專利名稱：光波導(dǎo)體及其制造方法以及具有該光波導(dǎo)體的光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反射型光波導(dǎo)體及其制造方法以及具有該光波導(dǎo)體的光器件。該光器 件能夠使用于光纖通信網(wǎng)等中本申請(qǐng)主張基于2007年12月21日在日本提出的專利申請(qǐng)2007-331004號(hào)的優(yōu) 先權(quán)，并將其內(nèi)容引入本申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
在光通信中，高密度波長復(fù)用(DWDM:DenseWavelength-DivisionMultiplexing) 傳送的寬波段化、高速化不斷發(fā)展。為了進(jìn)行高速傳送，作為該傳送線路，希望使傳送波段中的波長色散盡可能地小， 另一方面，為了抑制非線形效應(yīng)，希望使用波長色散不為零的光纖。但是，對(duì)于已經(jīng)在廣范 圍中鋪設(shè)的光纖來說，在色散較大的波長區(qū)域中使用的情況較多。例如，在波長1. 3 μ m附近具有零色散的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(S-SMF =Standard Single-Mode Fiber)，由于添加鉺的光纖放大器被實(shí)用化，能夠在波長1. 53 1. 63 μ m波 段中使用。此外，使零色散在波長1.55μπι附近偏移的色散移位光纖(DSF dispersion Shifted Fiber)，不僅能夠在C波段中使用，也能夠在S波段或L波段中使用。此外，還 具有在波長1. 55 μ m不是零色散的各種非零色散移位光纖(NZ-DSF =Non-ZeroDispersion Shifted Fiber)。在DWDM中使用這些光纖時(shí)，在廣泛的波長范圍內(nèi)的殘留色散的補(bǔ)償技術(shù) 非常重要。使用各種技術(shù)進(jìn)行色散補(bǔ)償。其中，使用色散補(bǔ)償光纖(DCF dispersion Compensation Fiber)的色散補(bǔ)償是最為實(shí)用化的技術(shù)(例如，參照專利文獻(xiàn)1、2)。為了 得到期望的色散補(bǔ)償量，DCF控制光纖的折射率分布。但是，DCF通常需要成為與作為補(bǔ)償 的對(duì)象的光纖相同程度的長度。因此，在模塊化該DCF時(shí)，不僅需要大的設(shè)置空間，傳送損 失也不能夠忽略。此外，需要對(duì)DCF進(jìn)行準(zhǔn)確的折射率分布的控制，不僅難以制作，也難以 實(shí)現(xiàn)在廣波段中要求的色散補(bǔ)償量。光纖布拉格光柵(FBG :Fiber Bragg Grating)也是常用于色散補(bǔ)償?shù)囊环N技術(shù) (例如，參照專利文獻(xiàn)3)。FBG是，通過對(duì)光纖照射UV光，使光纖芯的折射率變化，形成由于 折射率的不同而產(chǎn)生的光柵，由此進(jìn)行色散補(bǔ)償。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)色散補(bǔ)償用的小型器件， 但難以進(jìn)行折射率變化的控制。進(jìn)一步，光纖的折射率的變化存在極限，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)的 色散補(bǔ)償特性存在極限。此外，使用FBG的器件的小型化和大量生產(chǎn)也存在極限。平面光波導(dǎo)(PLC =Planar Lightwave Circuit)使用在平面中構(gòu)造的光回路，進(jìn)行 色散補(bǔ)償。晶格型PLC是其一個(gè)例子(例如參照非專利文獻(xiàn)1)。但是，晶格型PLC是，使 耦合共振器級(jí)聯(lián)連接而控制色散，基于數(shù)字IIRdnfinite Impulse Response，無限脈沖響 應(yīng))濾波器的原理。因此，實(shí)現(xiàn)的色散量有限。也可以考慮由陣列波導(dǎo)光柵(AWG:Arrayed Waveguide Grating)進(jìn)行分波，對(duì)每 個(gè)波道施加波程差，調(diào)整延遲時(shí)間后，由準(zhǔn)直透鏡再次進(jìn)行合波的方法(例如，參照專利文
4獻(xiàn)4)。但是，在該方法中結(jié)構(gòu)復(fù)雜制作困難，而且需要的空間變大。VIPA(VirtualIy Imaged Phased Array，成虛像的相控陣列)型色散補(bǔ)償器，是由 在薄板兩面涂層有反射膜的波長色散元件(VIPA板)和反射鏡構(gòu)成的色散補(bǔ)償器件(例如 參照專利文獻(xiàn)5)。該器件以三維結(jié)構(gòu)調(diào)整色散。因此，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在制造上要求極高的精度。此外，在DWDM中，在廣波段中使用各種光纖放大器。例如，以添加鉺的光纖放大器 為代表的光纖放大器中，放大特性具有波長依存性。因此，在不同的波長下具有不同的增益 (例如參照非專利文獻(xiàn)2)。這是傳送的信號(hào)的S/N比劣化的原因。為了改善該S/N比的劣 化，在使用的各波道中，需要具有相同的增益。特別是，在DWDM中，因?yàn)槭褂脧V波長范圍，所 以使該波長范圍的增益平坦化的增益均衡器的技術(shù)非常重要。作為增益均衡器，能夠使用上述的FBG、AWG、液晶等各種技術(shù)。在使用FBG的技術(shù) 中，如上所述折射率變化的控制困難，折射率的變化存在極限。因此，在廣波長范圍中進(jìn)行 增益的平坦化存在極限。在使用AWG的技術(shù)中，在由該AWG進(jìn)行分波，對(duì)每個(gè)波道控制增益 之后，再次進(jìn)行合波，由此能夠使增益平坦化。但是，AWG不僅構(gòu)造復(fù)雜且制造困難，而且需 要的空間變大。此外，也存在將AWG和以LiNbO3這樣的結(jié)晶制作的移相器組合而得的增益 均衡器，但是也同樣結(jié)構(gòu)復(fù)雜。使用液晶的技術(shù)中，對(duì)液晶施加電壓，改變液晶內(nèi)的分子的分極方向，由此控制光 的衰減量。但是，在該方法中，需要使光在空間上分波，裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而且，在DWDM中，在廣波段中以多個(gè)波道進(jìn)行通信，波道的add/drop、分波/合波 廣泛進(jìn)行。因此，需要濾波器或進(jìn)行多個(gè)波道的濾波的濾波器組。作為濾波器，使用各種技術(shù)。其中，使用光纖耦合器的技術(shù)最為實(shí)用化(例如，參 照非專利文獻(xiàn)3)。但是，該技術(shù)在廣波長波段下的適應(yīng)困難，不能夠有選擇地進(jìn)行濾波。此外，與上述的色散補(bǔ)償同樣，存在使用FBG的技術(shù)，但是折射率變化的控制困 難，光纖的折射率的變化存在極限，因此能夠?qū)崿F(xiàn)的濾波特性存在極限。也存在使用AWG的 技術(shù)，但是不僅構(gòu)造復(fù)雜且制作困難，需要的空間也會(huì)變大。而且，濾波器的損失變大。專利文獻(xiàn)1 日本專利第3857211號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利第3819264號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2004-325549號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本專利第3852409號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)5 日本特開2005-275101號(hào)公報(bào)非專 利文獻(xiàn) 1 :K. Takiguchi, et. al, "Dispersion slope equalizer fordispersion shifted fiber using a lattice-form programmable opticalfilter on a planar lightwave circuit,"J. Lightwave Technol.,pp.1647-1656,vol.16,no. 9,1998非專利文獻(xiàn) 2 :H. Masuda, et. al, "Design and spectral characteristics of gain-flattened tellurite-based fiber Raman amplifies, "J. Lightwave Technol., pp. 504-515，vol. 24，no.1,2006非專利文獻(xiàn) 3 :K. Morishita, et. al, "Fused fiber couplers madeinsensitive by the glass structure change,"J. Lightwave Technol. ,pp.1915-1920,vol. 26,no. 13, 2008
在進(jìn)行DWDM時(shí)，上述現(xiàn)有技術(shù)的問題如下所述。1 使用DCF的色散補(bǔ)償，由于使用較長的光纖而需要的空間變大，難以小型化。此 外，能夠?qū)崿F(xiàn)的色散補(bǔ)償特性存在極限。2 使用FBG時(shí)，光纖的折射率的變化存在極限。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)的色散補(bǔ)償特性、 增益的平坦化、濾波器特性存在極限。在使FBG重合的情況下，也是同樣。3 使用晶格型PLC的色散補(bǔ)償能夠?qū)崿F(xiàn)的色散補(bǔ)償量較小。4:使用AWG時(shí)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本變高。此外，要求空間變大，器件的小型 化困難。5 =VIPA型色散補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本變高。6 使用了液晶的增益均衡器中，裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此，制造困難，成本變高。S卩，關(guān)于搭載有色散補(bǔ)償器、增益均衡器、濾波器等的光波導(dǎo)體，在進(jìn)行DWDM時(shí)， 希望開發(fā)能夠得到期望的色散特性、波長特性等的光波導(dǎo)體，使得能夠應(yīng)對(duì)廣波長范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題而提出，目的在于提供一種能夠容易地控制折射率的變化、 小型且制造容易、能夠進(jìn)行低成本化的光波導(dǎo)體。本發(fā)明為了解決上述問題而采用以下手段。(1)本發(fā)明的光波導(dǎo)體，具有包層和埋入在該包層中的芯，通過改變上述芯的物理 尺寸，使該芯的等效折射率在光傳送方向上不均勻地變化。(2)優(yōu)選上述芯的寬度在上述光傳送方向上不均勻地分布。(3)優(yōu)選上述芯的寬度以從上述芯的中心起的上述芯寬度方向的兩側(cè)對(duì)稱的方式 在上述光傳送方向上不均勻地分布。(4)優(yōu)選上述芯的寬度以從上述芯的中心起的上述芯寬度方向的兩側(cè)非對(duì)稱的方 式在上述光傳送方向上不均勻地分布。(5)優(yōu)選對(duì)上述芯的寬度而言，從上述芯的中心起的上述芯寬度方向的兩側(cè)中僅 一側(cè)在上述光傳送方向上不均勻地分布。(6)優(yōu)選上述芯直線狀地設(shè)置。(7)優(yōu)選上述芯彎曲狀地設(shè)置。(8)優(yōu)選上述光傳送方向上的上述芯的等效折射率分布由下述設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)使用 Zakharov-Shabat方程式，根據(jù)反射系數(shù)的光譜數(shù)據(jù)，作為數(shù)值導(dǎo)出的逆散射問題，對(duì)位勢 函數(shù)進(jìn)行求解；根據(jù)由該逆散射問題得到的值，推測用于實(shí)現(xiàn)期望的反射光譜的位勢。(9)優(yōu)選上述光傳送方向上的上述芯的等效折射率分布由下述方法設(shè)計(jì)使用導(dǎo) 入了作為向光波導(dǎo)體的前方和后方傳送的電力波的振幅的變量的波動(dòng)方程式，回歸至具有 從上述光波導(dǎo)體的等效折射率的對(duì)數(shù)的微分導(dǎo)出的位勢的Zakharov-Shabat方程式，根據(jù) 反射系數(shù)的光譜數(shù)據(jù)，作為數(shù)值導(dǎo)出的逆散射問題，對(duì)位勢函數(shù)進(jìn)行求解；根據(jù)由該逆散射 問題得到的值，推測用于實(shí)現(xiàn)期望的反射光譜的位勢；基于該位勢求取等效折射率；根據(jù) 預(yù)先求得的規(guī)定的上述芯的厚度、上述等效折射率、上述芯的尺寸的關(guān)系，計(jì)算上述光波導(dǎo) 體在光傳送方向上的上述芯的寬度分布。(10)本發(fā)明的光器件，在具有上述(1)所記載的光波導(dǎo)體的光器件中，優(yōu)選上述光波導(dǎo)體的一端為透射端，另一端為反射端；上述透射端由無反射終端終結(jié)；在上述反射 端經(jīng)由循環(huán)器或方向性耦合器取出光輸出。(11)上述光器件優(yōu)選是光波導(dǎo)型波長色散補(bǔ)償器件。(12)上述光波導(dǎo)體優(yōu)選在中心波長λ。為1280nm彡λ。彡1320nm和 1490nm彡λ。彡1613nm的范圍、動(dòng)作波段ABW為0. Inm ^ ABff ^ 40nm的范圍 中，具有色散D為-1500pS/nm彡D彡2000ps/nm的范圍、色散斜率與色散的比RDS 為-0. InnT1 ( RDS ( 0. InnT1的范圍的特性。(13)優(yōu)選上述光器件為增益均衡器。(14)優(yōu)選上述光器件是濾波器。(15)優(yōu)選上述光波導(dǎo)體分為多個(gè)波道，在上述各波道反射期望的波長區(qū)域的光。(16)優(yōu)選在上述各波道之間群延遲不同。(17)本發(fā)明的光波導(dǎo)體的制造方法是，設(shè)置光波導(dǎo)體的下包層；接著，在上述下 包層上，設(shè)置比該下包層折射率大的芯層；接著，對(duì)上述芯層實(shí)施，留下以芯的等效折射率 在光傳送方向上不均勻變化的方式設(shè)計(jì)的規(guī)定的芯形狀，而除去這之外的部分的加工，來 形成芯；接著，設(shè)置覆蓋上述芯的上包層。上述(1)所述的光波導(dǎo)體，埋入在包層中的芯的等效折射率在光傳送方向上不均 勻地變化。因此，與使用FBG等的情況相比較，等效折射率的變化率變大，而且能夠精細(xì)且 準(zhǔn)確地進(jìn)行控制。此外，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不復(fù)雜，所以能夠以公知的制造工藝大量制造，能夠?qū)崿F(xiàn) 低成體化。根據(jù)上述(11)所述的光器件(光波導(dǎo)型波長色散補(bǔ)償器件)，通過具有本發(fā)明的 光波導(dǎo)體，與使用色散補(bǔ)償光纖等的現(xiàn)有技術(shù)相比較，能夠小型化，設(shè)置空間變小。此外，與 現(xiàn)有的使用FBG的色散補(bǔ)償相比較，能夠得到能夠?qū)崿F(xiàn)的色散補(bǔ)償特性變廣等優(yōu)異的色散 補(bǔ)償特性。而且，與使用PLC、VIPA、AWG等的現(xiàn)有的色散補(bǔ)償器件相比，構(gòu)造簡單，能夠以低 成本進(jìn)行制造。根據(jù)上述(14)所述的光器件(增益均衡器)，通過具有上述(1)所述的光波導(dǎo)體， 與現(xiàn)有的使用FBG的增益的平坦化相比較，能夠在廣波長范圍中進(jìn)行增益的平坦化。因此， 能夠達(dá)到傳送的信號(hào)的S/N比的劣化的減少。此外，與AWG等相比構(gòu)造簡單，能夠以低成本 進(jìn)行制造。根據(jù)上述(15)所述的光器件(濾波器)，通過具有上述(1)所述的光波導(dǎo)體，即使 是廣波長波段也能夠有選擇地進(jìn)行濾波。此外，與AWG等相比構(gòu)造簡單，能夠以低成本進(jìn)行 制造。根據(jù)上述(19)所述的光波導(dǎo)體的制造方法，如上所述，能夠以低成本且高效地制 造能夠得到期望的色散特性、波長特性等的光波導(dǎo)體。


圖1是表示作為本發(fā)明的光波導(dǎo)體的一個(gè)實(shí)施方式的NPWG結(jié)構(gòu)的概略立體圖；圖2A是表示芯的寬度的分布形狀的一個(gè)例子的概略平面圖；圖2B是表示芯的寬度的分布形狀的另一個(gè)例子的概略平面圖；圖3是舉例表示將芯設(shè)置為彎曲狀的情況的概略平面7
圖4是表示本發(fā)明的光波導(dǎo)型波長色散補(bǔ)償器件的一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖；圖5是表示實(shí)施例1的NPWG的位勢分布的圖表；圖6是表示實(shí)施例1的NPWG的群延遲特性的圖表；圖7是表示實(shí)施例1的NPWG的反射率特性的圖表；圖8是表示使用h3 = 6μπι、相對(duì)折射率差Δ = 0.6%的芯時(shí)，波長1550nm下的 等效折射率與芯寬度的關(guān)系的圖表；圖9是表示實(shí)施例1的NPWG的芯寬度分布的圖表；圖10是表示實(shí)施例1的NPWG的等效折射率的分布的圖表；圖11是表示在實(shí)施例1的NPWG中使用高初始折射率時(shí)的NPWG的芯寬度的分布 的圖表；圖12是表示在實(shí)施例1的NPWG中使用高初始折射率時(shí)的NPWG的等效折射率分 布的圖表；圖13是表示實(shí)施 歹2的NPWG的位勢分布的圖表；
圖14是表示實(shí)施 歹2的NPWG的群延遲特性的圖表；
圖15是表示實(shí)施 歹2的NPWG的反射率特性的圖表；
圖16是表示實(shí)施 歹2的NPWG的芯寬度分布的圖表；
圖17是表示實(shí)施 歹2的NPWG的等效折射率的分布的圖表
圖18是表示實(shí)施 歹3的NPWG的位勢分布的圖表；
圖19是表示實(shí)施 歹3的NPWG的群延遲特性的圖表；
圖20是表示實(shí)施 歹3的NPWG的反射率特性的圖表；
圖21是表示實(shí)施 歹3的NPWG的芯寬度分布的圖表；
圖22是表示實(shí)施 歹3的NPWG的等效折射率的分布的圖表
圖23是表示實(shí)施 歹4的NPWG的位勢分布的圖表；
圖24是表示實(shí)施 歹4的NPWG的群延遲特性的圖表；
圖25是表示實(shí)施 歹4的NPWG的反射率特性的圖表；
圖26是表示實(shí)施 歹4的NPWG的芯寬度分布的圖表；
圖27是表示實(shí)施 歹4的NPWG的等效折射率的分布的圖表
圖28是表示實(shí)施 歹5的NPWG的位勢分布的圖表；
圖29是表示實(shí)施 歹5的NPWG的群延遲特性的圖表；
圖30是表示實(shí)施 歹5的NPWG的反射率特性的圖表；
圖31是表示實(shí)施 歹5的NPWG的芯寬度分布的圖表；
圖32是表示實(shí)施 歹5的NPWG的等效折射率的分布的圖表
圖33是表示實(shí)施 歹6的NPWG的位勢分布的圖表；
圖34是表示實(shí)施 歹6的NPWG的群延遲特性的圖表；
圖35是表示實(shí)施 歹6的NPWG的反射率特性的圖表；
圖36是表示實(shí)施 歹6的NPWG的芯寬度分布的圖表；
圖37是表示實(shí)施 歹6的NPWG的等效折射率的分布的圖表
圖38是表示實(shí)施 歹7的NPWG的群延遲特性的圖表；
圖39是表示實(shí)施 歹8的NPWG的位勢分布的圖表；
圖40是表示實(shí)施例8的NPWG的群延遲特性的圖表；圖41是表示實(shí)施例8的NPWG的反射率特性的圖表；圖42是表示實(shí)施例8的NPWG的芯寬度分布的圖表；圖43是表示實(shí)施例8的NPWG的等效折射率的分布的圖表；圖44是表示實(shí)施例9的NPWG的位勢分布的圖表；圖45是表示實(shí)施例9的NPWG的群延遲特性的圖表；圖46是表示實(shí)施例9的NPWG的反射率特性的圖表；圖47是表示實(shí)施例9的NPWG的芯寬度分布的圖表；圖48是表示實(shí)施例9的NPWG的等效折射率的分布的圖表；圖49是表示實(shí)施例10的NPWG的位勢分布的圖表；圖50是表示實(shí)施例10的NPWG的群延遲特性的圖表；圖51是表示實(shí)施例10的NPWG的反射率特性的圖表；圖52是表示實(shí)施例10的NPWG的芯寬度分布的圖表；圖53是表示實(shí)施例10的NPWG的等效折射率的分布的圖表；圖54是表示本發(fā)明的增益均衡器的一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖；圖55是表示本發(fā)明的濾波器的一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖；圖56是表示實(shí)施例11的NPEG的反射率特性的圖表；圖57是表示實(shí)施例11的NPWG的芯寬度分布的圖表；圖58是表示實(shí)施例12的NPEG的反射率特性的圖表；圖59是表示實(shí)施例12的NPWG的芯寬度分布的圖表；圖60是表示實(shí)施例13的NPEG的反射率特性的圖表；圖61是表示實(shí)施例13的NPWG的群延遲特性的圖表；圖62是表示實(shí)施例13的NPWG的芯寬度分布的圖表；圖63是表示實(shí)施例14的NPEG的反射率特性的圖表；圖64是表示實(shí)施例14的NPWG的群延遲特性的圖表；圖65是表示實(shí)施例14的NPWG的芯寬度分布的圖表；圖66是表示實(shí)施例15的NPEG的反射率特性的圖表；圖67是表示實(shí)施例15的NPWG的群延遲特性的圖表；以及圖68是表示實(shí)施例15的NPWG的芯寬度分布的圖表。附圖符號(hào)說明10NPWG ； 11芯；12包層；13反射端；14透射端；15循環(huán)器；16無反射終端；20光波 導(dǎo)型波長色散補(bǔ)償器件；30增益均衡器；40濾波器
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的光波導(dǎo)體中，埋入在包層中的芯的等效折射率在光傳送方向不均勻地變 化。以下，參照

本發(fā)明的光波導(dǎo)體的實(shí)施方式。圖1是表示本發(fā)明的光波導(dǎo)體的一個(gè)實(shí)施方式的概要立體圖。本實(shí)施方式的光波 導(dǎo)體，作為使芯的等效折射率在光的傳送方向上不均勻變化的單元，優(yōu)選使用使芯的寬度w在長度方向(ζ)變化的具有非均勻的寬度的平面波導(dǎo)(Non-uniform Planar WaveGuide,以 下記為NPWG)。此處，非均勻是指，物理尺寸與波導(dǎo)的前進(jìn)方向的位置一同變化。圖1中，符 號(hào)10是NPWG，符號(hào)11是芯，符號(hào)12是包層。本實(shí)施方式的NPWGlO在包層12中具有芯11。如圖1所示，芯11具有一定的高 度h3。此外，芯11的寬度w在長度方向(ζ)方向上不均勻地變化，使波導(dǎo)的傳送模式的局 部等效折射率變化。NPffGlO的動(dòng)作原理與FBG的光柵看起來類似。但是，關(guān)于等效折射率的變化，在 FBG中使介質(zhì)的折射率變化，與此相對(duì)，本實(shí)施方式的NPWG10，通過使芯11的寬度沿著長度 方向變化，使等效折射率變化。像這樣，關(guān)于等效折射率的變化，兩者的動(dòng)作原理是完全不 同的。NPffGlO中，通過使芯11的寬度沿長度方向變化而得到的等效折射率的變化率，與 FBG的情況相比較大，而且能夠容易地進(jìn)行精細(xì)且準(zhǔn)確的控制。NPffGlO的結(jié)構(gòu)是平面性的，因此，能夠以公知的制造工藝大量地進(jìn)行制造，能夠?qū)?現(xiàn)低成本化。該NPWG10，能夠使用石英玻璃類材料。在該情況下，例如，以純石英玻璃制作包層， 芯使用添加有鍺的石英玻璃即可。此外，也能夠使用樹脂類材料。此外，在使用硅類材料作為NPWGlO的情況下，如果在該硅類材料上添加電極并進(jìn) 行控制，則能夠?qū)崿F(xiàn)可變器件。此外，在對(duì)該器件施加熱的情況下，由于材料的熱膨脹而波 導(dǎo)變長。因此，使特性向長波長側(cè)偏移。利用該特性，則能夠?qū)崿F(xiàn)利用熱控制的可變器件。NPWGlO的芯寬度的分布，使用根據(jù)期望的反射光譜得到需要的寬度分布的逆散射 問題的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，如下所述地將傳送至NPWGlO的電磁場定式化(參考文獻(xiàn)J. E. Sipe， L.Poladian, and C. Martijn de Sterke, "Propagation throughnonuniform grating structures, " J. Opt. Soc. Am. A, vol. 11,no. 4. pp. 1307_1320，1994)。假設(shè)電磁場的時(shí)間變 化為exp (_i ω t)，根據(jù)Maxwell方程式，傳送至NPWG10的電磁場以下式(1)、(2)表示。
其中，上述式(1)、(2)中，Ε、H分別表示電場和磁場的復(fù)振幅，η表示波導(dǎo)的折射率。此處，將由下式(3)、(4) 定義的，向z的前方傳送的電力波的振幅Α+(ζ)和向ζ的后方傳送的電力波的振幅 Α-(z)分別導(dǎo)入上述式(1)和式(2)。其中，Ztl=√u0/so表示真空中的阻抗，Iitl表示參照折
射率。由這些變量分別導(dǎo)出下式(5)、(6) 其中，c表示真空中的光速。這些式(5)、(6)由下式(7)
量變換，分別回歸到下式(8)、(9)所示的Zakharov-Shabat方程式 dv\{x^ k) 其中，ω。表示參照角頻率。這些Zakharov-Shabat方程式能夠作為逆散射問題進(jìn)行求解。即，根據(jù)由下式 (10)
(10)定義的反射系數(shù)的光譜數(shù)據(jù)，能夠數(shù)值求解位勢函數(shù)U(X)(參考文獻(xiàn): P. V. Frangos and D· L Jaggard，"A numerical solution to theZakharov-Shabat inverse scattering problem,"IEEE Trans. Antennasand Propag·，vol· 39，ηο· l，pp· 74-79，1991)。將其應(yīng)用于上述問題，則能夠求得用于實(shí)現(xiàn)期望的反射光譜的位勢。此處，反射光 譜是指，由相對(duì)波長的群延遲量和反射率得到的復(fù)反射數(shù)據(jù)。如果得到了位勢u(x)，則局部等效折射率n(x)如下式(11)那樣被求得。
(^)進(jìn)一步，根據(jù)要實(shí)際制作的波導(dǎo)的芯的厚度與、由芯的折射率和包層的折射率求 得的相對(duì)芯的寬度的等效折射率的關(guān)系，求取光的傳送方向上規(guī)定位置的芯寬度W(X)。在將本發(fā)明的NPWGlO用于后述的色散補(bǔ)償器件20時(shí)，考慮被補(bǔ)償光纖的使用波 長、使用波段和使用長度，以與被補(bǔ)償光纖的色散相反的方式(能夠進(jìn)行色散補(bǔ)償)制作光 譜數(shù)據(jù)，使用上述設(shè)計(jì)方法求解逆問題，設(shè)計(jì)NPWG10。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)小型且高性能的色散 補(bǔ)償器件20。在將本發(fā)明的NPWGlO用于后述的增益均衡器30時(shí)，相對(duì)增益均衡器30的光
進(jìn)行變
(7)纖系統(tǒng)，以與該增益光譜相反的方式制作光譜數(shù)據(jù)，使用上述設(shè)計(jì)方法求解逆問題，制作 NPWG10,由此，能夠?qū)崿F(xiàn)增益均衡器30。作為增益光譜的形狀，根據(jù)應(yīng)用的增益均衡器30而 適當(dāng)設(shè)定即可?？紤]近似曲線時(shí)，能夠舉出sin波形狀、高斯分布形狀等。在將本發(fā)明的NPWGlO用于后述的濾波器40時(shí)，相對(duì)進(jìn)行濾波的波長區(qū)域，以與該 增益光譜相反的方式制作光譜數(shù)據(jù)，使用上述設(shè)計(jì)方法求解逆問題，制作NPWG10，由此實(shí)現(xiàn) 濾波器40。本發(fā)明的NPWGlO例如能夠以下述方式制造。首先，設(shè)置NPWGlO的下包層。接著，在上述下包層上，設(shè)置比該下包層折射率大的 芯層。接著，對(duì)上述芯層實(shí)施，留下以芯的等效折射率在光傳送方向上不均勻變化的方式設(shè) 計(jì)的(以上述(a) (c)設(shè)計(jì)的)規(guī)定的芯形狀，而除去這之外的部分的加工，形成芯11。 接著，設(shè)置覆蓋上述芯11的上包層12，制造出NPWG10。這樣，在形成NPWGlO的芯11時(shí)，優(yōu)選使用具有上述芯寬度w (χ)的形狀(以芯10 的等效折射率在光傳送方向上不均勻變化的方式設(shè)計(jì)的)掩模，通過光刻法形成芯11。在 該光刻法中使用的材料、順序，能夠使用在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域等中公知的光刻法所使用的材 料、順序而實(shí)施。此外，包層和芯層的成膜方法，能夠使用在一般的光波導(dǎo)的制造中使用的 公知的成膜技術(shù)而實(shí)施。在上述實(shí)施方式中，如圖1所示，舉例表示了在包層12中埋設(shè)有高度(厚度)一 定且寬度在長度方向上不均勻變化的芯11的結(jié)構(gòu)的NPWG10。本發(fā)明所使用的光波導(dǎo)，并不 限定于本例，能夠有各種變更。例如，如圖2Α所示，芯11的寬度分布也可以采用以從芯11的中心起的寬度方向 的兩側(cè)對(duì)稱的方式在光傳送方向上不均勻分布的結(jié)構(gòu)。此外，如圖2Β所示，也可以采用以 從芯11的中心起的寬度方向的兩側(cè)非對(duì)稱的方式在光傳送方向上不均勻分布的結(jié)構(gòu)。此外，在圖1所示的芯11沿著NPWGlO的長度方向(ζ)直線狀設(shè)置的結(jié)構(gòu)之外，也 可以如圖3所示，采用彎曲狀設(shè)置芯11的結(jié)構(gòu)。通過這樣采用彎曲狀地設(shè)置芯11的結(jié)構(gòu)， 能夠使NPWGlO更小型化。(光波導(dǎo)型波長色散補(bǔ)償器件)說明光波導(dǎo)型波長色散補(bǔ)償器件(以下簡稱為色散補(bǔ)償器件)的實(shí)施方式。本發(fā) 明的色散補(bǔ)償器件，具有上述的本發(fā)明的NPWG10，作為反射型的波長色散補(bǔ)償單元。本發(fā)明 的NPWGlO中，其芯11的寬度w在長度方向(ζ)方向上不均勻地變化，使波導(dǎo)的傳送模式的 局部等效折射率變化。由此具有反射型的波長色散補(bǔ)償功能。圖4是表示本發(fā)明的色散補(bǔ)償器件的一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式的色散補(bǔ) 償器件20，大致由上述的NPWG10、與其反射端13側(cè)連接的循環(huán)器15構(gòu)成。NPWGlO的透射 端14為無反射終端16。在循環(huán)器15中，在其輸入側(cè)(input)連接有未圖示的被補(bǔ)償光纖。 在循環(huán)器15的輸出側(cè)(output)連接有下游側(cè)的光纖。該下游側(cè)的光纖在光傳送通路內(nèi)使用。本發(fā)明的色散補(bǔ)償器件20是反射型器件，從被補(bǔ)償光纖輸入循環(huán)器15的輸入側(cè) 的光信號(hào)，進(jìn)入NPWGlO被反射，其反射波經(jīng)由循環(huán)器15被輸出。該色散補(bǔ)償器件20的NPWG10，如前所述，具有能夠補(bǔ)償被補(bǔ)償光纖的波長色散的 反射率特性。因此，在從被補(bǔ)償光纖輸出的光信號(hào)被NPWGlO反射時(shí)，該光信號(hào)的波長色散被修正后輸出。然后，從色散補(bǔ)償器件20輸出的光信號(hào)，輸入與循環(huán)器15的輸出側(cè)連接的 下游側(cè)的光纖，傳送至該光纖內(nèi)。本發(fā)明的色散補(bǔ)償器件20，在如上所述制造NPWGlO之后，以無反射終端16終結(jié)該 NPWGlO的透射端14。而且，在NPWGlO的反射端13連接循環(huán)器15或方向性耦合器。通過 以上過程，得到圖4所示的色散補(bǔ)償器件20。(增益均衡器)說明增益均衡器的實(shí)施方式。本發(fā)明的增益均衡器，具有上述本發(fā)明的NPWGlOJt 為反射型的增益等效單元。本發(fā)明的NPWGlO中，其芯11的寬度w在長度方向(ζ)方向上 不均勻地變化，使波導(dǎo)的傳送模式的局部等效折射率變化。通過該局部等效折射率的變化， 在波導(dǎo)中傳送的光信號(hào)被反射，該反射光具有補(bǔ)償光纖放大器的增益波長依存性的波長依 存性。圖4是表示本發(fā)明的增益均衡器的一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式的增益均衡 器30，大致由上述的NPWG10、與其反射端13側(cè)連接的循環(huán)器15構(gòu)成。NPWGlO的透射端14 為無反射終端16。在循環(huán)器15，在其輸入側(cè)(input)連接有未圖示的光纖放大器。在循環(huán) 器15的輸出側(cè)(output)連接有下游側(cè)的光纖。該下游側(cè)的光纖在光傳送通路內(nèi)使用。本發(fā)明的增益均衡器30是反射型器件，從光纖放大器輸入循環(huán)器15的輸入側(cè)的 光信號(hào)，進(jìn)入NPWGlO被反射，其反射波經(jīng)由循環(huán)器15被輸出。此時(shí)，被反射輸出的各波長 的光信號(hào)的光強(qiáng)度的波長依存性被補(bǔ)償。該增益均衡器30的NPWG10，如前所述，具有能夠補(bǔ)償光纖放大器的光強(qiáng)度的波長 依存性的反射率特性。因此，從光纖放大器輸出的光信號(hào)被NPWGlO反射時(shí)，該光信號(hào)的光 強(qiáng)度的波長依存性被補(bǔ)償后輸出。然后，從增益均衡器30輸出的光信號(hào)，輸入與循環(huán)器15 的輸出側(cè)連接的下游側(cè)的光纖，傳送至該光纖內(nèi)。(濾波器)說明濾波器的實(shí)施方式。本發(fā)明的濾波器，具有上述的本發(fā)明的NPWG10，作為反射 型的濾波單元。本發(fā)明的NPWGlO中，其芯11的寬度w在長度方向(ζ)方向上不均勻地變 化，使波導(dǎo)的傳送模式的局部等效折射率變化。通過該局部等效折射率的變化，在波導(dǎo)中傳 送的光信號(hào)中，期望的波長波段的光信號(hào)被濾波。圖4是表示本發(fā)明的濾波器的一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式的濾波器40，大 致由上述的NPWG10、與其反射端13側(cè)連接的循環(huán)器15構(gòu)成。NPWGlO的透射端14為無反 射終端16。在循環(huán)器15，在其輸入側(cè)(input)連接有未圖示的光纖。在循環(huán)器15的輸出 側(cè)(output)連接有下游側(cè)的光纖。該下游側(cè)的光纖在光傳送通路內(nèi)使用。本發(fā)明的濾波器40是反射型器件，從光纖輸入循環(huán)器15的輸入側(cè)的光信號(hào)，進(jìn)入 NPffGlO被反射，其反射波經(jīng)由循環(huán)器15被輸出。此時(shí)，僅期望的波長波段的光信號(hào)被反射。該濾波器40的NPWG10，如前所述，具有能夠僅對(duì)在光纖中傳送的光信號(hào)中期望的 波長波段的光信號(hào)進(jìn)行反射的反射率特性。因此，在從光纖輸出的光信號(hào)被NPWGlO反射 時(shí)，僅該期望的波長波段的光信號(hào)被反射后輸出。然后，從濾波器40輸出的光信號(hào)，輸入與 循環(huán)器15的輸出側(cè)連接的下游側(cè)的光纖，傳送至該光纖內(nèi)。本實(shí)施方式的濾波器40可以是采用下述結(jié)構(gòu)的濾波器組=NPWGlO被分為多個(gè)波 道，在各個(gè)波道反射期望的波長波段的光。此時(shí)，優(yōu)選使各波道中的群延遲特性預(yù)先錯(cuò)開例
13如Ips IOps左右。由此，因?yàn)镹PWGlO的反射中心位于不同的位置，所以芯11的寬度大 幅變化的區(qū)域相互錯(cuò)開而存在。結(jié)果是，能夠避免反射中心集中在NPWGlO的一個(gè)位置，能 夠使芯11的寬度的變化率較小，制造變得容易。以下，利用具體的實(shí)施例，進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。但是，本發(fā)明并不限定于以下 所示的實(shí)施例。實(shí)施例1 10涉及本發(fā)明的色散補(bǔ)償器件。實(shí)施例11 12涉及本發(fā)明 的增益均衡器。實(shí)施例13 15涉及本發(fā)明的濾波器。實(shí)施例(實(shí)施例1)設(shè)計(jì)在波長區(qū)域[1545nm 1555nm]中，實(shí)現(xiàn)色散量D = -10ps/nm、色散斜率與色 散的比RDS = 0. OOS^m-1的波長色散的補(bǔ)償?shù)纳⒀a(bǔ)償器件。該色散補(bǔ)償器件，因?yàn)檫M(jìn)行 補(bǔ)償?shù)纳⒘枯^少，所以主要用于補(bǔ)償由DCF沒有完全補(bǔ)償?shù)纳?。圖5是表示在本實(shí)施例中制作的色散補(bǔ)償器件的NPWG的位勢分布的圖表。圖中 的橫軸表示以中心波長1550nm進(jìn)行了規(guī)格化的位置。使用該位勢，得到圖6所示的群延遲 特性和圖7所示的反射率特性。在兩圖中表示在設(shè)計(jì)中使用的光譜數(shù)據(jù)(designed)和得 到的光譜數(shù)據(jù)(realized)。本實(shí)施例的NPWG采用h3 = 6 μ m、相對(duì)折射率差Δ = 0. 6%的芯埋入在由石英玻 璃構(gòu)成的包層中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，波長1550nm下的等效折射率與芯寬度的關(guān)系 如圖8所示。此時(shí)的包層的厚度與芯相比足夠大。在使用該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的情況下，實(shí)現(xiàn)圖6和圖7的NPWG的芯寬度分布如圖9所示。 此時(shí)的NPWG的等效折射率的分布如圖10所示。即使使用相同材料的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，只要根據(jù)波導(dǎo)的厚度和材料設(shè)定表示波導(dǎo)整體的 平均等效折射率的參照折射率n(o)，就能夠在具有不同寬度的NPWG中實(shí)現(xiàn)相同特性。圖 11表示使用比上述例子高的參照折射率n(o)時(shí)的芯寬度方向的芯寬度分布。此時(shí)的NPWG 的等效折射率的分布如圖12所示。芯和包層的材料不限于石英玻璃類，能夠使用硅化合物、聚合物等在光學(xué)領(lǐng)域中 一直以來公知的其它透明材料。特別是，如果使用折射率高的材料，則能夠使器件進(jìn)一步變 小，能夠使傳送損失下降。(實(shí)施例2)設(shè)計(jì)在波長區(qū)域[1545nm 1555nm]中，實(shí)現(xiàn)色散量D = _50ps/nm、色散斜率與色 散的比RDS = 0. OOS^m-1的波長色散的補(bǔ)償?shù)纳⒀a(bǔ)償器件。該色散補(bǔ)償器件也與實(shí)施例 1同樣，主要用于補(bǔ)償由DCF沒有完全補(bǔ)償?shù)纳?。圖13是表示在本實(shí)施例中制作的色散補(bǔ)償器件的NPWG的位勢分布的圖表。圖中 的橫軸表示以中心波長1550nm進(jìn)行了規(guī)格化的位置。使用該位勢，得到圖14所示的群延 遲特性和圖15所示的反射率特性。在兩圖中表示在設(shè)計(jì)中使用的光譜數(shù)據(jù)(designed)和 得到的光譜數(shù)據(jù)(realized)。本實(shí)施例的NPWG采用h3 = 6 μ m、相對(duì)折射率差Δ = 0. 6%的芯埋入在由石英玻 璃構(gòu)成的包層中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)圖14和圖15所示的各特性的NPWG的芯 寬度分布如圖16所示。此時(shí)的NPWG的等效折射率的分布如圖17所示。(實(shí)施例3)
設(shè)計(jì)在波長區(qū)域[1545nm 1555nm]中，實(shí)現(xiàn)色散量D = -100ps/nm、色散斜率與 色散的比RDS = 0. OOS^m-1的波長色散的補(bǔ)償?shù)纳⒀a(bǔ)償器件。該色散補(bǔ)償器件也與上述 各實(shí)施例同樣，主要用于補(bǔ)償由DCF沒有完全補(bǔ)償?shù)纳?。在本?shí)施例中，能夠補(bǔ)償長度約 為6km的標(biāo)準(zhǔn)型單模光纖(S-SMF standard Single-Fiber)的波長色散。圖18是表示在本實(shí)施例中制作的色散補(bǔ)償器件的NPWG的位勢分布的圖表。圖中 的橫軸表示以中心波長1550nm進(jìn)行了規(guī)格化的位置。使用該位勢，得到圖19所示的群延 遲特性和圖20所示的反射率特性。在兩圖中表示在設(shè)計(jì)中使用的光譜數(shù)據(jù)(designed)和 得到的光譜數(shù)據(jù)(realized)。本實(shí)施例的NPWG采用h3 = 6 μ m、相對(duì)折射率差Δ = 0. 6%的芯埋入在由石英玻 璃構(gòu)成的包層中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)圖19和圖20的各特性的NPWG的芯寬度 分布如圖21所示。此時(shí)的NPWG的等效折射率的分布如圖22所示。(實(shí)施例4)設(shè)計(jì)在波長區(qū)域[1549. 6nm 1555. 4nm]中，實(shí)現(xiàn)色散量D = -100ps/nm、色散斜 率與色散的比RDS =CXOOS^nr1的波長色散的補(bǔ)償?shù)纳⒀a(bǔ)償器件。該色散補(bǔ)償器件補(bǔ) 償長度約為100km的S-SMF的波長色散。圖23是表示在本實(shí)施例中制作的色散補(bǔ)償器件的NPWG的位勢分布的圖表。圖中 的橫軸表示以中心波長1550nm進(jìn)行了規(guī)格化的位置。使用該位勢，得到圖24所示的群延 遲特性和圖25所示的反射率特性。在兩圖中表示在設(shè)計(jì)中使用的光譜數(shù)據(jù)(designed)和 得到的光譜數(shù)據(jù)(realized)。本實(shí)施例的NPWG采用h3 = 6 μ m、相對(duì)折射率差Δ = 0. 6%的芯埋入在由石英玻 璃構(gòu)成的包層中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)圖24和圖25的各特性的NPWG的芯寬度 分布如圖26所示。此時(shí)的NPWG的等效折射率的分布如圖27所示。(實(shí)施例5)設(shè)計(jì)在波長區(qū)域[1548nm 1552nm]中，實(shí)現(xiàn)色散量D = -340ps/nm、色散斜率與 色散的比RDS = 0. OOS^m-1的波長色散的補(bǔ)償?shù)纳⒀a(bǔ)償器件。本實(shí)施例中，最大色散量 為約340pS/nmX4nm = 1360ps,與實(shí)施例4大致相同。在本實(shí)施例中，能夠補(bǔ)償色散的波長 的波段為實(shí)施例4的4倍。但是，在本實(shí)施方式中，雖然進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟ǘ巫兇?，但是能夠補(bǔ) 償?shù)墓饫w的長度變短。本實(shí)施例能夠補(bǔ)償長度約為20km的S-SMF的波長色散。圖28是表示在本實(shí)施例中制作的色散補(bǔ)償器件的NPWG的位勢分布的圖表。圖中 的橫軸表示以中心波長1550nm進(jìn)行了規(guī)格化的位置。使用該位勢，得到圖29所示的群延 遲特性和圖30所示的反射率特性。在兩圖中表示在設(shè)計(jì)中使用的光譜數(shù)據(jù)(designed)和 得到的光譜數(shù)據(jù)(realized)。本實(shí)施例的NPWG采用h3 = 6 μ m、相對(duì)折射率差Δ = 0. 6%的芯埋入在由石英玻 璃構(gòu)成的包層中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)圖29和圖30的各特性的NPWG的芯寬度 分布如圖31所示。此時(shí)的NPWG的等效折射率的分布如圖32所示。(實(shí)施例6)設(shè)計(jì)在波長區(qū)域[1546nm 1554nm]中，實(shí)現(xiàn)色散量D = -170ps/nm、色散斜率與 色散的比RDS = 0. OOS^m-1的波長色散的補(bǔ)償?shù)纳⒀a(bǔ)償器件。本實(shí)施例中，最大色散量 為約170pS/nmX8nm = 1360ps,與實(shí)施例5大致相同。在本實(shí)施例中，能夠補(bǔ)償色散的波長
15的波段為實(shí)施例5的2倍。但是，在本實(shí)施方式中，雖然進(jìn)行補(bǔ)償?shù)牟ǘ巫兇?，但是能夠補(bǔ) 償?shù)墓饫w的長度變短。本實(shí)施例能夠補(bǔ)償長度約為IOkm的S-SMF的波長色散。圖33是表示在本實(shí)施例中制作的色散補(bǔ)償器件的NPWG的位勢分布的圖表。圖中 的橫軸表示以中心波長1550nm進(jìn)行了規(guī)格化的位置。使用該位勢，得到圖34所示的群延 遲特性和圖35所示的反射率特性。在兩圖中表示在設(shè)計(jì)中使用的光譜數(shù)據(jù)(designed)和 得到的光譜數(shù)據(jù)(realized)。本實(shí)施例的NPWG采用h3 = 6 μ m、相對(duì)折射率差Δ = 0. 6%的芯埋入在由石英玻 璃構(gòu)成的包層中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)圖34和圖35的各特性的NPWG的芯寬度 分布如圖36所示。此時(shí)的NPWG的等效折射率的分布如圖37所示。(實(shí)施例7)設(shè)計(jì)在波長區(qū)域[1546nm 1554nm]中，與固定色散量D = -170ps/nm、而色散斜 率與色散的比RDS改變的情況相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)波長色散的補(bǔ)償?shù)纳⒀a(bǔ)償器件。圖38表示 RDS為0. 0034nm"\0. 01nm"\0. 02nm_1時(shí)的群延遲特性。如圖38所示，即使在RDS改變時(shí)， 也能夠觀察到同樣的群延遲特性。(實(shí)施例8)設(shè)計(jì)在波長區(qū)域[1299. 6nm 1300. 4nm]中，實(shí)現(xiàn)色散量D = 200ps/nm、色散斜率 與色散的比RDS = -0. OSnm-1的波長色散的補(bǔ)償?shù)纳⒀a(bǔ)償器件。本實(shí)施例能夠補(bǔ)償長度 約為IOOkm的S-SMF的波長色散。圖39是表示在本實(shí)施例中制作的色散補(bǔ)償器件的NPWG的位勢分布的圖表。圖中 的橫軸表示以中心波長1550nm進(jìn)行了規(guī)格化的位置。使用該位勢，得到圖40所示的群延 遲特性和圖41所示的反射率特性。在兩圖中表示在設(shè)計(jì)中使用的光譜數(shù)據(jù)(designed)和 得到的光譜數(shù)據(jù)(realized)。本實(shí)施例的NPWG采用h3 = 6 μ m、相對(duì)折射率差Δ = 0. 6%的芯埋入在由石英玻 璃構(gòu)成的包層中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)圖40和圖41的各特性的NPWG的芯寬度 分布如圖42所示。此時(shí)的NPWG的等效折射率的分布如圖43所示。(實(shí)施例9)設(shè)計(jì)在波長區(qū)域[1499. 6nm 1500. 4nm]中，實(shí)現(xiàn)色散量D = _1400ps/nm、色散斜 率與色散的比RDS = 0. ΟΟδηπΓ1的波長色散的補(bǔ)償?shù)纳⒀a(bǔ)償器件。本實(shí)施例能夠補(bǔ)償長 度約為IOOkm的S-SMF的波長色散。圖44是表示在本實(shí)施例中制作的色散補(bǔ)償器件的NPWG的位勢分布的圖表。圖中 的橫軸表示以中心波長1550nm進(jìn)行了規(guī)格化的位置。使用該位勢，得到圖45所示的群延 遲特性和圖46所示的反射率特性。在兩圖中表示在設(shè)計(jì)中使用的光譜數(shù)據(jù)(designed)和 得到的光譜數(shù)據(jù)(realized)。本實(shí)施例的NPWG采用h3 = 6 μ m、相對(duì)折射率差Δ = 0. 6%的芯埋入在由石英玻 璃構(gòu)成的包層中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)圖45和圖46的各特性的波導(dǎo)的芯寬度 分布如圖47所示。此時(shí)的NPWG的等效折射率的分布如圖48所示。(實(shí)施例10)設(shè)計(jì)在波長區(qū)域[1599. 6nm 1600. 4nm]中，實(shí)現(xiàn)色散量D = _2000ps/nm、色散斜 率與色散的比RDS = 0. 0025nm-1的波長色散的補(bǔ)償?shù)纳⒀a(bǔ)償器件。本實(shí)施例能夠補(bǔ)償長
16度約為IOOkm的S-SMF的波長色散。圖49是表示在本實(shí)施例中制作的色散補(bǔ)償器件的NPWG的位勢分布的圖表。圖中 的橫軸表示以中心波長1550nm進(jìn)行了規(guī)格化的位置。使用該位勢，得到圖50所示的群延 遲特性和圖51所示的反射率特性。在兩圖中表示在設(shè)計(jì)中使用的光譜數(shù)據(jù)(designed)和 得到的光譜數(shù)據(jù)(realized)。本實(shí)施例的NPWG采用h3 = 6 μ m、相對(duì)折射率差Δ = 0. 6%的芯埋入在由石英玻 璃構(gòu)成的包層中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)圖50和圖51的各特性的NPWG的芯寬度 分布如圖52所示。此時(shí)的NPWG的等效折射率的分布如圖53所示。(實(shí)施例11)設(shè)計(jì)在波長區(qū)域[1530nm、1565nm]中，進(jìn)行補(bǔ)償?shù)脑鲆娴牟ㄩL依存性為20dB的增 益均衡器。增益的形狀為sin波形狀。圖56表示在設(shè)計(jì)中使用的光譜數(shù)據(jù)(designed)。本實(shí)施例的NPWG采用h3 = 6 μ m、相對(duì)折射率差Δ = 0. 6%的芯埋入在由石英玻 璃構(gòu)成的包層中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，NPWG的芯寬度分布如圖57所示，在光傳送方 向的中央部具有寬度變化大的分布區(qū)域。具有該寬度分布的NPWG得到圖56所示的光譜數(shù) 據(jù)(real)。(實(shí)施例12)設(shè)計(jì)在波長區(qū)域[1530nm、1565nm]中，進(jìn)行補(bǔ)償?shù)脑鲆娴牟ㄩL依存性為20dB的增 益均衡器。此時(shí)，增益的形狀假設(shè)為與實(shí)施例11相反的形狀。圖58表示在設(shè)計(jì)中使用的 光譜數(shù)據(jù)(designed)。本實(shí)施例的NPWG采用h3 = 6 μ m、相對(duì)折射率差Δ = 0. 6%的芯埋入在由石英玻 璃構(gòu)成的包層中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，NPWG的芯寬度分布如圖59所示，在比光傳 送方向的中央部稍靠光的導(dǎo)入側(cè)的位置，具有寬度變化大的分布區(qū)域。具有該寬度分布的 NPffG得到圖58所示的光譜數(shù)據(jù)(real)。如圖56、圖58所示，依據(jù)使用本發(fā)明的NPWG的實(shí)施例11 12的增益均衡器，能 夠確認(rèn)，無論增益的形狀如何，均能夠達(dá)到波長1530nm 1565nm的增益的平坦化。(實(shí)施例13)設(shè)計(jì)僅反射波長區(qū)域[1545. 5nmU550. 5nm]的信號(hào)的濾波器。圖60表示在設(shè)計(jì) 中使用的光譜數(shù)據(jù)(designed)。圖61表示此時(shí)的群延遲特性(designed)。如圖61所示， 群延遲平坦(具有線形相位)。本實(shí)施例的NPWG采用h3 = 6 μ m、相對(duì)折射率差Δ = 0. 6%的芯埋入在由石英玻 璃構(gòu)成的包層中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)圖60和圖61的各特性的NPWG的芯寬度 分布如圖62所示。具有該寬度分布的NPWG得到圖60所示的光譜數(shù)據(jù)(real)和圖61所 示的群延遲特性(real)。(實(shí)施例14)設(shè)計(jì)僅反射波長區(qū)域[1547nm、1549nm]和波長區(qū)域[1551nm、1553nm]這兩個(gè)波道 的信號(hào)的濾波器組。圖63表示在設(shè)計(jì)中使用的光譜數(shù)據(jù)(designed)。圖64表示此時(shí)的 群延遲特性(designed)。群延遲特性以2個(gè)波道的群延遲錯(cuò)開IOps的方式設(shè)計(jì)。如圖64 所示，群延遲在波道內(nèi)平坦(具有線形相位)。本實(shí)施例的NPWG采用h3 = 6 μ m、相對(duì)折射率差Δ = 0. 6%的芯埋入在由石英玻璃構(gòu)成的包層中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)圖63和圖64的各特性的NPWG的芯寬度 分布如圖65所示。本實(shí)施例中，在設(shè)計(jì)時(shí)使波道間的群延遲錯(cuò)開，由此，波導(dǎo)的反射中心位 于不同的位置。因此，如圖65所示，芯的寬度大幅變化的區(qū)域相互錯(cuò)開。這能夠避免反射 中心集中于一個(gè)位置，能夠防止芯的寬度的變化率變大。具有該寬度分布的NPWG得到圖63 所示的光譜數(shù)據(jù)(real)和圖64所示的群延遲特性(real)。(實(shí)施例I5)設(shè)計(jì)在波長區(qū)域[1540. 5nm、1559. 5nm]間，僅反射通過波段為Inm的10波道 的信號(hào)的濾波器組。此時(shí)，波道間的間隔為lnm。圖66表示在設(shè)計(jì)中使用的光譜數(shù)據(jù) (designed)。圖67表示此時(shí)的群延遲特性(designed)。群延遲特性以10個(gè)波道的群延遲 錯(cuò)開5ps的方式設(shè)計(jì)。如圖67所示，群延遲在波道內(nèi)平坦(具有線形相位)。本實(shí)施例的NPWG采用h3 = 6 μ m、相對(duì)折射率差Δ = 0. 6%的芯埋入在由石英玻 璃構(gòu)成的包層中的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)圖66和圖67的各特性的NPWG的芯寬度 分布如圖68所示。本實(shí)施例中，在設(shè)計(jì)時(shí)使波道間的群延遲錯(cuò)開，由此，波導(dǎo)的反射中心位 于不同的位置。因此，如圖68所示，芯的寬度大幅變化的區(qū)域相互錯(cuò)開。這能夠避免反射 中心集中于一個(gè)位置，能夠防止芯的寬度的變化率變大。具有該寬度分布的NPWG得到圖66 所示的光譜數(shù)據(jù)(real)和圖67所示的群延遲特性(real)。如圖60 61、圖63 64、圖66 67分別所示，依據(jù)使用本發(fā)明的NPWG的實(shí)施 例13 15的濾波器，可確認(rèn)能夠容易地進(jìn)行在廣波段中的多個(gè)波道的濾波。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的光波導(dǎo)體，具有包層和埋入在包層中的芯，通過改變上述芯的物理尺寸， 該芯的等效折射率在光傳送方向上不均勻地變化。
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權(quán)利要求
一種光波導(dǎo)體，其特征在于具有包層和埋入在該包層中的芯，通過改變所述芯的物理尺寸，使該芯的等效折射率在光傳送方向上不均勻地變化。
2.如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)體，其特征在于 所述芯的寬度在所述光傳送方向上不均勻地分布。
3.如權(quán)利要求2所述的光波導(dǎo)體，其特征在于所述芯的寬度以從所述芯的中心起的所述芯寬度方向的兩側(cè)對(duì)稱的方式在所述光傳 送方向上不均勻地分布。
4.如權(quán)利要求2所述的光波導(dǎo)體，其特征在于所述芯的寬度以從所述芯的中心起的所述芯寬度方向的兩側(cè)非對(duì)稱的方式在所述光 傳送方向上不均勻地分布。
5.如權(quán)利要求2所述的光波導(dǎo)體，其特征在于對(duì)于所述芯的寬度而言，從所述芯的中心起的所述芯寬度方向的兩側(cè)中僅一側(cè)在所述 光傳送方向上不均勻地分布。
6.如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)體，其特征在于 所述芯直線狀地設(shè)置。
7.如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)體，其特征在于 所述芯彎曲狀地設(shè)置。
8.如權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)體，其特征在于所述光傳送方向上的所述芯的等效折射率分布由下述設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì) 使用Zakharov-Shabat方程式，根據(jù)反射系數(shù)的光譜數(shù)據(jù)，作為數(shù)值導(dǎo)出的逆散射問 題，對(duì)位勢函數(shù)進(jìn)行求解；根據(jù)由該逆散射問題得到的值，推測用于實(shí)現(xiàn)期望的反射光譜的位勢。
9.如權(quán)利要求8所述的光波導(dǎo)體，其特征在于所述光傳送方向上的所述芯的等效折射率分布由下述方法設(shè)計(jì) 使用導(dǎo)入了作為向所述光波導(dǎo)體的前方和后方傳送的電力波的振幅的變量的 波動(dòng)方程式，回歸至具有從所述光波導(dǎo)體的等效折射率的對(duì)數(shù)的微分導(dǎo)出的位勢的 Zakharov-Shabat方程式，根據(jù)反射系數(shù)的光譜數(shù)據(jù)，作為數(shù)值導(dǎo)出的逆散射問題，對(duì)位勢 函數(shù)進(jìn)行求解；根據(jù)由該逆散射問題得到的值，推測用于實(shí)現(xiàn)期望的反射光譜的位勢； 基于該位勢求取等效折射率；根據(jù)預(yù)先求得的規(guī)定的所述芯的厚度、所述等效折射率、所述芯的尺寸的關(guān)系，計(jì)算所 述光波導(dǎo)體在光傳送方向上的所述芯的寬度分布。
10.一種光器件，其具有權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)體，該光器件的特征在于 所述光波導(dǎo)體的一端為透射端，所述光波導(dǎo)體的另一端為反射端；所述透射端由無反射終端終結(jié)；在所述反射端經(jīng)由循環(huán)器或方向性耦合器取出光輸出。
11.如權(quán)利要求10所述的光器件，其特征在于 所述光器件是光波導(dǎo)型波長色散補(bǔ)償器件。
12.如權(quán)利要求11所述的光器件，其特征在于所述光波導(dǎo)體在中心波長λ。為1280nm≤λ?！?320nm和1490nm≤λ。≤1613nm 的范圍、動(dòng)作波段ABW為0. Inm ( ABff ( 40nm的范圍中，具有色散D為_1500ps/ nm≤D≤2000ps/nm的范圍、色散斜率與色散的比RDS為-0. InnT1 ( RDS ( 0. InnT1的范 圍的特性。
13.如權(quán)利要求10所述的光器件，其特征在于所述光器件為增益均衡器。
14.如權(quán)利要求10所述的光器件，其特征在于所述光器件是濾波器。
15.如權(quán)利要求14所述的光器件，其特征在于所述光波導(dǎo)體分為多個(gè)波道，在所述各波道反射期望的波長波段的光。
16.如權(quán)利要求15所述的光器件，其特征在于在所述各波道之間群延遲不同。
17.—種光波導(dǎo)體的制造方法，用于制造出權(quán)利要求1所述的光波導(dǎo)體，其特征在于， 具有以下工序設(shè)置光波導(dǎo)體的下包層的工序；接著，在所述下包層上，設(shè)置比該下包層折射率大的芯層的工序；接著，對(duì)所述芯層實(shí)施以下加工來形成芯的工序，所述加工是留下以芯的等效折射率 在光傳送方向上不均勻變化的方式設(shè)計(jì)的規(guī)定的芯形狀，而除去這之外的部分的加工；以 及接著，設(shè)置覆蓋所述芯的上包層的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供光波導(dǎo)體及其制造方法以及具有該光波導(dǎo)體的光器件。本發(fā)明的光波導(dǎo)體具有包層和埋入在包層中的芯，通過改變上述芯的物理尺寸，使該芯的等效折射率在光傳送方向上不均勻地變化。
文檔編號(hào)G02B6/122GK101903815SQ200880122111
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者官寧, 小川憲介 申請(qǐng)人:株式會(huì)社藤倉