(57)【要約】【課題】入／出力される光信号の高次モードと低次モードとの間のカップリング効率を向上させることによって、出力されるスペクトルの変形及び近接したチャネル間の相互干渉現象であるクロストークを最小化することのできる波長分割多重化／逆多重化器を提供する。【解決手段】本発明による波長分割多重化／逆多重化器は、光信号を入力させるための１つ以上の入力導波路と、光信号を逆多重化させるための格子と、該格子によって逆多重化されたチャネルを出力するための出力導波路と、を備え、その出力導波路は、幅(Ｗ)が光信号の進行方向に沿って次第に狭くなる逆パラボラホーン構造の第１サブ導波路４１５ａと、第１サブ導波路を通過した光信号の進行方向に一定の幅を有する直線形状の第２サブ導波路４１５ｂと、をもつ。【選択図】  図４Ｃ
2004310046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を入力させるための１つ以上の入力導波路と、前記光信号を逆多重化させるための格子と、前記格子によって逆多重化されたチャネルを出力するための出力導波路と、を少なくとも備えた波長分割多重化／逆多重化器において、
前記出力導波路は、幅が前記光信号の進行方向に沿って次第に狭くなる逆パラボラホーン構造の第１サブ導波路と、前記第１サブ導波路を通過した光信号の進行方向に一定の幅を有する直線形状の第２サブ導波路と、を有するパラボラホーン形態の導波路としたことを特徴とする波長分割多重化／逆多重化器。
【請求項２】
第１サブ導波路の幅は、数式１（式中、Ｗoutはパラボラホーンの最大幅、αは結合係数、λgは有効波長、Ｌはパラボラホーンの長さ、Ｗは光信号の位置によるパラボラホーン構造の導波路の幅変化を示す関数）によって次第に狭くなる請求項１記載の波長分割多重化／逆多重化器。
【数１】
2004310046.tif 000011
【請求項３】
第１サブ導波路は、１００〜２００μｍの長さを有する請求項１記載の波長分割多重化／逆多重化器。
【請求項４】
数式１の結合係数は、０．０９〜０．２の値を有する請求項２記載の波長分割多重化／逆多重化器。
【請求項５】
入力導波路が、光信号を低次モードから高次モードにカップリングさせる構造である請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長分割多重化／逆多重化器。
【請求項６】
入力導波路は、幅が光信号の進行方向に沿って次第に広くなるパラボラホーン構造である請求項５記載の波長分割多重化／逆多重化器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号の波長分割多重化／逆多重化に関し、特に、アレイ導波路回折格子を含む波長分割多重化／逆多重化器に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、大容量の情報を伝送するために一般的に使用される波長分割多重化方式の光通信ネットワークは、一本の光ファイバを通して複数のチャネルを含む光信号を伝送する。単一モード光ファイバを基盤にする波長多重化通信方式の通信ネットワークにおいて、波長分割多重化／逆多重化器は、平面光波回路(Planar Lightwave Circuit: ＰＬＣ)技術を基盤にするアレイ導波路回折格子(Arrayed Waveguide Grating: ＡＷＧ)などを使用することができる。
【０００３】
波長分割多重化／逆多重化器として使用されるアレイ導波路回折格子は、分割されたチャネルのそれぞれの波長帯域がその中心波長から外れないようにすることが望ましいが、実際の通信システム上では外部環境的またはシステム自体的な要因によって各チャネルがその中心波長から外れる可能性がある。従来、アレイ導波路回折格子の入力導波路は、パラボラホーン構造の適用によってこれらの問題を解決している。つまり、パラボラホーン構造の入力導波路の使用で、アレイ導波路回折格子から出力される出力光信号の波形を平坦化する。
【０００４】
図１は、従来の技術による波長分割多重化／逆多重化器を示す。図１を参照すると、波長分割多重化／逆多重化器１００は、入力導波路１１３、アレイ導波路回折格子１１１、第１スラブ導波路１１７、出力導波路１１５、及び第２スラブ導波路１１９を備えている。
【０００５】
入力導波路１１３は、多重化された光信号を波長分割多重化／逆多重化器１００に入力させる。反面、波長分割多重化／逆多重化器１００が多重化器として動作する場合、入力導波路１１３は、多重化された光信号を出力する。
【０００６】
図２は、図１に示す入力導波路１１３の一部分を拡大して示す図である。図２を参照すると、入力導波路１１３は、長手方向（光の進行方向）に進行するにつれて幅が次第に増加するパラボラホーン(Parabolic Horn)構造であり、数式１によってその幅の変化量が決定され、数式２によって入力導波路１１３の形状が設定される。（Ｗ0：光信号の入力時点におけるパラボラホーン構造の導波路の幅、α：結合係数、λg：有効波長(effective wavelength)、ｚ：パラボラホーンの長さ、Ｗ：特定地点におけるパラボラホーンの幅）
【０００７】
【数１】
2004310046.tif 000003
【数２】
2004310046.tif 000004
【０００８】
ここで、ｚ1は、入力導波路１１３の入力端から進行する光信号の位置まで測定される距離、Ｗ1は、その進行する光信号の位置における入力導波路１１３の幅、Ｗi1は、入力導波路１１３の入力端における入力導波路１１３の幅、λgは、光信号の有効波長、αは、低次モード(fundamental mode)と高次モード(higher mode)との間の結合係数(Coupling coefficient)を示す。
【０００９】
多重化光信号がパラボラホーン形状の入力導波路１１３を進行すると、低次モードから２次モードまたは２次モード以上の高次モード(higher mode)にモードカップリングされて、光信号の帯域幅が拡張される。さらに、光信号が低次モードから高次モードにモードカップリングされることによって、光信号は帯域幅が拡張されると同時に、平坦化したフィールド分布を有する。数式３は、多重化光信号が入力導波路１１３を進行するにつれて、低次モードから高次モードにカップリングされる光信号のパワー(Ｐj)分布を示す。数式４は、低次モードから高次モードにカップリングされる光信号の最大パワー(Ｐjmax)を示す。さらに、図３は、多重化光信号が入力導波路１１３を進行するにつれて、低次モードから高次モードにカップリングされる光信号のパワー(Ｐj)分布を示すグラフである。
【００１０】
【数３】
2004310046.tif 000005
【数４】
2004310046.tif 000006
【００１１】
数式３及び数式４において、Ｐjmaxは、低次モードから高次モードにカップリングされる光信号のパワー、Ｐj0は、入力導波路１１３に入力された当初の光信号のパワーを意味する。数式２及び数式３によると、低次モードから高次モードにカップリングされる光信号のパワー(Ｐj)は、入力導波路の入力端における幅(Ｗi1)及び所定の位置における入力導波路の幅(Ｗ1)によって変化する。図３は、数式３のように導波路の幅変化によって低次モードから高次モードにカップリングされる光信号のパワー(Ｐj)の変化を示す。低次モードから高次モードにカップリングされる光信号のパワー(Ｐjmax)は、光信号の転移パワーを定義し、入力導波路１１３に入力された当初の光信号のパワー(Ｐj0)は入力パワーを定義する。
【００１２】
第１スラブ導波路１１７は、入力導波路１１３とアレイ導波路回折格子１１１との間に連結され、入力導波路１１３を通して入力された光信号を分岐してアレイ導波路回折格子１１１に入力させる。
【００１３】
アレイ導波路回折格子１１１は、異なる経路差を有する複数の位相変調導波路で構成される。つまり、アレイ導波路回折格子１１１を構成する導波路は、隣接した導波路間に一定の経路差を有する。
【００１４】
入力導波路１１３のパラボラホーンによって平坦化した光信号がアレイ導波路回折格子１１１を通過して第２スラブ導波路１１９の出射面に逆多重化された複数のチャネルとして結像される。第２スラブ導波路１１９の出射面上に結像されたそれぞれのチャネルは、パラボラホーン構造の入力導波路１１３において低次モードと高次モードとの間のカップリングによって平坦化した波形を有するようになり、出力導波路１１５を通してそれぞれの中心波長を有する独立したチャネルとして出力される。
【００１５】
しかしながら、出力導波路１１５は、入力導波路１１３によって平坦化した光信号の低次モードを除いた高次モードを通過させることができない。さらに、これは、波長分割多重化／逆多重化器の光信号のパワー損失を生じさせるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、入／出力される光信号の高次モードと低次モードとの間のカップリング効率を向上させることによって、出力されるスペクトルの変形及び近接したチャネル間の相互干渉現象であるクロストークを最小化することのできる波長分割多重化／逆多重化器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような目的を達成するために、本発明による波長分割多重化／逆多重化器は、光信号を入力させるための１つ以上の入力導波路と、入力された光信号を逆多重化させるための格子と、該格子によって逆多重化されたチャネルを出力するための出力導波路と、を少なくとも備え、その出力導波路について、幅(Ｗ)が光信号の進行方向に沿って次第に狭くなる逆パラボラホーン構造の第１サブ導波路と、この第１サブ導波路を通過した光信号の進行方向に一定の幅を有する直線形状の第２サブ導波路と、を有するパラボラホーン形態の導波路とすることを特徴とする。この場合の入力導波路は、幅が光信号の進行方向に沿って次第に広くなるパラボラホーン構造とするのがよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、出力導波路にパラボラホーン構造を適用することによって、入力導波路において低次モードと高次モードとの間のカップリングによって平坦化した光信号の波形変形及び光信号パワーの損失を最小化する。つまり、出力導波路に適用されたパラボラホーン構造は、パラボラホーン構造の入力導波路において低次モードとカップリングされた高次モードをさらに低次モードにカップリングさせて通過させることによって、平坦化した光信号の波形変形及び光信号のパワー損失を最小化するという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号及び符号を使用する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明確にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
【００２０】
図４Ａは、波長分割多重化／逆多重化器の基本的な構成を示し、図４Ｂは、パラボラホーン構造の入力導波路を示し、図４Ｃは、パラボラホーン構造の出力導波路を示す。図４Ａないし図４Ｃを参照すると、波長分割多重化／逆多重化器４００は、入力導波路４１３、アレイ導波路回折格子４１１、第１スラブ導波路４１７、出力導波路４１５、及び第２スラブ導波路４１９を備える。
【００２１】
図４Ｂを参照すると、入力導波路４１３は、光の進行方向へ向かって幅が次第に増加するパラボラホーン(Parabolic Horn)構造であり、数式５によって幅の変化量が決定され、それによる入力導波路４１３の形状は、数式６によって設定される。（Ｗ0：光信号の入力時点におけるパラボラホーン導波路の幅、α：結合係数、λg：有効波長、ｚ：パラボラホーン構造の導波路の長さ、Ｗ：特定地点におけるパラボラホーンの幅）
【００２２】
【数５】
2004310046.tif 000007
【数６】
2004310046.tif 000008
【００２３】
ここで、ｚ1は、入力導波路４１３のパラボラホーンの入力端から進行する光信号の位置に測定される距離、Ｗ1は、その進行する光信号の位置における入力導波路４１３の幅、Ｗi1は、パラボラホーンの入力端における入力導波路４１３の幅、λgは、光信号の有効波長、αは、光信号の低次モードと高次モードとの間の結合係数を意味する。
【００２４】
第１スラブ導波路４１７は、入力導波路４１３とアレイ導波路回折格子４１１との間に連結され、入力導波路４１３を通して入力された光信号を分岐してアレイ導波路回折格子４１１に入力させる。
【００２５】
アレイ導波路回折格子４１１は、異なる経路差を有する複数の位相変調導波路から構成される。つまり、アレイ導波路回折格子４１１を構成する導波路は、隣接した導波路間に一定の経路差を有する。アレイ導波路回折格子４１１を通過した光信号は、第２スラブ導波路４１９に入射される。
【００２６】
第２スラブ導波路４１９は、アレイ導波路回折格子４１１から入力された光信号を出力面に結像させる。
【００２７】
図４Ｃを参照すると、出力導波路４１５は、光信号の進行方向に沿って幅(Ｗ)が次第に狭くなる逆パラボラホーン構造の第１サブ導波路４１５ａ、及び第１サブ導波路４１５ａを通過した光信号の進行方向に一定の幅を維持する直線形状の第２サブ導波路４１５ｂから構成される。
【００２８】
第１サブ導波路４１５ａは、第２スラブ導波路４１９の出力面に接し、光信号の進行方向(Ｌ)に沿って幅(Ｗ1)が次第に減少する逆パラボラホーン構造である。第１サブ導波路４１５ａの形状は、数式７によって設定される。（Ｗout：パラボラホーンの最大幅、α：結合係数、λg：有効波長、Ｌ：パラボラホーンの長さ、Ｗ：光信号の位置によるパラボラホーンの幅変化を示す関数）
【００２９】
【数７】
2004310046.tif 000009
【００３０】
第２サブ導波路４１５ｂは、第１サブ導波路４１５ａを通過した光信号の進行方向に一定の幅を有する直線構造である。
【００３１】
数式７において、（２αλｇＬ）項を負数に設定することによって、低次モードに光信号のパワーが収束される。Ｌは、第１サブ導波路４１５ａの長さ、Ｗoutは、第１サブ導波路４１５ａの最大幅、λgは、光信号の有効波長(effective wavelength)、αは、低次モードと高次モードとの間の結合係数を示す。数式７において、負数の（２αλｇＬ）項を第１サブ導波路４１５ａのパラボラホーン構造に適用することによって、低次モードに光信号のパワーが収束される。
【００３２】
表１は、逆多重化された複数のチャネル間に発生するクロストークを最小化するための逆パラボラホーン構造の一例を示す。
【００３３】
【表１】
2004310046.tif 000010
【００３４】
入力導波路４１３のパラボラホーンによって平坦化された光信号は、アレイ導波路回折格子４１１を経て第２スラブ導波路４１９の出射面に逆多重化された複数のチャネルとして結像される。第２スラブ導波路４１９の出射面上に結像されたそれぞれのチャネルは、入力導波路４１３によって平坦化された波形を有し、出力導波路４１５を通してそれぞれの中心波長を有する独立したチャネルとして出力される。
【００３５】
数式７によって決定された逆パラボラホーン構造を有する出力導波路４１５は、進行する光信号パワーのモードカップリングを可能にするので、光信号パワーの損失が最小化され、クロストークの現象を減少させる。
【００３６】
図５ないし図７を参照して、従来技術による出力導波路及び本発明による出力導波路を通して波長分割多重化／逆多重化器から出力される逆多重化光信号の波形に関して説明する。
【００３７】
図５は、従来技術による直線形態の出力導波路から出力された光信号の波形を示すグラフである。ここで、光信号は、入力導波路によって平坦化された波形を維持するが、光信号の損失が発生する。図５を参照すると、中心波長である１．５４４nmの光信号は、１．５４４５nm及び１．５４６nmで低次モードと高次モードとの間のカップリングによるサイドローブ(side lobe)が発生する。
【００３８】
図６は、従来の線形テーパ(taper)形態の出力導波路から出力された光信号の波形を示すグラフである。従来の線形テーパ形態の出力導波路は、光信号の高次モードを通過させるので、光信号の損失が減少される。しかしながら、従来の線形テーパ形態の出力導波路は、低次モードと高次モードとの間のカップリング効率が低下する。従って、図６に示すように、グラフ下部の波長範囲１．５４４５nm及び１．５４６nmの外側に波形が広がり、平坦化した波形がベル型に近い波形に変形される。
【００３９】
図７は、本発明による逆パラボラホーン構造を有する出力導波路から出力された光信号の出力波形を示すグラフである。図７に示すように、逆パラボラホーン構造の出力導波路は、光信号の高次モードの損失を最小化することによって、光信号の損失を最小化する。つまり、低次モードと高次モードとの間のカップリング効率を改善することによって、図７に示すように、出力される光信号の波形変形及び光信号の損失を最小化する。
【００４０】
以上、本発明を具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲は上記の実施形態によって限られるべきではなく、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来の波長分割多重化／逆多重化器を示す斜視図。
【図２】従来技術によるパラボラホーン構造の入力導波路を示す平面図。
【図３】図２に示す波長分割多重化／逆多重化器の入力導波路の動作特性を説明するためのグラフ。
【図４Ａ】本発明の波長分割多重化／逆多重化器を示す斜視図。
【図４Ｂ】本発明のパラボラホーン構造の入力導波路を示す平面図。
【図４Ｃ】本発明の逆パラボラホーン構造の出力導波路を示す平面図。
【図５】従来技術の直線形態の出力導波路の出力特性を説明するためのグラフ。
【図６】従来技術の線形テーパ形態の出力導波路の出力特性を説明するためのグラフ。
【図７】図４Ｃに示す逆パラボラホーン構造の出力導波路の出力特性を説明するためのグラフ。
【図１】
2004310046.tif 000012
【図２】
2004310046.tif 000013
【図３】
2004310046.tif 000014
【図４Ａ】
2004310046.tif 000015
【図４Ｂ】
2004310046.tif 000016
【図４Ｃ】
2004310046.tif 000017
【図５】
2004310046.tif 000018
【図６】
2004310046.tif 000019
【図７】
2004310046.tif 000020