(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路における光導波方向の所定範囲に亘って屈折率変調による回折格子が形成されており、この光導波路を導波する光のうち反射帯域内の光を前記回折格子により選択的に反射する光導波路型回折格子素子であって、
前記所定範囲の中心位置を原点とするｚ軸を光導波方向に設定し、反射すべき波長λに応じた周期をΛとし、Ｋを２以上の整数とし、２ｄを前記所定範囲の長さとし、ａｋをパラメータとしたとき、前記屈折率変調Δｎall(z)が下記（１）式で表され、
【数１】
0004529264.tif 000004
前記屈折率変調の振幅分布Δｎ(z)が位相反転部を有し、
透過率がＴ0（単位ｄＢ）以下である連続した波長帯域のうち最大帯域幅のものを第１帯域とし、反射率がＲ0（単位ｄＢ）となる波長のうちの最大波長と最小波長との間の波長帯域を第２帯域としたときに、
前記回折格子の屈折率変調が前記所定範囲の中心位置を中心として前後対称であり、
Ｔ0が−２０ｄＢ以下であり、
Ｒ0が−２０ｄＢ以下であり、
前記第１帯域の幅Ｂ1（単位ｎｍ）と前記第２帯域の幅Ｂ2（単位ｎｍ）との比（Ｂ1／Ｂ2）が０．３以上であり、
前記第１帯域内の光が前記回折格子により反射されることにより生じる最大群遅延差（単位ｐｓ）が[0.011×exp(7.86×Ｂ1／Ｂ2−0.045×Ｒ0)／Ｂ1]ps 以下である、
ことを特徴とする光導波路型回折格子素子。
【請求項２】
前記回折格子の屈折率変調が形成される前記所定範囲の長さ２ｄが４０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子素子。
【請求項３】
前記最大群遅延差が１０ｐｓ以下であることを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子素子。
【請求項４】
前記最大群遅延差が２．５ｐｓ以下であることを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子素子。
【請求項５】
前記第２帯域の幅Ｂ2が１．６ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子素子。
【請求項６】
前記第２帯域の幅Ｂ2が０．８ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光導波路型回折格子素子。
【請求項７】
請求項１記載の光導波路型回折格子素子を含み、この光導波路型回折格子素子により反射帯域内の光を選択的に反射して、光を合波または分波することを特徴とする合分波モジュール。
【請求項８】
波長多重した多波長の信号光を用いて光伝送を行う光伝送システムであって、請求項７記載の合分波モジュールを含み、この合分波モジュールにより前記多波長の信号光を合波または分波することを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路における光導波方向の所定範囲に亘って屈折率変調による回折格子が形成された光導波路型回折格子素子、この光導波路型回折格子素子を含み光を合波または分波する合分波モジュール、および、この合分波モジュールを含み多波長の信号光を用いて光伝送を行う光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路型回折格子素子は、光導波路（例えば光ファイバ）における光導波方向の所定範囲に亘って屈折率変調による回折格子が形成されたものであって、この光導波路を導波する光のうち所定の反射帯域内の光を回折格子により選択的に反射することができる。また、この光導波路型回折格子素子を含む合分波モジュールは、光導波路型回折格子素子により反射帯域内の光を選択的に反射することで光を合波または分波することができ、波長多重した多波長の信号光を用いて光伝送を行う波長多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）伝送システム等において用いられる。
【０００３】
一般に、光導波路型回折格子素子は、光導波路における光導波方向の所定範囲に亘って一定周期Λの屈折率変調による回折格子が形成されていて、この回折格子により、λ＝２Ｎ・Λ なる式で表されるブラッグ条件式を満たす波長λの光を選択的に反射し、他の波長の光を透過する。ここで、Ｎは光導波路の屈折率変調領域における平均の実効的屈折率である。
【０００４】
このような光導波路型回折格子素子により反射帯域内の光が反射する際に生じる群遅延差が問題となる。すなわち、回折格子における光の反射が回折格子内の光導波方向のあらゆる位置で起きることから、実効的な反射位置が波長に応じたものとなり、これに因り反射光に群遅延が生じる。反射帯域内の群遅延の波長依存性が大きいと、光導波路型回折格子素子で反射することにより信号光の波形が劣化して、受信誤りが生じ易くなり、ＷＤＭ伝送において大容量化を図ることができない。
【０００５】
そこで、反射帯域における反射帯域内の光の反射に因り生じる群遅延差を低減することを図った光導波路型回折格子素子が、文献１「M. Ibsen, et al., "Optimised square passband fibre Bragg grating filter with in-band flat group delay response", Electron. Lett., Vol.34, No.8, pp.800-802 (1998)」や、文献２「M. Ibsen, et al., "99.9% Reflectivity Dispersion-less Square-filter Fibre Bragg Gratings for High Speed DWDM Networks", OFC'2000, PD21 (2000)」に記載されている。
【０００６】
文献１に記載された光導波路型回折格子素子は、回折格子の屈折率変調の振幅分布が一様ではなくアポダイズされたものである。回折格子の屈折率変調が形成された所定範囲の中心位置を原点とするｚ軸を光導波方向に設定して、回折格子の屈折率変調の振幅分布を変数ｚの関数として表すと、このアポダイズされた振幅分布はsinc関数とガウス関数との積で表され、上記所定範囲の中心位置を中心として前後対称である。
【０００７】
文献２に記載された光導波路型回折格子素子も、回折格子の屈折率変調の振幅分布が一様ではなくアポダイズされたものである。この光導波路型回折格子素子の屈折率変調の振幅分布は、レイヤーピーリング手法（layer peeling Bragg grating design method）により設計されたものである。すなわち、回折格子の屈折率変調が形成されるべき所定範囲が多数の微小区間に細分化され、回折格子の全体で所望の反射率特性が得られるように上記所定範囲の一端から順次に各微小区間の屈折率が決定されて、これにより屈折率変調の振幅分布が設計されたものである。
【０００８】
上記の文献１および文献２それぞれに記載された光導波路型回折格子素子は、回折格子の屈折率変調の振幅分布が一様であるものやガウス関数で表されるものと比較すれば、反射帯域内の光が反射する際に生じる群遅延差が小さい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の文献１および文献２それぞれに記載された光導波路型回折格子素子は、以下のような問題点を有している。すなわち、文献１に記載された光導波路型回折格子素子は、反射帯域における光の透過率が大きいことから、反射すべき波長の光の一部が透過する。したがって、このような光導波路型回折格子素子を含む合分波モジュールをＷＤＭ伝送システムにおいて用いると、透過すべき波長の光であって実際に光導波路型回折格子素子を透過したものと、反射すべき波長の光ではあるが光導波路型回折格子素子を透過した一部のものとの間で、各々の波長の差が小さい場合にクロストークが生じて受信エラー発生率が高くなる。また、反射すべき波長の光の一部が光導波路型回折格子素子を透過することから、反射すべき波長の光であって実際に光導波路型回折格子素子で反射されたものはパワーロスが生じる。また、文献１に記載された光導波路型回折格子素子は、回折格子の屈折率変調の振幅分布が一様であるものやガウス関数で表されるものと比較すれば、反射帯域内の光が反射する際に生じる群遅延差が小さいものの、未だ充分には群遅延差が小さくない。
【００１０】
文献２に記載された光導波路型回折格子素子は、文献２に記載されたものと比較して、光が反射する際に生じる群遅延差が更に小さい。しかし、回折格子の屈折率変調が形成される所定範囲の長さが１２０ｍｍと長いことから、温度変動に因り一般に生じる反射特性の変動を抑制する為の温度調整機構または温度補償機構の実現が困難である。また、回折格子の屈折率変調の振幅分布が上記所定範囲の中心位置を中心として前後対称ではなく非対称であることから、合波および分波の双方が可能な合分波モジュール（光ＡＤＭ: Add-Drop Multiplexer）を実現するには２個の光導波路型回折格子素子が必要であり、この点からも、合分波モジュールが大きくなる。
【００１１】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、反射帯域内の光が反射する際に生じる群遅延差が小さく、回折格子の屈折率変調が形成される所定範囲の長さが短く、回折格子の屈折率変調の振幅分布が上記所定範囲の中心位置を中心として前後対称である光導波路型回折格子素子を提供することを目的とする。また、このような光導波路型回折格子素子を含む合分波モジュール、および、この合分波モジュールを含む光伝送システムを提供することをも目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光導波路型回折格子素子は、光導波路における光導波方向の所定範囲に亘って屈折率変調による回折格子が形成されており、この光導波路を導波する光のうち反射帯域内の光を回折格子により選択的に反射する光導波路型回折格子素子であって、所定範囲の中心位置を原点とするｚ軸を光導波方向に設定し、反射すべき波長λに応じた周期をΛとし、Ｋを２以上の整数とし、２ｄを所定範囲の長さとし、ａｋをパラメータとしたとき、屈折率変調Δｎall(z)が後述する（１）式で表され、屈折率変調の振幅分布Δｎ(z)が位相反転部を有し、透過率がＴ0（単位ｄＢ）以下である連続した波長帯域のうち最大帯域幅のものを第１帯域とし、反射率がＲ0（単位ｄＢ）となる波長のうちの最大波長と最小波長との間の波長帯域を第２帯域としたときに、回折格子の屈折率変調が所定範囲の中心位置を中心として前後対称であり、Ｔ0が−２０ｄＢ以下であり、Ｒ0が−２０ｄＢ以下であり、第１帯域の幅Ｂ1（単位ｎｍ）と第２帯域の幅Ｂ2（単位ｎｍ）との比（Ｂ1／Ｂ2）が０．３以上であり、第１帯域内の光が回折格子により反射されることにより生じる最大群遅延差（単位ｐｓ）が[0.011×exp(7.86×Ｂ1／Ｂ2−0.045×Ｒ0)／Ｂ1]ps 以下である、ことを特徴とする。
【００１３】
この光導波路型回折格子素子は、従来のものと比べて、第１帯域内の光が反射する際に生じる群遅延差が小さいことから、反射した信号光の波形の劣化が抑制される。また、この光導波路型回折格子素子は、回折格子の屈折率変調が形成される所定範囲の長さを短くすることができることから、温度変動に因る反射特性の変動を抑制する為の温度調整機構または温度補償機構の実現が容易である。また、この光導波路型回折格子素子は、回折格子の屈折率変調の振幅分布が上記所定範囲の中心位置を中心として前後対称であることから、合波および分波の双方が可能な合分波モジュールを実現する場合であっても、１個の光導波路型回折格子素子で充分であり、合分波モジュールを小型とすることができる。
【００１４】
また、本発明に係る光導波路型回折格子素子は、回折格子の屈折率変調が形成される所定範囲の長さ２ｄが４０ｍｍ以下であることを特徴とする。この場合には、温度調整機構または温度補償機構の実現が更に容易である。
【００１６】
本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法は、上記の本発明に係る光導波路型回折格子素子を製造する方法であって、回折格子の屈折率変調の振幅分布を非線形計画法により設計して、これに基づいて光導波路型回折格子素子を製造することを特徴とする。この光導波路型回折格子素子製造方法によれば、上記の光導波路型回折格子素子を製造することができる。
【００１７】
本発明に係る合分波モジュールは、上記の本発明に係る光導波路型回折格子素子を含み、この光導波路型回折格子素子により反射帯域内の光を選択的に反射して、光を合波または分波することを特徴とする。また、本発明に係る光伝送システムは、波長多重した多波長の信号光を用いて光伝送を行う光伝送システムであって、上記の本発明に係る合分波モジュールを含み、この合分波モジュールにより多波長の信号光を合波または分波することを特徴とする。これによれば、合分波モジュールに含まれる光導波路型回折格子素子により第１帯域内の波長の光が反射する際に生じる群遅延差が小さいことから、反射した波長の信号光の波形の劣化が抑制され、大容量のＷＤＭ伝送が可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
先ず、本発明に係る光導波路型回折格子素子およびその製造方法の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００の説明図である。この図は、光軸を含む面で切断したときの光導波路型回折格子素子１００の断面図を示している。この光導波路型回折格子素子１００は、光導波路である光ファイバ１１０に回折格子１１３が形成されたものである。光ファイバ１１０は、石英ガラスを主成分とするものであって、光軸中心を含むコア領域１１１にＧｅＯ2が添加されており、このコア領域１１１を取り囲んでクラッド領域１１２が設けられている。この光ファイバ１１０における光導波方向の所定範囲に亘って屈折率変調Δｎallによる回折格子１１３が形成されている。
【００２０】
回折格子１１３が形成された所定範囲の中心位置を原点とするｚ軸を光導波方向に設定すると、この回折格子１１３の屈折率変調Δｎall(ｚ)は、例えば、
【００２１】
【数１】
0004529264.tif 000002
なる式で表される。ここで、Ｋは２以上の整数である。回折格子１１３の屈折率変調Δｎallは、反射すべき波長λに応じた一定周期Λのcos関数と、屈折率変調の振幅分布Δｎ(ｚ)との積で表される（(1a)式）。また、屈折率変調の振幅分布Δｎ(ｚ)は、Ｋ個のcos関数の和で表され、アポダイズされたものである（(1b)式）。これらＫ個のcos関数それぞれは、屈折率変調が形成される所定範囲（−ｄ≦ｚ≦＋ｄ）において原点（ｚ＝０）を中心にして対称である偶関数であり、上記所定範囲の両端（ｚ＝±ｄ）および上記所定範囲外（ｚ＜−ｄまたは＋ｄ＜ｚ）で値が零であり、各々の周期が互いに異なる。したがって、この光導波路型回折格子素子１００では、回折格子１１３の屈折率変調の振幅分布Δｎ(ｚ)は、中心位置（ｚ＝０）を中心として前後対称である。
【００２２】
そして、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００の透過率がＴ0（単位ｄＢ）以下である連続した波長帯域のうち最大帯域幅のものを第１帯域とする。また、光導波路型回折格子素子１００の反射率がＲ0（単位ｄＢ）となる波長のうちの最大波長と最小波長との間の波長帯域を第２帯域とする。このときに、Ｔ0が−２０ｄＢ以下であり、Ｒ0が−２０ｄＢ以下であり、第１帯域の幅Ｂ1（単位ｎｍ）と第２帯域の幅Ｂ2（単位ｎｍ）との比（Ｂ1／Ｂ2）が０．３以上であり、また、第１帯域内の光が回折格子１１３により反射されることにより生じる最大群遅延差（単位ｐｓ）が 0.011×exp(7.86×Ｂ1／Ｂ2−0.045×Ｒ0)／Ｂ1
以下である。
【００２３】
このような光導波路型回折格子素子１００は、第１帯域（反射帯域）内の光が反射する際に生じる群遅延差が小さいことから、反射した信号光の波形の劣化が抑制される。したがって、この光導波路型回折格子素子１００を含む合分波モジュールが用いられるＷＤＭ伝送において大容量化を図ることができる。また、このような光導波路型回折格子素子１００は、回折格子１１３の屈折率変調が形成される所定範囲の長さ２ｄを短くすることができることから、温度変動に因る反射特性の変動を抑制する為の温度調整機構または温度補償機構の実現が容易である。
【００２４】
また、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００は、回折格子１１３の屈折率変調の振幅分布Δｎ(ｚ)が位相反転部を有するのが好適である。この場合、上記のような諸特性を有する光導波路型回折格子素子１００を実現する上で好適である。また、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００は、回折格子１１３の屈折率変調が形成される所定範囲の長さ２ｄが４０ｍｍ以下であるのが好適である。この場合には、温度調整機構または温度補償機構の実現が更に容易である。
【００２５】
さらに、第１帯域内の光が回折格子１１３により反射されることにより生じる最大群遅延差は、１０ｐｓ以下であるのが好適であり、２．５ｐｓ以下であれば更に好適である。また、第２帯域の幅Ｂ2が１．６ｎｍ以下であるのが好適であり、第２帯域の幅Ｂ2が０．８ｎｍ以下であれば更に好適である。最大群遅延差が１０ｐｓ以下であって第２帯域の幅Ｂ2が１．６ｎｍ以下である光導波路型回折格子素子１００を合分波モジュールは、ビットレートが１０Ｇｂｐｓであって波長間隔が１００ＧＨｚであるＷＤＭ伝送を行う光伝送システムにおいて好適に用いられる。最大群遅延差が１０ｐｓ以下であって第２帯域の幅Ｂ2が０．８ｎｍ以下である光導波路型回折格子素子１００を合分波モジュールは、ビットレートが１０Ｇｂｐｓであって波長間隔が５０ＧＨｚであるＷＤＭ伝送を行う光伝送システムにおいて好適に用いられる。最大群遅延差が２．５ｐｓ以下であって第２帯域の幅Ｂ2が１．６ｎｍ以下である光導波路型回折格子素子１００を合分波モジュールは、ビットレートが４０Ｇｂｐｓであって波長間隔が１００ＧＨｚであるＷＤＭ伝送を行う光伝送システムにおいて好適に用いられる。また、最大群遅延差が２．５ｐｓ以下であって第２帯域の幅Ｂ2が０．８ｎｍ以下である光導波路型回折格子素子１００を合分波モジュールは、ビットレートが４０Ｇｂｐｓであって波長間隔が５０ＧＨｚであるＷＤＭ伝送を行う光伝送システムにおいて好適に用いられる。
【００２６】
次に、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００の製造方法について説明する。初めに、コア領域１１１にＧｅＯ2が添加された石英系の光ファイバ１１０を用意する。この光ファイバ１１０に対して、所定の周期の位相変調を有する位相マスクを介して、例えばＫｒＦエキシマレーザ光源から出力された波長２４８ｎｍの紫外レーザ光を照射して、周期Λの屈折率変調を形成する。このとき、屈折率変調の振幅分布Δｎ(ｚ)に応じて、光ファイバ１１０の長手方向についての照射時間または照射強度の分布を適切に設定する。また、屈折率変調の振幅分布Δｎ(ｚ)を非線形計画法により設計する。非線形計画法とは、例えばシミュレーティド・アニーリング（Simulated Annealing）法や遺伝アルゴリズムに基づくものである。
【００２７】
次に、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００の実施例を２つの比較例とともに説明する。図２は、実施例の光導波路型回折格子素子の諸特性を示すグラフである。図３は、比較例１の光導波路型回折格子素子の諸特性を示すグラフである。また、図４は、比較例２の光導波路型回折格子素子の諸特性を示すグラフである。各図（ａ）は、回折格子の屈折率変調の振幅分布を示し、各図（ｂ）は、反射特性（実線）および透過特性（破線）を示し、また、各図（ｃ）は、第１帯域内の光が回折格子により反射されることにより生じる最大群遅延差特性を示す。
【００２８】
図２に示した実施例の光導波路型回折格子素子は、回折格子の屈折率変調の振幅分布Δｎ(ｚ)が上記（1b）式で表されるものである（図２（ａ））。ここでは、２ｄ＝３０ｍｍ、Ｔ0＝−３０ｄＢ、Ｒ0＝−３０ｄＢ、Ｂ1／Ｂ2＝０．６、Ｂ1＋Ｂ2＝０．８ｎｍ、Ｋ＝１０ とした。また、第１帯域内の光が回折格子により反射されることにより生じる最大群遅延差が上記条件の下で最小となるように、非線形計画法によりパラメータａ1〜ａ10を設計して、ａ1＝２．２０６×１０-4、ａ2＝１．３３２×１０-4、ａ3＝１．９１９×１０-5、ａ4＝−４．６９４×１０-5、ａ5＝−３．８５２×１０-5、ａ6＝８．６６１×１０-6、ａ7＝２．２１６×１０-5、ａ8＝−５．８１６×１０-6、ａ9＝−６．３３０×１０-6、ａ10＝１．４４７×１０-6 とした。
【００２９】
図３に示した比較例１の光導波路型回折格子素子は、回折格子の屈折率変調の振幅分布Δｎ(ｚ)が
【００３０】
【数２】
0004529264.tif 000003
なる式で表されるものである。ここでも、Ｔ0＝−３０ｄＢ、Ｒ0＝−３０ｄＢ、Ｂ1／Ｂ2＝０．６、Ｂ1＋Ｂ2＝０．８ｎｍ とした。また、比較例１では、ａ＝３．５３３×１０-4、ｂ＝５．４８３ｍｍ、ｃ＝５．０５９ として、屈折率変調の振幅分布Δｎ(ｚ)をスーパーガウシアン関数型（図３（ａ））とした。
【００３１】
図４に示した比較例２の光導波路型回折格子素子も、回折格子の屈折率変調の振幅分布Δｎ(ｚ)が上記（２）式で表されるものである。ここでも、Ｔ0＝−３０ｄＢ、Ｒ0＝−３０ｄＢ、Ｂ1／Ｂ2＝０．６、Ｂ1＋Ｂ2＝０．８ｎｍ とした。また、比較例２では、ａ＝３．７８０×１０-4、ｂ＝８．１７８ｍｍ、ｃ＝２ として、屈折率変調の振幅分布Δｎ(ｚ)をガウス関数型（図４（ａ））とした。
【００３２】
実施例（図２）、比較例１（図３）および比較例２（図４）を比較すると以下のことが言える。何れも、Ｔ0＝−３０ｄＢ、Ｒ0＝−３０ｄＢ、Ｂ1／Ｂ2＝０．６、Ｂ1＋Ｂ2＝０．８ｎｍ である点では一致する。しかし、第１帯域内の光が回折格子により反射されることにより生じる第１帯域内の最大群遅延差は、実施例（図２）の場合で１．７ｐｓであり、比較例１（図３）の場合で１７ｐｓであり、比較例２（図４）の場合で１０３ｐｓである。このように、実施例における第１帯域内の最大群遅延差は、比較例１と比べて１／１０であり、比較例２と比べて１／６０である。
【００３３】
図５および図６それぞれは、実施例および比較例１それぞれの光導波路型回折格子素子における第１帯域内の最大群遅延差と比（Ｂ1／Ｂ2）との関係を示すグラフである。
【００３４】
これらの図において、△印は、回折格子の屈折率変調の振幅分布が上記（1b）式で表される実施例の光導波路型回折格子素子における第１帯域内の最大群遅延差と比（Ｂ1／Ｂ2）との関係を示している。ここでは、２ｄ＝３０ｍｍ、Ｂ1＋Ｂ2＝０．８ｎｍ、Ｋ＝１０ として固定し、比（Ｂ1／Ｂ2）を各値に設定して、第１帯域内の光が回折格子により反射されることにより生じる最大群遅延差が上記条件の下で最小となるように、非線形計画法によりパラメータａ1〜ａ10を設計した。なお、図５では、Ｔ0＝−２０ｄＢ、Ｒ0＝−２０ｄＢ であり、図６では、Ｔ0＝−３０ｄＢ、Ｒ0＝−３０ｄＢ である。
【００３５】
また、○印は、回折格子の屈折率変調の振幅分布が上記（２）式で表される比較例１の光導波路型回折格子素子における第１帯域内の最大群遅延差と比（Ｂ1／Ｂ2）との関係を示している。ここでは、Ｂ1＋Ｂ2＝０．８ｎｍ として固定し、上記（２）式中の各パラメータａ，ｂおよびｃの組み合わせについて１００万とおりの設計を行って、そのうちから第１帯域内の最大群遅延差が小さい１０００とおりの設計のものを図中に示した。なお、図５では、Ｔ0≦−２０ｄＢ、Ｒ0＝−２０ｄＢ であり、図６では、Ｔ0≦−２０ｄＢ、Ｒ0＝−３０ｄＢ である。図５および図６それぞれのグラフ中に示された実線は、比（Ｂ1／Ｂ2）が０．３以上である範囲における比較例１の場合の第１帯域内の最大群遅延差の下限（すなわち、0.011×exp(7.86×Ｂ1／Ｂ2−0.045×Ｒ0)／Ｂ1）を示すものである。
【００３６】
これら図５および図６から判るように、実施例および比較例１の何れにおいても、比（Ｂ1／Ｂ2）の値が大きいほど、第１帯域内の光が回折格子により反射されることにより生じる第１帯域内の最大群遅延差が大きい。また、比（Ｂ1／Ｂ2）の値が同程度であれば、実施例における第１帯域内の最大群遅延差は、比較例１と比べて１／１０程度である。
【００３７】
また、ビットレート１０Ｇｂｐｓの光伝送を行う場合を想定すると、信号光の波形劣化を抑制するために、第１帯域内の光が回折格子により反射されることにより生じる第１帯域内の最大群遅延差が１０ｐｓ以下であることが必要である。このことから、比較例１の場合には比（Ｂ1／Ｂ2）が図５では０．５６程度以下であることが必要であり、図６では０．５０程度以下であることが必要であるが、これに対して、実施例の場合には比（Ｂ1／Ｂ2）は０．８程度以下であればよい。このように、第１帯域内の光が回折格子により反射されることにより生じる第１帯域内の最大群遅延差が同程度であれば、比較例１と比べて実施例では、比（Ｂ1／Ｂ2）の値を大きくすることができるので、信号光波長の誤差や光導波路型回折格子素子を製造する際の誤差を考慮すると有利である。
【００３８】
図７は、比較例１の光導波路型回折格子素子における、第１帯域内の最大群遅延差を限界値で除した値と、比（Ｂ1／Ｂ2）との関係を示すグラフである。なお、限界値は 0.011×exp(7.86×Ｂ1／Ｂ2−0.045×Ｒ0)／Ｂ1 で表される。ここでは、Ｂ1＋Ｂ2＝０．８ｎｍ として固定し、上記（２）式中の各パラメータａ，ｂおよびｃの組み合わせについて１００万とおりの設計を行って、第１帯域内の光が回折格子により反射されることにより生じる第１帯域内の最大群遅延差を求め、この最大群遅延差を限界値で除した値を図中に示した。なお、Ｔ0≦−２０ｄＢ、Ｒ0≦−２０ｄＢ である。この図から判るように、比較例１の光導波路型回折格子素子は、比（Ｂ1／Ｂ2）が０．３以上である範囲においては、第１帯域内の光が回折格子により反射されることにより生じる第１帯域内の最大群遅延差を限界値で除した値が１を超えており、このことから、第１帯域内の最大群遅延差が限界値以下となることがない。
【００３９】
次に、本発明に係る合分波モジュールの実施形態について説明する。以下に説明する合分波モジュール１０は、上記の実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００を含むものである。以下では、Ｍ波の波長λ1〜λMの光を考え、これらのうちの波長λmの光を光導波路型回折格子素子１００が選択的に反射するものとして説明する。
【００４０】
図８は、本実施形態に係る合分波モジュール１０の説明図である。この合分波モジュール１０は、光導波路型回折格子素子１００の一端に光サーキュレータ２１０が接続され、光導波路型回折格子素子１００の他端に光サーキュレータ２２０が接続されて構成されている。光サーキュレータ２１０は、第１端子２１１、第２端子２１２および第３端子２１３を有しており、第１端子２１１に入力した光を第２端子２１２より光導波路型回折格子素子１００へ出力し、第２端子２１２に入力した光を第３端子２１３より出力する。また、光サーキュレータ２２０は、第１端子２２１、第２端子２２２および第３端子２２３を有しており、第１端子２２１に入力した光を第２端子２２２より光導波路型回折格子素子１００へ出力し、第２端子２２２に入力した光を第３端子２２３より出力する。
【００４１】
この合分波モジュール１０では、光サーキュレータ２１０の第１端子２１１に波長λ1〜λm-1，λm+1〜λMの光が入力すると、これらの光は、光サーキュレータ２１０の第２端子２１２より光導波路型回折格子素子１００へ出力され、光導波路型回折格子素子１００を透過して、光サーキュレータ２２０の第２端子２２２に入力し、光サーキュレータ２２０の第３端子２２３より出力される。また、光サーキュレータ２２０の第１端子２２１に波長λmの光が入力すると、この光は、光サーキュレータ２２０の第２端子２２２より光導波路型回折格子素子１００へ出力され、光導波路型回折格子素子１００で反射して、光サーキュレータ２２０の第２端子２２２に入力し、光サーキュレータ２２０の第３端子２２３より出力される。すなわち、この場合には、この合分波モジュール１０は、合波器として動作し、光サーキュレータ２１０の第１端子２１１に入力した波長λ1〜λm-1，λm+1〜λMの光と、光サーキュレータ２２０の第１端子２２１に入力した波長λmの光とを合波して、その合波した波長λ1〜λMの光を光サーキュレータ２２０の第３端子２２３より出力する。なお、合分波モジュール１０が合波器としてのみ用いられる場合には光サーキュレータ２１０は不要である。
【００４２】
また、この合分波モジュール１０では、光サーキュレータ２１０の第１端子２１１に波長λ1〜λMの光が入力すると、これらの光は、光サーキュレータ２１０の第２端子２１２より光導波路型回折格子素子１００へ出力される。そして、これらの光のうち、波長λmの光は、光導波路型回折格子素子１００で反射して、光サーキュレータ２１０の第２端子２１２に入力し、光サーキュレータ２１０の第３端子２１３より出力される。一方、波長λ1〜λm-1，λm+1〜λMの光は、光導波路型回折格子素子１００を透過して、光サーキュレータ２２０の第２端子２２２に入力し、光サーキュレータ２２０の第３端子２２３より出力される。すなわち、この場合には、この合分波モジュール１０は、分波器として動作し、光サーキュレータ２１０の第１端子２１１に入力した波長λ1〜λMを分波して、波長λmの光を光サーキュレータ２１０の第３端子２１３より出力し、波長λ1〜λm-1，λm+1〜λMの光を光サーキュレータ２２０の第３端子２２３より出力する。なお、合分波モジュール１０が分波器としてのみ用いられる場合には光サーキュレータ２２０は不要である。
【００４３】
さらに、この合分波モジュール１０は、合波器として動作するとともに、分波器としても動作することにより、光ＡＤＭ（Add-Drop Multiplexer）としても動作する。すなわち、この合分波モジュール１０は、光サーキュレータ２１０の第１端子２１１に入力した波長λ1〜λMのうち波長λmの光を光サーキュレータ２１０の第３端子２１３より出力（Drop）するとともに、他の情報を担う波長λmの光を光サーキュレータ２２０の第１端子２２１より入力（Add）する。そして、光サーキュレータ２１０の第１端子２１１に入力した波長λ1〜λMのうちの波長λ1〜λm-1，λm+1〜λMの光と、光サーキュレータ２２０の第１端子２２１に入力した波長λmの光とを合波して、その合波した波長λ1〜λMの光を光サーキュレータ２２０の第３端子２２３より出力する。
【００４４】
この合分波モジュール１０は、既述した小型であって前後対称である光導波路型回折格子素子１００を含む。したがって、この合分波モジュール１０は、光導波路型回折格子素子１００の回折格子１１３により第１帯域（反射帯域）内の波長λmの光が反射する際に生じる群遅延差が小さいことから、反射した波長λmの信号光の波形の劣化が抑制され、この合分波モジュール１０が用いられるＷＤＭ伝送において大容量化を図ることができる。また、この合分波モジュール１０は、小型であり、また、合波および分波の双方が可能なもの（光ＡＤＭ）であっても、１個の光導波路型回折格子素子を含むだけで充分であるから、この点でも小型である。さらに、小型であることから、この合分波モジュール１０は、温度変動に因る反射特性の変動を抑制する為の温度調整機構または温度補償機構の実現が容易である。
【００４５】
なお、従来の技術の欄に挙げた文献２に記載された光導波路型回折格子素子は、回折格子が形成される範囲が１２０ｍｍと長く、しかも、前後非対称であることから合分波モジュールを実現する際に２つの光サーキュレータの間に２つの光導波路型回折格子素子を設ける必要がある。したがって、文献２に記載された光導波路型回折格子素子を２つ用いた合分波モジュールは、大型のものとなるだけでなく、温度調整機構または温度補償機構の実現が困難であり、高価なものとなる。これに対して、本実施形態に係る合分波モジュール１０は、本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００を１つ含むだけで十分であるので、小型であり、温度調整機構または温度補償機構の実現が容易であり、安価なものとなる。
【００４６】
次に、本発明に係る光伝送システムの実施形態について説明する。図９は、本実施形態に係る光伝送システム１の概略構成図である。この光伝送システム１は、送信局２と中継局３との間が光ファイバ伝送路５で接続され、中継局３と受信局４との間も光ファイバ伝送路６で接続されており、また、中継局３に合分波モジュール１０が設けられている。
【００４７】
送信局２は、波長λ1〜λMの信号光を波長多重して光ファイバ伝送路５へ送出する。中継局３は、光ファイバ伝送路５を伝搬してきた波長λ1〜λMの信号光を入力し、これらを合分波モジュール１０により分波して、波長λ1〜λm-1，λm+1〜λMの信号光を光ファイバ伝送路６へ送出し、波長λmの信号光を他の光ファイバ伝送路へ送出する。また、中継局３は、合分波モジュール１０により、他の光ファイバ伝送路を経て入力した波長λmの信号光を光ファイバ伝送路６へ送出する。受信局４は、光ファイバ伝送路６を伝搬してきた波長λ1〜λMの信号光を入力し、これらを各波長に分波して受信する。
【００４８】
この光伝送システム１は、上記の本実施形態に係る光導波路型回折格子素子１００を含む合分波モジュール１０を用いて、波長λ1〜λMの信号光を合波または分波するものである。したがって、中継局３内の合分波モジュール１０に含まれる光導波路型回折格子素子１００により第１帯域（反射帯域）内の波長λmの光が反射する際に生じる群遅延差が小さいことから、反射した波長λmの信号光の波形の劣化が抑制され、大容量のＷＤＭ伝送が可能である。
【００４９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態の光導波路型回折格子素子は、光導波路である光ファイバに屈折率変調による回折格子が形成されたものであった。しかし、これに限られず、平面基板上に形成された光導波路に屈折率変調による回折格子が形成されたものであってもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光導波路型回折格子素子は、透過率がＴ0（単位ｄＢ）以下である連続した波長帯域のうち最大帯域幅のものを第１帯域とし、反射率がＲ0（単位ｄＢ）となる波長のうちの最大波長と最小波長との間の波長帯域を第２帯域としたときに、回折格子の屈折率変調が所定範囲の中心位置を中心として前後対称であり、Ｔ0が−２０ｄＢ以下であり、Ｒ0が−２０ｄＢ以下であり、第１帯域の幅Ｂ1（単位ｎｍ）と第２帯域の幅Ｂ2（単位ｎｍ）との比（Ｂ1／Ｂ2）が０．３以上であり、第１帯域内の光が回折格子により反射されることにより生じる最大群遅延差（単位ｐｓ）が 0.011×exp(7.86×Ｂ1／Ｂ2−0.045×Ｒ0)／Ｂ1 以下である。
【００５１】
したがって、この光導波路型回折格子素子は、従来のものと比べて、第１帯域内の光が反射する際に生じる群遅延差が小さいことから、反射した信号光の波形の劣化が抑制される。また、この光導波路型回折格子素子は、回折格子の屈折率変調が形成される所定範囲の長さを短くすることができることから、温度変動に因る反射特性の変動を抑制する為の温度調整機構または温度補償機構の実現が容易である。また、この光導波路型回折格子素子は、回折格子の屈折率変調の振幅分布が上記所定範囲の中心位置を中心として前後対称であることから、合波および分波の双方が可能な合分波モジュールを実現する場合であっても、１個の光導波路型回折格子素子で充分であり、合分波モジュールを小型とすることができる。
【００５２】
また、回折格子の屈折率変調の振幅分布が位相反転部を有する場合には、上記のような諸特性を有する光導波路型回折格子素子を実現する上で好適である。また、回折格子の屈折率変調が形成される所定範囲の長さが４０ｍｍ以下である場合には、温度調整機構または温度補償機構の実現が更に容易である。また、最大群遅延差が１０ｐｓ以下（より好適には２．５ｐｓ以下）であり、第２帯域の幅Ｂ2が１．６ｎｍ以下（より好適には０．８ｎｍ以下）である場合には、ビットレートが１０Ｇｂｐｓ（または４０Ｇｂｐｓ）であって波長間隔が１００ＧＨｚ（または５０ＧＨｚ）であるＷＤＭ伝送を行う光伝送システムにおいて好適に用いられる。
【００５３】
本発明に係る光導波路型回折格子素子製造方法は、上記の本発明に係る光導波路型回折格子素子を製造する方法であって、回折格子の屈折率変調の振幅分布を非線形計画法により設計して、これに基づいて光導波路型回折格子素子を製造する。この光導波路型回折格子素子製造方法によれば、上記の光導波路型回折格子素子を製造することができる。
【００５４】
本発明に係る合分波モジュールは、上記の本発明に係る光導波路型回折格子素子により反射帯域内の光を選択的に反射して、光を合波または分波する。また、本発明に係る光伝送システムは、波長多重した多波長の信号光を用いて光伝送を行う光伝送システムであって、上記の本発明に係る合分波モジュールにより多波長の信号光を合波または分波する。これによれば、合分波モジュールに含まれる光導波路型回折格子素子により第１帯域内の波長の光が反射する際に生じる群遅延差が小さいことから、反射した波長の信号光の波形の劣化が抑制され、大容量のＷＤＭ伝送が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光導波路型回折格子素子の説明図である。
【図２】実施例の光導波路型回折格子素子の諸特性を示すグラフである。
【図３】比較例１の光導波路型回折格子素子の諸特性を示すグラフである。
【図４】比較例２の光導波路型回折格子素子の諸特性を示すグラフである。
【図５】実施例および比較例１それぞれの光導波路型回折格子素子における第１帯域内の最大群遅延差と比（Ｂ1／Ｂ2）との関係を示すグラフである。
【図６】実施例および比較例１それぞれの光導波路型回折格子素子における第１帯域内の最大群遅延差と比（Ｂ1／Ｂ2）との関係を示すグラフである。
【図７】比較例１の光導波路型回折格子素子における、第１帯域内の最大群遅延差を限界値で除した値と、比（Ｂ1／Ｂ2）との関係を示すグラフである。
【図８】本実施形態に係る合分波モジュールの説明図である。
【図９】本実施形態に係る光伝送システムの概略構成図である。
【符号の説明】
１…光伝送システム、２…送信局、３…中継局、４…受信局、５，６…光ファイバ伝送路、１０…合分波モジュール、１００…光導波路型回折格子素子、１１０…光ファイバ（光導波路）、１１１…コア領域、１１２…クラッド領域、１１３…回折格子、２１０，２２０…光サーキュレータ。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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