JP3147323B2 - 光分散等化回路 - Google Patents

光分散等化回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、分散を有する光ファイ
バを伝搬して歪みを受けた光信号の波形整形を行う光分
散等化回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、一般に使用されている光ファイバ
（石英ファイバ）は波長 1.3μｍで零分散となり、波長
1.55μｍで損失が最低になる特性を有している。この光
ファイバに波長1.55μｍの光信号を入射すると、光ファ
イバの分散が零にならないために光信号周波数（変調周
波数）ｆが高くなるにつれて伝搬遅延時間τが小さくな
る（伝搬速度が速くなる）。すなわち、この光ファイバ
を伝搬する光信号は、光信号パルス内のわずかな周波数
差（波長差）により、伝搬速度の相違から到着時間に差
が生じて光信号パルスが歪む。この歪みが大きくなる
と、光ファイバの伝送容量あるいは伝送距離が制限され
ることになる。
【０００３】そこで、分散を有する光ファイバを伝搬し
て歪みを受けた光信号を波形整形する光分散等化回路が
用いられる。従来の光分散等化回路としては、光信号を
電気信号に変換して使用するマイクロ波ストリップライ
ンが知られている。その構造は、図１４に示すように、
誘電体９１とその両面に接合される金属導体９２，９３
である。ここで、ストリップラインの長さをＬとする。
伝搬遅延時間τは、図１５に示すように、信号周波数ｆ
が高くなるにつれて大きくなる（伝搬速度が遅くな
る）。また、ストリップラインの長さＬに応じてその割
合が大きくなる。
【０００４】このように、伝搬遅延特性はマイクロ波ス
トリップラインと光ファイバとでは逆になる。したがっ
て、分散を有する光ファイバを伝搬した光信号は、電気
信号に変換した後に、分散および光ファイバ長に対応す
る長さＬのマイクロ波ストリップラインを通すことによ
り、光ファイバにおける分散の影響を相殺することがで
きる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光分散
等化回路を有する光伝送システムでは、波形整形するた
めに光信号を一旦電気信号に変換する必要があり、全光
中継を行うことができなかった。さらに、信号周波数ｆ
が高くなるとストリップラインの導体損失が増加するた
めに、光信号の波形整形を行っても光ファイバの伝送容
量と伝送距離を共に高めることは困難であった。
【０００６】本発明は、分散を有する光ファイバを伝搬
して歪みを受けた光信号を電気信号に変換することなく
光信号のままで波形整形することができ、かつ大容量・
長距離光通信に適した光分散等化回路を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の光分散
等化回路は、少なくとも１本の入力導波路、第１のスラ
ブ導波路、所定の導波路長差で順次長くなる複数本の導
波路からなる第１の導波路アレイ、第２のスラブ導波
路、複数本の出力導波路を順次接続した構造の第１のア
レイ導波路回折格子および同様の構造の第２のアレイ導
波路回折格子と、所定の遅延時間を与える導波路長差で
順次長くなる複数本の導波路からなり、第１のアレイ導
波路回折格子の出力導波路と第２のアレイ導波路回折格
子の出力導波路を接続する第２の導波路アレイとを備
え、第１のアレイ導波路回折格子の第１のスラブ導波路
および第２のスラブ導波路と、第２のアレイ導波路回折
格子の第１のスラブ導波路および第２のスラブ導波路を
１つのスラブ導波路で共用した構成とし、第１のアレイ
導波路回折格子の入力導波路に光信号を入力し、第２の
アレイ導波路回折格子の入力導波路から光信号を出力す
る。
【０００８】請求項２に記載の光分散等化回路は、同様
のアレイ導波路回折格子と、所定の遅延時間を与える導
波路長差で順次長くなる複数本の導波路からなり、その
一端をアレイ導波路回折格子の出力導波路に接続した第
２の導波路アレイと、第２の導波路アレイの他端から出
射される光を折り返す高反射率終端と、アレイ導波路回
折格子の入力導波路に入力する光信号と入力導波路から
出力される光信号の分岐を行う光サーキュレータとを備
える。
【０００９】請求項３に記載の光分散等化回路は、複数
本の入力導波路、第１のスラブ導波路、所定の導波路長
差で順次長くなる複数本の導波路からなる第１の導波路
アレイ、第２のスラブ導波路、複数本の出力導波路を順
次接続した構造のアレイ導波路回折格子と、所定の遅延
時間を与える導波路長差で順次または２本単位に長くな
る複数本の導波路からなり、その一端をアレイ導波路回
折格子の出力導波路に接続し、その他端で隣接する２本
の導波路同士を接続した第２の導波路アレイとを備え、
アレイ導波路回折格子の所定の入力導波路に光信号を入
力し、その入力導波路に隣接する入力導波路から光信号
を出力する。
【００１０】請求項４に記載の光分散等化回路は、同様
のアレイ導波路回折格子と、同様の第２の導波路アレイ
とを有する第１の光導波回路および同様の構成の第２の
光導波回路を備え、第１の光導波回路の第２の導波路ア
レイおよび第２の光導波回路の第２の導波路アレイの各
導波路を上から順番に組としたときに、各導波路を所定
の遅延時間を与える導波路長差で１組または２組単位に
長くする構成とし、第１の光導波回路の入力導波路のう
ち光信号を入力する所定の入力導波路の両側の２本の導
波路と、第２の光導波回路の入力導波路のうち光信号を
出力する所定の入力導波路の両側の２本の導波路とを相
互に接続する。
【００１１】請求項５に記載の光分散等化回路は、同様
のアレイ導波路回折格子と、同様の第２の導波路アレイ
とを備え、第２の導波路アレイの複数本の導波路を半数
ずつ２分し、それぞれ上から順番に組としたときに、各
導波路を所定の遅延時間を与える導波路長差で１組また
は２組単位に長くする構成とし、入力導波路のうち光信
号を入出力する所定の２本の導波路に対して、それぞれ
両側に配置される２本の導波路同士を接続する。
【００１２】請求項６に記載の光分散等化回路は、請求
項３ないし請求項５のいずれかに記載の光分散等化回路
において、第２の導波路アレイは、隣接する２本の導波
路同士を結合率50％の方向性結合器と高反射率終端を用
いて接続する。
【００１３】請求項７に記載の光分散等化回路は、請求
項２ないし請求項６のいずれかに記載の光分散等化回路
において、複数個のスラブ導波路を１つのスラブ導波路
で共用した構成である。
【００１４】
【作用】第１のアレイ導波路回折格子では、入力導波路
から入力された光信号を各周波数の光に分波し、複数の
出力導波路から第２の導波路アレイに導く。第２の導波
路アレイでは、各周波数の光にそれぞれ対応する遅延時
間を与えて第２のアレイ導波路回折格子に導く。第２の
アレイ導波路回折格子では、複数の出力導波路から入力
された各周波数の光を１本の出力導波路に合波し、もと
の光信号に復元して出力する。
【００１５】ここで、第１および第２のアレイ導波路回
折格子の分波（合波）特性と、第２の導波路アレイの導
波路長差を所定の遅延時間を与えるように設定すること
により、任意の伝搬遅延特性を実現することができる。
これにより、光信号を電気信号に変換することなく光信
号の波形整形が可能となり、光ファイバの分散を相殺す
る光分散等化回路を実現することができる。
【００１６】なお、請求項２〜請求項５に記載の光分散
等化回路では、第２の導波路アレイを折り返し構成とし
たものであり、第１のアレイ導波路回折格子と第２のア
レイ導波路回折格子を共用する構成になっている。
【００１７】そのために、請求項２に記載の光分散等化
回路では、光信号の入出力導波路が同一になるので、光
サーキュレータを用いて入出力光信号の分離が行われ
る。請求項３に記載の光分散等化回路では、光信号の入
力導波路の両側の導波路に波形整形された光信号を出力
させることができる。ただし、両導波路に出力光信号の
パワーが２分されることになる。
【００１８】請求項４に記載の光分散等化回路では、２
つの光導波回路を用いることにより２分された出力光信
号を再度１つの光信号に合波することができる。このと
き、各周波数の光に所定の遅延時間を与える第２の導波
路アレイが２つ設置される。この２つの第２の導波路ア
レイの各導波路を上から順番に組として遅延時間を設定
することにより、その一方のみで所定の伝搬遅延特性を
実現することもできるし、両方を合わせて所定の伝搬遅
延特性を実現することもできる。
【００１９】請求項５に記載の光分散等化回路では、２
つの光導波回路の第１のスラブ導波路同士および第２の
スラブ導波路同士をそれぞれ１つのスラブ導波路で実現
した構成である。
【００２０】
【実施例】図１は、本発明の光分散等化回路の基本構成
を示す。図において、本実施例の光分散等化回路は、基
板１０上に形成した複数の入力導波路１１、スラブ導波
路１２、導波路長差ΔＬを有するｎ本の導波路からなる
導波路アレイ１３、スラブ導波路１４、導波路長差δＬ
を有するＮ本の導波路からなる導波路アレイ１５、スラ
ブ導波路１６、導波路長差ΔＬを有するｎ本の導波路か
らなる導波路アレイ１７、スラブ導波路１８、複数の出
力導波路１９を順次接続した構成である。ここで、入力
導波路１１から導波路アレイ１５までが第１のアレイ導
波路回折格子に対応し、導波路アレイ１５から出力導波
路１９までが第２のアレイ導波路回折格子に対応し、導
波路アレイ１５が第２の導波路アレイに対応する。な
お、第１のアレイ導波路回折格子と第２のアレイ導波路
回折格子は、導波路アレイ１５を介して対称に配置され
ており、第２のアレイ導波路回折格子における入力導波
路をここでは出力導波路１９としている。
【００２１】本実施例の光分散等化回路は、例えば基板
１０にシリコン基板を用いた場合には、火炎堆積法と反
応性イオンエッチング法の組み合わせにより、各導波路
（コア寸法6.5×6.5μｍ、比屈折率差0.75％）を作製す
ることができる。
【００２２】以下、本実施例の構成を基に、本発明の光
分散等化回路の動作原理について説明する。♯ｉの入力
導波路１１から入射した光信号は、スラブ導波路１２に
おいて回折により広がり、その回折面と垂直に配置され
た導波路アレイ１３に導かれる。導波路アレイ１３は、
各導波路が導波路長差ΔＬで順次長くなっているので、
各導波路を伝搬してスラブ導波路１４に到達した光には
導波路長差ΔＬに対応する位相差が生じている。この位
相差は光周波数により異なるので、スラブ導波路１４の
レンズ効果で導波路アレイ１５の入力端に集光する際
に、光周波数ごとに異なる位置に集光することになる。
すなわち、以上の構成からなる第１のアレイ導波路回折
格子では、入力導波路１１から入力された光信号を各周
波数の光に分波し、導波路アレイ１５の各導波路に導く
光分波器として動作する。
【００２３】導波路アレイ１５の入力端における集光位
置ずれの光周波数依存性は、集光位置をｘ、光周波数を
ν、光波長をλ、スラブ導波路のレンズ焦点距離をｆ、
回折次数をｍ、スラブ導波路の実効屈折率をｎS 、導波
路の実効屈折率をｎC 、スラブ導波路１４の接続点にお
ける導波路アレイ１３の導波路ピッチをｄ、真中の入力
導波路１１から入力した光信号が導波路アレイ１５の真
中に分波される中心波長をλ0 、真空中の光速をｃとす
ると、
【００２４】
【数１】
【００２５】と表すことができる。所定の光周波数間隔
Δνごとに分波された光は、図に示すように、光周波数
の小さい順にν1 ，ν2 ，ν3 ，…，νN のように並ん
で導波路アレイ１５を伝搬する。
【００２６】導波路アレイ１５は、各導波路が導波路長
差δＬで順次長くなっているので、周波数が高い光ほど
長い導波路を伝搬して大きな遅延が与えられることにな
る。すなわち、Ｎ本の導波路からなる導波路アレイ１５
において、遅延を与える光周波数範囲Ｗおよび最大遅延
時間τは、
【００２７】
【数２】
【００２８】で与えられる。このようにして、光周波数
ごとに分けられてそれぞれ所定の遅延時間を与えられた
光は、スラブ導波路１６，導波路アレイ１７およびスラ
ブ導波路１８からなる第２のアレイ導波路回折格子に入
力される。第２のアレイ導波路回折格子は、第１のアレ
イ導波路回折格子と逆に光合波器として動作し、各周波
数の光は♯ｉの出力導波路１９に集光する。
【００２９】以上説明したように、本発明の光分散等化
回路では、第１のアレイ導波路回折格子で分波された各
周波数の光に対して、導波路アレイ１５で周波数が高い
光ほど大きな遅延を与えることができる。すなわち、
1.3μｍ零分散光ファイバに、1.55μｍの光信号を伝搬
させた場合と逆の伝搬遅延特性を実現することができ
る。これにより、光信号を電気信号に変換することなく
光信号の波形整形が可能となり、光ファイバの分散を相
殺することができる。
【００３０】本実施例の光分散等化回路では、ｆ＝16ｍ
ｍ、ｄ＝10μｍ、ｍ＝2222、ΔＬ＝2.38ｍｍ、ｎ＝144
、スラブ導波路１４，１６の接続点における導波路ア
レイ１５の導波路ピッチΔｘを20μｍ、Δν＝１ＧHz、
δＬ＝1.49ｍｍ、Ｎ＝64と設定した。この設計値では、
遅延を与える光周波数範囲Ｗが 63ＧHz 、最大遅延τが
469ｐsec となり、遅延時間として 930ｐsec／ｎｍ（＝
469ｐsec／63ＧHz）が得られる。これは、60ｋｍの 1.
3μｍ零分散光ファイバに1.55μｍの光信号を伝搬させ
た場合の分散（15〜16ｐsec ／ｋｍ／ｎｍ）による波形
歪みを相殺できることを示す。
【００３１】なお、本実施例は、 1.3μｍ零分散光ファ
イバに1.55μｍの光信号を伝搬させたときの光分散等化
回路であるために、導波路アレイ１５で周波数が高い光
ほど大きな遅延を与えるようになっている。一方、例え
ば1.55μｍ零分散光ファイバに 1.3μｍの光信号を伝搬
させたときの光分散等化回路を構成するには、導波路ア
レイ１５の各導波路の並びを逆にして周波数が低い光ほ
ど大きな遅延を与えるようにすればよい。このように、
導波路アレイ１５のパターンを適宜設定するだけで、任
意の伝搬遅延特性を実現することができるので、光分散
等化回路ばかりでなく任意の波長分散を有する疑似線路
としても利用することができる。
【００３２】また、図１に示すように、複数の入力導波
路１１および複数の出力導波路１９を設けることによ
り、本回路１つで多チャンネルの光信号を同時に波形整
形する光分散等化回路を実現することができる。
【００３３】図２は、請求項２に記載の光分散等化回路
の第一実施例構成を示す。図において、本実施例の光分
散等化回路は、基板２０上に形成した複数の入力導波路
２１、スラブ導波路２２、導波路長差ΔＬを有する導波
路アレイ２３、スラブ導波路２４、導波路長差δＬ／２
を有する導波路アレイ２５を順次接続し、導波路アレイ
２５の他端に高反射率終端２６を配置した構成である。
さらに、入力光ファイバ２７および出力光ファイバ２８
が接続された光サーキュレータ２９と入力導波路２１と
を接続用光ファイバ３０で接続した構成である。ここ
で、高反射率終端２６は、例えば光学研磨した導波路端
面に金を蒸着することにより形成することができる。
【００３４】本実施例の動作原理は、図１に示す実施例
と基本的には同じである。入力光ファイバ２７から光サ
ーキュレータ２９に入射した光信号は、接続用光ファイ
バ３０を介して入力導波路２１に入力される。スラブ導
波路２２、導波路アレイ２３、スラブ導波路２４からな
るアレイ導波路回折格子は、上述したように、入力導波
路２１から入力された光信号を各周波数の光に分波し、
導波路アレイ２５の各導波路に導く光分波器として動作
する。
【００３５】導波路アレイ２５は、図２(2) に示すよう
に、各導波路が導波路長差δＬ／２で順次長くなってお
り、かつ導波路端に高反射率終端２６が設けられてい
る。したがって、各周波数に分波された光は、導波路ア
レイ２５を往復することによって導波路長差δＬの導波
路アレイを伝搬したのと等価になる。すなわち、導波路
アレイ２５および高反射率終端２６は、図１に示す導波
路アレイ１５と同等の働きをすることになり、周波数が
高い光ほど大きな遅延を与えることができる。
【００３６】導波路アレイ２５を往復してそれぞれ所定
の遅延時間を与えられた各周波数の光は、再びスラブ導
波路２４に入力される。スラブ導波路２４、導波路アレ
イ２３およびスラブ導波路２２からなるアレイ導波路回
折格子は、復路の光に対して光合波器として動作し、各
周波数の光は入力時と同じ入力導波路２１に集光する。
その後、光信号は接続用光ファイバ３０を通り、光サー
キュレータ２９を介して出力用光ファイバ２８から出力
される。
【００３７】以上説明したように、本実施例の構成にお
いても、分波された各周波数の光に対して所定の伝搬遅
延特性を実現する遅延時間を与え、光分散等化回路とし
て動作させることができる。本実施例の特徴は、１つの
アレイ導波路回折格子を双方向に使用し、光分波器およ
び光合波器の機能を同一の回路で実現したところにあ
る。なお、本実施例の構成では光信号の入出力導波路が
同じになるので、光サーキュレータ２９を用いて入出力
する光信号を分離する必要がある。
【００３８】図３は、請求項３に記載の光分散等化回路
の第一実施例構成（請求項６対応）を示す。図におい
て、本実施例の光分散等化回路は、基板２０上に形成し
た複数の入力導波路２１、スラブ導波路２２、導波路長
差ΔＬを有する導波路アレイ２３、スラブ導波路２４、
導波路長差δＬ／２を有する導波路アレイ２５を順次接
続し、導波路アレイ２５の他端に結合率50％の方向性結
合器３１および高反射率終端２６を接続した構成であ
る。
【００３９】なお、図２に示す実施例と同等の機能を果
たすものは同一符号を付した。本実施例の特徴は、結合
率50％の方向性結合器３１および高反射率終端２６を用
いて導波路アレイ２５の隣接する２本の導波路同士を接
続したところにある。この構成では光信号の入出力導波
路が異なるので、図２に示す実施例で不可欠であった光
サーキュレータが不要となる。
【００４０】以下、本実施例の動作原理について説明す
る。スラブ導波路２２、導波路アレイ２３、スラブ導波
路２４からなるアレイ導波路回折格子は、上述したよう
に、♯ｉの入力導波路２１から入力された光信号を各周
波数の光に分波し、導波路アレイ２５の各導波路に導く
光分波器として動作する。
【００４１】導波路アレイ２５は、各導波路が導波路長
差δＬ／２で順次長くなっている。また、その導波路端
には隣接する２本の導波路同士を接続する結合率50％の
方向性結合器３１と高反射率終端２６が設けられてい
る。したがって、各周波数に分波された光は、結合率50
％の方向性結合器３１を通り高反射率終端２６で反射し
た後に、再び結合率50％の方向性結合器３１を通るの
で、隣の導波路に 100％結合することになる。すなわ
ち、導波路アレイ２５，方向性結合器３１および高反射
率終端２６は、等価的に図３(2) に示す構成となる。こ
れにより、隣接する２本の導波路に分波された光は、同
じ２本の導波路を互いに逆回りに等距離を伝搬すること
になる。なお、隣接する２本の導波路を１組とすると、
各組の導波路長差は２δＬとなる。
【００４２】また、スラブ導波路２４から導波路アレイ
２５に、光周波数 ν1 ，ν2 ，ν3 ，ν4 ，…，νN-1 ，νN の順番に分波された光は、反射してスラブ導波路２４に
戻ってきたときには、 ν2 ，ν1 ，ν4 ，ν3 ，…，νN ，νN-1 のように、１つおきに光周波数の順番が入れ替わった状
態になっている。
【００４３】順番が入れ替わった周波数の光同士（光ペ
ア）は、上述したように反射して戻ってくる間に同じ導
波路長を伝搬し、かつ光ペア間に２δＬの導波路長差が
生じるので、周波数が高い光ペアほど長い導波路を伝搬
することになる。すなわち、２周波数単位で周波数が高
い光ほど大きな遅延を与えることができる。
【００４４】それぞれ所定の遅延時間を与えられた各周
波数の光は、再びスラブ導波路２４に入射される。ただ
し、その入射位置は出射位置と異なり、上述したように
１つ繰り上がる光（ν2 ，ν4 ，…，νN ）と、１つ繰
り下がる光（ν1 ，ν3 ，…，νN-1 ）に分かれる。し
たがって、スラブ導波路２４、導波路アレイ２３および
スラブ導波路２２からなるアレイ導波路回折格子は、復
路の光に対して光合波器として動作するが、入射位置が
ずれるので各周波数の光は♯ｉの入力導波路２１には集
光されない。一方の光（ν2 ，ν4 ，…，νN ）は♯ｉ
−１の入力導波路２１に集光し、他方の光（ν1 ，
ν3 ，…，νN-1 ）は♯ｉ＋１の入力導波路２１に集光
してそれぞれ出力される。
【００４５】このように、本実施例では、光信号の入力
導波路（♯ｉ）の両側の入力導波路（♯ｉ−１，♯ｉ＋
１）から、同じ遅延特性によって波形整形された光信号
を出力させることができる。ただし、各出力光信号は、
それぞれ周波数が１つおきになっている光を合波したも
のであるので光パワーが２分されるが、各周波数の光が
伝搬する導波路長差を２δＬに設定しているので、図
１，図２に示す実施例と同等の光分散等化回路となって
いる。なお、分波する光周波数間隔を半分にし、かつ導
波路アレイ２５の導波路長差δＬ／４（各周波数の光が
伝搬する導波路長差δＬ）とすれば、光周波数が１つお
きで粗くなっている問題を解決することができる。
【００４６】また、図３に示す本実施例の構成におい
て、導波路アレイ２５の隣接する２本の導波路を１組と
したときに、各組の導波路長差が２δＬとなれば、必ず
しも各導波路が導波路長差δＬ／２で順次長くなってい
なくてもよい。たとえば、図３(3) に等価的に示すよう
に、１組の導波路長を等しくし、２本単位に導波路長差
δＬで順次長くなるように構成しても同様である。
【００４７】図４は、請求項３に記載の光分散等化回路
の第二実施例構成を示す。図３に示す第一実施例構成で
は、隣接する導波路間の光結合を結合率50％の方向性結
合器３１と高反射率終端２６で実現していたが、本実施
例の構成では曲がり導波路３２を用いることを特徴とし
ている。その他の構成および機能は、第一実施例と同じ
である。なお、本実施例の構成においても、導波路アレ
イ２５の各導波路は、導波路長差δＬ／２で順次長くな
るようにするか、あるいは２本単位に導波路長差δＬで
順次長くなるようにしても同様である。
【００４８】図５は、請求項４に記載の光分散等化回路
の第一実施例構成（請求項６対応）を示す。図３および
図４に示す実施例構成では、光信号を入出力する導波路
を分離させることはできるものの、波形整形を受けた光
信号は２つの導波路に分離されて出力され、光パワーが
２分されてしまう。そこで、２分された光信号を再度１
つの光信号に合波すればその問題は解決できる。図５に
示す実施例は、それを実現したものである。
【００４９】図において、入力導波路２１、スラブ導波
路２２、導波路長差ΔＬを有する導波路アレイ２３、ス
ラブ導波路２４、導波路長差δＬ／２を有する導波路ア
レイ２５、結合率50％の方向性結合器３１および高反射
率終端２６は、図３に示すものとまったく同じである。
すなわち、光信号の入力導波路（♯ｉ）の両側の入力導
波路（♯ｉ−１，♯ｉ＋１）から、同じ遅延特性によっ
て波形整形された光信号が出力される。
【００５０】本実施例では、これと同じ構成の入力導波
路４１、スラブ導波路４２、導波路長差ΔＬを有する導
波路アレイ４３、スラブ導波路４４、導波路アレイ４
５、結合率50％の方向性結合器４６および高反射率終端
４７を備え、接続用導波路４８を介して、同じ番号（♯
ｉ−１，♯ｉ＋１）の入力導波路同士を接続する。ただ
し、導波路アレイ４５は各導波路の導波路長が等しくな
っている。また、光信号は、♯ｉの入力導波路２１に入
力したときに、♯ｉの入力導波路４１から出力される。
【００５１】以下、波形整形された光信号がスラブ導波
路２２から♯ｉ−１，♯ｉ＋１の入力導波路２１に出力
された以降の動作について説明する。各光信号は、接続
用導波路４８を介して、同じ番号の入力導波路４１から
スラブ導波路４２に入力される。スラブ導波路４２、導
波路アレイ４３、スラブ導波路４４からなるアレイ導波
路回折格子は、同様にそれぞれの光信号を各周波数の光
に分波し、導波路アレイ４５の各導波路に導く光分波器
として動作する。このときの光周波数の並びは、 ν2 ，ν1 ，ν4 ，ν3 ，…，νN ，νN-1 のように１つおきに光周波数の順番が入れ替わった状態
になる。また、結合率50％の方向性結合器４６と高反射
率終端４７により反射してスラブ導波路４４に戻ってき
たときには、 ν1 ，ν2 ，ν3 ，ν4 ，…，νN-1 ，νN のように最初の順番に再び入れ替えられる。その際、導
波路アレイ４５の各導波路の導波路長は等しいので、各
周波数の光の遅延時間差は変わらない。
【００５２】光周波数の並びが、スラブ導波路２２、導
波路アレイ２３およびスラブ導波路２４による最初の分
波時の状態に戻った光は、光合波器として動作するスラ
ブ導波路４４、導波路アレイ４３およびスラブ導波路４
２を介して、♯ｉの入力導波路４１に集光される。
【００５３】このように、本実施例では、２つの導波路
に２分された光信号を再度１つの導波路に合波すること
ができるので、光パワーが半減する問題や光周波数が１
つおきで粗くなる問題を解決することができる。なお、
隣接する導波路間の光結合を行う結合率50％の方向性結
合器３１，４６と高反射率終端２６，４７の代わりに、
図４に示すような曲がり導波路３２を用いても同様であ
る。
【００５４】ところで、本実施例では図６(1) に示すよ
うに、導波路アレイ２５の導波路長差により各周波数の
光に所定の遅延時間を与えている。しかし、光ペア（例
えば周波数ν1 ，ν2 の光）は導波路アレイ２５と導波
路アレイ４５を通過するので、その双方で所定の遅延時
間を与えるようにしてもよい。たとえば、図６(2) に示
すように、導波路アレイ２５，４５の双方を導波路長差
δＬ／４の導波路で構成しても同様の伝搬遅延特性を実
現することができる。また、図６(3) に示すように、導
波路アレイ２５，４５の双方を２本単位に導波路長差δ
Ｌ／２の導波路で構成しても同様の伝搬遅延特性を実現
することができる。このように、導波路アレイ２５およ
び導波路アレイ４５の各導波路について、上から順番に
組として扱い、所定の伝搬遅延特性に対応して１組また
は２組単位に長くする構成としても同様である。
【００５５】図７は、請求項５に記載の光分散等化回路
の第一実施例構成（請求項６対応）を示す。本実施例
は、図５に示すスラブ導波路２２とスラブ導波路４２、
およびスラブ導波路２４とスラブ導波路４４をそれぞれ
１つのスラブ導波路５１，５２で実現した構成である。
その他の構成については、図５に示す各部と対応するも
のは同一符号を付した。なお、導波路アレイ２５，４５
については、図６(2) に示すパターンを採用し、ともに
導波路長差δＬ／４に設定した。
【００５６】本実施例の動作原理は、図５に示す実施例
と基本的には同じであるので説明は省略する。ただし、
所定の入力導波路２１に入力された光信号から分波され
た光はスラブ導波路５２から導波路アレイ２５に入力さ
れ、接続用導波路４８を介して再入力された光信号から
分波された光はスラブ導波路５２から導波路アレイ４５
に入力され、さらに波形整形された光信号がスラブ導波
路５１から所定の入力導波路４１に出力されるように、
スラブ導波路５１、導波路アレイ２３（４３）、スラブ
導波路５２および各導波路アレイ２５，４５を適宜設計
する。
【００５７】図８は、請求項１に記載の光分散等化回路
の実施例構成を示す。本実施例は、図１に示すスラブ導
波路１２，１４，１６，１８を１つのスラブ導波路６１
で実現した構成である。その他の構成については、図１
に示す各部と対応するものに同一符号を付した。すなわ
ち、スラブ導波路６１は、入力導波路１１と導波路アレ
イ１３との間ではスラブ導波路１２として機能し、導波
路アレイ１３と導波路アレイ１５との間ではスラブ導波
路１４として機能し、導波路アレイ１５と導波路アレイ
１７との間ではスラブ導波路１６として機能し、導波路
アレイ１７と出力導波路１９との間ではスラブ導波路１
８として機能する構成である。動作原理は、図１に示す
実施例と同じであるので説明は省略する。
【００５８】図９は、請求項２に記載の光分散等化回路
の第二実施例構成（請求項７対応）を示す。本実施例
は、図２に示すスラブ導波路２２，２４を１つのスラブ
導波路６２で実現した構成である。その他の構成につい
ては、図２に示す各部と対応するものに同一符号を付し
た。すなわち、スラブ導波路６２は、入力導波路２１と
導波路アレイ２３との間ではスラブ導波路２２として機
能し、導波路アレイ２３と導波路アレイ２５との間では
スラブ導波路２４として機能する構成である。動作原理
は、図２に示す実施例と同じであるので説明は省略す
る。
【００５９】図１０は、請求項３に記載の光分散等化回
路の第三実施例構成（請求項６，７対応）を示す。本実
施例は、図３に示すスラブ導波路２２，２４を１つのス
ラブ導波路６２で実現した構成である。その他の構成に
ついては、図３に示す各部と対応するものに同一符号を
付した。すなわち、スラブ導波路６２は、入力導波路２
１と導波路アレイ２３との間ではスラブ導波路２２とし
て機能し、導波路アレイ２３と導波路アレイ２５との間
ではスラブ導波路２４として機能する構成である。動作
原理は、図３に示す実施例と同じであるので説明は省略
する。
【００６０】図１１は、請求項３に記載の光分散等化回
路の第四実施例構成（請求項７対応）を示す。本実施例
は、図４に示すスラブ導波路２２，２４を１つのスラブ
導波路６２で実現した構成である。その他の構成につい
ては、図４に示す各部と対応するものに同一符号を付し
た。動作原理は、図３，図４に示す実施例と同じである
ので説明は省略する。
【００６１】図１２は、請求項４に記載の光分散等化回
路の第二実施例構成（請求項６，７対応）を示す。本実
施例は、図５に示すスラブ導波路２２，２４，４２，４
４を１つのスラブ導波路６３で実現した構成である。そ
の他の構成については、図５に示す各部と対応するもの
に同一符号を付した。すなわち、スラブ導波路６３は、
入力導波路２１（接続用導波路４８）と導波路アレイ２
３との間ではスラブ導波路２２として機能し、導波路ア
レイ２３と導波路アレイ２５との間ではスラブ導波路２
４として機能し、入力導波路４１（接続用導波路４８）
と導波路アレイ４３との間ではスラブ導波路４２として
機能し、導波路アレイ４３と導波路アレイ４５との間で
はスラブ導波路４４として機能する構成である。動作原
理は、図５に示す実施例と同じであるので説明は省略す
る。
【００６２】図１３は、請求項５に記載の光分散等化回
路の第二実施例構成（請求項６，７対応）を示す。本実
施例は、図７に示すスラブ導波路５１，５２を１つのス
ラブ導波路６４で実現した構成である。その他の構成に
ついては、図７に示す各部と対応するものに同一符号を
付した。すなわち、スラブ導波路６４は、入力導波路２
１，４１と導波路アレイ２３（４３）との間ではスラブ
導波路５１として機能し、導波路アレイ２３（４３）と
導波路アレイ２５，４５との間ではスラブ導波路５２と
して機能する構成である。動作原理は、図５，７に示す
実施例と同じであるので説明は省略する。
【００６３】なお、図１２，図１３に示す実施例おい
て、結合率50％の方向性結合器３１，４６と高反射率終
端２６，４７の代わりに、図４に示すような曲がり導波
路３２を用いることができる。また、導波路アレイ２
５，４５のパターンについても、所定の伝搬遅延特性が
得られるものであれば自由に選択することができる。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、光合分波
器として機能するアレイ導波路回折格子の設計値と、そ
の間を結合する導波路アレイの導波路長差δＬを適当に
選ぶことにより、任意の伝搬遅延特性を実現することが
できる。したがって、光信号を電気信号に変換すること
なく、光ファイバの分散による光信号の歪みを相殺する
ことができる。
【００６５】また、アレイ導波路回折格子による損失が
原理的に小さく、さらに波長合分波特性を光周波数のオ
ーダで精度よく実現することができるので、大容量・長
距離光通信に適用可能な光分散等化回路を構成すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光分散等化回路の基本構成を示す図。
【図２】請求項２に記載の光分散等化回路の第一実施例
構成を示す図。
【図３】請求項３に記載の光分散等化回路の第一実施例
構成(請求項６対応)を示す図。
【図４】請求項３に記載の光分散等化回路の第二実施例
構成を示す図。
【図５】請求項４に記載の光分散等化回路の第一実施例
構成(請求項６対応)を示す図。
【図６】図５における導波路アレイ２５と導波路アレイ
４５の関係を示す図。
【図７】請求項５に記載の光分散等化回路の第一実施例
構成(請求項６対応)を示す図。
【図８】図８は、請求項１に記載の光分散等化回路の実
施例構成を示す図。
【図９】請求項２に記載の光分散等化回路の第二実施例
構成(請求項７対応)を示す図。
【図１０】請求項３に記載の光分散等化回路の第三実施
例構成（請求項６，７対応）を示す図。
【図１１】請求項３に記載の光分散等化回路の第四実施
例構成(請求項７対応)を示す図。
【図１２】請求項４に記載の光分散等化回路の第二実施
例構成（請求項６，７対応）を示す図。
【図１３】請求項５に記載の光分散等化回路の第二実施
例構成（請求項６，７対応）を示す図。
【図１４】マイクロ波ストリップラインを用いた従来の
光分散等化回路を示す図。
【図１５】マイクロ波ストリップラインの伝達遅延特性
を示すグラフ。
【符号の説明】
１０，２０ 基板 １１，２１，４１ 入力導波路 １２，１４，１６，１８，２２，２４，４２，４４ ス
ラブ導波路 １３，１５，１７，２３，２５，４３，４５ 導波路ア
レイ １９ 出力導波路 ２６，４７ 高反射率終端 ２７ 入力光ファイバ ２８ 出力光ファイバ ２９ 光サーキュレータ ３０ 接続用光ファイバ ３１，４６ 方向性結合器 ４８ 接続用導波路 ６１，６２，６３，６４ スラブ導波路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−150304（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−44603（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−244105（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/00 G02B 6/12 - 6/14 G02B 6/28 - 6/293

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１本の入力導波路、第１のス
    ラブ導波路、所定の導波路長差で順次長くなる複数本の
    導波路からなる第１の導波路アレイ、第２のスラブ導波
    路、複数本の出力導波路を順次接続した構造の第１のア
    レイ導波路回折格子および同様の構造の第２のアレイ導
    波路回折格子と、 所定の遅延時間を与える導波路長差で順次長くなる複数
    本の導波路からなり、前記第１のアレイ導波路回折格子
    の出力導波路と前記第２のアレイ導波路回折格子の出力
    導波路を接続する第２の導波路アレイとを備え、前記第１のアレイ導波路回折格子の第１のスラブ導波路
    および第２のスラブ導波路と、前記第２のアレイ導波路
    回折格子の第１のスラブ導波路および第２のスラブ導波
    路を１つのスラブ導波路で共用した構成とし、 前記第１のアレイ導波路回折格子の入力導波路に光信号
    を入力し、前記第２のアレイ導波路回折格子の入力導波
    路から光信号を出力することを特徴とする光分散等化回
    路。
  2. 【請求項２】 少なくとも１本の入力導波路、第１のス
    ラブ導波路、所定の導波路長差で順次長くなる複数本の
    導波路からなる第１の導波路アレイ、第２のスラブ導波
    路、複数本の出力導波路を順次接続した構造のアレイ導
    波路回折格子と、 所定の遅延時間を与える導波路長差で順次長くなる複数
    本の導波路からなり、その一端を前記アレイ導波路回折
    格子の出力導波路に接続した第２の導波路アレイと、 前記第２の導波路アレイの他端から出射される光を折り
    返す高反射率終端と、 前記アレイ導波路回折格子の入力導波路に入力する光信
    号と入力導波路から出力される光信号の分岐を行う光サ
    ーキュレータとを備えたことを特徴とする光分散等化回
    路。
  3. 【請求項３】 複数本の入力導波路、第１のスラブ導波
    路、所定の導波路長差で順次長くなる複数本の導波路か
    らなる第１の導波路アレイ、第２のスラブ導波路、複数
    本の出力導波路を順次接続した構造のアレイ導波路回折
    格子と、 所定の遅延時間を与える導波路長差で順次または２本単
    位に長くなる複数本の導波路からなり、その一端を前記
    アレイ導波路回折格子の出力導波路に接続し、その他端
    で隣接する２本の導波路同士を接続した第２の導波路ア
    レイとを備え、 前記アレイ導波路回折格子の所定の入力導波路に光信号
    を入力し、その入力導波路に隣接する入力導波路から光
    信号を出力することを特徴とする光分散等化回路。
  4. 【請求項４】 複数本の入力導波路、第１のスラブ導波
    路、所定の導波路長差で順次長くなる複数本の導波路か
    らなる第１の導波路アレイ、第２のスラブ導波路、複数
    本の出力導波路を順次接続した構造のアレイ導波路回折
    格子と、 複数本の導波路からなり、その一端をアレイ導波路回折
    格子の出力導波路に接続し、その他端で隣接する２本の
    導波路同士を接続した第２の導波路アレイとを有する第
    １の光導波回路および同様の構成の第２の光導波回路を
    備え、 前記第１の光導波回路の第２の導波路アレイおよび第２
    の光導波回路の第２の導波路アレイの各導波路を上から
    順番に組としたときに、各導波路を所定の遅延時間を与
    える導波路長差で１組または２組単位に長くする構成と
    し、 前記第１の光導波回路の入力導波路のうち光信号を入力
    する所定の入力導波路の両側の２本の導波路と、前記第
    ２の光導波回路の入力導波路のうち光信号を出力する所
    定の入力導波路の両側の２本の導波路とを相互に接続し
    たことを特徴とする光分散等化回路。
  5. 【請求項５】 複数本の入力導波路、第１のスラブ導波
    路、所定の導波路長差で順次長くなる複数本の導波路か
    らなる第１の導波路アレイ、第２のスラブ導波路、複数
    本の出力導波路を順次接続した構造のアレイ導波路回折
    格子と、 複数本の導波路からなり、その一端を前記アレイ導波路
    回折格子の出力導波路に接続し、その他端で隣接する２
    本の導波路同士を接続した第２の導波路アレイとを備
    え、 前記第２の導波路アレイの複数本の導波路を半数ずつ２
    分し、それぞれ上から順番に組としたときに、各導波路
    を所定の遅延時間を与える導波路長差で１組または２組
    単位に長くする構成とし、 前記入力導波路のうち光信号を入出力する所定の２本の
    導波路に対して、それぞれ両側に配置される２本の導波
    路同士を接続したことを特徴とする光分散等化回路。
  6. 【請求項６】 請求項３ないし請求項５のいずれかに記
    載の光分散等化回路において、 第２の導波路アレイは、隣接する２本の導波路同士を結
    合率50％の方向性結合器と高反射率終端を用いて接続し
    た構成であることを特徴とする光分散等化回路。
  7. 【請求項７】 請求項２ないし請求項６のいずれかに記
    載の光分散等化回路において、 複数個のスラブ導波路を１つのスラブ導波路で共用した
    構成であることを特徴とする光分散等化回路。
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