(57)【要約】【課題】小型で簡易であり、かつ経済的な光送受信システムを提供する。【解決手段】周波数間隔ΔＦを有するＭチャネルの多波長光源１１０をＮ組と、Ｎ／２組のＭチャネル波長多重光を１組のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光に合波する第一の周期性波長合分波素子１３０と、Ｍ×Ｎ／２チャネル波長多重光をＮ／２組のＭチャネル波長多重光に分波し、別のＮ／２組のＭチャネル波長多重光を別の１組のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光に合波する第二の周期性波長合分波素子１４０と、Ｍチャネルの多波長光を受光する多波長受光素子１５０をＮ組とを有する光送受信システムにおいて、第一の周期性波長合分波素子１３０および第二の周期性波長合分波素子１４０の周期を多波長光源１１０の周波数間隔ΔＦと等しくした。【選択図】図１
2016152559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数間隔ΔＦを有するＭチャネルの多波長光源をＮ組と、
前記Ｍチャネルを合波したＭチャネル波長多重光であって前記Ｎ組の多波長光源のうちのＮ／２組の多波長光源の各々からのＮ／２組のＭチャネル波長多重光を、第一のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光に合波し、第二のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光をＮ／２組のＭチャネル波長多重光に分波する第一の周期性波長合分波素子と、
前記Ｎ組の多波長光源のうちの他のＮ／２組の多波長光源の各々からのＮ／２組のＭチャネル波長多重光を、前記第二のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光に合波し、前記第一のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光を前記Ｎ／２組のＭチャネル波長多重光に分波する第二の周期性波長合分波素子と、
前記第一の周期性波長合分波素子により分波されたＮ／２組のＭチャネル多波長光を受光するＮ／２組の多波長受光素子および前記第二の周期性波長合分波素子により分波されたＮ／２組のＭチャネル多波長光を受光する他のＮ／２組の多波長受光素子と
を有し、
前記第一の周期性波長合分波素子の周期と前記第二の周期性波長合分波素子の周期が前記多波長光源の前記周波数間隔ΔＦに等しく構成されている
ことを特徴とする光送受信システム。
【請求項２】
前記Ｍチャネルの多波長光源は、
隣接する組の周波数が全体的にΔｆシフトしており、
Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が前記多波長受光素子における波長分波素子の透過帯域Ｂより小さいこと
を特徴とする請求項１に記載の光送受信システム。
【請求項３】
前記Ｍチャネルの多波長光源は、
Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が６００ＧＨｚ以内であること
を特徴とする請求項１に記載の光送受信システム。
【請求項４】
前記第一の周期性波長合分波素子および前記第二の周期性波長合分波素子はアレイ導波路格子であること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光送受信システム。
【請求項５】
前記第一の周期性波長合分波素子および前記第二の周期性波長合分波素子はポート間隔がΔｆであり、
前記ポート間隔の積Δｆ×（Ｎ−１）は、前記第一の周期性波長合分波素子および前記第二の周期性波長合分波素子の周期性ΔＦの２分の１以下である
ことを特徴とする請求項４に記載の光送受信システム。
【請求項６】
前記第一の周期性波長合分波素子および前記第二の周期性波長合分波素子は、同一である
ことを特徴とする請求項４に記載の光送受信システム。
【請求項７】
前記第一の周期性波長合分波素子および前記第二の周期性波長合分波素子は、
前記Ｍチャネル波長多重光を入出力するＮ本の入出力チャネル導波路と、
前記Ｎ本の入出力チャネル導波路に接続された入出力スラブ導波路と、
前記入出力スラブ導波路に前記Ｎ本の入出力チャネル導波路と共に接続された、前記Ｍチャネル波長多重光の波長を検出し制御するためのモニタ導波路と、
前記入出力スラブ導波路とアレイ導波路で接続された波長多重スラブ導波路と、
前記波長多重スラブ導波路に接続された波長多重導波路と、
前記波長多重スラブ導波路に前記波長多重導波路と共に接続された、出力される前記Ｍ×Ｎ／２チャネル波長多重光の一部を前記波長多重スラブ導波路に再入力するためのループバック導波路と
を備えたことを特徴とする請求項４に記載の光送受信システム。
【請求項８】
前記第一の周期性波長合分波素子および前記第二の周期性波長合分波素子は、
前記波長多重導波路が接続された、
前記Ｍ×Ｎ／２チャネル波長多重光の一部を抽出するタップ回路を備え、
前記抽出されたＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光の一部が前記ループバック導波路に接続されること
を特徴とする請求項７に記載の光送受信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として光ファイバ通信に適用される光モジュールを用いた光送受信システムの構成に関する。さらに詳しくは、波長多重通信を用いたテレコムおよびデータコム伝送を行うための光送受信システムおよびその光回路の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光ファイバ通信技術の著しい発展、とりわけデータセンタ間通信に代表されるデータコム市場において光リンクのスループットが飛躍的に増大している。現在、１００ギガビットイーサネット（登録商標）（１００ＧｂＥ）における伝送距離１０ｋｍの規格では、シングルモードファイバによる波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）伝送を用いた構成が仕様化されている（１波あたり２５Ｇｂ／ｓのボーレート）。今後、伝送容量を拡大する次世代構成として４００ギガビットイーサネット（４００ＧｂＥ）規格が注目されており、現在はその物理構成についての提案が活発に行われている。
【０００３】
１００ＧｂＥの１０ｋｍ伝送仕様における４波ＷＤＭ伝送は、ＬＡＮ−ＷＤＭと呼ばれる周波数配置が適用されている。すなわち、周波数間隔ΔＦが８００ＧＨｚの４波配置であり、各波長（レーン）における使用帯域（パスバンド）Ｂは３６０ＧＨｚとなっている。また各レーンの中心波長は、レーン０が１２９５．５６ｎｍ、レーン１が１３００．０５ｎｍ、レーン２が１３０４．５８ｎｍ、レーン３が１３０９．１４ｎｍと指定されている。ファイバ芯数は送信用と受信用にそれぞれ一芯の、計二芯を使用する。
【０００４】
一方、企業向け専用線通信等で導入されている広域イーサネット回線ないし高速光アクセスシステムのＰＯＮ（Passive Optical Network）においては一芯ファイバ、すなわち送受兼用のシステム構成が用いられている。一芯双方向通信を全二重通信（送受での時分割複信を行わない）によって実現する主な手法としては、各端局の光リンク内にサーキュレータやアイソレータ等の非可逆回路を設ける手法、および送受信で異なる波長を用いる波長多重通信による手法が挙げられる（例えば、特許文献１の図４参照）。前者の非可逆回路を用いる場合は、送受信に同一の光波長を使用できる等の経済的利点を有するものの、リンク内における反射戻り光や光ファイバ中の散乱光（誘導ブリルアン散乱など）による品質変動が発生するため、最大光出力を抑圧する（伝送距離を短くする）などの対策が必要である。後者、すなわち波長多重通信を行うシステムは、戻り光や散乱の影響を受けにくいため柔軟なシステム設計が可能であるが、多種の波長を収容するための光源や受光素子、波長フィルタ等が必要となるため、可能な限り部品を共通化することが経済化のためには重要である。以下、本出願は、波長多重通信を用いた一芯多重化に関する提案である。
【０００５】
図１２は、特許文献１の図１１に開示されている、インターリーブフィルタを用いた従来の一芯双方向伝送の構成である。この光送受信システムは、下り光信号を送信する第１、第３、第５および第７の下り信号光送信器１１１1、１１１3、１１１5および１１１7と、これら第１、第３、第５および第７の下り信号光送信器１１１1、１１１3、１１１5および１１１7からそれぞれ送り出された奇数番目の波長λ1、λ3、λ5およびλ7の下り光信号を合波する下り信号多重用光合波器６０１と、この下り信号多重用光合波器６０１によって合波された奇数番目の波長λ1、λ3、λ5およびλ7の下り光信号を、偶数チャネルと奇数チャネルを分離する第１の上り下り信号合分離用光インタリーバ３０１から光ファイバ伝送路１１３および第２の上り下り信号合分離用光インタリーバ３０２を介して受信して分波する下り信号分波用分波器６０２と、下り信号分波用分波器６０２によって分波された奇数番目の波長λ1、λ3、λ5およびλ7の下り光信号を受信する第１、第３、第５および第７の信号光受信器１１５1、１１５3、１１５5および１１５7と、偶数番目の上り光信号を送信する第２、第４、第６および第８の上り信号光送信器１１６2、１１６4、１１６6および１１６8と、これら第２、第４、第６および第８の上り信号光送信器１１６2、１１６4、１１６6および１１６8からそれぞれ送り出された偶数番目の波長λ2、λ4、λ6およびλ8の上り光信号を合波する上り信号多重用光合波器６０３と、この上り信号多重用光合波器６０３によって合波された偶数番目の波長λ2、λ4、λ6およびλ8の上り光信号を、偶数チャネルと奇数チャネルを分離する第２の上り下り信号合分離用光インタリーバ３０２から光ファイバ伝送路１１３および第１の上り下り信号合分離用光インタリーバ３０１を介して受信して分波する上り信号分波用分波器６０４と、上り信号分波用分波器６０４によって分波された偶数番目の波長λ2、λ4、λ6およびλ8の上り光信号を受信する第２、第４、第６および第８の上り信号光受信器１１７2、１１７4、１１７6および１１７8とによって構成されている。この従来例は、下り光信号の４波長（λ1、λ3、λ5およびλ7）を含む第１の波長群３１２と上り光信号の４波長（λ2、λ4、λ6およびλ8）を含む第２の波長群３１３とを一組とすることで双方向システムとして機能する。各波長の伝送速度は上り下り共に１０Ｇｂｐｓであるとすると、総伝送容量４０Ｇｂｐｓを有する双方向システムとなる。
【０００６】
上り下り信号合分離用光インタリーバ３０１および３０２は、たとえば４００ＧＨｚ間隔の波長多重（ＷＤＭ）信号を８００ＧＨｚ間隔にインターリーブしたり、あるいは８００ＧＨｚ間隔の第１の波長群３１２とこの第１の波長群３１２とは４００ＧＨｚずれた８００ＧＨｚ間隔の第２の波長群３１３とを４００ＧＨｚ間隔に波長多重（ＷＤＭ）したりするものである。
【０００７】
ここで図１３は、信号波長と、下り信号多重用光合波器、上り信号多重用光合波器、下り信号分波用分波器および上り信号分波用分波器の透過特性の関係を表わしたものである。下り信号多重用光合波器６０１と下り信号分波用分波器６０２の透過特性は同じで、波長λ1に対しては破線６１１のような透過特性となっており、波長λ3に対しては破線６１３に示すような透過特性となっている。以下、それぞれ波長λ5に対しては破線６１５、波長λ7に対しては破線６１７に示すような透過特性となっている。上り信号多重用光合波器６０３および上り信号分波用分波器６０４についても、波長λ2に対しては破線６１２、波長λ4に対しては破線６１４、波長λ6に対しては破線６１６、波長λ8に対しては破線６１８のような透過特性である。
【０００８】
なお図示は省略するが、特許文献１には、インタリーバの代わりにサーキュレータを用いることによる一芯双方向の光送受信システムも開示されている（特許文献１の図１０）。
【０００９】
また、波長多重化用光フィルタとして周期性を有するアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を用いた一芯双方向光波長分割多重伝送システムが知られている（特許文献２の図参照）。ＡＷＧの周期性とは、例えば、１×４の入出力端を有するＡＷＧを分波器として用いる場合において、入力端側から波長λ1，λ2，λ3およびλ4（但し、λ1＜λ2＜λ3＜λ4）の光信号及びこれらの波長λ1，λ2，λ3およびλ4の各光信号とそれぞれ同じ波長間隔にある、すなわち周回波長関係にある波長λ11，λ12，λ13およびλ14（但し、λ11＜λ12＜λ13＜λ14）の光信号が入力された場合、各出力端（ポート）１，２，３および４側からそれぞれ波長λ1，λ2，λ3およびλ4の光信号に加えて、同一の出力端（ポート）１，２，３および４を通過することが可能となる光信号の波長として、これらの波長λ1，λ2，λ3およびλ4の各光信号とそれぞれ同じ波長間隔にある、すなわち周回波長関係にある波長λ11，λ12，λ13およびλ14の光信号を出力し得るようなフィルタ機能を意味している（出力端１から波長λ1と波長λ11が出力され、出力端２から波長λ2と波長λ12が出力され、出力端３から波長λ3と波長λ13が出力され、および出力端４から波長λ4と波長λ14が出力される。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２８３４３８
【特許文献２】特開２００３−１４３０８４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図１２に示す特許文献１の光送受信システムおよび光回路では、受信側における波長分波素子（６０２、６０４）が異なるフィルタ特性（図１３）のため、両方の端局において異なるフィルタを個別に用意する必要がある。よって部品種の増加に伴う部品コストの増加だけでなく、システム構築の際に種類を区別するための稼働増加や、接続ミスなどが増加するという課題を有していた。また、例えば１００ＧＨｚ間隔のＷＤＭ信号を４００ＧＨｚの周波数間隔を有するＷＤＭ信号に分波する際、２段のインターリーブフィルタが用いられる。また各インターリーブフィルタを誘電体多層膜やサーキュレータ等の空間光学系部品で構成する場合、光合分波システムおよび光回路の構成が複雑かつ大型化するという課題があった。
【００１２】
またインターリーブフィルタを平面光回路であるＰＬＣとすることにより小型化を行うことも考えられるが、複数段のマッハツェンダ回路を用いるため、やはりチップサイズの小型化には限界があった。
【００１３】
また特許文献１に記載の、インタリーバの代わりにサーキュレータを用いることによる一芯双方向の光送受信システムにおいては、上り信号と下り信号の波長帯を同一とすることが可能であり、システムの簡素化および経済化が出来る一方、ファイバ中でのブリルアン散乱に起因する信号品質の劣化が避けられない。よって、散乱強度が増大する高い光出力での送信が困難となり、長距離伝送が出来ないという課題があった。特許文献１のシステムでは、同課題を避けるため、ブリルアン散乱のしきい値以下での使用に限定している。
【００１４】
また特許文献２においては周期性ＡＷＧを使用しているものの、端局（中継局および加入者宅）においては光送信器と光受信器の分離、すなわち双方向化に光カプラを用いている。そのため、光送信器には高い非可逆回路を有するアイソレータを設置する必要があることに加え、光カプラにより５０％（３ｄＢ）の過剰損失が発生するという課題があった。
【００１５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小型で簡易であり、かつ経済的な一芯双方向型の光送受信システムおよびその光回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような目的を達成するために、本発明の一態様は、周波数間隔ΔＦを有するＭチャネルの多波長光源をＮ組と、上記Ｍチャネルを合波したＭチャネル波長多重光であって上記Ｎ／２組の多波長光源の各々からのＮ／２組のＭチャネル波長多重光を、第一のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光に合波し、第二のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光をＮ／２組のＭチャネル波長多重光に分波する第一の周期性波長合分波素子と、上記Ｎ組の多波長光源のうちの他のＮ／２組の多波長光源の各々からのＮ／２組のＭチャネル波長多重光を、上記第二のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光に合波し、上記第一のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光を上記Ｎ／２組のＭチャネル波長多重光に分波する第二の周期性波長合分波素子と、上記第一の周期性波長合分波素子により分波されたＮ／２組のＭチャネル多波長光を受光するＮ／２組の多波長受光素子および上記第二の周期性波長合分波素子により分波されたＮ／２組のＭチャネル多波長光を受光する他のＮ／２組の多波長受光素子とを有し、上記第一の周期性波長合分波素子と上記第二の周期性波長合分波素子とを接続する一芯ファイバにより上記第一のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光および上記第二のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光を送受する光送受信システムである。
【００１７】
一実施形態では、上記第一の周期性波長合分波素子の周期と上記第二の周期性波長合分波素子の周期が上記多波長光源の上記周波数間隔ΔＦに等しく構成されている。
【００１８】
一実施形態では、上記Ｍチャネルの多波長光源は、隣接する組の周波数が全体的にΔｆシフトしており、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が上記多波長受光素子における波長分波素子の透過帯域Ｂより小さい。また、Ｍチャネルの多波長光源は、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が６００ＧＨｚ以内である。
【００１９】
一実施形態では、上記第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子はアレイ導波路格子である。上記第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子は、同一である。上記第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子はポート間隔がΔｆであり、上記ポート間隔の積Δｆ×（Ｎ−１）は、上記第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子の周期性ΔＦの２分の１以下である。
【００２０】
一実施形態では、上記第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子は、Ｍチャネル波長多重光を入力するＮ本の入出力チャネル導波路と、該Ｎ本の入出力チャネル導波路に接続された入出力スラブ導波路と、該入出力スラブ導波路に上記Ｎ本の入出力チャネル導波路と共に接続された、上記Ｍチャネル波長多重光の波長を検出し制御するためのモニタ導波路と、上記入出力スラブ導波路とアレイ導波路で接続された波長多重スラブ導波路と、上記波長多重スラブ導波路に接続された波長多重導波路と、上記波長多重スラブ導波路に上記波長多重導波路と共に接続された、出力される上記Ｍ×Ｎ／２チャネル波長多重光の一部を上記波長多重スラブ導波路に再入力するためのループバック導波路とを備える。上記第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子は、上記波長多重導波路が接続された、上記Ｍ×Ｎ／２チャネル波長多重光の一部を抽出するタップ回路を備え、上記抽出されたＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光の一部が上記ループバック導波路に接続される。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明の一態様の光送受信システムによれば、周波数間隔ΔＦを有するＭチャネルの多波長光源をＮ組有し、Ｎ／２組のＭチャネル波長多重光を第一のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光に合波し、第二のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光をＮ／２組のＭチャネル波長多重光に分波する第一の周期性波長合分波素子と、他のＮ／２組のＭチャネル波長多重光を第二のＭ×Ｎチャネル波長多重光をＮ組のＭチャネル波長多重光に合波し、第一のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光をＮ／２組のＭチャネル波長多重光に分波する第二の周期性波長合分波素子と、Ｍチャネルの多波長光を受光する多波長受光素子をＮ組（２×Ｎ／２組）を有する、一芯ファイバによる双方向構成の光送受信システムにおいて、第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子の周期をいずれも多波長光源の周波数間隔ΔＦに等しい条件に設定することにより、既存のＷＤＭシステムを簡易な構成でより高密度、高ビットレートの一芯双方向型の光送受信ＷＤＭへの拡張が可能となる。
【００２２】
さらに本発明の一態様の光送受信システムでは、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が多波長受光素子における波長分波素子の透過帯域Ｂより小さいため、各多波長受光素子は波長分波特性を含め、同一の部品を使用することが可能となる。よって、さらなるシステムの簡素化と経済化が可能となる。
【００２３】
また本発明の一態様の光送受信システムでは、Ｍチャネルの多波長光源は、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が６００ＧＨｚ以内であるため、各多波長光源は光源の発振波長特性を含め、同一の部品を使用することが可能となる。よって、さらなるシステムの簡素化と経済化が可能となる。
【００２４】
また本発明の一態様の光送受信システムでは、第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子は、ＰＬＣ型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を適用した。それにより、従来のインターリーブ型フィルタより小型で簡易な光回路が実現可能である。
【００２５】
また本発明の一態様の光送受信システムでは、第一の周期性波長合分波素子と第二の周期性波長合分波素子のポート間隔Δｆについて、その積Δｆ×（Ｎ−１）を周期性ΔＦの２分の１以下とした。それにより、図５の結果に示されるように使用波長はＦＳＲ内の中央付近を用いることが出来るため低損失な特性の光回路が実現可能である。
【００２６】
また本発明の一態様の光送受信システムでは、第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子を同一としたことにより、さらなる光回路の小型化や経済化が実現可能である。
【００２７】
また本発明の一態様の光送受信システムでは、第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子にモニタ導波路とループバック導波路をチップサイズの増大や特性の劣化を与えることなく追加することが出来るため、各多波長光源の波長や光強度の監視機能を小型、簡素な構成で実現可能である。
【００２８】
また本発明の一態様の光送受信システムでは、第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子は、タップ回路を同一基板上に集積したことにより、さらなる光回路の小型化や経済化が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる光送受信システムの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる光送受信システムの波長配置を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる光送受信システムにおける第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子の構成図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる光送受信システムにおける第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子の構成図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる光送受信システムにおける第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子の透過スペクトルを示す図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかる多波長光源の波長配置を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかる光送受信システムにおける第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子からの出力スペクトルを示す図である。
【図８】本発明の二実施形態にかかる光送受信システムにおける第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子の構成図である。
【図９】本発明の二実施形態にかかる光送受信システムにおける第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子の構成図である。
【図１０】本発明の三実施形態にかかる光送受信システムにおける第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子の構成図である。
【図１１】本発明の三実施形態にかかる光送受信システムにおける第一の周期性波長合分波素子と第二の周期性波長合分波素子の透過スペクトルを示す図である。
【図１２】従来の光送受信システムにおける構成を示す図である。
【図１３】従来の光送受信システムにおける波長配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。  
【００３１】
（第１の実施形態）
図１から図７を参照して、本発明の第１の実施形態にかかる光送受信システムおよびその光回路について説明する。  
図１は、本実施形態の光送受信システム１００の構成図である。本システムは、周波数間隔ΔＦを有するＭチャネルの多波長光源をＮ組（１１０−１〜１１０−Ｎ）と、Ｎ／２組のＭチャネル波長多重光を第一のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光に合波し、かつ第二のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光をＮ／２組のＭチャネル波長多重光に分波する第一の周期性波長合分波素子１３０と、Ｎ／２組のＭチャネル波長多重光を第二のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光に合波し、かつ第一のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光をＮ／２組のＭチャネル波長多重光に分波する第二の周期性波長合分波素子１４０と、第一のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光をＮ／２組のＭチャネル多波長光を受光する多波長受光素子をＮ／２組（１５２−１，１５２−３，１５０−（Ｎ−１））および第二のＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光をＮ／２組のＭチャネル多波長光を受光する多波長受光素子をＮ／２組（１５２−２，１５２−４，１５０−Ｎ）を有する構成である。第一の周期性波長合分波素子１３０は光ファイバ伝送路１１３を介して第二の周期性波長合分波素子１４０と接続されている。本実施例においては、隣接する組ごとに送受信方向が異なる一芯ファイバによる光送受信システムである。
【００３２】
多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）は各々、Ｍ個の光源１１２と、Ｍ個の光源からのＭ個のチャネル光を波長多重してＭチャネル波長多重光を出力する波長合波素子１１４とを備える。例えば、多波長光源１１０−１のＭ個の光源１１２−１１〜１１２−Ｍ１からのＭ個のチャネル光の周波数間隔はΔＦである。多波長光源１１０−２〜１１０−Ｎについても同様である。Ｎ組の多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）からのＮ／２組のＭチャネル波長多重光は、第一の周期性波長合分波素子１３０においてＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光に波長多重される。Ｎ組の多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）からの残りのＮ／２組のＭチャネル波長多重光は、第二の周期性波長合分波素子１３０においてＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光に波長多重される。
【００３３】
多波長受光素子（１５０−１〜１５０−Ｎ）の各々は、Ｍチャネル波長多重光を波長分離してＭ個のチャネル光を出力する波長分波素子１５４と、Ｍ個のチャネル光を受光するＭ個の受光素子１５２を備える。Ｍ個の受光素子１５２は各々、Ｍ個のチャネル光の１つを受光する。例えば、多波長受光素子１５０−１の波長分波素子１５４−１は、第一の周期性波長合分波素子１４０によりＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光から分波されたＮ組のＭチャネル波長多重光の１つをＭ個のチャネル光に分波し、これらのＭ個のチャネル光をＭ個の受光素子１５２−１１〜１５２−Ｍ１でそれぞれ受光する。同様に、多波長受光素子１５０−２の波長分波素子１５４−２は、第二の周期性波長合分波素子１４０によりＭ×Ｎ／２チャネル波長多重光から分波されたＮ組のＭチャネル波長多重光の１つをＭ個のチャネル光に分波し、これらのＭ個のチャネル光をＭ個の受光素子でそれぞれ受光する。
【００３４】
光源１１２は１．３μｍ帯の半導体レーザが用いられ、Ｍ×Ｎチャネルの波長はそれぞれ異なる。各光源には２５Ｇｂ／ｓのデータ信号による変調動作が可能な電界吸収型の変調部が集積されている。
【００３５】
ここでＮ組の多波長光源における波長にラベルを付与する。第１組の多波長光源の波長はλ11からλM1のＭ波とし、第２組の多波長光源の波長はλ12からλM2のＭ波とする。よって第Ｍ組の波長は、λ1NからλMNのＭ波となる。
【００３６】
図１の光送受信システムの動作について簡単に説明する。Ｎ組の多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）から出力されるそれぞれＭチャネルの波長多重信号は、それぞれ第一の周期性波長合分波素子１３０または第二の周期性波長合分波素子１４０の入力ポートに入力される。その出力はＭ×Ｎ／２チャネルの波長多重信号となり光ファイバ伝送路１１３内を伝搬する。伝搬後、第一の周期性波長合分波素子１３０または第二の周期性波長合分波素子１４０により各多波長光源と同等の波長群（Ｎ組のＭチャネルの波長多重信号）に分波されたのち、それぞれ多波長受光素子（１５０−１〜１５０−Ｎ）において波長分波素子１５４でＭ個のチャネル光に再分波された後にＭ個の受光素子１５２で受光される。
【００３７】
例えば各多波長光源（１１０）が４チャネルの波長多重数で各光源１１２が２５Ｇｂ／ｓの変調速度を有する場合、各多波長光源の総ビットレートは１００Ｇｂ／ｓとなる。さらに４組の多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ；Ｎ＝４）を用いることにより、周期性波長合分波素子からは４００Ｇｂ／ｓの総ビットレートが得られる。本実施例においては、隣接する組ごとに送受信方向が異なる一芯ファイバによる光送受信システムであるため、各方向の総ビットレートは２００Ｇｂ／ｓである。
【００３８】
図２に、本実施例における波長配置を示す。Ｍ×Ｎチャネルの波長は大きくＮチャネルのＭ群に分けられる。例えば第一群はλ11からλ1NのＮ波で構成され、続く第二群はλ22からλ2NのＮ波で構成される。ここで、隣接する群の周波数間隔（例えばλ11とλ21の間隔）をΔＦ、同一群内の隣接周波数間隔（例えばλ21とλ22の間隔）をΔｆとし、各群における透過帯域（パスバンド）をＢとする。
【００３９】
本実施例は１００ＧｂＥを拡張した２００Ｇｂ／ｓ双方向伝送を想定した構成である。その要素を考慮した上で主要パラメータを以下の数値に設定した。
【００４０】
Ｍ＝４
Ｎ＝４
ΔＦ＝８００ＧＨｚ
Δｆ＝１００ＧＨｚ
Ｂ＝３６０ＧＨｚ
よってこの構成では、各群に１００ＧＨｚ間隔の４波ＷＤＭを有し、かつ群ごとの周波数間隔が８００ＧＨｚとなる。すなわち、本提案の光送受信システムにおいては、Ｍ×ＮのＷＤＭ光波長が同一周波数間隔で並ぶとは限らない。
【００４１】
またこの構成では、Ｎ組のＭチャネルの多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）は、隣接する組の周波数が全体的にΔｆシフトしており、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が多波長受光素子１５０における波長分波素子１５４の透過帯域Ｂより小さいことも特徴の一つである。
【００４２】
次に、上記構成を実現するための第一の周期性波長合分波素子１３０、および第二の周期性波長合分波素子１４０の構成例について図３を用いて説明する。ここでは第一の周期性波長合分波素子１３０の構成図として説明するが、光の進行方向を対称にすることにより第二の周期性波長合分波素子１４０としての説明も同様に可能である。
【００４３】
図３に示す周期性波長合分波素子は、光平面回路（ＰＬＣ）３００に作製された、ＰＬＣ型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）である。周期性波長合分波素子は、入出力チャネル導波路（３０２−１〜３０２−Ｎ）と波長多重導波路（３１０）、入出力スラブ導波路３０４と波長多重スラブ導波路３０８、およびアレイ導波路３０６から構成される。入出力チャネル導波路は少なくともＮ本有し、波長多重導波路は少なくとも１本有する。
【００４４】
ここで回路設計条件として、周期性波長合分波素子の周期（自由スペクトル範囲，ＦＳＲ）はいずれも多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）の周波数間隔ΔＦに等しく構成されている。また、入出力スラブ導波路３０４との接続点における入出力チャネル導波路（３０２−１〜３０２−Ｎ）の間隔（ポート間隔）はΔｆに等しく、かつ入出力スラブ導波路３０４、アレイ導波路３０６、波長多重スラブ導波路３０８を伝播した入力光は波長多重スラブ導波路に接続された波長多重導波路３１０に焦点を結ぶように構成されている。
【００４５】
Ｎ本の入出力チャネル導波路（３０２−１〜３０２−Ｎ）のうち奇数番号すなわち入出力チャネル導波路３０２−１，３０２−３〜３０２−（Ｎ−１）には多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）のうち奇数番号すなわち多波長光源１１０−１、１１０−３〜１１０−(Ｎ−１）からの波長が入力される。また、Ｎ本の入出力チャネル導波路のうち偶数番号すなわち入出力チャネル導波路３０２−２，３０２−４〜３０２−Ｎには多波長受光素子（１５０−１〜１５０−Ｎ）のうち偶数番号すなわち多波長受光素子１５０−２、１５０−４〜１５０−Ｎへの波長が出力される。すなわち、第１の入出力チャネル導波路には第１組の多波長光源の波長λ11からλM1のＭ波が入力され、第２の入出力チャネル導波路には第２組の多波長受光素子への波長λ12からλM2のＭ波が出力される。第３の入出力チャネル導波路には第３組の多波長光源の波長λ13からλM(N-1)のＭ波が入力され、第４の入出力チャネル導波路には第Ｎ組（Ｎ＝４）の多波長受光素子への波長λ1NからλMNのＭ波が出力される。Ｎ本の入出力チャネル導波路のうちの奇数番号と偶数番号に多波長光源と多波長受光素子を交互に接続することにより、４波ＷＤＭ間のクロストークを低減することができる。
【００４６】
上記設計条件と入力条件により、Ｎ本の入出力チャネル導波路（３０２−１〜３０２−Ｎ）の内のＮ／２本に入力されるＭチャネル波長多重光の組は、波長多重導波路３１０においてＭ×Ｎ／２チャネルのＷＤＭ信号として出力される。
【００４７】
本実施例ではＮ＝４であるため入出力チャネル導波路は４本である。またＭ＝４であるため、双方向を合わせると波長多重導波路からは１６波（４×４）のＷＤＭ信号が入出力される。ここで周期性波長合分波素子のポート間隔Δｆは、その積Δｆ×（Ｎ−１）がＦＳＲ周期性（自由スペクトル範囲，ＦＳＲ）ΔＦの２分の１以下としても良い。これにより、低損失な特性の光回路（周期性波長合分波素子）が実現可能となる。
【００４８】
図４に、本実施例で使用した周期性波長合分波素子３００の回路構成を示す。図４に示すように、第一の周期性波長合分波素子１３０および第二の周期性波長合分波素子１４０は、同一である。これにより、光回路（第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子）の小型化や経済化が実現できる。周期性波長合分波素子３００は、Ｎ本の波長合波用入出力チャネル導波路３０２と、波長合波用入出力スラブ導波路３０４、波長合波用アレイ導波路３０６、波長合波用波長多重スラブ導波路３０８、および１本の波長合波用波長多重導波路３１０を含んで構成される。
【００４９】
図５に、作製した４×１周期性波長合分波素子の特性例を示す。本素子は、シリコン基板上の石英系ＰＬＣであり、コアとクラッドの比屈折率差は約１％である。得られた特性は、λ11からλ44まで１．５ｄＢ以下の低損失性を有する。また隣接する群の周波数間隔（例えばλ11とλ21の間隔）ΔＦ、同一群内の隣接周波数間隔（例えばλ21とλ22の間隔）Δｆについてはそれぞれ８００ＧＨｚと１００ＧＨｚと設計通りで、その誤差は測定精度（±４ＧＨｚ）以下であった。さらに、光の偏波２成分方向の特性差（偏波依存性）について、図５には両偏波方向の重ね描きを行ったが、その偏波依存性は識別できない範囲（周波数差で測定精度未満）の良好な特性を有することがわかる。
【００５０】
次に多波長光源１１０の設定波長について図６を用いて説明する。前述のように、多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）の周波数間隔ΔＦは８００ＧＨｚでチャネル数Ｍは４であり、それらの組Ｎが４である。このＭ×Ｎチャネルは全て異なる発振波長（発振周波数）で、隣接する組の周波数は全体的にΔｆシフトしている。そのような波長を揃えるには、Δｆシフトした異なる組成の光源を用意するという方法もあるが、本実施例では同一組成の光源を用いる方法を採用する。すなわち、温度調整により発振波長を調整する方法である。
【００５１】
用いる多波長光源は、各光源（Ｍ個の光源１１２）が同一基板上に集積化されたものである。よって、基板毎にペルチェ素子やヒータ等の温度制御手段により温度を調節することによって多波長光源の全波長を一括して変更することが可能である。温度による波長変動は１℃あたり約１５ＧＨｚであるため、１００ＧＨｚのΔｆを与えるには７℃程度の温度変化を与えれば良いことになる。
【００５２】
図６では、同一の多波長光源の温度を横軸に、発振波長を縦軸にプロットしている。それによると、動作温度が約４０℃の時にλ11からλ41の４波が得られ、順次温度を上げるごとに残りの波長が得られ、約５７℃の時にもっとも長波長であるλ14からλ44の波長を発生させることが可能である。
【００５３】
一般的なレーザの性能を考慮した場合、温度制御範囲は±２０℃以内に設定することが望ましい。すなわち周波数制御範囲は全幅で６００ＧＨｚ以内であることが望ましい。
【００５４】
よって、本実施例のＭチャネルの多波長光源は、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ-1）が６００ＧＨｚ以内としている。これにより、同一の部品を使用することが可能となる。よって、さらなるシステムの簡素化と経済化が可能となる。
【００５５】
図７に、上記の多波長光源を作製した周期性波長合分波素子に入力した際の出力スペクトル波形を示す。なお本実験では、同一の多波長光源を（図６に示した波長調整を用いて）４組の多波長光源として使用したため、図７の出力スペクトルは周期性波長合分波素子の各入出力チャネル導波路から得られる４つの出力スペクトルの重ね描きである。
【００５６】
実験の結果、図７に示すようにΔＦが８００ＧＨｚ、Δｆが１００ＧＨｚで各レーンを透過帯域Ｂ（３６０ＧＨｚ）内に割り当てることが出来た。
【００５７】
以上の結果から、本実施例により、図１に示すような光送受信システムおいて、周期性波長合分波素子の周期を多波長光源の周波数間隔ΔＦに等しい条件に設定することにより、既存のＷＤＭシステムを簡易な構成でより高密度、高ビットレートの一芯双方向型の光送受信ＷＤＭへの拡張が可能となる。
【００５８】
なお本実施例では光源の波長を１．３μｍ帯としたが、テレコム波長である１．５μｍ帯を用いても良い。また光源の変調部は電界吸収型としたが、レーザの直接変調を用いても良いし、ニオブ酸リチウムなどの電気光学結晶を用いた変調器と光源を組合せて使用しても良い。
【００５９】
さらにこの構成では、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が多波長受光素子における波長分波素子の透過帯域Ｂより小さいため、各多波長受光素子は波長分波特性を含め、同一の部品を使用することが可能となる。よって、さらなるシステムの簡素化と経済化が可能となる。
【００６０】
なお本実施例ではΔｆを１００ＧＨｚとしたが、同一群内のＮ波が透過帯域Ｂ内にあれば他の値、例えば７５ＧＨｚや５０ＧＨｚでも上記の効果は保たれる。
【００６１】
また本実施例では、Ｍチャネルの多波長光源は、Ｎ組の間隔積Δｆ×（Ｎ−１）が６００ＧＨｚ以内であるため、各多波長光源は光源の発振波長特性を含め、同一の部品を使用することが可能となる。よって、さらなるシステムの簡素化と経済化が可能となる。
【００６２】
また本実施例では、第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子は、ＰＬＣ型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を適用した。それにより、従来のインターリーブ型フィルタより小型で簡易な光回路が実現可能である。
【００６３】
なお本実施例のＰＬＣはシリコン基板上の石英導波路であるが、基板や導波路の材料はシリコンや石英に限定されるものではなく、有機高分子樹脂なども使用可能である。
【００６４】
また本実施例のＰＬＣに温度補償機能、すなわちアサーマル機能を追加することにより、環境温度の変動によっても特性の変動しない光回路とすることが可能である。代表的なアサーマル機能の追加は、光導波路の熱膨張率と対称的な熱膨張率を有する材料を導波路間に挿入する等の方法があげられる。
【００６５】
また本実施例では、周期性波長合分波素子のポート間隔Δｆについて、その積Δｆ×（Ｎ−１）を周期性ΔＦの２分の１以下とした。それにより、図５の結果に示されるように使用波長はＦＳＲ内の中央付近を用いることが出来るため低損失な特性の光回路が実現可能である。
【００６６】
さらには図４に示すように第一の周期性波長合分波素子と第二の周期性波長合分波素子を同一としたことにより、さらなる光回路の小型化が実現可能である。
【００６７】
（第２の実施形態）  
次に図８を参照して、本発明の第２の実施形態にかかる光送受信システムおよびその光回路について説明する。本実施形態の光送受信システムの構成は図１、図２に示した構成と同等であるため説明は省略する。第１の実施形態に対する差異は周期性波長合分波素子の回路構成である。図８に、本実施例における周期性波長合分波素子の構成を示す。ここでは、第一の周期性波長合分波素子１３０の構成図として説明するが、光の進行方向を対称にすることにより第二の周期性波長合分波素子１４０としての説明も同様に可能である。なお第二の周期性波長合分波素子の構成は図３で説明した第一の周期性波長合分波素子と同等としても良い（光の進行方向は図３と対称である）。
【００６８】
図８の周期性波長合分波素子は、第１の実施形態と同様に光平面回路（ＰＬＣ）８００に作製されたＰＬＣ型ＡＷＧであり、入出力チャネル導波路３０２と波長多重導波路３１０、入出力スラブ導波路３０４と波長多重スラブ導波路３０８、およびアレイ導波路３０６から構成される。入出力チャネル導波路は少なくともＮ本有し、波長多重導波路は少なくとも１本有する。
【００６９】
さらに本実施例の特徴の一つとして、周期性波長合分波素子は、入出力スラブ導波路３０４に入出力チャネル導波路３０２が接続されると共に、各多波長光源の波長を検出し制御するためのモニタ導波路８０２が接続され、かつ波長多重スラブ導波路３０８に波長多重導波路３１０が接続されると共に、出力される波長多重光の一部を波長多重スラブ導波路３０８へ再入力するためのループバック導波路８０４が接続される。
【００７０】
また周期性波長合分波素子の出力部にはタップ回路８０６が挿入され、波長多重光の一部が接続導波路８０８を介してループバック導波路８０４に接続される。タップ回路８０６は方向性結合器やＹ分岐回路等で構成可能な光部品であり、本実施例では波長多重光の全強度の５％を抽出しループバック導波路８０４に接続する。
【００７１】
基本的な回路設計条件は実施形態１と同様である。すなわち、周期性波長合分波素子の周期はいずれも多波長光源の周波数間隔ΔＦに等しく構成されている。また、入出力スラブ導波路３０４との接続点における入出力チャネル導波路３０２の間隔（ポート間隔）はΔｆに等しく、かつ入出力スラブ導波路３０４、アレイ導波路３０６、波長多重スラブ導波路３０８を伝播した入力光は波長多重スラブ導波路３０８に接続された波長多重導波路３１０に焦点を結ぶように構成されている。
【００７２】
またＮ本の入出力チャネル導波路３０２のうち奇数番号すなわち入出力チャネル導波路３０２−１，３０２−３〜３０２−（Ｎ−１）には多波長光源（１１０−１〜１１０−Ｎ）のうち奇数番号すなわち多波長光源１１０−１、１１０−３〜１１０−(Ｎ−１）からの波長が入力される。また、Ｎ本の入出力チャネル導波路のうち偶数番号すなわち入出力チャネル導波路３０２−２，３０２−４〜３０２−Ｎには多波長受光素子（１５０−１〜１５０−Ｎ）のうち偶数番号すなわち多波長受光素子１５０−２、１５０−４〜１５０−Ｎへの波長が出力される。すなわち、第１の入出力チャネル導波路には第１組の多波長光源の波長λ11からλM1のＭ波が入力され、第２の入出力チャネル導波路には第２組の多波長受光素子への波長λ12からλM2のＭ波が出力される。第３の入出力チャネル導波路には第３組の多波長光源の波長λ13らλM(N-1)のＭ波が入力され、第４の入出力チャネル導波路には第Ｎ組（Ｎ＝４）の多波長受光素子への波長λ1NからλMNのＭ波が出力される。本実施例におけるパラメータはＭ＝４、Ｎ＝４、Δｆ＝１００ＧＨｚ、ΔＦ＝８００ＧＨｚとする。
【００７３】
本実施形態に特徴的な構造の一つである、モニタ導波路８０２とループバック導波路８０４の設計について説明する。
【００７４】
モニタ導波路８０２について、その本数はＮ組の多波長光源に対しＮ本である。入出力チャネル導波路３０２と同様に、入出力スラブ導波路３０４の接続点におけるＮ本のモニタ導波路８０２の間隔（ポート間隔）をΔｆに設定し、入出力チャネル導波路３０２に隣接して順に配置する。本実施形態では、入出力チャネル導波路３０２は低損失性を得るために入出力スラブ導波路の中心に対称的に配置する。そのため、モニタ導波路８０２は図８に示すように、Ｎ本の入出力チャネル導波路３０２の両外側に対称的に配置されている。
【００７５】
ループバック導波路８０４は、波長多重スラブ導波路３０８と波長多重導波路３１０の接続点からΔｆ×Ｎ離れた位置に配置される。
【００７６】
上記設計条件と入力条件により、実施形態１と同様に、Ｎ本の入出力チャネル導波路３０２の内のＮ／２本に入力されるＭチャネル波長多重光の組は、波長多重導波路３１０においてＭ×Ｎ／２チャネルのＷＤＭ信号として出力される。本実施例ではＮ＝４であるため入出力チャネル導波路は４本である。またＭ＝４であるため、双方向を合わせると波長多重導波路からは１６波（４×４）のＷＤＭ信号が出力される。
【００７７】
さらに本実施例の特徴として、ループバック導波路８０４から波長多重スラブ導波路３０８に戻された波長多重光の一部は波長分波されたのち、各モニタ導波路８０２に出力される。各モニタ導波路に出力される波長群は各多波長光源の波長群と同等の、周波数間隔ΔＦでＭチャネルを有する。よって、各モニタ導波路からの波長、光強度を監視することにより、各多波長光源の波長、光強度を調整（フィードバック制御）することが可能となる。
【００７８】
以上説明した構造と機能は、ＡＷＧのチップサイズを殆ど増大することなく、かつ波長合分波特性の劣化を殆ど与えることなく実現することが可能である。
【００７９】
上記のように、本実施例により、図８に示すような周期性波長合分波素子を用いることによって、既存のＷＤＭシステムを簡易な構成でより高密度、高ビットレートの一芯双方向型の光送受信ＷＤＭへの拡張が可能となる。
【００８０】
なお本実施例において、入出力チャネル導波路３０２は低損失性を得るために入出力スラブ導波路の中心に対称的に配置したがＦＳＲの範囲内であれば別の位置でも良い。例えば、各入出力チャネル導波路をΔｆ×Ｎずらした位置に接続することも可能である。その場合、本実施例の設計条件では、モニタ導波路８０２は入出力チャネル導波路４本に隣接して４本配置される。
【００８１】
（第３の実施形態）  
次に図９から図１１を参照して、本発明の第３の実施形態にかかる光送受信システムおよびその光回路について説明する。本実施形態の光送受信システムの構成は図１、図２で示される構成と同等であるため説明は省略する。実施形態１および２に対する差異は周期性波長合分波素子の回路構成である。図９に、本実施例における周期性波長合分波素子の構成を示す。ここでは、第一の周期性波長合分波素子１３０の構成図として説明するが、光の進行方向を対称にすることにより第二の周期性波長合分波素子１４０としての説明も同様に可能である。なお第二の周期性波長合分波素子の構成は図３で説明した第一の周期性波長合分波素子と同等としても良い（光の進行方向は図３と対称である）。
【００８２】
図９の周期性波長合分波素子は、上記実施形態と同様に光平面回路（ＰＬＣ）９００に作製された、ＰＬＣ型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）である。入出力チャネル導波路３０２と波長多重導波路３１０、入出力スラブ導波路３０４と波長多重スラブ導波路３０８、およびアレイ導波路３０６から構成される。入出力チャネル導波路３０２は少なくともＮ本有し、波長多重導波路３１０は少なくとも１本有する。
【００８３】
周期性波長合分波素子は、実施例２と同様に、入出力スラブ導波路３０４に入出力チャネル導波路３０２が接続されると共に、各多波長光源の波長を検出し制御するためのモニタ導波路８０２が接続され、かつ波長多重スラブ導波路３０８に波長多重導波路３１０が接続されると共に、出力される波長多重光の一部を波長多重スラブ導波路３０８へ再入力するためのループバック導波路９０４が接続される。
【００８４】
さらに本実施例の特徴の一つとして、周期性波長合分波素子は、波長多重スラブ導波路３０８に波長多重導波路３１０が接続されると共に、出力される波長多重光の一部を抽出するタップ回路９０６が波長多重導波路３１０に接続され、タップ回路の一方がループバック導波路９０４に接続される。タップ回路９０６は方向性結合器やＹ分岐回路等で構成可能な光回路であり、本実施例では波長多重光の全強度の５％を抽出し、ループバック導波路９０４に接続する。
【００８５】
基本的な回路設計条件は実施形態１および２と同様である。すなわち、周期性波長合分波素子の周期はいずれも多波長光源の周波数間隔ΔＦに等しく構成されている。また、入出力スラブ導波路３０４との接続点における入出力チャネル導波路３０２の間隔（ポート間隔）はΔｆに等しく、かつ入出力スラブ導波路３０４、アレイ導波路３０６、出力スラブ導波路３０８を伝播した入力光は出力スラブ導波路３０８に接続された波長多重導波路３１０に焦点を結ぶように構成されている。
【００８６】
またＮ本の入出力チャネル導波路（３０２−１〜３０２−Ｎ）のうち奇数番号すなわち入出力チャネル導波路３０２−１，３０２−３〜３０２−（Ｎ−１）には多波長光源（例えば、１１０−１〜１１０−Ｎ）のうち奇数番号すなわち１１０−１、１１０−３〜１１０−(Ｎ−１）からの波長が入力される。また、Ｎ本の入出力チャネル導波路のうち偶数番号すなわち入出力チャネル導波路３０２−２，３０２−４〜３０２−Ｎには多波長受光素子（１５０−１〜１５０−Ｎ）のうち偶数番号すなわち多波長受光素子１５０−２、１５０−４〜１５０−Ｎへの波長が出力される。すなわち、第１の入出力チャネル導波路には第１組の多波長光源の波長λ11からλM1のＭ波が入力され、第２の入出力チャネル導波路には第２組の多波長受光素子への波長λ12からλM2のＭ波が出力される。第３の入出力チャネル導波路には第３組の多波長光源の波長λ13らλM(N-1)のＭ波が入力され、第４の入出力チャネル導波路には第Ｎ組（Ｎ＝４）の多波長受光素子への波長λ1NからλMNのＭ波が出力される。本実施例におけるパラメータはＭ＝４、Ｎ＝４、Δｆ＝１００ＧＨｚ、ΔＦ＝８００ＧＨｚとする。
【００８７】
モニタ導波路８０２について、その本数はＮ組の多波長光源に対しＮ本である。入出力チャネル導波路３０２と同様に、入出力スラブ導波路３０４の接続点におけるＮ本のモニタ導波路８０２の間隔（ポート間隔）をΔｆに設定し、入出力チャネル導波路３０２に隣接して順に配置する。本実施形態では、入出力チャネル導波路３０２は低損失性を得るために入出力スラブ導波路の中心に対称的に配置する。そのため、モニタ導波路８０２は図９に示すように、Ｎ本の入出力チャネル導波路３０２の両外側に対称的に配置する。
【００８８】
ループバック導波路９０４は、出力スラブ導波路３０８と波長多重導波路３１０の接続点からΔｆ×Ｎ離れた位置に配置される。
【００８９】
上記設計条件と入力条件により、実施形態１と同様に、Ｎ本の入出力チャネル導波路３０２の内のＭ／２本に入力されるＭチャネル波長多重光の組は、波長多重導波路３１０においてＭ×Ｎ／２チャネルのＷＤＭ信号として出力される。本実施例ではＮ＝４であるため入出力チャネル導波路は４本である。またＭ＝４であるため、双方向を合わせると波長多重導波路からは１６波（４×４）のＷＤＭ信号が出力される。
【００９０】
ループバック導波路９０４から出力導スラブ波路３０８に戻された波長多重光の一部は波長分波されたのち、各モニタ導波路８０２に出力される。各モニタ導波路に出力される波長群は各多波長光源の波長群と同等の、周波数間隔ΔＦでＭチャネルを有する。よって、各モニタ導波路からの波長、光強度を監視することにより、各多波長光源の波長、光強度を調整（フィードバック制御）することが可能となる。
【００９１】
以上説明した構造と機能は、ＡＷＧのチップサイズを殆ど増大することなく、かつ波長合分波特性の劣化を殆ど与えることなく実現することが可能である。
【００９２】
さらに本実施例では同一チップ上にタップ回路９０６を集積したため、実施例２に比べてサイズや特性の劣化なく集積度を向上することが可能である。
【００９３】
図１０に、本実施例で使用した周期性波長合分波素子９００の回路構成を示す。図１０に示すように、第一の周期性波長合分波素子１３０および第二の周期性波長合分波素子１４０は、同一である。これにより、光回路（第一の周期性波長合分波素子および第二の周期性波長合分波素子）の小型化や経済化が実現できる。周期性波長合分波素子９００は、Ｎ本の波長合波用入出力チャネル導波路３０２と、波長合波用入出力スラブ導波路３０４、波長合波用アレイ導波路３０６、波長合波用波長多重スラブ導波路３０８、および１本の波長合波用波長多重導波路３１０を含んで構成される。
【００９４】
また周期性波長合分波素子３００は、実施例２と同様に、入出力スラブ導波路３０４に入出力チャネル導波路３０２が接続されると共に、各多波長光源の波長を検出し制御するためのモニタ導波路８０２が接続され、かつ波長多重スラブ導波路３０８に波長多重導波路３１０が接続されると共に、出力される波長多重光の一部を波長多重スラブ導波路３０８へ再入力するためのループバック導波路９０４が接続され、さらに、波長多重導波路３１０から出力される波長多重光の一部を抽出するタップ回路９０６が波長多重導波路３１０に接続され、タップ回路の一方がループバック導波路９０４に接続される。
【００９５】
図１１に、作製した４×１周期性波長合分波素子の特性例のうち第一組（第１組の多波長光源の波長λ11からλM1のＭ波）を示す。本素子は、シリコン基板上の石英系ＰＬＣであり、コアとクラッドの比屈折率差は約１％である。得られた特性は、λ11からλ44まで１．５ｄＢ以下の低損失性を有する。また隣接する群の周波数間隔（例えばλ11とλ21の間隔）ΔＦ、同一群内の隣接周波数間隔（例えばλ21とλ22の間隔）Δｆについてはそれぞれ８００ＧＨｚと１００ＧＨｚと設計通りで、その誤差は測定精度（±４ＧＨｚ）以下であった。さらに、光の偏波２成分方向の特性差（偏波依存性）について、図１１には両偏波方向の重ね描きを行ったが、その偏波依存性は識別できない範囲（周波数差で測定精度未満）の良好な特性を有する。また、波長多重出力光と同等の波長で２０ｄＢ低い位置にモニタ出力光が得られる。この結果から、各モニタ導波路からの波長、光強度を監視することにより、各多波長光源の波長、光強度を調整（フィードバック制御）することが可能となる。
【００９６】
上記のように、本実施例により、図９に示すような周期性波長合分波素子を用いることによって、既存のＷＤＭシステムを簡易な構成でより高密度、高ビットレートの一芯双方向型の光送受信ＷＤＭへの拡張が可能となる。
【００９７】
上記種々の実施形態では、Ｎ本の入出力チャネル導波路のうちの奇数番号と偶数番号に多波長光源と多波長受光素子を交互に接続する例を説明したが、Ｎ本の入出力チャネル導波路に多波長光源と多波長受光素子を交互に接続しなくても良い。例えば、Ｎ本の入出力チャネル導波路の１番目からＮ／２番目に多波長光源を接続し、残りに多波長受光素子を接続しても良い。
【符号の説明】
【００９８】
１００  光送受信システム
１１０  多波長光源
１１１  下り信号光送信器
１１２  光源
１１３  光ファイバ伝送路
１１４  波長合波素子
１１５  信号光受信器
１１６  上り信号光送信器
１１７  上り信号光受信器
１３０  第一の周期性波長合分波素子
１４０  第二の周期性波長合分波素子
１４５  周期性波長合分波素子
１５０  多波長受光素子
１５２  受光素子
１５４  波長分波素子
３００，８００，９００  光平面回路（ＰＬＣ）
３０２  入出力チャネル導波路
３０４  入出力スラブ導波路
３０６  アレイ導波路
３０８  波長多重スラブ導波路
３１０  波長多重導波路
８０２  モニタ導波路
８０４，９０４  ループバック導波路
８０６，９０６  タップ回路
８０８  接続導波路
【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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