(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なく、各出力信号間のクロストーク性能を向上させること。【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１に属するｍ段目の階段、グループ２に属する（ｍ＋１）段目とｎ段目の階段、さらにグループ３に属する（ｎ＋１）段目の階段からは信号光が通過しないよう不透明膜Ａが形成されている。【選択図】        図１
2005003826.tif 000002
【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を付与する機能を有し、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設定手段と、他のグループに属する部分多光束と境界を接する部分に位置する一つあるいは複数の部分多光束の強度を、他の部分多光束の強度に比べ著しく低下させる減衰手段とを設けた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、前記光学媒質の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】
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く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】
前記光学媒質ブロックは、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の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を分別、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って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、Ｃｏａｒｓｅ  ＷＤＭ（ＣＷＤＭ）技術あるいはＷｉｄｅ−ｐａｓｓｂａｎｄ  ＷＤＭ（ＷＷＤＭ）技術と呼ばれている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−３３３４４７号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−１３３２６２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＷＤＭ技術の要は、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ある。実質的に多光束干渉を利用する回折格子においてフラットレスポンスを実現する方法は、先の出願である特願２００３−７８９８４号に述べられている。また、通過帯域幅が広く、扱うべき波長範囲も広いＣＷＤＭ用光信号合分波器においては、フーリエ変換・逆変換による通常帯域の拡大は困難であり、特許文献１及び特許文献２に記載の方法では実現不可能である。
【０００９】
フーリエ変換・逆変換を用いた従来法、例えば、特許文献１に記載された方法によりフラットレスポンスを得るためには、各部分光束の強度を調整する必要があるため、原理的に３ｄＢ程度の光強度の損失が避けられなかった。これに対して、特願２００３−７８９８４号に提案した方法を用いると実質的な光強度の損失は存在しない。しかしながら、高いクロストーク性能を同時に満足することができなかった。
【００１０】
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、チャネル間クロストーク性能が高く、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回折格子を用いた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。
【００１１】
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、あるチャネルにおける他チャネルの光信号強度が十分低く、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。
【００１２】
【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なされたもので、請求項１に記載の発明は、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を付与する機能を有し、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設定手段と、他のグループに属する部分多光束と境界を接する部分に位置する一つあるいは複数の部分多光束の強度を、他の部分多光束の強度に比べ著しく低下させる減衰手段とを設けたことを特徴とする。
【００１３】
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。
【００１４】
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、前記光学媒質の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。
【００１５】
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、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。
【００１６】
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くＭ−ｎ＝ｍであることを特徴とする。
【００１７】
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。
【００１８】
また、請求項７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、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。
【００１９】
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の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。
【００２０】
このように、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ものである。以上は、分波動作を取り上げて課題を解決するための解決手段について説明したが、その逆動作である合波動作も遜色なく実行可能であることはもちろんである。また、回折格子に入射する光束はガウシアン分布であることを仮定する。実際、最も一般的に使われている導波手段である光ファイバ端面から出射する光束の強度分布はガウシアン分布にしたがう。しかし、光束の光強度分布は必ずしもガウシアン分布にしたがう必要はない。与えられた任意の光強度分布において、フラットレスポンスを実現するためには、相隣る部分多光束グループに付与する付加位相を変化させることが必須であり、その周りで部分多光束の強度を著しく低下させればよい。
【００２１】
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光信号合分波器をＣＷＤＭ用として機能させ、しかも、クロストーク性能を向上させるため、回折格子を連続する３つのグループに分け、ｉを整数の識別子として同じグループ内の部分光束には同じ位相δθｉを与えるとき、グループ１とグループ２の境界部ならびにグループ２とグループ３の境界部に位置する部分光束それぞれの光強度を他に比べ著しく低下させるという減衰手段を用いている。これら境界部に存在する部分光束は、多光束干渉によって実現される通過光強度の波長依存性に現れるサイドピークの形成に関与しており、この部分の光強度を低下させることにより通過帯域における他チャネル光信号とのクロストーク性能を大幅に向上させる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
実質的に多光束干渉を利用する回折格子において、フラットレスポンスを実現する方法は、特願２００３−７８９８４号に述べられている。
【００２３】
この先願の発明のものでは、以下のような手段を用いる。つまり、回折格子あるいは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。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。
【００２４】
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。つまり、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。
【００２５】
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（アレイド・ウエイブガイド・グレーティング）型の回折格子であっても何らの変更なく成立する。
【００２６】
［実施例１］
図１は、本発明に係る実施例１である光学媒質ブロック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。
【００２７】
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つの部分に分られていることを領域のハッチングによって示した。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。
【００２８】
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。
【００２９】
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δφｉ＝２π（ｎδｔｉ／λｒ）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。
【００３０】
そして、グループ１に属するｍ段目の階段、グループ２に属する（ｍ＋１）段目とｎ段目の階段、さらにグループ３に属する（ｎ＋１）段目の階段からは信号光が通過しないよう不透明膜Ａが形成されている。この不透明膜Ａについては、完全に遮光するような材質でもあるいは完全拡散面として働くような膜あるいは表面処理を用いても良い。
【００３１】
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（アレイド・ウエイブガイド・グレーティング）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。
【００３２】
［実施例２］
図２は、本発明に係る実施例２である光信号合分波器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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
表１は、本発明の実施例１として構成した階段格子の諸量の一例を示す表であり、表２は、本発明の実施例１として構成した階段格子の諸量の他の例を示す表である。つまり、１７段の階段から構成される階段格子の諸量を表１に示す。この階段格子は、表２に示すようにグループ境界に位置する階段を一つずつ上述の方法により遮光した。
【００３６】
【表１】
2005003826.tif 000003
【００３７】
【表２】
2005003826.tif 000004
【００３８】
なお、階段番号（グループ１）〜階段番号（グループ３）は、不透明膜を付した階段番号である。
【００３９】
［実施例３］
表３は、本発明の実施例３として構成した階段格子の諸量の一例を示す表であり、回折格子として階段格子を選び、クロストーク性能を向上させるためにグループ境界部に位置する階段の内、各グループからそれぞれ２つの階段について光信号強度を著しく低下させた。
【００４０】
【表３】
2005003826.tif 000005
【００４１】
なお、階段番号（グループ１）〜階段番号（グループ３）は、不透明膜を付した階段番号である。
【００４２】
階段の総数や各グループの階段数をいくつにするかは設計に関する事柄であり、特定の値に制限することは意味がない。また、各グループに属する幾つかの階段からの光強度を減少させるかについても制限はない。これらは全て設計に依存しており、本発明において開示した方法を用いて最適な数を決定することができる。
【００４３】
なお、実施例においては全て透過型の階段格子を用いて議論したが、反射型の階段格子を用いても、あるいは全く同じ方法を回折格子としてＡＷＧなど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。
【００４４】
以上のように、本発明の光信号合分波器は、図３及び図４を参照することにより極めて明確に理解できる。図３は、本発明を適用しない場合に得られる通過光強度の波長依存性である。一方、図４は、本発明の実施例２を適用して得られる光信号合分波器の通過光強度の波長依存性である。ここで明らかなように、本発明を適用することにより、通過帯域幅を２ｎｍ広げるとともにクロストーク性能を５ｄＢ向上させることができる。
【００４５】
【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を付与する機能を有し、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設定手段と、他のグループに属する部分多光束と境界を接する部分に位置する一つあるいは複数の部分多光束の強度を、他の部分多光束の強度に比べ著しく低下させる減衰手段とを設けたので、チャネル間クロストーク性能が高く、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回折格子を用いた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。
【００４６】
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、あるチャネルにおける他チャネルの光信号強度が十分低く、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】本発明に係る実施例１である光学媒質ブロックを説明するための図である。
【図２】本発明に係る実施例２である光信号合分波器を説明するための構成図である。
【図３】本発明を適用しない場合の通過光信号強度の波長依存性を示す図である。
【図４】本発明の実施例２を適用して構成された階段格子によって実現される通過光信号強度の波長依存性を示す図である。
【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】
2005003826.tif 000006
【図２】
2005003826.tif 000007
【図３】
2005003826.tif 000008
【図４】
2005003826.tif 000009