(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長の光が入射される光ファイバと、
複数の光導波路を固定保持する光導波路基板と、
前記複数の光導波路の一端にそれぞれ設けられた複数の出力ポートとを備え、
前記光ファイバは、クラッドを介して前記光導波路基板上に固定保持されており、
平面視において前記光ファイバと前記各光導波路とは交差しており、
前記光ファイバのコアと前記各光導波路との結合位置において、前記各光導波路ごとに前記光ファイバのコアの回折格子のピッチが異なっており、
前記各光導波路ごとに異なる波長の光が前記各出力ポートから取り出される、光制御素子。
【請求項２】
前記回折格子がチャープ回折格子である、請求項１に記載の光制御素子。
【請求項３】
前記各光導波路も光ファイバからなる、請求項１に記載の光制御素子。
【請求項４】
前記各光導波路は等間隔に配置されている、請求項１に記載の光制御素子。
【請求項５】
前記光ファイバが保持基板により固定されており、
前記保持基板が前記光導波路基板上に配置されている、請求項１に記載の光制御素子。
【請求項６】
前記光ファイバと各光導波路との交差角度が０．４°である、請求項１に記載の光制御素子。
【請求項７】
複数の波長の光が入射される光ファイバと、
複数の光導波路を固定保持する光導波路基板と、
前記複数の光導波路の一端にそれぞれ設けられた複数の出力ポートとを備え、
前記光ファイバは、クラッドを介して前記光導波路基板上に固定保持されており、
平面視において前記光ファイバと前記各光導波路とは交差しており、
前記光ファイバのコアと前記各光導波路との結合位置において、前記各光導波路に形成された回折格子のピッチが前記各光導波路ごとに異なっており、
前記各光導波路ごとに異なる波長の光が前記各出力ポートから取り出される、光制御素子。
【請求項８】
複数の波長の光が入射される光ファイバと、
複数の光導波路を固定保持する光導波路基板と、
前記複数の光導波路の一端にそれぞれ設けられた複数の出力ポートとを備え、
前記光ファイバは、クラッドを介して前記光導波路基板上に固定保持されており、
平面視において前記光ファイバと前記各光導波路とは交差しており、
前記光ファイバのコアの回折格子のピッチは一定であり、
前記各光導波路の伝搬定数が前記各光導波路ごとに異なっており、
前記各光導波路ごとに異なる波長の光が前記各出力ポートから取り出される、光制御素子。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ通信に用いられる光制御素子、特に狭帯域な光を波長ごとに異なるポートから安定的に取り出すことができる光制御素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年，光ファイバ通信の大容量化に伴い，超短パルスを用いた光通信方式による大容量化が研究されている。このようなシステムでは長短パルスを構成する連続的な広い帯域の波長スペクトルもしくは離散的な波長スペクトルの中から特定の波長を取り出す光制御素子がキーデバイスの一つとなる。従来の光制御素子はレンズと回折格子を組み合わせ、いわゆる分光により波長順に光を空間中に並べるといった手法が用いられてきた。このような手段では、光をいったん光ファイバから取り出す必要があるため挿入損失が大きくなるほか機械的安定性に欠けるという欠点がある。このため将来の光ファイバ通信の分野で用いることは非常に困難である。
【０００３】
一方で、光ファイバのコア中へ回折格子を形成する光ファイバ回折格子は狭帯域なフィルタ特性を持つことができ、安定性や光の利用効率に優れるため、有望である。しかしながら，光ファイバ回折格子は反射したスペクトルを利用するため，高価な光サーキュレータとの併用が必要である。このため低コストにデバイスを提供するのは難しい。そこで光サーキュレータを用いない構成の光制御素子の手段が特願平７−５１４９２９に報告されている。この光制御素子の構成を図３に示す。
【０００４】
図３において、１１０と１２０は光ファイバ、１６０は回折格子であるグレーティング、１４０と１５０は光ファイバのコア、１７０は固定基板，２００は入力ポート，２１０，２２０は出力ポートである。
【０００５】
かかる構成において、光ファイバ１１０と光ファイバ１２０はそれぞれコア１５０とコア１４０が互いに接近するように配置され，方向性結合器となっている。回折格子１６０のブラッグ波長以外の光の時にパワーを１００％出力ポート２２０に移行するように結合長を設定する。このとき，ブラッグ波長の光は回折格子の摂動の影響によりコア１４０に結合することができず，ブラッグ波長の光のみを出力ポート２１０より出力することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来例による手法ではいろいろな波長の光を取り出したい場合，デバイスを取り出すポートの数だけ用意しなければならないため，光通信分野に向けに低コストで提供することが非常に困難である。また，たとえ複数のデバイスを用意し，各デバイスを光ファイバ接続して，複数の波長の切り出しを行ったとしても，超短パルスを扱う波長の切り出しでは波長ごとの光の遅延時間が問題となるためこのような長尺な構成では用いることができない。
【０００７】
本発明は、このような従来の課題を解決するのもであり、小型で安定な光制御素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係る光制御素子は、複数の波長の光が入射される光ファイバと、複数の光導波路を固定保持する光導波路基板と、前記複数の光導波路の一端にそれぞれ設けられた複数の出力ポートとを備え、前記光ファイバは、クラッドを介して前記光導波路基板上に固定保持されており、平面視において前記光ファイバと前記各光導波路とは交差しており、前記光ファイバのコアと前記各光導波路との結合位置において、前記各光導波路ごとに前記光ファイバのコアの回折格子のピッチが異なっており、前記各光導波路ごとに異なる波長の光が前記各出力ポートから取り出される、光制御素子である。
また、本発明の光制御素子は、前記回折格子がチャープ回折格子であり、前記各光導波路も光ファイバからなり、前記各光導波路は等間隔に配置されていることが好ましい。
さらに、本発明の光制御素子は、前記光ファイバが保持基板により固定されており、前記保持基板が前記光導波路基板上に配置され、前記光ファイバと各光導波路との交差角度が０．４°であることが好ましい。
また、上記課題を解決する本発明に係る他の光制御素子は、
複数の波長の光が入射される光ファイバと、複数の光導波路を固定保持する光導波路基板と、前記複数の光導波路の一端にそれぞれ設けられた複数の出力ポートとを備え、前記光ファイバは、クラッドを介して前記光導波路基板上に固定保持されており、平面視において前記光ファイバと前記各光導波路とは交差しており、前記光ファイバのコアと前記各光導波路との結合位置において、前記各光導波路に形成された回折格子のピッチが前記各光導波路ごとに異なっており、前記各光導波路ごとに異なる波長の光が前記各出力ポートから取り出される、光制御素子である。
さらに、上記課題を解決する本発明に係る他の光制御素子は、複数の波長の光が入射される光ファイバと、複数の光導波路を固定保持する光導波路基板と、前記複数の光導波路の一端にそれぞれ設けられた複数の出力ポートとを備え、前記光ファイバは、クラッドを介して前記光導波路基板上に固定保持されており、平面視において前記光ファイバと前記各光導波路とは交差しており、前記光ファイバのコアの回折格子のピッチは一定であり、前記各光導波路の伝搬定数が前記各光導波路ごとに異なっており、前記各光導波路ごとに異なる波長の光が前記各出力ポートから取り出される、光制御素子である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における光制御素子の全体構成の概略を示している。図１において、１０は光ファイバ、１２は光ファイバのコア中の回折格子であり屈折率変調を有している。１３は光ファイバを固定する保持基板である。２３は光導波路２１を固定保持する光導波路基板、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅは，それぞれ光導波路基板２３中に設置された第１番目の光導波路、第２番目の光導波路、第３番目の光導波路、第４番目の光導波路、および第５番目の光導波路であり、すべての光導波路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅのコア（２２とする）は光導波路基板２３中で同一平面上に互いの光軸が平行で等間隔になるよう配置されている。光導波路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅはそれぞれの両端に出力ポート３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅと３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅとを有している。
【００２０】
図１の中の挿入図は光制御素子の側面からみた光ファイバ１０と光導波路２１ａの接近している箇所を拡大した図である。１１は光ファイバ１０のコアで屈折率変調１２を有している。２２ａは第一番目の光導波路２１ａのコアである。光ファイバ１０の外周部のクラッド１４は一部除去されて光導波路基板２３と接着し、光ファイバ１０のコア１１と光導波路２１ａのコア２２ａは距離ｄで接近している。また、光ファイバ１０のコア１１と各光導波路２１ａ〜２１ｅのコア１１は互いに一定の角度をなすように接近し、また光ファイバ１０のコア１１と各光導波路２１ａ〜２１ｅのコア２２との最短距離は各光導波路２１ａ〜２１ｅで一定である。
【００２１】
以上のような構成を有する光制御素子において、以下その動作について説明する。図１において光ファイバ１０と光導波路２１ａの伝搬定数をそれぞれβ１，β２とし，β１≠β２となる伝播定数とする。回折格子１２にピッチΛ，屈折率変調Δｎの屈折率変調が施され、コア間距離ｄを数μｍから数１０μｍに設定すると、光ファイバ１０に入力された光のうち，位相整合条件
β１（λ）−β２（λ）＝２π／Λ                      ・・・・（式１）
を満たす波長λの光が光導波路２１ａへ結合し伝搬され出力ポート３０ａへ出力される。このときの結合長Ｌは光ファイバ１０と光導波路２１ａの交差角度θで決まる。光導波路２１ａに結合する光の強度は、光ファイバ１０や光導波路２１ａの各伝搬定数のほか，交差角度θ，光導波路間距離ｄおよび回折格子１２の屈折率変調の大きさΔｎによって決定される。
【００２２】
式１の位相整合条件を満たす波長の光は光ファイバ１０に入力された光と同方向に伝搬されるが，逆方向−β２に結合することもできる。式１からβ２を−β２とし，
β１（λ）＋β２（λ）＝２π／Λ                      ・・・・（式２）
を満たす場合は入力方向と逆方向に結合するので，出力ポート３１ａから出力される。
【００２３】
各光導波路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅごとに異なる波長を取り出すためには光ファイバ１０のコア１１と各光導波路２１ａ〜２１ｅの結合位置における光ファイバ１０のコア１１の回折格子１２のピッチがおのおの異なるように回折格子１２のピッチを形成すればよい。
【００２４】
たとえば，結合長を３ｍｍ（ミリメートル）確保するには通常のコア径１０μｍ（マイクロメートル）で交差角度θを約０．４°にする。各光導波路の光導波路間隔が５０μｍで１０ポート用意すると，デバイス長は全体で８ｃｍ（センチメートル）に収まる。デバイスの幅は光導波路２１の幅と等しいので数ｍｍ程度である。したがって非常にコンパクトな素子で光制御素子を実現することができる。
【００２５】
図２は式２に従う入力と反対方向に光を取り出した場合の計算による１個のポートへの透過スペクトルである。結合長は３ｍｍ，回折格子ピッチΛ＝０．５８３μｍの場合である。このように波長帯域１ｎｍ（ナノメートル）の非常に狭帯域な光を取り出すことができる。また，結合長を長くしデバイス長が長くなるのを許せば，波長帯域０．１ｎｍも可能である。
【００２６】
以上述べてきたように，本発明の光制御素子は狭帯域な波長を多数取り出すことを非常に小型なデバイスで実現することができる。さらに超短パルスを扱う波長の切り出しでは本発明の光制御素子は波長ごとの遅延時間が一定であるため，遅延時間のばらつきが問題となるような超短パルスを扱う波長の切り出しの用途に用いることができる。
【００２７】
また，光ファイバ１０や光導波路２１を曲げることなく直線形状のまま使用しているので挿入損失も少なく，従来のように光ファイバを曲げて使用した光制御素子に比べ，歩留まりも高く低コストに供給することができる。
【００２８】
なお、本実施例では出力ポート３０、３１の数を５個としたが，いくつでもかまわない。また，本実施例では各光導波路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅは等間隔としたが，等間隔でなくても構わない。この場合，取り出す波長ごとに特定の遅延時間を与えることができる。また，各光導波路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅの伝搬定数は光導波路ごとに異なっていても構わない。この場合でも式１もしくは式２に従った波長を各出力ポート３０、３１から取り出すことができる。
【００２９】
回折格子１２のピッチは各結合位置ごとに異なるものとしたが，ピッチが少しずつ変化したいわゆるチャープ回折格子であってもよい。この場合は透過帯域をより広くすることができる。また，回折格子１２は結合位置の以外の場所に形成されていてもよい。たとえば，上記チャープ回折格子を形成する場合は，結合箇所ごとに形成せず連続のチャープ回折格子にすれば，回折格子１２の形成が一度ですむのでさらに低コストになる。また，また，回折格子１２のピッチが結合位置ごとに異ならず同じピッチのものとし，各光導波路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅの伝搬定数が異なるような構成でもよい。この場合でも式１もしくは式２に従って各波長を各出力ポートへ取り出すことができる。さらにこの場合では結合箇所ごとに形成せず連続で一定ピッチの回折格子１２にすることもできる。
【００３０】
また，回折格子１２は光ファイバ１０に形成したが，光ファイバ１０の代わりにそれぞれの光導波路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅに形成してもかまわない。
【００３１】
また，光導波路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅは同一の光導波路基板２３に形成されているものとしたが，個別の光導波路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅをハイブリットに集積した集合体でもかまわない。また，光ファイバ１０を固定するために保持基板１３を用いたが，光ファイバ１０だけで光導波路基板２３と接着固定してもよい。
【００３２】
また，光導波路２１の代わりに複数の光ファイバ１０を並べて用いてもかまわない。この場合，出力された光は光ファイバ１０から出力されるのでこの後に続く光伝送路の光ファイバとの結合効率が非常に良好となる。また，光ファイバ１０の代わりに光導波路を用いてもかまわない。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、小型で低コスト、挿入損失が少なく０．１ｎｍ以上の狭帯域な光を波長ごとに異なるポートから取り出すことができる。光制御素子を実現することができる。このため、光通信システムの大容量化を実現する光制御素子を提供することができ、その実用的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における光制御素子の全体構成を示す模式図
【図２】本発明の第１の実施形態における光制御素子の一例における１個のポートへの透過スペクトルを表す図
【図３】従来例における光制御素子の全体構成を示す模式図
【符号の説明】
１０  光ファイバ
１１  コア
１２  回折格子
１３  保持基板
１４  クラッド
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ  光導波路
２２ａ  コア
２３  光導波路基板
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ  出力ポート
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ  出力ポート
【図１】
0003874959.tif 000002
【図２】
0003874959.tif 000003
【図３】
0003874959.tif 000004