JP2009186506A

JP2009186506A - 波長合分波器

Info

Publication number: JP2009186506A
Application number: JP2008023154A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kamitoku; 正樹神徳; Tsutomu Kito; 勤鬼頭; Arata Kamei; 新亀井; Tomohiro Shibata; 知尋柴田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2008-02-01
Publication date: 2009-08-20

Abstract

【課題】波長合分波器において、チャンネル間の挿入損失を均一化する。
【解決手段】本発明の一実施形態によれば、マッハツェンダ干渉計とアレイ導波路回折格子とを組み合わせて、透過スペクトルを平坦化した波長合分波器において、チャネル間の挿入損失を均一化することができる。具体的には、アレイ導波路回折格子の出力側スラブ導波路と複数の出力導波路のそれぞれとの接続位置を調整することによって、波長合分波器の各チャネルの挿入損失を均一化することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、波長合分波器に関し、より詳細には、透過スペクトルを平坦化した波長合分波器において、チャネル間の挿入損失を均一化することに関する。

インターネットをはじめとする通信需要の増大に対応するためには、通信容量の増大を可能にする通信技術の開発が望まれている。このような状況の中、光通信技術においては、さらなる通信容量の増大に向けて、高密度波長分割多重（Ｄ−ＷＤＭ）技術の開発が進められている。

光通信システムの進展に伴い、従来の２点間を接続するpoint-to-pointのシステムから、リング網やメッシュ網など、多地点を接続しフレキシブルに通信路を切り替え可能な通信システムが構築され始めている。従来のpoint-to-pointのシステムでは、接続点で必ず電気信号に復調されていたが、このような高度なネットワークでは、光信号が電気信号に復調される事なく、光信号のまま、多地点を通過する事が求められている。このため、波長合分波器としては、透過スペクトルが高い平坦性を有し、かつ低損失であることが求められている。このような優れた特性を有する波長合分波器として、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）とアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を組み合わせて、透過スペクトルを平坦化したものが知られている（特許文献１および２）。これは、透過帯域を平坦化することによって、ＡＷＧの高密度化を図った場合であっても、波長変動に対して低損失な特性を得ることができる。

特許第３２５６４１８号公報米国特許第６７２８４４６号明細書 Meint K. Smit and Cor van Dam, "PHASAR-Based WDM-Devices: Principles, Design and Applications," IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 2, No. 2, June 1996, pp. 236-250

しかしながら、ＡＷＧ単体では、各チャンネル間の挿入損失が不均一であることが知られている（例えば、非特許文献１のFig. 2）。この不均一性は、中央のチャネルの挿入損失が最も小さく、外側のチャネルほど挿入損失が大きくなる。これは、ＭＺＩとＡＷＧを組み合わせて、透過スペクトルを平坦化した波長合分波器においても同様である。

それぞれのＡＷＧにおける、挿入損失のチャネル依存性はわずかであるが、近年のリング網等、多段に接続された高度なネットワークでは、これらのわずかなチャネル依存性の累積が問題になりうる。

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、波長合分波器において、チャンネル間の挿入損失を均一化することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、マッハツェンダ干渉計と、アレイ導波路回折格子とを備えた波長合分波器であって、前記アレイ導波路回折格子は、第１のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路と接続されたアレイ導波路と、前記アレイ導波路と接続された第２のスラブ導波路と、前記第２のスラブ導波路と接続された複数の第２の入出力導波路とを備え、前記マッハツェンダ干渉計は、前記波長合分波器の透過スペクトル特性が平坦になるように前記第１のスラブ導波路と接続され、前記波長合分波器の各チャネルの挿入損失が均一になるように、前記第２のスラブ導波路と前記複数の第２の入出力導波路のそれぞれとの接続位置が調整されたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の波長合分波器であって、前記接続位置は、前記複数の第２の入出力導波路のうち、中央の入出力導波路に対して、透過スペクトルの損失が極小になる位置からのずれを大きくし、外側の入出力導波路に対して、透過スペクトルの損失が極小になる位置からのずれを小さくするように調整されたことを特徴とする。

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。
図１に、マッハツェンダ干渉計とアレイ導波路回折格子を組み合わせて、透過スペクトルを平坦化した波長分波器の一例を示す。この波長分波器１００は、入力導波路１０２と、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）と、アレイ導波路回折格子と、複数の出力導波路１１２とから構成されている。マッハツェンダ干渉計は、光路長が異なる２つのアーム導波路１０４から構成されており、この２つのアーム導波路は出力において光が干渉するように近接して配置されている。また、アレイ導波路回折格子は、第１のスラブ導波路１０６と、アレイ導波路１０８と、第２のスラブ導波路１１０とから構成されている。

複数の波長を有する光が入力導波路１０２に入射すると、マッハツェンダ干渉計の２つのアーム導波路１０４の光路長の差により、波長に応じて位相差が生じる。この光は、ＭＺＩの出力において近接して配置された２つの導波路間で干渉し、その位相差（すなわち波長）に応じて２つの導波路の間でパワーが分配される。そのため、ＭＺＩの出力で集光する光の位置が、その位相差（波長）によって２つの導波路の間で変化することになる。

一方、ＭＺＩからＡＷＧに入射した光は、第１のスラブ導波路１０６で拡がり、それぞれのアレイ導波路１０８に入射する。アレイ導波路では、導波路間の光路長の差により、波長に応じて位相差が生じる。アレイ導波路１０８を透過した光は第２のスラブ導波路１１０で干渉し、その位相差（すなわち波長）に応じてスラブ導波路の出力で集光する光の位置が変化する。したがって、波長に応じて、第２のスラブ導波路１１０の出力で集光する光の位置に出力導波路１１２を設けることによって、所望の波長の光を取り出すことができる。

ここで、ＭＺＩの出力で集光する光の位置が変わると、第１のスラブ導波路の光の入射位置が変化し、各アレイ導波路までの光路長が変化する。そうすると、アレイ導波路の導波路間の光路長が変わらなくても、ＡＷＧ全体での光路長が変化し、第２のスラブ導波路の出力で集光する光の位置が変わる。このことは、第２のスラブ導波路の出力で集光する光の位置は、ＭＺＩにより調整できることを意味する。すなわち、ある周波数間隔において、ＭＺＩの出力で集光する光の位置変化が、ＡＷＧの第２のスラブ導波路の出力で集光する光の位置変化を相殺するように設定されていれば、ＡＷＧの第２のスラブ導波路の出力で集光する光の位置は変化せず、したがって、この周波数間隔での透過スペクトルは平坦になる。なお、この波長分波器１００は、出力導波路１１２からそれぞれ波長の異なる光を入射すると、入力導波路１０２から波長多重された光が出射され、波長合波器として使用することができるので、以下、波長合分波器と総称する。

ここで、ＡＷＧの挿入損失は、第２のスラブ導波路の出力で集光する光の位置（すなわち、チャネル）によって不均一になることが知られている。具体的には、第２のスラブ導波路の真中のチャネルで挿入損失が最も小さく、外側のチャネルほど挿入損失が大きくなる。これは、ＡＷＧのアレイ導波路で生じる光の位相差と、第２のスラブ導波路の出力で光が集光する位置との関係が非線形であり、ＡＷＧの自由スペクトルレンジ（ＦＳＲ）が入力ポートおよび出力ポートの位置に依存するためである（非特許文献１）。この特性は、ＭＺＩとＡＷＧを組み合わせ、透過スペクトルを平坦化した波長合分波器にも当てはまる。

図２は、透過スペクトルを平坦化した波長合分波器の挿入損失の特性を示している。図に示すように、挿入損失は中央のチャネルで最も小さく、外側のチャネルほど大きくなっていることがわかる。

図３に示すように、透過スペクトルを平坦化した波長合分波器においては、ＡＷＧとＭＺＩ回路の波長のずれΔλにより波長合分波器全体の挿入損失が変化する。この図から、波長のずれΔλが大きくなると、損失も増加することがわかる。そこで、本発明では、波長のずれに伴う損失の増加を利用して、波長合分波器の挿入損失の不均一性を補正する。具体的には、挿入損失の最も小さい中央のチャネルに対して、意図的にＡＷＧとＭＺＩの波長のずれΔλを大きくし、挿入損失が大きい外側のチャネルに対して、ＡＷＧとＭＺＩの波長のずれΔλを小さくする。このとき、図３の損失特性から各チャネルにおける波長のずれを求めることができる。

図４は、波長のずれΔλについて説明するための図である。通常、ＡＷＧの透過中心波長は、３ｄＢ透過帯域の中心波長として定義される（例えば図４のＡ点）。同様に、ＭＺＩの透過中心波長も３ｄＢ透過帯域の中心波長として定義される（例えば図４のＢおよびＣ点）。本発明においては、波長のずれΔλは、これら中心波長のずれではなく、図４に示すように、波長合分波器全体としての損失が極小となるときをΔλ＝０としている（例えば図４のＤ点）。この波長のずれΔλが大きくなると、図３に示すように、波長合分波器全体としての損失が増加する。

波長のずれΔλを変えるには、ＡＷＧの透過中心波長をずらせばよい（例えば図４のＤ点からＡ点）。そして、ＡＷＧの透過中心波長をずらすには、ＡＷＧの第２のスラブ導波路の出力における出力ポートの位置を最適値からずらせばよい。なお、厳密には、中心ポート近傍の透過波長がグリッドからわずかにオフセットを有することになるが、ＭＺＩ回路を集積化したＡＷＧの透過スペクトルは広い透過帯域幅を有している為、中心波長の微小なずれは大きな問題とならない。また、出力導波路幅を調整して、わずかにリップルを有するように設計を行なえば、ＭＺＩ回路とＡＷＧの波長のずれがあっても、透過スペクトルの平坦性は保たれる為、損失のみを調整する事が可能となる。なお、リップル量の目安としては、約０．２ｄＢであり、それ以下の場合には波形形状の歪が問題となるレベルとなる。これにより、図５に示すように、透過スペクトルを平坦化した波長合分波器において、チャネル間の挿入損失を均一化することができる。

以上、本発明について、具体的に説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに例示した実施形態は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。

マッハツェンダ干渉計とアレイ導波路回折格子を組み合わせて、透過スペクトルを平坦化した波長分波器の一例を示す図である。透過スペクトルを平坦化した波長合分波器の挿入損失の特性を示す図である。透過帯域波長を平坦化した波長合分波器において、ＡＷＧの透過中心波長をずらした場合の波長合分波器全体の挿入損失を示す図である。ＡＷＧとＭＺＩの波長のずれについて説明するための図である。透過スペクトルを平坦化した波長合分波器において、本発明により挿入損失を平坦化した特性を示す図である。

符号の説明

１００波長合分波器
１０２入力導波路
１０４アーム導波路
１０６スラブ導波路
１０８アレイ導波路
１１０スラブ導波路
１１２出力導波路

Claims

マッハツェンダ干渉計と、アレイ導波路回折格子とを備えた波長合分波器であって、前記アレイ導波路回折格子は、第１のスラブ導波路と、前記第１のスラブ導波路と接続されたアレイ導波路と、前記アレイ導波路と接続された第２のスラブ導波路と、前記第２のスラブ導波路と接続された複数の第２の入出力導波路とを備え、前記マッハツェンダ干渉計は、前記波長合分波器の透過スペクトル特性が平坦になるように前記第１のスラブ導波路と接続され、
前記波長合分波器の各チャネルの挿入損失が均一になるように、前記第２のスラブ導波路と前記複数の第２の入出力導波路のそれぞれとの接続位置が調整されたことを特徴とする波長合分波器。
請求項１に記載の波長合分波器であって、
前記接続位置は、前記複数の第２の入出力導波路のうち、中央の入出力導波路に対して、透過スペクトルの損失が極小になる位置からのずれを大きくし、外側の入出力導波路に対して、透過スペクトルの損失が極小になる位置からのずれを小さくするように調整されたことを特徴とする波長合分波器。