JP2004240215A - 光通信デバイスおよび光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】安価で小型化可能な光通信デバイスを提供する。
【解決手段】光通信デバイス１００は、第１回折格子１１０、第２回折格子１２０およびレンズＬ_０〜Ｌ_４を備えていて、光ファイバ１９１および１９２_１〜１９２_４とともに用いられる。光通信デバイス１００は光入出力のための５つのポートＰ_０〜Ｐ_４を有している。ポートＰ_０の位置に光ファイバ１９１の端面が位置し、ポートＰ_ｎの位置に光ファイバ１９２_ｎの端面が位置する（ｎは１以上４以下の任意の整数）。第１回折格子１１０および第２回折格子１２０それぞれは、透明基板の一方の面に形成された透過型の回折格子であって、規格化グレーティング周期が１．１以上１．７以下である。第１回折格子１１０および第２回折格子１２０それぞれは、一定周期Λで格子が形成されており、格子方向がｙ軸方向と平行である。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折格子を含む光通信デバイス、および、この光通信デバイスを含む光通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重（ＷＤＭ： Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光通信システムは、多波長の信号光を多重化して光ファイバ伝送路に伝搬させるものであり、大容量の情報を高速に伝送することができる。このような光通信システムでは、多波長の信号光を合波または分波するために光合分波器が用いられ、また、信号光の波長分散を補償するために分散調整器が用いられる。このような光通信システムにおいて用いられる光通信デバイス（光合分波器、分散調整器、等）として、回折格子を含むものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された光通信デバイスは、反射型の回折格子を用いた光合分波器であり、この回折格子により波長に応じた回折角で光を回折させることで、光を合波または分波するものである。この特許文献１に開示された光通信デバイスは、波長１．５５μｍ帯の１００ＧＨｚのチャンネル間隔に対して約９０００本／ｃｍの格子数を有する反射型の回折格子を用い、或いは、５０ＧＨｚのチャンネル間隔に対して約１１０００本／ｃｍの格子数を有する反射型の回折格子を用いている。
【０００４】
また、この特許文献１に開示された光通信デバイスは、光ファイバとの間で各波長の光を入出力するために、平面基板上に光導波路が形成された集積光学部品を用い、この集積光学部品により各波長の光の光路の間隔を調整している。さらに、この光通信デバイスは、このような反射型の回折格子を用いるとともに、偏波分離素子、偏波合成素子および１／２波長板をも用いて、回折格子に入射する光の偏光方位を一方位のみとすることで、偏波依存損失の低減を図っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１４７３０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に開示された従来の光通信デバイスに含まれる回折格子の規格化グレーティング周期は１以下である。なお、回折格子の周期をΛとし、回折すべき光の中心波長をλとすると、規格化グレーティング周期は Λ／λ で定義される。このように規格化グレーティング周期が小さい反射型の回折格子は、反射効率が低い。一方、反射型の回折格子の反射効率を高くするには、規格化グレーティング周期を大きくすればよい。
【０００７】
しかし、規格化グレーティング周期を大きくすると、回折格子から出力される光の拡がり角が狭くなるので、回折された各波長の光を光ファイバに入射させるには回折格子と光ファイバとの間の距離を長くするか、或いは、上述したような集積光学部品を使用せざるを得ない。集積光学部品を使用しない場合には光通信デバイスは大型のものとなり、集積光学部品を使用する場合には光通信デバイスは高価のものとなる。
【０００８】
また、この従来の光通信デバイスは、偏波依存損失を低減するために、偏波分離素子、偏波合成素子および１／２波長板をも含むので、この点でも、高価である。さらに、この従来の光通信デバイスは、構成部品の点数が多いことから、組み立てる際の調整や検査のための時間が長くなり、このことから、高価になり、また、信頼性が劣る。また、このような光通信デバイスを含む光通信システムも、高価となり、信頼性が劣るものとなる。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、安価で小型化可能な光通信デバイスおよび光通信システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光通信デバイスは、透明基板の一方の面が回折面とされており、当該基板側から回折面に所定波長域の光を入力し、この光を各波長に応じた回折角で回折面において回折して出力する透過型の第１回折格子を備え、この第１回折格子の規格化グレーティング周期が１．１以上１．７以下であることを特徴とする。本発明に係る光通信デバイスは、これに含まれる第１回折格子が透過型であって、この第１回折格子の基板側から回折面に光が入力し、この第１回折格子の規格化グレーティング周期が１．１以上１．７以下であることにより、回折効率が５０％以上であり、また、回折格子により回折された光の拡がり角が大きいので、安価で小型化可能である。なお、所定波長域とは、例えば光通信において用いられる信号光の波長域である。
【００１１】
また、本発明に係る光通信デバイスは、透明基板の一方の面が回折面とされており、第１回折格子より出力された上記所定波長域の光を入力し、この光を各波長に応じた回折角で回折面において回折して出力する透過型の第２回折格子を更に備えていて、第１回折格子および第２回折格子それぞれの回折面が互いに平行であり、第１回折格子および第２回折格子それぞれの格子方向が互いに平行であるのが好適である。また、第２回折格子が透明基板の基板側から回折面に光を入力し、第２回折格子の規格化グレーティング周期が１．１以上１．７以下であるのが好適である。そして、第１回折格子および第２回折格子それぞれの格子周期が互いに等しいのが好適であり、この場合には、第１回折格子により回折された光が第２回折格子により更に回折されて出力されることで、第２回折格子より出力される各波長の光が互いに平行となり、以降の光学系の配置が容易になる。或いは、第１回折格子および第２回折格子それぞれの格子周期が互いに異なり、第１回折格子から出力される光の拡がり角より、第２回折格子から出力される光の拡がり角の方が大きいのが好適であり、この場合には、第１回折格子により回折された光が第２回折格子により更に回折されることで、回折に因る光の拡がり角が更に大きくなるので、光通信デバイスは更に小型化可能である。
【００１２】
また、本発明に係る光通信デバイスは、上記所定波長域において第１回折格子の回折効率が７０％以上であるのが好適であり、さらに、上記所定波長域において第２回折格子の回折効率が７０％以上であるのが好適である。この場合には、回折効率が充分に大きいので、挿入損失が小さい。
【００１３】
また、本発明に係る光通信デバイスは、上記所定波長域において第１回折格子のＴＥモード光およびＴＭモード光それぞれに対する回折効率の差が１％以下であるのが好適であり、さらに、上記所定波長域において第２回折格子のＴＥモード光およびＴＭモード光それぞれに対する回折効率の差が１％以下であるのが好適である。この場合には、偏波分離素子、偏波合成素子および１／２波長板を用いるまでもなく、偏波依存損失が小さい。
【００１４】
また、本発明に係る光通信デバイスは、（Ｎ＋１）個のポートＰ_０〜Ｐ_Ｎ（ただし、Ｎは２以上の整数。）を有し、ポートＰ_０より入力した光を第１回折格子により各波長に応じた角度で回折させ、第１回折格子により回折された波長λ_ｎ（ただし、ｎは１以上Ｎ以下の各整数。）の光をポートＰ_ｎより出力するのが好適である。この場合には、ポートＰ_０より入力した光は、第１回折格子により各波長に応じた角度で回折されて、この回折された波長λ_ｎの光がポートＰ_ｎより出力される。すなわち、ポートＰ_０より入力した光は、この光通信デバイスによりＮ波に分波される。また、逆方向に光が進む場合には光は合波される。
【００１５】
また、本発明に係る光通信デバイスは、第１回折格子により回折された波長λ_ｎの光を第１回折格子へ向けて反射するミラーＭ_ｎ（ただし、Ｎは２以上の整数、ｎは１以上Ｎ以下の各整数。）を更に備え、第１回折格子が、ミラーＭ_１〜Ｍ_Ｎにより反射された波長λ_１〜λ_Ｎの光を入力し、これらを回折して入力時と同一光路上へ出力するのが好適である。この場合には、第１回折格子に入力した波長λ_ｎの光は、第１回折格子により回折され、ミラーＭ_ｎにより反射され、再び第１回折格子により回折されて、入力時と同一の光路上へ出力される。したがって、この光通信デバイスに入力して出力される波長λ_ｎの光は、ミラーＭ_ｎの位置に応じた群遅延時間を有することになるので、波長分散が調整される。
【００１６】
本発明に係る光通信システムは、上記の本発明に係る光通信デバイスを含み、多波長の信号光を多重化して伝送するとともに、この信号光を光通信デバイスにより処理することを特徴とする。この光通信システムは、上記の本発明に係る光通信デバイスが例えば光合波器、光分波器および分散調整器などとして用いられることにより、システム全体としても安価なものとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付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、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
（光通信デバイスの第１実施形態）
先ず、本発明に係る光通信デバイスの第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る光通信デバイス１００の構成図である。この図には、説明の便宜の為にｘｙｚ直交座標系が示されている。この図に示される光通信デバイス１００は、第１回折格子１１０、第２回折格子１２０およびレンズＬ_０〜Ｌ_４を備えていて、光ファイバ１９１および１９２_１〜１９２_４とともに用いられる。光通信デバイス１００は光入出力のための５つのポートＰ_０〜Ｐ_４を有している。ポートＰ_０の位置に光ファイバ１９１の端面が位置し、ポートＰ_ｎの位置に光ファイバ１９２_ｎの端面が位置する（ｎは１以上４以下の任意の整数。以下同様。）。
【００１９】
第１回折格子１１０および第２回折格子１２０それぞれは、透明基板の一方の面に形成された透過型の回折格子であって、規格化グレーティング周期が１．１以上１．７以下である。第１回折格子１１０は、一定周期Λで格子が形成された回折面１１１を有しており、その格子方向がｙ軸方向と平行である。同様に、第２回折格子１２０は、一定周期Λで格子が形成された回折面１２１を有しており、その格子方向がｙ軸方向と平行である。第１回折格子１１０の回折面１１１および第２回折格子１２０の回折面１２１それぞれは、ｘｙ平面と平行であり、互いに対向している。第１回折格子１１０の回折面１１１における格子方向と、第２回折格子１２０の回折面１２１における格子方向とは、互いに平行である。また、第１回折格子１１０および第２回折格子１２０それぞれの格子周期は互いに等しい。
【００２０】
光ファイバ１９１および１９２_ｎそれぞれの光軸は、その端面の近傍ではｚ軸方向と平行である。レンズＬ_０およびレンズＬ_ｎそれぞれの光軸もｚ軸方向と平行である。レンズＬ_０は、光ファイバ１９１の端面より出射した光を入力し、この光をコリメートして第１回折格子１１０へ向けて出力する。各レンズＬ_ｎは、第２回折格子１２０より到達した光を入力し、この光を集光して端面より光ファイバ１９２_ｎに入射させる。
【００２１】
この光通信デバイス１００は、４波長の光を合波または分波する光合分波器として用いられ得る。光通信デバイス１００は光分波器として以下のように動作する。光ファイバ１９１の端面より出射され光通信デバイス１００のポートＰ_０に入射した光は、レンズＬ_０によりコリメートされて、ｚ軸方向に平行に進み、透過型の第１回折格子１１０に入射する。第１回折格子１１０に入射した光は、回折面１１１に対して基板側より入射して、回折面１１１において波長に応じた回折角で回折され、続いて、透過型の第２回折格子１２０に入射する。第２回折格子１２０に入射した光は、回折面１２１に対して空気側より入射して、回折面１２１において波長に応じた回折角で再び回折される。なお、「基板側より入射」とは、基板内部より回折面に光が入射して、回折面より直接に基板外部へ回折光が出射される場合を言う。また、「空気側より入射」とは、基板外部より直接に回折面に光が入射して、回折面より基板内部へ回折光が出射される場合を言う。することを意味する。また、回折格子の周囲は、空気であってもよいが、他の気体や液体であってもよく、真空であってもよい。第１回折格子１１０の回折面１１１と第２回折格子１２０の回折面１２１とは、互いに平行で、互いに対面しており、格子方向が共にｙ軸方向に平行であり、格子周期Λが互いに等しい。このことから、第２回折格子１２０の回折面１２１により回折された各波長の光は、波長分離されてｚ軸方向に平行に進む。そして、波長λ_ｎの光は、レンズＬ_ｎにより集光されて、ポートＰ_ｎより出射され、端面より光ファイバ１９２_ｎに入射する。すなわち、光ファイバ１９１の端面より出射され光通信デバイス１００のポートＰ_０に入射した４波長λ_１〜λ_４の光は、光通信デバイス１００により分波されて、光通信デバイス１００のポートＰ_ｎより光ファイバ１９２_ｎへ波長λ_ｎの光が出射される。
【００２２】
また、光通信デバイス１００は光合波器として以下のように動作する。各光ファイバ１９２_ｎの端面より出射され光通信デバイス１００のポートＰ_ｎに入射した波長λ_ｎの光は、レンズＬ_ｎによりコリメートされて、ｚ軸方向に平行に進み、透過型の第２回折格子１２０に入射する。第２回折格子１２０に入射した光は、回折面１２１に対して基板側より入射して、回折面１２１において波長に応じた回折角で回折され、続いて、透過型の第１回折格子１１０に入射する。第１回折格子１１０に入射した光は、回折面１１１に対して空気側より入射して、回折面１１１において波長に応じた回折角で再び回折される。第１回折格子１１０の回折面１１１により回折された各波長λ_ｎの光は、合波されてｚ軸方向に平行に進む。そして、合波された光は、レンズＬ_０により集光されて、ポートＰ_０より出射され、端面より光ファイバ１９１に入射する。すなわち、各光ファイバ１９２_ｎの端面より出射され光通信デバイス１００のポートＰ_ｎに入射した波長λ_ｎの光は、光通信デバイス１００により合波されて、光通信デバイス１００のポートＰ_０より光ファイバ１９１へ出射される。
【００２３】
本実施形態に係る光通信デバイス１００に含まれる第１回折格子１１０および第２回折格子１２０それぞれは、透過型のものであって、規格化グレーティング周期が１．１以上１．７以下である。このことから、第１回折格子１１０および第２回折格子１２０それぞれは、回折効率が高く、回折による各波長の光の拡がり角が大きく、また、ＴＥモード光およびＴＭモード光それぞれに対する回折効率の差が小さい。なお、ＴＥモード光は、各回折格子に入射する光のうち偏波方位が格子方向（ｙ軸方向）に平行なものを言う。一方、ＴＭモード光は、各回折格子に入射する光のうち偏波方位が格子方向（ｙ軸方向）に垂直なものを言う。これらの点について以下に詳細に説明する。
【００２４】
図２は、透過型および反射型それぞれの回折格子の回折効率と規格化グレーティング周期との関係を示す図である。ここでは、透過型の回折格子は、屈折率１．５の透明基板の一方の面が回折面とされたものである。また、反射型の回折格子は、屈折率１．５の透明基板の一方の面が回折面とされていて、その回折面上に銀（Ａｇ），金（Ａｕ）およびアルミニウム（Ａｌ）の何れかの反射層が形成されたものである。そして、透過型および反射型それぞれの回折格子において、基板側より光が入射するものとした。図３は、透過型の回折格子の回折効率と規格化グレーティング周期との関係を示す図であり、図２に示された透過型の回折格子における関係の一部（規格化グレーティング周期が１〜２の範囲）を拡大して示すものである。図３の横軸には、光の波長を１５５０ｎｍとして、規格化グレーティング周期（Λ／λ）だけでなく、回折格子の実際の周期Λも示されている。図４は、回折格子により回折された光の拡がり角と規格化グレーティング周期との関係を示す図である。ここでは、ＴＥモード光が入射するものとして、回折格子に入射する光を波長１５５０ｎｍ付近の２波とし、この２波の波長間隔を０．４ｎｍとし、回折格子の回折面へ光が垂直に入射するものとして、このときの２波の光それぞれの回折角の差Δθを縦軸とした。
【００２５】
反射型の回折格子の場合は、図２に示されるように、規格化グレーティング周期が大きいほど回折効率が大きい。したがって、充分な回折効率（例えば８０％以上）を得るには、反射層がＡｌからなる場合に規格化グレーティング周期は４以上であることが必要である。しかし、図４に示されるように、このように規格化グレーティング周期が大きいと、回折格子により回折された光の拡がり角Δθが非常に小さいので、この回折格子を含む光通信デバイスは、従来の技術の欄で説明したとおり、大型のものとなり、或いは、小型化するには集積光学部品を用いる必要があることから高価なものとなる。
【００２６】
これに対して、透過型の回折格子の場合は、図２および図３に示されるように、規格化グレーティング周期が２以上の範囲では、規格化グレーティング周期が大きいほど回折効率が大きい関係に凡そある。しかし、規格化グレーティング周期が２未満の範囲において、回折効率の極大値が存在する。すなわち、規格化グレーティング周期が１．４付近で回折効率が極大であり、規格化グレーティング周期が１．３〜１．５の範囲で回折効率が８０％以上であり、規格化グレーティング周期が１．２〜１．５５の範囲で回折効率が７０％以上であり、規格化グレーティング周期が１．１５〜１．６５の範囲で回折効率が６０％以上であり、また、規格化グレーティング周期が１．１〜１．７の範囲で回折効率が５０％以上である。また、図４に示されるように、このように規格化グレーティング周期が小さい範囲では、回折格子により回折された光の拡がり角が大きい。例えば、規格化グレーティング周期が２以下（回折格子の周期Λが３．１以下）の範囲で、回折格子における回折光の拡がり角Δθは０．０１度以上であり、規格化グレーティング周期が１．３以下（回折格子の周期Λが２以下）の範囲で、回折格子における回折光の拡がり角Δθは０．０１８度以上である。したがって、このような規格化グレーティング周期が小さい透過型の回折格子を含む本実施形態の光通信デバイス１００は、小型化が可能であり、また、集積光学部品を用いる必要がないので安価なものとすることができる。
【００２７】
図５は、ＴＥモード光が入射したときの透過型の回折格子の回折効率と規格化グレーティング周期との関係を示す図である。図６は、ＴＭモード光が入射したときの透過型の回折格子の回折効率と規格化グレーティング周期との関係を示す図である。各図（ａ）は、光が回折格子の基板側から入射した場合を示し、各図（ｂ）は、光が空気側から回折格子へ入射した場合を示す。また、各図（ａ）および（ｂ）それぞれは、回折格子における凹凸のレベル数が２，４，８および１６それぞれの場合を示す。
【００２８】
これらの図に示されるように、ＴＥモード光およびＴＭモード光それぞれの回折効率の差は小さく１％以下であるのが好適である。また、規格化グレーティング周期が１．１〜１．７の範囲において、光が空気側から回折格子へ入射した場合（各図（ｂ））と比較して、光が回折格子の基板側から入射した場合（各図（ａ））の方が、回折効率が高い。したがって、図１に示される光通信デバイス１００が光分波器および光合波器の何れか一方のみとして用いられる場合には、光の進行方向に応じて、第１回折格子１１０の回折面１１１に対して基板側から光が入射するとともに、第２回折格子１２０の回折面１２１に対して基板側から光が入射するようにするのが、全体の回折効率を高くすることができる点で好適である。ただし、光通信デバイス１００が光分波器および光合波器の何れとしてでも用いられる場合には、上述したように、一方の回折格子の回折面に対しては基板側から光が入射し、他方の回折格子の回折面に対しては空気側から光が入射するのが、光分波および光合波それぞれの場合で回折効率を高くすることができる点で好適である。
【００２９】
（光通信デバイスの第２実施形態）
次に、本発明に係る光通信デバイスの第２実施形態について説明する。図７は、第２実施形態に係る光通信デバイス２００の構成図である。この図にも、説明の便宜の為にｘｙｚ直交座標系が示されている。この図に示される光通信デバイス２００は、第１回折格子２１０、第２回折格子２２０およびレンズＬ_０〜Ｌ_４を備えていて、光ファイバ２９１および２９２_１〜２９２_４とともに用いられる。光通信デバイス２００は光入出力のための５つのポートＰ_０〜Ｐ_４を有している。ポートＰ_０の位置に光ファイバ２９１の端面が位置し、ポートＰ_ｎの位置に光ファイバ２９２_ｎの端面が位置する（ｎは１以上４以下の任意の整数。以下同様。）。
【００３０】
第１回折格子２１０および第２回折格子２２０それぞれは、透明基板の一方の面に形成された透過型の回折格子であって、規格化グレーティング周期が１．１以上１．７以下である。第１回折格子２１０は、一定周期Λ_１で格子が形成された回折面２１１を有しており、その格子方向がｙ軸方向と平行である。同様に、第２回折格子２２０は、一定周期Λ_２で格子が形成された回折面２２１を有しており、その格子方向がｙ軸方向と平行である。第１回折格子２１０の回折面２１１および第２回折格子２２０の回折面２２１それぞれは、ｘｙ平面と平行であり、互いに対向している。第１回折格子２１０の回折面２１１における格子方向と、第２回折格子２２０の回折面２２１における格子方向とは、互いに平行である。第１回折格子２１０の格子周期Λ_１と第２回折格子２２０の格子周期Λ_２とは互いに異なる。
【００３１】
光ファイバ２９１の光軸は、その端面の近傍ではｚ軸方向と平行である。レンズＬ_０の光軸もｚ軸方向と平行である。しかし、各光ファイバ２９２_ｎの光軸は、その端面の近傍ではｚ軸方向と必ずしも平行では無い。また、各レンズＬ_ｎの光軸もｚ軸方向と必ずしも平行では無い。レンズＬ_０は、光ファイバ２９１の端面より出射した光を入力し、この光をコリメートして第１回折格子２１０へ向けて出力する。各レンズＬ_ｎは、第２回折格子２２０より到達した光を入力し、この光を集光して端面より光ファイバ２９２_ｎに入射させる。
【００３２】
この光通信デバイス２００は、４波長の光を合波または分波する光合分波器として用いられ得る。光通信デバイス２００は光分波器として以下のように動作する。光ファイバ２９１の端面より出射され光通信デバイス２００のポートＰ_０に入射した光は、レンズＬ_０によりコリメートされて、ｚ軸方向に平行に進み、透過型の第１回折格子２１０に入射する。第１回折格子２１０に入射した光は、回折面２１１において波長に応じた回折角で回折され、続いて、透過型の第２回折格子２２０に入射する。第２回折格子２２０に入射した光は、回折面２２１において波長に応じた回折角で再び回折される。第１回折格子２１０の回折面２１１と第２回折格子２２０の回折面２２１とは、互いに平行で、互いに対面しており、また、格子方向が共にｙ軸方向に平行である。しかし、第１回折格子２１０の格子周期Λ_１と第２回折格子２２０の格子周期Λ_２とが互いに異なり、第１回折格子２１０から出力される光の拡がり角より、第２回折格子２２０から出力される光の拡がり角の方が大きい。このことから、第２回折格子２２０の回折面２２１により回折された各波長の光は、波長分離されて、更に大きな拡がり角となって進む。そして、波長λ_ｎの光は、レンズＬ_ｎにより集光されて、ポートＰ_ｎより出射され、端面より光ファイバ２９２_ｎに入射する。すなわち、光ファイバ２９１の端面より出射され光通信デバイス２００のポートＰ_０に入射した４波長λ_１〜λ_４の光は、光通信デバイス２００により分波されて、光通信デバイス２００のポートＰ_ｎより光ファイバ２９２_ｎへ波長λ_ｎの光が出射される。
【００３３】
また、光通信デバイス２００は光合波器として以下のように動作する。各光ファイバ２９２_ｎの端面より出射され光通信デバイス２００のポートＰ_ｎに入射した波長λ_ｎの光は、レンズＬ_ｎによりコリメートされ、透過型の第２回折格子２２０に入射する。第２回折格子２２０に入射した光は、回折面２２１において波長に応じた回折角で回折され、続いて、透過型の第１回折格子２１０に入射する。第１回折格子２１０に入射した光は、回折面２１１において波長に応じた回折角で再び回折される。第１回折格子２１０の回折面２１１により回折された各波長λ_ｎの光は、合波されてｚ軸方向に平行に進む。そして、合波された光は、レンズＬ_０により集光されて、ポートＰ_０より出射され、端面より光ファイバ２９１に入射する。すなわち、各光ファイバ２９２_ｎの端面より出射され光通信デバイス２００のポートＰ_ｎに入射した波長λ_ｎの光は、光通信デバイス２００により合波されて、光通信デバイス２００のポートＰ_０より光ファイバ２９１へ出射される。
【００３４】
このように、第２実施形態に係る光通信デバイス２００は、第１実施形態に係る光通信デバイス１００と略同様に動作し、同様の効果を奏する。加えて、この光通信デバイス２００は、以下のような効果をも奏する。すなわち、第１回折格子２１０の格子周期Λ_１と第２回折格子２２０の格子周期Λ_２とが互いに異なり、この光通信デバイス２００が光分波器として用いられる場合には、第１回折格子２１０から出力される光の拡がり角より、第２回折格子２２０から出力される光の拡がり角の方が大きい。このことから、第２回折格子２２０の回折面２２１により回折された各波長の光は、波長分離されて、更に大きな拡がり角となって進む。したがって、第１実施形態の場合と比較して第２実施形態では、各レンズＬ_ｎおよび各光ファイバ２９２_ｎを第２回折格子２２０に更に近づけることが可能となり、或いは、第１回折格子２１０と第２回折格子２２０とを近づけることが可能となって、更に小型化が可能である。
【００３５】
本実施形態でも、光通信デバイス２００が光分波器および光合波器の何れか一方のみとして用いられる場合には、光の進行方向に応じて、第１回折格子２１０の回折面２１１に対して基板側から光が入射するとともに、第２回折格子２２０の回折面２２１に対して基板側から光が入射するようにするのが、全体の回折効率を高くすることができる点で好適である。ただし、光通信デバイス２００が光分波器および光合波器の何れとしてでも用いられる場合には、上述したように、一方の回折格子の回折面に対しては基板側から光が入射し、他方の回折格子の回折面に対しては空気側から光が入射するのが、光分波および光合波それぞれの場合で回折効率を高くすることができる点で好適である。
【００３６】
（光通信デバイスの第３実施形態）
次に、本発明に係る光通信デバイスの第３実施形態について説明する。図８は、第３実施形態に係る光通信デバイス３００の構成図である。この図にも、説明の便宜の為にｘｙｚ直交座標系が示されている。この図に示される光通信デバイス３００は、第１回折格子３１０、第２回折格子３２０、レンズＬおよびミラーＭ_１〜Ｍ_４を備えていて、光ファイバ３９０とともに用いられる。光通信デバイス３００は光入出力のための１つのポートＰを有している。ポートＰの位置に光ファイバ３９０の端面が位置する。
【００３７】
第１回折格子３１０および第２回折格子３２０それぞれは、透明基板の一方の面に形成された透過型の回折格子であって、規格化グレーティング周期が１．１以上１．７以下である。第１回折格子３１０は、一定周期Λで格子が形成された回折面３１１を有しており、その格子方向がｙ軸方向と平行である。同様に、第２回折格子３２０は、一定周期Λで格子が形成された回折面３２１を有しており、その格子方向がｙ軸方向と平行である。第１回折格子３１０の回折面３１１および第２回折格子３２０の回折面３２１それぞれは、ｘｙ平面と平行であり、互いに対向している。第１回折格子３１０の回折面３１１における格子方向と、第２回折格子３２０の回折面３２１における格子方向とは、互いに平行である。また、第１回折格子３１０および第２回折格子３２０それぞれの格子周期は互いに等しい。
【００３８】
光ファイバ３９０の光軸は、その端面の近傍ではｚ軸方向と平行である。レンズＬの光軸もｚ軸方向と平行である。レンズＬは、光ファイバ３９０の端面より出射した光を入力し、この光をコリメートして第１回折格子３１０へ向けて出力する。各ミラーＭ_ｎは、ｘｙ平面に平行な反射面を有しており、第２回折格子３２０より到達した光を入力し、この光を反射させて再び第２回折格子３２０へ入射させる（ｎは１以上４以下の任意の整数。以下同様。）。
【００３９】
この光通信デバイス３００は、光の波長分散を調整する分散調整器として用いられ得る。すなわち、光ファイバ３９０の端面より出射され光通信デバイス３００のポートＰに入射した光は、レンズＬによりコリメートされて、ｚ軸方向に平行に進み、透過型の第１回折格子３１０に入射する。第１回折格子３１０に入射した光は、回折面３１１において波長に応じた回折角で回折され、続いて、透過型の第２回折格子３２０に入射する。第２回折格子３２０に入射した光は、回折面３２１において波長に応じた回折角で再び回折される。第１回折格子３１０の回折面３１１と第２回折格子３２０の回折面３２１とは、互いに平行で、互いに対面しており、格子方向が共にｙ軸方向に平行であり、格子周期Λが互いに等しい。このことから、第２回折格子３２０の回折面３２１により回折された各波長の光は、波長分離されてｚ軸方向に平行に進む。
【００４０】
そして、第２回折格子３２０より出力された波長λ_ｎの光は、ミラーＭ_ｎにより反射され、入射時と逆の方向に進んで再び第２回折格子３２０に入射する。第２回折格子３２０に入射した光は、回折面３２１において波長に応じた回折角で回折され、続いて、透過型の第１回折格子３１０に入射する。第１回折格子３１０に入射した光は、回折面３１１において波長に応じた回折角で再び回折される。第１回折格子３１０の回折面３１１により回折された各波長λ_ｎの光は、合波されてｚ軸方向に平行に進む。そして、合波された光は、レンズＬにより集光されて、ポートＰより出射され、端面より光ファイバ３９０に入射する。
【００４１】
すなわち、光ファイバ３９０の端面より出射され光通信デバイス３００のポートＰに入射した光は、第１回折格子３１０および第２回折格子３２０により分波され、波長λ_ｎの成分がミラーＭ_ｎにより反射され、第２回折格子３２０および第１回折格子３１０により合波されて、光通信デバイス３００のポートＰより光ファイバ３９０へ出射される。この光通信デバイス３００のポートＰに入射した波長λ_ｎの光がミラーＭ_ｎにより反射されてポートＰより出射されるまでに要する時間は、ポートＰとミラーＭ_ｎとの間の往復光路長に依存しており、すなわち、各ミラーＭ_ｎの位置に依存している。
【００４２】
したがって、光通信デバイス３００のポートＰに入射しミラーＭ_ｎにより反射されてポートＰより出射される波長λ_ｎの光の群遅延時間は、各ミラーＭ_ｎの位置に応じて調整される。また、各ミラーＭ_ｎがｚ軸方向に移動可能であるのが好適であり、この場合には、光通信デバイス３００による波長λ_ｎの光の群遅延時間の調整量が可変となる。このように、本実施形態に係る光通信デバイス３００は、ポートＰに入力した光の波長分散を調整することができる。
【００４３】
本実施形態に係る光通信デバイス３００に含まれる第１回折格子３１０および第２回折格子３２０それぞれは、透過型のものであって、規格化グレーティング周期が１．１以上１．７以下である。このことから、第１回折格子３１０および第２回折格子３２０それぞれは、回折効率が高く、回折による各波長の拡がり角が大きく、また、ＴＥモード光およびＴＭモード光それぞれに対する回折効率の差が小さい。したがって、この光通信デバイス３００は、小型化が可能であり、また、集積光学部品を用いる必要がないので安価なものとすることができる。
【００４４】
（光通信システムの実施形態）
次に、本発明に係る光通信システムの実施形態について説明する。図９は、本実施形態に係る光通信システム１の構成図である。この図に示される光通信システム１は、光送信器１０と光受信器２０との間に光ファイバ伝送路３０が敷設されたものである。光送信器１０内に、光源部１１_１〜１１_４、光合波器１２および光増幅器１３が設けられている。また、光受信器２０内に、受光部２１_１〜２１_４、光分波器２２、光増幅器２３、分散調整器２４および光サーキュレータ２５が設けられている。光合波器１２および光分波器２２それぞれは、上述した光通信デバイス１００または光通信デバイス２００と同一構成のものである。また、分散調整器２４は、上述した光通信デバイス３００と同一構成のものである。
【００４５】
光送信器１０内の各光源部１１_ｎは、波長λ_ｎの信号光を出力する（ｎは１以上４以下の任意の整数。以下同様。）。光合波器１２は、各光源部１１_ｎから出力された波長λ_ｎの信号光を入力し、これらを合波して出力する。光増幅器１３は、光合波器１２により合波されて出力された４波長の信号光を入力し、これらを一括光増幅して光ファイバ伝送路３０へ送出する。
【００４６】
光受信器２０内の光増幅器２３は、光ファイバ伝送路３０を伝搬してきて到達した４波長の信号光を入力し、これらを一括光増幅して出力する。光サーキュレータ２５は、第１ポート２５_１、第２ポート２５_２および第３ポート２５_３を有しており、第１ポート２５_１より入力した光を第２ポート２５_２より出力し、第２ポート２５_２より入力した光を第３ポート２５_３より出力する。分散調整器２４は、光サーキュレータ２５の第２ポート２５_２より出力された信号光を入力して、その信号光の波長分散を調整した後に、その信号光を光サーキュレータ２５の第２ポート２５_２へ向けて出力する。この分散調整器２４における波長分散調整量は、光ファイバ伝送路３０の波長分散を補償するものとなっている。光分波器２２は、光サーキュレータ２５の第３ポート２５_３より出力された４波長の信号光を入力し、これらを分波して、波長λ_ｎの信号光を受光部２１_ｎへ向けて出力する。受光部２１_ｎは、光分波器２２により分波されて出力された波長λ_ｎの信号光を入力して受光する。
【００４７】
この光通信システム１では、光送信器１０において、各光源部１１_ｎから出力された波長λ_ｎの信号光は、光合波器１２により合波され、光増幅器１３により一括光増幅されて、光ファイバ伝送路３０へ送出される。光受信器２０においては、光ファイバ伝送路３０を伝搬してきて到達した４波長の信号光は、光増幅器２３により一括光増幅され、光サーキュレータ２５の第１ポート２５_１および第２ポート２５_２を経て、分散調整器２４により分散補償される。この分散補償された４波長の信号光は、光サーキュレータ２５の第２ポート２５_２および第３ポート２５_３を経て、光分波器２２により分波される。そして、光分波器２２より出力された波長λ_ｎの信号光は受光部２１_ｎにより受光される。
【００４８】
このように、この光通信システム１は、光合波器１２および光分波器２２により多波長の信号光を合分波することにより、多波長の信号光を多重化して伝送することができる。また、この光通信システム１は、分散調整器２４により光ファイバ伝送路３０の波長分散を補償することができるので、全体の累積波長分散が小さくなり、信号光の伝送品質が優れたものとなる。さらに、この光通信システム１では、光合波器１２、光分波器２２および分散調整器２４それぞれは、上述した本実施形態に係る光通信デバイスと同一構成のものであるので、システム全体としても安価なものとなる。
【００４９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、光通信デバイスに含まれる回折格子の個数は、上記実施形態では２であったが、１個でもよいし、３個以上でもよい。また、光通信デバイスにより合波または分波される光の波数は、上記実施形態では４であったが、さらに多くてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光通信デバイスは、これに含まれる第１回折格子が透過型であって、この第１回折格子の基板側から回折面に光が入力し、この第１回折格子の規格化グレーティング周期が１．１以上１．７以下であることにより、回折効率が５０％以上であり、また、回折格子により回折された光の拡がり角が大きいので、安価で小型化可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る光通信デバイス１００の構成図である。
【図２】透過型および反射型それぞれの回折格子の回折効率と規格化グレーティング周期との関係を示す図である。
【図３】透過型の回折格子の回折効率と規格化グレーティング周期との関係を示す図である。
【図４】回折格子により回折された光の拡がり角と規格化グレーティング周期との関係を示す図である。
【図５】ＴＥモード光が入射したときの透過型の回折格子の回折効率と規格化グレーティング周期との関係を示す図である。
【図６】ＴＭモード光が入射したときの透過型の回折格子の回折効率と規格化グレーティング周期との関係を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る光通信デバイス２００の構成図である。
【図８】第３実施形態に係る光通信デバイス３００の構成図である。
【図９】本実施形態に係る光通信システム１の構成図である。
【符号の説明】
１…光通信システム、１０…光送信器、１１_１〜１１_４…光源部、１２…光合波器、１３…光増幅器、２０…光受信器、２１_１〜２１_４…受光部、２２…光合波器、２３…光増幅器、２４…分散調整器、２５…光サーキュレータ、３０…光ファイバ伝送路、１００…光通信デバイス、１１０…第１回折格子、１２０…第２回折格子、２００…光通信デバイス、２１０…第１回折格子、２２０…第２回折格子、３００…光通信デバイス、３１０…第１回折格子、３２０…第２回折格子、Ｌ，Ｌ_０〜Ｌ_４…レンズ、Ｍ_１〜Ｍ_４…ミラー。

Claims (12)

1. 透明基板の一方の面が回折面とされており、当該基板側から前記回折面に所定波長域の光を入力し、この光を各波長に応じた回折角で前記回折面において回折して出力する透過型の第１回折格子を備え、
   この第１回折格子の規格化グレーティング周期が１．１以上１．７以下である、
   ことを特徴とする光通信デバイス。
2. 透明基板の一方の面が回折面とされており、前記第１回折格子より出力された前記所定波長域の光を入力し、この光を各波長に応じた回折角で前記回折面において回折して出力する透過型の第２回折格子を更に備え、
   前記第１回折格子および前記第２回折格子それぞれの回折面が互いに平行であり、
   前記第１回折格子および前記第２回折格子それぞれの格子方向が互いに平行である、
   ことを特徴とする請求項１記載の光通信デバイス。
3. 前記第２回折格子が前記透明基板の基板側から前記回折面に光を入力し、前記第２回折格子の規格化グレーティング周期が１．１以上１．７以下である、ことを特徴とする請求項２記載の光通信デバイス。
4. 前記第１回折格子および前記第２回折格子それぞれの格子周期が互いに等しい、ことを特徴とする請求項２記載の光通信デバイス。
5. 前記第１回折格子および前記第２回折格子それぞれの格子周期が互いに異なり、
   前記第１回折格子から出力される光の拡がり角より、前記第２回折格子から出力される光の拡がり角の方が大きい、
   ことを特徴とする請求項２記載の光通信デバイス。
6. 前記所定波長域において前記第１回折格子の回折効率が７０％以上であることを特徴とする請求項１記載の光通信デバイス。
7. 前記所定波長域において前記第２回折格子の回折効率が７０％以上であることを特徴とする請求項２記載の光通信デバイス。
8. 前記所定波長域において前記第１回折格子のＴＥモード光およびＴＭモード光それぞれに対する回折効率の差が１％以下であることを特徴とする請求項１記載の光通信デバイス。
9. 前記所定波長域において前記第２回折格子のＴＥモード光およびＴＭモード光それぞれに対する回折効率の差が１％以下であることを特徴とする請求項２記載の光通信デバイス。
10. （Ｎ＋１）個のポートＰ_０〜Ｐ_Ｎ（ただし、Ｎは２以上の整数。）を有し、ポートＰ_０より入力した光を前記第１回折格子により各波長に応じた角度で回折させ、前記第１回折格子により回折された波長λ_ｎ（ただし、ｎは１以上Ｎ以下の各整数。）の光をポートＰ_ｎより出力する、ことを特徴とする請求項１記載の光通信デバイス。
11. 前記第１回折格子により回折された波長λ_ｎの光を前記第１回折格子へ向けて反射するミラーＭ_ｎ（ただし、Ｎは２以上の整数、ｎは１以上Ｎ以下の各整数。）を更に備え、
    前記第１回折格子が、ミラーＭ_１〜Ｍ_Ｎにより反射された波長λ_１〜λ_Ｎの光を入力し、これらを回折して入力時と同一の光路上へ出力する、
    ことを特徴とする請求項１記載の光通信デバイス。
12. 請求項１記載の光通信デバイスを含み、多波長の信号光を多重化して伝送するとともに、この信号光を前記光通信デバイスにより処理する、ことを特徴とする光通信システム。

Images