(57)【要約】【課題】波長間隔が２０ｎｍ程度と広いＣＷＤＭ用フルメッシュＷＤＭネットワークに用いられる簡易構成で損失バラツキの少ないＮ×Ｎ光合分波回路を提供することにある。【解決手段】複数本の入力導波路８と、該入力導波路８から受光する第１のスラブ導波路７と、該第１のスラブ導波路７から受光し、かつ、所定の導波路長差で順次長くなる複数本の導波路からなる導波路アレイ６と、該導波路アレイ６から受光する第２のスラブ導波路７と、該第２のスラブ導波路７から受光する複数本の出力導波路９とを含むアレイ導波路回折格子型光合分波回路において、前記入力導波路８及び出力導波路９に対して、該導波路番号に応じた所定の損失を付与する光減衰部１０を光学的に接続したことを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の入力導波路と、該入力導波路から受光する第１のスラブ導波路と、該第１のスラブ導波路から受光し、かつ、所定の導波路長差で順次長くなる複数本の導波路からなる導波路アレイと、該導波路アレイから受光する第２のスラブ導波路と、該第２のスラブ導波路から受光する複数本の出力導波路とを含むアレイ導波路回折格子型光合分波回路において、前記入力導波路及び出力導波路に対して、該導波路番号に応じた所定の損失を付与する光減衰部を光学的に接続したことを特徴とする光合分波回路。
【請求項２】
請求項１に記載の光合分波回路において、前記光減衰部は前記入力導波路及び出力導波路の導波路の光軸ズレ構造であることを特徴とする光合分波回路。
【請求項３】
請求項１に記載の光合分波回路において、前記光減衰部は所望の光損失特性を有する光減衰薄膜フィルタが前記入力導波路及び出力導波路を横切るように形成された溝に挿入されていることを特徴とする光合分波回路。
【請求項４】
請求項１に記載の光合分波回路において、前記光減衰部は前記入力導波路及び出力導波路番号に応じた所定の波長特性を有している光フィルタであることことを特徴とする光合分波回路。
【請求項５】
請求項４に記載の光合分波回路において、前記光フィルタは導波路型マッハ・ツェンダ干渉回路であることを特徴とする光合分波回路。
【請求項６】
複数本の入力導波路と、該入力導波路から受光する第１のスラブ導波路と、該第１のスラブ導波路から受光し、かつ、所定の導波路長差で順次長くなる複数本の導波路からなる導波路アレイと、該導波路アレイから受光する第２のスラブ導波路と、該第２のスラブ導波路から受光する複数本の出力導波路とを含むアレイ導波路回折格子型光合分波回路において、該導波路番号に応じた所定の損失を付与する光減衰部として、光損失の波長依存性及び入出力導波路依存性を有する光減衰波長フィルタを前記入力導波路又は出力導波路のいずれか片方を横切るように形成された溝に挿入したことを特徴とする光合分波回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光合分波回路に関する。例えば、フルメッシュ光ＷＤＭネットワークで用いられる、光波長多重された複数の入力光信号を、その波長に応じて複数の出力ポートに切り換えるＮ×Ｎ光合分波回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の光信号を異なる光周波数に割り当て１本の光ファイバで伝送する光波長分割多重（ＷＤＭ）伝送システムは、伝送路の容量を大幅に増大することが可能である（例えば、非特許文献１参照）。
従来、基幹系システムを中心に波長間隔が１００ＧＨｚ程度のｄｅｎｓｅ−ＷＤＭ（ＤＷＤＭ）システムが導入されてきている。
【０００３】
近年、波長間隔が２０ｎｍ程度と広く、安価な光部品の利用が可能なＣｏａｒｓｅ−ＷＤＭ（ＣＷＤＭ）システムがアクセス系システム導入を目指して検討が進んでいる。
光信号の波長を単純なファイバ容量増大に適用するだけでなく、ネットワークの自由度向上に用いる検討も進んであり、その一例としてフルメッシュ光ＷＤＭネットワークがある。
【０００４】
図９に示すようなフルメッシュ光ＷＤＭネットワークは、Ｎ×Ｎ光合分波回路１８を中心に各送受信装置１９を備えたノード間を単純なスター状に光ファイバ２０で接続することにより全てのノード間をフルメッシュ接続することができ、大容量データを低遅延で高速通信することが可能となる。
フルメッシュ光ＷＤＭネットワークは、入出力ポートに対して周期的な合分波特性を有するＮ×Ｎ光合分波回路を利用したものであり、Ｎ×Ｎ光合分波回路としては図１０に示すアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）が用いられる。
【０００５】
図中、５は基板、６は所定の光路長差ΔＬを有するアレイ導波路、７はレンズ効果を有するスラブ導波路、８は入力導波路、９は出力導波路である。
アレイ導波路格子型合分波回路の入出力導波路本数をそれぞれＮ本とし、Ｆｒｅ　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ｒａｎｇｅ（ＦＳＲ）を合分波波長間隔（Δλ）の入出力導波路数倍（即ち、Δλ×Ｎ）に設計すると、入出力ポートに対して周期的な合分波特性が得られる。
この特性をＡＷＧの波長周回性と呼んであり、図１１は入出力導波路数が８本の場合の例である。
【０００６】
８入力８出力の間には６４（Ｎ×Ｎ）個のパスが形成されるが、たった８種類（Ｎ種類）の波長で全てのパスを独立に設定することが可能である。
これは、スター型ネットワークにおいて全てのノード間回線を最小限の光波長数で設定できるため、光ＷＤＭシステムにおいて重要な機能である。
しかしながら、このようにＡＷＧ分波特性の周回性でＮ×Ｎ合分波回路を構成した場合は、回折次数の違いによる波長間隔ズレと、入出力導波路の組合せによる損失バラツキが問題になる。
【０００７】
波長間隔ズレは波長間隔が２０ｎｍ程度と広いＣＷＤＭの場合は問題にならないが、入出力導波路関係による損失バラツキは波長間隔に依存せずに発生しシステム設計上の問題となる。
８×８合分波回路の場合の入出力導波路の組合せによる原理的合分波過剰損失を図１２に示す。
図１２に示すように、ＡＷＧの分波特性は、中心ポート（出力ポート４，５）付近では過剰損失が小さいが、ＦＳＲ端に近い波長を出力する端ポート（出力ポート１，８）では過剰損失が大きくなる。
【０００８】
この損失特性は、入力ポートでも同様であり、入力ポート４，５では挿入過剰損失が小さいが、入力ポート１，８では挿入過剰損失が大きい。
この損失差は、ＦＳＲ端において光パワーが隣接する２つの回折次数に等分配されることに起因しており、ＡＷＧに波長周回性という特徴をもたらすが同時にＦＳＲ端において本質的に３ｄＢの過剰損失を生じる。
ＡＷＧを１×Ｎ光分波回路として用いる場合は広く設計されたＦＳＲの中央部分を利用することで損失バラツキを抑制できるが、ＡＷＧの波長周回性を利用したＮ×Ｎ光合分波回路の場合はＦＳＲ全体を利用するため避けられない。
【０００９】
過剰損失が入出力ポート番号に対してガウシアンに近い分布を持って設計されたＡＷＧの場合を図１２に示す。
同図に示すように、ＦＳＲの中心付近の導波路同士に比較してＦＳＲ端付近の導波路同士の組合せでは損失差が４．６ｄＢ以上にも達してしまう。
従って、ＡＷＧの波長周回性を利用する従来のＮ×Ｎ合分波回路の場合は、各波長信号の出力レベルを調整する必要があるなどシステム設計・運用上の問題となっていた。
【００１０】
【非特許文献１】
特許庁ホームページ　技術分野特許マップ　電気１６　光通信用回路部品　インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｐｏ．ｇｏ．ｊｐ／ｒｙｕｔｕ／ｍａｐ／ｄｅｎｋｉ１６／２／２−１−１．ｈｔｍ〉
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、波長間隔が２０ｎｍ程度と広いＣＷＤＭ用フルメッシュＷＤＭネットワークに用いられる簡易構成で損失バラツキの少ないＮ×Ｎ光合分波回路を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するために、請求項１に記載の発明は、複数本の入力導波路と、該入力導波路から受光する第１のスラブ導波路と、該第１のスラブ導波路から受光し、かつ、所定の導波路長差で順次長くなる複数本の導波路からなる導波路アレイと、該導波路アレイから受光する第２のスラブ導波路と、該第２のスラブ導サ波路から受光する複数本の出力導波路とを含むアレイ導波路回折格子型光合分波回路において、前記入力導波路及び出力導波路に対して、該導波路番号に応じた所定の損失を付与する光減衰部を光学的に接続したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光合分波回路において、前記光減衰部として前記入力導波路及び出力導波路の導波路の光軸ズレ構造を採用したことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光合分波回路において、前記光減衰部として前記入力導波路及び出力導波路を横切るようヒ形成された溝に所望の光損失特性を有する光減衰薄膜フィルタを挿入した構造を用いた。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光合分波回路において、前記光減衰部として、前記入力導波路及び出力導波路番号に応じた所定の波長特性を有した光フィルタを用いたことを特徴とする。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光合分波回路において、前記光フィルタとして、集積化に適した導波路型マッハ・ツェンダ干渉回路を用いたことを特徴とする。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、複数本の入力導波路と、該入力導波路から受光する第１のスラブ導波路と、該第１のスラブ導波路から受光し、かつ、所定の導波路長差で順次長くなる複数本の導波路からなる導波路アレイと、該導波路アレイから受光する第２のスラブ導波路と、該第２のスラブ導波路から受光する複数本の出力導波路とを含むアレイ導波路回折格子型光合分波回路において、該導波路番号に応じた所定の損失を付与する光減衰部として、光損失の波長依存性及び入出力導波路依存性を有する光減衰波長フィルタを前記入力導波路又は出力導波路のいずれか片方を横切るように形成された溝に挿入したことを特徴とする。
【００１８】
〔作用〕
請求項１記載の発明によれば、ＡＷＧの入出力導波路に所望の光損失特性を有する光減衰部を装備する事により、フルメッシュＷＤＭネットワークに用いられる簡易な構成で且つ損失バラツキの少ないＮ×Ｎ光合分波回路を実現できる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１と同様な効果を奏する他、光減衰部としてＡＷＧの入出力導波路の一部に導波路の光軸ズレ構造を付与することで、集積化・量産化に適した損失バラツキの少ないＮ×Ｎ光合分波回路を実現できる。
【００２０】
請求項３によれば、請求項１と同様な効果を奏する他、光減衰部としてＡＷＧの入出力導波路を横断するように形成された溝に薄膜フィルタを挿入することで、既存のＡＷＧチップにフィルタ挿入という簡易な工程を付与するだけ効果を実現できる。
【００２１】
請求項４によれば、請求項１と同様な効果を奏する他、光減衰部として入力導波路及び出力導波路番号に応じた所定の波長特性を有している光フィルタを用いることで、損失バラツキの少ないＮ×Ｎ光合分波回路を実現できる。
【００２２】
請求項５によれば、請求項４と同様な効果を奏する他、光減衰部として入力導波路及び出力導波路番号に応じた所定の波長特性を有しているＭＺ型光波長フィルタを用いることで、ＡＷＧとの集積化を図ることが出来る。
【００２３】
請求項６によれば、ＡＷＧの入出力導波路に所望の光損失特性を有する光減衰部を装備する事により、フルメッシュＷＤＭネットワークに用いられる簡易な構成で且つ損失バラツキの少ないＮ×Ｎ光合分波回路を実現できるという効果を奏する他、光減衰部を入出力導波路のいずれか片方にのみ備えれば良く、フィルタ挿入工程が半分に減らせるなどの利点がある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面を参照して詳しく説明する。
本発明の構成を図１に示す。
図１は、Ｎ×Ｎ光合分波回路の概略構成を示している。
本発明は、Ｎ波が光波長多重されたＮ本の入力伝送路とＮ本の出力伝送路間（但し、Ｎは正の整数で、Ｎ≧２）でＮ×Ｎの伝送パスを構成するＮ×Ｎ光合分波回路であるが、図１に示す本実施例は８波多重８×８光合分波回路の例である。今後、実施例の説明を簡単にするために、合分波回路は全て８×８合分波回路を例として説明する。
【００２５】
図１において、１は８×８アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）、２は入力ポート、３は出力ポート、４は入出力導波路に応じた光損失特性を有する光減衰部である。
ＡＷＧ１は、石英系プレーナ光波回路技術で作製され、その分波波長特性が図１１と同様の波長周回性を有するように設計されている。
８×８光合分波回路として用いるＡＷＧは、従来例で説明した様に中心ポートでは過剰損失が小さくＦＳＲ端に近いポート程挿入過剰損失が大きい特性を有している。
光減衰部４の光損失特性は、この過剰損失のポート依存性を打ち消すように中心ポート程損失が大きくなるように設定される。
【００２６】
〔実施例１〕
光減衰部として光導波路の光軸ズレによる放射損失を用いた第１の実施例を図２に示す。
図２において、５は基板、６は所定の光路長差ΔＬを有するアレイ導波路、７はレンズ効果を有するスラブ導波路、８は入力導波路、９は出力導波路、１０は光減衰部、１１は導波路の光軸ズレによる光減衰構造である。
【００２７】
光減衰部１０は導波路の光軸ズレにより発生する放射損失を利用したもので、軸ズレ量を調整することにより図２中のグラフで示されたような所望の損失特性を実現した。
即ち、入出力ポート番号１，８では０ｄＢ、入出力ポート２，７では１．１３ｄＢ、入出力ポート３，６では１．８８ｄＢ、入出力ポート４．５では２．２６ｄＢの光損失と設定した。
但し、この損失値はＡＷＧの挿入損失バラツキが波長に対してガウス分布に近い場合の例であり、使用するＡＷＧ設計により適切に変更されるものである。
【００２８】
〔実施例２〕
光減衰部として光薄膜フィルタを用いた第２の実施例を図３に示す。
図３において、１２は光薄膜フィルタ、１３は入出力導波路を横切るように形成されたフィルタ挿入用溝である。
光薄膜フィルタ１２としては、１５μｍ程度のポリイミド薄膜を基板とした光減衰薄膜フィルタを用い、部分的なフィルタ組成変更により光減衰量を調整して図３中のグラフに示すような導波路毎に異なる光減衰量を実現した。
【００２９】
光薄膜フィルタ１２を、導波路基板上にダイシングソー等により形成した幅２０〜３０μｍ程度の溝１３に挿入し接着剤で固定した。
溝幅が２０〜３０μｍ程度であれば、溝１３における回折損失は０．５ｄＢ以下に抑えることが出来る。
第１及び第２の実施例で説明した方法以外に、ＡＷＧに接続される光ファイバコネクタに図２中のグラフに示す所望の光減衰量を実現する固定減衰器を採用するなど、光学的に図１と同様の構成を取ることにより本発明の効果が得られることは言うまでもない。
【００３０】
〔実施例３〕
本発明の第３の実施例を図４に示す。
本実施例は、光減衰部４に光損失の波長依存性を有する光波長フィルタを用いたものである。
図４において、１４は入出力導波路に応じた光損失の波長特性を有する光波長フィルタである。
【００３１】
図４中のグラフは、光波長フィルタ１４の入出力導波路に応じて必要になる波長特性を示したものである。
光波長フィルタ１４は、対応する入出力導波路８，９に応じて最大損失波長がシフトした特性を有するように作製される。
光波長フィルタ１４は薄膜ポリイミド上に形成した多層干渉膜フィルタを用い、入出力導波路を横断するように形成された溝１３に挿入し固定した。
【００３２】
本実施例は、光波長フィルタ１４を用いるため、実施例１及び２で説明したような単純な光減衰機能では打ち消すことの出来なかったチャネルバンド内で生じる損失の波長依存性も打ち消すことが可能である。
光波長フィルタ１４は多層干渉膜フィルタだけに限定されるものではなく、図４中のグラフで示される特性を有するＵＶグレーティング型フィルタを導波路上に形成する、又はファイバグレーティング型フィルタを入出力ポートに接続する事でも同様の効果が得られることは自明である。
【００３３】
〔実施例１〕
本発明の第４の実施例を図５に示す。
本実施例は、光減衰部４として、光損失の波長依存性及び入出力導波路依存性を有する光減衰波長フィルタを用い、且つ光減衰波長フィルタを入出力導波路のいずれか片方のみに備えたものである。
図５において、１５は入出力導波路に応じた光損失の波長特性を有する光減衰波長フィルタである。
【００３４】
図５中のグラフは、光減衰波長フィルタ１５の入出力導波路に応じて必要になるフィルタ特性を示したものである。
図５に示すフィルタ特性は、第３の実施例で説明した光波長フィルタの波長特性に、入出力導波路に応じた光損失が追加されたような特性を有している。
光減衰波長フィルタ１５は、第３の実施例と同様に入出力導波路を横断するように形成された溝１３に挿入し固定した。
【００３５】
本実施例は、光損失の波長依存性及び入出力導波路依存性を有する光減衰波長フィルタ１５を用いるため、光減衰部を入出力導波路のいずれか片方にのみ備えれば良く、フィルタ挿入工程が半分に減らせるなどの利点がある。
光滅衰波長フィルタ１５としては多層干渉膜フィルタだけに限定されるものではなく、図５中のグラフで示される特性を実現するような導波路型ＵＶグレーティング型フィルタ、ファイバグレーティング型フィルタ等他の光素子及び構造を用いることで同様の効果が得られることは自明である。
第１〜第４の実施例における８×８光合分波回路の入出力ポートの組合せによる原理的合分波過剰損失を図６に示す。
図６に示すように、ＡＷＧの波長周回性により生じていた入出力ポート組合せによる過剰損失バラツキが解消され、均一になっていることが判る。
【００３６】
〔実施例５〕
本発明の第５の実施例を図７に示す。
本実施例は、光波長フィルタとして導波型集積光フィルタを用いたものである。
図７において、１６は導波型集積光フィルタ部、１７は導波路集積型マッハ・ツェンダ（ＭＺ）型光フィルタである。
本実施例では、光フィルタを導波路構造だけで構成することができ溝加工や多層干渉膜フィルタの挿入固定作業が無いため、集積化や量産化に適している。
【００３７】
しかしながら、ＭＺ干渉回路ではｓｉｎ２形状の分波特性しか実現できないため、図４中のグラフのような理想的なフィルタ特性は実現できない。
図７中のグラフは、ＭＺ干渉回路を用いた場合の各導波路に応じた光波長フィルタ特性を示したものであり、丸印は入出力導波路５に対する理想的な波長特性を示している。
【００３８】
本実施例の８×８光合分波回路における入出力ポートの組合せによる原理的合分波過剰損失を図８に示す。
図８に示すように、理想的な波長フィルタ特性からのズレにより完全に損失バラツキを解消は出来ないが、最大損失偏差を１．２ｄＢまでに抑制することができた。
これは、従来例に４．６ｄＢと比較して１／４の損失偏差であり、集積化・量産化に適したＭＺ干渉回路を用いる利点は大きいと言える。
また、本実施例で用いたＭＺ干渉回路と第１の実施例で用いた導波路光軸ズレによる光減衰構造を組み合わせることで図５中のグラフに近い光減衰特性が得られる。
【００３９】
このような構造を用いることで、ＭＺ干渉回路を入出力導波路のいずれか片方に備えても本発の効果が得られることは自明である。
このように説明したように、本発明は、ＡＷＧの入出力導波路の双方又は一方に入出力導波路の関係による損失が一定となるようポートの位置に応じて信号を減衰させる光減衰部を設けたため、ＡＷＧの入出力導波路の関係による損失のばらつきの問題を解決することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、フルメッシュＷＤＭネットワークに用いられる簡易構成で損失バラツキの少ないＮ×Ｎ光合分波回路を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す概念図である。
【図２】本発明に係る第１の実施例を示す説明図である。
【図３】本発明に係る第２の実施例を示す説明図である。
【図４】本発明に係る第３の実施例を示す説明図である。
【図５】本発明に係る第４の実施例を示す説明図である。
【図６】本発明に係る第１〜第４の実施例における８×８合分波回路の過剰損失特性を示すグラフである。
【図７】本発明に係る第５の実施例を示す説明図である。
【図８】本発明に係る第５の実施例における８×８合分波回路の過剰損失特性を示すグラフである。
【図９】フルメッシュＷＤＭネットワークの構成を示す説明図である。
【図１０】従来のＡＷＧを用いたＮ×Ｎ光合分波回路の説明図である。
【図１１】ＡＷＧの波長周回性を利用した８×８光合分波回路の合分波特性を示す説明図である。
【図１２】従来の８×８光合分波回路の過剰損失特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１　８×８アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）
２　入力ポート
３　出力ポート
４　入出力導波路に応じた光損失特性を有する光減衰部
５　基板
６　所定の光路長差ΔＬを有するアレイ導波路
７　レンズ効果を有するスラブ導波路
８　入力導波路
９　出力導波路
１０　光減衰部
１１　導波路の光軸ズレによる光減衰構造
１２　光薄膜フィルタ
１３　入出力導波路を横切るように形成されたフィルタ挿入用溝
１４　入出力導波路に応じた光損失の波長特性を有する光波長フィルタ
１５　入出力導波路に応じた光損失の波長特性を有する光減衰波長フィルタ
１６　導波型集積光フィルタ部
１７　導波路集積型マッハ・ツェンダ（ＭＺ）型光フィルタ
１８　Ｎ×Ｎ合分波回路
１９　ＷＤＭ送受信装置
２０　光ファイバ
【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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