(57)【要約】【課題】波長分散が極めて小さい光合分波器の実現【解決手段】導波路を含む光路を有する、複数の光合分波回路から成り、各光合分波回路は第一ないし第四のポートを有し、第一、第二のポートは第三及び第四のポートと導波路を含む光路を介して結ばれ、所定の波長の光信号が入力されるポートに応じて、出力される光路が異なる、光合分波器において、一段目の合分波回路のポートの一つを二段目の合分波回路のポートの一つに接続し、一段目の合分波回路の他のポートに信号を入力したとき、信号が通過する一段目の合分波回路の光路と、二段目の合分波回路の光路とが、逆の波長分散特性を有するようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの入力ポートと２つの出力ポートをそれぞれ有する、２以上の光合分波回路から成り、入力されるポートに応じて所定の波長の光信号が出力される光路が異なり、前記各光路は逆の波長分散特性を有する複数の光合分波回路が、直列多段に接続されて成り、前記出力ポートと前記入力ポートを介して接続される光路は、互いに逆の波長分散特性を有することを特徴とする、光合分波器。
【請求項２】
それぞれが、２つの入力ポートと、２つの出力ポートと、前記入力ポートのそれぞれと前記２つの出力ポートを結ぶ光路とを有する、２以上の光合分波回路から成り、前記光合分波回路は、所定の波長の光信号が入力されるポートに応じて前記光信号が出力される光路が異なり、前記光路の各々は互いに逆の波長分散特性を有し、かつ一の前記光合分波回路の前記出力ポートの少なくとも１つが他の前記光合分波回路の前記入力ポートの少なくとも１つに接続されるように、直列かつ多段に接続され、前記接続された前記少なくとも１つの前記出力ポートと前記少なくとも１つの入力ポートに、それぞれ結ばれた前記光路は、互いに逆の波長分散特性を有することを特徴とする、光合分波器。
【請求項３】
導波路を含む光路を有する、複数の光合分波回路から成り、前記複数の光合分波回路はそれぞれ、前記光路の端末に第一、第二、第三及び第四のポートを有し、第一及び第二のポートはともに、第三及び第四のポートと前記導波路を含む光路を介して結ばれており、所定の波長を有する光信号が入力されるポートに応じて、この光信号が前記光合分波回路から出力される前記光路が異なり、この異なる光路が互いに逆の波長分散特性を有し得る、光合分波器において、一の前記光合分波回路の前記ポートの一つが他の前記光合分波回路の前記ポートの一つに接続され、この接続は、前記一の光合分波回路のいずれか他の前記ポートに前記光信号を入力したとき、接続に関与する前記光信号が前記一の光合分波回路において通過する光路と、接続に関与する前記光信号が前記他の光合分波回路において通過する光路とが、逆の波長分散特性を有するようになされたことを特徴とする、光合分波器。 
【請求項４】
前記複数の光合分波回路は、長さの異なる２本の導波路の２以上の組と、各組を順次結ぶ光カプラーから成る、請求項３の光合分波器。
【請求項５】
前記光カプラーは方向性結合器である請求項４の光合分波器。
【請求項６】
前記複数の光合分波回路は、それぞれマッハツェンダー干渉回路である、請求項４の光合分波器。 
【請求項７】
第一および第二の光合分波回路から成り、前記第一および第二の光合分波回路はともに、前記第一のポートに前記所定の波長の光信号が入力されるとき、第一の光路を経て前記第三のポートから出力され、前記第二のポートに前記所定の波長の光信号が入力されるとき、第二の光路を経て前記第四のポートから出力されるように、かつ、前記第一の光路と前記第二の光路とは、前記入力される前記所定の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、構成され、前記第一の光合分波回路の前記第三のポートを前記第二の光合分波回路の前記第二のポートに接続し、前記所定の波長の光信号が、前記第一の光合分波回路の前記第一のポートに入力されるとき、前記第一の光合分波回路の第一の光路および前記第二の光合分波回路の前記第二の光路を経て、光合分波の後、前記第二の光合分波回路の前記第四のポートから出力されるように構成された、請求項３ないし６いずれかの光合分波器。
【請求項８】
第一および第二の光合分波回路から成り、前記第一および第二の光合分波回路はともに、前記第一のポートに前記所定の波長の光信号が入力されるとき、第三の光路を経て前記第四のポートから出力され、前記第二のポートに前記所定の波長の光信号が入力されるとき、第四の光路を経て前記第三のポートから出力されるように、かつ、前記第三の光路と前記第四の光路とは、前記入力される前記所定の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、構成されており、前記第一の光合分波回路の前記第四のポートを前記第二の光合分波回路の前記第二のポートに接続し、前記所定の波長の光信号が、前記第一の光合分波回路の前記第一のポートに入力されるとき、前記第一の光合分波回路の前記第三の光路および前記第二の光合分波回路の前記第四の光路を経て、光合分波の後、前記第二の光合分波回路の前記第三のポートから出力されるように構成された、請求項３ないし６いずれかの光合分波器。
【請求項９】
第一、第二及び第三の光合分波回路から成り、前記光合分波回路はいずれも、前記第一のポートに所定の第一の波長の光信号が入力されるときは、第一の光路を経て前記第三のポートから出力され、前記第二のポートに前記所定の波長の光信号が入力されるとき、第二の光路を経て前記第四のポートから出力され、前記第一の光路と前記第二の光路とは、前記第一の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、また、前記第一のポートに所定の第二の波長の光信号が入力されるときは、第三の光路を経て前記第四のポートから出力され、前記第二のポートに前記所定の波長の光信号が入力されるときは、第四の光路を経て前記第三のポートから出力され、前記第三の光路と前記第四の光路とは、前記第二の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、構成されており、前記第一の光合分波回路の前記第三のポートを前記第二の光合分波回路の前記第二のポートに、前記第一の光合分波回路の前記第四のポートを前記第三の光合分波回路の前記第二のポートに接続し、前記第一の波長の光信号が前記第一の光合分波回路の前記第一のポートに入力されるときは、前記第一の光合分波回路の前記第一の光路および前記第二の光合分波回路の前記第二の光路を経て、光合分波の後、前記第二の光合分波回路の前記第四のポートから出力され、前記第二の波長の光信号が前記第一の光合分波回路の前記第一のポートに入力されるときは、前記第一の光合分波回路の前記第三の光路および前記第三の光合分波回路の前記第四の光路を経て、光合分波の後、前記第三の光合分波回路の前記第三のポートから出力されるように、構成された請求項３ないし６いずれかの光合分波器。
【請求項１０】
第一及び第二の光合分波回路から成り、前記第一及び第二の光合分波回路はともに、前記第一のポートに前記所定の波長の光信号が入力されるときは、第一の光路を経て前記第三のポートから出力され、前記第二のポートに前記所定の波長の光信号が入力されるときは、第二の光路を経て前記第四のポートから出力され、前記第四のポートに前記所定の波長の光信号が入力されるときは、前記第二の光路を経て前記第二のポートから出力され、かつ、前記第一の光路と前記第二の光路とは、前記入力される前記所定の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、構成されており、前記第一の光合分波回路の前記第三のポートを前記第二の光合分波回路の前記第四のポートに接続し、前記所定の波長の光信号が、前記第一の光合分波回路の前記第一のポートに入力されるとき、前記第一の光合分波回路の前記第一の光路および前記第二の光合分波回路の前記第二の光路を経て、光合分波の後、前記第二の光合分波回路の前記第二のポートから出力されるように構成された、請求項３ないし６いずれかの光合分波器。
【請求項１１】
第一及び第二の光合分波回路から成り、前記第一および第二の光合分波回路はともに、前記第一のポートに前記所定の波長の光信号が入力されるとき、第三の光路を経て前記第四のポートから出力され、前記第三のポートに前記所定の波長の光信号が入力されるとき、第四の光路を経て前記第二のポートから出力され、前記第三の光路と前記第四の光路とは、前記入力される前記所定の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、構成されており、前記第一の光合分波回路の前記第四のポートを前記第二の光合分波回路の前記第三のポートに接続し、前記所定の波長の光信号が、前記第一の光合分波回路の前記第一のポートに入力されるとき、前記第一の光合分波回路の前記第三の光路および前記第二の光合分波回路の前記第四の光路を経て、光合分波の後、前記第二の光合分波回路の前記第二のポートから出力されるように構成された、請求項３ないし６いずれかの光合分波器。
【請求項１２】
第一、第二及び第三の光合分波回路から成り、前記光合分波回路はともに、前記第一のポートに所定の第一の波長の光信号が入力されるとき、第一の光路を経て前記第三のポートから出力され、前記第四のポートに前記所定の波長の光信号が入力されるとき、第二の光路を経て前記第二のポートから出力され、前記第一の光路と前記第二の光路とは、前記第一の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、そして、前記第一のポートに所定の第二の波長の光信号が入力されるときは、第三の光路を経て前記第四のポートから出力され、前記第四のポートに前記第二の波長の光信号が入力されるときは、前記第三の光路を経て前記第一のポートから出力され、前記第三のポートに前記第二の波長の光信号が入力されるときは、第四の光路を経て前記第二のポートから出力され、かつ、前記第三の光路と前記第四の光路とは、前記第二の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、構成されており、前記第一の光合分波回路の前記第三のポートを前記第二の光合分波回路の前記第四のポートに、前記第一の光合分波回路の前記第四のポートを前記第三の光合分波回路の前記第三のポートに接続し、前記第一の波長の光信号が前記第一の光合分波回路の前記第一のポートに入力されるときは、前記第一の光合分波回路の前記第一の光路および前記第二の光合分波回路の前記第二の光路を経て、光合分波の後、前記第二の光合分波回路の前記第二のポートから出力され、前記第二の波長の光信号が前記第一の光合分波回路の前記第一のポートに入力されるときは、前記第一の光合分波回路の前記第三の光路および前記第三の光合分波回路の前記第四の光路を経て、光合分波の後、前記第三の光合分波回路の前記第二のポートから出力されるように、構成された請求項３ないし６いずれかの光合分波器。
【請求項１３】
前記第一および第二の光合分波回路が、石英等から成る平面基板の上に形成された光導波路から成るマッハツェンダー干渉回路である、請求項７、８、１０又は１１の光合分波器。
【請求項１４】
前記第一、第二及び第三の光合分波回路が、石英等から成る平面基板の上に形成された光導波路から成るマッハツェンダー干渉回路である、請求項９又は１２の光合分波器。
【請求項１５】
導波路を含む複数の光路を有する第一、第二及び第三の光合分波回路と、第一、第二及び第三の光アイソレータから成り、前記光合分波回路はいずれも、前記光路の端末に第一、第二、第三及び第四のポートを有し、第一及び第二のポートはともに第三及び第四のポートと前記導波路を含む光路を介して結ばれ、前記第一のポートに所定の第一の波長の光信号が入力されるとき、第一の光路を経て前記第三のポートから出力され、前記第四のポートに前記第一の波長の光信号が入力されるとき、第二の光路を経て前記第二のポートから出力され、前記第一の光路と前記第二の光路とは、前記第一の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、そして、前記第一のポートに所定の第二の波長の光信号が入力されるときは、第三の光路を経て前記第四のポートから出力され、前記第四のポートに前記第二の波長の光信号が入力されるときは、前記第三の光路を経て前記第一のポートから出力され、前記第三のポートに前記第二の波長の光信号が入力されるときは、第四の光路を経て前記第二のポートから出力され、かつ、前記第三の光路と前記第四の光路とは、前記第二の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、構成されており、前記第一の光アイソレータは、前記第一または第二の波長の光信号がそれを介して前記第一の光合分波回路に入力されるように、前記第一の光合分波回路の前記第一のポートの入力側に接続され、前記第二の光アイソレータは前記第二の光合分波回路の前記第一のポートの外部側に、前記第三の光アイソレータは前記第三の光合分波回路の前記第一のポートの外部側に、それぞれ接続され、前記第一の光合分波回路の前記第三のポートを前記第二の光合分波回路の前記第四のポートに、前記第一の光合分波回路の前記第四のポートを前記第三の光合分波回路の前記第三のポートに接続し、前記第一の波長の光信号が前記第一の光アイソレータを介して前記第一の光合分波回路の前記第一のポートに入力されるときは、前記第一の光合分波回路の前記第一の光路および前記第二の光合分波回路の前記第二の光路を経て、光合分波の後、前記第二の光合分波回路の前記第二のポートから出力され、前記第一の波長の光信号が前記第三の光アイソレータを介して前記第三の光合分波回路の前記第一のポートに入力されるときは、前記第三の光合分波回路の前記第一の光路および前記第一の光合分波回路の前記第二の光路を経て、光合分波の後、前記第一の光合分波回路の前記第二のポートから出力され、前記第二の波長の光信号が前記第一の光アイソレータを介して前記第一の光合分波回路の前記第一のポートに入力されるときは、前記第一の光合分波回路の前記第三の光路および前記第三の光合分波回路の前記第四の光路を経て、光合分波の後、前記第三の光合分波回路の前記第二のポートから出力されるように、構成され、前記第二の波長の光信号が前記第二の光アイソレータを介して前記第二の光合分波回路の前記第一のポートに入力されるときは、前記第二の光合分波回路の前記第三の光路および前記第一の光合分波回路の前記第四の光路を経て、光合分波の後、前記第一の光合分波回路の前記第二のポートから出力されるように、構成されたことを特徴とする、光合分波器。
【請求項１６】
前記第一、第二及び第三の光合分波回路は、それぞれマッハツェンダー干渉回路である、請求項１５の光合分波器。
【請求項１７】
前記マッハツェンダー干渉回路は、石英等から成る平面基板の上に形成された光導波路から成る、請求項１６の光合分波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光合分波器に関し、特に、出力光の波長分散を小さくした光合分波器およびさらに、合波と分波の機能を同時に兼ねることができるようにした光合分波器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近い将来の波長多重通信において、その一つの形態はインターリーブ方式である。この方式では、一定のチャンネル波長間隔を有する信号を、その２倍のチャンネル波長間隔を有し、かつそのチャンネル波長間隔だけ位相がずれた２つの信号に分波、あるいはその逆に合波する機能をもつ光合分波器が不可欠である。インターリーブ方式の波長多重通信に用いられる、このような光合分波器は、広くかつ平坦な通過波長域を有する必要がある。
【０００３】
図２４は、上記機能を有する従来の光合分波器を示す。この光合分波器は、広くかつ平坦な通過波長域を得るため、４個の光カプラー２４，２５，２６，２７と、隣接する光カプラーの間を結ぶ、長さの異なる２本の導波路の組（導波路２８ａと２８ｂ、導波路２９ａと２９ｂ、導波路３０ａと３０ｂの各組）から成り、マッハツェンダー干渉回路を直列多段接続したものに相当する。マッハツェンダー干渉回路が直列多段接続された光合分波器には、例えば、米国特許第5,852,505号に開示されたものがある。
【０００４】
図２５は、図２４の光合分波器のポート２１から白色光を入力したときのポート２２からの出力のスペクトル応答、図２６は同じくポート２３からの出力のスペクトル応答を示す。チャンネル波長間隔が約０．４ｎｍ（周波数５０ＧＨｚ）の信号λ1 ，λ2 ，λ3 ，λ4をポート２１から入力すると、ポート２２からは信号λ1 ，λ3 、ポート２３からは信号λ2 ，λ4 が出力され、それらのチャンネル波長間隔は約０．８ｎｍ（周波数１００ＧＨｚ）である。図２５および図２６に示されるように、マッハツェンダー干渉回路を直列多段接続した図２４の光合分波器は、広くかつ平坦な通過波長域が得られる。 
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、図２４に示す従来の光合分波器は、波長分散が大きい欠点をもつ。
【０００６】
図２７はポート２１から入力しポート２２から出力する光路の波長分散特性、図２８はポート２１から入力しポート２３から出力する光路の波長分散特性を、それぞれ示す。図２７、図２８とも、横軸は波長でなく周波数を示し、通過波長域付近のみでの分散を示している。図に示されるように、通過波長域付近で３０ps／nm近くの分散を有する。この値はパラメータにより異なるが、損失の波長平坦性をよくすると分散が増大することは、原理的に避けられない。波長分散が大きいと、システムの伝送速度や中継距離で不利になる。
【０００７】
本発明の目的は、それ故、波長分散が極めて小さい光合分波器を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的の第一を達成するため、本発明の光合分波器は、２つの入力ポートと２つの出力ポートをそれぞれ有する、２以上の光合分波回路から成り、入力されるポートに応じて所定の波長の光信号が出力される光路が異なり、各光路は逆の波長分散特性を有する複数の光合分波回路が、直列多段に接続されて成り、出力ポートと入力ポートを介して接続される光路は、互いに逆の波長分散特性を有することを特徴とする。
【０００９】
すなわち本発明の光合分波器は、それぞれが、２つの入力ポートと、２つの出力ポートと、入力ポートのそれぞれと２つの出力ポートを結ぶ光路とを有する、２以上の光合分波回路から成り、光合分波回路は、所定の波長の光信号が入力されるポートに応じてこの光信号が出力される光路が異なり、光路の各々は互いに逆の波長分散特性を有し、かつ一の光合分波回路の出力ポートの少なくとも１つが他の光合分波回路の入力ポートの少なくとも１つに接続されるように、直列かつ多段に接続され、この接続された少なくとも１つの出力ポートと少なくとも１つの入力ポートにそれぞれ結ばれた光路は、互いに逆の波長分散特性を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の光合分波器は、より具体的には、導波路を含む光路を有する、複数の光合分波回路から成り、これら複数の光合分波回路はそれぞれ、光路の端末に第一、第二、第三及び第四のポートを有し、第一及び第二のポートはともに、第三及び第四のポートと、導波路を含む光路を介して結ばれており、所定の波長を有する光信号が入力されるポートに応じて、この光信号が光合分波回路から出力される光路が異なり、この異なる光路が互いに逆の波長分散特性を有し得る、光合分波器において、一の光合分波回路のポートの一つが他の光合分波回路のポートの一つに接続され、この接続は、一の光合分波回路のいずれか他のポートに光信号を入力したとき、接続に関与する光信号が一の光合分波回路において通過する光路と、接続に関与する光信号が他の光合分波回路において通過する光路とが、逆の波長分散特性を有するようになされたことを特徴とする。典型的な光合分波回路は、長さの異なる２本の導波路の、長さの異なる２本の導波路の２以上の組と、各組を順次結ぶ光カプラーから成る。光カプラーは、例えば方向性結合器である。このような光合分波回路の典型は、マッハツェンダー干渉回路である。
【００１１】
また、上記目的をよりよく達成するため、上記本発明の光合分波器は、第一および第二の光合分波回路から成り、第一および第二の光合分波回路はともに、第一のポートに所定の波長の光信号が入力されるとき、第一の光路を経て第三のポートから出力され、第二のポートに所定の波長の光信号が入力されるとき、第二の光路を経て第四のポートから出力されるように、かつ、第一の光路と第二の光路とは、入力される所定の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、構成されており、光合分波器は、第一の光合分波回路の第三のポートを第二の光合分波回路の第二のポートに接続して、所定の波長の光信号が、第一の光合分波回路の第一のポートに入力されるとき、第一の光合分波回路の第一の光路および第二の光合分波回路の第二の光路を経て、光合分波の後、第二の光合分波回路の第四のポートから出力されるように構成される。
【００１２】
また、上記目的をよりよく達成するため、本発明の光合分波器は、第一および第二の光合分波回路から成り、これらの第一及び第二の光合分波回路はともに、第一のポートに所定の波長の光信号が入力されるとき、第三の光路を経て第四のポートから出力され、第二のポートに所定の波長の光信号が入力されるとき、第四の光路を経て第三のポートから出力されるように、かつ、第三の光路と第四の光路とは、入力される所定の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、構成されており、光合分波器は、第一の光合分波回路の第四のポートを第二の光合分波回路の第二のポートに接続して、所定の波長の光信号が、第一の光合分波回路の第一のポートに入力されるとき、第一の光合分波回路の第三の光路および第二の光合分波回路の第四の光路を経て、光合分波の後、第二の光合分波回路の第三のポートから出力されるように構成される。
【００１３】
また、上記目的をよりよく達成するため、本発明の光合分波器は、第一、第二及び第三の光合分波回路から成り、これらの光合分波回路はいずれも、第一のポートに所定の第一の波長の光信号が入力されるときは、第一の光路を経て第三のポートから出力され、第二のポートに所定の波長の光信号が入力されるとき、第二の光路を経て第四のポートから出力され、第一の光路と第二の光路とは、第一の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、また、第一のポートに所定の第二の波長の光信号が入力されるときは、第三の光路を経て第四のポートから出力され、第二のポートに所定の波長の光信号が入力されるときは、第四の光路を経て第三のポートから出力され、第三の光路と第四の光路とは、第二の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、構成されており、光合分波器は、第一の光合分波回路の第三のポートを第二の光合分波回路の第二のポートに、第一の光合分波回路の第四のポートを第三の光合分波回路の第二のポートに接続して、第一の波長の光信号が第一の光合分波回路の第一のポートに入力されるときは、第一の光合分波回路の第一の光路および第二の光合分波回路の第二の光路を経て、光合分波の後、第二の光合分波回路の第四のポートから出力され、第二の波長の光信号が第一の光合分波回路の第一のポートに入力されるときは、第一の光合分波回路の第三の光路および第三の光合分波回路の第四の光路を経て、光合分波の後、第三の光合分波回路の第三のポートから出力されるように、構成される。
【００１４】
また、上記目的をよりよく達成するため、本発明の光合分波器は、第一及び第二の光合分波回路から成り、第一及び第二の光合分波回路はともに、第一のポートに所定の波長の光信号が入力されるときは、第一の光路を経て第三のポートから出力され、第二のポートに所定の波長の光信号が入力されるときは、第二の光路を経て第四のポートから出力され、第四のポートに所定の波長の光信号が入力されるときは、第二の光路を経て第二のポートから出力され、かつ、第一の光路と第二の光路とは、入力される所定の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、構成されており、光合分波器は、第一の光合分波回路の第三のポートを第二の光合分波回路の第四のポートに接続して、所定の波長の光信号が、第一の光合分波回路の第一のポートに入力されるとき、第一の光合分波回路の第一の光路および第二の光合分波回路の第二の光路を経て、光合分波の後、第二の光合分波回路の第二のポートから出力されるように構成される。
【００１５】
また、上記目的をよりよく達成するため、本発明の光合分波器は、第一及び第二の光合分波回路から成り、第一及び第二の光合分波回路はともに、第一のポートに所定の波長の光信号が入力されるとき、第三の光路を経て第四のポートから出力され、第三のポートに所定の波長の光信号が入力されるとき、第四の光路を経て第二のポートから出力され、第三の光路と第四の光路とは、入力される所定の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、構成されており、光合分波器は、第一の光合分波回路の第四のポートを第二の光合分波回路の第三のポートに接続して、所定の波長の光信号が、第一の光合分波回路の第一のポートに入力されるとき、第一の光合分波回路の第三の光路および第二の光合分波回路の第四の光路を経て、光合分波の後、第二の光合分波回路の第二のポートから出力されるように構成される。
【００１６】
また、上記目的をよりよく達成するため、本発明の光合分波器は、第一、第二及び第三の光合分波回路から成り、光合分波回路はともに、第一のポートに所定の第一の波長の光信号が入力されるとき、第一の光路を経て第三のポートから出力され、第四のポートに所定の波長の光信号が入力されるとき、第二の光路を経て第二のポートから出力され、第一の光路と第二の光路とは、第一の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、そして、第一のポートに所定の第二の波長の光信号が入力されるときは、第三の光路を経て第四のポートから出力され、第四のポートに第二の波長の光信号が入力されるときは、第三の光路を経て第一のポートから出力され、第三のポートに第二の波長の光信号が入力されるときは、第四の光路を経て第二のポートから出力され、かつ、第三の光路と第四の光路とは、第二の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、構成されており、光合分波器は、第一の光合分波回路の第三のポートを第二の光合分波回路の第四のポートに、第一の光合分波回路の第四のポートを第三の光合分波回路の第三のポートに接続して、第一の波長の光信号が第一の光合分波回路の第一のポートに入力されるときは、第一の光合分波回路の第一の光路および第二の光合分波回路の第二の光路を経て、光合分波の後、第二の光合分波回路の第二のポートから出力され、第二の波長の光信号が第一の光合分波回路の第一のポートに入力されるときは、第一の光合分波回路の第三の光路および第三の光合分波回路の第四の光路を経て、光合分波の後、第三の光合分波回路の第二のポートから出力されるように、構成される。
【００１７】
また、上記第一及び第二の目的を達成するため、本発明の光合分波器は、導波路を含む複数の光路を有する第一、第二及び第三の光合分波回路と、第一、第二及び第三の光アイソレータから成り、光合分波回路はいずれも、光路の端末に第一、第二、第三及び第四のポートを有し、第一及び第二のポートはともに第三及び第四のポートと導波路を含む光路を介して結ばれ、第一のポートに所定の第一の波長の光信号が入力されるとき、第一の光路を経て第三のポートから出力され、第四のポートに第一の波長の光信号が入力されるとき、第二の光路を経て第二のポートから出力され、第一の光路と第二の光路とは、第一の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、そして、第一のポートに所定の第二の波長の光信号が入力されるときは、第三の光路を経て第四のポートから出力され、第四のポートに第二の波長の光信号が入力されるときは、第三の光路を経て第一のポートから出力され、第三のポートに第二の波長の光信号が入力されるときは、第四の光路を経て第二のポートから出力され、かつ、第三の光路と第四の光路とは、第二の波長の光信号に関して逆の波長分散特性を有するように、構成されており、第一の光アイソレータは、第一又は第二の波長の光信号がそれを介して第一の光合分波回路に入力されるように、第一の光合分波回路の第一のポートの入力側に接続され、第二の光アイソレータは第二の光合分波回路の第一のポートの外部側に、第三の光アイソレータは第三の光合分波回路の第一のポートの外部側に、それぞれ接続され、光合分波器は、第一の光合分波回路の第三のポートを第二の光合分波回路の第四のポートに、第一の光合分波回路の第四のポートを第三の光合分波回路の第三のポートに接続して、第一の波長の光信号が第一の光アイソレータを介して第一の光合分波回路の第一のポートに入力されるときは、第一の光合分波回路の第一の光路および第二の光合分波回路の第二の光路を経て、光合分波の後、第二の光合分波回路の第二のポートから出力され、第一の波長の光信号が第三の光アイソレータを介して第三の光合分波回路の第一のポートに入力されるときは、第三の光合分波回路の第一の光路および第一の光合分波回路の第二の光路を経て、光合分波の後、第一の光合分波回路の第二のポートから出力され、第二の波長の光信号が第一の光アイソレータを介して第一の光合分波回路の第一のポートに入力されるときは、第一の光合分波回路の第三の光路および第三の光合分波回路の第四の光路を経て、光合分波の後、第三の光合分波回路の第二のポートから出力され、第二の波長の光信号が第二の光アイソレータを介して第二の光合分波回路の第一のポートに入力されるときは、第二の光合分波回路の第三の光路および第一の光合分波回路の第四の光路を経て、光合分波の後、第一の光合分波回路の第二のポートから出力されるように、構成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、波長分散が極めて小さい（理論上ゼロ）光合分波器が実現される。波長分散を増加せずに光合分波できるので、実用上、波長多重通信システムにおいて伝送速度の増大、中継距離の延長を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明による光合分波器の実施の一形態を示す。図１の光合分波器は３個のマッハツェンダー干渉回路２ａ，２ｂ，２ｃを有し、それらが集積されている。３個のマッハツェンダー干渉回路２ａ，２ｂ，２ｃは同じ構造を有しているが、マッハツェンダー干渉回路２ｂと同２ｃとは、図の上下方向で鏡像関係にある。光合分波器は、石英基板１の上に形成されている。
【００２０】
図３は、マッハツェンダー干渉回路２ａ、２ｂ又は２ｃの構造を示す。マッハツェンダー干渉回路は、４個の光カプラー１０，１１，１２，１３と、隣接する光カプラーの間を結ぶ、長さの異なる２本の導波路の組（導波路１４と１５、導波路１６と１７、導波路１８と１９の各組）から成っている。光カプラー１０と１１には、方向性結合器の代わりに、ＭＭＩ型カプラーを用いてもよい。導波路の組のうち、一段目（光カプラー１０と１１の間）と三段目（光カプラー１２と１３の間）のそれぞれ長い方の導波路、すなわち導波路１５と１９とは同じ側にあり、二段目の組の長い方の導波路１７は反対側に位置している。光カプラー１０の外側の導波路の端末６を第一ポート、端末７を第二ポート、光カプラー１３の外側の導波路の端末８を第三ポート、端末９を第四ポートとする。
【００２１】
図１の光合分波器では、光信号をマッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６）に入力し、マッハツェンダー干渉回路２ａの第三ポート（端末８）をマッハツェンダー干渉回路２ｂの第二ポート（端末７）に、同２ａの第四ポート（端末９）をマッハツェンダー干渉回路２ｃの第二ポート（端末７）に、それぞれ接続し、マッハツェンダー干渉回路２ｂの第四ポート（端末９＝ポート４）と、マッハツェンダー干渉回路２ｃの第三ポート（端末８＝ポート５）から、合分波後の光信号を出力させている。
【００２２】
図２は、本発明による光合分波器の実施の他の形態を示す。図２の光合分波器は３個のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃを有し、それらが集積されている。光合分波器のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃの基本構造は、図３に示したものと同じである。マッハツェンダー干渉回路３２ａはマッハツェンダー干渉回路２ａと同じ構造を有し、マッハツェンダー干渉回路３２ｂ，３２ｃはマッハツェンダー干渉回路３２ａの出力側（第三ポート及び第四ポート）と入力側（第一ポート及び第二ポート）を反転させたもの（図の左右方向で鏡像関係）である。
【００２３】
図２の光合分波器では、光信号をマッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート（端末６）に入力し、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第三ポート（端末８）をマッハツェンダー干渉回路３２ｂの第四ポート（端末９）に、同３２ａの第四ポート（端末９）をマッハツェンダー干渉回路３２ｃの第三ポート（端末８）に、それぞれ接続し、マッハツェンダー干渉回路３２ｂの第二ポート（端末７＝ポート３４）およびマッハツェンダー干渉回路３２ｃの第二ポート（端末７＝ポート３５）から、合分波後の光信号を出力させている。
【００２４】
図３に示すマッハツェンダー干渉回路において、光カプラー１０と１１の結合率は、例えば約５０％（ただし設計値）、光カプラー１２と１３の結合率は、例えば約２％（ただし設計値）である。光合分波器を用いる波長帯の極大値（中心波長）をλｃ、導波路の等価屈折率をＮeff 、導波路１４と導波路１５の長さの差をΔＬとすると、導波路１６と導波路１７の長さの差が２ΔＬに、導波路１８と導波路１９の長さの差が４ΔＬ−λｃ／Ｎeff になるように、各導波路の組を構成する。
【００２５】
図８ないし図１１は、図３に示すマッハツェンダー干渉回路の損失特性及び波長分散特性を示す。図８は、第一ポート（端末６）に入力し、第三ポート（端末８）から出力させる光路（第一の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図９は、第二ポート（端末７）に入力し、第四ポート（端末９）から出力させる光路（第二の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図８と図９を比較すると明らかなように、第一の光路と第二の光路の、損失特性は同じで、波長分散特性は逆である。図１の光合分波器では、マッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６）から第三ポート（端末８）に至る第一の光路を、マッハツェンダー干渉回路２ｂの第二ポート（端末７）から第四ポート（端末９）に至る第二の光路に接続することによって、それぞれの波長分散特性を相殺させている。図２の光合分波器でも、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート（端末６）から第三ポート（端末８）に至る第一の光路を、マッハツェンダー干渉回路３２ｂの第四ポート（端末９）から第二ポート（端末７）に至る第二の光路に接続することにより、それぞれの波長分散特性を相殺させている。このとき通過波長域は若干狭まるが、信号はフィルタを２回通ることになるので、阻止特性は向上し、光アイソレーションは２倍になる。
【００２６】
図１０は、第一ポート（端末６）に入力し、第四ポート（端末９）から出力させる光路（第三の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図１１は、第二ポート（端末７）に入力し、第三ポート（端末８）から出力させる光路（第四の光路とする）の損失特性及び波長分散特性を示す。図１０と図１１を比較すると明らかなように、第三の光路と第四の光路においても、損失特性は同じで、波長分散特性は逆である。図１の光合分波器では、マッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６）から第四ポート（端末９）に至る第三の光路を、マッハツェンダー干渉回路２ｃの第二ポート（端末７）から第三ポート（端末８）に至る第四の光路に接続することにより、それぞれの波長分散特性を相殺させている。図２の光合分波器でも、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート （端末６）から第四ポート（端末９）に至る第三の光路を、マッハツェンダー干渉回路３２ｃの第三ポート（端末８）から第二ポート（端末７）に至る第四の光路に接続することにより、それぞれの波長分散特性を相殺させている。
【００２７】
図１２は、本発明による光合分波器の別の実施形態を示す。図１２の光合分波器は３個のマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃを有するが、これらはそれぞれ図２のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃと同じである。図２の光合分波器と異なる点は、図２の光合分波器で開放されていたマッハツェンダー干渉回路３２ａの第二ポート（端末７）が図１２のマッハツェンダー干渉回路４２ａでは出力ポートとして利用されること、図２の光合分波器で開放されていたマッハツェンダー干渉回路３２ｂおよび同３２ｃの第一ポートが、マッハツェンダー干渉回路４２ｂ及び同４２ｃではそれぞれの入力ポートとして利用されること、光合分波器の入力ポート４３，４７，４８とマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃの第一ポート（端末６）との間に、それぞれ光アイソレータ５１，５２，５３が挿入されていることである。
【００２８】
図１２の光合分波器の３個のマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃの組み合わせは、図２の光合分波器のマッハツェンダー干渉回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃの組み合わせと同じ特性をもつから、入力ポート４３から光信号λ1,λ2 ,λ3 ,λ4を入力すると、マッハツェンダー干渉回路４２ｂおよび同４２ｃの第二ポート（端末７）すなわち光合分波器のポート４４及び４５から出力される光信号（λ1,λ3 及びλ2 ,λ4 ）に関し、図１２の光合分波器は光分波器として作用する。この場合には、光アイソレータ５１の存在に拘わらず、図１２の光合分波器の光信号の経路は図２の光合分波器のそれと同じであるから、波長分散特性が相殺されている。
【００２９】
一方、入力ポート４７，４８からそれぞれ、光アイソレータ５２，５３を介して波長の異なる光信号λ2 ,λ4 及び光信号λ1 ,λ3が入力されると、マッハツェンダー干渉回路４２ａの第二ポート（端末７）、すなわち光合分波器のポート４６からは、合波された光信号λ1 ,λ2,λ3 ,λ4 が出力される。すなわち、図１２の光合分波器は、光合波器として作用する。それ故、図１２の光合分波器を用いると、同時に１台の光合波器と１台の光分波器の役目を果たす。
【００３０】
入力ポート４７，４８から入力され、合波されてポート４６から出力される光信号に関して、マッハツェンダー干渉回路４２ｂの第一ポートから第四ポート（端末９）に至る第三の光路と、マッハツェンダー干渉回路４２ａの第三ポート（端末８）から第二ポート（端末７）に至る第四の光路が、逆の波長分散特性を有するとともに、マッハツェンダー干渉回路４２ｃの第一ポート（端末６）から第三ポート（端末８）に至る第一の光路と、マッハツェンダー干渉回路４２ａの第四ポート（端末９）から第二ポート（端末７）に至る第二の光路が、逆の波長分散特性を有する。いずれの経路についても、波長分散特性は相殺されており、波長分散は理論上ゼロになる。
【００３１】
図１２に示す光合分波器のマッハツェンダー干渉回路４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、同じ作用をする（等価）光合分波回路で置き換えることができるのは、もちろんである。図１３は、端末６，７，８，９をもつ等価の光合分波回路６２ａ，６２ｂ，６２ｃで置き換えた場合の光合分波器の概念図である。
【００３２】
図１２に示す光合分波器は、石英基板４１上で別のレイアウトを有することができる。図１４は、図１２に示す光合分波器の別のレイアウトの一例を示す。
【００３３】
図１２に示す光合分波器は波長多重光通信システムに適用でき、特に双方向伝送システムに好適である。本発明の光合分波器は導波路を用いたものに限らず、光ファイバ型カプラーを用いたものでもよい。
【００３４】
本実施の形態によると、波長分散が極めて小さい（理論上ゼロ）光合分波器が実現される。波長分散を増加せずに光合分波できるので、実用上、波長多重通信システムにおいて伝送速度の増大、中継距離の延長を達成できる。なお、本実施の形態によると、通過波長域で損失の波長平坦性が従来の光合分波器と比較して損なわれることはない。
【００３５】
光信号が２つの光合分波回路を通過するので、２段のフィルター効果を受け、アイソレーション特性も向上する。
【００３６】
また、本実施の形態によると（図１２のような構成をとることにより）、１台で同時に各１台の光合波器と光分波器の役目を果たす光合分波器が、実現される。それ故、信号源が異なる複数の光信号の合波及び分波の処理に必要な光合分波器のスペースを減らすことができ、コストも削減できる。
【実施例】
【００３７】
以下に実施例を示し、本発明の構成及び効果をさらに具体的に説明する。
【００３８】
［実施例１］
図１に示す光合分波器を石英基板１の上に形成させた。詳細には、石英基板１の上に、ＧｅＯ2 ドープされたＳｉＯ2 コアガラス膜をスパッタリングにより形成し、フォトエッチングによりパターンを作り、その上にプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ2クラッド層を形成した。この光合分波器を用い、マッハツェンダー干渉回路２ａの第一ポート（端末６＝ポート３）から波長間隔０．４ｎｍの光信号λ1,λ2 ,λ3 ,λ4 を入力すると、ポート４からは光信号λ1 ,λ3、ポート５からは光信号λ2 ,λ4 が、それぞれ出力される。ポート３からポート４に至る光路も、ポート３からポート５に至る光路も、すでに説明した通り、マッハツェンダー干渉回路の波長分散特性が互いに相殺されており、分散が理論上は皆無の光合分波器が得られる。
【００３９】
図４ないし図７は、実施例１（図１）の光合分波器の光学特性を示す。図４はポート３から入力されポート４から出力される光信号の波長損失特性、図６は同じく通過波長域の波長損失特性および波長分散特性を示す。図５はポート３から入力されポート５から出力される光信号の波長損失特性、図７は同じく通過波長域の波長損失特性および波長分散特性を示す。通過波長域の損失特性は波長に対して平坦であり、分散は図示された通過域全体でほぼ０になっている。
【００４０】
［実施例２］
図２に示す光合分波器を、実施例１と同様の方法で製作した。この光合分波器を用い、マッハツェンダー干渉回路３２ａの第一ポート（端末６＝ポート３３）から、波長間隔０．４ｎｍの光信号λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4を入力すると、ポート３４からは光信号λ1 ,λ3 、ポート３５からは光信号λ2 ,λ4が出力される。ポート３３からポート３４に至る光路も、ポート３３からポート３５に至る光路も、すでに説明した通り、接続されたマッハツェンダー干渉回路の波長分散特性が互いに相殺されているので、分散が理論上皆無の光合分波器が得られる。
【００４１】
実施例１において、ＧｅＯ2 ドープされたＳｉＯ2 コアガラス膜の代わりに、ＴｉＯ2ドープされたＳｉＯ2 コアガラス膜を用いてもよい。また、光合分波回路素子の製作後に、製作上の誤差を補正するため、炭酸ガスレーザ照射することが望ましい。光合分波器の製作には公知の導波路製作のいずれを用いてもよい。
【００４２】
［実施例３］
図１２に示す光合分波器を、実施例１と同様の方法で製作した。光アイソレータとしては、アイソレーション２０ｄＢ程度のものを用い、導波路モジュールに融着固定した。この光合分波器を用い、入力ポート４３から波長間隔０.4ｎｍの光信号λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 を、光アイソレータ５１を介してマッハツェンダー干渉回路４２ａの第一ポート（端末６）に入力すると、ポート４４からは光信号λ1,λ3 、ポート４５からは光信号λ2 ,λ4 が出力される。入力ポート４３からポート４４に至る光路も、入力ポート４３からポート４５に至る光路も、すでに説明した通り、接続されたマッハツェンダー干渉回路の波長分散特性が互いに相殺されるので、図１２の光合分波器は分散が理論上皆無の光分波器として作用する。
【００４３】
図１５は、光信号を入力ポート４３に入力しポート４４から出力させた場合の波長損失特性を示す。図１６は、光信号を入力ポート４３に入力しポート４５から出力させた場合の波長損失特性を示す。それぞれ波長λ1 ,λ3 または波長λ2,λ4において波長損失は０ｄＢである。
【００４４】
図１９は、入力ポート４３からポート４４に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示し、図２０は、入力ポート４３からポート４５に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示す。
【００４５】
入力ポート４７から光信号λ2 ,λ4 を、入力ポート４８から光信号λ1,λ3を、それぞれ光アイソレータ５２，５３を介してマッハツェンダー干渉回路４２ｂ，４２ｃの各第一ポート（端末６）に入力すると、ポート４６から合波された光信号λ1,λ2 ,λ3 ,λ4 が出力される。入力ポート４７からポート４６に至る光路も、入力ポート４８からポート４６に至る光路も、すでに説明した通り、接続されたマッハツェンダー干渉回路の間で波長分散特性が互いに相殺されるので、図１２の光合分波器は分散が理論上皆無の光分波器として作用する。
【００４６】
図１７は、光信号を入力ポート４７に入力しポート４６から出力させた場合の波長損失特性を示す。図１８は、光信号を入力ポート４８に入力しポート４６から出力させた場合の波長損失特性を示す。それぞれ波長λ2 ,λ4 または波長λ1 ,λ3において波長損失は０ｄＢである。
【００４７】
図２１は、入力ポート４７からポート４６に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示し、図２２は、入力ポート４８からポート４６に至る光路の通過波長域の波長分散特性を示す。
【００４８】
図２３に示すように、第一のマッハツェンダー干渉回路７２ａの第三ポート（端末８）を第二のマッハツェンダー干渉回路７２ｂの第二ポート（端末７）に、同じく第四ポート（端末９）を第三のマッハツェンダー干渉回路７２ｃの第二ポート（端末７）に、それぞれ接続した光合分波器に対して、マッハツェンダー干渉回路７２ｂの第三ポート（端末８）及びマッハツェンダー干渉回路７２ｃの第四ポート（端末９）に、それぞれ光アイソレータ７３及び７４を設け、これらを介して光信号を入力させることもできる。この場合にも、本発明の第二の目的、すなわち１個の光合分波器の分波合波同時使用は達成できるが、第一のマッハツェンダー干渉回路７２ａの第二ポート（端末７＝４６ポート）から出力される、合波後の光信号の波長分散は０にならず、やや増大する。それ故、この構成で入力側に光アイソレータを挿入して第一のマッハツェンダー干渉回路を出力側とする光合波器として利用することには、幾分の不利がある。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による光合分波器の実施の一形態を示す平面説明図。
【図２】本発明による光合分波器の実施の一形態を示す平面説明図。
【図３】本発明に用いる光合分波回路の説明図。
【図４】光信号の波長損失特性を示すグラフ。
【図５】光信号の波長損失特性を示すグラフ。
【図６】通過波長域の波長損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図７】通過波長域の波長損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図８】光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図９】光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図１０】光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図１１】光路の損失特性及び波長分散特性を示すグラフ。
【図１２】本発明による光合分波器の別の実施形態を示す平面説明図。
【図１３】等価の光合分波回路で置き換えた場合の光合分波器の概念図。
【図１４】図１２に示す光合分波器の、別のレイアウトを示す平面説明図。
【図１５】波長損失特性を示すグラフ。
【図１６】波長損失特性を示すグラフ。
【図１７】波長損失特性を示すグラフ。
【図１８】波長損失特性を示すグラフ。
【図１９】光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２０】光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２１】光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２２】光路の通過波長域の波長分散特性を示すグラフ。
【図２３】本発明による光合分波器の、さらに他の実施形態を示す平面説明図。
【図２４】従来の光合分波器を示す平面説明図。
【図２５】従来の光合分波器に白色光を入力したときの出力のスペクトル応答を示すグラフ。
【図２６】従来の光合分波器に白色光を入力したときの出力のスペクトル応答を示すグラフ。
【図２７】光路の波長分散特性を示すグラフ。
【図２８】光路の波長分散特性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５０】
１  石英基板
２ａ，２ｂ，２ｃ  マッハツェンダー干渉回路
３，４，５  ポート
６，７，８，９  端末
１０，１１，１２，１３  光カプラー
１４，１５  導波路
１６，１７  導波路
１８，１９  導波路
２０  光合分波器
２１，２２，２３  ポート
２４，２５，２６，２７  光カプラー
２８ａ，２８ｂ  導波路
２９ａ，２９ｂ  導波路
３０ａ，３０ｂ  導波路
３１  石英基板
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ  マッハツェンダー干渉回路
３３，３４，３５  ポート
４１  石英基板
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ  マッハツェンダー干渉回路
４３  入力ポート
４４，４５，４６  ポート
４７，４８  入力ポート
５１，５２，５３  光アイソレータ
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ  光合分波回路
７１  石英基板
７２ａ，７２ｂ，７２ｃ  マッハツェンダー干渉回路
７３，７４  光アイソレータ
【図１】
2005250504.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2005250504.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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