JP2003014960A - 導波路型光信号処理回路 - Google Patents
導波路型光信号処理回路Info
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Abstract
を図るとともに、高い収率を得るようにしたこと。 【解決手段】 入力導波路303から回路に入射した光
信号は、光結合器301a、遅延回路302a、光結合
器301b、遅延回路302b、光結合器301c、遅
延回路302c、光結合器301d、遅延回路302
d、光結合器301eを通って、反時計回りに回転しな
がら、回路の外側から内側で伝搬し、回路中央の変曲点
305の通過後に、光信号は、時計回りに回路の内側か
ら外側へ伝搬して出力導波路304より出射する。この
ため、遅延回路のアーム及び光結合器が結合しない間隔
で集積化できるため、従来技術に比べて小型化が可能で
ある。
Description
理回路に関し、より詳細には、光結合器と遅延回路が交
互に従属接続したラティス構成の光フィルタにおいて、
渦巻き状に回路を配置するようにした導波路型光信号処
理回路に関する。
波長を用いた光波長多重通信システムの開発が盛んであ
る。この光波長多重通信システムにおいて、送信機側で
複数の波長の光信号を合波したり、受信機側で1本の光
ファイバ中の複数の光信号を異なるポートに分波する光
波長合分波回路として、また、減衰した光信号を増幅す
る光アンプの等化回路として、更にまた、群遅延の分散
を等化するための分散等化回路としてラティス構成の光
フィルタが広く使用されている。
成図で、入力導波路103に入射した光信号は光結合器
101aを通過し、2本のアーム導波路から構成された
遅延回路102aによって、一方の光信号は位相遅れを
生じ、再び光結合器101bで合波干渉する。ラティス
型光フィルタは、光結合器や遅延回路の従属接続構成に
よって光信号の合波干渉を繰り返し、光信号の処理の機
能を得るものである。
光フィルタの構成図で、図2(a)は全体図、図2
(b)はその詳細図である。このラティス型光フィルタ
は、5個の光結合器201a,201b,201c,2
01d,201eと、4個の遅延回路202a,202
b,202c,202dとによって構成された4段ラテ
ィス型光フィルタである。
延回路の光路長差をΔLとすれば、図2(b)の詳細図
に示すように、1段の遅延回路の大きさは(2R+S)
×(R+ΔL/2)となる。したがって、ラティス型光
フィルタのサイズは、図2(a)に示すように、段数N
に比例し、N(2R+S)×(2R+Lc+ΔL)と表
すことが出来る。ここでLcは光結合器の長さを表す。
すなわち、段数に対して曲率半径Rの概略2倍の比例定
数で、回路サイズが大きくなるので、レイアウト可能な
段数は大きく制約を受けていた。
回路が(2R+S)のピッチで配置されるため、ウエハ
内の製造偏差の影響を受けやすいという問題がある。ま
た、偏波依存性を解消するため、遅延回路のアームの対
称軸に1/2波長板を挿入する場所、段数に比例して溝
をダイシングし、各アームに対して独立に波長板を挿入
する必要があるため、作業性が悪いという問題がある。
ティス型光フィルタは、大きな段数の回数を実現する場
合、遅延回路が曲率半径Rの概略2倍のピッチで配置さ
れることによる大きな回路サイズとこれにともなう収率
の劣化という問題があった。また、製造偏差の影響を受
けやすいことによる特性劣化、1/2波長板挿入の作業
性の悪さという問題があった。
たもので、その目的とするところは、回路サイズの小型
化や製造誤差の影響の低減を図るとともに、高い収率を
得るようにした導波路型光信号処理回路を提供すること
にある。
的を達成するために、請求項1に記載の発明は、コア
と、該コアの周囲に配置され該コアよりも屈折率の低い
クラッドとから成る光導波路を用いて平面基板上に構成
された光回路であって、光結合器と該光結合器を結ぶ2
本のアームから成る遅延回路が交互に従属接続され、最
後の遅延回路の後に最後尾の光結合器が配置され、先頭
の光結合器に接続された入力導波路と、前記最後尾の光
結合器に接続された出力導波路とを備えたラティス型光
フィルタを有する導波路型光信号処理回路において、一
連の前記ラティス型光フィルタを、平面上で2つの渦巻
きを互いに交わらないように組み合わせて中央部で結合
した形に配置し、前記入力導波路の光結合器と接続され
ていない端部と、前記出力導波路の光結合器と接続され
ていない端部とは、それぞれ前記渦巻きの外側へ延びて
いることを特徴とする。(図3の構成に相当)
に記載の発明において、前記2つの渦巻きの一方が入力
導波路と光結合器と遅延回路からなり、他方が出力導波
路であるか、または、前記2つの渦巻きの一方が入力導
波路であり、他方が光結合器と遅延回路と出力導波路か
らなることを特徴とする。(図3の構成に相当)
に記載の発明において、一方の渦巻きは第1のラティス
型光フィルタからなるとともに、他方の渦巻きは第2及
び第3のラティス型光フィルタからなり、前記第1のラ
ティス型光フィルタの出力導波路と、前記第2及び第3
のラティス型光フィルタの入力導波路とを接続したこと
を特徴とする。(図12及び図15の構成に相当)
1,2又は3に記載の発明において、前記遅延回路は、
それぞれが渦をほぼ半周し、前記光結合器は、一つの遅
延回路の両端に位置する2つの光結合器が渦のほぼ中央
を挟んで対向するように配置し、かつ、全ての光結合器
を1つの線上に配置したことを特徴とする。(図4
(b)及び図6(b)の構成に相当)
施の形態について説明する。図3(a),(b)は、本
発明の導波路型光信号処理回路におけるラティス型光フ
ィルタの構成で、図3(a)は全体の回路レイアウト
図、図3(b)は光信号の伝搬を示す図である。図中符
号303は入力導波路で、301a,301b,301
c,301d,301eは光結合器、302a,302
b,302c,302dは遅延回路、304は出力導波
路である。
において、図3(b)に示すように、入力導波路303
から回路に入射した光信号は、反時計回りに回転しなが
ら、回路の外側から内側で伝搬する。そして、回路中央
の変曲点305の通過後に、光信号は、時計回りに回路
の内側から外側へ伝搬して出力導波路304より出射す
る。
平面上で2つの渦巻きを互いに交わらないように組み合
わせて中央部で結合した形に配置し、入力導波路303
の光結合器と接続されていない端部と、出力導波路30
4の光結合器と接続されていない端部とは、それぞれ前
記渦巻きの外側へ延びているように構成されている。こ
のため、遅延回路のアーム及び光結合器が結合しない間
隔で集積化できるため、従来技術に比べて小型化が可能
である。
構成においては、2つの渦巻きの一方が入力導波路と光
結合器と遅延回路からなり、他方が出力導波路である場
合について説明したが、これとは反対に、2つの渦巻き
の一方が入力導波路であり、他方が光結合器と遅延回路
と出力導波路からように構成することも可能である。
ティス型光フィルタを構成する遅延回路の説明図で、図
4(a)は全体の回路レイアウト図、図4(b)は遅延
回路の詳細図で、図中符号403は入力導波路で、40
1a,401b,401c,401d,401eは光結
合器、光路長差ΔLが一定の遅延回路、402a,40
2b,402c,402dは光路長差ΔLが一定の遅延
回路、404は出力導波路である。
渦をほぼ半周し、光結合器は、一つの遅延回路402d
の両端に位置する2つの光結合器401d,401eが
渦のほぼ中央を挟んで対向するように配置し、かつ、全
ての光結合器401a,401b,401c,401
d,401eを1つの線上に配置するように構成されて
いる。
差することなく遅延回路を配置するためには内側の遅延
回路は小さく、外側の遅延回路は大きくすることが必要
である。そこで、本発明における遅延回路は、図4
(b)に示すように、光路長差ΔLを一定に保ちつつ、
短いアームの直線部の長さL1,L2を任意に設定でき
るため、導波路が交差しないようになっている。
ラティス型光フィルタの対称性の説明図で、図5(a)
は遅延回路の配置の対称性を説明するための回路レイア
ウト図、図5(b)は光結合器の配置を説明するための
回路レイアウト図である。図中符号503は入力導波路
で、501a,501b,502a,502bは遅延回
路群、503a,503b,503c,504a,50
4bは光結合器、504は出力導波路である。
a,502bは、対称軸AA′の回りで左右に配置され
るため、偏波依存性解消のための1/2波長板を一括し
て溝BB′及びCC′に挿入出来る。
503a,503bと504a,504b,504cの
2つの群に対称に集積配置されるため、ウエハ内の製造
ゆらぎに起因する特性劣化を抑えることができる。
ティス型光フィルタのサイズの説明図で、図6(a)は
全体の回路レイアウト図、図6(b)は遅延回路の詳細
図で、図中符号603は入力導波路で、601a,60
1bは隣接する遅延回路、602a,602bは隣接す
る光結合器、604は出力導波路である。
小間隔は(2S+ΔL/2)である。また、光結合器の
最小間隔は4Sとなる。したがって、図3で説明したよ
うに、遅延回路のアーム及び光結合器が結合しない間隔
で集積化できる。さらに、回路サイズは、最も内側の折
り返し部(2R+7S)×(2R+7S)によって制約
を受けるが、前述したように、遅延回路のアーム及び光
結合器が結合しない間隔で集積化できるため、多段にし
た場合においても従来技術に比較して小型化が可能であ
る。
路の大きさを内側のアームの直線部の長さL1,L2に
よって任意に制御可能なため、光路長差ΔLが一定の遅
延回路であっても、内側と外側の回路が交差することな
くレイアウトできる。
タの構成と、従来のラティス型光フィルタの構成におけ
る回路サイズと段数の関係を示す図で、段数に対し、両
者は共に直線的に増加するが、本構成の増加の割合が小
さく、かつ、回路サイズについても1/2以下であり、
小型化に有効であることが分かる。
タの構成と、従来のラティス型光フィルタの構成におけ
る結合器の分布を示す図で、従来の結合器に対して、本
発明の結合器の分布が小さく、面内の製造偏差の影響に
強いことが予測される。
タの構成と、従来のラティス型光フィルタの構成におけ
る遅延回路の分布を示す図で、結合器の場合と同様に、
従来の遅延回路に対して、本発明の遅延回路の分布が小
さく、面内の製造偏差の影響に強いことが予測される。
回路パラメータの製造誤差の影響は、文献“Synthesis
of coherent two-port lattice-form optical delay-li
ne circuit”,K. Jinguji and M. Kawachi, IEEE Jour
nal of Lightwave Technol.,vol. 13, no. 1, pp. 73-8
2, 1995の図7に示すように、顕著である。従って、製
造偏差の影響に強い、本発明の構成は回路の収率向上が
期待できる。
本発明の導波路の作製方法を示す工程図で、まず、シリ
コン基板1001上に火炎堆積法でSiO2を主体にし
た下部クラッドガラススート1002、SiO2にGe
O2を添加したコアガラススート1003を堆積する
(図10(a))。
明化を行う。この時に、下部クラッドガラス層1004
は30ミクロン厚、コアガラス1505は7ミクロン厚
となるように、ガラスの堆積を行っている(図10
(b))。
てコアガラス1005上にエッチングマスクを形成し
(図10(c))、反応性イオンエッチングによってコ
アガラス1004のパターン化を行う(図10
(d))。
上部クラッドガラス1007を再度火炎堆積法で形成す
る。上部クラッドガラス1007にはB2O3やP2O
5などのドーパントを添加してガラス転移温度を下げ、
それぞれのコアガラス1005とコアガラス1005の
狭い隙間にも上部クラッドガラス1007が入り込むよ
うにしている(図10(e))。
構成するインタリーブ・フィルタの回路構成と透過特性
を示す図で、図11(a)はインタリーブ・フィルタの
構成図、図11(b)はインタリーブ・フィルタ透過特
性を示す図である。インタリーブ・フィルタは、ΔL,
2ΔLの遅延回路2段から構成され、波長多重された光
を偶チャネル,奇チャネルに群分波する機能を有する。
図10(b)からも2つの出力ポートから100GHz
の周期で交互に分波されており、群分波の様子が分か
る。
ラティス型光フィルタの回路構成図で、消光特性の向上
を図るため、前述したインタリーブ・フィルタを2段構
成としている。図中符号1201a,1201bは、初
段インタリーブ・フィルタの遅延回路、1202a,1
202b,1202cは、初段インタリーブ・フィルタ
の光結合器、1203a,1203bは、奇チャネルが
透過する後段インタリーブ・フィルタの遅延回路、12
04a,1204b,1204cは、後段インタリーブ
・フィルタの遅延回路の光結合器、1205a,120
5bは、偶チャネルが透過する後段インタリーブ・フィ
ルタの遅延回路、1206a,1206b,1206c
は、後段インタリーブ・フィルタの遅延回路の光結合器
を示している。
光フィルタ(1202a〜1202c及び1201aと
1201bから構成)からなるとともに、他方の渦巻き
は第2のラティス型光フィルタ(1204c〜1204
a及び1203bと1203aから構成)及び第3のラ
ティス型光フィルタ(1206c〜1206a及び12
05bと1205aから構成)からなり、前記第1のラ
ティス型光フィルタの出力導波路と、第2及び第3のラ
ティス型光フィルタの入力導波路とを接続したものであ
る。
して本発明を適用した場合の回路レイアウト図である。
遅延回路と光結合器が集積化の様子が確認できる。図中
符号1301a,1301bは、初段インタリーブ・フ
ィルタの遅延回路、1302a,1302b,1302
cは、初段インタリーブ・フィルタの光結合器、130
3a,1303bは、奇チャネルが透過する後段インタ
リーブ・フィルタの遅延回路、1304a,1304
b,1304cは、後段インタリーブ・フィルタの遅延
回路の光結合器、1305a,1305bは、偶チャネ
ルが透過する後段インタリーブ・フィルタの遅延回路、
1306a,1306b,1306cは、後段インタリ
ーブ・フィルタの遅延回路の光結合器を示している。
を示す図で、100GHzの周期でクロストーク−30
dB以下、挿入損失2dB以下のインタリーブ・フィル
タとして良好な光学特性が得られた。
第2実施形態のラティス型光フィルタの回路構成図で、
第2の実施形態の回路は、第1の実施形態の後段インタ
リーブ・フィルタの群分波のチャネル間隔を初段インタ
リーブ・フィルタの2倍にすることにより、4チャネル
分波回路を実現するものである。このため後段の遅延回
路の光路長差は、ΔL/2,ΔLと初段の遅延回路Δ
L,2ΔLの半分となるよう設計する。
インタリーブ・フィルタの遅延回路、1502a,15
02b,1502cは、初段インタリーブ・フィルタの
光結合器、1503a,1503bは、奇チャネルが透
過する後段インタリーブ・フィルタの遅延回路、150
4a,1504b,1504cは、後段インタリーブ・
フィルタの遅延回路の光結合器、1505a,1505
bは、偶チャネルが透過する後段インタリーブ・フィル
タの遅延回路、1506a,1506b,1506c
は、後段インタリーブ・フィルタの遅延回路の光結合器
を示している。
て本発明を適用した場合のレイアウト図で、遅延回路と
光結合器が集積化の様子が確認できる。図中符号160
1a,1601bは、初段インタリーブ・フィルタの遅
延回路、1602a,1602b,1602cは、初段
インタリーブ・フィルタの光結合器、1603a,16
03bは、奇チャネルが透過する後段インタリーブ・フ
ィルタの遅延回路、1604a,1604b,1604
cは、後段インタリーブ・フィルタの遅延回路の光結合
器、1605a,1605bは、偶チャネルが透過する
後段インタリーブ・フィルタの遅延回路、1606a,
1606b,1606cは、後段インタリーブ・フィル
タの遅延回路の光結合器を示している。
示す図で、図17(a)は初段インタリーブ・フィルタ
の透過特性、図17(b)は後段インタリーブ・フィル
タの透過特性、図17(c)はフィルタ全体の透過特性
を示す図である。100GHzのチャネル間隔でクロス
トーク−30dB以下、挿入損失2dB以下の良好な分
波特性が得られた。
リコン基板上の石英系ガラス導波路を用いた光結合器と
遅延回路を多段に継続接続したラティス型光フィルタを
示したが、その導波路材料がポリイミド,シリコーン,
半導体,LiNbO3などであっても本発明の上述した
原理は適用可能である。また、基板もシリコンに限定す
るものではない。
路を渦巻き状に配置することによって生産性の良好なラ
ティス型光フィルタを実現したことにあることは言うま
でもない。
結合器と光結合器を結ぶ2本のアームから成る遅延回路
が交互に従属接続され、最後の遅延回路の後に最後尾の
光結合器が配置され、先頭の光結合器に接続された入力
導波路と、最後尾の光結合器に接続された出力導波路と
を備えたラティス型光フィルタを有する導波路型光信号
処理回路において、一連のラティス型光フィルタを、平
面上で2つの渦巻きを互いに交わらないように組み合わ
せて中央部で結合した形に配置し、入力導波路の光結合
器と接続されていない端部と、出力導波路の光結合器と
接続されていない端部とは、それぞれ前記渦巻きの外側
へ延びているので、従来のラティス型光フィルタに比べ
て、小型化やウエハからの収率向上,製造偏差に対する
トレランス緩和などの効果が得られる。
(a)は全体図、(b)はその詳細図である。
ィス型光フィルタの構成で、(a)は全体の回路レイア
ウト図、(b)は光信号の伝搬を示す図である。
る遅延回路の説明図で、(a)は全体の回路レイアウト
図、(b)は遅延回路の詳細図である。
の説明図で、(a)は遅延回路の配置の対称性を説明す
るための回路レイアウト図、(b)は光結合器の配置を
説明するための回路レイアウト図である。
の説明図で、(a)は全体の回路レイアウト図、(b)
は遅延回路の詳細図である。
従来のラティス型光フィルタの構成における回路サイズ
と段数の関係を示す図である。
従来のラティス型光フィルタの構成における結合器の分
布を示す図である。
従来のラティス型光フィルタの構成における遅延回路の
分布を示す図である。
る。
ルタの回路構成と透過特性を示す図で、(a)はインタ
リーブ・フィルタの構成図、(b)はインタリーブ・フ
ィルタ透過特性を示す図である。
フィルタの回路構成図である。
適用した場合の回路レイアウト図である。
る。
フィルタの回路構成図である。
用した場合のレイアウト図である。
(a)は初段インタリーブ・フィルタの透過特性、
(b)は後段インタリーブ・フィルタの透過特性、
(c)はフィルタ全体の透過特性を示す図である。
光結合器 102a,102b,102c 遅延回路 103 入力導波路 104 出力導波路 201a,201b,201c,201d,201e
光結合器 202a,202b,202c,202d 遅延回路 203 入力導波路 204 出力導波路 301a,301b,301c,301d,301e
光結合器 302a,302b,302c,302d 遅延回路 303 入力導波路 304 出力導波路 305 変曲点 401a,401b,401c,401d 遅延回路 501a,501b,502c,502d 遅延回路群 503a,503b,504a,504b,504c
光結合器群 503 入力導波路 504 出力導波路 601a,601b 遅延回路 602a,602b 光結合器 603 入力導波路 604 出力導波路 1001 シリコン基板 1002 下部クラッドスート 1003 コアガラススート 1004 下部クラッドガラス層 1005 コアガラス 1006 エッチングマスク 1007 上部クラッドガラス 1201a,1201b 初段インタリーブ・フィルタ
の遅延回路 1202a,1202b,1202c 初段インタリー
ブ・フィルタの光結合器 1203a,1203b,1205a,1205b 後
段インタリーブ・フィルタの遅延回路 1204a,1204b,1204c,1206a,1
206b,1206c後段インタリーブ・フィルタの光
結合器 1301a,1301b 初段インタリーブ・フィルタ
の遅延回路 1302a,1302b,1302c 初段インタリー
ブ・フィルタの光結合器 1303a,1303b,1305a,1305b 後
段インタリーブ・フィルタの遅延回路 1304a,1304b,1304c,1306a,1
306b,1306c後段インタリーブ・フィルタの光
結合器 1501a,1501b 初段インタリーブ・フィルタ
の遅延回路 1502a,1502b,1502c 初段インタリー
ブ・フィルタの光結合器 1503a,1503b,1505a,1505b 後
段インタリーブ・フィルタの遅延回路 1504a,1504b,1504c,1506a,1
506b,1506c後段インタリーブ・フィルタの光
結合器 1601a,1601b 初段インタリーブ・フィルタ
の遅延回路 1602a,1602b,1602c 初段インタリー
ブ・フィルタの光結合器 1603a,1603b,1605a,1605b 後
段インタリーブ・フィルタの遅延回路 1604a,1604b,1604c,1606a,1
606b,1606c後段インタリーブ・フィルタの光
結合器
Claims (4)
- 【請求項1】 コアと、該コアの周囲に配置され該コア
よりも屈折率の低いクラッドとから成る光導波路を用い
て平面基板上に構成された光回路であって、 光結合器と該光結合器を結ぶ2本のアームから成る遅延
回路が交互に従属接続され、最後の遅延回路の後に最後
尾の光結合器が配置され、先頭の光結合器に接続された
入力導波路と、前記最後尾の光結合器に接続された出力
導波路とを備えたラティス型光フィルタを有する導波路
型光信号処理回路において、 一連の前記ラティス型光フィルタを、平面上で2つの渦
巻きを互いに交わらないように組み合わせて中央部で結
合した形に配置し、 前記入力導波路の光結合器と接続されていない端部と、
前記出力導波路の光結合器と接続されていない端部と
は、それぞれ前記渦巻きの外側へ延びていることを特徴
とする導波路型光信号処理回路。 - 【請求項2】 前記2つの渦巻きの一方が入力導波路と
光結合器と遅延回路からなり、他方が出力導波路である
か、または、前記2つの渦巻きの一方が入力導波路であ
り、他方が光結合器と遅延回路と出力導波路からなるこ
とを特徴とする請求項1に記載の導波路型光信号処理回
路。 - 【請求項3】 一方の渦巻きは第1のラティス型光フィ
ルタからなるとともに、他方の渦巻きは第2及び第3の
ラティス型光フィルタからなり、前記第1のラティス型
光フィルタの出力導波路と、前記第2及び第3のラティ
ス型光フィルタの入力導波路とを接続したことを特徴と
する請求項1に記載の導波路型光信号処理回路。 - 【請求項4】 前記遅延回路は、それぞれが渦をほぼ半
周し、前記光結合器は、一つの遅延回路の両端に位置す
る2つの光結合器が渦のほぼ中央を挟んで対向するよう
に配置し、かつ、全ての光結合器を1つの線上に配置し
たことを特徴とする請求項1,2又は3に記載の導波路
型光信号処理回路。
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