アレイ導波路回折格子型光分散補償器
【課題】アレイ導波路回折格子型光分散補償器において、透過帯域形状を歪めることなく、反射光が前段のアレイ導波路に結合することを防止することができる。
【解決手段】一端がスラブ導波路であり他端がアレイ導波路となるように、複数のスラブ導波路と複数のアレイ導波路とが交互に縦続接続され、前記一端のスラブ導波路に入力導波路および出力導波路が接続されると共に前記他端のアレイ導波路に反射器が接続され、前記一端のスラブ導波路以外のスラブ導波路の内部にレンズ型空間位相変調器が配置された前記コアと、前記コアの上下に積層されたクラッドとを備えたアレイ導波路回折格子型光分散補償器であって、前記レンズ型空間位相変調器は、前記コアとクラッドを貫通した溝に透明樹脂を充填することにより設けられ、レンズの光軸を対称軸として対称に折れ曲がっていることを特徴とするアレイ導波路回折格子型光分散補償器。
【解決手段】一端がスラブ導波路であり他端がアレイ導波路となるように、複数のスラブ導波路と複数のアレイ導波路とが交互に縦続接続され、前記一端のスラブ導波路に入力導波路および出力導波路が接続されると共に前記他端のアレイ導波路に反射器が接続され、前記一端のスラブ導波路以外のスラブ導波路の内部にレンズ型空間位相変調器が配置された前記コアと、前記コアの上下に積層されたクラッドとを備えたアレイ導波路回折格子型光分散補償器であって、前記レンズ型空間位相変調器は、前記コアとクラッドを貫通した溝に透明樹脂を充填することにより設けられ、レンズの光軸を対称軸として対称に折れ曲がっていることを特徴とするアレイ導波路回折格子型光分散補償器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信ネットワークノードにおける分散補償回路に適用して有効なアレイ導波路回折格子型光分散補償器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の反射型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）型光分散補償器の構造を図５に示す。図５に示すように、従来のＡＷＧ型光分散補償器は、石英またはシリコンからなる基板５１４上に、石英からなるクラッド５１２、コア５１３が積層されて構成される。コア５１３は、３種類のＡＷＧで構成することができる。ここでは、必要に応じて一つのスラブ導波路を便宜的に２つの部分に分けて説明しており、ＡＷＧ１からＡＷＧ３のそれぞれにおける第１、第２のスラブ導波路をｉＡ、ｉＢと示している（ｉ＝１、２、３）。
【０００３】
ＡＷＧ１は、入力導波路５０１（ａ）と、出力導波路５０１（ｂ）と、スラブ導波路１Ａ（５０２）と、第１アレイ導波路５０３と、スラブ導波路１Ｂ（５０４）とを備えた構成とされる。スラブ導波路１Ｂ（５０４）の終端部の内部には空間位相変調器５０５が設置される。また、第１アレイ導波路５０３は、導波路間の光路差がΔＬ1となる長さに設定されている。
【０００４】
ＡＷＧ２は、ＡＷＧ１の後段に配置され、任意の数だけ設けることができる。図示の例では１つだけ配置した場合を例に挙げて説明している。ＡＷＧ２の個数をｎで表すと、ｎ＝０でもよい。すなわち、ＡＷＧ２は完全に省いてもよい。ＡＷＧ２は、スラブ導波路２Ａ（５０６）と、第ｋ＋１アレイ導波路５０７と、スラブ導波路２Ｂ（５０８）と、スラブ導波路２Ｂ（５０８）の内部に設置された空間位相変調器５０５とを有している。なお、ｋはＡＷＧ２の個数に応じた１からｎまでの整数である。また、第ｋ＋１アレイ導波路５０７は、導波路間の光路差がΔＬ1の２倍であるΔＬ2となる長さに設定されている。すなわち、第ｋ＋１アレイ導波路５０７の回折次数は、第１アレイ導波路５０３の２倍となるように設定されている。
【０００５】
ＡＷＧ３は、ＡＷＧ２の後段に接続される。ただしｎ＝０のときは、ＡＷＧ１の後段にＡＷＧ２を介さずＡＷＧ３が接続される。ＡＷＧ３は、スラブ導波路５０９と、第ｎ＋２アレイ導波路５１０と、反射ミラー５１１とを有している。ＡＷＧ３は、反射型ＡＷＧであり、同一のスラブ導波路５０９がスラブ導波路３Ａ、３Ｂとして機能する。第ｎ＋２アレイ導波路５１０は、導波路間の光路差がΔＬ2／２となる長さに設定されている。すなわち、第ｎ＋２アレイ導波路５１０を往復したときに第ｋ＋１アレイ導波路５０７と同じ長さとなるように設定されている。
【０００６】
図５の光分散補償器の動作を簡単に説明すれば以下の通りである。光パルスはまずＡＷＧ１により、スラブ導波路１Ｂ（５０４）の終端付近に空間的に周波数展開される。各周波数成分の波面は空間位相変調器５０５により傾けられ、伝播方向が制御される。次に各周波数成分は、ＡＷＧ２を通過するが、ＡＷＧ２はＡＷＧ１の２倍の回折次数を持つ、すなわち２倍の光路長差を持つ。したがって、ＡＷＧ２のアレイ導波路のちょうど中間地点においてはＡＷＧ１で分光された光が合波されている。すなわち各波長成分の波面の向きが一致している。そして、アレイ導波路の後半部分で再びΔＬ１の光路長差によって波長ごとに波面が制御される。したがって、各波長成分は、スラブ導波路２Ｂ（５０８）の終端付近に再び空間的に展開される。ここでも各スペクトル成分は５０５によって位相変調を受ける。これをＡＷＧ２の段数分繰り返し、次に光はＡＷＧ３を通過する。ＡＷＧ３は、反射によって伝播方向を逆転させ、往路と同じ位置に光を集光する。その後光はＡＷＧ２を逆方向へ伝播し、最後にＡＷＧ１を通過する。ＡＷＧ１はすべてのスペクトル成分を単一の出力導波路へ出力する回折特性を持ち、各成分は合波され、最終的に分散が補償された光パルスが出力導波路５０１（ｂ）から得られる。分散値は、空間位相変調器５０５による光ビームの方向制御によって決定する。
図６は、図５とは別の構成の従来例である。これは、図５の構成において、アレイ導波路の中間に反射面を位置させる構成に代えて、スラブ導波路の中間に反射面を位置させたものである。言い換えると、ＡＷＧ２の終端部分に反射ミラーがあり、ＡＷＧ３は存在しない構成である。動作原理は図５のものと同じである。
【０００７】
図５、図６に示された光分散補償器は、非特許文献１で提案されたものである。また、非特許文献２は、図５においてｎ＝０とした構成の光分散補償器の従来例である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｃ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒ，Ｓ．Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋｈａｒ，Ｍ．Ａ．Ｃａｐｐｕｚｚｏ，Ａ．Ｗｏｎｇ−Ｆｏｙ，Ｅ．Ｙ．Ｃｈｅｎ，ａｎｄＬ．Ｔ．Ｇｏｍｅｚ，“Ｆｏｕｒ−Ｓｔａｇｅ Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ−Ｔｙｐｅ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ Ｗｉｔｈ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｋｎｏｂ Ｃｏｎｔｒｏｌ，”ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１７，ｎｏ．１２，Ｄｅｃ．２００５．
【非特許文献２】Ｙ．Ｉｋｕｍａ，Ｔ．Ｍｉｚｕｎｏ，Ｈ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，ａｎｄ Ｈ．Ｔｓｕｄａ，“Ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ−Ｆｒｅｅ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ−Ｔｙｐｅ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ Ｃａｓｃａｄｅｄ Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇｓ，”Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ２０１０，Ｗｅ．８．Ｅ．７，Ｔｏｒｉｎｏ，Ｉｔａｌｙ，Ｓｅｐ．２２ｎｄ，２０１０．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
空間位相変調器５０５は、コアを貫き下部クラッドに達するよう掘られたレンズ型の溝に透明樹脂を充填して作成される。厚いレンズを用いると放射損失が大きくなるため、これを避ける目的でレンズは分割され、薄いレンズが複数枚用いられる。この構造を図７に示す。この従来型のレンズ形状では、レンズ表面が手前にあるアレイ導波路の開口に対向しているため、レンズ表面で反射した光がアレイ導波路に結合し、主たる出力光と干渉し、群遅延リップルや透過率リップルを増大させるという問題があった。
【００１０】
そこで本発明では、上記問題に鑑み、レンズ面をレンズ光軸を対称軸として対称に角度をつけて折り曲げることによって、反射光が前段のアレイ導波路に結合することを防止することができることを見出し本発明に至った。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、一端がスラブ導波路であり他端がアレイ導波路となるように、複数のスラブ導波路と複数のアレイ導波路とが交互に縦続接続され、前記一端のスラブ導波路に入力導波路および出力導波路が接続されると共に前記他端のアレイ導波路に反射器が接続され、前記一端のスラブ導波路以外のスラブ導波路の内部にレンズ型空間位相変調器が配置された前記コアと、前記コアの上下に積層されたクラッドとを備えたアレイ導波路回折格子型光分散補償器であって、前記レンズ型空間位相変調器は、前記コアとクラッドを貫通した溝に透明樹脂を充填することにより設けられ、レンズの光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がっていることを特徴とするアレイ導波路回折格子型光分散補償器である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、両端がスラブ導波路となるように、複数のスラブ導波路と複数のアレイ導波路とが交互に縦続接続され、一端のスラブ導波路に入力導波路および出力導波路が接続されると共に前記他端のスラブ導波路に反射器が接続され、前記一端のスラブ導波路以外のスラブ導波路の内部にレンズ型空間位相変調器が配置された前記コアと、前記コアの上下に積層されたクラッドとを備えたアレイ導波路回折格子型光分散補償器であって、前記レンズ型空間位相変調器は、前記コアとクラッドを貫通した溝に透明樹脂を充填することにより設けられ、レンズの光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がっていることを特徴とするアレイ導波路回折格子型光分散補償器である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、従来型構成に比べ、透過帯域形状を歪めることなく、出力導波路に結合する不要な反射光が低減されるため、群遅延リップル、透過率リップルが少ないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態の反射型ＡＷＧ型光分散補償器の構造を示す図である。
【図２】図１の光分散補償器における空間位相変調器１０５のレンズ配置図である。
【図３】レンズに向かって伝播する光の状態を示す図である。
【図４】第２の実施形態の反射型ＡＷＧ型光分散補償器の構造を示す図である。
【図５】従来の反射型ＡＷＧ型光分散補償器の構造の一例を示す図である。
【図６】従来の反射型ＡＷＧ型光分散補償器の構造の他の一例を示す図である。
【図７】従来の光分散補償器における空間位相変調器のレンズ配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態の反射型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）型光分散補償器の構造を示す図である。図１（ａ）はコア部分を構成する導波路の配置を示す図であり、図１（ｂ）は光分散補償器における各層の配置を示す図である。図１（ｂ）に示すように、本実施形態のＡＷＧ型光分散補償器は、石英またはシリコンからなる基板１１４上に、石英からなるクラッド１１２、コア１１３が積層されて構成される。コア１１３は、図１（ａ）に示すように、３種類のＡＷＧで構成することができる。ここでは、必要に応じて一つのスラブ導波路を便宜的に２つの部分に分けて説明しており、ＡＷＧ１からＡＷＧ３のそれぞれにおける第１、第２のスラブ導波路をｉＡ、ｉＢと示している（ｉ＝１、２、３）。
【００１７】
ＡＷＧ１は、入力導波路１０１（ａ）と、出力導波路１０１（ｂ）と、スラブ導波路１Ａ（１０２）と、第１アレイ導波路１０３と、スラブ導波路１Ｂ（１０４）とを備えた構成とされる。スラブ導波路１Ｂ（１０４）の終端部の内部には空間位相変調器１０５が設置される。空間位相変調器１０５は、図１（ｂ）に示すように、上部側のクラッド１１２からコア１１３を貫き、下部側のクラッド１１２に達するよう掘られたレンズ型の溝に透明樹脂を充填して作成される。空間位相変調器１０５の溝は、基板１１４まで達するように掘られてもよい。また、第１アレイ導波路１０３は、導波路間の光路差がΔＬ1となる長さに設定されている。
【００１８】
ＡＷＧ２は、ＡＷＧ１の後段に配置され、任意の数だけ設けることができる。図示の例では１つだけ配置した場合を例に挙げて説明している。ＡＷＧ２の個数をｎで表すと、ｎ＝０でもよい。すなわち、ＡＷＧ２は完全に省いてもよい。図１において、ＡＷＧ２は個数可変であることを示すために破線で囲んで示してある。ＡＷＧ２は、スラブ導波路２Ａ（１０６）と、第ｋ＋１アレイ導波路１０７と、スラブ導波路２Ｂ（１０８）と、スラブ導波路２Ｂ（１０８）の内部に設置された空間位相変調器１０５とを備えた構成とされる。なお、ｋはＡＷＧ２の個数に応じた１からｎまでの整数である。また、第ｋ＋１アレイ導波路１０７は、導波路間の光路差がΔＬ1の２倍であるΔＬ2となる長さに設定されている。すなわち、第ｋ＋１アレイ導波路１０７の回折次数は、第１アレイ導波路１０３の２倍となるように設定されている。
【００１９】
ＡＷＧ３は、ＡＷＧ２の後段に接続される。ただしｎ＝０のときは、ＡＷＧ１の後段にＡＷＧ２を介さずＡＷＧ３が接続される。ＡＷＧ３は、スラブ導波路１０９と、第ｎ＋２アレイ導波路１１０と、反射ミラー１１１とを備えた構成とされる。ＡＷＧ３は、反射型ＡＷＧであり、同一のスラブ導波路１０９がスラブ導波路３Ａ、３Ｂとして機能する。第ｎ＋２アレイ導波路１１０は、導波路間の光路差がΔＬ2／２となる長さに設定されている。すなわち、第ｎ＋２アレイ導波路１１０を往復したときに第ｋ＋１アレイ導波路１０７と同じ長さとなるように設定されている。
【００２０】
図１に示す構成の光分散補償器において、分散補償動作の基本原理は従来例と同様である。図１に示す本実施形態の光分散補償器では、空間位相変調器１０５のレンズ形状が従来の光分散補償器とは異なり、レンズ（透明樹脂）の光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がった形状になっている点に特徴がある。図２に、空間位相変調器１０５のレンズ配置図を示す。ここに示されるように、空間位相変調器１０５のレンズ形状は、スラブ導波路１０４、１０８の平面視において、レンズの中心軸（光軸）Ｌに対して垂直に交差する方向に対して角度θ１〜θｎで、光軸に対して対称に折れ曲がっている。２次の分散補償を行うためには、中心波長を中心として２次の位相シフトが必要であるから、折り曲げる前のレンズの表面形状は２次関数である。その２次関数の頂点を通る１次関数を加算することで面を傾けることができる。レンズの中心軸を境に、その１次関数の符号を逆転させることで、折れ曲がった表面形状を設定する。この構成により、レンズと導波路コアの界面から反射する光がアレイ導波路に結合することを回避できる。また、レンズの光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がった形状とすることで、レンズの幅方向において各部を通る光の透過率が光軸に対して対称となる。これによって、チャネル内透過帯域における中心波長の周りの対称性を保持することができる。
【００２１】
図３はレンズに向かって伝播する光がどのように反射するかを示した光線伝播の状態を示す図である。なお、反射はレンズのすべての面で起こるが、見やすくするために図３では８枚目のレンズの裏面から反射する光線のみを示している。図３（ａ）は図８で示される従来型の通常のレンズの場合であり、図３（ｂ）は図２で示される折れ曲がりレンズの場合である。
【００２２】
図３に示されるように、アレイ導波路（図の下方）に分布した光がスラブ導波路内に配置されたレンズ（空間位相変調器１０５）付近に集光するように伝搬して、レンズ表面で反射する。破線はビームの中心を、実線はビームの周辺部を示す。図３に示す例では、レンズ枚数は８、角度θ1〜θ8は全て２５度としている。従来型の通常のレンズでは、図３（ａ）に示すように、屈折率界面から反射してきた光が手前のアレイ導波路に戻っていることがわかる。これに対し、折れ曲がりレンズでは、図３（ｂ）に示すように反射光は左右に放射しており、アレイ導波路（図３の横軸における±５０の部分）に戻らないことがわかる。
【００２３】
要求される傾き角度はレンズの枚数やその曲率によって異なり、設計の都度、全ての界面からの反射光がアレイ導波路に戻らないかどうか光線追跡法などの方法でチェックする必要がある。また、レンズの傾き角度は全てのレンズについて等しい必要は無く、反射光がアレイ導波路に戻らない限りどのような角度に設定しても構わない。
【００２４】
以上の実施形態の光分散補償器によれば、透過帯域形状を歪めることなく、不要な反射光が出力導波路に結合しなくなるため、この反射光の干渉によって発生する群遅延リップルや透過率リップルが減少し、より高品質に信号を復元することができるようになる。
【００２５】
以上の実施形態では、チップ右端に設けられた反射ミラーで折り返す構成の反射型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）型光分散補償器を例に挙げて説明したが、図１の反射ミラーを削除し、チップ右端を対称軸として対称な回路レイアウトを有する透過型でも、２倍の回路面積を必要とするが、レンズ形状の工夫により得られる本発明の概念は適用可能である。
【００２６】
［実施の形態２］
次に第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態の光分散補償器を示す図である。図１が図５の従来例に対応する回路構成であるのと同様に、本実施形態の光分散補償器は図６で示される従来例に対応した回路構成を有している。図４の光分散補償器は、図１の光分散補償器において、アレイ導波路１１０の中間に反射面１１１を位置させる構成に代えて、スラブ導波路１０８、１０９の中間に反射面１１１を位置させたものである。言い換えると、ＡＷＧ２の終端部分に反射ミラー１１１があり、ＡＷＧ３は存在しない構成である。ＡＷＧ２の個数ｎが０以上の任意の個数であるのは第１の実施形態と同じである。もしｎ＝０で、ＡＷＧ２が存在しない場合、反射ミラー１１１はＡＷＧ１の終端に設置される構成となる。
【００２７】
本実施形態の光分散補償器においても、第１の実施形態と同様に、空間位相変調器１０５として、表面は曲率を有するかもしれないが、レンズの光軸の周囲に真っ直ぐ広がった従来のレンズに代えて、レンズの光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がった形状のレンズを用いる点に特徴がある。
【００２８】
本実施形態の光分散補償器によれば、空間位相変調器１０５としてレンズの光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がった形状のレンズを用いることで、不要な反射光が出力導波路に結合しなくなるため、この反射光の干渉によって発生する群遅延リップルや透過率リップルが減少し、より高品質に信号を復元することが可能となる。
【００２９】
第１の実施形態の光分散補償器が偶数個のＡＷＧで構成したい場合に適用されるのに対し、この実施形態の光分散補償器は、奇数個のＡＷＧで構成したい場合に好適に適用できる。
【００３０】
また、第１の実施形態と同様に、図５の反射ミラーを削除し、チップ右端を対称軸として対称な回路レイアウトを有する透過型でも、２倍の回路面積を必要とするが、レンズ形状の工夫により得られる本発明の概念は適用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１０１（ａ） 入力導波路
１０１（ｂ） 出力導波路
１０２ ＡＷＧ１の第１のスラブ導波路
１０３ 第１アレイ導波路
１０４ ＡＷＧ１の第２のスラブ導波路
１０５ 折れ曲がりレンズ型位相変調器
１０６ ＡＷＧ２の第１のスラブ導波路
１０７ 第ｋ＋１番目のアレイ導波路
１０８ ＡＷＧ２の第２のスラブ導波路
１０９ ＡＷＧ３の第１・第２のスラブ導波路
１１０ 第ｎ＋２番目のアレイ導波路
１１１ 反射ミラー
１１２ クラッド
１１３ コア
１１４ 基板
５０１（ａ） 入力導波路
５０１（ｂ） 出力導波路
５０２ ＡＷＧ１の第１のスラブ導波路
５０３ 第１アレイ導波路
５０４ ＡＷＧ１の第２のスラブ導波路
５０５ 非折れ曲がりレンズ型位相変調器
５０６ ＡＷＧ２の第１のスラブ導波路
５０７ 第ｋ＋１番目のアレイ導波路
５０８ ＡＷＧ２の第２のスラブ導波路
５０９ ＡＷＧ３の第１・第２のスラブ導波路
５１０ 第ｎ＋２番目のアレイ導波路
５１１ 反射ミラー
５１２ クラッド
５１３ コア
５１４ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信ネットワークノードにおける分散補償回路に適用して有効なアレイ導波路回折格子型光分散補償器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の反射型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）型光分散補償器の構造を図５に示す。図５に示すように、従来のＡＷＧ型光分散補償器は、石英またはシリコンからなる基板５１４上に、石英からなるクラッド５１２、コア５１３が積層されて構成される。コア５１３は、３種類のＡＷＧで構成することができる。ここでは、必要に応じて一つのスラブ導波路を便宜的に２つの部分に分けて説明しており、ＡＷＧ１からＡＷＧ３のそれぞれにおける第１、第２のスラブ導波路をｉＡ、ｉＢと示している（ｉ＝１、２、３）。
【０００３】
ＡＷＧ１は、入力導波路５０１（ａ）と、出力導波路５０１（ｂ）と、スラブ導波路１Ａ（５０２）と、第１アレイ導波路５０３と、スラブ導波路１Ｂ（５０４）とを備えた構成とされる。スラブ導波路１Ｂ（５０４）の終端部の内部には空間位相変調器５０５が設置される。また、第１アレイ導波路５０３は、導波路間の光路差がΔＬ1となる長さに設定されている。
【０００４】
ＡＷＧ２は、ＡＷＧ１の後段に配置され、任意の数だけ設けることができる。図示の例では１つだけ配置した場合を例に挙げて説明している。ＡＷＧ２の個数をｎで表すと、ｎ＝０でもよい。すなわち、ＡＷＧ２は完全に省いてもよい。ＡＷＧ２は、スラブ導波路２Ａ（５０６）と、第ｋ＋１アレイ導波路５０７と、スラブ導波路２Ｂ（５０８）と、スラブ導波路２Ｂ（５０８）の内部に設置された空間位相変調器５０５とを有している。なお、ｋはＡＷＧ２の個数に応じた１からｎまでの整数である。また、第ｋ＋１アレイ導波路５０７は、導波路間の光路差がΔＬ1の２倍であるΔＬ2となる長さに設定されている。すなわち、第ｋ＋１アレイ導波路５０７の回折次数は、第１アレイ導波路５０３の２倍となるように設定されている。
【０００５】
ＡＷＧ３は、ＡＷＧ２の後段に接続される。ただしｎ＝０のときは、ＡＷＧ１の後段にＡＷＧ２を介さずＡＷＧ３が接続される。ＡＷＧ３は、スラブ導波路５０９と、第ｎ＋２アレイ導波路５１０と、反射ミラー５１１とを有している。ＡＷＧ３は、反射型ＡＷＧであり、同一のスラブ導波路５０９がスラブ導波路３Ａ、３Ｂとして機能する。第ｎ＋２アレイ導波路５１０は、導波路間の光路差がΔＬ2／２となる長さに設定されている。すなわち、第ｎ＋２アレイ導波路５１０を往復したときに第ｋ＋１アレイ導波路５０７と同じ長さとなるように設定されている。
【０００６】
図５の光分散補償器の動作を簡単に説明すれば以下の通りである。光パルスはまずＡＷＧ１により、スラブ導波路１Ｂ（５０４）の終端付近に空間的に周波数展開される。各周波数成分の波面は空間位相変調器５０５により傾けられ、伝播方向が制御される。次に各周波数成分は、ＡＷＧ２を通過するが、ＡＷＧ２はＡＷＧ１の２倍の回折次数を持つ、すなわち２倍の光路長差を持つ。したがって、ＡＷＧ２のアレイ導波路のちょうど中間地点においてはＡＷＧ１で分光された光が合波されている。すなわち各波長成分の波面の向きが一致している。そして、アレイ導波路の後半部分で再びΔＬ１の光路長差によって波長ごとに波面が制御される。したがって、各波長成分は、スラブ導波路２Ｂ（５０８）の終端付近に再び空間的に展開される。ここでも各スペクトル成分は５０５によって位相変調を受ける。これをＡＷＧ２の段数分繰り返し、次に光はＡＷＧ３を通過する。ＡＷＧ３は、反射によって伝播方向を逆転させ、往路と同じ位置に光を集光する。その後光はＡＷＧ２を逆方向へ伝播し、最後にＡＷＧ１を通過する。ＡＷＧ１はすべてのスペクトル成分を単一の出力導波路へ出力する回折特性を持ち、各成分は合波され、最終的に分散が補償された光パルスが出力導波路５０１（ｂ）から得られる。分散値は、空間位相変調器５０５による光ビームの方向制御によって決定する。
図６は、図５とは別の構成の従来例である。これは、図５の構成において、アレイ導波路の中間に反射面を位置させる構成に代えて、スラブ導波路の中間に反射面を位置させたものである。言い換えると、ＡＷＧ２の終端部分に反射ミラーがあり、ＡＷＧ３は存在しない構成である。動作原理は図５のものと同じである。
【０００７】
図５、図６に示された光分散補償器は、非特許文献１で提案されたものである。また、非特許文献２は、図５においてｎ＝０とした構成の光分散補償器の従来例である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｃ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒ，Ｓ．Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋｈａｒ，Ｍ．Ａ．Ｃａｐｐｕｚｚｏ，Ａ．Ｗｏｎｇ−Ｆｏｙ，Ｅ．Ｙ．Ｃｈｅｎ，ａｎｄＬ．Ｔ．Ｇｏｍｅｚ，“Ｆｏｕｒ−Ｓｔａｇｅ Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ−Ｔｙｐｅ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ Ｗｉｔｈ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｋｎｏｂ Ｃｏｎｔｒｏｌ，”ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１７，ｎｏ．１２，Ｄｅｃ．２００５．
【非特許文献２】Ｙ．Ｉｋｕｍａ，Ｔ．Ｍｉｚｕｎｏ，Ｈ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ，ａｎｄ Ｈ．Ｔｓｕｄａ，“Ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ−Ｆｒｅｅ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ−Ｔｙｐｅ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ Ｃａｓｃａｄｅｄ Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇｓ，”Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ２０１０，Ｗｅ．８．Ｅ．７，Ｔｏｒｉｎｏ，Ｉｔａｌｙ，Ｓｅｐ．２２ｎｄ，２０１０．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
空間位相変調器５０５は、コアを貫き下部クラッドに達するよう掘られたレンズ型の溝に透明樹脂を充填して作成される。厚いレンズを用いると放射損失が大きくなるため、これを避ける目的でレンズは分割され、薄いレンズが複数枚用いられる。この構造を図７に示す。この従来型のレンズ形状では、レンズ表面が手前にあるアレイ導波路の開口に対向しているため、レンズ表面で反射した光がアレイ導波路に結合し、主たる出力光と干渉し、群遅延リップルや透過率リップルを増大させるという問題があった。
【００１０】
そこで本発明では、上記問題に鑑み、レンズ面をレンズ光軸を対称軸として対称に角度をつけて折り曲げることによって、反射光が前段のアレイ導波路に結合することを防止することができることを見出し本発明に至った。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、一端がスラブ導波路であり他端がアレイ導波路となるように、複数のスラブ導波路と複数のアレイ導波路とが交互に縦続接続され、前記一端のスラブ導波路に入力導波路および出力導波路が接続されると共に前記他端のアレイ導波路に反射器が接続され、前記一端のスラブ導波路以外のスラブ導波路の内部にレンズ型空間位相変調器が配置された前記コアと、前記コアの上下に積層されたクラッドとを備えたアレイ導波路回折格子型光分散補償器であって、前記レンズ型空間位相変調器は、前記コアとクラッドを貫通した溝に透明樹脂を充填することにより設けられ、レンズの光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がっていることを特徴とするアレイ導波路回折格子型光分散補償器である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、両端がスラブ導波路となるように、複数のスラブ導波路と複数のアレイ導波路とが交互に縦続接続され、一端のスラブ導波路に入力導波路および出力導波路が接続されると共に前記他端のスラブ導波路に反射器が接続され、前記一端のスラブ導波路以外のスラブ導波路の内部にレンズ型空間位相変調器が配置された前記コアと、前記コアの上下に積層されたクラッドとを備えたアレイ導波路回折格子型光分散補償器であって、前記レンズ型空間位相変調器は、前記コアとクラッドを貫通した溝に透明樹脂を充填することにより設けられ、レンズの光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がっていることを特徴とするアレイ導波路回折格子型光分散補償器である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、従来型構成に比べ、透過帯域形状を歪めることなく、出力導波路に結合する不要な反射光が低減されるため、群遅延リップル、透過率リップルが少ないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態の反射型ＡＷＧ型光分散補償器の構造を示す図である。
【図２】図１の光分散補償器における空間位相変調器１０５のレンズ配置図である。
【図３】レンズに向かって伝播する光の状態を示す図である。
【図４】第２の実施形態の反射型ＡＷＧ型光分散補償器の構造を示す図である。
【図５】従来の反射型ＡＷＧ型光分散補償器の構造の一例を示す図である。
【図６】従来の反射型ＡＷＧ型光分散補償器の構造の他の一例を示す図である。
【図７】従来の光分散補償器における空間位相変調器のレンズ配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態の反射型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）型光分散補償器の構造を示す図である。図１（ａ）はコア部分を構成する導波路の配置を示す図であり、図１（ｂ）は光分散補償器における各層の配置を示す図である。図１（ｂ）に示すように、本実施形態のＡＷＧ型光分散補償器は、石英またはシリコンからなる基板１１４上に、石英からなるクラッド１１２、コア１１３が積層されて構成される。コア１１３は、図１（ａ）に示すように、３種類のＡＷＧで構成することができる。ここでは、必要に応じて一つのスラブ導波路を便宜的に２つの部分に分けて説明しており、ＡＷＧ１からＡＷＧ３のそれぞれにおける第１、第２のスラブ導波路をｉＡ、ｉＢと示している（ｉ＝１、２、３）。
【００１７】
ＡＷＧ１は、入力導波路１０１（ａ）と、出力導波路１０１（ｂ）と、スラブ導波路１Ａ（１０２）と、第１アレイ導波路１０３と、スラブ導波路１Ｂ（１０４）とを備えた構成とされる。スラブ導波路１Ｂ（１０４）の終端部の内部には空間位相変調器１０５が設置される。空間位相変調器１０５は、図１（ｂ）に示すように、上部側のクラッド１１２からコア１１３を貫き、下部側のクラッド１１２に達するよう掘られたレンズ型の溝に透明樹脂を充填して作成される。空間位相変調器１０５の溝は、基板１１４まで達するように掘られてもよい。また、第１アレイ導波路１０３は、導波路間の光路差がΔＬ1となる長さに設定されている。
【００１８】
ＡＷＧ２は、ＡＷＧ１の後段に配置され、任意の数だけ設けることができる。図示の例では１つだけ配置した場合を例に挙げて説明している。ＡＷＧ２の個数をｎで表すと、ｎ＝０でもよい。すなわち、ＡＷＧ２は完全に省いてもよい。図１において、ＡＷＧ２は個数可変であることを示すために破線で囲んで示してある。ＡＷＧ２は、スラブ導波路２Ａ（１０６）と、第ｋ＋１アレイ導波路１０７と、スラブ導波路２Ｂ（１０８）と、スラブ導波路２Ｂ（１０８）の内部に設置された空間位相変調器１０５とを備えた構成とされる。なお、ｋはＡＷＧ２の個数に応じた１からｎまでの整数である。また、第ｋ＋１アレイ導波路１０７は、導波路間の光路差がΔＬ1の２倍であるΔＬ2となる長さに設定されている。すなわち、第ｋ＋１アレイ導波路１０７の回折次数は、第１アレイ導波路１０３の２倍となるように設定されている。
【００１９】
ＡＷＧ３は、ＡＷＧ２の後段に接続される。ただしｎ＝０のときは、ＡＷＧ１の後段にＡＷＧ２を介さずＡＷＧ３が接続される。ＡＷＧ３は、スラブ導波路１０９と、第ｎ＋２アレイ導波路１１０と、反射ミラー１１１とを備えた構成とされる。ＡＷＧ３は、反射型ＡＷＧであり、同一のスラブ導波路１０９がスラブ導波路３Ａ、３Ｂとして機能する。第ｎ＋２アレイ導波路１１０は、導波路間の光路差がΔＬ2／２となる長さに設定されている。すなわち、第ｎ＋２アレイ導波路１１０を往復したときに第ｋ＋１アレイ導波路１０７と同じ長さとなるように設定されている。
【００２０】
図１に示す構成の光分散補償器において、分散補償動作の基本原理は従来例と同様である。図１に示す本実施形態の光分散補償器では、空間位相変調器１０５のレンズ形状が従来の光分散補償器とは異なり、レンズ（透明樹脂）の光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がった形状になっている点に特徴がある。図２に、空間位相変調器１０５のレンズ配置図を示す。ここに示されるように、空間位相変調器１０５のレンズ形状は、スラブ導波路１０４、１０８の平面視において、レンズの中心軸（光軸）Ｌに対して垂直に交差する方向に対して角度θ１〜θｎで、光軸に対して対称に折れ曲がっている。２次の分散補償を行うためには、中心波長を中心として２次の位相シフトが必要であるから、折り曲げる前のレンズの表面形状は２次関数である。その２次関数の頂点を通る１次関数を加算することで面を傾けることができる。レンズの中心軸を境に、その１次関数の符号を逆転させることで、折れ曲がった表面形状を設定する。この構成により、レンズと導波路コアの界面から反射する光がアレイ導波路に結合することを回避できる。また、レンズの光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がった形状とすることで、レンズの幅方向において各部を通る光の透過率が光軸に対して対称となる。これによって、チャネル内透過帯域における中心波長の周りの対称性を保持することができる。
【００２１】
図３はレンズに向かって伝播する光がどのように反射するかを示した光線伝播の状態を示す図である。なお、反射はレンズのすべての面で起こるが、見やすくするために図３では８枚目のレンズの裏面から反射する光線のみを示している。図３（ａ）は図８で示される従来型の通常のレンズの場合であり、図３（ｂ）は図２で示される折れ曲がりレンズの場合である。
【００２２】
図３に示されるように、アレイ導波路（図の下方）に分布した光がスラブ導波路内に配置されたレンズ（空間位相変調器１０５）付近に集光するように伝搬して、レンズ表面で反射する。破線はビームの中心を、実線はビームの周辺部を示す。図３に示す例では、レンズ枚数は８、角度θ1〜θ8は全て２５度としている。従来型の通常のレンズでは、図３（ａ）に示すように、屈折率界面から反射してきた光が手前のアレイ導波路に戻っていることがわかる。これに対し、折れ曲がりレンズでは、図３（ｂ）に示すように反射光は左右に放射しており、アレイ導波路（図３の横軸における±５０の部分）に戻らないことがわかる。
【００２３】
要求される傾き角度はレンズの枚数やその曲率によって異なり、設計の都度、全ての界面からの反射光がアレイ導波路に戻らないかどうか光線追跡法などの方法でチェックする必要がある。また、レンズの傾き角度は全てのレンズについて等しい必要は無く、反射光がアレイ導波路に戻らない限りどのような角度に設定しても構わない。
【００２４】
以上の実施形態の光分散補償器によれば、透過帯域形状を歪めることなく、不要な反射光が出力導波路に結合しなくなるため、この反射光の干渉によって発生する群遅延リップルや透過率リップルが減少し、より高品質に信号を復元することができるようになる。
【００２５】
以上の実施形態では、チップ右端に設けられた反射ミラーで折り返す構成の反射型アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）型光分散補償器を例に挙げて説明したが、図１の反射ミラーを削除し、チップ右端を対称軸として対称な回路レイアウトを有する透過型でも、２倍の回路面積を必要とするが、レンズ形状の工夫により得られる本発明の概念は適用可能である。
【００２６】
［実施の形態２］
次に第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態の光分散補償器を示す図である。図１が図５の従来例に対応する回路構成であるのと同様に、本実施形態の光分散補償器は図６で示される従来例に対応した回路構成を有している。図４の光分散補償器は、図１の光分散補償器において、アレイ導波路１１０の中間に反射面１１１を位置させる構成に代えて、スラブ導波路１０８、１０９の中間に反射面１１１を位置させたものである。言い換えると、ＡＷＧ２の終端部分に反射ミラー１１１があり、ＡＷＧ３は存在しない構成である。ＡＷＧ２の個数ｎが０以上の任意の個数であるのは第１の実施形態と同じである。もしｎ＝０で、ＡＷＧ２が存在しない場合、反射ミラー１１１はＡＷＧ１の終端に設置される構成となる。
【００２７】
本実施形態の光分散補償器においても、第１の実施形態と同様に、空間位相変調器１０５として、表面は曲率を有するかもしれないが、レンズの光軸の周囲に真っ直ぐ広がった従来のレンズに代えて、レンズの光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がった形状のレンズを用いる点に特徴がある。
【００２８】
本実施形態の光分散補償器によれば、空間位相変調器１０５としてレンズの光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がった形状のレンズを用いることで、不要な反射光が出力導波路に結合しなくなるため、この反射光の干渉によって発生する群遅延リップルや透過率リップルが減少し、より高品質に信号を復元することが可能となる。
【００２９】
第１の実施形態の光分散補償器が偶数個のＡＷＧで構成したい場合に適用されるのに対し、この実施形態の光分散補償器は、奇数個のＡＷＧで構成したい場合に好適に適用できる。
【００３０】
また、第１の実施形態と同様に、図５の反射ミラーを削除し、チップ右端を対称軸として対称な回路レイアウトを有する透過型でも、２倍の回路面積を必要とするが、レンズ形状の工夫により得られる本発明の概念は適用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１０１（ａ） 入力導波路
１０１（ｂ） 出力導波路
１０２ ＡＷＧ１の第１のスラブ導波路
１０３ 第１アレイ導波路
１０４ ＡＷＧ１の第２のスラブ導波路
１０５ 折れ曲がりレンズ型位相変調器
１０６ ＡＷＧ２の第１のスラブ導波路
１０７ 第ｋ＋１番目のアレイ導波路
１０８ ＡＷＧ２の第２のスラブ導波路
１０９ ＡＷＧ３の第１・第２のスラブ導波路
１１０ 第ｎ＋２番目のアレイ導波路
１１１ 反射ミラー
１１２ クラッド
１１３ コア
１１４ 基板
５０１（ａ） 入力導波路
５０１（ｂ） 出力導波路
５０２ ＡＷＧ１の第１のスラブ導波路
５０３ 第１アレイ導波路
５０４ ＡＷＧ１の第２のスラブ導波路
５０５ 非折れ曲がりレンズ型位相変調器
５０６ ＡＷＧ２の第１のスラブ導波路
５０７ 第ｋ＋１番目のアレイ導波路
５０８ ＡＷＧ２の第２のスラブ導波路
５０９ ＡＷＧ３の第１・第２のスラブ導波路
５１０ 第ｎ＋２番目のアレイ導波路
５１１ 反射ミラー
５１２ クラッド
５１３ コア
５１４ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端がスラブ導波路であり他端がアレイ導波路となるように、複数のスラブ導波路と複数のアレイ導波路とが交互に縦続接続され、前記一端のスラブ導波路に入力導波路および出力導波路が接続されると共に前記他端のアレイ導波路に反射器が接続され、前記一端のスラブ導波路以外のスラブ導波路の内部にレンズ型空間位相変調器が配置された前記コアと、
前記コアの上下に積層されたクラッドとを備えたアレイ導波路回折格子型光分散補償器であって、
前記レンズ型空間位相変調器は、前記コアとクラッドを貫通した溝に透明樹脂を充填することにより設けられ、レンズの光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がっていることを特徴とするアレイ導波路回折格子型光分散補償器。
【請求項２】
両端がスラブ導波路となるように、複数のスラブ導波路と複数のアレイ導波路とが交互に縦続接続され、一端のスラブ導波路に入力導波路および出力導波路が接続されると共に前記他端のスラブ導波路に反射器が接続され、前記一端のスラブ導波路以外のスラブ導波路の内部にレンズ型空間位相変調器が配置された前記コアと、
前記コアの上下に積層されたクラッドとを備えたアレイ導波路回折格子型光分散補償器であって、
前記レンズ型空間位相変調器は、前記コアとクラッドを貫通した溝に透明樹脂を充填することにより設けられ、レンズの光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がっていることを特徴とするアレイ導波路回折格子型光分散補償器。
【請求項１】
一端がスラブ導波路であり他端がアレイ導波路となるように、複数のスラブ導波路と複数のアレイ導波路とが交互に縦続接続され、前記一端のスラブ導波路に入力導波路および出力導波路が接続されると共に前記他端のアレイ導波路に反射器が接続され、前記一端のスラブ導波路以外のスラブ導波路の内部にレンズ型空間位相変調器が配置された前記コアと、
前記コアの上下に積層されたクラッドとを備えたアレイ導波路回折格子型光分散補償器であって、
前記レンズ型空間位相変調器は、前記コアとクラッドを貫通した溝に透明樹脂を充填することにより設けられ、レンズの光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がっていることを特徴とするアレイ導波路回折格子型光分散補償器。
【請求項２】
両端がスラブ導波路となるように、複数のスラブ導波路と複数のアレイ導波路とが交互に縦続接続され、一端のスラブ導波路に入力導波路および出力導波路が接続されると共に前記他端のスラブ導波路に反射器が接続され、前記一端のスラブ導波路以外のスラブ導波路の内部にレンズ型空間位相変調器が配置された前記コアと、
前記コアの上下に積層されたクラッドとを備えたアレイ導波路回折格子型光分散補償器であって、
前記レンズ型空間位相変調器は、前記コアとクラッドを貫通した溝に透明樹脂を充填することにより設けられ、レンズの光軸を対称軸としてレンズの幅方向に対称な角度で折れ曲がっていることを特徴とするアレイ導波路回折格子型光分散補償器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−２９５４７（Ｐ２０１３−２９５４７Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６３５６９（Ｐ２０１１−１６３５６９）
【出願日】平成２３年７月２６日（２０１１．７．２６）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２６日（２０１１．７．２６）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（８９９００００７９）学校法人慶應義塾 (742)
【Ｆターム（参考）】
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