(57)【要約】【課題】  フラットな通過帯域、急峻なスペクトル形状、低損失、分散フリー、周期的フィルタリング特性を有する光フィルタを提供する。【解決手段】  多段光分岐カプラ７の各光出力端１７と、多段光合波カプラ１１の対応する光入力端１８との間に、伝搬光の伝搬時間を設定時間遅延させる光遅延線１０を設け、光遅延線１０は互いに間隔を介して、並設方向の一端側から他端側に向けて順に長さが設定量ずつ長くなるように形成する。多段光分岐カプラ７のそれぞれの光出力端１７に分岐される光の強度比と多段光合波カプラ１１の対応する光入力端１８から入力されて合波される光の強度比とを互いに等しい設定値に形成し、光遅延線１０の配列番号に対して、それぞれの光遅延線１０内を通る光強度がＳＩＮＣ関数となるようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された光導波路の回路を有し、該光導波路の回路は、複数段の光分岐カプラを接続して形成されて複数の光出力端を有する多段光分岐カプラと、複数段の光合波カプラを接続して形成されて前記多段光分岐カプラの光出力端数と同数の光入力端を有する多段光合波カプラと、前記多段光分岐カプラのそれぞれの光出力端と前記多段光合波カプラの対応する光入力端との間に介設されて伝搬光の伝搬時間を設定時間遅延させる光遅延線とを有し、該光遅延線は互いに間隔を介して並設されて該並設方向の一端側から他端側に向けて順に長さが設定量ずつ長くなるように形成された光トランスバーサルフィルタ回路を有しており、前記多段光分岐カプラのそれぞれの光出力端に分岐される光の強度比と前記多段光合波カプラの対応する光入力端から入力されて合波される光の強度比とを互いに等しい設定値に形成することにより、前記多段光分岐カプラの光入力部から入力されて前記多段光合波カプラの光出力部から出力する光の通過波長特性が設定波長通過帯域幅を有する矩形状波となるようにしたことを特徴とする光フィルタ。
【請求項２】
光遅延線の配列番号を、最短の長さの光遅延線から順に、０、１、２として最長の長さの光遅延線の番号をＮ−１（Ｎは３以上の整数）としたとき、光遅延線の配列番号とそれぞれの光遅延線内を通る光強度との関係が、Ｎが偶数の時にはＮ／２の光遅延線番号を中心とし、Ｎが奇数の時には（Ｎ−１）／２の光遅延線配列番号を中心として対称に形成されていることを特徴とする請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３】
光遅延線の配列番号に対して、それぞれの光遅延線内を通る光強度がＳＩＮＣ関数と成していることを特徴とする請求項２記載の光フィルタ。
【請求項４】
それぞれの光遅延線に、伝搬光の位相を可変可能な光位相調節手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の光フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば光通信分野に用いられて光変調スペクトルの側帯波の片方のみを通すフィルタに適用される光フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高密度波長多重伝送（ＤＷＤＭ）システムにおいて、近年４０Ｇｂｐｓを越えるような超高速光通信システムが研究開発さかんに行われている。この超高速光通信システムでは、線路の分散を極めて正確に制御する必要や、さらには、１チャンネルあたりの帯域が広がるため、光周波数の利用効率の低下が問題となっている。
【０００３】
そこで、これらの問題点を解決するためのアプローチのひとつとして、光変調符号の検討がある．例えば通常用いられるＮＲＺ（ｎｏｎ  ｒｅｔｕｒｎ  ｔｏ  ｚｅｒｏ）符号に対し、光デュオバイナリ符号を用いることにより分散耐力が向上し、光周波数効率が倍になる等の報告がされている。
【０００４】
一方、別のアプローチとして、光ＳＳＢ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｓｉｄｅ  Ｂａｎｄ）フィルタを用いた分散耐力の向上や光周波数利用効率の向上が報告されている（例えば、非特許文献１、参照。）。
【０００５】
この光ＳＳＢフィルタには、図７の特性線ａに示すような、矩形状波を通す特性、つまり、フラットな通過帯域、急峻なスペクトル形状、低損失の特性が要求されており、また、光ＳＳＢフィルタには、分散フリー、波長多重信号を一括で処理できるよう周期的フィルタリング特性等も求められている。なお、図７に示す例は、４０ＧｂｐｓのＲＺ（ｒｅｔｕｒｎ  ｔｏ  ｚｅｒｏ）符号の場合で記してあり、図７の特性線ｂは、vestigial sideband signal（残留側波帯シグナル）を有する光変調スペクトルを示す。
【０００６】
従来は、一般的に、誘電体多層膜ベースの光フィルタが、上記光ＳＳＢフィルタとして使用されている。
【０００７】
【非特許文献１】Hirano、A.、et al“SSB direct detection scheme in duobinary-carrier suppressed RZ transmission”、ElectronLett.、2002、38、pp.585-587．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来から使用されている誘電体多層膜ベースの光フィルタは、フラットな通過帯域、急峻なスペクトル形状、低損失は良好なものの、分散が大きく、また、原理上、周期的フィルタリングが困難であるといった問題点があった。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、フラットな通過帯域、急峻なスペクトル形状、低損失、低分散、波長多重信号を一括で処理できるような周期的フィルタリング特性を有する、光ＳＳＢフィルタとして最適な光フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決する
ための手段としている。すなわち、第１の発明は、基板上に形成された光導波路の回路を有し、該光導波路の回路は、複数段の光分岐カプラを接続して形成されて複数の光出力端を有する多段光分岐カプラと、複数段の光合波カプラを接続して形成されて前記多段光分岐カプラの光出力端数と同数の光入力端を有する多段光合波カプラと、前記多段光分岐カプラのそれぞれの光出力端と前記多段光合波カプラの対応する光入力端との間に介設されて伝搬光の伝搬時間を設定時間遅延させる光遅延線とを有し、該光遅延線は互いに間隔を介して並設されて該並設方向の一端側から他端側に向けて順に長さが設定量ずつ長くなるように形成された光トランスバーサルフィルタ回路を有しており、前記多段光分岐カプラのそれぞれの光出力端に分岐される光の強度比と前記多段光合波カプラの対応する光入力端から入力されて合波される光の強度比とを互いに等しい設定値に形成することにより、前記多段光分岐カプラの光入力部から入力されて前記多段光合波カプラの光出力部から出力する光の通過波長特性が設定波長通過帯域幅を有する矩形状波となるようにした構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１１】
また、第２の発明は、上記第１の発明の構成に加え、前記光遅延線の配列番号を、最短の長さの光遅延線から順に、０、１、２として最長の長さの光遅延線の番号をＮ−１（Ｎは３以上の整数）としたとき、光遅延線の配列番号とそれぞれの光遅延線内を通る光強度との関係が、Ｎが偶数の時にはＮ／２の光遅延線番号を中心とし、Ｎが奇数の時には（Ｎ−１）／２の光遅延線配列番号を中心として対称に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１２】
さらに、第３の発明は、上記第２の発明の構成に加え、前記光遅延線の配列番号に対して、それぞれの光遅延線内を通る光強度がＳＩＮＣ関数と成している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１３】
さらに、第４の発明は、上記第１または第２または第３の発明の構成に加え、前記それぞれの光遅延線に、伝搬光の位相を可変可能な光位相調節手段を設けた構成をもって課題を解決する手段としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板上に形成された光導波路の回路は、多段光分岐カプラの各光出力端と多段光合波カプラの各光入力端とを、互いに長さの異なる光遅延線を介して接続することにより、光トランスバーサルフィルタ回路を形成しており、光トランスバーサルフィルタ回路は、周期的なフィルタリング特性を有するので、従来の光ＳＳＢフィルタと異なり、周期的フィルタリング特性を有して波長多重信号を一括で処理できる光フィルタを形成できる。
【００１５】
また、本発明によれば、多段光分岐カプラのそれぞれの光出力端に分岐される光の強度比と多段光合波カプラの対応する光入力端から入力されて合波される光の強度比とを互いに等しい設定値に形成することにより、前記多段光分岐カプラの光入力部から入力されて前記多段光合波カプラの光出力部から出力する光の通過波長特性が設定波長通過帯域幅を有する矩形状波となるようにしているので、フラットな通過帯域、急峻なスペクトル形状の、ＳＳＢフィルタとして適した光フィルタを形成できる。
【００１６】
さらに、本発明者は、光トランスバーサルフィルタ回路の構成と、その構成に応じて変化するフィルタリング特性とに関係を検討し、多段光分岐カプラのそれぞれの光出力端に分岐される光の強度比と多段光合波カプラの対応する光入力端から入力されて合波される光の強度比とを互いに等しい設定値に形成することにより、低損失で、分散特性も良好な（波長分散を抑制できる分散フリーの）フィルタリング特性が得られることを確認しており、したがって、本発明によれば、低損失、分散フリーのフィルタリング特性を有する、ＳＳＢフィルタとして適した光フィルタを形成できる。
【００１７】
また、本発明において、光遅延線の配列番号を、最短の長さの光遅延線から順に、０、１、２として最長の長さの光遅延線の番号をＮ−１（Ｎは３以上の整数）としたとき、光遅延線の配列番号とそれぞれの光遅延線内を通る光強度との関係が、Ｎが偶数の時にはＮ／２の光遅延線番号を中心とし、Ｎが奇数の時には（Ｎ−１）／２の光遅延線配列番号を中心として対称に形成されている構成によれば、上記矩形状波のフィルタリング特性を容易に実現しやすくなり、さらに、光遅延線の配列番号に対して、それぞれの光遅延線内を通る光強度を、ＳＩＮＣ関数と成すことにより、上記矩形状波の周期的フィルタリング特性を有する優れた光フィルタを容易に、かつ、確実に得ることができる。
【００１８】
さらに、本発明において、それぞれの光遅延線に、伝搬光の位相を可変可能な光位相調節手段を設けた構成によれば、光位相調節手段によって伝搬光の位相を可変して、所望のフィルタリング特性を得るための微調整を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図２には、本発明に係る光フィルタの動作と構成が模式的に示されている。また、図１には、本発明に係る光フィルタの一実施形態例が模式的に示されている。これらの図に示すように、本実施形態例の光フィルタは、光導波路の回路２を基板１５上に形成した平面光導波回路により形成されており、光導波路の回路２は、多段光分岐カプラ（スプリッタ）７と多段光合波カプラ（コンバイナー）１１とを有している。
【００２０】
図１に示すように、多段光分岐カプラ７は、複数段の光分岐カプラ１（１ａ，１ｂ，１ｃ，・・・）を接続して形成されており、１つの光入力端１５と複数の光出力端１７とを有している。多段光合波カプラ１１は、複数段の光合波カプラ３（３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・）を接続して形成されており、複数の光入力端１８と１つの光出力端１６とを有している。光出力端１７の数と光入力端１８の数は、互いに等しい数に形成されている。
【００２１】
なお、図１、図２は、図を分かりやすくするために、多段光分岐カプラ７を構成する光分岐カプラ１の接続段数および光出力端１７の数と、多段光合波カプラ１１を構成する光合波カプラ３の接続段数および光入力端１８の数を簡略化して示しており、図１において、各接続段数は３、光出力端１７と光入力端１８の数はそれぞれ、図１では８、図２では７となっているが、実際は、接続段数は３より多く、また、光出力端１７と光入力端１８の数は、それぞれ例えば３３といった適宜の数に形成される。
【００２２】
前記多段光分岐カプラ７のそれぞれの光出力端１７と多段光合波カプラ１１の対応する光入力端１８との間には、伝搬光に設定時間遅延を付与する（伝搬光の伝搬時間を設定時間遅延させる）光遅延線１０が形成されており、光遅延線１０は互いに間隔を介して並設されて、該並設方向の一端側から他端側に向けて順に長さが設定量ずつ長くなるように形成されている。
【００２３】
また、図中、最下部に設けられている光遅延線１０ａを基準とし、下から２番目に設けられている光遅延線１０ｂは光遅延線１０ａよりΔＬ長く、下から３番目の光遅延線１０ｃは光遅延線１０ａより２ΔＬ長く形成され、下から４番目の光遅延線１０ｄは光遅延線１０ａより３ΔＬ長く形成されており、光遅延線１０の配列順が１つ上に行くにつれて、光遅延線１０の長さは設定量ΔＬずつ長く形成されている。また、それぞれの光遅延線１０には、伝搬光の位相を可変可能な光位相調節手段６が設けられている。なお、位相調節手段６は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。
【００２４】
なお、多段光分岐カプラ７および多段光合波カプラ１１の構成は、図１に示す構成に限定されるものでなく、適宜形成されるものであるが、多段光分岐カプラ７のそれぞれの光出力端１７に分岐される光の強度比と多段光合波カプラ１１の対応する光入力端１８から入力されて合波される光の強度比とを互いに等しい設定値に形成することにより、多段光分岐カプラ７の光入力部１５から入力されて多段光合波カプラ１１の光出力部１６から出力する光の通過波長特性を、例えば図７の特性線ａに示したような、設定波長通過帯域幅を有する矩形状波としている。
【００２５】
また、本実施形態例では、光遅延線１０の配列番号を、最短の長さの光遅延線１０から順に、０、１、２として最長の長さの光遅延線１０の番号をＮ−１（Ｎは３以上の整数）としたとき、光遅延線１０の配列番号とそれぞれの光遅延線１０内を通る光強度との関係が、Ｎが偶数の時にはＮ／２の光遅延線番号を中心とし、Ｎが奇数の時には（Ｎ−１）／２の光遅延線配列番号を中心として対称に形成されている。そして、本実施形態例は、光遅延線１０の配列番号に対して、それぞれの光遅延線１０内を通る光強度がＳＩＮＣ関数と成していることを特徴とする。
【００２６】
本実施形態例は以上のように構成されており、本実施形態例の構成を決定するにあたり、本発明者は、光トランスバーサルフィルタ構成による任意波形フィルタ合成について定式化する検討を行った。
【００２７】
今、光トランスバーサルフィルタのタップ数(光遅延線の総数)をＮ（Ｎは３以上の整数）とすると、光トランスバーサルフィルタの伝達関数は、式（数１）により表される。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
ここで、αｎ、βｎは、それぞれ多段光分岐カプラ７（光スプリッタ）と多段光合波カプラ１１（光コンバイナー）の光電界振幅の比であり、光電界振幅の二乗が光強度である。また、Φｎは光位相調節手段６の位相変化量、ΔＬは、光遅延線１０の光路長差、ｎｅｆｆは光導波路の等価屈折率、ｆは光周波数、ｃは光速であり、ｊは√（−１）である。
【００３０】
また、ｎはタップ番号であり、この番号は、光遅延線１０の配列番号である。ここでは、最短の長さの光遅延線１０から順に、０、１、２、・・・とし、最長の長さの光遅延線１０の番号をＮ−１とする。
【００３１】
ここで、光トランスバーサルフィルタの挿入損失を低減させるため、αｎ＝βｎとし、γｎ＝αｎ２＝βｎ２すると、（数１）は、式（数２）のように書き直せる。
【００３２】
【数２】
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【００３３】
今、式（数３）〜（数５）とし（ただし、ｍは正の整数）、さらに、ｇｎ＝γｎｅｘｐ（ｊΦｎ）とすると、式（数６）が得られ、周波数領域で離散化できる。
【００３４】
【数３】
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【００３５】
【数４】
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【００３６】
【数５】
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【００３７】
【数６】
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【００３８】
ここで、所望の周波数特性（ここでは利得特性の逆特性)をＧｌ、サンプリング数をＮ’とすると、式（数６）から、下の離散的フーリエ変換により、式（数７）に示すｇｎが求まり、すなわち、γｎとΦｎが求まる。
【００３９】
【数７】
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【００４０】
ここで、伝達関数の直線位相特性を実現するため、すなわち分散フリー動作をさせるため、タップ番号は、−（Ｎ−１）／２≦ｎ≦（Ｎ―１）／２[Ｎは奇数]、−Ｎ／２≦ｎ≦Ｎ／２−１[Ｎは偶数]とすると、トランスバーサルフィルタのタップ係数、すなわち、γｎとΦｎは、式（数８）、（数９）となる。
【００４１】
【数８】
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【００４２】
【数９】
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【００４３】
今、所望の光周波数特性Ｇｌを図３に示す特性とする。なお、ここで、サンプリング数Ｎ’は２００である。この特性を有する光フィルタを、タップ数Ｎ＝３３、ΔＬ＝１０２７．９７μｍ、ＦＳＲ＝２００ＧＨｚで設計を行った。なお、この設計は、通過帯／遮断帯のＳ／Ｎ比を向上させるため、タップ係数γｎに窓関数を乗じてタップ係数の補正を行った。設計の結果、得られた光トランスバーサルフィルタのタップ係数γｎとΦｎは、図４に示すようになった。図４の特性線ａが、タップ番号（光遅延線番号）とタップ係数γｎとの関係を示し、特性線ｂがタップ番号とタップ係数Φｎとの関係を示す。
【００４４】
図４の特性線ａから、図３に示したような所望の光周波数特性Ｇｌを得るため、すなわち、フラットな通過帯域、急峻なスペクトル形状を得るためには、光遅延線配列番号の中心番号を中心としてそれぞれの光遅延線１０を通る光強度γｎを対称に形成し、光遅延線１０の配列番号に対して、それぞれの光遅延線１０内を通る光強度をＳＩＮＣ関数とすればよいことがわかった。
【００４５】
なお、光遅延線配列番号の中心番号は、光遅延線１０の配列番号を、最短の長さの光遅延線から順に、０、１、２して最長の長さの光遅延線の番号をＮ−１としたとき、Ｎが偶数の時にはＮ／２の光遅延線番号であり、Ｎが奇数の時には（Ｎ−１）／２の光遅延線番号である。
【００４６】
そこで、本実施形態例では、前記の如く、光遅延線１０の配列番号を、最短の長さの光遅延線から順に、０、１、２して最長の長さの光遅延線の番号をＮ−１としたとき、光遅延線の配列番号とそれぞれの光遅延線内を通る光強度との関係が、Ｎが偶数の時にはＮ／２の光遅延線番号を中心とし、Ｎが奇数の時には（Ｎ−１）／２の光遅延線配列番号を中心として対称に形成し、この関係を、ＳＩＮＣ関数とした。
【００４７】
本実施形態例は、上記検討に基づいて成されたものであり、図５には、本実施形態例の光フィルタの光透過波長特性と分散特性をシミュレーションした結果が示されている。特性線ａが光透過率であり、特性線ｂが分散を示す。この図から明らかなように、本実施形態例の光フィルタは、光ＳＳＢフィルタとして必要な特性、すなわち、フラットな通過帯域、急峻なスペクトル形状、低損失を得ることができることに加え、従来の課題であった、分散フリー、波長多重信号を一括で処理できるような周期的フィルタリング特性を達成できる。
【００４８】
本実施形態例の実施例として、以下のようにして、光ＳＳＢフィルタとして適用する光フィルタを形成した。すなわち、火炎加水分解堆積法を用いてシリコン基板上に石英系ガラスのアンダークラッド膜、コア膜を順に形成し、その後、図４に示したタップ係数の設計値を用いて、図１に示す回路（光ＳＳＢフィルタの回路）構成の描かれたフォトマスクを介してフォトリソグラフィー、反応性イオンエッチング法にて、図１に示す回路パターンを転写した。
【００４９】
その後、再度、火炎加水分解堆積法を用いて石英系ガラスのオーバークラッド膜を形成し、続いて、光位相調節手段６の形成部位にスパッタ法によりTaヒーターを形成した。さらに、給電用としてTi・Ni/Au電極を施し、光フィルタを完成させた。
【００５０】
なお、用いた石英系平面光導波回路の比屈折率差Δ=0.80%、コアサイズは6.5μｍ×6.5μmとした。また、作製誤差を補償するため、光スペクトラムアナライザーで波長特性をモニターリングしながら光位相調節手段６の形成部位に給電を行い、所望の設計値になるように調整を行った。
【００５１】
図６には、上記実施例の光フィルタの光透過波長特性と分散特性が示されている。特性線ａが光透過率であり、特性線ｂが分散を示す。この図から、図５のシミュレーション結果に即した、挿入損失が約５ｄＢで、波長分散がほぼ０で、±４０ＧＨｚにおけるクロストークが約４０ｄＢであり、さらに、２００ＧＨｚでの周期的フィルタリング特性を有する光フィルタが得られたことが確認できた。
【００５２】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば光フィルタを形成する光トランスバーサルフィルタのタップ数は特に限定されるものでなく適宜設定されるものである。
【００５３】
また、本発明は、多段光分岐カプラ７のそれぞれの光出力端１７に分岐される光の強度比と多段光合波カプラ１１の対応する光入力端１８から入力されて合波される光の強度比とを互いに等しい設定値に形成することにより、多段光分岐カプラ７の光入力部１５から入力されて多段光合波カプラ１１の光出力部１６から出力する光の通過波長特性が設定波長通過帯域幅を有する矩形状波となるようにするものであり、そのために、（数８）、（数９）で表されるタップ係数を適宜設定するものであるから、その具体的な数は、目的とするフィルタリング特性（光周波数特性）に対応させて適宜設定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る光フィルタの一実施形態例の回路構成を模式的に示す要部構成図である。
【図２】本発明に係る光フィルタの回路構成を模式的に示す要部構成図である。
【図３】上記実施形態例の光フィルタに所望される周波数特性例を示すグラフである。
【図４】図３の周波数特性を有する光フィルタのタップ係数のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】上記実施形態例の光フィルタの光通過波長特性と分散特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】上記実施形態例の一実施例における光透過特性例と分散特性例を示すグラフである。
【図７】光変調スペクトルの側帯波の例と、その片方のみを通すＳＳＢ光フィルタの光透過特性例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１  光分岐カプラ
２  光導波路の回路
３  光合波カプラ
６  光位相調節手段
７  多段光分岐カプラ
１０  光遅延線
１１  多段光合波カプラ
１５  基板
【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】
2005195889.tif 000016
【図６】
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【図７】
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