JP2011039383A - Polarization independent type optical wavelength filter, optical multiplexing/demultiplexing element and mach-zehnder interferometer - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarization independent type optical wavelength filter which uses a multi-mode interference optical waveguide, is made of Si and is easy to create, and then an optical multiplexing/demultiplexing element and a Mach-Zehnder interferometer using the polarization independent type optical wavelength filter. <P>SOLUTION: The polarization independent type optical wavelength filter is formed by embedding, in a clad 14, the multi-mode interference optical waveguide 16, which is made of single crystal Si, is a rectangular parallelepiped surrounded by first and second side faces 16<SB>1</SB>and 16<SB>2</SB>facing each other, third and fourth side faces 16<SB>3</SB>and 16<SB>4</SB>facing each other and an upper surface and a lower surface 16<SB>u</SB>and 16<SB>d</SB>facing each other, and wavelength-separates the mixed light of first and second lights of different wavelengths 1.2-1.6 μm independent of polarization, a first optical waveguide 18 which is connected to the first side face and to which the mixed light is input, and second and third optical waveguides 20 and 22, which are connected to the second side face and output the wavelength-separated first and second lights respectively. The refractive index n of the clad is the value of 1-1.6, the thickness t of the multi-mode interference optical waveguide is the value of 0.2-0.4 μm, the width W of the multi-mode interference optical waveguide is the value of 1.0-3.7 μm, and the relation that the width increases as the refractive index of the clad increases and the width increases as the thickness increases is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、異なる波長の光を分離する偏波無依存型光波長フィルタ、及びこの光波長フィルタを用いた光合分波素子とマッハツェンダ干渉器とに関する。   The present invention relates to a polarization-independent optical wavelength filter that separates light of different wavelengths, and an optical multiplexing / demultiplexing element and a Mach-Zehnder interferometer using the optical wavelength filter.

光加入者系においては、加入者側から局側への光伝送(上り通信)と、局側から加入者側への光伝送(下り通信)を一本の光ファイバで行う必要があり、そのため上り通信及び下り通信を異なる波長の光で行っている。このため、局側及び加入者側の双方で、異なる波長の光を分離する光波長フィルタが必要となる。一般的に光加入者系では、この光波長フィルタと発光素子及び受光素子とを空間光学的に光軸合わせして組み立てることより、光合分波素子として用いている。加入者側で用いられる光合分波素子は加入者側終端装置(ONU:Optical Network Unit)と称される(例えば、特許文献1〜5)。   In an optical subscriber system, it is necessary to perform optical transmission (uplink communication) from the subscriber side to the station side and optical transmission from the station side to the subscriber side (downlink communication) using a single optical fiber. Uplink communication and downlink communication are performed using light of different wavelengths. For this reason, an optical wavelength filter that separates light of different wavelengths is required on both the station side and the subscriber side. In general, in an optical subscriber system, this optical wavelength filter, a light emitting element, and a light receiving element are used as an optical multiplexing / demultiplexing element by spatially optically aligning and assembling. An optical multiplexing / demultiplexing element used on the subscriber side is called a subscriber-side terminal unit (ONU: Optical Network Unit) (for example, Patent Documents 1 to 5).

近年、光波長フィルタとして、光軸合わせを不要とする光導波路型の光波長フィルタが研究されている。この種の光波長フィルタとしては、マッハツェンダ干渉計を用いたもの、方向性結合器を用いたもの、多モード干渉光導波路を用いたもの等が知られている。   In recent years, optical waveguide type optical wavelength filters that do not require optical axis alignment have been studied as optical wavelength filters. As this type of optical wavelength filter, a filter using a Mach-Zehnder interferometer, a filter using a directional coupler, a filter using a multimode interference optical waveguide, and the like are known.

マッハツェンダ干渉計を用いた光波長フィルタは、回路理論を用いて波長特性を設計できる利点がある。しかし、ONUに使用するSi製のマッハツェンダ型光波長フィルタは、等価屈折率や結合係数の波長依存性が大きいために設計が難しい。   An optical wavelength filter using a Mach-Zehnder interferometer has an advantage that wavelength characteristics can be designed using circuit theory. However, a Si Mach-Zehnder type optical wavelength filter used for the ONU is difficult to design because the wavelength dependency of the equivalent refractive index and coupling coefficient is large.

また、方向性結合器を用いた光波長フィルタは、透過率が波長依存性を有しているために、光源から出力される光の波長のズレにより透過率が変化してしまう。   In addition, since the transmittance of the optical wavelength filter using the directional coupler has wavelength dependency, the transmittance changes due to the wavelength shift of the light output from the light source.

また、多モード干渉光導波路を用いた光波長フィルタとしては、1.3μmの波長の光と、1.5μmの波長の光を分離できる光学素子(例えば、非特許文献1参照)が知られている。   As an optical wavelength filter using a multimode interference optical waveguide, an optical element (for example, see Non-Patent Document 1) that can separate light having a wavelength of 1.3 μm and light having a wavelength of 1.5 μm is known. Yes.

また、波長フィルタとは異なるが、この発明に関連する技術として、特定の波長帯域で出力光の分配比を偏波無依存にする光学素子(例えば、非特許文献2参照)が知られている。   Although different from the wavelength filter, as a technique related to the present invention, an optical element that makes the output light distribution ratio independent of polarization in a specific wavelength band (for example, see Non-Patent Document 2) is known. .

米国特許明細書 第4860294号US Pat. No. 4,860,294 米国特許明細書 第5764826号U.S. Pat. No. 5,764,826 米国特許明細書 第5960135号US Pat. No. 5,960,135 米国特許明細書 第7072541号U.S. Pat. No. 7,072,541 特開平8−163028号JP-A-8-163028

Baojun Li etal.“1×2 optical waveguide filters based on multimode interface for 1.3− and 1.55−μm operation”,Optical Engineering,vol.41,No.3,pp723−727(March,2002)Baojun Li et al. “1 × 2 optical waveguide filters based on multimode interface for 1.3-and 1.55-μm operation”, Optical Engineering, vol. 41, no. 3, pp 723-727 (March, 2002) Daoxin Dai and Sailing He,“Optimization of ultracompact polarization insensitive multimode interference couplers based on Si nanowire waveguides ,”IEEE Photonics Technology Letters,vol.18,No.19,pp.2017−2019(Oct,2006)Daoxin Dai and Sailing He, “Optimization of ultracompact polarization insensitive multimode interferers based on Sinoheve Wave Elevation. 18, no. 19, pp. 2017-2019 (Oct, 2006)

しかしながら、非特許文献1に記載された光波長フィルタは、大きな偏波依存性があり、TE成分及びTM成分のどちらか一方の偏波成分しか利用することができなかった。   However, the optical wavelength filter described in Non-Patent Document 1 has a large polarization dependency, and only one of the TE component and the TM component can be used.

また、非特許文献1に記載された光波長フィルタを構成する材料は、SiGeであるため、Si製の素子に比べて作成が難しかった。   Moreover, since the material which comprises the optical wavelength filter described in the nonpatent literature 1 is SiGe, preparation was difficult compared with the element made from Si.

さらに、非特許文献2に記載された光学素子は、異なる波長の光を偏波無依存で波長分離するものではなかった。   Furthermore, the optical element described in Non-Patent Document 2 does not separate wavelengths of light having different wavelengths without depending on polarization.

発明者は鋭意検討の結果、クラッドの屈折率に対して、多モード干渉光導波路の幅及び厚みを最適化することにより、異なる波長の光を偏波無依存で波長分離できることに想到し、この発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the inventor has come up with the idea that by optimizing the width and thickness of the multimode interference optical waveguide with respect to the refractive index of the cladding, light of different wavelengths can be wavelength-independently separated. The invention has been completed.

この発明は、このような問題点に鑑みなされたものである。従って、この発明の目的は、多モード干渉光導波路を用いたSi製の作成容易な偏波無依存型光波長フィルタを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems. Accordingly, an object of the present invention is to provide a polarization-independent optical wavelength filter made of Si and using a multimode interference optical waveguide, which is easy to produce.

また、この発明の更なる目的は、偏波無依存型光波長フィルタを用いた光合分波素子及びマッハツェンダ干渉器を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide an optical multiplexing / demultiplexing device and a Mach-Zehnder interferometer using a polarization-independent optical wavelength filter.

上述した目的の達成を図るために、この発明の偏波無依存型光波長フィルタは、多モード干渉光導波路と、第1光導波路と、第2及び第3光導波路とが、基板の第1主面側にクラッドに埋設されて(埋め込まれて)形成されている。   In order to achieve the above object, the polarization-independent optical wavelength filter of the present invention includes a multimode interference optical waveguide, a first optical waveguide, a second optical waveguide, and a third optical waveguide. The main surface is embedded (embedded) in the cladding.

多モード干渉光導波路は、単結晶Siを用いて形成されていて、互いに平行に対向する第1及び第2側面と、互いに平行に対向する第3及び第4側面と、互いに平行に対向する上面及び下面とで囲まれた直方体であって、1.2〜1.6μmの波長範囲の中から選択された互いに波長の異なる第1及び第2光の混合光を偏波無依存で波長分離する。   The multimode interference optical waveguide is formed using single crystal Si, and includes first and second side surfaces facing in parallel to each other, third and fourth side surfaces facing in parallel to each other, and top surfaces facing to each other in parallel. And a rectangular parallelepiped surrounded by the lower surface, and the first and second mixed lights having different wavelengths selected from the wavelength range of 1.2 to 1.6 μm are wavelength-separated without depending on the polarization. .

第1光導波路は、第1側面に光学的に接続されており、混合光が入力される。   The first optical waveguide is optically connected to the first side surface and receives mixed light.

第2及び第3光導波路は、第2側面に光学的に接続されており、かつ、これら第2及び第3光導波路から波長分離された第1及び第2光がそれぞれ出力される。   The second and third optical waveguides are optically connected to the second side surface, and the first and second lights separated from the second and third optical waveguides are output.

そして、クラッドの屈折率nが1〜1.6の範囲の値であり、多モード干渉光導波路の上面及び下面の間の距離である厚みtが0.2〜0.4μmの範囲の値であり、及び多モード干渉光導波路の第3及び第4側面の間の距離である幅Wが1.0〜3.7μmの範囲の値である。さらに、屈折率nと幅Wと厚みtとが、屈折率nが大きくなると共に幅Wが大きくなり、かつ、厚みtが大きくなると共に幅Wが大きくなる関係にある。   The clad refractive index n is in the range of 1 to 1.6, and the thickness t, which is the distance between the upper and lower surfaces of the multimode interference optical waveguide, is in the range of 0.2 to 0.4 μm. Yes, and the width W, which is the distance between the third and fourth side surfaces of the multimode interference optical waveguide, is a value in the range of 1.0 to 3.7 μm. Further, the refractive index n, the width W, and the thickness t are in a relationship in which the refractive index n increases and the width W increases, and the thickness t increases and the width W increases.

上述した偏波無依存型光波長フィルタの好適な実施態様によれば、第1〜第3光導波路の、光伝播方向に直交しかつ基板の第1主面に平行な方向に測った幅は、多モード干渉光導波路から離れた側から多モード干渉光導波路との接続部に向かうにつれて、直線的に拡大しているのがよい。   According to a preferred embodiment of the polarization-independent optical wavelength filter described above, the width of the first to third optical waveguides measured in a direction perpendicular to the light propagation direction and parallel to the first main surface of the substrate is It is preferable that the distance increases linearly from the side away from the multimode interference optical waveguide toward the connection portion with the multimode interference optical waveguide.

上述した偏波無依存型光波長フィルタの別の好適な実施態様によれば、基板の第1主面に平行な面内で多モード干渉光導波路がなす矩形の中心点を通り、幅方向に延びる直線を第1軸としたときに、第2光導波路は、第1軸を対称軸として、第1光導波路と線対称な位置に設けられており、かつ、第3光導波路は、中心点を対称中心として、第1光導波路と点対称な位置に設けられているのがよい。   According to another preferred embodiment of the polarization-independent optical wavelength filter described above, the multimode interference optical waveguide passes through a rectangular center point in a plane parallel to the first main surface of the substrate and extends in the width direction. When the extending straight line is the first axis, the second optical waveguide is provided at a position symmetrical with the first optical waveguide with the first axis as the symmetry axis, and the third optical waveguide is at the center point. It is preferable to be provided at a point-symmetrical position with respect to the first optical waveguide with respect to the center of symmetry.

上述した偏波無依存型光波長フィルタのまた別の好適な実施態様によれば、クラッドの材料をSiOとするのがよい。 According to another preferred embodiment of the polarization-independent optical wavelength filter described above, the cladding material may be SiO 2 .

上述した偏波無依存型光波長フィルタのさらに別の好適な実施態様によれば、(i)多モード干渉光導波路の第1及び第2側面の間の距離である全長をLとし、第1光のTE成分における0次モード光と1次モード光の伝播定数差をΔβとし、かつ、第1光のTE成分の多モード干渉光導波路の伝播後の干渉次数をm(ただし、mは正の整数)とし、
(ii)第1光のTM成分における0次モード光と1次モード光の伝播定数差をΔβとし、かつ、第1光のTM成分の多モード干渉光導波路の伝播後の干渉次数をm(ただし、mは正の整数)とし、
(iii)第2光のTE成分における0次モード光と1次モード光の伝播定数差をΔβとし、かつ、第2光のTE成分の多モード干渉光導波路の伝播後の干渉次数をm(ただし、mは正の整数)とし、
(iv)第2光のTM成分における0次モード光と1次モード光の伝播定数差をΔβとし、かつ、第2光のTM成分の多モード干渉光導波路の伝播後の干渉次数をm(ただし、mは正の整数)とするとき、
多モード干渉光導波路での干渉条件を与える下記式(A)〜(D)が成立し、m=mかつm=m、及び、mとmとの差を奇数するのがよい。
Δβ=mπ・・・(A)
Δβ=mπ・・・(B)
Δβ=mπ・・・(C)
Δβ=mπ・・・(D)
According to yet another preferred embodiment of the polarization-independent optical wavelength filters as described above, the overall length is the distance between the first and second side of the multimode interference optical waveguide (i) and L a, first the propagation constant difference of the zero-order mode light and first-order mode light in the TE component of the first light and [Delta] [beta] 1, and the interference order after propagation of the multimode interference optical waveguide TE component of the first light m 1 (provided that m 1 is a positive integer)
(Ii) the propagation constant difference of the zero-order mode light and first-order mode light in the TM component of the first light and [Delta] [beta] 2, and the interference order after propagation of the multimode interference optical waveguide of the TM component of the first light m 2 (where m 2 is a positive integer)
(Iii) the propagation constant difference of the zero-order mode light and first-order mode light in the TE component of the second light and [Delta] [beta] 3, and the interference order after propagation of the multimode interference optical waveguide TE component of the second light m 3 (where m 3 is a positive integer)
(Iv) the propagation constant difference of the zero-order mode light and first-order mode light in the TM component of the second light and [Delta] [beta] 4, and the interference order after propagation of the multimode interference optical waveguide of the TM component of the second light m 4 (where m 4 is a positive integer)
The following equations (A) to (D) that give the interference conditions in the multimode interference optical waveguide are established, and m 1 = m 2 and m 3 = m 4 and the difference between m 1 and m 3 is odd. Is good.
Δβ 1 L a = m 1 π ··· (A)
Δβ 2 L a = m 2 π ··· (B)
Δβ 3 L a = m 3 π ··· (C)
Δβ 4 L a = m 4 π ··· (D)

上述した偏波無依存型光波長フィルタのさらにまた別の好適な実施態様によれば、第1光の波長を1.31μmとし、及び、第2光の波長を1.49μmとした場合に、多モード干渉光導波路の厚みtと幅Wとが下記式(E)及び(F)を満たすのがよい。
t≧0.25μmの場合:W=42(t−0.25)1.48+1.15・・・(E)
t<0.25μmの場合:1.1<W<1.15・・・(F)
According to still another preferred embodiment of the polarization-independent optical wavelength filter described above, when the wavelength of the first light is 1.31 μm and the wavelength of the second light is 1.49 μm, It is preferable that the thickness t and the width W of the multimode interference optical waveguide satisfy the following expressions (E) and (F).
When t ≧ 0.25 μm: W = 42 (t−0.25) 1.48 + 1.15 (E)
When t <0.25 μm: 1.1 <W <1.15 (F)

この発明の光合分波素子は、上述の偏波無依存型波長フィルタを用いていて、第1光が第2光導波路から入力されて、多モード干渉光導波路を経て第1光導波路から出力され、第2光が第1光導波路から入力されて、多モード干渉光導波路を経て第3光導波路から出力される。   The optical multiplexing / demultiplexing device of the present invention uses the above-described polarization-independent wavelength filter, and the first light is input from the second optical waveguide and output from the first optical waveguide through the multimode interference optical waveguide. The second light is input from the first optical waveguide and output from the third optical waveguide via the multimode interference optical waveguide.

この発明のマッハツェンダ干渉器は、上述の偏波無依存型光波長フィルタを利用していて、偏波無依存型光波長フィルタと、光カプラと、偏波無依存型光波長フィルタ及び光カプラを光学的に接続する第1及び第2アーム光導波路とを備えている。   The Mach-Zehnder interferometer of the present invention uses the polarization-independent optical wavelength filter described above, and includes a polarization-independent optical wavelength filter, an optical coupler, a polarization-independent optical wavelength filter, and an optical coupler. First and second arm optical waveguides that are optically connected are provided.

光カプラは、偏波無依存型光波長フィルタにおける第1軸を対称軸として第3光導波路と線対称な位置に第4光導波路が更に設けられて構成されている。   The optical coupler is configured by further providing a fourth optical waveguide at a position line-symmetric with the third optical waveguide with the first axis in the polarization-independent optical wavelength filter as the axis of symmetry.

第1アーム光導波路は、偏波無依存型光波長フィルタの第2光導波路と、光カプラの第1光導波路とを接続している。   The first arm optical waveguide connects the second optical waveguide of the polarization-independent optical wavelength filter and the first optical waveguide of the optical coupler.

第2アーム光導波路は、偏波無依存型光波長フィルタの第3光導波路と、光カプラの第4光導波路とを接続している。   The second arm optical waveguide connects the third optical waveguide of the polarization-independent optical wavelength filter and the fourth optical waveguide of the optical coupler.

そして、第1及び第2アーム光導波路の光伝播方向に直交する横断面形状が正方形状であり、かつ、第1及び第2アーム光導波路の光路長が異なっている。   And the cross-sectional shape orthogonal to the light propagation direction of the first and second arm optical waveguides is square, and the optical path lengths of the first and second arm optical waveguides are different.

上述のマッハツェンダ干渉器の好適な実施態様によれば、偏波無依存型光波長フィルタ及び光カプラの両者において、多モード干渉光導波路を伝播した後の第1光及び第2光の干渉次数を一方は半整数であり他方は偶数とするように、偏波無依存型光波長フィルタ及び光カプラの全長が決定されているのがよい。   According to the preferred embodiment of the Mach-Zehnder interferometer described above, the interference order of the first light and the second light after propagating through the multimode interference optical waveguide is determined in both the polarization-independent optical wavelength filter and the optical coupler. The total length of the polarization-independent optical wavelength filter and the optical coupler is preferably determined so that one is a half integer and the other is an even number.

上述のマッハツェンダ干渉器の別の好適な実施態様によれば、偏波無依存型光波長フィルタ及び光カプラの両者において、多モード干渉光導波路を伝播した後の第1光及び第2光の干渉次数を両者とも半整数とするように光カプラの全長が決定されているのがよい。   According to another preferred embodiment of the Mach-Zehnder interferometer described above, the interference between the first light and the second light after propagating through the multimode interference optical waveguide in both the polarization-independent optical wavelength filter and the optical coupler. It is preferable that the total length of the optical coupler is determined so that both orders are half integers.

この発明は、上述のような構成上の特徴を有している。その結果、多モード干渉光導波路を用いたSi製の作成容易な偏波無依存型光波長フィルタが得られる。さらに、この偏波無依存型光波長フィルタを利用した光合分波素子及びマッハツェンダ干渉器が得られる。   The present invention has the structural features as described above. As a result, a polarization-independent optical wavelength filter made of Si and using a multimode interference optical waveguide can be obtained. Furthermore, an optical multiplexing / demultiplexing device and a Mach-Zehnder interferometer using this polarization-independent optical wavelength filter can be obtained.

実施形態1の偏波無依存型光波長フィルタの構成を概略的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a configuration of a polarization-independent optical wavelength filter according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1の偏波無依存型光波長フィルタの構成を概略的に示す平面図である。2 is a plan view schematically showing a configuration of a polarization-independent optical wavelength filter according to Embodiment 1. FIG. 実施形態1の偏波無依存型光波長フィルタにおいて、クラッドとしてSiOを用い、第1光の波長を1.31μmとし、及び第2光の波長を1.49μmとした場合に、多モード干渉光導波路を偏波無依存とする幅と厚みとの関係を説明するための特性図である。In the polarization-independent optical wavelength filter of the first embodiment, when SiO 2 is used as the cladding, the wavelength of the first light is 1.31 μm, and the wavelength of the second light is 1.49 μm, multimode interference It is a characteristic view for demonstrating the relationship between the width | variety and thickness which make an optical waveguide polarization independent. 実施形態1の光波長フィルタにおいて、多モード干渉光導波路における混合光の伝播径路の一例を模式的に示した模式図である。In the optical wavelength filter of Embodiment 1, it is the schematic diagram which showed typically an example of the propagation path of the mixed light in a multimode interference optical waveguide. 実施形態1の光波長フィルタにおいて、数値計算により求めた、多モード干渉光導波路の全長と干渉次数との関係を説明するための特性図である。In the optical wavelength filter of Embodiment 1, it is a characteristic view for demonstrating the relationship between the full length of a multimode interference optical waveguide and the interference order calculated | required by numerical calculation. 実施形態1の光波長フィルタの波長分離特性の説明に供する特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram for explaining wavelength separation characteristics of the optical wavelength filter according to the first embodiment. 光合分波素子の構成を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows the structure of an optical multiplexing / demultiplexing device roughly. 実施形態2のマッハツェンダ干渉器の構造を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the structure of the Mach-Zehnder interferometer of Embodiment 2. 実施形態2のマッハツェンダ干渉器に光波長フィルタと光カプラを適用した場合の、数値計算により求めた、光波長フィルタと光カプラの全長と干渉次数との関係を説明するための特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram for explaining the relationship between the total length of the optical wavelength filter and the optical coupler and the interference order obtained by numerical calculation when the optical wavelength filter and the optical coupler are applied to the Mach-Zehnder interferometer of Embodiment 2. 実施形態2のマッハツェンダ干渉器の波長分離特性の説明に供する特性図である。It is a characteristic view with which it uses for description of the wavelength separation characteristic of the Mach-Zehnder interferometer of Embodiment 2. (A)は、第1変形例の第1光学素子の構造を概略的に示す平面図であり、及び(B)は、第2変形例の第2光学素子の構造を概略的に示す平面図である。(A) is a top view which shows roughly the structure of the 1st optical element of a 1st modification, and (B) is a top view which shows the structure of the 2nd optical element of a 2nd modification schematically. It is. 第1変形例の第1光学素子の動作の説明に供する特性図である。It is a characteristic view with which it uses for description of operation | movement of the 1st optical element of a 1st modification.

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。なお、各図は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Each drawing schematically shows the shape, size, and arrangement relationship of each component to the extent that the present invention can be understood. Moreover, although the preferable structural example of this invention is demonstrated hereafter, the material of each component, a numerical condition, etc. are only a suitable example. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to a common component and the description may be abbreviate | omitted.

(実施形態1)
以下、図1〜図6を参照して、実施形態1の偏波無依存型光波長フィルタ(以下、単に「光波長フィルタ」と称する。)について説明する。
(Embodiment 1)
The polarization-independent optical wavelength filter (hereinafter simply referred to as “optical wavelength filter”) according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS.

(構造)
図1は、この実施形態の光波長フィルタの構成を概略的に示す斜視図である。図2は、この実施形態の光波長フィルタの構成を概略的に示す平面図である。なお、図1及び図2において、光波長フィルタ10はクラッド14に埋設されているために、直接目視することはできないが、その存在を強調して示すために、実線で描いて示してある。
(Construction)
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of the optical wavelength filter of this embodiment. FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of the optical wavelength filter of this embodiment. In FIGS. 1 and 2, the optical wavelength filter 10 is embedded in the clad 14 and cannot be directly observed, but is drawn with a solid line to emphasize its presence.

図1及び図2を参照すると、光波長フィルタ10は、基板12の第1主面12a側にクラッド14に埋設されて(埋め込まれて)形成されていて、多モード干渉光導波路16と、第1光導波路18と、第2光導波路20と、第3光導波路22とを備えている。   Referring to FIGS. 1 and 2, the optical wavelength filter 10 is formed by being embedded (embedded) in the clad 14 on the first main surface 12a side of the substrate 12, and includes a multimode interference optical waveguide 16, One optical waveguide 18, a second optical waveguide 20, and a third optical waveguide 22 are provided.

基板12は、単結晶Siを材料として形成された平行平板である。   The substrate 12 is a parallel plate formed using single crystal Si as a material.

クラッド14は、基板12の第1主面12a上に、光波長フィルタ10を埋め込んで形成された、ほぼ平行平板状の層状体である。クラッド14は、屈折率nが1〜1.6の範囲の値を有する材料により形成される。この実施形態の場合には、クラッド14は、好ましくは、例えば屈折率nが1.46のSiOを材料とする。基板12の第1主面12aと多モード干渉光導波路16の下面16との間に介在するクラッド14の厚みは、好ましくは、例えば約1μm以上の大きさとする。これは、多モード干渉光導波路16を伝播する光の基板12への放射による損失を防ぐためである。 The clad 14 is a substantially parallel plate-like layered body formed by embedding the optical wavelength filter 10 on the first main surface 12 a of the substrate 12. The clad 14 is formed of a material having a refractive index n in the range of 1 to 1.6. In the case of this embodiment, the clad 14 is preferably made of, for example, SiO 2 having a refractive index n of 1.46. The thickness of the cladding 14 interposed between the lower surface 16 d of the first main surface 12a and the multimode interference optical waveguide 16 of the substrate 12 is preferably, for example, about 1μm or more in size. This is to prevent loss due to radiation of light propagating through the multimode interference optical waveguide 16 to the substrate 12.

多モード干渉光導波路16(以下、単に「多モード導波路16」と称する。)は、単結晶Siを用いて形成されていて、互いに平行に対向する第1及び第2側面16及び16と、互いに平行に対向する第3及び第4側面16及び16と、互いに平行に対向する上面16及び下面16とで囲まれた直方体状に形成されていて、図2の平面図に示すように、多モード導波路16の平面形状は矩形である。 Multimode interference optical waveguide 16 (hereinafter, simply referred to as "multi-mode waveguide 16".) Is, it is formed using a single crystal Si, first and second side surfaces 16 1 and 16 in parallel to oppose to each other 2 When, the third and fourth side surfaces 16 3 and 16 4 in parallel to oppose to each other, it is formed surrounded by rectangular parallelepiped with the upper surface 16 u and the lower surface 16 d parallel to oppose to each other, the plan view of FIG. 2 As shown, the planar shape of the multimode waveguide 16 is rectangular.

詳しくは後述するが、多モード導波路16は、1.2〜1.6μmの波長範囲の中から選択された互いに波長の異なる第1光L1及び第2光L2の混合光LMを偏波無依存で波長分離する機能を有する。   As will be described in detail later, the multimode waveguide 16 does not polarize the mixed light LM of the first light L1 and the second light L2 having different wavelengths selected from the wavelength range of 1.2 to 1.6 μm. It has a function of wavelength separation depending on the dependence.

この実施形態では、第1光L1の波長を、好ましくは、例えば光加入者系通信分野で加入者側→局側通信に用いられる波長1.31μmとするのがよい。そして、第1光L1のTE成分及びTM成分を、それぞれL1TE及びL1TMと表す。 In this embodiment, the wavelength of the first light L1 is preferably set to, for example, a wavelength of 1.31 μm used for subscriber side → station side communication in the optical subscriber communication field. The TE component and TM component of the first light L1 are represented as L1 TE and L1 TM , respectively.

また、第2光L2の波長を、好ましくは、例えば光加入者系通信分野で局側→加入者側通信に用いられる波長1.49μmとするのがよい。そして、第2光L2のTE成分及びTM成分を、それぞれL2TE及びL2TMと表す。 Further, the wavelength of the second light L2 is preferably set to a wavelength of 1.49 μm, for example, used for communication from the station side to the subscriber side in the optical subscriber communication field. The TE component and TM component of the second light L2 are represented as L2 TE and L2 TM , respectively.

ここで、多モード導波路16の、後述する光伝播方向に沿った長さ、すなわち第1及び第2側面16及び16の間の距離を全長Lとする。また、この全長Lに沿う方向を「長さ方向」又は「光伝播方向」と称する。 Here, the multi-mode waveguide 16, the length along the light propagation direction to be described later, i.e., the distance between the first and second side surfaces 16 1 and 16 2 and the total length L a. Further, the direction along this entire length L a is referred to as "lengthwise direction" or "direction of light propagation."

同様に、多モード導波路16の、光伝播方向に直交しかつ基板12の第1主面12aに平行な方向の距離、すなわち第3及び第4側面16及び16の間の距離を幅Wとする。また、幅Wに沿う方向を「幅方向」と称する。 Similarly, the multimode waveguide 16, parallel to the direction of the distance to the first main surface 12a of the perpendicular to the light propagation direction and the substrate 12, that is, the width of the distance between the third and fourth side surfaces 16 3 and 16 4 W. A direction along the width W is referred to as a “width direction”.

また、多モード導波路16の、第1主面12aに垂直な方向に測った距離、すなわち上面16及び下面16の間の距離を厚みtとする。また、厚みtに沿う方向を「厚み方向」と称する。 Further, the multimode waveguide 16, the distance measured in the direction perpendicular to the first main surface 12a, that is, the distance between the upper surface 16 u and the lower surface 16 d and thickness t. A direction along the thickness t is referred to as a “thickness direction”.

また、第1側面16の幅方向の中点と、第2側面16の幅方向の中点とを通る直線を中心軸C0とする。また、第3側面16の長さ方向の中点と、第4側面16の長さ方向の中点とを通る直線を第1軸C1とする。さらに、上面16の2本の対角線の交差点、すなわち中心軸C0と第1軸C1との交差点を中心点Pとする(図2参照)。 Further, the center axis C0 and the midpoint of the first side surface 16 1 in the width direction, a straight line passing through the midpoint of the second side surface 16 2 in the width direction. Further, the third side surface 16 3 of the midpoint in the longitudinal direction, the first axis C1 of the line passing through the midpoint of the fourth side 16 4 in the longitudinal direction. Further, an intersection of two diagonal lines on the upper surface 16 u , that is, an intersection of the central axis C0 and the first axis C1 is defined as a central point P (see FIG. 2).

詳しくは後述するが、多モード導波路16は、第1光L1及び第2光L2を偏波無依存で波長分離するために、厚みtと幅Wとをクラッド14の屈折率nに対して最適化してある。   As will be described in detail later, the multimode waveguide 16 has a thickness t and a width W with respect to the refractive index n of the cladding 14 in order to separate the wavelength of the first light L1 and the second light L2 without depending on the polarization. Optimized.

より具体的には、厚みtは、好ましくは、例えば約0.2〜0.4μmの範囲の値の中から設計に応じて好適な値を選択する。この実施形態の場合には、厚みtは、約0.3μmとするのがよい。   More specifically, the thickness t is preferably selected from a value in the range of about 0.2 to 0.4 μm, for example, according to the design. In the case of this embodiment, the thickness t is preferably about 0.3 μm.

同様に、幅Wは、好ましくは、例えば約1.0〜3.7μmの範囲の値の中から設計に応じて好適な値を選択するのがよい。この実施形態の場合には、幅Wは、約1.65μmとする。   Similarly, for the width W, it is preferable to select a suitable value from the range of, for example, about 1.0 to 3.7 μm according to the design. In the case of this embodiment, the width W is about 1.65 μm.

多モード導波路16の厚みtと幅Wを上述した範囲内の値とすることにより、クラッド14の屈折率nが1〜1.6の場合に、多モード導波路16は第1光及び第2光L1及びL2を偏波無依存で伝播させることができる。   By setting the thickness t and the width W of the multimode waveguide 16 to values within the above-described range, when the refractive index n of the clad 14 is 1 to 1.6, the multimode waveguide 16 has the first light and the first light. The two lights L1 and L2 can be propagated without depending on the polarization.

そして、多モード導波路16において、クラッド14の屈折率nと、幅Wと、厚みtとの間には、屈折率nが大きくなると共に幅Wが大きくなり、かつ、厚みtが大きくなると共に幅Wが大きくなる関係が成り立つ。なお、この理由については、(設計条件)の項で詳述する。   In the multimode waveguide 16, between the refractive index n, the width W, and the thickness t of the clad 14, the refractive index n increases, the width W increases, and the thickness t increases. The relationship that the width W increases is established. This reason will be described in detail in the section of (Design conditions).

より詳細には、この実施形態のように、クラッド14として屈折率nが1.46のSiOを用い、第1光L1の波長を1.31μmとし、及び第2光L2の波長を1.49μmとした場合に、多モード導波路16の厚みtと幅Wとは、下記式(1)及び式(2)を満たすように設計されている。図3は、厚みtと幅Wとの関係を示す特性図である。なお、詳しくは(設計条件)の項で後述するが、図3は、多モード導波路16を伝播する各成分L1TE,L1TM,L2TE及びL2TMが感じる等価屈折率を、有限要素法を用いて計算することにより得られた。そして、式(1)及び(2)は、図3に対して近似曲線を当てはめることにより導出した。 More specifically, as in this embodiment, SiO 2 having a refractive index n of 1.46 is used as the clad 14, the wavelength of the first light L1 is 1.31 μm, and the wavelength of the second light L2 is 1. When the thickness is 49 μm, the thickness t and the width W of the multimode waveguide 16 are designed to satisfy the following expressions (1) and (2). FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness t and the width W. Although details will be described later in (Design Conditions), FIG. 3 shows the equivalent refractive index felt by each of the components L1 TE , L1 TM , L2 TE and L2 TM propagating through the multimode waveguide 16 by the finite element method. It was obtained by calculating using Equations (1) and (2) were derived by fitting an approximate curve to FIG.

t≧0.25μmの場合:W=42(t−0.25)1.48+1.15・・・(1)
t<0.25μmの場合:1.1<W<1.15・・・(2)
なお、式(1)及び式(2)については後述する。
When t ≧ 0.25 μm: W = 42 (t−0.25) 1.48 + 1.15 (1)
When t <0.25 μm: 1.1 <W <1.15 (2)
Expressions (1) and (2) will be described later.

このようにクラッド14として屈折率nが1.46のSiOを用い、厚みtと幅Wとを式(1)及び式(2)を満たす値とすることにより、多モード導波路16は、第1光L1と第2L2光とを偏波無依存で伝播させることができる。 In this way, by using SiO 2 having a refractive index n of 1.46 as the clad 14 and setting the thickness t and the width W to values satisfying the expressions (1) and (2), the multimode waveguide 16 is The first light L1 and the second L2 light can be propagated without depending on the polarization.

また、厚みtと幅Wとを式(1)及び式(2)を満たす値とすることにより、第1光L1のTE成分L1TE及びTM成分L1TMと、第2光L2のTE成分L2TE及びTM成分L2TMとは、多モード導波路16内で0次モード光及び1次モード光のみが励起される。その結果、2次以上の高次モード光の干渉条件を考慮する必要がなくなり、全長Lの決定に当たり、後述する式(3)〜式(6)を適用できる。 Further, by setting the thickness t and the width W to values satisfying the expressions (1) and (2), the TE component L1 TE and the TM component L1 TM of the first light L1, and the TE component L2 of the second light L2 With TE and TM component L2 TM , only the 0th-order mode light and the 1st-order mode light are excited in the multimode waveguide 16. As a result, there is no need to consider the interference condition of the second- or higher-order mode light, per the determination of the overall length L a, can apply the expression (3) to (6) described later.

多モード導波路16の全長Lは、この実施形態の場合には、好ましくは、例えば約23.5μmとするのがよい。詳しくは後述するが、多モード導波路16の全長Lは、第1光L1と第2光L2とを波長分離する能力に関わっており、後述する式(3)〜式(6)を用いて決定する。 Overall length L a of the multimode waveguide 16 in the case of this embodiment, preferably, it is for example to about 23.5. Although details will be described later, the total length L a of the multimode waveguide 16 are engaged with the first light L1 and the second light L2 in the ability to wavelength separation, using later-described equation (3) to formula (6) To decide.

第1光導波路18は、テーパ状の平面型光導波路であり、その幅広側の一端が、接続部18aにおいて多モード導波路16の第1側面16に一体に接続され、及び、幅狭側の他端が、第1入出力用光導波路24に一体に接続されている。 The first optical waveguide 18 is tapered planar optical waveguides, one end of the wide side, are connected together at a connection 18a to the first side 16 1 of the multimode waveguide 16, and the narrow side the other end is integrally connected to the first input-output optical waveguide 24 1.

より詳細には、第1光導波路18は、図2の平面図に示すように、その平面形状は二等辺三角形状となっている。従って、この第1光導波路18は、光伝播方向に直交しかつ基板12の第1主面12aに平行な方向に測った幅が、多モード導波路16から離れた側から多モード導波路16との接続部18aに向かうにつれて、接続部18aを底辺として直線的に拡大している。すなわち、第1光導波路18の平面形状は、第1入出力用光導波路24に接続された他端を短尺な上底として、第1側面16に接続された接続部18aを長尺な下底とする等脚台形状である(図2参照)。 More specifically, as shown in the plan view of FIG. 2, the planar shape of the first optical waveguide 18 is an isosceles triangle. Accordingly, the first optical waveguide 18 has a width measured in a direction perpendicular to the light propagation direction and parallel to the first main surface 12a of the substrate 12 from the side away from the multimode waveguide 16. As it goes to the connecting part 18a, the connecting part 18a is linearly enlarged with the bottom side. That is, the planar shape of the first optical waveguide 18, the other end connected first to the input and output optical waveguide 24 1 as short as the upper base, the connected connection part 18a to the first side 16 1 elongated It is an isosceles trapezoid shape which makes a bottom bottom (refer FIG. 2).

第1光導波路18は、中心軸C0から第4側面16の側にずれた位置に接続されている。また、第1光導波路18の厚みは、多モード導波路16と同様にtとする。第1光導波路18の長さ方向の全長Lioは、伝播光のモード変換によるロスを防ぐために、5μm以上の長さとすることが好ましい。この実施形態では、第1光導波路18の全長Lioは、好ましくは、例えば約5μmとする。 The first optical waveguide 18 is from the central axis C0 is connected to a position shifted to the side of the fourth side surface 16 4. Further, the thickness of the first optical waveguide 18 is t as in the multimode waveguide 16. The total length L io in the length direction of the first optical waveguide 18 is preferably 5 μm or more in order to prevent loss due to mode conversion of propagating light. In this embodiment, the total length L io of the first optical waveguide 18 is preferably about 5 μm, for example.

また、第1光導波路18の最大幅、すなわち接続部18aにおける幅は、多モード導波路16の幅Wの1/2未満の値の中から、設計に応じて好適な値を選択する。   The maximum width of the first optical waveguide 18, that is, the width at the connection portion 18 a is selected from a value less than ½ of the width W of the multimode waveguide 16 according to the design.

詳しくは後述するが、第1光導波路18には第1入出力用光導波路24を伝播された混合光LMが入力され、第1光導波路18内を多モード導波路16に向けて伝播する。 Details will be described later, the first optical waveguide 18 is input mixed light LM propagated the optical waveguide 24 1 for the first input, propagates toward the inside first optical waveguide 18 to the multimode waveguide 16 .

なお、第1光導波路18に接続された第1入出力用光導波路24は、光波長フィルタ10に光を入出力するためのシングルモード光導波路であり、光伝播方向に直交する横断面形状は、例えば、幅が0.3μm及び厚みが0.3μmの正方形状とする。 The first input-output optical waveguide 24 1 connected to the first optical waveguide 18 is a single mode optical waveguide for inputting and outputting light to the light wavelength filter 10, the cross-sectional shape perpendicular to the light propagation direction Is, for example, a square having a width of 0.3 μm and a thickness of 0.3 μm.

第2光導波路20は、幅広の一端が、接続部20aにおいて多モード導波路16の第2側面16に一体に接続され、及び、幅狭の他端が、第2入出力用光導波路24に一体に接続されたテーパ状の平面型光導波路である。第2光導波路20の形状は、その最大幅を除いて第1光導波路18と同形状とする。 The second optical waveguide 20, wide end, connection portion 20a is integrally connected to the second side surface 16 2 of the multimode waveguide 16 in, and the width and the other end of the narrow is the second input-output optical waveguide 24 2 is a tapered planar optical waveguide that is integrally connected to 2 . The shape of the second optical waveguide 20 is the same as that of the first optical waveguide 18 except for its maximum width.

第2光導波路20は、第1軸C1を対称軸として、多モード導波路16を挟んで第1光導波路18と線対称な位置に設けられている。   The second optical waveguide 20 is provided at a position line-symmetric with the first optical waveguide 18 with the first axis C1 as the axis of symmetry, with the multimode waveguide 16 interposed therebetween.

第2光導波路20の最大幅、すなわち接続部20aにおける幅は、多モード導波路16の幅Wの1/2未満の値の中から、設計に応じて好適な値を選択する。この最大幅を上述の範囲の中でできるだけ大きくすることにより、第2側面16に至った第1光L1の集光効率が増加する。 The maximum width of the second optical waveguide 20, that is, the width at the connection portion 20 a is selected from a value less than ½ of the width W of the multimode waveguide 16 according to the design. By maximize the maximum width within the range described above, the collection efficiency of the first light L1 that has reached the 2 second side 16 is increased.

詳しくは後述するが、第2光導波路20には多モード導波路16により波長分離された第1光L1が入力され、第2入出力用光導波路24に向けて伝播する。 Details will be described later, the second optical waveguide 20 first light L1 whose wavelength is separated by the multi-mode waveguide 16 is input to propagate toward the second output optical waveguide 24 2.

なお、第2光導波路20に接続された第2入出力用光導波路24は、光波長フィルタ10に光を入出力するためのシングルモード光導波路であり、第1入出力用光導波路24と同様の横断面形状を有している。 Note that the second output optical waveguide 24 2 connected to the second optical waveguide 20 is a single mode optical waveguide for inputting and outputting light to the light wavelength filter 10, first input-output optical waveguide 24 1 It has the same cross-sectional shape.

第3光導波路22は、幅広の一端が、接続部22aにおいて多モード導波路16の第2側面16に光学的に接続され、及び、幅狭の他端が、第3入出力用光導波路24に一体に接続されたテーパ状の平面型光導波路である。第3光導波路22の形状は、第2光導波路20と同形状とする。 Third optical waveguide 22 is wide at one end, at the connecting portion 22a is connected to the second side surface 16 2 of the multimode waveguide 16 optically, and the width and the other end of the narrow is the third input-output optical waveguide 24 3 is connected to tapered planar optical waveguides together. The shape of the third optical waveguide 22 is the same as that of the second optical waveguide 20.

第3光導波路22は、中心点Pを対称中心として、多モード導波路16を挟んで第1光導波路18と点対称な位置に設けられている。別言すれば、第3光導波路22は、中心軸C0を対称軸として、第2光導波路20と線対称な位置に設けられている。   The third optical waveguide 22 is provided at a point-symmetrical position with respect to the first optical waveguide 18 with the multimode waveguide 16 sandwiched between the center point P and the center of symmetry. In other words, the third optical waveguide 22 is provided at a position symmetrical to the second optical waveguide 20 with the central axis C0 as the axis of symmetry.

第3光導波路22の最大幅、すなわち接続部22aにおける幅は、多モード導波路16の幅Wの1/2未満の値の中から、設計に応じて好適な値を選択する。この最大幅を上述の範囲の中でできるだけ大きくすることにより、第2側面16に至った第2光L2の集光効率が増加する。 For the maximum width of the third optical waveguide 22, that is, the width at the connection portion 22a, a suitable value is selected from values less than ½ of the width W of the multimode waveguide 16 according to the design. By as large as possible within the scope of this maximum width above, the collection efficiency of the second light L2 which has reached the 2 second side 16 is increased.

詳しくは後述するが、第3光導波路22には、多モード導波路16により波長分離された第2光L2が入力され、第3入出力用光導波路24に向けて伝播する。 Although this will be described in detail later, the third optical waveguide 22, the second light L2 is input which is wavelength-separated by the multimode waveguide 16 and propagates toward the third input-output optical waveguide 24 3.

なお、第3光導波路22に接続された第3入出力用光導波路24は、光波長フィルタ10に光を入出力するためのシングルモード光導波路であり、第1入出力用光導波路24と同様の横断面形状を有している。 The third input-output optical waveguide 24 3 connected to the third optical waveguide 22 is a single mode optical waveguide for inputting and outputting light to the light wavelength filter 10, first input-output optical waveguide 24 1 It has the same cross-sectional shape.

ここで、第2及び第3光導波路20及び22の間の間隙Gについて説明する。第2光導波路20の接続部20aと、第3光導波路22の接続部22aとの間には、間隙Gが存在している。この間隙Gは、光波長フィルタ10の製造上、不可避的に形成されるものである。この間隙Gからは、第2側面16に到達した第1光L1及び第2光L2が光波長フィルタ10外に漏れ出してしまう。よって、間隙Gの幅はできるだけ小さくする必要がある。この実施形態の場合には、間隙Gの幅は、好ましくは、例えば半導体製造プロセスにおける製造限界寸法である0.3μmとする。 Here, the gap G between the second and third optical waveguides 20 and 22 will be described. A gap G exists between the connection portion 20 a of the second optical waveguide 20 and the connection portion 22 a of the third optical waveguide 22. This gap G is inevitably formed in the production of the optical wavelength filter 10. From the gap G, the first light L 1 and the second light L 2 that have reached the second side surface 162 leak out of the optical wavelength filter 10. Therefore, it is necessary to make the width of the gap G as small as possible. In the case of this embodiment, the width of the gap G is preferably set to 0.3 μm, which is a manufacturing limit dimension in a semiconductor manufacturing process, for example.

(動作)
次に、図4を参照して光波長フィルタ10の動作について説明する。
(Operation)
Next, the operation of the optical wavelength filter 10 will be described with reference to FIG.

図4は、多モード導波路16における混合光LMの伝播経路の一例を模式的に示した図である。なお、図4においては、図の複雑化を回避するために、基板12及びクラッド14の図示を省略している。図4中で一点破線で示す曲線Iは、第1光L1の伝播経路を示し及び、実線で示す曲線IIは、第2光L2の伝播経路を示している。   FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an example of the propagation path of the mixed light LM in the multimode waveguide 16. In FIG. 4, the substrate 12 and the clad 14 are not shown in order to avoid complication of the drawing. In FIG. 4, a curved line I indicated by a one-dot broken line indicates a propagation path of the first light L1, and a curved line II indicated by a solid line indicates a propagation path of the second light L2.

第1光L1及び第2光L2、より詳細には、第1光L1の2成分L1TE及びL1TMと、第2光L2の2成分L2TE及びL2TMとが混合した混合光LMは、第1光導波路18から多モード導波路16へと入力される。そして、多モード導波路16を伝播する過程で、混合光LMの成分L1TE,L1TM,L2TE及びL2TMごとに0次モード光と1次モード光とが励起される。 The mixed light LM obtained by mixing the first light L1 and the second light L2, more specifically, the two components L1 TE and L1 TM of the first light L1 and the two components L2 TE and L2 TM of the second light L2, Input from the first optical waveguide 18 to the multimode waveguide 16. In the process of propagating through the multimode waveguide 16, the 0th-order mode light and the first-order mode light are excited for each of the components L1 TE , L1 TM , L2 TE and L2 TM of the mixed light LM.

ところで、多モード導波路16の幅Wと厚みtとは、クラッド14の屈折率nに対して最適化されており、その結果、多モード導波路16は、これら第1光L1及び第2光L2に対して偏波無依存となっている。そのため、多モード導波路16内部で、第1光L1の2偏波成分L1TE及びL1TMは、同一伝播経路を伝播する。同様に、多モード導波路16内部で、第2光L2の2偏波成分L2TE及びL2TMは、第1光L1とは異なる同一伝播経路を伝播する。よって、以降の説明では、特に必要がある場合を除き、成分L1TE,L1TM,L2TE及びL2TMごとの伝播経路を問題にせず、第1光L1及び第2光L2ごとの伝播経路について説明する。 By the way, the width W and the thickness t of the multimode waveguide 16 are optimized with respect to the refractive index n of the clad 14, and as a result, the multimode waveguide 16 has the first light L1 and the second light. It is independent of polarization with respect to L2. Therefore, in the multimode waveguide 16, the two polarization components L1 TE and L1 TM of the first light L1 propagate through the same propagation path. Similarly, in the multimode waveguide 16, the two polarization components L2 TE and L2 TM of the second light L2 propagate through the same propagation path different from the first light L1. Therefore, in the following description, unless specifically required, the propagation path for each of the components L1 TE , L1 TM , L2 TE and L2 TM does not matter, and the propagation path for each of the first light L1 and the second light L2 explain.

多モード導波路16において励起された0次モード光と1次モード光とは、互いに干渉しあいながら、多モード導波路16内部を第2側面16に向けて伝播していく。図4に示すように、0次モード光と1次モード光とが干渉する結果、第1光L1及び第2光L2は、それぞれ多モード導波路16を蛇行するような経路で伝播する。 The 0-order mode light and first-order mode light excited in the multimode waveguide 16, while interfere with each other, the internal multimode waveguide 16 and propagates toward the second side surface 16 2. As shown in FIG. 4, as a result of the interference between the 0th-order mode light and the 1st-order mode light, the first light L1 and the second light L2 propagate through paths that meander through the multimode waveguide 16, respectively.

図4に示す例では、曲線Iに示す第1光L1は、多モード導波路16において、伝播方向を6回変化させて第2光導波路20に出力される。また、曲線IIに示す第2光L2は、多モード導波路16において、伝播方向を7回変化させて第3光導波路22に出力される。   In the example illustrated in FIG. 4, the first light L <b> 1 indicated by the curve I is output to the second optical waveguide 20 while changing the propagation direction six times in the multimode waveguide 16. In addition, the second light L2 indicated by the curve II is output to the third optical waveguide 22 with the propagation direction changed seven times in the multimode waveguide 16.

第1光L1及び第2光L2ごとに伝播方向の変化回数が異なるのは、第1光L1及び第2光L2とでは、多モード導波路16における干渉の様子が異なるからである。これは、第1光L1及び第2光L2が感じる多モード導波路16の等価屈折率がそれぞれ異なることに由来する。   The reason why the number of changes in the propagation direction differs for each of the first light L1 and the second light L2 is that the state of interference in the multimode waveguide 16 differs between the first light L1 and the second light L2. This is because the equivalent refractive indexes of the multimode waveguide 16 felt by the first light L1 and the second light L2 are different from each other.

以降、第1光L1及び第2光L2の伝播方向が多モード導波路16の第3及び第4側面16及び16において大きく変化することを「蛇行」と称する。また、上述した伝播方向の変化回数を「蛇行回数」と称する。 Hereinafter referred to as "meander" that propagation direction of the first light L1 and the second light L2 is changed greatly in the third and fourth side surfaces 16 3 and 16 4 of the multimode waveguide 16. The number of changes in the propagation direction described above is referred to as “meander number of times”.

このように、多モード導波路16を伝播することにより、第1光(波長:1.31μm)と第2光(波長:1.49μm)の偏波無依存な波長分離が行われる。なお、光波長フィルタ10の設計条件については次項で説明する。   In this way, by propagating through the multimode waveguide 16, polarization-independent wavelength separation of the first light (wavelength: 1.31 μm) and the second light (wavelength: 1.49 μm) is performed. The design conditions for the optical wavelength filter 10 will be described in the next section.

(設計条件)
続いて、図3、図5及び図6を参照して、光波長フィルタ10、特に多モード導波路16の設計条件について説明する。
(Design condition)
Next, design conditions for the optical wavelength filter 10, particularly the multimode waveguide 16, will be described with reference to FIGS. 3, 5, and 6.

まず初めに、図3を参照して、多モード導波路16の幅Wと厚みtとの設計条件について説明する。   First, the design conditions for the width W and the thickness t of the multimode waveguide 16 will be described with reference to FIG.

図3は、クラッド14としてSiOを用い、第1光L1の波長を1.31μmとし、及び第2光L2の波長を1.49μmとした場合に、多モード導波路16を偏波無依存とする幅Wと厚みtとの関係を示す特性図である。図3において、縦軸は多モード導波路16の幅W(μm)を示し、横軸は多モード導波路16の厚みt(μm)を示す。なお、図3は、多モード導波路16を伝播する各成分L1TE,L1TM,L2TE及びL2TMが感じる等価屈折率を有限要素法を用いて計算することにより得られたものである。 FIG. 3 shows that the multimode waveguide 16 is independent of polarization when SiO 2 is used as the clad 14, the wavelength of the first light L1 is 1.31 μm, and the wavelength of the second light L2 is 1.49 μm. It is a characteristic view showing the relation between width W and thickness t. In FIG. 3, the vertical axis represents the width W (μm) of the multimode waveguide 16, and the horizontal axis represents the thickness t (μm) of the multimode waveguide 16. FIG. 3 is obtained by calculating the equivalent refractive index felt by each component L1 TE , L1 TM , L2 TE and L2 TM propagating through the multimode waveguide 16 using the finite element method.

図3に描かれた曲線Iによると、多モード導波路16においては、厚みtが大きくなるに従って幅Wが大きくなる関係が成り立っている。   According to the curve I depicted in FIG. 3, the multimode waveguide 16 has a relationship in which the width W increases as the thickness t increases.

なお、既に説明した式(1)及び式(2)は、図3に描かれた曲線Iに対して、2つの横軸区間(区間1)0.2〜0.25μmと、(区間2)0.25〜0.4μmとに対してそれぞれ近似曲線を当てはめることで得られたものである。   It should be noted that the formulas (1) and (2) already described have two horizontal axis sections (section 1) 0.2 to 0.25 μm (section 2) with respect to the curve I drawn in FIG. This is obtained by applying approximate curves to 0.25 to 0.4 μm.

図示はしていないが、クラッド14の屈折率nと多モード導波路16の幅Wとの間には、クラッド14の屈折率nが大きくなるほど多モード導波路16の幅Wが線形に大きくなるという関係が成り立つ。これは、クラッド14の屈折率nが大きくなるほど、多モード導波路16の実効屈折率が低下するためである。この実効屈折率の低下を抑制するために、クラッド14の屈折率nが大きくなったならば、それに対応して多モード導波路16のサイズ(幅Wと厚みt)を線形に大きくする必要がある。   Although not shown, between the refractive index n of the cladding 14 and the width W of the multimode waveguide 16, the width W of the multimode waveguide 16 increases linearly as the refractive index n of the cladding 14 increases. This relationship holds. This is because the effective refractive index of the multimode waveguide 16 decreases as the refractive index n of the cladding 14 increases. In order to suppress the decrease in the effective refractive index, if the refractive index n of the clad 14 increases, it is necessary to linearly increase the size (width W and thickness t) of the multimode waveguide 16 accordingly. is there.

このように、多モード導波路16の幅Wと厚みtとを上述の式(1)及び(2)に従うように設定し、及び多モード導波路16のサイズをクラッド14の屈折率nに対して適切に設定することにより、第1光L1及び第2光L2は、多モード導波路16中を偏波無依存で伝播する。   As described above, the width W and the thickness t of the multimode waveguide 16 are set so as to follow the above-described equations (1) and (2), and the size of the multimode waveguide 16 is set to the refractive index n of the clad 14. Accordingly, the first light L1 and the second light L2 propagate through the multimode waveguide 16 without depending on the polarization.

続いて、多モード導波路16の全長Lの設計条件について説明する。 The following describes the design condition of the total length L a of the multimode waveguide 16.

多モード導波路16の全長Lは、多モード導波路16中における第1光L1及び第2光L2の伝播経路(蛇行の様子)、すなわち干渉条件を勘案して決定する必要がある。 Overall length L a of the multimode waveguide 16, (state of meandering) the propagation path of the first light L1 and the second light L2 in the multimode waveguide 16, i.e. it is necessary to determine in consideration of interference conditions.

ここで、第1光L1のTE成分L1TEにおける0次モード光と1次モード光の伝播定数差をΔβとし、かつ、第1光L1のTE成分L1TEの多モード導波路16の伝播後の干渉次数をm(ただし、mは正の整数)とする。 Here, the propagation constant difference of the zero-order mode light and first-order mode light in the TE component L1 TE of the first light L1 and [Delta] [beta] 1, and, in the multimode waveguide 16 in the TE component L1 TE of the first light L1 propagates The subsequent interference order is m 1 (where m 1 is a positive integer).

同様に、第1光L1のTM成分L1TMにおける0次モード光と1次モード光の伝播定数差をΔβとし、かつ、第1光L1のTM成分L1TMの多モード導波路16の伝播後の干渉次数をm(ただし、mは正の整数)とする。 Similarly, the 0-order mode light and the propagation constant difference of the first-order mode light in the TM component L1 TM of the first light L1 and [Delta] [beta] 2, and, in the multimode waveguide 16 in the TM component L1 TM of the first light L1 propagates The subsequent interference order is m 2 (where m 2 is a positive integer).

また、第2光L2のTE成分L2TEにおける0次モード光と1次モード光の伝播定数差をΔβとし、かつ、第2光L2のTE成分L2TEの多モード導波路16の伝播後の干渉次数をm(ただし、mは正の整数)とする。 Further, the propagation constant difference of the zero-order mode light and first-order mode light in the TE component L2 TE of the second light L2 is [Delta] [beta] 3, and, after propagation of the multimode waveguide 16 in the TE component L2 TE of the second light L2 Is the interference order of m 3 (where m 3 is a positive integer).

さらに、第2光L2のTM成分L2TMにおける0次モード光と1次モード光の伝播定数差をΔβとし、かつ、第2光L2のTM成分L2TMの多モード導波路16の伝播後の干渉次数をm(ただし、mは正の整数)とする。 Furthermore, the propagation constant difference of the zero-order mode light and first-order mode light in the TM component L2 TM of the second light L2 is [Delta] [beta] 4, and, after propagation of the multimode waveguide 16 in the TM component L2 TM of the second light L2 Let m 4 be an interference order (where m 4 is a positive integer).

ここで、「多モード導波路16の伝播後の干渉次数」とは、第1光L1及び第2光L2が多モード導波路16内を伝播して第2側面16に到達した時点での干渉次数のことを示す。 Here, the "multi-interference order after propagation mode waveguide 16", at the time the first light L1 and the second light L2 reaches the 2 second side 16 propagates through the multimode waveguide 16 Indicates the order of interference.

すると、第1光L1及び第2光L2の干渉条件は、従来公知のモード伝播方程式をこの実施形態の光波長フィルタ10に適合させて得られた、以下の式(3)〜(6)で表される。
Δβ=mπ・・・(3)
Δβ=mπ・・・(4)
Δβ=mπ・・・(5)
Δβ=mπ・・・(6)
Then, the interference conditions of the first light L1 and the second light L2 are expressed by the following formulas (3) to (6) obtained by adapting a conventionally known mode propagation equation to the optical wavelength filter 10 of this embodiment. expressed.
Δβ 1 L a = m 1 π ··· (3)
Δβ 2 L a = m 2 π ··· (4)
Δβ 3 L a = m 3 π ··· (5)
Δβ 4 L a = m 4 π ··· (6)

このとき、多モード導波路16の全長Lは、(条件1)m=mかつm=m、及び、(条件2)mとmとの差が奇数となる、という2条件を満足するように決定する必要がある。 In this case, the total length L a of the multimode waveguide 16, (Condition 1) m 1 = m 2 and m 3 = m 4, and (condition 2) the difference between m 1 and m 3 is an odd number, that It is necessary to determine so as to satisfy two conditions.

以下、これらの条件の意味について説明する。干渉次数m〜mは、第1光L1及び第2光L2の各成分L1TE,L1TM,L2TE及びL2TMの多モード導波路16における蛇行回数をそれぞれ示すことが知られている。また、m〜mが整数であれば、第1光L1及び第2光L2の各成分L1TE,L1TM,L2TE及びL2TMは、m〜mの値に応じて第2及び第3光導波路20及び22の何れか一方に出力されることが知られている。 Hereinafter, the meaning of these conditions will be described. It is known that the interference orders m 1 to m 4 indicate the number of meanders in the multimode waveguide 16 of each of the components L1 TE , L1 TM , L2 TE and L2 TM of the first light L1 and the second light L2. . In addition, if m 1 to m 4 are integers, the components L1 TE , L1 TM , L2 TE and L2 TM of the first light L1 and the second light L2 are the second values according to the values of m 1 to m 4 . It is known that the signal is output to one of the third optical waveguides 20 and 22.

よって、m=mかつm=mなる条件は、第1光L1の各成分L1TE及びL1TMの多モード導波路16における蛇行回数が等しいこと、並びに、第2光L2の各成分L2TE及びL2TMの多モード導波路16における蛇行回数が等しいことをそれぞれ表している。 Therefore, the condition that m 1 = m 2 and m 3 = m 4 is that the number of meanders in the multimode waveguide 16 of each component L1 TE and L1 TM of the first light L1 is equal, and each of the second light L2 The numbers of meanders in the multimode waveguide 16 of the components L2 TE and L2 TM are equal.

また、m(=m)とm(=m)との差が奇数となるという条件は、m(=m)及びm(=m)のどちらか一方が奇数であり、残りの他方が偶数であることを表している。上述のように、m〜mは、多モード導波路16における第1光L1及び第2光L2の蛇行回数を表しているので、この条件を満たすことにより、第1光L1(L1TE及びL1TM)が奇数回蛇行するときに、第2光L2(L2TE及びL2TM)は偶数回蛇行する。逆に、第1光L1(L1TE及びL1TM)が偶数回蛇行するときに、第2光L2(L2TE及びL2TM)は奇数回蛇行する。 The difference condition that is an odd number of m 1 (= m 2) and m 3 (= m 4) is, m 1 (= m 2) and m 3 either the (= m 4) is an odd number Yes, and the other is an even number. As described above, m 1 to m 4 represent the number of meanders of the first light L 1 and the second light L 2 in the multimode waveguide 16, and therefore, by satisfying this condition, the first light L 1 (L 1 TE And L1 TM ) meander an odd number of times, the second light L2 (L2 TE and L2 TM ) meanders an even number of times. Conversely, when the first light L1 (L1 TE and L1 TM ) meanders an even number of times, the second light L2 (L2 TE and L2 TM ) meanders an odd number of times.

その結果、第1光L1と第2光L2とは、一方が第2光導波路20に出力されるときに他方は第3光導波路22へと出力され、また、一方が第3光導波路22に出力されるときに他方は第2光導波路20へと出力される。   As a result, one of the first light L1 and the second light L2 is output to the third optical waveguide 22 when one is output to the second optical waveguide 20, and the other is output to the third optical waveguide 22. When output, the other is output to the second optical waveguide 20.

より具体的には、m(=m)が偶数で、m(=m)が奇数の場合には、第1光L1は、多モード導波路16を偶数回蛇行して第2光導波路20へ出力され、かつ、第2光L2は、多モード導波路16を奇数回蛇行して第3光導波路22へ出力される。また、m(=m)が奇数でm(=m)が偶数の場合には、第1光L1は、多モード導波路16を奇数回蛇行して第3光導波路22へ出力され、かつ、第2光L2は、多モード導波路16を偶数回蛇行して第2光導波路20へ出力される。 More specifically, when m 1 (= m 2 ) is an even number and m 3 (= m 4 ) is an odd number, the first light L1 meanders through the multimode waveguide 16 an even number of times. The second light L2 is output to the optical waveguide 20 and output to the third optical waveguide 22 by meandering the multimode waveguide 16 an odd number of times. When m 1 (= m 2 ) is an odd number and m 3 (= m 4 ) is an even number, the first light L1 meanders the multimode waveguide 16 an odd number of times and is output to the third optical waveguide 22. In addition, the second light L <b> 2 meanders the multimode waveguide 16 an even number of times and is output to the second optical waveguide 20.

次に、図5を参照して、多モード導波路16の全長Lの設計条件について、より具体的に説明する。 Next, referring to FIG. 5, the design condition of the total length L a of the multimode waveguide 16 will be described more specifically.

図5は、上述の式(3)〜式(6)を有限要素法により数値計算することにより得られた特性図である。図5(A)は、この実施形態の多モード導波路16(幅W:1.65μm及び厚みt:0.3μm)についての計算結果である。図5(B)は、多モード導波路の幅Wを1.15μmとし、及び厚みtを0.22μmとした場合についての計算結果である。図5(A)及び(B)に共通して、縦軸は干渉次数m(無次元)を示し、及び横軸は全長L(μm)を示す。 FIG. 5 is a characteristic diagram obtained by numerically calculating the above formulas (3) to (6) by the finite element method. FIG. 5A shows the calculation results for the multimode waveguide 16 (width W: 1.65 μm and thickness t: 0.3 μm) of this embodiment. FIG. 5B shows the calculation result when the width W of the multimode waveguide is 1.15 μm and the thickness t is 0.22 μm. In common with FIGS. 5A and 5B, the vertical axis indicates the interference order m (dimensionless), and the horizontal axis indicates the total length L a (μm).

図5(A)には4本の直線が描かれている。直線Iは、第2光L2のTE成分L2TEの挙動を示している。直線IIは、第2光L2のTM成分L2TMの挙動を示している。直線IIIは、第1光L1のTE成分L1TEの挙動を示している。直線IVは、第1光L1のTM成分L1TMの挙動を示している。 In FIG. 5A, four straight lines are drawn. The straight line I shows the behavior of the TE component L2 TE of the second light L2. The straight line II shows the behavior of the TM component L2 TM of the second light L2. A straight line III indicates the behavior of the TE component L1 TE of the first light L1. A straight line IV indicates the behavior of the TM component L1 TM of the first light L1.

図5(A)を参照すると、直線I及び直線IIとは、Lが10〜30μmの範囲で干渉次数が非常によい一致を示している。また、直線IIIと直線IVも、Lが10〜30μmの範囲で干渉次数がよい一致を示している。これらのことから、第1光L1(直線III及び直線IV)及び第2光L2(直線I及び直線II)が、多モード導波路16内部で、偏波にほとんど依存することなく伝播していることがわかる。 Referring to FIG. 5 (A), and the straight line I and the straight line II, L a is the order of interference in the range of 10~30μm indicates a very good match. Further, the straight line III and the straight line IV also, L a indicates the order of interference is good agreement in the range of 10 to 30 [mu] m. For these reasons, the first light L1 (straight line III and straight line IV) and the second light L2 (straight line I and straight line II) propagate in the multimode waveguide 16 almost independent of polarization. I understand that.

図5(A)には、m〜mが整数であり、かつ、m(=m)とm(=m)との差が奇数となる条件を満たすLを矢印A〜Cで示している。つまり、多モード導波路16が偏波無依存で第1光L1と第2光L2とを波長分離できる全長Lを示している。 FIG The 5 (A), m 1 ~m 4 is an integer, and, m 1 (= m 2) and m 3 (= m 4) the difference between the is odd satisfies L a arrow A -C. That is, the multi-mode waveguide 16 indicates the total length L a of the first light L1 and the second light L2 can be wavelength separation in polarization independent.

この条件を満たすLは、10〜30μmのL範囲においては3点存在する。すなわち、矢印Aで示したL≒20μmの点、矢印Bで示したL≒23.5μmの点及び矢印Cで示したL≒27μmの点である。 This condition is satisfied L a is present three points in L a range of 10 to 30 [mu] m. That is, in terms of L a ≒ 20 [mu] m indicated by the arrow A, a point L a ≒ 27 [mu] m indicated by points and an arrow C in L a ≒ 23.5 indicated by the arrow B.

より詳細には、矢印AのL≒20μmにおいて、m(=m)≒5であり、m(=m)≒6である。また、矢印BのL≒23.5μmにおいて、m(=m)≒6であり、m(=m)≒7である。また、矢印CのL≒27μmにおいて、m(=m)≒7であり、m(=m)≒8である。 More specifically, when L a ≈20 μm of the arrow A, m 1 (= m 2 ) ≈5 and m 3 (= m 4 ) ≈6. Further, when L a ≈23.5 μm of the arrow B, m 1 (= m 2 ) ≈6 and m 3 (= m 4 ) ≈7. Further, when L a ≈27 μm of the arrow C, m 1 (= m 2 ) ≈7 and m 3 (= m 4 ) ≈8.

よって、この実施形態の多モード導波路16においては、全長LをL≒20μm、L≒23.5μm及びL≒27μmの何れかの値に設定することにより、第1光L1及び第2光L2を偏波無依存で波長分離することができる。 Thus, in the multimode waveguide 16 of this embodiment, by setting the overall length L a L a20μm, either of the values of L a ≒ 23.5 and L a ≒ 27 [mu] m, and the first light L1 The second light L2 can be wavelength-separated without depending on the polarization.

続いて図5(B)について説明する。   Next, FIG. 5B will be described.

既に説明した式(1)及び式(2)から、多モード導波路16の幅Wを1.15μmとし、及び厚みtを0.22μmとした多モード導波路についても、この実施形態の多モード導波路16と同様に、第1光L1及び第2光L2を偏波無依存で伝播できることが明らかとなった。そこで、この寸法の多モード導波路についても、第1光L1及び第2光L2を偏波無依存で波長分離できる多モード導波路の全長Lの算出を試みた。図5(B)の計算は、図5(A)の場合と同様に、有限要素法を用いて行った。 From the already described formulas (1) and (2), the multimode waveguide in which the width W of the multimode waveguide 16 is 1.15 μm and the thickness t is 0.22 μm is also applied to the multimode of this embodiment. As with the waveguide 16, it has become clear that the first light L1 and the second light L2 can propagate independently of the polarization. Therefore, for the multimode waveguide of this dimension, I tried to calculate the total length L a multimode waveguide the first light L1 and the second light L2 can be wavelength separation in polarization independent. The calculation in FIG. 5B was performed using the finite element method as in the case of FIG.

図5(B)には、4本の直線が描かれている。直線Iは、第2光L2のTE成分L2TEの挙動を示している。直線IIは、第2光L2のTM成分L2TMの挙動を示している。直線IIIは、第1光L1のTE成分L1TEの挙動を示している。直線IVは、第1光L1のTM成分L1TMの挙動を示している。 In FIG. 5B, four straight lines are drawn. The straight line I shows the behavior of the TE component L2 TE of the second light L2. The straight line II shows the behavior of the TM component L2 TM of the second light L2. A straight line III indicates the behavior of the TE component L1 TE of the first light L1. A straight line IV indicates the behavior of the TM component L1 TM of the first light L1.

図5(B)を参照すると、直線I及び直線IIとは、Lが20〜70μmの範囲で非常によい一致を示している。また、直線IIIと直線IVも、Laが20〜90μmの範囲でよい一致を示している。これらのことから、第1光L1(直線III及び直線IV)及び第2光L2(直線I及び直線II)が、多モード導波路内部で、偏波にほとんど依存することなく伝播していることがわかる。 Referring to FIG. 5 (B), and the straight line I and the straight line II, L a indicates very good match in the range of 20 to 70 m. Further, the straight line III and the straight line IV also indicate a good match when La is in the range of 20 to 90 μm. Therefore, the first light L1 (straight line III and straight line IV) and the second light L2 (straight line I and straight line II) propagate within the multimode waveguide almost without depending on the polarization. I understand.

図5(B)には、m〜mが整数であり、かつ、m(=m)とm(=m)との差が奇数となる条件を満たすLを矢印D〜Fで示している。 Figure. 5 (B), m 1 ~m 4 is is an integer, and, m 1 (= m 2) and m 3 (= m 4) the difference between the is odd satisfies L a the arrow D -F.

この条件を満たすLaは、20〜90μmのL範囲においては3点存在する。すなわち、矢印Dで示したL≒46μmの点、矢印Eで示したL≒52μmの点及び矢印Fで示したL≒60μmの点である。 This condition is satisfied La is present three points in L a range of 20~90Myuemu. That is, in terms of L a ≒ 46 [mu] m indicated by the arrow D, a point L a ≒ 60 [mu] m indicated by points and an arrow F of L a ≒ 52 .mu.m indicated by the arrow E.

より詳細には、矢印DのL≒46μmにおいて、m(=m)≒5であり、m(=m)≒6である。また、矢印EのL≒52μmにおいて、m(=m)≒6であり、m(=m)≒7である。また、矢印FのL≒60μmにおいて、m(=m)≒7であり、m(=m)≒8である。 More specifically, when L a ≈46 μm of the arrow D, m 1 (= m 2 ) ≈5 and m 3 (= m 4 ) ≈6. Further, when L a ≈52 μm of the arrow E, m 1 (= m 2 ) ≈6 and m 3 (= m 4 ) ≈7. Further, when L a ≈60 μm of the arrow F, m 1 (= m 2 ) ≈7 and m 3 (= m 4 ) ≈8.

(効果)
以下、図6を参照して、この実施形態の光波長フィルタ10の効果について説明する。
(effect)
Hereinafter, the effect of the optical wavelength filter 10 of this embodiment will be described with reference to FIG.

図6は、光波長フィルタ10の波長分離特性の説明に供する特性図である。図6において、縦軸は、第2及び第3光導波路20及び22から出力される第1光L1及び第2光L2の光強度(任意単位)を示し、横軸は波長(μm)を示している。   FIG. 6 is a characteristic diagram for explaining the wavelength separation characteristics of the optical wavelength filter 10. In FIG. 6, the vertical axis indicates the light intensity (arbitrary unit) of the first light L1 and the second light L2 output from the second and third optical waveguides 20 and 22, and the horizontal axis indicates the wavelength (μm). ing.

図6は、第1光導波路18から第1光L1及び第2光L2の混合光LM、すなわち偏波成分L1TE,L1TM,L2TE及びL2TMを入力し、第2及び第3光導波路20及び22のそれぞれにおいて検出される光の強度を、波長を変化させながら計算したものである。計算に当たっては、3次元FDTD(Finite Differrence Time Domain)法を用いた。また、波長フィルタ10を構成する単結晶Siの屈折率は3.5を採用した。また、多モード導波路16の幅Wを1.15μmとし、厚みtを0.25μmとし、及び全長Lを24μmとした。 FIG. 6 shows the input of the mixed light LM of the first light L1 and the second light L2, that is, the polarization components L1 TE , L1 TM , L2 TE and L2 TM from the first optical waveguide 18, and the second and third optical waveguides. The intensity of the light detected in each of 20 and 22 is calculated while changing the wavelength. In the calculation, a three-dimensional FDTD (Finite Difference Time Domain) method was used. The refractive index of single crystal Si constituting the wavelength filter 10 is 3.5. Further, the width W of the multimode waveguide 16 and 1.15 .mu.m, and the thickness t and 0.25 [mu] m, and the total length L a to a 24 [mu] m.

図6には4本の曲線I〜IVが描かれている。曲線Iは、第2光導波路20から出力される第1光L1のTE成分L1TEの光強度を示している。曲線IIは、第2光導波路20から出力される第1光L1のTM成分L1TMの光強度を示している。曲線IIIは、第3光導波路22から出力される第2光L2のTE成分L2TEの光強度を示している。曲線IVは、第3光導波路22から出力される第2光L2のTM成分L2TMの光強度を示している。 In FIG. 6, four curves I to IV are drawn. A curve I indicates the light intensity of the TE component L1 TE of the first light L1 output from the second optical waveguide 20. A curve II indicates the light intensity of the TM component L1 TM of the first light L1 output from the second optical waveguide 20. A curve III indicates the light intensity of the TE component L2 TE of the second light L2 output from the third optical waveguide 22. A curve IV indicates the light intensity of the TM component L2 TM of the second light L2 output from the third optical waveguide 22.

図6を参照すると、第1光L1(波長1.31μm)の両偏波成分L1TE及びL1TMは、約1.3μm付近の波長でピークを持ち、約1.47μm付近の波長でボトムを持つ。そして、約1.3μm付近における両偏波成分L1TE及びL1TMの光強度は、ほぼ同強度である。 Referring to FIG. 6, both polarization components L1 TE and L1 TM of the first light L1 (wavelength 1.31 μm) have a peak at a wavelength around 1.3 μm and a bottom at a wavelength around 1.47 μm. Have. The light intensities of both polarization components L1 TE and L1 TM in the vicinity of about 1.3 μm are substantially the same.

また、第2光L2の両偏波成分L2TE及びL2TMは、約1.32μm付近の波長でボトムを持ち、約1.45μm付近でピークを持つ。そして、約1.45μm付近における両偏波成分L2TE及びL2TMの光強度はほぼ同強度である。 Further, both polarization components L2 TE and L2 TM of the second light L2 have a bottom at a wavelength near about 1.32 μm and have a peak at about 1.45 μm. The light intensities of both polarization components L2 TE and L2 TM in the vicinity of about 1.45 μm are substantially the same.

これらのことから、明らかなように、光波長フィルタ10は、第1光L1と第2光L2とを偏波無依存で波長分離することが可能である。   As is apparent from these facts, the optical wavelength filter 10 can wavelength-separate the first light L1 and the second light L2 independent of polarization.

また、この実施形態の光波長フィルタ10は、クラッド14がSiO製であり、残りの構成要素がSi製である。したがって、入手容易なSOI(Silicon on insulator)基板などを用いて、半導体製造プロセスを利用して容易に作成可能である。 In the optical wavelength filter 10 of this embodiment, the clad 14 is made of SiO 2 and the remaining components are made of Si. Therefore, it can be easily created by using a semiconductor manufacturing process using an easily available SOI (Silicon on Insulator) substrate.

(変形例)
以下、光波長フィルタ10の変形例について説明する。
(Modification)
Hereinafter, modified examples of the optical wavelength filter 10 will be described.

この実施形態では、第2及び第3光導波路20及び22が同形状の場合について説明した。しかし、第2及び第3光導波路20及び22は同形状である必要はない。第2及び第3光導波路20及び22で二等辺三角形の頂角、すなわち、テーパ角を互いに異なる角度に設定してもよい。このようにすることにより、第2及び第3光導波路20及び22が方向性結合器として作用することを防ぐことができ、第1光L1及び第2光L2のクロストークを改善することができる。   In this embodiment, the case where the second and third optical waveguides 20 and 22 have the same shape has been described. However, the second and third optical waveguides 20 and 22 need not have the same shape. The apex angle of the isosceles triangle, that is, the taper angle may be set to be different from each other in the second and third optical waveguides 20 and 22. By doing in this way, it can prevent that the 2nd and 3rd optical waveguides 20 and 22 act as a directional coupler, and can improve the crosstalk of the 1st light L1 and the 2nd light L2. .

(光合分波素子)
次に、図7を参照して、光波長フィルタ10の応用例としての光合分波素子について説明する。図7は、光合分波素子の構成を概略的に示す平面図である。
(Optical multiplexing / demultiplexing device)
Next, an optical multiplexing / demultiplexing device as an application example of the optical wavelength filter 10 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a plan view schematically showing the configuration of the optical multiplexing / demultiplexing element.

この実施形態の光波長フィルタ10は、光加入者系通信システムのONUに用いられる光合分波素子として利用することができる。   The optical wavelength filter 10 of this embodiment can be used as an optical multiplexing / demultiplexing element used in an ONU of an optical subscriber communication system.

光合分波素子30は、この実施形態の光波長フィルタ10と、LD(Laser Diode)32と、PD(Photo Diode)34とを備えている。   The optical multiplexing / demultiplexing device 30 includes the optical wavelength filter 10 of this embodiment, an LD (Laser Diode) 32, and a PD (Photo Diode) 34.

LD32は、光波長フィルタ10の第2入出力用光導波路24に光学的に接続されていて、第2入出力用光導波路24に向けて、波長1.31μmの第1光L1を出力する。 LD32 is the second input-output optical waveguide 24 and second optical wavelength filter 10 is optically connected, the second towards the output optical waveguide 24 2, outputs a first light L1 having a wavelength 1.31μm To do.

PD34は、光波長フィルタ10の第3入出力用光導波路24に光学的に接続されていて、第3入出力用光導波路24を伝播してくる波長1.49μmの第2光L2を受光する。 PD34 is the third input-output optical waveguide 24 3 of the optical wavelength filter 10 is optically connected, the second light L2 of the third coming propagates the input optical waveguide 24 3 Wavelength 1.49μm Receive light.

また、光波長フィルタ10の第1入出力用光導波路24は、局側に至る光ファイバ(不図示)に接続されている。 The first input-output optical waveguide 24 1 of the optical wavelength filter 10 is connected to an optical fiber (not shown) leading to the station side.

この光合分波素子30においては、局側から加入者側へと送信される下り信号としての第2光L2(波長:1.49μm)が、第1入出力用光導波路24→第1光導波路18を経て多モード導波路16へと入力される。多モード導波路16に入力された第2光L2は、既に説明したような伝播経路を経て、第3光導波路22へと出力され、第3入出力用光導波路24を経てPD34で受光される。 In the optical multiplexing / demultiplexing element 30, the second light L2 (wavelength: 1.49 μm) as the downstream signal transmitted from the station side to the subscriber side is the first input / output optical waveguide 24 1 → first light. The signal is input to the multimode waveguide 16 through the waveguide 18. Second light L2 inputted to the multimode waveguide 16 are already through the propagation path as described, are outputted to the third optical waveguide 22, it is received by the third PD 34 via the input-output optical waveguide 24 3 The

一方、加入者側から局側へと送信される上り信号としての第1光L1(波長:1.31μm)は、LD32から出力され、第2入出力用光導波路24→第2光導波路20を経て、多モード導波路16へと入力される。ところで、一般に光の伝播には逆過程が成り立つことが知られているので、第2光導波路20から多モード導波路16へと入力された第1光L1は、既に説明した伝播経路とは逆の伝播経路を経て、第1光導波路18へと出力され、第1入出力用光導波路24を経て局側へと送信される。 On the other hand, the first light L1 (wavelength: 1.31 μm) as an upstream signal transmitted from the subscriber side to the station side is output from the LD 32, and the second input / output optical waveguide 24 2 → the second optical waveguide 20 Then, the signal is input to the multimode waveguide 16. By the way, since it is known that the reverse process is generally established in the propagation of light, the first light L1 input from the second optical waveguide 20 to the multimode waveguide 16 is opposite to the propagation path already described. through the propagation path, is output to the first optical waveguide 18, is transmitted to the first station side through the input-output optical waveguide 24 1.

以上説明したように、この実施形態の光波長フィルタ10は、構成を変更することなく、光加入者系のONUとして好適な光合分波素子30として用いることができる。   As described above, the optical wavelength filter 10 of this embodiment can be used as the optical multiplexing / demultiplexing element 30 suitable as an ONU of an optical subscriber system without changing the configuration.

(実施形態2)
続いて、図8〜図10を参照して、この実施形態のマッハツェンダ干渉器について説明する。図8はマッハツェンダ干渉器の構造を概略的に示す平面図である。なお、図8において、光波長フィルタ35、光カプラ42、及び第1及び第2アーム光導波路44及び44は、クラッド14で覆われており、直接目視をすることはできないが、これらの構成要素が存在することを強調して示すために実線で表している。また、図8において、図1及び図2と同様の構成要素には同符号を付し、その説明を適宜省略する。
(Embodiment 2)
Next, the Mach-Zehnder interferometer of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a plan view schematically showing the structure of the Mach-Zehnder interferometer. In FIG. 8, the optical wavelength filter 35, an optical coupler 42, and first and second arm optical waveguides 44 1 and 44 2 is covered with a clad 14, can not be directly visually thereof In order to emphasize the presence of the component, it is represented by a solid line. In FIG. 8, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.

(構造)
図8を参照すると、マッハツェンダ干渉器40は、光波長フィルタ35、光カプラ42、及び第1及び第2アーム光導波路44及び44を備えている。マッハツェンダ干渉器40は、第1光L1を後述する第2光導波路46から出力し、及び第2光L2を後述する第2及び第3光導波路46及び46から等分配して出力する、いわゆる3dBカプラとして機能する。
(Construction)
Referring to FIG. 8, the Mach-Zehnder interferometer 40 includes an optical wavelength filter 35, an optical coupler 42, and the first and second arm optical waveguides 44 1 and 44 2. Mach-Zehnder interferometer 40, the first light L1 is outputted from the second optical waveguide 46 2 to be described later, and the second light L2 and equally distributed from the second and third optical waveguide 46 2 and 46 3 will be described later and outputs It functions as a so-called 3 dB coupler.

光波長フィルタ35は、全長Lが異なっている点を除き、実施形態1で説明した光波長フィルタ10と同様に構成されている。このマッハツェンダ干渉器40において、光波長フィルタ35の全長Lは、好ましくは、例えば約15.5μmとする。これは、マッハツェンダ干渉器40を3dBカプラとして機能させるためである。なお、この点については後述する。また、光波長フィルタ35の幅W及び厚みtは、実施形態1の波長フィルタ10と同様に構成されている。 Optical wavelength filter 35, except that different total length L a, and is configured similarly to the optical wavelength filter 10 described in the first embodiment. In this Mach-Zehnder interferometer 40, the total length L a of the optical wavelength filter 35 is preferably, for example, about 15.5. This is because the Mach-Zehnder interferometer 40 functions as a 3 dB coupler. This point will be described later. Further, the width W and the thickness t of the optical wavelength filter 35 are configured in the same manner as the wavelength filter 10 of the first embodiment.

光カプラ42は、第4光導波路46が設けられている点を除き、光波長フィルタ35と同様に構成されている。光カプラ42は、いわば、光波長フィルタ35に第4光導波路46を追加することで構成されている。より詳細には、光カプラ42は、第1軸C1’を対称軸として第3光導波路46と線対称な位置に第4光導波路46が更に設けられて構成されている(図2参照)。別言すれば、第4光導波路46は、中心軸C0’を対称軸として第1光導波路46と線対称な位置に設けられているということもできる。 The optical coupler 42, except that the fourth optical waveguide 46 4 are provided, and is configured similarly to the optical wavelength filter 35. The optical coupler 42 is, as it were, is constructed by adding a fourth optical waveguide 46 4 to light wavelength filter 35. More specifically, the optical coupler 42, the third optical waveguide 463 and the line fourth optical waveguide 46 4 at symmetrical positions is constructed is further provided a first axis C1 'as a symmetrical axis (see FIG. 2 ). In other words, the fourth optical waveguide 46 4, the central axis C0 'may be that provided in the first optical waveguide 46 1 axisymmetrical positions as a symmetrical axis.

第4光導波路46は、多モード導波路16の第1側面16に、多モード導波路16と一体に接続されている。第4光導波路46は第1光導波路46と同形状に形成されている。 The fourth optical waveguide 46 4, the first side 16 1 of the multimode waveguide 16, and is connected integrally with the multimode waveguide 16. The fourth optical waveguide 46 4 are formed on the first optical waveguide 46 1 and the same shape.

なお、以下の説明では、光波長フィルタ35の第1〜第3光導波路18,20及び22と、光カプラ42の第1〜第4光導波路とを区別するために、光カプラ42の第1〜第4光導波路に46〜46の符号を付する。 In the following description, in order to distinguish the first to third optical waveguides 18, 20 and 22 of the optical wavelength filter 35 from the first to fourth optical waveguides of the optical coupler 42, the first of the optical coupler 42 is used. ~ denoted by the reference numerals 46 1 to 46 4 in the fourth optical waveguide.

第1アーム光導波路44は、光波長フィルタ10の第2光導波路20と、光カプラ42の第1光導波路46とを光学的に接続する偏波無依存型のチャネル型光導波路である。第1アーム光導波路44の光伝播方向に直交する横断面の形状は、好ましくは、例えば幅0.3μm及び厚み0.3μmの正方形状とする。第1アーム光導波路44の横断面形状を正方形状とすることにより、第1アーム光導波路44は、偏波に依存することなく光を伝播させることができる。 The first arm optical waveguide 44 1, a second optical waveguide 20 of the optical wavelength filter 10 is the channel optical waveguides of the polarization-independent connecting the first optical waveguide 46 1 of the optical coupler 42 optically . The shape of cross section orthogonal to the first optical propagation direction of the arm optical waveguide 44 1 is preferably, for example, the width 0.3μm and thickness 0.3μm square shaped. By the first arm optical waveguide 44 1 of the cross-sectional shape of the square, the first arm optical waveguide 44 1 is capable of propagating light without depending on the polarization.

第2アーム光導波路44は、光波長フィルタ10の第3光導波路22と、光カプラ42の第4光導波路46とを光学的に接続する偏波無依存型のチャネル型光導波路である。第2アーム光導波路44の光伝播方向に直交する横断面形状は、第1アーム光導波路44と同様とする。 The second arm optical waveguide 44 2, a third optical waveguide 22 of the optical wavelength filter 10 is the channel optical waveguides of the polarization-independent for connecting the fourth optical waveguide 46 4 of the optical coupler 42 optically . Cross-sectional shape perpendicular to the second light propagation direction of the arm optical waveguide 44 2, and similar to the first arm optical waveguide 44 1.

第1及び第2アーム光導波路44及び44は、マッハツェンダ干渉器40をカプラとして機能させるために、光路長が異なっている。この実施形態に示す例では、第1アーム光導波路44の方が第2アーム光導波路44よりも光路長が長く設定されている。 2 the first and second arm optical waveguides 44 1 and 44, in order to function Mach-Zehnder interferometer 40 as a coupler, the optical path length is different. In the example shown in this embodiment, toward the first arm optical waveguide 44 1 the optical path length than the second arm optical waveguide 44 2 is set longer.

より詳細には、第1及び第2アーム光導波路44及び44の光路長差は、波長1.49μmの第2光L2に対して位相差が0(ゼロ)となり、及び波長1.31μmの第1光L1に対して位相差がπ付近の値となるように設定されている。この実施形態の場合には、光路長差は、好ましくは、例えば約1.3433μmとする。 More specifically, the optical path length difference between the first and second arm optical waveguides 44 1 and 44 2, the phase difference with respect to the second light L2 having a wavelength of 1.49μm is 0 (zero), and the and wavelength 1.31μm The first light L1 is set so that the phase difference becomes a value near π. In this embodiment, the optical path length difference is preferably about 1.3433 μm, for example.

(設計条件)
続いて、図9を参照して、マッハツェンダ干渉器40を3dBカプラとして機能させるための設計条件、特に光波長フィルタ35と光カプラ42の全長Lの設計条件について説明する。
(Design condition)
Subsequently, with reference to FIG. 9, the design conditions for the functioning of the Mach-Zehnder interferometer 40 as 3dB couplers, particularly the design conditions of the total length L a of the optical wavelength filter 35 and the optical coupler 42 will be described.

光波長フィルタ35と光カプラ42の全長Lは、光波長フィルタ35と光カプラ42の両者において、多モード導波路16を伝播した後の第1光L1及び第2光L2の干渉次数を一方は半整数であり他方は偶数とするように決定する。 Overall length L a of the optical wavelength filter 35 and the optical coupler 42, in both of the optical wavelength filter 35 and the optical coupler 42, the interference order of the first light L1 and the second light L2 after propagating a multi-mode waveguide 16 one Is a half integer and the other is an even number.

以下、この点について図9を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, this point will be described in detail with reference to FIG.

図9は、既に説明した式(3)〜式(6)を光波長フィルタ35と光カプラ42に適用し、有限要素法により数値計算することにより得られた特性図である。図9において、縦軸は干渉次数(無次元)を示し、及び横軸は光波長フィルタ35と光カプラ42の全長L(μm)を示す。 FIG. 9 is a characteristic diagram obtained by applying the equations (3) to (6) already described to the optical wavelength filter 35 and the optical coupler 42 and performing numerical calculation by the finite element method. In FIG. 9, the vertical axis indicates the interference order (dimensionalless), and the horizontal axis indicates the total length L a (μm) of the optical wavelength filter 35 and the optical coupler 42.

図9には4本の直線が描かれている。直線Iは、第2光L2のTE成分L2TEの挙動を示している。直線IIは、第2光L2のTM成分L2TMの挙動を示している。直線IIIは、第1光L1のTE成分L1TEの挙動を示している。直線IVは、第1光L1のTM成分L1TMの挙動を示している。 In FIG. 9, four straight lines are drawn. The straight line I shows the behavior of the TE component L2 TE of the second light L2. The straight line II shows the behavior of the TM component L2 TM of the second light L2. A straight line III indicates the behavior of the TE component L1 TE of the first light L1. A straight line IV indicates the behavior of the TM component L1 TM of the first light L1.

マッハツェンダ干渉器40を、波長1.49μmの第2光L2に対して3dBカプラとして機能させるためには、多モード導波路16を伝播した後の第2光L2の干渉次数mを半整数とする必要があることが一般に知られている(条件1)。   In order for the Mach-Zehnder interferometer 40 to function as a 3 dB coupler for the second light L2 having a wavelength of 1.49 μm, the interference order m of the second light L2 after propagating through the multimode waveguide 16 is set to a half integer. It is generally known that this is necessary (Condition 1).

さらに、波長1.31μmの第1光L1を第2光導波路20から出力させるためには、上述のように、多モード導波路16を伝播した後の第1光L1の干渉次数mを偶数とする必要がある(条件2)。   Furthermore, in order to output the first light L1 having a wavelength of 1.31 μm from the second optical waveguide 20, the interference order m of the first light L1 after propagating through the multimode waveguide 16 is set to an even number as described above. (Condition 2).

図9を参照すると、これらの2条件は、図中に矢印G及びHで示した2点で満たされることがわかる。つまり、矢印Gで示したL≒15.5μmの点、及び矢印Hで示したL=31.5μmの点である。より詳細には、矢印GのL≒15.5μmにおいて、第1光L1の干渉次数は約4であり、及び第2光L2の干渉次数は約4.5である。また、矢印GのL=31.5μmにおいて、第1光L1の干渉次数は約8であり、及び第2光L2の干渉次数は約9.5である。 Referring to FIG. 9, it can be seen that these two conditions are satisfied by two points indicated by arrows G and H in the drawing. That is, the point of L a ≈15.5 μm indicated by the arrow G and the point of L a = 31.5 μm indicated by the arrow H. More specifically, at L a ≈15.5 μm of the arrow G, the interference order of the first light L1 is about 4, and the interference order of the second light L2 is about 4.5. In addition, when L a = 31.5 μm of the arrow G, the interference order of the first light L1 is about 8, and the interference order of the second light L2 is about 9.5.

よって、光波長フィルタ35と光カプラ42の全長Lを約15.5μm又は約31.5μmに設定すれば、マッハツェンダ干渉器40は、第2光L2に対して3dBカプラとして機能し、及び、第1光L1を第2光導波路20から出力させることができる。 Therefore, by setting the overall length L a of the optical wavelength filter 35 and the optical coupler 42 to about 15.5μm or about 31.5Myuemu, Mach-Zehnder interferometer 40 functions as a 3dB coupler with respect to the second light L2, and, The first light L1 can be output from the second optical waveguide 20.

図9を参照すると、例えば、矢印Jで示したL≒25μmにおいては、第1光L1の干渉次数は約6.5であり、及び第2光L2の干渉次数は約7.5である。このように、第1光L1及び第2光L2の干渉次数mを両者とも半整数とするように、光波長フィルタ35と光カプラ42の全長Lを決定することができる。 Referring to FIG. 9, for example, at L a ≈25 μm indicated by an arrow J, the interference order of the first light L1 is about 6.5, and the interference order of the second light L2 is about 7.5. . Thus, it is possible to order of interference m in the first light L1 and the second light L2 both to the half-integer, to determine the total length L a of the optical wavelength filter 35 and the optical coupler 42.

第1光L1及び第2光L2の干渉次数mを両者ともに半整数となるように光波長フィルタ35と光カプラ42の全長Lを設定することにより、両方の光L1及びL2に対して3dBカプラとして動作するマッハツェンダ干渉器40が得られる。 By setting the overall length L a of the optical wavelength filter 35 and the optical coupler 42 so that the half-integer order of interference m in the first light L1 and the second light L2 Both, 3 dB for both the light L1 and L2 A Mach-Zehnder interferometer 40 that operates as a coupler is obtained.

(動作及び効果)
続いて、図10を参照して、マッハツェンダ干渉器の動作及び効果について説明する。
(Operation and effect)
Next, operations and effects of the Mach-Zehnder interferometer will be described with reference to FIG.

図10は、マッハツェンダ干渉器40の波長分離特性の説明に供する特性図である。図10において、縦軸は、第2及び第3光導波路46及び46から出力される第1光L1及び第2光L2の光強度(任意単位)を示し、横軸は波長(μm)を示している。 FIG. 10 is a characteristic diagram for explaining wavelength separation characteristics of the Mach-Zehnder interferometer 40. 10, the vertical axis represents the light intensity of the first light L1 and the second light L2 outputted from the second and third optical waveguide 46 2 and 46 3 (arbitrary unit) and the horizontal axis represents wavelength ([mu] m) Is shown.

図10は、第1光導波路18から第1光L1及び第2光L2の混合光LMを入力し、第2及び第3光導波路46及び46のそれぞれにおいて検出される光の強度を、波長を変化させながら計算したものである。計算に当たっては、3次元FDTD法を用いた。また、マッハツェンダ干渉器40を構成する単結晶Siの屈折率は3.5を採用した。また、光波長フィルタ35と光カプラ42の幅Wを1.15μmとし、厚みtを0.25μmとし、及びそれぞれの全長Lを15.5μmとした。 10, from the first optical waveguide 18 and enter the mixed light LM of the first light L1 and the second light L2, the intensity of light detected in each of the second and third optical waveguide 46 2 and 46 3, This is calculated while changing the wavelength. In the calculation, a three-dimensional FDTD method was used. The refractive index of single crystal Si constituting the Mach-Zehnder interferometer 40 is 3.5. Further, the width W of the optical wavelength filter 35 and the optical coupler 42 and 1.15 .mu.m, and the thickness t and 0.25 [mu] m, and was, respectively of the total length L a and 15.5.

図10には2本の曲線が描かれている。曲線Iは、第2光導波路46から出力される第1光L1の光強度を示している。曲線IIは、第3光導波路46から出力される第2光L2の光強度を示している。 In FIG. 10, two curves are drawn. Curve I indicates the light intensity of the first light L1 output from the second optical waveguide 46 2. Curve II shows the light intensity of the second light L2 output from the third optical waveguide 46 3.

図10を参照すると、曲線Iに示された第1光L1(波長1.31μm)は、約1.3μm付近の波長でピークを持ち、約1.51μm付近の波長でボトムを持つ。また、曲線IIで示された第2光L2(波長1.49μm)は、約1.32μm付近の波長でボトムを持ち、約1.51μm付近でピークを持つ。そして、第2光L2のピーク強度は、第1光L1のピーク強度の約1/2程度の値である。   Referring to FIG. 10, the first light L1 (wavelength 1.31 μm) shown in the curve I has a peak at a wavelength around 1.3 μm and a bottom at a wavelength around 1.51 μm. The second light L2 (wavelength 1.49 μm) indicated by the curve II has a bottom at a wavelength near about 1.32 μm and a peak at about 1.51 μm. The peak intensity of the second light L2 is about ½ of the peak intensity of the first light L1.

これらのことから、明らかなように、マッハツェンダ干渉器40は、第1光L1と第2光L2に対して偏波無依存な3dBカプラとして機能することがわかる。   From these facts, it is clear that the Mach-Zehnder interferometer 40 functions as a polarization-independent 3 dB coupler for the first light L1 and the second light L2.

(変形例)
続いて、図11(A)及び(B)と図12とを用いて、マッハツェンダ干渉器40の変形例について説明する。
(Modification)
Next, a modified example of the Mach-Zehnder interferometer 40 will be described with reference to FIGS. 11A and 11B and FIG.

図11(A)は、第1変形例の第1光学素子の構造を概略的に示す平面図である。図11(B)は、第2変形例の第2光学素子の構造を概略的に示す平面図である。図12は、第1光学素子の動作の説明に供する特性図である。なお、図11(A)及び(B)においては、理解の容易さのために、基板12及びクラッド14の図示を省略している。また、図11(A)及び(B)において、図8と同様の構成要素には同符号を付してその説明を適宜省略する。   FIG. 11A is a plan view schematically showing the structure of the first optical element of the first modification. FIG. 11B is a plan view schematically showing the structure of the second optical element of the second modified example. FIG. 12 is a characteristic diagram for explaining the operation of the first optical element. In FIGS. 11A and 11B, the substrate 12 and the clad 14 are not shown for easy understanding. In FIGS. 11A and 11B, the same components as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.

図11(A)を参照すると、第1光学素子50は、いわば、上述したマッハツェンダ干渉器40を第3及び第4アーム光導波路56及び56介して2段に直列に接続した構成を有していて、実施形態2のマッハツェンダ干渉器40と同様に3dBカプラとして用いられる。 Referring to FIG. 11 (A), the first optical element 50, so to speak, have a structure connected in series to Mach-Zehnder interferometer 40 described above in the third and fourth arm waveguides 56 3 and 56 4 2-stage through In addition, like the Mach-Zehnder interferometer 40 of the second embodiment, it is used as a 3 dB coupler.

より詳細には、第1光学素子50は、マッハツェンダ干渉器40と、第2光カプラ52と、第3光カプラ54と、マッハツェンダ干渉器40の光カプラ42及び第2光カプラ52を接続する第3及び第4アーム光導波路56及び56と、第2光カプラ52及び第3光カプラ54を接続する第5及び第6アーム光導波路56及び56とを備えている。 More specifically, the first optical element 50 connects the Mach-Zehnder interferometer 40, the second optical coupler 52, the third optical coupler 54, and the optical coupler 42 and the second optical coupler 52 of the Mach-Zehnder interferometer 40. and third and fourth arm waveguides 56 3 and 56 4, and a fifth and sixth arm optical waveguides 56 5 and 56 6 for connecting the second optical coupler 52 and the third optical coupler 54.

マッハツェンダ干渉器40は、光波長フィルタ35と光カプラ42の全長Lが、第1光学素子50を3dBカプラとして使用するために最適化されている以外は、実施形態2のマッハツェンダ干渉器と同様に構成されている。 Mach-Zehnder interferometer 40 has an overall length L a of the optical wavelength filter 35 and the optical coupler 42, except that it is optimized for using the first optical element 50 as a 3dB coupler, similar to the Mach-Zehnder interferometer of the second embodiment It is configured.

第2光カプラ52は、既に説明した実施形態2の光カプラ42と同様に構成されている。すなわち、第2光カプラ52は、既に説明した多モード光導波路16と、第1〜第4光導波路52〜52とを備えている。なお、第2光カプラ52の全長Lは、第1光学素子50を3dBカプラとして使用するために最適化されている。 The second optical coupler 52 is configured in the same manner as the optical coupler 42 of the second embodiment already described. That is, the second optical coupler 52 is provided with a multi-mode optical waveguide 16 already described, and first to fourth optical waveguides 52 1 to 52 4. Note that the total length L a of the second optical coupler 52 is optimized to use the first optical element 50 as a 3dB coupler.

第3光カプラ54は、既に説明した実施形態2の光カプラ42と同様に構成されている。すなわち、第3光カプラ54は、既に説明した多モード光導波路16と、第1〜第4光導波路54〜54とを備えている。なお、第3光カプラ54の全長Lは、第1光学素子50を3dBカプラとして使用するために最適化されている。そして、第2及び第3光導波路54及び54のそれぞれには、第1及び第2出力用光導波路58及び58が接続されている。 The third optical coupler 54 is configured in the same manner as the optical coupler 42 of the second embodiment already described. That is, the third optical coupler 54 is provided with a multi-mode optical waveguide 16 already described, and first to fourth optical waveguide 54 1-54 4. Note that the total length L a of the third optical coupler 54 is optimized to use the first optical element 50 as a 3dB coupler. And, of the each of the second and third optical waveguide 54 2 and 54 3, 2 the first and second output optical waveguides 58 1 and 58 are connected.

第3及び第4アーム光導波路56及び56は、光カプラ42と第2光カプラ52とを光学的に接続する、偏波無依存なシングルモードのチャネル型光導波路である。第3及び第4アーム光導波路56及び56の光伝播方向に直交する横断面の形状及び寸法は、既に説明した第1及び第2アーム光導波路44及び44と同様とする。 Third and fourth arm waveguides 56 3 and 56 4 are connected to the optical coupler 42 and the second optical coupler 52 optically, a channel type optical waveguide of the polarization independent single mode. Shape and dimensions of the cross section perpendicular to the third and fourth light propagation direction of the arm optical waveguides 56 3 and 56 4 are already the same as the first and second arm optical waveguides 44 1 and 44 2 as described.

より詳細には、第3アーム光導波路56は、光カプラ42の第2光導波路46と、第2光カプラ52の第1光導波路52とを光学的に接続している。第4アーム光導波路56は、光カプラ42の第3光導波路46と、第2光カプラ52の第4光導波路52とを光学的に接続している。第3及び第4アーム光導波路56及び56は、各光導波路56及び56を伝播する光が干渉しないだけの距離を隔てて配置されている。また、第3及び第4アーム光導波路56及び56は、光路長が互いに等しく形成されている。 More specifically, the third arm waveguide 56 3, a second optical waveguide 46 and second optical coupler 42, and the first optical waveguide 52 1 of the second optical coupler 52 optically connected. Fourth arm waveguide 56 4, a third optical waveguide 46 3 of the optical coupler 42, and a fourth optical waveguide 52 4 of the second optical coupler 52 optically connected. Third and fourth arm waveguides 56 3 and 56 4, the light propagating through the optical waveguides 56 3 and 56 4 are arranged at a distance of just do not interfere. The third and fourth arm waveguides 56 3 and 56 4, the optical path length is equal to one another form.

第5及び第6アーム光導波路56及び56は、第2光カプラ52と第3光カプラ54とを光学的に接続する、偏波無依存なシングルモードのチャネル型光導波路である。第5及び第6アーム光導波路56及び56の光伝播方向に直交する横断面の形状及び寸法は、既に説明した第1及び第2アーム光導波路44及び44と同様とする。 Fifth and sixth arm optical waveguides 56 5 and 56 6, a second optical coupler 52 and the third optical coupler 54 optically connecting a channel optical waveguide of the polarization independent single mode. Shape and dimensions of the cross section perpendicular to the light propagation direction of the fifth and sixth arm optical waveguides 56 5 and 56 6, already the same as the first and second arm optical waveguides 44 1 and 44 2 as described.

より詳細には、第5アーム光導波路56は、第2光カプラ52の第2光導波路52と、第3光カプラ54の第1光導波路54とを光学的に接続している。第6アーム光導波路56は、第2光カプラ52の第3光導波路52と、第3光カプラ54の第4光導波路54とを光学的に接続している。 More specifically, the fifth arm optical waveguide 56 5, a second optical waveguide 52 2 of the second optical coupler 52, and the first optical waveguide 54 1 of the third optical coupler 54 optically connected. Sixth arm optical waveguide 56 6, a third optical waveguide 52 3 of the second optical coupler 52, and connects the fourth optical waveguide 54 4 of the third optical coupler 54 optically.

第5及び第6アーム光導波路56及び56は光路長が異なっている。以下この点についてより詳細に説明する。 Fifth and sixth arm optical waveguides 56 5 and 56 6 are optical path lengths are different. This point will be described in detail below.

ここで、マッハツェンダ干渉器40における第1及び第2アーム光導波路44及び44の光路長差をΔL(=第1アーム光導波路44の光路長−第2アーム光導波路44の光路長)と定義する。このとき、第5及び第6アーム光導波路56及び56には、「第1アーム光導波路44の光路長=第6アーム光導波路56の光路長」なる関係と、「第2アーム光導波路44の光路長=第5アーム光導波路56の光路長」なる関係とが成り立っている。つまり、第5及び第6アーム光導波路56及び56の光路長差は、第1及び第2アーム光導波路44及び44の場合とは正負が逆転した値、すなわち−ΔL(=第5アーム光導波路56の光路長−第6アーム光導波路56の光路長)となる。 The first and second arm optical waveguides 44 1 and 44 2 of the optical path length difference [Delta] L (= first arm optical waveguide 44 1 of the optical path length in the Mach-Zehnder interferometer 40 - second optical path length of the arm optical waveguide 44 2 ). At this time, the fifth and sixth arm optical waveguides 56 5 and 56 6, and "optical path length of the first arm optical waveguide 44 1 of the optical path length = 6 arm optical waveguide 56 6" the relationship, "second arm the optical path length of the optical waveguide 44 2 = is the fifth optical path length of the arm optical waveguide 56 5 "the relationship and is made up. That is, the optical path length difference between the fifth and sixth arm optical waveguides 56 5 and 56 6, the value sign is reversed from that of the first and second arm optical waveguides 44 1 and 44 2, i.e. -Delta L (= a 5 the optical path length of the arm optical waveguide 56 5 - the optical path length) of the sixth arm optical waveguide 56 6.

このように、第5及び第6アーム光導波路56及び56と第1及び第2アーム光導波路44及び44の光路長差の正負を逆転させる理由は、第1光学素子50の波長分離特性を向上するためである。 The reason for reversing the polarity of the fifth and sixth arm optical waveguides 56 5 and 56 6 and the first and second arm optical waveguides 44 1 and 44 2 of the optical path length difference, the wavelength of the first optical element 50 This is to improve the separation characteristics.

続いて、図12を用いて、第1光学素子50の動作について説明する。図12は、第1光学素子50の波長分離特性の説明に供する特性図である。図12において、縦軸は、第1及び第2出力用光導波路58及び58から出力される第1光L1及び第2光L2の光強度(任意単位)を示し、横軸は波長(μm)を示している。 Next, the operation of the first optical element 50 will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a characteristic diagram for explaining the wavelength separation characteristic of the first optical element 50. 12, the vertical axis represents the light intensity of the first light L1 and the second light L2 output from the first and second output optical waveguides 58 1 and 58 2 (arbitrary units), the horizontal axis represents wavelength ( μm).

図12は、第1光導波路18から第1光L1及び第2光L2の混合光LMを入力し、第1及び第2出力用光導波路58及び58のそれぞれにおいて検出される光の強度を、波長を変化させながら計算したものである。計算に当たっては、3次元FDTD法を用いた。また、第1光学素子50を構成する単結晶Siの屈折率としては3.5を採用した。また、波長フィルタ35、光カプラ42、第2光カプラ52及び第3光カプラ54の幅Wを1.15μmとし、厚みtを0.25μmとし、及びそれぞれの全長Lを15.5μmとした。 12, the first optical waveguide 18 and enter the mixed light LM of the first light L1 and the second light L2, the intensity of light detected in the first and second respective output optical waveguide 58 1 and 58 2 Is calculated while changing the wavelength. In the calculation, a three-dimensional FDTD method was used. Further, 3.5 was adopted as the refractive index of the single crystal Si constituting the first optical element 50. The wavelength filter 35, an optical coupler 42, the width W of the second optical coupler 52 and the third optical coupler 54 and 1.15 .mu.m, and the thickness t and 0.25 [mu] m, and was, respectively of the total length L a and 15.5μm .

図12には2本の曲線が描かれている。曲線IIIは、第1出力用光導波路58から出力される第1光L1の光強度を示している。曲線IVは、第2出力用光導波路58から出力される第2光L2の光強度を示している。 In FIG. 12, two curves are drawn. Curve III shows the light intensity of the first light L1 output from the first output optical waveguide 58 1. Curve IV shows the light intensity of the second light L2 outputted from the second output optical waveguide 58 2.

図12を参照すると、曲線IIIに示された第1光L1(波長1.31μm)は、約1.3〜1.4μmの波長で幅広なピークを持ち、約1.51μm付近の波長でボトムを持つ。また、曲線IVで示された第2光L2(波長1.49μm)は、約1.35μm付近の波長でボトムを持ち、約1.5〜1.6μmの波長でブロードなピークを持つ。   Referring to FIG. 12, the first light L1 (wavelength 1.31 μm) shown in the curve III has a broad peak at a wavelength of about 1.3 to 1.4 μm and a bottom at a wavelength near about 1.51 μm. have. The second light L2 (wavelength 1.49 μm) indicated by the curve IV has a bottom at a wavelength near about 1.35 μm and a broad peak at a wavelength of about 1.5 to 1.6 μm.

図12と、マッハツェンダ干渉器40の動作特性を示す図10とを比較すると、第1光学素子50(図12)では、第1光L1及び第2光L2のピーク(曲線III及び曲線IV)は、図10の曲線I及びIIよりも幅広になっている。これは、変形例の第1光学素子50における波長分離帯域が広がりクロストークが減少することを意味する。   Comparing FIG. 12 with FIG. 10 showing the operating characteristics of the Mach-Zehnder interferometer 40, in the first optical element 50 (FIG. 12), the peaks (curves III and IV) of the first light L1 and the second light L2 are as follows. , Wider than the curves I and II in FIG. This means that the wavelength separation band in the first optical element 50 of the modification is widened and crosstalk is reduced.

このように、この第1変形例の第1光学素子50は、実施形態2のマッハツェンダ干渉器40よりも優れた波長分離特性を示す3dBカプラとして動作する。   As described above, the first optical element 50 according to the first modification operates as a 3 dB coupler that exhibits a wavelength separation characteristic superior to that of the Mach-Zehnder interferometer 40 according to the second embodiment.

続いて、図11(B)を参照して、第2変形例の第2光学素子について説明する。   Next, the second optical element of the second modification will be described with reference to FIG.

図11(B)を参照すると、第2光学素子70は、いわば、第1光学素子50の光カプラ42と第2光カプラ52とを、第3及び第4アーム光導波路56及び56を介さずに直接接合することで構成されている。 Referring to FIG. 11 (B), the second optical element 70 is, as it were, an optical coupler 42 of the first optical element 50 and the second optical coupler 52, the third and fourth arm waveguides 56 3 and 56 4 It is configured by joining directly without intervention.

より詳細には、第2光学素子70は、実施形態2で説明した光波長フィルタ35と、第4光カプラ72と、第5光カプラ74と、光波長フィルタ35及び第4光カプラ72を接続する第7及び第8アーム光導波路76及び76と、第4光カプラ72及び第5光カプラ74を接続する第9及び第10アーム光導波路76及び7610とを備えている。 More specifically, the second optical element 70 connects the optical wavelength filter 35, the fourth optical coupler 72, the fifth optical coupler 74, the optical wavelength filter 35, and the fourth optical coupler 72 described in the second embodiment. the 7 and eighth arm optical waveguide 76 7 and 76 8, and a ninth and tenth arm optical waveguide 76 9 and 76 10 for connecting the fourth optical coupler 72 and the fifth optical coupler 74.

光波長フィルタ35は、光波長フィルタ35の全長Lが、第2光学素子70を3dBカプラとして使用するために最適化されている以外は、実施形態2と同様に構成されている。 Optical wavelength filter 35, the total length L a of the optical wavelength filter 35, except that it is optimized for use with second optical element 70 as a 3dB coupler, is configured similarly to the second embodiment.

第4光カプラ72は、全長Laが実施形態2の光カプラ42の2倍とされている以外は、既に説明した光カプラ42と同様に構成されている。すなわち、第4光カプラ72は、多モード光導波路78と、第1〜第4光導波路72〜72とを備えている。なお、第4光カプラ72の全長Lは、第2光学素子70を3dBカプラとして使用するために、実施形態2の光カプラ42の約2倍の大きさとされている。 The fourth optical coupler 72 is configured in the same manner as the optical coupler 42 described above, except that the total length La is twice that of the optical coupler 42 of the second embodiment. That is, the fourth optical coupler 72 is provided with a multi-mode optical waveguide 78, and first to fourth optical waveguide 72 1-72 4. Note that the total length L a of the fourth optical coupler 72 is for use with the second optical element 70 as a 3dB coupler, and is about twice the size of the optical coupler 42 of Embodiment 2.

第5光カプラ74は、既に説明した実施形態2の光カプラ42と同様に構成されている。すなわち、第5光カプラ74は、既に説明した多モード光導波路16と、第1〜第4光導波路74〜74とを備えている。なお、第5光カプラ74の全長Lは、第2光学素子70を3dBカプラとして使用するために最適化されている。そして、第2及び第3光導波路74及び74のそれぞれには、第1及び第2出力用光導波路58及び58が接続されている。 The fifth optical coupler 74 is configured in the same manner as the optical coupler 42 of the second embodiment already described. That is, the fifth optical coupler 74 is provided with a multi-mode optical waveguide 16 already described, and first to fourth optical waveguide 72d 4. Note that the total length L a of the fifth optical coupler 74 is optimized to use the second optical element 70 as a 3dB coupler. And, of the each of the second and third optical waveguide 74 2 and 74 3, 2 the first and second output optical waveguides 58 1 and 58 are connected.

第7及び第8アーム光導波路76及び76は、光波長フィルタ35と第4光カプラ72とを光学的に接続する、偏波無依存なシングルモードのチャネル型光導波路である。第7及び第8アーム光導波路76及び76の光伝播方向に直交する横断面の形状及び寸法は、既に説明した第1及び第2アーム光導波路44及び44と同様とする。 Seventh and eighth arm optical waveguide 76 7 and 76 8, the optical wavelength filter 35 and the fourth optical coupler 72 optically connecting a channel optical waveguide of the polarization independent single mode. Shape and dimensions of the cross section perpendicular to the light propagation direction of the seventh and eighth arm optical waveguide 76 7 and 76 8, already the same as the first and second arm optical waveguides 44 1 and 44 2 as described.

より詳細には、第7アーム光導波路76は、光波長フィルタ35の第2光導波路20と、第4光カプラ72の第1光導波路72とを光学的に接続している。第8アーム光導波路76は、光波長フィルタ35の第3光導波路22と、第4光カプラ72の第4光導波路72とを光学的に接続している。第7及び第8アーム光導波路76及び76の光路長差は、ΔL(=第7アーム光導波路76の光路長−第8アーム光導波路76の光路長)とする。 More specifically, the seventh arm optical waveguide 76 7, a second optical waveguide 20 of the optical wavelength filter 35, and connects the first optical waveguide 72 1 of the fourth optical coupler 72 optically. Eighth arm optical waveguide 76 8, a third optical waveguide 22 of the optical wavelength filter 35, and connects the fourth optical waveguide 72 4 of the fourth optical coupler 72 optically. Optical path length difference between the seventh and eighth arm optical waveguide 76 7 and 76 8, [Delta] L - and (= optical path length of the seventh arm optical waveguide 76 7 optical path length of the 8-arm optical waveguide 76 8).

第9及び第10アーム光導波路76及び7610は、第4光カプラ72と第5光カプラ74とを光学的に接続する、偏波無依存なシングルモードのチャネル型光導波路である。第9及び第10アーム光導波路76及び7610の光伝播方向に直交する横断面の形状及び寸法は、既に説明した第1及び第2アーム光導波路44及び44と同様とする。 The ninth and tenth arm optical waveguides 76 9 and 76 10 are polarization-independent single-mode channel optical waveguides that optically connect the fourth optical coupler 72 and the fifth optical coupler 74. Shape and dimensions of the cross section perpendicular to the light propagation direction of the ninth and tenth arm optical waveguide 76 9 and 76 10, already the same as the first and second arm optical waveguides 44 1 and 44 2 as described.

より詳細には、第9アーム光導波路76は、第4光カプラ72の第2光導波路72と、第5光カプラ74の第1光導波路74とを光学的に接続している。第10アーム光導波路7610は、第4光カプラ72の第3光導波路72と、第5光カプラ74の第4光導波路74とを光学的に接続している。 More particularly, the ninth arm optical waveguide 76 9, a second optical waveguide 72 2 of the fourth optical coupler 72, and the first optical waveguide 74 1 of the fifth optical coupler 74 optically connected. Tenth arm optical waveguide 76 10, a third optical waveguide 72 3 of the fourth optical coupler 72, and connects the fourth optical waveguide 74 4 fifth optical coupler 74 optically.

第1変形例の場合と同様の理由により、第9及び第10アーム光導波路76及び7610の光路長差は、第7及び第8アーム光導波路76及び76の場合と正負が逆転している。つまり、第9及び第10アーム光導波路76及び7610の光路長差(=第9アーム光導波路76の光路長−第10アーム光導波路7610の光路長)は、−ΔLとする。 For the same reason as in the case of the first modification, the optical path length difference between the ninth and tenth arm optical waveguide 76 9 and 76 10, when the sign of the seventh and eighth arm optical waveguide 76 7 and 76 8 are reversed is doing. That is, the optical path length difference between the ninth and tenth arm optical waveguide 76 9 and 76 10 (= optical path length of the ninth arm optical waveguide 76 9 - optical path length of the 10 arm optical waveguide 76 10), and -Delta L.

第2変形例の第2光学素子70は、第1変形例の第1光学素子50と同様に、実施形態2のマッハツェンダ干渉器40よりも優れた波長分離特性を示す3dBカプラとして動作する。さらに、第2光学素子70は、素子全体の全長を第2光学素子50よりも短くすることができるので、素子の小型化が可能である。   Similar to the first optical element 50 of the first modification, the second optical element 70 of the second modification operates as a 3 dB coupler that exhibits a wavelength separation characteristic superior to that of the Mach-Zehnder interferometer 40 of the second embodiment. Furthermore, since the second optical element 70 can make the entire length of the entire element shorter than that of the second optical element 50, the element can be miniaturized.

10,35 偏波無依存型光波長フィルタ
12 基板
12a 第1主面
14 クラッド
16,78 多モード干渉光導波路(多モード導波路)
16 第1側面
16 第2側面
16 第3側面
16 第4側面
16 上面
16 下面
18,46,52,54,72,74 第1光導波路
18a,20a,22a 接続部
20,46,52,54,72,74 第2光導波路
22,46,52,54,72,74 第3光導波路
24 第1入出力用光導波路
24 第2入出力用光導波路
24 第3入出力用光導波路
30 光合分波素子
32 LD
34 PD
40 マッハツェンダ干渉器
42 光カプラ
44 第1アーム光導波路
44 第2アーム光導波路
46,52,54,72,74 第4光導波路
50 第1光学素子
52 第2光カプラ
54 第3光カプラ
56 第3アーム光導波路
56 第4アーム光導波路
56 第5アーム光導波路
56 第6アーム光導波路
58 第1出力用光導波路
58 第2出力用光導波路
70 第2光学素子
72 第4光カプラ
74 第5光カプラ
76 第7アーム光導波路
76 第8アーム光導波路
76 第9アーム光導波路
7610 第10アーム光導波路
10, 35 Polarization-independent optical wavelength filter 12 Substrate 12a First main surface 14 Cladding 16, 78 Multimode interference optical waveguide (multimode waveguide)
16 1 first side 16 2 second side 16 3 third side 16 4 fourth side 16 u top 16 d underside 18, 46 1, 52 1, 54 1, 72 1, 74 1 the first optical waveguide 18a, 20a, 22a connecting portions 20, 46 2, 52 2, 54 2, 72 2, 74 2 second optical waveguide 22, 46 3, 52 3, 54 3, 72 3, 74 3 third optical waveguide 24 1 first input-output Optical waveguide 24 2 Second input / output optical waveguide 24 3 Third input / output optical waveguide 30 Optical multiplexing / demultiplexing element 32 LD
34 PD
40 Mach-Zehnder Interferor 42 Optical Coupler 44 1 First Arm Optical Waveguide 44 2 Second Arm Optical Waveguide 46 4 , 52 4 , 54 4 , 72 4 , 74 4 Fourth Optical Waveguide 50 First Optical Element 52 Second Optical Coupler 54 3rd optical coupler 56 3 3rd arm optical waveguide 56 4 4th arm optical waveguide 56 5 5th arm optical waveguide 56 6 6th arm optical waveguide 58 1 1st output optical waveguide 58 2 2nd output optical waveguide 70 1st 2 Optical element 72 4th optical coupler 74 5th optical coupler 76 7 7th arm optical waveguide 76 8 8th arm optical waveguide 76 9 9th arm optical waveguide 76 10 10th arm optical waveguide

Claims (10)

単結晶Siを用いて形成されていて、互いに平行に対向する第1及び第2側面と、互いに平行に対向する第3及び第4側面と、互いに平行に対向する上面及び下面とで囲まれた直方体であって、1.2〜1.6μmの波長範囲の中から選択された互いに波長の異なる第1及び第2光の混合光を偏波無依存で波長分離する多モード干渉光導波路と、
前記第1側面に光学的に接続されており、前記混合光が入力される第1光導波路と、
前記第2側面に光学的に接続されており、波長分離された前記第1及び第2光をそれぞれ出力する第2及び第3光導波路とが、基板の第1主面側にクラッドに埋設されて(埋め込まれて)形成されており、
前記クラッドの屈折率nが1〜1.6の範囲の値であり、
前記多モード干渉光導波路の前記上面及び下面の間の距離である厚みtが0.2〜0.4μmの範囲の値であり、及び
前記多モード干渉光導波路の前記第3及び第4側面の間の距離である幅Wが1.0〜3.7μmの範囲の値であり、
前記屈折率nと前記幅Wと前記厚みtとが、前記屈折率nが大きくなると共に前記幅Wが大きくなり、かつ、前記厚みtが大きくなると共に前記幅Wが大きくなる関係を有することを特徴とする偏波無依存型光波長フィルタ。
It is formed using single crystal Si, and is surrounded by first and second side surfaces facing each other in parallel, third and fourth side surfaces facing each other in parallel, and upper and lower surfaces facing each other in parallel. A multi-mode interference optical waveguide that is a rectangular parallelepiped and separates the mixed light of the first and second lights having different wavelengths selected from the wavelength range of 1.2 to 1.6 μm without depending on the polarization;
A first optical waveguide optically connected to the first side surface and receiving the mixed light;
The second and third optical waveguides that are optically connected to the second side surface and output the first and second light beams separated from each other are buried in the cladding on the first main surface side of the substrate. (Embedded)
The cladding has a refractive index n in the range of 1 to 1.6;
The thickness t, which is the distance between the upper surface and the lower surface of the multimode interference optical waveguide, is a value in the range of 0.2 to 0.4 μm, and the third and fourth side surfaces of the multimode interference optical waveguide The width W, which is the distance between, is a value in the range of 1.0 to 3.7 μm,
The refractive index n, the width W, and the thickness t have a relationship that the refractive index n increases and the width W increases, and that the thickness t increases and the width W increases. Features a polarization-independent optical wavelength filter.
前記第1〜第3光導波路の、光伝播方向に直交しかつ前記基板の第1主面に平行な方向に測った幅は、前記多モード干渉光導波路から離れた側から該多モード干渉光導波路との接続部に向かうにつれて、直線的に拡大していることを特徴とする請求項1に記載の偏波無依存型光波長フィルタ。   The width of the first to third optical waveguides measured in a direction perpendicular to the light propagation direction and parallel to the first main surface of the substrate is the multimode interference light guide from the side away from the multimode interference optical waveguide. The polarization-independent optical wavelength filter according to claim 1, wherein the polarization-independent optical wavelength filter is linearly expanded toward a connection portion with the waveguide. 前記基板の前記第1主面に平行な面内で前記多モード干渉光導波路がなす矩形の中心点を通り、前記幅方向に延びる直線を第1軸としたときに、
前記第2光導波路は、該第1軸を対称軸として、前記第1光導波路と線対称な位置に設けられており、かつ、
前記第3光導波路は、前記中心点を対称中心として、前記第1光導波路と点対称な位置に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の偏波無依存型光波長フィルタ。
When the first axis is a straight line passing through the center point of the rectangle formed by the multimode interference optical waveguide in a plane parallel to the first main surface of the substrate and extending in the width direction,
The second optical waveguide is provided at a position symmetrical to the first optical waveguide with the first axis as a symmetry axis, and
3. The polarization-independent optical wavelength according to claim 1, wherein the third optical waveguide is provided at a point-symmetrical position with respect to the first optical waveguide with the center point as a symmetric center. 4. filter.
前記クラッドの材料をSiOとすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の偏波無依存型光波長フィルタ。 Polarization-independent optical wavelength filter according to claim 1, characterized in that the material of the cladding and SiO 2. 前記多モード干渉光導波路の前記第1及び第2側面の間の距離である全長をLとし、
前記第1光のTE成分における0次モード光と1次モード光の伝播定数差をΔβとし、かつ、前記第1光のTE成分の前記多モード干渉光導波路の伝播後の干渉次数をm(ただし、mは正の整数)とし、
前記第1光のTM成分における0次モード光と1次モード光の伝播定数差をΔβとし、かつ、前記第1光のTM成分の前記多モード干渉光導波路の伝播後の干渉次数をm(ただし、mは正の整数)とし、
前記第2光のTE成分における0次モード光と1次モード光の伝播定数差をΔβとし、かつ、前記第2光のTE成分の前記多モード干渉光導波路の伝播後の干渉次数をm(ただし、mは正の整数)とし、
前記第2光のTM成分における0次モード光と1次モード光の伝播定数差をΔβとし、かつ、前記第2光のTM成分の前記多モード干渉光導波路の伝播後の干渉次数をm(ただし、mは正の整数)とするとき、
前記多モード干渉光導波路での干渉条件を与える下記式(1)〜(4)が成立し、
=mかつm=m、及び、mとmとの差が奇数となることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の偏波無依存型光波長フィルタ。
Δβ=mπ・・・(1)
Δβ=mπ・・・(2)
Δβ=mπ・・・(3)
Δβ=mπ・・・(4)
The overall length is the distance between the first and second side of the multimode interference optical waveguide and L a,
The propagation constant difference of the zero-order mode light and first-order mode light in the TE component of the first light and [Delta] [beta] 1, and the interference order after propagation of the multimode interference optical waveguide of the TE component of the first light m 1 (where m 1 is a positive integer)
The propagation constant difference of the zero-order mode light and first-order mode light in the TM component of the first light and [Delta] [beta] 2, and the interference order after propagation of the multimode interference optical waveguide of the TM component of the first light m 2 (where m 2 is a positive integer)
The propagation constant difference of the zero-order mode light and first-order mode light in the TE component of the second light and [Delta] [beta] 3, and the interference order after propagation of the multimode interference optical waveguide of the TE component of the second light m 3 (where m 3 is a positive integer)
The propagation constant difference of the zero-order mode light and first-order mode light in the TM component of the second light and [Delta] [beta] 4, and the interference order after propagation of the multimode interference optical waveguide of the TM component of the second light m 4 (where m 4 is a positive integer)
The following formulas (1) to (4) that give interference conditions in the multimode interference optical waveguide are established,
The polarization-independent light according to any one of claims 1 to 4, wherein m 1 = m 2 and m 3 = m 4 , and the difference between m 1 and m 3 is an odd number. Wavelength filter.
Δβ 1 L a = m 1 π ··· (1)
Δβ 2 L a = m 2 π (2)
Δβ 3 L a = m 3 π ··· (3)
Δβ 4 L a = m 4 π ··· (4)
前記第1光の波長を1.31μmとし、及び、前記第2光の波長を1.49μmとした場合に、前記多モード干渉光導波路の厚みtと幅Wとが下記式(5)及び(6)を満たすことを特徴とする請求項4又は5に記載の偏波無依存型光波長フィルタ。
t≧0.25μmの場合:W=42(t−0.25)1.48+1.15・・・(5)
t<0.25μmの場合:1.1<W<1.15・・・(6)
When the wavelength of the first light is 1.31 μm and the wavelength of the second light is 1.49 μm, the thickness t and the width W of the multimode interference optical waveguide are expressed by the following formulas (5) and (5) 6. The polarization-independent optical wavelength filter according to claim 4 or 5, characterized in that 6) is satisfied.
When t ≧ 0.25 μm: W = 42 (t−0.25) 1.48 + 1.15 (5)
When t <0.25 μm: 1.1 <W <1.15 (6)
請求項6に記載の偏波無依存型波長フィルタを用いた光合分波素子であって、
前記第1光が前記第2光導波路から入力されて、前記多モード干渉光導波路を経て前記第1光導波路から出力され、
前記第2光が前記第1光導波路から入力されて、前記多モード干渉光導波路を経て前記第3光導波路から出力されることを特徴とする光合分波素子。
An optical multiplexing / demultiplexing device using the polarization-independent wavelength filter according to claim 6,
The first light is input from the second optical waveguide, is output from the first optical waveguide through the multimode interference optical waveguide,
The optical multiplexing / demultiplexing device, wherein the second light is input from the first optical waveguide and output from the third optical waveguide through the multimode interference optical waveguide.
請求項3又は4に記載の偏波無依存型光波長フィルタを利用したマッハツェンダ干渉器であって、
前記偏波無依存型光波長フィルタと、光カプラと、前記偏波無依存型光波長フィルタ及び前記光カプラを光学的に接続する第1及び第2アーム光導波路とを備えていて、
前記光カプラは、前記偏波無依存型光波長フィルタにおける前記第1軸を対称軸として前記第3光導波路と線対称な位置に第4光導波路が更に設けられて構成されていて、
前記第1アーム光導波路は、前記偏波無依存型光波長フィルタの前記第2光導波路と、前記光カプラの第1光導波路とを接続しており、
前記第2アーム光導波路は、前記偏波無依存型光波長フィルタの前記第3光導波路と、前記光カプラの前記第4光導波路とを接続しており、
第1及び第2アーム光導波路の光伝播方向に直交する横断面形状が正方形状であり、かつ、前記第1及び第2アーム光導波路の光路長が異なっていることを特徴とするマッハツェンダ干渉器。
A Mach-Zehnder interferometer using the polarization-independent optical wavelength filter according to claim 3 or 4,
The polarization-independent optical wavelength filter, an optical coupler, and first and second arm optical waveguides that optically connect the polarization-independent optical wavelength filter and the optical coupler;
The optical coupler is configured such that a fourth optical waveguide is further provided at a position symmetrical to the third optical waveguide with the first axis in the polarization-independent optical wavelength filter as an axis of symmetry,
The first arm optical waveguide connects the second optical waveguide of the polarization-independent optical wavelength filter and the first optical waveguide of the optical coupler,
The second arm optical waveguide connects the third optical waveguide of the polarization-independent optical wavelength filter and the fourth optical waveguide of the optical coupler,
A Mach-Zehnder interferometer, characterized in that the cross-sectional shape orthogonal to the light propagation direction of the first and second arm optical waveguides is a square shape, and the optical path lengths of the first and second arm optical waveguides are different. .
前記偏波無依存型光波長フィルタ及び前記光カプラの両者において、前記多モード干渉光導波路を伝播した後の前記第1光及び第2光の干渉次数を一方は半整数であり他方は偶数とするように、前記偏波無依存型光波長フィルタ及び前記光カプラの全長が決定されていること特徴とする請求項8に記載のマッハツェンダ干渉器。   In both the polarization-independent optical wavelength filter and the optical coupler, one of the interference orders of the first light and the second light after propagating through the multimode interference optical waveguide is a half integer and the other is an even number. The Mach-Zehnder interferometer according to claim 8, wherein total lengths of the polarization-independent optical wavelength filter and the optical coupler are determined. 前記偏波無依存型光波長フィルタ及び前記光カプラの両者において、前記多モード干渉光導波路を伝播した後の前記第1光及び第2光の干渉次数を両者とも半整数とするように前記光カプラの全長が決定されていることを特徴とする請求項8に記載のマッハツェンダ干渉器。   In both the polarization-independent optical wavelength filter and the optical coupler, the light is set so that the interference orders of the first light and the second light after propagating through the multimode interference optical waveguide are both half integers. 9. The Mach-Zehnder interferometer according to claim 8, wherein a total length of the coupler is determined.
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