【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光計測、光演算等に利用することのできる光バッファメモリとか光多連パルス発生素子などに用いられる光リングデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光バッファメモリとか光多連パルス発生素子に用いられる光リングデバイスは、図９に示すような構成を有している。入出力用の導波路、リング状の導波路およびこれらを接続するインターフェース素子から構成されている。入力光を光リングに入力し、一定時間経過後そのまま取り出すようなインターフェース素子を持つ場合は、光バッファ素子として機能する。また、入力光パルスを光リングに入力し、光リングから一部の光だけを出力用導波路に取り出すようなインターフェース素子を持つ場合は、光パルスが光リングを一回りする一定の時間間隔でパルス列が出力用導波路から取り出され、光多連パルス発生素子として機能する。光バッファメモリ応用の場合、光通信で用いる１パケットの光パルス列（数百パルス列）を蓄積する必要があり、長い蓄積時間が要求される（４０ＧＨｚ， ５００パルスで１２．５ｎｓ以上）。一方、光多連パルス発生素子ではリングを一周する時間は取り出したいパルス列の時間間隔でよいため、比較的短い蓄積時間（４０ＧＨｚのパルス列を作るには、約２５ｐｓ）で多連パルス発生素子として機能する。
【０００３】
従来の光リングを用いたデバイスは、短い蓄積時間でよい用途では、平面光回路を用いたものや誘電体微小球をリングとするものなどがあるが、平面光回路ではロスなく曲げることの出来る曲率に制限があり小型化できない。また誘電体微小球では光の入出射のためのアライメントが複雑になるなど問題がある。
【０００４】
図２は、リングを微小球を用いて構成した従来技術を示す図である。リング導波路として、ＳｉＯ２などの誘電体を用い、ＳｉＯ２リングへの光入出力導波路としてプリズムを使用する。プリズムを通して入射した光パルスが誘電体球に入り、誘電体球中を周回する。そして、周回毎に光パルスエネルギーの一部がプリズム側に取り出され、残りは誘電体球中を周回する。これ繰り返すことにより、結果として、多連パルス発生素子として機能する。しかしながら、これを実現するためには、誘電体球、プリズムおよび外部からの入射光の光軸をそれぞれ一致させる必要があり、その調整・保持などが複雑になる。
【０００５】
長い光蓄積時間や、長いパルス列を蓄積する必要のある光バッファメモリ等では、光ファイバ束などの大きなリングを必要する。図３は光バッファメモリ素子の模式図である。光蓄積用の光ファイバリングと、入出力用ファイバ、およびそれらの間を結合するための結合器から構成される。入力ファイバから入った光パルス列は、結合器を通して光ファイバリングへ入射する。光ファイバリング中を一定時間周回した後、結合器を通して出力側の光ファイバへと取り出されることにより、光バッファメモリとして機能する。これを実現するためには、５００ｍ程度の光ファイバリングが必要となる。遅延時間を精密制御するためにはリング導波路部の温度を安定化し、屈折率や長さなどの光学定数を一定に保つ必要があるが、この長大なファイバリングの温度を安定させるためにはかなり大掛かりな装置が必要とされる。また、結合器に関しては、現在最も一般的に用いられているものは、入・出力用光ファイバと光ファイバリングを直結する構造であり、これでは、光バッファに光パルス列を蓄積できる時間が、一定にしかならない。このため、実際に光ルータなどで利用する際には、蓄積時間の異なる複数の光バッファを用意して光スイッチで使用するバッファを選択するなどの複雑な装置構成を強いられるという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
それ故、本発明は、短い蓄積時間の用途においては、リング外部との接続に利用されていたような光軸の調整などが困難なプリズムなどを用いる必要を無くして、光リングと他の光回路との接続のために特殊な装置を必要としない光リングデバイスを提供することを目的としている。
また、本発明は、蓄積時間の長い用途では、光ファイバリング及び入出射用ファイバとの結合のための結合器を用いる必要を無くして、外部からの制御光により光リングと入出力導波路の結合強度を任意に制御でき、その結果として、従来デバイスでは不可能であった任意のタイミングで蓄積した光を取り出す機能を持った光リングデバイスを実現することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のフォトニック結晶光リングデバイスは、入出力用の導波路とリング状の導波路を同一フォトニック結晶内に有して、入力光を入出力用の導波路からリング状の導波路に入力し、そしてそこから入出力用の導波路に出力光を取り出すものである。本発明は、フォトニック結晶構造を有し、該フォトニック結晶中の周期構造を連続的又は離散的に除去して導波路として機能する欠陥列を形成することにより、入出力用の導波路及びリング状の導波路を構成することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の光リングデバイスは、リング状の導波路と入出力用の導波路の近接配置部において、両導波路の間の結合量を可変に制御する構成を、フォトニック結晶構造中に一体化して備えることができる。
また、本発明のリングデバイスのリング状の導波路は、欠陥の距離を離して離散的に配置して群速度を遅くした遅延線型導波路とすることにより光多連パルス発生素子として機能させることができる。
また、本発明の光リングデバイスは、リング状の導波路と入出力用の導波路の近接配置部において、局所的に非線形媒質を埋め込んだ領域を形成し、該非線形媒質を用いて欠陥を形成すると共に、入出力導波路に連続する制御光用導波路を備えて、光リング導波路と入出力導波路間の光の行き来を制御するよう構成して光バッファメモリとして機能させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に本発明を具体化するフォトニック結晶リング導波路を用いた光リングデバイスの模式図を示す。フォトニック結晶とは屈折率の異なる媒質を周期的に並べた構造のことであり、フォトニックバンドギャップと呼ばれる特定の周波数範囲の光を伝播させないという性質をもつ。フォトニック結晶中の周期構造を一部除去する（欠陥）ことにより、フォトニックバンドギャップの範囲の光は欠陥だけに存在し、その周囲のフォトニック結晶には伝播できなくなる。そこで、欠陥を連続して形成すると、その欠陥列に沿ってのみ光が伝播し、その周囲には光が漏れなくなり、光導波路として機能する。また、光導波路を曲げる場合、光ファイバや通常の屈折率差閉じ込め型の導波路では、全反射により光を導波路中に閉じ込めて伝播を行っているため、急激な曲がり部分では全反射の条件が破れて光の損失が生じる。そこで、損失を避けるために大きな曲率でゆっくりと光を曲げる必要がある。ところが、フォトニック結晶導波路ではフォトニック結晶のバンドギャップにより光を閉じ込めているため、導波路を急峻に曲げることができ、特に光リング導波路のような構造をとる場合、より小さな構造とすることが可能となる。また、複数の導波路構造を一つのフォトニック結晶構造中に作成できることから図１に示すように、光リングと入出力用の直線導波路が一体形成できる。直線導波路とリング導波路の間を適当な距離だけ離して設置すると、入射用の直線導波路から入った光パルスのエネルギーのうち一部が光リングに結合する。そして、光リングを周回するたび毎に、光パルスのエネルギーの一部が直線導波路に取り出され、光多連パルス発生素子として機能する。また、直線導波路とリング導波路間は、例示では適当な距離を離すとしたが、ある一定割合の光学的な結合を達成できるものであるならば、両者をより近接させる、あるいは欠陥を介して結合させるなどの方法も利用できる。
【００１０】
蓄積時間の長い用途において、本発明では、図１のリング状光導波路部を群速度が１／１０００遅延線型の導波路とすることにより、従来の１／１０００程度の小型の光リングでデバイスが実現できる。遅延線型導波路とは、通常のフォトニック結晶導波路は連続して欠陥列を設置するのであるが、欠陥をある程度距離を離して離散的に配置することにより形成する導波路のことであり、群速度を遅くすることができる。
【００１１】
図４は、光リング導波路、入出力導波路とそれらを光学的に接続する局所的に非線形媒質を埋め込んだ領域、および非線形媒質の状態を制御するための制御光用導波路からなる構造を示す。非線形媒質は制御光の有無により屈折率変化を受ける。非線形媒質を用いて欠陥を形成すると、その欠陥は共振器として機能する。欠陥（共振器）部は共鳴準位の光のみを透過することができる。欠陥の共鳴する準位は欠陥を形成する媒質の屈折率変化により変動するため、共鳴準位を人為的に制御できる欠陥が形成できる。光リング導波路と入出力導波路の間に欠陥を設置すると、共鳴準位に共鳴した光のみが光リング導波路と入出力導波路間で行き来できるが、共鳴準位以外の光は行き来できない。そこで、光リング導波路と入出力導波路間に非線形媒質を有する欠陥を設置することにより、人為的に光リング導波路と入出力導波路間の光の行き来を制御することが可能となる。たとえば、制御光が当たったときのみ光リング導波路と入出力導波路間の光結合が可能なように設計しておくと、光パルス列が入力導波路に来たときに制御光を当てると光パルス列を光リング導波路に導くことが出来る。その後、制御光を止めると、光パルス列は光リング導波路内を循環し、光信号を記憶できる。その後再び制御光を当てると、光パルス列は光リング導波路から出力用導波路に移動し、記憶した光信号を取り出すことができる。このような制御構成を用いることにより、任意の時点で光信号を取り出すことの出来る光バッファメモリが実現可能となる。また、光リング導波路として、遅延線型の光導波路を用いると、遅延線型リング導波路中では光の群速度が非常に遅くなるため、より小さな大きさで光バッファメモリを実現できる。入出力導波路と光リング導波路との結合は、図示したような構成以外にも、入力側導波路、出力側導波路を個別にし、光リング導波路と光結合が取れるように配置することも可能である。
【００１２】
【実施例】
図５に、空気クラッド２次元フォトニック結晶スラブ構造中に形成したフォトニック結晶多連パルス発生デバイスの構造例を示す。まずは基盤となる媒質上に、選択エッチング用の層とコアとなる層を形成する。コア部は対応する波長に対して透明な材料でなければならないので、たとえば光通信の１．５５μｍ帯ではＧａＡｓなどを用いる。選択エッチング用の層はコアと選択比の高い材料（ＧａＡｓに対してはＡｌＧａＡｓなど）を用いる。コアの厚さは対応する波長がシングルモードで伝播する厚さとする。コア部に周期的な空孔を設けてフォトニック結晶を形成するが、その一部を空孔とせずに直線的、および周回的に配列して直線導波路およびリング導波路構造を形成する。その後、空孔を通して選択エッチングを行うことにより、コアの下部に空気クラッド領域を設ける。
【００１３】
リング導波路と直線導波路を隣接して配置することにより、直線導波路に単光パルスを入射すると、その一部がリング導波路に結合し、光パルスはリング導波路を周回する。リング導波路を周回する毎に光パルスの一部は再び直線導波路と結合し、出力側に強度が順次減衰する光パルス列が取り出されることになる。光パルス列の間隔は光パルスがリング導波路中を１週する時間で決まるため、リング導波路の長さ、および２次元フォトニック結晶の格子定数を変化させることによる導波モードの群速度を変化させることにより任意に設計可能である。また、光パルス列の各パルスの強度比はリング導波路と直線導波路の結合状態で決まるため、直線導波路とリング導波路の距離、両者の間の結晶構造を変調することにより任意に設計可能である。
【００１４】
また、クラッド部を空気とせずにコアよりも低い屈折率の媒質（ＳｉＯ２など）とすることにより、空気クラッドの場合よりもより強固なデバイスが実現できる。
図６はリング導波路部を不連続な欠陥列からなる構造としたものである。不連続な欠陥列からなる導波路は、非常に群速度が１／１０００程度と非常に遅く出来、遅延線効果があるためこの構造では図５で示した構造と比較して、同じ時間間隔のパルス列を形成する場合、より小さな構造で実現できる。これも、上述のデバイスと同様に下部クラッドを低屈折率媒質で置き換えた構造が考えられる。
【００１５】
図７は直線導波路、リング導波路、非線形媒質を持つ共振器からなる光バッファメモリの構造例である。信号光を直線導波路からリング導波路へ入射し、信号光パルス列はリング導波路を周回しつづける。フォトニック結晶導波路の効果により、半径の小さなリング導波路でも損失なく周回することが出来ることと、群速度が遅くなるような導波モードを設計することにより、従来の光ファイバリングよりも小さな構造で光パルス列の保存が可能となる。出力側には非線形媒質を持った共振器を介して直線導波路と接続する。通常時は共振周波数と信号光の周波数をずらしておくことにより、信号光はリング導波路内を巡回しつづける。制御光により、非線形媒質の屈折率を変動させたときに、信号光の周波数と共鳴するように共振器を設計しておくと、制御光のあるときのみ信号光列を取り出すことが出来、光バッファメモリとして機能する。非線形媒質部は選択成長により部分的にＩｎＡｓ量子ドットなどを形成することにより実現する。
【００１６】
図８は図７の光リング部に遅延線導波路を用いたリング導波路にしたものである。群速度の非常に遅い遅延線リング導波路にすることにより、より小型、もしくは長いパケット長の光通信に対応した光バッファメモリが実現できる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、フォトニック結晶導波路ではフォトニック結晶のバンドギャップにより光を閉じ込めているため、導波路を急峻に曲げることができ、特に光リング導波路のような構造をとる場合、より小さな構造とすることが可能となる。また、複数の導波路構造を一つのフォトニック結晶構造中に作成できることから光リングと入出力用の直線導波路が一体形成でき、入出力デバイスを含めた光リングデバイスがモノリシックに実現できる。
また、群速度の遅い遅延線型のリング導波路を用いることにより、従来よりも１／１０００程度の大きさの光リングデバイスが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化するフォトニック結晶リング導波路を用いた光リングデバイスの模式図を示す。
【図２】リングを微小球を用いて構成した従来技術を示す図である。
【図３】光バッファメモリ素子の従来技術を示す模式図である。
【図４】光リング導波路と入出力導波路間の光の行き来を制御する構成を有する光リングデバイスの模式図を示す。
【図５】空気クラッド２次元フォトニック結晶スラブ構造中に形成したフォトニック結晶多連パルス発生デバイスの構造例を示す。
【図６】リング導波路部を不連続な欠陥列からなる構造としたものである。
【図７】直線導波路、リング導波路、非線形媒質を持つ共振器からなる光バッファメモリの構造例である。
【図８】図７の光リング部に遅延線導波路を用いたリング導波路にしたものである。
【図９】光バッファメモリとか光多連パルス発生素子に用いられる光リングデバイスの従来の構成を示す図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical buffer device that can be used for optical communication, optical measurement, optical calculation, and the like, and an optical ring device used for an optical multiple pulse generating element and the like.
[0002]
[Prior art]
An optical ring device used for an optical buffer memory or an optical multiple pulse generating element has a configuration as shown in FIG. It is composed of an input / output waveguide, a ring-shaped waveguide, and an interface element for connecting these. In the case where an interface element that inputs the input light to the optical ring and extracts the input light as it is after a lapse of a predetermined time, it functions as an optical buffer element. In addition, when an interface element that inputs an input optical pulse to the optical ring and takes out only a part of the light from the optical ring to the output waveguide is used, the optical pulse goes around the optical ring at a constant time interval. A pulse train is extracted from the output waveguide and functions as an optical multiple pulse generating element. In the case of optical buffer memory application, it is necessary to accumulate an optical pulse train (several hundred pulse trains) of one packet used in optical communication, and a long accumulation time is required (12.5 ns or more at 40 GHz, 500 pulses). On the other hand, in the optical multiple pulse generating element, the time required to make one round around the ring may be the time interval of the pulse train to be taken out. I do.
[0003]
Devices that use conventional optical rings require only a short storage time, such as those using planar optical circuits and those using dielectric microspheres as rings. However, planar optical circuits can be bent without loss. Curvature is limited and miniaturization is not possible. In addition, the dielectric microsphere has a problem that the alignment for inputting and outputting light becomes complicated.
[0004]
FIG. 2 is a diagram illustrating a conventional technique in which a ring is configured using microspheres. A dielectric such as SiO 2 is used as the ring waveguide, and a prism is used as the optical input / output waveguide to the SiO 2 ring. The light pulse incident through the prism enters the dielectric sphere and orbits in the dielectric sphere. Then, a part of the light pulse energy is taken out to the prism side for each revolution, and the rest goes around the dielectric sphere. By repeating this, as a result, it functions as a multiple pulse generating element. However, in order to realize this, it is necessary to make the optical axes of the dielectric sphere, the prism, and the incident light from the outside coincide with each other, and adjustment and holding thereof are complicated.
[0005]
A large ring such as an optical fiber bundle is required for an optical buffer memory or the like that needs to store a long light accumulation time or a long pulse train. FIG. 3 is a schematic diagram of the optical buffer memory device. It comprises an optical fiber ring for optical storage, an input / output fiber, and a coupler for coupling between them. The optical pulse train coming from the input fiber enters the optical fiber ring through the coupler. After circulating in the optical fiber ring for a certain time, it is taken out to the optical fiber on the output side through the coupler to function as an optical buffer memory. To realize this, an optical fiber ring of about 500 m is required. In order to precisely control the delay time, it is necessary to stabilize the temperature of the ring waveguide and maintain constant optical constants such as the refractive index and length.However, in order to stabilize the temperature of this long fiber ring, Significant equipment is required. The most commonly used coupler at present has a structure in which an input / output optical fiber and an optical fiber ring are directly connected. It can only be constant. For this reason, when actually used in an optical router or the like, there is a problem that a complicated device configuration such as preparing a plurality of optical buffers having different accumulation times and selecting a buffer to be used in the optical switch is required.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention eliminates the necessity of using a prism or the like that is difficult to adjust the optical axis as used for connection with the outside of the ring in an application with a short storage time, and eliminates the need for using an optical ring and other optical signals. It is an object of the present invention to provide an optical ring device that does not require a special device for connection with a circuit.
In addition, the present invention eliminates the need for using a coupler for coupling with an optical fiber ring and an input / output fiber for an application having a long storage time, and the optical ring and the input / output waveguide are controlled by external control light. An object of the present invention is to realize an optical ring device having a function capable of arbitrarily controlling the coupling strength, and as a result, having a function of extracting accumulated light at an arbitrary timing, which was impossible with a conventional device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The photonic crystal optical ring device of the present invention has an input / output waveguide and a ring-shaped waveguide in the same photonic crystal, and inputs light from the input / output waveguide to the ring-shaped waveguide. The input light is input to the input / output waveguide. The present invention has a photonic crystal structure, and forms a defect row functioning as a waveguide by continuously or discretely removing a periodic structure in the photonic crystal, thereby providing an input / output waveguide and It is characterized by forming a ring-shaped waveguide.
[0008]
Further, the optical ring device of the present invention has a configuration in which a coupling amount between two waveguides is variably controlled in the vicinity of the ring-shaped waveguide and the input / output waveguide in the photonic crystal structure. It can be provided integrally.
Further, the ring-shaped waveguide of the ring device of the present invention may function as an optical multiple pulse generating element by forming a delay line type waveguide having discretely spaced defects and having a reduced group velocity. Can be.
Further, in the optical ring device of the present invention, a region in which the nonlinear medium is locally embedded is formed in the vicinity of the ring-shaped waveguide and the input / output waveguide, and a defect is formed using the nonlinear medium. In addition, a control light waveguide that is continuous with the input / output waveguide is provided to control the flow of light between the optical ring waveguide and the input / output waveguide, and can function as an optical buffer memory.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic view of an optical ring device using a photonic crystal ring waveguide embodying the present invention. A photonic crystal is a structure in which media having different refractive indices are periodically arranged, and has a property of preventing light in a specific frequency range called a photonic band gap from propagating. By partially removing (defect) the periodic structure in the photonic crystal, light in the range of the photonic band gap exists only in the defect and cannot propagate to the surrounding photonic crystal. Therefore, when defects are continuously formed, light propagates only along the defect rows, and no light leaks around the defect lines, thereby functioning as an optical waveguide. In addition, when bending an optical waveguide, in an optical fiber or a normal refractive index difference confinement type waveguide, light is confined and propagated in the waveguide by total reflection. Is broken and light is lost. Therefore, it is necessary to bend light slowly with a large curvature to avoid loss. However, in the photonic crystal waveguide, light is confined by the band gap of the photonic crystal, so that the waveguide can be bent sharply. In particular, when a structure like an optical ring waveguide is used, a smaller structure is used. It becomes possible. Further, since a plurality of waveguide structures can be formed in one photonic crystal structure, as shown in FIG. 1, an optical ring and an input / output linear waveguide can be integrally formed. When the linear waveguide and the ring waveguide are set apart from each other by an appropriate distance, a part of the energy of the light pulse entering from the incident linear waveguide is coupled to the optical ring. Each time the optical circuit goes around the optical ring, a part of the energy of the optical pulse is extracted to the linear waveguide, and functions as an optical multiple pulse generating element. In the example, an appropriate distance is set between the straight waveguide and the ring waveguide. However, if a certain ratio of optical coupling can be achieved, the two are brought closer to each other or via a defect. Alternatively, a method such as coupling by using the same can be used.
[0010]
In an application having a long accumulation time, the present invention uses a ring-shaped optical waveguide portion shown in FIG. 1 as a delay line type waveguide having a group velocity of 1/1000, so that a device can be realized with a small optical ring of about 1/1000 of the conventional device. realizable. A delay line waveguide is a waveguide formed by arranging defects in a discrete manner at a certain distance apart from a normal photonic crystal waveguide in which a row of defects is continuously arranged. Group speed can be reduced.
[0011]
FIG. 4 shows a structure including an optical ring waveguide, an input / output waveguide, a region where a nonlinear medium is locally embedded for optically connecting them, and a control light waveguide for controlling the state of the nonlinear medium. Show. The nonlinear medium undergoes a change in the refractive index depending on the presence or absence of the control light. When a defect is formed using a nonlinear medium, the defect functions as a resonator. The defect (resonator) portion can transmit only light at the resonance level. Since the level at which the defect resonates fluctuates due to the change in the refractive index of the medium forming the defect, a defect can be formed in which the resonance level can be artificially controlled. When a defect is placed between the optical ring waveguide and the input / output waveguide, only light that resonates at the resonance level can move between the optical ring waveguide and the input / output waveguide, but light other than the resonance level cannot. . Therefore, by installing a defect having a non-linear medium between the optical ring waveguide and the input / output waveguide, it is possible to artificially control the flow of light between the optical ring waveguide and the input / output waveguide. For example, if it is designed so that optical coupling between the optical ring waveguide and the input / output waveguide can be performed only when the control light is applied, when the control light is applied when the optical pulse train reaches the input waveguide, The pulse train can be guided to the optical ring waveguide. Thereafter, when the control light is stopped, the optical pulse train circulates in the optical ring waveguide, and an optical signal can be stored. Thereafter, when the control light is applied again, the optical pulse train moves from the optical ring waveguide to the output waveguide, and the stored optical signal can be extracted. By using such a control configuration, an optical buffer memory capable of extracting an optical signal at any time can be realized. Further, when a delay line type optical waveguide is used as the optical ring waveguide, the group velocity of light becomes very slow in the delay line type ring waveguide, so that an optical buffer memory with a smaller size can be realized. For the coupling between the input / output waveguide and the optical ring waveguide, besides the configuration shown in the figure, the input side waveguide and the output side waveguide should be separated and arranged so that optical coupling with the optical ring waveguide can be obtained. Is also possible.
[0012]
【Example】
FIG. 5 shows a structural example of a photonic crystal multiple pulse generation device formed in an air-clad two-dimensional photonic crystal slab structure. First, a layer for selective etching and a layer serving as a core are formed on a medium serving as a base. Since the core portion must be made of a material transparent to the corresponding wavelength, for example, GaAs or the like is used in the 1.55 μm band of optical communication. A material having a high selectivity with respect to the core (such as AlGaAs for GaAs) is used for the layer for selective etching. The thickness of the core is a thickness at which the corresponding wavelength propagates in a single mode. A photonic crystal is formed by providing periodic holes in the core portion, but a part thereof is not formed as a hole but is arranged linearly and circumferentially to form a linear waveguide and a ring waveguide structure. Thereafter, an air cladding region is provided below the core by performing selective etching through the holes.
[0013]
By arranging the ring waveguide and the linear waveguide adjacent to each other, when a single optical pulse is incident on the linear waveguide, a part thereof is coupled to the ring waveguide and the optical pulse goes around the ring waveguide. Each time the optical pulse goes around the ring waveguide, a part of the optical pulse is coupled again to the linear waveguide, and an optical pulse train whose intensity is sequentially attenuated is taken out on the output side. Since the interval of the optical pulse train is determined by the time that the optical pulse travels in the ring waveguide for one week, the group velocity of the waveguide mode is changed by changing the length of the ring waveguide and the lattice constant of the two-dimensional photonic crystal. By doing so, it is possible to design arbitrarily. In addition, since the intensity ratio of each pulse in the optical pulse train is determined by the coupling state between the ring waveguide and the linear waveguide, it can be arbitrarily designed by modulating the distance between the linear waveguide and the ring waveguide and the crystal structure between them. It is.
[0014]
Further, by using a medium (such as SiO 2 ) having a lower refractive index than that of the core instead of using the air as the clad portion, a more robust device can be realized as compared with the case of the air clad.
FIG. 6 shows a structure in which the ring waveguide portion is formed of discontinuous defect rows. The waveguide composed of discontinuous defect rows can have a very low group velocity of about 1/1000 and has a delay line effect. Therefore, this structure has the same time interval as the structure shown in FIG. When a pulse train is formed, it can be realized with a smaller structure. Also in this case, a structure in which the lower clad is replaced by a low refractive index medium as in the device described above can be considered.
[0015]
FIG. 7 shows an example of the structure of an optical buffer memory including a linear waveguide, a ring waveguide, and a resonator having a nonlinear medium. The signal light enters the ring waveguide from the straight waveguide, and the signal light pulse train keeps going around the ring waveguide. Due to the effect of the photonic crystal waveguide, it is possible to circulate without loss even in a ring waveguide with a small radius, and by designing a waveguide mode in which the group velocity is slowed, it is smaller than the conventional optical fiber ring. The structure makes it possible to store the optical pulse train. The output side is connected to a linear waveguide via a resonator having a nonlinear medium. Normally, the signal light continues to circulate in the ring waveguide by shifting the resonance frequency and the frequency of the signal light. If the resonator is designed to resonate with the frequency of the signal light when the refractive index of the nonlinear medium is changed by the control light, the signal light train can be extracted only when the control light is present. Functions as a buffer memory. The nonlinear medium portion is realized by forming InAs quantum dots or the like partially by selective growth.
[0016]
FIG. 8 shows a ring waveguide in which a delay line waveguide is used in the optical ring portion of FIG. By using a delay line ring waveguide having a very low group speed, an optical buffer memory that is smaller and that can support optical communication with a longer packet length can be realized.
[0017]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the photonic crystal waveguide, the light is confined by the band gap of the photonic crystal, so that the waveguide can be bent sharply, particularly when a structure like an optical ring waveguide is used. It is possible to have a small structure. Further, since a plurality of waveguide structures can be formed in one photonic crystal structure, an optical ring and an input / output linear waveguide can be integrally formed, and an optical ring device including an input / output device can be realized monolithically.
Further, by using a delay line type ring waveguide having a low group velocity, an optical ring device having a size of about 1/1000 of that of the related art can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an optical ring device using a photonic crystal ring waveguide embodying the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a conventional technique in which a ring is formed using microspheres.
FIG. 3 is a schematic view showing a conventional technology of an optical buffer memory device.
FIG. 4 is a schematic view of an optical ring device having a configuration for controlling the flow of light between an optical ring waveguide and an input / output waveguide.
FIG. 5 shows a structural example of a photonic crystal multiple pulse generation device formed in an air-clad two-dimensional photonic crystal slab structure.
FIG. 6 shows a ring waveguide having a structure including discontinuous defect rows.
FIG. 7 is a structural example of an optical buffer memory including a linear waveguide, a ring waveguide, and a resonator having a nonlinear medium.
FIG. 8 shows a ring waveguide in which a delay line waveguide is used in the optical ring portion of FIG. 7;
FIG. 9 is a diagram showing a conventional configuration of an optical ring device used for an optical buffer memory or an optical multiple pulse generating element.
