(57)【要約】【課題】平面光導波路上の分波部、遅延線、合波部により構成される光遅延多重化回路において、繰返し周波数の異なる光パルス列を発生させることを可能とする光遅延多重化回路を提供すること。【解決手段】入力用光導波路１００１から入力される光波を３０個の光波に分波する１×３０分波部１００２と、分波された光波の強度を制御する３０個の２×２光スイッチ１００３と、分波された光波が通過する３０本の遅延光導波路１００４と、遅延光導波路１００４を通過した後の光波を合波する３０×１合波部１００５とを有する光遅延多重化回路であって、遅延光導波路１００４が遅延光導波路グループ１００９、１０１０、１０１１に分けられ、同一の遅延光導波路グループに属する遅延光導波路の遅延時間は遅延光導波路グループ毎に異なる公差の等差数列をなすことを特徴とする光遅延多重化回路を構成する。【選択図】    図１
2005107350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、入力用光導波路と、前記入力用光導波路から入力される光波の全部または一部をｎ個（ｎは４以上の整数であるとする）の光波に分波する１×ｎ分波部と、前記ｎ個の光波のそれぞれの強度を制御するｎ個の２×２光スイッチと、前記ｎ個の光波のそれぞれが通過するｎ本の遅延光導波路と、前記ｎ本の遅延光導波路を通過した後の前記ｎ個の光波を合波して１つの光波とするｎ×１合波部と、前記ｎ×１合波部が出射する前記１つの光波を外部へ向けて出力する出力用光導波路とが形成されてなる光遅延多重化回路であって、前記ｎ本の遅延光導波路が、ｎｉ本（ｉは１以上Ｎ以下のすべての整数値をとり、Ｎは２以上の整数であり、ｎｉは２以上の整数であり、ｎｉの合計はｎであるとする）の遅延光導波路からなる遅延光導波路グループＰｉに分けられ、同一の遅延光導波路グループＰｉに属する前記遅延光導波路の遅延時間は遅延光導波路グループＰｉ毎に異なる公差τｉの等差数列をなすことを特徴とする光遅延多重化回路。
【請求項２】
基板上に、入力用光導波路と、前記入力用光導波路から入力される光波の全部または一部をｎ個（ｎは５以上の整数であるとする）の光波に分波する１×ｎ分波部と、前記ｎ個の光波のそれぞれの強度を制御するｎ個の２×２光スイッチと、前記ｎ個の光波のそれぞれが通過するｎ本の遅延光導波路と、前記ｎ本の遅延光導波路を通過した後の前記ｎ個の光波を合波して１つの光波とするｎ×１合波部と、前記ｎ×１合波部が出射する前記１つの光波を外部へ向けて出力する出力用光導波路とが形成されてなる光遅延多重化回路であって、前記ｎ本の遅延光導波路が、ｎｉ本（ｉは１以上Ｎ以下のすべての整数値をとり、Ｎは２以上の整数であり、ｎｉは互に相異なる２以上の整数であり、ｎｉの合計はｎであるとする）の遅延光導波路からなる遅延光導波路グループＰｉに分けられ、同一の遅延光導波路グループＰｉに属する前記遅延光導波路の遅延時間は遅延光導波路グループＰｉ毎に異なる公差τｉの等差数列をなすことを特徴とする光遅延多重化回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光遅延多重化回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光パルスを分波し、相対的な遅延を与えた後に合波することでその繰り返し周波数を上げる、光遅延多重化回路が知られている。
【０００３】
従来の光遅延多重化回路の一つとして、図４に示す非対称マッハツェンダ干渉計構造のものが知られている（下記特許文献１参照）。図中、１ａは入射部、２ａ、２ｂ、２ｃは分波部である分岐部、３ａ、３ｂ、３ｃは非対称遅延線部、４ａ、４ｂ、４ｃは合波部、５ａは出射部である。
【０００４】
非対称遅延線部３ａ、３ｂ、３ｃには、非対称遅延線、すなわち遅延時間が異なる複数（図４においては２本）の遅延線があり、長い方の経路を光が通過することにより、短い方の経路を光が通過する時間に比べてそれぞれ、４Ｔ、２Ｔ、Ｔの遅延時間が与えられるように光路長が決められているとする。
【０００５】
また、分岐・合波部は図５に示す可変光結合器によって構成されており、６、７は入射光導波路、８、９は出射光導波路、１０は位相シフタ、１１及び１２は方向性結合器である。ここで、位相シフタとは、光導波路の屈折率を変えて、位相シフタを透過した光の位相を制御する素子である。具体的には、位相シフタは光導波路上に装加された薄膜ヒータあるいは電極であり、これらによって光導波路に熱または電界を印加して屈折率を制御する。
【０００６】
図５に示す可変光結合器においては、入射光導波路６より入射した光は、方向性結合器１１で分割される。２本の遅延線光導波路を伝播する光のうち、一方は位相シフタ１０により位相ずれが生じ、方向性結合器１２によって合波干渉した後、出射光導波路８、９から出射する。この時、位相シフタ１０により位相ずれ量を適当に調整することによって、出射光導波路８、９から出射する光の強度比を１：１にすることができる。以降では、いつでも出射光導波路８、９から出射する光の強度比は１：１に調整されているものとする。
【０００７】
繰返し周波数１／８Ｔのパルス光列を、便宜上
【０００８】
【数１】
2005107350.tif 000003
で表す。ここに、δ(ｘ）はｘ＝０のときにピ−ク値をとるようなパルス光を表している。
【０００９】
このようなパルス光列が当該光遅延多重化回路の入射部１ａの片方の遅延線に入射した場合を考える。最初の非対称遅延部３ａで長い遅延線を通過する光に与えられる過剰遅延は４Ｔであるので、合波部４ａでの光パルス列は式
【００１０】
【数２】
2005107350.tif 000004
で表されることになる。なお、ここでは短い遅延線を通ることによる遅延及び分岐による光強度の低下は無視している。
【００１１】
後段の非対称遅延部３ｂ及び３ｃで長い遅延線を通過する光に与えられる過剰遅延は、それぞれ、２Ｔ及びＴであるので、上記と同様の考え方をすれば、出射部５ａの片方の遅延線から出射される光パルス列は、結局
【００１２】
【数３】
2005107350.tif 000005
で与えられることになる。この式は周期Ｔで連続するパルス列
【００１３】
【数４】
2005107350.tif 000006
と同値である。従って当該光回路は、繰返し周波数１／８Ｔの光パルス列から、高い繰返し周波数１／Ｔの光パルス列を生成する機能を有することがわかる。
【００１４】
【特許文献１】特開平６−８５７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、上記光回路の様な光分波部、遅延線、光合波部からなる平面光導波路にパルス光を導入し、光を多重化することで高い繰返し周波数の光パルス列を発生させる場合、多重化後のパルス間隔を決める導波路の遅延量は固定であるため、発生させることのできる光パルス列の繰返し周波数は固定であった。そのため、繰返し周波数の異なる光パルス列を発生させる場合には、発生周波数毎の専用の平面光導波路を準備する必要があり、非効率であった。
【００１６】
本発明の主たる目的は、上述の問題点を解決して、平面光導波路上の分波部、遅延線、合波部により構成される光遅延多重化回路において、繰返し周波数の異なる光パルス列を発生させることを可能とする光遅延多重化回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明においては、請求項１に記載のように、
基板上に、入力用光導波路と、前記入力用光導波路から入力される光波の全部または一部をｎ個（ｎは４以上の整数であるとする）の光波に分波する１×ｎ分波部と、前記ｎ個の光波のそれぞれの強度を制御するｎ個の２×２光スイッチと、前記ｎ個の光波のそれぞれが通過するｎ本の遅延光導波路と、前記ｎ本の遅延光導波路を通過した後の前記ｎ個の光波を合波して１つの光波とするｎ×１合波部と、前記ｎ×１合波部が出射する前記１つの光波を外部へ向けて出力する出力用光導波路とが形成されてなる光遅延多重化回路であって、前記ｎ本の遅延光導波路が、ｎｉ本（ｉは１以上Ｎ以下のすべての整数値をとり、Ｎは２以上の整数であり、ｎｉは２以上の整数であり、ｎｉの合計はｎであるとする）の遅延光導波路からなる遅延光導波路グループＰｉに分けられ、同一の遅延光導波路グループＰｉに属する前記遅延光導波路の遅延時間は遅延光導波路グループＰｉ毎に異なる公差τｉの等差数列をなすことを特徴とする光遅延多重化回路を構成する。
【００１８】
また、本発明においては、請求項２に記載のように、
基板上に、入力用光導波路と、前記入力用光導波路から入力される光波の全部または一部をｎ個（ｎは５以上の整数であるとする）の光波に分波する１×ｎ分波部と、前記ｎ個の光波のそれぞれの強度を制御するｎ個の２×２光スイッチと、前記ｎ個の光波のそれぞれが通過するｎ本の遅延光導波路と、前記ｎ本の遅延光導波路を通過した後の前記ｎ個の光波を合波して１つの光波とするｎ×１合波部と、前記ｎ×１合波部が出射する前記１つの光波を外部へ向けて出力する出力用光導波路とが形成されてなる光遅延多重化回路であって、前記ｎ本の遅延光導波路が、ｎｉ本（ｉは１以上Ｎ以下のすべての整数値をとり、Ｎは２以上の整数であり、ｎｉは互に相異なる２以上の整数であり、ｎｉの合計はｎであるとする）の遅延光導波路からなる遅延光導波路グループＰｉに分けられ、同一の遅延光導波路グループＰｉに属する前記遅延光導波路の遅延時間は遅延光導波路グループＰｉ毎に異なる公差τｉの等差数列をなすことを特徴とする光遅延多重化回路を構成する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の実施により、平面光導波路上の分波部、遅延線、合波部により構成される光遅延多重化回路において、繰返し周波数の異なる光パルス列を発生させることを可能とする光遅延多重化回路を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
上記目的を達成するために本発明の光遅延多重化回路においては、基板上に入力用光導波路、１×ｎ分波部、ｎ個の２×２光スイッチ、ｎ本の遅延光導波路、ｎ×１合波部、及び出力用光導波路（ここに、ｎは４以上の整数とする）が、光の進路に沿って、このとおりの順番で形成された光回路において、上記ｎ本の遅延光導波路が、ｎ＝ｎ１＋・・＋ｎＮ（ここに、ｎｉの下添字ｉは１以上Ｎ以下のすべての整数値をとり、Ｎは２以上の整数であり、ｎｉは互に相異なる２以上の整数であるとする）を満たすｎ１本、・・、ｎＮ本の遅延光導波路からなる遅延光導波路グループＰ１、・・、ＰＮにグループ分けされ、各々の遅延光導波路グループＰ１、・・、ＰＮで与える分波部から合波部までの遅延量が、それぞれ、グループ毎に異なる公差τ１、・・、τＮの等差級数となつている。
【００２１】
なお、以下の説明においては、遅延光導波路グループＰ１、・・、ＰＮを、それぞれが与える分波部から合波部までの遅延量に注目して、遅延線グループＰ１、・・、ＰＮと呼ぶ。
【００２２】
遅延線グループＰ１、・・、ＰＮは、それぞれ、繰り返し周波数１/(ｎ１τ１)、・・、１/(ｎＮτＮ)のパルス列を、繰り返し周波数１/τ１、・・、１/τＮのパルス列に多重化する機能を有しており、２×２光スイッチは分波部から出てきた光の遅延線への光の透過・遮断を切り替える機能を有している。したがって、このような構造で、２×２光スイッチによって光を透過させる遅延線をＰ１、・・、ＰＮのグループうちのいずれかひとつに設定することで、低繰り返し周波数の光パルス列を高繰り返し周波数の光パルス列に多重化する機能を実現することができ、かつ選択するグループを切り替えることで、異なる繰り返し周波数の光パルス列を発生させることが可能となる。
【００２３】
以下に本発明の実施の形態例を挙げ、図面に基いて更に詳細に説明する。
【００２４】
図１はｎ＝３０、Ｎ＝３、ｎ１＝９、ｎ２＝１０、ｎ３＝１１とした場合の本発明の光遅延多重化回路の構造の一例を示す模式図である。この光遅延多重化回路は、入力用光導波路１００１、多モード干渉型（ＭＭＩ）光導波路で形成された１×ｎ分波部１００２、ｎ個の２×２光スイッチ１００３と遅延光導波路１００４と、ＭＭＩ光導波路で形成されたｎ×１合波部１００５と、出力用光導波路である出力用チャネル導波路１００６とが、この順で光学的に結合するようにＳｉ基板１００７上に形成されたものである。
【００２５】
遅延光導波路１００４にはｎ個の位相シフタグループ１００８が、各導波路に一つずつ位相シフタが配置されるように置かれ、また、遅延光導波路１００４は、９本の遅延線からなる遅延線グループＰ９（１００９）、１０本の遅延線からなる遅延線グループＰ１０（１０１０）、１１本の遅延線からなる遅延線グループＰ１１（１０１１）の三つに分かれており、遅延線グループＰ９、Ｐ１０、Ｐ１１で与えられる分波部から合波部までの遅延量はそれぞれ、公差２.７１、２.６３、２.５３ｐｓの等差級数となるように光路長が調整されている。なお、この場合、遅延線グループを構成する遅延線の本数がすべて異なるので、各グループ（ｉを用いた表記法によればＰ１、Ｐ２、Ｐ３）を、それぞれの遅延線の本数によって、Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ１１で表している。また、τ１＝２.７１ｐｓ、τ２＝２.６３ｐｓ、τ３＝２.５３ｐｓである。
【００２６】
１０１２は遅延光導波路を通過する光の強度を調整するためのｎ個の２×２光スイッチのモニタ用信号入力ポート、１０１３は遅延光導波路を通過する光の強度を調整するためのｎ個の２×２光スイッチのモニタ用信号出力ポートである。なお、光遅延多重化回路作製時の作製誤差により、各遅延線の光路長が設計値から微小にずれてしまうことがある。位相シフタ１００８はこのずれを補償するために各遅延線路に設置してある。
【００２７】
なお、ｎ本の遅延光導波路の内で一本を取り出し、その光が通過する２×２光スイッチ１００３を拡大すると図３のようになる。ここで１０１４は出力強度調整用位相シフタである。１×ｎ分波部１００２から入射した光は２×２光スイッチ１００３で一旦分波された後、再び合波され、遅延光導波路１００４とモニタ用信号出力ポート１０１３に分波される。したがって、出力強度調整用位相シフタ１０１４で与える位相シフト量を調整し、合波部での相対遅延量を調整することで、遅延光導波路１００４に出力される光量を０〜１００％の任意の値に調整できる機能を実現できる。
【００２８】
本発明の実施の形態の上記光遅延多重化回路は、一例として、次のような石英系光導波路作製技術を用いて作製する。まず、Ｓｉ基板１００７上に火炎堆積法によってＳｉＯ２下部クラッドを堆積し、次にＧｅＯ２をドーパントとして添加したＳｉＯ２ガラスのコア層を堆積した後に、電気炉で透明ガラス化する。次に、図１に示したようなパターンを用いてコア層をエッチングして光導波路部分を作製する。最後に、再びＳｉＯ２上部クラッド層を堆積する。またｎ個の２×２光スイッチ１００３の出力強度調整用位相シフタ及び位相シフタ１００８に用いる薄膜ヒータは上部クラッド層の上に配置する。
【００２９】
当該光遅延多重化回路において遅延線グループＰ９１００９を通過することにより光パルスがどのように変化するか、図２を用いて説明する。今、遅延線グループＰ９１００９を構成する９本の遅延線を区別するために、光路長の短い順にＰ９，１、Ｐ９，２、・・、Ｐ９，９と名付ける。遅延線グループＰ９で与えられる分波部から合波部までの遅延量は、公差２.７１ｐｓの等差級数となっているので、遅延線Ｐ９，１を通過した光パルスがｎ×１合波部１００５に到着してから２.７１ｐｓ遅れて、遅延線Ｐ９，２を通過した光パルスがｎ×１合波部１００５に到着することになる。同様にＰ９，３、Ｐ９，４、・・、Ｐ９，９を通過した光パルスがｎ×１合波部１００５に到着するのは、遅延線Ｐ９，２、Ｐ９，３、・・、Ｐ９，８を通過した光パルスがｎ×１合波部１００５に到着してから２.７１ｐｓ遅れてからということになる。したがって、図２に示すように遅延線グループＰ９１００９は繰返し周波数（２.７１ｐｓ×９）−１＝４１.０ＧＨｚの光パルス列を（２.７１ｐｓ）−１＝３６９ＧＨｚに遅延多重化する機能を有している。
【００３０】
同様に遅延線グループＰ１０１０１０、Ｐ１１１０１１は、それぞれ、繰返し周波数３８.０、３６.０ＧＨｚの光パルス列を３８０、３９６ＧＨｚに遅延多重化する機能を有している。
【００３１】
したがって、ｎ個の２×２光スイッチ１００３の各々の出力強度調整用位相シフタ１０１４を、遅延線グループＰ９を通る光の強度が均一になり、かつ遅延線グループＰ１０とＰ１１に光が漏れないように調整すると、この光遅延多重化回路は、繰返し周波数４１.０ＧＨｚの光パルス列を３６９ＧＨｚに遅延多重化する機能を実現できることになる。また、ｎ個の２×２光スイッチ１００３の各々の出力強度調整用位相シフタ１０１４を、遅延線グループＰ１０を通る光の強度が均一になり、かつ遅延線グループＰ９とＰ１１に光が漏れないように調整すると、この光遅延多重化回路は、繰返し周波数３８.０ＧＨｚの光パルス列を３８０ＧＨｚに遅延多重化する機能を実現できることになる。更にｎ個の２×２光スイッチ１００３の各々の出力強度調整用位相シフタ１０１４を、遅延線グループＰ１１を通る光の強度が均一になり、かつ遅延線グループＰ９とＰ１０に光が漏れないように調整すると、この光遅延多重化回路は、繰返し周波数３６.０ＧＨｚの光パルス列を３９６ＧＨｚに遅延多重化する機能を実現できることになる。
【００３２】
また１、２、３から任意に選んだ自然数ｍに対して遅延線Ｐ９，ｍ＋３、Ｐ９，ｍ＋６を光が通過することによって与えられる過剰な遅延時間は、遅延線Ｐ９，ｍを通過する光に対してそれぞれ８.１３、１６.２６ｐｓとなる。従って遅延線Ｐ９，ｍ、Ｐ９，ｍ＋３、Ｐ９，ｍ＋６、のみが均一な強度で光が通過し、かつ他のすべての遅延線に光が漏れないようにｎ個の２×２光スイッチ１００３の各々の出力強度調整用位相シフタ１０１４を調整することにより、当該光遅延多重化回路は、繰返し周波数４１.０ＧＨｚの光パルス列を１２３ＧＨｚに遅延多重化する機能を実現できることになる。
【００３３】
また遅延線グループＰ１０１０１０を構成する１０本の遅延線を区別するために、光路長の短い順にＰ１０，１、Ｐ１０，２、・・、Ｐ１０，１０と名付けると、１、２、３、４、５から任意に選んだ自然数ｋに対して遅延線Ｐ１０，ｋ＋５を光が通過することによって与えられる過剰な遅延時間は、遅延線Ｐ１０，ｋを通過する光に対してそれぞれ１３.１５ｐｓとなる。従って遅延線Ｐ１０，ｋ、Ｐ１０，ｋ＋５のみ均一な強度で光が通過し、かつ他のすべての遅延線に光が漏れないようにｎ個の２×２光スイッチ１００３の各々の出力強度調整用位相シフタ１０１４を調整することにより、当該光遅延多重化回路は、繰返し周波数３８.０ＧＨｚの光パルス列を７６.０ＧＨｚに遅延多重化する機能を実現できることになる。
【００３４】
更に１、２から任意に選んだ自然数ｒに対して遅延線Ｐ１０，ｒ＋２、Ｐ１０，ｒ＋４、Ｐ１０，ｒ＋６、Ｐ１０，ｒ＋８を光が通過することによって与えられる過剰な遅延時間は、遅延線Ｐ１０，ｒを通過する光に対してそれぞれ５.２６、１０.５２、１５.７８、２１.０４ｐｓとなる。従って遅延線Ｐ１０，ｒ、Ｐ１０，ｒ＋２、Ｐ１０，ｒ＋４、Ｐ１０，ｒ＋６、Ｐ１０，ｒ＋８のみ均一な強度で光が通過し、かつ他のすべての遅延線に光が漏れないようにｎ個の２×２光スイッチ１００３の各々の出力強度調整用位相シフタ１０１４を調整することにより、当該光遅延多重化回路は、繰返し周波数３８.０ＧＨｚの光パルス列を１９０ＧＨｚに遅延多重化する機能を実現できることになる。
【００３５】
なお、以上の実施の形態例では、ｎ＝３０、ｎ１＋ｎ２＋ｎ３＝ｎを満たす自然数のグループとして９、１０、１１を用いたが、本実施の形態例に提案された値に限定されるものでない。また遅延線グループで等差級数的に与える遅延量の公差として、２.７１、２.６３、２.５３ｐｓを用いたが、本実施の形態例に提案された値に限定されるものでない。ｎ及びｎ＝ｎ１＋・・＋ｎＮを満たす自然数のグループ（ｎ１、・・、ｎＮ）を変更し、遅延線グループで与える遅延量の公差（τ１、・・、τＮ）として異なる値を用いることで、出力光パルス列の繰り返し周波数を変更できることは自明である。なお、ｎ１、・・、ｎＮは、τ１、・・、τＮが異なる値である限り、異なる値である必要はなく、ｎｉは２以上の整数であり、ｎｉの合計はｎであればよい。
【００３６】
また、本実施の形態例では用いる平面光導波路材料として、Ｓｉ基板上のＳｉＯ２を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体光導波路材料や有機系光導波路材料を用いても、同様の機能が実現できることは明らかである。
【００３７】
なお、上記の１×ｎ分波部は入力用光導波路から入力される光波の一部を入力とするものであってもよい。
【００３８】
以上説明したとおり、本発明の光遅延多重化回路によれば、光が透過する遅延線を２×２スイッチにより調整することで、一つの回路において発生させる光パルス列の繰返し周波数を変化させることができ、光遅延多重化の高効率化を図ることが可能となる。
【００３９】
なお、ｎが１より大きく素数でない整数であるときには、Ｎが１である場合にも、光が透過する遅延線を２×２スイッチにより調整することで、一つの回路において発生させる光パルス列の繰返し周波数を変化させることができ、上記実施の形態例と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態例を示す光遅延多重化回路の構造を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態例を示す光遅延多重化回路が低繰返し周波数の光パルス列から高繰返し周波数の光パルス列を発生させる機構を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施の形態例を示す光遅延多重化回路の２×２光スイッチ部の構成を説明する説明図である。
【図４】従来の光遅延多重化回路の構造を示す模式図である。
【図５】従来の光遅延多重化回路の可変光結合器の構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ａ…入射部、２ａ、２ｂ、２ｃ…分岐部、３ａ、３ｂ、３ｃ…非対称遅延部、４ａ、４ｂ、４ｃ…合波部、５ａ…出射部、６、７…入射光導波路、８、９…出射光導波路、１０…位相シフタ、１１、１２…方向性結合器、１００１…入力用光導波路、１００２…多モード干渉型光導波路で形成された１×ｎ分波部、１００３…ｎ個の２×２光スイッチ、１００４…遅延光導波路、１００５…多モード干渉型光導波路で形成されたｎ×１合波部、１００６…出力用チャネル導波路、１００７…Ｓｉ基板、１００８…位相シフタ、１００９…遅延線グループＰ９、１０１０…遅延線グループＰ１０、１０１１…遅延線グループＰ１１、１０１２…遅延光導波路を通過する光の強度を調整するためのｎ個の２×２光スイッチのモニタ用信号入力ポート、１０１３…遅延光導波路を通過する光の強度を調整するためのｎ個の２×２光スイッチのモニタ用信号出力ポート、１０１４…出力強度調整用位相シフタ。
【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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