JP2013210474A - Optical element - Google Patents

Optical element Download PDF

Info

Publication number
JP2013210474A
JP2013210474A JP2012080273A JP2012080273A JP2013210474A JP 2013210474 A JP2013210474 A JP 2013210474A JP 2012080273 A JP2012080273 A JP 2012080273A JP 2012080273 A JP2012080273 A JP 2012080273A JP 2013210474 A JP2013210474 A JP 2013210474A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
light
wavelength
phase adjustment
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012080273A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5561304B2 (en
Inventor
Hideaki Okayama
秀彰 岡山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP2012080273A priority Critical patent/JP5561304B2/en
Publication of JP2013210474A publication Critical patent/JP2013210474A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5561304B2 publication Critical patent/JP5561304B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate a fixed phase difference within a prescribed wavelength range and to simplify a structure.SOLUTION: An optical element comprises an optical waveguide 22 including a core 22a and a clad 22b having the refractive index of 71.4% or less of that of the core. The optical waveguide includes two optical multiplexing/demultiplexing parts C1 and C2 and an optical interference part 16 provided between the two optical multiplexing/demultiplexing parts. The optical interference part is provided with first and second arm waveguides 12 and 14 for propagating light distributed by one of the optical multiplexing/demultiplexing parts toward the other multiplexing/demultiplexing parts. The first and second arm waveguides include first and second phase adjustment areas 18 and 20 different in equivalent refractive index from each other, respectively. The first and second phase adjustment areas 18 and 20 apply a prescribed phase difference to light propagated in the first arm waveguide and light propagated in the second arm waveguide.

Description

この発明は、マッハツェンダ干渉器を備えており、光合分波素子としても用いることができる光素子に関する。   The present invention relates to an optical element that includes a Mach-Zehnder interferometer and can also be used as an optical multiplexing / demultiplexing element.

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)とを1本の光ファイバで行う光加入者系通信システムにおいては、上り通信及び下り通信を異なる波長の光で行うことがある。この場合、局側及び加入者側の双方で、異なる波長の光を合分波する光素子(以下、光合分波素子とも称する。)が必要となる。   In an optical subscriber communication system in which optical transmission from the subscriber side to the station side (uplink communication) and optical transmission from the station side to the subscriber side (downlink communication) are performed using one optical fiber, uplink communication In some cases, downlink communication is performed using light of different wavelengths. In this case, an optical element (hereinafter also referred to as an optical multiplexing / demultiplexing element) that multiplexes / demultiplexes light of different wavelengths is required on both the station side and the subscriber side.

光合分波素子は発光素子及び受光素子と空間光学的に光軸合わせされて、光加入者系通信システム、例えばPON(Passive Optical Network)の加入者側終端装置(ONU:Optical Network Unit)や、局側終端装置(OLT:Optical Line Terminal)に用いられる。しかし、近年、光軸合わせの手間を軽減するために、光導波路により構成された光合分波素子が開発されている(例えば、特許文献1〜5参照)。この光導波路を用いた光合分波素子では、光の伝搬経路を、予め作りこまれた光導波路に限定するので、従来の光合分波素子におけるレンズやミラー等が不要となる。さらに、この光合分波素子では、発光素子及び受光素子を、予め素子に作成されたマークを基準にして、光導波路の入出射端に位置合わせすればよい。そのため、発光素子及び受光素子に入出射される光ビームの厳密な光軸合わせの手間が大幅に省かれる。   The optical multiplexing / demultiplexing element is spatially optically aligned with the light emitting element and the light receiving element, so that an optical subscriber communication system, for example, a PON (Passive Optical Network) subscriber-side terminating device (ONU: Optical Network Unit), It is used for a station side terminal device (OLT: Optical Line Terminal). However, in recent years, an optical multiplexing / demultiplexing element constituted by an optical waveguide has been developed in order to reduce the labor for aligning the optical axis (see, for example, Patent Documents 1 to 5). In the optical multiplexing / demultiplexing device using this optical waveguide, the light propagation path is limited to the optical waveguide built in advance, so that a lens, a mirror, or the like in the conventional optical multiplexing / demultiplexing device becomes unnecessary. Further, in this optical multiplexing / demultiplexing element, the light emitting element and the light receiving element may be aligned with the light incident / exit end of the optical waveguide with reference to a mark previously formed on the element. Therefore, the labor of strict optical axis alignment of the light beams entering and exiting the light emitting element and the light receiving element is greatly reduced.

近年、コアとしてSiを用い、クラッドとしてSiとの屈折率差が大きなSiOを用いた光導波路(以下、Si光導波路とも称する。)で構成された光合分波素子が報告されている(例えば、非特許文献1〜3参照)。 In recent years, an optical multiplexing / demultiplexing device composed of an optical waveguide using Si as a core and SiO 2 having a large refractive index difference from Si as a clad (hereinafter also referred to as Si optical waveguide) has been reported (for example, Non-patent documents 1 to 3).

Si光導波路は、コアの屈折率がクラッドよりも非常に大きく、光の閉じ込めが強いため、光を1μm程度の小さい曲率半径で曲げる曲線状光導波路を実現することができる。また、製造時に、Si電子デバイスでの加工技術が利用できるため、きわめて微細なサブミクロンの断面構造を実現できる。これらのことから、Si光導波路を用いることで各種の光素子を小型化することができる。   Since the refractive index of the core is much larger than that of the clad and the optical confinement is strong, the Si optical waveguide can realize a curved optical waveguide that bends light with a small radius of curvature of about 1 μm. In addition, since a processing technique using a Si electronic device can be used at the time of manufacturing, a very fine submicron cross-sectional structure can be realized. For these reasons, various optical elements can be miniaturized by using Si optical waveguides.

Si光導波路を用いた光合分波素子として、マッハツェンダ干渉器を利用したもの、方向性結合器を利用したもの、及びグレーティングを利用したものなどが知られている。   As an optical multiplexing / demultiplexing device using a Si optical waveguide, a device using a Mach-Zehnder interferometer, a device using a directional coupler, a device using a grating, and the like are known.

マッハツェンダ干渉器を用いた光合分波素子(以下、MZ型素子とも称する。)は、2本のアーム導波路を伝搬後の2つの光に生じる位相差が波長によって異なる性質を利用して、波長分離を行う。一般に、MZ型素子は、光を2本のアーム導波路に分配する入力用カプラと、2本のアーム導波路と、2つの出力ポートを持つ出力用カプラとを備える。両アーム導波路は、分離すべき波長(以下、目的波長とも称する。)の光にπの整数倍の位相差が生じるような光路長差に設計されている。そして、両アーム導波路を伝搬後の光に生じた位相差に基づいて、出力用カプラの一方のポートから目的波長の光を、他方のポートからそれ以外の光をそれぞれ出力する。   An optical multiplexing / demultiplexing device using a Mach-Zehnder interferometer (hereinafter also referred to as an MZ-type device) uses a property that a phase difference generated in two lights after propagating through two arm waveguides differs depending on the wavelength. Perform separation. In general, an MZ-type element includes an input coupler that distributes light to two arm waveguides, two arm waveguides, and an output coupler having two output ports. Both arm waveguides are designed to have an optical path length difference such that a phase difference that is an integral multiple of π occurs in light of a wavelength to be separated (hereinafter also referred to as a target wavelength). Then, based on the phase difference generated in the light propagated through both arm waveguides, light of the target wavelength is output from one port of the output coupler, and the other light is output from the other port.

Photonics Technology Letters vol.18,p.2392,2006年11月Photonics Technology Letters vol. 18, p. 2392, November 2006 Photonics Technology Letters vol.20,p.1968,2008年12月Photonics Technology Letters vol. 20, p. 1968, December 2008 OpticsExpress vol.18,p.23891,2010年10月Optics Express vol. 18, p. 23891, October 2010

米国特許4860294号明細書U.S. Pat. No. 4,860,294 米国特許5764826号明細書US Pat. No. 5,764,826 米国特許5960135号明細書US Pat. No. 5,960,135 米国特許7072541号明細書US Pat. No. 7,072,541 特開平8−163028号公報JP-A-8-163028 特開2005−250504号公報JP 2005-250504 A 特開2002−40493号公報JP 2002-40493 A

しかし、波長により発生させる位相差を異ならせて波長を分離するMZ型素子は、波長ずれに弱いという問題点があった。すなわち、例えば光源等で生じた波長揺らぎが、アーム導波路での位相差の揺らぎを生じさせ、これにより、出力光の不所望な強度揺らぎが引き起こされる場合があった。   However, the MZ type element that separates wavelengths by varying the phase difference generated depending on the wavelength has a problem that it is vulnerable to wavelength shift. That is, for example, wavelength fluctuations caused by a light source or the like cause phase difference fluctuations in the arm waveguide, which may cause unwanted intensity fluctuations in the output light.

この問題の解決法の一つとして、マッハツェンダ干渉計を多段に接続するMZ型素子が知られている(例えば、特許文献6参照)。確かに、特許文献6のMZ型素子では、波長選択されて一方の出力ポートから出力される目的波長光の波長幅を広げることができる。しかし、この方法では、複数のマッハツェンダ干渉計が必要であり、構造の複雑化が避けられなかった。また、この文献のMZ型素子は、πの整数倍の位相差しか発生させることができず、2つの出力ポートから任意の分配比で光を出力させることができなかった。また、別の解決法として、アーム導波路にリング共振器を設けるMZ型素子が知られている(例えば、特許文献7参照)。しかし、この方法でも、MZ型素子にリング共振器を追加する必要があり、構造の複雑化が避けられなかった。   As one of solutions to this problem, an MZ type element in which Mach-Zehnder interferometers are connected in multiple stages is known (for example, see Patent Document 6). Certainly, in the MZ type element of Patent Document 6, it is possible to widen the wavelength width of the target wavelength light that is wavelength-selected and output from one of the output ports. However, this method requires a plurality of Mach-Zehnder interferometers, and the structure is inevitable. In addition, the MZ type element of this document cannot generate a phase difference that is an integral multiple of π, and cannot output light at an arbitrary distribution ratio from the two output ports. As another solution, an MZ type element in which a ring resonator is provided in an arm waveguide is known (for example, see Patent Document 7). However, even in this method, it is necessary to add a ring resonator to the MZ type element, and the structure is inevitable.

この発明は、このような技術的背景の下でなされた。従って、この発明の目的は、所定の波長範囲で光に一定の位相差を生じさせることから、波長ずれに強く、構造が簡単であるとともに、MZ型素子に適用可能な光素子を得ることにある。   The present invention has been made under such a technical background. Accordingly, an object of the present invention is to obtain an optical element that is resistant to wavelength shift, has a simple structure, and can be applied to an MZ-type element because it generates a certain phase difference in light within a predetermined wavelength range. is there.

発明者は、鋭意検討の結果、2本のアーム導波路のそれぞれに位相調整領域を設けることにより、両アーム導波路を伝搬後の光に波長によらない位相差を発生できることに想到した。従って、この発明の光素子は、コアと、屈折率がコアの71.4%以下であるクラッドとで構成される光導波路を備えている。そして、この光導波路は、2個の光合分波部とこの2個の光合分波部の間に設けられた光干渉部とを備える。この光干渉部は、一方の光合分波部により分配された光を、他方の光合分波部へと、それぞれ伝搬させる第1及び第2アーム導波路とを備える。そして、第1及び第2アーム導波路がそれぞれ第1及び第2位相調整領域を備え、これらの第1及び第2位相調整領域は互いに等価屈折率が異なっており、第1アーム導波路を伝搬する光と、第2アーム導波路を伝搬する光とに所定の位相差を付与する。   As a result of intensive studies, the inventor has conceived that by providing a phase adjustment region in each of the two arm waveguides, a phase difference independent of the wavelength can be generated in the light propagated through both arm waveguides. Accordingly, the optical element of the present invention includes an optical waveguide composed of a core and a clad having a refractive index of 71.4% or less of the core. The optical waveguide includes two optical multiplexing / demultiplexing units and an optical interference unit provided between the two optical multiplexing / demultiplexing units. The optical interference unit includes first and second arm waveguides for propagating light distributed by one optical multiplexing / demultiplexing unit to the other optical multiplexing / demultiplexing unit, respectively. The first and second arm waveguides have first and second phase adjustment regions, respectively, and these first and second phase adjustment regions have different equivalent refractive indexes and propagate through the first arm waveguide. A predetermined phase difference is given to the light that propagates and the light that propagates through the second arm waveguide.

この発明は、上述のように構成されている。従って、この発明によれば、伝搬光に所定の波長範囲内で一定の位相差を発生できることから波長ずれに強く、構造が簡単な、MZ型素子に適用可能な光素子が得られる。   The present invention is configured as described above. Therefore, according to the present invention, since a constant phase difference can be generated within a predetermined wavelength range in propagating light, an optical element applicable to an MZ type element that is strong against wavelength shift and has a simple structure can be obtained.

(A)は従来のMZ型素子の構造を模式的に示す模式図であり、(B)は(A)の波長分離特性を模式的に示す特性図であり、(C)はこの発明のMZ型素子の構造を模式的に示す模式図であり、(D)は(C)の波長分離特性を模式的に示す特性図である。(A) is a schematic diagram schematically showing the structure of a conventional MZ type element, (B) is a characteristic diagram schematically showing the wavelength separation characteristics of (A), and (C) is an MZ of the present invention. It is a schematic diagram which shows typically the structure of a type | mold element, (D) is a characteristic view which shows the wavelength separation characteristic of (C) typically. 一般的なMZ型素子の概略的な構造を出力光と共に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the schematic structure of a general MZ type | mold element with output light. この発明のMZ型素子の概略的な構造を、被選択光及び第3光と共に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the schematic structure of the MZ type | mold element of this invention with to-be-selected light and 3rd light. (A)は、実施形態のMZ型素子の構造を概略的に示す平面図であり、(B)は、(A)のA−A線に沿った切断端面図である。(A) is a top view which shows schematically the structure of the MZ type | mold element of embodiment, (B) is a cut end view along the AA line of (A). (A)は、第1及び第2位相調整領域の等価屈折率の波長依存性を示す特性図であり、(B)は、(A)に示す第1及び第2位相調整領域において、干渉条件を満たすLa及びLbを干渉次数とともに示す図である。(A) is a characteristic diagram showing the wavelength dependence of the equivalent refractive index of the first and second phase adjustment regions, and (B) is an interference condition in the first and second phase adjustment regions shown in (A). It is a figure which shows La and Lb which satisfy | fills with an interference order. 実施形態のMZ型素子の波長分離特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the wavelength separation characteristic of the MZ type | mold element of embodiment.

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、各図において各構成要素の形状、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。また、他の図面との対応関係が明らかな構成要素の符号を省略することもある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the shape, size, and arrangement relationship of each component are schematically shown 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. In addition, reference numerals of components that have a clear correspondence with other drawings may be omitted.

(発明の概要)
具体的な構成の説明に先立ち、図1を参照して、従来のMZ型素子(以下、従来素子とも称する。)との比較により、この発明の特徴を概説する。図1(A)は、従来素子の構造を模式的に示す模式図である。図1(B)は、従来素子の波長分離特性を模式的に示す特性図である。図1(C)は、この発明のMZ型素子の構造を模式的に示す模式図である。図1(D)は、この発明のMZ型素子の波長分離特性を模式的に示す特性図である。なお、図1(A)及び(C)では、発明の理解に資するために、MZ型素子を簡略的に描いている。つまり、基板及びクラッドの図示を省略するとともに、コアを単なる曲線で、及び各構成要素を矩形のボックスで、それぞれ描いている。
(Summary of Invention)
Prior to the description of the specific configuration, the features of the present invention will be outlined by comparison with a conventional MZ type element (hereinafter also referred to as a conventional element) with reference to FIG. FIG. 1A is a schematic diagram schematically showing the structure of a conventional element. FIG. 1B is a characteristic diagram schematically showing wavelength separation characteristics of a conventional element. FIG. 1C is a schematic view schematically showing the structure of the MZ type element of the present invention. FIG. 1D is a characteristic diagram schematically showing the wavelength separation characteristic of the MZ type element of the present invention. In FIGS. 1A and 1C, an MZ-type element is simply illustrated in order to help understand the invention. That is, the illustration of the substrate and the clad is omitted, the core is drawn with a simple curve, and each component is drawn with a rectangular box.

まず、図1(A)及び(B)を参照して、一般的な従来素子について簡単に説明する。従来素子50は、2個の光合分波部C1及びC2と、光干渉部56とを備えている。さらに、従来素子50は、入力ポートin1及びin2と、出力ポートot1及びot2とを備える。   First, a general conventional element will be briefly described with reference to FIGS. The conventional element 50 includes two optical multiplexing / demultiplexing units C1 and C2 and an optical interference unit 56. Furthermore, the conventional element 50 includes input ports in1 and in2 and output ports ot1 and ot2.

一方の光合分波部C1は、入力ポートin1から入力された入力光INを第1及び第2アーム導波路52及び54に等分配して出力する、いわゆる3dBカプラとする。なお、以降、アーム導波路を単に「アーム」とも称する。他方の光合分波部C2は、第1及び第2アーム52及び54を伝搬した光を合波する3dBカプラとする。合波された光は、出力ポートot1又はot2から、波長選択された第1及び第2出力光OUT1及びOUT2として出力される。ここで、入力光INは全波長の光を等しい強度で含む白色光とする。   One optical multiplexing / demultiplexing unit C1 is a so-called 3 dB coupler that equally distributes the input light IN input from the input port in1 to the first and second arm waveguides 52 and 54 and outputs the same. Hereinafter, the arm waveguide is also simply referred to as “arm”. The other optical multiplexing / demultiplexing unit C2 is a 3 dB coupler that multiplexes the light propagated through the first and second arms 52 and 54. The combined light is output from the output port ot1 or ot2 as wavelength-selected first and second output lights OUT1 and OUT2. Here, the input light IN is white light including light of all wavelengths with equal intensity.

光干渉部56は、光路長がそれぞれ異なる第1及び第2アーム52及び54を備え、両アーム52及び54を伝搬する光に、波長に応じた位相差を発生させることで波長を選択する。この例では、第1及び第2アーム52及び54の光路長は、第1波長λ1の光を出力ポートot2から出力させ、λ1以外の波長の光を出力ポートot1から出力させるような光路長差に設定されている。   The optical interference unit 56 includes first and second arms 52 and 54 having different optical path lengths, and selects a wavelength by generating a phase difference corresponding to the wavelength in light propagating through the arms 52 and 54. In this example, the optical path lengths of the first and second arms 52 and 54 are such that the light having the first wavelength λ1 is output from the output port ot2, and the light having a wavelength other than λ1 is output from the output port ot1. Is set to

ここで、「光路長」とは、一般的に、光導波路の幾何学的な長さLを、ある波長λの伝搬光に対する光導波路の等価屈折率qで補正した光学的な長さを示す。光路長をSとすると、S,L及びqの間には、S=L×qが成り立つ。   Here, the “optical path length” generally indicates an optical length obtained by correcting the geometric length L of the optical waveguide with the equivalent refractive index q of the optical waveguide with respect to the propagation light having a certain wavelength λ. . Assuming that the optical path length is S, S = L × q is established between S, L, and q.

次に、図1(B)を参照して、従来素子50の波長分離特性について説明する。図1(B)の横軸は、第2出力光OUT2の任意単位の波長である。縦軸は、出力ポートot2から、波長分離されて出力される第2出力光OUT2の強度を任意単位で示す。なお、第2出力光OUT2の強度は、光干渉部56で生じた位相差φと同じ挙動を示す。   Next, the wavelength separation characteristics of the conventional element 50 will be described with reference to FIG. The horizontal axis of FIG. 1B is the wavelength of an arbitrary unit of the second output light OUT2. The vertical axis indicates the intensity of the second output light OUT2 output after wavelength separation from the output port ot2 in arbitrary units. The intensity of the second output light OUT2 exhibits the same behavior as the phase difference φ generated in the optical interference unit 56.

上述のように、第1及び第2アーム52及び54の光路長差が、第1波長λ1の光を出力ポートot2から出力させる位相差に最適化されているときに、この波長λ1において第2出力光OUT2の強度が最大となる。第2波長λ2(≠λ1)の光は、光干渉部56で第1波長λ1とは異なる位相差を生じるため、第1波長λ1よりも出力強度が大幅に小さくなる。なお、入力光INに含まれ、出力ポートot2から出力される以外の光は、第1出力光OUT1として出力ポートot1から出力される。   As described above, when the optical path length difference between the first and second arms 52 and 54 is optimized to the phase difference that causes the light of the first wavelength λ1 to be output from the output port ot2, the second at this wavelength λ1. The intensity of the output light OUT2 is maximized. The light of the second wavelength λ2 (≠ λ1) has a phase difference different from that of the first wavelength λ1 in the optical interference unit 56, and therefore the output intensity is significantly smaller than that of the first wavelength λ1. Light that is included in the input light IN and is not output from the output port ot2 is output from the output port ot1 as the first output light OUT1.

続いて、図1(C)及び(D)を参照して、本発明のMZ型素子について説明する。図1(C)によれば、MZ型素子10は、光干渉部16を構成する第1及び第2アーム12及び14が、第1及び第2位相調整領域18及び20をそれぞれ備える以外は、従来素子50と同様に構成されている。   Next, the MZ type element of the present invention will be described with reference to FIGS. According to FIG. 1 (C), the MZ-type element 10 includes the first and second arms 12 and 14 constituting the optical interference unit 16 except that the first and second phase adjustment regions 18 and 20 are provided, respectively. The configuration is the same as that of the conventional element 50.

ここで、本発明のMZ型素子10での波長選択に係る第1及び第2波長λ1及びλ2の光を、それぞれ第1及び第2光と称する。また、第1及び第2波長λ1及びλ2の間の波長範囲λ1〜λ2を「被選択範囲」とも称し、第1及び第2光を含む被選択範囲の光を「被選択光」とも称する。   Here, the lights of the first and second wavelengths λ1 and λ2 related to the wavelength selection in the MZ type element 10 of the present invention are referred to as first and second lights, respectively. The wavelength range λ1 to λ2 between the first and second wavelengths λ1 and λ2 is also referred to as “selected range”, and the light in the selected range including the first and second lights is also referred to as “selected light”.

第1及び第2位相調整領域18及び20は、第1及び第2アーム12及び14を伝搬後の光に生じさせる位相差を調整するための領域である。位相差を調整するために、第1及び第2位相調整領域18及び20の等価屈折率na及びnbを、異なる値としている。具体的には、光導波路の構造的パラメータ、例えば幅等を変えることで、na≠nbとしている。na≠nbの下で、第1及び第2位相調整領域18及び20の光伝搬方向に沿った幾何学的長さLa及びLbを最適化することで、MZ型素子10は被選択範囲(λ1〜λ2)で伝搬光に一定の位相差を発生させる。ここで、第1位相調整領域18以外の第1アーム12の光導波路領域を第1伝搬領域17とも称し、及び第2位相調整領域20以外の第2アーム14の光導波路領域を第2伝搬領域19とも称する。   The first and second phase adjustment regions 18 and 20 are regions for adjusting a phase difference that occurs in the light after propagation through the first and second arms 12 and 14. In order to adjust the phase difference, the equivalent refractive indexes na and nb of the first and second phase adjustment regions 18 and 20 are set to different values. Specifically, na ≠ nb is satisfied by changing the structural parameter of the optical waveguide, for example, the width. By optimizing the geometric lengths La and Lb along the light propagation direction of the first and second phase adjustment regions 18 and 20 under na ≠ nb, the MZ element 10 can select the selected range (λ1 ~ Λ2), a constant phase difference is generated in the propagating light. Here, the optical waveguide region of the first arm 12 other than the first phase adjustment region 18 is also referred to as the first propagation region 17, and the optical waveguide region of the second arm 14 other than the second phase adjustment region 20 is the second propagation region. Also referred to as 19.

次に、図1(D)を参照して、MZ型素子10の波長分離特性について説明する。図1(D)の縦軸及び横軸は図1(B)と同様である。上述の第1及び第2位相調整領域18及び20を備える結果、MZ型素子10から出力される第2出力光OUT2は、被選択範囲を含む波長範囲Aで強度が一定となる。つまり、本発明のMZ型素子10は、第1及び第2位相調整領域18及び20を設けたことにより、波長範囲A内の波長の光に対して、波長によらず一定の位相差φを生じさせる。   Next, the wavelength separation characteristics of the MZ element 10 will be described with reference to FIG. The vertical and horizontal axes in FIG. 1D are the same as those in FIG. As a result of providing the first and second phase adjustment regions 18 and 20 described above, the intensity of the second output light OUT2 output from the MZ type element 10 is constant in the wavelength range A including the selected range. That is, the MZ-type element 10 of the present invention provides the first and second phase adjustment regions 18 and 20 to provide a constant phase difference φ regardless of the wavelength with respect to light having a wavelength within the wavelength range A. Cause it to occur.

次に、適宜図1(C)を参照して、MZ型素子10の動作原理、つまり、第1及び第2位相調整領域18及び20が、伝搬光に波長によらず一定の位相差φを生じさせる原理を説明する。   Next, referring to FIG. 1C as appropriate, the operation principle of the MZ element 10, that is, the first and second phase adjustment regions 18 and 20 have a constant phase difference φ in the propagating light regardless of the wavelength. The principle to be generated will be described.

MZ型素子10において、被選択光を、出力ポートot1及びot2のどちらか一方から出力させるための干渉条件は下記式(1)及び(2)で与えられる。式(1)は第1波長λ1の第1光に関する干渉条件であり、式(2)は第2波長λ2の第2光に関する干渉条件である。   In the MZ-type element 10, the interference condition for outputting the selected light from either one of the output ports ot1 and ot2 is given by the following equations (1) and (2). Expression (1) is an interference condition regarding the first light having the first wavelength λ1, and Expression (2) is an interference condition regarding the second light having the second wavelength λ2.

i=naλ1×La/λ1−nbλ1×Lb/λ1・・・(1)
i=naλ2×La/λ2−nbλ2×Lb/λ2・・・(2)
ここで、naλ1及びnbλ1は、それぞれ第1及び第2位相調整領域18及び20の、第1光に関する等価屈折率とする。同様に、naλ2及びnbλ2は、それぞれ第1及び第2位相調整領域18及び20の、第2光に関する等価屈折率とする。
i = na λ1 × La / λ1-nb λ1 × Lb / λ1 (1)
i = na λ2 × La / λ2-nb λ2 × Lb / λ2 (2)
Here, na λ1 and nb λ1 are equivalent refractive indexes of the first light in the first and second phase adjustment regions 18 and 20, respectively. Similarly, na λ2 and nb λ2 are the equivalent refractive indices of the first and second phase adjustment regions 18 and 20 with respect to the second light, respectively.

詳しくは後述するが、iは干渉次数であり、被選択光を出力ポートot1及びot2のどちらか一方から出力させる場合には、0を含む1/2の倍数とする。被選択光を出力ポートot1及びot2に分配して、両者から同時に出力させる場合は、iは1/2の倍数を除く正の実数とする。なお、式(1)の左辺の干渉次数iに2πを乗じた2iπが、第1波長λ1の第1光が光干渉部16で付与される位相差の合計である第1位相差である。同様に、式(2)の左辺の干渉次数iに2πを乗じた2iπが、第2波長λ2の第2光が光干渉部16で付与される位相差の合計である第2位相差である。   As will be described in detail later, i is the interference order, and when the selected light is output from either one of the output ports ot1 and ot2, it is a multiple of 1/2 including 0. When the selected light is distributed to the output ports ot1 and ot2 and output from both simultaneously, i is a positive real number excluding a multiple of 1/2. Note that 2iπ, which is obtained by multiplying the interference order i on the left side of Expression (1) by 2π, is the first phase difference that is the sum of the phase differences given by the optical interference unit 16 with the first light of the first wavelength λ1. Similarly, 2iπ obtained by multiplying the interference order i on the left side of Expression (2) by 2π is the second phase difference that is the sum of the phase differences given by the optical interference unit 16 to the second light having the second wavelength λ2. .

この例では、第1及び第2伝搬領域17及び19の光路長を互いに等しくしている。これは、被選択光には、第1及び第2伝搬領域17及び19に由来する位相差が生じず、第1及び第2位相調整領域18及び20でのみ、波長選択に必要な位相差が生じることを意味する。第1及び第2伝搬領域17及び19の等価屈折率がncで等しい場合、上述の定義「S=L×q」から、第1及び第2伝搬領域17及び19の幾何学的長さが互いに等しいことが導かれる。   In this example, the optical path lengths of the first and second propagation regions 17 and 19 are equal to each other. This is because the phase difference derived from the first and second propagation regions 17 and 19 does not occur in the selected light, and the phase difference necessary for wavelength selection is present only in the first and second phase adjustment regions 18 and 20. It means to occur. When the equivalent refractive indexes of the first and second propagation regions 17 and 19 are equal to nc, the geometric lengths of the first and second propagation regions 17 and 19 are mutually equal from the above definition “S = L × q”. It is led to be equal.

式(1)及び(2)に上述の光路長の定義を適用することで、下記式(3)及び(4)が得られる。   By applying the above definition of the optical path length to the expressions (1) and (2), the following expressions (3) and (4) are obtained.

i=Saλ1/λ1−Sbλ1/λ1・・・(3)
i=Saλ2/λ2−Sbλ2/λ2・・・(4)
ここで、Saλ1及びSbλ1は、それぞれ第1及び第2位相調整領域18及び20の、第1光に関する光路長とする。同様に、Saλ2及びSbλ2は、それぞれ第1及び第2位相調整領域18及び20の、第2光に関する光路長とする。
i = Saλ1 / λ1- Sbλ1 / λ1 (3)
i = Sa λ 2 / λ 2 −Sb λ 2 / λ 2 (4)
Here, Sa λ1 and Sb λ1 are optical path lengths of the first light in the first and second phase adjustment regions 18 and 20, respectively. Similarly, Sa λ2 and Sb λ2 are optical path lengths related to the second light in the first and second phase adjustment regions 18 and 20, respectively.

ところで、MZ型素子10は、第1アーム12に第1位相調整領域18を備えるが、第2アーム14にはこの第1位相調整領域18に対応する領域が存在しない。これは、言い換えれば、第2アーム14が、長さが0(ゼロ)の仮想的な第1位相調整領域を備えているとも解釈できる。同様に、第1アーム12は、長さが0(ゼロ)の仮想的な第2位相調整領域を備えていると解釈できる。   The MZ element 10 includes the first phase adjustment region 18 in the first arm 12, but the second arm 14 does not have a region corresponding to the first phase adjustment region 18. In other words, it can be interpreted that the second arm 14 includes a virtual first phase adjustment region having a length of 0 (zero). Similarly, the first arm 12 can be interpreted as including a virtual second phase adjustment region having a length of 0 (zero).

この解釈から、式(3)及び(4)の光路長Saλ1,Sbλ1,Saλ2及びSbλ2は、それぞれ光路長差ΔSaλ1,ΔSbλ1,ΔSaλ2及びΔSbλ2に置換でき、下記式(5)及び(6)が得られる。 From this interpretation, the optical path lengths Sa λ1 , Sb λ1 , Sa λ2 and Sb λ2 in the equations (3) and (4) can be replaced with optical path length differences ΔSa λ1 , ΔSb λ1 , ΔSa λ2 and ΔSb λ2 respectively. 5) and (6) are obtained.

i=ΔSaλ1/λ1−ΔSbλ1/λ1・・・(5)
i=ΔSaλ2/λ2−ΔSbλ2/λ2・・・(6)
ここで、ΔSaλ1は(Saλ1−0)と表され、第1アーム12の第1位相調整領域18と、第2アーム14の仮想的な長さ0(ゼロ)の第1位相調整領域との、第1波長λ1に関する光路長差である。また、ΔSaλ2は(Saλ2−0)と表され、第1アーム12の第1位相調整領域18と、第2アーム14の仮想的な第1位相調整領域との、第2波長λ2に関する光路長差である。
i = ΔSa λ1 / λ1−ΔSb λ1 / λ1 (5)
i = ΔSa λ 2 / λ 2 −ΔSb λ 2 / λ 2 (6)
Here, ΔSa λ1 is expressed as (Sa λ1 −0), and the first phase adjustment region 18 of the first arm 12 and the first phase adjustment region of the virtual length 0 (zero) of the second arm 14 Is the optical path length difference with respect to the first wavelength λ1. ΔSa λ2 is expressed as (Sa λ2 −0), and the optical path related to the second wavelength λ2 between the first phase adjustment region 18 of the first arm 12 and the virtual first phase adjustment region of the second arm 14. It is a long difference.

同様に、ΔSbλ1は(Sbλ1−0)と表され、第2アーム14の第2位相調整領域20と、第1アーム12の仮想的な長さ0(ゼロ)の第2位相調整領域との、第1波長λ1に関する光路長差である。また、ΔSbλ2は(Sbλ2−0)と表され、第2アーム14の第2位相調整領域20と、第1アーム12の仮想的な第2位相調整領域との、第2波長λ2に関する光路長差である。 Similarly, ΔSb λ1 is expressed as (Sb λ1 −0), and the second phase adjustment region 20 of the second arm 14 and the second phase adjustment region of the virtual length 0 (zero) of the first arm 12 Is the optical path length difference with respect to the first wavelength λ1. ΔSb λ2 is expressed as (Sb λ2 −0), and the optical path related to the second wavelength λ2 between the second phase adjustment region 20 of the second arm 14 and the virtual second phase adjustment region of the first arm 12. It is a long difference.

一般に、波長λの光に関して、光路長差ΔSと実光路長差ΔLとの間にΔL=ΔS/屈折率との関係があることを利用すれば、式(5)及び(6)から、下記式(7)及び(8)が得られる。   In general, with respect to light of wavelength λ, using the relationship of ΔL = ΔS / refractive index between the optical path length difference ΔS and the actual optical path length difference ΔL, from the equations (5) and (6), Equations (7) and (8) are obtained.

ΔLa=i(naλ2×λ1−naλ1×λ2)/(naλ2×nbλ1−naλ1×nbλ2)・・・(7)
ΔLb=i(nbλ2×λ1−nbλ1×λ2)/(−naλ2×nbλ1+naλ1×nbλ2)・・・(8)
ΔLaは、第1及び第2アーム12及び14にそれぞれ設けられた第1位相調整領域の長さの差である。同様にΔLbは、第1及び第2アーム12及び14にそれぞれ設けられた第2位相調整領域の長さの差である。
ΔLa = i (na λ2 × λ1-na λ1 × λ2) / (na λ2 × nb λ1- na λ1 × nb λ2 ) (7)
ΔLb = i (nb λ2 × λ1-nb λ1 × λ2) / (− na λ2 × nb λ1 + na λ1 × nb λ2 ) (8)
ΔLa is a difference in length between the first phase adjustment regions provided in the first and second arms 12 and 14, respectively. Similarly, ΔLb is a difference in length between the second phase adjustment regions provided in the first and second arms 12 and 14, respectively.

第1及び第2アーム12及び14のそれぞれに位相調整領域を設ける場合、その長さを式(7)及び式(8)に従って決定すればよい。   When providing a phase adjustment region in each of the first and second arms 12 and 14, the length may be determined according to equations (7) and (8).

(干渉次数と出力ポート)
次に、図2を参照して、干渉次数iと、被選択光が出力される出力ポートot1及びot2との関係について説明する。図2は、位相調整領域を備えない一般的なMZ型素子の概略的な構造を、バー及びクロス出力光BAR及びCRSと共に示す模式図である。なお、図2は、図1(A)と同様に簡略化している。
(Interference order and output port)
Next, the relationship between the interference order i and the output ports ot1 and ot2 from which the selected light is output will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic structure of a general MZ-type element not including a phase adjustment region together with bars and cross output light BAR and CRS. Note that FIG. 2 is simplified as in FIG.

このMZ型素子MZは、2個の光合分波部c01及びc02と、光路長が異なる第1及び第2アームa01及びa02と、入力ポートin01及びin02と、出力ポートot01及びot02とを備えている。そして、両アームa01及びa02の光路長差をΔSmとする。このとき、MZ型素子MZにおいて、波長λの光に関する干渉条件は、i=ΔSm/λで与えられる。   The MZ type element MZ includes two optical multiplexing / demultiplexing units c01 and c02, first and second arms a01 and a02 having different optical path lengths, input ports in01 and in02, and output ports ot01 and ot02. Yes. The optical path length difference between the arms a01 and a02 is ΔSm. At this time, in the MZ type element MZ, the interference condition regarding the light of wavelength λ is given by i = ΔSm / λ.

概略的に、入力ポートin01に入力された入力光INは、両アームa01及びa02で生じた位相差に対応する強度比率x(xは0≦x≦1の実数)で出力ポートot01及びot02から出力される。出力ポートot01及びot02からの出力光を、それぞれバー及びクロス出力光BAR及びCRSとすると、両光BAR及びCRSの強度比は、BAR:CRS=x:(1−x)である。以降、この比率xを「分配比」とも称する。   Schematically, the input light IN input to the input port in01 is output from the output ports ot01 and ot02 at an intensity ratio x (x is a real number of 0 ≦ x ≦ 1) corresponding to the phase difference generated in both arms a01 and a02. Is output. If the output lights from the output ports ot01 and ot02 are the bar and cross output lights BAR and CRS, respectively, the intensity ratio between the two lights BAR and CRS is BAR: CRS = x: (1-x). Hereinafter, this ratio x is also referred to as “distribution ratio”.

なお、クロス出力光CRSとは、MZ型素子MZを伝搬する過程で、第1アームa01側から第2アームa02側にパワーが移行して、出力ポートot02から出力される光とする。また、バー出力光BARとは、第1アームa01側から第2アームa02側へのパワー移行が生じず、出力ポートot01から出力される光とする。   The cross output light CRS is light that is output from the output port ot02 as the power is transferred from the first arm a01 side to the second arm a02 side in the process of propagating through the MZ type element MZ. The bar output light BAR is light output from the output port ot01 without causing a power shift from the first arm a01 side to the second arm a02 side.

このようなMZ型素子MZにおいて、干渉次数iと、波長λの出力光の出力ポートot01及びot02との間には下記関係がある。
<a> iがm+1/2(mは0以上の整数)で表される半整数の場合
x=1の場合に対応し、出力ポートot01からバー出力光BARのみが出力される。
<b> iがmで表される整数の場合
x=0の場合に対応し、出力ポートot02からクロス出力光CRSのみが出力される。
<c> iがm±1/4で表される数の場合
x=1/2に対応し、出力ポートot01及びot02の両者から、同じ強度のバー及びクロス出力光BAR及びCRSがそれぞれ出力される。
<d> iが上記<a>〜<c>以外の値の場合
両アームa01及びa02を伝搬する波長λの光に、iに対応して生じる位相差に応じた分配比xで、両ポートot01及びot02からバー及びクロス出力光BAR及びCRSが出力される。
In such an MZ type element MZ, there is the following relationship between the interference order i and the output ports ot01 and ot02 of the output light of the wavelength λ.
<a> When i is a half integer represented by m + 1/2 (m is an integer of 0 or more) Corresponding to the case of x = 1, only the bar output light BAR is output from the output port ot01.
<B> When i is an integer represented by m Corresponding to the case of x = 0, only the cross output light CRS is output from the output port ot02.
<C> When i is a number represented by m ± 1/4, corresponding to x = 1/2, both the output ports ot01 and ot02 output the same intensity bar and cross output light BAR and CRS, respectively. The
<D> When i is a value other than <a> to <c>, both ports have a distribution ratio x corresponding to the phase difference corresponding to i for light of wavelength λ propagating through both arms a01 and a02. Bar and cross output light BAR and CRS are output from ot01 and ot02.

なお、MZ型素子MZにおけるλを、この発明のMZ型素子10における第1及び第2波長λ1及びλ2の平均値とすれば、以上の説明は、MZ型素子10にそのまま当てはめることができる。   If the λ in the MZ type element MZ is the average value of the first and second wavelengths λ1 and λ2 in the MZ type element 10 of the present invention, the above description can be applied to the MZ type element 10 as it is.

なお、この発明のMZ型素子10の干渉次数iを<a>及び<b>のようにする場合は、iを半整数とすることが好ましい。つまり、被選択光を出力ポートot1からバー出力させるように設計することが好ましい。それは、クロス出力よりもバー出力の方が、若干、光導波路22の寸法誤差に対する耐性が高いことによる。   When the interference order i of the MZ type element 10 of the present invention is set to <a> and <b>, i is preferably a half integer. That is, it is preferable to design so that the selected light is output as a bar from the output port ot1. This is because the bar output is slightly more resistant to dimensional errors of the optical waveguide 22 than the cross output.

(第3波長λ3の第3光の波長分離)
次に、図3を参照して、MZ型素子10で、第1及び第2波長λ1及びλ2とは異なる第3波長λ3(λ3≠λ1かつλ3≠λ2)の第3光を、被選択光と波長分離する場合につき説明する。これは、MZ型素子10を、通信波長が揺らぐ環境で用いられるONUやOLTの光合分波素子に応用する場合に対応する。より詳細には、このMZ型素子10は、上り及び下り通信光の一方の波長が被選択範囲λ1〜λ2で揺らぎ、他方の波長が第3波長λ3で揺らがないような光加入者系通信システムに適用できる。
(Wavelength separation of the third light of the third wavelength λ3)
Next, referring to FIG. 3, in the MZ type element 10, the third light of the third wavelength λ3 (λ3 ≠ λ1 and λ3 ≠ λ2) different from the first and second wavelengths λ1 and λ2 is selected light. And the case of wavelength separation will be described. This corresponds to a case where the MZ type element 10 is applied to an ONU or OLT optical multiplexing / demultiplexing element used in an environment where the communication wavelength fluctuates. More specifically, the MZ type element 10 is an optical subscriber communication system in which one wavelength of upstream and downstream communication light fluctuates in the selected range λ1 to λ2 and the other wavelength does not fluctuate at the third wavelength λ3. Applicable to.

図3は、MZ型素子の概略的な構造を、被選択光及び第3光と共に示す模式図である。なお、図3は、図1(C)と同様に簡略化している。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic structure of the MZ type element together with selected light and third light. Note that FIG. 3 is simplified as in FIG.

MZ型素子10をこのような光合分波素子として用いる場合、第1,第2及び第3波長λ1,λ2及びλ3を含む入力光INを、被選択範囲λ1〜λ2と、第3波長λ3とに分離する能力が求められる。つまり、波長がλ1〜λ2の被選択光と、波長がλ3の第3光とを異なる出力ポートot1及びot2から出力させる必要がある。   When the MZ type element 10 is used as such an optical multiplexing / demultiplexing element, the input light IN including the first, second, and third wavelengths λ1, λ2, and λ3 is converted into the selected range λ1 to λ2, the third wavelength λ3, and The ability to be separated is required. That is, it is necessary to output the selected light having a wavelength of λ1 to λ2 and the third light having a wavelength of λ3 from different output ports ot1 and ot2.

そのための干渉条件は、上述した式(1)及び(2)に下式(9)を加えた、下記の3元連立方程式で与えられる。   The interference condition for this is given by the following ternary simultaneous equation in which the following equation (9) is added to the above equations (1) and (2).

i=naλ1×La/λ1−nbλ1×Lb/λ1・・・(1)
i=naλ2×La/λ2−nbλ2×Lb/λ2・・・(2)
(i+(j+1/2))=naλ3×La/λ3−nbλ3×Lb/λ3・・・(9)
ここで、jは0以上の整数である。また、naλ3及びnbλ3は、それぞれ第1及び第2位相調整領域18及び20の、第3光に関する等価屈折率とする。
i = na λ1 × La / λ1-nb λ1 × Lb / λ1 (1)
i = na λ2 × La / λ2-nb λ2 × Lb / λ2 (2)
(I + (j + 1/2)) = na λ3 × La / λ3-nb λ3 × Lb / λ3 (9)
Here, j is an integer of 0 or more. Further, na λ3 and nb λ3 are equivalent refractive indexes of the first and second phase adjustment regions 18 and 20 with respect to the third light, respectively.

式(1),(2)及び(9)より、干渉次数iが整数の場合、被選択光は出力ポートot2からクロス出力され、第3光は出力ポートot1からバー出力されることが分かる。また、干渉次数iが半整数の場合、図3に例示するように、被選択光は出力ポートot1からバー出力され、第3光は出力ポートot2からクロス出力されることが分かる。   From equations (1), (2), and (9), it can be seen that when the interference order i is an integer, the selected light is cross-output from the output port ot2, and the third light is bar-output from the output port ot1. In addition, when the interference order i is a half integer, as shown in FIG. 3, it can be seen that the selected light is bar-output from the output port ot1 and the third light is cross-output from the output port ot2.

なお、式(9)の干渉次数(i+(j+1/2))は、第3光を、被選択光とは異なる出力ポートから出力させる条件である。つまり、このように設定された干渉次数(i+(j+1/2))は、干渉次数iと反転した位相を発生させる。具体的には、iが整数ならば、(i+(j+1/2))は半整数となり、第3光はバー出力される。iが半整数ならば、(i+(j+1/2))は整数となり、第3光はクロス出力される。   The interference order (i + (j + 1/2)) in Expression (9) is a condition for outputting the third light from an output port different from the selected light. That is, the interference order (i + (j + 1/2)) set in this way generates a phase that is inverted from the interference order i. Specifically, if i is an integer, (i + (j + 1/2)) is a half integer, and the third light is output as a bar. If i is a half integer, (i + (j + 1/2)) is an integer, and the third light is cross-output.

なお、この3元連立方程式は、未知数(2個)よりも式数(3個)が多い、いわゆる過剰条件の連立一次方程式であるので、条件によっては解が存在しない場合もある。しかし、この場合でも、次善策として、最小二乗法を利用して、La及びLbの最小二乗解であるLa’及びLb’を求めことができる。このLa’及びLb’を第1及び第2位相調整領域18及び20の長さとすることでも、実用上許容できる分配比で、被選択光と第3光とを波長分離できる。   Note that this ternary simultaneous equation is a so-called excess linear simultaneous equation having more equations (3) than unknowns (2), so there may be no solution depending on the conditions. However, even in this case, La ′ and Lb ′, which are least square solutions of La and Lb, can be obtained by using the least square method as a next best measure. By making La 'and Lb' the lengths of the first and second phase adjustment regions 18 and 20, the light to be selected and the third light can be wavelength-separated with a practically allowable distribution ratio.

また、MZ型素子10をONUに用いる場合、入力ポートin1を局への光ファイバに接続し、出力ポートot1及びot2の一方に下り光信号を受ける受光素子を接続し、他方に上り光信号を発する発光素子を接続する。局からの下り光信号は、上述と同様の経路で、入力ポートin1に入力されて、MZ型素子10で波長分離されて、一方の出力ポートot1又はot2から出力される。それに対し、局へと送信される上り光信号は、上述と逆の経路で、発光素子から他方の出力ポートot2又はot1へと入力され、MZ型素子10で合波されて、入力ポートin1から光ファイバへと結合される。一般に、光の伝搬では逆過程が成立するので、上り光信号の逆経路でのこのような伝搬は保証される。なお、ONUの下り光信号と上り光信号を入れ替えて考えれば、MZ型素子10はOLTにも用いることができる。   When the MZ type element 10 is used for ONU, the input port in1 is connected to the optical fiber to the station, the light receiving element that receives the downstream optical signal is connected to one of the output ports ot1 and ot2, and the upstream optical signal is connected to the other. A light emitting element that emits light is connected. The downstream optical signal from the station is input to the input port in1 through the same path as described above, wavelength-separated by the MZ type element 10, and output from one output port ot1 or ot2. On the other hand, the upstream optical signal transmitted to the station is input from the light emitting element to the other output port ot2 or ot1 through the reverse path to that described above, multiplexed by the MZ type element 10, and transmitted from the input port in1. Coupled to optical fiber. In general, since the reverse process is established in the propagation of light, such propagation in the reverse path of the upstream optical signal is guaranteed. If the downstream optical signal and upstream optical signal of the ONU are interchanged, the MZ element 10 can also be used for the OLT.

また、このMZ型素子10をONUに利用する場合、波長揺らぎが許容される被選択光を、上り光信号として用いるのが好ましい。それは、上り光信号の光源であるONUの発光素子の波長安定性が、OLTよりも低いためである。なお、上り及び下り光信号の波長には、光加入者系通信システムで一般的な約1.49μm及び約1.31μmをそれぞれ用いることができる。   Further, when this MZ type element 10 is used for ONU, it is preferable to use the selected light that allows the wavelength fluctuation as the upstream optical signal. This is because the wavelength stability of the ONU light-emitting element that is the light source of the upstream optical signal is lower than that of the OLT. The wavelengths of the upstream and downstream optical signals can be about 1.49 μm and about 1.31 μm, respectively, which are common in optical subscriber communication systems.

(光素子)
次に、図4を参照して、MZ型素子10の構成を具体的に説明する。図4(A)は、MZ型素子10の構造を概略的に示す平面図であり、図4(B)は、図4(A)のA−A線に沿った断面図である。なお、図4(A)において、クラッドに埋め込まれているために、コアを直接目視することはできないが、強調するために実線で示している。
(Optical element)
Next, with reference to FIG. 4, the structure of the MZ type | mold element 10 is demonstrated concretely. 4A is a plan view schematically showing the structure of the MZ type element 10, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 4A. In FIG. 4A, the core cannot be directly observed because it is embedded in the clad, but is shown by a solid line for emphasis.

まず、以下の説明で用いるMZ型素子10の方向及び寸法を定義する。入力光INの光伝搬方向(図中矢印P参照)に垂直かつ基板8の主面8aに平行な方向を幅方向と称し、幅方向に沿って測った幾何学的長さを「幅」と称する。また、主面8aに垂直な方向を高さ方向と称し、高さ方向に沿って測った幾何学的長さを「高さ」又は「厚さ」と称する。同様に、光伝搬方向に沿って測った幾何学的長さを「長さ」と称する。また、所定の構造体の光伝搬方向に垂直な断面のことを「横断面」と称する。   First, the direction and dimensions of the MZ type element 10 used in the following description are defined. The direction perpendicular to the light propagation direction of the input light IN (see arrow P in the figure) and parallel to the main surface 8a of the substrate 8 is referred to as the width direction, and the geometric length measured along the width direction is referred to as “width”. Called. In addition, a direction perpendicular to the main surface 8a is referred to as a height direction, and a geometric length measured along the height direction is referred to as “height” or “thickness”. Similarly, the geometric length measured along the light propagation direction is referred to as “length”. A section perpendicular to the light propagation direction of a predetermined structure is referred to as a “cross section”.

MZ型素子10は光導波路22を備えている。光導波路22は、基板8の主面8a側に設けられたコア22aと、コア22aが埋め込まれたクラッド22bとで構成されている。上述のように、光導波路22は、2個の光合分波部C1及びC2と、これらの光合分波部C1及びC2の間に、第1及び第2アーム12及び14を備える光干渉部16とを有する。そして、第1アーム12に第1位相調整領域18が設けられ、第2アーム14に第2位相調整領域20が設けられている。   The MZ element 10 includes an optical waveguide 22. The optical waveguide 22 includes a core 22a provided on the main surface 8a side of the substrate 8 and a clad 22b in which the core 22a is embedded. As described above, the optical waveguide 22 includes the two optical multiplexing / demultiplexing units C1 and C2, and the optical interference unit 16 including the first and second arms 12 and 14 between the optical multiplexing / demultiplexing units C1 and C2. And have. The first arm 12 is provided with a first phase adjustment region 18, and the second arm 14 is provided with a second phase adjustment region 20.

第1位相調整領域18と光合分波部C1及びC2とを除いて、コア22aは、高さH及び幅Wの両者が共に約300nmである正方形の横断面形状に形成されている。すなわち、この例では、第2位相調整領域20は、第2アーム14と等しい横断面形状を有している。また、第1位相調整領域18は、高さが約300nmであり、幅Wが約500nmの矩形状の横断面形状に形成されている。コア22aの高さH及び幅Wは約200〜500nmの範囲の値から選択することが好ましい。高さH及び幅Wをこの範囲とすることで、光導波路22を高さ方向及び幅方向の両方向に関してシングルモードとすることができる。コア22aの構成材料は、この例では、屈折率n1が約3.47のSiとする。   Except for the first phase adjustment region 18 and the optical multiplexing / demultiplexing portions C1 and C2, the core 22a is formed in a square cross-sectional shape in which both the height H and the width W are about 300 nm. That is, in this example, the second phase adjustment region 20 has the same cross-sectional shape as the second arm 14. The first phase adjustment region 18 is formed in a rectangular cross-sectional shape having a height of about 300 nm and a width W of about 500 nm. The height H and width W of the core 22a are preferably selected from values in the range of about 200 to 500 nm. By setting the height H and the width W within this range, the optical waveguide 22 can be set to a single mode in both the height direction and the width direction. In this example, the constituent material of the core 22a is Si having a refractive index n1 of about 3.47.

クラッド22bは、平坦面である主面8a上に設けられた膜体である。クラッド22bの厚みは、この例では、約4μmとする。そして、クラッド22bに埋め込まれたコア22aの下面と主面8aとの距離は約2μmとする。基板8への不所望な光の結合を防ぐためには、コア22aと主面8aとの間には1μm以上の厚みのクラッド22bを介在させることが好ましい。クラッド22bの構成材料は、この例では、屈折率n2が約1.45のSiOとする。クラッド22b及びコア22aの屈折率n1及びn2は、n2≦(1/1.4)n1(≒0.714n1)の関係を満たしている。この屈折率範囲のクラッド22bを用いることで、光の閉じ込め性に優れた光導波路22を得ることができる。 The clad 22b is a film body provided on the main surface 8a which is a flat surface. The thickness of the clad 22b is about 4 μm in this example. The distance between the lower surface of the core 22a embedded in the clad 22b and the main surface 8a is about 2 μm. In order to prevent undesired coupling of light to the substrate 8, a cladding 22b having a thickness of 1 μm or more is preferably interposed between the core 22a and the main surface 8a. In this example, the constituent material of the clad 22b is SiO 2 having a refractive index n2 of about 1.45. The refractive indexes n1 and n2 of the cladding 22b and the core 22a satisfy the relationship of n2 ≦ (1 / 1.4) n1 (≈0.714n1). By using the clad 22b in this refractive index range, an optical waveguide 22 having excellent light confinement properties can be obtained.

この例では、光合分波部C1及びC2としては、2入力2出力型のMMI(Multi−Mode Interference)導波路を利用した3dBカプラを用いている。なお、光合分波部C1及びC2に用いる3dBカプラとしては、MMI導波路の他に、方向性結合器を利用することができる。また、光合分波部C1及びC2は、3dBカプラに限らず、2個の出力ポートに任意の分配率で光を分配できるより一般的なカプラを用いることができる。   In this example, as the optical multiplexing / demultiplexing units C1 and C2, 3 dB couplers using 2-input 2-output type MMI (Multi-Mode Interference) waveguides are used. In addition to the MMI waveguide, a directional coupler can be used as the 3 dB coupler used for the optical multiplexing / demultiplexing units C1 and C2. Further, the optical multiplexing / demultiplexing units C1 and C2 are not limited to the 3 dB couplers, and more general couplers that can distribute the light to the two output ports at an arbitrary distribution ratio can be used.

第1アーム12は、第1位相調整領域18と、第1伝搬領域17とを備える。この例では、第1位相調整領域18は、2個のサブ領域18a及び18bに分割されている。第1位相調整領域18の幾何学的長さLaは、これらのサブ領域18aと18bの長さの和とする。第1伝搬領域17は、第1位相調整領域18以外の第1アーム12の導波路領域である第1サブ伝搬領域17a,17b及び17cを備える。第1サブ伝搬領域17a及び17cは、主面8aに平行な面内で光の伝搬方向を直角に曲げる湾曲光導波路を1個ずつ備えている。第1サブ伝搬領域17bは、上述と同じ構造の湾曲光導波路を2個備えている。   The first arm 12 includes a first phase adjustment region 18 and a first propagation region 17. In this example, the first phase adjustment region 18 is divided into two sub-regions 18a and 18b. The geometric length La of the first phase adjustment region 18 is the sum of the lengths of these sub-regions 18a and 18b. The first propagation region 17 includes first sub-propagation regions 17 a, 17 b, and 17 c that are waveguide regions of the first arm 12 other than the first phase adjustment region 18. Each of the first sub-propagating regions 17a and 17c includes one curved optical waveguide that bends the light propagation direction at a right angle in a plane parallel to the main surface 8a. The first sub-propagating region 17b includes two curved optical waveguides having the same structure as described above.

同様に、第2アーム14は、第2位相調整領域20と、第2伝搬領域19とを備える。この例では、第2位相調整領域20は、2個のサブ領域20a及び20bに分割されている。第2位相調整領域20の幾何学的長さLbは、これらのサブ領域20aと20bの長さの和とする。第2伝搬領域19は、第2位相調整領域20以外の第2アーム14の導波路領域である第2サブ伝搬領域19a,19b及び19cを備える。第2サブ伝搬領域19a及び19cは、上述の湾曲光導波路を1個ずつ備えている。第2サブ伝搬領域19bは、上述の湾曲光導波路を2個備えている。この例では、第1伝搬領域17の長さと、第2伝搬領域19の長さとは等しく構成されている。   Similarly, the second arm 14 includes a second phase adjustment region 20 and a second propagation region 19. In this example, the second phase adjustment region 20 is divided into two sub-regions 20a and 20b. The geometric length Lb of the second phase adjustment region 20 is the sum of the lengths of these sub-regions 20a and 20b. The second propagation region 19 includes second sub-propagation regions 19 a, 19 b, and 19 c that are waveguide regions of the second arm 14 other than the second phase adjustment region 20. The second sub-propagating regions 19a and 19c include one curved optical waveguide as described above. The second sub-propagating region 19b includes two curved optical waveguides described above. In this example, the length of the first propagation region 17 and the length of the second propagation region 19 are configured to be equal.

なお、この例では、第1及び第2位相調整領域18及び20がそれぞれ2個のサブ領域に分割されている場合について説明した。しかし、サブ領域の長さの和である第1及び第2位相調整領域18及び20の全長La及びLbが上述の式(1)及び(2)を満たせば、分割数は3個以上でも良い。   In this example, the case where the first and second phase adjustment regions 18 and 20 are each divided into two sub-regions has been described. However, if the total lengths La and Lb of the first and second phase adjustment regions 18 and 20 that are the sum of the lengths of the sub-regions satisfy the above expressions (1) and (2), the number of divisions may be three or more. .

また、この例では、第1及び第2伝搬領域17及び19の幾何学的長さが等しい場合、つまり両領域17及び19の光路長が等しい場合について説明した。この場合には、式(1)及び(2)において、両領域17及び19により第1及び第2光に生じる位相差を考慮する必要が無いため、La及びLbの設計が容易になる。しかし、両領域17及び19の光路長は異なっていてもよい。この場合には、両領域17及び19で生じる位相差を考慮して、第1及び第2位相調整領域18及び20の長さLa及びLbを設計する必要がある。   In this example, the case where the geometric lengths of the first and second propagation regions 17 and 19 are equal, that is, the case where the optical path lengths of both the regions 17 and 19 are equal, has been described. In this case, in the formulas (1) and (2), it is not necessary to consider the phase difference generated in the first and second lights by both the regions 17 and 19, so that La and Lb can be easily designed. However, the optical path lengths of both regions 17 and 19 may be different. In this case, it is necessary to design the lengths La and Lb of the first and second phase adjustment regions 18 and 20 in consideration of the phase difference generated in both regions 17 and 19.

(動作)
続いて、図5及び図6を参照して、MZ型素子10の動作を具体的に説明する。図5(A)は、第1及び第2位相調整領域の等価屈折率の波長依存性を示す特性図であり、(B)は、(A)に示す第1及び第2位相調整領域において、干渉条件を満たすLa及びLbを干渉次数とともに示す図である。図6は、MZ型素子10の波長分離特性を示す特性図である。
(Operation)
Next, the operation of the MZ type element 10 will be specifically described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. 5A is a characteristic diagram showing the wavelength dependence of the equivalent refractive index of the first and second phase adjustment regions, and FIG. 5B is a diagram illustrating the first and second phase adjustment regions shown in FIG. It is a figure which shows La and Lb which satisfy | fill interference conditions with an interference order. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the wavelength separation characteristics of the MZ element 10.

図5(A)の曲線I及びIIは、それぞれ上述の横断面寸法に形成された第1及び第2位相調整領域18及び20の等価屈折率na及びnbに対応する。図5(A)の横軸は伝搬光の波長(μm)であり、縦軸は等価屈折率(無次元)である。なお、na及びnbの値は、コア22a及びクラッド22bの屈折率n1及びn2と寸法に上述した値を与えた有限要素法で計算した。   Curves I and II in FIG. 5A correspond to the equivalent refractive indexes na and nb of the first and second phase adjustment regions 18 and 20 formed in the above-described cross-sectional dimensions, respectively. The horizontal axis of FIG. 5A is the wavelength (μm) of propagating light, and the vertical axis is the equivalent refractive index (dimensionless). The values of na and nb were calculated by the finite element method in which the above-described values were given to the refractive indexes n1 and n2 and dimensions of the core 22a and the clad 22b.

曲線I及びIIの挙動から、波長が1.3〜1.6μmの範囲で、na及びnbとも、上に凸の形状で、波長の増加と共になだらかに減少することが分かる。この波長範囲において、naは約2.4から約2.2へと約1割減少し、nbは約2.2から約2.0へと約1割減少する。   From the behavior of the curves I and II, it can be seen that in the wavelength range of 1.3 to 1.6 μm, both na and nb are convex upwards, and gradually decrease as the wavelength increases. In this wavelength range, na is reduced by about 10% from about 2.4 to about 2.2, and nb is reduced by about 10% from about 2.2 to about 2.0.

第1及び第2波長λ1及びλ2の値が与えられれば、図5(A)の曲線I及びIIから、式(1)及び(2)中の等価屈折率naλ1,nbλ1,naλ2及びnbλ2が求められる。つまり、任意の干渉次数iの下で、式(1)及び(2)を解いて第1及び第2位相調整領域18及び20の長さLa及びLbを決めることができる。 If the values of the first and second wavelengths λ1 and λ2 are given, the equivalent refractive indexes na λ1 , nb λ1 , na λ2 in the equations (1) and (2) and nb λ2 is obtained. That is, under any interference order i, the lengths La and Lb of the first and second phase adjustment regions 18 and 20 can be determined by solving the equations (1) and (2).

図5(B)に、幾つかの干渉次数iについて、このようにして求めたLa及びLbを例示する。なお、図5(B)を得るに当たって、第1及び第2波長λ1及びλ2をそれぞれ1.54μm及び1.56μmと設定した。   FIG. 5B illustrates La and Lb obtained in this way for several interference orders i. In obtaining FIG. 5B, the first and second wavelengths λ1 and λ2 were set to 1.54 μm and 1.56 μm, respectively.

図5(B)には、干渉次数iが1/2,3/2及び11/2の場合を示している。この図によると、干渉次数が大きくなるほど、La及びLbが大きくなっていくことが分かる。   FIG. 5B shows cases where the interference order i is 1/2, 3/2, and 11/2. According to this figure, it can be seen that La and Lb increase as the interference order increases.

図6は、図5(B)のLa及びLbを与えたMZ型素子10の波長分離特性を、解析計算法で求めた特性図である。図6の縦軸はバー出力光BARの強度であり、横軸はバー出力光BARの波長(μm)である。なお、縦軸の強度は、入力光INに対するバー出力光BARの強度比である。図6の曲線I,II及びIIIが、それぞれ図5(B)のi=1/2,3/2及び11/2に対応する。   FIG. 6 is a characteristic diagram obtained by analyzing and calculating the wavelength separation characteristics of the MZ element 10 given La and Lb in FIG. The vertical axis in FIG. 6 is the intensity of the bar output light BAR, and the horizontal axis is the wavelength (μm) of the bar output light BAR. The intensity on the vertical axis is the intensity ratio of the bar output light BAR to the input light IN. Curves I, II, and III in FIG. 6 correspond to i = 1/2, 3/2, and 11/2 in FIG. 5B, respectively.

図6を参照すると、曲線I,II及びIIIは、何れも、波長が1.5〜1.6μmで強度が1で一定となることが分かる。つまり、少なくとも、第1及び第2波長λ1及びλ2を含むこの波長範囲で、両アーム12及び14で生じた位相差が変化しないことが分かる。   Referring to FIG. 6, it can be seen that the curves I, II, and III are all constant at a wavelength of 1.5 to 1.6 μm and an intensity of 1. That is, it can be seen that the phase difference generated in both arms 12 and 14 does not change at least in this wavelength range including the first and second wavelengths λ1 and λ2.

また、干渉次数iが大きくなるほど、位相差が変化しない波長範囲が小さくなっていくことが分かる。より詳細には、i=1/2では約1.45〜約1.65μmの範囲で、i=3/2では約1.48〜約1.62μmの範囲で、及びi=11/2では約1.5〜約1.6μmの範囲で、それぞれ位相差が一定となる。   It can also be seen that the wavelength range in which the phase difference does not change decreases as the interference order i increases. More specifically, i = 1/2 is in the range of about 1.45 to about 1.65 μm, i = 3/2 is in the range of about 1.48 to about 1.62 μm, and i = 11/2. The phase difference is constant in the range of about 1.5 to about 1.6 μm.

また、位相差が一定となる範囲外の波長範囲では、MZ型素子10は、従来素子50と同様に三角関数的な波長分離特性を示す。これは、第1及び第2波長λ1及びλ2との波長差が大きくなるほど、式(1)及び(2)から大きくずれていくためである。この三角関数的な特性を利用することにより、MZ型素子10は、上述のように、被選択光と第3光とを波長分離できる。例えば、曲線III(i=11/2)では、約1.37μmの波長でバー出力光の強度が0となる。これは、波長が約1.37μmの光は、クロス出力されることを意味する。よって、このMZ型素子10において、第3波長λ3を1.37μmとすれば、第3光をクロス出力させ、約1.5〜約1.6μmの被選択光をバー出力させることができる。   In addition, in the wavelength range outside the range where the phase difference is constant, the MZ element 10 exhibits the trigonometric function of wavelength separation characteristics as in the conventional element 50. This is because the larger the wavelength difference between the first and second wavelengths λ1 and λ2, the greater the deviation from the equations (1) and (2). By utilizing this trigonometric characteristic, the MZ type element 10 can wavelength-separate the selected light and the third light as described above. For example, in the curve III (i = 11/2), the intensity of the bar output light becomes 0 at a wavelength of about 1.37 μm. This means that light having a wavelength of about 1.37 μm is cross-output. Therefore, in this MZ type element 10, if the third wavelength λ3 is 1.37 μm, the third light can be cross-output and the selected light of about 1.5 to about 1.6 μm can be bar-output.

このように、MZ型素子10は、第1及び第2位相調整領域18及び20により、被選択範囲で、第1及び第2アーム12及び14を伝搬後の光に、一定の位相差を発生できる。その結果、MZ型素子10は、波長選択されるべき光の波長がλ1〜λ2の範囲で揺らぐ場合であっても、この波長範囲で、強度が変わらない出力光を出力できる。   As described above, the MZ type element 10 generates a certain phase difference in the light propagated through the first and second arms 12 and 14 in the selected range by the first and second phase adjustment regions 18 and 20. it can. As a result, the MZ-type element 10 can output output light whose intensity does not change in this wavelength range even when the wavelength of light to be wavelength fluctuates in the range of λ1 to λ2.

また、MZ型素子10は、言わば、従来素子50の第1及び第2アーム52及び54の一部領域の幅を変えて、第1及び第2位相調整領域18及び20を形成したものに対応する。つまり、リング導波路等の構成の追加により所定の波長範囲で位相差を一定としていた特許文献6及び7とは異なり、本発明のMZ型素子10は、構成を追加しなくても、これらの文献と同等に機能する。   In addition, the MZ type element 10 corresponds to the one in which the first and second phase adjustment regions 18 and 20 are formed by changing the widths of the partial regions of the first and second arms 52 and 54 of the conventional device 50. To do. That is, unlike Patent Documents 6 and 7 in which the phase difference is made constant in a predetermined wavelength range by adding a configuration such as a ring waveguide, the MZ element 10 of the present invention can be obtained without adding a configuration. Works the same as the literature.

(干渉条件の変形)
図5(A)の曲線I及びIIは滑らかであるので、第1及び第2光の波長差dλ(=λ2−λ1)が十分に微小な場合、na及びnbとdλとに下記式(10)及び(11)の線形性が成り立つと見なせる。この場合、式(1)及び(2)の干渉条件をさらに変形することができる。
(Deformation of interference condition)
Since the curves I and II in FIG. 5A are smooth, when the wavelength difference dλ (= λ2−λ1) between the first and second lights is sufficiently small, the following formula (10 ) And (11) can be considered to hold true. In this case, the interference conditions of the equations (1) and (2) can be further modified.

naλ2=naλ1+dλ(dna/dλ)λ1・・・(10)
nbλ2=nbλ1+dλ(dnb/dλ)λ1・・・(11)
ここで、(dna/dλ)λ1は、第1位相調整領域18の等価屈折率naの波長λに対する変化率を表し、図5(A)における曲線Iの波長λ1における傾きに対応する。また、(dnb/dλ)λ1は、第2位相調整領域20の等価屈折率nbの波長λに対する変化率を表し、図5(A)における曲線IIの波長λ1における傾きに対応する。
na λ2 = na λ1 + dλ (dna / dλ) λ1 (10)
nb λ2 = nb λ1 + dλ (dnb / dλ) λ1 (11)
Here, (dna / dλ) λ1 represents the rate of change of the equivalent refractive index na of the first phase adjustment region 18 with respect to the wavelength λ, and corresponds to the slope of the curve I in FIG. 5A at the wavelength λ1. Further, (dnb / dλ) λ1 represents the rate of change of the equivalent refractive index nb of the second phase adjustment region 20 with respect to the wavelength λ, and corresponds to the slope at the wavelength λ1 of the curve II in FIG.

なお、上述の「線形性が成り立つ」とは、被選択範囲中のna及びnbの傾きのばらつきが、同範囲のna及びnbの傾きの平均値に対して20%以内に収まっていることを示す。この場合、上述の式(10)及び式(11)が成り立つと見なせる。   Note that the above-mentioned “linearity is satisfied” means that the variation in the slopes of na and nb in the selected range is within 20% of the average value of the slopes of na and nb in the same range. Show. In this case, it can be considered that the above formulas (10) and (11) hold.

式(10)及び(11)を用いて、式(2)を変形すると、下記式(12)が得られる。   When Expression (2) is transformed using Expressions (10) and (11), the following Expression (12) is obtained.

(i+di)(λ1+dλ)=(naλ1+dλ(dna/dλ)λ1)La+(nbλ1+dλ(dnb/dλ)λ1)Lb・・・(12)
なお、式(12)を得るに当たっては、第1波長λ1の微小変化dλにより、干渉次数iが(i+di)へと変化すると仮定した。ここでdiは、干渉次数の微小変化を示す。
(I + di) (λ1 + dλ) = (na λ1 + dλ (dna / dλ) λ1 ) La + (nb λ1 + dλ (dnb / dλ) λ1 ) Lb (12)
In order to obtain Expression (12), it was assumed that the interference order i changes to (i + di) due to a minute change dλ of the first wavelength λ1. Here, di indicates a minute change in the interference order.

さらに、式(12)と式(1)の両辺の差を取り、波長がdλだけ変化しても干渉次数iが不変(di=0)であることを考慮すると、下記式(13)が得られる。   Further, taking the difference between both sides of the equations (12) and (1) and considering that the interference order i is invariant (di = 0) even if the wavelength changes by dλ, the following equation (13) is obtained. It is done.

i=(dna/dλ)λ1La+(dnb/dλ)λ1Lb・・・(13)
ところで、第1及び第2波長λ1及びλ2を含む光、つまり、被選択光の第1及び第2位相調整領域18及び20に対する第1及び第2群屈折率nag及びnbgは、従来周知の下記式(14)及び(15)で表される。
i = (dna / dλ) λ1 La + (dnb / dλ) λ1 Lb (13)
Meanwhile, the first and second group refractive indexes nag and nbg of the light including the first and second wavelengths λ1 and λ2, that is, the first and second phase adjustment regions 18 and 20 of the selected light, are well-known below. It represents with Formula (14) and (15).

nag=naAV−λAV(dna/dλ)AV・・・(14)
nbg=nbAV−λAV(dnb/dλ)AV・・・(15)
ここで、naAV=(naλ1+naλ2)/2とし、nbAV=(nbλ1+nbλ2)/2とする。また、λAV=(λ1+λ2)/2とする。また、(dna/dλ)AV=((dna/dλ)λ1+(dna/dλ)λ2)/2とし、(dnb/dλ)AV=((dnb/dλ)λ1+(dnb/dλ)λ2)/2とする。
nag = na AV −λ AV (dna / dλ) AV (14)
nbg = nb AV −λ AV (dnb / dλ) AV (15)
Here, na AV = (na λ1 + na λ2 ) / 2 and nb AV = (nb λ1 + nb λ2 ) / 2. In addition, λ AV = (λ1 + λ2) / 2. Also, (dna / dλ) AV = ((dna / dλ) λ1 + (dna / dλ) λ2 ) / 2, and (dnb / dλ) AV = ((dnb / dλ) λ1 + (dnb / dλ) λ2 ) / 2.

なお、群屈折率とは、均一な媒質中での光パルスの進行速度(群速度)で、真空中での光パルスの進行速度を除した量であり、(群屈折率=光速/群速度)で表される。   The group refractive index is an amount obtained by dividing the traveling speed of light pulses (group speed) in a uniform medium by the traveling speed of light pulses in a vacuum (group refractive index = light speed / group speed). ).

式(14)及び(15)を用いて、式(13)を変形すると、下記式(16)が得られる。   When Expression (13) is transformed using Expressions (14) and (15), the following Expression (16) is obtained.

i=(naAV−nag)La/λAV+(nbAV−nbg)Lb/λAV ・・・(16)
なお、式(16)への変形に当たっては、上述の線形性に基づき(dna/dλ)λ1=(dna/dλ)AV及び(dnb/dλ)λ1=(dnb/dλ)AVが成り立つことを利用している。
i = (na AV −nag) La / λ AV + (nb AV −nbg) Lb / λ AV (16)
For the transformation to the equation (16), it is used that (dna / dλ) λ1 = (dna / dλ) AV and (dnb / dλ) λ1 = (dnb / dλ) AV holds based on the linearity described above. doing.

ところで、上述の線形性に基づき、式(1)から、下記式(17)が得られる。   By the way, the following formula (17) is obtained from the formula (1) based on the linearity described above.

i=naAV×La/λAV+nbAV×Lb/λAV・・・(17)
ここで、式(16)から(17)を差し引くことで、下記式(18)が得られる。
i = na AV × La / λ AV + nb AV × Lb / λ AV (17)
Here, the following formula (18) is obtained by subtracting (17) from the formula (16).

nag×La=nbg×Lb・・・(18)
式(18)は、被選択範囲で一定の位相差を得るには、第1位相調整領域18の長さLa及び第1群屈折率nagの積と、第2位相調整領域20の長さLb及び第2群屈折率nbgの積を等しくすれば良いことを示す。このように、式(1)及び(2)に代えて、式(18)を利用して、La及びLbを決定しても良い。
nag × La = nbg × Lb (18)
In order to obtain a constant phase difference in the selected range, equation (18) indicates that the product of the length La of the first phase adjustment region 18 and the first group refractive index nag and the length Lb of the second phase adjustment region 20 are obtained. And the product of the second group refractive index nbg should be equal. As described above, La and Lb may be determined using the equation (18) instead of the equations (1) and (2).

なお、式(18)を得るに当たっては、第1及び第2伝搬領域17及び19の光路長を等しくしておく必要がある。   In order to obtain Equation (18), it is necessary to make the optical path lengths of the first and second propagation regions 17 and 19 equal.

(MZ型素子の製造方法)
最後に、MZ型素子10の製造方法について簡単に説明する。MZ型素子10は、Si基板上にSiO層とSi層とがこの順序で積層されたSOI(Si On Insulator)基板を利用して作成される。すなわち、最上層のSi層を利用してコア22aを形成し、BOX(Buried−OXide)層であるSiO層をクラッド22bの下層に利用する。より詳細には、最上層のSi層を従来公知のドライエッチング法等でパターニングしてコア22aを作成する。そして、このコア22aを埋め込むように、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等で、クラッド22bの上層に対応するSiO層を形成して、MZ型素子10を得る。
(Manufacturing method of MZ type element)
Finally, a method for manufacturing the MZ element 10 will be briefly described. The MZ type element 10 is manufactured using an SOI (Si On Insulator) substrate in which a SiO 2 layer and a Si layer are stacked in this order on a Si substrate. That is, the core 22a is formed using the uppermost Si layer, and the SiO 2 layer, which is a BOX (Buried-OXide) layer, is used as the lower layer of the cladding 22b. More specifically, the uppermost Si layer is patterned by a conventionally known dry etching method or the like to form the core 22a. Then, an SiO 2 layer corresponding to the upper layer of the cladding 22b is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like so as to embed the core 22a, and the MZ type element 10 is obtained.

8 基板
8a 第1主面
10,50,MZ MZ型素子(マッハツェンダ干渉器を用いた光合分波素子)
12,52,a01 第1アーム(第1アーム導波路)
14,54,a02 第2アーム(第2アーム導波路)
16,56 光干渉部
17 第1伝搬領域
17a,17b,17c 第1サブ伝搬領域
18 第1位相調整領域
18a,18b,20a,20b サブ領域
19 第2伝搬領域
19a,19b,19c 第2サブ伝搬領域
20 第2位相調整領域
22 光導波路
22a コア
22b クラッド
C1,C2,c01,c02 光合分波部
in1,in2,in01,in02 入力ポート
ot1,ot2,ot01,ot02 出力ポート
8 Substrate 8a First main surface 10, 50, MZ MZ type element (optical multiplexing / demultiplexing element using Mach-Zehnder interferometer)
12, 52, a01 First arm (first arm waveguide)
14, 54, a02 Second arm (second arm waveguide)
16, 56 Optical interference unit 17 First propagation region 17a, 17b, 17c First sub propagation region 18 First phase adjustment region 18a, 18b, 20a, 20b Sub region 19 Second propagation region 19a, 19b, 19c Second sub propagation Region 20 Second phase adjustment region 22 Optical waveguide 22a Core 22b Clad C1, C2, c01, c02 Optical multiplexing / demultiplexing portions in1, in2, in01, in02 Input port ot1, ot2, ot01, ot02 Output port

Claims (9)

コアと、屈折率が該コアの71.4%以下であるクラッドとで構成される光導波路を備え、
該光導波路が、2個の光合分波部と、該2個の光合分波部の間に設けられた光干渉部とを備え、
該光干渉部が、一方の前記光合分波部により分配された光を、他方の前記光合分波部へと、それぞれ伝搬させる第1及び第2アーム導波路とを備え、
前記第1及び第2アーム導波路がそれぞれ第1及び第2位相調整領域を備え、
前記第1及び第2位相調整領域は互いに等価屈折率が異なっており、前記第1アーム導波路を伝搬する光と、前記第2アーム導波路を伝搬する光とに所定の位相差を付与することを特徴とする光素子。
An optical waveguide comprising a core and a clad having a refractive index of 71.4% or less of the core;
The optical waveguide includes two optical multiplexing / demultiplexing units, and an optical interference unit provided between the two optical multiplexing / demultiplexing units,
The optical interference unit includes first and second arm waveguides for propagating light distributed by one of the optical multiplexing / demultiplexing units to the other optical multiplexing / demultiplexing unit, respectively.
The first and second arm waveguides include first and second phase adjustment regions, respectively;
The first and second phase adjustment regions have different equivalent refractive indexes, and give a predetermined phase difference between the light propagating through the first arm waveguide and the light propagating through the second arm waveguide. An optical element.
第1波長の第1光が前記光干渉部で付与される位相差の合計を第1位相差とし、前記第1波長とは異なる第2波長の第2光が前記光干渉部で付与される位相差の合計を第2位相差とするとき、
前記第1及び第2位相差を等しくするように、前記第1及び第2位相調整領域の光伝搬方向に沿った幾何学的長さが構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光素子。
The sum of the phase differences that the first light of the first wavelength is applied by the optical interference unit is defined as the first phase difference, and the second light of the second wavelength that is different from the first wavelength is applied by the optical interference unit. When the total phase difference is the second phase difference,
The geometric length along the light propagation direction of the first and second phase adjustment regions is configured to make the first and second phase differences equal to each other. Optical element.
前記第1及び第2位相差を共に2iπ(iは0を含む1/2の倍数)とすることを特徴とする請求項2に記載の光素子。   3. The optical element according to claim 2, wherein the first and second phase differences are both 2iπ (where i is a multiple of 1/2 including 0). 前記第1及び第2波長の両波長とは異なる第3波長の第3光が前記光干渉部で付与される位相差の合計を第3位相差とするとき、
該第3位相差を2(i+(j+1/2))π(jは0以上の整数)とすることを特徴とする請求項3に記載の光素子。
When the third phase difference is the sum of the phase differences given by the optical interference unit with the third light of the third wavelength different from both the first and second wavelengths,
The optical element according to claim 3, wherein the third phase difference is 2 (i + (j + 1/2)) π (j is an integer of 0 or more).
第1及び第2位相差を共に2(i±1/4)π(iは0を含む1/2の倍数)とすることを特徴とする請求項2に記載の光素子。   3. The optical element according to claim 2, wherein the first and second phase differences are both 2 (i ± 1/4) π (i is a multiple of 1/2 including 0). 前記第1位相調整領域以外の第1アーム導波路の領域を第1伝搬領域とし、前記第2位相調整領域以外の第2アーム導波路の領域を第2伝搬領域とするとき、
該第1及び第2伝搬領域の光路長が等しく構成されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の光素子。
When a region of the first arm waveguide other than the first phase adjustment region is a first propagation region, and a region of the second arm waveguide other than the second phase adjustment region is a second propagation region,
The optical element according to claim 1, wherein the optical path lengths of the first and second propagation regions are equal.
コアと、屈折率が該コアの71.4%以下であるクラッドとで構成される光導波路を備え、
該光導波路が、2個の光合分波部と、該2個の光合分波部の間に設けられた光干渉部とを備え、
該光干渉部が、一方の前記光合分波部により分配された光を、他方の前記光合分波部へと、それぞれ伝搬させる第1及び第2アーム導波路とを備え、
前記第1及び第2アーム導波路にそれぞれ第1及び第2位相調整領域を備え、
前記光が、第1波長の第1光と、前記第1波長とは異なる第2波長の第2光とを含み、前記第1及び第2位相調整領域の前記光に関する群屈折率をそれぞれ第1及び第2群屈折率nag及びnbgとし、及び前記第1及び第2位相調整領域の光伝搬方向に沿った幾何学的長さを、それぞれLa及びLbとするとき、
La×nag=Lb×nbgが満足され、かつ、
前記第1位相調整領域以外の第1アーム導波路の領域を第1伝搬領域とし、前記第2位相調整領域以外の第2アーム導波路の領域を第2伝搬領域とするとき、
該第1及び第2伝搬領域の光路長が等しく構成されていることを特徴とする光素子。
An optical waveguide comprising a core and a clad having a refractive index of 71.4% or less of the core;
The optical waveguide includes two optical multiplexing / demultiplexing units, and an optical interference unit provided between the two optical multiplexing / demultiplexing units,
The optical interference unit includes first and second arm waveguides for propagating light distributed by one of the optical multiplexing / demultiplexing units to the other optical multiplexing / demultiplexing unit, respectively.
The first and second arm waveguides are provided with first and second phase adjustment regions, respectively.
The light includes a first light having a first wavelength and a second light having a second wavelength different from the first wavelength, and the group refractive indexes of the light in the first and second phase adjustment regions are respectively When the first and second group refractive indexes nag and nbg and the geometric lengths along the light propagation direction of the first and second phase adjustment regions are La and Lb, respectively,
La × nag = Lb × nbg is satisfied, and
When a region of the first arm waveguide other than the first phase adjustment region is a first propagation region, and a region of the second arm waveguide other than the second phase adjustment region is a second propagation region,
An optical element characterized in that the optical path lengths of the first and second propagation regions are equal.
前記光合分波部として、入力された光を2等分して出力する3dBカプラを用いることを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の光素子。   The optical element according to claim 1, wherein a 3 dB coupler that divides the input light into two and outputs the divided light is used as the optical multiplexing / demultiplexing unit. 前記コアとしてSiを用い、前記クラッドとしてSiOを用いることを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載の光素子。 The optical element according to claim 1, wherein Si is used as the core and SiO 2 is used as the clad.
JP2012080273A 2012-03-30 2012-03-30 Optical element Expired - Fee Related JP5561304B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012080273A JP5561304B2 (en) 2012-03-30 2012-03-30 Optical element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012080273A JP5561304B2 (en) 2012-03-30 2012-03-30 Optical element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013210474A true JP2013210474A (en) 2013-10-10
JP5561304B2 JP5561304B2 (en) 2014-07-30

Family

ID=49528376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012080273A Expired - Fee Related JP5561304B2 (en) 2012-03-30 2012-03-30 Optical element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5561304B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023053461A1 (en) * 2021-10-01 2023-04-06 日本電信電話株式会社 Optical multiplexing circuit and rgb coupler
WO2024057981A1 (en) * 2022-09-16 2024-03-21 京セラ株式会社 Optical integrated circuit and optical receiver

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02260722A (en) * 1989-03-30 1990-10-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Phase modulator and light modulator
JP2004096653A (en) * 2002-09-04 2004-03-25 Nec Corp Optical transmitter and optical modulation method to be used therefor
JP2005250504A (en) * 2000-03-03 2005-09-15 Hitachi Cable Ltd Optical multiplexer demultiplexer
JP2012058696A (en) * 2010-09-13 2012-03-22 Anritsu Corp Waveguide type optical device and dp-qpsk type ln optical modulator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02260722A (en) * 1989-03-30 1990-10-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Phase modulator and light modulator
JP2005250504A (en) * 2000-03-03 2005-09-15 Hitachi Cable Ltd Optical multiplexer demultiplexer
JP2004096653A (en) * 2002-09-04 2004-03-25 Nec Corp Optical transmitter and optical modulation method to be used therefor
JP2012058696A (en) * 2010-09-13 2012-03-22 Anritsu Corp Waveguide type optical device and dp-qpsk type ln optical modulator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023053461A1 (en) * 2021-10-01 2023-04-06 日本電信電話株式会社 Optical multiplexing circuit and rgb coupler
WO2024057981A1 (en) * 2022-09-16 2024-03-21 京セラ株式会社 Optical integrated circuit and optical receiver

Also Published As

Publication number Publication date
JP5561304B2 (en) 2014-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6089077B1 (en) Waveguide type optical diffraction grating and optical wavelength filter
US8867873B2 (en) Arrayed waveguide grating
JP5880209B2 (en) Optical element
JP5949610B2 (en) Wavelength multiplexer / demultiplexer and optical integrated circuit device
JP2013068909A (en) Optical device
JP2015152633A (en) Optical element and wavelength combiner/splitter element
JP6233083B2 (en) Optical element
JP5561304B2 (en) Optical element
JP5169536B2 (en) Optical multiplexing / demultiplexing device
JP5664686B2 (en) Optical element
JP2013068908A (en) Optical device
JP2013057847A (en) Optical element
JP5594389B2 (en) Optical element
JP5751008B2 (en) Optical multiplexer / demultiplexer and optical multiplexing / demultiplexing method
JP2014170049A (en) Optical interferer
JP6264922B2 (en) Optical wavelength filter and multiplexing / demultiplexing device
JP2010134224A (en) Optical multiplexing/demultiplexing device
JP5614467B2 (en) Optical interferometer
JP5030095B2 (en) Planar waveguide element
JP6127079B2 (en) Optical wavelength filter
JP6335676B2 (en) Substrate type optical waveguide device
JP6539195B2 (en) Light circuit
JP2014170073A (en) Optical interferer
JPWO2018235200A1 (en) Optical waveguide, optical circuit and semiconductor laser
JP2014089336A (en) Methods for manufacturing multimode interference device, mach-zehnder interferometer, and light guide device

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131029

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131226

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140513

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140526

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5561304

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees