学的光路長差はδl５＝-1.2λＣ、光路長差付与部２３６、３３６の光学的光路長差はδl６＝-1.2λＣに設定した。
【０２０５】
二本の光遅延線からなるマッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段１０７、１０８の光学的光路長差はΔL1´＝ΔL2´＝ΔL´（＝ΔL+δL）に設定し、ΔLは従来のラティス・フィルタの光路長差付与手段の光学的光路長差、光路長差付与手段に付加する光学的光路長差はδL＝-1.8λＣに設定した。また、方向性結合器３１０の結合角は０．４に設定した。
【０２０６】
上記合分波回路は、火炎堆積法、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングを用いてシリコン基板５０４上に石英系光導波路を形成することにより作製した。また、光導波路を形成後、光導波路上に位相調整手段４０１として幅７０μｍ、ヒータ長８ｍｍの薄膜ヒータを形成し、これらを用いて導波路の屈折率を変化させることにより光路長差付与手段の光学的光路長差の作製誤差を補正した。
【０２０７】
導波路の比屈折率差は１．５％、導波路のコア厚は４．５μｍ、コア幅は４．５μｍとなるよう製造した。このマッハツェンダ干渉計が作製されたチップをダイシングにより切り出し、入力、出力導波路には分散シフトファイバを接続し、光モジュールを組み立てた。
【０２０８】
図３９（ａ）に従来型波長基準器、図３９（ｂ）に本発明の原理を適用した波長基準器の透過特性を示す。ここでは入力導波路１０２より光を入力し、出力導波路１０３より出力された光学特性を示す。従来型のラティス・フィルタは等周波数間隔なので、波長軸上では等間隔にすることができない。一方、本発明の原理を適用することにより、等波長周期40nmの波長基準器を実現した。
【０２０９】
図４０に、相対波長に対しラティス・フィルタの透過帯の中心位置がCWDMグリッドからどれだけずれるかを示す。従来型のラティス・フィルタは等周波数間隔であり、等波長間隔でないため大きな軸ずれが発生することがわかる。一方、本発明の等波長間隔ラティス・フィルタは等波長周期40nmであるため、軸ずれは生じない。そのため、波長領域で周期的なグリッドを用いるCWDMシステム用波長基準器として適している。
【０２１０】
図４１に、相対波長に対する損失を示す。従来型のラティス・フィルタでは透過帯の中心位置が波長グリッドからずれるため、CWDMグリッド上において損失が増大するが、本発明のラティス・フィルタは透過帯の中心位置が波長グリッドに完全に一致しているため、軸ずれによる損失は生じない。
【０２１１】
以上、本実施形態では、一つ以上の入力と二つ以上の出力を持つ位相生成光結合器と、この位相生成光結合器に結合される光路長差付与手段により構成される干渉計型光回路において、等波長間隔になるよう設計した位相を位相生成手段により光路長差付与手段に作用させることにより、等波長間隔の光合分波回路を実現した。さらに詳しく説明すると、位相生成手段として出力の位相差が透過帯域に対して異なることを特徴とする位相生成光結合器を用いた。具体的に位相生成光結合器としてラティス・フィルタ型の位相生成光結合器を用い、目的とする位相と結合角を有するよう設計パラメータを最適化することにより、位相生成光結合器として機能させることに成功した。具体的に光合分波回路の一例として従来のラティス・フィルタ型波長基準器を等波長間隔ラティス・フィルタ型波長基準器に変換した。
【０２１２】
また、近似する位相関数は得たい透過特性により任意に設定することができる。等波長間隔の波長基準器に限定されず、例えば、任意の波長領域では任意の波長間隔になるよう設計することができる。そのため、位相を適切に設定することにより、任意の位置に透過率のピーク、すなわち波長基準位置が来るような波長基準器を実現することができる。
【０２１３】
以上、本実施形態は、位相生成手段を用いることにより従来型の光合分波回路の光学特性を修正できることを説明する一つの例である。
【０２１４】
（第８の実施形態）
本発明の第８の実施形態における光合分波回路を図４２に示す。本回路はN+１個（N＝２）の位相生成光結合器１１１〜１１３と、隣接する位相生成光結合器に挟まれたN（N＝２）個の光路長差付与手段１０７〜１０８と、１個目の位相生成光結合器１１１に接続された２本の入力導波路１０１、１０２と、N+１＝３個目の位相生成光結合器１１３に接続された２本の出力導波路１０３、１０４より構成される２段ラティス・フィルタである。
【０２１５】
２個の光路長差付与手段１０７、１０８はそれぞれ２本の光遅延線より構成されており、その光学的光路長差はそれぞれΔL1+δL1、ΔL2+δL2に設定されている。また、位相生成光結合器１１１〜１１３には出力の位相差が透過帯域に対して波長依存性を有する位相生成光結合器を用いている。そしてこれら位相生成光結合器を位相生成手段として用いることにより、光路長差付与手段１０７、１０８にそれぞれ波長依存性を有する位相Ψ1(λ)、Ψ2(λ)が作用するようにしている。これらの位相Ψ1(λ)、Ψ2(λ)を適切に設定することにより、図３６の光合分波回路の光学特性を任意に設定することができる。
【０２１６】
具体例として、本実施形態では原理的に等周波数間隔である光合分波回路の透過スペクトルを等波長間隔に変換したインタリーブ・フィルタを説明する。第６の実施形態で説明した位相を光路長差付与手段に作用させれば、中心波長λｃ、波長間隔Δλの等波長間隔のインタリーブ・フィルタを実現できる。本実施形態では位相生成手段として位相生成光結合器を用い、これらの位相生成光結合器を位相生成光結合器として機能させることにより、目的とする光学特性を実現する。
【０２１７】
本実施形態では、位相生成光結合器としてラティス・フィルタ型の位相生成光結合器を用い、位相生成光結合器１１１と１１２により光路長差付与手段１０７に位相Ψ１（λ）、位相生成光結合器１１２と１１３により光路長差付与手段１０８に位相Ψ２（λ）を作用させることにする。また、基本光学的光路長差をΔLとすると、１個目の光路長差付与手段１０７のΔL1＝ΔL、２個目の光路長差付与手段１０８のΔL2＝−２ΔLに設定した。ここで、基本光学的光路長差ΔLは従来型のラティス・フィルタ型インタリーブ・フィルタの光路長差付与手段の光路長差に等しい。
【０２１８】
また、図４３（ｂ）に示すように、位相生成光結合器１１２を近接した二本の光導波路からなる結合角０．３８の方向性結合器３１０、位相生成光結合器１１１と１１３は伝達行列がそれぞれS1、S3のM1段、M3段ラティス・フィルタ型位相生成光結合器とした。
【０２１９】
第６の実施形態で説明したように、位相生成光結合器の位相差により光路長差付与手段１０７と１０８に作用する位相Φ1（λ）、Φ2（λ）と、目的とする位相Ψ1（λ）、Ψ2（λ）がそれぞれ一致し、同時に位相生成光結合器１１１、１１３の結合角がそれぞれ０．５、０．１５の光結合器として機能するよう位相生成光結合器の設計パラメータの最適化を行った。最適化の結果、図４３（ａ）および図４３（ｃ）に示すように、位相生成光結合器１１１、１１３をそれぞれ６段、10段ラティス・フィルタ型位相生成光結合器とした。
【０２２０】
なお、パラメータの数が少ないほど位相生成光結合器を作製しやすくなるため、最適化の制約条件としてθ1,1(λ)＝θ1,2(λ)＝θ1,3(λ)＝θ1,4(λ)＝θ1,5(λ)＝θ1,6(λ)＝θ１(λ)、そして、θ3,1(λ)＝θ３,2(λ)＝θ３,3(λ)＝θ３,4(λ)＝θ３,5(λ)＝θ３,6(λ)＝θ３,７(λ)＝θ３,８(λ)＝θ３,９(λ)＝θ３,１０(λ)＝θ３(λ)に設定した。
【０２２１】
もちろん、位相生成光結合器の設計パラメータを導出するのにこれらの制約条件は不要であるし、これ以外の制約条件を設定してもよい。また、ラティス・フィルタ型位相生成光結合器の段数を多くするほど、そして制約条件を課さずに任意の設計パラメータを用いることにより、目的とする特性との近似度を高めることができる。しかし最適化により、上記制約条件を与えたとしても十分近似度の高い設計パラメータを導出することができた。
【０２２２】
さらに、近似しようとする位相関数に変数を導入することにより、位相生成光結合器の設計パラメータに柔軟性を持たせ、より近似を容易にすることができる。そのため、近似する位相関数Ψ1（λ）、Ψ2（λ）にそれぞれ変数δL1、δL2を取り入れた。もちろん位相生成光結合器の設計に変数は必須ではないし、これ以外の変数を用いてもよいが、δL1、δL2を用いたのは、光合分波回路の光路長差付与手段１０７、１０８の光学的光路長差をそれぞれΔL1´（＝ΔL1+δL1）、ΔL2´（＝ΔL2+δL2）に設定するだけで、変数を容易に回路に反映させることができるからである。
【０２２３】
まず、生成される位相差Φ1（λ）と目的とする位相Ψ1 (λ)が一致し、結合角が０．５になるよう位相生成光結合器を構成する光結合器の結合角と光路長差付与部の光学的光路長差、そして変数δL1を共役勾配法により最適化した。最適化の結果、位相生成光結合器１１１と１１２により図４４（ａ）に示す位相差Φ1（λ）を生成させ、位相Ψ1 (λ)をよく近似できている様子がわかる。同時に図４４（ｂ）に示す結合角を有する位相生成光結合器（位相生成光結合器１１１）を実現した。
【０２２４】
次に、生成される位相差Φ2（λ）と目的とする位相Ψ2 (λ)が一致し、結合角が０．１５になるよう位相生成光結合器を構成する光結合器の結合角と光路長差付与部の光学的光路長差、そして変数δL2を共役勾配法により最適化した。
【０２２５】
最適化の結果、位相生成光結合器１１２と１１３により図４５（ａ）に示す位相差Φ2（λ）を生成させ、位相Ψ2 (λ)をよく近似できている様子がわかる。同時に図４５（ｂ）に示す結合角を有する位相生成光結合器（位相生成光結合器１１３）を実現した。
【０２２６】
位相生成光結合器である位相生成光結合器１１１、１１３を構成する光結合器２１１〜２１７、３１１〜３２１の結合角はそれぞれ
【０２２７】
【数３２】
2008209955.tif 000034
【０２２８】
【数３３】
2008209955.tif 000035
に設定した。また、位相生成光結合器１１１の光路長差付与部２３１、２３２、２３３、２３４、２３５、２３６の光学的光路長差は
【０２２９】
【数３４】
2008209955.tif 000036
【０２３０】
【数３５】
2008209955.tif 000037
【０２３１】
【数３６】
2008209955.tif 000038
【０２３２】
【数３７】
2008209955.tif 000039
【０２３３】
【数３８】
2008209955.tif 000040
【０２３４】
【数３９】
2008209955.tif 000041
に設定した。さらに、位相生成光結合器１１３の光路長差付与部３３１、３３２、３３３、３３４、３３５、３３６、３３７、３３８、３３９、３４０の光学的光路長差は
【０２３５】
【数４０】
2008209955.tif 000042
【０２３６】
【数４１】
2008209955.tif 000043
【０２３７】
【数４２】
2008209955.tif 000044
【０２３８】
【数４３】
2008209955.tif 000045
【０２３９】
【数４４】
2008209955.tif 000046
【０２４０】
【数４５】
2008209955.tif 000047
【０２４１】
【数４６】
2008209955.tif 000048
【０２４２】
【数４７】
2008209955.tif 000049
【０２４３】
【数４８】
2008209955.tif 000050
【０２４４】
【数４９】
2008209955.tif 000051
に設定した。
【０２４５】
二本の光遅延線からなるマッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段１０７、１０８の光学的光路長差はそれぞれΔL1´＝ΔL+δL1、ΔL2´＝−２ΔL+δL2に設定し、ΔLは従来のラティス・フィルタの光路長差付与手段の光学的光路長差、光路長差付与手段に付加する光学的光路長差は
【０２４６】
【数５０】
2008209955.tif 000052
【０２４７】
【数５１】
2008209955.tif 000053
に設定した。また、方向性結合器３１０の結合角は０．３８である。
【０２４８】
上記合分波回路は、火炎堆積法、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングを用いてシリコン基板５０４上に石英系光導波路を形成することにより作製した。また、光導波路を形成後、光導波路上に位相調整手段４０１として幅４０μｍ、ヒータ長５ｍｍの薄膜ヒータを形成し、これらを用いて導波路の屈折率を変化させることにより光路長差付与手段の光学的光路長差の作製誤差を補正した。
【０２４９】
導波路の比屈折率差は１．５％、導波路のコア厚は４．５μｍ、コア幅は４．５μｍとなるよう製造した。このマッハツェンダ干渉計が作製されたチップをダイシングにより切り出し、入力、出力導波路にはシングルモードファイバを接続し、光モジュールを組み立てた。
【０２５０】
図４６に、本発明の原理を適用したラティス型インタリーブ・フィルタの透過特性を示す。ここでは入力導波路１０２より光を入力し、出力導波路１０３より出力された光学特性をクロス、出力導波路１０４より出力された光学特性をスルーと表記した。本発明の原理を適用することにより、等波長周期40nm、すなわちチャネル間隔２０nmの等波長間隔インタリーブ・フィルタを実現した。
【０２５１】
本発明の等波長間隔インタリーブ・フィルタはCWDMグリッドからの軸ずれがないので、軸ずれによる損失、クロストークが生じず、CWDMグリッド用の光合分波回路として最適である。
【０２５２】
以上、本実施形態では、一つ以上の入力と二つ以上の出力を持つ位相生成光結合器と、この位相生成光結合器に結合される光路長差付与手段により構成される干渉計型光回路において、等波長間隔になるよう設計した位相を位相生成手段により光路長差付与手段に作用させることにより、等波長間隔の光合分波回路を実現した。
【０２５３】
さらに詳しく説明すると、位相生成手段として出力の位相差が透過帯域に対して異なることを特徴とする位相生成光結合器を用いた。具体的に位相生成光結合器としてラティス・フィルタ型の位相生成光結合器を用い、目的とする位相と結合角を有するよう設計パラメータを最適化することにより、位相生成光結合器として機能させることに成功した。具体的に光合分波回路の一例として従来のラティス・フィルタ型インタリーブ・フィルタを等波長間隔ラティス・フィルタ型インタリーブ・フィルタに変換した。
【０２５４】
本発明の光合分波回路は単体でも使用することができるが、本発明の第４の実施形態で説明したようにアレイ導波路格子などその他の光回路を本実施形態の光合分波回路に接続して使用してもよいし、同一チップ上にアレイ導波路格子などの光回路と一体集積し、光合分波モジュールとしてもよい。このように、本発明の等波長間隔合分波回路を従来の光回路と組み合わせても良い。
【０２５５】
因みに、アレイ導波路格子は光合分波手段(スラブ導波路)と光路長差付与手段(アレイ導波路) より構成される干渉回路であるが、本発明の各実施形態で用いる光遅延線回路とは異なる原理で動作する光回路である。そのため透過特性は異なるものであり、アレイ導波路格子の透過特性は通常、等波長間隔である。なお、アレイ導波路格子は本発明と異なる手法を用いることにより等周波数間隔にできることが知られている。
【０２５６】
また、従来のラティス型インタリーブ・フィルタにおいて、クロストークと波長分散を低減するため、回路を多段に接続する手法が報告されている。図４７に示すように、本発明の等波長間隔合分波回路を縦列接続することにより、同様の効果が得られる。光信号を入力導波路１０３から入力した場合、出力導波路１２２と１２４から出力されるよう回路を構成している。また、前段の光合分波回路８０１と後段の光合分波回路８０２、８０３で中心波長が半波長異なるように回路を設計している。もちろん、これ以外の入出力ポートを使用してもよいし、多段に接続する方法も多数あり、本発明の光合分波回路を任意の構成で多段に接続しても良い。
【０２５７】
また、第５の実施形態で説明したように、前段の光合分波回路８０１と後段の光合分波回路８０２、８０３の波長間隔が２倍異なるようにすれば、等波長間隔の１×４インタリーブ・フィルタが実現できる。もちろん、任意のP入力Q出力合分波回路を構成することができる。
【０２５８】
以上、本実施形態は、位相生成手段を用いることにより従来型の光合分波回路の光学特性を修正できることを説明する一つの例である。
【０２５９】
（第９の実施形態）
本発明の各実施形態では主に波長領域で使用する光合分波回路を説明してきたが、本発明の原理は波長領域だけではなく、光周波数領域にも適用することができる。本実施形態では、その具体的な一例を示す。
【０２６０】
第６の実施形態で説明したように、光合分波手段と光路長差付与手段より構成される光遅延線回路の透過特性は下記式のように表すことができる。
【０２６１】
【数５２】
2008209955.tif 000054
ここで、nは光周波数依存性を有する屈折率、ΔLは光路長差、cは光速、fは光周波数である。従来型光遅延線回路は光周波数領域で等周期であるが、その透過特性は光周波数間隔Δｆと中心光周波数ｆｃで特徴づけることができる。しかし、従来型光遅延線回路で自由に設定できるのは光路長差ΔLのみであるため、光周波数間隔Δｆと中心光周波数ｆｃを同時に設定することができず、いずれか一方のみ設定できた。
【０２６２】
具体的には、光路長差ΔLは次の二式により光周波数間隔Δfと中心光周波数fcに関連している。
【０２６３】
【数５３】
2008209955.tif 000055
【０２６４】
【数５４】
2008209955.tif 000056
ただし、ｍは整数、Ngは群屈折率である。式（２３）、式（２４）をそれぞれ式（２２）に代入すると、透過特性は下記式のように変形できる。
【０２６５】
【数５５】
2008209955.tif 000057
【０２６６】
【数５６】
2008209955.tif 000058
ただし、ｎｃは中心光周波数における屈折率、Ngcは中心光周波数における群屈折率である。式（２５）では光周波数間隔を任意の値に設定できるため、光周波数間隔がΔｆの等周波数間隔の光合分波回路になるが、中心光周波数は自由に設定することはできない。一方、式（２６）では中心光周波数を任意の値に設定できるため、中心光周波数がｆｃの等周波数間隔の光合分波回路になるが、光周波数間隔は自由に設定することはできない。
【０２６７】
具体的に、光周波数間隔８００GHｚの従来型マッハツェンダ干渉計の透過特性の透過帯の中心位置が光周波数グリッドからどれだけずれるかを図４８（ａ）および図４８（ｂ）に示す。ただし、ここで光周波数グリッドとは、中心光周波数１９１THｚ、光周波数間隔８００GHｚのグリッドと仮定する。
【０２６８】
図４８（ａ）は式(２５)を用いて設計した場合の軸ずれ量、図４８（ｂ）は式(２６)を用いて設計した場合の軸ずれ量である。図４８（ａ）では光周波数間隔を８００GHｚに設定しているので、各光周波数において軸ずれ量は一定だが、中心光周波数を設定できないので、光周波数グリッドからの軸ずれは大きい。一方、図４８（ｂ）では中心光周波数を１９１THｚに設定しているので、中心光周波数では光周波数グリッドからのずれは零であるが、光周波数間隔を設定できないので、中心光周波数から離れるほど光周波数グリッドからの軸ずれは大きくなる。
【０２６９】
このように、従来型の光遅延線回路は一般に光周波数間隔Δfと中心光周波数fcのどちらか一方のみ自由に設定でき、両者を同時に任意の値に設定することはできない。もちろん、特殊な場合として
【０２７０】
【数５７】
2008209955.tif 000059
（msは整数）を満たすなら光周波数間隔Δfと中心光周波数fcを同時に設定することができるが、このような特殊な場合に限られる。
【０２７１】
本実施形態では、光周波数依存性を有する位相生成手段を応用することにより、光周波数間隔Δfと中心光周波数fcを同時に任意の値に設定できることを示す。本発明の光遅延線回路の透過特性は、
【０２７２】
【数５８】
2008209955.tif 000060
と表すことができる。ただし、ｃは光速、ΔL´は光路長差付与手段の光路長差、Ψ（f）は位相生成手段により生成される位相である。この式より、光周波数依存性を有する位相Ψ(f)を適切に設定することにより、光合分波回路の透過特性を任意に変形できることがわかる。本実施形態では例として光周波数間隔がΔfで中心光周波数fcの透過スペクトルを有する等周波数間隔の光遅延線回路を得たいので、次式で与えられる非線形位相Ψ(f)を光遅延線回路の光路長差付与手段に作用させればよい。
【０２７３】
【数５９】
2008209955.tif 000061
ただし、δL（＝ΔL´−ΔL）は微小光路長差、ΔLは従来のマッハツェンダ干渉計の光路長差、ｍｃは整数である。
【０２７４】
以上説明した原理を光遅延線回路の例としてマッハツェンダ干渉計に適用し、任意の光周波数間隔と中心光周波数を有する等周波数間隔光遅延線回路を実現できることを示す。本実施形態では位相生成手段として位相生成光結合器を用いることにより、光周波数依存性のある位相を発生させ、目的とする光学特性を実現する。
【０２７５】
具体的に式(２８)で表される位相を光周波数間隔８００GHｚのマッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段に作用させた場合に、透過特性の透過帯の中心位置が光周波数グリッドからどれだけずれるかを図４９に示す。中心光周波数１９１THｚ、光周波数間隔８００GHｚに設定しているので、光周波数グリッドと完全に一致し、光周波数グリッドからの軸ずれを解消できることがわかる。
【０２７６】
位相生成光結合器として光結合器と光路長差付与部より構成される干渉計型位相生成光結合器を用いた。具体的に、本実施形態ではM+１個（Mは１以上の整数）の光結合器と隣接する光結合器に挟まれたM個の光路長差付与部により構成されるラティス・フィルタ型の光合分波手段を位相生成手段として用いることにする。
【０２７７】
本構成の光合分波手段を位相生成手段として用いる利点は、ラティス・フィルタは原理的に損失が無いこと、そしてM+１個の光結合器の分岐比（結合角）とM個の光路長差付与部の光学的光路長差を適切に設定することにより、位相生成光結合器として機能させることができることである。また、光結合器として、近接した二本の光導波路からなる方向性結合器を用いることにする。
【０２７８】
本発明における光合分波回路のｎ番目の二入力二出力ラティス・フィルタ型位相生成光結合器の伝達行列は第６の実施形態で示した式（１２）で表すことができる。ただし、ｚは
【０２７９】
【数６０】
2008209955.tif 000062
で置き換えられる複素変数である。
【０２８０】
また、式（１２）のSn、p（ｐ＝１〜Mｎ）はｐ番目の光結合器と光路長差付与部からなる基本回路構成要素の伝達行列
【０２８１】
【数６１】
2008209955.tif 000063
【０２８２】
【数６２】
2008209955.tif 000064
はｎ番目のラティス・フィルタ型位相生成光結合器のｐ番目の光結合器の結合角であり、より詳しく説明すると光周波数依存性を有する振幅結合率の角度表示である。
【０２８３】
位相生成光結合器により生成される位相差で、マッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段に作用する位相は、
【０２８４】
【数６３】
2008209955.tif 000065
となる。
【０２８５】
本発明の任意光周波数間隔、中心光周波数を有するマッハツェンダ干渉計において、二つの位相生成光結合器のうち一つを位相生成光結合器としてもよいし、両方を位相生成光結合器としてもよいが、ここでは第１の実施形態で説明したように、同じ位相生成光結合器を二つ用い、マッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段の中間点に対し、二つの位相生成光結合器が互いに線対称になるよう配置した。
【０２８６】
このとき、H1*(z)=H2*(z)=H*(z)と−F1*(z)=F2(z)=F*(z)の関係が成立するので、式（３０）は、
【０２８７】
【数６４】
2008209955.tif 000066
に簡素化することができる。したがって、式（３１）の位相生成光結合器により生成される位相が式（２８）に一致し、同時に位相生成光結合器が結合角０．５の３ｄB光結合器として機能するように位相生成光結合器を設定すれば、光周波数間隔Δfと中心光周波数fcを同時に任意の値に設定できるマッハツェンダ干渉計を実現することができる。
【０２８８】
本実施形態では、位相生成光結合器をマッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段の中心に対し線対称に配置している。最適化の結果、位相生成光結合器を３段ラティス・フィルタとした。なお、パラメータの数が少ないほど位相生成光結合器を作製しやすくなるため、最適化の制約条件としてθ1,1(λ)＝θ1,2(λ)＝θ1,3(λ)＝θ2,1(λ)＝θ2,2(λ)＝θ2,3(λ)＝θ(λ)に設定した。
【０２８９】
もちろん、位相生成光結合器の設計パラメータを導出するのにこれらの制約条件は不要であるし、これ以外の制約条件を設定してもよい。また、マッハツェンダ干渉計の二つの位相生成光結合器を異なる設計にしてもよいし、一方のみを位相生成手段として機能させてもよい。また、ここでは位相生成機能を有する位相生成光結合器として３段ラティス・フィルタを用いたが、２段のラティス・フィルタを用いてもよいし、４段以上のラティス・フィルタを用いてもよいし、１段のラティス・フィルタ、すなわちマッハツェンダ干渉計を用いてもよい。もちろん、その他の光合分波手段を位相生成光結合器として機能させることができる。
【０２９０】
さらに、近似しようとする位相関数に変数を導入することにより、位相生成光結合器の設計パラメータに柔軟性を持たせ、より近似を容易にすることができる。そのため、近似する位相関数に変数δL1を取り入れた。もちろん位相生成光結合器の設計に変数は必須ではないし、これ以外の変数を用いてもよいが、δL1を用いたのは、光合分波回路の光路長差付与手段の光学的光路長差をΔL1´（＝ΔL1+δL1）に設定するだけで、変数を容易に回路に反映させることができるからである。
【０２９１】
生成される位相差Φ1（λ）と目的とする位相Ψ1 (λ)が一致し、結合角が０．５になるよう位相生成光結合器を構成する光結合器の結合角と光路長差付与部の光学的光路長差、そして変数δL1を共役勾配法により最適化した。
【０２９２】
最適化の結果、位相生成光結合器１１１と１１２により図５０（ａ）に示す位相差Φ1（λ）を生成させ、位相Ψ1 (λ)をよく近似できた。図５０（ｂ）は図５０（ａ）の非線形部分のみを抜き出した位相であるが、位相生成光結合器により生成される位相差と目的とする位相がよく一致していることがわかる。
【０２９３】
同時に、図５１に示すように位相生成光結合器を結合角０．５の光結合器として機能させることができた。
【０２９４】
図５２に、作製した本発明のマッハツェンダ干渉計の模式図を示す。位相生成光結合器である位相生成光結合器１１１、１１２を構成する光結合器２０１〜２０４、３０１〜３０４の結合角はθ（λC）=0.3、位相生成光結合器１１１、１１２の光路長差付与部２０５、３０５の光学的光路長差はδl１＝-0.2λＣ、光路長差付与部２０６、３０６の光学的光路長差はδl２＝0.3λＣ、光路長差付与部２０７、３０７の光学的光路長差はδl３＝0.6λＣに設定した。
【０２９５】
二本の光遅延線からなるマッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段１０７の光路長差はΔL1´＝ΔL1+δL1に設定し、ΔL1は従来のマッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段の光路長差、光路長差付与手段に付加する光路長差はδL１＝-1.1λＣに設定した。
【０２９６】
上記合分波回路は、火炎堆積法、フォトリソグラフィ、反応性イオンエッチングを用いてシリコン基板５０４上に石英系光導波路を形成することにより作製した。また、光導波路を形成後、光導波路上に位相調整手段４０１として幅７０μｍ、ヒータ長２ｍｍの薄膜ヒータを形成し、これらを用いて導波路の屈折率を変化させることにより光路長差付与手段の光学的光路長差の作製誤差を補正した。
【０２９７】
導波路の比屈折率差は０．７５％、導波路のコア厚は７μｍ、コア幅は７μｍとなるよう製造した。このマッハツェンダ干渉計が作製されたチップをダイシングにより切り出し、入力、出力導波路にはシングルモードファイバを接続し、光モジュールを組み立てた。
【０２９８】
図５３に、作製した本発明のマッハツェンダ干渉計光モジュールの光学特性を示す。入力導波路１０２より光を入力し、出力導波路１０３より出力された光学特性をクロス、出力導波路１０４より出力された光学特性をスルーと表記した。本発明の原理を適用することにより、光周波数周期８００GHｚ、中心光周波数１９１THｚの光合分波回路を実現した。もちろん、ITUグリッドに合うように光周波数周期を１００GHｚ、中心光周波数を１９１THｚに設定しても良い。
【０２９９】
図５４に、光周波数に対しマッハツェンダ干渉計の透過帯の中心位置が光周波数グリッド（光周波数周期８００GHｚ、中心光周波数１９１THｚ）からどれだけずれるかを示す。本発明のマッハツェンダ干渉計に軸ずれは生じず、理論通り図４９の特性を実現した。
【０３００】
以上、本実施形態では、一つ以上の入力と二つ以上の出力を持つ位相生成光結合器と、この位相生成光結合器に結合される光路長差付与手段により構成される干渉計型光回路において、光周波数依存性を有する位相を位相生成手段により光路長差付与手段に作用させることにより、光周波数間隔と中心光周波数を同時に任意の値に設定できる光合分波回路を実現した。
【０３０１】
さらに詳しく説明すると、位相生成手段として出力の位相差が透過帯域に対して異なる（光周波数依存性を有する）ことを特徴とする位相生成光結合器を用いた。具体的に位相生成光結合器としてラティス・フィルタ型の位相生成光結合器を用い、目的とする位相と結合角を有するよう設計パラメータを最適化することにより、位相生成光結合器として機能させることに成功した。本実施形態で説明したように、本発明は従来の光合分波回路を波長領域で使用する場合だけでなく、光周波数領域で使用する場合にも有用である。
【０３０２】
もちろん、目的とする特性を実現するための位相を導出し、数値計算により位相生成光結合器の設計パラメータを最適化する過程を経る上記一連の設計アルゴリズムは本発明を実現するための一つの手法であり、第１の実施形態のように、目的とする光学特性になるよう透過特性より位相補正量を直接導出する手法など、その他の手法を用いてもよい。
【０３０３】
また、近似する位相関数は本実施形態で示した関数に限らず、得たい透過特性により任意に設定することができる。任意の光周波数間隔で任意の中心光周波数を有する光合分波回路に限定されず、例えば、任意の光周波数領域では任意の光周波数間隔になるよう設計することもできる。
【０３０４】
さらに、位相の表し方は必ずしも一意に決まるものではなく、同じ特性を実現するのに複数の表し方が可能である。例えば、
【０３０５】
【数６５】
2008209955.tif 000067
の時は位相を、
【０３０６】
【数６６】
2008209955.tif 000068
と表すこともできる。
【０３０７】
このような位相を光周波数間隔８００GHｚのマッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段に作用させた場合に、透過特性の透過帯の中心位置がそれぞれ光周波数グリッドからどれだけずれるかを図５５に示す。ただし、光周波数グリッドは中心光周波数１９０．８THｚ、光周波数間隔８００GHｚに設定している。
【０３０８】
【数６７】
2008209955.tif 000069
を満たすので式(３２)が有効であり、透過帯の中心位置は光周波数グリッドと完全に一致し、光周波数グリッドからの軸ずれは零であることがわかる。
【０３０９】
以上、本実施形態は、位相生成手段を用いることにより従来型の光合分波回路の光学特性を修正できることを説明する一つの例である。
【０３１０】
（第１０の実施形態）
本発明の各実施形態では主に、M+１個（Mは１以上の整数）の光結合器と隣接する光結合器に挟まれたM個の光路長差付与部により構成されるラティス・フィルタ型の光合分波手段を位相生成手段として用いた。それは、ラティス・フィルタは原理的に損失が無いこと、そしてM+１個の光結合器の分岐比（結合角）とM個の光路長差付与部の光学的光路長差を適切に設定することにより、位相生成光結合器として機能させることができることによる。また、光結合器として、近接した二本の光導波路からなる方向性結合器を用いたのは、方向性結合器の結合長を調整するだけで、結合角を変化させることができるからである。
【０３１１】
しかし、位相生成手段としてラティス・フィルタを多段に接続した光合分波手段や、その他光結合器と光路長差付与部より構成される任意の干渉計型光合分波手段を用いても良い。本実施形態では、位相生成手段のその他の構成例を示す。なお、本発明の原理は位相生成手段の構成に依らずに適用できるので、位相生成手段は本発明の各実施形態の構成に限られるものではない。
【０３１２】
図５６に、本発明の第１０の実施形態における位相生成手段を示す。この位相生成手段はM+１個（Mは１以上の整数）の光結合器２０１〜２０４と、隣接する光結合器２０１〜２０４に挟まれたM個の光路長差付与部２０５〜２０７と、１個目の光結合器２０１に繋がれた入力ポートと、M+１個目の光結合器２０４に繋がれた出力ポートにより構成されている。光結合器２０１〜２０４として主に近接した二本の光導波路からなる方向性結合器を用いたが、もちろんマルチモード干渉カプラ、可変カプラ、X分岐カプラ、Y分岐カプラなど任意の種類のものを用いることができるし、干渉計型の光結合器を用いることもできる。ここでは、図５６に示すように、干渉計型の光結合器の例として、製造偏差に対して安定な分岐比が得られる安定化光結合器（非特許文献１０を参照）を用いた。
【０３１３】
安定化光結合器は４つの光結合器（方向性結合器）２１１〜２１４と３組の光路長差付与部２３１〜２３３からなるラティス回路であり、回路全体で分岐要素になる。光結合器（方向性結合器）２１１〜２１４の結合角は０．５に設定されており、光路長差付与部２３１、２３２、２３３の光路長差はそれぞれλc／４、γ、−λc／４（λｃは中心波長）に設定されている。安定化カプラの結合角はγの値を調整することで設定することができる。このような光結合器を、位相生成光結合器１１１を構成する光結合器２０１〜２０４として用いることにより、製造誤差に対するトレランスが大きくなる。
【０３１４】
光合分波手段１１１を構成する光結合器、すなわち安定化カプラ２０１〜２０４の結合角と、光合分波手段１１１を構成する光路長差付与部２０５〜２０７の光学的光路長差を最適化することにより、製造誤差に対し安定な特性を有する位相生成光結合器を実現した。
【０３１５】
（第１０の実施形態の第１変形）
図５７に、本発明の第１０実施形態の第１変形における位相生成手段を示す。図の光合分波手段１１４は複数の光合分波手段１１１、１１２、１１３より構成されている。具体的には、光合分波手段１１１の二つの出力ポートに光合分波手段１１２、１１３が縦列接続されている。光合分波手段１１４は位相生成光結合器であるが、光合分波手段１１４を構成する光合分波手段１１１、１１２、１１３も位相生成光結合器である。このように、位相生成光結合器として機能する複数の光合分波手段を用いて任意のP入力Q出力（P、Qは自然数）位相生成光結合器を構成してもよい。
【０３１６】
図５７の構成は４入力４出力の位相生成光結合器であるが、任意のポートを入力ポートもしくは出力ポートとして使用してもよい。また、本発明の実施形態では、位相生成光結合器の一つの入力ポートより光を入力し、二つの出力ポートより出力される光の振幅結合率（結合角）と位相差を位相生成光結合器として使用した。しかし、本実施形態のように入出力ポートの数は任意であり、例えば四つの出力ポートを有する場合は、それぞれのポートより出力される光の振幅結合率（結合角）と相対位相差を定義することができる。
【０３１７】
図５８に、図５７の位相生成光結合器１１４を用いた本発明の光合分波回路を示す。本回路はN+１個（N＝１）の位相生成光結合器１１４、１１５と、隣接する位相生成光結合器に挟まれたN（N＝１）個の光路長差付与手段１０７と、１個目の位相生成光結合器１１４に接続された４本の入力導波路１０１〜１０４と、N+１＝２個目の位相生成光結合器１１５に接続された２本の出力導波路１０５、１０６より構成されるマッハツェンダ干渉計である。
【０３１８】
光路長差付与手段１０７は２本の光遅延線より構成されており、その光学的光路長差はそれぞれΔL1+δL1に設定されている。N+１＝２個目の位相生成光結合器１１５として任意の位相生成光結合器を用いることができるが、ここでは、光結合器である方向性結合器を用いた。１個目の位相生成光結合器１１４には出力の位相差が透過帯域に対して波長依存性もしくは光周波数依存性を有する位相生成光結合器を用いている。そしてこの位相生成光結合器を位相生成手段として用いることにより、光路長差付与手段１０７に波長依存性もしくは光周波数依存性を有する位相Ψ1が作用するようにしている。この位相Ψ1を適切に設定することにより、図５８の光合分波回路の光学特性を任意に設定することができた。
【０３１９】
（第１０の実施形態の第２変形）
図５９に、本発明の第１０実施形態の第２変形における位相生成手段を示す。図の位相生成光結合器１１１は光結合器２０１〜２０４と光遅延線２５１〜２５５より構成されている。位相生成光結合器１１１の構成は、広義にはトランスバーサル型光合分波回路と呼ぶことができる。
【０３２０】
この光合分波回路は、光結合器２０１と、光結合器２０１に接続された入力ポートと、光結合器２０１の一方の出力ポートに接続された光遅延線２５１と、光結合器２０１の他方の出力ポートに接続された光遅延線２５４と、光遅延線２５４に接続された光結合器２０２と、光結合器２０２に接続される光遅延線２５２と２５３と、光遅延線２５２と２５３に接続される光結合器２０３と、光結合器２０３と光遅延線２５１に接続される光結合器２０４と、光結合器２０４に接続される出力ポートより構成される。
【０３２１】
位相生成光結合器１１１を構成する光結合器の結合角と光路長差付与部の光路長差を適切に設定することにより、位相生成光結合器として機能させることができる。もちろん、トランスバーサル型光合分波回路の構成法はいくつもあり、本構成はその構成例の一つである。
【０３２２】
図６０に示す構成等も広義にはトランスバーサル型光合分波回路と呼ぶことができる。この光合分波回路は、光結合器２０１と、光結合器２０１に接続された入力ポートと、光結合器２０１の一方の出力ポートに接続された光遅延線２５１と、光結合器２０１の他方の出力ポートに接続された光遅延線２５４と、光遅延線２５４に接続された光結合器２０２と、光結合器２０２に接続される光遅延線２５２と２５３と、光遅延線２５２と２５３と光遅延線２５１に接続される光結合器２０３と、光結合器２０３に接続される３つの出力ポートより構成される。光結合器２０３は３入力３出力のマルチモード干渉計等で構成しても良いし、複数の光結合器で構成しても良い。位相生成光結合器１１１を構成する光結合器の結合角と光路長差付与部の光路長差を適切に設定することにより、位相生成光結合器として機能させることができる。
【０３２３】
（第１１の実施形態）
本発明の第１１の実施形態における光合分波回路を図６１に示す。本回路はN+１個（Nは１以上の整数）の光結合器２１１〜２１５と、隣接する光結合器に挟まれたN個の光路長差付与手段１０７〜１０９と、１個目の光結合器２１１に接続された２本の入力導波路１０１、１０２と、N+１個目の光結合器２１５に接続された２本の出力導波路１０３、１０４より構成されるN段ラティス・フィルタである。
【０３２４】
N個の光路長差付与手段１０７、１０８、１０９はそれぞれ２本の光遅延線より構成されており、その光学的光路長差はそれぞれΔL1+δL1、ΔL2+δL2、・・・、ΔLN+δLNに設定されている。また、光路長差付与手段１０７、１０８、１０９には透過帯域に対して波長依存性もしくは光周波数依存性を有する位相Ψ1、Ψ2、・・・、ΨNが作用している。上記位相を適切に設定することにより、図６１の光合分波回路の光学特性を任意に設定することができる。波長依存性もしくは光周波数依存性を有する位相Ψ1、Ψ2、・・・、ΨNを作用させる手法として、光路長差付与手段に位相生成手段を設けた。
【０３２５】
図６２は、二本の光遅延線からなる光路長差付与手段１０７〜１０９のそれぞれの光遅延線に位相生成光結合器１１１〜１１６を備える様子を示す。位相生成結合器として、光結合器と光路長差付与部より構成される任意の構成の位相生成光結合器を用いることができる。
【０３２６】
図６３は本実施形態の光合分波回路の簡単な例として、マッハツェンダ干渉計の模式図を示す。本回路はN+１＝２個の光結合器２１１、２１６と、隣接する光結合器に挟まれたN＝１個の光路長差付与手段１０７と、１個目の光結合器２１１に接続された２本の入力導波路１０１、１０２と、N+１個目の光結合器２１６に接続された２本の出力導波路１０４、１０５と、光路長差付与手段１０７の一方の光遅延線に挿入された位相生成結合器１１２と、位相生成結合器１１２に接続された入力導波路１０３と、位相生成結合器１１２に接続された出力導波路１０６より構成される。光路長差付与手段１０７には作製誤差を解消するための位相誤差調整手段４０１として薄膜ヒータが形成されており、二本の光遅延線と位相誤差調整手段４０１により、光路長差付与手段１０７の光学的光路長差がΔL1+δL1になるようにしている。
【０３２７】
位相生成光結合器１１１としては、光結合器２１２〜２１５と、隣接する光結合器に挟まれた光路長差付与部２３１〜２３３より構成されるラティス型位相生成手段を用いた。そして、目的とする位相Ψ1を近似する位相Φを生成するよう、位相生成光結合器１１１を構成する光結合器の結合角と光路長差付与部の光学的光路長差を最適化した。
【０３２８】
位相生成光結合器１１２の使用していない入出力ポートは、モニターポートとして使用することができる。また、図６３では位相生成光結合器１１１のスルーポートを使用したが、クロスポートを使用してもよい。もちろん、任意のP入力Q出力の位相生成手段を用いてよい。
【０３２９】
また、図６３は光遅延線に一つの位相生成手段のみを有する構成であるが、一つの光遅延線に複数の位相生成手段を有してもよいし、二本の光遅延線からなる光路長差付与手段の両方の光遅延線に位相生成手段を備えても良い。また、マッハツェンダ干渉計の位相生成光結合器を光結合器２１１、２１６としたが、図６４に示すように、これらの光結合器を、位相生成機能を有する位相生成光結合器としてもよい。
【０３３０】
以上、光合分波回路の光路長差付与手段に位相生成手段を備える構成法を説明し、簡単な例としてマッハツェンダ干渉計の具体的な構成図を示した。
【０３３１】
（第１２の実施形態）
本発明の第１２の実施形態における光合分波回路を図６５に示す。任意の特性を実現できる光遅延線回路としてラティス・フィルタやトランスバーサル・フィルタ等のフィルタ構成が一般に用いられているが、本実施形態で説明する多段マッハツェンダ干渉計も同様に任意の特性を実現できるフィルタ構成の一つである。
【０３３２】
本回路は２個の位相生成光結合器１１１、１１２と、隣接する位相生成光結合器に挟まれた１つの光路長差付与手段１０７より構成されるマッハツェンダ干渉計が多段に接続された構成である。１段目のマッハツェンダ干渉計の位相生成光結合器１１１に２本の入力導波路１０３、１０４が接続されており、位相生成光結合器１１２の一方には出力導波路１２４、他方には２段目のマッハツェンダ干渉計が接続されている。２段目のマッハツェンダ干渉計の位相生成光結合器１１３に１本の入力導波路１０２が接続されており、位相生成光結合器１１４の一方には出力導波路１２３、他方には３段目のマッハツェンダ干渉計が接続されている。３段目のマッハツェンダ干渉計の位相生成光結合器１１５に１本の入力導波路１０１が接続されており、位相生成光結合器１１６には二本の出力導波路１２１、１２２が接続されている。
【０３３３】
光路長差付与手段１０７、１０８、１０９の光学的光路長差はそれぞれΔL1´=ΔL+δL1、ΔL2´=２・ΔL+δL2、ΔL3´=３・ΔL+δL3に設定した。ただし、ΔLは従来のマッハツェンダ干渉計の基本光学的光路長差である。
【０３３４】
位相生成光結合器１１１と１１２のうちいずれか一方、もしくは両方を位相生成光結合器にし、光路長差付与手段に位相を作用させることにより１段目のマッハツェンダ干渉計の光学特性を修正でき、例えば等波長間隔にすることができる。
【０３３５】
また、位相生成光結合器１１３と１１４のうちいずれか一方、もしくは両方を位相生成光結合器にし、光路長差付与手段に位相を作用させることにより２段目のマッハツェンダ干渉計の光学特性を修正でき、例えば等波長間隔にすることができる。
【０３３６】
さらに、位相生成光結合器１１５と１１６のうちいずれか一方、もしくは両方を位相生成光結合器にし、光路長差付与手段に位相を作用させることにより３段目のマッハツェンダ干渉計の光学特性を修正でき、例えば等波長間隔にすることができる。多段に接続されたマッハツェンダ干渉計をそれぞれ等波長間隔になるようにすれば、回路全体として等波長間隔の光合分波回路になる。
【０３３７】
以上、本実施形態は、位相生成手段を用いることにより従来型の光合分波回路の光学特性を修正できることを説明する一つの例である。
【０３３８】
（第１３の実施形態）
図６６に、本発明の第１３の実施形態における光合分波回路を示す。本回路は一つ以上の入力と二つ以上の出力を持つ位相生成光結合器１１１、１１２と、これらの位相生成光結合器に結合される光遅延線２５１〜２５３からなる光路長差付与手段により構成される干渉回路であり、広義のトランスバーサル型光合分波回路である。
【０３３９】
さらに詳しく説明すると、本回路は、位相生成光結合器１１１と、位相生成光結合器１１１に接続される一本以上の入力導波路１０１〜１０２と、位相生成光結合器１１１に接続される３本以上の光遅延線２５１〜２５３からなる光路長差付与手段と、光遅延線２５１〜２５３に接続される位相生成光結合器１１２と、位相生成光結合器１１２に接続される一本以上の出力導波路１０３〜１０４より構成されている。
【０３４０】
位相生成光結合器１１１、１１２は位相生成光結合器であり、単体で位相生成手段として機能させても良いし、複数の位相生成光結合器を組み合わせて一つの位相生成手段として機能させてもよい。これらの位相生成光結合器を位相生成手段として用いることにより、光路長差付与手段に波長依存性もしくは光周波数依存性を有する位相Ψを作用させることができる。この位相Ψを適切に設定することにより、図６６の光合分波回路の光学特性を任意に設定することができる。
【０３４１】
例えば、トランスバーサル型光合分波回路に位相生成手段を取り入れれば、本発明の各実施形態で説明した非線形多項式で近似される位相を生成することができ、波長領域で使用する干渉回路や光周波数領域で使用する干渉回路の光学特性を変形することができる。さらに、本実施形態では、干渉回路を構成する位相生成光結合器のうち少なくとも一つに、波長依存性もしくは光周波数依存性を有する位相生成機能を備えている。
【０３４２】
具体的な光合分波回路として、従来の等周波数間隔であるトランスバーサル型インタリーブ・フィルタ（特許文献３参照）の透過特性を修正し、等波長間隔のトランスバーサル型インタリーブ・フィルタに変換した。図６７に示すように位相生成光結合器１１１、及び１１２として、光結合器と光路長差付与部より構成される位相生成機能付き位相生成光結合器１１３と１１４、及び１１５と１１６を複数組み合わせた位相生成光結合器を用いた。
【０３４３】
位相生成光結合器１１１は、位相生成機能を有する位相生成光結合器１１３と、位相生成光結合器１１３に接続された二本の入力ポートと、位相生成光結合器１１３に接続された一本の出力ポートと、位相生成光結合器１１３に接続された位相生成機能を有する位相生成光結合器１１４と、位相生成光結合器１１４に接続された一本の入力ポートと、位相生成光結合器１１４に接続された二本の出力ポートより構成される。
【０３４４】
位相生成光結合器１１２は、位相生成機能を有する位相生成光結合器１１５と、位相生成光結合器１１５に接続された二本の入力ポートと、位相生成光結合器１１５に接続された一本の出力ポートと、位相生成光結合器１１５に接続された位相生成機能を有する位相生成光結合器１１６と、位相生成光結合器１１６に接続された一本の入力ポートと、位相生成光結合器１１６に接続された二本の出力ポートより構成される。
【０３４５】
光遅延線２５１の相対的な光学的光路長差を０・ΔL+０．５λｃとして、光遅延線２５２の相対的な光学的光路長差をΔL1´＝ΔL1+δL1=ΔL+δL1、光遅延線２５３の相対的な光学的光路長差をΔL2´＝ΔL2+δL2=３・ΔL+δL2に設定した。位相生成光結合器１１３の結合角は０．５５、位相生成光結合器１１４の結合角は０．２２、位相生成光結合器１１５の結合角は０．２２、そして位相生成光結合器１１６の結合角は０．５に設定した。また、位相生成光結合器１１３、１１４そして１１５、１１６は位相生成光結合器として用い、光遅延線２５２に位相Φ1(λ)、光遅延線２５３に位相Φ2(λ)を作用させた。
【０３４６】
以上、本実施形態は、位相生成手段を用いることにより従来型の光合分波回路の光学特性を修正できることを説明する一つの例である。
【０３４７】
（第１３の実施形態の変形）
図６８に、本発明の第１３実施形態の変形にかかる光合分波回路を示す。本回路は一つ以上の入力と二つ以上の出力を持つ位相生成光結合器１１１、１１２と、１１３、１１４と、これらの位相生成光結合器に結合される光遅延線２５１〜２５５からなる光路長差付与手段により構成される干渉回路であり、広義のトランスバーサル型光合分波回路である。
【０３４８】
さらに詳しく説明すると、本回路は位相生成光結合器と、この位相生成光結合器に接続される光遅延線が交互に接続されたトランスバーサル型光合分波回路である。また、波長依存性もしくは光周波数依存性を有する位相生成手段を、位相生成光結合器もしくは光路長差付与手段のうち少なくとも一つに備えている。
【０３４９】
図６８の例では、もし位相生成手段を位相生成光結合器に備えるなら、位相生成光結合器１１１もしくは１１４を、出力の位相差が透過帯域に対して異なることを特徴とする位相生成光結合器とすればよい。もし位相生成手段を光路長差付与手段に備えるなら、位相生成光結合器１１２もしくは１１３を位相生成光結合器とすればよい。
【０３５０】
例えば、光遅延線２５１と２５４は光路長差付与手段を形成しているが、光遅延線２５４に位相生成光結合器１１２が接続されているので、位相生成光結合器１１２を位相生成光結合器にすれば、光遅延線２５１と２５４からなる光路長差付与手段に位相生成手段を備えることができる。
【０３５１】
具体的な光合分波回路として、従来の等周波数間隔であるトランスバーサル型インタリーブ・フィルタの透過特性を修正し、等波長間隔のトランスバーサル型インタリーブ・フィルタに変換した。
【０３５２】
図６９に、本実施形態の変形における光合分波回路の模式図を示す。本回路は、位相生成光結合器１１１と、位相生成光結合器１１１に接続される二本の入力導波路１０２、１０３と、位相生成光結合器１１１に接続される二本の光遅延線２５１、２５４と、光遅延線２５４に接続される位相生成光結合器１１２と、位相生成光結合器１１２に接続される一本の入力導波路１０１と、位相生成光結合器１１２に接続される二本の光遅延線２５２、２５３と、光遅延線２５２、２５３に接続される位相生成光結合器１１３と、位相生成光結合器１１３に接続される一本の出力導波路１０４と、位相生成光結合器１１３に接続される１本の光遅延線２５５と、光遅延線２５５と光遅延線２５１に接続される位相生成光結合器１１４と、位相生成光結合器１１４に接続される二本の出力導波路１０５、１０６より構成される。
【０３５３】
光遅延線２５１、２５２、２５３には位相調整手段４０１を設け、これらを用いて光遅延線の光学的光路長差の作製誤差を補正した。
【０３５４】
また、本構成では、位相生成光結合器と光路長差付与手段の両方に位相生成手段を備えている。具体的には、位相生成光結合器１１１と１１４、そして１１２と１１３を位相生成光結合器として機能させることにより、位相生成光結合器に位相生成手段を備え、かつ光遅延線からなる光路長差付与手段に位相生成手段を備えている。
【０３５５】
光遅延線２５１の相対的な光学的光路長差を０・ΔL+０．５λｃとして、光遅延線２５２の相対的な光学的光路長差を０・ΔL、光遅延線２５４の相対的な光学的光路長差をΔL1´＝ΔL1+δL1=ΔL／２+δL1、光遅延線２５３の相対的な光学的光路長差をΔL2´＝ΔL2+δL2=２・ΔL+δL2、光遅延線２５５の相対的な光学的光路長差をΔL3´＝ΔL3+δL3=ΔL／２+δL3に設定した。位相生成光結合器１１１の結合角は０．５５、位相生成光結合器１１２の結合角は０．２２、位相生成光結合器１１３の結合角は０．２２、そして位相生成光結合器１１４の結合角は０．５に設定した。また、位相生成光結合器１１１〜１１４は位相生成光結合器として用い、光遅延線２５４に位相Φ1(λ)、光遅延線２５３に位相Φ2(λ)、光遅延線２５５に位相Φ3(λ)を作用させた。
【０３５６】
もちろん、図６９の構成は本発明の実施例の一つであり、その他の構成を取ることもできる。例えば、図７０に示すように光合分波回路を構成してもよい。本回路は一つ以上の入力と二つ以上の出力を持つ位相生成光結合器１１１、１１２と、光結合器２０１と、これらの位相生成光結合器もしくは光結合器に結合される光遅延線２５１〜２５４からなる光路長差付与手段により構成される干渉回路であり、広義のトランスバーサル型光合分波回路である。
【０３５７】
さらに詳しく説明すると、本回路は、位相生成光結合器１１１と、位相生成光結合器１１１に接続される二本の入力導波路１０２、１０３と、位相生成光結合器１１１に接続される二本の光遅延線２５１、２５４と、光遅延線２５４に接続される位相生成光結合器１１２と、位相生成光結合器１１２に接続される一本の入力導波路１０１と、位相生成光結合器１１２に接続される二本の光遅延線２５２、２５３と、光遅延線２５２、２５３と光遅延線２５１に接続される光結合器２０１と、光結合器２０１に接続される三本の出力導波路１０４、１０５、１０６より構成される。光遅延線２５１、２５２、２５３には位相調整部４０１を設け、これらを用いて光遅延線の光学的光路長差の作製誤差を補正した。
【０３５８】
光結合器２０１として３入力３出力のマルチモード干渉計カプラを用いたが、その他の光結合器を用いてもよいし、複数の光結合器を組み合わせて一つの光結合器として機能させてもよい。
【０３５９】
位相生成光結合器１１１と１１２は位相生成光結合器として用い、光遅延線２５１〜２５４に位相を作用させて従来型の光合分波回路の光学特性を修正した。
【０３６０】
（第１４の実施形態）
図７１（ａ）に本発明の第１４の実施形態における光合分波回路を示す。本発明の各実施形態で説明した光合分波回路では、作製した回路の偏波依存性が小さかったため、偏波について考慮しなかった。しかし、偏波依存性が大きい場合は偏波を考慮して回路を設計・作製することにより、偏波依存性を解消することができる。反対に、偏波依存性を適切に発生させることにより、例えば偏波インタリーブ・フィルタや偏光ビームスプリッタなど偏波依存性を有する光合分波回路を実現することもできる。
【０３６１】
図７１（ａ）に示すマッハツェンダ干渉計は複屈折制御部４１１、４１２を有する。光路長差付与手段に適切な複屈折を発生させることにより光学的光路長差に偏波依存性を発生させ、光合分波回路の光学特性を偏波無依存、もしくは偏波依存にすることができる。
【０３６２】
複屈折制御部としては、例えば、波長板挿入、ドーパント添加、応力付与薄膜、導波路形状の制御、レーザ照射、薄膜ヒータなどを用いてもよいし、その他の手段を用いても良い。
【０３６３】
もちろん、図７１（ａ）に図示した箇所だけでなく、光合分波回路全体に複屈折制御を適用してもよい。また、例えば、図７１（ｂ）に示すように、位相生成手段として用いる光合分波手段の光路長差付与部に複屈折制御部を設け、位相生成光結合器１１１の偏波特性を制御してもよい。なお、ここでいう位相生成手段の偏波特性とは、偏波依存性を有する位相差と結合角を表す。さらに、位相生成光結合器１１１を構成する光結合器２０１〜２０４を偏波依存光結合器とし、結合角の偏波依存性を取り入れて位相生成光結合器１１１の偏波特性を設計してもよい。位相生成光結合器１１１の偏波特性を制御することにより、例えばTE偏光、TM偏光の出力の位相差ΦTE(λ)、ΦTM(λ)、及びTE偏光、TM偏光の結合角θTE(λ)、θTM(λ)をそれぞれ個別に設定することができる。
【０３６４】
また、図７２に示したように、光信号をアレイ導波路の第２スラブから本実施形態の光合分波回路に入射するように、回路を構成してもよい。
【０３６５】
具体例として、マッハツェンダ干渉計型の偏波インタリーブ・フィルタの透過特性を図７３に示す。TE偏光とTM偏光の波長間隔を４０nmに設定し、TE偏光とTM偏光の中心波長が互いに波長周期の１/２（２０nm）ずれるよう、TE偏光、TM偏光においてそれぞれ異なる位相ΨTE(λ)、ΨTM(λ)を光路長差付与手段に作用させることにより、等波長間隔の偏波インタリーブ・フィルタを実現した。
【０３６６】
（第１５の実施形態）
本発明の各実施形態で用いた光遅延線は、主にFIR (Finite Impulse Response)型フィルタであった。例えば、マッハツェンダ干渉計、ラティス・フィルタ、そしてトランスバーサル・フィルタはFIR型フィルタの代表例であり、任意の透過特性を実現できることから、広く用いられている。しかし、FIR型フィルタ以外にもIIR (Infinite Impulse Response)型フィルタがあり、本発明の原理を適用することにより、その光学特性を修正することができる。IIR型フィルタとしてリング共振器を用いた光遅延線回路が知られている。
【０３６７】
図７４に本発明の第１５の実施形態における光合分波回路を示す。本回路はIIR型フィルタとしては最も簡単な構成例の一つであり、二つの位相生成光結合器１１１と１１２と、位相生成光結合器１１１と１１２に挟まれた光路長差付与手段１０７と、位相生成光結合器１１１と１１２に接続された入力導波路１０１、１０２と、出力導波路１０３、１０４より構成されるマッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段１０７に光合分波手段１１４を有し、光合分波手段１１４により、リング共振器（光遅延線）からなる光路長差付与手段１０８を結んでいる。
【０３６８】
本合分波回路では、波長依存性もしくは光周波数依存性を有する位相生成手段を用いることにより透過特性を修正している。位相生成手段として位相生成光結合器を用いてもよい。そして、光合分波手段もしくは光路長差付与手段のうち少なくとも一つに位相生成光結合器を備えていてもよい。例えば、位相生成光結合器１１１ないしは１１２を位相生成手段として機能させて本回路の光学特性を修正してもよいし、光路長差付与手段に備えられた光合分波手段１１４により位相を供給し、本回路の光学特性を修正してもよい。もちろん、リング共振器上に光合分波手段１１３を形成し、位相生成手段として機能させてもよい。
【０３６９】
以上、本実施形態で示した共振器型光回路は、従来型の共振器型光回路の光学特性を修正できることを説明する一つの例であり、本発明の手法は任意の共振器型光回路に適用することができる。
【０３７０】
（第１６の実施形態）
図７５に本発明の第１６の実施形態における光合分波回路の構成を示す。本回路は、一つ以上の入力と二つ以上の出力を有する位相生成光結合器１１１と、位相生成光結合器１１１に接続される光路長差付与手段１０７により構成される干渉回路であり、位相生成光結合器１１１は出力の位相差が波長依存性もしくは光周波数依存性を有する位相生成光結合器として機能させている。
【０３７１】
光路長差付与手段１０７には光の反射手段として反射板８１１が形成されており、光路長差付与手段を伝搬した光は反射手段により反射されるようにしている。光合分波手段１１１には二つの入出力導波路１０１、１０２が接続されており、共に入力導波路もしくは出力導波路として使用することができる。
【０３７２】
図７６に具体的な回路の構成例を示す。ここでは位相生成光結合器１１１としてラティス型位相生成光結合器を用いた。また、光路長差付与手段に位相調整手段４０１として薄膜ヒータを形成し、これらを用いて光路長差付与手段の光学的光路長差を調整した。
【０３７３】
（第１７の実施形態）
図７７に本発明の第１７の実施形態における光合分波回路の構成を示す。本回路は、位相生成機能を用いたマッハツェンダ干渉計であり、その光路長差付与手段１０７の真中に溝が形成され、薄膜８１２が挿入されている。
【０３７４】
薄膜８１２として例えば半波長板を用いれば、偏波依存性を低減することができる。このように、本発明の光合分波回路の光路に、光合分波回路を構成する材料とは異なる材料を配置することができる。
【０３７５】
また、薄膜以外の材料を挿入することができる。例えばシリコン樹脂を光路長差付与手段に導入し、本回路の屈折率の温度依存性を打ち消しあうようにすれば、光合分波回路を温度無依存化することができる。さらに、マッハツェンダ干渉計の光路長差付与手段だけにではなく、光合分波手段など、任意の箇所に任意の物を挿入してよい。
【０３７６】
（その他の実施形態）
以上述べた各実施形態では、位相生成機能を備えた光合分波回路をシリコン基板上に形成された石英系光導波路を用いて作製したと説明したが（作製例は、非特許文献１１を参照)、本発明の合分波回路の構成は光導波路の種類、形状、材料によらない。
【０３７７】
例えば、その導波路材料がポリイミド、シリコン、半導体、ＬiＮbＯ3などであっても良いし、基板材質が石英などであっても良い。また、例えばその製造方法が、スピンコート法、ゾルゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法、イオン拡散法、イオンビーム直接描画法などであっても本発明は適用可能である。
【０３７８】
さらに、各実施形態で述べた位相生成機能を備えた光合分波回路を、例えば図７８に示した光通信システムに使用しても良い。本発明の位相生成機能を備えた光合分波回路８０１に光信号を入力すると波長分割多重され、合波された光信号は光ファイバ８０７を伝った後、本発明の位相生成機能を備えた光合分波回路８０２で分波され波長ごとに信号が受信される。
【０３７９】
また、各実施形態で述べた位相生成機能を備えた光合分波回路の光モジュールは、次のように組み立てた。光モジュールは、図７９に示すように、熱伝導性の良い筐体７０１の内部にペルチェ保持板７０２を固定ネジ７０３で固定し、図示はしないがペルチェ保持板７０２を掘削して作製した凹部にペルチェ素子と温度センサ（熱伝対）をその近傍に配置している。なお、ペルチェ素子、及び温度センサの直上に位相生成機能を備えた光合分波回路７０４が来るように配置している（図示せず）。
【０３８０】
ＰＬＣチップ７０４の端部にはガラス板７０５を接着剤で接着し、ファイバ７０６を保持しているファイバブロック７０７と光結合するように接着している。ファイバ７０６は筐体７０１の縁に設けた凹部に断熱性弾性接着剤７０８で接着してあり、更にファイバコード７０９を有するファイバブーツ７１０を筐体７０１に埋め込むように保持している。ＰＬＣチップ７０４はペルチェ保持板に断熱性弾性接着剤７０８で接されている。最後に、これらを被うように蓋をかぶせてネジ止めし本発明の光モジュールを組み立てた。なお、蓋とネジ止め部は図示していない。
【０３８１】
本発明の位相生成機能を備えた光合分波回路は、異なるチップとして作製される場合もあるが、それらをチップ間で直接接続することにより一つのチップにしても良いし、複数チップ間で光を結合させ、光モジュールを形成しても良い。また、それぞれのチップごとに別々の光モジュールを作製し、光モジュール間をファイバで結合しても同様の特性が得られる。
【０３８２】
また、図示はしないが、一つの筐体内部に上記２つ以上のチップをそれぞれペルチェ保持板の上に保持させた光モジュールも同様の特性が得られた。さらに、例えば積層導波路や光ファイバなどを用いて光導波路を構成しても良いし、平面光導波路と光ファイバなど、複数種類の光導波路を組み合わせて構成しても良い。
【０３８３】
また、光導波路にグレーティングが形成されていてもよく、あるいは、光導波路が途中で分割・分断されていてもよい。
【０３８４】
もちろん、本発明の光合分波回路は導波路に限定されず、光を空間中に伝搬させた空間光学系で干渉回路を構成しても良い。例えば、この空間光学系は半透明鏡、全反射鏡、多層膜などにより構成されていても良い。
【０３８５】
図８０に、空間光学系を用いたマッハツェンダ干渉計の構成例を示す。このように、空間光学系を用いても、回路を導波路で構成した場合と同様の光合分波回路が実現できる。また、以上に述べた各実施形態における光合分波回路は、本発明の構成例の一つであり、これらの構成に限定されるものではない。
【０３８６】
以上、各実施形態で用いた光路長差付与部分と光結合器より構成される位相生成光結合器は、位相特性が波長依存性もしくは光周波数依存性を持つ位相生成手段の一例であり、出力の位相差が透過帯域の波長の光に対して変化するその他の位相生成手段を用いても良い。
【０３８７】
また、上記位相生成手段を構成する光結合器としては、方向性結合器以外にもマルチモード干渉カプラ、可変カプラ、Ｘ分岐、Ｙ分岐など任意の種類のものを用いることができる。
【０３８８】
さらに、上記位相生成光結合器に与えた結合率や光路長差付与部の光路長差の値も一つの例であるし、例えば図１０の位相生成光結合器を構成する光結合器の結合率ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４を等しい値に設定したが、これらが異なっていても良い。
【０３８９】
また、本発明の各実施形態では、正方形の導波路を用いたが、長方形、多角形、円形などの任意の形状とすることが可能である。
【０３９０】
また、例えば、光導波路のコア幅を部分的に変えて、その部分の屈折率を他の部分と異なるように設定することもできる。
【０３９１】
さらに、光導波路の屈折率の波長依存性を変化させるように、導波路の構造、材料、応力などを適切に設定すれば、光導波路自体を位相生成手段として利用することも可能である。
【０３９２】
以上説明したように、ＭＺ（マッハツェンダ）干渉計、ラティス・フィルタ、タランスバーサルフィルタ、リング共振器など、光遅延線と光結合器より構成される従来の光合分波回路において、従来は、透過する波長のそれぞれの間隔が不均一であり、中心波長から離れるに従って波長グリッドからずれ、等周波数間隔となっていた。本発明は、このずれを補正することによって、光合分波回路を等周波数間隔から等波長間隔ヘフィットさせた位相生成機能を備えた光合分波回路である。
【０３９３】
補正する設計指針としては、等波長間隔と使用波長域の上下における上記のずれを線形部分と非線形部分とに分け、線形部分は、ずれの平均値を算出し位相調整により補正する回路とした。一方、非線形部分は２次以上の多項式で表される位相関数にフィットするように複数個のＭＺ素子を縦列接続させた位相生成手段を用いて補正した。これらの補正を組み合わせることでずれを補正するものである。
【０３９４】
このように、目的とする位相関数Ψを透過特性より直接導出してもよいし、位相関数Ψに中心波長、波長間隔、中心光周波数、光周波数間隔のうち何れかのパラメータを含むことで、これらのパラメータが任意の値に設定された光合分波回路を実現することができる。
【０３９５】
また、目的とする位相Ψに一致するよう位相生成手段により生成されるΦを設計することにより、従来型の光合分波回路の光学特性を修正することができる。
【０３９６】
また、同時に、位相生成手段が振幅結合率Θの光結合器として機能するようにすれば、位相生成手段を位相生成光結合器として機能させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０３９７】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、等波長間隔のＣＷＤＭシステムでも使用することができる位相生成機能を備えた光合分波回路が実現される。マッハツェンダ干渉計で、グリッドごとに光路長差ΔＬが変化するような仕組みを光結合器部分で与えることにより、透過帯をグリッドに一致させた。この工夫により、本発明の光合分波回路は、異なる波長でも透過帯がグリッドに乗っているため挿入損失、透過帯域幅、消光比が波長グリッドによらずに一定であり、波長依存性が小さく抑えられている。
【０３９８】
さらに、従来型光合分波回路は、光周波数間隔もしくは中心光周波数の何れか一方しか設定できなかったため、光周波数領域で使用する場合にも結果的に透過特性が劣化するという問題があったが、本発明の位相生成手段を用いることにより、光周波数間隔および中心光周波数を何れも設定可能な光合分波回路が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０３９９】
【図１】従来のマッハツェンダ干渉計の構成図である。
【図２】従来のマッハツェンダ干渉計において、横軸を波長とした場合の透過特性を示すグラフである。
【図３】従来のマッハツェンダ干渉計において、横軸を相対光周波数とした場合の透過特性を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態における光合分波回路の構成図である。
【図５】波長と周波数の関係を示すグラフである。
【図６】波長と周波数の関係を示すグラフである。
【図７】波長と周波数のずれの線形部分を補正したマッハツェンダ干渉計の構成図である。
【図８】波長と周波数のずれの線形部分を補正したマッハツェンダ干渉計の透過特性の波長依存性を示すグラフである。
【図９】波長と周波数のずれの非線形部分の補正に必要な位相補正量の波長依存性を示すグラフである。
【図１０】波長依存性のある位相特性を持つ位相生成光結合器の構成図である。
【図１１】光路長差付与手段の中間点（図の点線）に対し、位相生成光結合器が互いに左右対称になるよう配置されている様子を示す図である。
【図１２】（ａ）は、位相生成光結合器の出力ポートより出力される光信号の位相差の波長依存性を示すグラフである。（ｂ）は、位相生成光結合器の出力ポートより出力される光信号の結合率の波長依存性を示すグラフである。
【図１３】本発明の第１の実施形態における等波長間隔マッハツェンダ干渉計の透過特性の波長依存性を示すグラフである。
【図１４】本発明の第２の実施形態における光合分波回路の構成図である。
【図１５】光遅延線上に位相調整手段が形成された位相生成光結合器を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態における光合分波回路の構成図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態における光合分波回路の構成図である。
【図１８】位相調整手段を備えた光合分波回路の切断面図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態における光合分波回路の構成図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態における光合分波回路の透過特性の波長依存性を示すグラフである。
【図２１】本発明の第３の実施形態における光合分波回路の構成図である。
【図２２】本発明の第４の実施形態における光合分波回路の構成図である。
【図２３】本発明の第４の実施形態における光合分波回路の構成図である。
【図２４】本発明の第４の実施形態における光合分波回路の構成図である。
【図２５】本発明の第４の実施形態における光合分波回路の透過特性の波長依存性を示すグラフである。
【図２６】本発明の第５の実施形態における光合分波回路の構成図である。
【図２７】本発明の第５の実施形態における光合分波回路の構成図である。
【図２８】本発明の第６の実施形態における合分波回路の構成図である。
【図２９】本発明の第６の実施形態における合分波回路の一例であるマッハツェンダ干渉計の構成図である。
【図３０】（ａ）は、位相生成光結合器より出力される位相差と目的とする位相の相対波長依存性を示す図である。（ｂ）は、位相生成光結合器を光結合器として用いた場合の結合角の相対波長依存性を示す図である。
【図３１】本発明の第６の実施形態における等波長間隔マッハツェンダ干渉計の模式図である。
【図３２】本発明の第６の実施形態における等波長間隔マッハツェンダ干渉計の透過特性の波長依存性を示す図である。
【図３３】本発明の第６の実施形態における等波長間隔マッハツェンダ干渉計の透過特性において、透過帯の中心位置のCWDMグリッドからの軸ずれ量を表す図である。
【図３４】本発明の第６の実施形態における等波長間隔マッハツェンダ干渉計の透過特性において、CWDMグリッド上での損失を表す図である。
【図３５】本発明の第６の実施形態における等波長間隔マッハツェンダ干渉計の透過特性において、CWDMグリッド上でのクロストークを表す図である。
【図３６】本発明の第７の実施形態における合分波回路の一例であるラティス・フィルタの構成図である。
【図３７】（ａ）は、位相生成光結合器より出力される位相差と目的とする位相の相対波長依存性を示す図である。（ｂ）は、位相生成光結合器を光結合器として用いた場合の結合角の相対波長依存性を示す図である。
【図３８】本発明の第７の実施形態における等波長間隔ラティス・フィルタ型波長基準器の模式図である。
【図３９】（ａ）は、従来型のラティス・フィルタ型波長基準器の透過特性の波長依存性を示す図である。（ｂ）は、本発明の第７の実施形態における等波長間隔ラティス・フィルタ型波長基準器の透過特性の波長依存性を示す図である。
【図４０】本発明の第７の実施形態における等波長間隔ラティス・フィルタ型波長基準器の透過特性において、透過帯の中心位置のCWDMグリッドからの軸ずれ量を表す図である。
【図４１】本発明の第７の実施形態における等波長間隔ラティス・フィルタ型波長基準器の透過特性において、CWDMグリッド上での損失を表す図である。
【図４２】本発明の第８の実施形態における等波長間隔インタリーブ・フィルタの模式図である。
【図４３】（ａ）は、本発明の第８の実施形態における等波長間隔インタリーブ・フィルタで用いる６段ラティス・フィルタ型位相生成光結合器の模式図である。（ｂ）は、本発明の第８の実施形態における等波長間隔インタリーブ・フィルタで用いる方向性結合器の模式図である。（ｃ）は、本発明の第８の実施形態における等波長間隔インタリーブ・フィルタで用いる１０段ラティス・フィルタ型位相生成光結合器の模式図である。
【図４４】（ａ）は、光路長差付与手段において、位相生成光結合器より出力される位相差と目的とする位相の相対波長依存性を示す図である。（ｂ）は、光路長差付与手段において、位相生成光結合器を光結合器として用いた場合の結合角の相対波長依存性を示す図である。
【図４５】（ａ）は、光路長差付与手段において、位相生成光結合器より出力される位相差と目的とする位相の相対波長依存性を示す図である。（ｂ）は、光路長差付与手段において、位相生成光結合器を光結合器として用いた場合の結合角の相対波長依存性を示す図である。
【図４６】本発明の第８の実施形態における等波長間隔インタリーブ・フィルタの透過特性の波長依存性を示す図である。
【図４７】本発明の第８の実施形態において、多段に接続した光合分波回路の模式図である。
【図４８】（ａ）は、従来型のマッハツェンダ干渉計の透過特性において、光周波数間隔を設定した場合における、透過帯の中心位置の光周波数グリッドからの軸ずれ量を表す図である。（ｂ）は、従来型のマッハツェンダ干渉計の透過特性において、中心光周波数を設定した場合における、透過帯の中心位置の光周波数グリッドからの軸ずれ量を表す図である。
【図４９】本発明の第９の実施形態における本発明のマッハツェンダ干渉計の透過特性において、透過帯の中心位置の光周波数グリッドからの軸ずれ量を表す図である。
【図５０】（ａ）は、位相生成光結合器より出力される位相差と目的とする位相の相対光周波数依存性を示す図である。（ｂ）は、位相生成光結合器より出力される位相差と目的とする位相の非線形部分の相対光周波数依存性を示す図である。
【図５１】位相生成光結合器を光結合器として用いた場合の結合角の相対光周波数依存性を示す図である。
【図５２】本発明の第９の実施形態における光周波数間隔と中心光周波数を設定したマッハツェンダ干渉計の模式図である。
【図５３】本発明の第９の実施形態におけるマッハツェンダ干渉計の透過特性の光周波数依存性を示す図である。
【図５４】本発明の第９の実施形態におけるマッハツェンダ干渉計の透過特性において、透過帯の中心位置の光周波数グリッドからの軸ずれ量を表す図である。
【図５５】本発明の第９の実施形態におけるマッハツェンダ干渉計の透過特性において、透過帯の中心位置の光周波数グリッドからの軸ずれ量を表す図である。
【図５６】本発明の第１０の実施形態における位相生成手段の構成を示す図である。
【図５７】本発明の第１０の実施形態の第１変形における位相生成手段の構成を示す図である。
【図５８】本発明の第１０の実施形態の第１変形における合分波回路の模式図である。
【図５９】本発明の第１０の実施形態の第２変形における位相生成手段の構成を示す図である。
【図６０】本発明の第１０の実施形態の第２変形における位相生成手段の構成を示す図である。
【図６１】本発明の第１１の実施形態における合分波回路の構成を示す図である。
【図６２】本発明の第１１の実施形態における合分波回路の構成を示す図である。
【図６３】本発明の第１１の実施形態における合分波回路の模式図である。
【図６４】本発明の第１１の実施形態における合分波回路の模式図である。
【図６５】本発明の第１２の実施形態における合分波回路の模式図である。
【図６６】本発明の第１３の実施形態における合分波回路の構成を示す図である。
【図６７】本発明の第１３の実施形態における合分波回路の模式図である。
【図６８】本発明の第１３の実施形態の変形にかかる合分波回路の構成を示す図である。
【図６９】本発明の第１３の実施形態の変形にかかる合分波回路の模式図である。
【図７０】本発明の第１３の実施形態の変形にかかる合分波回路の模式図である。
【図７１】（ａ）は、本発明の第１４の実施形態における光合分波回路の模式図である。（ｂ）は、本発明の第１４の実施形態における位相生成手段の構成を示す図である。
【図７２】本発明の第１４の実施形態における光合分波回路の構成模式図である。
【図７３】本発明の第１４の実施形態における光合分波回路の透過特性を示す図である。
【図７４】本発明の第１５の実施形態における光合分波回路の構成を示す図である。
【図７５】本発明の第１６の実施形態における光合分波回路の構成を示す図である。
【図７６】本発明の第１６の実施形態における光合分波回路の模式図である。
【図７７】本発明の第１７の実施形態における光合分波回路の模式図である。
【図７８】本発明の位相生成機能を備えた光合分波回路の使用例を示すブロック図である。
【図７９】本発明の位相生成機能を備えた光合分波回路を用いた光モジュールを示す斜視図である。
【図８０】空間光学系を用いたマッハツェンダ干渉計の構成例を示す図である
【符号の説明】
【０４００】
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１２１、１２２、１２３、１２４  入出力導波路
２０１、２０２、２０３、２０４  光結合器
２０８、２０９  光結合器
２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８、２１９、２２０、２２１、３１０、３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６、３１７、３１８、３１９、３２０、３２１  光結合器
３０１、３０２、３０３、３０４  光結合器
１０７、１０８、１０９  光路長差付与手段
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６  位相生成光結合器
２０５、２０６、２０７  光路長差付与部
２１０  光路長差付与手段
２３１、２３２、２３３，２３４、２３５、２３６、２３７、２３８、２３９、２４０、３３１、３３２，３３３、３３４、３３５、３３６、３３７、３３８、３３９、３４０  光路長差付与部
２５１、２５２、２５３、２５４、２５５  光遅延線
３０５、３０６、３０７  光路長差付与部
４０１  位相調整手段
４１１、４１２  複屈折制御手段
５０１  上部クラッド
５０２  コア
５０３  下部クラッド
５０４  基板
６０１  アレイ導波路回折格子の入力導波路
６０２  第一スラブ導波路
６０３  アレイ導波路（光路長差付与手段）
６０４  第二スラブ導波路
６０５  アレイ導波路回折格子の出力導波路
７０１  筐体
７０２  ペルチェ保持板
７０３  固定ねじ
７０４  PLC（石英系光導波路回路）チップ
７０５  ガラス板
７０６  ファイバ
７０７  ファイバブロック
７０８  断熱性弾性接着剤
７０９  ファイバコード
７１０  ファイバブーツ
８０１、８０２、８０３  位相生成機能を用いた光合分波回路
８０４、８０５  アレイ導波路回折格子
８０６  送信器
８０７  ファイバ
８０８  受信器
８０９  全反射鏡
８１０  半透明鏡
９０１、９０２、９０３、９０４  入出力導波路
９０５、９０６  光結合器
９０７  光路長差付与手段
【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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【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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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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