JP2005128442A

JP2005128442A - 波長選択フィルタ

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Publication number: JP2005128442A
Application number: JP2003366365A
Authority: JP
Inventors: Yuji Suzuki; 裕二鈴木; 仁路 ▲高▼野; Hitomichi Takano
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】入力導波路と出力導波路との間に存在する共振器の共振波長を制御可能であり且つマイクロマシンニング技術による製造が容易な波長選択フィルタを提供する。
【解決手段】直線状の入力導波路１と、入力導波路１の幅方向に離間して並設された直線状の出力導波路２と、入力導波路１と出力導波路２との間に存在する平面形状がリング状の共振器３と、共振器３との距離が可変で共振器３との相互作用により共振器３の共振波長を共振器３単独の共振波長から変化させる共振波長調整用構造体４とを備えている。共振波長調整用構造体４は、半導体マイクロマシンニング技術を利用して共振器３と同一平面上に設けてある。ここにおいて、共振波長調整用構造体４は、上記平面上において両導波路１，２の長手方向に沿って移動可能（スライド自在）となるように形成してあり、共振器３との間の距離を高精度に調節することが可能となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長の異なる複数の光信号から所望の波長の光信号を選択的に取り出すことができ、光通信分野や光学計測機器分野などに用いることができる波長選択フィルタに関するものである。

近年、高密度波長分割多重方式（Dense Wavelength Division Multiplexing）の光通信において、波長の異なる多数の光信号から特定の波長の光信号を選択的に取り出す波長選択フィルタが用いられている。

この種の波長選択フィルタとしては、例えば、図１０に示すように、直線状の入力導波路１と、入力導波路１の幅方向に離間して並設された直線状の出力導波路２と、入力導波路１と出力導波路２との間に存在するリング状の共振器（以下、リング共振器と称す）３とを備えた構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１０に示す構成の波長選択フィルタでは、入力導波路１の一端を入力ポートＰ１、他端をスルーポートＰ２とするとともに、出力導波路２の一端をドロップポートＰ３、他端をアッドポートＰ４とすると、入力ポートＰ１から波長の異なる複数の光信号を入力することにより、これら複数の波長λ_１、λ_２、…、λ_ｎの光信号のうちリング共振器３の共振波長に一致する波長の光信号がリング共振器３を介して出力導波路２へ移行してドロップポートＰ３から出力され、共振波長以外の波長の光信号が入力導波路１のスルーポートＰ２へ向かって伝搬する。ここに、リング共振器３の共振波長は、リング共振器３の直径とリング共振器３の構成材料の屈折率とでおおよそ決まり、例えば、リング共振器３の共振波長がλ_１であるとすると、波長λ_１の光信号のみがドロップポートＰ３へ導かれ、波長λ_１以外の波長λ_２、…、λ_ｎの光信号はスルーポートＰ２へ導かれる。また、出力導波路２のアッドポートＰ４にリング共振器３の共振波長と一致する波長λ_１の光信号が入力された場合、この波長λ_１の光信号は入力導波路１のスルーポートＰ２へ導かれる。なお、図１０中の実線の矢印は波長λ_１の光信号を分波する場合の各波長λ_１、λ_２、…、λ_ｎそれぞれの光信号の伝搬経路を示し、同図中の破線の矢印は波長λ_１の光信号を合波する場合の波長λ_１の光信号の伝搬経路を示している。

また、上記特許文献１には、図１１に示すように、入力導波路１と出力導波路２との間に複数（図示例では、３つ）のリング共振器３を配置することにより、透過帯域が平坦な箱型（スクエア型）のフィルタ特性を実現できることが記載されている。

また、従来から、図１２に示すように、複数本（図示例では、２本）ずつの入力導波路１と出力導波路２とを交差させたマトリクス（格子）を構成し、マトリクスの各格子点それぞれの近傍にそれぞれ共振波長の異なるリング共振器３を配置した多チャネル型の波長選択フィルタも提案されている。ここに、図１２に示した構成の波長選択フィルタでは、同図における左上のリング共振器３の共振波長をλ_１、右上のリング共振器３の共振波長をλ_２、左下のリング共振器３の共振波長をλ_３、右下のリング共振器３の共振波長をλ_４となるように各リング共振器３の直径を設定してあり、各入力ポートＰ１から複数の波長λ_１、λ_２、λ_３、λ_４、λ_５、…、λ_ｎの光信号が入力されると、図１２における左側のドロップポートＰ３からは波長λ_１、λ_３の光信号が出力され、同図における右側のドロップポートＰ３からは波長λ_２、λ_４の光信号が出力され、同図における上側のスルーポートＰ２からは波長λ_３、λ_４、…、λ_ｎの光信号が出力され、同図における下側のスルーポートＰ２からは波長λ_１、λ_２、λ_５、…、λ_ｎの光信号が出力される。

なお、入力導波路１と出力導波路２と共振器３との相対的な位置関係やそれぞれの数については図１０〜図１２の組み合わせに限定されず、種々提案されている。例えば、上記特許文献１には、互いに交差するように配置された入力導波路と出力導波路との両方に重なるようにリング共振器を配置した波長選択フィルタも記載されている。

ところで、近年の光通信などの分野における情報通信量の著しい増大に伴い、光通信のより一層の大容量化、高機能化が要望されており、多重化する光信号の波長のチャネル間隔、中心波長間隔をより狭めたり、狭帯域の波長で多重化された信号から必要な波長を選択して分波したり合波することができる光通信素子が必要となっている。

しかしながら、上述の図１０、図１１、図１２に示した各波長選択フィルタは、リング共振器３の構造および材料で決定される特定波長の光信号しか選択して分波、合波することができず、しかも狭帯域の波長を選択するためには、リング共振器のサイズを高精度に形成しなければならず、コストが高くなるという問題があった。

また、多波長に対応するためには、図１２に示すように共振波長の異なる複数のリング共振器３をマトリクスの各格子点それぞれの近傍に配置する必要があり、多重化する波長の数の増大に伴い、高密度集積化が難しくなるという問題があった。

これらの問題を解決するものとして、上記特許文献１には、リング共振器３の上方に金属板あるいは誘電性薄板からなる構造体と、当該構造体を保持し当該構造体を上下方向に移動させるマイクロ電気機械式のピストンとを設け、リング共振器と上記構造体との間の距離を調節することによりリング共振器の共振波長を制御可能とした波長選択フィルタが提案されている。
特開２０００−２９８２１５号公報（段落番号〔０００２〕−〔０００４〕、〔００１１〕−〔００１４〕、〔００２９〕、図１−図３、図１５、図１７、図１８）

しかしながら、上述のリング共振器３の共振波長を制御可能とした波長選択フィルタは、リング共振器３の上方に構造体を設け、さらにその上方にピストを設けたものなので、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）の実現に利用されるマイクロマシンニング技術による製造が難しかった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、入力導波路と出力導波路との間に存在する共振器の共振波長を制御可能であり且つマイクロマシンニング技術による製造が容易な波長選択フィルタを提供することにある。

請求項１の発明は、入力導波路の一端側から入射された複数波長の光信号のうち出力導波路との間に存在する共振器の共振波長に一致する波長の光信号が共振器を介して出力導波路へ移行し出力導波路の一端側のドロップポートから出射される波長選択フィルタであって、共振器との距離が可変で共振器との相互作用により共振器の共振波長を共振器単独の共振波長から変化させる共振波長調整用構造体を、共振器と同一平面上に設けてなることを特徴とする。

この発明によれば、共振器との距離が可変で共振器との相互作用により共振器の共振波長を共振器単独の共振波長から変化させる共振波長調整用構造体を備えているので、共振器と共振波長調整用構造体との間の距離を調節することにより入力導波路と出力導波路との間に存在する共振器の共振波長を制御可能であり、しかも、共振波長調整用構造体が共振器と同一平面上に設けられているので、マイクロマシンニング技術による製造が容易になる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記共振波長調整用構造体は、前記共振器との並設方向に直交する面に対して傾斜し前記共振器に対向する傾斜面が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記共振波長調整用構造体を前記平面上で前記並設方向と直交する方向へ移動させることにより、前記共振波長調整用構造体と前記共振器との距離をアナログ的に調節できて前記共振器の共振波長をアナログ的に変化させることが可能となり、共振波長の高精度な調整を簡単に行なうことができ、光多重通信の波長間隔の大小によらず対応できる汎用性の高いものとなる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記共振波長調整用構造体は、少なくとも一部が、前記共振器との並設方向に直交し前記共振器に対向する複数の階段面を有する階段状に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記共振波長調整用構造体を前記平面上で前記並設方向と直交する方向へ移動させることにより、前記共振波長調整用構造体と前記共振器との距離をデジタル的に調節できて共振器の共振波長をデジタル的に変化させることが可能となり、波長多重通信のように波長間隔が予め決められている場合、共振波長を上記波長間隔でディジタル的に変化させることが可能となる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記共振器に対して前記共振波長調整用構造体が複数設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記共振器の共振波長をより高精度に制御可能となり、前記共振器の共振波長の選択肢をより多くでき、より多くの波長に対応できる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記共振波長調整用構造体は、少なくとも一部が、電気エネルギ、熱エネルギ、磁気エネルギのうちの少なくとも１種により屈折率が変化する材料により形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記共振波長調整用構造体の屈折率を変化させることによっても前記共振器の共振波長を変化させることができ、前記共振器の共振波長をより高精度に制御することが可能となる。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記共振器は平面形状がリング状に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記共振器が所謂リング共振器により構成されているので、前記共振器の直径を適宜設定することにより前記共振器単独での共振波長を設計することができる。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記共振波長調整用構造体を静電力により移動させる静電アクチュエータが前記同一平面上に設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記共振波長調整用構造体を移動させるアクチュエータが静電アクチュエータなのでマイクロマシンニング技術で容易に製造することができる。

請求項１の発明は、共振器と共振波長調整用構造体との間の距離を調節することにより入力導波路と出力導波路との間に存在する共振器の共振波長を制御可能であり、しかも、共振波長調整用構造体が共振器と同一平面上に設けられているので、マイクロマシンニング技術による製造が容易になるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の波長選択フィルタは、図１に示すように、直線状の入力導波路１と、入力導波路１の幅方向に離間して並設された直線状の出力導波路２と、入力導波路１と出力導波路２との間に存在する平面形状がリング状の共振器（以下、リング共振器と称す）３と、リング共振器３との距離が可変でリング共振器３との相互作用によりリング共振器３の共振波長をリング共振器３単独の共振波長から変化させる共振波長調整用構造体４とを備えている。

共振波長調整用構造体４は、半導体マイクロマシンニング技術を利用してリング共振器３と同一平面上に設けてある。ここにおいて、共振波長調整用構造体４は、上記平面上において両導波路１，２の長手方向に沿って移動可能（スライド自在）となるように形成してあり、リング共振器３との間の距離を高精度に調節することが可能となっている。なお、本実施形態の波長選択フィルタは、例えば、厚み方向の中間に絶縁膜であるシリコン酸化膜（埋込酸化膜）を有する所謂ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板やシリコン基板などの半導体基板を半導体マイクロマシンニング技術により加工することによって形成することができる。

入力導波路１の一端を入力ポートＰ１、他端をスルーポートＰ２とするとともに、出力導波路２の一端をドロップポートＰ３、他端をアッドポートＰ４とすると、図１の構成において共振波長調整用構造体４が設けられていない場合には、図１０に示した従来構成と同様に、入力ポートＰ１から波長の異なる複数の光信号を入力することにより、これら複数の波長λ_１、λ_２、…、λ_ｎの光信号のうちリング共振器３単独の共振波長に一致する波長の光信号がリング共振器３を介して出力導波路２へ移行してドロップポートＰ３から出力され、共振波長以外の波長の光信号が入力導波路１のポートＰ２へ向かって伝搬する。ここに、リング共振器３単独の共振波長は、リング共振器３の直径とリング共振器３の構成材料の屈折率とでおおよそ決まり、例えば、リング共振器３の共振波長がλ_１であるとすると、波長λ_１の光信号のみがドロップポートＰ３へ導かれ、波長λ_１以外の波長λ_２、…、λ_ｎの光信号はスルーポートＰ２へ導かれる。また、出力導波路２のアッドポートＰ４にリング共振器３の共振波長と一致する波長λ_１の光信号が入力された場合、この波長λ_１の光信号は入力導波路１のスルーポートＰ２へ導かれる。

これに対して、本実施形態の波長選択フィルタでは、リング共振器３の近傍に共振波長調整用構造体４が配置されており、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節することによって、リング共振器３単独の共振とは異なる共振波長の光信号を、リング共振器３を介して出力導波路２へ移行させてドロップポートＰ３から出力させることが可能となる。例えば、リング共振器３単独の共振波長が波長λ_１であったとして、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節してリング共振器３の共振波長をλ_ｎに変化させた場合には、共振波長λ_ｎ以外の波長λ_１、λ_２、…、λ_ｎ−１の光信号は入力導波路１のスルーポートＰ２へ向かって伝搬する。また、出力導波路２のアッドポートＰ４に上述の共振波長λ_ｎに一致する波長λ_ｎの光信号が入力された場合、この波長λ_ｎの光信号はリング共振器３を介して入力導波路１のスルーポートＰ２へ導かれる。なお、図１中の実線の矢印は波長λ_ｎの光信号を分波する場合の各波長λ_１、λ_２、…、λ_ｎ−１、λ_ｎそれぞれの光信号の伝搬経路を示し、同図中の破線の矢印は波長λ_ｎの光信号を合波する場合の波長λ_ｎの光信号の伝搬経路を示している。

しかして、本実施形態の波長選択フィルタでは、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節することによってリング共振器３の共振波長を変化させることができる（つまり、リング共振器３の共振波長を制御できる）ので、１つの共振器３に対して１つの共振波長調整用構造体４を設けるだけで種々の波長の光信号を選択的にドロップポートＰ３へ分波したり、スルーポートＰ２へ合波することができる。要するに、本実施形態の波長選択フィルタでは、従来のような選択したい波長ごとに共振波長の異なるリング共振器３を配置した構成を採用する必要がなく、リング共振器３の数を大幅に減少させることができ、従来と同じチップサイズで選択的に取り出し可能な波長の数を多くできる。言い換えれば、多波長を選択的に取り出す波長選択フィルタの小型化を図ることができる。また、本実施形態の波長選択フィルタでは、リング共振器３と共振波長調整用構造体４とを同一平面上に配置する構成となっているので、半導体マイクロマシンニング技術を利用して容易に製造することができ、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を高精度に調整可能となるので、リング共振器３の加工精度を著しく高めることなく、リング共振器３の共振波長を選択したい波長に精度良く一致させることができ、低コスト化を図ることができる。

なお、本実施形態の波長選択フィルタでは、上述のように共振波長調整用構造体４を上記平面上において両導波路１，２の長手方向に沿って移動可能となるように形成してあるが、上記平面上において両導波路１，２に交差する方向へ移動可能となるように形成してもよいし、これら各方向を組み合わせて２次元方向へ移動可能となるように形成してもよい。

（実施形態２）
本実施形態の波長選択フィルタの構成は実施形態１と略同じであって、図２に示すように、共振波長調整用構造体４の形状が相違する。本実施形態における共振波長調整用構造体４は、リング共振器３との並設方向（図２の左右方向）に直交する面に対して傾斜しリング共振器３に対向する傾斜面４１が形成されており、両導波路１，２の並設方向（図２の上下方向）へ移動可能となっている。すなわち、本実施形態における共振波長調整用構造体４は、両導波路１，２の長手方向と直交する平面に対して傾斜する傾斜面４１をリング共振器３側に形成してあり、両導波路１，２に直交する方向へ移動可能となっている。なお、他の構成は実施形態１と同様なので、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の波長選択フィルタの基本動作は実施形態１と同じであって、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節することによって、リング共振器３単独の共振とは異なる共振波長の光信号を、リング共振器３を介して出力導波路２へ移行させてドロップポートＰ３から出力させることが可能となる。例えば、リング共振器３単独の共振波長が波長λ_１であったとして、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節してリング共振器３の共振波長をλ_ｎに変化させた場合には、共振波長λ_ｎ以外の波長λ_１、λ_２、…、λ_ｎ−１の光信号は入力導波路１のスルーポートＰ２へ向かって伝搬する。また、出力導波路２のアッドポートＰ４に上述の共振波長λ_ｎに一致する波長λ_ｎの光信号が入力された場合、この波長λ_ｎの光信号はリング共振器３を介して入力導波路１のスルーポートＰ２へ導かれる。なお、図２中の実線の矢印は波長λ_ｎの光信号を分波する場合の各波長λ_１、λ_２、…、λ_ｎ−１、λ_ｎそれぞれの光信号の伝搬経路を示し、同図中の破線の矢印は波長λ_ｎの光信号を合波する場合の波長λ_ｎの光信号の伝搬経路を示している。

しかして、本実施形態の波長選択フィルタにおいても、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節することによってリング共振器３の共振波長を変化させることができるので、１つのリング共振器３に対して１つの共振波長調整用構造体４を設けるだけで種々の波長の光信号を選択的にドロップポートＰ３へ分波したり、スルーポートＰ２へ合波することができる。しかも、本実施形態の波長選択フィルタでは、共振波長調整用構造体４におけるリング共振器３側に傾斜面４１を形成してあるので、共振波長調整用構造体４を上記平面上でリング共振器３との並設方向と直交する方向へ移動させることにより、共振波長調整用構造体４とリング共振器３との距離をアナログ的に調節できてリング共振器３の共振波長をアナログ的に変化させることが可能となり、共振波長の高精度な調整を簡単に行なうことができ、光多重通信の波長間隔の大小によらず対応できる汎用性の高いものとなる。

なお、本実施形態の波長選択フィルタでは、上述のように共振波長調整用構造体４を上記平面上で両導波路１，２に直交する方向に沿って移動可能となるように形成してあるが、上記平面上で両導波路１，２の長手方向に沿って移動可能となるように形成してもよいし、これら各方向を組み合わせて２次元方向へ移動可能となるように形成してもよい。

（実施形態３）
本実施形態の波長選択フィルタの構成は実施形態１と略同じであって、図３に示すように、共振波長調整用構造体４の形状が相違する。本実施形態における共振波長調整用構造体４は、一部がリング共振器３との並設方向（図３の左右方向）に直交しリング共振器３に対向する複数の階段面４ａ，４ｂ，４ｃを有する階段状に形成されており、両導波路１，２の並設方向（図３の上下方向）へ移動可能となっている。すなわち、本実施形態における共振波長調整用構造体４は、リング共振器３側を階段状の形状に形成することによりリング共振器３に対向する複数の階段面４ａ，４ｂ，４ｃを設けてある。ここに、階段状の形状は共振波長調整用構造体４の少なくとも一部に形成されていればよい。なお、他の構成は実施形態１と同様なので、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の波長選択フィルタの基本動作は実施形態１と同じであって、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節することによって、リング共振器３単独の共振とは異なる共振波長の光信号を、リング共振器３を介して出力導波路２へ移行させてドロップポートＰ３から出力させることが可能となる。例えば、リング共振器３単独の共振波長が波長λ_１であったとして、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節してリング共振器３の共振波長をλ_ｎに変化させた場合には、共振波長λ_ｎ以外の波長λ_１、λ_２、…、λ_ｎ−１の光信号は入力導波路１のスルーポートＰ２へ向かって伝搬する。また、出力導波路２のアッドポートＰ４に上述の共振波長λ_ｎに一致する波長λ_ｎの光信号が入力された場合、この波長λ_ｎの光信号はリング共振器３を介して入力導波路１のスルーポートＰ２へ導かれる。なお、図３中の実線の矢印は波長λ_ｎの光信号を分波する場合の各波長λ_１、λ_２、…、λ_ｎ−１、λ_ｎそれぞれの光信号の伝搬経路を示し、同図中の破線の矢印は波長λ_ｎの光信号を合波する場合の波長λ_ｎの光信号の伝搬経路を示している。

しかして、本実施形態の波長選択フィルタにおいても、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節することによってリング共振器３の共振波長を変化させることができるので、１つのリング共振器３に対して１つの共振波長調整用構造体４を設けるだけで種々の波長の光信号を選択的にドロップポートＰ３へ分波したり、スルーポートＰ２へ合波することができる。しかも、本実施形態の波長選択フィルタでは、共振波長調整用構造体４における共振器３側を階段状の形状としてあるので、共振波長調整用構造体４を上記平面上でリング共振器３との並設方向と直交する方向へ移動させることにより、共振波長調整用構造体４とリング共振器３との距離をデジタル的に調節できてリング共振器３の共振波長をデジタル的に変化させることが可能となり、波長多重通信のように波長間隔が予め決められている場合、共振波長を上記波長間隔でディジタル的に変化させることが可能となる。

（実施形態４）
本実施形態の波長選択フィルタの構成は実施形態１と略同じであって、図４に示すように、共振波長調整用構造体４とリング共振器３との間の距離が共振波長調整用構造体の移動後に維持されるように共振波長構成用構造体４を保持する保持体５を、リング共振器３および共振波長調整用構造体４と同一平面上に形成してある点などが相違する。ここで、共振波長調整用構造体４は、リング共振器３側とは反対側にロッド４２が設けられており、ロッド４２には長手方向に離間して複数の係合爪４２ａが突設されている。一方、保持体５は、上記長手方向に離間した係合爪４２ａのいずれかに係脱自在に係合する保持爪５ａを有している。なお、他の構成は実施形態１と同様なので、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の波長選択フィルタでは、保持爪５ａが係合爪４２ａと係合していることにより、共振波長調整用構造体４を移動させる外力を印加するための電源がオフされても、共振波長調整用構造体４の位置がずれないので、共振波長調整用構造体４とリング共振器３との間の距離が保持され、当該距離に応じて決まるリング共振器３の共振波長の光信号の分波、合波を引き続き行うことができる。このような本実施形態の波長選択フィルタは、電源をオフしても所望の分波機能や合波機能を維持できるので、低消費電力化を図ることができ、しかも、停電時など突然の電源遮断時にも、所望の分波機能や合波機能を維持できるので、光通信分野において特に有用である。

なお、本実施形態の波長選択フィルタでは、ロッド４２の長手方向において隣り合う係合爪４２ａ間の間隔でリング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を変化させることになるので、隣り合う係合爪４２ａ間の間隔を小さくするほど、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を高精度に制御することができる。なお、保持体５およびロッド４２の形状は特に限定するものではない。

（実施形態５）
本実施形態の波長選択フィルタの構成は実施形態１と略同じであって、図５に示すように、共振波長調整用構造体４とリング共振器３との間の距離が共振波長調整用構造体の移動後に維持されるように共振波長構成用構造体４を保持する保持体５を、リング共振器３および共振波長調整用構造体４と同一平面上に形成してある点などが相違する。ここで、本実施形態では、共振波長調整用構造体４におけるリング共振器３側の一部を磁性体により形成してあり、保持体５が磁力により共振波長調整用構造体４の位置を保持する電磁石装置により構成されている。なお、他の構成は実施形態１と同様なので、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の波長選択フィルタでは、電源がオフされても、共振波長調整用構造体４とリング共振器３との間の距離が保持され、当該距離に応じて決まるリング共振器３の共振波長の光信号の分波、合波を引き続き行うことができる。このような本実施形態の波長選択フィルタは、電源をオフしても所望の分波機能や合波機能を維持できるので、低消費電力化を図ることができ、しかも、停電時など突然の電源遮断時にも、所望の分波機能や合波機能を維持できるので、光通信分野において特に有用である。なお、本実施形態では、共振波長調整用構造体４を移動させる移動手段を別途に設けてあるが、保持体５を移動手段として併用してもよい。また、複数の保持体５を設けて共振波長調整用構造体４を様々な位置に保持できるように構成してもよい。

（実施形態６）
本実施形態の波長選択フィルタの構成は実施形態１と略同じであって、図６に示すように、１つのリング共振器３に対して複数（図示例では、２つ）の共振波長調整用構造体４を設けている点が相違する。なお、他の構成は実施形態１と同様なので、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の波長選択フィルタの基本動作は実施形態１と同じであって、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節することによって、リング共振器３単独の共振とは異なる共振波長の光信号を、リング共振器３を介して出力導波路２へ移行させてドロップポートＰ３から出力させることが可能となる。例えば、リング共振器３単独の共振波長が波長λ_１であったとして、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節してリング共振器３の共振波長をλ_ｎに変化させた場合には、共振波長λ_ｎ以外の波長λ_１、λ_２、…、λ_ｎ−１の光信号は入力導波路１のスルーポートＰ２へ向かって伝搬する。また、出力導波路２のアッドポートＰ４に上述の共振波長λ_ｎに一致する波長λ_ｎの光信号が入力された場合、この波長λ_ｎの光信号はリング共振器３を介して入力導波路１のスルーポートＰ２へ導かれる。なお、図６中の実線の矢印は波長λ_ｎの光信号を分波する場合の各波長λ_１、λ_２、…、λ_ｎ−１、λ_ｎそれぞれの光信号の伝搬経路を示し、同図中の破線の矢印は波長λ_ｎの光信号を合波する場合の波長λ_ｎの光信号の伝搬経路を示している。

しかして、本実施形態の波長選択フィルタでは、リング共振器３と少なくとも一方の共振波長調整用構造体４との間の距離を調節することによってリング共振器３の共振波長を変化させることができるので、１つのリング共振器３を介して種々の波長の光信号を選択的にドロップポートＰ３へ分波したり、スルーポートＰ２へ合波することができる。しかも、本実施形態の波長選択フィルタでは、１つのリング共振器３の近傍にそれぞれリング共振器３との間の距離を調節可能な複数の共振波長調整用構造体４を配置してあるので、リング共振器３の共振波長の選択肢をより多くでき、より多くの波長に対応できる。

なお、上記実施形態２，３の波長選択フィルタにおいても、１つのリング共振器３に対して複数の共振波長調整用構造体４を設けてもよいことは勿論である。

（実施形態７）
本実施形態の波長選択フィルタの構成は実施形態１と略同じであって、図７に示すように、共振波長調整用構造体４に熱光学効果を有する材料からなる屈折率可変部４３を設けている点などが相違する。すなわち、本実施形態における共振波長調整用構造体４の一部である屈折率可変部４３が熱エネルギにより屈折率が変化する材料により形成されている。ここにおいて、屈折率可変部４３は電源Ｅにより直接あるいはヒータを介して加熱されることにより屈折率が変化する。なお、他の構成は実施形態１と同様なので、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の波長選択フィルタの基本動作は実施形態１と同じであって、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節することによって、リング共振器３単独の共振とは異なる共振波長の光信号を、リング共振器３を介して出力導波路２へ移行させてドロップポートＰ３から出力させることが可能となる。例えば、リング共振器３単独の共振波長が波長λ_１であったとして、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節してリング共振器３の共振波長をλ_ｎに変化させた場合には、共振波長λ_ｎ以外の波長λ_１、λ_２、…、λ_ｎ−１の光信号は入力導波路１のスルーポートＰ２へ向かって伝搬する。また、出力導波路２のアッドポートＰ４に上述の共振波長λ_ｎに一致する波長λ_ｎの光信号が入力された場合、この波長λ_ｎの光信号はリング共振器３を介して入力導波路１のスルーポートＰ２へ導かれる。なお、図７中の実線の矢印は波長λ_ｎの光信号を分波する場合の各波長λ_１、λ_２、…、λ_ｎ−１、λ_ｎそれぞれの光信号の伝搬経路を示し、同図中の破線の矢印は波長λ_ｎの光信号を合波する場合の波長λ_ｎの光信号の伝搬経路を示している。

ところで、本実施形態の波長選択フィルタでは、実施形態１と同様にリング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節することによりリング共振器３の共振波長を調整することができるが、上記距離だけでなく、屈折率可変部４３の屈折率を変化させることによってもリング共振器３の共振波長を調整することができるので、リング共振器３の共振波長の選択肢をより多くでき、より多くの波長に対応できる。

なお、本実施形態の波長選択フィルタでは、上述のように共振波長調整用構造体４を上記平面上で両導波路１，２に直交する方向に沿って移動可能となるように形成してあるが、上記平面上で両導波路１，２の長手方向に沿って移動可能となるように形成してもよいし、これら各方向を組み合わせて２次元方向へ移動可能となるように形成してもよい。また、共振波長調整用構造体４の形状も特に限定するものではなく、例えば、実施形態２や実施形態３の形状を採用してもよい。また、本実施形態では、屈折率可変部４３を熱光学効果を有する材料により形成してあるが、屈折率可変部４３の材料としては、電気光学効果、磁気光学効果を有する材料により形成してもよい。要するに、屈折率可変部４３は、熱エネルギ、電気エネルギ、磁気エネルギの少なくとも１種により屈折率を変化させることができる材料により形成してあればよい。また、本実施形態では、共振波長調整用構造体４の一部を屈折率可変部４３としてあるが、共振波長調整用構造体４の全部を屈折率可変部４３としてもよい。

（実施形態８）
本実施形態の波長選択フィルタの構成は実施形態１と略同じであって、図８に示すように、共振波長調整用構造体４を静電力により移動させる静電アクチュエータ６がリング共振器３および共振波長調整用構造体４と同一平面上に形成されている点が相違する。ここにおいて、静電アクチュエータ６は、共振波長調整用構造体４における共振器３側とは反対側に突設されたロッド４４を備えており、ロッド４４の先端部に櫛形状の可動電極４５が設けられ、可動電極４５の隣り合う櫛歯４５ａ間それぞれに櫛歯４６ａが入り込んだ櫛形状の固定電極４６が可動電極４５近傍に配置されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の波長選択フィルタの基本動作は実施形態１と同じであって、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節することによって、リング共振器３単独の共振とは異なる共振波長の光信号を、リング共振器３を介して出力導波路２へ移行させてドロップポートＰ３から出力させることが可能となる。例えば、リング共振器３単独の共振波長が波長λ_１であったとして、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節してリング共振器３の共振波長をλ_ｎに変化させた場合には、共振波長λ_ｎ以外の波長λ_１、λ_２、…、λ_ｎ−１の光信号は入力導波路１のスルーポートＰ２へ向かって伝搬する。また、出力導波路２のアッドポートＰ４に上述の共振波長λ_ｎに一致する波長λ_ｎの光信号が入力された場合、この波長λ_ｎの光信号はリング共振器３を介して入力導波路１のスルーポートＰ２へ導かれる。なお、図８中の実線の矢印は波長λ_ｎの光信号を分波する場合の各波長λ_１、λ_２、…、λ_ｎ−１、λ_ｎそれぞれの光信号の伝搬経路を示し、同図中の破線の矢印は波長λ_ｎの光信号を合波する場合の波長λ_ｎの光信号の伝搬経路を示している。

ところで、本実施形態の波長選択フィルタでは、固定電極４６と可動電極４５との間に印加する電圧を制御することで固定電極４６と可動電極４５との間に作用する静電吸引力により可動電極４５が移動するので、リング共振器３と共振波長調整用構造体４との間の距離を調節してリング共振器３の共振波長を調整することができる。また、本実施形態の波長選択フィルタでは、共振波長調整用構造体４を静電力により移動させる静電アクチュエータがリング共振器３および共振波長調整用構造体４と同一平面上に設けられており、しかも、共振波長調整用構造体４を移動させるアクチュエータが静電アクチュエータなので、マイクロマシンニング技術で容易に製造することができる。

なお、共振波長調整用構造体４の形状は特に限定するものではなく、例えば、実施形態２や実施形態３の形状を採用してもよい。また、実施形態６と同様に、１つのリング共振器３に対して複数の共振波長調整用構造体４を設けてもよい。

（実施形態９）
本実施形態の波長選択フィルタは、図９に示すように、複数本（図示例では、２本）ずつの入力導波路１と出力導波路２とを交差させたマトリクス（格子）を構成し、マトリクスの各格子点それぞれの近傍にそれぞれ共振波長の異なるリング共振器３を配置した多チャネル型の波長選択フィルタとなっており、各リング共振器３それぞれの近傍で各リング共振器３と同一平面上に実施形態１と同様の共振波長調整用構造体４を配置してある。

本実施形態の波長選択フィルタでは、同図における左上のリング共振器３の共振波長がλ_１となるようにこのリング共振器３と近傍の共振波長調整用構造体４との間の距離を調節し、右上のリング共振器３の共振波長がλ_２となるようにこのリング共振器３と近傍の共振波長調整用構造体４との間の距離を調節し、左下のリング共振器３の共振波長がλ_３となるようにこのリング共振器３と近傍の共振波長調整用構造体４との間の距離を調節し、右下のリング共振器３の共振波長がλ_４となるようにこのリング共振器３と近傍の共振波長調整用構造体４との間の距離を調節した場合、各入力ポートＰ１から複数の波長λ_１、λ_２、λ_３、λ_４、λ_５、…、λ_ｎの光信号が入力されると、図９における左側のドロップポートＰ３からは波長λ_１、λ_３の光信号が出力され、同図における右側のドロップポートＰ３からは波長λ_２、λ_４の光信号が出力され、同図における上側のスルーポートＰ２からは波長λ_３、λ_４、…、λ_ｎの光信号が出力され、同図における下側のスルーポートＰ２からは波長λ_１、λ_２、λ_５、…、λ_ｎの光信号が出力される。また、例えば、図９における左側のアッドポートＰ_３から波長λ_１の光信号が入力されると、この波長λ_１の光信号は図９における左上のリング共振器３を介して図９における上側のスルーポートＰ２から出力される。

なお、共振波長調整用構造体４の形状は特に限定するものではなく、例えば、実施形態２や実施形態３の形状を採用してもよい。

ところで、入力導波路１と出力導波路２とリング共振器３との相対的な位置関係は上記各実施形態に限らず、種々の組み合わせが可能であり、例えば、図１１に示した従来例のように１つの入力導波路１と出力導波路２との間に複数のリング共振器３を配置した構成において各リング共振器３それぞれの近傍に共振波長調整用構造体４を設けた構成を採用すれば、透過帯域が平坦な箱型（スクエア型）のフィルタ特性を実現できる。

実施形態１を示す概略構成図である。実施形態２を示す概略構成図である。実施形態３を示す概略構成図である。実施形態４を示す概略構成図である。実施形態５を示す概略構成図である。実施形態６を示す概略構成図である。実施形態７を示す概略構成図である。実施形態８を示す概略構成図である。実施形態９を示す概略構成図である。従来例を示す概略構成図である。他の従来例を示す概略構成図である。別の従来例を示す概略構成図である。

符号の説明

１入力導波路
２出力導波路
３共振器
４共振波長調整用構造体
Ｐ１入力ポート
Ｐ２スルーポート
Ｐ３ドロップポート
Ｐ４アッドポート

Claims

入力導波路の一端側から入射された複数波長の光信号のうち出力導波路との間に存在する共振器の共振波長に一致する波長の光信号が共振器を介して出力導波路へ移行し出力導波路の一端側のドロップポートから出射される波長選択フィルタであって、共振器との距離が可変で共振器との相互作用により共振器の共振波長を共振器単独の共振波長から変化させる共振波長調整用構造体を、共振器と同一平面上に設けてなることを特徴とする波長選択フィルタ。
前記共振波長調整用構造体は、前記共振器との並設方向に直交する面に対して傾斜し前記共振器に対向する傾斜面が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の波長選択フィルタ。
前記共振波長調整用構造体は、少なくとも一部が、前記共振器との並設方向に直交し前記共振器に対向する複数の階段面を有する階段状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の波長選択フィルタ。
前記共振器に対して前記共振波長調整用構造体が複数設けられてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の波長選択フィルタ。
前記共振波長調整用構造体は、少なくとも一部が、電気エネルギ、熱エネルギ、磁気エネルギのうちの少なくとも１種により屈折率が変化する材料により形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の波長選択フィルタ。
前記共振器は平面形状がリング状に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の波長選択フィルタ。
前記共振波長調整用構造体を静電力により移動させる静電アクチュエータが前記同一平面上に設けられてなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の波長選択フィルタ。