(57)【要約】【課題】入力信号の光強度を犠牲にすることなく名目的な中心波長の周りにおける光信号の波長変動が、出力としての光信号強度に大きな影響を与えることがないようにすること。【解決手段】階段格子の段数はＭであり、上部を１段目としてｍ段目までをグループ１、（ｍ＋１）段目からｎ段目までをグループ２、また、（ｎ＋１）段目からＭ段目までをグループ３とする。階段の各段は隣り合う階段と光の進行方向における基本的な長さｔだけ異なっているが、さらにグループ１に属するｍ段目とグループ２に属する（ｍ＋１）段目のあいだでδｔ１だけ長さが異なっている。グループ２を基準とすることにより一般性を損なうことなく、δｔ２＝０とできるので、グループ２から見るとグループ１全体がδｔ１だけ空間的に後退しているように構成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光束を実効的に整数ｉで識別されるＭ個の多光束に分けるとともに、θ０およびΔθを定数として第ｉ番目の光束に位相差θ０＋ｉΔθ＋δθｉを与える機能を有し、多光束全体を連続する奇数（１を除く）のグループ数に設定することを特徴とする光学媒質ブロック。
【請求項２】
前記光学媒質ブロックは、多光束全体の連続する３つの部分に対して第１番目から第ｍ番目までの光束にδθ１、第（ｍ＋１）番目から第ｎ番目までの光束にδθ２、さらに第（ｎ＋１）番目から第Ｍ番目までの光束にδθ３の位相差を与えることを特徴とする請求項１に記載の光学媒質ブロック。
【請求項３】
前記多光束を３つの部分に分けるとき、前記光学媒質ブロックが中央部を除く部分多光束に与える付加位相が、δθ３＝±｜δθ１｜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学媒質ブロック。
【請求項４】
前記光学媒質ブロックに入力される光信号の代表波長λ０あるいは異なる複数の波長を有する多重化された光信号においては、その中心波長をλｃとするとき、λ０あるいはλｃを用いて計算した位相差が、π＜｜δθ２−δθ１｜＜４πであることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の光学媒質ブロック。
【請求項５】
前記光学媒質ブロックによって実効的に形成される多光束を連続する３つの部分に分けるとき、その両端部に存在する光束の数は互いに等しいＭ−ｎ＝ｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学媒質ブロック。
【請求項６】
前記光学媒質ブロックは階段格子であ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学媒質ブロック。
【請求項７】
回折格子を有し、該回折格子はアレイド・ウエイブガイド・グレーティングであ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学媒質ブロック。
【請求項８】
波長が異なる複数の光信号を多重化した一つの光信号を、波長毎に異なる位置に分波し、あるいは、その逆動作として異なる位置から出射する波長が異なる複数の光信号を一つの光信号として多重化する光信号合分波器において、
合分波光を集光する機能とともに、光信号として入出力する光信号入出力ポートを有し、
光路上に光信号の合分波動作を行う回折格子として、請求項１乃至７のいずれかに記載の光学媒質ブロックを配置したことを特徴とする光信号合分波器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学媒質ブロック及び光信号合分波器に関し、より詳細には、光通信システムにおいて用いられる入射する光信号からある範囲の波長を含む一つあるいは複数の光束に分波し、または、ある範囲の波長の一つあるいは複数の光束を一つの光束に合波する光学媒質ブロック及び光信号合分波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光通信システムの発展には目覚ましいものがある。信号の伝送媒体として波長１ミクロン程度の光が用いられるようになってきたのは、周波数の高さ故に信号帯域の拡大や一度に搬送可能な信号数を大幅に拡大できる利点があったためである。最近では、このような光通信の特徴に加え、信号光の波長を一定間隔に変えた複数の光信号を多重化する波長分割多重技術（Ｗａｖｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；ＷＤＭ）が実現され、一つの伝送路において送ることができる情報量は極めて多くなっている。
【０００３】
ところで、このようなＷＤＭ技術は、通信に用いられる素子あるいはシステムの管理を極限まで徹底することにより光信号の波長変動を徹底的に抑制し、極めて狭い波長間隔で数１０から数１００以上の光信号をまとめたＤｅｎｓｅ−ＷＤＭ（ＤＷＤＭ）技術として基幹回線を中心に導入されている。しかしながら、波長変動を抑制するために支払う技術への対価は莫大な額に上っている。
【０００４】
一方、より下位に存在するネットワーク、例えば、メトロ系やアクセス系においてもＷＤＭ技術が利用できるようになれば、全てのネットワーク階層において同一のアーキテクチャを適用できることになり、サービスやネットワークの多様化に対して柔軟かつ経済的に対応できる。
【０００５】
しかしながら、より下位のネットワークにおいてＷＤＭ技術を導入することの障害は、波長安定化に必要なコストである。したがって、コストを低減するためには、波長安定化を必要としないシステムを構築する必要がある。しかしながら、両者は相反するものであり、両立させることは困難である。そこで、ある程度の波長変動を許容するＷＤＭ技術が提案され、この技術は、Ｃｏａｒｓｅ  ＷＤＭ（ＣＷＤＭ）技術あるいはＷｉｄｅ−ｐａｓｓｂａｎｄ  ＷＤＭ（ＷＷＤＭ）技術と呼ばれている。
【０００６】
ＣＷＤＭ技術は、必要な性能を有する光信号合分波器を経済的に供給できるか否かにかかっている。経済化のため光信号の波長安定化を採用しないＣＷＤＭ技術では、チャネルと呼ばれるある波長範囲に存在する光信号については大きな損失変動を与えることなくそれを通過させる必要がある。光信号を通過させる波長領域においては、損失の変動が少ないので、これをフラットレスポンスと呼ぶことにする。
【０００７】
波長をλ、波長の関数としての損失をφ＝φ（λ）と表すとき、理想的なフラットレスポンスを得ることは、以下の式（１）で表されるφ＝φ（λ）を実現することと等価である。
【０００８】
【数１】
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【０００９】
多光束干渉を利用する回折格子においては、多光束の一つ一つをフーリエ級数の成分と見なし、式（１）で表されるφ＝φ（λ）を実現するように、回折格子を設計することが考えられる。一般に、光学系によって形成される光源と像の関係は、フレネル・キルヒホッフの関係として互いにフーリエ変換および逆変換の関係に帰着できる場合がある。その場合、式（１）で表されるφ＝φ（λ）は単位ゲート関数であるから、光源の形状としては、単位ゲート関数を逆フーリエ変換して得られる以下の式（２）のｓｉｎｃ関数を構成すれば、フラットレスポンスを得られると考えられる。
【００１０】
【数２】
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【００１１】
ここで、αは光学系によって決まる定数であり、波長λはフーリエ級数展開の過程で多光束の識別子ｉと置き換えられるので、それと等価な位置ｘの関数と考えて以下の式（３）のように表現することもできる。
【００１２】
【数３】
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【００１３】
実際、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ；アレイド・ウエイブガイド・グレーティング）を利用したＤＷＤＭ用光信号合分波器は、この考えに基づいて設計製造されているものが多く、特に、特許文献１はその典型的な手法を与えている。また、特許文献２では、回折格子として階段格子を用い、矩形上の通過帯域特性を保ったまま帯域幅を広げる方法として、階段格子あるいは光学媒質を透過する光束の電界強度分布の包絡線形状が、式（３）で与えられる関数系にしたがって変化する構造とすることにより、光スペクトルの通過帯域形状を矩形にするとともに、通過帯域を平坦化することが可能になると説明されている。
【００１４】
【特許文献１】
特開平７−３３３４４７号公報
【００１５】
【特許文献２】
特開平１１−１３３２６２号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実効的に多光束干渉を利用して光信号の合分波を行わせるような回折格子を用いた光信号の合分波器においては、フーリエ変換・逆変換による通過帯域の拡大は困難である。すなわち、特許文献１及び特許文献２に記載の方法は実現不可能である。詳しくは後述するが、そもそも階段格子のように入射光束を等価的に多光束に分けて光信号の合分波を行う回折格子においては、回折格子を経た直後の光源と像の関係が、式（１）と式（２）あるいは式（３）によって結ばれるような、簡単かつ互いにフーリエ変換・逆変換の関係にはないことが導かれる。
【００１７】
したがって、類推的な議論によって記述されていた方法は実現することができず、入射光束を等価的に多光束に分けて光信号の合分波を行うような回折格子を利用したＣＷＤＭ用光信号合分波器は存在しなかった。
【００１８】
また、特許文献１に記述されているように、回折の次数をｍ（ｍは整数）とするときｌ／ｍを零と見なせるような条件の下でＡＷＧを利用した光信号合分波器のように、光源と像の関係が互いにフーリエ変換の関係にあると見なせるような光学系においても、フラットレスポンスを得るためには光強度と位相の両者を精密に制御する必要があり、特に光強度の制御において３ｄＢ程度の損失を伴うことが原理的に避けられなかった。
【００１９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、入力信号の光強度を犠牲にすることなく、名目的な中心波長の周りにおける光信号の波長変動が、出力としての光信号強度に大きな影響を与えることがない多光束干渉回折格子を用いたＣＷＤＭ用の光学媒質ブロック及び光信号合分波器を提供することにある。
【００２０】
また、チャネルと呼ばれるある範囲内の波長を有する光信号については互いの信号強度に大きな変化がなく、しかも、光信号合分波器の挿入による信号強度の低下を極力抑えることができる多光束干渉回折格子を用いたＣＷＤＭ用の光学媒質ブロック及び光信号合分波器を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光学媒質ブロックであって、入射光束を実効的に整数ｉで識別されるＭ個の多光束に分けるとともに、θ０およびΔθを定数として第ｉ番目の光束に位相差θ０＋ｉΔθ＋δθｉを与える機能を有し、多光束全体を連続する奇数（１を除く）のグループ数に設定することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光学媒質ブロックは、多光束全体の連続する３つの部分に対して第１番目から第ｍ番目までの光束にδθ１、第（ｍ＋１）番目から第ｎ番目までの光束にδθ２、さらに第（ｎ＋１）番目から第Ｍ番目までの光束にδθ３の位相差を与えることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記多光束を３つの部分に分けるとき、前記光学媒質ブロックが中央部を除く部分多光束に与える付加位相が、δθ３＝±｜δθ１｜であることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２又は３に記載の発明において、前記光学媒質ブロックに入力される光信号の代表波長λ０あるいは異なる複数の波長を有する多重化された光信号においては、その中心波長をλｃとするとき、λ０あるいはλｃを用いて計算した位相差が、π＜｜δθ２−δθ１｜＜４πであることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記光学媒質ブロックによって実効的に形成される多光束を連続する３つの部分に分けるとき、その両端部に存在する光束の数は互いに等しいＭ−ｎ＝ｍであることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記光学媒質ブロックは階段格子であることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５いずれかに記載の発明において、回折格子を有し、該回折格子はアレイド・ウエイブガイド・グレーティングであることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項８に記載の発明は、波長が異なる複数の光信号を多重化した一つの光信号を、波長毎に異なる位置に分波し、あるいは、その逆動作として異なる位置から出射する波長が異なる複数の光信号を一つの光信号として多重化する光信号合分波器において、合分波光を集光する機能とともに、光信号として入出力する光信号入出力ポートを有し、光路上に光信号の合分波動作を行う回折格子として、請求項１乃至７のいずれかに記載の光学媒質ブロックを配置したことを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の光信号合分波器は、実効的に多光束干渉を利用して分波あるいは合波の機能を実現する。分波においては、異なる波長の複数の信号が多重化された入力光信号を、干渉を用いた光信号の分波手段により、異なる波長毎に異なる空間位置に光信号を分別する。このような光信号合分波器においては、分波された出力光信号の位置はその光信号の波長の関数となる。
【００３０】
したがって、一般的にはフラットレスポンスを実現することは困難であることが予想される。ここでは、透過型の階段格子を、多光束干渉を利用する回折格子の例として取り上げ、その特性を考えてみる。図１に示したように（実施例の説明中で詳細に説明する）、段毎に光信号が進む向きにｔだけ光路長が異なる階段格子を考える。この階段格子の階段数はＮ段であるとする。また、第ｉ番目の階段に光路に沿った向きにΔｔｉだけの光路長の変調を考える。このとき、階段格子を通過した光束の結像面における光の複素強度分布は、次式のように表される。
【００３１】
【数４】
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【００３２】
ここで、ｒは位置ベクトル、ｊは虚数単位、ｋは波数、Ｅｉは光強度、Ｌ０およびΔＬは系の幾何学的形状や光学系の材料特性によって決まる定数であり、Ｐｉ（Δｔ）はΔｔｉの関数としてΔｔｉに依存する量であることを示している。以下、光強度という用語は、式（４）の複素強度分布を示すこととする。実際に観測される光強度は、複素強度の絶対値の２乗に比例することが知られている。
【００３３】
ここで、観測位置を固定したときに得られる光強度を波数ｋの関数としてとらえ直すことにする。すると、
【００３４】
【数５】
2004287088.tif 000007
【００３５】
ただし、
【００３６】
【数６】
2004287088.tif 000008
【００３７】
式（６）の展開の中間では、ΔＬは定数なのでこの項をＬ０に繰り込んで表示した。ところで、式（５）で与えられる光強度は干渉によって作られるものであるから、ｕ（ｋ）は自由スペクトル領域（ｆｒｅｅ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒａｎｇｅ；以下、ＦＳＲという）を周期に持つ周期関数である。ここで、ＦＳＲをＷ、考えている光信号の中心周波数をｆ０、また、ｍを回折格子（ここでは階段格子）の回折の次数とすれば、これら諸量の関係は次式によって与えられる。
【００３８】
【数７】
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【００３９】
さらに、実数として連続値をとることのできる波数ｋから、整数ｌで識別される不連続値をとる波数ｋｌを考え、その成分が光強度に及ぼす寄与を考える。すなわち、回折格子の段数Ｎによって式（５）の離散化を考える。これは、式（５）から次式のように表すことができる。
【００４０】
【数８】
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【００４１】
ただし、ｋｌは次式のように与えられる。
【００４２】
【数９】
2004287088.tif 000011
【００４３】
ここで、Ｎ＝Ｋ＋１であり、簡単のためＫは偶数、すなわち階段数Ｎは奇数であるとする。この仮定は議論を簡単にするためであり、階段数Ｎを偶数としても同じ結論を導くことができる。また、整数ｌの範囲は次のように与えられる。
【００４４】
【数１０】
2004287088.tif 000012
【００４５】
これらの式から次式を導くことができる。
【００４６】
【数１１】
2004287088.tif 000013
【００４７】
ここで、ｕｉは式を簡単にするために導入した量であり次式により定義される。
【００４８】
【数１２】
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【００４９】
ところで、式（１１）は左辺の量が右辺のように離散フーリエ変換によって表せることを示している。したがって、式（１１）の離散逆フーリエ変換をとることによって式（１２）のｕｉを形式的に決定することができる。すなわち
【００５０】
【数１３】
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【００５１】
ところで、ｕｉはまた式（９）と式（１２）を用いることにより次のように表すことができる。
【００５２】
【数１４】
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【００５３】
式（１１）が離散フーリエ変換であるならば、式（１４）の右辺は理論的に整数ｉのみに依存する量でなければならない。ところが、式（１４）の第２番目の位相項にはｉとは独立なもう一つの整数ｌ（あるいは、ｌで識別される波数ｋｌと考えても良い）が含まれている。
【００５４】
すなわち、第２の位相項が存在するために式（１１）を離散フーリエ変換と見なすことはできないのである。このことは、フィルタ特性として式（１）で表されるようなゲート関数応答を要求しても、階段格子を含む多光束干渉を利用する回折格子ではこれを満たす解が存在しないため、要求した応答を導く光路長の変調Δｔｉを決定することはできないということを意味している。
【００５５】
すなわち、回折格子を通過した後の光強度分布を特許文献２で述べられているように、式（３）のｓｉｎｃ関数とすることは原理的に不可能なのである。また、特許文献１で述べられているように、離散フーリエ変換を利用してＡＷＧを利用する光信号合分波器でフラットレスポンスを実現することも基本的には不可能である。
【００５６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、ＡＷＧを利用した光信号合分波器において有効である。その理由は、ＡＷＧを利用した光信号合分波器においては回折の次数ｍが大きく式（１４）の第２の指数関数項が実質的に
【００５７】
【数１５】
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【００５８】
と見なせることにある。ＡＷＧをＤＷＤＭ用フィルタの回折格子として用いる場合には、この条件が成立する。しかしながら、回折の次数ｍを大きくとると広い波長範囲の中に設定される各チャネルで同じ強度の光信号を得ることが困難になる。ＣＷＤＭフィルタへの適用を考えると、チャネル間の波長差は２０ｎｍであるため、４チャネルを想定した光信号合分波器で扱うべき波長範囲は、１００ｎｍ程度と極めて広い。ＤＷＤＭフィルタの波長差は１ｎｍ程度であるから、ＣＷＤＭの波長差は実にその２０倍もある。このため、ＡＷＧをＣＷＤＭ用フィルタの回折格子として用いる場合には
【００５９】
【数１６】
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【００６０】
と見なせるような回折の次数ｍを設定することはできない。また、ＣＷＤＭでは一つのチャネルにおいても１３ｎｍに渡るフラットレスポンスを実現する必要があるが、特許文献１に記載の方法ではこれも実現できなくなる。
【００６１】
すなわち、ＡＷＧを用いた光信号合分波器でＣＷＤＭフィルタを実現することは極めて困難である。さらに、特許文献１のようなフーリエ変換を利用してフラットレスポンスを得る方法では、光強度と位相差を多光束の各光束において制御することが必須であり、特に光強度の制御において３ｄＢ程度の挿入損失を免れないことが広く知られている。
【００６２】
しかしながら、入射光束を実効的に整数ｉで識別されるＭ個の多光束に分けるとともに、θ０およびΔθを定数として第ｉ番目の光束に位相差θ０＋ｉΔθ＋δθｉを与える機能を有する回折格子を考えるとき、式（４）、式（５）および式（６）を用いることにより、実用上十分なフラットレスポンスを実現する条件を導くことができる。このことを本発明において以下のように示す。
【００６３】
まず、δθの与え方として、階段格子の各階段を連続する３つのグループに分け、同じグループ内の階段には同一のδθを付与することにする。ただし、階段毎に僅かに異なるδθを設定して同じ効果を導くことも当然可能である。
【００６４】
ところで、グループの数を多くすると通過帯域幅を拡大しやすいが通過帯域内の平坦性を確保することが難しくなる。また、フラットレスポンスの実現においては、急峻なフィルタ特性が得られるのと引き替えに挿入損失の増加を防ぐことができない。グループの数が１ということは操作をしないことを意味しており、この場合には広帯域化を実現することはできない。また、光信号は光軸に対して偶関数でなければならないのでグループの数は奇数である必要がある。
【００６５】
したがって、ＣＷＤＭ用のフィルタ特性を得る場合には、グループ数を３とすることが最適である。ただし、ＤＷＤＭフィルタとＣＷＤＭフィルタの中間的なフィルタを構成する場合、グループ数を５，７，・・・等３以上の奇数に設定することも可能である。
【００６６】
ここでは、ＣＷＤＭフィルタに最適なグループ数である３を選び、階段格子の階段を両端と中央部の３つに分け、それぞれグループ１，３および２と番号を付けることにする。また、それぞれのグループ内の階段に付与すべき付加位相をグループ番号に対応させてδθ１、δθ３およびδθ２とする。離散フーリエ変換を利用した広帯域化の理論的取り扱いからは｜δθ２−δθ１｜＝π、あるいは同じことであるが｜δθ２−δθ３｜＝πが必要な条件として要請される。
【００６７】
ところが、ＣＷＤＭフィルタのようにチャネル間波長間隔が２０ｎｍと広く、４チャネルあるいは８チャネルの波長全域がほぼ１００ｎｍを超えるような状況では、｜δθ２−δθ１｜＝πあるいは｜δθ２−δθ３｜＝πを満足しても平坦な広帯域化を実現することはできない。回折格子による実質的な多光束干渉が動作原理となる光信号合分波器のこのような振る舞いは自明でなく、本発明において初めて明らかにされるものである。
【００６８】
すなわち、多光束干渉を利用する回折格子においては、上述の位相条件ではなく、π＜｜δθ２−δθ１｜＜４πを満足することが本質的に重要である。すなわち、この条件を満足する場合においてのみ平坦な通過帯域とともに、通過帯域の形状のチャネル間ばらつきを小さくできることを見いだした。この主張は式（４）、式（５）および式（６）を用いることにより検証することができる。また、階段格子およびＡＷＧは、入射光束を実効的に多光束に分け、第ｉ番目の光束に位相差θ０＋ｉΔθ＋δθｉを与える機能を有する回折格子として全く同じ表式でその機能を表すことができるので、回折の次数ｍを大きくできない場合やＣＷＤＭフィルタのように扱うべき波長範囲が広い光信号合分波器の構成において、そのいずれにも本手法を適用することができる。
【００６９】
ところで、階段格子を経た後に形成される実効的な多光束の数と位相変化量δθ１およびδθ３に関しては、必ずしも特定の関係を設定する必要はない。それらに特定の関係を設定することは設計上の問題であり、原理的には設定された条件を満足しつつ光信号合分波器を構成することが可能な場合もあれば、可能でない場合も存在する。しかしながら、最も簡潔かつ合理的な設定としてＭ−ｎ＝ｍおよびδθ３＝±｜δθ１｜なる条件を満たすように回折格子を構成することは、光信号合分波器の作製ならびに対称的なフィルタ特性を得ることが容易となるため有効である。ここでは透過型の階段格子を回折格子の例として取り上げたが、説明の骨子は反射型の階段格子であっても、あるいは、ＡＷＧ型の回折格子であっても何らの変更なく成立する。特に、ＡＷＧ型の回折格子においても式（６）がそのまま成立することは、特許文献１に詳しく記述されている。
【００７０】
したがって、本発明が、回折格子が等価的に多光束干渉を利用するものであり、その第ｉ番目の光束に位相差θ０＋ｉΔθ＋δθｉを与える機能を有するような回折格子を利用してフラットレスポンスを得るような光信号合分波器の全てを包含していることは明らかである。
【００７１】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図１は、本発明に係る光信号合分波器の階段格子の一実施例を説明するための図で、実効的に多光束干渉を利用して光信号を合分波する回折格子としての階段格子の構成を説明するための図である。階段格子は、ここでは一様な屈折率をもつ光学材料によって形成されており、階段全体が連続する３つの部分に分けられていることを異なる領域によって示してある。
【００７２】
すなわち、階段格子の段数はＭであり、これを図１の上部を１段目としてｍ段目までをグループ１、（ｍ＋１）段目からｎ段目までをグループ２、また、（ｎ＋１）段目からＭ段目までをグループ３とする。階段の各段は隣り合う階段と光の進行方向における基本的な長さｔだけ異なっているが、さらにグループ１に属するｍ段目とグループ２に属する（ｍ＋１）段目のあいだでδｔ１だけ長さが異なっている。グループ２を基準とすることにより一般性を損なうことなく、δｔ２＝０とできるので、グループ２から見るとグループ１全体がδｔ１だけ空間的に後退しているように構成されている。同様に、グループ２に属するｎ段目とグループ３に属する（ｎ＋１）段目のあいだでδｔ３だけ長さが異なっており、グループ２から見るとグループ３全体がδｔ３だけ空間的に近づいているように構成されている。
【００７３】
ここではδｔ１、δｔ２およびδｔ３を階段の長さとして導入したが、これらに屈折率を乗じることにより実効的な光路長に変換できるので、位相変化量δφ１、δφ２およびδφ３とは
【００７４】
【数１７】
2004287088.tif 000019
【００７５】
なる関係で結ばれている。ここで、ｎは階段格子を構成する材料の屈折率、また、λｒは着目している光信号の代表波長である。さらに、ここではδｔ１とδｔ３の間に特定の関係を設定しなかった。すなわち、本発明の効果を得るために、必ずしもδｔ１＝δｔ３とする必要はなく、δｔ１≠δｔ３であっても差し支えない。また、例えば、δｔ３＝−δｔ１あるいはδｔ３＝±｜δｔ１｜とすることもできる。
【００７６】
また、ここでは透過型の階段格子を用いて説明したが、反射型の回折格子であっても、あるいは、ＡＷＧのように一般的に回折格子が入射光を実質的に多光束に分け、これら多光束の間の干渉を利用するような回折格子であっても全く同じ原理が成り立つ。
【００７７】
［実施例２］
図２は、本発明に係る光信号合分波器の一実施例を説明するための構成図で、図中符号１は光信号入出力ポート、２は第１レンズ、３は階段格子、４は第２レンズ、５は光信号入出力ポートを示している。
【００７８】
図示した光信号合分波器は、λ１、λ２、λ３およびλ４の異なる４つの波長を有する光信号が重畳された入力光信号を光信号入出力ポート１から射出し、第１レンズ２によってコリメート化して回折格子として動作する階段格子３に入射させる。階段格子３は回折格子として作用し、第２レンズ４を経て入射光に重畳された４つの異なる波長の光信号を波長毎に別々のチャネルに分波して光信号入出力ポート５に出力する。この動作は、４つの異なる波長を有する光信号が重畳された一つの光信号から、波長毎に光信号を別々のポートに出力するため分波と呼ばれる。
【００７９】
この動作は逆に動作させることが可能である。すなわち、４つの異なる波長の光信号を４つのチャネルから構成される光信号入出力ポート５に入力し、第２レンズ４によってコリメート化した後、階段格子３によってこれら４つの異なる波長を有する光信号が重畳された一つの光信号となる。この光信号は、第１レンズ２を経て光信号入出力ポート１に至る。４つの異なる波長を有する光信号が一つの光信号にまとめられるため、この動作は合波と呼ばれる。
【００８０】
表１は、本発明の実施例２として構成した階段格子の諸量の一例を示す表である。本実施例２では、δφ３＝−｜δφ１｜であるとともに、グループ１の階段状とグループ３の階段数が等しいことが特徴である。
【００８１】
【表１】
2004287088.tif 000020
【００８２】
［実施例３］
表２は、本発明の実施例３として構成した階段格子（図２）の諸量の一例を示す表である。本実施例３では、δφ３≠±｜δφ１｜であることが特徴である。
【００８３】
【表２】
2004287088.tif 000021
【００８４】
［実施例４］
表３は、本発明の実施例４として構成した階段格子（図２）の諸量の一例を示す表である。本実施例４では、δφ３≠±｜δφ１｜であるとともに、グループ１の階段数とグループ３の階段数が等しくないことが特徴である。
【００８５】
【表３】
2004287088.tif 000022
【００８６】
本実施例４では、位相変化量δφ１、δφ２およびδφ３の選定において幾つかの例を示した。また、グループ１とグループ３の階段数に関しても異なる条件を示した。しかしながら、例えば、表１に示したδφ１あるいはδφ３のいずれかを採用して、両者の間にδφ３≠±｜δφ１｜なる関係を設定する。さらに、グループ１とグループ３の階段数を、いずれかの値に統一するなどの条件を組み合わせても表１の実施例によって得られる結果と遜色のない結果を得ることができる。
【００８７】
なお、上述した各実施例においては、全て透過型の階段格子を用いて説明したが、全く同じ方法を回折格子としてＡＷＧ等一般的に回折格子が入射光を実質的に多光束に分け、これら多光束の間の干渉を利用するような回折格子を用いる光信号合分波器に適用できることは言うまでもない。
【００８８】
上述した各実施例による作用効果について図面を用いて以下に説明する。
図３は、本発明の実施例２で示した諸量に基づいて構成した階段格子を用いて作製した光信号合分波器の光信号の通過特性を示す図である。ここでは、グループ１とグループ３の階段数をいずれも４として等しくするとともに、位相変化量δφ１およびδφ３についてもδφ３＝−｜δφ１｜として、構成における最大限の対称性を実現した。横軸は光信号の波長であり、縦軸には通過損失が示されている。波長１．５５μｍを中心とする幅１６ｎｍの波長領域に他の波長領域に比べ通過損失が少なく、平坦な領域、すなわちフラットレスポンスが形成されていることがわかる。
【００８９】
また、従来の方法であるフーリエ変換を利用したフラットレスポンスの実現においては、光強度分布をｓｉｎｃ関数とするために、光強度を調整する遮光板を挿入する、あるいはそれと等価な方法により光強度を調整する必要があった。しかしながら、本発明によればこの遮光板あるいはそれと等価な方法を設ける必要がない。このため、従来技術では不可避であった遮光板の挿入、あるいはそれと等価な方法によってもたらされる３ｄＢ程度の挿入損失も、本発明によれば完全に排除することができる。
【００９０】
一方、図４は、本発明を適用しない場合の光信号の通過特性を示す図である。通過特性は１．５５μｍ付近にピークを有し、１ｄＢ帯域幅も５ｎｍと狭くＣＷＤＭ用の光信号合分波器としての適用は極めて困難であることが分かる。
【００９１】
さらに、図５及び図６は、本発明を適用して得られる光信号合分波器の光信号通過特性の例を示す図である。
図５は、本発明の実施例３として示した諸量により構成した階段格子を用いて得られる特性を示す図である。ここでは、グループ１とグループ３の階段数をいずれも４と等しいが、位相変化量δφ１とδφ３の関係はδφ３≠±｜δφ１｜である。
【００９２】
また、図６は、本発明の実施例４として示した諸量により構成した階段格子を用いて得られる特性を示す図である。ここでは、グループ１とグループ３の階段数はそれぞれ５および４であり、互いに等しくない。また、位相変化量δφ１およびδφ３の関係もδφ３≠±｜δφ１｜である。しかしながら、いずれの構成においてもほぼ同様の極めて望ましいフラットレスポンスが得られていることが分かる。
【００９３】
これらの例は、階段格子を構成するための諸量の設定は設計に依存するため、一つの値に制限することは意味がないということを示している。しかしながら、本発明によれば、実効的に多光束干渉によって合分波動作を行わせる回折格子を用いてもフラットレスポンスが実現できる。しかも、回折格子によってもたらされる余分な挿入損失を生じることなく、フラットレスポンスを実現できるという極めて大きな効果が存在する。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、入射光束を実効的に整数ｉで識別されるＭ個の多光束に分けるとともに、θ０およびΔθを定数として第ｉ番目の光束に位相差θ０＋ｉΔθ＋δθｉを与える機能を有し、多光束全体の連続する奇数（１を除く）のグループ数に設定するようにしたので、入力信号の光強度を犠牲にすることなく、名目的な中心波長の周りにおける光信号の波長変動が、出力としての光信号強度に大きな影響を与えることがない多光束干渉回折格子を用いたＣＷＤＭ用の光学媒質ブロック及び光信号合分波器を提供するができる。
【００９５】
また、チャネルと呼ばれるある範囲内の波長を有する光信号については互いの信号強度に大きな変化がなく、しかも、光信号合分波器の挿入による信号強度の低下を極力抑えることができる多光束干渉回折格子を用いたＣＷＤＭ用の光学媒質ブロック及び光信号合分波器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光信号合分波器の階段格子の一実施例を説明するための図である。
【図２】本発明に係る光信号合分波器の一実施例を説明するための構成図である。
【図３】本発明の実施例２として示した表１の諸量により構成された階段格子によって実現される光信号の通過特性を示す図である。
【図４】本発明によらず従来の方法により構成された階段格子によって実現される光信号の通過特性を示す図である。
【図５】本発明の実施例３として示した表２の諸量により構成された階段格子によって実現される光信号の通過特性を示す図である。
【図６】本発明の実施例４として示した表３の諸量により構成された階段格子によって実現される光信号の通過特性を示す図である。
【符号の説明】
１  光信号入出力ポート
２  第１レンズ
３  階段格子
４  第２レンズ
５  光信号入出力ポート
【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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