JP2012078512A - Wavelength splitter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength splitter using a WGM resonator in which lowering of characteristics of an element is suppressed while the scale of the element is reduced.SOLUTION: A wavelength splitter includes a plurality of waveguides and a plurality of resonators by way of Whispering Gallery Mode. Each of part of the plurality of the resonators among the plurality of the resonators satisfies a resonance condition of first light, which is in a propagation mode of either TE or TM and has a first wavelength. The part of the plurality of the resonators are subjected to resonant coupling of the first light with the waveguide and are arranged from the waveguide in order to form one coupling resonator type optical waveguide. Each of part of the plurality of the resonators among the plurality of the resonators satisfies a resonance condition of second light, which is in a propagation mode of either TE or TM and has a second wavelength. The part of the plurality of the resonators are subjected to resonant coupling of the second light with the waveguide and are arranged from the waveguide in order to form one coupling resonator type optical waveguide.

Description

本発明は、ウィスパリングギャラリーモードによる共振器(Resonator)を用いた波長スプリッタに関する。   The present invention relates to a wavelength splitter using a resonator in a whispering gallery mode.

ウィスパリングギャラリーモード(Whispering Gallery Mode:以下、WGMと記す)とは、ディスクやリングなどの共振器内部で発生する共振現象である。WGMによる共振器(WGM共振器)の外部との境界は、一般に、円形状である。幾何光学におけるWGMとは、境界内部を光が全反射し、境界内部を伝播する共振現象である。円形状の境界の半径をr、光の波長をλ、WGM共振器の外部に対する比屈折率をnとすると、共振条件は、円周が波長の整数倍、すなわち、2πr=m(λ/n)で表すことができる。   Whispering Gallery Mode (hereinafter referred to as WGM) is a resonance phenomenon that occurs inside a resonator such as a disk or a ring. The boundary with the outside of the resonator (WGM resonator) by WGM is generally circular. The WGM in geometric optics is a resonance phenomenon in which light is totally reflected inside the boundary and propagates inside the boundary. If the radius of the circular boundary is r, the wavelength of light is λ, and the relative refractive index to the outside of the WGM resonator is n, the resonance condition is that the circumference is an integral multiple of the wavelength, that is, 2πr = m (λ / n ).

ここで、mは共振モード数となる整数である。幾何光学におけるWGMとは、mは十分に大きい値をとる。幾何光学によるWGM共振器を用いた波長フィルタについては、例えば、特許文献1に、記載がある。   Here, m is an integer that is the number of resonance modes. With WGM in geometric optics, m takes a sufficiently large value. For example, Patent Document 1 describes a wavelength filter using a geometrical optical WGM resonator.

特表2006−515081号公報JP-T 2006-515081

mの値が大きい場合には、WGM共振器の内部で共振する光は、円形状である境界の接線に隣接して反射されるので、光の全反射とみなす、幾何光学近似がなりたつが、mの値が小さくなると、WGM共振器の素子の規模を小さくできるものの、光の散乱効果が大きくなり、幾何光学近似は成り立たなくなる。   When the value of m is large, the light resonating inside the WGM resonator is reflected adjacent to the tangent of the circular boundary, so that the geometrical optical approximation, which is regarded as total reflection of light, becomes When the value of m is reduced, the scale of the element of the WGM resonator can be reduced, but the light scattering effect is increased and the geometrical optical approximation is not established.

mの値が1以上で、幾何光学近似がもはや成立しないmの値以下である領域を、粒子径と同程度の波長によるミー(Mie)散乱より、ミー領域とする。ミー領域におけるWGMの共振条件は、後述する通り、ミー理論から導かれる。逆に言えば、ミー理論から導かれる共振条件が成り立つ領域を、ミー領域としてもよい。   A region where the value of m is 1 or more and the geometrical optical approximation is no longer valid is equal to or less than the value of m is defined as a Mie region by Mie scattering with a wavelength similar to the particle diameter. The resonance condition of WGM in the Mie region is derived from Mie theory as will be described later. In other words, the region where the resonance condition derived from the Mie theory is satisfied may be the Mie region.

ミー領域におけるWGM共振器において、光が波長程度まで外部ににじみ出るエバネッセント波(Evanescent Wave)が発生し、mの値がより小さくなるほど、エバネッセント波が増加する。非共振状態にある光にもエバネッセント波が発生するので、1個のWGM共振器において、共振する光以外の波長の光も侵入しやすく、また、放出されやすくなるので、WGM共振器を用いて波長スプリッタを構成する場合、幾何光学近似が成り立つWGM共振器と比較して、消光比が低下し、素子としての特性は低下する。   In the WGM resonator in the Mie region, an evanescent wave (evanescent wave) is generated in which light oozes out to the wavelength, and as the value of m becomes smaller, the evanescent wave increases. Since evanescent waves are also generated in light that is in a non-resonant state, light of a wavelength other than the resonating light can easily enter and be emitted in one WGM resonator. When a wavelength splitter is configured, the extinction ratio is lowered and the characteristics as an element are lowered as compared with a WGM resonator in which geometrical optical approximation is established.

本発明は、このような課題を鑑みて、素子規模を小さくしつつ、素子の特性の低下が抑制されるWGM共振器を用いる波長スプリッタの提供にある。   In view of such a problem, the present invention is to provide a wavelength splitter using a WGM resonator in which a reduction in element characteristics is suppressed while reducing an element scale.

(1)上記課題を解決するために、発明に係る波長スプリッタは、外部より入力する光を伝播する導波路と、前記導波路の側方に、互いに離間して配置される、ウィスパリングギャラリーモードによる共振器、を複数備える、波長スプリッタであって、前記複数の共振器のうち、一部の複数の共振器それぞれが、TEモード又はTMモードのいずれかの伝播モードであって第1の波長を有する第1の光、の共振条件を満たし、該一部の複数の共振器は、前記導波路と前記第1の光の共振結合をするとともに、前記導波路より順に並んで、1本の結合共振器型光導波路を形成するとともに、前記複数の共振器のうち、一部の複数の共振器それぞれが、TEモード又はTMモードのいずれかの伝播モードであって第2の波長を有するとともに、前記第1の光とは、波長又は伝播モードの、いずれか又は両方が異なる、第2の光、の共振条件を満たし、該一部の複数の共振器は、前記導波路と前記第2の光の共振結合をするとともに、前記導波路より順に並んで、他の1本の結合共振器型光導波路を形成する、ことを特徴とする。   (1) In order to solve the above-described problem, a wavelength splitter according to the invention includes a waveguide that propagates light input from the outside, and a whispering gallery mode that is disposed on the side of the waveguide and spaced apart from each other. A plurality of resonators, wherein a plurality of the resonators, each of which is a propagation mode of either the TE mode or the TM mode, has a first wavelength. A plurality of resonators that resonantly couple the waveguide with the first light and that are arranged in order from the waveguide, A coupled resonator type optical waveguide is formed, and among the plurality of resonators, each of some of the resonators is a propagation mode of either a TE mode or a TM mode and has a second wavelength. ,in front The first light satisfies the resonance condition of the second light, which is different in wavelength or propagation mode, or both, and the some of the plurality of resonators include the waveguide and the second light. And another one coupled resonator type optical waveguide is formed in order from the waveguide.

(2)上記(1)に記載の波長スプリッタであって、前記1本の結合共振器型光導波路と、前記他の1本の結合共振器型光導波路は、前記導波路より順に並ぶ複数の共振器を、ともに含んでいてもよい。   (2) The wavelength splitter according to (1), wherein the one coupled resonator type optical waveguide and the other one coupled resonator type optical waveguide are arranged in order from the waveguide. Both resonators may be included.

(3)上記(1)に記載の波長スプリッタであって、前記1本の結合共振器型光導波路を形成する、前記一部の複数の共振器と、前記他の1本の結合共振器型光導波路を形成する、前記一部の複数の共振器は、互いに異なっていてもよい。   (3) The wavelength splitter according to (1), wherein the one or more of the plurality of resonators forming the one coupled resonator type optical waveguide and the other one coupled resonator type The some of the plurality of resonators forming the optical waveguide may be different from each other.

(4)上記(1)に記載の波長スプリッタであって、前記第1の光と前記第2の光は、波長が等しく、伝播モードが互いに異なっていてもよい。   (4) In the wavelength splitter according to (1) above, the first light and the second light may have the same wavelength and different propagation modes.

(5)上記(1)に記載の波長スプリッタであって、前記各共振器は、外部に対する比屈折率がnであって、外部との境界が半径rの円形状となる断面を持つ共振部を有し、波長λの光に対して、共振モード数mとして、前記共振条件は、TEモードにあっては、下記数式1を満たし、

Figure 2012078512

TMモードにあっては、下記数式2を満たしていてもよい。
Figure 2012078512

ただし、波数kは、k=2π/λで定義され、Jは第1種ベッセル関数であり、H (1)は第1種ハンケル関数である。 (5) The wavelength splitter according to (1), wherein each of the resonators has a cross section in which a relative refractive index with respect to the outside is n and a boundary with the outside is a circular shape having a radius r. And the resonance condition satisfies the following formula 1 when the resonance condition is in the TE mode.
Figure 2012078512

In the TM mode, the following formula 2 may be satisfied.
Figure 2012078512

However, the wave number k is defined by k = 2π / λ, J m is a first kind Bessel function, and H m (1) is a first kind Hankel function.

(6)上記(5)に記載の波長スプリッタであって、前記1本の結合共振器型光導波路と、前記他の1本の結合共振器型光導波路は、前記導波路より順に並ぶとともに、複数の共振器を、ともに含み、順に並ぶ該複数の共振器のうち、前記導波路側と反対側に位置する分岐共振器において、第1の光に対する共振モード数はmであり、第2の光に対する共振モード数はmであり、前記1本の結合共振器型光導波路において、前記導波路より数えて、前記分岐共振器の中心と該分岐共振器の1つ前の共振器の中心とを結ぶ直線と、前記分岐共振器の中心と該分岐共振器の1つ先の共振器の中心とを結ぶ直線と、のなす角は、π/mの整数倍であり、前記他の1本の結合共振器型光導波路において、前記導波路より数えて、前記分岐共振器の中心と該分岐共振器の1つ前の共振器の中心とを結ぶ直線と、前記分岐共振器の中心と該分岐共振器の1つ先の共振器の中心とを結ぶ直線と、のなす角は、π/mの整数倍であってもよい。 (6) The wavelength splitter according to (5), wherein the one coupled resonator type optical waveguide and the other one coupled resonator type optical waveguide are arranged in order from the waveguide, Among the plurality of resonators that include a plurality of resonators and are arranged in order, in the branch resonator located on the opposite side to the waveguide side, the number of resonance modes for the first light is m 1 , The number of resonance modes for the light of m is m 2 , and in the one coupled resonator type optical waveguide, the center of the branch resonator and the resonator immediately before the branch resonator are counted from the waveguide. An angle formed by a straight line connecting the center and a straight line connecting the center of the branch resonator and the center of the next resonator of the branch resonator is an integral multiple of π / m 1 , In the one coupled resonator type optical waveguide, the branch resonance is counted from the waveguide. And a straight line connecting the center of the branch resonator and the center of the resonator immediately preceding the branch resonator, and a straight line connecting the center of the branch resonator and the center of the next resonator of the branch resonator. The angle may be an integer multiple of π / m 2 .

(7)上記(1)に記載の波長スプリッタであって、前記共振部は、前記円形状となる断面を有する円柱形状であってもよい。   (7) In the wavelength splitter according to (1), the resonating unit may have a circular column shape having a circular cross section.

(8)上記(1)に記載の波長スプリッタであって、前記共振部は、前記円形状となる断面を赤道面に有する球状であってもよい。   (8) In the wavelength splitter according to (1), the resonating unit may have a spherical shape having a circular cross section on the equator plane.

(9)上記(1)に記載の波長スプリッタであって、前記共振部は、前記円形状となる断面を有するトロイド形状であってもよい。   (9) In the wavelength splitter according to (1), the resonating unit may have a toroidal shape having a circular cross section.

本発明により、素子規模を小さくしつつ、素子の特性の低下が抑制されるWGM共振器を用いる波長スプリッタが提供される。   According to the present invention, there is provided a wavelength splitter using a WGM resonator in which a reduction in element characteristics is suppressed while reducing an element scale.

本発明の実施形態に係る波長スプリッタの全体斜視図である。1 is an overall perspective view of a wavelength splitter according to an embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る波長スプリッタの内部の構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure inside the wavelength splitter which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る波長スプリッタ主要部の上面図である。It is a top view of the wavelength splitter principal part which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る波長スプリッタに対するシミュレーションより得られる波長スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the wavelength spectrum obtained from the simulation with respect to the wavelength splitter which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る波長スプリッタ主要部の上面図である。It is a top view of the wavelength splitter main part which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る波長スプリッタに対するシミュレーションより得られる波長スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the wavelength spectrum obtained from the simulation with respect to the wavelength splitter which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る共振器の形状を表す概略図である。It is the schematic showing the shape of the resonator which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る波長スプリッタ主要部の上面図である。It is a top view of the wavelength splitter principal part which concerns on the 5th Embodiment of this invention.

[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態に係る波長スプリッタ1について、以下に詳細な説明をする。
[First Embodiment]
The wavelength splitter 1 according to the first embodiment of the present invention will be described in detail below.

図1は、当該実施形態に係る波長スプリッタ1の全体斜視図である。図1に示す通り、波長スプリッタ1は、躯体2の側面に、入力端子3と、出力端子4a及び出力端子4b(図示せず)を備えている。入力端子3及び出力端子4a,4bには、光ファイバなどが接続され、入力端子3を介して、躯体2内部に設けられる入力導波路11や、出力導波路13a,13bと光学的に接続される。   FIG. 1 is an overall perspective view of the wavelength splitter 1 according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the wavelength splitter 1 includes an input terminal 3, an output terminal 4 a, and an output terminal 4 b (not shown) on the side surface of the housing 2. An optical fiber or the like is connected to the input terminal 3 and the output terminals 4a and 4b, and is optically connected to the input waveguide 11 provided inside the housing 2 and the output waveguides 13a and 13b via the input terminal 3. The

図2は、当該実施形態に係る波長スプリッタ1の内部の構造を示す概略図である。図2(a)は、波長スプリッタ1の図1に示す断面の断面図の一部であり、図2(b)は、波長スプリッタ1主要部の一部についての斜視図である。   FIG. 2 is a schematic diagram showing the internal structure of the wavelength splitter 1 according to this embodiment. 2A is a part of a cross-sectional view of the wavelength splitter 1 shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a perspective view of a part of the main part of the wavelength splitter 1.

図2(a)に示す通り、入力導波路11やディスク共振器12は、高屈折率層7に形成される。高屈折率層7は、下地層6と低屈折率層8との間に形成されている。高屈折率層7とは、低屈折率層8より屈折率が高い物質からなり、ここでは、シリコン(Si)であるが、SiNなどであってもよい。低屈折率層8は、高屈折率層7より屈折率が低い物質からなり、ここでは、シリカ(SiO)とするが、例えば、空気などの気体であってもよい。下地層6は、SiOからなる。下地層6は、Siなどの基板5上に形成されている。 As shown in FIG. 2A, the input waveguide 11 and the disk resonator 12 are formed in the high refractive index layer 7. The high refractive index layer 7 is formed between the base layer 6 and the low refractive index layer 8. The high refractive index layer 7 is made of a material having a higher refractive index than that of the low refractive index layer 8, and is silicon (Si) here, but may be SiN or the like. The low refractive index layer 8 is made of a material having a refractive index lower than that of the high refractive index layer 7 and is made of silica (SiO 2 ) here, but may be a gas such as air, for example. The underlying layer 6 is composed of SiO 2. The underlayer 6 is formed on a substrate 5 such as Si.

図2(b)に示す通り、入力導波路11は、断面が矩形状であり、直線上に延伸している。ディスク共振器12は、入力導波路11の一方側に設けられ、円盤形状を有している。すなわち、断面が円形状であり、入力導波路11の厚さと同程度の厚みをする円柱形状である。ディスク共振器12は、ミー領域におけるWGM共振器(WGM resonator)である。   As shown in FIG. 2B, the input waveguide 11 has a rectangular cross section and extends in a straight line. The disk resonator 12 is provided on one side of the input waveguide 11 and has a disk shape. In other words, the cross section is circular, and is a cylindrical shape having a thickness comparable to the thickness of the input waveguide 11. The disk resonator 12 is a WGM resonator in the Mie region.

図3は、当該実施形態に係る波長スプリッタ1主要部の上面図である。入力端子3と光学的に接続される入力導波路11と、出力端子4a,4bと光学的にそれぞれ接続される出力導波路13a,13bと、入力導波路11と出力導波路13a,13bとの間に配置される6個のディスク共振器12とが、下地層6上に形成されている。なお、前述の通り、各ディスク共振器12は、WGM共振器であり、ディスク共振器12とディスク共振器12の間が、共振結合されることによって、光が伝播し、それによって、複数のディスク共振器12が、結合共振器型光導波路(Coupled Resonator Optical Waveguide:以下、CROWと記す)を形成している。   FIG. 3 is a top view of the main part of the wavelength splitter 1 according to this embodiment. An input waveguide 11 that is optically connected to the input terminal 3, output waveguides 13a and 13b that are optically connected to the output terminals 4a and 4b, and an input waveguide 11 and output waveguides 13a and 13b, respectively. Six disk resonators 12 disposed therebetween are formed on the underlayer 6. As described above, each disk resonator 12 is a WGM resonator, and light is propagated by resonance coupling between the disk resonator 12 and the disk resonator 12, thereby a plurality of disks. The resonator 12 forms a coupled resonator type optical waveguide (hereinafter referred to as CROW).

図3に示す通り、図中下側に、入力導波路11が図中横方向に延伸している。入力導波路11の図中左側は、入力端子3と光学的に接続しており、入力光が、入力導波路11の図中左側から入射し、入力導波路11にて、外部より入力する光を図中右方向へ伝播し、入力導波路11の図中右端より外部へ出射する。図中上側に、2本の出力導波路13が、図中横方向に延伸している。出力導波路13aの図中左側は、出力端子4aと光学的に接続しており、出力光が、出力導波路13aの図中上側へ出射する。同様に、出力導波路13bの図中右側は、出力端子4b(図示せず)と光学的に接続しており、出力光が、出力導波路13bの図中右側へ出射する。入力光と出力光が、図3には、それぞれ矢印で表されている。   As shown in FIG. 3, the input waveguide 11 extends in the lateral direction in the figure on the lower side in the figure. The left side of the input waveguide 11 in the drawing is optically connected to the input terminal 3, and input light enters from the left side of the input waveguide 11 in the drawing and is input from the outside through the input waveguide 11. Is transmitted in the right direction in the figure, and is emitted to the outside from the right end of the input waveguide 11 in the figure. On the upper side in the figure, two output waveguides 13 extend in the lateral direction in the figure. The left side of the output waveguide 13a in the drawing is optically connected to the output terminal 4a, and the output light is emitted to the upper side of the output waveguide 13a in the drawing. Similarly, the right side of the output waveguide 13b in the drawing is optically connected to the output terminal 4b (not shown), and the output light is emitted to the right side of the output waveguide 13b in the drawing. The input light and the output light are respectively represented by arrows in FIG.

ディスク共振器12は、前述の通りWGM共振器であり、WGM共振器において、共振器の半径rは光の波長λに対して、ミー理論から導かれる所定の条件を満たしている。   The disk resonator 12 is a WGM resonator as described above. In the WGM resonator, the radius r of the resonator satisfies a predetermined condition derived from Mie theory with respect to the wavelength λ of light.

ミー理論から導かれる所定の条件について説明する。共振器は、外部に対する比屈折率がnであって、外部との境界が半径rの円形状となる断面を持つ共振器部を有し、波長λの光に対して、共振モード数mとして、境界面に対して電場が垂直であるTEモードにあっては、WGMの共振条件は、下記数式1を満たしている。

Figure 2012078512
A predetermined condition derived from the Mie theory will be described. The resonator has a resonator section having a cross section in which the relative refractive index to the outside is n and the boundary with the outside is a circular shape with a radius r, and the number of resonance modes is m for light of wavelength λ. In the TE mode in which the electric field is perpendicular to the boundary surface, the resonance condition of WGM satisfies the following formula 1.
Figure 2012078512

ただし、波数kは、k=2π/λで定義され、Jは、第1種ベッセル関数であり、H (1)は、第1種ハンケル関数である。 However, the wave number k is defined by k = 2π / λ, J m is a first kind Bessel function, and H m (1) is a first kind Hankel function.

また、境界面に対して電場が平行であるTMモードにあっては、WGMの共振条件は、下記数式2を満たしている。   In the TM mode in which the electric field is parallel to the boundary surface, the WGM resonance condition satisfies the following formula 2.

Figure 2012078512
Figure 2012078512

外部より、第1の光と第2の光を含む光が、入力端子3を介して入力され、入力導波路11を伝播する。第1の光とは、TEモード又はTMモードのいずれかの伝播モードであって、第1の波長λを有している。同様に、第2の光とは、TEモード又はTMモードのいずれかの伝播モードであって、第2の波長λを有している。なお、第1の光と第2の光とは、波長又は伝播モードの、いずれか又は両方が異なっている。すなわち、第1の光と第2の光とが、波長も等しく(λ=λ)、かつ、伝播モードも同じである、ということはない。なお、例えば、波長λの光とは、光のスペクトルの強度が強い波長が波長λであり、半値幅が波長λと波長λとの差|λ−λ|に対して十分に狭い光を指す。 Light including the first light and the second light is input from the outside via the input terminal 3 and propagates through the input waveguide 11. The first light, be any propagation mode of the TE mode or the TM mode, and has a first wavelength lambda A. Similarly, the second light, be any propagation mode of the TE mode or the TM mode, and has a second wavelength lambda B. Note that the first light and the second light have different wavelengths or propagation modes, or both. That is, the first light and the second light have the same wavelength (λ A = λ B ) and the propagation modes are not the same. Note that, for example, and the light of the wavelength lambda A, the intensity of the spectrum of the light is strong wavelength wavelength lambda A, the difference between the half-value width wavelength lambda A and the wavelength lambda B | against | λ B -λ A Refers to sufficiently narrow light.

図3には、入力導波路11の側方に、互いに離間して配置される6個のディスク共振器12が示されいる。図中左上に並ぶ2個のディスク共振器12は、第1の光の共振条件は満たすが、第2の光の共振条件を満たしておらず、以下、λディスク共振器12aと記す。図中右上に並ぶ2個のディスク共振器12は、第2の光の共振条件は満たすが、第1の光の共振条件を満たしておらず、以下、λディスク共振器12bと記す。図中真ん中に並ぶ2個のディスク共振器12は、第1の光の共振条件も第2の光の共振条件もともに満たしており、以下、λディスク共振器12cと記す。 FIG. 3 shows six disk resonators 12 that are spaced apart from each other on the side of the input waveguide 11. Drawing the two disc resonator 12 arranged in the upper left, the resonance conditions of the first light satisfies but does not satisfy the resonance condition of the second light, hereinafter referred to as lambda A disc resonator 12a. Drawing the two disc resonator 12 arranged in the upper right, the resonance condition of the second light meet, but does not satisfy the resonance condition of the first light, hereinafter referred to as lambda B disc resonator 12b. The two disk resonators 12 arranged in the middle of the figure satisfy both the first light resonance condition and the second light resonance condition, and are hereinafter referred to as a λ C disk resonator 12c.

2個のλディスク共振器12cと、2個のλディスク共振器12aとの4個のディスク共振器12は、すべて第1の光の共振条件を満たしており、入力導波路11より順に並ぶ、1本の結合共振器型光導波路(CROW)を形成している。該1本のCROWを、第1のCROW21とする。第1のCROW21は、入力導波路11より順に並ぶ4個のディスク共振器12からなり、順に、第1のλディスク共振器12c、第2のλディスク共振器12c、第1のλディスク共振器12a、第2のλディスク共振器12aとする。 The four disk resonators 12 of the two λ C disk resonators 12 c and the two λ A disk resonators 12 a all satisfy the resonance condition of the first light, and are sequentially from the input waveguide 11. One coupled resonator type optical waveguide (CROW) is formed. The one CROW is defined as a first CROW 21. The first CROW 21 includes four disk resonators 12 arranged in order from the input waveguide 11, and sequentially includes a first λ C disk resonator 12c, a second λ C disk resonator 12c, and a first λ A. disk resonator 12a, the second lambda a disc resonator 12a.

第1のλディスク共振器12cは、入力導波路11の近傍に配置されており、入力導波路11と第1のλディスク共振器12cは、第1の光の共振結合をするので、入力導波路11を伝播する第1の光が、第1のλディスク共振器12cへ伝播し、第1のCROW21を構成する隣り合うディスク共振器間にも、第1の光の共振結合をするので、第1のCROW21を、入力導波路11から順に、第1の光が伝播する。すなわち、入力導波路11から見て、第1の光は、図中上方向に伝播し、第2のλディスク共振器12cから、図中左上方向に、2個のλディスク共振器12aを順に伝播する。 Since the first λ C disk resonator 12c is disposed in the vicinity of the input waveguide 11, and the input waveguide 11 and the first λ C disk resonator 12c perform resonance coupling of the first light, The first light propagating through the input waveguide 11 propagates to the first λ C disk resonator 12c, and resonance coupling of the first light also occurs between adjacent disk resonators constituting the first CROW 21. Therefore, the first light propagates through the first CROW 21 in order from the input waveguide 11. That is, when viewed from the input waveguide 11, the first light propagates upward in the figure, and from the second λ C disk resonator 12c, two λ A disk resonators 12a in the upper left direction in the figure. Are propagated in order.

第2のλディスク共振器12aは、出力導波路13aの近傍に配置されており、第2のλディスク共振器12aと出力導波路13aは、第1の光の共振結合をするので、第1CROW21を伝播する第1の光が、出力導波路13aに伝播し、出力導波路13aを図中上方向へ伝播して、出力端子4aを介して外部へ出力する。 The second λ A disk resonator 12a is disposed in the vicinity of the output waveguide 13a, and the second λ A disk resonator 12a and the output waveguide 13a perform resonance coupling of the first light. The first light propagating through the first CROW 21 propagates to the output waveguide 13a, propagates upward through the output waveguide 13a, and is output to the outside via the output terminal 4a.

2個のλディスク共振器12cと、2個のλディスク共振器12bとの4個のディスク共振器12は、すべて第2の光の共振条件を満たしており、入力導波路11より順に並ぶ、他の1本の結合共振器型光導波路(CROW)を形成している。該他の1本のCROWを、第2のCROW22とする。第1のCROW21と同様に、第2のCROW22は、入力導波路11より順に並ぶ4個のディスク共振器12からなり、順に、第1のλディスク共振器12c、第2のλディスク共振器12cが並んでおり、さらに並ぶ2個のλディスク共振器12bを、第1のλディスク共振器12b、第2のλディスク共振器12bとする。 The four disk resonators 12 of the two λ C disk resonators 12 c and the two λ B disk resonators 12 b all satisfy the second light resonance condition, and are sequentially from the input waveguide 11. One other coupled resonator type optical waveguide (CROW) is formed. The other one CROW is defined as a second CROW 22. Similar to the first CROW 21, the second CROW 22 includes four disk resonators 12 arranged in order from the input waveguide 11, and in order, the first λ C disk resonator 12 c and the second λ C disk resonance. The two λ B disk resonators 12b are arranged as a first λ B disk resonator 12b and a second λ B disk resonator 12b.

第1のCROW21と同様に、第2のCROW22において、入力導波路11から出力導波路13bへ、順に、第2の光が伝播する。すなわち、入力導波路11から見て、第2の光は、図中上方向に伝播し、第2のλディスク共振器12cから、図中右上方向に、2個のλディスク共振器12bを順に伝播して、出力導波路13bに伝播し、出力導波路13bを図中右方向へ伝播して、出力端子4bを介して外部へ出力する。 Similar to the first CROW21, in the second CROW22, the second light propagates in order from the input waveguide 11 to the output waveguide 13b. That is, when viewed from the input waveguide 11, the second light propagates upward in the figure, and from the second λ C disk resonator 12 c, two λ B disk resonators 12 b in the upper right direction in the figure. Are sequentially propagated to the output waveguide 13b, propagated in the right direction in the figure, and output to the outside via the output terminal 4b.

当該実施形態に係る波長スプリッタ1の特徴は、第1のCROW21と、第2のCROW22とが、入力導波路11より順に並ぶ2個のλディスク共振器12cを、ともに含んでいるところにある。すなわち、λディスク共振器12cは、第1の光及び第2の光の共振条件をともに満たしているので、第1の光及び第2の光が、ともに、入力導波路11より、第2のλディスク共振器12cへ、順に伝播する。第2のλディスク共振器12cから第1のλディスク共振器12aへは、第1の光のみが伝播する。同様に、第2のλディスク共振器12cから第1のλディスク共振器12bへは、第2の光のみが伝播する。第2のλディスク共振器12cより先は、第1の光と第2の光がそれぞれに分波(スプリット)するので、第2のλディスク共振器12cは、分岐共振器と呼んでもよい。 The feature of the wavelength splitter 1 according to this embodiment is that the first CROW 21 and the second CROW 22 both include two λ C disk resonators 12 c arranged in order from the input waveguide 11. . That is, since the λ C disk resonator 12c satisfies both the first and second light resonance conditions, both the first light and the second light are transmitted from the input waveguide 11 to the second light wave. To the λ C disk resonator 12c. Only the first light propagates from the second λ C disk resonator 12c to the first λ A disk resonator 12a. Similarly, only the second light propagates from the second λ C disk resonator 12c to the first λ B disk resonator 12b. Earlier than the second lambda C disk resonator 12c, since the first light and second light is demultiplexed (split) to each, the second lambda C disk resonator 12c is also referred to as a branch resonator Good.

ここで、第1の光のみが、第2のλディスク共振器12cから第1のλディスク共振器12aへ伝播すると説明したが、実際には、前述のエバネッセント波が発生するので、第2の光も一部伝播する。すなわち、第2のλディスク共振器12cから第1のλディスク共振器12aのみの共振結合では、分波が不十分である。しかし、第2の光は、第1のλディスク共振器12aへ伝播しても、共振条件を満たしていないので、第1のλディスク共振器12aにおいて減衰し、さらに、第2のλディスク共振器12aへ伝播において、さらに減衰し、第2の光は急速に減衰する。 Here, it has been described that only the first light propagates from the second λ C disk resonator 12c to the first λ A disk resonator 12a. However, since the above-described evanescent wave is actually generated, Part of the light of 2 also propagates. That is, the demultiplexing is insufficient in the resonance coupling from the second λ C disk resonator 12c to the first λ A disk resonator 12a alone. However, even if the second light propagates to the first λ A disk resonator 12a, it does not satisfy the resonance condition. Therefore, the second light is attenuated in the first λ A disk resonator 12a, and further the second λ A disk resonator 12a In the propagation to the A disk resonator 12a, the second light is further attenuated by further attenuation.

本発明に係る波長スプリッタ1の特徴は、入力光が入力され、伝播する入力導波路11より第1の光を、出力側へ伝播する、第1のCROW21と、同様に、第2の光を伝播する、第2のCROW22を、備える点にある。例えば、第1のCROW21は、第1の光の共振条件を満たしているので、第1の光は、第1のCROW21を出力側へ伝播する。これに対して、共振条件を満たしていない光は、第1のCROW21を伝播するにつれて、急速に減衰していく。   A feature of the wavelength splitter 1 according to the present invention is that the input light is input and the first light is propagated from the propagating input waveguide 11 to the output side, and the second light is transmitted similarly to the first CROW 21. Propagate the second CROW 22 to propagate. For example, since the first CROW 21 satisfies the resonance condition of the first light, the first light propagates through the first CROW 21 to the output side. On the other hand, light that does not satisfy the resonance condition attenuates rapidly as it propagates through the first CROW 21.

さらに、当該実施形態に係る波長スプリッタ1において、第1のCROW21及び第2のCROW22は、入力導波路11より順に複数の共振器を、ともに含んでいるので、該複数の共振器を、第1の光及び第2の光がともに伝播していくが、該複数の共振路に続いて、第1のCROW21は、第1の光の共振条件を満たすが、第2の光の共振条件を満たさない共振器を含んでいるので、該共振器において、第2の光は減衰する。第2のCROW22についても、同様である。   Furthermore, in the wavelength splitter 1 according to this embodiment, the first CROW 21 and the second CROW 22 include a plurality of resonators in order from the input waveguide 11, so that the plurality of resonators are The first light 21 and the second light propagate together, but following the plurality of resonance paths, the first CROW 21 satisfies the first light resonance condition but satisfies the second light resonance condition. The second light is attenuated in the resonator because it contains no resonator. The same applies to the second CROW22.

なお、本発明に係る波長スプリッタ1において、光は、入力導波路から、CROWへ伝播している。すなわち、基板5の平面に平行な面をxy平面とすると、光の伝播方向は、xy平面に平行な方向のいずれかであり、導波路の側面から、共振器の側面へ伝播している。この場合、導波路の側面と共振器の側面との間、及び、共振器の側面と共振器の側面との間が、共振器や導波路の屈折率より低い屈折率の物質で満たされているのがよい。それゆえ、導波路と共振器、共振器と共振器との間に、低屈折率層8が配置されている。   In the wavelength splitter 1 according to the present invention, light propagates from the input waveguide to the CROW. That is, if a plane parallel to the plane of the substrate 5 is an xy plane, the light propagation direction is one of the directions parallel to the xy plane and propagates from the side surface of the waveguide to the side surface of the resonator. In this case, the space between the side surface of the waveguide and the side surface of the resonator and the space between the side surface of the resonator and the side surface of the resonator are filled with a material having a refractive index lower than that of the resonator or the waveguide. It is good to be. Therefore, the low refractive index layer 8 is disposed between the waveguide and the resonator, and between the resonator and the resonator.

光がxy平面の方向へ伝播するには、xy平面に垂直な方向(例えば、図2(a)の上下方向)に対して、光が閉じ込められているのが望ましい。よって、下地層6も、共振器や導波路の屈折率より低い屈折率の物質からなるのが望ましい。   In order for light to propagate in the direction of the xy plane, it is desirable that the light is confined in a direction perpendicular to the xy plane (for example, the vertical direction in FIG. 2A). Therefore, the underlayer 6 is also preferably made of a material having a refractive index lower than that of the resonator or the waveguide.

さらに、WGMには、反時計回りに回転するモードと、時計回りに回転するモードがある。入力導波路11に入力される光は、図3の右向きに伝播しており、第1の第1のλディスク共振器12cは、入力導波路11と共振結合をすることによって、共振するので、第1のλディスク共振器12cにおいては、反時計回りに回転するモードが支配的となる。その後、順に、ディスク共振器12間の共振結合によって、CROWを光が伝播するので、例えば、第1のCROW21において、第2のλディスク共振器12cにおいては、時計回り、第1のλディスク共振器12aにおいては、反時計回りに、第2のλディスク共振器12aにおいては、時計回りに、それぞれ回転するモードが支配的である。第2のλディスク共振器12aが、主に、時計回りに回転して共振しているので、出力導波路13aは、上方向に延伸するよう配置されている。また、第2のλディスク共振器12aの外部の光の強度分布や、出力導波路13bとの共振結合の強さなどから、出力導波路13aの配置を決めるとよい。他の出力導波路13についても、同様である。 Furthermore, WGM has a mode that rotates counterclockwise and a mode that rotates clockwise. The light input to the input waveguide 11 is propagating rightward in FIG. 3, and the first first λ C disk resonator 12c resonates with the input waveguide 11 due to resonance coupling. In the first λ C disk resonator 12c, a mode that rotates counterclockwise is dominant. Thereafter, in turn, by a resonant coupling between the disc resonator 12, since the light propagates through the CROW, for example, in the first CROW21, in the second lambda C disk resonator 12c, clockwise, a first lambda A in disk resonator 12a, counterclockwise, in the second lambda a disc resonator 12a, clockwise, a mode for rotating each dominant. Since the second λ A disk resonator 12a mainly resonates by rotating clockwise, the output waveguide 13a is arranged to extend upward. Also, external and intensity distribution of light of the second lambda A disc resonator 12a, and the like the strength of the resonant coupling between the output waveguides 13b, may determine the arrangement of the output waveguide 13a. The same applies to the other output waveguides 13.

次に、当該実施形態に係る波長スプリッタ1の製造方法について説明する。Siからなる基板5上に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、SiOを積層し、下地層6を形成する。さらに、下地層6上に、CVD法によって、Siを所定の厚さに積層し、高屈折率層7を形成する。公知のリソグラフィ工程とエッチング工程によって、高屈折率層7を図3に示す形状に加工することにより、高屈折率層7に、入力導波路11,ディスク共振器12,出力導波路13を形成する。さらに、SiOをCVD法によって積層し、低屈折率層8を形成する。 Next, a method for manufacturing the wavelength splitter 1 according to the embodiment will be described. On the substrate 5 made of Si, SiO 2 is laminated by the CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and the base layer 6 is formed. Further, Si is laminated to a predetermined thickness on the base layer 6 by the CVD method, and the high refractive index layer 7 is formed. By processing the high refractive index layer 7 into the shape shown in FIG. 3 by a known lithography process and etching process, the input waveguide 11, the disk resonator 12, and the output waveguide 13 are formed in the high refractive index layer 7. . Furthermore, SiO 2 is laminated by the CVD method to form the low refractive index layer 8.

以上により、波長スプリッタ1主要部が製造され、躯体2に収納するとともに、入力端子3,出力端子4と光学的に接続することにより、波長スプリッタ1が完成する。   As described above, the main part of the wavelength splitter 1 is manufactured and housed in the housing 2 and optically connected to the input terminal 3 and the output terminal 4 to complete the wavelength splitter 1.

次に、発明者らが行った高精度シミュレーション結果について説明する。ミー領域における光の伝播は非常に複雑であるが、Nonstandard Finite Difference Time Domain(以下、NS−FDTD)アルゴリズムを用いて、高精度なシミュレーションが可能となった。   Next, the high-precision simulation result performed by the inventors will be described. Although the propagation of light in the Mie region is very complicated, high-precision simulation is possible using the Nonstandard Finite Difference Time Domain (hereinafter referred to as NS-FDTD) algorithm.

第1及び第2の光の波長は、それぞれ、λ=1300nm,λ=1550nmとし、3種類のλディスク共振器12a,λディスク共振器12b,λディスク共振器12cそれぞれの半径は、TEモードの光についての共振条件である数式(2)を近似的に満たすものであり、順に、r=1310.52nm,r=1562.54nm,r=1214.08nmとした。λディスク共振器12aの半径rは、波長λに対して共振モード数mが12となり、波長λに対して共振条件を満たしていない。λディスク共振器12bの半径rは、波長λに対して共振モード数mが12となり、波長λに対しては共振条件を満たしていない。λディスク共振器12cの半径rは、波長λに対して共振モード数mが11でありこれをmとし、波長λに対して共振モード数mが9であり、これをmとする。 The wavelengths of the first and second light are λ A = 1300 nm and λ B = 1550 nm, respectively, and the radii of the three types of λ A disk resonator 12a, λ B disk resonator 12b, and λ C disk resonator 12c, respectively. Approximately satisfies Equation (2), which is the resonance condition for TE mode light, and in order, r A = 1310.52 nm, r B = 1562.54 nm, and r C = 1214.08 nm. The radius r A of the λ A disk resonator 12a has a resonance mode number m of 12 for the wavelength λ A and does not satisfy the resonance condition for the wavelength λ B. The radius r B of the λ B disk resonator 12b has a resonance mode number m of 12 for the wavelength λ B and does not satisfy the resonance condition for the wavelength λ A. The radius r C of the λ C disk resonator 12c has a resonance mode number m of 11 for the wavelength λ A , which is m 1, and a resonance mode number m of 9 for the wavelength λ B. 2 .

なお、ここで、ディスク共振器間の間隔であるが、同じ半径のディスク共振器間の間隔は、半径の0.2倍とし、異なる半径のディスク共振器間の半径は、2つのディスク共振器の半径の平均の0.2倍としている。   Here, the interval between the disk resonators is the same, but the interval between the disk resonators having the same radius is 0.2 times the radius, and the radius between the disk resonators having different radii is two disk resonators. 0.2 times the average of the radii.

図3に示す角度θ,θについては、θ=3π/11,θ=3π/9としている。ここで、第1のCROW21を伝播する光は、まず、入力導波路11より、図3の図中上向きに、第2のλディスク共振器12cまで伝播し、その後、向きを反時計回りに、θ回転して、第2のλディスク共振器12aへ、図3の図中左上向きに伝播する。すなわち、角度θは、第1及び第2のλディスク共振器12cの中心を結ぶ直線と、第2のλディスク共振器12cの中心と第1のλディスク共振器12aの中心を結ぶ直線と、のなす角度である。ここで、第1のCROW21において、入力導波路11より順に数えると、第1のλディスク共振器12cは、分岐共振器である第2のλディスク共振器12cの1つ前の共振器であり、第1のλディスク共振器12aは、分岐共振器である第2のλディスク共振器12cの1つ先の共振器である。 The angles θ A and θ B shown in FIG. 3 are θ A = 3π / 11 and θ B = 3π / 9. Here, the light propagating through the first CROW 21 first propagates upward in the drawing of FIG. 3 from the input waveguide 11 to the second λ C disk resonator 12c, and then turns counterclockwise. , Θ A and propagates to the second λ A disk resonator 12a in the upper left direction in FIG. That is, the angle θ A is defined by a straight line connecting the centers of the first and second λ C disk resonators 12c, a center of the second λ C disk resonator 12c, and a center of the first λ A disk resonator 12a. This is the angle formed by the connecting line. Here, in the first CROW21, Counting from the input waveguide 11 in this order, the first lambda C disk resonator 12c is preceding resonators of the second lambda C disk resonator 12c is a branch resonator The first λ A disk resonator 12a is a resonator one ahead of the second λ C disk resonator 12c which is a branch resonator.

角度θについても、同様であり、角度θは、第1及び第2のλディスク共振器12cの中心を結ぶ直線と、第2のλディスク共振器12cの中心と第1のλディスク共振器12bの中心を結ぶ直線と、のなす角度である。 For the angle theta B, it is similar, the angle theta B is a straight line connecting the centers of the first and second lambda C disk resonator 12c, center and the first lambda second lambda C disk resonator 12c This is an angle formed by a straight line connecting the centers of the B disk resonators 12b.

また、シミュレーションにおいて、光源31を、図3に示す通り、入力導波路11より最初に伝播する第1のλディスク共振器12cの内部に設定した。観測点を、出力端子4a側については、出力導波路13aに隣接する第2のディスク共振器12aの外部にあって、光の強度の強い位置とし、出力端子4b側については、出力導波路13bに隣接する第2のディスク共振器12bの外部にあって、光の強度の強い位置とした。なお、比屈折率nは、低屈折率層8のSiOの絶対屈折率(1.45)に対する高屈折率層7のSiの絶対屈折率(3.5)、すなわち、3.5/1.45とした。シミュレーションにおける計算グリッド空間は5nmごとに、14μm×12μmの範囲で、時間ステップをを220(波長周期でおよそ2400)として、シミュレーションを行った。 In the simulation, the light source 31 was set inside the first λ C disk resonator 12c that propagates first from the input waveguide 11 as shown in FIG. For the output terminal 4a side, the observation point is located outside the second disk resonator 12a adjacent to the output waveguide 13a and has a strong light intensity. For the output terminal 4b side, the observation point is the output waveguide 13b. Is located outside the second disk resonator 12b adjacent to the position where the light intensity is high. The relative refractive index n is the absolute refractive index (3.5) of Si of the high refractive index layer 7 with respect to the absolute refractive index (1.45) of SiO 2 of the low refractive index layer 8, that is, 3.5 / 1. .45. The simulation grid space in the simulation was in the range of 14 μm × 12 μm every 5 nm and the time step was 2 20 (approximately 2400 in wavelength period).

図4は、当該実施形態に係る波長スプリッタ1に対するシミュレーションより得られる波長スペクトルを示す図である。図4(a)は、第2のλディスク共振器12aの外部に設けられる観測点における波長スペクトルを、図4(b)は、第2のλディスク共振器12bの外部に設けられる観測点における波長スペクトルを、それぞれ表している。 FIG. 4 is a diagram showing a wavelength spectrum obtained by simulation for the wavelength splitter 1 according to the embodiment. 4A shows a wavelength spectrum at an observation point provided outside the second λ A disk resonator 12a, and FIG. 4B shows an observation provided outside the second λ B disk resonator 12b. Each wavelength spectrum at a point is shown.

図4(a)に示す波長スペクトルにおいて、波長λ(=1550nm)の振幅が、波長λ(=1300nm)の振幅より、消光比26.3dBと十分に小さくなっており、図4(b)に示す波長スペクトルにおいて、波長λの振幅が、波長λの振幅より、消光比29.1dBと、十分に小さくなっており、波長スプリッタとして、機能していることが示されている。これらは、一般的な波長スプリッタに求められる消光比の基準を満たしている。 In the wavelength spectrum shown in FIG. 4A, the amplitude of the wavelength λ B (= 1550 nm) is sufficiently smaller than the amplitude of the wavelength λ A (= 1300 nm) to an extinction ratio of 26.3 dB. ), The amplitude of the wavelength λ A is sufficiently smaller than the amplitude of the wavelength λ B to an extinction ratio of 29.1 dB, indicating that it functions as a wavelength splitter. These satisfy the extinction ratio standard required for a general wavelength splitter.

ここでは、角度θ,θについては、θ=3π/11,θ=3π/9としているが、これは、第2のλディスク共振器12cの外部における光の強度分布に基づいている。すなわち、光の強度分布が強い方向を考慮して、第2のλディスク共振器12cにおける第1の光及び第2の光の共振モード数m,mに対して、θがπ/mの整数倍、θがπ/mの整数倍となるのが、望ましい。 Here, the angles θ A and θ B are set to θ A = 3π / 11 and θ B = 3π / 9, but this is based on the intensity distribution of light outside the second λ C disk resonator 12c. ing. That is, in consideration of the direction in which the light intensity distribution is strong, θ A is π with respect to the resonance mode numbers m 1 and m 2 of the first light and the second light in the second λ C disk resonator 12c. It is desirable that / m 1 is an integer multiple and θ B is an integer multiple of π / m 2 .

さらに、WGM共振器間の間隔について、説明する。前述の通り、ミー領域におけるWGM共振器には、エバネッセント波が発生しており、WGM共振器において、共振する光以外の波長の光も侵入しやすく、また、放出されやすくなっている。それゆえ、共振器と共振器を接触させる、又は、十分に近づけると、所望の光の共振結合は増加するが、所望の光以外の光の結合も発生してしまう。対して、共振器と共振器の間を広げると、所望の光以外の光の結合は急速に低下するものの、所望の光の共振結合も低下してしまう。   Further, the interval between the WGM resonators will be described. As described above, an evanescent wave is generated in the WGM resonator in the Mie region, and light having a wavelength other than the resonating light easily invades and is easily emitted from the WGM resonator. Therefore, when the resonator and the resonator are brought into contact with each other or sufficiently close to each other, the resonance coupling of the desired light is increased, but coupling of light other than the desired light is also generated. On the other hand, when the space between the resonators is widened, the coupling of light other than the desired light rapidly decreases, but the resonance coupling of the desired light also decreases.

それゆえ、共振器と共振器間の間隔は、共振器の半径の10%以上30以下となるのが望ましく、共振器の半径の20%とするのが、さらに望ましい。   Therefore, the interval between the resonators is preferably 10% or more and 30 or less of the radius of the resonator, and more preferably 20% of the radius of the resonator.

以下、共振器を製造する製造工程における、共振器の作製誤差について、説明する。TEモード及びTMモードのいずれの伝搬モードの光に対しても、半径rの作製誤差Δrと、比屈折率nの作製誤差Δnと、共振する光の波長λの誤差Δλは、下記数式3の関係がある。   Hereinafter, a manufacturing error of the resonator in a manufacturing process for manufacturing the resonator will be described. For both TE mode and TM mode propagation modes, the production error Δr of the radius r, the production error Δn of the relative refractive index n, and the error Δλ of the wavelength λ of the resonating light are expressed by the following Equation 3. There is a relationship.

Figure 2012078512
Figure 2012078512

数式3によると、最近のリソグラフィ工程における作製誤差Δrは、Δr≒5nm程度であり、Δn=0とすると、光の波長λの誤差ΔλはΔλ≒7nm程度となる。Δnの値が大きくなると、それに応じて、波長λの誤差Δλも大きくなる。数式3を用いることにより、CROWの製造工程における、共振器の作製誤差が見積もることが出来る。   According to Equation 3, the manufacturing error Δr in the recent lithography process is about Δr≈5 nm, and when Δn = 0, the error Δλ of the light wavelength λ is about Δλ≈7 nm. As the value of Δn increases, the error Δλ of the wavelength λ increases accordingly. By using Expression 3, it is possible to estimate the manufacturing error of the resonator in the CROW manufacturing process.

[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態に係る波長スプリッタ1の基本的な構成は、第1の実施形態に係る波長スプリッタ1と同じである。第1の実施形態に係る波長スプリッタ1との主な違いは、CROWの配置にある。
[Second Embodiment]
The basic configuration of the wavelength splitter 1 according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the wavelength splitter 1 according to the first embodiment. The main difference from the wavelength splitter 1 according to the first embodiment is the arrangement of the CROW.

図5は、当該実施形態に係る波長スプリッタ1主要部の上面図である。第1の実施形態に係る波長スプリッタ1と同様に、外部より第1の光と第2の光を含む光が、入力端子3に入力される。図5に示すλディスク共振器12aは、図3に示すλディスク共振器12aと同様に、第1の光の共振条件は満たすが、第2の光の共振条件を満たしておらず、図5に示すλディスク共振器12bは、同様に、第2の光の共振条件は満たすが、第1の光の共振条件は満たしていない。 FIG. 5 is a top view of the main part of the wavelength splitter 1 according to this embodiment. Similar to the wavelength splitter 1 according to the first embodiment, light including the first light and the second light is input to the input terminal 3 from the outside. Lambda A disc resonator 12a shown in FIG. 5, like the lambda A disc resonator 12a shown in FIG. 3, the resonance conditions of the first light satisfies but does not satisfy the resonance condition of the second light, lambda B disc resonator 12b shown in FIG. 5, like, the resonance condition of the second light meet, but resonant conditions of the first light does not meet.

3個のλディスク共振器12aは、すべて第1の光の共振条件を満たしており、入力導波路11より順に並ぶ、1本の結合共振器型光導波路(CROW)を形成している。該1本のCROWを、第1のCROW21とする。3個のλディスク共振器12bは、すべて第2の光の共振条件を満たしており、入力導波路11より順に並ぶ、他の1本の結合共振器型光導波路(CROW)を形成している。該他の1本のCROWを、第2のCROW22とする。第1のCROW21において、入力導波路11から出力導波路13aへ、順に、第1の光が伝播し、第2のCROW22において、入力導波路11から出力導波路13bへ、順に、第2の光が伝播する。ここで、入力導波路11から光の伝播方向に沿って、第1のCROW21において、順に、第1のλディスク共振器12a、第2のλディスク共振器12a、第3のλディスク共振器12aとし、第2のCROW22において、順に、第1のλディスク共振器12b、第2のλディスク共振器12b、第3のλディスク共振器12bとする。 Three lambda A disc resonator 12a are all satisfy the resonance condition of the first light, arranged in order from the input waveguide 11 to form a single coupled resonator type optical waveguide (CROW). The one CROW is defined as a first CROW 21. Three lambda B disc resonator 12b are all satisfy the resonance condition of the second light, arranged in order from the input waveguide 11, by forming the other one coupled resonator type optical waveguide (CROW) Yes. The other one CROW is defined as a second CROW 22. In the first CROW21, the first light propagates in order from the input waveguide 11 to the output waveguide 13a, and in the second CROW22, the second light in order from the input waveguide 11 to the output waveguide 13b. Is propagated. Here, in the first CROW 21 along the light propagation direction from the input waveguide 11, the first λ A disk resonator 12a, the second λ A disk resonator 12a, and the third λ A disk are sequentially arranged. Resonator 12a, and in the second CROW 22, in order, a first λ B disk resonator 12b, a second λ B disk resonator 12b, and a third λ B disk resonator 12b.

外部より、第1の光と第2の光を含む光が、入力端子3を介して入力され、入力導波路11を伝播する。入力導波路11から、出力導波路13aへ、第1のCROW21を、第1の光のみが伝播する。厳密には、第2の光も一部伝播するが、各λディスク共振器12aにおいて減衰し、さらに、間においてさらに減衰する。同様に、入力導波路11から、出力導波路13bへ、第2のCROW22を、第2の光のみが伝播する。そして、出力導波路13aを第1の光が図中左方向へ伝播して、出力端子4aを介して外部へ出力し、出力導波路13bを第1の光が図中右方向へ伝播して、出力端子4aを介して外部へ出力する。 Light including the first light and the second light is input from the outside via the input terminal 3 and propagates through the input waveguide 11. Only the first light propagates through the first CROW 21 from the input waveguide 11 to the output waveguide 13a. Strictly speaking, although it propagates the second light also partially attenuated in the lambda A disk resonator 12a, further, further attenuated between. Similarly, only the second light propagates through the second CROW 22 from the input waveguide 11 to the output waveguide 13b. Then, the first light propagates in the left direction in the drawing through the output waveguide 13a and is output to the outside via the output terminal 4a, and the first light propagates in the right direction in the drawing through the output waveguide 13b. And output to the outside via the output terminal 4a.

当該実施形態に係る波長スプリッタ1は、第1のCROW21を形成する3個のλディスク共振器12aと、第2のCROW22を形成する3個のλディスク共振器12bは、互いに異なっている。すなわち、第1のCROW21を形成する3個のディスク共振器12は、すべて第1の光の共振条件を満たしているが、第2の光の共振条件を満たしておらず、第2のCROW22を形成する3個のディスク共振器12は、すべて第2の光の共振条件を満たしているが、第1の光の共振条件を満たしていない。 In the wavelength splitter 1 according to this embodiment, the three λ A disk resonators 12a that form the first CROW 21 and the three λ B disk resonators 12b that form the second CROW 22 are different from each other. . That is, the three disk resonators 12 forming the first CROW 21 all satisfy the resonance condition of the first light, but do not satisfy the resonance condition of the second light, and the second CROW 22 The three disk resonators 12 to be formed all satisfy the resonance condition of the second light, but do not satisfy the resonance condition of the first light.

よって、第2の光の一部が、第1のCROW21に伝播しても、第2の光は急速に減衰し、同様に、第1の光の一部が、第2のCROW22に伝播しても、第1の光は急速に減衰し、消光比は向上しており、波長スプリッタとしての特性が向上している。   Therefore, even if a part of the second light propagates to the first CROW 21, the second light attenuates rapidly, and similarly, a part of the first light propagates to the second CROW 22. However, the first light is rapidly attenuated, the extinction ratio is improved, and the characteristics as a wavelength splitter are improved.

次に、第1の実施形態と同様に、発明者らが行った高精度シミュレーション結果について説明する。   Next, similarly to the first embodiment, a high-precision simulation result performed by the inventors will be described.

第1及び第2の光の波長は、それぞれ、λ=1400nm,λ=1550nmとし、2種類のλディスク共振器12a,λディスク共振器12bそれぞれの半径は、TEモードの光についての共振条件である数式(2)を近似的に満たすものであり、順に、r=1307.43nm,r=1447.51nmとした。λディスク共振器12aの半径rは、波長λに対して共振モード数mが11となり、波長λに対して共振条件を満たしていない。λディスク共振器12bの半径rは、波長λに対して共振モード数mが11となり、波長λに対しては共振条件を満たしていない。 The wavelengths of the first and second lights are λ A = 1400 nm and λ B = 1550 nm, respectively, and the radii of the two types of λ A disk resonator 12a and λ B disk resonator 12b are the same as those for TE mode light. Equation (2), which is the resonance condition, is approximately satisfied, and in order, r A = 1307.43 nm and r B = 1447.51 nm. The radius r A of the λ A disk resonator 12a has a resonance mode number m of 11 for the wavelength λ A and does not satisfy the resonance condition for the wavelength λ B. The radius r B of the λ B disk resonator 12b has a resonance mode number m of 11 for the wavelength λ B and does not satisfy the resonance condition for the wavelength λ A.

なお、ここで、ディスク共振器間の間隔を、それぞれ半径の0.2倍とし、入力導波路11とディスク共振器間の間隔も、それぞれの半径の0.2倍としている。   Here, the distance between the disk resonators is 0.2 times the radius, and the distance between the input waveguide 11 and the disk resonator is also 0.2 times the radius.

また、シミュレーションにおいて、光源31を、図5に示す通り、入力導波路11の図中左側に設定した。また、観測点を、出力端子4a側については、出力導波路13aに隣接する第3のλディスク共振器12aの外部にあって、光の強度の強い位置とし、出力端子4b側については、出力導波路13bに隣接する第3のλディスク共振器12bの外部にあって、光の強度の強い位置とした。なお、第1の実施形態と同様に、比屈折率nは、3.5/1.45とし、シミュレーションにおける計算グリッド空間は5nmごとに、12μm×12μmの範囲で、時間ステップを220(波長周期でおよそ2400)として、シミュレーションを行った。 In the simulation, the light source 31 was set on the left side of the input waveguide 11 in the drawing as shown in FIG. Also, the observation point, the output terminal 4a side, be external to the third lambda A disc resonator 12a adjacent to the output waveguide 13a, and a strong position in intensity of light, the output terminal 4b side, It is external to the third lambda B disc resonator 12b adjacent to the output waveguide 13b, and a strong position in intensity of light. As in the first embodiment, the relative refractive index n is 3.5 / 1.45, the calculation grid space in the simulation is in the range of 12 μm × 12 μm every 5 nm, and the time step is 2 20 (wavelength The simulation was performed with a period of approximately 2400).

図6は、当該実施形態に係る波長スプリッタ1に対するシミュレーションより得られる波長スペクトルを示す図である。図6(a)は、第3のλディスク共振器12aの外部に設けられる観測点における波長スペクトルを、図6(b)は、第3のλディスク共振器12bの外部に設けられる観測点における波長スペクトルを、それぞれ表している。なお、シミュレーションは、時間ステップを220(波長周期でおよそ2400)としている。 FIG. 6 is a diagram showing a wavelength spectrum obtained by simulation for the wavelength splitter 1 according to this embodiment. 6A shows a wavelength spectrum at an observation point provided outside the third λ A disk resonator 12a, and FIG. 6B shows an observation provided outside the third λ B disk resonator 12b. Each wavelength spectrum at a point is shown. In the simulation, the time step is set to 2 20 (approximately 2400 in wavelength period).

図6(a)に示す波長スペクトルにおいて、波長λ(=1550nm)の振幅が、波長λ(=1400nm)の振幅より、消光比21.5dBと十分に小さくなっており、図6(b)に示す波長スペクトルにおいて、波長λの振幅が、波長λの振幅より、消光比24.5dBと、十分に小さくなっており、波長スプリッタとして、機能していることが示されている。これらは、一般的な波長スプリッタに求められる消光比の基準を満たしている。 In the wavelength spectrum shown in FIG. 6A, the amplitude of the wavelength λ B (= 1550 nm) is sufficiently smaller than the amplitude of the wavelength λ A (= 1400 nm) to an extinction ratio of 21.5 dB. ), The amplitude of the wavelength λ A is sufficiently smaller than the amplitude of the wavelength λ B , ie, an extinction ratio of 24.5 dB, indicating that it functions as a wavelength splitter. These satisfy the extinction ratio standard required for a general wavelength splitter.

[第3の実施形態]
本発明の第3の実施形態に係る波長スプリッタ1の基本的な構成は、第1又は第2の実施形態に係る波長スプリッタ1と同じである。第1又は第2の実施形態に係る波長スプリッタ1との主な違いは、CROWの共振条件にある。
[Third Embodiment]
The basic configuration of the wavelength splitter 1 according to the third embodiment of the present invention is the same as that of the wavelength splitter 1 according to the first or second embodiment. The main difference from the wavelength splitter 1 according to the first or second embodiment is the resonance condition of CROW.

当該実施形態に係る波長スプリッタ1において、第1の光と第2の光は、波長が等しく、伝播モードが互いに異なっている。すなわち、第1の光の波長λと第2の光の波長λ
は等しく(λ=λ)、第1の光の伝播モードがTEモードであるならば、第2の光の伝播モードがTMモードとなる。
In the wavelength splitter 1 according to this embodiment, the first light and the second light have the same wavelength and different propagation modes. That is, the wavelength λ A of the first light and the wavelength λ B of the second light
Are equal (λ A = λ B ), and if the propagation mode of the first light is the TE mode, the propagation mode of the second light is the TM mode.

幾何光学におけるWGMにおいて、同じ波長λの光の場合、TEモードとTMモードで、共振条件に差異がなかったのに対して、当該実施形態に係る波長スプリッタ1において、同じ波長であって伝播モードが異なる、第1の光と、第2の光を分波することにより、1つの波長に、TEモードとTMモードに対応した2種類の情報を含めることが出来る。   In WGM in geometric optics, in the case of light of the same wavelength λ, there was no difference in resonance conditions between the TE mode and the TM mode, whereas in the wavelength splitter 1 according to the embodiment, the same wavelength and the propagation mode By demultiplexing the first light and the second light that are different from each other, two types of information corresponding to the TE mode and the TM mode can be included in one wavelength.

[第4の実施形態]
本発明の第4の実施形態に係る波長スプリッタ1の基本的な構成は、第1乃至第3のいずれかの実施形態に係る波長スプリッタ1と同じである。第1乃至第3のいずれかの実施形態に係る波長スプリッタ1との主な違いは、CROWを構成する共振器の構造にある。
[Fourth Embodiment]
The basic configuration of the wavelength splitter 1 according to the fourth embodiment of the present invention is the same as that of the wavelength splitter 1 according to any one of the first to third embodiments. The main difference from the wavelength splitter 1 according to any one of the first to third embodiments is the structure of the resonator constituting the CROW.

第1乃至第3の実施形態に係る共振器は、下地層6上に形成されるディスク共振器12であり、ディスク共振器12の形状は、断面が円形状であり、入力導波路11の厚さと同程度の厚みをする円柱形状である。これに対して、当該実施形態に係る共振器18は、他の形状となっている。   The resonator according to the first to third embodiments is a disk resonator 12 formed on the underlayer 6, and the disk resonator 12 has a circular cross section and a thickness of the input waveguide 11. It is a cylindrical shape with the same thickness as that. On the other hand, the resonator 18 according to the embodiment has another shape.

図7は、当該実施形態に係る共振器18の形状を表す概略図である。図7(a)に示す共振器18は、薄いディスク共振器が共振部として、共振部が円錐台形状のポストの上に配置されている形状をしている。すなわち、共振部は、円形状となる断面を有しており、共振部は円柱形状をしている。   FIG. 7 is a schematic diagram showing the shape of the resonator 18 according to this embodiment. The resonator 18 shown in FIG. 7A has a shape in which a thin disk resonator serves as a resonance part and the resonance part is arranged on a post having a truncated cone shape. That is, the resonance part has a circular cross section, and the resonance part has a cylindrical shape.

図7(b)に示す共振器18は、球形状をしており、球の赤道面での断面が共振部となっている。該共振部が共振状態にあるとは、該断面において、所定の光が共振条件を満たしている場合を言う。共振器18は、図に示す通り、該赤道面の近傍に延伸する導波路17と共振結合することも出来るし、球形状の共振器18が複数並び、赤道面にある共振部間で、共振結合することも出来る。   The resonator 18 shown in FIG. 7B has a spherical shape, and a cross section at the equator plane of the sphere is a resonance part. The resonance part being in the resonance state means a case where predetermined light satisfies the resonance condition in the cross section. As shown in the figure, the resonator 18 can be resonantly coupled with a waveguide 17 extending in the vicinity of the equator plane, and a plurality of spherical resonators 18 are arranged to resonate between the resonance portions on the equator plane. It can also be combined.

図7(c)に示す共振器18は、共振部がトロイド形状をしており、共振部がポストの上に配置されている。共振部のトロイド形状を、外縁が最も大きくなる断面で切ると、円形状となっている。該共振部が共振状態にあるとは、該断面において、所定の光が共振条件を満たしている場合を言う。共振器18は、図に示す通り、該断面の近傍に延伸する導波路17と共振結合することも出来るし、トロイド形状の共振部を有する共振器18が複数並び、共振部の該断面間で、共振結合することも出来る。   In the resonator 18 shown in FIG. 7C, the resonance part has a toroid shape, and the resonance part is disposed on the post. When the toroidal shape of the resonance part is cut by a cross section where the outer edge is the largest, it becomes a circular shape. The resonance part being in the resonance state means a case where predetermined light satisfies the resonance condition in the cross section. As shown in the figure, the resonator 18 can be resonantly coupled with a waveguide 17 extending in the vicinity of the cross section, or a plurality of resonators 18 having toroid-shaped resonance portions are arranged between the cross sections of the resonance portions. It can also be resonantly coupled.

図7(a)に示す共振器18は、Q値が非常に高い、高Q値の共振器であり、CROWを伝播する際に生じる光の伝搬損失を軽減することが出来る。図7(b)及び図7(c)に示す共振器18は、Q値が更に高い、超高Q値の共振器であり、伝搬損失をさらに軽減することが出来る。   The resonator 18 shown in FIG. 7A is a resonator having a very high Q value and a high Q value, and can reduce the propagation loss of light that occurs when propagating through the CROW. The resonator 18 shown in FIGS. 7B and 7C is a resonator having an even higher Q value and an extremely high Q value, and can further reduce the propagation loss.

[第5の実施形態]
本発明の第5の実施形態に係る波長スプリッタ1の基本的な構成は、第1乃至第4のいずれかの実施形態に係る波長スプリッタ1と同じである。第1乃至第4の実施形態において、第1の光と第2の光を分波する波長スプリッタ1について説明したが、2種類の光の分波に限定されることはない。
[Fifth Embodiment]
The basic configuration of the wavelength splitter 1 according to the fifth embodiment of the present invention is the same as that of the wavelength splitter 1 according to any one of the first to fourth embodiments. In the first to fourth embodiments, the wavelength splitter 1 that demultiplexes the first light and the second light has been described. However, the present invention is not limited to two types of light demultiplexing.

図8は、当該実施形態に係る波長スプリッタ1主要部の上面図である。図5に示す波長スプリッタ1において、第1の光を伝播する第1のCROW21と、第2の光を伝播する第2のCROW22とが備えられているのに対して、図8に示す波長スプリッタ1は、さらに、第3の光を伝播する第3のCROW23と、第4の光の伝播する第4のCROW24とを、さらに備える。ここで、第3の光及び第4の光は、それぞれ、TEモード又はTMモードのいずれかの伝播モードであって、第3及び第4の波長λ,λを有している。また、第1乃至第4の光のうち、いずれの2つの光も、波長及び伝播モードがともに等しい場合はないものとする。 FIG. 8 is a top view of the main part of the wavelength splitter 1 according to this embodiment. The wavelength splitter 1 shown in FIG. 5 includes the first CROW 21 that propagates the first light and the second CROW 22 that propagates the second light, whereas the wavelength splitter shown in FIG. 1 further includes a third CROW 23 for propagating the third light and a fourth CROW 24 for propagating the fourth light. Here, the third light and the fourth light are propagation modes of either the TE mode or the TM mode, and have third and fourth wavelengths λ D and λ E , respectively. Also, it is assumed that none of the first to fourth lights has the same wavelength and propagation mode.

また、例えば、第1のCROW21を伝播する第1の光と、第2のCROW22を伝播する第2の光において、波長λが等しくて、一方の伝播モードがTEモードで、他方の伝搬モードがTMモードである場合、第1のCROW21では、TEモードの光を、第2のCROW22では、TMモードの光を、分波することが出来、これらを所定の条件の下、合成することにより、偏波無依存性に戻すことも出来る。   Further, for example, in the first light propagating through the first CROW 21 and the second light propagating through the second CROW 22, the wavelength λ is equal, one of the propagation modes is the TE mode, and the other propagation mode is In the TM mode, the first CROW 21 can demultiplex the TE mode light, and the second CROW 22 can demultiplex the TM mode light, and synthesize them under a predetermined condition. It can also be returned to polarization independence.

以上、本発明について、詳細な説明を行った。ミー領域におけるWGM共振器は、幾何光学におけるWGM共振器より、素子の規模を軽減することが出来る代わりに、消光比が低下してしまうところ、CROWを形成することにより、共振状態にある光を分波することが出来ている。さらに、CROWは、伝搬方向に対して自由度高く、形状を作ることが出来るので、CROW自体を回路の導波路として用いることにより、柔軟な素子の設計やレイアウトが可能となる。   The present invention has been described in detail above. The WGM resonator in the Mie region can reduce the scale of the element compared to the WGM resonator in geometric optics, but the extinction ratio decreases. By forming the CROW, the light in the resonance state can be obtained. Can demultiplex. Furthermore, since CROW can be shaped with a high degree of freedom in the propagation direction, using CROW itself as a circuit waveguide enables flexible element design and layout.

1 波長スプリッタ、2 躯体、3 入力端子、4 出力端子、5 基板、6 下地層、7 高屈折率層、8 低屈折率層、11 入力導波路、12 ディスク共振器、12a λディスク共振器、12b λディスク共振器、12c λディスク共振器、13 出力導波路、17 導波路、18 共振器、21 第1のCROW、22 第2のCROW、23 第3のCROW、24 第4のCROW、31 光源。 1 wavelength splitter, 2 housing, 3 input terminal, 4 output terminal, 5 substrate, 6 underlayer, 7 high refractive index layer, 8 low refractive index layer, 11 input waveguide, 12 disk resonator, 12a λ A disk resonator , 12b λ B disk resonator, 12c λ C disk resonator, 13 output waveguide, 17 waveguide, 18 resonator, 21 first CROW, 22 second CROW, 23 third CROW, 24 fourth CROW, 31 light source.

Claims (9)

外部より入力する光を伝播する導波路と、
前記導波路の側方に、互いに離間して配置される、ウィスパリングギャラリーモードによる共振器、を複数備える、波長スプリッタであって、
前記複数の共振器のうち、一部の複数の共振器それぞれが、TEモード又はTMモードのいずれかの伝播モードであって第1の波長を有する第1の光、の共振条件を満たし、該一部の複数の共振器は、前記導波路と前記第1の光の共振結合をするとともに、前記導波路より順に並んで、1本の結合共振器型光導波路を形成するとともに、
前記複数の共振器のうち、一部の複数の共振器それぞれが、TEモード又はTMモードのいずれかの伝播モードであって第2の波長を有するとともに、前記第1の光とは、波長又は伝播モードの、いずれか又は両方が異なる、第2の光、の共振条件を満たし、該一部の複数の共振器は、前記導波路と前記第2の光の共振結合をするとともに、前記導波路より順に並んで、他の1本の結合共振器型光導波路を形成する、
ことを特徴とする、波長スプリッタ。
A waveguide for propagating light input from outside,
A wavelength splitter comprising a plurality of resonators according to whispering gallery modes, which are arranged apart from each other on the side of the waveguide,
Among the plurality of resonators, each of some of the resonators satisfies a resonance condition of a first light having a first wavelength in a propagation mode of a TE mode or a TM mode, Some of the plurality of resonators resonantly couple the waveguide and the first light, and are arranged in order from the waveguide to form one coupled resonator-type optical waveguide.
Among the plurality of resonators, each of some of the plurality of resonators is a propagation mode of either a TE mode or a TM mode and has a second wavelength, and the first light is a wavelength or The resonance condition of the second light, which is different in one or both of the propagation modes, is satisfied, and the some of the plurality of resonators resonately couple the waveguide and the second light, and Arranged in order from the waveguide to form another coupled resonator type optical waveguide,
A wavelength splitter.
請求項1に記載の波長スプリッタであって、
前記1本の結合共振器型光導波路と、前記他の1本の結合共振器型光導波路は、前記導波路より順に並ぶ複数の共振器を、ともに含んでいる、
ことを特徴とする、波長スプリッタ。
The wavelength splitter according to claim 1,
The one coupled resonator type optical waveguide and the other one coupled resonator type optical waveguide both include a plurality of resonators arranged in order from the waveguide.
A wavelength splitter.
請求項1に記載の波長スプリッタであって、
前記1本の結合共振器型光導波路を形成する、前記一部の複数の共振器と、
前記他の1本の結合共振器型光導波路を形成する、前記一部の複数の共振器は、互いに異なっている、
ことを特徴とする、波長スプリッタ。
The wavelength splitter according to claim 1,
A part of the plurality of resonators forming the one coupled resonator type optical waveguide;
The some of the plurality of resonators forming the other one coupled resonator type optical waveguide are different from each other,
A wavelength splitter.
請求項1に記載の波長スプリッタであって、
前記第1の光と前記第2の光は、波長が等しく、伝播モードが互いに異なる、
ことを特徴とする、波長スプリッタ。
The wavelength splitter according to claim 1,
The first light and the second light have the same wavelength and different propagation modes.
A wavelength splitter.
請求項1に記載の波長スプリッタであって、
前記各共振器は、外部に対する比屈折率がnであって、外部との境界が半径rの円形状となる断面を持つ共振部を有し、
波長λの光に対して、共振モード数mとして、前記共振条件は、TEモードにあっては、下記数式1を満たし、
Figure 2012078512

TMモードにあっては、下記数式2を満たしている、
Figure 2012078512
ことを特徴とする、波長スプリッタ。
ただし、波数kは、k=2π/λで定義され、Jは第1種ベッセル関数であり、H (1)は第1種ハンケル関数である。
The wavelength splitter according to claim 1,
Each of the resonators has a resonance part having a cross section in which the relative refractive index with respect to the outside is n and the boundary with the outside is a circular shape with a radius r,
For light of wavelength λ, as the resonance mode number m, the resonance condition satisfies the following formula 1 in the TE mode,
Figure 2012078512

In TM mode, the following formula 2 is satisfied,
Figure 2012078512
A wavelength splitter.
However, the wave number k is defined by k = 2π / λ, J m is a first kind Bessel function, and H m (1) is a first kind Hankel function.
請求項5に記載の波長スプリッタであって、
前記1本の結合共振器型光導波路と、前記他の1本の結合共振器型光導波路は、前記導波路より順に並ぶとともに、複数の共振器を、ともに含み、
順に並ぶ該複数の共振器のうち、前記導波路側と反対側に位置する分岐共振器において、第1の光に対する共振モード数はmであり、第2の光に対する共振モード数はmであり、
前記1本の結合共振器型光導波路において、前記導波路より数えて、前記分岐共振器の中心と該分岐共振器の1つ前の共振器の中心とを結ぶ直線と、前記分岐共振器の中心と該分岐共振器の1つ先の共振器の中心とを結ぶ直線と、のなす角は、π/mの整数倍であり、
前記他の1本の結合共振器型光導波路において、前記導波路より数えて、前記分岐共振器の中心と該分岐共振器の1つ前の共振器の中心とを結ぶ直線と、前記分岐共振器の中心と該分岐共振器の1つ先の共振器の中心とを結ぶ直線と、のなす角は、π/mの整数倍である、
ことを特徴とする、波長スプリッタ。
The wavelength splitter according to claim 5, wherein
The one coupled resonator type optical waveguide and the other one coupled resonator type optical waveguide are arranged in order from the waveguide and include a plurality of resonators.
Among the plurality of resonators arranged in order, in the branch resonator located on the side opposite to the waveguide side, the number of resonance modes for the first light is m 1 and the number of resonance modes for the second light is m 2. And
In the one coupled resonator type optical waveguide, a straight line connecting the center of the branch resonator and the center of the resonator immediately before the branch resonator, counting from the waveguide, and the branch resonator The angle formed by the straight line connecting the center and the center of the next resonator of the branch resonator is an integer multiple of π / m 1 ,
In the other coupled resonator type optical waveguide, a straight line connecting the center of the branch resonator and the center of the resonator immediately before the branch resonator, counting from the waveguide, and the branch resonance The angle formed by the straight line connecting the center of the resonator and the center of the next resonator of the branch resonator is an integer multiple of π / m 2 .
A wavelength splitter.
請求項1に記載の波長スプリッタであって、
前記共振部は、前記円形状となる断面を有する円柱形状である、
ことを特徴とする、波長スプリッタ。
The wavelength splitter according to claim 1,
The resonating portion has a cylindrical shape having a cross section that is circular.
A wavelength splitter.
請求項1に記載の波長スプリッタであって、
前記共振部は、前記円形状となる断面を赤道面に有する球状である、
ことを特徴とする、波長スプリッタ。
The wavelength splitter according to claim 1,
The resonating part is a sphere having a circular cross section on the equator plane,
A wavelength splitter.
請求項1に記載の波長スプリッタであって、
前記共振部は、前記円形状となる断面を有するトロイド形状である、
ことを特徴とする、波長スプリッタ。
The wavelength splitter according to claim 1,
The resonating portion is a toroid shape having a cross section that is the circular shape,
A wavelength splitter.
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