JP2011175042A - 光リング共振器 - Google Patents

Abstract

【課題】光リング共振器において光学素子による損失を低減する。
【解決手段】本発明の一実施形態によるリング共振器は、リング状光導波路と、リング状光導波路に光を入力する入力用の光結合器と、リング状光導波路から光を出力する１以上の出力用の光結合器と、リング状光導波路に配置された１以上の光学素子とを備える。１以上の光学素子は、入力用の光結合器から入力された光の伝搬方向において、入力用の光結合器とその次の出力用の光結合器との間の全損失が他の光結合器間の全損失の総和よりも小さくなるように配置される。あるいは、１以上の光学素子は、入力用の光結合器から入力された光の伝搬方向において、最後の出力用の光結合器と入力用の光結合器との間の全損失が他の光結合器間の全損失の総和よりも大きくなるように配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光導波路型光回路である光リング共振器に関する。より詳しくは、本発明は、１つの入力と少なくとも１つの出力とを有する１つ以上のリング状光導波路に光学要素を挿入した光リング共振器の回路構成に関するものである。

インターネットの普及により、映像をともなうデータ通信が拡大し、高速・大容量な通信を可能とする光通信技術の適用が、通信ネットワークの基幹系からアクセス系にまで及んでいる。光通信の主要技術の一つが、波長分割多重光通信(以下、ＷＤＭ)技術である。ＷＤＭ技術では、光波長合分波器や光スイッチなどが不可欠であり、光導波路により形成したマッハ・ツェンダー干渉計（以下、ＭＺＩ）、アレイ導波路回折格子（以下、ＡＷＧ）などにより実現されている。

光導波路は、半導体材料、有機材料、ガラス材料などの種々の材料が適用されているが、石英ガラスをホスト材料とした石英系光導波路は、光の伝搬損失が小さく、商用として敷設されている石英系光ファイバーとの接続損失が小さく、また、長期信頼性に優れるなどの利点を有する。これらの利点から、石英系光導波路を用いた光回路部品は、高い性能と信頼性を実現でき、逸早く商用の光通信システムに利用されている。

商用光回路部品には、光ファイバーとの整合性から主に比屈折率差（以下、Δ）１％以下の石英系光導波路により形成されてきた。近年、光回路のさらなる小型高集積化のために曲がり半径十μｍオーダー〜サブｍｍを実現できる高いΔを有する光導波路の研究開発が実用化に向けて進み始めている（非特許文献１）。曲がり半径をサブｍｍ以下にできることは、光回路の小型高集積化ばかりでなく、単一リングにてＷＤＭへ適用できる光リング共振器（以下、ＲＲ）を構成できる利点があり、光リング共振器を用いた高機能光回路の研究開発が促進されている（例えば、非特許文献１）。

ＲＲを商用部品の構成に用いるためには、ＭＺＩやＡＷＧと同様に、外部環境など温度変化に対して光回路の光学特性が安定であることが要求される。そのための方法としてペルチェ素子及びサーミスタを用いた外部温調器を利用し、光回路部品を適切な温度で一定に保もつ方法が知られている。しかし、温調器を付加する方法は、部品サイズが大きくなり、コストが高くなる問題がある。

この問題を解決するために光導波路の一部を除去した溝を形成し、その溝に光導波路と異なる光学特性を有する材料を挿入することにより光回路部品自体の光学特性を温度に対して無依存化（アサーマル化）する技術が知られている。例えば、石英系光導波路を用いた光回路において、アサーマル化には、溝に挿入する材料として、石英系光導波路の実効屈折率の温度係数と異なる符号の屈折率の温度係数を有する樹脂を用いている（特許文献１）。この技術では、コア、及びコア近傍のクラッドを横断する溝を形成するため、溝にて放射損失が生じる。それゆえ、通常、光が光導波路を伝搬することによる光強度の減衰より、溝における光強度の減衰が大きくなる。この溝による損失を抑制するために溝を細かく分割した構成が用いられている。また、さらに細かく分割した溝の両端の溝幅を狭くすることで溝による損失をさらに抑制している（特許文献２、非特許文献２）。

ＲＲ構成による導波型光回路部品においても、リング状光導波路に上記の技術を適用することで、光学特性のアサーマル化が可能である。

特許第３４３６９３７号公報 特開２００１−２５５４２４号公報

國分泰雄 応用物理学会誌７２，１３６４（２００３） S. Kamei et al., J. Lightwave Technol., Vol.27, pp.3790-3799, 2009.

しかしながら、上記の溝構成を用いても溝での過剰損失を無くすことは困難であり、溝を形成したリング状光導波路の損失が増加する。ＲＲ構成による光回路の光学特性は、リング状光導波路の光損失に強く依存するため、アサーマル化により光学特性が劣化することになる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、リング状光導波路に光学素子を挿入する場合に光学特性の劣化を抑制するＲＲの構成を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、リング状光導波路と、前記リング状光導波路に光を入力する入力用の光結合器と、前記リング状光導波路から光を出力する１以上の出力用の光結合器と、前記リング状光導波路に配置された１以上の光学素子とを備えた光リング共振器であって、前記１以上の光学素子は、前記入力用の光結合器から入力された光の伝搬方向において、前記入力用の光結合器とその次の出力用の光結合器との間の全損失が他の光結合器間の全損失の総和よりも小さくなるように配置されたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光リング共振器であって、前記１以上の光学素子は、前記入力用の光結合器から入力された光の伝搬方向において、最後の出力用の光結合器と前記入力用の光結合器との間の全損失が他の光結合器間の全損失の総和よりも大きくなるように配置されたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光リング共振器であって、前記１以上の光学素子は、単位光路長あたりの損失が前記リング状光導波路のそれよりも大きく、前記最後の出力用の光結合器と前記入力用の光結合器との間にすべて配置されたことを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、複数のリング状光導波路と、前記複数のリング状光導波路を縦列に接続する接続用の光結合器と、前記複数のリング状光導波路の１つに光を入力する入力用の光結合器と、前記複数のリング状光導波路のいずれかから光を出力する１以上の出力用の光結合器と、前記複数のリング状光導波路に配置された１以上の光学素子とを備えた光リング共振器であって、前記１以上の光学素子は、前記入力用の光結合器から入力された光の伝搬方向において、前記入力用の光結合器とその次の出力用または接続用の光結合器との間の全損失が、前記入力用の光結合器を有するリング状光導波路の他の光結合器間の全損失の総和よりも小さくなるように配置されたことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光リング状光導波路であって、前記１以上の光学素子は、前記入力用の光結合器から入力された光の伝搬方向において、最後の出力用または接続用の光結合器と前記入力用の光結合器との間の全損失が、前記入力用の光結合器を有するリング状光導波路の他の光結合器間の全損失の総和よりも大きくなるように配置されたことを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光リング共振器であって、前記１以上の光学素子は、単位光路長あたりの損失が前記リング状光導波路のそれよりも大きく、前記最後の出力用または接続用の光結合器と前記入力用の光結合器との間にすべて配置されたことを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、複数のリング状光導波路と、前記複数のリング状光導波路を縦列に接続する接続用の光結合器と、前記複数のリング状光導波路の１つに光を入力する入力用の光結合器と、前記複数のリング状光導波路のいずれかから光を出力する１以上の出力用の光結合器と、前記複数のリング状光導波路に配置された１以上の光学素子とを備えた光リング共振器であって、前記１以上の光学素子は、１つのリング状光導波路について、前記入力用の光結合器から入力された光の伝搬方向において、最初の接続用の光結合器とその次の出力用または接続用の光結合器との間の全損失が、当該リング状光導波路の他の光結合器間の全損失の総和よりも小さくなるように配置されたことを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の光リング共振器であって、前記１以上の光学素子は、１つのリング状光導波路について、前記入力用の光結合器から入力された光の伝搬方向において、最後の出力用または接続用の光結合器と最初の接続用の光結合器との間の全損失が、当該リング状光導波路の他の光結合器間の全損失の総和よりも大きくなるように配置されたことを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の光リング共振器であって、前記１以上の光学素子は、単位光路長あたりの損失が前記リング状光導波路のそれよりも大きく、前記最後の出力用または接続用の光結合器と前記最初の接続用の光結合器との間にすべて配置されたことを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１から９のいずれかに記載の光リング共振器であって、前記リング状光導波路は、基板上のクラッドとコアによって形成された石英系光導波路であり、前記１以上の光学素子の一部または全部は、前記リング状光導波路のコアの一部を除去し樹脂を充填したものであることを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の光リング共振器であって、前記樹脂は、前記石英系光導波路の実効屈折率の温度係数と異なる符号の屈折率の温度係数を有し、前記１以上の光学素子の一部または全部は、前記光結合器間の光路長が温度無依存となるように配置されたことを特徴とする。

本発明によれば、光学素子を、ＲＲのドロップポートの透過率が低損失となる位置に配置するので、光学素子による機能を実現しつつ、低損失のＲＲを提供でき、高機能な光部品をＷＤＭ技術にて利用可能となる。特に、光学素子がアサーマル溝であり、光導波路が石英系光導波路であるＲＲでは、温度無依存な機能を有する小型、かつ低コストとなる光部品の提供が可能となる。

本発明の原理を説明するためのリング共振器の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施例を説明するためのリング共振器の構成を示し、図２（ａ）は、本発明の第１の実施例によるリング共振器の構成を示し、図２（ｂ）は、比較例によるリング共振器の構成を示す図である。 本発明の第１の実施例と比較例によるリング共振器の共振特性を示す図である。 本発明の第２の実施例によるリング共振器の構成例を示す図である。 本発明の第３の実施例によるリング共振器の構成例を示す図である。 本発明の第４の実施例によるリング共振器の構成例を示す図である。

本発明は、ＲＲのリング状光導波路に光学素子を挿入する場合に、入力用光結合器と出力用光結合器との間の導波路損失と光学素子の損失を考慮して光学素子を配置したことにある。

本発明について図１の単一のリング状光導波路を用いたＲＲの例にて説明する。図１のＲＲは、入力ポートとなる入力用光導波路１０１と、透過ポートとなる出力用光導波路１０２と、ドロップポートとなるＮ本の出力用光導波路１０３−１〜１０３−Ｎと、リング状光導波路１０４とを備えている。入力用光導波路１０１及び出力用光導波路１０２は、光結合器１０５によりリング状光導波路１０４と結合されている。Ｎ本の出力用光導波路１０３−１〜１０３−Ｎは、Ｎ個の光結合器１０６−１〜１０６−Ｎによりそれぞれリング状光導波路１０４と結合されている。

また、リング状光導波路１０４には光学素子が配置されている。図１において、光結合器１０５から光結合器１０６−１の間のリング状光導波路１０４には、ｍ₀個の光学素子Ｅ（０）−１〜Ｅ（０）−ｍ₀が挿入され、光結合器１０６−ｋから次の光結合器の間のリング状光導波路１０４には、ｍ_k個の光学素子Ｅ（ｋ）−１〜Ｅ（ｋ）−ｍ_kが挿入されている（但し、ｋは１〜Ｎの整数）。例えば、光結合器１０６−Ｎ−１から光結合器１０６−Ｎの間のリング状光導波路１０４には、ｍ_N-1個の光学素子Ｅ（Ｎ−１）−１〜Ｅ（Ｎ−１）−ｍ_N-1が挿入され、光結合器１０６−Ｎから光結合器１０５の間のリング状光導波路１０４には、ｍ_N個の光学素子Ｅ（Ｎ）−１〜Ｅ（Ｎ）−ｍ_Nが挿入されている。

ここで、光結合器１０５から光結合器１０６−１までのリング状光導波路１０４の損失（ｄＢ）をΓ_WG（０）とし、光結合器１０６−ｋから次の光結合器までのリング状光導波路１０４の損失（ｄＢ）をΓ_WG（ｋ）とする。例えば、光結合器１０６−Ｎ−１から光結合器１０６−Ｎまでのリング状光導波路１０４の損失（ｄＢ）をΓ_WG（Ｎ−１）とし、光結合器１０６−Ｎから光結合器１０５までのリング状光導波路１０４の損失（ｄＢ）をΓ_WG（Ｎ）とする。

また、光学素子Ｅ（０）−１〜Ｅ（０）−ｍ₀のそれぞれの損失（ｄＢ）をΓ_E0（１）〜Γ_E0（ｍ₀）とし、光学素子Ｅ（ｋ）−１〜Ｅ（ｋ）−ｍ_kのそれぞれの損失（ｄＢ）をΓ_Ek（１）〜Γ_Ek（ｍ_k）とする。例えば、光学素子Ｅ（Ｎ−１）−１〜Ｅ（Ｎ−１）−ｍ_N-1のそれぞれの損失（ｄＢ）をΓ_EN-1（１）〜Γ_EN-1（ｍ_N-1）とし、光学素子Ｅ（Ｎ）−１〜Ｅ（Ｎ）−ｍ_Nのそれぞれの損失（ｄＢ）をΓ_EN（１）〜Γ_EN（ｍ_N）とする。

本発明の第１の構成では、光結合器１０５から光結合器１０６−１までのリング状光導波路１０４および光学素子Ｅ（０）−１〜Ｅ（０）−ｍ₀の損失の合計が、他の部分のリング状光導波路１０４および他の光学素子Ｅ（１）−１〜Ｅ（Ｎ）−ｍ_Nの損失の合計よりも小さくなるようにリング状導波路１０４に光学素子１０７を配置する。すなわち、次式を満足するようにリング状導波路１０４に光学素子１０７を配置する。

この場合、ドロップポートとなる出力用導波路１０３−１から出力される光の共振波長での透過損失（ｄＢ）は、光結合器１０６および光学素子１０７の配置を、

がほぼ０となるようにした場合（不等式の左辺を最大とし、右辺を最小とする光結合器１０６および光学素子１０７の配置）と比較して、リング状光導波路とすべての光学素子の損失（ｄＢ）の合計の二分の一を超える損失を低減できる。

本発明の第２の構成では、光結合器１０６−Ｎから光結合器１０５までのリング状光導波路１０４および光学素子Ｅ（Ｎ）−１〜Ｅ（Ｎ）−ｍ_Nの損失の合計が、他の部分のリング状光導波路１０４および他の光学素子Ｅ（０）−１〜Ｅ（Ｎ−１）−ｍ_N-1の損失の合計よりも大きくなるようにリング状導波路１０４に光学素子１０７を配置する。すなわち、次式を満足するようにリング状導波路１０４に光学素子１０７を配置する。

この場合、上記と同様に、ドロップポートとなる全ての出力用導波路１０３−１から１０３−Ｎから出力される光の共振波長での透過損失（ｄＢ）は、光結合器１０６および光学素子１０７の配置を

がほぼ０となるようにした場合と比較して、リング状光導波路とすべての光学素子の損失（ｄＢ）の合計の二分の一を超える損失を低減できる。

本発明の第３の構成は、光学素子が光学素子の光路長に相当する長さにおけるリング状光導波路の損失より大きい損失である場合、全ての光学素子を光結合器１０６−Ｎから光結合器１０５の間に配置した構成である。この場合、ドロップポートとなる全ての出力用導波路１０３−１〜１０３−Ｎから出力される光の共振波長での透過損失（ｄＢ）は、全ての光学素子１０７を光結合器１０５から光結合器１０６−１に配置した場合の損失に比較して、すべての光学素子の損失（ｄＢ）の合計した分の損失を低減できる。

本発明の第４の構成は、上記の構成において光導波路を石英系光導波路とし、光学素子を光導波路の一部を除去し樹脂を充填したアサーマル溝とした構成である。非特許文献２で用いている石英系光導波路の損失は１ｍ当たり１ｄＢ以下であり、アサーマル溝の過剰損失は１ｍ当たりに換算すると１０００ｄＢオーダーである。また、素子の長さ当たりの光路長は石英系光導波路とアサーマル溝はおおよそ同じである。それゆえ、同じ光路長では、アサーマル溝の損失が、石英系光導波路の損失より３桁以上大きな値であり、本発明の第１から第３の構成の光学素子としてアサーマル溝を配置することはＲＲの特性劣化を抑えるのに特に効果的である。

上記の構成により、ＲＲの損失を低減できる理由は次のとおりである。ドロップポートとなる光結合器１０６−ｋを介して出力用光導波路１０３−ｋから出射する出力光１２２−ｋは、入力用導波路１２０から入力用光結合器１０５を介してリング状光導波路１０４に入射した入力光１２０がリング内を周回する光による光結合器１０６−ｋでの干渉による光の出力光と見ることができる。光導波路と光学素子による損失に着目した場合、入力光１２０は、まず、入力用光結合器１０５から光結合器１０６−ｋの間にある光導波路と光学素子により減衰した光が光結合器１０６−ｋに到達する。その後、光結合器１０６−ｋを通過した光は、リング状光導波路１０４を１周して、リング内の全ての光導波路と光学素子により減衰し、再度、光結合器１０６−ｋに到達する。２周目以降もリング内の全ての光導波路と光学素子により減衰した光が光結合器１０６−ｋに到達する。

１周目以降の光の減衰は、光結合器間の光導波路の損失の違いや光学素子の配置に関係しないが、入力光１２０が入力用光結合器１０５から光結合器１０６−ｋに到達するまでの光導波路や光学素子による減衰を減らすことでＲＲ全体の損失を低減することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。

図２（ａ）に本発明の第１の実施例であるＲＲの例を示す。図２（ｂ）は、本発明との比較のためのＲＲの例を示す。

図２（ａ）のＲＲは、入力ポートとなる入力用光導波路２０１と、透過ポートとなる出力用光導波路２０２と、ドロップポートとなる１本の出力用光導波路２０３-１と、リング状光導波路２０４とを備えている。入力用光導波路２０１及び出力用光導波路２０２は、光結合器２０５によりリング状光導波路２０４と結合されている。１本の出力用光導波路２０３−１は、光結合器２０６−１によりリング状光導波路２０４と結合されている。また、光の伝搬方向において光結合器２０６−１から光結合器２０５の間のリング状光導波路２０４には、１個の光学素子Ｅ（１）−１が挿入されている。

本実施例の光導波路は、コア径を２．３μｍｘ２．３μｍとし、コアの屈折率が１．５２及びクラッドの屈折率が１．４４となる比屈折率差を５％とした石英系光導波路であり、伝搬損失は５ｄＢ／ｍである。非特許文献２で用いている石英系光導波路は１ｄＢ/ｍ以下であると記載したが、本実施例とコアの材料、比屈折率差が異なるためである。リング状光導波路２０４は、共振間隔を０．４ｎｍとするために、半径を０．６ｍｍの正円とした。光結合器２０５及び２０６−１は、光強度での結合比は１．５％となる方向性結合器を用い、光結合器２０５及び２０６−１がリング状光導波路２０４に対して対称となる位置に配置した。

光学素子Ｅ（１）−１には、従来の技術で述べたアサーマル化のための素子であり、リング状光導波路２０４を横断する複数の溝に石英系光導波路の実効屈折率の温度係数と異なる符号の屈折率の温度係数を有する樹脂を充填した素子である。光学素子Ｅ（１）−１の溝は、溝のギャップを３μｍ、溝間のピッチを８μｍ、溝の個数を３８個、溝に充填した樹脂の屈折率を１．４９とした。光学素子の全長は約０．３ｍｍである。また、光学素子Ｅ（１）−１の損失は１．１ｄＢである。

光学素子の全長０．３ｍｍに相当する光路長の石英系光導波路の損失は０．００２ｄＢであり、光学素子Ｅ（１）−１に比較して非常に小さい。また、リング状光導波路２０４１周当たりの損失は０．０２ｄＢであり、光学素子に比較して非常に小さい。この実施例では、光の伝搬方向での光結合器２０６−１から光結合器２０５の光導波路と光学素子との損失の和は、約１．１ｄＢであり、光結合器２０５から光結合器２０６−１での損失０．０１ｄＢ（光導波路のみ）に比較して大きくなるように光学素子を配置したものである。

図２（ｂ）のＲＲは、図２（ａ）において光学素子Ｅ（１）−１の代わりにこれと同じ光学素子Ｅ（０）−１を、光の伝搬方向において光結合器２０５から光結合器２０６−１の間のリング状光導波路２０４に挿入したものである。この比較例では、光の伝搬方向での光結合器２０６−１から光結合器２０５の光導波路と光学素子との損失の和は光導波路の損失である０．０１ｄＢであり、光結合器２０５から光結合器２０６−１での損失の和の約１．１ｄＢに比較して小さくなるように光学素子を配置したものである。

本実施例のＲＲは、次の手順で作製した。シリコン基板上に、厚さ１０μｍ、屈折率１．４４４（波長１．５５μｍ）の下部クラッドを、火炎堆積法（ＦＨＤ法）を用いて石英系ガラスにより形成し、厚さ２．３μｍ、比屈折率差５％のコア膜を、スパッタ法を用いてＴａ₂Ｏ₅ドープ石英系ガラスにより形成した。次に、作製したコア膜をＬＳＩで用いられているフォトリソグラフィ技術と反応性イオンエッチング技術を用いて加工し、コア幅２．３μｍのリッジ状のコアとし、図２に示すＲＲのパターンを形成した。次に、リッジ状コアを覆うように厚さ１０μｍ、屈折率１．４４４（波長１．５５μｍ）上部クラッドを、熱ＣＶＤ法を用いて石英系ガラスにより形成することでコアを埋め込んだ。さらに、リング状光導波路２０４のコア及びクラッドを横断するギャップ３μｍの３８個の溝を形成し、最後に、樹脂を充填し、光学素子Ｅ（１）−１、あるいはＥ（０）−１を形成した。

図３は、作製したＲＲの共振特性であり、出力用光導波路２０３−１から出力した光２２２−１の透過率の波長依存性を示す図である。図中の構成（ａ）は本実施例のＲＲである図２（ａ）の共振特性であり、図中の構成（ｂ）は本実施例との比較のためのＲＲである図２（ｂ）の共振特性である。共振特性は、測定のために用いた光ファイバーと光導波路の接続損失を差し引いた値を示している。構成（ａ）の共振点での透過率は、構成（ｂ）に比較して約１．１ｄＢ低損失となっており、本発明の構成が効果的であることがわかる。

本実施例では、入力光２２０とドロップポートの出力光２２２−１の位相の相対的な関係は温度無依存とはならない。それは、リング状光導波路２０４の光路長と光学素子Ｅ（１）−１の光路長の和は温度に対して一定となっているが、光結合器２０５から光結合器２０６−１の間では、石英系光導波路のみのため、この部分の光路長は温度に依存し、また、光結合器２０６−１から光結合器２０５の間では、石英系光導波路より光学素子Ｅ（１）−１での光路長の温度変化が大きいため、この部分の光路長は温度に依存することによる。それゆえ、光結合器間の光路長が温度に対して一定となるように、光学素子Ｅ（１）−１を分割し、その一部を光結合器２０５から光結合器２０６−１の間に配置して、光結合器間での光導波路の光路長と光学素子の光路長の比がほぼ一定となるようにすれば良い。また、光結合器２０５から光結合器２０６−１の間での損失を減らすために、光結合器２０６−１を、光の伝搬方向における光結合器２０５から光結合器２０６−１のリング状光導波路２０４の長さが、光結合器２０６−１から光結合器２０５より短くなるように配置することができる。この場合、光結合器２０５から光結合器２０６−１のリング状光導波路２０４の長さを極力短くなるように配置することが望ましい。

図４に本発明の第２の実施例であるＲＲの例を示す。これは、図２（ａ）のＲＲの結合器２０５と結合器２０６−１の間に光結合器を設けた形態である。

図４のＲＲは、入力ポートとなる入力用光導波路４０１と、透過ポートとなる出力用光導波路４０２と、ドロップポートとなる２本の出力用光導波路４０３−１、４０３−２と、リング状光導波路４０４とを備えている。入力用光導波路４０１及び出力用光導波路４０２は、光結合器４０５によりリング状光導波路４０４と結合されている。２本の出力用光導波路４０３−１、４０３−２は、光結合器４０６−１、４０６−２によりそれぞれリング状光導波路４０４と結合されている。また、光の伝搬方向において光結合器４０６−２から光結合器４０５の間のリング状光導波路４０４には、１個の光学素子Ｅ（２）−１が挿入されている。

本実施例の光導波路及び光学素子とも図２（ａ）と同じ構成であり、光結合器４０５、４０６−１、４０６−２も同様に、光強度での結合比は１．５％となる方向性結合器を用いた。図２（ｂ）と同様に、比較のために、光学素子Ｅ（２）−１の代わりにこれと同じ素子を、光の伝搬方向において光結合器４０５から光結合器４０６−１の間に挿入したＲＲを作製した。図４の出力用光導波路４０３−１、４０３−２から出力する光４２２−１、４２２−２の共振点での透過率は、比較例のＲＲの透過率に比較して約１．１ｄＢ低損失であった。すなわち、いずれのドロップポートでも本発明の構成が効果的であることがわかる。

実施例１と同様の理由で、本実施例では、入力光４２０とドロップポートの出力光４２２−１、４２２−２の位相の相対的な関係は温度無依存とはならない。それゆえ、光結合器間の光路長が温度に対して一定となるように、光学素子Ｅ（１）−１を分割し、その一部を光結合器４０５から光結合器４０６−１の間および光結合器４０６−１から光結合器４０６−２の間にそれぞれ配置して、光結合器間での光導波路の光路長と光学素子の光路長の比がほぼ一定となるようにすれば良い。また、光結合器４０５から光結合器４０６−２の間での損失を減らすために、光結合器４０６−２を、光の伝搬方向における光結合器４０５から光結合器４０６−２のリング状光導波路４０４の長さが、光結合器４０６−２から光結合器４０５より短くなるように配置することができる。この場合、出力光４２２−１及び４２２−２の透過率を大きくするためには、光結合器４０５から光結合器４０６−１、光結合器４０６−１から光結合器４０６−２のリング状光導波路２０４の長さを極力短くなるように配置することが望ましい。

図５に本発明の第３の実施例である二つのリング状光導波路を縦列接続したＲＲの例を示す。

図５のＲＲは、入力ポートとなる入力用光導波路５０１と、透過ポートとなる出力用光導波路５０２と、ドロップポートとなる１本の出力用光導波路５１３−１と、２つのリング状光導波路５０４、５１４とを備えている。入力用光導波路５０１及び出力用光導波路５０２は、光結合器５０５によりリング状光導波路５０４と結合され、２つのリング状光導波路５０４、５１４は、光結合器５０６−１により結合されている。１本の出力用光導波路５１３−１は、光結合器５１６−１によりリング状光導波路５１４と結合されている。また、光の伝搬方向において光結合器５０６−１から光結合器５０５の間のリング状光導波路５０４には、光学素子Ｅ₁（１）−１が挿入され、光の伝搬方向において光結合器５１６−１から光結合器５０６−１の間のリング状光導波路５１４には、光学素子Ｅ₂（１）−１が挿入されている。

本実施例の光導波路及び光学素子とも実施例１と同じ構成であり、光結合器５０５、５０６−１、５１６−１も同様に、光強度での結合比は１．５％となる方向性結合器を用いた。また、実施例１と同様に、比較のために、光学素子Ｅ₁（１）−１の代わりにこれと同じ素子を、光の伝搬方向において光結合器５０５と光結合器５０６−１の間に挿入し、光学素子Ｅ₂（１）−１の代わりにこれと同じ素子を、光の伝搬方向において光結合器５０６−１と光結合器５１６−１の間に挿入したＲＲを作製した。図５の出力用光導波路５１３−１から出力する光５２２−１の共振点での透過率は、比較例のＲＲの透過率に比較して約２．１ｄＢ低損失であった。これは、光学素子Ｅ₁（１）−１、Ｅ₂（１）−１での各損失１．１ｄＢの和の分だけ低損失となっており、リング状光導波路を縦列接続した構成でも本発明の構成が効果的であることがわかる。

実施例１および２と同様の理由で、本実施例では、入力光５２０とドロップポートの出力光５２２−１の位相の相対的な関係は温度無依存とはならない。それゆえ、光結合器間の光路長が一定となるように、光学素子Ｅ₁（１）−１、Ｅ₂（１）−１を分割し、その一部を光結合器５０５から光結合器５０６−１の間および光結合器５０６−１から光結合器５１６−１の間にそれぞれ配置して、光結合器間での光導波路の光路長と光学素子の光路長の比がほぼ一定となるようにすれば良い。また、光結合器５０５から光結合器５０６−１の間での損失、および光結合器５０６−１から光結合器５１６−１の間での損失を減らすために、光の伝搬方向における光結合器５０５から光結合器５０６−１のリング状光導波路５０４の長さが、光結合器５０６−１から光結合器５０５より短く、光の伝搬方向における光結合器５０６−１から光結合器５１６−１のリング状光導波路５１４の長さが、光結合器５１６−１から光結合器５０６−１より短くなるように配置することができる。この場合、出力光５２２−１の透過率を大きくするためには、光結合器５０５から光結合器５０６−１の長さと、光結合器５０６−１から光結合器５１６−１の長さを極力短くなるように配置することが望ましい。

図６に本発明の第４の実施例である四つのリング状光導波路を縦列接続したＲＲの例を示す。

図６のＲＲは、入力ポートとなる入力用光導波路６０１と、透過ポートとなる出力用光導波路６０２と、ドロップポートとなる１本の出力用光導波路６３３−１と、４つのリング状光導波路６０４、６１４、６２４、６３４とを備えている。入力用光導波路６０１及び出力用光導波路６０２は、光結合器６０５によりリング状光導波路６０４と結合され、４つのリング状光導波路６０４、６１４、６２４、６３４は、それぞれ光結合器６０６−１、６１６−１、６２６−１により結合されている。１本の出力用光導波路６３３−１は、光結合器６３６−１によりリング状光導波路６３４と結合されている。また、光の伝搬方向において光結合器６０６−１から光結合器６０５の間のリング状光導波路６０４には、光学素子Ｅ₁（１）−１が挿入され、光の伝搬方向において光結合器６１６−１から光結合器６０６−１の間のリング状光導波路６１４には、光学素子Ｅ₂（１）−１が挿入され、光の伝搬方向において光結合器６２６−１から光結合器６１６−１の間のリング状光導波路６２４には、光学素子Ｅ₃（１）−１が挿入され、光の伝搬方向において光結合器６３６−１から光結合器６２６−１の間のリング状光導波路６３４には、光学素子Ｅ₄（１）−１が挿入されている。

本実施例の光導波路及び光学素子とも実施例１と同じ構成であり、光結合器６０５、６０６−１、６１６−１、６２６−１も同様に、光強度での結合比は１．５％となる方向性結合器を用いた。また、実施例１と同様に、比較のために、光学素子Ｅ₁（１）−１の代わりにこれと同じ素子を、光の伝搬方向において光結合器６０５と光結合器６０６−１の間に挿入し、光学素子Ｅ₂（１）−１の代わりにこれと同じ素子を、光の伝搬方向において光結合器６０６−１と光結合器６１６−１の間に、光学素子Ｅ₃（１）−１の代わりにこれと同じ素子を、光の伝搬方向において光結合器６１６−１と光結合器６２６−１の間に挿入し、光学素子Ｅ₄（１）−１の代わりにこれと同じ素子を、光の伝搬方向において光結合器６２６−１と光結合器６３６−１の間に挿入したＲＲを作製した。図６の出力用光導波路６３３−１から出力する光６２２−１の共振点での透過率は、比較例のＲＲの透過率に比較して約４．１ｄＢ低損失であった。これは、おおよそ光学素子Ｅ₁（１）−１、Ｅ₂（１）−１、Ｅ₃（１）−１、Ｅ₄（１）−１での各損失１．１ｄＢの和の分だけ低損失となっており、リング状光導波路を縦列接続した構成でも本発明の構成が効果的であることがわかる。

実施例１、２及び３と同様の理由で、本実施例では、入力光６２０とドロップポートの出力光６２２−１の位相の相対的な関係は温度無依存とはならない。それゆえ、光結合器間の光路長が温度に対して一定となるように、光学素子Ｅ₁（１）−１、Ｅ₂（１）−１、Ｅ₃（１）−１、Ｅ₄（１）−１を分割し、その一部を光結合器６０５から光結合器６０６−１の間、光結合器６０６−１から光結合器６１６−１の間、光結合器６１６−１から光結合器６２６−１の間、および光結合器６２６−１から光結合器６３６−１の間にそれぞれ配置して、光結合器間での光導波路の光路長と光学素子の光路長の比がほぼ一定となるようにすれば良い。また、光結合器６０５から光結合器６０６−１の間での損失、光結合器６０６−１から光結合器６１６−１の間での損失、光結合器６１６−１から光結合器６２６−１の間での損失、および光結合器６２６−１から光結合器６３６−１の間での損失を減らすために、光の伝搬方向における結合器６０５から光結合器６０６−１のリング状光導波路６０４の長さが、光結合器６０６−１から光結合器６０５より短く、光の伝搬方向における光結合器６０６−１から光結合器６１６−１のリング状光導波路６１４の長さが、光結合器６１６−１から光結合器６０６−１より短く、光の伝搬方向における光結合器６１６−１から光結合器６２６−１のリング状光導波路６２４の長さが、光結合器６２６−１から光結合器６１６−１より短く、光の伝搬方向における光結合器６２６−１から光結合器６３６−１のリング状光導波路６３４の長さが、光結合器６３６−１から光結合器６２６−１より短くなるように配置することができる。この場合、出力光６２２−１の透過率を大きくするためには、光結合器６０５から光結合器６０６−１、光結合器６０６−１から光結合器６１６−１、光結合器６１６−１から光結合器６２６−１、光結合器６２６−１から光結合器６３６−１の長さを極力短くなるようにすることが望ましい。

以上、本発明について、具体的にいくつかの実施例について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施例の例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、リング状光導波路を単一あるいは２個または４個を縦列接続した構成を例示したが、３個あるいは５個以上のリング状光導波路を縦列接続した構成にても本発明の効果を有する。また、ドロップポートとなる出力用光導波路を単一のリング状光導波路に１本及び２本接続する構成、及び２個または４個を縦列接続したリング状光導波路に１本接続した構成を例示したが、ドロップポートとなる出力用光導波路の数及び縦列接続するリング状導波路の数に限定されるものでない。また、縦列に接続された複数のリング状光導波路の任意の少なくとも一つのリング状光導波路に本発明の構成を適用することで本発明の効果を有する。

１０１、２０１、４０１、５０１、６０１ 入力用光導波路
１０２、２０２、４０２、５０２、６０２ 透過ポートとなる出力用光導波路
１０３、２０３、４０３、５１３、６３３ ドロップポートとなる出力用光導波路
１０４、２０４、４０４、５０４、５１４、６０４、６１４、６２４、６３４ リング状光導波路
１０５、１０６、２０５、２０６、４０５、４０６、５０５、５０６、５１６、６０５、６０６、６１６、６２６、６３６ 光結合器
Ｅ、Ｅ₁、Ｅ₂、Ｅ₃、Ｅ₄光学素子
１２０、２２０、４２０、５２０、６２０ 入力光
１２１、２２１、４２１、５２１、６２１ 透過ポートの出力光
１２２、２２２、４２２、５２２、６２２ ドロップポートの出力光

Claims (11)

1. リング状光導波路と、
   前記リング状光導波路に光を入力する入力用の光結合器と、
   前記リング状光導波路から光を出力する１以上の出力用の光結合器と、
   前記リング状光導波路に配置された１以上の光学素子と
   を備えた光リング共振器であって、
   前記１以上の光学素子は、前記入力用の光結合器から入力された光の伝搬方向において、前記入力用の光結合器とその次の出力用の光結合器との間の全損失が他の光結合器間の全損失の総和よりも小さくなるように配置されたことを特徴とする光リング共振器。
2. 請求項１に記載の光リング共振器であって、
   前記１以上の光学素子は、前記入力用の光結合器から入力された光の伝搬方向において、最後の出力用の光結合器と前記入力用の光結合器との間の全損失が他の光結合器間の全損失の総和よりも大きくなるように配置されたことを特徴とする光リング共振器。
3. 請求項２に記載の光リング共振器であって、
   前記１以上の光学素子は、単位光路長あたりの損失が前記リング状光導波路のそれよりも大きく、前記最後の出力用の光結合器と前記入力用の光結合器との間にすべて配置されたことを特徴とする光リング共振器。
4. 複数のリング状光導波路と、
   前記複数のリング状光導波路を縦列に接続する接続用の光結合器と、
   前記複数のリング状光導波路の１つに光を入力する入力用の光結合器と、
   前記複数のリング状光導波路のいずれかから光を出力する１以上の出力用の光結合器と、
   前記複数のリング状光導波路に配置された１以上の光学素子と
   を備えた光リング共振器であって、
   前記１以上の光学素子は、前記入力用の光結合器から入力された光の伝搬方向において、前記入力用の光結合器とその次の出力用または接続用の光結合器との間の全損失が、前記入力用の光結合器を有するリング状光導波路の他の光結合器間の全損失の総和よりも小さくなるように配置されたことを特徴とする光リング共振器。
5. 請求項４に記載の光リング状光導波路であって、
   前記１以上の光学素子は、前記入力用の光結合器から入力された光の伝搬方向において、最後の出力用または接続用の光結合器と前記入力用の光結合器との間の全損失が、前記入力用の光結合器を有するリング状光導波路の他の光結合器間の全損失の総和よりも大きくなるように配置されたことを特徴とする光リング共振器。
6. 請求項５に記載の光リング共振器であって、
   前記１以上の光学素子は、単位光路長あたりの損失が前記リング状光導波路のそれよりも大きく、前記最後の出力用または接続用の光結合器と前記入力用の光結合器との間にすべて配置されたことを特徴とする光リング共振器。
7. 複数のリング状光導波路と、
   前記複数のリング状光導波路を縦列に接続する接続用の光結合器と、
   前記複数のリング状光導波路の１つに光を入力する入力用の光結合器と、
   前記複数のリング状光導波路のいずれかから光を出力する１以上の出力用の光結合器と、
   前記複数のリング状光導波路に配置された１以上の光学素子と
   を備えた光リング共振器であって、
   前記１以上の光学素子は、１つのリング状光導波路について、前記入力用の光結合器から入力された光の伝搬方向において、最初の接続用の光結合器とその次の出力用または接続用の光結合器との間の全損失が、当該リング状光導波路の他の光結合器間の全損失の総和よりも小さくなるように配置されたことを特徴とする光リング共振器。
8. 請求項７に記載の光リング共振器であって、
   前記１以上の光学素子は、１つのリング状光導波路について、前記入力用の光結合器から入力された光の伝搬方向において、最後の出力用または接続用の光結合器と最初の接続用の光結合器との間の全損失が、当該リング状光導波路の他の光結合器間の全損失の総和よりも大きくなるように配置されたことを特徴とする光リング共振器。
9. 請求項８に記載の光リング共振器であって、
   前記１以上の光学素子は、単位光路長あたりの損失が前記リング状光導波路のそれよりも大きく、前記最後の出力用または接続用の光結合器と前記最初の接続用の光結合器との間にすべて配置されたことを特徴とする光リング共振器。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の光リング共振器であって、
    前記リング状光導波路は、基板上のクラッドとコアによって形成された石英系光導波路であり、
    前記１以上の光学素子の一部または全部は、前記リング状光導波路のコアの一部を除去し樹脂を充填したものであることを特徴とする光リング共振器。
11. 請求項１０に記載の光リング共振器であって、
    前記樹脂は、前記石英系光導波路の実効屈折率の温度係数と異なる符号の屈折率の温度係数を有し、
    前記１以上の光学素子の一部または全部は、前記光結合器間の光路長が温度無依存となるように配置されたことを特徴とする光リング共振器。

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