JP2000056153A - 波長フィルタ - Google Patents

波長フィルタ

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JP2000056153A
JP2000056153A JP10227731A JP22773198A JP2000056153A JP 2000056153 A JP2000056153 A JP 2000056153A JP 10227731 A JP10227731 A JP 10227731A JP 22773198 A JP22773198 A JP 22773198A JP 2000056153 A JP2000056153 A JP 2000056153A
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JP
Japan
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waveguide
diffraction grating
coupling
wavelength filter
wavelength
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JP10227731A
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English (en)
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Masakatsu Hotta
昌克 堀田
Shinsuke Tanaka
信介 田中
Yuichi Matsushima
裕一 松島
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KDDI Corp
Original Assignee
KDD Corp
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/28Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
    • G02B6/29316Light guides comprising a diffractive element, e.g. grating in or on the light guide such that diffracted light is confined in the light guide
    • G02B6/29325Light guides comprising a diffractive element, e.g. grating in or on the light guide such that diffracted light is confined in the light guide of the slab or planar or plate like form, i.e. confinement in a single transverse dimension only
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer

Abstract

(57)【要約】 【課題】 不要成分の抑圧能力を高める。 【解決手段】 基板(クラッド)32上に形成されたリ
ッジ型導波路30に近接して、回折格子34を配置す
る。導波路30での光の進行方向をz、導波路30の幅
方向をxとし、本実施回折格子34の端部を、z=0で
x=gmin、z=L/2でx=gmaxとすると、回
折格子34の端部は、以下の関数f(z)で表現され
る。即ち、0≦z≦L/2では、 f(z)=gmin+(gmax−gmin)×(2z
/L) L/2≦z≦Lでは、 f(z)=gmin+(gmax−gmin)×(2−
2z/L) である。但し、n>1である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長フィルタに関
し、特定波長を選択的に抽出する波長フィルタに関す
る。
【0002】
【従来の技術】特定波長を抽出する波長フィルタは、例
えば、種々の形態の回折格子における波長選択性を利用
することで実現できる。図11は、回折格子が、導波路
に近接して、且つ、その有効横幅(以下、結合幅とい
う。)が光の進行方向zに対して一様になるように形成
及び配置されている従来例の形状を示す。図11(a)
は、その平面図、同(b)は正面図、同(c)は右側面
図をそれぞれ示す。基板10上に図11(a)に示すよ
うな平面形状の回折格子12が形成され、その上に、導
波路14が形成される。導波路14の横にクラッド層が
形成されることもあることは周知である。回折格子12
は、光の進行方向zの距離Lにわたり、その横幅が均一
である。
【0003】回折格子12は、既存の半導体結晶成長技
術を使用することにより簡単に形成できる。例えば、基
板10上に所定厚さの膜を形成した後にエッチングによ
り周期的なコラゲーションを形成し、その上に異なる屈
折率の材料を結晶成長させればよい。導波路14自体を
実現する構造も種々ある。ここでは、導波路14を理論
的なものとして図示している。回折格子12が導波路1
4の上に形成されることもある。
【0004】図12は、図11に示すように結合幅一定
の回折格子を使用する波長フィルタの波長選択特性を示
す。横軸は波長、縦軸は出力強度をそれぞれ示す。中心
波長は1.55μmである。但し、図13に示すよう
に、横幅4μ、高さ0.2μのリブを設けたInGaA
sP導波路#1,#2(バンドギャップ波長λg=1.
24μm)を0.8μm離して形成し、両導波路#1,
#2間に回折格子を配置した場合で、シミュレーション
した。回折格子の長さLを3mmとした。InGaAs
P導波路#1,#2及び回折格子はInPに埋め込まれ
ている。図13は、光進行方向に直交する面内の構造を
示す。図12は、2導波路#1,#2間の逆方向結合を
利用した場合の出射光スペクトルを示す。図12から、
回折格子の結合幅が光進行方向で一定の従来例では、波
長選択性がかなり悪く、かつ、サイドモードをあまり抑
圧できないことが分かる。
【0005】図14は、回折格子の結合幅が光の進行方
向zに対して線形に増加し、減少する従来例の形状を示
す。図11と同様に、図14(a)はその平面図、同
(b)は正面図、同(c)は右側面図をそれぞれ示す。
この従来例でも、基板20上に図14(a)に示すよう
な平面形状の回折格子22が形成され、その上に、導波
路24が形成される。導波路24の横にクラッド層が形
成されることもあることは周知である。
【0006】回折格子22は、導波路24に対する重な
り方、即ち結合幅が光の進行方向に対して変化する。即
ち、光進行方向zにおける距離Lの前半部分では、回折
格子22が光進行方向zに対して徐々に導波路24上に
重なるようになり、後半部分では逆に、光進行方向zに
対して回折格子22が徐々に導波路24上から外れるよ
うになる。導波路24に対する回折格子22の重なりの
変化、即ち、回折格子22の端部の光進行方向zに対す
る変化は、距離Lの前半部分と後半部分で共に線形であ
る。
【0007】図15は、図14に示すように、回折格子
の結合幅が前半で線形に増加し、後半で線形に減少する
波長フィルタの波長選択特性を示す。横軸は波長、縦軸
は出力強度をそれぞれ示す。中心波長は1.55μmで
ある。図11に示す従来例と同様に、図13に示す導波
路パラメータからなる導波路構造でシミュレーションし
た。図15も、図12と同様に、2つの導波路#1,#
2間の逆方向結合を利用した場合の出射光スペクトルを
示す。サイドモード特性は、図12の場合よりも改善さ
れているが、まだ不十分である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の波長フィルタの
出力は未だ、選択波長以外の波長域の成分を多く含んで
おり、改善が望まれる。
【0009】本発明は、不要な成分を大幅に抑圧できる
波長フィルタを提示することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る波長フィル
タは、導波路と、当該導波路に近接して配置され、当該
導波路の光進行方向に沿った所定の結合領域において、
当該導波路に対する当該回折格子の結合幅が当該光進行
方向に沿った当該結合領域の中央部分で広く、両端部分
で狭い回折格子とからなる波長フィルタであって、当該
回折格子の当該結合幅の、当該導波路の光進行方向に対
する変化が、当該光進行方向に沿った当該結合領域の中
央部分で大きく、且つ、両端部分に向かって小さくなる
ことを特徴とする。これにより、目的波長以外の波長域
の成分を抑圧する作用が強まり、サイドモード特性が向
上する。
【0011】例えば、当該回折格子の結合幅が、当該光
進行方向の距離のn乗(n>1)で変化し、当該結合領
域の中央部分で最も大きくなるようにする。
【0012】回折格子は、当該導波路の横側の一方向か
ら当該導波路上に重なるように延びていてもよい。ま
た、回折格子は、各辺が内側に湾曲した菱形をしてお
り、その少なくとも2頂点が当該導波路に重なるように
配置されてもよい。前者は、製造が容易である。
【0013】また、上記導波路に近接して第2の導波路
を設けても良い。これにより、2導波路間の結合による
波長選択フィルタに本発明を適用できる。
【0014】
【実施例】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。
【0015】図1は、本発明の一実施例の形状を示す。
図1(a)はその平面図、同(b)は正面図、同(c)
は右側面図をそれぞれ示す。基板30上に図1(a)に
示すような平面形状の回折格子32が形成され、その上
に、導波路34が形成される。導波路34の横にクラッ
ド層が形成されることもあることは周知である。回折格
子32は、従来例の回折格子12,22と同様に、既存
の半導体結晶成長技術を使用することにより簡単に形成
できる。導波路34自体を実現する構造も、導波路1
4,24と同様に種々ある。ここでも、導波路34を理
論的なものとして図示している。回折格子32が導波路
34の上に形成されることもある。
【0016】本実施例では、回折格子32は、図1
(a)に明瞭に図示されているように、導波路34に対
する重なり方、即ち結合幅が光の進行方向に対して変化
する。即ち、光進行方向zの距離Lの前半部分では、回
折格子32が光の進行方向zに対して線形よりも急激に
導波路34に重なるようになり、後半部分では、逆に、
光の進行方向zに対して回折格子32が線形よりも急激
に導波路34上から外れるようになる。
【0017】このように、導波路34に対する回折格子
32の結合幅の変化は、図14に示す従来例よりも急激
である。具体的には、回折格子32の端部は、光進行方
向zに対してn乗(n>1)で変化する。図1(a)に
示すように、回折格子34の端部を、z=0でx=g
min、z=L/2でx=gmaxとすると、回折格子
34の端部は、以下の関数f(z)で表現される。即
ち、0≦z≦L/2では、 f(z)=gmin+(gmax−gmin)×(2z
/L) L/2≦z≦Lでは、 f(z)=gmin+(gmax−gmin)×(2−
2z/L) である。但し、n>1であり、好ましくは、約4以下が
実際的であると推測される。
【0018】回折格子32の結合幅の変化を除いて、従
来例と同じ導波路パラメータ(即ち、図13に示す導波
路パラメータ)で、その波長選択特性をシミュレーショ
ンした。図2は、図12、及び図15と同様に、2導波
路#1,#2間の逆方向結合を利用した場合の出射光ス
ペクトルを示す。n=3とした。図2と図12及び図1
5とを比較すると明確なように、本実施例では、極めて
優れた波長選択性が得られる。特に、サイドモードを強
く抑圧できるので、不要波長成分、即ち、クロストーク
を効果的に低減できる。
【0019】本実施例の光結合例を図3、図4及び図5
に示す。図3は、同じ導波路内で逆方向に結合する例、
図4は2本の導波路間で同方向に結合する例、図5は、
2本の導波路間で逆方向に結合する例を示す。何れの結
合構造にも、本発明を適用できる。
【0020】導波路34の構造と、導波路34と回折格
子32の位置関係は、図1に示す例に限定されない。図
6、図7、図8及び図9は、各導波路の構造と回折格子
との位置関係の変更例を示す。図6〜図9の何れも、光
進行方向に直交する面内での構造を示す。図6は、リッ
ジ導波路の下に回折格子を配置した例を示す。図7は、
リブ導波路の下に回折格子を配置した例を示す。図8
は、リブ導波路の上に回折格子を形成した例を示す。図
9は、矩形導波路の下に回折格子を配置した例を示す。
【0021】このように、導波路34は、埋め込み型及
びリブ型のいずれでもよく、また、その断面形状は、円
形(例えば、光ファイバ)及び矩形の何れでも良い。導
波路34の組成は、半導体に限定されない。
【0022】図1に示す実施例では、回折格子32が、
導波路34の一側から徐々に、導波路34上に乗り上げ
るような配置になっているが、導波路34の中央から左
右に張り出すような形状の回折格子としても、同様な作
用効果を得ることができる。その変更例の平面図を図1
0に示す。導波路40上に隣接して、内側に湾曲した菱
形の回折格子42を配置する。回折格子42の形状を内
側に湾曲させることで、導波路40に対する回折格子4
2の結合幅が、光の進行方向に沿った結合領域の中央部
分で大きく、両端に向かうに従い線形よりも早く小さく
なる。
【0023】導波路40を伝搬する光の進行方向をz、
これに直交する導波路40の幅方向をxとする。回折格
子42の形状は、z軸を中心に左右対称であり、その端
部の形状は、0≦z≦L/2では、 f(z)=G×(2z/L) L/2≦z≦Lでは、 f(z)=G×(2−2z/L) である。nは図1に示す実施例と同様に、1より大き
い。
【0024】図1に示す実施例は、図10に示す実施例
よりも一般的に製造が容易である。図10に示す実施例
では、導波路に対する回折格子の結合幅が2辺で変化す
るので、各辺の辺が相対的に1/2にすることができ
る。これは、波長選択性の向上と製造のしやすさにつな
がる。
【0025】本実施例の波長フィルタは、長距離光ファ
イバ通信、光加入者系通信、光LAN及び光CATVな
どの光伝送系だけでなく、光信号処理にも使用できるこ
とは明らかである。
【0026】
【発明の効果】以上の説明から容易に理解できるよう
に、本発明によれば、選択波長域以外の波長帯域に生ず
る不要な波長成分を効果的に抑圧でき、クロストークを
充分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の形状図であり、図1
(a)はその平面図、同(b)は正面図、同(c)は右
側面図をそれぞれ示す。
【図2】 本実施例の特性図(n=3)である。
【図3】 同じ導波路内で逆方向に結合する例である。
【図4】 2本の導波路間で同方向に結合する例であ
る。
【図5】 2本の導波路間で逆方向に結合する例であ
る。
【図6】 リッジ導波路の下に回折格子を配置した例の
断面構造図である。
【図7】 リブ導波路の下に回折格子を配置した例の断
面構造図である。
【図8】 リブ導波路の上に回折格子を形成した例の断
面構造図である。
【図9】 矩形導波路の下に回折格子を配置した例の断
面構造図である。
【図10】 本発明の変更実施例の平面図である。
【図11】 従来例の形状図であり、図11(a)はそ
の平面図、同(b)は正面図、同(c)は右側面図をそ
れぞれ示す。
【図12】 図11に示す従来例の波長選択特性を示
す。
【図13】 従来例及び本実施例の実測に使用した導波
路パラメータを示す。
【図14】 別の従来例の形状図であり、図11(a)
はその平面図、同(b)は正面図、同(c)は右側面図
をそれぞれ示す。
【図15】 図14に示す従来例の波長選択特性を示
す。
【符号の説明】
10:基板 12:回折格子 14:導波路 20:基板 22:回折格子 24:導波路 30:基板 32:回折格子 34:導波路 40:導波路 42:回折格子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松島 裕一 東京都新宿区西新宿2丁目3番2号国際電 信電話株式会社内 Fターム(参考) 2H047 AA03 AA04 AA05 AB05 AB06 BB01 BB18 BB19 GG01 GG02

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導波路と、 当該導波路に近接して配置され、当該導波路の光進行方
    向に沿った所定の結合領域において、当該導波路に対す
    る当該回折格子の結合幅が当該光進行方向に沿った当該
    結合領域の中央部分で広く、両端部分で狭い回折格子と
    からなる波長フィルタであって、 当該回折格子の当該結合幅の、当該導波路の光進行方向
    に対する変化が、当該光進行方向に沿った当該結合領域
    の中央部分で大きく、且つ、両端部分に向かって小さく
    なることを特徴とする波長フィルタ。
  2. 【請求項2】 当該回折格子の当該結合幅が、当該光進
    行方向の距離のn乗(n>1)で変化し、当該結合領域
    の中央部分で最も大きくなる請求項1に記載の波長フィ
    ルタ。
  3. 【請求項3】 当該回折格子が、当該導波路の横側の一
    方向から当該導波路上に重なるように延びている請求項
    1に記載の波長フィルタ。
  4. 【請求項4】 当該回折格子が、各辺が内側に湾曲した
    菱形をしており、その少なくとも2頂点が当該導波路に
    重なるように配置される請求項1に記載の波長フィル
    タ。
  5. 【請求項5】 更に、当該導波路に近接して配置される
    第2の導波路を具備する請求項1に記載の波長フィル
    タ。
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