JP2009036903A - Optical wavelength filter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve problems associated with: significant power consumption in a heat control mechanism due to utilization of a thermooptic effect in a conventional optical wavelength variable filter; long response time of wavelength variation of 2-60 ms; and moreover reliability damaged from hygroscopicity caused by use of a polymer waveguide from a standpoint of thermooptic characteristics. <P>SOLUTION: The optical wavelength variable filter materializes a wavefront conversion control for varying the wavelength with a spatial optical device other than an AWG. A wavefront control element utilizes a micromachine type wavefront controller by an electrostatic drive method. A magnetic drive method, a thermal drive method, and a piezoelectric drive method are optionally utilized. A similar result is also obtained by utilizing an electro-optical crystal. An LCOS (Liquid Crystal On Silicon) and a liquid crystal element of vertical alignment are also utilized by making light polarization independent. A wavelength variation control is conducted with extremely low power consumption, and response time for wavelength switching is very short. The optical wavelength filter with a simple optical arrangement configuration and excellent in stability and in implementation is materialized. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光波長フィルタに関する。より詳細には、光ファイバ通信において用いられる光波長可変フィルタに関する。   The present invention relates to an optical wavelength filter. More specifically, the present invention relates to an optical wavelength tunable filter used in optical fiber communication.

インターネットの爆発的な普及に伴ない、波長多重分割多重(WDM: Wavelength division multiplexing)伝送方式が導入され、1本のファイバで複数の波長チャンネルを多重伝送することで、伝送容量が飛躍的に拡大されている。近年、WDM通信は、従来のポイントツーポイントのシステムから、リング型の構成に移りつつある。このようなリング型構成のシステムは、ROADM(Reconfigurable optical Add Drop Multiplexer)等を用いることによって、柔軟にノード間の通信需要の変化に対応することができる。リング型のネットワークは、複数のノードがリング状に接続される。あるノードから別のノードへの信号の伝送は、波長を指定することによって実現される。ノード間において使用する波長数や使用する光波長は、通信需要の変化に伴って変化する。光波長可変フィルタは、このようなネットワークを柔軟に実現するための基本要素デバイスとして、非常に重要である。   Along with the explosive spread of the Internet, wavelength division multiplexing (WDM) transmission method has been introduced, and multiple wavelength channels are multiplexed and transmitted by a single fiber. Has been. In recent years, WDM communication is moving from a conventional point-to-point system to a ring-type configuration. Such a ring-type configuration system can flexibly respond to changes in communication demand between nodes by using ROADM (Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer) or the like. In a ring network, a plurality of nodes are connected in a ring shape. Transmission of a signal from one node to another is realized by specifying a wavelength. The number of wavelengths used between nodes and the optical wavelength used change with changes in communication demand. The optical wavelength tunable filter is very important as a basic element device for flexibly realizing such a network.

一方、光信号処理装置の小型化・集積化の観点から、導波路型光回路(PLC:Planar Lightwave Circuit)の開発研究が進められている。PLCでは、例えばシリコン基板上に石英ガラスを材料としたコアを形成して1つのチップに多様な機能を集積する。PLCを用いた光通信デバイスは、信頼性・量産性に優れ、光学的に優れた性質をもつため、上述のROADMを構成する部品などにも広く用いられている。さらには、複数のPLCチップと他の光機能部品とを組み合わせた複合的な光信号処理部品(装置)も登場している。   On the other hand, from the viewpoint of miniaturization and integration of an optical signal processing device, research and development of a waveguide type optical circuit (PLC: Planar Lightwave Circuit) is in progress. In a PLC, for example, a core made of quartz glass is formed on a silicon substrate, and various functions are integrated in one chip. An optical communication device using a PLC is widely used for components constituting the above-described ROADM because it is excellent in reliability and mass productivity and has excellent optical properties. Furthermore, a complex optical signal processing component (apparatus) that combines a plurality of PLC chips and other optical functional components has also appeared.

図15は、従来のアレイ導波路格子を用いた波長可変フィルタの概念図である。この波長は変フィルタは、アレイ導波路において導波路の熱光学効果を利用するものである。図15において、アレイ導波路格子101上の入力導波路102に入力された光信号は、入力スラブ導波路103を経由してアレイ導波路104に分配される。アレイ導波路104
は、隣合う導波路間で一定の行路長差が設定されている。出力スラブ導波路106への入射面では、光信号に、その波長に応じた異なる位相がそれぞれ付与される。出力スラブ導波路106は集光レンズとして動作するため、出力スラブ導波路106と出力導波路107との境界においては、光信号は波長ごとに異なる位置に集光する。したがって、出力スラブ導波路106と出力導波路107との境界に集光した特定の波長の光信号が、出力導波路107を伝搬し出力される。すなわち、特定の波長の光信号だけが透過することができるので、波長フィルタとして動作する。
FIG. 15 is a conceptual diagram of a wavelength tunable filter using a conventional arrayed waveguide grating. The variable wavelength filter uses the thermo-optic effect of the waveguide in the arrayed waveguide. In FIG. 15, the optical signal input to the input waveguide 102 on the arrayed waveguide grating 101 is distributed to the arrayed waveguide 104 via the input slab waveguide 103. Array waveguide 104
Has a constant path length difference between adjacent waveguides. On the incident surface to the output slab waveguide 106, a different phase corresponding to the wavelength is imparted to the optical signal. Since the output slab waveguide 106 operates as a condensing lens, the optical signal is condensed at different positions for each wavelength at the boundary between the output slab waveguide 106 and the output waveguide 107. Accordingly, an optical signal having a specific wavelength collected at the boundary between the output slab waveguide 106 and the output waveguide 107 is propagated through the output waveguide 107 and output. That is, since only an optical signal having a specific wavelength can be transmitted, it operates as a wavelength filter.

ここで、アレイ導波路104上に配置されたヒータ105aまたは105bに電流を流すことで、発生した熱により、熱光学効果を介してアレイ導波路104の等価屈折率を変化させることができる。等価屈折率の変化により、アレイ導波路104を通過する光波の位相は変化する。ヒータ105aおよび105bは、アレイ導波路105の導波路ごとに一定の長さの差をもって配置される。熱光学効果に伴って光信号に与えられる位相シフト量は、アレイ導波路ごとに線形的に異なる。したがって、アレイ導波路104と出力スラブ導波路106との境界における光波面を傾けることができる。すなわち、ヒータ105aまたは105bに流す電流値を変化させることによって、出力導波路107へ集光する光信号の波長を変化させることができる。すなわち、光波長可変フィルタを実現できる。 他の光波長フィルタの構成例としては、例えば非特許文献2には、空間系においてガルバノスキャナおよびバルク回折格子を用いたものが開示されている。   Here, by passing a current through the heater 105a or 105b arranged on the arrayed waveguide 104, the equivalent refractive index of the arrayed waveguide 104 can be changed through the thermo-optic effect by the generated heat. Due to the change in the equivalent refractive index, the phase of the light wave passing through the arrayed waveguide 104 changes. The heaters 105 a and 105 b are arranged with a certain length difference for each waveguide of the arrayed waveguide 105. The amount of phase shift given to the optical signal with the thermo-optic effect varies linearly for each arrayed waveguide. Therefore, the light wavefront at the boundary between the arrayed waveguide 104 and the output slab waveguide 106 can be tilted. That is, the wavelength of the optical signal condensed on the output waveguide 107 can be changed by changing the value of the current flowing through the heater 105a or 105b. That is, an optical wavelength variable filter can be realized. As another configuration example of the optical wavelength filter, for example, Non-Patent Document 2 discloses a configuration using a galvano scanner and a bulk diffraction grating in a spatial system.

特開2002−250828号公報(第16頁、19頁、第20図、第27図、第29D図など)Japanese Patent Laid-Open No. 2002-250828 (pages 16, 19, 20, 20, 27, 29D, etc.) S. Toyoda, N. Ooba, A, Kaneko, M. Hikita, T. Kurihara and T. Maruno, "Wideband polymer thermo-optic wavelength tunable filter with fast response for WDM systems", Electronics Letters, US, 2000, 36(7), pp.658-660S. Toyoda, N. Ooba, A, Kaneko, M. Hikita, T. Kurihara and T. Maruno, "Wideband polymer thermo-optic wavelength tunable filter with fast response for WDM systems", Electronics Letters, US, 2000, 36 ( 7), pp.658-660 W. Y. Oh, S. H. Yun, G. J. Tearney, and B. E. Bouma, "115 kHz tuning repetition rate ultrahigh-speed wavelength-swept semiconductor laser", OPTICS LETTERS, United States America, December 1, 2005, Vol. 30, No. 23, pp.3159-3161.WY Oh, SH Yun, GJ Tearney, and BE Bouma, "115 kHz tuning repetition rate ultrahigh-speed wavelength-swept semiconductor laser", OPTICS LETTERS, United States America, December 1, 2005, Vol. 30, No. 23, pp .3159-3161.

しかしながら、図15に示した従来型の光波長可変フィルタでは、熱光学効果を利用するのにヒータに通電するための消費電力が大きいという問題があった。数百本にもおよぶアレイ導波路の各々を加熱する必要があるので、導波路材料には熱光学定数の大きいポリマ材料を用いている。しかし、それでも、ヒータに通電するための消費電力は3.9Wと大きい。   However, the conventional optical wavelength tunable filter shown in FIG. 15 has a problem that power consumption for energizing the heater is large in order to use the thermo-optic effect. Since it is necessary to heat each of several hundreds of arrayed waveguides, a polymer material having a large thermo-optic constant is used as the waveguide material. However, the power consumption for energizing the heater is still large as 3.9 W.

このように、従来の光波長可変フィルタはその消費電力が大きく、光波長フィルタモジュールの熱制御機構を必要とする点が問題となっていた。さらに、熱光学効果を用いるため、その波長可変の時間応答は2−60msと遅い。さらに、熱光学特性の観点からポリマ導波路を用いているため、吸湿等の信頼性の点でも欠点を持っていた。   As described above, the conventional optical wavelength tunable filter consumes a large amount of power and requires a heat control mechanism for the optical wavelength filter module. Furthermore, since the thermo-optic effect is used, the time response of the wavelength variable is as slow as 2-60 ms. Furthermore, since a polymer waveguide is used from the viewpoint of thermo-optical characteristics, it has a drawback in terms of reliability such as moisture absorption.

また、非特許文献2に開示された光波長可変フィルタは、ガルバノスキャナやポリゴンミラーを使っていたので、一定の角度にミラーを固定するという機能の実現が困難であった。すなわち、ROADMにおいて要求されるように、半固定的に波長を選択することはできず、波長スイーパとして機能するものであった。また、ROADMを構成する部品として応適合させるにあたっては、光学的な配置が複雑で安定性および実装性に欠け、機能的に限定されたものであった。光学配置構成が簡単で安定性および実装性に富んだ、光波長フィルタが望まれていた。   Further, since the optical wavelength tunable filter disclosed in Non-Patent Document 2 uses a galvano scanner or a polygon mirror, it is difficult to realize a function of fixing the mirror at a certain angle. That is, as required in ROADM, the wavelength cannot be semi-fixedly selected and functions as a wavelength sweeper. Further, in adapting as a component constituting the ROADM, the optical arrangement is complicated, lacks stability and mountability, and is functionally limited. There has been a demand for an optical wavelength filter that has a simple optical arrangement and is highly stable and mountable.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、少なくとも1つの入力導波路および少なくとも1つの出力導波路を有する導波路型分光手段と、前記分光手段から出射される光信号をコリメートするシリンドリカルレンズと、前記シリンドリカルレンズからの光信号の光波面の進行方向を反転させる波面変換手段とを備え、前記波面変換手段は、選択する透過光波長に応じて、前記分光手段の分光軸方向に前記反転された光波面の進行方向を傾けることができることを特徴とする光波長可変フィルタである。   In order to achieve such an object, the present invention provides a waveguide-type spectroscopic unit having at least one input waveguide and at least one output waveguide, and an output from the spectroscopic unit. A cylindrical lens for collimating the optical signal, and wavefront conversion means for inverting the traveling direction of the optical wavefront of the optical signal from the cylindrical lens, the wavefront conversion means, depending on the transmitted light wavelength to be selected, The optical wavelength tunable filter is characterized in that the direction of travel of the inverted light wavefront can be tilted in the direction of the spectral axis of the spectroscopic means.

請求項2の発明は、請求項1に記載の光波長可変フィルタにおいて、前記波面変換手段は、前記選択された透過光波長に対応する駆動信号に基づいて、静電駆動方式、磁気駆動方式または圧電駆動方式により駆動されるマイクロマシン型空間位相変調素子であることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the optical wavelength tunable filter according to the first aspect, the wavefront conversion unit is configured to perform an electrostatic drive method, a magnetic drive method, or a magnetic drive method based on a drive signal corresponding to the selected transmitted light wavelength. It is a micromachine type spatial phase modulation element driven by a piezoelectric drive system.

請求項3の発明は、請求項1に記載の光波長可変フィルタにおいて、前記シリンドリカルレンズからの前記光信号を、第1の光路を進むTMモード光信号と第2の光路を進むTEモード信号とに分離する偏波分離素子と、前記偏波分離素子と前記波面変換手段との間であって前記第1の光路中または前記第2の光路中のいずれかに配置されたλ/2波長板とをさらに備え、前記波面変換手段は、前記選択された透過光波長に対応する駆動信号が印加される電気光学結晶であることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the optical wavelength tunable filter according to the first aspect, the optical signal from the cylindrical lens is converted into a TM mode optical signal traveling on the first optical path and a TE mode signal traveling on the second optical path. And a λ / 2 wavelength plate disposed between the polarization separation element and the wavefront conversion means and in either the first optical path or the second optical path The wavefront converting means is an electro-optic crystal to which a drive signal corresponding to the selected transmitted light wavelength is applied.

請求項4の発明は、請求項1に記載の光波長可変フィルタにおいて、前記シリンドリカルレンズからの前記光信号を、第1の光路を進むTMモード光信号と第2の光路を進むTEモード信号とに分離する偏波分離素子と、前記偏波分離素子と前記波面変換手段との間であって前記第1の光路中または前記第2の光路中のいずれかに配置されたλ/2波長板とをさらに備え、前記波面変換手段は、前記分光手段の分波面との交線に沿って複数の液晶要素素子が配列され、隣り合う各前記要素素子間に所定の位相差が与えられた液晶空間位相変調素子であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the optical wavelength tunable filter according to the first aspect, the optical signal from the cylindrical lens includes a TM mode optical signal that travels along a first optical path and a TE mode signal that travels along a second optical path. And a λ / 2 wavelength plate disposed between the polarization separation element and the wavefront conversion means and in either the first optical path or the second optical path The wavefront converting means includes a plurality of liquid crystal element elements arranged along a line of intersection with the demultiplexing wavefront of the spectroscopic means, and a predetermined phase difference is provided between the adjacent element elements. It is a spatial phase modulation element.

請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の光波長可変フィルタにおいて、参照光信号を出力する光信号発生器と、前記参照光信号が入力され、前記分光手段に接続された第2の入力導波路と、前記分光手段に接続され、前記波面変換手段からの前記参照光信号を出力する複数の参照光信号出力導波路群と、前記複数の参照光信号出力導波路群の各参照光信号出力導波路からの参照光信号強度を検出する受光手段と、前記受光手段から出力される参照光信号の強度信号を解析する解析手段と、前記解析手段の解析結果に応じて、前記波面変換手段による光波面の進行方向の反射方向または反射方向設定感度を決定し、前記少なくとも1つの出力導波路から所望の透過光波長を持つ光信号が出力されるような前記駆動信号を生成する駆動信号制御手段とをさらに備えることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the optical wavelength tunable filter according to any one of the first to fourth aspects, an optical signal generator that outputs a reference optical signal and the reference optical signal are input and connected to the spectroscopic unit. A second input waveguide, a plurality of reference light signal output waveguide groups connected to the spectroscopic means and outputting the reference light signal from the wavefront conversion means, and the plurality of reference light signal output waveguide groups A light receiving means for detecting the reference light signal intensity from each of the reference light signal output waveguides, an analysis means for analyzing the intensity signal of the reference light signal output from the light receiving means, and an analysis result of the analysis means Determining the reflection direction or reflection direction setting sensitivity of the traveling direction of the light wavefront by the wavefront conversion means, and outputting the drive signal such that an optical signal having a desired transmitted light wavelength is output from the at least one output waveguide. Generate And further comprising a dynamic signal control means.

請求項6の発明は、請求項5記載の光波長可変フィルタにおいて、前記駆動信号制御手段から所定の可変駆動信号を前記波面変換手段に供給し、前記可変駆動信号に同期して前記各参照光信号出力導波路から順次出力される前記参照光信号の信号強度変化に基づいて、前記解析手段により前記反射方向または反射方向設定感度が決定されることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the optical wavelength tunable filter according to the fifth aspect, a predetermined variable drive signal is supplied from the drive signal control unit to the wavefront conversion unit, and each reference light is synchronized with the variable drive signal. The reflection direction or the reflection direction setting sensitivity is determined by the analysis unit based on a change in signal intensity of the reference light signal sequentially output from the signal output waveguide.

請求項7の発明は、請求項6記載の光波長可変フィルタにおいて、前記可変駆動信号は、時間軸上で直線的にその信号レベルを変化させ、前記可変駆動信号に同期して前記各参照光信号出力導波路から順次出力される前記参照光信号のピーク信号強度に関する情報に基づいて、前記解析手段により前記反射方向または反射方向設定感度が決定されることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the optical wavelength tunable filter according to the sixth aspect, the signal level of the variable drive signal varies linearly on a time axis, and the reference light is synchronized with the variable drive signal. The reflection direction or the reflection direction setting sensitivity is determined by the analysis unit based on information on the peak signal intensity of the reference light signal sequentially output from the signal output waveguide.

請求項8の発明は、請求項6記載の光波長可変フィルタにおいて、前記可変駆動信号は、前記参照光信号が前記参照光信号出力導波路のうちのいずれか1つから出力される程度の微小振幅を持つ繰り返し波形信号であり、前記参照光信号の信号強度を同期検波することにより、前記解析手段により前記反射方向または反射方向設定感度が決定されることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the optical wavelength tunable filter according to the sixth aspect, the variable drive signal has a minute size such that the reference optical signal is output from any one of the reference optical signal output waveguides. It is a repetitive waveform signal having an amplitude, and the reflection direction or the reflection direction setting sensitivity is determined by the analysis means by synchronously detecting the signal intensity of the reference light signal.

請求項9の発明は、請求項1乃至8いずれかに記載の光波長可変フィルタにおいて、前記分光手段は、前記少なくとも1つの入力導波路および前記少なくとも1つの出力導波路が接続されたスラブ導波路およびアレイ導波路を含むアレイ導波路格子であることを特徴とする。   The invention of claim 9 is the optical wavelength tunable filter according to any one of claims 1 to 8, wherein the spectroscopic means is a slab waveguide to which the at least one input waveguide and the at least one output waveguide are connected. And an arrayed waveguide grating including an arrayed waveguide.

請求項10の発明は、請求項2乃至9いずれかに記載の光波長可変フィルタにおいて、前記少なくとも1つの入力導波路、前記第2の入力導波路、前記少なくとも1つの出力導波路および前記参照光信号出力導波路群が接続されたスラブ導波路ならびにアレイ導波路を含むアレイ導波路格子であることを特徴とする。   The invention of claim 10 is the optical wavelength tunable filter according to any one of claims 2 to 9, wherein the at least one input waveguide, the second input waveguide, the at least one output waveguide, and the reference light. It is an arrayed waveguide grating including a slab waveguide and an arrayed waveguide to which signal output waveguide groups are connected.

以上説明したように、本発明の光波長フィルタによれば、極めて少ない消費電力で光波長の可変制御が可能となる。AWG上にヒータ電極を形成する必要もない。波長切り替えの速度も極めて速いという優れた効果を持ち、光学配置構成が簡単で安定性および実装性に富んだ光波長フィルタを実現できる。   As described above, according to the optical wavelength filter of the present invention, the optical wavelength can be variably controlled with very little power consumption. There is no need to form a heater electrode on the AWG. An optical wavelength filter having an excellent effect that the wavelength switching speed is extremely fast, a simple optical arrangement, and high stability and mountability can be realized.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を持つものには同一符号をつけている。その繰り返しの説明は省略する。本発明の光波長フィルタは、分光手段としてAWGを使用し、さらに波長可変のための波面変換制御をAWG外に配置された空間光学素子によって実現する点に特徴がある。空間光学素子の配置および固定が容易で、実装性に富む構成を実現する。安定して反固定的に選択波長を設定可能で、ノード間において使用する波長数や使用する光波長は、通信需要の変化に伴って変化させるのに好適である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for explaining the embodiments of the invention, the same reference numerals are given to those having the same function. The repeated description is omitted. The optical wavelength filter of the present invention is characterized in that AWG is used as a spectroscopic means, and further, wavefront conversion control for variable wavelength is realized by a spatial optical element arranged outside the AWG. The arrangement and fixing of the spatial optical element is easy, and a configuration that is rich in mountability is realized. The selection wavelength can be set stably and anti-fixedly, and the number of wavelengths used between nodes and the optical wavelength to be used are suitable for changing with changes in communication demand.

以下詳細に述べる各実施例においては、光学特性の良さや製造の容易さなどの点から、AWGを用いる場合を示しているが、光導波路基板上に作製された階段上の回折格子などを用いても同様な効果が得られる。どのような導波路型分光手段であっても、導波路型分光手段を用いることによって、装置の小型化、薄型化を図ることが可能である。   In each of the embodiments described in detail below, the case where AWG is used is shown in terms of good optical characteristics and ease of manufacturing, but a stepped diffraction grating or the like made on an optical waveguide substrate is used. However, the same effect can be obtained. Any waveguide type spectral means can be used to reduce the size and thickness of the apparatus by using the waveguide type spectral means.

図1は、本発明の第1の実施例に係る光波長フィルタの構成を示す概念図である。本実施例では、1つのアレイ導波路格子と1つの導波路を用いて光信号の入出力を行なう反射型の構成である。まず、光波長フィルタのアレイ導波路格子周辺の構成および動作を説明する。   FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of an optical wavelength filter according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a reflection type structure is used in which optical signals are input and output using one arrayed waveguide grating and one waveguide. First, the configuration and operation around the arrayed waveguide grating of the optical wavelength filter will be described.

波長フィルタへの光信号は、入力光ファイバ10より入力され、出力光ファイバ12より出力される。入力光ファイバ10および出力光ファイバ12は、光サーキュレータ11を介して接続ファイバ13に接続されている。接続ファイバ13を介して、アレイ導波路格子(以下、AWGとする)1上の入力導波路2へ光信号が入力される。入力された光信号は、スラブ導波路3により、アレイ導波路4へ分配される。アレイ導波路4によって分配された光信号は、そのままアレイ導波路格子1の端面7より出射される。出射した光信号は、シリンドリカルレンズ5により、AWG1の基板厚み方向(y方向)にコリメートされる。   The optical signal to the wavelength filter is input from the input optical fiber 10 and output from the output optical fiber 12. The input optical fiber 10 and the output optical fiber 12 are connected to the connection fiber 13 via the optical circulator 11. An optical signal is input to the input waveguide 2 on the arrayed waveguide grating (hereinafter referred to as AWG) 1 through the connection fiber 13. The input optical signal is distributed to the arrayed waveguide 4 by the slab waveguide 3. The optical signal distributed by the arrayed waveguide 4 is emitted from the end face 7 of the arrayed waveguide grating 1 as it is. The emitted optical signal is collimated by the cylindrical lens 5 in the substrate thickness direction (y direction) of the AWG 1.

一方、出射された光信号は、分波面を含み光信号の出射方向に垂直な方向(x方向)では、スラブ導波路3のレンズ効果によりすでにコリメート光となっている。このため、シリンドリカルレンズ5を出射した光信号は、x軸およびy軸の両方向で平行光となる。さらに、アレイ導波路格子1より出射される光信号は、AWG1の分散効果により、端面7において、波長ごとに異なる方向に出射する。出射した光信号は、自由空間を伝搬し、マイクロマシン型波面制御器6へと入射する。   On the other hand, the emitted optical signal is already collimated light due to the lens effect of the slab waveguide 3 in the direction (x direction) including the demultiplexing surface and perpendicular to the emitting direction of the optical signal. For this reason, the optical signal emitted from the cylindrical lens 5 becomes parallel light in both the x-axis and y-axis directions. Further, the optical signal emitted from the arrayed waveguide grating 1 is emitted in a different direction for each wavelength at the end face 7 due to the dispersion effect of the AWG 1. The emitted optical signal propagates through free space and enters the micromachine type wavefront controller 6.

図2は、マイクロマシン型波面制御器の構成を説明する図である。マイクロマシン型波面制御器6は、静電駆動方式により、y軸を回転中心としてミラー30をチルトさせる機構を持っている。図2においては、ミラー30のみを示してあり、AWG1からの光信号の反射面の反対側には、静電引力によりミラー30をチルトさせるための周知の分割電極等が配置される。ここでは、静電駆動方式によるマイクロマシン型波面制御器の構造例を示しているが、これに限定されない。磁気駆動方式または圧電駆動方式によるものでも、同様の波面変換制御作用を得ることができるのは言うまでもない。また、後に第2の実施例または第3の実施例において示すように、電気光学結晶を利用しても同様の効果を得ることができる。さらに、偏波無依存化を行なうことにより、第4の実施例において示すように、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)や垂直配向の液晶素子などを利用しても同様の波面変換制御機能が実現できる。   FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the micromachine type wavefront controller. The micromachine type wavefront controller 6 has a mechanism for tilting the mirror 30 about the y axis as a center of rotation by an electrostatic drive system. In FIG. 2, only the mirror 30 is shown, and a known divided electrode or the like for tilting the mirror 30 by electrostatic attraction is arranged on the opposite side of the reflection surface of the optical signal from the AWG 1. Here, a structural example of a micromachine type wavefront controller by an electrostatic drive system is shown, but the present invention is not limited to this. It goes without saying that the same wavefront conversion control action can be obtained even with the magnetic drive system or the piezoelectric drive system. Further, as will be described later in the second embodiment or the third embodiment, the same effect can be obtained even when an electro-optic crystal is used. Further, by making polarization independence, a similar wavefront conversion control function can be realized even when LCOS (Liquid Crystal on Silicon) or a vertically aligned liquid crystal element is used as shown in the fourth embodiment. .

マイクロマシン型波面制御器6により反射された光信号は、光路の向きを反転してAWG1の方向に伝搬する。光信号は、さらに、シリンドリカルレンズ5、アレイ導波路4、スラブ導波路3を経由して、入力導波路2の方向へ伝搬する。ここで、マイクロマシン波面制御器6により反射された光信号のうち、ミラー30へ垂直に入射した波長成分のみが入力導波路2の位置に集光することに注意されたい。すなわち、ミラー30へ垂直に入射した波長の光信号のみがミラー30により反射され、反射光は、往路と全く同一の復路を通ってAWGへ帰る。一方、それ以外の波長の光信号は、スラブ導波路3のレンズ効果により、入力導波路2とスラブ導波路3との接続位置と異なる位置に集光する。したがって、特定の波長の光信号のみが、選択的に入力導波路2を逆伝搬することとなり、帯域通過フィルタ特性が実現される。   The optical signal reflected by the micromachine type wavefront controller 6 is propagated in the direction of the AWG 1 by inverting the direction of the optical path. The optical signal further propagates in the direction of the input waveguide 2 via the cylindrical lens 5, the arrayed waveguide 4, and the slab waveguide 3. Here, it should be noted that, of the optical signal reflected by the micromachine wavefront controller 6, only the wavelength component perpendicularly incident on the mirror 30 is collected at the position of the input waveguide 2. That is, only an optical signal having a wavelength perpendicularly incident on the mirror 30 is reflected by the mirror 30, and the reflected light returns to the AWG through the same return path as the forward path. On the other hand, optical signals of other wavelengths are condensed at a position different from the connection position between the input waveguide 2 and the slab waveguide 3 due to the lens effect of the slab waveguide 3. Therefore, only an optical signal having a specific wavelength selectively propagates back through the input waveguide 2, and the band-pass filter characteristic is realized.

ここで、マイクロマシン波面制御器6において、ミラー30の角度を変化させることによって、光波長フィルタの透過波長を制御できる。選択された波長成分の光信号は、接続ファイバ13、光サーキュレータ11および出力ファイバ12を経由して出力される。   Here, in the micromachine wavefront controller 6, the transmission wavelength of the optical wavelength filter can be controlled by changing the angle of the mirror 30. The optical signal having the selected wavelength component is output via the connection fiber 13, the optical circulator 11, and the output fiber 12.

本実施例では、AWG1を、比屈折率差1.5%の石英系平面光波回路として作製し、光学パラメータを以下のように設定して、光波長フィルタを実現した。すなわち、アレイ導波路4の行路長差を33.8μm、回折次数を31、中心波長を1.59μm、スラブ導波路の焦点距離を8240μm、アレイ導波路4の出力端7におけるピッチを10μm、シリンドリカルレンズの焦点距離を1mmとした。   In this example, AWG1 was fabricated as a quartz-based planar lightwave circuit with a relative refractive index difference of 1.5%, and the optical parameters were set as follows to realize an optical wavelength filter. That is, the path length difference of the arrayed waveguide 4 is 33.8 μm, the diffraction order is 31, the center wavelength is 1.59 μm, the focal length of the slab waveguide is 8240 μm, the pitch at the output end 7 of the arrayed waveguide 4 is 10 μm, and the cylindrical The focal length of the lens was 1 mm.

図3は、本実施例のミラー角度と透過波長の関係を示した図である。横軸には、波長(μm)をとり、縦軸には波長可変フィルタの透過スペクトル(dB)をとっている。ミラーの傾斜角度をパラメータとして、各透過特性を示した。図3から明らかなように、ミラーの傾斜を−1.6°から1.6°まで変化させた場合に、透過帯域スペクトルの中心波長を1565nmから1606nmまで可変できることがわかる。また、各中心波長においては、4dBの挿入損失を得た。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the mirror angle and the transmission wavelength in this example. The horizontal axis represents the wavelength (μm), and the vertical axis represents the transmission spectrum (dB) of the wavelength tunable filter. Each transmission characteristic is shown using the mirror tilt angle as a parameter. As can be seen from FIG. 3, when the tilt of the mirror is changed from −1.6 ° to 1.6 °, the central wavelength of the transmission band spectrum can be varied from 1565 nm to 1606 nm. Further, an insertion loss of 4 dB was obtained at each central wavelength.

また、ミラー30の傾斜を所定の角度に設定するために必要な電力は、0.1W以下と非常に小さな値であった。これは、マイクロマシン型の波面制御器7が静電駆動方式によって制御され、本質的に駆動電力を必要としないためである。ヒータを用いて熱光学効果を利用した従来の方法のように、電流駆動をする必要がないことによる。従来の導波路を温めて熱光学効果を利用する波長可変フィルタに比べて、本発明の波長可変フィルタは、波面制御素子であるミラーを回転させるのみで、同様の機能を得ることができる。すなわち、波長選択に必要なエネルギーはミラーを回転運動させるのに必要なだけであり、その消費電力は極めて小さい。本実施例に示したように、AWGとマイクロマシン波面制御器を用いることによって、非常に低消費電力な波長可変フィルタを構成することができる。   Further, the electric power necessary for setting the inclination of the mirror 30 to a predetermined angle was a very small value of 0.1 W or less. This is because the micromachine type wavefront controller 7 is controlled by an electrostatic drive system and essentially does not require drive power. This is because there is no need to drive the current as in the conventional method using the thermo-optic effect using a heater. Compared with the conventional wavelength tunable filter that warms the waveguide and uses the thermo-optic effect, the wavelength tunable filter of the present invention can obtain the same function only by rotating the mirror that is the wavefront control element. That is, the energy required for wavelength selection is only necessary for rotating the mirror, and its power consumption is extremely small. As shown in this embodiment, a tunable filter with very low power consumption can be configured by using AWG and a micromachine wavefront controller.

マイクロマシン型波面制御器またはMEMSミラーを使用することによって、精密な角度制御が可能となるため、特定のミラー位置に安定して固定することができる。このため、ROADMにおいて要求されるように、安定性を持った半固定的な波長選択が可能となる。ミラーの制御も、従来技術のAWG温度制御などとくらべて簡素である。   By using a micromachine type wavefront controller or a MEMS mirror, precise angle control is possible, so that it can be stably fixed to a specific mirror position. Therefore, as required in ROADM, semi-fixed wavelength selection with stability becomes possible. The mirror control is also simpler than the conventional AWG temperature control.

第2の実施例:
第2の実施例では、波面制御素子としてタンタル酸ニオブ酸カリウム(KTa1―xNbxO)を用いる構成例を示す。本実施例および次の第3の実施例においては、電気光学効果を利用して波面制御を行うため、特に高速切り替え動作が可能な光波長フィルタを構成できる。一般に、電気光学結晶には偏波依存性があるため、その解消方法も本実施例において説明する。
Second embodiment:
In the second embodiment, a configuration example using potassium tantalate niobate (KTa 1-x Nb x O) as a wavefront control element is shown. In the present embodiment and the following third embodiment, since the wavefront control is performed using the electro-optic effect, it is possible to configure an optical wavelength filter capable of a high-speed switching operation. In general, since the electro-optic crystal has polarization dependency, a method for solving it is also described in this embodiment.

図4は、本発明の第2の実施例に係る光波長フィルタの構成を示す概念図である。本実施例では、1つのアレイ導波路格子を用いて光信号の入出力を行なう反射型の構成である。図1に示した第1の実施例の構成と比較すると、独立した入力導波路および出力導波路をそれぞれ持っている点で相違する。さらに、電気光学結晶の偏波依存性を解消する手段を持っている点でも相違する。以下、第1の実施例との相違点に着目しながら、本実施例の光波長フィルタの構成および動作を説明する。   FIG. 4 is a conceptual diagram showing the configuration of the optical wavelength filter according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, a reflection type configuration is used in which optical signals are input and output using one arrayed waveguide grating. Compared with the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, it is different in that it has independent input waveguides and output waveguides. Another difference is that a means for eliminating the polarization dependence of the electro-optic crystal is provided. Hereinafter, the configuration and operation of the optical wavelength filter according to the present embodiment will be described while focusing on differences from the first embodiment.

AWG1の上に形成された入力導波路2へ入射した光信号は、スラブ導波路3を経由してアレイ導波路4へと分配される。第1の実施例と同様に、x方向には平行光であり、y方向には後に述べるミラー19の位置でビームウェストとなるように、シリンドリカルレンズ5を配置する。ここで、端面7からの出射光は、AWG1の分散効果により、その波長に対応してx−z面内の異なる方向に出射される。破線は、後述するミラーで反射される反射光を表す。   The optical signal incident on the input waveguide 2 formed on the AWG 1 is distributed to the arrayed waveguide 4 via the slab waveguide 3. As in the first embodiment, the cylindrical lens 5 is arranged so that the parallel beam is in the x direction and the beam waist is in the y direction at the position of a mirror 19 described later. Here, the emitted light from the end face 7 is emitted in different directions in the xz plane corresponding to the wavelength due to the dispersion effect of the AWG 1. A broken line represents reflected light reflected by a mirror described later.

図4bを参照すれば、実線で表されたAWG1からの出射光は、偏波分離結晶14によって、y−z面内において、光路18aを進むTM偏波成分および光路18bを進むTE偏波成分の各光信号に分離される。ここで、TM偏波成分およびTE偏波成分は、それぞれAWG1の導波路の偏波モードに関するものである。TM偏波が伝搬する光路18aには、λ/2波長板15が挿入されている。TM偏波の光信号は、λ/2波長板15を通過することで、その偏波軸を90°回転させ、光路18bを通過する光信号と同じTE偏波の光信号となる。偏向分離結晶を含む構成により、タンタル酸ニオブ酸カリウム(KTa1―xNbxO)結晶16へ入射する光信号は、光路18aを進む成分および光路18bを進む成分いずれも、同一の偏波(TE)となる。したがって、タンタル酸ニオブ酸カリウム結晶16が持つ偏波依存性の影響を受けない。 Referring to FIG. 4b, the outgoing light from the AWG 1 represented by the solid line is transmitted by the polarization splitting crystal 14 in the yz plane, the TM polarization component traveling on the optical path 18a and the TE polarization component traveling on the optical path 18b. Are separated into optical signals. Here, the TM polarization component and the TE polarization component relate to the polarization mode of the waveguide of AWG1, respectively. A λ / 2 wavelength plate 15 is inserted in the optical path 18a through which the TM polarized wave propagates. The TM-polarized optical signal passes through the λ / 2 wavelength plate 15, rotates its polarization axis by 90 °, and becomes the same TE-polarized optical signal as the optical signal passing through the optical path 18b. The optical signal incident on the potassium tantalate niobate (KTa 1-x Nb x O) crystal 16 has the same polarization (both the component traveling in the optical path 18a and the component traveling in the optical path 18b) due to the configuration including the deflection separation crystal. TE). Therefore, it is not affected by the polarization dependence of the potassium tantalate niobate crystal 16.

タンタル酸ニオブ酸カリウム結晶16には、x軸上の2点で結晶16を挟むように電極17aおよび17bが配置されている。電極17a、17b間に電圧を印加することにより、その印加電圧に応じて、x軸方向に線形に屈折率が変化する屈折率分布が得られる。したがって、タンタル酸ニオブ酸カリウム結晶16を通過する光信号の波面は、x軸方向、例えば+x方向に偏向角度θだけ傾く。ここで、電極17a、17b間に印加する電圧の極性を逆にすれば、−x方向に傾けることができることは言うまでもない。   In the potassium tantalate niobate crystal 16, electrodes 17a and 17b are arranged so as to sandwich the crystal 16 at two points on the x-axis. By applying a voltage between the electrodes 17a and 17b, a refractive index distribution in which the refractive index changes linearly in the x-axis direction according to the applied voltage is obtained. Therefore, the wavefront of the optical signal passing through the potassium tantalate niobate crystal 16 is inclined by the deflection angle θ in the x-axis direction, for example, the + x direction. Here, it goes without saying that if the polarity of the voltage applied between the electrodes 17a and 17b is reversed, it can be tilted in the -x direction.

図5aは、電気光学結晶におけるx軸方向の屈折率分布の一例を示す図である。電極17a、17b間に電圧を印加することにより、AWG1の分光面を含むx軸方向に、線形に屈折率が変化する分布を形成することができる。図5bは、電気光学結晶近傍における光信号の反射の様子を説明する図である。図5bに示した光路は、光路の中心線を表している。AWGからの出射光が、図5bの左側より、タンタル酸ニオブ酸カリウム結晶16の入手面へ垂直に入射し、入射面の対向面に接して配置されたミラーで反射された後に、再び出射する場合を例示的に示している。   FIG. 5a is a diagram showing an example of a refractive index distribution in the x-axis direction in an electro-optic crystal. By applying a voltage between the electrodes 17a and 17b, a distribution in which the refractive index changes linearly in the x-axis direction including the spectral plane of the AWG 1 can be formed. FIG. 5b is a diagram for explaining how the optical signal is reflected in the vicinity of the electro-optic crystal. The optical path shown in FIG. 5b represents the center line of the optical path. The outgoing light from the AWG is incident from the left side of FIG. 5b perpendicularly to the acquisition surface of the potassium tantalate niobate crystal 16, reflected by a mirror disposed in contact with the opposite surface of the incident surface, and then emitted again. The case is shown by way of example.

タンタル酸ニオブ酸カリウム結晶16の光信号入射面の反対側には、結晶に接してミラー19が設置されており、光信号はこのミラー19によって反射される。反射した光信号は、破線で表されるように、再びタンタル酸ニオブ酸カリウム結晶16を逆向きに、すなわち−z方向へ伝搬する。この逆伝搬する間も、光信号は、x軸方向に線形に屈折率が変化する屈折率分布が設定されたタンタル酸ニオブ酸カリウム結晶16を通る。このため、結晶内を進む反射光は、+z方向へ伝搬してきたときと同じ向き、すなわち+x方向に傾く。したがって、光信号は、タンタル酸ニオブ酸カリウム結晶16から再び出射する時には、もとの入射光の光軸に対して2θだけ傾いている。   On the opposite side of the optical signal incident surface of the potassium tantalate niobate crystal 16, a mirror 19 is provided in contact with the crystal, and the optical signal is reflected by this mirror 19. The reflected optical signal propagates again through the potassium tantalate niobate crystal 16 in the opposite direction, that is, in the −z direction, as represented by a broken line. Even during this reverse propagation, the optical signal passes through the potassium tantalate niobate crystal 16 in which a refractive index distribution in which the refractive index changes linearly in the x-axis direction is set. For this reason, the reflected light traveling in the crystal is inclined in the same direction as when propagating in the + z direction, that is, in the + x direction. Therefore, when the optical signal is emitted again from the potassium tantalate niobate crystal 16, it is inclined by 2θ with respect to the optical axis of the original incident light.

再び図4bを参照すると、逆伝播する光信号のうち、一方の光路18aを戻る成分はλ/2板15をもう一度経由して、他方の光路18bを通過する成分はそのままで、それぞれ偏波分離結晶14へと進入する。光路18aおよび光路18bを進む各成分は、偏波分離結晶14で合波される。シリンドリカルレンズ5を経由して、AWG1の端面7からアレイ導波路4へ入射する。さらに、スラブ導波路3および出力導波路22を経由して出力される。   Referring again to FIG. 4b, the component of the back-propagating optical signal that returns through one optical path 18a passes through the λ / 2 plate 15 once again and the component that passes through the other optical path 18b remains as it is. Enter the crystal 14. The components traveling along the optical path 18a and the optical path 18b are combined by the polarization separation crystal 14. The light enters the arrayed waveguide 4 from the end face 7 of the AWG 1 via the cylindrical lens 5. Further, the signal is output via the slab waveguide 3 and the output waveguide 22.

ここで、出力導波路22への集光点位置Soは、入力導波路2の入射点位置Siと異なることに留意されたい。図4において、実線で表された出射光と破線で表されたミラー19からの反射光では、AWG1の端面7における出射角度および入射角度が異なる。このため、光信号はスラブ導波路3との境界上の点Siから入力され、Siとは異なる位置の点Soから出力される。この点で、スラブ導波路3の同一の点で光信号を入出力する第1の実施例の構成および動作と異なっていることに留意されたい。   Here, it should be noted that the condensing point position So to the output waveguide 22 is different from the incident point position Si of the input waveguide 2. In FIG. 4, the outgoing light represented by the solid line and the reflected light from the mirror 19 represented by the broken line differ in the outgoing angle and the incident angle at the end face 7 of the AWG 1. For this reason, the optical signal is input from the point Si on the boundary with the slab waveguide 3, and is output from the point So at a position different from Si. In this respect, it should be noted that the configuration and operation of the first embodiment that inputs and outputs optical signals at the same point of the slab waveguide 3 are different.

Si点に接続された入力導波路から入力され、So点に接続された出力導波路からそのまま出力されることのできる光信号の波長は、タンタル酸ニオブ酸カリウム結晶16による偏向角度θに依存する。したがって、タンタル酸ニオブ酸カリウム結晶16への印加電圧によって変更角度θを可変することによって、So点の出力導波路から出力される光信号の波長を変化させることができる。すなわち、透過帯域の中心波長を制御することができるため、可変光波長フィルタを実現できる。   The wavelength of the optical signal that is input from the input waveguide connected to the Si point and can be output as it is from the output waveguide connected to the So point depends on the deflection angle θ of the potassium tantalate niobate crystal 16. . Therefore, by varying the change angle θ according to the voltage applied to the potassium tantalate niobate crystal 16, the wavelength of the optical signal output from the output waveguide at the So point can be changed. That is, since the center wavelength of the transmission band can be controlled, a variable optical wavelength filter can be realized.

図6は、電気光学結晶への印加電圧と透過帯域の中心波長との関係を示す図である。横軸に印加電圧(V)を、縦軸に透過帯域の中心波長(nm)を示した。ここで、AWG1の中心波長を1.587μm、アレイ導波路4の行路長差を65.4μm、アレイ導波路4の端面7における導波路間隔を11μm、スラブ導波路3とのアレイ導波路4との境界8における導波路間隔を10.5μm、スラブ導波路長を3280μm、シリンドリカルレンズの焦点距離を1mm、タンタル酸ニオブ酸カリウム結晶の幅Wkを1mm、電極の長さLkを5mmとした。印加電圧を−2500Vから2500Vまで変化させることによって、Lバンドの全帯域をカバーするように1567nmから1605nmまで透過帯域の中心波長を調整できることがわかる。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the voltage applied to the electro-optic crystal and the center wavelength of the transmission band. The applied voltage (V) is shown on the horizontal axis, and the center wavelength (nm) of the transmission band is shown on the vertical axis. Here, the center wavelength of the AWG 1 is 1.587 μm, the path length difference of the arrayed waveguide 4 is 65.4 μm, the waveguide interval at the end surface 7 of the arrayed waveguide 4 is 11 μm, and the arrayed waveguide 4 with the slab waveguide 3 The waveguide interval at the boundary 8 is 10.5 μm, the slab waveguide length is 3280 μm, the focal length of the cylindrical lens is 1 mm, the width Wk of the potassium tantalate niobate crystal is 1 mm, and the electrode length Lk is 5 mm. It can be seen that by changing the applied voltage from −2500 V to 2500 V, the center wavelength of the transmission band can be adjusted from 1567 nm to 1605 nm so as to cover the entire L band.

図7は、第2の実施例に係る光波長フィルタの動的応答特性を示す図である。横軸は時間(ns)、縦軸は正規化した光強度である。最初に、透過帯域の中心波長を1580nmに設定し、中心波長が1595nmとなるように、制御電圧を高速にステップ状に変化させた。電極17a、17b間へ印加する制御電圧自体は、十分に高速に切り替わる。およそ18nsの制御時間で1580nmから1595nmへ透過帯域の中心波長を可変制御できる。このように、本発明によれば、従来の波長可変フィルタでは実現できなかった高速の波長切り替え動作が可能である。タンタル酸ニオブ酸カリウム結晶16を光波面制御器として用いる場合に限らず、次の第3の実施例で示す2次の電気光学効果を示す結晶を用いても、同様に波長切り替えの高速性を実現できた。   FIG. 7 is a diagram illustrating dynamic response characteristics of the optical wavelength filter according to the second embodiment. The horizontal axis represents time (ns), and the vertical axis represents normalized light intensity. Initially, the center wavelength of the transmission band was set to 1580 nm, and the control voltage was changed stepwise at a high speed so that the center wavelength was 1595 nm. The control voltage itself applied between the electrodes 17a and 17b switches at a sufficiently high speed. The center wavelength of the transmission band can be variably controlled from 1580 nm to 1595 nm with a control time of about 18 ns. As described above, according to the present invention, a high-speed wavelength switching operation that cannot be realized by a conventional wavelength tunable filter is possible. Not only when the potassium tantalate niobate crystal 16 is used as an optical wavefront controller, but also when a crystal exhibiting the secondary electro-optic effect shown in the third embodiment is used, the high-speed switching of the wavelength is similarly achieved. Realized.

第3の実施例:
第3の実施例では、前出の第2の実施例におけるタンタル酸ニオブ酸カリウム(KTa1―xNbxO)結晶16の代わりに2次の電気光学効果を有する電気光学結晶を用いている。2次の電気光学効果をもつ結晶としては、例えば、K1-yLiyTa1-xNbx3(0<x<1、<y<1)、LiNbO3、LiTaO3、LiIO3、KNbO3、KTiOPO4、BaTiO3、SrTiO3、Ba1-xSrxTiO3(0<x<1)、Ba1-xSrxNb26(0<x<1)、Sr0.75Ba0.25Nb26、Pb1-yLayTi1-xZrx3(0<x<1、<y<1)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3、KH2PO4、KD2PO4、(NH4)H2PO4、BaB24、LiB35、CsLiB610、GaAs、CdTe、GaP、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、ZnOなどがある。ここでは、ニオブ酸リチウムLiNbO3を電気光学結晶として用いる場合を示す。
Third embodiment:
In the third embodiment, an electro-optic crystal having a secondary electro-optic effect is used instead of the potassium tantalate niobate (KTa 1-x Nb x O) crystal 16 in the second embodiment. . As a crystal having a secondary electro-optic effect, for example, K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 (0 <x <1, <y <1), LiNbO 3 , LiTaO 3 , LiIO 3 , KNbO 3 , KTiOPO 4 , BaTiO 3 , SrTiO 3 , Ba 1-x Sr x TiO 3 (0 <x <1), Ba 1-x Sr x Nb 2 O 6 (0 <x <1), Sr 0.75 Ba 0.25 Nb 2 O 6, Pb 1- y La y Ti 1-x Zr x O 3 (0 <x <1, <y <1), Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 -PbTiO 3, KH 2 PO 4 , KD 2 PO 4 , (NH 4 ) H 2 PO 4 , BaB 2 O 4 , LiB 3 O 5 , CsLiB 6 O 10 , GaAs, CdTe, GaP, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, ZnO and so on. Here, a case where lithium niobate LiNbO 3 is used as an electro-optic crystal is shown.

図8は、本発明の第3の実施例に係る光波長フィルタの構成を示す概念図である。図8に示した構成は図4の構成とほぼ同じであるので、ここでは図4と異なる点についてのみ説明する。本実施例では、タンタル酸ニオブ酸カリウム結晶の代わりに、同じ位置にニオブ酸リチウム結晶20が配置される。ニオブ酸リチウム結晶20には、y軸上の2点で結晶20を挟むように電極21aおよび21bが設置される。ニオブ酸リチウム結晶20へ電圧を印加するための電極の配置構成が異なるだけで、光波長フィルタとしての他の構成および動作は、第2の実施例と同一であり、説明は省略する。   FIG. 8 is a conceptual diagram showing the configuration of the optical wavelength filter according to the third embodiment of the present invention. Since the configuration shown in FIG. 8 is almost the same as the configuration shown in FIG. 4, only differences from FIG. 4 will be described here. In this embodiment, lithium niobate crystal 20 is arranged at the same position instead of potassium tantalate niobate crystal. The lithium niobate crystal 20 is provided with electrodes 21a and 21b so as to sandwich the crystal 20 at two points on the y-axis. Only the arrangement of electrodes for applying a voltage to the lithium niobate crystal 20 is different, and other configurations and operations as the optical wavelength filter are the same as those of the second embodiment, and the description thereof is omitted.

図9は、2次の電気光学結晶への印加電圧と透過帯域の中心波長との関係を示す図である。端面7におけるAWGの導波路間隔を30μmとし、その他のアレイ導波路格子1のパラメータおよびシリンドリカルレンズ5のパラメータを、第2の実施例と同様な値にそれぞれ設定した。ここで、電極21a、21bの鋭角のなす角度Φを30°と設定した。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the voltage applied to the secondary electro-optic crystal and the center wavelength of the transmission band. The AWG waveguide interval at the end face 7 was set to 30 μm, and the other parameters of the arrayed waveguide grating 1 and the cylindrical lens 5 were set to the same values as in the second embodiment. Here, the angle Φ formed by the acute angle of the electrodes 21a and 21b was set to 30 °.

本実施例で示したように、AWGとしては入力側と出力側で異なる格子周期をもつ回折格子とすることができるため、通常のバルク回折格子にはない柔軟な光学設計が可能である。アレイ導波路格子の角度分散は、nを導波路の群屈折率、ΔLをアレイ導波路の行路長差、dをアレイ導波路のピッチ、λを0を中心波長として次式で表される。   As shown in this embodiment, since the AWG can be a diffraction grating having different grating periods on the input side and the output side, a flexible optical design that is not possible with a normal bulk diffraction grating is possible. The angular dispersion of the arrayed waveguide grating is expressed by the following equation, where n is the group index of the waveguide, ΔL is the path length difference of the arrayed waveguide, d is the pitch of the arrayed waveguide, and λ is 0 as the center wavelength.

Figure 2009036903
Figure 2009036903

ここで、dは任意に設定できる。したがって、たとえ電気光学定数の小さい電気光学結晶を用いた場合でも、電気光学結晶による偏向角度θに対する透過帯域の中心波長のシフト感度を大きく設定することができる。これは、非特許文献2などに開示されたバルクの回折格子を利用する場合にはない大きな利点である。 Here, d can be set arbitrarily. Therefore, even when an electro-optic crystal having a small electro-optic constant is used, the shift sensitivity of the center wavelength of the transmission band with respect to the deflection angle θ by the electro-optic crystal can be set large. This is a great advantage not in the case of using a bulk diffraction grating disclosed in Non-Patent Document 2 or the like.

第4の実施例:
これまで説明した実施例においては、波面制御素子としてマイクロマシン型波面制御器のミラー傾斜角度や電気光学結晶の屈折率の制御によって、連続的に滑らかに光信号の波面角度を変化させていた。これに限らず、複数の要素素子から成る位相変調素子を利用することもできる。隣合う要素素子間で位相差を少しずつ与えることで、全体で滑らかに光信号の波面角度を変化させることができる。
Fourth embodiment:
In the embodiments described so far, the wavefront angle of the optical signal is continuously and smoothly changed by controlling the mirror tilt angle of the micromachine type wavefront controller or the refractive index of the electro-optic crystal as the wavefront control element. However, the present invention is not limited to this, and a phase modulation element composed of a plurality of element elements can also be used. By giving a phase difference little by little between the adjacent element elements, the wavefront angle of the optical signal can be changed smoothly as a whole.

図10は、本発明の第4の実施例に係る光波長フィルタの構成を示す概念図である。図10の構成は図4の構成とほぼ同じなので、ここでは図4と異なる点についてのみ説明する。本実施例では、タンタル酸ニオブ酸カリウム結晶16およびミラー19の代わりに、同じ位置に位相変調素子23が配置される。位相変調素子としては、MEMSを利用するものまたは液晶素子のLCOSを用いることができる。位相変調素子23は、電圧制御されるため、従来技術のように透過波長の可変制御のために消費電力を増加させることがない。波面制御手段が異なるだけで、光波長フィルタとしての他の構成および動作は、第2の実施例と同一であり、詳細な説明は省略する。   FIG. 10 is a conceptual diagram showing the configuration of an optical wavelength filter according to the fourth embodiment of the present invention. Since the configuration of FIG. 10 is almost the same as the configuration of FIG. 4, only differences from FIG. 4 will be described here. In this embodiment, the phase modulation element 23 is arranged at the same position instead of the potassium tantalate niobate crystal 16 and the mirror 19. As the phase modulation element, an element using MEMS or LCOS of a liquid crystal element can be used. Since the phase modulation element 23 is voltage-controlled, the power consumption is not increased for variable control of the transmission wavelength as in the prior art. The other configurations and operations as the optical wavelength filter are the same as those of the second embodiment, except for the wavefront control means, and detailed description thereof is omitted.

図11は、位相変調素子における位相設定の例を説明する概念図である。図11a、図11bには、それぞれ異なる位相設定の例を示している。図11cは、位相設定値と位相変調素子の要素素子の配列位置との関係を説明している。図11は、要素素子が20個配列された構成を概念的に説明するものである。要素素子の配列ピッチは、pで表されている。要素素子が配列される方向は、図10におけるx軸方向に対応する。実際の要素素子の数はこれに限定されないことに留意されたい。   FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating an example of phase setting in the phase modulation element. FIGS. 11a and 11b show examples of different phase settings. FIG. 11c illustrates the relationship between the phase setting value and the arrangement position of the element elements of the phase modulation element. FIG. 11 conceptually illustrates a configuration in which 20 element elements are arranged. The arrangement pitch of the element elements is represented by p. The direction in which the element elements are arranged corresponds to the x-axis direction in FIG. It should be noted that the actual number of element elements is not limited to this.

例えば、液晶素子の場合を考えると、個々の液晶ピクセル24のピクセル間に適切な位相差を与えることにより、位相変調素子23に入射する入射光波は回折され、その反射方向を入射方向と異ならせることができる。すなわち、隣合うピクセル間の位相変化で与えられる位相変調素子の配列方向における全体の位相傾きが、光信号の偏向角θを決定する。図11aは、両端のピクセル間で、最大2πの範囲内の位相差を設定する例である。図11bは、設定する最大位相差が2πを超える場合を示している。この場合は、2πを越えた時点で折り返して位相設定しても良い。光波は、位相のみを感じて回折するためである。   For example, in the case of the liquid crystal element, by providing an appropriate phase difference between the individual liquid crystal pixels 24, the incident light wave incident on the phase modulation element 23 is diffracted, and the reflection direction thereof differs from the incident direction. be able to. That is, the overall phase gradient in the arrangement direction of the phase modulation elements given by the phase change between adjacent pixels determines the deflection angle θ of the optical signal. FIG. 11 a is an example in which a phase difference within a maximum range of 2π is set between pixels at both ends. FIG. 11b shows a case where the maximum phase difference to be set exceeds 2π. In this case, the phase may be set by turning back when 2π is exceeded. This is because the light wave is diffracted by feeling only the phase.

具体的には、位相変調素子のピクセルピッチpを5μm、ピクセル数Nを512、入力光信号の波長を1.5μmとして、液晶素子を構成した場合において、両端のピクセル間で与える位相を5.7×10-1[rad]とすると、偏向角度θを10°とすることができる。 Specifically, in the case where the liquid crystal element is configured by setting the pixel pitch p of the phase modulation element to 5 μm, the number of pixels N to 512, and the wavelength of the input optical signal to 1.5 μm, the phase given between the pixels at both ends is 5. If 7 × 10 −1 [rad], the deflection angle θ can be set to 10 °.

液晶素子等の位相変調素子を使用することによって、精密な位相制御が可能となるため、特定の偏向角度に安定して固定することができる。このため、ROADMにおいて要求されるように、安定性を持った半固定的な波長選択が可能となる。液晶素子の制御も、従来技術のAWGの温度制御などとくらべて簡素である。   By using a phase modulation element such as a liquid crystal element, precise phase control becomes possible, so that it can be stably fixed at a specific deflection angle. Therefore, as required in ROADM, semi-fixed wavelength selection with stability becomes possible. The control of the liquid crystal element is also simpler than the temperature control of the conventional AWG.

第5の実施例:
図12は、本発明の第5の実施例に係る光波長フィルタの構成を示す概念図である。本実施例は、これまでに説明した構成の光波長フィルタに加えて、光波長フィルタの透過波長を設定または校正する手段をさらに含むことを特徴とする。光波長フィルタは、所定の光信号のみを選択的に透過させる機能を実現するため、自らが能動的に光信号を発することはない。したがって、中心透過波長が適切に設定されているかどうかを確認する必要がある。本実施例は、透過波長の設定を校正する手段を備えている。図12に示した構成は、図8に示した第3の実施例の光波長フィルタとほぼ同様であるので、ここでは本実施例に特徴的な点のみを説明する。
Fifth embodiment:
FIG. 12 is a conceptual diagram showing the configuration of an optical wavelength filter according to the fifth embodiment of the present invention. The present embodiment is characterized by further including means for setting or calibrating the transmission wavelength of the optical wavelength filter in addition to the optical wavelength filter having the configuration described so far. Since the optical wavelength filter realizes a function of selectively transmitting only a predetermined optical signal, the optical wavelength filter does not actively emit an optical signal. Therefore, it is necessary to confirm whether the central transmission wavelength is set appropriately. This embodiment includes means for calibrating the setting of the transmission wavelength. The configuration shown in FIG. 12 is substantially the same as that of the optical wavelength filter of the third embodiment shown in FIG. 8, and only the characteristic points of this embodiment will be described here.

本実施例においては、AWG1上のスラブ導波路3の境界50において、所定の位置に接続された第2の入力導波路26および第2の出力導波路群27がさらに設置される。基準光源28からの狭線幅の参照光信号は、接続光ファイバ32を介して、第2の入力導波路26へ入力される。一方、第2の出力導波路群27から出力された参照光信号は、受光素子29により受光される。受光素子29からの受光出力信号は、AD変換器30によってディジタル信号に変換される。AD変換器30は、さらにディジタル信号処理装置(DSP)31に接続され、DSP31からの制御信号は、電気光学結晶20を挟む電極21a、21b間へ印加される。   In the present embodiment, a second input waveguide 26 and a second output waveguide group 27 connected to predetermined positions are further installed at the boundary 50 of the slab waveguide 3 on the AWG 1. A reference light signal having a narrow line width from the reference light source 28 is input to the second input waveguide 26 via the connection optical fiber 32. On the other hand, the reference light signal output from the second output waveguide group 27 is received by the light receiving element 29. The light reception output signal from the light receiving element 29 is converted into a digital signal by the AD converter 30. The AD converter 30 is further connected to a digital signal processor (DSP) 31, and a control signal from the DSP 31 is applied between the electrodes 21 a and 21 b that sandwich the electro-optic crystal 20.

基準光源28から出力された参照光信号の波長は、この参照光信号が光波長フィルタを経由して第2の出力導波路群27のいずれかの出力導波路へ出力されるように、設定される。参照光信号の半値全幅は、例えば、外部共振器型半導体レーザ等を用いれば100kHzとすることができる。電気光学結晶20に設置された電極21a、21b間に電圧を印加することによって、第2の出力導波路群27のうちの、参照光信号が出力される導波路は順次入れ替わる。   The wavelength of the reference light signal output from the reference light source 28 is set so that this reference light signal is output to one of the output waveguides of the second output waveguide group 27 via the optical wavelength filter. The The full width at half maximum of the reference light signal can be set to 100 kHz by using, for example, an external resonator type semiconductor laser. By applying a voltage between the electrodes 21 a and 21 b installed in the electro-optic crystal 20, the waveguides in which the reference light signal is output in the second output waveguide group 27 are sequentially switched.

図13は、受光素子において観測される参照光信号の出力信号レベルの変化を示す図である。本実施例の導波路構成により、電極21a、21b間の電圧を直線的に変化させた場合、参照光信号によって受光素子29から出力される出力信号レベルは、図13に示すようなパルス列状の形状で変化する。この出力信号レベルの変化は、次のように説明できる。すなわち、スラブ導波路3との境界50において、基準光源28からの参照光信号が、第2の出力導波路群27のいずれかの出力導波路の中心に集光するときは参照光信号が受光素子29に結合し、導波路の中心から外れた位置に集光するときは参照光信号は受光素子29に導かれないからである。図13に示したようなパルス列状の出力信号の変化を観測することによって、制御電圧に対する電気光学結晶20によるビーム偏向角の制御感度を知ることができる。   FIG. 13 is a diagram illustrating a change in the output signal level of the reference light signal observed in the light receiving element. When the voltage between the electrodes 21a and 21b is linearly changed by the waveguide configuration of this embodiment, the output signal level output from the light receiving element 29 by the reference light signal is a pulse train shape as shown in FIG. Varies with shape. This change in the output signal level can be explained as follows. That is, at the boundary 50 with the slab waveguide 3, the reference light signal is received when the reference light signal from the reference light source 28 is collected at the center of any output waveguide of the second output waveguide group 27. This is because the reference light signal is not guided to the light receiving element 29 when it is coupled to the element 29 and condensed at a position off the center of the waveguide. By observing the change in the output signal in the form of a pulse train as shown in FIG. 13, the control sensitivity of the beam deflection angle by the electro-optic crystal 20 with respect to the control voltage can be known.

例えば、DSP31は、自らが出力している電気光学結晶への制御信号電圧値とその制御電圧値のときの対応するパルス状の受光出力信号電圧値とを知ることができる。したがって、既知の所定の構造を持つ第2の入力導波路および第2の出力導波路群27の情報ならびにAWGの設計パラメータ情報等に基づいて、偏向角の制御感度を求めることができる。   For example, the DSP 31 can know the control signal voltage value to the electro-optic crystal output by itself and the corresponding pulsed light receiving output signal voltage value at the control voltage value. Therefore, the control sensitivity of the deflection angle can be obtained based on the information on the second input waveguide and the second output waveguide group 27 having a known predetermined structure, the AWG design parameter information, and the like.

参照光信号によって求められた偏向角の制御感度および制御信号の絶対値に基づいて、入力導波路2より入射された光信号のうち、波長選択フィルタとしての機能によって出力導波路22へと出力される波長成分を決定することができる。言い換えれば、図13に示すようなパルス列状の受光素子からの出力信号波形を解析することによって、光波長フィルタの透過波長設定を精密に行なうことができる。さらに、DSP31より電気光学結晶へ加える制御信号電圧に微小な変調信号を重畳して、受光素子29から出力される受光出力信号波形から、その変調信号の周波数成分を同期検波して、特定のビーム偏向角になるように、電気光学結晶への制御信号電圧を設定しても良い。   Based on the control sensitivity of the deflection angle obtained from the reference light signal and the absolute value of the control signal, the optical signal incident from the input waveguide 2 is output to the output waveguide 22 by the function as a wavelength selection filter. Wavelength components can be determined. In other words, the transmission wavelength of the optical wavelength filter can be precisely set by analyzing the output signal waveform from the pulse train-shaped light receiving element as shown in FIG. Further, a minute modulation signal is superimposed on the control signal voltage applied to the electro-optic crystal from the DSP 31, and the frequency component of the modulation signal is synchronously detected from the light reception output signal waveform output from the light receiving element 29, thereby generating a specific beam. A control signal voltage to the electro-optic crystal may be set so as to have a deflection angle.

上述のように、本実施例においては、スラブ導波路3の境界50上において光信号の入力点の位置と、光波長フィルタを経由した光信号の集光点の位置とが、一定の線形関係にあることに着目して、参照光信号を利用した第2の入力導波路および第2の出力導波路群27の関係から、制御信号の偏向感度を校正していることを理解されたい。したがって、スラブ導波路の境界50上において、入光点と集光点との関係に線形性がある範囲に各導波路が配置されている限り、フィルタ機能としての入出力導波路2、22ならびに校正機能としての第2の入出力導波路26、27の位置および順序はなんら限定されない。例えば、図12においては、境界50上で、第2の入力導波路26、入力導波路2、第2の出力導波路群27、出力導波路22の順に配置されているが、これに限られず、第2の入力導波路26、第2の出力導波路群27、入力導波路2、出力導波路22の順であっても良い。   As described above, in the present embodiment, the position of the input point of the optical signal on the boundary 50 of the slab waveguide 3 and the position of the condensing point of the optical signal passing through the optical wavelength filter are in a fixed linear relationship. From the relationship between the second input waveguide using the reference light signal and the second output waveguide group 27, it is to be understood that the deflection sensitivity of the control signal is calibrated. Therefore, on the boundary 50 of the slab waveguide, as long as each waveguide is arranged in a range where the relationship between the light incident point and the condensing point is linear, the input / output waveguides 2, 22 as the filter function and The position and order of the second input / output waveguides 26 and 27 as the calibration function are not limited at all. For example, in FIG. 12, the second input waveguide 26, the input waveguide 2, the second output waveguide group 27, and the output waveguide 22 are arranged in this order on the boundary 50. However, the present invention is not limited to this. The second input waveguide 26, the second output waveguide group 27, the input waveguide 2, and the output waveguide 22 may be arranged in this order.

図14は、スラブ導波路へ接続される各導波路の構成の一例を示した図である。図14に示すように、第2の入力導波路26と入力導波路2との間隔Sを278μm、第2の出力導波路群27の各々の導波路間隔dを14.1μm、第2の出力導波路群27の中で入力導波路2から最も遠い出力導波路27bと入力導波路2との間隔、ならびに出力導波路27bと出力導波路22との間隔をともに間隔S(=278μm)と設定すればよい。   FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the configuration of each waveguide connected to the slab waveguide. As shown in FIG. 14, the distance S between the second input waveguide 26 and the input waveguide 2 is 278 μm, the waveguide distance d of each of the second output waveguide groups 27 is 14.1 μm, and the second output. In the waveguide group 27, the distance between the output waveguide 27b farthest from the input waveguide 2 and the input waveguide 2 and the distance between the output waveguide 27b and the output waveguide 22 are both set as a distance S (= 278 μm). do it.

本実施例の波長可変フィルタを実現するには、たとえば、AWG1の中心波長を1.587μm、アレイ導波路4の行路長差を16.4μm、アレイ導波路4の端面7における導波路間隔を11μm、スラブ導波路3とアレイ導波路4との境界8における導波路間隔を10.5μm、スラブ導波路長を11400μm、シリンドリカルレンズ5の焦点距離を1mmとする。   In order to realize the wavelength tunable filter of this embodiment, for example, the center wavelength of the AWG 1 is 1.587 μm, the path length difference of the arrayed waveguide 4 is 16.4 μm, and the waveguide interval at the end face 7 of the arrayed waveguide 4 is 11 μm. The waveguide interval at the boundary 8 between the slab waveguide 3 and the arrayed waveguide 4 is 10.5 μm, the slab waveguide length is 11400 μm, and the focal length of the cylindrical lens 5 is 1 mm.

ここで、基準光源28の参照光信号の波長を1587nmとする。参照光信号が導波路27aに出力されるように電気光学結晶20の偏向方向を設定した場合、出力導波路22には入力導波路2から入力された信号のうち、1595nmの光信号が出力されるものとする。制御電圧によって電気光学結晶20の偏向方向を変化させて、参照光信号が導波路27bから出力されるように設定した場合、出力導波路22からは1587nmの光信号が出力される。このように、基準光源28を用いることで、波長可変フィルタの透過波長を精密に設定することが可能になる。   Here, the wavelength of the reference light signal of the standard light source 28 is 1587 nm. When the deflection direction of the electro-optic crystal 20 is set so that the reference optical signal is output to the waveguide 27a, the optical signal of 1595 nm among the signals input from the input waveguide 2 is output to the output waveguide 22. Shall be. When the reference optical signal is set to be output from the waveguide 27 b by changing the deflection direction of the electro-optic crystal 20 by the control voltage, an optical signal of 1587 nm is output from the output waveguide 22. As described above, by using the reference light source 28, it is possible to precisely set the transmission wavelength of the wavelength tunable filter.

さらに、電気光学結晶20の偏向特性が環境温度等の変化により変動する場合でも、随時、第2の入力導波路に入力された参照光信号を利用しておよび第2の出力導波路群27からの光信号レベルの変化を観測し、偏向角度の制御感度を再校正することができる。再校正を行なった制御感度に基づいて、電極21a、21bへの印加電圧を設定することが可能であり、波長可変フィルタの設定波長の温度安定化を図ることも可能になる。再校正の頻度は、環境温度の変化や、フィルタ特性の長期間の経時変化などを考慮して、任意に決定すればよい。例えば、等時間間隔で校正を行なうことも、一定の温度変化を検出してこれをトリガに構成を行なっても良い。また、電気光学結晶へ加える制御電圧に、微小な変調信号を重畳して、受光素子29から出力される受光出力信号波形からその変調信号の周波数成分を同期検波することによっても、同様にフィルタ特性の安定化が可能である。   Furthermore, even when the deflection characteristics of the electro-optic crystal 20 vary due to changes in the environmental temperature or the like, the reference light signal input to the second input waveguide is used at any time and from the second output waveguide group 27. The change in the optical signal level can be observed, and the control sensitivity of the deflection angle can be recalibrated. The applied voltage to the electrodes 21a and 21b can be set based on the recalibrated control sensitivity, and the temperature of the set wavelength of the wavelength tunable filter can be stabilized. The frequency of recalibration may be arbitrarily determined in consideration of changes in environmental temperature, long-term changes in filter characteristics, and the like. For example, calibration may be performed at equal time intervals, or a constant temperature change may be detected and configured using this as a trigger. The filter characteristics can also be similarly obtained by superimposing a minute modulation signal on the control voltage applied to the electro-optic crystal and synchronously detecting the frequency component of the modulation signal from the light reception output signal waveform output from the light receiving element 29. Can be stabilized.

図12に示した構成では、AD変換器30およびDSP31によって、受光素子29からの出力信号を観測する構成としたが、上述の偏向角の制御感度の解析および校正ができるものであればどのような構成でも良い。すなわち、より一般的なCPUを利用するともに、制御電圧の発生用に、独立したDA変換器などを備えた構成とすることも可能である。また、のスラブ導波路端面における、光信号入出力用および校正用の各導波路の位置関係は、図14のような等間隔Sに配置された構成に限定されないことは言うまでもない。   In the configuration shown in FIG. 12, the output signal from the light receiving element 29 is observed by the AD converter 30 and the DSP 31, but any method can be used as long as it can analyze and calibrate the control sensitivity of the deflection angle described above. A simple configuration may be used. That is, it is possible to use a more general CPU and to have an independent DA converter or the like for generating a control voltage. Needless to say, the positional relationship between the optical signal input / output waveguides and the calibration waveguides on the end face of the slab waveguide is not limited to the configuration in which the waveguides are arranged at equal intervals S as shown in FIG.

上述のいずれの実施例も、ミラーを用いることによって、入力光信号に対する入射系ならびに波長選択された出力光信号に対する出射系を、1つのAWGによって共用する反射型の構成であった。しかし、入射系用のAWGならびに出射系用のAWGをそれぞれ備え、2つのAWGを対向させて配置した透過型の構成であっても良い。この場合、両AWGの間の空間系の光路中に配置した波面制御素子によって偏向角度を制御することで、選択的に透過波長を設定できる。上述の反射型構成は、構成の簡素さから、透過型よりもより長所を持つ。   In any of the above-described embodiments, by using a mirror, an incident system for the input optical signal and an output system for the wavelength-selected output optical signal are shared by one AWG. However, a transmission type configuration in which an AWG for an incident system and an AWG for an output system are provided and two AWGs are arranged to face each other may be used. In this case, the transmission wavelength can be selectively set by controlling the deflection angle by the wavefront control element arranged in the optical path of the space system between the two AWGs. The reflection type configuration described above has advantages over the transmission type due to the simplicity of the configuration.

また、第1の実施例では出力導波路は入力導波路と共用し、第2の実施例では、独立に1つの出力導波路を設けているが、これに限定されない。2以上の複数の出力導波路を設けても良い。   In the first embodiment, the output waveguide is shared with the input waveguide. In the second embodiment, one output waveguide is provided independently. However, the present invention is not limited to this. Two or more output waveguides may be provided.

以上詳細に述べたように、本発明の光波長フィルタによれば、極めて少ない消費電力で波長可変制御が可能となる。AWG上にヒータ電極を形成する必要もない。波長切り替えの速度も極めて速いという優れた効果を持ち、光学配置構成が簡単で安定性および実装性に富んだ光波長フィルタを実現できる。   As described in detail above, according to the optical wavelength filter of the present invention, wavelength tunable control can be performed with extremely low power consumption. There is no need to form a heater electrode on the AWG. An optical wavelength filter having an excellent effect that the wavelength switching speed is extremely fast, a simple optical arrangement, and high stability and mountability can be realized.

光通信に使用される光信号処理装置への利用ができる。光波長可変フィルタへの応用が可能である。   It can be used for an optical signal processing device used for optical communication. Application to an optical wavelength tunable filter is possible.

本発明の第1の実施例に係る光波長フィルタの構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the optical wavelength filter which concerns on the 1st Example of this invention. マイクロマシン型波面制御器の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of a micromachine type | mold wavefront controller. 本実施例のミラー角度と透過波長の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the mirror angle and transmission wavelength of a present Example. 本発明の第2の実施例に係る光波長フィルタの構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the optical wavelength filter which concerns on the 2nd Example of this invention. 電気光学結晶におけるx軸方向の屈折率分布の一例および反射動作を説明する図である。It is a figure explaining an example and refractive operation of the refractive index distribution of the x-axis direction in an electro-optic crystal. 電気光学結晶への印加電圧と透過帯域の中心波長との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the voltage applied to an electro-optic crystal, and the center wavelength of a transmission band. 第2の実施例に係る光波長フィルタの動的応答特性を示す図である。It is a figure which shows the dynamic response characteristic of the optical wavelength filter which concerns on a 2nd Example. 本発明の第3の実施例に係る光波長フィルタの構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the optical wavelength filter which concerns on the 3rd Example of this invention. 2次の電気光学結晶への印加電圧と透過帯域の中心波長との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the voltage applied to a secondary electro-optic crystal, and the center wavelength of a transmission band. 本発明の第4の実施例に係る光波長フィルタの構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the optical wavelength filter which concerns on the 4th Example of this invention. 位相変調素子における位相設定の例を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the example of the phase setting in a phase modulation element. 本発明の第5の実施例に係る光波長フィルタの構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the optical wavelength filter which concerns on the 5th Example of this invention. 受光素子で観測される受光出力信号レベルの変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the light reception output signal level observed with a light receiving element. スラブ導波路へ接続される各導波路の構成の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the structure of each waveguide connected to a slab waveguide. 従来技術による熱光学効果を利用した波長可変フィルタの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the wavelength tunable filter using the thermo-optic effect by a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1、101 AWG(分光素子)
2、102 入力導波路
3、103、106 スラブ導波路
4、104 アレイ導波路
5 シリンドリカルレンズ
6 波面制御素子
11 光サーキュレータ
14 偏向分離結晶
15 λ/2板
16、20 電気光学結晶
17a、17b、21a、21b 電極
19 ミラー
22、107 出力導波路
105a、105b ヒータ
1, 101 AWG (spectral element)
2, 102 Input waveguide 3, 103, 106 Slab waveguide 4, 104 Array waveguide 5 Cylindrical lens 6 Wavefront control element 11 Optical circulator 14 Deflection crystal 15 λ / 2 plate 16, 20 Electro-optic crystal 17a, 17b, 21a , 21b Electrode 19 Mirror 22, 107 Output waveguide 105a, 105b Heater

Claims (10)

少なくとも1つの入力導波路および少なくとも1つの出力導波路を有する導波路型分光手段と、
前記分光手段から出射される光信号をコリメートするシリンドリカルレンズと、
前記シリンドリカルレンズからの光信号の光波面の進行方向を反転させる波面変換手段とを備え、
前記波面変換手段は、選択する透過光波長に応じて、前記分光手段の分光軸方向に前記反転された光波面の進行方向を傾けることができることを特徴とする光波長可変フィルタ。
Waveguide-type spectroscopic means having at least one input waveguide and at least one output waveguide;
A cylindrical lens for collimating the optical signal emitted from the spectroscopic means;
Wavefront conversion means for inverting the traveling direction of the optical wavefront of the optical signal from the cylindrical lens,
The optical wavelength tunable filter characterized in that the wavefront conversion means can tilt the traveling direction of the inverted light wavefront in the direction of the spectral axis of the spectroscopic means in accordance with the transmitted light wavelength to be selected.
前記波面変換手段は、前記選択された透過光波長に対応する駆動信号に基づいて、静電駆動方式、磁気駆動方式または圧電駆動方式により駆動されるマイクロマシン型空間位相変調素子であることを特徴とする請求項1に記載の光波長可変フィルタ。   The wavefront conversion means is a micromachine type spatial phase modulation element driven by an electrostatic drive method, a magnetic drive method or a piezoelectric drive method based on a drive signal corresponding to the selected transmitted light wavelength. The optical wavelength tunable filter according to claim 1. 前記シリンドリカルレンズからの前記光信号を、第1の光路を進むTMモード光信号と第2の光路を進むTEモード信号とに分離する偏波分離素子と、前記偏波分離素子と前記波面変換手段との間であって前記第1の光路中または前記第2の光路中のいずれかに配置されたλ/2波長板とをさらに備え、
前記波面変換手段は、前記選択された透過光波長に対応する駆動信号が印加される電気光学結晶であることを特徴とする請求項1に記載の光波長可変フィルタ。
A polarization separation element that separates the optical signal from the cylindrical lens into a TM mode optical signal that travels along a first optical path and a TE mode signal that travels along a second optical path, the polarization separation element, and the wavefront conversion means And a λ / 2 wavelength plate disposed in either the first optical path or the second optical path,
2. The optical wavelength tunable filter according to claim 1, wherein the wavefront conversion unit is an electro-optic crystal to which a drive signal corresponding to the selected transmitted light wavelength is applied.
前記シリンドリカルレンズからの前記光信号を、第1の光路を進むTMモード光信号と第2の光路を進むTEモード信号とに分離する偏波分離素子と、前記偏波分離素子と前記波面変換手段との間であって前記第1の光路中または前記第2の光路中のいずれかに配置されたλ/2波長板とをさらに備え、
前記波面変換手段は、前記分光手段の分波面との交線に沿って複数の液晶要素素子が配列され、隣り合う各前記要素素子間に所定の位相差が与えられた液晶空間位相変調素子であることを特徴とする請求項1に記載の光波長可変フィルタ。
A polarization separation element that separates the optical signal from the cylindrical lens into a TM mode optical signal that travels along a first optical path and a TE mode signal that travels along a second optical path, the polarization separation element, and the wavefront conversion means And a λ / 2 wavelength plate disposed in either the first optical path or the second optical path,
The wavefront conversion means is a liquid crystal spatial phase modulation element in which a plurality of liquid crystal element elements are arranged along an intersection line with the branching wavefront of the spectroscopic means, and a predetermined phase difference is given between the adjacent element elements. The optical wavelength tunable filter according to claim 1, wherein the optical wavelength tunable filter is provided.
参照光信号を出力する光信号発生器と、
前記参照光信号が入力され、前記分光手段に接続された第2の入力導波路と、
前記分光手段に接続され、前記波面変換手段からの前記参照光信号を出力する複数の参照光信号出力導波路群と、
前記複数の参照光信号出力導波路群の各参照光信号出力導波路からの参照光信号強度を検出する受光手段と、
前記受光手段から出力される参照光信号の強度信号を解析する解析手段と、
前記解析手段の解析結果に応じて、前記波面変換手段による光波面の進行方向の反射方向または反射方向設定感度を決定し、前記少なくとも1つの出力導波路から所望の透過光波長を持つ光信号が出力されるような前記駆動信号を生成する駆動信号制御手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の光波長可変フィルタ。
An optical signal generator for outputting a reference optical signal;
A second input waveguide to which the reference light signal is input and connected to the spectroscopic means;
A plurality of reference light signal output waveguide groups connected to the spectroscopic means and outputting the reference light signal from the wavefront conversion means;
A light receiving means for detecting a reference light signal intensity from each reference light signal output waveguide of the plurality of reference light signal output waveguide groups;
Analyzing means for analyzing the intensity signal of the reference light signal output from the light receiving means;
The reflection direction or reflection direction setting sensitivity of the traveling direction of the light wavefront by the wavefront conversion unit is determined according to the analysis result of the analysis unit, and an optical signal having a desired transmitted light wavelength is output from the at least one output waveguide. The optical wavelength tunable filter according to any one of claims 2 to 4, further comprising: a drive signal control unit that generates the drive signal to be output.
前記駆動信号制御手段から所定の可変駆動信号を前記波面変換手段に供給し、前記可変駆動信号に同期して前記各参照光信号出力導波路から順次出力される前記参照光信号の信号強度変化に基づいて、前記解析手段により前記反射方向または反射方向設定感度が決定されることを特徴とする請求項5に記載の光波長可変フィルタ。   A predetermined variable drive signal is supplied from the drive signal control means to the wavefront conversion means, and the signal intensity change of the reference light signal sequentially output from each reference light signal output waveguide in synchronization with the variable drive signal. 6. The optical wavelength tunable filter according to claim 5, wherein the reflection direction or the reflection direction setting sensitivity is determined by the analysis unit. 前記可変駆動信号は、時間軸上で直線的にその信号レベルを変化させ、前記可変駆動信号に同期して前記各参照光信号出力導波路から順次出力される前記参照光信号のピーク信号強度に関する情報に基づいて、前記解析手段により前記反射方向または反射方向設定感度が決定されることを特徴とする請求項6に記載の光波長可変フィルタ。   The variable drive signal linearly changes its signal level on a time axis, and relates to a peak signal intensity of the reference light signal sequentially output from each reference light signal output waveguide in synchronization with the variable drive signal. The optical wavelength tunable filter according to claim 6, wherein the reflection direction or the reflection direction setting sensitivity is determined by the analysis unit based on information. 前記可変駆動信号は、前記参照光信号が前記参照光信号出力導波路のうちのいずれか1つから出力される程度の微小振幅を持つ繰り返し波形信号であり、前記参照光信号の信号強度を同期検波することにより、前記解析手段により前記反射方向または反射方向設定感度が決定されることを特徴とする請求項6に記載の光波長可変フィルタ。   The variable drive signal is a repetitive waveform signal having a minute amplitude such that the reference light signal is output from any one of the reference light signal output waveguides, and synchronizes the signal intensity of the reference light signal. The optical wavelength tunable filter according to claim 6, wherein the reflection direction or the reflection direction setting sensitivity is determined by the analysis unit by detecting. 前記分光手段は、前記少なくとも1つの入力導波路および前記少なくとも1つの出力導波路が接続されたスラブ導波路およびアレイ導波路を含むアレイ導波路格子であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の光波長可変フィルタ。   9. The arrayed waveguide grating according to claim 1, wherein the spectroscopic means is an arrayed waveguide grating including a slab waveguide and an arrayed waveguide to which the at least one input waveguide and the at least one output waveguide are connected. The optical wavelength tunable filter according to any one of the above. 前記少なくとも1つの入力導波路、前記第2の入力導波路、前記少なくとも1つの出力導波路および前記参照光信号出力導波路群が接続されたスラブ導波路ならびにアレイ導波路を含むアレイ導波路格子であることを特徴とする請求項2乃至9のいずれかに記載の光波長可変フィルタ。   An arrayed waveguide grating including an arrayed waveguide and a slab waveguide connected to the at least one input waveguide, the second input waveguide, the at least one output waveguide, and the reference optical signal output waveguide group; The optical wavelength tunable filter according to claim 2, wherein the optical wavelength tunable filter is provided.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011053487A (en) * 2009-09-02 2011-03-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical signal processor and method for assembling the same
JP2012108346A (en) * 2010-11-18 2012-06-07 Sun Tec Kk Wavelength selective optical switch device
US20120154342A1 (en) * 2010-12-21 2012-06-21 Yuji Hotta Driving circuit for lcos element
KR101296845B1 (en) 2009-12-15 2013-08-14 한국전자통신연구원 Optical Device
JP2014048411A (en) * 2012-08-30 2014-03-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical signal processor
CN103698847A (en) * 2013-12-27 2014-04-02 南京邮电大学 Method for enhancing birefringence of long-chain molecule-type polymer optical waveguide in matching manner
JP2018124402A (en) * 2017-01-31 2018-08-09 日本電信電話株式会社 Optical input/output device
CN110830120A (en) * 2019-10-18 2020-02-21 广东工业大学 Broadband noise source generating device and signal generating method thereof

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103558657B (en) * 2013-11-15 2016-06-22 四川飞阳科技有限公司 array waveguide grating

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002072157A (en) * 2000-08-24 2002-03-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Wavelength-changeable filter and spatial-optical switch
JP2002311343A (en) * 2001-04-16 2002-10-23 Fujitsu Ltd Waveguide type optical deflector and optical switch using it
JP2004239991A (en) * 2003-02-04 2004-08-26 Fujitsu Ltd Optical functional device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002072157A (en) * 2000-08-24 2002-03-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Wavelength-changeable filter and spatial-optical switch
JP2002311343A (en) * 2001-04-16 2002-10-23 Fujitsu Ltd Waveguide type optical deflector and optical switch using it
JP2004239991A (en) * 2003-02-04 2004-08-26 Fujitsu Ltd Optical functional device

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011053487A (en) * 2009-09-02 2011-03-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical signal processor and method for assembling the same
KR101296845B1 (en) 2009-12-15 2013-08-14 한국전자통신연구원 Optical Device
JP2012108346A (en) * 2010-11-18 2012-06-07 Sun Tec Kk Wavelength selective optical switch device
US8437634B2 (en) 2010-11-18 2013-05-07 Santec Corporation Wavelength selective optical switch device
US20120154342A1 (en) * 2010-12-21 2012-06-21 Yuji Hotta Driving circuit for lcos element
JP2014048411A (en) * 2012-08-30 2014-03-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical signal processor
CN103698847A (en) * 2013-12-27 2014-04-02 南京邮电大学 Method for enhancing birefringence of long-chain molecule-type polymer optical waveguide in matching manner
JP2018124402A (en) * 2017-01-31 2018-08-09 日本電信電話株式会社 Optical input/output device
CN110830120A (en) * 2019-10-18 2020-02-21 广东工业大学 Broadband noise source generating device and signal generating method thereof

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