JP5822789B2 - 光合分波器 - Google Patents

Description

本発明は、光合分波器に関する。

光路に複数の波長の光を導入するための光合分波器が知られている。例えば、非特許文献１は、マルチコアＰＢＧＦ（photonic band gap fiber）によって構成される、共鳴トンネル効果を利用した光合分波器を開示している。

N. J. Florous, K. Saitoh, T. Murao, M. Koshiba, and M. Skorobogatiy, "Non-proximity resonant tunneling in multi-core photonic band gap fibers: An efficient mechanism for engineering highly-selective ultra-narrow band pass splitters," Optics Express, vol. 14, pp. 4861-4872, May 2006.

従来の光合分波器は、光の損失が大きいという問題が合った。例えば、学術文献１に記載の光合分波器は、光ファイバを用いているため、光導波路を用いた平面光学系との結合部で光の損失が起こる。また、学術文献１に記載の技術では、光の結合が生じるファイバ長が固定されるため、合分波を行う全ての波長に対する出力導波路への結合の周期を合わせなければならない。そのため、ファイバ長が長くなり、装置が大きくなってしまうという問題があった。

本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、低損失かつ小型化が可能な光合分波器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光合分波器は、入力光を入力可能に配置された入力導波路と入力光に含まれる波長のうち特定の波長の光を出力する出力導波路とを含む、光を伝達する光導波路である複数の伝達導波路と、前記複数の伝達導波路のうち、隣接する伝達導波路の間に設置された、当該隣接する伝達導波路が共通して伸びる長手方向に伸びる光導波路であって、互いに離隔して配置された複数の共鳴導波路と、を備え、前記共鳴導波路の前記隣接する伝達導波路のそれぞれに対する距離と、前記長手方向の長さとは、当該共鳴導波路に隣接する伝達導波路のいずれか一方に移行波長の成分を含む光が通過すると、当該移行波長の成分の光をもう一方の隣接する伝達導波路に移行する部位である移行部を形成するように設定されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、低損失かつ小型化が可能な光合分波器を提供できる。

本発明の実施の形態１に係る光伝達システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る光合分波器の構成を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１に係る伝達導波路を通過する光の波長スペクトルを示す図である。 実施の形態１に係る分散曲線を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る光合分波器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る光合分波器の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る分散曲線を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、実施の形態３に係る伝達導波路を通過する光の波長スペクトルを示す図である。 本発明の実施の形態４に係る光合分波器の構成を示すブロック図である。 （ａ）（ｂ）は、実施の形態４に係る伝達導波路を通過する光の波長スペクトルを示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る光伝達システムを、図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

（実施の形態１）
本実施の形態に係る光伝達システム１は、図１に示すように、複数の発光部１０（発光部１０ａ〜発光部１０ｄ）と、光合分波器２０ａと、光ケーブル３０と、光合分波器２０ｂと、複数の受光部（受光部４０ａ〜受光部４０ｄ）と、を含む。

複数の発光部１０（発光部１０ａ〜発光部１０ｄ）は、それぞれ異なる波長の光を出力するレーザダイオード素子から構成され、伝達情報が重畳された所定の波長スペクトルを持つ光を発光する。

光合分波器２０（光合分波器２０ａ及び光合分波器２０ｂ）は、光伝達システム１の外側に接する辺（外辺）と、内側に接する辺（内辺）を持つ。光合分波器２０は外辺側に光の入出力が可能な複数の入出力端（外端）をもつ。また、内辺側に１つの入出力端（内端）を有する。光合分波器２０（光合分波器２０ａ及び光合分波器２０ｂ）の具体的な構成については後述する。

光合分波器２０ａは複数の発光部１０が出力する光を外端に入力され、内端に接続された光ケーブル３０に所定の出力光（伝達光）を出力する。光合分波器２０ｂは内端に接続された光ケーブル３０から伝達光を入力され、外端に接続された受光部４０ａ〜受光部４０ｄに所定の出力光を出力する。

光ケーブル３０は、被膜に覆われた光ファイバによって構成され、一端は光合分波器２０ａの内端に、もう一端は光合分波器２０ｂの内端に接続されている。光ケーブル３０は、このような物理構成により、光合分波器２０ａが出力する伝達光を光合分波器２０ｂに伝達する。

受光部４０（受光部４０ａ〜受光部４０ｄ）は、光電素子から構成され、それぞれが光合分波器２０ｂの外端に接続される。受光部４０は、このような物理構成により、光合分波器２０ｂが出力する出力光を受光する。

次に、光合分波器２０ａの構造を、図２を参照して説明する。図２は導波路型共鳴トンネル光合分波器である光合分波器２０ａを上から見た図である。
光合分波器２０ａにおいては、クラッド２２０内の平面状の領域に、複数の伝達導波路２１０（伝達導波路２１０ａ〜伝達導波路２１０ｄ）と、複数の共鳴導波路２３０（共鳴導波路２３０ａ〜共鳴導波路２３０ｄ）と、が形成されている。

なお、図２において、光合分波器２０ａの左側の辺（発光部が接続されている方向）を外辺、光ケーブル３０が接続されている辺を内辺と言う。以下、光伝達システム１において光ケーブル側を内側、発光部又は受光部が接続される側を外側と表記する。また、光合分波器の内側の辺を内辺と、外側の辺を外辺と表記する。

クラッドは、例えばシリカガラスによって構成される。
各伝達導波路（伝達導波路２１０ａ〜伝達導波路２１０ｄ、及び共鳴導波路２３０ａ〜共鳴導波路２３０ｄ）は、例えば屈折率が１．４５のシリカガラスを材質とするコアがクラッドに包まれた構造を持つ。波長λの光に対するクラッドとコアとの比屈折率差をΔと表記する。クラッドとコアは、平面光波回路を生成する既存の方法を用いて製造されて良い。

伝達導波路２１０ａ〜伝達導波路２１０ｄは、それぞれ略平行に長手方向（図２の横方向）に延びる。伝達導波路２１０ａ〜伝達導波路２１０ｄにはそれぞれ外辺側の端（外端）に発光部１０ａ〜発光部１０ｄが接続されている。
また、伝達導波路２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｄ（入力導波路）の他端はクラッド内の終端である。なお、入力導波路の他端は内辺に開放されていても良い。
伝達導波路２１０ｃは、内側で光ケーブル３０と接続しており、発光部１０ａ〜１０ｄが発光した光の成分を合波した光を光ケーブル３０に出力する。

このように、光合分波器２０ａの伝達導波路２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｄは発光部から光を入力されるので、入力導波路と表記できる。さらに、伝達導波路２１０ｃは発光部１０ｃから光を入力され、光ケーブル３０に光を出力するため、出力導波路、あるいは入出力導波路と表記できる。

伝達導波路２１０ａと伝達導波路２１０ｂとの間に共鳴導波路２３０ａが配置される。共鳴導波路２３０ａは、隣接する伝達導波路（隣接導波路）の間で特定の波長（移行波長）の光を移行させる移行部２４０ａを形成する。移行部２４０ａでは、光が結合モードと呼ばれる状態を形成する。
結合モードを実現するために、移行部２４０ａには、設定された移行波長における伝達導波路２１０ａと２１０ｂとの実効屈折率が等しくなるように設計される。共鳴導波路２３０ａは移行波長における伝達導波路２１０ａおよび伝達導波路２１０ｂと実効屈折率が等しくなるように決定されるコアの大きさと屈折率をもつ。

コアの形状及びコアの長さ（図２のｌａ）は、マクスウェル方程式に基づく波動方程式を、有限要素法によるシミュレーションによって求めることにより、定めることが出来る。シミュレーションの具体的な方法としては、平面波展開法、時間領域差分法等が挙げられる。

また、共鳴導波路２３０ａの長さ（ｌａ）は、移行部２４０ａのλ１の光に対する実効屈折率によって決定される完全結合長（ｌｃｐ）と等しい。

ここで、完全結合長（ｌｃｐ）とは、移行部２４０ａを構成する伝達導波路２１０ａ又は２１０ｂを伝搬する光のうち、移行波長λ１の波長光のパワーが、もう一方の伝達導波路へ完全に移行する条件となる導波路の長さを意味する。

本実施形態のように共鳴導波路が１本の場合、波長λ１に対して、偶モードが２つ、奇モードが１つ、計３つの結合モードが構成される。偶モードのうち何れかの実効屈折率をｎｅ、奇モードの実効屈折率をｎｏとする。
ｎｅ及びｎｏの値は、共鳴導波路２３０ａと伝達導波路２１０ａとの距離ｄａ１及び伝達導波路２１０ｂとの距離ｄａ２とすると、伝達導波路２１０ａ、伝達導波路２１０ｂ及び共鳴導波路２３０ａの形状、大きさ、屈折率、ｄａ１及びｄａ２の値によって定まる。
このとき、完全結合長ｌｃｐは下記の式（１）で表せる。
ｌｃｐ＝λ１／（２｜ｎｅ−ｎｏ｜）・・・（１）
距離ｄａ１とｄａ２の値が大きくなると、モード結合の程度が小さくなり、｜ｎｅ−ｎｏ｜の値が小さくなる。その結果、移行部２４０ａを形成するための長さｌａは大きくなる。そのため、距離ｄａ１及びｄａ２を小さくすることで、光合分波器２０ａの長手方向のサイズを小さくすることが出来る。

さらに、伝達導波路２１０ａと伝達導波路２１０ｂとの距離Ｄａとする。２本の導波路（伝達導波路２１０ａと伝達導波路２１０ｂ）の間には、１つの偶モードと１つの奇モードとの、計２つの結合モードが構成される。このため、距離Ｄａと伝達導波路２１０ａの長さ及び伝達導波路２１０ｂの長さによっては、移行部以外の部分で、余計な波長成分の光が移行する場合がある。
伝達導波路２１０ａと伝達導波路２１０ｂとの間の結合モードの完全結合長ｌｃｐは、１つの偶モードの実効屈折率ｎｅとし、１つの奇モードの実効屈折率をｎｏとして、式（１）によって定まる。
このような余計な移行は、光合分波器２０ａの消光比の悪化を招く。そのため、光合分波器２０ａでは、距離Ｄａと、伝達導波路２１０ａの長さ及び２１０ｂの長さとを、発光部１０ａ及び１０ｂに入力される各波長について、伝達導波路の並行する長さに対して完全結合長（ｌｃｐ）の長さが十分大きくなるように設計されている。ここでは、伝達導波路２１０ａ及び２１０ｂの並行する長さは発光部１０ａ及び発光部１０ｂが発光する光のうち、最もモード結合の程度が大きくなる波長について定められる完全結合長に対して１／５以下の長さをもつものとする。

同様に、伝達導波路２１０ｂと伝達導波路２１０ｃとの間に共鳴導波路２３０ｂが配置され、移行部２４０ｂを形成する。移行部２４０ｂは波長λ２の光を移行させる。伝達導波路２１０ｂと伝達導波路２１０ｃとの間には更に共鳴導波路２３０ｃが配置され、移行部２４０ｃを形成する。移行部２４０ｃは波長λ１の光を移行させる。また、伝達導波路２１０ｄと伝達導波路２１０ｃとの間に共鳴導波路２３０ｄが配置され、移行部２４０ｄを形成する。移行部２４０ｄは波長λ４の光を移行させる。

共鳴導波路２３０ｂのコアの大きさおよび屈折率は同様に、移行部２４０ｂで移行すべき波長λ２における伝達導波路２１０ｂおよび２１０ｃと実効屈折率が等しくなるように設定される。長さｌｂについても同様に、波長λ２における伝達導波路２１０ｂ、伝達導波路２１０ｃ及び共鳴導波路２３０ｂの形状、大きさ、屈折率、ｄｂ１及びｄｂ２に基づいて有限要素法等によるシミュレーションによって求めた移行部２４０ｂにおける結合モードの実効屈折率に対して、式（１）によって定まる数値に設定される。
移行部２４０ｃ及び移行部２４０ｄについても同様である。

次に、光合分波器２０ａが入力光を合波して出力する過程を、図３を参照して例示する。図３の（ａ）〜（ｄ）は、伝達導波路を通過する光の波長スペクトルを示す。なお、横軸が光の波長、縦軸がその波長の光の強度を示す。

発光部１０ａが波長λ１を含む入力光Ｌｉａを発光すると、伝達導波路２１０ａに図３（ａ）に示す波長スペクトルの光が導入される。この光が、移行波長がλ１である移行部２４０ａに到達すると、λ１の成分が伝達導波路２１０ｂに移行する。伝達導波路２１０ｂには、更に発光部１０ｂが発する波長λ２を含む入力光Ｌｉｂが導入される。その結果、伝達導波路２１０ｂには図３（ｂ）に示す光が生じる。

図３（ｂ）の光が、移行波長がλ１である移行部２４０ｃに到達すると、λ１の成分が伝達導波路２１０ｃに移行する。さらに、ここで移行しなかった光が伝達導波路２１０ｂを通って移行波長がλ２である移行部２４０ｂに到達すると、λ２の成分が伝達導波路２１０ｃに移行する。

伝達導波路２１０ｄには、発光部１０ｄが発する波長λ４を含む入力光Ｌｉｄが導入される（図３（ｄ））。そして、移行波長がλ４である移行部２４０ｄを介して、λ４の成分が伝達導波路２１０ｃに移行する。

伝達導波路２１０ｃには、さらに発光部１０ｃが発する波長λ３の成分を含む入力光Ｌｉｃが入力される。その結果、伝達導波路２１０ｃには図３（ｃ）に示す波長スペクトルの光が導入される。この光は伝達導波路２１０ｃの外端から光ケーブル３０に出力される。

このように、光合分波器２０ａには、出力光に含まれる波長の光のそれぞれについて、伝達導波路と移行部とから構成される出力端への光路が構成されている。各波長の光について、入力導波路から出力導波路に光路を形成するため、入力導波路から出力導波路との間の伝達導波路にその波長に対応する移行部が形成されている。例えば、図３の例では、波長λ１の光について伝達送波路２１０ａ（波長λ１の入力導波路）の入力端から移行部２４０ａ、伝達導波路２１０ｂ及び移行部２４０ｃを経て、伝達導波路２１０ｃの出力端へと至る光路が設定されている。
言い換えれば、各伝達導波路には、その伝達導波路を光路に含む波長の光を導入する入力部位（入力端又は入力導波路側の移行部）と、その導波路に導入された光を出力側に送達する出力部位（出力導波路側の移行部又は出力端）と、の双方を含む。例えば、伝達導波路２１０ｂは、λ１について移行部２４０ａを入力部位として、移行部２４０ｃを出力部位として持つ。さらに、λ２について発光部１０ｂが接続された入力端を入力部位とし、移行部２４０ｂを出力部位として持つ。各出力部位は、伝達導波路において入力部位よりも長手方向に内端側に設置される。光合分波器２０ａはこのような構成により、各波長の光路の入力端に、対応する波長成分を含む光を導入されると、各波長成分を含む出力光を出力端に出力する。

次に、移行部の設計例を、移行部２３０ａの移行波長λ１＝１．３０４μｍとする場合を例にとって説明する。
まず、移行部２３０ａを構成する伝達導波路２１０ａと２１０ｂとのコアの大きさ（高さ及び幅）、光の屈折率をともに実質的に等しくする。ここでは、伝達導波路の大きさと材質を、製造誤差を許容して同一とする。
さらに導波路コアの横の長さをW、縦の長さをH、コアとクラッドとの比屈折率差をΔとすると、伝達導波路２１０ａ及び２１０ｂについて、W = H = 10 μmならびにΔ = 0.16 %とする。一方、共鳴導波路２３０ａはW = H = 2 μmならびにΔ = 1 %とする。この場合、伝達導波路と共鳴導波路について、例えば図４に示す分散曲線が得られる。図４の分散曲線は、光の波長（横軸）に対して、その波長光に対する導波路の実効屈折率（縦軸）を定めたグラフである。

図４の分散曲線では、実線で示す伝達導波路の分散曲線と点線で示す共鳴導波路の分散曲線が、１．３０４μｍ（一点鎖線）の部位で交わっている。このとき更に、共鳴導波路２３０ａの長さ（ｌａ）を式（１）で求めたλ１の完全結合長（ｌｃｐ）とすることで、移行部２４０ａの移行波長をλ１（１．３０４μｍ）とすることができる。即ち、光が結合モードを形成することで、共鳴トンネル効果により波長λ１の光を移行させることができる。

光合分波器２０ｂは、図２に示す光合分波器２０ａと同様の構成を持つ。ただし、伝達導波路２１０ａ〜２１０ｄの外端に、受光部４０ａ〜受光部４０ｄがそれぞれ接続されている。

光合分波器２０ｂにおいて、光ケーブル３０から伝達導波路２１０ｃへ図３（ｃ）に示す伝達光が伝達される。そして、移行部２４０ｃでλ１の、移行部２４０ｂでλ２の、波長成分の光がそれぞれ伝達導波路２１０ｂへ移行される。そして、伝達導波路２１０ｂへ移行された光のうち、λ１の成分が移行部２３０ａで伝達導波路２１０ａに移行する。同様に、移行部２４０ｄでλ４の成分の光が伝達導波路２１０ｄに伝達される。
このようにして、光ケーブル３０から入力された入力光に含まれるλ１〜λ４の成分の光が分波され、受光部４０ａ〜４０ｄに到達する。

このように、光合分波器２０ｂの伝達導波路２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｄは発光部４０ａ、４０ｂ、４０ｄへ光を出力するので、出力導波路と表現できる。一方、伝達導波路２１０ｃは光ケーブル３０から光を入力され、受光部４０ｃに光を出力するため、入力導波路、あるいは入出力導波路と表記できる。

以上説明したように、本実施の形態の光合分波器２０ａは、複数の入力光の入力を受け、所望の波長成分の光に合波して出力することが出来る。また、本実施の形態の光合分波器２０ｂは、複数の波長成分を持つ入力光から、所望の周波数成分の光を分波して出力することが出来る。即ち、光を合分波することができる。

しかも、図２に示すように、光合分波器２０では複数の伝達導波路２１０が、光が伝播する方向（長手方向）と垂直の方向（周方向）に多段に配置されている。そして、多段に配置された伝達導波路２１０の間に、共鳴導波路が移行部を形成するべく平行に配置されている。そのため、所望の数の波長成分の光を合分波できる光合分波器に必要な長手方向の長さを小さくすることが出来る。すなわち、本実施の形態によれば、小型の光合分波器を提供できる。
例えば、方向性結合器やマッハ・ツェンダを用いた構成の場合、導波路曲がりを用いて複数の導波路を近づける必要があることから、サイズが大きくなってしまうが、本実施の形態によればそのような問題は解決される。

また、本実施の形態は、移行部を伝達導波路と平行に伸びる共鳴導波路により実現するため、例えばリング共鳴器を用いる場合に比べ、周方向にコンパクトな構成を実現できる。
さらに、本実施の形態の光合分波器は平面光学系で構成されるため、平面光学系を構成する他の導波路と容易に接続することができる。そのため、設計の自由度が高い。

さらに、発光部１０ａが発する入力光Ｌｉａが、λ１（1.304 μm）の波長を含むように設定すれば、所望の波長λ１を移行部（移行部２４０ａ及び移行部２４０ｃ）で移行させて、出力光に含ませることが可能となる。一方、λ１と異なる波長成分は移行しないので、所望の波長を選択的に移行させることが出来る。例えば、発光部１０ｂが発するＬｉｂの波長λ２を例えば１．３００μｍとして、十分にλ１と異ならせれば、伝達導波路２１０ｂから２１０ａへの移行は発生しない。そのため、λ２の成分を所望の出力導波路（伝達導波路２１０ｃ）に届けることが出来る。

また、このような設計によれば、共鳴導波路２３０ａの長さが完全結合長と等しくなる。そのため、伝達先の導波路（伝達導波路２１０ｂ）へ完全に移行した光が移行部２４０ａから伝達導波路２１０ｂを伝わる道程に、共鳴導波路２３０ａは存在しないこととなる。そのため、λ１の波長成分の光が再び伝達元の伝達導波路２１０ａに戻ることがない。そのため、所望のλ１の波長成分の光を効率よく出力することができる。

また、本実施の形態の構成によれば、共鳴導波路を配置するだけでよく、伝達導波路を光の結合が大きくなるまで曲げて近接させる必要がない。そのため、湾曲部による損失が少ない、効率が高い光合分波器を提供できる。

さらに、反射型グレーティングを用いた構造の場合には、微細構造であるグレーティング部を形成することになるが、グレーティング部の導波路壁の垂直性がクロストークや損失特性に強く影響し、製造トレランスが低くなる。また、多モード干渉導波路を用いた構成では、原理的な損失が不可避であるという問題がある。
本実施の形態の光合分波器は、このような構成よりも光効率が高い光合分波器を提供できる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る光合分波器２１ａを、図５を参照して説明する。光合分波器２１ａは、入力導波路が減光部２１２ａを持つ伝達導波路２１１ａであることを特徴とする。伝達導波路２１１ｂ及び伝達導波路２１１ｃについても同じである。その他の構成は実施の形態１に係る光合分波器２０ａと同様である。

ここで、減光部２１２ａ（減光部２１２ｂ及び減光部２１２ｄも同じ）は、伝達導波路２１１ａの他端（内側側の端）に設けられた導波路の湾曲部（導波路曲がり）である。この湾曲部に達した光は湾曲によって消耗する。移行部２４０で移行しきれなかった光が、移行元の伝達導波路に残留した場合に、残留光を減衰させることができる。

なお、導波路曲がりは、設計上想定される入力光に対して十分な減光（例えば光の損出が２０ｄＢ以上）が得られるように、等価直線近似若しくは円筒座標系に基づく有限要素法によるシミュレーション又は実験によって求められた湾曲部の長さ・曲率を持つものとする。

上記説明したとおり、本実施例の光合分波器２１によれば、光効率の良い光合分波が実現できる。
例えば、もし、共鳴導波路の長さが製造誤差によって所望の移行波長の完全結合長と異なった場合に、移行部で所望の移行波長の光が完全に移行せず、移行元の伝達導波路に残留する、あるいは一旦移行した光が戻ってくる場合が考えられる。このとき、残留光が反射して入力端に達すると、発光部１０ａによる光に対しては発光部１０ａおよび発光部１０ｂ（発光部１０ｂによる光に対しては発光部１０ｂおよび発光部１０ｃ、及び発光部１０ｄによる光に対しては発光部１０ｃおよび発光部１０ｄ）と干渉して発光効率が落ちてしまう。本実施例の光合分波器２１は、減光部２１２ａによって残留光を減少させるので、光効率の低下を抑えることが出来る。即ち、製造誤差があったとしても光効率の良い光合分波器を提供できる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る光合分波器２２ａを、図６を参照して説明する。
本実施の形態の光合分波器２２ａは、移行部が、複数の共鳴導波路によって構成されることを特徴とする。その他の構成は実施の形態２に係る光合分波器２１ａと同様である。

以下、本実施の形態の移行部について、移行部２４１ｃを例にとって説明する。他の移行部についても同様に考えることが出来る。
移行部２４１ｃは、Ｎｒ個（ここでは３個）の共鳴導波路２３１ｃを含む。各共鳴導波路２３１ｃは、それぞれ間隔Λｃだけ離れて配置されている。各共鳴導波路の長さ、コアの大きさ、透過率、については実施の形態１及び２に係る共鳴導波路と同様に、シミュレーションによって定める。

このような移行部２４１ｃでは、複数の共鳴導波路２３１ｃ間で結合モードが形成される。その結果、複数の共鳴導波路２３１ｃを１つの共鳴導波路と扱った場合の分散曲線がバンド化する。バンド化した分散曲線の例を図７に示す。図７の実線は、伝達導波路２１１ｂ及び２１０ｃを、W = H = 10 μmならびにΔ = 0.16 %とした場合の分散曲線である。一方、それぞれがW = H = 2 μmならびにΔ = 1 %に設定された複数の共鳴導波路２３１ｃは、共同して斜線部に示すバンド化した分散曲線を持つものと扱える。

その結果、移行部２４１ｃの移行波長が、移行部２４１ｃの移行波長λ３を中心とした領域（移行バンド、矢印の幅）に拡大される。即ち、移行部２４１ｃを構成する伝達導波路（伝達導波路２１１ｂ又は２１０ｃ）のどちらかに、図７の矢印で示した波長バンドの範囲の波長の光が通過すると、その範囲の波長成分の光線がもう一方の伝達導波路に移行する。

Λｃを小さく設定すれば共鳴導波路２３１ｃ間の結合係数が大きくなることにより、この移行バンドの幅が広がる。逆に、Λｃを大きくすれば共鳴導波路２３１ｃ間の結合係数が小さくなるので、移行バンドの幅が狭くなる。
伝達導波路と、伝達導波路に隣接する共鳴導波路との距離をｄｃ１とｄｃ２とすると、移行バンドの幅は間隔Λｃに基づいて、完全結合長は間隔ｄｃ１およびｄｃ２に基づいて、マクスウェル方程式によるシミュレーションによって求める事が出来る。即ち、所望の幅のバンド幅が得られるような間隔Λｃ、および所望の完全結合長が得られるような間隔ｄｃ１とｄｃ２をこのシミュレーションによって算出し、算出結果に従って移行部２４１ａを設計する。

本実施の形態では、Λｃの大きさを調整して、移行バンドを想定できるλの誤差幅の範囲（狭帯域）に設定する。狭帯域について図８を参照して説明する。図８の（ａ）は、移行部２４１ｃを構成する伝達導波路のうち、移行元の伝達導波路（伝達導波路２１１ｂ）を通過する光の波長スペクトルを示す。図８の（ｂ）は移行先（伝達導波路２１０ｃ）の光線のスペクトルを示す。なお、横軸が光の波長、縦軸がその波長の光の強度を示す。

図８では、移行対象となる光線のピークが製造誤差によってピークがλからλ’にずれている。しかし、λ’は矢印で示された狭帯域に含まれるため、移行部２４１ｃでこの光を移行することができる。つまり、移行バンドを狭帯域とすることは、移行部２４１ｃの移行波長を、移行部２４１ｃに割り当てられた移行波長（λ）を中心として、想定されるピークの揺らぎ（発光部の製造誤差や、上流の移行部の移行波長の揺らぎ）の範囲に広げることを意味する。
なお、狭帯域は、設計上想定される移行部２４１ｃを通過する光線のうち、λをピークとする波長とソース（発生元となった発光部）が異なる光線の波長（図７のλ２をピークとする光線）を含まない範囲を言う。狭帯域はλと、λ’の範囲と、λ２とλの差異と、を実験的に測定し、ΛｃとＮｒとを定めることによって設定される。

上記説明したとおり、本実施例の光合分波器２２ａは、移行波長をフラットトップにしているので、信頼性が高い。即ち、本実施の形態は、製造トレランスが高い光合分波器を提供できる。

なお、ここでは発光部１０ａ〜１０ｄと接続された光合分波器２２ａの構成を例にとって説明したが、本実施の形態では、受光部４０ａ〜４０ｄと接続された受信側の光合分波器についても同様の構造を持つ。本実施の形態による受信側の光合分波器は、送信側の光合分波器と同様に、信頼性が高い。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４に係る光合分波器２３ａを、図９を参照して説明する。
本実施の形態の光合分波器２３ａは、実施の形態３に係る光合分波器２２ａと比べて、移行部の数値設定が異なる。その他の構成は実施の形態３に係る光合分波器２２ａと同様である。

本実施の形態の光合分波器２３ａは、移行バンドが広帯域に設定された移行部２４２ｂを含むことを特徴とする。移行部２４２ｂは、狭帯域の移行部と同様に、Ｎｒ個（３個）の共鳴導波路２３１ｂを含む。共鳴導波路２３１ｂはそれぞれ距離Λｂだけ離れて設置される。

本実施の形態の広帯域について、図１０を参照して説明する。
図１０の（ａ）は、移行部２４２ｂを構成する伝達導波路のうち、移行元の伝達導波路（伝達導波路２１１ｂ）を通過する光の波長スペクトルを示す。図１０の（ｂ）は移行先（伝達導波路２１０ｃ）の光線のスペクトルを示す。なお、横軸が光の波長、縦軸がその波長の光の強度を示す。

移行部２４２ｂの移行バンド（広域帯）は、発光部１０ａをソースとするλ’をピークとする光線と、発光部１０ｂをソースとするλ２をピークとする光線の両方を包含する。そのため、移行部２４２ｂは実施の形態３の移行部２４１ｂと移行部２４１ｃとの両方の機能を備える。即ち、波長λ（あるいはλ’）をピークとする光線と、λ２をピークとする光線と、を１つの移行部で移行することが出来る。
ただし、移行先（伝達導波路２１０ｃ）からの逆流を防ぐため、移行先において移行部２４２ｂを通過する光線の波長（図１０（ｂ）のλ４をピークとする光線）を含まないように設定される。

このとき、移行バンドの幅は、実施形態３と同様に伝達導波路と共鳴導波路のコア形状、屈折率、および間隔Λｂに基づいて、マクスウェル方程式によるシミュレーションによって求める事が出来る。具体的例として、5.1ｎｍの移行バンド幅を得たい場合には、次のように構成すればよい。導波路コアの横の長さをW、縦の長さをH、コアとクラッドとの比屈折率差をΔとした場合、伝達導波路について、W = H = 10 μmならびにΔ = 0.16 %とし、共鳴導波路２３０ａについて、W = H = 2 μmならびにΔ = 1 %とする。この時、共鳴導波路本数Ｎｒ=３、共鳴導波路間隔Λ＝20μmとした場合、移行波長中心1.304μmに対し、5.1nmの移行バンド幅が得られる。

本実施の形態によれば、２つのピークを持つ光線を、１つの移行部で移行することが出来るため、光合分波器２３ａの長手方向の長さを小さくすることが出来る。すなわち、より小型の光合分波器を供給できる。

１ 光伝達システム
１０ａ〜１０ｄ 発光部
２０ａ，２０ｂ 光合分波器
２１ａ 光合分波器
２２ａ 光合分波器
２３ａ 光合分波器
３０ 光ケーブル
４０ａ〜４０ｄ 受光部
２１０ａ〜２１０ｄ 伝達導波路
２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ 伝達導波路
２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｄ 減光部
２２０ クラッド
２３０ａ〜２３０ｄ 共鳴導波路
２３１ａ〜２３１ｄ 共鳴導波路
２４０ａ〜２４０ｄ 移行部
２４１ａ〜２４１ｄ 移行部
２４２ｂ 移行部

Claims (8)

1. 入力光を入力可能に配置された入力導波路と入力光に含まれる波長のうち特定の波長の光を出力する出力導波路とを含む、光を伝達する光導波路である複数の伝達導波路と、
   前記複数の伝達導波路のうち、隣接する伝達導波路の間に設置された、当該隣接する伝達導波路が共通して伸びる長手方向に伸びる光導波路であって、互いに離隔して配置された複数の共鳴導波路と、
   を備え、
   前記共鳴導波路の前記隣接する伝達導波路のそれぞれに対する距離と、前記長手方向の長さとは、当該共鳴導波路に隣接する伝達導波路のいずれか一方に移行波長の成分を含む光が通過すると、当該移行波長の成分の光をもう一方の隣接する伝達導波路に移行する部位である移行部を形成するように設定されている、
   ことを特徴とする光合分波器。
2. 前記共鳴導波路が形成する前記移行部の移行波長の光に対する実効屈折率が、前記共鳴導波路と、当該共鳴導波路に隣接する伝達導波路の両方と、で実質的に同一である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光合分波器。
3. 前記伝達導波路は複数の入力導波路を含み、
   前記複数の入力導波路はそれぞれ発光部に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光合分波器。
4. 前記入力導波路は、前記発光部に接続される入力端と、もう一方の端である他端とを有し、
   前記入力導波路の他端は導波路が湾曲する湾曲部を形成する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の光合分波器。
5. 前記入力導波路は複数の波長の光を入力され、
   前記伝達導波路は複数の出力導波路を含み、
   前記複数の出力導波路はそれぞれ光感知部に接続されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光合分波器。
6. 前記伝達導波路と、前記共鳴導波路と、は共通する前記長手方向に向かって伸び、
   前記移行部を形成する伝達導波路と、前記共鳴導波路との組み合わせが、前記長手方向に対する周方向に向かって多段に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光合分波器。
7. 前記複数の共鳴導波路は、前記移行部の移行波長を、前記移行部が移行すべき光の波長が揺らぐと想定される一定の幅で帯域化する間隔で配置される、
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光合分波器。
8. 前記複数の共鳴導波路は、前記移行部の移行波長を、当該移行部を形成する伝達導波路のうち、前記出力導波路から遠い側の伝達導波路を通過する光の複数の波長ピークを内包し、当該出力導波路に近い側の伝達導波路を通過する光の波長ピークを含まない範囲で帯域化する間隔で配置される、
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光合分波器。

Images