JPH10133155A - 広帯域光信号処理器およびその設計方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プログラマブル光信号処理器において、動作
波長域を１０ｎｍ以上に広帯域化する。 【解決手段】 Ｎ＋１個（Ｎは１以上）の２入力２出力
の光結合器が一列に並べられ、その互いに隣り合う光結
合器の間はそれぞれ光路長差を有する２本の光導波路で
結ばれ、前記各２本の光導波路の光路長差がＮ箇所の前
記光結合器間で互いに等しく、前記各２本の光導波路の
上に少なくとも各１個の位相制御器が設けられている回
路構成を有し、さらに、前記光結合器が、その２個の入
力ポートのいずれのポートから光信号を入力した場合に
も、その２個の出力ポートから出力された光信号に対し
て、光信号処理器の動作波長域で一定となる振幅および
位相伝送特性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光波長多重通信の
分野で、多重化された複数の光信号を一括処理するため
の光信号処理器に関するものであり、さらに詳しくは、
広帯域な高度情報処理を行うための広帯域（プログラマ
ブル）光信号処理器およびその設計方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、２入力２出力の光信号処
理器は、周波数信号処理器と波長信号処理器に分類され
る。回路構成は、両方とも、２個の方向性結合器とその
間をつなぐ２本の光導波路からなるマッハツェンダ干渉
計回路を基本回路として、１列に縦列接続した構成より
なる。

【０００３】周波数信号処理器は、動作波長域が１０ｎ
ｍ以下である。基本回路であるマッハツェンダ干渉計の
２本の光導波路の光路長差が通常２〜２０ミリメータで
あり、動作波長域で、波長０．０４〜４ｎｍ（光周波数
で５〜５００ＧＨｚ）周期で繰り返す周期的なフィルタ
特性を有している。また、動作波長域が１０ｎｍ以下と
狭帯域であるため、回路を構成する方向性結合器の結合
率の波長依存性が無視できるため、任意のフィルタ特性
を実現するための設計理論も知られており（Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．１，ｐｐ．７３−８２，１９
９５）、群遅延等化器、高次分散等化器等の高機能な光
信号処理器が開発されている。

【０００４】一方、波長信号処理器の動作波長域は１０
０ｎｍ以上と広帯域である。基本回路であるマッハツェ
ンダ干渉計の２本の光導波路の光路長差は通常μｍオー
ダである。動作波長域は１０ｎｍ以上と広帯域ではある
が、回路を構成する方向性結合器の結合率の波長依存性
を無視できないため、フィルタの設計が難しく、波長無
依存カップラやバンド域平坦光分波器等の単純な機能の
フィルタが開発されているに過ぎなかった。

【０００５】このため、従来、任意のフィルタ特性を実
現する（プログラマブル）光信号処理器は、光周波数信
号処理器で構成されてきた（特願平６−１３６１８７号
公報）。図１は、従来のプログラマブル光周波数信号処
理器の回路構成（Ｎ段構成）である。この回路構成で
は、Ｎ＋１個の結合率可変な２入力２出力の可変方向性
結合器９−ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ＋１）を一列に配置
し、Ｎ箇所の互いに隣り合う可変方向性結合器の間を、
異なる光路長差（遅延時間Δτに対応）を有する２本の
光導波路１−ｎ，２−ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）で結合
した構成をとる。二つの入力ポートが１４、１５であ
り、二つの出力ポートが１６、１７である。

【０００６】各２本の光導波路の上には、位相を制御す
るための位相制御器４−（２ｎ−１），４−２ｎ（ｎ＝
１，２，…，Ｎ）が少なくとも１個設置されている。可
変方向性結合器９−ｎは、２個の３ｄＢカップラ１１−
（２ｎ−１），１１−２ｎおよび、その２個の３ｄＢカ
ップラを結ぶ光路長の等しい２本の光導波路１２−ｎ，
１３−ｎから構成され、２本の光導波路には、少なくと
も１個の位相制御器１０−（２ｎ−１），１０−２ｎが
設置されている。可変方向性結合器９−ｎは位相制御器
４−（２ｎ−１），４−２ｎの位相量を変化させること
により、任意のパワー結合率を設定することが可能であ
る。このプログラマブル光周波数信号処理器では、可変
方向性結合器の位相制御器１０−（２ｎ−１），１０−
２ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）と、光路長の異なる２本の
光導波路上の位相制御器４−（２ｎ−１），４−２ｎ
（ｎ＝１，２，…，Ｎ）とを制御することにより、任意
のフィルタ特性を実現している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のプログラマブル
光信号処理器は、可変方向性結合器の波長依存性を考慮
せずに設計されているために、可変方向性結合器の波長
依存性が顕在化する１０ｎｍ以上の動作波長域となる
と、設計通りのフィルタ特性が実現されないという問題
があった。光波長多重通信で使用される波長帯域は、光
ファイバアンプの帯域幅により決まる。現在の光ファイ
バアンプの増幅帯域は３０ｎｍ程度で、さらに広帯域な
ファイバアンプの開発が進められており、将来的には４
０ｎｍ以上の広帯域な波長多重通信も夢ではなくなりつ
つある。このような光波長多重通信の広帯域化の進歩に
併せて、動作波長域が１０ｎｍ以上でも、設計通りのフ
ィルタ特性が実現可能な広帯域な（プログラマブル）光
信号処理器の開発が望まれている。

【０００８】従来のプログラマブル光信号処理器の動作
波長域を限定しているのは、可変方向性結合器の波長依
存性である。可変方向性結合器が波長依存性をもつの
は、それを構成している方向性結合器が波長依存性を有
するからである。可変方向性結合器の波長依存性が顕在
化する１０ｎｍ以上では、その振幅特性および位相特性
が設計値からずれ、全体の光信号処理器の特性が設計し
た特性よりずれる。この問題を解決するためには、その
振幅特性および位相特性が動作波長域において一定とな
るような波長無依存な（可変）方向性結合器が必要とな
る。

【０００９】したがって、本発明の課題は、プログラマ
ブル光信号処理器において、動作波長域を１０ｎｍ以上
に広帯域化することにあり、そのような広帯域光信号処
理器を提供することにあり、さらにはそのような広帯域
光信号処理器を確実に実現するための設計方法を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、従来のプロ
グラマブル光信号処理器において波長依存性の原因とな
っている可変方向性結合器９−ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ
＋１）の代わりに、振幅特性および位相特性ともに波長
無依存な特性を有する方向性結合器、または、振幅特性
および位相特性ともに波長無依存な特性を有する可変振
幅値を有する方向性結合器３−ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ
＋１）を用いることにより、動作波長域を１０ｎｍ以上
に広帯域化する。

【００１１】すなわち、本発明の請求項１の広帯域光信
号処理器は、Ｎ＋１個（Ｎは１以上）の２入力２出力の
光結合器が一列に並べられ、その互いに隣り合う光結合
器の間はそれぞれ光路長差を有する２本の光導波路で結
ばれ、前記各２本の光導波路の光路長差がＮ箇所の前記
光結合器間で互いに等しく、前記各２本の光導波路の上
に少なくとも各１個の位相制御器が設けられている回路
構成を有し、さらに、前記光結合器が、その２個の入力
ポートのいずれのポートから光信号を入力した場合に
も、その２個の出力ポートから出力された光信号に対し
て、光信号処理器の動作波長域で一定となる振幅および
位相伝送特性を有することを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項２の広帯域光信号処理器
は、前記請求項１の広帯域光信号処理器において、前記
２入力２出力の光結合器の振幅結合率θ_n と前記２本の
光導波路の上に設けられた位相制御器の位相量φ_n が、
所望フィルタ特性に対し、下記式；

【００１３】

【数３】

【００１４】ここで、ａ_k ^[n]，ｂ_k ^[n]は下記の漸化式に
より求められる複素数である。

【００１５】

【数４】

【００１６】また、φ_an，φ_bnは設計されたｎ番目の前
記光結合器の２出力ある各出力ポートに対応する位相量
である；に基づいて計算された値をとることを特徴とす
る。

【００１７】本発明の請求項３の広帯域光信号処理器
は、前記請求項２の広帯域光信号処理器において、前記
光結合器が、２本の光導波路を（ｍ＋１）箇所（ｍは２
以上）で互いに近接させて構成した（ｍ＋１）個の方向
性結合器を有し、前記方向性結合器に挾まれたｍ箇所に
おいて、該２本の光導波路が５μｍ以下の光路長差を有
していることを特徴とする。

【００１８】本発明の請求項４の広帯域光信号処理器
は、前記請求項２の広帯域光信号処理器において、前記
光結合器が、２本の光導波路を（ｍ＋１）箇所（ｍは２
以上）で互いに近接させて構成した（ｍ＋１）個の方向
性結合器を有し、前記方向性結合器に挾まれたｍ箇所に
おいて、該２本の光導波路が等しい光路長差を有し、各
該光導波路上には少なくとも１個の光路長調整部が設け
られていることを特徴とする。

【００１９】本発明の請求項５の広帯域光信号処理器
は、前記請求項２の広帯域光信号処理器において、前記
の光結合器が、該動作波長域において、その波長一定の
振幅結合率値が可変である可変光結合器であることを特
徴とする。

【００２０】本発明の請求項６の広帯域光信号処理器
は、前記請求項５の広帯域光信号処理器において、前記
の可変光結合器が、２本の光導波路を（ｎ＋１）箇所
（ｎは３以上）で互いに近接させて構成した（ｎ＋１）
個の方向性結合器を有し、前記方向性結合器に挾まれた
ｎ箇所において、該２本の光導波路が、等しい光路長差
を有するか、あるいは、５μｍ以下の光路長差を有し、
各該光導波路上には少なくとも１個の光路長調整部が設
けられていることを特徴とする。

【００２１】また、本発明の請求項７の広帯域光信号処
理器の設計方法は、Ｎ＋１個（Ｎは１以上）の２入力２
出力の光結合器が一列に並べられ、その互いに隣り合う
光結合器の間はそれぞれ光路長差を有する２本の光導波
路で結ばれ、前記各２本の光導波路の光路長差がＮ箇所
の前記光結合器間で互いに等しく、前記各２本の光導波
路の上に少なくとも各１個の位相制御器が設けられてい
る回路構成を有し、さらに、前記光結合器が、その２個
の入力ポートのいずれのポートから光信号を入力した場
合にも、その２個の出力ポートから出力された光信号に
対して、光信号処理器の動作波長域で一定となる振幅お
よび位相伝送特性を有する広帯域光信号処理器において
所望のフィルタ特性を実現することのできる広帯域光信
号処理器の設計方法であって、前記所望フィルタ特性に
対する前記光結合器の振幅結合率と前記位相制御器の位
相量を、下記設計手順１から４に基づいて求めることに
より、これら光結合器の振幅結合率と位相制御器の位相
量とを確定し、これらによって、前記所望のフィルタ特
性を実現することを特徴とする。

【００２２】（設計手順１）前記所望フィルタ特性をＮ
次の複素係数のフーリエ級数展開で近似する。

【００２３】（設計手順２）求めたフーリエ級数関数を
絶対値の最大が１以下になるように規格化する。

【００２４】（設計手順３）規格化されたフーリエ級数
関数を用いて、該光信号処理器の全伝送特性を２行２列
の伝送特性行列で表現する。

【００２５】（設計手順４）求めた該光信号処理器全体
の伝送特性行列を、光路長差のある前記各２本の光導波
路と前記光結合器より構成される各単位構成に対応する
２行２列の伝送特性行列の積の形に分解し、単位構成を
表す２行２列の伝送特性行列が、前記光結合器の振幅結
合率と前記位相制御器の位相量をパラメータとして表現
されることに基づいて、前記光結合器の振幅結合率と前
記位相制御器の位相量を求める。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳述
する。

【００２７】（実施形態例１）図２は、本発明の広帯域
プログラマブル光信号処理器の回路構成（Ｎ段構成）を
示すもので、図中、図１と同一構成要素には同一符号を
付して説明を簡略化する。この回路構成では、Ｎ＋１個
の振幅特性および位相特性が動作波長域において一定と
なる２入力２出力の波長無依存な可変方向性結合器３−
ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ＋１）を一列に配列し、Ｎ箇所
の互いに隣り合う波長無依存な可変方向性結合器の間を
異なる光路長差ΔＬ（遅延時間Δτに対応）を有する２
本の光導波路１−ｎ，２−ｎ（ｎ１，２，…，Ｎ）で結
合した構成をとる。Ｎ箇所の各２本の光導波路の光路長
差は、全て等しくΔＬ（遅延時間Δτに対応）に設定さ
れている。そして、各２本の光導波路の上には、位相を
制御するための位相制御器４−（２ｎ−１），４−２ｎ
（ｎ＝１，２，…，Ｎ）が少なくとも１個設置されてい
る。

【００２８】本実施形態例では、シリコン基板５上に形
成された石英平面導波路により回路を形成した。導波路
は基板５上に火炎堆積法を用いて石英薄膜を形成し、導
波路構造はフォトリソグラフィ工程により作製した。光
導波路は７×７μｍの正方形断面を持ち、光導波路部分
の屈折率はまわりの石英ガラスより０．７％高く作製し
た。

【００２９】プログラマブル光信号処理器は、動作波長
域においてある波長間隔で周期的な特性を示す。この周
波数Δλは、

【００３０】

【数５】

【００３１】で表される。ここで、ΔＬは２本の光導波
路の光路長差、ｎは光導波路の屈折率、λは動作波長域
の中心波長である。

【００３２】この式からわかるように、プログラマブル
光信号処理器のフィルタ特性の周期Δλは光路長差ΔＬ
により決定される。例えば、光路長差ΔＬ＝２ｍｍの
時、フィルタ特性の周期波長は０．８ｎｍ（周波数で換
算すると１００ＧＨｚの周波数間隔に対応）となる。本
実施形態例では、周期波長は１．６ｎｍ（周波数間隔２
００ＧＨｚに対応）で設計した。

【００３３】図３は、本実施形態例で用いた結合率可変
で、振幅特性と位相特性とが同時に波長無依存な方向性
結合器３の回路構成（３段構成）である。回路は３個の
マッハツェンダ干渉計を多段に配列した構成よりなる。
回路は４個の方向性結合器７−１〜７−４とそれらを結
ぶ２本の光導波路６−１〜６−６よりなり、二つの入力
ポート１８、１９と二つの出力ポート２０、２１を有す
る。本実施形態例では、これら２本の光導波路の光路長
を等しく設定した。また、各２本の光導波路上には光路
長調整部８−１〜８−６を配置した。本実施形態例で用
いた、振幅特性と位相特性とが同時に波長無依存な可変
方向性結合器は、光路長調整部８−１〜８−６の光路長
変化を調整することにより、振幅特性および位相特性を
波長に対して平坦に保ったまま、振幅結合率を任意に設
定することが可能である。

【００３４】本実施形態例では、位相制御器４−（２ｎ
−１），４−２ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）と、振幅特性
および位相特性が同時に波長無依存な可変方向性結合器
の光路長調整部８−１〜８−６とには、熱光学効果を利
用したヒータを用いた。ヒータを加熱することにより、
加熱部分のガラスの屈折率が高くなることを利用して、
位相制御と光路長調整とを行っている。

【００３５】一般的な２入力２出力の光結合器の伝送特
性は、次のような２行２列の伝送行列で表現される。

【００３６】

【数６】

【００３７】ここで、θは振幅結合率ｓｉｎθの角度表
示（以後、ｓｉｎθだけでなく、その角度表示であるθ
も振幅結合率と呼ぶ）を表し、φ₁ ，φ₂ は２つの出力
ポートからの出力光の位相を表している。振幅結合率θ
に対して光結合率を設計することにより、φ₁ ，φ₂ は
決定される。

【００３８】ここでは、回路を無損失と仮定しており、
伝送行列はユニタリ行列となる。行列の（１，１）要素
は入力ポート１８から出力ポート２０への伝送特性を、
（２，１）要素は入力ポート１８から出力ポート２１へ
の伝送特性を表している。

【００３９】従来のプログラマブル光信号処理器に用い
られていた可変方向性結合器では、回路を構成する２個
の方向性結合器１１−（２ｎ−１），１１−２ｎは、全
て動作波長でパワー結合率が３ｄＢとなるように設計さ
れていた。振幅特性と位相特性とが同時に波長無依存な
本実施形態例で用いた可変方向性結合器では、動作波長
域が１０ｎｍ以上と広帯域であり、構成要素である４個
の方向性結合器７−１〜７−４のパワー結合率値はそれ
ぞれ波長により変化するため、方向性結合器を規定する
のにパワー結合率値を用いることができない。このた
め、ここでは、方向性結合器を２本の光導波路が接近し
ている部分、つまり結合部分の長さで表現する。４個の
方向性結合器７−１〜７−４の結合部分の長さは、それ
ぞれ０．７８ｍｍ，０．０１ｍｍ，０．０１ｍｍ，０．
７８ｍｍとした。図４および図５は、５０％結合になる
ように光路長調整部８−１〜８−６を調整した可変方向
性結合器のパワー結合率および位相特性φ₁ ，φ₂ の波
長依存性を測定した結果である。ここで、振幅特性の２
乗がパワー結合率となる。動作波長域は１．５〜１．６
μｍとした。これらの図で本可変方向性結合器のパワー
結合率特性（振幅特性）および位相特性ともに、動作波
長域において波長に対して一定値を実現していることが
わかる。

【００４０】参考のために、図６および図７に、従来の
可変方向性結合器のパワー結合率特性（振幅特性）およ
び位相特性を示す。この図では、波長１．５５μｍで５
０％結合になるように、設計されている。図からわかる
ように、パワー結合率に大きな波長依存性があることが
わかる。また、位相項φ₁ にも波長依存性が見られる。
ただし、位相項φ₂ は波長に対し完全に一定である。こ
れは、従来の可変方向性結合器の回路構成のもつ対称性
から証明できる。このように、振幅特性（パワー結合率
特性）および位相特性ともに大きな波長依存性を有して
いるために、従来の可変方向性結合器を用いたプログラ
マブル光信号処理器では、設計波長から１０ｎｍ以上ず
れた波長域では、希望のフィルタ特性から大きくずれて
しまうという問題が生じた。

【００４１】このことを明確にするために、実際に８段
のプログラマブル光信号処理器について、従来の可変方
向性結合器を用いたプログラマブル光信号処理器と、振
幅特性と位相特性とが同時に波長無依存な本発明の可変
方向性結合器を用いた広帯域プログラマブル光信号処理
器を作製し、両者の特性の比較を行った。プログラムし
た特性は周期波長１．６μｍ（周波数間隔２００ＧＨｚ
に対応）の群遅延等化器特性である。群遅延等化器は、
光ファイバの長距離伝送の際に生じる線形な群遅延を補
償するための等化器である。図８から図１１は本発明の
広帯域プログラマブル光信号処理器によりプログラミン
グした群遅延等化器特性の測定結果であり、図１２から
図１５は従来のプログラマブル光信号処理器によりプロ
グラミングした群遅延等化器特性の測定結果である。図
８〜図１１で、広帯域プログラマブル光信号処理器の動
作波長域は１．５〜１．６μｍであり、図８、図９は動
作波長域の短波長端での群遅延等化器特性を有し、図１
０、図１１は動作波長域の中心波長域（１．５５μｍ）
での群遅延等化器特性を有している。図８および図１０
は光透過強度特性を示しており、図９および図１１は群
遅延特性を示している。光透過強度特性は振幅特性の２
乗で表される。群遅延等化は図の群遅延特性の傾きのあ
る直線群遅延部分を利用して行われる。この群遅延の傾
きは、ファイバ分散により生じた線形のファイバ群遅延
に対して逆の値をもつように設計されている。図からわ
かるように、動作波長域の中心と端でほぼ等しい群遅延
特性を実現していることがわかる。これは、振幅特性と
位相特性とが同時に波長無依存な本発明で用いている可
変方向性結合器の効果である。一方、図１２〜図１５に
おいて、従来のプログラマブル光信号処理器は１．５５
μｍで所望の群遅延等化特性を実現するように設計され
た。図１２、図１３は１．５μｍ帯での群遅延等化器特
性を示しており、図１４、図１５は１．５５μｍ帯（設
計波長域）での群遅延等化器特性を示している。図１２
および図１４は光透過強度特性を示しており、図１３お
よび図１５は群遅延特性を示している。図からわかるよ
うに、設計波長域では、設計通りの群遅延特性が実現さ
れているが、設計波長から５０ｎｍ離れた１．５μｍ帯
では設計の群遅延特性から大きくずれていることがわか
る。これは、従来の可変方向性結合器の波長依存性の影
響である。

【００４２】この広帯域プログラマブル光信号処理器の
設計の詳細を以下に述べる。設計すべき未知回路パラメ
ータは、振幅特性と位相特性とが同時に波長無依存なＮ
＋１個の可変方向性結合器３−ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ
＋１）の振幅結合率θ_n （ｎ＝０，１，…，Ｎ）およ
び、位相制御器４−（２ｎ−１），４−２ｎ（ｎ＝１，
２，…，Ｎ）の位相量φ_n （ｎ＝１，２，…，Ｎ）であ
る。

【００４３】図２において、入力ポート１４より入射さ
れた信号光は、各段の光路長の異なる２本の光導波路１
−ｎ，２−ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）を通過し、２つの
出力ポート１６，１７に出射される。この時、信号光は
各可変方向性結合器３−ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ＋１）
により分岐される。例えば、最も短い光路を進む信号光
は導波路２−１，２−２，…，２−Ｎを通る。また、最
も長い光路を進む信号光は導波路１−１，１−２，…，
１−Ｎを通る。このように、出力ポートからの出力光は
いろいろな光路を通る信号光の和として表現される。光
信号が通過する物理的光路は２^N 通りあるが、同じ光路
長を持つものを１本の光路と数えることにすると、信号
光は０，ΔＬ，２ΔＬ，…，ＮΔＬ（ΔＬは各２本の光
導波路の導波路長差）の導波路長を持つＮ＋１本の光路
のいずれかを通る。よって、ポート１６からの出力光の
複素振幅は、

【００４４】

【数７】

【００４５】と表される。

【００４６】ここで、式（３−１）の展開係数ａ_k はＮ
＋１の各光路を通過してきた信号光の複素振幅を表す。
βは光導波路１および２の伝搬定数、Ｘは動作波長域で
の光周波数、Ｘ₀ は周波数特性の周期周波数を表してい
る。

【００４７】ここでは、振幅特性と位相特性とが同時に
波長無依存な可変方向性結合器を利用しているために、
可変方向性結合器の波長依存性は無視している。また、
式（３−１）では、電気のディジタルフィルタ理論でよ
く行われるように、

【００４８】

【外１】

【００４９】を複素平面上の関数ｈ（ｚ）に拡張してい
る。このｚ複素平面上では、周波数関数ｈ（Ｘ）は｜ｚ
｜＝１の半径１の円周上の関数とみなされる。

【００５０】式（３−１）において、スルー特性ｈ
（ｚ）はｚ^-1の多項式で表現されている。この式はディ
ジタルフィルタの分野において、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ
Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）型と呼ばれる帰
還のないタイプのディジタルフィルタの伝送特性に等し
いことがわかる。この事実は、以下に述べる光フィルタ
の合成に重要な役割を演じる。

【００５１】同様に、ポート１４から入射し、ポート１
７から射出される出力光ｆ（ｚ）は、下式のように表さ
れる。

【００５２】

【数８】

【００５３】本信号処理器は２入力２出力なので、信号
処理器全体の伝送行列Ｓは、次式で表される２×２の行
列で表現される。

【００５４】

【数９】

【００５５】ここで、サフィックス＊はパラ共役を表す
（ｈ^* （ｚ）＝ｈ^* （１／ｚ^* ））。回路が無損失であ
ると仮定すると、ｈ（ｚ）とｆ（ｚ）の間には、式
（４）の行列の行列式が１になるという下記式、

【００５６】

【数１０】

【００５７】で表されるユニタリ関係が成立する。

【００５８】具体的には以下に示す手順により、クロス
特性（入力ポート１４より出力ポート１７への透過特
性）が所望フィルタ特性を満足するための回路パラメー
タを求めた。以下の設計手順は図１６および図１７にま
とめられている。

【００５９】（設計手順１）式（３−２）の複素展開係
数であるｂ_k を、所望フィルタ特性を満足するように求
めるにあたり、式（３−２）に書かれた光フィルタの伝
送特性がＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅ
ｓｐｏｎｓｅ）型と呼ばれるディジタルフィルタと同じ
であることを利用する。具体的には、複素展開係数ｂ_k
を求めるにあたり、ディジタルフィルタの分野で開発さ
れている各種の近似手法を用いる。例えば、フーリエ展
開法、窓関数法、周波数サンプリング法、Ｒｅｍｅｚ
Ｅｘｃｈａｎｇｅ法等が良く知られている（Ｏｐｐｅｎ
ｈｅｉｍ ＆ Ｓｃｈａｆｅｒ著“Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓ
ｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”）。この計算の
際、所望フィルタ特性の要求条件より、実現されるフィ
ルタ特性が所望フィルタ特性の条件を十分に満足するの
に必要な最小展開項数が求まる。この最小展開項数がプ
ログラマブル光信号処理器の段数Ｎにあたる。

【００６０】（設計手順２）設計手順１では、所望フィ
ルタ特性を実現するように、上記の最適なディジタルフ
ィルタの設計手法を用い式（３−２）の複素展開係数を
求めた。この求めた複素展開係数をそのまま用いて光信
号処理器を実現すると、振幅特性の絶対値が１００％を
越える場合がある。しかし、光波という物理量を用いる
アナログ信号処理器である本信号処理器では、エネルギ
保存則のために、式（３−２）の複素振幅の絶対値が１
００％を越えることは本質的にできない。このため、デ
ィジタルフィルタの合成手法により求めた複素展開係数
ｂ_k を、次式により、振幅特性の絶対値が１００％を越
えないように規格化を行う必要がある。

【００６１】

【数１１】

【００６２】（設計手順３）設計手順２で求めた規格化
した複素展開係数を有する複素展開特性をこの光信号処
理器のクロス出力（ポート１４からポート１７への出
力）で実現するように、この光信号処理器の伝送特性を
表すＳ行列を求める。具体的には、Ｓ行列の残りの未知
伝送関数ｈ（ｚ）を式（５）のユニタリ関係より求め
る。ｈ（ｚ）ｈ^*（ｚ）は、ユニタリ関係より、設計手
順２で規格化したｆ（ｚ）を用い、さらに、ｚに関する
一次式の積の形に展開することにより、次式（７）で表
される。

【００６３】

【数１２】

【００６４】ただし、ａ_k ，ａ_k ^*は既知である多項式ｆ
（ｚ）ｆ^* （ｚ）の根で、既知である。

【００６５】この式（７）中、ａ₀ は、既知であるｆ
（ｚ）の複素展開係数ｂ₀ を用いて式（８）の様に求め
られる。

【００６６】

【数１３】

【００６７】式中、φ_aN，φ_bNは振幅特性と位相特性と
が同時に波長無依存な（可変）方向性結合器３−（Ｎ＋
１）の２つの出力ポートからの光出力の位相を表してい
る。φ_aN，φ_bNは以下のようにして求めることができ
る。｜ａ₀ ｜は式（８）より求められるので、

【００６８】

【数１４】

【００６９】（式中θ_N は振幅特性と位相特性とが同時
に波長無依存な（可変）方向性結合器３−（Ｎ＋１）の
振幅結合率）よりθ_N が求まる。その振幅結合率θ_N に
対応する、振幅特性と位相特性とが同時に波長無依存な
（可変）方向性結合器が設計できるので、位相φ_aN，φ
_bNが求められる。このようにして、式（８）よりａ₀ の
位相が求められ、ａ₀ の計算ができる。求めたａ₀ を用
いて、式（７）よりｈ（ｚ）が求められる。

【００７０】式（７）において、ｈ（ｚ）とｈ^* （ｚ）
の積の形で表される必要性から、右辺の多項式の零点は
｛ａ_k ，１／ａ_k ^*｝というＮ個のペアとして求められ
る。ｈ（ｚ）を求める際、ｈ（ｚ）の多項式は｛ａ_k ，
１／ａ_k ^*｝の根のペアの内どちらか一方を根として持っ
ている必要があるので、この根の選択の仕方にともな
い、ｈ（ｚ）は２^N 個の解を持つ。これら２^N 個のｈ
（ｚ）の解は、振幅特性はともに等しく、異なる位相特
性を持つ。全体としてｆ（ｚ）が共通でｈ（ｚ）が異な
るＳ行列が２^N 個存在し、結果として、２^N 種類の回路
パラメータが求まる。ただし、この２^N 個のいずれの回
路パラメータで回路を作製しても、クロス特性は同一な
特性ｆ（ｚ）でされる。本実施形態例ではクロス特性で
あるｆ（ｚ）の特性に興味があるので、２^N 個のｈ
（ｚ）のうちの適当な１個の解を選択した。もちろん、
ｈ（ｚ）の選択には、低素子感度なもの、位相特性が適
当なもの等、選択の基準を適当に設けて選択することも
可能である。

【００７１】（設計手順４）回路パラメータを求めるた
めに、全体のＮ段の光信号処理回路の伝送特性を表すＳ
行列を、１段の単位構成の伝送特性を表すＳ行列の積の
形に展開する。

【００７２】

【数１５】

【００７３】ここで、Ｓ_n はｎ段目の単位構成回路とす
る。

【００７４】図２で、ｎ段目の単位構成回路は１−ｎ，
２−ｎの光導波路と、４−（２ｎ−１），４−２ｎの位
相制御器と、３−（ｎ＋１）の振幅特性、位相特性同時
波長無依存（可変）方向性結合器より構成され、ｎ＝０
の単位構成回路は、振幅特性と位相特性とが同時に波長
無依存な１個の（可変）方向性結合器３−１により構成
される。３−（ｎ＋１）の可変方向性結合器は、図４、
５に示した回路構成で構成されている。図４、５で示し
た、振幅特性と位相特性とが同時に波長無依存な（可
変）方向性結合器のＳ行列は、式（２）で与えられてい
る。これを用いてｎ番目の単位構成のＳ行列は次のよう
に与えられる。

【００７５】

【数１６】

【００７６】ここで、θ_n は、振幅特性と位相特性とが
同時に波長無依存な（可変）方向性結合器３−（ｎ＋
１）の振幅結合率の角度表示を表しており、φ_an，φ_bn
はその２つの出力ポートからの光出力の位相を表してい
る。また、φ_n は、振幅特性と位相特性とが同時に波長
無依存な（可変）方向性結合器に挾まれた２本の光導波
路上の位相制御器４−（２ｎ−１），４−２ｎの位相差
量を表している。Ｓ₀ は、振幅特性と位相特性とが同時
に波長無依存な（可変）方向性結合器３−１だけから構
成されることより、

【００７７】

【数１７】

【００７８】と表される。

【００７９】実際のＳ行列の分解は、単位構成Ｓ行列の
逆行列Ｓ_n ^-1 ＝Ｓ_n ⁺（Ｓ_n ⁺はＳ_n の転置共役行列）をｎ
＝Ｎ，Ｎ−１，…，２，１，０の順番に順次Ｓ行列の左
側より作用させることにより行われる。

【００８０】

【数１８】

【００８１】ここで、Ｓ^[n] ＝Ｓ_n Ｓ_n-1 …Ｓ₂ Ｓ₁ Ｓ
₀ を表す。この繰り返し操作によりＳ_n は求められる。

【００８２】式（１２）でＳ^[n] を既知とすると、ｚ
^(n+1)/2 の項が零になる条件より、振幅特性と位相特性
とが同時に波長無依存な（可変）方向性結合器３−（ｎ
＋１）の振幅結合率θ_n が求まる。具体的には、

【００８３】

【数１９】

【００８４】よりθ_n が求まる。式中、ａ_n ^[n]，ｂ_n ^[n]
はＳ^[n] における既知の複素展開係数である。θ_n が求
まると、その振幅結合率に対応する、振幅特性と位相特
性とが同時に波長無依存な（可変）方向性結合器が設計
でき、結果的に、位相φ_an，φ_bnが求められる。また、

【００８５】

【外２】

【００８６】位相制御器４−（２ｎ−１），４−２ｎの
位相差量φ_n が求まる。具体的には、

【００８７】

【数２０】

【００８８】ただし、

【００８９】

【数２１】

【００９０】である。

【００９１】

【外３】

【００９２】θ_n は式（１３）より求められ既知であ
り、位相φ_an，φ_bnも既知である。また、ａ_n-1 ^[n]，ａ
_n ^[n]，ｂ_n-1 ^[n]，ｂ_n ^[n]は、Ｓ^[n] における既知の複素
展開係数で既知であることから、

【００９３】

【外４】

【００９４】また、振幅特性と位相特性とが同時に波長
無依存な（可変）方向性結合器４−ｎの位相φ_an-1，φ
_bn-1は、

【００９５】

【数２２】

【００９６】より、振幅結合率φ_n-1 を求め、振幅特性
と位相特性とが同時に波長無依存な（可変）方向性結合
器４−ｎを設計し、その位相φ_an-1，φ_bn-1を決定し
た。

【００９７】このようにして、Ｓ行列の各分解段階で、
単位構成回路に含まれる回路パラメータθ_n およびφ_n
が求められる。そして、分解手順を最終段まで完了する
ことにより、全回路パラメータθ_n （ｎ＝０，１，…，
Ｎ）およびφ_n （ｎ＝１，２，…，Ｎ）が求められる。

【００９８】以上説明したように、本発明では、所望の
クロスフィルタ特性に対して２N 通りの回路パラメータ
が求められる。これらの回路パラメータのいずれを採用
しても、同一のクロスフィルタ特性が得られる。このこ
とから、本発明では、回路パラメータに関する数値限定
を受けず、上記の回路合成手法で求めた全ての回路パラ
メータに本発明の権利の適用が及ぶことを主張する。

【００９９】（実施形態例２）実施形態例１では、周期
波長を１．６μｍ（周波数間隔２００ＧＨｚに対応）と
した。本実施形態例では、周期波長を４μｍ（周波数間
隔５００ＧＨｚに対応）として、実施形態例１と同様な
プログラマブル光信号処理器を作製した。実施形態例１
と異なるのは、２本の光導波路の光路長差ΔＬだけであ
る。

【０１００】図１８は本発明の広帯域プログラマブル光
信号処理器を用いてプログラムした群遅延等化特性であ
る。動作波長域は１．５〜１．６μｍである。１００ｎ
ｍに及ぶ全動作波長域にわたり、等しい群遅延等化特性
が実現されていることがわかる。図１９は従来のプログ
ラマブル光信号処理器を用いてプログラムした群遅延等
化特性である。設計波長は１．５５μｍである。設計波
長から離れるにつれて、群遅延等化特性が所望特性
（１．５５μｍ付近の特性）から大きくずれていく様子
が見られる。この例では、一応設計の特性とほぼ等しい
群遅延等化特性を維持している波長範囲は、ほぼ２０μ
ｍ程度であることがわかる。この群遅延等化特性では、
３０μｍ以上の広帯域の光波長多重通信には使用するこ
とができない。今後の広帯域光波長多重通信において、
本発明の広帯域プログラマブル光信号処理器が大きな役
割をしめることは、本実施形態例から明白である。

【０１０１】以上、実施形態例を用いて、本発明の構成
および作用を説明したが、本発明は本実施形態例に限定
されるものではない。例えば、本発明では石英平面光回
路を用いたが、ＩｎＧａＡｓＰ系等の半導体、ＬｉＮｂ
Ｏ₃ 等の電気光学材料、有機光学材料などの別の材料で
平面回路を形成することも可能である。また、平面回路
の代わりに光ファイバを用いることも可能である。ま
た、本発明では、１つの回路で任意の光信号処理を可能
にするため、可変結合率を持つ、振幅特性と位相特性と
が同時に波長無依存な方向性結合器を用いたが、単一機
能の光信号処理器を実現するためには、振幅特性と位相
特性とが同時に波長無依存な可変方向性結合器のかわり
に、固定結合率を持つ、振幅特性と位相特性とが同時に
波長無依存な方向性結合器を用いることも可能であり、
この方が、部品数が少なくて済むというメリットもあ
る。本実施形態例では、位相制御および光路長制御を行
なうのに、熱光学効果を用いたが、位相制御の方法とし
ては、他の物理現象、例えば、電気光学効果、カー効果
に代表される非線形光学効果、磁気光学効果等を利用す
ることも可能である。

【０１０２】このように、本発明は、素子の組合せ方を
表す回路構成と所望フィルタ特性を与えて回路パラメー
タを計算する回路合成手法を組み合わせて光信号処理器
を実現するための発明であり、その回路の物理的実現手
段には拘束されない。また、本実施形態例で述べた回路
パラメータは設計例の一つに過ぎず、この数値により限
定されるものではないことも併せて述べておく。

【０１０３】また、本発明は、振幅特性と位相特性とが
同時に波長無依存なＮ＋１個の可変方向性結合器に挾ま
れたＮ箇所の２本の光導波路がそれぞれ一定の光路長差
を持つ構成を特徴としているが、その際、振幅特性と位
相特性とが同時に波長無依存な可変方向性結合器に挾ま
れたＮ箇所の２本の光導波路の光路長の長い側を、一方
にそろえるかどうかという導波路構成にも本発明は制約
されない。なぜなら、振幅特性と位相特性とが同時に波
長無依存な可変方向性結合器の結合率を適当に変えるこ
とにより、各２本の光導波路の光路長の長い側を互い違
いにしたりというような各種の導波路構成のフィルタを
実現することも可能であるからである。

【０１０４】本発明は、素子の組合せ方を表す回路構成
および回路パラメータの設計手順に関するものである。
本発明の請求項に特徴的なのは、回路構成に加えて、回
路パラメータを求めるための設計手順を付加して要求し
ていることにある。実際に所望特性を実現しようとする
と、必ず所望特性を実現するための回路パラメータを算
出する設計手順が必要になる。本発明では、本回路構成
の回路パラメータである振幅特性と位相特性とが同時に
波長無依存なＮ＋１個の可変方向性結合器の結合率、Ｎ
個の位相制御器の位相シフト量が、実施形態例で述べら
れた設計手順に基づいて求められている。このような多
くの回路パラメータを試行錯誤的に求めることは実際に
は不可能であり、たとえ計算機を用いて逐次近似手法に
より回路パラメータを求めようとしても、最適な回路パ
ラメータを得ることは不可能に近い。本発明で用いてい
る設計手順は、本発明独自のものであり、その特徴は、
逐次近似的手法とは異なり、有限の計算回数で最適な回
路パラメータを求めることが可能な点にある。

【０１０５】仮に本発明と類似の回路構成を有する発明
が存在しても、本発明は本発明独自の設計手順の存在に
より他特許との差別化を主張する。具体的には、実施形
態例で述べた群遅延等化器は、本設計手順を用いなくて
は得られない特性であり、回路構成が類似な場合でも、
実施形態例を比較することにより、他発明との差別化を
行なうことができる。

【０１０６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の広帯域光
信号処理器は、振幅特性と位相特性とが同時に波長無依
存な方向性結合器を用いた請求項１の回路構成を取るこ
とにより、従来では実現できなかった１０ｎｍ以上の広
帯域な光信号処理器を実現可能とした。また、具体的
に、請求項２で要求している所望特性を実現するための
回路パラメータ設計手法により、所望特性に対して回路
パラメータを決定することが可能である。さらに、請求
項３あるいは４で要求した固定結合率を持つ、振幅特性
と位相特性とが同時に波長無依存な方向性結合器を用い
ることにより、任意のフィルタ特性がプログラム可能な
広帯域プログラマブル光信号処理器が可能である。ま
た、請求項５あるいは６で要求した可変結合率を持つ、
振幅特性と位相特性とが同時に波長無依存な方向性結合
器を用いることにより、一つに回路で任意のフィルタ特
性がプログラム可能な広帯域プログラマブル光信号処理
器が実現可能である。さらに、このような広帯域光処理
器は、請求項７に記載した設計手順により、所望のフィ
ルタ特性を容易に実現することができる。

【０１０７】このように優れた特徴をもつ本発明の広帯
域光信号処理器は、広帯域な波長多重通信の分野で、各
種光ファイバなどの高度情報処理を行うための高機能光
信号処理器として利用可能である。また、本光信号処理
器は、電気のディジタルフィルタと等価なフィルタ特性
が実現可能であることから、超高速な光信号処理器とし
ても利用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のプログラマブル光信号処理器の回路構成
図である。

【図２】本発明にかかる広帯域光信号処理器の回路構成
図である。

【図３】本発明の実施形態例１で用いた、振幅特性と位
相特性とが同時に波長無依存で振幅結合率可変な方向性
結合器の回路構成（Ｎ段構成）図である。

【図４】本発明の実施形態例１で用いた、振幅特性と位
相特性とが同時に波長無依存な可変方向性結合器のパワ
ー結合率（振幅特性）を示すグラフである。

【図５】実施形態例１で用いた、振幅特性と位相特性と
が同時に波長無依存な可変方向性結合器の位相特性を示
すグラフである。

【図６】従来のプログラマブル光信号処理器で用いられ
ている可変方向性結合器のパワー結合率（振幅特性）を
示すグラフである。

【図７】従来のプログラマブル光信号処理器で用いられ
ている可変方向性結合器の位相特性を示すグラフであ
る。

【図８】本発明の実施形態例１の回路構成（８段構成）
で実現した群遅延等化器における動作波長域（周期波長
は１．６ｎｍ）の短波長端である１．５μｍ波長帯の光
透過強度特性を示すグラフである。

【図９】本発明の実施形態例１の回路構成（８段構成）
で実現した群遅延等化器における動作波長域の短波長端
である１．５μｍ波長帯の群遅延等化特性を示すグラフ
である。

【図１０】本発明の実施形態例１の回路構成（８段構
成）で実現した群遅延等化器における動作波長域の中心
波長である１．５５μｍ波長帯の光透過強度特性を示す
グラフである。

【図１１】本発明の実施形態例１の回路構成（８段構
成）で実現した群遅延等化器における動作波長域の中心
波長である１．５５μｍ波長帯の群遅延等化特性を示す
グラフである。

【図１２】従来のプログラマブル光信号処理器（８段構
成）で実現した群遅延等化器における動作波長域（周期
波長は１．６ｎｍ）の短波長端である１．５μｍ波長帯
の光透過強度特性を示すグラフである。

【図１３】従来のプログラマブル光信号処理器（８段構
成）で実現した群遅延等化器における動作波長域の短波
長端である１．５μｍ波長帯の群遅延等化特性を示すグ
ラフである。

【図１４】従来のプログラマブル光信号処理器（８段構
成）で実現した群遅延等化器における動作波長域の中心
波長である１．５５μｍ波長帯の光透過強度特性を示す
グラフである。

【図１５】従来のプログラマブル光信号処理器（８段構
成）で実現した群遅延等化器における動作波長域の中心
波長である１．５５μｍ波長帯の群遅延等化特性を示す
グラフである。

【図１６】本発明のプログラマブル光信号処理器の回路
パラメータθ_n （ｎ＝０，１，…，Ｎ）およびφ_n （ｎ
＝１，２，…，Ｎ）を決定するための設計手順の前半の
流れ図である。

【図１７】本発明のプログラマブル光信号処理器の回路
パラメータθ_n （ｎ＝０，１，…，Ｎ）およびφ_n （ｎ
＝１，２，…，Ｎ）を決定するための設計手順の後半の
流れ図である。

【図１８】本発明の実施形態例２で実現した群遅延等化
器の群遅延等化特性（周期波長は４ｎｍ）を示すグラフ
である。

【図１９】従来のプログラマブル光信号処理器（８段構
成）で実現した群遅延等化器の群遅延等化特性（周期波
長は４ｎｍ）を示すグラフである。

【符号の説明】

１，２ 光導波路 ３ 振幅特性、位相特性同時波長無依存な可変方向性結
合器 ４ 位相制御器 ５ 基板 ６ 光導波路 ７ 方向性結合器 ８ 光路長調整部 ９ 従来の可変方向性結合器 １０ 位相制御器 １１ ３ｄＢ方向性結合器 １２，１３ 光導波路 １４，１５ 入力ポート １６，１７ 出力ポート １８，１９ 入力ポート ２０，２１ 出力ポート

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎ＋１個（Ｎは１以上）の２入力２出力
   の光結合器が一列に並べられ、その互いに隣り合う光結
   合器の間はそれぞれ光路長差を有する２本の光導波路で
   結ばれ、前記各２本の光導波路の光路長差がＮ箇所の前
   記光結合器間で互いに等しく、前記各２本の光導波路の
   上に少なくとも各１個の位相制御器が設けられている回
   路構成を有し、さらに、前記光結合器が、その２個の入
   力ポートのいずれのポートから光信号を入力した場合に
   も、その２個の出力ポートから出力された光信号に対し
   て、光信号処理器の動作波長域で一定となる振幅および
   位相伝送特性を有することを特徴とする広帯域光信号処
   理器。
2. 【請求項２】 前記２入力２出力の光結合器の振幅結合
   率θ_n と前記２本の光導波路の上に設けられた位相制御
   器の位相量φ_n が、所望フィルタ特性に対し、下記式； 【数１】 ここで、ａ_k ^[n]，ｂ_k ^[n]は下記の漸化式により求められ
   る複素数である。 【数２】 また、φ_an，φ_bnは設計されたｎ番目の前記光結合器の
   ２出力ある各出力ポートに対応する位相量である；に基
   づいて計算された値をとることを特徴とする請求項１に
   記載の広帯域光信号処理器。
3. 【請求項３】 前記光結合器が、２本の光導波路を（ｍ
   ＋１）箇所（ｍは２以上）で互いに近接させて構成した
   （ｍ＋１）個の方向性結合器を有し、前記方向性結合器
   に挾まれたｍ箇所において、該２本の光導波路が５μｍ
   以下の光路長差を有していることを特徴とする請求項２
   に記載の広帯域光信号処理器。
4. 【請求項４】 前記光結合器が、２本の光導波路を（ｍ
   ＋１）箇所（ｍは２以上）で互いに近接させて構成した
   （ｍ＋１）個の方向性結合器を有し、前記方向性結合器
   に挾まれたｍ箇所において、該２本の光導波路が等しい
   光路長差を有し、各該光導波路上には少なくとも１個の
   光路長調整部が設けられていることを特徴とする請求項
   ２に記載の広帯域光信号処理器。
5. 【請求項５】 前記の光結合器が、該動作波長域におい
   て、その波長一定の振幅結合率値が可変である可変光結
   合器であることを特徴とする請求項２に記載の広帯域光
   信号処理器。
6. 【請求項６】 前記の可変光結合器が、２本の光導波路
   を（ｎ＋１）箇所（ｎは３以上）で互いに近接させて構
   成した（ｎ＋１）個の方向性結合器を有し、前記方向性
   結合器に挾まれたｎ箇所において、該２本の光導波路
   が、等しい光路長差を有するか、あるいは、５μｍ以下
   の光路長差を有し、各該光導波路上には少なくとも１個
   の光路長調整部が設けられていることを特徴とする請求
   項５に記載の広帯域光信号処理器。
7. 【請求項７】 Ｎ＋１個（Ｎは１以上）の２入力２出力
   の光結合器が一列に並べられ、その互いに隣り合う光結
   合器の間はそれぞれ光路長差を有する２本の光導波路で
   結ばれ、前記各２本の光導波路の光路長差がＮ箇所の前
   記光結合器間で互いに等しく、前記各２本の光導波路の
   上に少なくとも各１個の位相制御器が設けられている回
   路構成を有し、さらに、前記光結合器が、その２個の入
   力ポートのいずれのポートから光信号を入力した場合に
   も、その２個の出力ポートから出力された光信号に対し
   て、光信号処理器の動作波長域で一定となる振幅および
   位相伝送特性を有する広帯域光信号処理器において所望
   のフィルタ特性を実現することのできる広帯域光信号処
   理器の設計方法であって、 前記所望フィルタ特性に対する前記光結合器の振幅結合
   率と前記位相制御器の位相量を、下記設計手順１から４
   に基づいて求めることにより、これら光結合器の振幅結
   合率と位相制御器の位相量とを確定し、これらによっ
   て、前記所望のフィルタ特性を実現することを特徴とす
   る広帯域光信号処理器の設計方法。 （設計手順１）前記所望フィルタ特性をＮ次の複素係数
   のフーリエ級数展開で近似する。 （設計手順２）求めたフーリエ級数関数を絶対値の最大
   が１以下になるように規格化する。 （設計手順３）規格化されたフーリエ級数関数を用い
   て、該光信号処理器の全伝送特性を２行２列の伝送特性
   行列で表現する。 （設計手順４）求めた該光信号処理器全体の伝送特性行
   列を、光路長差のある前記各２本の光導波路と前記光結
   合器より構成される各単位構成に対応する２行２列の伝
   送特性行列の積の形に分解し、単位構成を表す２行２列
   の伝送特性行列が、前記光結合器の振幅結合率と前記位
   相制御器の位相量をパラメータとして表現されることに
   基づいて、前記光結合器の振幅結合率と前記位相制御器
   の位相量を求める。