(57)【要約】【課題】高密度波長多重通信システムの光ファイバ伝送路にインライン型としても設置可能で、チャネル帯域幅が異なる複数の波長チャネルを一括して補償し、各波長チャネルの分散補償残差をより小さくすることが可能な小型の光分散補償素子及びその設計方法を提供する。【解決手段】光分散補償素子の群遅延スペクトルは、光信号の伝送を意図する波長である複数の波長チャネルのそれぞれにおいて所定のチャネル帯域幅の範囲で分散補償を意図する群遅延時間を有する複数の分散補償波長チャネル帯域Ａ，Ｂに分割され、前記複数の分散補償波長チャネル帯域Ａ，Ｂは、前記チャネル帯域幅が異なる少なくとも２つ以上の群に分かれている。【選択図】図１
2012022180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高密度波長多重通信システムの光ファイバ伝送路の波長分散を補償する光分散補償素子であって、
光分散補償素子の群遅延スペクトルは、該システムにおいて光信号の伝送を意図する波長である複数の波長チャネルのそれぞれにおいて所定のチャネル帯域幅の範囲で分散補償を意図する群遅延時間を有する複数の分散補償波長チャネル帯域に分割され、前記複数の分散補償波長チャネル帯域は、前記チャネル帯域幅が異なる少なくとも２つ以上の群に分かれていることを特徴とする光分散補償素子。
【請求項２】
前記複数の分散補償波長チャネル帯域は、前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が零となる零分散波長より長波長側であって、かつ前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が正となる波長領域に位置し、
前記複数の分散補償波長チャネル帯域は、前記チャネル帯域幅が異なる２つの群に分かれており、前記チャネル帯域幅の狭い分散補償波長チャネル帯域からなる第１の群は長波長側に、前記チャネル帯域幅の広い分散補償波長チャネル帯域からなる第２の群は短波長側に、それぞれ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光分散補償素子。
【請求項３】
前記複数の分散補償波長チャネル帯域は、前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が零となる零分散波長より長波長側であって、かつ前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が正となる波長領域に位置し、
前記複数の分散補償波長チャネル帯域は、前記チャネル帯域幅が異なる３つ以上の群に分かれており、前記チャネル帯域幅の最も狭い分散補償波長チャネル帯域からなる第１の群は、最も長波長側に配置され、前記チャネル帯域幅の最も広い分散補償波長チャネル帯域からなる第Ｎの群（ただし、Ｎは群の総数である。）は、最も短波長側に配置され、他の群は、前記第１の群と前記第Ｎの群との間で長波長側から短波長側に向かって、それぞれの群の前記チャネル帯域幅がより広くなる順に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光分散補償素子。
【請求項４】
該光分散補償素子は、グレーティング構造を有するコアが基板上に形成された基板型光導波路からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光分散補償素子。
【請求項５】
高密度波長多重通信システムの光ファイバ伝送路の波長分散を補償する光分散補償素子の設計方法であって、
該光分散補償素子は、グレーティング構造を有するコアを備えた光導波路からなり、前記グレーティング構造は、前記コアの断面寸法が前記光導波路の導波方向に沿って変化することにより構成され、
該設計方法は、
コアの断面寸法を変化させた際の光導波路の断面構造と実効屈折率との関係を求める光導波路断面構造設計工程と、
設計入力パラメータとして波長分散、分散スロープ及び反射率を指定して所定の複素反射率スペクトルを算出した後、逆散乱問題解法によって前記複素反射率スペクトルを実現するための前記光導波路の導波方向に沿った実効屈折率分布を求めるグレーティングパターン設計工程と、
前記光導波路断面構造設計工程で求めた前記断面構造と実効屈折率との関係に基づいて、前記グレーティングパターン設計工程で求めた前記実効屈折率分布を、前記断面構造の前記光導波路の導波方向に沿った分布に変換することにより、該断面構造の分布からなるグレーティング構造を求めるグレーティング構造設計工程と、
を有し、
前記設計入力パラメータとして入力する波長分散、分散スロープ及び反射率を、該システムにおいて光信号の伝送を意図する波長である複数の波長チャネルのそれぞれにおいて所定のチャネル帯域幅の範囲で分散補償を意図する群遅延時間を有する複数の分散補償波長チャネル帯域に分割し、前記複数の分散補償波長チャネル帯域を、前記チャネル帯域幅が異なる少なくとも２つ以上の群に分けて設定することを特徴とする光分散補償素子の設計方法。
【請求項６】
前記複数の分散補償波長チャネル帯域を、前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が零となる零分散波長より長波長側であって、かつ前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が正となる波長領域において、前記チャネル帯域幅が異なる２つの群に分けて設定し、
前記チャネル帯域幅の狭い分散補償波長チャネル帯域からなる第１の群を長波長側に、前記チャネル帯域幅の広い分散補償波長チャネル帯域からなる第２の群を短波長側に、それぞれ配置することを特徴とする請求項５に記載の光分散補償素子の設計方法。
【請求項７】
前記複数の分散補償波長チャネル帯域を、前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が零となる零分散波長より長波長側であって、かつ前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が正となる波長領域において、前記チャネル帯域幅が異なる３つ以上の群に分けて設定し、
前記チャネル帯域幅の最も狭い分散補償波長チャネル帯域からなる第１の群を最も長波長側に配置し、前記チャネル帯域幅の最も広い分散補償波長チャネル帯域からなる第Ｎの群（ただし、Ｎは群の総数である。）を最も短波長側に配置し、他の群を、前記第１の群と前記第Ｎの群との間で長波長側から短波長側に向かって、それぞれの群の前記チャネル帯域幅がより広くなる順に配置することを特徴とする請求項５に記載の光分散補償素子の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ伝送路の波長分散を補償する光分散補償素子及びその設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバ通信システムの発展、特にエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）と高密度波長多重通信システム（ＤＷＤＭ）の発明により、光ファイバ通信網で伝送される情報量が急速に増大している。さらなるデータ容量の増加に備え、時分割多重変調方式の高速化、多重する波長数の増加や周波数利用効率の高い変調方式などについて研究開発が進められている。
【０００３】
光ファイバ伝送路には、屈折率の波長依存性すなわち波長分散があり、これにより変調した信号光を伝送した時に群遅延が生じる。光ファイバ通信システムでは、通常、群遅延の波長依存性を波長分散と呼称している。変調速度を高速化すると、１チャネルの信号伝送に必要とされる帯域幅が拡がり、また伝送される信号の各ビットの時間間隔が狭まることから、光ファイバ伝送路の波長分散の影響による信号波形の劣化が著しいものとなる。このため、高速通信では光波長分散補償器を用いることが必須となる。
【０００４】
一方、情報通信システムの規模及び設置数量の急速な拡大に伴って、コンピュータシステムやハイエンドルータなどの消費する膨大な電力が経済性のみならず環境影響の観点からも問題視されるようになりつつあり、省電力化し環境負荷を低減するグリーンＩＣＴ（Information and Communication Technology）が必要とされている。ルータ等各種伝送装置を小型化することが出来れば、データセンターや通信キャリア局舎への装置収容効率が改善され、空間利用効率が良くなるばかりでなく、当該データセンターあるいは通信キャリア局舎のエアコン電力を大きく削減することが可能となり、省エネに貢献する。よって、各種光伝送装置に用いられる光部品についても、省電力化と小型化とが求められている。
【０００５】
従来、光波長分散補償には、伝送路用光ファイバの波長分散とは符号の正負が逆転した光学特性を有する波長分散補償用光ファイバを用いた分散補償光ファイバモジュールが一般的に用いられている。分散補償光ファイバモジュールは、長距離の波長分散補償用光ファイバをボビンに巻いたモジュールが大型であることや、補償距離に比例して挿入損失が増大することなどの欠点があるため、その代替として、より小型で挿入損失の小さい光部品型の分散補償器が要望されていた。
分散補償光ファイバモジュールは、通信波長帯域の全体を補償しようとするものであって、その群遅延スペクトルは連続的であり、いずれの波長を波長チャネルとして利用するかについての制限はない。また、各波長チャネルにおいて利用可能なチャネル帯域幅についての制限もない。ただし、波長分散補償用光ファイバでは、各種光学特性のバランスを勘案してその設計を決めるために、必ずしも補償対象とする伝送路用光ファイバの分散スロープを完全に補償できるような光学特性とすることはできず、通常は波長チャネルによって分散補償残差が生じることとなる。近年、ＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）装置などの普及により、分散補償残差の累積が問題視されるようになっている。実際に分散補償光ファイバモジュールで補償可能な波長範囲は、分散補償残差の累積に対するトレランスによって制約を受ける。
【０００６】
チャープトＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）など、単チャネル用の光部品型の光波長分散補償器では、その単一のチャネルの一定の帯域内において所望の補償特性を高い精度で達成することが可能であり、また、光学特性を可変とすることもできる。しかしながら、ＤＷＤＭですべての波長チャネルを一括して補償することができないため、インライン型の光波長分散補償器として使用することはできない。これらは、通常は、受信器の前段に配置される。また、１チャネルに１個必要となるため、高価である。合分波器と組み合わせてインライン型として用いることも技術的には可能であるが、さらに高価となる。
【０００７】
ＶＩＰＡ型又はエタロンを用いた光分散補償器や、ＡＷＧ又はＭＺＩを用いたＰＬＣ型の光分散補償器などの中には、ＦＳＲ（Free Spectral Range）と呼ばれる一定の周波数間隔で生じる光学特性の周期性を利用して、複数の波長チャネルの波長分散を一括して補償できるものがある。この場合、波長チャネル間隔とＦＳＲとは一致している必要があるため、１個の光分散補償器を用いて一括して補償可能な波長帯域では、波長チャネル間隔は単一であり、波長チャネル帯域幅すなわち各波長チャネルにおいて波長分散が適切に補償され光信号伝送に利用可能な帯域幅は概略同一とされる。ＤＷＤＭにおいて利用される波長チャネルは、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６９４．１  Spectral grids for WDW applications: DWDM frequency grid（０６／２００２）に規定されており、１２．５ＧＨｚ間隔、２５ＧＨｚ間隔、５０ＧＨｚ間隔及び１００ＧＨｚ間隔について記載がある。１００ＧＨｚを超える間隔で用いる場合には、１００ＧＨｚ間隔で用いる波長（周波数）から選択して用いる。一般的には、Ｃ−ｂａｎｄ及びＬ−ｂａｎｄの多数の波長チャネルの信号を波長多重して１本の光ファイバで伝送するシステムにおいて、Ｃ−ｂａｎｄ用の光分散補償器を１個と、Ｌ−ｂａｎｄ用の光分散補償器を１個用いることにより、２つの波長帯域に分けて扱う。これら一定の周波数間隔で複数の波長チャネルの波長分散を一括して補償する光分散補償器においては、ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６９４．１に規定された周波数グリッドに対応する波長、すなわちＤＷＤＭにおいて光信号の伝送を意図する波長である複数の波長の波長チャネルのそれぞれにおいて、例えば５０ＧＨｚといった所定のチャネル帯域幅の範囲で分散補償できるように群遅延スペクトルが設定されている。つまり、分散補償光ファイバモジュールとは異なり、その群遅延スペクトルは分散補償を意図する所望の群遅延時間を有する複数の分散補償波長チャネル帯域に分割されており、そのようなチャネル帯域の範囲外となる分散補償を意図しない波長範囲においては群遅延特性は規定されない。
これらの光分散補償器は、分散スロープ補償まで含めて所望の光学特性とすることは困難であり、インライン型として用いた場合には、チャネルによっては大きな分散補償残差が生じる。光学特性を可変する機能を有するものが多く、単チャネル用としても多用される。
【０００８】
特許文献１には、逆散乱問題解法を用いて設計した、離散化した複数のグレーティングピッチと不均一かつ非チャープ型のグレーティング振幅を有するグレーティング構造からなる基板型光導波路で実現した光分散補償器が開示されている。この光分散補償器は、所望の光学特性を設計インプットとし、逆散乱問題解法を用いてグレーティング構造を設計することから、分散補償残差が無いようにして複数チャネルを一括して補償するインライン型光波長分散補償器を設計し、実現することが可能である。
【０００９】
光ファイバ通信網の伝送容量を増大させようとする時、２．５Ｇｂｐｓから１０Ｇｂｐｓ、さらには４０Ｇｂｐｓ、１００Ｇｂｐｓへと時分割多重変調方式の変調速度を向上させる場合には、１波長チャネル当りの必要帯域幅が変調速度によって広くなっていくため、Ｃ−ｂａｎｄ又はＬ−ｂａｎｄのある波長帯域内において使用可能な波長チャネル数は減少する。一方、波長多重通信の波長チャネル数を増加させようとするとき、各波長チャネルに割り当て可能な帯域は減少するため、変調速度に上限を設ける必要がある。このような波長チャネル数の増加と変調速度の向上という、相反する要求から、一部の波長帯域ではチャネル帯域幅を狭くして多数の波長チャネルを利用し、別の一部の波長帯域では波長チャネル数を減らす代わりにチャネル帯域幅を広くして、１本の光ファイバ上でチャネル帯域幅が異なる波長チャネルを混在させたいという需要がある。
【００１０】
また、ＤＷＤＭでは、多数の波長チャネルを同時に使用するが、初期投資を抑制し当初は使用チャネル数を少なくしておき、需要の増加とともに使用チャネル数を追加していくというようなことが行われる。このとき、例えば多くの波長チャネルでは高速かつ比較的安価な１０Ｇｂｐｓの伝送装置が用いられ、一部の波長チャネルでのみ、超高速であるが高価な４０Ｇｂｐｓの伝送装置が用いられるというように、異なる通信速度が混在して使用されることがある。例えば、特許文献２や特許文献３には、１０Ｇｂｐｓなどの低速チャネルと４０Ｇｂｐｓの高速チャネルとを混在させて使用する光ファイバ通信システムの事例及び該システムにおける波長分散補償に関する問題について開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第２００９／１０７７９８号
【特許文献２】特開２００９−０９４９７９号公報
【特許文献３】特開２００９−２３２１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
チャネル帯域幅が異なる波長チャネルを混在させた光ファイバ通信システムにおいて波長分散を補償する構成として、例えば特許文献２の段落００３８には、残留分散値が分散トレランスに収まるように制御された可変分散補償器を用いることが開示されている。また、特許文献３の段落００２１〜００２４及び図３には、インライン中継器に用いる分散補償部として、複数のＤＣＦを組み合わせた構成や、ＶＩＰＡ等の可変分散補償器を用いた構成が例示されている。しかしながら、いずれも分散補償器の構成が複雑となり装置が大型化する上、各波長チャネルの分散補償残差が分散トレランスに収まるという最低限の要件を満たすのみである。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバ伝送路にインライン型としても設置可能で、チャネル帯域幅が異なる複数の波長チャネルを一括して補償し、各波長チャネルの分散補償残差をより小さくすることが可能な小型の光分散補償素子及びその設計方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するため、本発明は、高密度波長多重通信システムの光ファイバ伝送路の波長分散を補償する光分散補償素子であって、光分散補償素子の群遅延スペクトルは、該システムにおいて光信号の伝送を意図する波長である複数の波長チャネルのそれぞれにおいて所定のチャネル帯域幅の範囲で分散補償を意図する群遅延時間を有する複数の分散補償波長チャネル帯域に分割され、前記複数の分散補償波長チャネル帯域は、前記チャネル帯域幅が異なる少なくとも２つ以上の群に分かれていることを特徴とする光分散補償素子を提供する。
本発明の光分散補償素子においては、前記複数の分散補償波長チャネル帯域は、前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が零となる零分散波長より長波長側であって、かつ前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が正となる波長領域に位置し、前記複数の分散補償波長チャネル帯域は、前記チャネル帯域幅が異なる２つの群に分かれており、前記チャネル帯域幅の狭い分散補償波長チャネル帯域からなる第１の群は長波長側に、前記チャネル帯域幅の広い分散補償波長チャネル帯域からなる第２の群は短波長側に、それぞれ配置されている構成とすることも可能である。
本発明の光分散補償素子においては、前記複数の分散補償波長チャネル帯域は、前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が零となる零分散波長より長波長側であって、かつ前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が正となる波長領域に位置し、前記複数の分散補償波長チャネル帯域は、前記チャネル帯域幅が異なる３つ以上の群に分かれており、前記チャネル帯域幅の最も狭い分散補償波長チャネル帯域からなる第１の群は、最も長波長側に配置され、前記チャネル帯域幅の最も広い分散補償波長チャネル帯域からなる第Ｎの群（ただし、Ｎは群の総数である。）は、最も短波長側に配置され、他の群は、前記第１の群と前記第Ｎの群との間で長波長側から短波長側に向かって、それぞれの群の前記チャネル帯域幅がより広くなる順に配置されている構成とすることも可能である。
該光分散補償素子は、グレーティング構造を有するコアが基板上に形成された基板型光導波路からなることも可能である。
【００１５】
前記課題を解決するため、本発明は、高密度波長多重通信システムの光ファイバ伝送路の波長分散を補償する光分散補償素子の設計方法であって、該光分散補償素子は、グレーティング構造を有するコアを備えた光導波路からなり、前記グレーティング構造は、前記コアの断面寸法が前記光導波路の導波方向に沿って変化することにより構成され、該設計方法は、コアの断面寸法を変化させた際の光導波路の断面構造と実効屈折率との関係を求める光導波路断面構造設計工程と、設計入力パラメータとして波長分散、分散スロープ及び反射率を指定して所定の複素反射率スペクトルを算出した後、逆散乱問題解法によって前記複素反射率スペクトルを実現するための前記光導波路の導波方向に沿った実効屈折率分布を求めるグレーティングパターン設計工程と、前記光導波路断面構造設計工程で求めた前記断面構造と実効屈折率との関係に基づいて、前記グレーティングパターン設計工程で求めた前記実効屈折率分布を、前記断面構造の前記光導波路の導波方向に沿った分布に変換することにより、該断面構造の分布からなるグレーティング構造を求めるグレーティング構造設計工程と、を有し、前記設計入力パラメータとして入力する波長分散、分散スロープ及び反射率を、該システムにおいて光信号の伝送を意図する波長である複数の波長チャネルのそれぞれにおいて所定のチャネル帯域幅の範囲で分散補償を意図する群遅延時間を有する複数の分散補償波長チャネル帯域に分割し、前記複数の分散補償波長チャネル帯域を、前記チャネル帯域幅が異なる少なくとも２つ以上の群に分けて設定することを特徴とする光分散補償素子の設計方法を提供する。
本発明の光分散補償素子の設計方法においては、前記複数の分散補償波長チャネル帯域を、前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が零となる零分散波長より長波長側であって、かつ前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が正となる波長領域において、前記チャネル帯域幅が異なる２つの群に分けて設定し、前記チャネル帯域幅の狭い分散補償波長チャネル帯域からなる第１の群を長波長側に、前記チャネル帯域幅の広い分散補償波長チャネル帯域からなる第２の群を短波長側に配置することも可能である。
本発明の光分散補償素子の設計方法においては、前記複数の分散補償波長チャネル帯域を、前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が零となる零分散波長より長波長側であって、かつ前記光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が正となる波長領域において、前記チャネル帯域幅が異なる３つ以上の群に分けて設定し、前記チャネル帯域幅の最も狭い分散補償波長チャネル帯域からなる第１の群を最も長波長側に配置し、前記チャネル帯域幅の最も広い分散補償波長チャネル帯域からなる第Ｎの群（ただし、Ｎは群の総数である。）を最も短波長側に配置し、他の群を、前記第１の群と前記第Ｎの群との間で長波長側から短波長側に向かって、それぞれの群の前記チャネル帯域幅がより広くなる順に配置することも可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光分散補償素子の群遅延スペクトルは、該システムにおいて光信号の伝送を意図する波長である複数の波長チャネルのそれぞれにおいて所定のチャネル帯域幅の範囲で分散補償を意図する群遅延時間を有する複数の分散補償波長チャネル帯域に分割され、前記複数の分散補償波長チャネル帯域は、前記チャネル帯域幅が異なる少なくとも２つ以上の群に分かれていることにより、必要とするチャネル帯域幅の異なる２種類以上の変調速度または変調方式に適切に対応して、光ファイバ伝送路にインライン型としても設置可能で、複数の波長チャネルを一括して補償することができ、各波長チャネルの分散補償残差をより小さくすることができる。
所望の光学特性を設計インプットとして与え、逆散乱問題解法を用いてグレーティング構造を設計することにより、離散化した複数のグレーティングピッチと不均一かつ非チャープ型のグレーティング振幅を有する光導波路部品として、光分散補償素子を実現することができる。
チャネル帯域幅が異なる分散補償波長チャネル帯域の群を光ファイバ伝送路の零分散波長より長波長側であって、かつ光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散が正となる波長領域に位置する場合、チャネル帯域幅の最も狭い分散補償波長チャネル帯域の群から、チャネル帯域幅の最も広い分散補償波長チャネル帯域の群まで、チャネル帯域幅が狭い方からより広くなる順に、長波長側から短波長側に向かって配置すると、そのように配置しなかった場合と比べて、光分散補償素子をより小さく構成することができる。
基板型光導波路部品として構成した場合には、より小型な光部品として光分散補償素子を実現可能であり、データセンターや通信キャリア局舎の装置収容効率を向上させ、空調電力を削減し省エネに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の光分散補償素子において、チャネル帯域幅の異なる分散補償波長チャネル帯域の群の数を２とした場合の挿入損失スペクトル及び群遅延スペクトルの一例を示す模式図である。
【図２】本発明の光分散補償素子において、チャネル帯域幅の異なる分散補償波長チャネル帯域の群の数を３とした場合の挿入損失スペクトル及び群遅延スペクトルの一例を示す模式図である。
【図３】（ａ）は基板型光導波路部品の第１実施形態を示すコアの部分斜視図、（ｂ）はコアの部分上面図、（ｃ）は基板型光導波路部品の断面図である。
【図４】基板型光導波路部品と光伝送路とを接続した形態の一例を示す説明図である。
【図５】第１実施形態の基板型光導波路部品の製造工程を示す部分斜視図である。
【図６】第１実施形態の基板型光導波路部品の製造工程を示す部分斜視図である。
【図７】第１実施形態の基板型光導波路部品の製造工程を示す部分斜視図である。
【図８】第１実施形態におけるコアの幅ｗに対する実効屈折率ｎｅｆｆの変化の一例を示すグラフである。
【図９】第２実施形態におけるコアの幅ｗに対する実効屈折率ｎｅｆｆの変化の別の例を示すグラフである。
【図１０】基板型光導波路部品の第２実施形態を示す部分斜視図である。
【図１１】第２実施形態におけるｗｉｎに対するｎｅｆｆの変化の一例を示すグラフである。
【図１２】第２実施形態におけるｗｉｎの変化に伴うｗｏｕｔの変化の一例を示すグラフである。
【図１３】第２実施形態におけるｎｅｆｆに対するｗｉｎおよびｗｏｕｔの変化を示すグラフである。
【図１４】基板型光導波路部品の第３実施形態を示す断面図である。
【図１５】第３実施形態におけるｗｉｎに対するｎｅｆｆの変化の一例を示すグラフである。
【図１６】第３実施形態におけるｗｉｎの変化に伴うｗｏｕｔの変化の一例を示すグラフである。
【図１７】第３実施形態におけるｎｅｆｆに対するｗｉｎおよびｗｏｕｔの変化を示すグラフである。
【図１８】実施例１の反射率スペクトルの一例を示すグラフである。
【図１９】図１８の一部を拡大して示すグラフである。
【図２０】実施例１の群遅延スペクトルの一例を示すグラフである。
【図２１】図２０の一部を拡大して示すグラフである。
【図２２】実施例１のポテンシャル分布の一例を示すグラフである。
【図２３】図２２の一部を拡大して示すグラフである。
【図２４】図２２のポテンシャル分布から求めた反射率スペクトルを示すグラフである。
【図２５】図２４の一部を拡大して示すグラフである。
【図２６】図２４の一部を拡大して示すグラフである。
【図２７】図２４の一部を拡大して示すグラフである。
【図２８】図２２のポテンシャル分布から求めた群遅延スペクトルを示すグラフである。
【図２９】図２８の一部を拡大して示すグラフである。
【図３０】図２８の一部を拡大して示すグラフである。
【図３１】図２８の一部を拡大して示すグラフである。
【図３２】実施例２の反射率スペクトルの一例を示すグラフである。
【図３３】図３２の一部を拡大して示すグラフである。
【図３４】実施例２の群遅延スペクトルの一例を示すグラフである。
【図３５】図３４の一部を拡大して示すグラフである。
【図３６】実施例２のポテンシャル分布から求めた反射率スペクトルを示すグラフである。
【図３７】図３６の一部を拡大して示すグラフである。
【図３８】図３６の一部を拡大して示すグラフである。
【図３９】図３６の一部を拡大して示すグラフである。
【図４０】実施例２のポテンシャル分布から求めた群遅延スペクトルを示すグラフである。
【図４１】図４０の一部を拡大して示すグラフである。
【図４２】図４０の一部を拡大して示すグラフである。
【図４３】図４０の一部を拡大して示すグラフである。
【図４４】比較例１の反射率スペクトルの一例を示すグラフである。
【図４５】図４４の一部を拡大して示すグラフである。
【図４６】図４４の一部を拡大して示すグラフである。
【図４７】比較例１の群遅延スペクトルの一例を示すグラフである。
【図４８】図４７の一部を拡大して示すグラフである。
【図４９】図４７の一部を拡大して示すグラフである。
【図５０】比較例２の反射率スペクトルの一例を示すグラフである。
【図５１】図５０の一部を拡大して示すグラフである。
【図５２】図５０の一部を拡大して示すグラフである。
【図５３】比較例２の群遅延スペクトルの一例を示すグラフである。
【図５４】図５３の一部を拡大して示すグラフである。
【図５５】図５３の一部を拡大して示すグラフである。
【図５６】比較例３の反射率スペクトルの一例を示すグラフである。
【図５７】図５６の一部を拡大して示すグラフである。
【図５８】図５６の一部を拡大して示すグラフである。
【図５９】比較例３の群遅延スペクトルの一例を示すグラフである。
【図６０】図５９の一部を拡大して示すグラフである。
【図６１】図５９の一部を拡大して示すグラフである。
【図６２】素子長が異なる素子の反射率スペクトルの比較グラフの一例である。
【図６３】素子長が異なる素子の群遅延スペクトルの比較グラフの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１に、本発明の光分散補償素子において、チャネル帯域幅の異なる分散補償波長チャネル帯域の群の数を２とした場合の挿入損失スペクトル及び群遅延スペクトルの一例を示す。図１に示す群遅延スペクトルにおいては、所定のチャネル帯域幅Ａ，Ｂの範囲で分散補償を意図する群遅延時間を有する複数の分散補償波長チャネル帯域が、高密度波長多重通信システムの光信号の伝送を意図する波長である複数の波長チャネルに応じて分割されている。
光分散補償素子の各分散補償波長チャネル帯域は、光ファイバ伝送路により伝送される信号が当該波長チャネルにおいて光ファイバ伝送路の波長分散（群遅延量）及び分散スロープから受けた影響を補償するために必要な群遅延時間を有する。
【００１９】
分散補償を意図する群遅延時間を有する波長領域、すなわち各分散補償波長チャネル帯域は、群遅延量（単位はｐｓ）が傾斜して波長依存性のある領域であり、図１では、ＡまたはＢとして示す。各波長チャネルにおける分散補償波長チャネル帯域内の群遅延量の傾斜は、群遅延の波長依存性（単位はｐｓ／ｎｍ）を表し、波長分散補償量に相当する。分散補償を意図する波長領域がさらに分散スロープを補償するための波長依存性（単位はｐｓ／ｎｍ２）を含んでいても良い。この場合は、同じ群に属する波長チャネル同士でも、少しずつ群遅延量が変化していてもよい。（例えば後述する実施例１の図２８〜３１参照。）
【００２０】
分散補償を意図しない波長領域は、図１のチャネル帯域幅ＡとＡの間、ＡとＢの間、及びＢとＢの間にそれぞれ存在する。これにより、各分散補償波長チャネル帯域の群遅延スペクトルは不連続となり、相互に分離される。分散補償を意図しない波長領域では、群遅延量が波長にかかわらず一定である波長領域や、群遅延量の波長依存性が不定である波長領域や、挿入損失が大きく出力が得られない波長領域を含んでいても良い。ここで、挿入損失とは、素子が反射型である場合には反射光の挿入損失であり、挿入損失が大きい波長領域とは、反射率が小さく、当該波長の光を透過させる領域であっても良い。
各波長チャネルにおいて、分散補償を意図する波長領域の両側に、分散補償を意図しないが一定の小さい挿入損失を有する波長領域を付与することが好ましい。例えば、図１では、分散補償を意図する波長領域において挿入損失を一定とするのみならず、分散補償を意図する波長領域の両側に、分散補償を意図する波長領域におけるのと概略同一の挿入損失を有する波長領域を有する。つまり、挿入損失を小さく設定した波長領域は、分散補償を意図して群遅延を設定した波長領域（Ａ，Ｂ）に比べて、帯域幅が広くされている。これにより、分散補償を意図する波長領域（Ａ，Ｂ）内に挿入損失が増大した部分が発生することを抑制できる。この、分散補償を意図しないが挿入損失を小さく設定した波長領域では、群遅延量が波長にかかわらず一定であっても良い。
なお、図１は、各波長チャネルの群遅延量（単位はｐｓ）は各分散補償波長チャネル帯域内での群遅延量の傾斜を説明するものであり、ある波長チャネルと別の波長チャネルとの間の群遅延量の関係を示すものではない。
【００２１】
図１に示す複数の波長チャネルは、より狭いチャネル帯域幅Ａを有する分散補償波長チャネル帯域からなる第１の群と、より広いチャネル帯域幅Ｂを有する分散補償波長チャネル帯域からなる第２の群とを成している。
つまり、設計上等しいチャネル帯域幅を有する分散補償波長チャネル帯域同士が波長帯域に沿って隣接することで、チャネル帯域幅Ａを有する分散補償波長チャネル帯域が複数隣接して第１の群を構成し、チャネル帯域幅Ｂを有する分散補償波長チャネル帯域が複数隣接して第２の群を構成している。
【００２２】
このように、光分散補償素子が、各波長チャネルに対応して、分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域と分散補償を意図しない波長領域とによって構成されるとともに、複数の分散補償波長チャネル帯域は、チャネル帯域幅が異なる少なくとも２つ以上の群に分かれていることにより、必要とするチャネル帯域幅の異なる２種類以上の変調速度または変調方式に適切に対応して、光ファイバ伝送路にインライン型としても設置可能で、複数の波長チャネルを一括して補償することができ、各波長チャネルの分散補償残差をより小さくすることができる。
より狭いチャネル帯域幅Ａを有する分散補償波長チャネル帯域（分散補償波長チャネル帯域Ａ）と、より広いチャネル帯域幅Ｂを有する分散補償波長チャネル帯域（分散補償波長チャネル帯域Ｂ）とを混在させるときに、分散補償波長チャネル帯域Ａと分散補償波長チャネル帯域Ｂとを任意の順序に配置することは可能であるが、分散補償波長チャネル帯域として分散補償波長チャネル帯域Ａのみを含むように互いに隣接させて第１の群を構成し、分散補償波長チャネル帯域Ｂのみを含むように互いに隣接させて第２の群を構成することにより、分散補償波長チャネル帯域ＡとＡの間や、分散補償波長チャネル帯域ＢとＢの間の周波数間隔を狭くしても所望の補償特性を有する素子が実現しやすくなる。
【００２３】
また、特許文献３の段落００３２には、１０Ｇｂ／ｓの波長チャネルと４０Ｇｂ／ｓの波長チャネルとを混載するときに、伝送速度の違いによらず、チャネル間隔に一定に設定することが記載されているが、本発明においては、チャネル間隔（チャネルグリッド）は任意に設定可能である。例えば、分散補償波長チャネル帯域の帯域幅Ａが狭い第１の群のチャネル間隔を、分散補償波長チャネル帯域の帯域幅Ｂが広い第２の群のチャネル間隔よりも狭く設定すると、第２の群では、広い帯域幅Ｂに対応するために必要なチャネル間隔を確保しつつ、第１の群では、より多くの波長チャネルを配置することができる。
【００２４】
分散補償波長チャネル帯域Ａ及び分散補償波長チャネル帯域Ｂがいずれも光ファイバ伝送路の零分散波長（群遅延の波長分散が零となる波長）より長波長側であって、かつ光ファイバ伝送路の群遅延の波長分散Ｄが正となる波長領域に位置する（すなわち、光ファイバ伝送路の分散スロープＳは正であり、Ｓ／Ｄの比で定義されるＲＤＳは正である）場合には、光分散補償素子の波長分散補償量は負となり、長波長側ほど小さい（絶対値としては大きい）波長分散補償量が必要になる（すなわち、光分散補償素子の分散スロープＳは負であり、ＲＤＳは正である）。
【００２５】
１つの分散補償波長チャネル帯域に必要な最大の群遅延差（分散補償波長チャネル帯域内の最大群遅延量と最小群遅延量との差）は、分散補償を意図する波長領域の波長帯域幅（単位はｎｍ）と波長分散補償量との積にほぼ相当する。このため、チャネルに要求される周波数帯域幅（単位はＧＨｚ）が広いと、波長分散補償量が同程度でも、必要な最大の群遅延差は大きくなる。
例えば、後述する実施例１の図３０において、隣接する波長チャネルであり波長分散補償量はほぼ同程度であるのに、第２の群に属する第４４チャネル（波長１５９０．４１１ｎｍ）の最大の群遅延差が、第１の群に属する第４３チャネル（波長１５９１．２５５ｎｍ）の最大の群遅延差の約２倍となっているのは、第２の群の分散補償を意図する周波数帯域幅５０ＧＨｚが第１の群の分散補償を意図する周波数帯域幅２５ＧＨｚの２倍であり、それらの周波数帯域に対応する波長領域の帯域幅も約２倍となるためである。
【００２６】
また、後述するグレーティング構造においては、最大の群遅延差が大きいほど、必要素子長が大きくなる。
このような条件下では、チャネル帯域幅Ｂの広い分散補償波長チャネル帯域からなる第２の群では、チャネル帯域幅Ａの狭い分散補償波長チャネル帯域からなる第１の群よりも、必要な最大の群遅延差が大きく、さらに、同じ群に属する波長チャネル同士でも、長波長側ほど必要な最大の群遅延差が大きい（例えば後述する実施例１の図２８参照）。
そこで、チャネル帯域幅Ａの狭い分散補償波長チャネル帯域からなる第１の群を長波長側に、チャネル帯域幅Ｂの広い分散補償波長チャネル帯域からなる第２の群を短波長側に、それぞれ配置することが好ましい。この場合、そのように配置しなかった場合と比べて、最大の群遅延差がより小さくなり、光分散補償素子をより小さく構成することができる。
【００２７】
波長チャネルの群は、３つ以上の群に分かれていても良い。チャネル帯域幅が狭い分散補償波長チャネル帯域Ａと広い分散補償波長チャネル帯域Ｂの２種類である場合には、分散補償波長チャネル帯域Ａからなる第１の群より短波長側に、分散補償波長チャネル帯域Ｂからなる第２の群を配置し、さらにその短波長側に、分散補償波長チャネル帯域Ａからなる第３の群を配置することが可能である。また、分散補償波長チャネル帯域Ｂからなる第１の群より短波長側に、分散補償波長チャネル帯域Ａからなる第２の群を配置し、さらにその短波長側に、分散補償波長チャネル帯域Ｂからなる第３の群を配置することが可能である。
より好ましい態様としては、チャネル帯域幅が３種類以上ある場合に、分散補償波長チャネル帯域の群を３つ以上の群に分けることが望ましい。
例えば図２には、チャネル帯域幅Ａの最も狭い分散補償波長チャネル帯域からなる第１の群が最も長波長側に配置され、チャネル帯域幅Ｃの最も広い分散補償波長チャネル帯域からなる第３の群が最も短波長側に配置され、チャネル帯域幅ＢがＡとＣとの中間である分散補償波長チャネル帯域が、第１の群と第３の群との間に配置された例を示す。つまり、チャネル帯域幅Ａ，Ｂ，Ｃが狭いものからより広くなる順に、長波長側から短波長側に向かって配置されている。この場合、そのように配置しなかった場合と比べて、光分散補償素子をより小さく構成することができる。
【００２８】
波長チャネルの群は、４つ以上の群に分かれている場合も同様であり、チャネル帯域幅の最も狭い分散補償波長チャネル帯域からなる第１の群を最も長波長側に配置し、チャネル帯域幅の最も広い分散補償波長チャネル帯域からなる第Ｎの群（ただし、Ｎは群の総数である。）を最も短波長側に配置し、他の群を、第１の群と第Ｎの群との間で長波長側から短波長側に向かって、それぞれの群の前記チャネル帯域幅がより広くなる順に配置することが好ましい。
換言すれば、チャネル帯域幅が最も狭い分散補償波長チャネル帯域からなる第１の群を最も長波長側に配置し、チャネル帯域幅が２番目に狭い分散補償波長チャネル帯域からなる第２の群を第１の群より短波長側に配置し、チャネル帯域幅が３番目に狭い分散補償波長チャネル帯域からなる第３の群を第２の群より短波長側に配置し、以下同様の順序で、第Ｎの群まで配置することが好ましい。
【００２９】
該光分散補償素子は、グレーティング構造を有するコアが基板上に形成された基板型光導波路からなる基板型光導波路部品として構成した場合には、より小型な光部品として光
分散補償素子を実現可能であり、データセンターや通信キャリア局舎の装置収容効率を向上させ、空調電力を削減し省エネに貢献することができる。
【００３０】
（基板型光導波路部品の第１実施形態）
図３に、本発明の基板型光導波路部品の第１実施形態を模式的に示す。図３（ａ）は光導波路のコア１の一部の斜視図、図３（ｂ）はコア１の同じ部分の上面図、図３（ｃ）は基板型光導波路部品の断面図である。なお、図３（ｃ）においては、コア１の側壁及び溝状構造に関して、図３（ａ）及び（ｂ）の凹部２ａ及び凸部２ｂの区別なしに、符号２を用いている。
この基板型光導波路部品は、光導波路が基板５上に形成された基板型光導波路部品である。光導波路は、基板５上に形成された下部クラッド６と、下部クラッド６上に形成されたコア１と、コア１および下部クラッド６の上に形成された上部クラッド７を有する。
また、側壁グレーティング構造２は、コアの幅ｗの周期的変化としてコア１の両側壁に形成された凹部２ａと凸部２ｂとから構成されている。コア幅ｗとは、光導波路の長手方向即ち信号光の導波する方向に対して垂直であり、かつ基板に平行である方向におけるコア１の幅を言う。凹部２ａではコア幅が狭く、凸部２ｂではコア幅が広い。
コア１の上面３及び底面４は平坦である。
【００３１】
光導波路の長手方向（図３（ｂ）の左右方向）において凹部２ａが継続する距離を、凹部の幅と呼ぶ。また、光導波路の長手方向において凸部２ｂが継続する距離を、凸部の幅と呼ぶ。隣接する凸部と凹部とを一組とし、その凸部の幅と凹部の幅とを加算したものが、その位置におけるグレーティングピッチである。
【００３２】
本実施形態の基板型光導波路部品は、詳しくは後述するが、グレーティングピッチが逆散乱問題を解いた結果として得られる離散化したピッチのいずれかの値をとる。すなわち、本実施形態の基板型光導波路部品は、従来公知の等ピッチグレーティング構造、チャープピッチグレーティング構造、サンプルドグレーティング構造のいずれとも異なる。
図３（ｂ）には、グレーティングピッチが、光導波路の長手方向の位置によってＰ、Ｐ＋ΔＰ、Ｐ−ΔＰのように異なる値をとることが示されている。また、コア幅ｗに関しては、図３（ｂ）には左から右に向かってコア幅ｗが増大する傾向をもつ部分を示している。後述するように、同じ光導波路が、他の部分（図示略）では左から右に向かってコア幅ｗが減少する傾向をもつ部分を含んでいる。
このように、グレーティングピッチとコア幅とが、逆散乱問題を解いた結果として得られる複雑な変化をしているので、所望の機能性を光導波路に付与することができる。
【００３３】
（デバイスの使用例）
図４に、基板型光導波路部品１０１と光伝送路１０３，１０５とを接続した形態１００の一例を示す。この基板型光導波路部品１０１はグレーティング構造を有する反射型デバイスであるため、開始端が光信号の入射端であると同時に出射端となる。図４に示すように、通常はサーキュレータ１０２を介して入出力光ファイバを接続し、使用する。サーキュレータ１０２には、入射信号光を伝搬する入射用光ファイバ１０３と、基板型光導波路部品１０１と光サーキュレータ１０２とを接続する結合用光ファイバ１０４と、出射信号光を伝搬する出射用光ファイバ１０５が接続されている。
また、基板型光導波路部品１０１と結合用光ファイバ１０４とが光接続される箇所には、通常モードフィールドコンバーターあるいはスポットサイズコンバーターと呼ばれる入出力変換部を追加すると、結合用光ファイバ１０４と基板型光導波路部品１０１との接続損失を低減できるので、好ましい。
【００３４】
（デバイスの製造方法）
所望の光学特性が得られるグレーティング構造を有する基板型光導波路部品を得るため、本発明では、該光導波路の光伝搬方向にわたるポテンシャル分布を求め、これを光導波路の光伝搬方向にわたる等価屈折率分布に換算し、光導波路の寸法、より具体的には、コアの断面構造寸法及び長手方向寸法に変換することが好ましい。ポテンシャル分布の算出は、光導波路の前方及び後方に伝搬する電力波振幅なる変数を導入した波動方程式より、例えば光導波路の等価屈折率の対数の微分から導かれるポテンシャルを有するZakharov-Shabat方程式などに帰着させ、グレーティング光導波路の反射率の強度および位相のスペクトルである複素反射スペクトルからポテンシャル関数を数値的に導く逆散乱問題として解き、所望の反射スペクトルを実現するためのポテンシャルを推測する設計法を用いて設計することが出来る。
これにより、従来公知の等ピッチグレーティング素子やチャープピッチグレーティング素子では実現出来ないような複雑な光学特性を有するブラッググレーティング素子を設計し製作することが可能となるため、例えばＤＷＤＭ光ファイバ通信システムにおいて４０チャネル一括で伝送線路光ファイバの波長分散と分散スロープとを同時に補償する光波長分散補償器といったような所望の光学特性を有するデバイスを実現することが出来る。
【００３５】
（ポテンシャル分布の設計方法）
所望の複素反射スペクトルから逆散乱問題を用いてポテンシャル分布を設計する手法は以下の通りである。
なお、後述する設計手順中の数式においては、グレーティング光導波路の長手方向、すなわち光伝搬方向をｚ軸として数式を示す。図３（ｂ）の左右方向がｚ軸方向である。該グレーティング光導波路デバイスのグレーティング領域開始端をｚ＝０、終了端をｚ最大値座標とし、ｚ最大値がすなわちグレーティング光導波路部の領域長である。
【００３６】
まず、光導波路を伝搬する電磁界を、Sipeの論文（J.E. Sipe, L. Poladian, and C. Martijn de Sterke, “Propagation through nonuniform grating structures,” Journal of the Optical Society of America A, Vol. 11, Issue 4, pp. 1307-1320 (1994)）を参照して、次のように定式化する。
【００３７】
電磁界の時間変動をｅｘｐ（−ｉωｔ）と仮定すると、該光導波路の光伝搬方向をｚ軸として、光導波路中の電界の複素振幅Ｅ（ｚ）及び磁界の複素振幅Ｈ（ｚ）は、マクスウェル方程式により、次式（１）、（２）となる。
【００３８】
【数１】
2012022180.tif 000003
【００３９】
【数２】
2012022180.tif 000004
【００４０】
ただし、Ｅ（ｚ）は電界の複素振幅、Ｈ（ｚ）は磁界の複素振幅、ｉは虚数単位、ωは角周波数、μ０は真空の透磁率、ε０は真空の誘電率、ｎｅｆｆは光導波路の実効屈折率を表す。
【００４１】
式（１）、（２）から結合モード方程式を構築するため、ここで、次式（３）、（４）のようにＥ（ｚ）及びＨ（ｚ）を進行波（前方に伝搬する電力波）振幅Ａ＋（ｚ）と後退波（後方に伝搬する電力波）振幅Ａ−（ｚ）に変換する。該デバイスは反射スペクトルとして所望の光学特性を実現する反射型デバイスである。反射波は後退波振幅Ａ−（ｚ）に対応する。
【００４２】
【数３】
2012022180.tif 000005
【００４３】
【数４】
2012022180.tif 000006
【００４４】
ただし、ｎａｖは光導波路の参照屈折率（平均実効屈折率）であり、このｎａｖは、ｎｅｆｆ（ｚ）の基準となる。これらの変数Ａ＋（ｚ）及びＡ−（ｚ）は、ｃｌｉｇｈｔを真空中の光速として、次式（５）、（６）を満たす。
【００４５】
【数５】
2012022180.tif 000007
【００４６】
【数６】
2012022180.tif 000008
【００４７】
ここで、波数ｋ（ｚ）を次式（７）で表す。ここで、ｃｌｉｇｈｔは真空中の光速度である。
【００４８】
【数７】
2012022180.tif 000009
【００４９】
また、式（８）のｑ（ｚ）は、結合モード方程式におけるポテンシャル分布である。
【００５０】
【数８】
2012022180.tif 000010
【００５１】
式（５）、式（６）のｎ（ｚ）を式（７）、式（８）のｎｅｆｆ（ｚ）と同一視して代入すると、式（５）、式（６）は、式（９）、式（１０）に示すZakharov-Shabat方程式に帰着される。
【００５２】
【数９】
2012022180.tif 000011
【００５３】
【数１０】
2012022180.tif 000012
【００５４】
Zakharov-Shabat方程式で示された逆散乱問題を解くことは、後述するゲルファント−レヴィタン−マルチェンコ方程式を解くことであり、その手順は例えば、Frangosの論文（P.V. Frangos and D.L. Jaggard, “A numerical solution to the Zakharov-Shabat inverse scattering problem,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 39, Issue. 1, pp. 74-79 (1991)）に開示されている。
また、Xiaoの論文（G. Xiao and K. Yashiro, “An Efficient Algorithm for Solving Zakharov-Shabat Inverse Scattering Problem,” IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol. 50, Issue 6, pp. 807-811 (2002)）には、Zakharov-Shabat方程式の効率的な解法が開示されている。
【００５５】
上記のグレーティング構造を有する基板型光導波路部品の光学特性は、光導波路入出力端における複素反射スペクトルｒ（ｋ）として、次式（１１）で定義される。
【００５６】
【数１１】
2012022180.tif 000013
【００５７】
次式（１２）に示すように、ｒ（ｋ）のフーリエ変換はこの系のインパルス応答Ｒ（ｚ）である。
【００５８】
【数１２】
2012022180.tif 000014
【００５９】
複素反射スペクトルｒ（ｋ）として波長に対する所望の群遅延特性と反射率の分布を与えることにより、これを実現するためのポテンシャル分布関数ｑ（ｚ）を数値的に解くことができる。
本設計では、グレーティングの振幅が変化して位相は振幅に従属して変化するという振幅変調型のグレーティングを用いた設計を行なう。そのため、設計の入力データとして用いる複素反射スペクトルにおいては、グレーティングの振幅の包絡線とグレーティングの振動の位相との分離性を高めるため、周波数の原点（すなわち０Ｈｚ）から所定の群遅延時間特性が求められる周波数領域をすべて含める。
【００６０】
まず、式（３）及び式（４）の解を次式（１３）、（１４）のように表す。
【００６１】
【数１３】
2012022180.tif 000015
【００６２】
【数１４】
2012022180.tif 000016
【００６３】
Ａ＋（ｚ）及びＡ−（ｚ）はそれぞれ＋ｚ方向及び−ｚ方向に伝搬する。式（１３）及び式（１４）中の積分項は反射の影響を表している。式（１３）及び式（１４）から、結合モード方程式が次の式（１５）及び式（１６）で表されるゲルファント−レヴィタン−マルチェンコ方程式に変換される。
【００６４】
【数１５】
2012022180.tif 000017
【００６５】
【数１６】
2012022180.tif 000018
【００６６】
ここで、正規化時間ｙはｙ＝ｃｌｉｇｈｔ  ｔ  （ｔは時間）であり、ｚ＞ｙである。Ｒ（ｚ）は、波数を変数とした複素反射スペクトルｒ（ｋ）の逆フーリエ変換であり、インパルス応答に相当する。Ｒ（ｚ）を与えて式（１５）及び式（１６）を解くことにより、ポテンシャル分布ｑ（ｚ）が求められ、式（１７）で与えられる。
【００６７】
【数１７】
2012022180.tif 000019
【００６８】
得られたポテンシャル分布ｑ（ｚ）を次式（１８）に適用することで、グレーティング光導波路の実効屈折率分布ｎｅｆｆ（ｚ）が得られる。
【００６９】
【数１８】
2012022180.tif 000020
【００７０】
本発明では、式（８）及び式（１７）のポテンシャル分布ｑ（ｚ）を実数とする。その結果、複素反射スペクトルｒ（ｋ）からインパルス応答（時間応答）Ｒ（ｚ）へと変換するための演算は実数型となり、振幅が変化して位相が振幅に従属して変化する。
【００７１】
このようにして得られた実効屈折率分布ｎｅｆｆ（ｚ）は、高屈折率値と低屈折率値とが短いピッチ（周期）で交互に現れるものであり、グレーティング光導波路構造を示すものとなっている。このグレーティング構造は、光導波路コアの側壁の凹部および凸部におけるコア幅ｗに対応する、隣接する高屈折率値と低屈折率値との屈折率差が一定ではなく漸次変化する不均一なものとなっており、また屈折率の変化するピッチはある限定された離散値をとるものとなっており、従来公知の等ピッチグレーティング光導波路、チャープピッチグレーティング光導波路、サンプルドグレーティング光導波路のいずれとも一致しない新規な構造を有する。
【００７２】
本発明のグレーティング光導波路は、ブラッググレーティングの振幅を変化させてグレーティングパターンを形成するものであり、グレーティングの振幅の包絡線の勾配の符号が反転する振幅変調型である。サンプルドグレーティング光導波路では、符号が反転する二点間で振幅が連続的にゼロになる光導波路領域が介在するという特徴がある。これに対し、本願の振幅変調型グレーティング光導波路では、そのような構造は現れない。符号の反転は孤立した単一の座標点で生じるという階段的な急峻性あるいは不連続性を示す。つまり、あるｚ座標で包絡線の勾配の符号が反転するという意味である。包絡線の勾配の符号が反転する孤立した一座標点でのみ振幅がゼロとなるため、実質的には振幅が一定の区間ゼロのままとなるような領域は出現しない。これにより、サンプルドブラッググレーティングよりも導波路長を短縮することが可能となる。
【００７３】
包絡線の勾配の符号が反転する孤立した座標点は導波路上で複数個存在する。おのおのの座標点では、付随的に位相の不連続変化を伴う。位相が不連続変化すると局所周期（ピッチ）が変化するため、ピッチが当該座標点で対象とするスペクトルにおける中心波長を光導波路の実効屈折率の平均値ｎａｖで除算した値の半分とは異なる値をとる。包絡線の勾配の符号が反転する座標点を特定する精度は、横軸にとっている導波路の座標ｚの離散化刻みによる。その刻みをΔｚとすると、座標点を特定する精度は±Δｚの範囲にある。このように、本発明の振幅変調型グレーティング光導波路には、グレーティングの振幅の包絡線の勾配の符号が反転し、その結果、ピッチが離散的に変化する座標点が存在する。
離散化したグレーティングピッチは、Δｚに依存して決まるΔＰにより、Ｐ±ＮΔＰとして表すことが可能であり、Ｎは逆散乱問題を解く際の離散化パラメータに係る整数である。
【００７４】
ピッチの離散的変化は、チャープトブラッググレーティングには見られない特徴である。チャープトブラッググレーティングでは、ピッチは光導波方向に沿って連続的に変化する。チャープトブラッググレーティングでは、ブラッググレーティングの振幅も同時に変化するが、振幅の変化はアポダイズのような副次的特性の実現に利用されるにとどまり、フィルタの反射スペクトルのチャネル数・位相特性などの主要な特性はブラッググレーティングの周波数を光の導波方向に沿って変化させることによって達成される。ここに開示した手順では、チャープ型グレーティングを構成することはできない。チャープ型グレーティングを構成するには、複素反射スペクトルｒ（ｋ）から時間応答（インパルス応答）Ｒ（ｚ）への変換を複素数型へと切り替える必要がある。その結果、式（１７）により得られるポテンシャル分布ｑ（ｚ）は複素数となる。ｑ（ｚ）が複素数であると、ｑ（ｚ）から実効屈折率分布ｎｅｆｆ（ｚ）を求めるにあたり、ｎｅｆｆ（ｚ）は実数であるため、ｑ（ｚ）の実部のみをとることが必要である。よって、本発明の振幅変調型グレーティング構造と従来公知のチャープ型グレーティング構造とは設計方法を異にし、互いに異なる範疇に分類される。振幅変調型に相対することから、チャープ型グレーティング構造は、いわば、周波数変調型に分類される。
【００７５】
本発明では、他の実施例すべてを含めて、当該の複素反射スペクトルからインパルス応答への変換に用いる演算は実数型とし、振幅変調型ブラッググレーティングを対象とする。振幅変調型ブラッググレーティングを選択するための条件をまとめると、以下の二点となる。
（Ｉ）  指定するスペクトル特性の周波数範囲を原点（周波数ゼロ）から該当するスペクトルチャネルの存在する領域まですべてを含める。
（ＩＩ）上述の複素反射スペクトルからインパルス応答への変換において実数型を選択する。
【００７６】
実際の計算手順では、まず、グレーティング光導波路デバイスの全長を決めることにより、ｚの最大値を特定する。これは、例えば、光分散補償器の場合であれば、補償すべき群遅延分散値とチャネル帯域幅とからグレーティング光導波路で発生すべき群遅延時間の最大値が決まるので、これに真空中の光速度ｃｌｉｇｈｔを乗じ、さらに実効屈折率の平均値ｎａｖで除することで、最低限必要となる素子長を決めることが出来る。反射型デバイスとして構成する場合、往復の光路により必要な群遅延時間を得れば良いので、実際の必要素子長は群遅延時間差の最大値から直接求められる素子長の概略半分で良い。素子の全長は、これに一定の余長を追加したものとする。例えば、素子全長を必要素子長の１２０％とする。
続いて、ｚ座標の離散化の刻みを決める。ｚ軸上で定義される各種分布関数を数値解析で取り扱うには、データを有限長にする（離散化する）ために、ｚ軸上に等間隔に配置された点を選び、ｚ座標を設定する。一例として、設計中心波長λを基準として素子全長を１４，４００λ、ｚ軸上の離散化刻みΔｚをλ／４０に設定すると、ｚ０からｚ５７６０００までの５７６，０００点について光分散補償器のポテンシャル分布ｑ（ｚ）を計算することとなる。
【００７７】
複素反射スペクトルｒ（ｋ）として与えた波長に対する所望の光学特性の一例として、反射率の分布を図１８及び図１９に示すとおりとし、群遅延特性を図２０及び図２１としたとき、計算によって求められるポテンシャル分布ｑ（ｚ）の一例を図２２及び図２３に示す。後述する実施例１のシミュレーション結果によれば、このようにして求められた図２２のポテンシャル分布ｑ（ｚ）が達成していると期待される反射率の分布（反射率スペクトル）は、図２４、図２５、図２６及び図２７、また群遅延特性（群遅延スペクトル）は、図２８、図２９、図３０及び図３１であり、設計インプットとして与えた光学特性をよく再現している。なお、図２５、図２６、図２７、図２９、図３０及び図３１においては、各波長チャネルのうちで分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域内を太実線で、分散補償を意図していない領域を点線で示した。
【００７８】
複素反射スペクトルｒ（ｋ）として与える光学特性においては、各波長チャネルにおいて、分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域の両側に、分散補償を意図しないが一定の反射率を有する波長領域を付与することが好ましい。例えばこの領域では、一定の群遅延量を有し、かつ、分散補償を意図する波長領域と概略同一の反射率を有するようにする。
波長チャネルの詳細について、例えば図６２，図６３を例にして説明する。図６３において、１５９０．４１１ｎｍを中心として群遅延量が傾斜している波長依存性のある範囲（分散補償波長チャネル帯域）が、波長分散を補償することを意図したチャネル帯域を示す。また、群遅延量が平坦な波長依存性が無い範囲（図６３の１５９０．１ｎｍ付近及び１５９０．７ｎｍ付近）が、「波長分散を補償することを意図していないが一定の反射率を有するように規定した領域」である。この領域の反射率は、図６２に示すように、分散補償波長チャネル帯域の反射率と同一にしている。さらに、各波長チャネルの境界付近、すなわち、ある波長チャネルの「波長分散を補償することを意図していないが一定の反射率を有するように規定した領域」と隣接する波長チャネルの「波長分散を補償することを意図していないが一定の反射率を有するように規定した領域」との間に、反射率を規定しないか、又は原則として透過すると規定した領域を設けても良い。
【００７９】
予め求めた光導波路断面構造、具体的にはコア寸法と等価屈折率との関係を元に、逆散乱問題を解いて得られたポテンシャル分布ｑ（ｚ）を実効屈折率ｎｅｆｆ（ｚ）に換算し、続いて光導波路の光伝搬方向（長手方向）におけるコア寸法分布を算出する。
【００８０】
図３（ａ）〜（ｃ）に示した第１実施形態の光導波路デバイスについて、実効屈折率ｎｅｆｆとコア幅ｗとの対応を求めた結果の一例を図８に示す。この事例では、クラッド材料はシリカ（ＳｉＯ２）、コア材料は窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）である。コアの厚みｔは１．４μｍとした。この第１実施形態の光導波路構造は偏波依存性を有するため、この事例では、ＴＥモード用のデバイスとして設計した。この図８に示したような実効屈折率ｎｅｆｆとコア幅ｗとの対応関係を得るには、コア幅ｗの値を変化させて、それぞれの光導波路の断面構造から固有伝搬モードの電磁界分布をモードマッチング法、有限要素法、もしくはビーム伝搬法など各種方法を採用したモードソルバープログラムにより求め、その実効屈折率ｎｅｆｆを算出することで求められる。
実効屈折率分布ｎｅｆｆ（ｚ）と図８のグラフとから、各ｚ座標におけるコア幅ｗを求めることが出来る。図８より、実効屈折率と光導波路の構造寸法との関係を検討した範囲のおよそ中央を基準にとることによって、参照屈折率（平均実効屈折率）ｎａｖは例えば１．９５とする。また、図９には、コアの厚みｔを１．０μｍとした場合に求められた実効屈折率ｎｅｆｆとコア幅ｗとの対応を示す。
【００８１】
（光導波路の製造工程）
次に、第１実施形態の基板型光導波路の製造工程について説明する。
まず、図５に示すように、コア１の材料となる高屈折率材料層１ａを形成する（高屈折率材料層形成工程）。ここでは、支持基板５の上に下部クラッド６を形成した後、下部クラッド６の上に高屈折率材料層１ａを形成している。支持基板５は例えばシリコンウエハであり、下部クラッド６は、ＣＶＤ装置等を用いて適切な厚さで堆積させたＳｉＯ２膜である。また、高屈折率材料層１ａは、光導波路コアを形成するためのＳｉ３Ｎ４膜を、ＣＶＤ装置等を用いて所望の厚さで堆積させたものである。
【００８２】
次に、図５に二点鎖線で示すように、高屈折率材料層１ａの上にフォトレジストパターン６０を形成する。このフォトレジストパターン６０は、設計された光導波路のグレーティング構造２に対応するものである。露光は、ステッパー露光装置を用いて行うことができる。露光に用いる光の波長は、フォトレジストの特性に応じて適宜設定することができ、例えば２４８ｎｍが挙げられる。フォトレジストパターン６０の形成には、バイナリ型のフォトマスクを用いて露光しても良いが、露光装置の性能上その必要がある場合には、レベンソン型位相シフト型フォトマスクを用いて露光するか、またはレベンソン型位相シフト型フォトマスクを用いた露光とバイナリ型フォトマスクを用いた露光とを組み合わせ２段階の露光工程を行うこともできる。露光工程後、フォトレジスト層を現像する現像工程を行う。
現像工程により得られたフォトレジストパターンを用いて高屈折率材料層１ａをエッチングするエッチング工程を行い、続いて残留したフォトレジストを除去する工程を行うことにより、図６に示すように、側壁に凸部２ｂ及び凹部２ａからなるグレーティング構造２を有するコア１を形成することができる。
さらに、図７に示すように、ＣＶＤ装置等を用いて適切な厚さで上部クラッド７（例えばＳｉＯ２）を堆積させる。コア１上に堆積された上部クラッド７の厚さは、下部クラッド６の上に堆積する上部クラッド７の厚さと異なることがある。必要に応じて、基板５からの高さが揃うように化学機械研磨（ＣＭＰ）等により平坦化工程を行うこともできる。
【００８３】
以上の工程により、コア側壁にグレーティング構造を有する基板型光導波路を製作することが可能である。なお、通常、比屈折率差の大きい基板型光導波路の使用にあたっては、光ファイバとの光学的接続においてモードフィールド径の変換器が必要である。一般的には、上記工程に前後してモードフィールド変換部あるいはスポットサイズ変換部と呼ばれる領域を形成する工程を設け、同一基板上に当該光導波路と光学的に接続するように集積化して形成する。
【００８４】
（基板型光導波路部品の第２実施形態）
図１０に基板型光導波路部品の第２実施形態の断面図を示す。この実施形態では、光導波路コア側壁にグレーティング構造１２を有するとともにコア上部１１に溝状グレーティング構造１３を有することで、偏波無依存型のデバイスとすることができる。
側壁グレーティング構造１２は、コアの幅ｗｏｕｔの周期的変化としてコア１０の両側壁に形成された凹部１２ａと凸部１２ｂとから構成されている。凹部１２ａではコア幅が狭く、凸部１２ｂではコア幅が広い。
コア上部１１の溝状グレーティング構造１３においては、側壁グレーティング構造１２の凸部１２ｂに相当する位置において、コア１０を形成する材料が凸状を成し溝状構造１３の幅が狭くなっていて、凸部１３ｂとなっている。また、側壁グレーティング構造１２の凹部１２ａに相当する位置において、コア１０を形成する材料が凹状を成し溝状構造１３の幅が広くなっていて、凹部１３ａとなっている。つまり、溝状構造１３の幅ｗｉｎとしては、凸部１３ｂにおいて溝状構造１３の幅ｗｉｎが狭く、凹部１３ａにおいて溝状構造１３の幅ｗｉｎが広いという逆転した関係になっている。
この事例では、コア１０をＳｉ３Ｎ４膜、クラッド１６，１７をＳｉＯ２膜とし、図１２に示す断面においてコアの厚みｔｏｕｔを１．４μｍ、コア上部の溝深さｔｉｎを０．１μｍとしたとき、図１１、図１２、図１３に示すように、実効屈折率ｎｅｆｆに対して適切なコア幅ｗｏｕｔとコア上部の溝幅ｗｉｎとを求めることにより、偏波無依存型のデバイスを実現することができる。
【００８５】
（基板型光導波路部品の第３実施形態）
図１４に基板型光導波路部品の第３実施形態の断面図を示す。この基板型光導波路部品２０は、光学特性を可変とするための内側コア２１，２２と、光学特性の偏波依存性の問題を解消するための外側コア２４とを備えた二重コア構造を採用している。
この二重コア構造は、基板２５上に形成された下部クラッド２６上に存在する。内側コア２１，２２は例えばシリコン（Ｓｉ）から構成され、外側コア２４は例えば窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）から構成される。中央ギャップ２３は、高屈折率材料とする必要はなく、シリカ（ＳｉＯ２）、窒酸化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）あるいは窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）等から構成しても良い。組成比ｘ：ｙは、所望の屈折率が得られるように制御することができる。
複合コアの上部および両側方は、上部クラッド２７で覆われている。上部クラッド２７および下部クラッド２６は、二重コア構造の平均屈折率よりも低い材料から構成され、例えばシリカ（ＳｉＯ２）から構成される。上部クラッド２７の材料と下部クラッド２６の材料は、同じでも異なっても構わない。
【００８６】
内側コア２１，２２は、中央ギャップ２３を介して２つの部分に分けられ、それぞれがリブ２１ｂ，２２ｂとスラブ２１ａ，２２ａとを有する。内側コア２１，２２には、不純物元素（ドーパント）のインプラント処理によってＰ型半導体領域及びＮ型半導体領域が形成されている。
外側コア２４は内側コア２１，２２の上に配置されている。外側コア２４の屈折率は、内側コア２１，２２の平均屈折率よりも低い。図１４には現されていないが、外側コア２４の側壁２４ｂ及び上面２４ａの溝状構造２４ｃには、それぞれ図１０のコア１０と同様な側壁グレーティング構造及び上部溝状グレーティング構造が形成されている。具体的には、外側コア２４の幅ｗｏｕｔを周期的に変化させた側壁グレーティング構造と、外側コア２４の上面２４ａに形成された溝状構造２４ｃの幅ｗｉｎを周期的に変化させた上部溝状グレーティング構造を備えている。
内側コア２１，２２は一方がＮ型シリコン、他方がＰ型シリコンからなり、金属配線を介して外部の制御回路（図示せず）と接続し、外部から電圧を印加することにより光学特性を可変としている。
【００８７】
光導波路断面構造の設計事例として、ｔ１を２５０ｎｍ、ｔ２を５０ｎｍ、ｗ１を２８０ｎｍ、ｗ２を１６０ｎｍ、ｔｏｕｔを６００ｎｍ、ｔｉｎを１００ｎｍとした場合で算出した実効屈折率ｎｅｆｆに対するコア幅ｗｏｕｔとコア上部の溝幅ｗｉｎとの関係を図１５、図１６、図１７に示す。この事例では、参照屈折率ｎａｖは例えば２．３４８であり、第１及び第２の実施形態と同様にして、グレーティング構造を設計することができる。
【実施例】
【００８８】
以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。
【００８９】
（実施例１）
分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）１００ｋｍからなる光ファイバ伝送路のＬ−ｂａｎｄの波長分散を補償する波長分散補償素子を設計した。
設計中心周波数を１８８．４ＴＨｚ（すなわち、設計中心波長は１５９１．２５５ｎｍ）とし、該設計中心周波数・設計中心波長における波長分散補償量を−２９５ｐｓ／ｎｍ、分散スロープＲＤＳを０．０２４／ｎｍとし、分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域及びその両側の分散補償を意図しないが一定の反射率を有する領域における反射率を０．９（反射信号の挿入損失０．５ｄＢに相当。）に設定した。
１８６．３ＴＨｚ（１６０９．１９２ｎｍ）の第１チャネルから１８８．４ＴＨｚ（１５９１．２５５ｎｍ）の第４３チャネルまでの第１の群は、チャネル間隔（チャネルグリッド）を５０ＧＨｚ、分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域の帯域幅を２５ＧＨｚ、分散補償を意図しないが一定の反射率を有する領域の帯域幅を１５ＧＨｚ（両側に７．５ＧＨｚずつ）、反射率を規定しない境界領域の帯域幅を１０ＧＨｚとした。
１８８．５ＴＨｚ（１５９０．４１１ｎｍ）の第４４チャネルから１９０．６ＴＨｚ（１５７２．８８８ｎｍ）の第６５チャネルまでの第２の群は、チャネル間隔（チャネルグリッド）を１００ＧＨｚ、分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域の帯域幅を５０ＧＨｚ、分散補償を意図しないが一定の反射率を有する領域の帯域幅を４０ＧＨｚ（両側に２０ＧＨｚずつ）、反射率を規定しない境界領域の帯域幅を１０ＧＨｚとした。
【００９０】
これらの諸光学特性を設計入力パラメータ（インプット）として、図１８及び図１９に示す反射率スペクトルと、図２０及び図２１に示す群遅延スペクトルを設計し、これを複素反射スペクトルｒ（ｋ）として与えた。
第１の群では、第１チャネルが最大の群遅延差を必要とし、９１ｐｓである。
第２の群では、第４４チャネルが最大の群遅延差を必要とし、１２２ｐｓである。
よって、この素子では、最大の群遅延差として１２２ｐｓを要し、必要素子長としては１２０００λ程度である。ここで、必要素子長に対してどの程度の余長を付加するのが適切であるかを見積もるため、必要素子長１２０００λに対して９０％となる１０８００λ、１００％となる１２０００λ、１１０％となる１３２００λ、１２０％となる１４４００λ及び１３０％となる１５６００λのそれぞれに素子長を設定してポテンシャル分布を求めた。離散化刻みをλ／４０としたので、長手方向ｚの点数は、素子長１０８００λに対して４３２０００点、素子長１２０００λに対して４８００００点、素子長１３２００λに対して５２８０００点、素子長１４４００λに対して５７６０００点、素子長１５６００λに対して６２４０００点である。
【００９１】
このようにして設計したポテンシャル分布ｑ（ｚ）を、素子長１４４００λ（１２０％）の事例について図２２及び図２３に示す。また、素子長が異なる９０〜１３０％のそれぞれの素子の設計事例で設計により求められたポテンシャル分布が達成している光学特性について、図６２に反射率スペクトルの比較を示し、図６３に群遅延スペクトルの比較を示す。
図６２から、素子長が９０％及び１００％では、分散補償を意図する波長領域内においても反射率が不足している、すなわち分散補償素子として挿入損失が大きい領域が存在することが分かる。また、図６３から、素子長が９０％、１００％及び１１０％では、分散補償を意図する波長領域内において群遅延リプルが大きいことが分かる。
これらの結果から、逆散乱問題を解くことによってグレーティング構造を設計する場合には、光学特性の劣化を抑制するため、上記の必要素子長に対して十分な余長を付加することが好ましいことが分かった。余長は例えば２０％程度で良い。なお、さらに余長を増やしても良いが、素子の量産時価格及び使用時の収容効率の観点から、素子長はなるべく短いことが望ましい。
【００９２】
また、図２２のポテンシャル分布から設計したグレーティング構造が設計インプットの光学特性を再現しているかどうかを確認するため、設計結果のグレーティング構造の光学特性について計算した。図２４、図２５、図２６及び図２７に、図２２のポテンシャル分布から求めた反射率スペクトルを示す。また、図２８、図２９、図３０及び図３１に、図２２のポテンシャル分布から求めた群遅延スペクトルを示す。なお、図２５、図２６、図２７、図２９、図３０及び図３１においては、各波長チャネルのうちで分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域内を太実線で示しており、設計インプットを良く再現した設計結果が得られていることが分かる。
図２２〜図３１に示す本実施例の設計結果は、１４４００λ（１２０％）の素子長で設計したので、ｎａｖが１．９５である実施形態であれば１２ｍｍ、ｎａｖが２．３４８である実施形態であれば１０ｍｍでこの設計結果による光波長分散補償素子が実現できる。
以上の結果から、Ｌ−ｂａｎｄにおいて６５チャネルという多数のチャネルの波長分散及び分散スロープを一括して補償することが可能であり、サーキュレータとともに用いることで、インラインでの分散補償に用いることができ、６５チャネルのうち２２チャネルでは、５０ＧＨｚという広いチャネル帯域を有する光波長分散補償素子を設計することができた。
【００９３】
（実施例２）
分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）１００ｋｍからなる光ファイバ伝送路のＬ−ｂａｎｄの波長分散を補償する波長分散補償素子を設計した。
実施例２では、設計中心周波数、波長分散補償量、分散スロープＲＤＳ、分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域及びその両側の分散補償を意図しないが一定の反射率を有する領域における反射率の値は、実施例１と同じにした。また、後述するように、実施例１では第２の群に属する波長チャネルのうち、第６２チャネルから第６５チャネルまでは、設計を若干変更して、第３の群を構成するようにした。
このため、第２の群は、第４４チャネルから１９０．２ＴＨｚ（１５７６．１９６ｎｍ）の第６１チャネルまでである。また、第１の群又は第２の群に属する第１チャネルから第６１チャネルのチャネルグリッド、分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域の帯域幅、分散補償を意図しないが一定の反射率を有する領域の帯域幅、及び反射率を規定しない境界領域は、実施例１と同じに設定した。
１９０．３ＴＨｚ（１５７５．３６８ｎｍ）の第６２チャネルから１９０．６ＴＨｚ（１５７２．８８８ｎｍ）の第６５チャネルまでの第３の群は、チャネル間隔（チャネルグリッド）を１００ＧＨｚ、分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域の帯域幅を８０ＧＨｚ、分散補償を意図しないが一定の反射率を有する領域の帯域幅を２０ＧＨｚ（両側に１０ＧＨｚずつ）、反射率を規定しない境界領域を無し（帯域幅を０ＧＨｚ）とした。
【００９４】
これらの諸光学特性を設計入力パラメータ（インプット）として、図３２及び図３３に示す反射率スペクトルと、図３４及び図３５に示す群遅延スペクトルを設計し、これを複素反射スペクトルｒ（ｋ）として与えた。
第１の群では、第１チャネルが最大の群遅延差を必要とし、９１ｐｓである。
第２の群では、第４４チャネルが最大の群遅延差を必要とし、１２２ｐｓである。
第３の群では、第６２チャネルが最大の群遅延差を必要とし、１２１ｐｓである。
このようにして設計したポテンシャル分布から、実施例１と同様に反射率スペクトル及び群遅延スペクトルを求めた。
図３６、図３７、図３８及び図３９に、実施例２のポテンシャル分布から求めた反射率スペクトルを示す。また、図４０、図４１、図４２及び図４３に、実施例２のポテンシャル分布から求めた群遅延スペクトルを示す。
本実施例２の素子では、実施例１と同一の素子長で、さらに帯域幅５０ＧＨｚの広帯域チャネルのうち４チャネルについて、分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域の帯域幅を５０ＧＨｚから８０ＧＨｚに拡大することができた。
【００９５】
（比較例１）
すべてのチャネル帯域幅を同一にして光分散補償素子を設計した比較例１として、分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）１００ｋｍからなる光ファイバ伝送路のＬ−ｂａｎｄの波長分散を補償する波長分散補償素子を設計した。
設計中心周波数を１８８．４ＴＨｚ（すなわち、設計中心波長は１５９１．２５５ｎｍ）とし、該設計中心周波数・設計中心波長における波長分散補償量を−２９５ｐｓ／ｎｍ、分散スロープＲＤＳを０．０２４／ｎｍとし、分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域及びその両側の分散補償を意図しないが一定の反射率を有する領域における反射率を０．９（反射信号の挿入損失０．５ｄＢに相当。）に設定した。
１８６．３ＴＨｚ（１６０９．１９２ｎｍ）の第１チャネルから１９０．５ＴＨｚ（１５７３．７１４ｎｍ）の第８５チャネルまで、すべてのチャネルについて、チャネル間隔（チャネルグリッド）を５０ＧＨｚ、分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域の帯域幅を２５ＧＨｚ、分散補償を意図しないが一定の反射率を有する領域の帯域幅を１５ＧＨｚ（両側に７．５ＧＨｚずつ）、反射率を規定しない境界領域の帯域幅を１０ＧＨｚとした。
【００９６】
これらの諸光学特性を設計入力パラメータ（インプット）として、図４４、図４５及び図４６に示す反射率スペクトルと、図４７、図４８及び図４９に示す群遅延スペクトルを設計し、これを複素反射スペクトルｒ（ｋ）として与えた。ポテンシャル分布の計算結果および該ポテンシャル分布から算出される光学特性の記載は、省略する。
比較例１では、すべてのチャネルの帯域幅を狭く設定したため、８５チャネルという多数のチャネルを利用可能であるが、一方すべてのチャネルは２５ＧＨｚの帯域しかないため、将来高速な伝送方式にアップグレードして混在して使用することは困難である。
【００９７】
（比較例２）
比較例２では、設計中心周波数、波長分散補償量、分散スロープＲＤＳ、分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域及びその両側の分散補償を意図しないが一定の反射率を有する領域における反射率の値は、比較例１と同じにした。
１８６．２ＴＨｚ（１６１０．０５６ｎｍ）の第１チャネルから１９０．６ＴＨｚ（１５７２．８８８ｎｍ）の第４５チャネルまで、すべてのチャネルについて、チャネル間隔（チャネルグリッド）を１００ＧＨｚ、分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域の帯域幅を５０ＧＨｚ、分散補償を意図しないが一定の反射率を有する領域の帯域幅を４０ＧＨｚ（両側に２０ＧＨｚずつ）、反射率を規定しない境界領域の帯域幅を１０ＧＨｚとした。
【００９８】
これらの諸光学特性を設計入力パラメータ（インプット）として、図５０、図５１及び図５２に示す反射率スペクトルと、図５３、図５４及び図５５に示す群遅延スペクトルを設計し、これを複素反射スペクトルｒ（ｋ）として与えた。ポテンシャル分布の計算結果および該ポテンシャル分布から算出される光学特性の記載は、省略する。
比較例２では、すべてのチャネルの帯域幅が５０ＧＨｚと広く、高速な伝送方式に対応可能であるが、第１チャネルにおいて１８５ｐｓの群遅延差が必要であり、実施例１及び実施例２と比較して約１．５倍の素子長が必要になる。また、１０Ｇｂｐｓの伝送システムと４０Ｇｂｐｓの伝送システムとを混在して使用したいという需要に対して、提供可能なチャネル数が減少する。
【００９９】
（比較例３）
比較例３では、設計中心周波数、波長分散補償量、分散スロープＲＤＳ、分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域及びその両側の分散補償を意図しないが一定の反射率を有する領域における反射率の値は、比較例１と同じにした。
１８６．２ＴＨｚ（１６１０．０５６ｎｍ）の第１チャネルから１９０．６ＴＨｚ（１５７２．８８８ｎｍ）の第４５チャネルまで、すべてのチャネルについて、チャネル間隔（チャネルグリッド）を１００ＧＨｚ、分散補償を意図する波長領域である分散補償波長チャネル帯域の帯域幅を８０ＧＨｚ、分散補償を意図しないが一定の反射率を有する領域の帯域幅を２０ＧＨｚ（両側に１０ＧＨｚずつ）、反射率を規定しない境界領域を無し（帯域幅を０ＧＨｚ）とした。
【０１００】
これらの諸光学特性を設計入力パラメータ（インプット）として、図５６、図５７及び図５８に示す反射率スペクトルと、図５９、図６０及び図６１に示す群遅延スペクトルを設計し、これを複素反射スペクトルｒ（ｋ）として与えた。ポテンシャル分布の計算結果および該ポテンシャル分布から算出される光学特性の記載は、省略する。
比較例２では、すべてのチャネルの帯域幅が８０ＧＨｚと広く、高速な伝送方式に対応可能であるが、第１チャネルにおいて２９６ｐｓの群遅延差が必要であり、実施例１及び実施例２と比較して約２．４倍の素子長が必要になる。また、１０Ｇｂｐｓの伝送システムと４０Ｇｂｐｓの伝送システムとを混在して使用したいという需要に対して、提供可能なチャネル数が減少する。
【符号の説明】
【０１０１】
１，１０…コア、１ａ…高屈折率材料層、２，１２…側壁グレーティング構造、２ａ，１２ａ…凹部、２ｂ，１２ｂ…凸部、１３…溝状グレーティング構造、１３ａ…凹部、１３ｂ…凸部、３，１１…上面、４，１４…底面、５，１５，２５…基板（支持基板）、６，１６，２６…下部クラッド、７，１７，２７…上部クラッド、２０…基板型光導波路デバイス、２１，２２…内側コア、２１ａ，２２ａ…スラブ、２１ｂ，２２ｂ…リブ、２３…中央ギャップ、２４…外側コア、２４ａ…上面、２４ｂ…側壁、２４ｃ…溝状構造、６０…側壁用のフォトレジストパターン。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【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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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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