(57)【要約】【課題】出力パルス幅バラツキを低減した、マルチモード干渉を利用した波長多重光源を提供する。【解決手段】波長の異なるＮ個（Ｎ≧２）の入力光３が入力するＮ個の入力端１６及び入力光３１〜３６をそれぞれ出力するＮ個の出力端１７を有する入力ユニット４と、出力端１７のそれぞれに接続され入力光３１〜３６を個別に誘導する入力導波路２１〜２６と、幅Ｗを有する入力縁部に入力導波路２１〜２６がそれぞれ幅方向に接続され、入力光３１〜３６が入力されて入力縁部の反対側の出力縁部の所定の１箇所に結合されるマルチモード導波路１と、マルチモード導波路１のその所定の１箇所に接続された出力導波路５とを備える。入力光３１〜３６がマルチモード導波路１に入力する各入力位置を、波長の大きさが隣り合う２つの入力光３１〜３６について、入力縁部の中心位置７から各入力位置までの距離ｘが同じ位置または波長の長い光の方が遠い位置に配置する。【選択図】図１
2008203837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長の異なるＮ個（Ｎは２以上の整数）の入力光が入力するＮ個の入力端、および前記入力光をそれぞれ出力するＮ個の出力端を有する入力ユニットと、
前記入力ユニットの前記Ｎ個の出力端のそれぞれに接続され、前記Ｎ個の入力光を個別に誘導するＮ個の入力導波路と、
幅Ｗを有する入力縁部に、前記Ｎ個の入力導波路がそれぞれ前記幅方向に接続され、前記各入力光が入力されて前記入力縁部側の反対側の出力縁部の所定の１つの箇所に結合される１×Ｎ結合用マルチモード導波路と、
前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記出力縁部の前記所定の１つの箇所に接続された出力導波路とを備え、
前記Ｎ個の入力光が前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路に入力する各入力位置は、波長の大きさが隣り合う２つの入力光について、前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記入力縁部の中心位置からそれぞれの前記入力位置までの距離が、同じまたは波長の長い光の方が遠い、波長多重光源。
【請求項２】
前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記入力縁部に入力される前記入力光のビーム径は、それぞれＷ／５以下である、請求項１に記載の波長多重光源。
【請求項３】
前記入力ユニットは、入力される前記各入力光の波長およびビーム径を検出する入力光検出部を有し、入力される前記入力光の波長およびビーム径に応じて、前記Ｎ個の入力端と前記Ｎ個の出力端との連結状態を切り替え制御して、前記入力光が前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路に入力される前記入力位置を制御する、請求項１に記載の波長多重光源。
【請求項４】
前記入力ユニットは、前記Ｎ個の入力端と前記Ｎ個の出力端との連結状態を切り替える光スイッチを有する、請求項１に記載の波長多重光源。
【請求項５】
前記入力ユニットに入力される前記入力光のビーム径がＷ／５を超える場合には、前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記入力縁部に入力される前記入力光のビーム径がＷ／５以下になるようにビーム径を制御するビーム径制御ユニットが、前記入力ユニットの前記入力端から前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記入力縁部までの間の所定の箇所に設けられている、請求項１に記載の波長多重光源。
【請求項６】
前記Ｎ個の入力光のうち、前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記入力縁部の前記中心位置により近い位置に入力される入力光ほど、前記入力縁部に入力される時間が遅くなるように前記入力光を遅延させる、請求項１に記載の波長多重光源。
【請求項７】
前記入力光の遅延は、前記Ｎ個の入力光をそれぞれ供給するＮ個の光源における光信号の変調制御によって制御される、請求項６に記載の波長多重光源。
【請求項８】
前記Ｎ個の入力導波路には、誘導する前記入力光の波長が短いほど、固有の波長分散の群速度の遅い入力導波路を用いる、請求項６に記載の波長多重光源。
【請求項９】
互いに波長の異なるＮ個（Ｎは２以上の整数）の入力光が入力するＮ個の入力端、および前記入力光をそれぞれ出力するＮ個の出力端を有する入力ユニットと、
前記入力ユニットの前記Ｎ個の出力端のそれぞれに接続され、前記Ｎ個の入力光を個別に誘導するＮ個の入力導波路と、
幅Ｗを有する入力縁部に、前記Ｎ個の入力導波路がそれぞれ前記幅方向に接続され、前記各入力光が入力されて前記入力縁部側の反対側の出力縁部の所定の１つの箇所に結合される１×Ｎ結合用マルチモード導波路と、
前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記出力縁部の前記所定の１つの箇所に接続された出力導波路とを備え、
前記入力光が前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路に入力する入力位置の、前記入力縁部の中心位置から１／４Ｗ離れた左右両位置からの２つの距離のうちより近い距離に関して、波長の大きさが隣り合う２つの入力光について、それぞれの前記入力位置の前記左右両位置からの前記より近い距離同士が、同じまたは波長の長い光の方が近い、波長多重光源。
【請求項１０】
前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記入力縁部に入力される前記入力光のビーム径は、それぞれＷ／５よりも大きい、請求項９に記載の波長多重光源。
【請求項１１】
請求項１または９に記載のＭ個（Ｍは２以上の整数）の波長多重光源と、
前記各波長多重光源から出力されるＭ個の波長多重光が入力するＭ個の入力端、および前記波長多重光をそれぞれ出力するＭ個の出力端を有する多重光入力ユニットと、
前記多重光入力ユニットの前記Ｍ個の出力端のそれぞれに接続され、前記Ｍ個の波長多重光を個別に誘導するＭ個の多重光入力導波路と、
前記Ｍ個の多重光入力導波路がそれぞれ入力縁部の幅方向に接続され、前記各波長多重光が入力されて前記入力縁部側の反対側の出力縁部の所定の１つの箇所に結合される１×Ｍ結合用マルチモード導波路と、
前記１×Ｍ結合用マルチモード導波路の前記出力縁部の前記所定の１つの箇所に接続された多重光出力導波路とを備えた、波長多重光源システム。
【請求項１２】
前記Ｍ個の波長多重光は、互いに重ならない異なるＭ個の波長範囲を有している、請求項１１に記載の波長多重光源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重通信に使用される波長多重光源および波長多重光源システムに関する。例えば、マルチモード導波路のマルチモード干渉を利用した結合器によって波長多重する波長多重光源および波長多重光源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信需要の増大に伴って新たな伝送路を敷設することなく伝送容量を増大させる波長多重通信が盛んに行われている。
【０００３】
波長多重通信のキーデバイスである波長多重光源として、ＭＭＩ（multimode interference：マルチモード干渉）を利用した１×Ｎ分岐導波路と、１×Ｎ分岐導波路の分岐部にそれぞれ接続されるＮ個の半導体光アンプおよび波長選択機能を備えたＮ個の導波路で構成された波長多重光源が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１２は、特許文献１で提案されている従来の波長多重光源の斜視図を示している。図１２は、Ｎ＝４の場合の例を示している。
【０００５】
出射導波路４０１に１×４型のＭＭＩ構造の分岐導波路４０２が接続されている。分岐導波路４０２の分岐部のそれぞれに、曲線導波路を含む半導体光アンプ４０４１〜４０４４が接続されており、半導体光アンプ４０４１〜４０４４の各端部には、反射光の中心波長λ１〜λ４が互いに異なるファイバグレーティング４０７１〜４０７４が接続されている。
【０００６】
半導体光アンプ４０４１〜４０４４とファイバグレーティング４０７１〜４０７４が組み合わされることにより、共振構造が形成されてレーザ光が発生する。
【０００７】
このような構造とすることにより、空間領域での波長依存性の一つである波長選択性を向上させている。
【０００８】
また、別の構成の波長多重光源として、ＭＭＩを利用した１×Ｎ分岐導波路と、これに光学的に結合され、それぞれの波長を搬送する複数の単一モード導波路との間に、それぞれの波長に応じて決まる所定長さのマルチモード導波路を介在させ、各波長における光損失を最小化した光結合器も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
図１３は、特許文献２で提案されている従来の光結合器の構成を示す平面図を示している。図１３は、Ｎ＝４の場合の例を示している。
【００１０】
この光結合器は、入射側端面１２０２と、これに対向する出射側端面１２０１とにより形成された、物理的な幅がＷｍの多モード光干渉領域１２０Ａを含んでいる。
【００１１】
入射側端面１２０２には、それぞれ波長がλ１〜λ４（ここでは、λ１＞λ２＞λ３＞λ４とする）の光信号を伝送する複数の入射側単一モード光導波路１２０Ｃ１〜１２０Ｃ４が光学的に結合されるが、光導波路１２０Ｃ２〜１２０Ｃ４については、入射側端面１２０２との間に、それぞれ延在部１２０Ｅ２〜１２０Ｅ４が介在している。
【００１２】
また、出射側端面１２０１には、波長がλ１〜λ４の波長多重化光信号を伝送する単一モード光導波路１２０Ｂが接続されている。
【００１３】
ここで、多モード光干渉領域１２０Ａの長さＬmmiは、光導波路１２０Ｃ１から入射した波長λ１の光が、最小の光損失で出射側端面１２０１に到達する長さに設定されている。また、各延在部１２０Ｅ２〜１２０Ｅ４の長さＬextは、それぞれ、Ｌmmi＋Ｌextの長さが、各波長λ２〜λ４の光が最小の光損失で出射側端面１２０１に到達する長さとなるように設定されている。
【００１４】
延在部１２０Ｅ２〜１２０Ｅ４は、単一モード光導波路１２０Ｃ２〜１２０Ｃ４よりも大きな幅を有しており、多モード光干渉領域１２０Ａと同様の多モード光導波路を構成している。その結果、単一モード光導波路１２０Ｃ２〜１２０Ｃ４中を導波された光信号は、延在部１２０Ｅ２〜１２０Ｅ４に入射した時点で図１３中に破線で示すように拡散し、多モード光干渉領域１２０Ａに入射する。
【００１５】
多モード光干渉領域１２０Ａに入射した光信号は、多モード光干渉領域１２０Ａにおいて多モード干渉を生じる。延在部１２０Ｅ２〜１２０Ｅ４の幅を、多モード光干渉領域１２０Ａに入射した際の光信号の拡散を妨げない、単一モード光導波路１２０Ｃ２〜１２０Ｃ４よりも大きな幅にしておくことにより、いずれの波長λ１〜λ４の光信号についても、自己結像効果による強い光強度を、出射側端面１２０１の単一モード光導波路１２０Ｂが接続されている部分に生じさせることができる。
【００１６】
このような構造とすることにより、空間領域での波長依存性の一つである光結合条件を改善させている。
【特許文献１】特開２０００−７７７５６号公報（例えば、第１図）
【特許文献２】特開２００１−１６６１６０号公報（例えば、第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
通信需要の増大による多重波長数の増大に伴い、１×Ｎ分岐導波路の分岐数Ｎも増大し、１×Ｎ分岐導波路の幅が大きくなるため、１×Ｎ分岐導波路のマルチモード導波路のモード分散は増加する一方である。
【００１８】
この傾向は今後も続くと予想されるが、マルチモード導波路のモード分散が増加してくると、上記特許文献１や特許文献２に示す従来の構成が改善の対象とする空間領域で律則するモード分散の波長依存性（自己結像効果の波長依存性）に起因する各条件だけでなく、モード群速度分散（時間領域で律則するモード分散）の波長依存性に起因する性能劣化への影響も問題となってくる。
【００１９】
以下に、このモード群速度分散の波長依存性に起因する性能劣化の問題について説明する。
【００２０】
モード群速度分散の波長依存性とは、相対的に短い波長の光と長い波長の光とでは、長い光のほうが群速度分散が大きくなるという性質である。
【００２１】
群速度分散の大きい長波長光の、群速度分散により時間軸上で分離した各固有モードのパルス群で構成される出力パルスの広がりは、群速度分散の小さい短波長光の出力パルスの広がりよりも大きくなる。したがって、波長多重光源において用いられる波長の異なる光信号全体においては、出力パルス幅にバラツキが生じていることになる。
【００２２】
モード群速度分散の波長依存性に起因する性能劣化とは、この波長多重光源の波長の異なる光信号間の出力パルス幅のバラツキに伴う波長多重伝送の効率の悪化である。
【００２３】
すなわち、波長多重光源出力端における、最小の出力パルス広がりを与える最短波長の光信号と最大の出力パルス広がりを与える最長波長の光信号とでは、伝送容量および伝送距離には差が生じるが、最も伝送効率の悪い、最大の出力パルス広がりを有する最長波長の光信号の伝送容量および伝送距離が、波長多重伝送の伝送容量および伝送距離を律則する。他の波長の光信号の伝送容量および伝送距離に合わせると、当該他の波長より長い波長の光信号の出力パルス広がりは識別不可能となる恐れがあり、ひいては伝送誤りの原因となるからである。
【００２４】
このように、異なる波長の光信号間の出力パルス幅にバラツキが生ずることは、効率良い波長多重伝送の妨げとなってしまう。
【００２５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、モード群速度分散の波長依存性に起因する異なる波長の光信号間の出力パルス幅のバラツキを低減させ、効率のよい波長多重伝送を行える、波長多重光源および波長多重光源システム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】
【００２６】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
互いに波長の異なるＮ個（Ｎは２以上の整数）の入力光が入力するＮ個の入力端、および前記入力光をそれぞれ出力するＮ個の出力端を有する入力ユニットと、
前記入力ユニットの前記Ｎ個の出力端のそれぞれに接続され、前記Ｎ個の入力光を個別に誘導するＮ個の入力導波路と、
幅Ｗを有する入力縁部に、前記Ｎ個の入力導波路がそれぞれ前記幅方向に接続され、前記各入力光が入力されて前記入力縁部側の反対側の出力縁部の所定の１つの箇所に結合される１×Ｎ結合用マルチモード導波路と、
前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記出力縁部の前記所定の１つの箇所に接続された出力導波路とを備え、
前記Ｎ個の入力光が前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路に入力する各入力位置は、波長の大きさが隣り合う２つの入力光について、前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記入力縁部の中心位置からそれぞれの前記入力位置までの距離が、同じまたは波長の長い光の方が遠い、波長多重光源である。
【００２７】
また、第２の本発明は、
前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記入力縁部に入力される前記入力光のビーム径は、それぞれＷ／５以下である、第１の本発明の波長多重光源である。
【００２８】
また、第３の本発明は、
前記入力ユニットは、入力される前記各入力光の波長およびビーム径を検出する入力光検出部を有し、入力される前記入力光の波長およびビーム径に応じて、前記Ｎ個の入力端と前記Ｎ個の出力端との連結状態を切り替え制御して、前記入力光が前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路に入力される前記入力位置を制御する、第１の本発明の波長多重光源である。
【００２９】
また、第４の本発明は、
前記入力ユニットは、前記Ｎ個の入力端と前記Ｎ個の出力端との連結状態を切り替える光スイッチを有する、第１の本発明の波長多重光源である。
【００３０】
また、第５の本発明は、
前記入力ユニットに入力される前記入力光のビーム径がＷ／５を超える場合には、前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記入力縁部に入力される前記入力光のビーム径がＷ／５以下になるようにビーム径を制御するビーム径制御ユニットが、前記入力ユニットの前記入力端から前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記入力縁部までの間の所定の箇所に設けられている、第１の本発明の波長多重光源である。
【００３１】
また、第６の本発明は、
前記Ｎ個の入力光のうち、前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記入力縁部の前記中心位置により近い位置に入力される入力光ほど、前記入力縁部に入力される時間が遅くなるように前記入力光を遅延させる、第１の本発明の波長多重光源である。
【００３２】
また、第７の本発明は、
前記入力光の遅延は、前記Ｎ個の入力光をそれぞれ供給するＮ個の光源における光信号の変調制御によって制御される、第６の本発明の波長多重光源である。
【００３３】
また、第８の本発明は、
前記Ｎ個の入力導波路には、誘導する前記入力光の波長が短いほど、固有の波長分散の群速度の遅い入力導波路を用いる、第６の本発明の波長多重光源である。
【００３４】
また、第９の本発明は、
互いに波長の異なるＮ個（Ｎは２以上の整数）の入力光が入力するＮ個の入力端、および前記入力光をそれぞれ出力するＮ個の出力端を有する入力ユニットと、
前記入力ユニットの前記Ｎ個の出力端のそれぞれに接続され、前記Ｎ個の入力光を個別に誘導するＮ個の入力導波路と、
幅Ｗを有する入力縁部に、前記Ｎ個の入力導波路がそれぞれ前記幅方向に接続され、前記各入力光が入力されて前記入力縁部側の反対側の出力縁部の所定の１つの箇所に結合される１×Ｎ結合用マルチモード導波路と、
前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記出力縁部の前記所定の１つの箇所に接続された出力導波路とを備え、
前記入力光が前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路に入力する入力位置の、前記入力縁部の中心位置から１／４Ｗ離れた左右両位置からの２つの距離のうちより近い距離に関して、波長の大きさが隣り合う２つの入力光について、それぞれの前記入力位置の前記左右両位置からの前記より近い距離同士が、同じまたは波長の長い光の方が近い、波長多重光源である。
【００３５】
また、第１０の本発明は、
前記１×Ｎ結合用マルチモード導波路の前記入力縁部に入力される前記入力光のビーム径は、それぞれＷ／５よりも大きい、第９の本発明の波長多重光源である。
【００３６】
また、第１１の本発明は、
第１または第９の本発明のＭ個（Ｍは２以上の整数）の波長多重光源と、
前記各波長多重光源から出力されるＭ個の波長多重光が入力するＭ個の入力端、および前記波長多重光をそれぞれ出力するＭ個の出力端を有する多重光入力ユニットと、
前記多重光入力ユニットの前記Ｍ個の出力端のそれぞれに接続され、前記Ｍ個の波長多重光を個別に誘導するＭ個の多重光入力導波路と、
前記Ｍ個の多重光入力導波路がそれぞれ入力縁部の幅方向に接続され、前記各波長多重光が入力されて前記入力縁部側の反対側の出力縁部の所定の１つの箇所に結合される１×Ｍ結合用マルチモード導波路と、
前記１×Ｍ結合用マルチモード導波路の前記出力縁部の前記所定の１つの箇所に接続された多重光出力導波路とを備えた、波長多重光源システムである。
【００３７】
また、第１２の本発明は、
前記Ｍ個の波長多重光は、互いに重ならない異なるＭ個の波長範囲を有している、第１１の本発明の波長多重光源システムである。
【発明の効果】
【００３８】
本発明により、モード群速度分散の波長依存性に起因する異なる波長の光信号間の出力パルス幅のバラツキを低減させ、効率のよい波長多重伝送を行える、波長多重光源および波長多重光源システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００４０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の波長多重光源の構成概要図を示している。
【００４１】
本実施の形態１の波長多重光源は、図１に示すように、幅方向にマルチモードである矩形マルチモード導波路１（幅Ｗ、光路長Ｌ）を備えている。矩形マルチモード導波路１の入力端面と出力端面の各幅方向の中心位置を結ぶ線を中心軸７とし、矩形マルチモード導波路１の入力端面に、中心軸７からの距離の近い順に番号付けした第１〜第６入力導波路２１〜２６が、中心軸７を基準として幅方向の対称となる位置にそれぞれ結合されている。また、出力導波路５が、矩形マルチモード導波路１の出力端面の中心軸７上の位置で結合している。
【００４２】
第１〜第６入力導波路２１〜２６は、それぞれ入出力関係が１対１の導波路であり、それぞれのもう一端は、入力される６個の入力光３を波長に応じてそれぞれ第１〜第６入力導波路２１〜２６のいずれかに入力する入力位置制御ユニット４の出力端１７に接続されている。なお、第１〜第６入力導波路２１〜２６は、同じ導波路幅を有する導波路なので、これらの導波路幅の最大はＷ／６である。
【００４３】
入力位置制御ユニット４は、６個の入力端１６から入力される波長の異なる６個の入力光３の波長をモニタする波長モニタ１３と、入力端１６から入力された６個の入力光３をそれぞれ出力させる出力端１７を切り替える光スイッチ１４と、入力される入力光３の波長に応じて光スイッチ１４の切り替えを制御する光スイッチ切替制御部１５を備えている。
【００４４】
光スイッチ切替制御部１５は、入力端１６から入力された６個の入力光３に対して、短波長の光ほど、矩形マルチモード導波路１への入力位置が中心軸７に近い入力導波路に入力されるように光スイッチ１４の切り替えを制御する。
【００４５】
例えば、図１に示すように、波長の短い順番に番号付けした６個の入力光３（λ１＜λ２＜λ３＜λ４＜λ５＜λ６、の関係にある各波長λ１〜λ６を有する６個の入力光）を入力端１６に入力した場合には、矩形マルチモード導波路１の入力端面の中心軸７に近い順に結合されている第１〜第６入力導波路２１〜２６に、それぞれ、第１〜第６入力光３１〜３６（λ１〜λ６）が入力されるように、出力端１７への出力が切り替えられる。
【００４６】
ただし、矩形マルチモード導波路１において最も効率よく結合するモード干渉が発生するのは、図１に示すような、出力位置を出力端面の中心位置とし、各入力位置を入力端面の中心軸７の対称な位置に配置した場合なので、図１のような構成の場合には、第１〜第６入力導波路２１〜２６にそれぞれ入力される第１〜第６入力光３１〜３６の各波長はこの順に長くなるが、中心軸７から各入力光の入力位置までの距離ｘは、第１入力光３１と第２入力光３２で、第３入力光３３と第４入力光３４で、第５入力光３５と第６入力光３６で、それぞれ等しい距離となる。
【００４７】
なお、矩形マルチモード導波路１が、本発明の１×Ｎ結合用マルチモード導波路の一例にあたり、その入力端面および出力端面が、それぞれ、本発明の入力縁部および出力縁部の一例にあたる。また、入力位置制御ユニット４が、本発明の入力ユニットの一例にあたり、波長モニタ１３が、本発明の入力光検出部の一例にあたる。
【００４８】
以上のような構成を有する、本発明の実施の形態１の多重波長光源の構成を以下に説明する。
【００４９】
はじめに、矩形マルチモード導波路の分散特性に基づく、波長多重光の群速度分散メカニズムを説明する。
【００５０】
図２（ａ）は、図１に示すような２次元矩形マルチモード導波路１の一般的な分散特性の概要図を、図２（ｂ）は群速度特性の概要図を、それぞれ示している。
【００５１】
位相速度ｖpおよび群速度ｖgは、周波数をω、伝搬定数をβとすると、数１のように表される。
【００５２】
【数１】
2008203837.tif 000003
【００５３】
２次元矩形マルチモード導波路の一般的な分散特性は、図２（ａ）に示すように最低（０）次モードから次数が高くなるに従って位相速度ｖpは大きくなるが、群速度ｖgは、図２（ｂ）に示すように次数が高くなるに従って小さくなる、というものである。すなわち、各モードの群速度はモード次数と負の相関がある。
【００５４】
ここで、任意の波長の入力に対して０次モードから全次数励振する場合を考えると、相対的に短い波長（相対的に高い周波数ω２）と長い波長（相対的に低い周波数ω１）では、図２（ａ）に示すように、ω１の方がω２よりもモード分散が大きく（Δβ1＞Δβ2）、又、図２（ｂ）に示すように０次モードと最高（Ｎ）次モードの間のモード群速度分散Δｖgが大きくなる（Δｖg1＞Δｖg2）。
【００５５】
以上は従来より知られることであるが、本願発明者は、鋭意研究を重ねた結果、更に以下の点を見いだした。すなわち、２次元矩形マルチモード導波路において入力した光の各次モードの影響は定常ではなく、光の入力位置によって各モード毎に変動するものである。
【００５６】
本発明は、上記の点に着目してなされたものであり、２次元矩形マルチモード導波路における各波長光の入力位置を調整することにより、モード群速度分散の波長依存性を低減して、光信号間の出力パルス幅のバラツキを低減するものである。
【００５７】
以下、本発明の原理について更に詳細に説明を行う。
【００５８】
光のエネルギーを与える励振強度は、各モード毎に、入力光状態（中心原点時の入力位置ｘuと入力ビーム径σ）で変化するため、中心原点時の入力位置ｘｕの関数である数２により表すことができ、これにより、入力光状態と励振強度の関係を調べることができる。
【００５９】
【数２】
2008203837.tif 000004
【００６０】
ただし、ｐ（ｐ≧０である整数）はモードの次数である。
【００６１】
数２より、励振強度φp（ｘu）は、入力位置ｘuと入力ビーム径σの変数分離型なので、（１）１本下線部を付して示す入力位置ｘuと励振強度φp（ｘu）の関係と、（２）２本下線部を付して示す入力ビーム径σと励振強度φp（ｘu）の関係に分けて検討する。
【００６２】
まず、（１）１本下線部にて示す入力位置ｘuと励振強度φp（ｘu）の関係を図３に示し、各モードが極大（＝１）あるいは極小（＝０）となる特異入力位置を表１に示す。
【００６３】
【表１】
2008203837.tif 000005
【００６４】
図３と表１より、入力位置で各モードの影響度が異なることが分かる。特に各モードが極大あるいは極小となる特異入力位置が入力位置ｘuと励振強度φp（ｘu）の関係を律則する。なお、図３右の参考用のグラフに示すように、モード次数と群遅延の関係は正相関なので、図３のモード次数の縦軸を時間軸と置き換えることにより定性的な出力波形の時間変化が分かる。
【００６５】
次に、（２）２本下線部にて示す入力ビーム径σと励振強度φp（ｘu）の関係を図４に示す。
【００６６】
図４より、σ／Ｗ＜１／５ではモード次数間での差が少ない（０次から５次までの励振強度変化が約０．１以下）ので、高次モードの影響も大きく受けるのに対して、σ／Ｗ＞１／５では次数の増加に従って変化（減少）が大きく、高次モードの影響が小さいことがわかる。
【００６７】
以上の結果から、次に、入力状態と出力波形の関係をσ／Ｗ＜１／５の場合とσ／Ｗ＞１／５の場合に分けて調べる。
【００６８】
σ／Ｗ＜１／５の場合の例として、図５にσ／Ｗ＝１／１０の場合の入力位置ｘuと励振強度φp（ｘu）の関係を示す。
【００６９】
この場合、中心入力の時（ｘu＝０の時）は偶数次モード励振なので、入力光は各次数単独の離散パルス（入力波形をパルスと仮定した場合）であるが、入力位置ｘuが中心から離れるに従って奇数次モードの励振強度の増加と偶数次モードの励振強度の低下に伴い、３次モードの励振強度が極大となるｘu／Ｗ＝１／８付近では、０次モード及び１次モードの結合パルスと３次モードが主のパルスとが、主な入力光のパルスとなる。
【００７０】
さらに入力位置ｘuが中心から離れていくと、１次モードの励振強度が極大となるｘu／Ｗ＝１／４付近で、１次モードが主の０次〜２次モードの結合パルスと５次モードが主のパルスとが主なパルスと変化した後は、主体的なモード次数が低次から高次へシフトする１個の大きなパルスの出力波形となる。
【００７１】
以上のように、σ／Ｗ＜１／５の場合は、入力位置ｘuが中心位置（ｘu＝０）から離れるに従って、全次数のモードの励振に寄与する主体的なモード次数の傾向が変化することがわかる。すなわち、偶数時モード励振優勢から奇数時モード優勢を経て、低次数モード励振優勢から高次数モード優勢に移行する。
【００７２】
これは、中心位置に近い入力光は、低次モードを含めて励振し、全次数励振に近くなるのに対し、中心位置から遠い入力光（特にｘu／Ｗ≧０．３４の距離）ほど、低次モードの励振が減り、高次数モードの励振が増える、いわゆる高次数律則となることを意味する。
【００７３】
したがって、図２（ｂ）に示すように、全次数励振時には大きなモード群速度分散ΔＶｇ１を有する長波長（周波数ω１）の光であっても、入力位置ｘuを中心位置からずらせばずらすほど、その励振は高次数律則となり、実際に測定されるモード群速度分散Δｖg1′は小さくなり、すなわち、光信号の出力パルス幅の広がりを抑制することができることになる。このとき、図２（ｂ）において最高モード次数とともにモード群速度分散Δｖg1′の大きさを規定する点Ｐ１の群速度を入力光の入力位置ｘuと読み替えることによって、点Ｐ１を入力位置からの距離を示す位置と解することができる。
【００７４】
なお、図２（ｂ）に示す点Ｐ１は、図２（ａ）においては、周波数ω１の光の励振が高次数律則となり、全次数励振の場合のモード分散Δβ１よりも小さなモード分散Δβ１′が得られている場合の、入力位置ｘｕからの距離を示す距離Ｐ２と読み替えることができる。
【００７５】
そして、このモード群速度分散Δｖg1′の大きさを、中心位置により近い入力位置における短波長（ω２）の光のモード群速度分散Δｖg2に近づけるよう、長波長（ω１）の光の入射位置の中心位置からの距離を調整することにより、各波長光の出力パルス幅のバラツキを低減することができる。
【００７６】
ここで図１４（ａ）（ｂ）及び（ｃ）を参照して、２次元矩形マルチモード導波路入力光の入力位置の違いによるモード群速度分散の変化をより模式的に説明する。なお、簡単のために、最低モード（０次モード）から２次モードまでの連続したモードを例に取った。
【００７７】
図１４（ａ）に示すように、波長λａのパルスの入力光２１０がマルチモード導波路２２０の中心位置ｘu（ｘu＝０）に入力すると、モード分散により、入力光２１０はモード群速度分散ΔＶｇａを有するパルスの重ね合わせ光２２１となるが、図１４（ｂ）に示すように、波長λａより長い波長λｂの入力光２３０が、図１４（ａ）と同一の入力位置に入力すると、各パルスの伝送遅延は増大することより、入力光２３０は、モード群速度分散ΔＶｇａより大きなモード群速度分散ΔＶｇｂを有する重ね合わせ光２３１となる。なお、図１４（ａ）（ｂ）においては１次モード光は図示されないが、これは中心位置ｘｕにおいて奇数次モードは励振しないからである。
【００７８】
これは、先に説明したモード群速度分散の波長依存性（時間領域で律則するモード分散の波長依存性）であるが、図１４（ｃ）に示すように、図１４（ｂ）と同じ入力光２３０であっても、マルチモード導波路２２０の入力位置を、中心位置から外れた入力位置ｘｎ（ｘｎ>>０）とすることで、重ね合わせ光２３１′においては、図５を参照して説明したように、低次（この場合は０次）のモードの光の励振が抑制されることで、実質的にモード分散に寄与するのは、励振する１次モード光を含めた、より高次のモード光となる。その結果、同一波長λｂについて、重ね合わせ光２３１′のモード群速度分散ΔＶｇｂ′は、入力位置がマルチモード導波路２２０の中心位置ｘuにあるときのモード群速度分散ΔＶｇｂよりも小さくなる。図１４（ｃ）の場合は、低次（０次）のモード光の励振が抑制されており図２（ｂ）に示す高次数律則の状態を実現している。
【００７９】
このように、本発明は、モード群速度分散の波長依存性（時間領域で律則するモード分散の波長依存性）を、マルチモード導波路への入力位置の依存性に基づく励振モードの励振強度により補償するようにしている。
【００８０】
なお、入力波形の周波数広がりによる群遅延広がりにより、各励振モードの出力波形の離散は抑制（群遅延差は変化しないが、波形が広がり重なるので結合した波形となる）され、各励振モードを重ね合わせた出力波形は滑らかとなるが、モードによる群速度分散の影響の方が周波数広がりによる影響よりも大きいので、周波数広がりによる出力波形のパルス幅への影響はほとんど無視できる。
【００８１】
次に、σ／Ｗ＞１／５の場合の例として、図６にσ／Ｗ＝１／３の場合の入力位置ｘuと励振強度φp（ｘu）の関係を示す。
【００８２】
中心入力の時（ｘu＝０の時）は偶数次モード励振なので各次数単独の離散パルスとなりσ／Ｗ＜１／５の場合と同じであるが、高次モードの励振強度が小さいので３次以上のモードの影響は１次モードに対してほとんど無視できる。
【００８３】
入力位置ｘuが中心から離れるに従って１次モードの励振強度の増加と偶数次モードの励振強度が低下する傾向となり、１次モードの励振強度が極大となるｘu／Ｗ＝１／４付近では、１次モードを中心とする０次〜２次モードの結合パルスが主なパルスとなる。さらに入力位置ｘuが中心から離れていくと、０次及び１次モードの励振強度の低下に伴い２次モード以上の励振強度の差が少ない、低次モードが律則するなだらかな出力波形となる。従って、この場合の入力位置ｘuに対する出力パルス幅の変化は、入力位置ｘuの増加に伴って１次が極大となるｘu／Ｗ＝１／４付近で極小を有する変化となる。しかしながら、極小値を超えた入力位置にあっても、当該位置における励振強度を与える次数のモード群速度分散は、中心位置における偶数次モード励振優勢の場合のモード群速度分散よりも小さい。
【００８４】
例えば、中心入力の場合において、離散パルスのうち有意な励振強度を与えるものの分布が図中Ｌ１の大きさで示されるのに対し、出力パルス幅の変化が極小点を超えた入力位置０．４においては、有意な励振強度を与えるモードは１次〜４次モードであって、これらモードの分布の大きさはＬ２であり、これはＬ１より小さいことがわかる。
【００８５】
以上のように、入力位置ｘuを中心位置から遠ざけるほど当該位置ｘｕにおける入射光のモード群速度分散の大きさは、当該中心位置におけるものよりも小さくなる、という関係は保たれていることになる。
【００８６】
以上の各場合において説明したように、全次数励振、すなわち全ての次数のモードが定常の励振強度を有すると仮定とした場合の出力パルス幅は、図２（ｂ）に示す最低モード次数と最高モード次数の群速度差（モード群速度分散Δｖg）から計算される時間差であるが、入力光状態（入力位置ｘuと入力ビーム径σ）を考慮した、各次数のモードの励振強度が変換する場合の出力パルス幅は、図３〜図６を用いて説明したモード群速度分散から計算される時間差であり、これらの出力パルス幅は異なる。すなわち、全次数励振を仮定とした場合と実際の入力光状態を考慮した場合の出力パルス幅は異なる。
【００８７】
次に、入力光状態（入力位置ｘuと入力ビーム径σ）と出力パルス幅の関係を図７に示す。なお、ここでは、パルスのピーク値の２５％を最初に超えた時点から最後にパルスのピーク値の２５％を下回った時点までの期間を、出力パルス幅としている。
【００８８】
図７より、入力ビーム径がσ／Ｗ＝１／５〜１／４の時が、ｘu／Ｗに対する出力パルス幅の変化が単調減少となるか極小を持つかの分岐点となることがわかる。これは、図４において、入力ビーム径σ／Ｗが１／５よりも大きい場合には高次モードの影響が大きく、１／５よりも小さい場合には高次モードの影響が小さいと分析した結果と一致している。  
【００８９】
図１に示す本実施の形態１の構成の場合、入力ビーム径はσ／Ｗ＜１／６なので、矩形マルチモード導波路１における出力パルス幅は、ｘu／Ｗに対して単調減少となる。
【００９０】
一方、図２（ｂ）及び図１４（ａ）〜（ｃ）を参照して説明したように、モード群速度分散は波長が長いほど大きいので、相対的に波長の長い光ほど中心から離して入射させることにより、モード群速度分散の波長依存性によるパルス幅広がりの影響を、マルチモード導波路への入力位置の依存性、すなわち入力光状態で変化する励振モードの励振強度と群速度分散に起因するパルス幅広がりの影響により補償することで、チャンネル間でのパルス幅広がりのバラツキを抑制することができる。
【００９１】
これらの２つの影響によるパルス幅は、モード群速度分散の波長依存性による出力パルス幅の広がり度合いの関数（Ｘ）と、入力光状態で変化する励振モードの励振強度と群速度分散に起因する出力パルス幅の広がり度合いの関数（Ｙ）との、２つの関数の積（Ｘ）（Ｙ）で表すことができる。関数Ｘは、波長λに対する単調増加関数Ｘ＝Ｘ（λ）であり、関数Ｙは、中心位置からの入力位置ｘuに対する単調減少関数Ｙ＝Ｙ（ｘu）なので、波長の長い光ほど中心位置から遠い位置に入射させるようにすることで、複数の異なる波長の入力光に対する複数の出力光のうち最大となる出力パルス幅の大きさを、最小にできる波長と入力位置の組み合わせとすることができる。
【００９２】
結合用マルチモード導波路の幅方向の中心から複数の入力位置までの各距離が互いに異なっている構成の場合には、上記のように波長に応じた入力位置に入力させるようにすればよいが、最も効率よく結合するモード干渉を発生させるためには、本実施の形態の、図１に示す矩形マルチモード導波路１のように複数の入力位置が中心軸７対称とされる構成が好ましい。このような構成の場合には、波長が隣り合う２つの光について波長の長い光の入力位置の方が中心位置からの距離が遠いか同じ距離になるように、全ての光に対してこの条件を満足させるようにすればよい。このようにして各入力光の入力位置を決定することにより、より長い波長の光が、より短い波長の光よりも中心軸７に近い位置に入力されることはない。
【００９３】
なお、本実施の形態１では、入力位置制御ユニット４が、入力光３の波長に応じて自動的に第１〜第６入力導波路２１〜２６に入力させる出力端１７の位置を切り替える構成として説明したが、各入力光を上記条件に従って矩形マルチモード導波路１に入力できればよく、例えば、入力位置制御ユニット４を光スイッチのみとし、入力光の波長に応じて人間がその光スイッチを切り替えるような構成にしてもよい。
【００９４】
また、入力位置制御ユニット４を、切り替え機能を持たず、各入力端１６に入力された入力光３をそれぞれ固定的に対応づけられた出力端１７に出力させるものとしておき、入力光３を入力位置制御ユニット４に入力する光源として波長可変光源を使用し、その波長可変光源によって各入力光の波長を変化させることにより波長と入力位置の上記関係を満足させるようにしてもよい。
【００９５】
図８に、本発明の実施の形態１の他の構成の波長多重光源の構成概要図を示す。図１と同じ構成部分には、同じ符号を用いている。
【００９６】
入力位置制御ユニット４に入力される６個の入力光３が、出力光を遅延させる変調制御機能を有する第１〜第６光源４１〜４６のそれぞれから入力される点が、図１の構成と異なる。
【００９７】
図１および図８において、入力波形Ｆｉは、矩形マルチモード導波路１に入力される各入力光３１〜３６の相対的なピーク時間を模式的に示しており、出力波形Ｆｏは、矩形マルチモード導波路１から出力導波路５に出力される時点の６個の光信号の相対的なピーク時間を模式的に示している。
【００９８】
図３等の参考用グラフに示したように、モード次数と群遅延の関係は正相関なので、図５および図６のモード次数を示す縦軸を時間軸と置き換えることにより出力波形Ｆｏの定性的な時間変化が分かる。従って、図５および図６より、出力波形Ｆｏのピーク時間は、中心位置からの距離ｘu／Ｗの増加に伴って遅れる（正の相関関係がある）ことがわかる。
【００９９】
従って、図１に示すようにピーク時間が揃った第１〜第６入力光３１〜３６を矩形マルチモード導波路１に入力した場合には、矩形マルチモード導波路１から出力される際には、中心軸７から離れた位置に入力された入力光ほど遅れて出力されるため、各出力光のピーク時間がずれてしまう。
【０１００】
これに対し、図８に示す波長多重光源では、入力位置制御ユニット４に入力させる６個の入力光３を供給する第１〜第６光源４１〜４６において、直接変調や外部変調などの変調制御によって、矩形マルチモード導波路１の中心位置に近い位置に入力される入力光ほど、すなわち、この場合には短波長の入力光ほど遅延させるように制御して、入力位置制御ユニット４に入力する入力光３を発光させるようにしている。
【０１０１】
図８の場合には、波長λ１の第１入力光３１と波長λ２の第２入力光３２が、波長λ３の第３入力光３３と波長λ４の第４入力光３４が、波長λ５の第５入力光３５と波長λ６の第６入力光３６が、それぞれ中心軸７から同じ距離の位置で矩形マルチモード導波路１に入力され、これらの順で、中心軸７により近い位置から入力されていく。したがって、波長λ１の光を発光する第１光源４１と波長λ２の光を発光する第２光源４２から発光される入力光３の遅延量が最も大きくなり、波長λ５の光を発光する第５光源４５と波長λ６の光を発光する第６光源４６から発光される入力光３の遅延量が最も小さくなるように制御されることになる。
【０１０２】
このように、中心軸７に近い位置に入力される入力光ほど矩形マルチモード導波路１への入力時間を遅延させることで、出力波形の各波長間のピーク時間を揃えることができる。
【０１０３】
波長多重伝送を光バスなどに利用する場合などは、波長間で同期を取る必要がある。このような場合に、図８のような構成の波長多重光源を用いて、群速度分散の小さな短波長では結合用マルチモード導波路への入力時間を遅延させ、群速度分散の大きな長波長では結合用マルチモード導波路への入力時間を相対的に進めることにより、波長間の同期を取ることができる。
【０１０４】
このように、波長多重伝送を光バスなどに利用する場合は、チャンネル間で同期が取れるので受信側で信号を並び替えるなどの必要が無くなるので受信側での負担が少なくなり、伝送速度を向上させることができる。
【０１０５】
なお、図８の構成では、第１〜第６光源４１〜４６の変調制御によって、入力位置制御ユニット４に入力する入力光３を遅延させることとしたが、波長に応じて矩形マルチモード導波路１への入力時間を遅延させることができれば、他の方法でも同様の効果が得られる。例えば、屈折率と導波路形状などを短波長ほど群速度が遅い波長分散を有するように設計した導波路を、第１〜第６入力導波路２１〜２６として用いることによっても実現できる。
【０１０６】
また、本実施の形態１では、多重光数Ｎ＝６の場合について説明したが、Ｎ＞６の場合にも適用でき、入力ビーム径σがσ／Ｗ＜１／５の関係を満たせば、Ｎ＝２〜５の場合にも適用できる。
【０１０７】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２の波長多重光源の構成概要図を示している。図１と同じ構成部分には、同じ符号を用いている。
【０１０８】
本実施の形態２の波長多重光源は、図９に示すように、多重光数Ｎ＝４で、矩形マルチモード導波路１に入力される入力光のビーム径σがσ／Ｗ＞１／５の関係を満足する場合の例である。
【０１０９】
以下、図１と異なる部分について説明する。
【０１１０】
本実施の形態２の波長多重光源は、図９に示すように、矩形マルチモード導波路１（幅Ｗ、光路長Ｌ）の入力端面に、中心軸７からの距離の近い順に番号付けした第１〜第４入力導波路５１〜５４が、中心軸７を基準として幅方向の対称となる位置にそれぞれ結合されている。また、出力導波路１２が、矩形マルチモード導波路１の出力端面の中心軸７上の位置で結合している。
【０１１１】
第１〜第４入力導波路５１〜５４は、それぞれ入出力関係が１対１の導波路であり、それぞれのもう一端は、入力される４個の入力光１０を波長に応じてそれぞれ第１〜第４入力導波路５１〜５４のいずれかに入力する入力位置制御ユニット１１の出力端２８に接続されている。なお、第１〜第４入力導波路５１〜５４は、伝播させる光のビーム径σがσ／Ｗ＞１／５の関係を満足するものであり、また同じ導波路幅を有する導波路なので、これらの導波路幅の最大はＷ／４である。
【０１１２】
入力位置制御ユニット１１は、例えば、図１の入力位置制御ユニット４と同様の構造をしており、４個の入力端２７から入力される波長の異なる４個の入力光１０を、それらの波長に応じた出力端２８から出力させる。矩形マルチモード導波路１の中心軸７から幅方向に両側にＷ／４離れた２つの軸を＋Ｗ／４軸８および−Ｗ／４軸１８とし、入力端２７から入力された４個の入力光１０に対して、長波長の光ほど、矩形マルチモード導波路１への入力位置が＋Ｗ／４軸８または−Ｗ／４軸１８に近い入力導波路に入力されるように各出力端２８から出力する。ここで「入力位置が＋Ｗ／４軸８または−Ｗ／４軸１８に近い」とは、各入力光について、＋Ｗ／４軸８および−Ｗ／４軸１８のうちの近い方の距離同士を比較するものとする。
【０１１３】
例えば、図９に示すように、波長の短い順番に番号付けした４個の入力光１０（λ１＜λ２＜λ３＜λ４、の関係にある各波長λ１〜λ４を有する４個の入力光）を入力端２７に入力した場合について説明する。
【０１１４】
第１入力導波路５１と＋Ｗ／４軸８との距離ｘ２は、第３入力導波路５３と＋Ｗ／４軸８との距離ｘ３よりも小さく、第１入力導波路５１の方が第３入力導波路５３よりも＋Ｗ／４軸８に近い位置で矩形マルチモード導波路１に結合している。第２入力導波路５２および第４入力導波路５４は、それぞれ中心軸７を基準にして第１入力導波路５１および第３入力導波路５３と対称の位置で矩形マルチモード導波路１に結合しているので、第２入力導波路５２の方が第４入力導波路５４よりも−Ｗ／４軸１８に近い位置で矩形マルチモード導波路１に結合している。従って、入力位置制御ユニット４では、第１〜第４入力導波路５１〜５４に、それぞれ、第４〜第１入力光６４〜６１（λ４〜λ１）が入力されるように、出力端２８への出力が切り替えられる。
【０１１５】
ただし、矩形マルチモード導波路１において最も効率よく結合するモード干渉が発生するように、図９に示すように中心軸７を基準にして対称に配置されるため、図９のような構成の場合には、第１〜第４入力導波路５１〜５４にそれぞれ入力される第４〜第１入力光６４〜６１の各波長はこの順に短くなるが、＋Ｗ／４軸８または−Ｗ／４軸１８から各入力光の入力位置までの距離は、第４入力光６４と第３入力光６３で、第２入力光６２と第１入力光６１で、それぞれ等しい距離となる。
【０１１６】
本実施の形態２の場合、矩形マルチモード導波路１への入力ビーム径σがσ／Ｗ＞１／５の関係を満たすので、実施の形態１にて説明に用いた図７を参照して、矩形マルチモード導波路１の入力端面上の入力位置ｘuと出力パルス幅の関係は、ｘu／Ｗ＝±Ｗ／４で出力パルス幅が極小となる関係を有する。
【０１１７】
従って、入力位置が＋Ｗ／４軸８または−Ｗ／４軸１８に近い第１入力導波路５１および第２入力導波路５２（ｘu＝ｘ２）にモード群速度分散の大きな長波長の第４入力光６４および第３入力光６３を入力させ、入力位置が＋Ｗ／４軸８または−Ｗ／４軸１８から遠い第３入力導波路５３および第４入力導波路５４にモード群速度分散の小さな短波長の第２入力光６２および第１入力光６１を入力させることで、波長の群速度分散による出力パルス幅広がりの影響を、入力光状態で変化する励振モードの励振強度と群遅延速度分散に起因するパルス幅広がりの影響により補償する、すなわち、モード群速度分散の波長依存性（時間領域で律則するモード分散の波長依存性）を、マルチモード導波路への入力位置の依存性によって補償することで、チャンネル間での出力パルス幅広がりのバラツキを抑制することができる。
【０１１８】
なお、結合用マルチモード導波路の幅方向の中心より±Ｗ／４離れた位置から複数の入力位置までの各距離（各入力位置から＋Ｗ／４までの距離と−Ｗ／４までの距離のうち、近い方の距離同士を比較する）が互いに異なっている構成の場合には、波長の長い光ほど中心より±Ｗ／４離れた位置に近い入力位置に入力させるようにすればよいが、最も効率よく結合するモード干渉を発生させるために、図９の矩形マルチモード導波路１のように複数の入力位置が中心軸７対称とされる構成が望ましい。このような構成の場合には、波長が隣り合う２つの光について波長の長い光の入力位置の方が中心軸７より±Ｗ／４離れた位置からの距離が近いか同じ距離になるように、全ての光に対してこの条件を満足させるようにすればよい。このようにして各入力光の入力位置を決定することにより、より長い波長の光が、より短い波長の光よりも、中心軸７より±Ｗ／４離れた位置からの距離が遠い位置に入力されることはない。
【０１１９】
図１０に、本発明の実施の形態２の他の構成の波長多重光源の構成概要図を示す。図９と同じ構成部分には、同じ符号を用いている。
【０１２０】
第１〜第４入力導波路５１〜５４のそれぞれの端部と、矩形マルチモード導波路１の入力端面の間に、ビーム径制御用のレンズ２９を設けた点が、図９の構成とは異なる。
【０１２１】
第１〜第４入力導波路５１〜５４内を伝搬する第１〜第４入力光６１〜６４のビーム径σは、図９の場合と同様にσ／Ｗ＞１／５の関係を満たすものであるが、レンズ２９を通過することによって、第１〜第４入力光６１〜６４のビーム径σは、σ／Ｗ＜１／５の関係を満たすものに変換されてから矩形マルチモード導波路１に入力される。
【０１２２】
矩形マルチモード導波路１にはσ／Ｗ＜１／５の関係を満たすビーム径σを有する第１〜第４入力光６１〜６４が入力されるので、図７より、矩形マルチモード導波路１における出力パルス幅は、実施の形態１と同様のｘu／Ｗに対して単調減少の関係となる。
【０１２３】
従って、この場合には、入力位置制御ユニット１１は、入力端２７から入力された４個の入力光１０に対して、短波長の光ほど、矩形マルチモード導波路１への入力位置が中心軸７に近い入力導波路に入力されるように各出力端２８から第１〜第４入力光６１〜６４を出力させればよい。つまり、この場合には、矩形マルチモード導波路１の入力端面の中心軸７に近い順に結合されている第１〜第４入力導波路５１〜５４に、それぞれ、第１〜第４入力光６１〜６４が入力されるように、出力端２８から出力される。
【０１２４】
このように、Ｎ＜５の場合でも、入力前のビーム変換機能によりσ／Ｗ＜１／５の関係となるようなビーム径σとした場合には、実施の形態１と同様に、出力パルス幅は入力ビーム径ｘu／Ｗに対して単調減少となるので、中心軸からの距離で入力波長を決めることができる。すなわち、モード群速度分散の大きい相対的に長い波長を中心から離すことで、波長の群速度分散によるパルス幅広がりの影響を、入力光状態で変化する励振モードの励振強度と群速度分散に起因するパルス幅広がりの影響により補償する、換言すれば、モード群速度分散の波長依存性（時間領域で律則するモード分散の波長依存性）を、マルチモード導波路への入力位置の依存性によって補償することで、チャンネル間での出力パルス幅広がりのバラツキを抑制することができる。
【０１２５】
なお、レンズ２９が、本発明のビーム径制御ユニットの一例にあたる。
【０１２６】
図１０では、ビーム変換機能としてのレンズ２９を、第１〜第４入力導波路５１〜５４と矩形マルチモード導波路１の間に設けたが、矩形マルチモード導波路１に入力される光のビーム径σをσ／Ｗ＜１／５の関係を満たすようにできれば、ビーム変換機能は他の部分に設けられていてよい。具体的には、入力位置制御ユニット１１の入力端２７から矩形マルチモード導波路１の入力端面までの間に設けられていればよい。
【０１２７】
また、ビーム変換機能としてのレンズ２９として、凹凸レンズやＧＲＩＮレンズなどを用いることができ、第１〜第４入力導波路５１〜５４と矩形マルチモード導波路１との間隔を制御したり、温度や電界によってレンズ２９や第１〜第４入力導波路５１〜５４の屈折率を制御することにより、第１〜第４入力光６１〜６４のビーム径を自由に制御することができる。
【０１２８】
また、第１〜第４入力導波路５１〜５４の導波路幅を狭くしたり、コアとクラッドの屈折率差を大きくすることによっても、矩形マルチモード導波路１に入力される光のビーム径σをσ／Ｗ＜１／５の関係を満たすように変換でき、ビーム変換機能を実現することができる。
【０１２９】
また、図９の構成で、入力位置制御ユニット１１から出力された第１〜第４入力光６１〜６４のビーム径のまま矩形マルチモード導波路１に入力される場合には、入力位置制御ユニット１１に、入力光１０の波長とともにビーム径を検出する機能を設け、波長とビーム径に応じて出力させる出力端２８の位置を切り替えさせるようにしてもよい。
【０１３０】
このとき、入力位置制御ユニット１１は、入力光１０のビーム径σをσ／Ｗ＞１／５の関係を満たす場合には、長波長の光ほど、矩形マルチモード導波路１への入力位置が＋Ｗ／４軸８または−Ｗ／４軸１８に近い入力導波路に入力されるように出力端２８からの出力を制御し、σ／Ｗ＜１／５の場合には、短波長の光ほど、矩形マルチモード導波路１への入力位置が中心軸７に近い入力導波路に入力されるように出力端２８からの出力を制御すればよい。
【０１３１】
このように制御することにより、入力光１０の波長およびビーム径に応じた、矩形マルチモード導波路１の入力端面の最適な位置に、第１〜第４入力光６１〜６４を入力させることができる。
【０１３２】
（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３の波長多重光源システムの構成概要図を示している。図１と同じ構成部分には、同じ符号を用いている。
【０１３３】
本実施の形態３の波長多重光源システムは、図１に示した実施の形態１の多重光数Ｎ＝６の波長多重光源システムを多段接続した、多重光数Ｎ＝３６の波長多重光源システムの例である。
【０１３４】
第１〜第６波長多重光源７１〜７６は、それぞれ図１に示した波長多重光源であり、これらの波長多重光源の出力である波長多重光が、図１に示した波長多重光源の入力位置制御ユニット４に入力されるように構成されている。
【０１３５】
入力位置制御ユニット４の６個の入力端１６には、第ｊ波長多重入力光源（＝第１〜第６波長多重光源７１〜７６）から、それぞれ６波多重入力光（λｊｉ）（ｉ，ｊ＝１，２，３，４，５，６；ｊが大きいほど長波長）が入力される。
【０１３６】
入力位置制御ユニット４は、入力端１６から入力される６個の波長多重入力光を、波長（ｊ）の順番でグループ分けして、短い波長グループの波長多重光ほど、矩形マルチモード導波路１への入力位置が中心軸７に近い入力導波路に入力されるように出力端１７から第１〜第６波長多重入力光８１〜８６を出力させる。つまり、この場合には、矩形マルチモード導波路１の入力端面の中心軸７に近い順に結合されている第１〜第６入力導波路２１〜２６に、それぞれ、第１〜第６波長多重入力光８１〜８６（λ1i〜λ6i）が入力されるように、出力端１７から出力される。
【０１３７】
なお、第１〜第６波長多重入力光８１〜８６は、互いの波長範囲が重ならないようにしておくことが望ましい。互いの波長範囲が重ならないようにすることで、最大となる出力パルス幅の大きさを最小にすることができる。具体的には、例えば図１１において、第１波長多重入力光８１に含まれる各光の波長は、λ11＜λ21＜λ31＜λ41＜λ51＜λ61の関係にあり、第２波長多重入力光８２に含まれる各光の波長は、λ12＜λ22＜λ32＜λ42＜λ52＜λ62の関係にあるが、λ61＜λ12となるように、第１波長多重入力光８１および第２波長多重入力光８２の各波長範囲を設定する。第３波長多重入力光８３〜第６波長多重入力光８６についても同様にして、互いに波長範囲が重ならないように設定する。
【０１３８】
また、図１１では、波長多重光源を２段接続する構成について説明したが、図１に示す実施の形態１の波長多重光源を、さらに３段以上接続しても構わない。
【０１３９】
モード群速度分散は矩形マルチモード導波路１の幅、すなわち入力光数が多いほど大きいので、波長の順番でグループ分けして複数のモード群速度分散の小さな矩形マルチモード導波路１を使用して、長い波長グループほど多段時の矩形マルチモード導波路への入力位置を中心から離すことで長波長グループと短波長グループの出力パルス幅のバラツキを抑制することができる。
【０１４０】
また、本実施の形態３では、第１〜第６波長多重光源７１〜７６に、実施の形態１の図１の構成の波長多重光源を用いることとして説明したが、実施の形態２の図９の構成の波長多重光源を用いてもよいし、これらの波長多重光源を混在させて用いてもよい。
【０１４１】
また、本実施の形態３では、波長多重光を入力する波長多重光源数Ｍ＝６の場合について説明したが、Ｍ≧２の場合に適用できる。
【０１４２】
以上に説明したように、本発明の波長多重光源は、波長によるモード群速度分散が大きい長波長領域の光を、モード毎の励振強度と群速度分散に起因する波形広がりの小さな入力位置に、波長によるモード群速度分散が小さい短波長領域の光は、モード毎の励振強度と群遅延分散に起因する波形広がりの大きな入力位置に入力することにより、出力光の波長間でのパルス幅（出力パルス幅）のバラツキを抑制することができるので、波長多重光の伝送距離と伝送速度を向上させることができる。したがって、効率の良い波長多重伝送を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明にかかる波長多重光源および波長多重光源システムは、モード群速度分散の波長依存性に起因する異なる波長の光信号間の出力パルス幅のバラツキを低減させ、効率のよい波長多重伝送を行える効果を有し、マルチモード導波路のマルチモード干渉を利用した結合器によって波長多重する、波長多重通信に使用される波長多重光源および波長多重光源システム等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明の実施の形態１の波長多重光源の構成概要図
【図２】（ａ）２次元矩形マルチモード導波路の一般的な分散特性の概要図、（ｂ）２次元矩形マルチモード導波路の一般的な群速度特性の概要図
【図３】２次元矩形マルチモード導波路における、入力位置の中心からの距離と励振強度の関係を示す図
【図４】２次元矩形マルチモード導波路における、入力ビーム径と励振強度の関係を示す図
【図５】２次元矩形マルチモード導波路における、ビーム径が矩形マルチモード導波路幅の１／１０の場合の入力位置の中心からの距離と励振強度の関係を示す図
【図６】２次元矩形マルチモード導波路における、ビーム径が矩形マルチモード導波路幅の１／３の場合の入力位置の中心からの距離と励振強度の関係を示す図
【図７】２次元矩形マルチモード導波路における、入力光状態（入力位置、入力ビーム径）と出力パルス幅の関係を示す図
【図８】本発明の実施の形態１の他の構成の波長多重光源の構成概要図
【図９】本発明の実施の形態２の波長多重光源の構成概要図
【図１０】本発明の実施の形態２の他の構成の波長多重光源の構成概要図
【図１１】本発明の実施の形態３の波長多重光源システムの構成概要図
【図１２】従来の波長多重光源の斜視図
【図１３】従来の光結合器の構成を示す平面図
【図１４】（ａ）本発明の動作原理を説明するための模式図（ｂ）本発明の動作原理を説明するための模式図（ｃ）本発明の動作原理を説明するための模式図
【符号の説明】
【０１４５】
１  矩形マルチモード導波路
３  入力光
４  入力位置制御ユニット
５  出力導波路
６  出力多重光
７  中心軸
８  ＋Ｗ／４軸
１８  −Ｗ／４軸
１０  入力光
１１  入力位置制御ユニット
１２  出力導波路
１３  波長モニタ
１４  光スイッチ
１５  光スイッチ切替制御部
１６  入力端
１７  出力端
１９  出力多重光
２１〜２６  第１〜第６入力導波路
２７  入力端
２８  出力端
２９  レンズ
３１〜３６  第１〜第６入力光（周波数＝λ１〜λ６）
３８  出力多重光
４１〜４６  第１〜第６光源
５１〜５４  第１〜第４入力導波路
６１〜６４  第１〜第４入力光（周波数＝λ１〜λ４）
７１〜７６  第１〜第６波長多重光源
８１〜８６  第１〜第６波長多重入力光（周波数＝λ１ｉ〜λ６ｉ；ｉ＝１〜６）
【図１】
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【図２】
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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３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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