專利名稱：光波導(dǎo)型衍射光柵元件及其制造方法、合分波組件以及其光傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及遍及光波導(dǎo)中的光波導(dǎo)方向的預(yù)定范圍形成了利用折射率調(diào)制的衍射光柵的光波導(dǎo)型衍射光柵元件、其制造方法、包含該光波導(dǎo)型衍射光柵元件并進(jìn)行光的合波或者分波的合分波組件，以及包含該合分波組件使用多波長的信號光進(jìn)行光傳輸?shù)墓鈧鬏斚到y(tǒng)。
背景技術(shù)：
光波導(dǎo)型衍射光柵元件是遍及光波導(dǎo)(例如光纖)中的光波導(dǎo)方向的預(yù)定范圍形成了利用折射率調(diào)制的衍射光柵的光波導(dǎo)型衍射光柵元件，利用衍射光柵，可以選擇性地反射導(dǎo)過該光波導(dǎo)的光中預(yù)定的反射波段內(nèi)的光。此外，包含該光波導(dǎo)型衍射光柵元件的合分波組件通過利用光波導(dǎo)型衍射光柵元件選擇性地反射反射波段內(nèi)的光，可以進(jìn)行光的分波或者合波，可以在使用多重波長的多波長信號光進(jìn)行光傳輸?shù)亩嘀夭ㄩL(WDMWavelength Division Multiplexing)傳輸系統(tǒng)等中使用。
一般地，光波導(dǎo)型衍射光柵元件由遍及光波導(dǎo)中的光波導(dǎo)方向的預(yù)定范圍利用一定周期Λ的折射率調(diào)制的衍射光柵形成，利用該衍射光柵，可以選擇性地反射用λ＝2N·Λ這樣的關(guān)系式表示的布喇格條件式的波長為λ的光，透過其他波長的光。這里，N是光波導(dǎo)的折射率調(diào)制區(qū)域的平均的實(shí)際有效折射率。
此外，通過在光波導(dǎo)的光波導(dǎo)方向相互不同的范圍形成利用相互不同的周期Λk的折射率調(diào)制的k個衍射光柵，該光波導(dǎo)型衍射光柵元件可以選擇性地分別反射k個波長為λk(＝2N·Λk)的光(k＝1～K，這里k≥2)。但是，由于選擇性地反射這樣的多個波長的光的光波導(dǎo)型衍射光柵元件在光波導(dǎo)的光波導(dǎo)方向相互不同的范圍分別形成多個衍射光柵，故作為整體將變長，成本將升高。
與之相對應(yīng)，作為遍及光波導(dǎo)中的光波導(dǎo)方向的預(yù)定范圍形成了利用折射率調(diào)制的衍射光柵的光波導(dǎo)型衍射光柵元件，利用衍射光柵選擇性地反射導(dǎo)過該光波導(dǎo)的光中多個波長的光的情況已眾所周知。例如，文獻(xiàn)1『M.Ibsen.，et al.，“Sinc-Sampled Fiber Bragg Gratingsfor Identical Multiple Wavelength Operation”，IEEE Photon.Technol.Lett.，Vol.10，No.6，pp.842-844(1998)』所記載的光波導(dǎo)型衍射光柵元件是上述預(yù)定范圍的折射率調(diào)制的剖面圖為sinc函數(shù)型的光波導(dǎo)型衍射光柵元件。此外，文獻(xiàn)2『L.A.Everall，et al.，“Fabricationof multipassb and moire resonators in fibers by the dual-phase-maskexposure method”，Opt.Lett.，Vol.22，No.19，pp.1473-1475(1997)』所記載的光波導(dǎo)型衍射光柵元件是在上述預(yù)定范圍重疊周期Λk(k＝1～K)的折射率調(diào)制所形成的光波導(dǎo)型衍射光柵元件。
本發(fā)明人在探討了上述的以往技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了下面這樣的課題。即，由于上述的文獻(xiàn)1以及2所記載的光波導(dǎo)型衍射光柵元件是只在光波導(dǎo)中的光波導(dǎo)方向的一個范圍形成利用折射率調(diào)制的衍射光柵，故作為整體短且成本低。但是，因?yàn)檫@些光波導(dǎo)型衍射光柵元件在應(yīng)該反射的波長λk處透過率大，故透過一部分應(yīng)該反射的波長λk光(k＝1～K)。此外，由于在反射波段外存在反射率達(dá)到峰值的波長，在其波長處的反射率大，所以，反射一部分應(yīng)該透射的光。
因而，如果在WDM傳輸系統(tǒng)中使用包含這樣的光波導(dǎo)型衍射光柵元件的合分波組件，則在作為應(yīng)該透過的波長的光在實(shí)際上透過了光波導(dǎo)型衍射光柵元件的光和雖然是應(yīng)該反射的波長的光但卻透過了光波導(dǎo)型衍射光柵元件的一部分光之間，當(dāng)各個波長的差較小時，將產(chǎn)生串光使接收錯誤發(fā)生率變高。此外，因?yàn)橐徊糠謶?yīng)該反射的波長的光透過光波導(dǎo)型衍射光柵元件，故作為應(yīng)該反射的波長的光在實(shí)際中被光波導(dǎo)型衍射光柵元件反射的部分將產(chǎn)生能量損失。同樣地，因?yàn)橐徊糠謶?yīng)該透過的波長的光被光波導(dǎo)型衍射光柵元件反射，故作為應(yīng)該透過的波長的光在實(shí)際中被光波導(dǎo)型衍射光柵元件透過的部分也將產(chǎn)生能量損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述問題點(diǎn)而進(jìn)行的工作，目的在于提供作為整體短且成本低、反射·透過特性優(yōu)異的光波導(dǎo)型衍射光柵元件，以及制造該光波導(dǎo)型衍射光柵元件的方法。此外，提供包含這樣的光波導(dǎo)型衍射光柵元件的合分波組件以及包含該合分波組件的光傳輸系統(tǒng)也是本發(fā)明的目的之一。
涉及本發(fā)明的光波導(dǎo)型衍射光柵元件是由遍及光波導(dǎo)中的光波導(dǎo)方向的預(yù)定范圍形成利用折射率調(diào)制的衍射光柵，并利用衍射光柵選擇性地反射通過該光波導(dǎo)的光中反射波段內(nèi)的光的光波導(dǎo)型衍射光柵元件。上述反射波段被區(qū)分成k個(k≥2)波段，可以作為分別對應(yīng)了k個波段的周期Λk的折射率調(diào)制Δnk(k＝1～K)之和來表示上述預(yù)定范圍中的折射率調(diào)制Δnall。進(jìn)而，上述預(yù)定范圍的中心位置的折射率調(diào)制Δnk的相位Φk(k＝1～K)中至少某一組的相位相互不同。
在該光波導(dǎo)型衍射光柵元件中，在較小地設(shè)定了反射波段內(nèi)的透過率的極小值的狀態(tài)下，可以使反射波段外的反射率的極大值變小。此外，通過形成只在光波導(dǎo)中的光波導(dǎo)方向的一個范圍形成利用折射率調(diào)制的衍射光柵，可以使整體短且成本低。
在涉及本發(fā)明的光波導(dǎo)型衍射光柵元件中，希望用各個折射率調(diào)制Δnk(k＝1～K)的上述預(yù)定范圍的中心位置處的相位Φk和基準(zhǔn)相位Φ0之間的相位偏差量ΔΦk(k＝1～K)表示的位置偏差量ΔZk＝Λk·ΔΦk/360(k＝1～K)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為30nm以上，50nm以上則更好，最好是100nm以上。如果標(biāo)準(zhǔn)偏差是30nm以上，則適合于在4波反射情況下將反射波段外的反射率的極大值抑制在-20dB以下。如果標(biāo)準(zhǔn)偏差是50nm以上，則適合于在4波反射情況下將反射波段外的反射率的極大值抑制在-30dB以下，或者適合于在8波反射情況下將反射波段外的反射率的極大值抑制在-20dB以下。如果標(biāo)準(zhǔn)偏差是100nm以上，則適合于在8波反射情況下將反射波段外的反射率的極大值抑制在-30dB以下。
在涉及本發(fā)明的光波導(dǎo)型衍射光柵元件中，與假定了相位Φk全部一致的情況相比，希望預(yù)定范圍中的衍射光柵的折射率調(diào)制Δnall的振幅的最大值是2/3以下。如果這樣做，則適用于在將反射波段內(nèi)的透過率的極小值設(shè)定在-20dB以下的狀態(tài)下，將反射波段外的反射率的極大值抑制在-20dB以下的狀況。
在涉及本發(fā)明的光波導(dǎo)型衍射光柵元件中，希望k個波段各自的透過率的極小值是-20dB以下(最好為-30dB以下)，反射波段外的反射率的極大值是-20dB以下(最好為-30dB以下)。該光波導(dǎo)型衍射光柵元件與以往的光波導(dǎo)型衍射光柵元件相比，反射波段內(nèi)的透過率的極小值小，以及反射波段外的反射率的極大值小，反射·透射特性優(yōu)異。
涉及本發(fā)明的光波導(dǎo)型衍射光柵元件制造方法是制造涉及上述本發(fā)明的光波導(dǎo)型衍射光柵元件的方法，通過非線性規(guī)劃法設(shè)計(jì)相位Φk(k＝1～K)，并基于此制造光波導(dǎo)型衍射光柵元件。利用該光波導(dǎo)型衍射光柵元件制造方法，可以容易地制造反射·透射特性優(yōu)異的上述的光波導(dǎo)型衍射光柵元件。
涉及本發(fā)明的合分波組件包含涉及上述的本發(fā)明的光波導(dǎo)型衍射光柵元件，通過該光波導(dǎo)型衍射光柵元件選擇性地反射反射波段內(nèi)的光，進(jìn)行光的合波或者分波。此外，涉及本發(fā)明的光傳輸系統(tǒng)是使用多重波長了的多波長信號光進(jìn)行光傳輸?shù)墓鈧鬏斚到y(tǒng)，包含涉及上述的本發(fā)明的合分波組件，并通過該合分波組件進(jìn)行多波長的信號光合波或者分波。由此，即便是反射波長和透過波長的差較小的情況下，其也不易于產(chǎn)生串光，且接收錯誤發(fā)生率低以及反射波長的能量損失小。
這里，如果只進(jìn)行合波以及分波中的某一方，其適合于k個波段各自的透過率的極小值為-20dB以下，反射波段外的反射率的極大值是-20dB以下的情況。如果是進(jìn)行合波以及分波兩者，則適合于k個波段各自的透過率的極小值為-30dB以下，反射波段外的反射率的極大值是-30dB以下的情況。
利用下面的詳細(xì)說明以及附加的圖面，將可以進(jìn)一步地充分理解本發(fā)明。這些說明和圖面僅是為了進(jìn)行例示而給出的，不應(yīng)該認(rèn)為它是限定本發(fā)明的內(nèi)容。


圖1是涉及本發(fā)明的光波導(dǎo)型衍射光柵元件的說明圖；圖2所示是4波反射時的位置偏差量的標(biāo)準(zhǔn)偏差與反射波段外的反射率的極大值的關(guān)系曲線；圖3所示是8波反射時的位置偏差量的標(biāo)準(zhǔn)偏差與反射波段外的反射率的極大值的關(guān)系曲線；圖4A以及4B所示分別是涉及本實(shí)施形態(tài)的光波導(dǎo)型衍射光柵元件的反射率特性以及透過率特性的曲線；圖5是說明涉及本實(shí)施形態(tài)的光波導(dǎo)型衍射光柵元件的制造方法的圖；圖6所示是實(shí)施例1的光波導(dǎo)型衍射光柵元件的反射率特性曲線；圖7所示是實(shí)施例2的光波導(dǎo)型衍射光柵元件的反射率特性曲線；圖8所示是比較例的光波導(dǎo)型衍射光柵元件的反射率特性曲線；圖9所示是反射波段外的反射率的極大值中的最大值與反射波段內(nèi)的透過率的極小值中的最大值的關(guān)系曲線；圖10所示是衍射光柵的折射率調(diào)制Δnall的振幅的最大值與反射波段外的反射率的極大值中的最大值的關(guān)系曲線；圖11是涉及第1實(shí)施形態(tài)的合分波組件的說明圖；圖12是涉及第2實(shí)施形態(tài)的合分波組件的說明圖；圖13是涉及第3實(shí)施形態(tài)的合分波組件的說明圖；圖14是涉及本實(shí)施形態(tài)的光傳輸系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。這里，在附圖的說明中，同一要素上附加同一符號并略去重復(fù)的說明。
首先，對涉及本發(fā)明的光波導(dǎo)型衍射光柵元件以及其制造方法的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。圖1是涉及本發(fā)明的光波導(dǎo)型衍射光柵元件100的說明圖。該圖給出的是在包含光軸的面進(jìn)行了切斷時的光波導(dǎo)型衍射光柵元件100的斷面圖。該光波導(dǎo)型衍射光柵元件100是在作為光波導(dǎo)的光纖110上形成了衍射光柵113的元件。光纖110是以石英玻璃為主成分的光纖，在包含光軸中心的芯區(qū)域111中添加有GeO2，并圍取該芯區(qū)域111地設(shè)置有包層區(qū)域112。遍及該光纖110的光波導(dǎo)方向的預(yù)定范圍形成了利用折射率調(diào)制Δnall的衍射光柵113。
如果將以形成了衍射光柵113的預(yù)定范圍的中心位置為原點(diǎn)的Z軸設(shè)定為光波導(dǎo)方向，則該衍射光柵113的折射率調(diào)制Δnall(z)可以用下面的關(guān)系式表示，即Δnall(z)=Σk=1kΔnk(z)····(1a)]]>Δnk(z)=Δn(z)cos(2πΛkz+φk)···(1b)]]>Δn(z)=aexp(-|zb|α)···(1c)]]>這里，k是2以上的整數(shù)，可以作為一定周期Λk的折射率調(diào)制Δnk(k＝1～K)的和來表示衍射光柵113的折射率調(diào)制Δnall。Λk是對應(yīng)了應(yīng)該反射的波長λk的折射率調(diào)制的周期。Φk是第k個折射率調(diào)制Δnk的原點(diǎn)(z＝0)的相位。此外，Δn(z)是各折射率調(diào)制的Δnk的振幅，可以用變量z的超高斯函數(shù)表示。
在涉及本實(shí)施形態(tài)的光波導(dǎo)型衍射光柵元件100中，有意不同地設(shè)定折射率調(diào)制Δnk的相位Φk(k＝1～K)中的至少某一組的相位，以使之相互的相位不同。由此，可以在較小地設(shè)定了反射波段內(nèi)的透過率的極小值的狀態(tài)下，使反射波段外的反射率的極大值變小。即，在以往的光波導(dǎo)型衍射光柵元件中，存在如果使反射波段內(nèi)的透過率的極小值變小，則反射波段外的反射率的極大值變大，反之，如果使反射波段外的反射率的極大值變小，則反射波段內(nèi)的透過率的極小值變大這樣的問題。與之對應(yīng)，在涉及本實(shí)施形態(tài)的光波導(dǎo)型衍射光柵元件100中，通過在調(diào)節(jié)各折射率調(diào)制的振幅的同時也調(diào)節(jié)相位，可以使反射波段外的反射率的極大值和反射波段內(nèi)的透過率的極小值二者均變小。
這里，各折射率調(diào)制Δnk的相位Φk和基準(zhǔn)相位Φ0(Φ0為任意值)之間的相位偏差量ΔΦk(k＝1～K)可以表記為下式ΔΦk＝Φk-Φ0…(2)該相位偏差量ΔΦk(k＝1～K)與各折射率調(diào)制Δnk的位置偏差量Δzk(k＝1～K)相關(guān)，位置偏差量Δzk可用下式表示Δzk＝Λk×ΔΦk/360 …(3)圖2以及圖3分別標(biāo)繪出的是在4波反射以及8波反射的情況下，隨機(jī)地取得各折射率調(diào)制Δnk的原點(diǎn)(z＝0)處的位置偏差量Δzk(k＝1～K)的光波導(dǎo)型衍射光柵元件的、進(jìn)行了1000次反射波段外的反射率的極大值的峰值的計(jì)算的結(jié)果的曲線。在圖2以及圖3中，橫軸表示位置偏差量Δzk的標(biāo)準(zhǔn)偏差，縱軸表示反射波段外的反射率的極大值的峰值。
如圖2所示可知，為了在4波反射時將反射波段外的反射率的極大值的峰值抑制在-20dB以下，需要使位置偏差量Δzk的標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到30nm以上，而要抑制到-30dB以下則需要使位置偏差量Δzk的標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到50nm以上。此外，如圖3所示可知，為了在8波反射時將反射波段外的反射率的極大值的峰值抑制在-20dB以下，需要使位置偏差量Δzk的標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到50nm以上，而要抑制到-30dB以下則需要使位置偏差量Δzk的標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到100nm以上。
正因?yàn)槿绱耍试谏婕氨緦?shí)施形態(tài)的光波導(dǎo)型衍射光柵元件100中，希望位置偏差量Δzk(k＝1～K)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為30nm以上，50nm以上更好，如果是100nm以上則最好。如果標(biāo)準(zhǔn)偏差是30nm以上，則適合于在4波反射時將反射波段外的反射率的極大值抑制在-20dB以下。如果標(biāo)準(zhǔn)偏差是50nm以上，則適合于在4波反射時將反射波段外的反射率的極大值抑制在-30dB以下，或者在8波反射時將反射波段外的反射率的極大值抑制在-20dB以下。如果標(biāo)準(zhǔn)偏差是100nm以上，則適合于在8波反射時將反射波段外的反射率的極大值抑制在-30dB以下。
或者，在涉及本實(shí)施形態(tài)的光波導(dǎo)型衍射光柵元件100中，與假定了相位Φk(k＝1～K)全部一致的情況相比，希望衍射光柵113的折射率調(diào)制Δnall的振幅的最大值是2/3以下。如果這樣做，則適合于在將反射波段內(nèi)的透過率的極小值設(shè)定在-20dB以下的狀態(tài)下，將反射波段外的反射率的極大值抑制在-20dB以下。
圖4A以及4B的曲線分別表示一例涉及本實(shí)施形態(tài)的光波導(dǎo)型衍射光柵元件100的反射率特性以及透過率特性。在此，取k＝4。反射波段被區(qū)分為分別包含反射波長λ1～λ4的4個波長區(qū)域。4個波長區(qū)域各自的透過率極小值均為-20dB(更好為-30dB以下)以下。此外，反射波段外的反射率的極大值均為-20dB(更好為-30dB以下)以下。
在這樣的光波導(dǎo)型衍射光柵元件100中，如果多波長的光傳導(dǎo)過光纖110的芯區(qū)域達(dá)到衍射光柵113，則其達(dá)到的光中，包含在某一個一定周期Λk的折射率調(diào)制Δnk(k＝1～K)中滿足布喇格條件的波長λk(＝2N·Λk)的反射波段內(nèi)的光將被衍射光柵113反射，其他的反射波段外的光則透過衍射光柵113。并且，該光波導(dǎo)型衍射光柵元件100通過各折射率調(diào)制Δnk的相位Φk具有上述的關(guān)系，與以往的衍射光柵元件相比，其反射波段內(nèi)的透過率的極小值變小，反射波段外的反射率的極大值變小，反射·透過的特性優(yōu)異。此外，由于該光波導(dǎo)型衍射光柵元件100只在光纖110的光波導(dǎo)方向的一個范圍形成利用折射率調(diào)制Δnall的衍射光柵113，故作為整體短且成本便宜。
下面，對涉及本實(shí)施形態(tài)的光波導(dǎo)型衍射光柵元件100的制造方法進(jìn)行說明。
在光波導(dǎo)型衍射光柵元件100的制造中，使用圖5所示那樣的制造裝置300。該裝置300具有激光光源301、狹縫303、反射鏡305、配備了驅(qū)動電機(jī)307a的載置臺307、相位光柵309以及控制部311。
激光光源301輸出誘使光纖110的芯區(qū)域111產(chǎn)生折射率調(diào)制的光。作為該光源301，最好使用輸出紫外激光的受激準(zhǔn)分子激光光源(例如KrF受激準(zhǔn)分子激光光源等)。該激光光源301輸出的光強(qiáng)可變。
狹縫303使從激光光源301出射的光中入射到開口303A的部分通過其開口303A入射到反射鏡305。反射鏡305使通過了狹縫303的開口303A的光反射并入射到相位光柵309。該反射鏡305通過具有驅(qū)動電機(jī)307a的載置臺307可在光纖110的長手方向移動。通過這樣地使反射鏡305移動，可以使從激光光源301出射的光相對于相位光柵309掃描并入射到光纖110的長手方向。
相位光柵309在與被反射鏡305反射的光的入射側(cè)相反的一側(cè)(即放置光纖的一側(cè))形成一定周期的凹凸，用以衍射入射的光。并且，相位光柵309形成+1次衍射光和-1次衍射光的干涉條紋，并在光纖110的光波導(dǎo)區(qū)域形成對應(yīng)了該干涉條紋的折射率調(diào)制。在該光波導(dǎo)區(qū)域形成了折射率調(diào)制的光纖110便是光波導(dǎo)型衍射光柵元件100。
控制部311由CPU或保存有控制程序的存儲器構(gòu)成。該控制部311與激光光源301電氣地連接，以控制從激光光源301出射的光的強(qiáng)度。此外，控制部311還與載置臺307的驅(qū)動電機(jī)307a電氣地連接，以控制反射鏡305的位置。
在使用了所涉及的裝置300的光波導(dǎo)型衍射光柵元件100的制造中，首先，在相位光柵309的正下方配置形成有衍射光柵113的光纖110。光纖110具有位于中心的芯區(qū)域111和圍取該芯區(qū)域111的包層區(qū)域112。雖然導(dǎo)過該光纖110的光是密閉于芯區(qū)域111傳導(dǎo)的，但其光的能量的一部分也存在于芯區(qū)域111附近的包層區(qū)域112中。即，光纖110的光波導(dǎo)區(qū)域是芯區(qū)域111以及芯區(qū)域111附近的包層區(qū)域112。該光纖110以石英玻璃為主要成分構(gòu)成，同時在光波導(dǎo)區(qū)域(至少在芯區(qū)域)添加有GeO2。
接著，相對于該光纖110，經(jīng)由具有預(yù)定周期的凹凸的相位掩模309照射例如從KrF受激準(zhǔn)分子激光光源301出射的波長248nm的紫外激光。于是，對應(yīng)于其照射強(qiáng)度，添加了GeO2區(qū)域的折射率受到調(diào)制，形成一定周期Λ1的折射率調(diào)制Δn1。進(jìn)而，邊順次地替換相位掩模309，邊反復(fù)地進(jìn)行這樣的紫外激光光照射，順次地重疊形成一定周期Λk的折射率調(diào)制Δnk(k＝1～K)。分別進(jìn)行k次的紫外激光光照射的各相位掩模309的配置使各相位Φk(k＝1～K)具有上述的關(guān)系。更為詳細(xì)地，就是基于使用各相位Φk(k＝1～K)通過上述式(3)求得的位置偏差量Δzk(k＝1～K)配置各相位掩模309。這里，最好利用非線性規(guī)劃法來設(shè)計(jì)各相位Φk(k＝1～K)。所謂非線性規(guī)劃法，就是如基于模擬·退火(Simulated Annealing)法或遺傳算法的算法。采用這樣的方法，可以容易地制造反射·透過的特性優(yōu)異的上述光波導(dǎo)型衍射光柵元件。
下面，與比較例一起對涉及本實(shí)施形態(tài)的光波導(dǎo)型衍射光柵元件的具體的實(shí)施例進(jìn)行說明。這里，取k＝8，以0.8nm的刻度將反射波長λ1～λ8從1547.2nm刻到1552.8nm。取在各折射率調(diào)制的Δnk的振幅Δn(z)的函數(shù)中出現(xiàn)的參數(shù)a為2.5×10-4，參數(shù)b為4mm。
形成衍射光柵的預(yù)定范圍的長度為20mm。并且，分別取實(shí)施例1、實(shí)施例2以及比較例中的相位Φ1-Φ8為下述表中記載的值。在實(shí)施例1以及實(shí)施例2中，分別利用非線性規(guī)劃法設(shè)計(jì)了相位Φ1～Φ8。這里，在實(shí)施例1中，可以用上述(3)式表示的位置偏差量Δzk(k＝1～K)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為104nm，在實(shí)施例2中為141nm。在比較例中相位Φ1～Φ8全部為0。
表1

圖6所示是實(shí)施例1的光波導(dǎo)型衍射光柵元件的反射率特性曲線。圖7所示是實(shí)施例2的光波導(dǎo)型衍射光柵元件的反射率特性曲線。此外，圖8所示是比較例的光波導(dǎo)型衍射光柵元件的反射率特性曲線。如由這些曲線可以判斷的那樣，在比較例中，反射波段外的反射率的極大值中的最大值為-12dB左右，與之相對應(yīng)，在各個實(shí)施例1以及實(shí)施例2中，反射波段外的反射率的極大值中的最大值則為-40dB以下。此外，在比較例中，反射波段內(nèi)的透過率的極小值中的最大值為-55dB左右，而在實(shí)施例1以及實(shí)施例2各自中，反射波段內(nèi)的透過率的極小值中的最大值也是-55dB左右。
圖9所示是反射波段外的反射率的極大值中的最大值與反射波段內(nèi)的透過率的極小值中的最大值的關(guān)系曲線。在該圖中，標(biāo)記□分別表示實(shí)施例1以及實(shí)施例2的情況，標(biāo)記Δ表示上述的比較例的情況，標(biāo)記○表示其他的比較例(在以往的技術(shù)欄所例舉的文獻(xiàn)1的情況)的情況。如由該曲線可以判斷的那樣，在實(shí)施例1以及實(shí)施例2各自的情況(標(biāo)記□)中，反射波段外的反射率的極大值均小于比較例(標(biāo)記Δ、標(biāo)記○)的情況。
圖10所示是衍射光柵的折射率調(diào)制Δnall的振幅的最大值與反射波段外的反射率的極大值中的最大值的關(guān)系曲線。在該圖中，標(biāo)記□表示利用非線性規(guī)劃法設(shè)計(jì)了各相位Φk的實(shí)施例的情況，標(biāo)記○表示隨機(jī)地設(shè)定了各相位Φk的實(shí)施例(1000遍)的情況，標(biāo)記Δ表示將各相位Φk全部取為0的比較例的情況。如由該曲線可以判斷的那樣，反射波段外的反射率的極大值是隨機(jī)地設(shè)定了各相位Φk的實(shí)施例(標(biāo)記○)的情況小于將各相位Φk全部取為0的比較例(標(biāo)記Δ)的情況，而利用非線性規(guī)劃法設(shè)計(jì)了各相位Φk的實(shí)施例(標(biāo)記□)的情況則更小。此外，與將各相位Φk全部取為0的比較例(標(biāo)記Δ)的情況相比，衍射光柵的折射率調(diào)制Δnall的振幅的最大值在利用非線性規(guī)劃法設(shè)計(jì)了各相位Φk的實(shí)施例(標(biāo)記□)的情況中達(dá)到了2/3以下。
下面，對涉及本發(fā)明的合分波組件的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。以下所說明的各實(shí)施形態(tài)的合分波組件是包含涉及上述實(shí)施形態(tài)的光波導(dǎo)型衍射光柵元件100的微型組件。在以下說明中是以該光波導(dǎo)型衍射光柵元件100在反射波長為λ2m的光的同時透過波長為λ2m+1的光的情況為例進(jìn)行的說明。這里，取m是1以上M以下的整數(shù)，且各波長滿足于λ1＜λ2＜λ3＜……＜λ2M-1＜λ2M…(4)這樣的關(guān)系式。
圖11是涉及第1實(shí)施形態(tài)的合分波組件10的說明圖。該合分波組件10的構(gòu)成是在光波導(dǎo)型衍射光柵元件100的一端連接光回轉(zhuǎn)器210，在光波導(dǎo)型衍射光柵元件100的另一端連接光回轉(zhuǎn)器220。光回轉(zhuǎn)器210具有第1端子211、第2端子212以及第3端子213，通過第2端子212將輸入到第1端子211的光輸出到光波導(dǎo)型衍射光柵元件100，輸出到第2端子212的光則從第3端子213輸出。此外，光回轉(zhuǎn)器220具有第1端子221、第2端子222以及第3端子223，通過第2端子222將輸入到第1端子221的光輸出到光波導(dǎo)型衍射光柵元件100，輸出到第2端子222的光則從第3端子223輸出。
在該光合分波組件10中，如果在光回轉(zhuǎn)器210的第1端子211輸入波長為λ2m+1的光，則這些光將被光回轉(zhuǎn)器210的第2端子212輸出到光波導(dǎo)型衍射光柵元件100，并透過光波導(dǎo)型衍射光柵元件100輸入到光回轉(zhuǎn)器220的第2端子222，從光回轉(zhuǎn)器220的第3端子223輸出。此外，如果在光回轉(zhuǎn)器220的第1端子221輸入波長為λ2m的光，則這些光將被光回轉(zhuǎn)器220的第2端子222輸出到光波導(dǎo)型衍射光柵元件100并被光波導(dǎo)型衍射光柵元件100反射，輸入到光回轉(zhuǎn)器220的第2端子222，從光回轉(zhuǎn)器220的第3端子223輸出。即，在該情況下，該合分波組件10是作為合波器而動作，合波輸入到光回轉(zhuǎn)器210的第1端子211的波長為λ2m+1的光和輸入到光回轉(zhuǎn)器220的第1端子221的波長為λ2m的光，并從光回轉(zhuǎn)器220的第3端子223輸出其合波后的波長為λ1～λ2M的光。這里，只有在合分波組件10作為合波器使用時才不需要光回轉(zhuǎn)器210。
此外，在該合分波組件10中，如果在光回轉(zhuǎn)器210的第1端子211輸入波長為λ1～λ2M的光，則這些光被光回轉(zhuǎn)器210的第2端子212輸出到光波導(dǎo)型衍射光柵元件100。并且，這些光中，波長為λ2m的光被光波導(dǎo)型衍射光柵元件100反射，輸入到光回轉(zhuǎn)器210的第2端子212，從光回轉(zhuǎn)器210的第3端子213輸出。另一方面，波長為λ2m+1的光透過光波導(dǎo)型衍射光柵元件100，輸入到光回轉(zhuǎn)器220的第2端子222，從光回轉(zhuǎn)器220的第3端子223輸出。即，在該情況下，該合分波組件10是作為分波器而動作，分波輸入到光回轉(zhuǎn)器210的第1端子211的波長為λ1～λ2M的光，并從光回轉(zhuǎn)器210的第3端子213輸出波長為λ2m的光，從光回轉(zhuǎn)器220的第3端子223輸出波長為λ2m+1的光。這里，只有在合分波組件10作為分波器使用時才不需要光回轉(zhuǎn)器220。
進(jìn)而，通過使該合分波組件10在作為合波器動作的同時也作為分波器而動作，也可以作為光ADM(Add-Drop Multiplexer)而動作。即，該合分波組件10在從光回轉(zhuǎn)器210的第3端子213輸出(Drop)輸入到光回轉(zhuǎn)器210的第1端子211的波長為λ1～λ2M的光中波長為λ2m的光的同時，還從光回轉(zhuǎn)器220的第1端子221輸入(Add)擔(dān)負(fù)其他信息的波長為λ2m的光。并且，合波輸入到光回轉(zhuǎn)器210的第1端子211的波長為λ1～λ2M的光中波長為λ2m+1的光和輸入到光回轉(zhuǎn)器220的第1端子221的波長為λ2m的光，并從光回轉(zhuǎn)器220的第3端子223輸出其合波后的波長為λ1～λ2M的光。
圖12是涉及第2實(shí)施形態(tài)的合分波組件20的說明圖。該合分波組件20分別經(jīng)由光耦合器114A以及114B光學(xué)地耦合光纖110A和110B，在光耦合器114A和114B光耦合器之間的光纖110A的預(yù)定范圍形成衍射光柵113A并構(gòu)成光波導(dǎo)型衍射光柵元件100A，在光耦合器114A和114B光耦合器之間的光纖110B的預(yù)定范圍形成衍射光柵113B，構(gòu)成光波導(dǎo)型衍射光柵元件100B。這些光波導(dǎo)型衍射光柵元件100A以及100B分別等同于已經(jīng)敘述過的光波導(dǎo)型衍射光柵元件100。
在該合分波組件20中，如果在光纖110A的第1端115A輸入波長為λ2m+1的光，則這些光被光耦合器114A分支，透過光波導(dǎo)型衍射光柵元件100A以及100B，又被光耦合器114B合波，從光纖110A的第2端116A輸出。此外，如果在光纖110B的第2端116B輸入波長為λ2m的光，則這些光被光耦合器114B分支，在光波導(dǎo)型衍射光柵元件100A、100B被反射，被光耦合器114B合波，從光纖110A的第2端116A輸出。即，在這種情況下，該合分波組件20作為合波器動作，合波輸入到光纖110A的第1端115A的波長為λ2m+1的光和輸入到光纖110B的第2端116B波長為λ2m的光，并從光纖110A的第2端116A輸出其合波后的波長為λ1～λ2M的光。
此外，在該合分波組件20中，如果在光纖110A的第1端115A輸入波長為λ1～λ2M的光，則這些光被光耦合器114A分支，輸出到光波導(dǎo)型衍射光柵元件100A、100B。并且，這些光中，波長為λ2m的光在光波導(dǎo)型衍射光柵元件100A、100B被反射，被光耦合器114A合波，從光纖110B的第1端115B輸出。另一方面，波長為λ2m+1的光透過光波導(dǎo)型衍射光柵元件100A以及100B，被光耦合器114B合波，從光纖110A的第2端116A輸出。即，在該情況下，該合分波組件20作為分波器動作，分波輸入到光纖110A的第1端115A的波長為λ1～λ2M的光，并從光纖110B的第1端115B輸出波長為的λ2m光，從光纖110A的第2端116A輸出波長為λ2m+1的光。
進(jìn)而，通過使該合分波組件20在作為合波器動作的同時也作為分波器而動作，也可以作為光ADM而動作。即，該合分波組件20在從光纖110B的第1端115B輸出(Drop)輸入到光纖110A的第1端115A的波長為λ1～λ2M的光中波長為λ2m的光的同時，還從光纖110B的第2端116B輸入(Add)擔(dān)負(fù)其他信息的波長為λ2m的光。并且，合波輸入到光纖110A的第1端115A的波長為λ1～λ2M的光中波長為λ2m+1的光和輸入到光纖110B的第2端116B的波長為λ2m的光，并從光纖110A的第2端116A輸出其合波后的波長為λ1～λ2M的光。
圖13是涉及第3實(shí)施形態(tài)的合分波組件30的說明圖。該合分波組件30經(jīng)由光耦合器114C光學(xué)地耦合光纖110C和110D，并在其光耦合器114C的光纖110C和光纖110D的融接部的預(yù)定范圍形成衍射光柵113C，構(gòu)成光波導(dǎo)型衍射光柵元件100C。該光波導(dǎo)型衍射光柵元件100C是等同于已經(jīng)敘述過的光波導(dǎo)型衍射光柵元件100的光波導(dǎo)型衍射光柵元件。這里，衍射光柵113C形成在光纖110C的芯區(qū)域以及光纖110D的芯區(qū)域二者上。
在該合分波組件30中，如果在光纖110C的第1端115C輸入波長為λ2m+1的光，則這些光透過光波導(dǎo)型衍射光柵元件100C，從光纖110C的第2端116C輸出。此外，如果在光纖110D的第2端116D輸入波長為λ2m的光，則這些光在光波導(dǎo)型衍射光柵元件100C被反射，從光纖110C的第2端116C輸出。即，在這種情況下，該合分波組件30作為合波器動作，合波輸入到光纖110C的第1端115C的波長為λ2m+1的光和輸入到光纖110D的第2端116D波長為λ2m的光，并從光纖110C的第2端116C輸出其合波后的波長為λ1～λ2M的光。
此外，在該合分波組件30中，如果在光纖110C的第1端115C輸入波長為λ1～λ2M的光，則這些光到達(dá)光波導(dǎo)型衍射光柵元件100C。并且，這些光中，波長為λ2m的光在光波導(dǎo)型衍射光柵元件100C被反射，從光纖110D的第1端115D輸出。另一方面，波長為λ2m+1的光透過光波導(dǎo)型衍射光柵元件100C，從光纖110C的第2端116C輸出。即，在該情況下，該合分波組件30作為分波器動作，分波輸入到光纖110C的第1端115C的波長為λ1～λ2M的光，并從光纖110D的第1端115D輸出波長為的λ2m光，從光纖110C的第2端116C輸出波長為λ2m+1的光。
進(jìn)而，通過使該合分波組件30在作為合波器動作的同時也作為分波器而動作，也可以作為光ADM而動作。即，該合分波組件30在從光纖110D的第1端115D輸出(Drop)輸入到光纖110C的第1端115C的波長為λ1～λ2M的光中波長為λ2m的光的同時，還從光纖110D的第2端116D輸入(Add)的擔(dān)負(fù)其他信息的波長為λ2m的光。并且，合波輸入到光纖110C的第1端115C的波長為λ1～λ2M的光中波長為λ2m+1的光和輸入到光纖110D的第2端116D的波長為λ2m的光，并從光纖110C的第2端116C輸出其合波后的波長為λ1～λ2M的光。
由于以上的合分波組件10、20以及30的任何一個都是包含涉及已經(jīng)敘述過的本實(shí)施形態(tài)的光波導(dǎo)型衍射光柵元件100的合分波組件，故小型且廉價。此外，在光波導(dǎo)型衍射光柵元件100中，因?yàn)榉瓷洳ǘ蝺?nèi)的透過率小且反射波段外的反射率小，故即使在合分波組件10、20以及30的任何一個其反射波長λ2m和透過波長λ2m+1的差均小的時候，也不易于產(chǎn)生串光，且接收錯誤發(fā)生率低，此外，反射波長為λ2m的光的能量損失也小。
下面，對涉及本發(fā)明的光傳輸系統(tǒng)的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。圖14是涉及本實(shí)施形態(tài)的光傳輸系統(tǒng)1的概略構(gòu)成圖。該光傳輸系統(tǒng)1用光纖傳輸通道5連接信號發(fā)送局2和中繼局3，在中繼局3和信號接收局4之間也用光纖傳輸通道6相連接，此外，在中繼局3設(shè)置合分波組件10。
信號發(fā)送局2多重波長波長為λ1～λ2M的信號光并送往光纖傳輸通道5。中繼局3輸入傳經(jīng)光纖傳輸通道5而來的波長為λ1～λ2M的信號光，并利用合分波組件10分波這些信號光，向光纖傳輸通道6送出波長為λ2m+1的信號光，向其他的光纖傳輸通道送出波長為λ2m的光。此外，中繼局3還通過合分波組件10向光纖傳輸通道6送出經(jīng)由其他的光纖傳輸通道輸入的波長為λ2m的信號光。信號接收局4輸入傳經(jīng)光纖傳輸通道6而來的波長為λ1～λ2M的信號光并將它們分波成各種波長予以接收。
該光傳輸系統(tǒng)1是使用包含涉及上述的本實(shí)施形態(tài)的光波導(dǎo)型衍射光柵元件100的合分波組件10進(jìn)行波長為λ1～λ2M的信號光的合波或者分波的光傳輸系統(tǒng)。因而，即使在反射波長λ2m和透過波長λ2m+1的差均小的時候，也不易于產(chǎn)生串光，且接收錯誤發(fā)生率低，此外，反射波長為λ2m的光的能量損失也小。這里，也可以替換合分波組件10而設(shè)置合分波組件20或者30。
本發(fā)明并非是僅限于上述實(shí)施形態(tài)的發(fā)明，可以有種種的變形。例如，上述實(shí)施形態(tài)的光波導(dǎo)型衍射光柵元件是在作為光波導(dǎo)的光纖上形成了利用折射率調(diào)制的衍射光柵的光波導(dǎo)型衍射光柵元件。但是，并非就僅限于此，也可以是在形成在平面基板上的光波導(dǎo)上形成利用折射率調(diào)制的衍射光柵的光波導(dǎo)型衍射光柵元件。
涉及本發(fā)明的光波導(dǎo)型衍射光柵元件與以往的衍射光柵元件相比，其反射波段內(nèi)的透過率的極小值小，反射波段外的反射率的極大值小，反射·透過的特性優(yōu)異。此外，由于該光波導(dǎo)型衍射光柵元件只在光波導(dǎo)的光波導(dǎo)方向的一個范圍形成利用折射率調(diào)制的衍射光柵，故作為整體短且成本便宜。
由以上的本發(fā)明的說明可知，本發(fā)明可以進(jìn)行各種變形。這樣的變形不能認(rèn)為是脫離了本發(fā)明的思想以及范圍的變形，對所有的從業(yè)者而言均可領(lǐng)悟的改良都包含在下面的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光波導(dǎo)型衍射光柵元件，遍及光波導(dǎo)中的光波導(dǎo)方向的預(yù)定范圍形成利用折射率調(diào)制的衍射光柵，并利用上述衍射光柵選擇性地反射通過該光波導(dǎo)的光中反射波段內(nèi)的光，其特征在于上述反射波段被區(qū)分成k個(k≥2)波段，可以作為分別對應(yīng)了k個波段的周期Λk的折射率調(diào)制Δnk(k＝1～K)之和來表示上述預(yù)定范圍中的折射率調(diào)制Δnall，且上述預(yù)定范圍的中心位置的折射率調(diào)制Δnk的相位Φk(k＝1～K)中至少某一組的相位相互不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的光波導(dǎo)型衍射光柵元件，其特征在于用上述各個折射率調(diào)制Δnk(k＝1～K)的上述預(yù)定范圍的中心位置處的相位Φk和基準(zhǔn)相位Φ0之間的相位偏差量ΔΦk(k＝1～K)表示的位置偏差量ΔZk＝Λk·ΔΦk/360(k＝1～K)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為30nm以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所記述的光波導(dǎo)型衍射光柵元件，其特征在于上述位置偏差量ΔZk(k＝1～K)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為50nm以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所記述的光波導(dǎo)型衍射光柵元件，其特征在于上述位置偏差量ΔZk(k＝1～K)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為100nm以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的光波導(dǎo)型衍射光柵元件，其特征在于與假定了上述相位Φk全部一致的情況相比，上述預(yù)定范圍中的上述衍射光柵的上述折射率調(diào)制Δnall的振幅的最大值為2/3以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的光波導(dǎo)型衍射光柵元件，其特征在于上述k個波段各自的透過率的極小值是-20dB以下，上述反射波段外的反射率的極大值是-20dB以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所記述的光波導(dǎo)型衍射光柵元件，其特征在于上述k個波段各自的透過率的極小值是-30dB以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所記述的光波導(dǎo)型衍射光柵元件，其特征在于上述反射波段外的反射率的極大值是-30dB以下。
9.一種光波導(dǎo)型衍射光柵元件制造方法，是制造權(quán)利要求1所記述的光波導(dǎo)型衍射光柵元件的方法，其特征在于利用非線性規(guī)劃法設(shè)計(jì)上述相位Φk(k＝1～K)并基于此制造上述光波導(dǎo)型衍射光柵元件。
10.一種合分波組件，其特征在于包含權(quán)利要求1所記述的光波導(dǎo)型衍射光柵元件并通過該光波導(dǎo)型衍射光柵元件選擇性地反射反射波段內(nèi)的光，進(jìn)行光的合波或者分波。
11.一種光傳輸系統(tǒng)，使用進(jìn)行了波長復(fù)用的多波長的信號光進(jìn)行光傳輸，其特征在于包含權(quán)利要求10所記述的合分波組件并利用該合分波組件進(jìn)行上述多波長的信號光的合波或者分波。
全文摘要
一種光波導(dǎo)型衍射光柵元件，遍及光波導(dǎo)中的光波導(dǎo)方向的預(yù)定范圍形成利用折射率調(diào)制的衍射光柵，并利用衍射光柵選擇性地反射通過該光波導(dǎo)的光中反射波段內(nèi)的光。在該光波導(dǎo)型衍射光柵元件中，上述反射波段被區(qū)分成k個(k≥2)波段，上述預(yù)定范圍中的折射率調(diào)制Δn
文檔編號G02B6/12GK1441917SQ01809774
公開日2003年9月10日 申請日期2001年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月20日
發(fā)明者柴田俊和, 菅沼寬, 井上享, 塩崎學(xué) 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社