JP2014170073A - Optical interferer - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、入力された光を、波長と偏波の組み合わせで分離する光干渉器に関する。 The present invention relates to an optical interferometer that separates input light by a combination of wavelength and polarization.
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(以下、加入者系システムとも称する。)においては、上り通信及び下り通信に異なる波長の光を用いることがある。この場合、局側及び加入者側の双方で、波長の異なる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。 An optical subscriber communication system (hereinafter referred to as a subscriber) that performs optical transmission (uplink communication) from the subscriber side to the station side and optical transmission (downlink communication) from the station side to the subscriber side using a single optical fiber. In some cases, light of different wavelengths may be used for upstream communication and downstream communication. In this case, an optical element (hereinafter also referred to as an optical multiplexing / demultiplexing element) that multiplexes / demultiplexes light having 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、加入者系システム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。 The optical multiplexing / demultiplexing element is spatially optically aligned with the light emitting element and the light receiving element, so that a subscriber side termination device (ONU: Optical Network Unit) or a station side termination device (OLT: Optical Line) of the subscriber system. (Terminal).
上述の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内に限定するので、光合分波素子にレンズやミラー等が不要となる。さらに、発光素子及び受光素子を、予め光合分波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。
In order to reduce the labor of aligning the optical axis described above, an optical multiplexing / demultiplexing element constituted by an optical waveguide has been developed (see, for example,
近年、シリコン(Si)を材料とするコアと、Siとの屈折率差が大きな酸化シリコン(SiO2)を材料とするクラッドとで光導波路(以下、Si光導波路とも称する。)を構成し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 waveguide (hereinafter also referred to as a Si optical waveguide) is configured by a core made of silicon (Si) and a clad made of silicon oxide (SiO 2 ) having a large refractive index difference from Si. A demultiplexing element has been reported (for example, see Non-Patent
Si光導波路は、コアの屈折率がクラッドの屈折率よりも非常に大きいので、光の閉じ込めが強い。このため、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、Si光導波路の製造時に、Si電子デバイスでの加工技術が利用できるために、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光合分波素子を小型化することができる。 The Si optical waveguide has a strong light confinement because the refractive index of the core is much larger than the refractive index of the cladding. Therefore, it is possible to realize a curved optical waveguide that bends light with a small curvature radius of about 1 μm. In addition, since a processing technique using a Si electronic device can be used when manufacturing a Si optical waveguide, a very fine submicron cross-sectional structure can be realized. For these reasons, the optical multiplexing / demultiplexing device can be reduced in size by using the Si optical waveguide.
しかし、Si光導波路は、コアの屈折率が大きいので、コアの寸法誤差等の僅かな外乱で、光導波路の等価屈折率に大きな誤差が生じてしまう。これにより、各偏波に関するSi光導波路の等価屈折率がばらつき、偏波間で波長分離能力に差が生じるなどの問題があった。例えば、隣接チャネルとの波長間隔が狭い波長分割多重通信(WDM:Wavelength Division Multiplex)では、各偏波に関する等価屈折率のばらつきにより、隣接チャネルの波長帯域への混信が生じてしまう。 However, since the Si optical waveguide has a large refractive index of the core, a slight error such as a dimensional error of the core causes a large error in the equivalent refractive index of the optical waveguide. As a result, the equivalent refractive index of the Si optical waveguide with respect to each polarization varies, and there is a problem in that a difference in wavelength separation ability occurs between the polarizations. For example, in wavelength division multiplex communication (WDM: Wavelength Division Multiplex) in which the wavelength interval between adjacent channels is narrow, interference in the wavelength band of the adjacent channel occurs due to variations in the equivalent refractive index for each polarization.
このため、WDMでは、まず、通信光をTE波とTM波とに偏波分離し、それぞれの偏波ごとに波長を合分波した後に、両偏波を再び統合する方式が有利である。この方式で偏波を分離/統合するためには、偏波分離素子(PBS:Polarizing Beam Splitter)が必要となる。 Therefore, in WDM, it is advantageous to first separate the communication light into a TE wave and a TM wave, combine the wavelengths for each polarization, and then integrate both polarizations again. In order to separate / integrate polarized waves by this method, a polarization separating element (PBS: Polarizing Beam Splitter) is required.
加入者系システムの光合分波素子と共に用いられるPBSとしては、グレーティング型素子(例えば、非特許文献4参照)、方向性結合器型素子(例えば、非特許文献5〜8参照)、及び干渉器型素子(例えば、非特許文献9参照)等が知られている。 As a PBS used together with an optical multiplexing / demultiplexing element of a subscriber system, a grating type element (for example, see Non-Patent Document 4), a directional coupler type element (for example, see Non-Patent Documents 5 to 8), and an interferometer A mold element (for example, see Non-Patent Document 9) and the like are known.
ここで、加入者系システムで広く用いられているGE−PON(Gigabit Ethernet(登録商標)−Passive Optical Network)システムでは、1.31μmの波長帯域の光(以下、1.31μm光)が上り通信に、1.49μmの波長帯域の光(以下、1.49μm光)が下り通信に用いられる。 Here, in a GE-PON (Gigabit Ethernet (registered trademark) -Passive Optical Network) system widely used in a subscriber system, light having a wavelength band of 1.31 μm (hereinafter, 1.31 μm light) is upstream communication. In addition, light having a wavelength band of 1.49 μm (hereinafter referred to as 1.49 μm light) is used for downlink communication.
しかし、これまでに知られているどのPBSも、単一波長の光の偏波分離を行うが、複数の波長の光を同時に偏波分離することができなかった。つまり、従来、1.31μm光と1.49μm光の両者を同時に偏波分離するPBSは存在しなかった。 However, any PBS known so far performs polarization separation of light of a single wavelength, but cannot simultaneously separate light of a plurality of wavelengths. That is, conventionally, there has been no PBS that simultaneously polarizes and separates both 1.31 μm light and 1.49 μm light.
本発明はこのような技術的背景でなされた。従って、本発明の目的は、1.31μm光と、1.49μm光に限らず波長と偏波の組を複数含む任意の入力光を、偏波と波長で分離するPBSとしても用いることができる光干渉器を得ることにある。以降、入力光を偏波と波長との組み合わせで分離することを、「偏波/波長分離」とも称する。 The present invention has been made with such a technical background. Therefore, the object of the present invention is not limited to 1.31 μm light and 1.49 μm light, but can also be used as PBS that separates arbitrary input light including a plurality of sets of wavelength and polarization by polarization and wavelength. It is to obtain an optical interferometer. Hereinafter, separation of input light by a combination of polarization and wavelength is also referred to as “polarization / wavelength separation”.
発明者は、鋭意検討の結果、光干渉器を構成するアーム光導波路に、偏波/波長分離すべき光の個数と同数の位相調整領域を設けることにより、上述した目的を達成できることに想到した。 As a result of intensive studies, the inventor has conceived that the above-described object can be achieved by providing the same number of phase adjustment regions as the number of lights to be polarized / wavelength separated in the arm optical waveguide constituting the optical interferometer. .
従って、この発明の第1の光干渉器は、2個の光カプラと、2個の光カプラの間に並列に設けられ、2個の光カプラを接続する第1及び第2アーム光導波路と、一方の光カプラに備えられた第1ポートと、他方の光カプラに備えられた第2及び第3ポートと、第1及び第2アーム光導波路の一方又は双方に合計j個(jは2以上の整数)設けられた位相調整領域とを備えている。 Therefore, the first optical interferometer according to the present invention includes two optical couplers and first and second arm optical waveguides provided in parallel between the two optical couplers and connecting the two optical couplers. , A total of j (j is 2) in one or both of the first port provided in one optical coupler, the second and third ports provided in the other optical coupler, and the first and second arm optical waveguides. (Integer above) provided phase adjustment region.
そして、第1ポートから入力される偏波と波長の少なくとも一方が異なる第1〜第j成分光を、設定に応じた分配比で第2及び第3ポートから出力させる。 And the 1st-jth component light from which at least one of the polarization and wavelength input from a 1st port differs is output from a 2nd and 3rd port by the distribution ratio according to setting.
また、この発明の第2の光干渉器は、2個の光カプラと、2個の光カプラの間に並列に設けられ、両光カプラを接続する第1〜第u光導波路(uは3以上の整数)と、一方の光カプラに備えられた第1ポートと、他方の光カプラに備えられた第2〜第sポート(sは、s≦u+1の整数)とを備える。そして、第1〜第u光導波路は互いに異なる光路長を有する。 The second optical interferometer of the present invention is provided in parallel between two optical couplers and two optical couplers, and connects the first to u-th optical waveguides (u is 3). The above-mentioned integer), a first port provided in one optical coupler, and second to s-th ports provided in the other optical coupler (s is an integer of s ≦ u + 1). The first to u-th optical waveguides have different optical path lengths.
ここで、第1ポートから、偏波と波長の一方が少なくとも異なる第1〜第r成分光(rは2以上の整数)を含む入力光が入力され、第1〜第u光導波路のそれぞれが第1〜第r位相調整領域を備え、互いに隣接する第v及び第v+1光導波路(vは、1〜u−1の整数)における第1〜第r位相調整領域の長さに応じて、第1〜第r成分光をそれぞれ第2〜第sポートから出力させる。 Here, input light including first to r-th component light (r is an integer of 2 or more) having at least one of polarization and wavelength different from each other is input from the first port, and each of the first to u-th optical waveguides In accordance with the lengths of the first to r-th phase adjustment regions in the v-th and v + 1-th optical waveguides (v is an integer of 1 to u−1) that are provided with the first to r-th phase adjustment regions and are adjacent to each other. The first to r-th component lights are output from the second to s-th ports, respectively.
この発明の光干渉器は、j個の位相調整領域を備えているので、これらの設定に応じて、1.31μm光と1.49μm光に限らず、入力光に含まれる波長と偏波の少なくとも一方が異なるj個の成分光を偏波/波長分離できる。 Since the optical interferometer of the present invention has j phase adjustment regions, the wavelength and polarization of the input light are not limited to 1.31 μm light and 1.49 μm light depending on these settings. Polarization / wavelength separation can be performed on j component lights, at least one of which is different.
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、各図では構成要素の形状、大きさ及び配置関係を、この発明が理解できる程度に概略的に示している。また、以下の各実施形態は、この発明の一好適例であり、各構成要素の材質や数値的条件なども、好適な場合の例示に過ぎない。従って、この発明は、以下の各実施形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the shape, size, and arrangement relationship of the components are schematically shown to such an extent that the present invention can be understood. Each of the following embodiments is a preferred example of the present invention, and the material and numerical conditions of each component are merely examples of preferred cases. Accordingly, 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.
[発明の概要]
図1を参照して、この発明の概要を説明する。図1は、本発明の光干渉器の構造を概略的に示す模式図である。なお、図1では、発明の理解に資するために、光干渉器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]
The outline of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the structure of the optical interferometer of the present invention. In FIG. 1, an optical interferometer 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を参照して、以下の説明で用いる光干渉器10の方向及び寸法を定義する。図1に示したような右手系の直交座標系を考え、X方向を図が描かれた紙面の左から右に向かう方向とし、長さ方向とも称する。また、Z方向を図が描かれた紙面の裏面から表面に向かう方向とし、高さ方向又は厚み方向とも称する。また、Y方向を図が描かれた紙面の下方から上方に向かう方向とし、幅方向とも称する。そして、X方向に沿って測った幾何学的長さを「長さ」とも称し、Y方向に沿って測った幾何学的長さを「幅」とも称し、Z方向に沿って測った幾何学的長さを「高さ」又は「厚さ」とも称する。ここでは、入力光INの光伝搬方向をX方向とする。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。この例では、不図示の基板の主面は、XY平面(紙面)に平行に延在する。
First, with reference to FIG. 1, the direction and dimension of the
続いて、光干渉器10の構成を簡単に説明する。光干渉器10は、2個の光カプラ16及び18と、第1及び第2アーム光導波路20a及び20bとを備える。
Next, the configuration of the
第1及び第2アーム光導波路20a及び20bはチャネル型光導波路である。第1及び第2アーム光導波路20a及び20bは、2個の光カプラ16及び18の間に並列に設けられ、2個の光カプラ16及び18を接続する。以降、第1及び第2アーム光導波路20a及び20bの両者を示す場合には、「アーム部20」とも称する。
The first and second arm
第1及び第2アーム光導波路20a及び20bには、j個の位相調整領域221〜22jが設けられている(ここで、jは2以上の整数)。これらの位相調整領域221〜22jは、この例では、互いに幅が異なるチャネル型光導波路として構成されている。その結果、位相調整領域221〜22jは、互いに異なる等価屈折率を有する。また、位相調整領域221〜22jを含む第1及び第2アーム光導波路20a及び20bの光路長Tは互いに異なっている。光干渉器10は、両アーム光導波路20a及び20bと、j個の位相調整領域221〜22jが相俟って、入力光INに含まれるj個の成分光C1〜Cjの偏波/波長分離を行うことができる。なお、j個の位相調整領域221〜22jを除いた、第1及び第2アーム光導波路20a及び20bは、互いに光路長Tが等しく構成されている。
The first and second arm
ここで、「光路長」とは、一般に、光導波路の幾何学的な長さPを、ある波長及び偏波の光に関する光導波路の等価屈折率qで補正した光学的な長さである。光路長TはP×qで与えられる。以降、「光路長」と記載しない長さ(幅、厚み、高さ等を含む)は、単に、幾何学的な長さを示す。 Here, the “optical path length” is generally an optical length obtained by correcting the geometric length P of the optical waveguide with the equivalent refractive index q of the optical waveguide with respect to light of a certain wavelength and polarization. The optical path length T is given by P × q. Hereinafter, the length (including width, thickness, height, etc.) not described as “optical path length” simply indicates a geometric length.
なお、図1では、第1アーム光導波路20aに位相調整領域221〜22k−1を設け、第2アーム光導波路20bに位相調整領域22k〜22jを設けた構成例を示している(kは、1≦k≦jの整数)。しかし、位相調整領域221〜22jを、第1及び第2アーム光導波路20a及び20bにどのように配置するかは特に制限はない。設計に応じて好適な個数を、第1及び第2アーム光導波路20a及び20bに配置すればよい。例えば、第1及び第2アーム光導波路20a及び20bの何れか一方のみに、全ての位相調整領域221〜22jを配置しても良い。
FIG. 1 shows a configuration example in which the
また、この実施形態では、j個の位相調整領域221〜22jを除いた、第1及び第2アーム光導波路20a及び20bは、互いに光路長Tが等しく構成されている場合について説明した。しかし、構造が互いに異なる第1及び第2アーム光導波路20a及び20bを用いることで、両アーム光導波路20a及び20b自体を位相調整領域22jとしても良い。すなわち、位相調整領域22jを、両アーム光導波路20a及び20bから位相調整領域221〜22j−1を除いた部分領域としてもよい。なお、両アーム光導波路20a及び20bの部分領域を位相調整領域22jとする場合には、両アーム光導波路20a及び20bの光路長は0(ゼロ)と考える。
In this embodiment, the case where the first and second arm
一方の光カプラ16には光入出力用の第1ポートP1が備えられ、他方の光カプラ18には光入出力用の第2及び第3ポートP2及びP3が備えられる。この例では、光カプラ16の第1ポートP1から入力光INが入力され、光カプラ18の第2及び第3ポートP2及びP3から、偏波/波長分離された出力光OUT1及びOUT2が出力される。
On one of the
光入力側の光カプラ16としては、第1及び第2アーム光導波路20a及び20bに入力光INを偏波無依存で等分配する1入力2出力、又は2入力2出力の3dBカプラを用いることができる。また、光入力側の光カプラ16を偏波無依存な3dBカプラとした場合には、光出力側の光カプラ18には、2入力2出力の偏波無依存な3dBカプラを用いる。
As the
光カプラ16用の1入力2出力のカプラとしては、例えば、Y分岐導波路等を用いることができる。また、光カプラ16及び18用の2入力2出力のカプラとしては、例えば、多モード干渉(MMI:Multi Mode Interference)光導波路を用いたカプラや、方向性結合器を用いることができる。
As a 1-input 2-output coupler for the
また、光カプラ16及び18には、偏波無依存な3dBカプラの他にも、成分光Ciの波長と偏波とを利用して、偏波/波長分離を行い易く設計した方向性結合器等を採用できる。このように設計された光カプラ16及び18については、実施形態1で詳述する。
In addition to the polarization-independent 3 dB coupler, the
次に、光干渉器10の動作について説明する。第1ポートP1からは偏波と波長の一方が少なくとも異なる第1〜第j成分光C1〜Cjを含む入力光INが入力される。
Next, the operation of the
ここで、「偏波」とは電場の振動方向が互いに直交するTE波及びTM波を指す。TE波とは、入力光INの光伝搬方向(図中、X方向)に伝搬するとともに、電場がY方向に振動する偏波を示す。また、TM波とは、光伝搬方向に伝搬するとともに、電場がZ方向に振動する偏波を示す。 Here, “polarized wave” refers to a TE wave and a TM wave whose vibration directions of the electric field are orthogonal to each other. The TE wave indicates a polarization that propagates in the light propagation direction (X direction in the figure) of the input light IN and the electric field vibrates in the Y direction. The TM wave indicates a polarization that propagates in the light propagation direction and the electric field vibrates in the Z direction.
第i成分光Ci(iは1≦i≦jの整数)を、偏波と波長との組み合わせで、例えば、Ci=(λ(Ci),TM)と表す。これは、第i成分光Ciが、波長がλ(Ci)であり、偏波がTM波の組であることを示す。 The i-th component light C i (i is an integer satisfying 1 ≦ i ≦ j) is represented by a combination of polarization and wavelength, for example, C i = (λ (C i ), TM). This indicates that the i-th component light C i has a wavelength of λ (C i ) and a polarization of a TM wave.
両アーム光導波路20a及び20bを伝搬する過程で、位相調整領域221〜22jにより、これらの第1〜第j成分光C1〜Cjには、それぞれ所定の位相差が付与され、偏波/波長分離されて出力される。より詳細には、干渉次数m(Ci)に2πを乗じた位相差が各成分光C1〜Cjに付与される。
In the process of propagating through both arm
干渉次数m(Ci)が、「1/2×奇数」の場合には、成分光に与えられる位相差は「πの奇数倍」となり、第2ポートP2から、出力光OUT1として出力される。また、干渉次数m(Ci)が「1/2×偶数」の場合には、位相差は「πの偶数倍」となり、第3ポートP3から、出力光OUT2として出力される。このように、成分光に与えられる位相差により。各成分光は所望のポートから出力される。
When the interference order m (C i ) is “½ × odd number”, the phase difference given to the component light is “odd multiple of π” and is output from the second port P 2 as the
次に、j個の位相調整領域221〜22jが、領域数jと同数のj個の成分光C1〜Cjの偏波/波長分離を行うことができるメカニズムを説明する。
Next, a mechanism by which j
なお、以下の説明では、次の(1)〜(3)の変数を用いる。
(1)j個の位相調整領域221〜22j中の1個を第k位相調整領域22kと表す。
(2)第k位相調整領域22kの光伝搬方向に沿った幾何学的長さをLkとする。
(3)第i成分光Ciに関する第k位相調整領域22kの等価屈折率をnk(Ci)とする。
In the following description, the following variables (1) to (3) are used.
(1) One of the j
(2) Let the geometric length along the light propagation direction of the k-th
(3) The equivalent refractive index of the k-th
このとき、各成分光C1〜Cjを、第2及び第3ポートP2及びP3から所望の分配比で出力させるためには、下記式(1)の干渉条件が成り立つ必要がある。 At this time, in order to output the component lights C 1 to C j from the second and third ports P 2 and P 3 at a desired distribution ratio, the interference condition of the following formula (1) needs to be satisfied.
より詳細には、式(1)を成分光C1〜Cjごとに展開した下記式(1−1)〜(1−j)の干渉条件が成り立つ必要がある。ここで、「分配比」とは、第2及び第3ポートP2及びP3に分配されて出力される各成分光C1〜Cjの強度比のことを示す。 More specifically, the interference conditions of the following formulas (1-1) to (1-j) in which the formula (1) is developed for each of the component lights C 1 to C j must be satisfied. Here, the “distribution ratio” indicates the intensity ratio of the component lights C 1 to C j that are distributed and output to the second and third ports P 2 and P 3 .
n1(C1)×L1+n2(C1)×L2+・・・+nj(C1)×Lj=m(C1)×λ(C1)・・・(1−1)
n1(C2)×L1+n2(C2)×L2+・・・+nj(C2)×Lj=m(C2)×λ(C2)・・・(1−2)
・
・
・
n1(Cj)×L1+n2(Cj)×L2+・・・+nj(Cj)×Lj=m(Cj)×λ(Cj)・・・(1−j)
これらの式(1−1)〜(1−j)において、各成分光に関する等価屈折率n1(C1)〜nj(Cj)は、位相調整領域の横断面寸法と、成分光の波長及び偏波とを用いたシミュレーション等により求めることができる。また、波長λ(C1)〜λ(Cj)も既知である。さらに、m(Ci)は、成分光Ciの干渉次数であり、所望に選択される値である。よって、式(1−1)〜(1−j)での未知数は各位相調整領域221〜22jの長さL1〜Ljのみである。
n 1 (C 1 ) × L 1 + n 2 (C 1 ) × L 2 +... + n j (C 1 ) × L j = m (C 1 ) × λ (C 1 ) (1-1) )
n 1 (C 2 ) × L 1 + n 2 (C 2 ) × L 2 +... + n j (C 2 ) × L j = m (C 2 ) × λ (C 2 ) (1-2) )
・
・
・
n 1 (C j ) × L 1 + n 2 (C j ) × L 2 +... + n j (C j ) × L j = m (C j ) × λ (C j ) (1-j )
In these formulas (1-1) to (1-j), the equivalent refractive indexes n 1 (C 1 ) to n j (C j ) for each component light are the cross-sectional dimensions of the phase adjustment region and the component light. It can be obtained by simulation using wavelength and polarization. The wavelengths λ (C 1 ) to λ (C j ) are also known. Further, m (C i ) is an interference order of the component light C i and is a value selected as desired. Thus, the unknowns in the equation (1-1) ~ (1-j ) is only the
このように、式(1−1)〜(1−j)では、未知数と式数が等しいので、長さL1〜Ljを一義に定めることができる。つまり、これらの式を用いて、位相調整領域221〜22jの長さL1〜Ljを設計することにより、波長と偏波とを複数含む入力光INを偏波/波長分離して第2及び第3ポートP2及びP3から任意の分配比で出力させることができる。
Thus, in Formulas (1-1) to (1-j), since the number of unknowns is equal to the number of formulas, the lengths L 1 to L j can be uniquely determined. That is, using these equations, by designing the length L 1 ~L j of the
なお、干渉次数m(Ci)の値を適当に選択することにより、第i成分光Ciの分配率を任意に変化させることができる。つまり、「Int」を0以上の整数、xを0〜1の間の実数とするとき、干渉次数m(Ci)を「1/2×(Int+x)」とすれば、第2及び第3ポートから任意の強度比で第i成分光Ciを出力させることができる。例えば、x=0.5とすれば、第i成分光Ciに与えられる位相差は「πの半整数倍」となり、光干渉器10は、第i成分光Ciを第2及び第3ポートP2及びP3に等分配する3dBカプラとして機能する。
Note that the distribution ratio of the i- th component light C i can be arbitrarily changed by appropriately selecting the value of the interference order m (C i ). That is, when “Int” is an integer greater than or equal to 0 and x is a real number between 0 and 1, if the interference order m (C i ) is “½ × (Int + x)”, the second and third The i-th component light C i can be output from the port at an arbitrary intensity ratio. For example, if x = 0.5, the phase difference given to the i-th component light C i becomes “a half integer multiple of π”, and the
また、この例では、コアの幅を変えて等価屈折率を異ならせたチャネル型光導波路を位相調整領域221〜22jとして用いた場合について説明した。しかし、位相調整領域以外の光導波路で用いられるクラッドとは屈折率を変えた位相調整用クラッドをコアの周囲に設けることで等価屈折率を異ならせた光導波路の部分領域を、1個以上の位相調整領域221〜22jとして用いても良い。具体的には、クラッドの材料を変更した光導波路の部分領域を位相調整領域221〜22jとして用いても良い。
Further, in this example, a case has been described in which channel type optical waveguides having different equivalent refractive indexes by changing the width of the core are used as the
[実施形態1]
以下、図2〜図5を参照して、実施形態1の光干渉器について説明する。この実施形態では、光干渉器が、ONUと共に用いられるPBSである場合を想定している。図2(A)は、この光干渉器の構造及び動作を概念的に示す模式図である。図2(B)は、入力光に含まれる成分光の諸元と、これらの成分光が出力されるポートとの関係を示す図である。図3は、光干渉器の構造を概略的に示す平面図である。図4(A)は、光干渉器を図3のA−A線に沿って切断した切断端面図を示す。図4(B)は、光干渉器を図3のB−B線に沿って切断した切断端面図を示す。図4(C)は、光干渉器を図3のC−C線に沿って切断した切断端面図を示す。図4(D)は、光干渉器を図3のD−D線に沿って切断した切断端面図を示す。図4(E)は、光干渉器を図3のE−E線に沿って切断した切断端面図を示す。図5(A)及び(B)は、光干渉器のTE波及びTM波の出力特性を、それぞれ示す模式図である。なお、図2〜4において、図1と同様の構成要素には同符号を付して、重複する説明を省略することもある。また、図2(A)は図1と同様に簡略化している。
[Embodiment 1]
Hereinafter, the optical interferometer of
(概略説明)
まず、主に図2(A)及び(B)を参照して、光干渉器30をPBSとしてONUと共に用いる場合に求められる条件及び動作を概説する。
(Overview)
First, mainly with reference to FIGS. 2A and 2B, conditions and operations required when the
より詳細には、現在の加入者系システムの主流であるGE−PONでは、上述のように下り通信に1.49μm光が用いられ、上り通信に1.31μm光が用いられる。局から送信される1.49μm光は、光ファイバを伝搬する過程で、偏波面がランダムに回転される結果、TE波とTM波の混合光としてONUに到達する。また、1.31μm光は、ONUのLD(Laser Diode)から、TE波として出力される。 More specifically, in GE-PON, which is the mainstream of the current subscriber system, 1.49 μm light is used for downlink communication and 1.31 μm light is used for uplink communication as described above. The 1.49 μm light transmitted from the station reaches the ONU as a mixed light of a TE wave and a TM wave as a result of the polarization plane being randomly rotated in the process of propagating through the optical fiber. The 1.31 μm light is output as a TE wave from the LD (Laser Diode) of the ONU.
よって、図2(B)に示すように、光干渉器30が扱う光は、以下の第1〜第3成分光C1〜C3である。
Therefore, as shown in FIG. 2B, the light handled by the
1)第1成分光C1=(λ(C1)=1.49μm,TE)(以下、1.49TE光とも称する。)
2)第2成分光C2=(λ(C2)=1.49μm,TM)(以下、1.49TM光とも称する。)
3)第3成分光C3=(λ(C3)=1.31μm、TE)(以下、1.31TE光とも称する。)
この場合、光干渉器30は3個の成分光C1〜C3を偏波/波長分離すれば良い。上述のように、偏波/波長分離すべき成分光の数j(=3)に等しい数の位相調整領域数が必要なので、アーム部20には、合計3個の位相調整領域221〜223が配置される。
1) First component light C 1 = (λ (C 1 ) = 1.49 μm, TE) (hereinafter also referred to as 1.49 TE light)
2) Second component light C 2 = (λ (C 2 ) = 1.49 μm, TM) (hereinafter also referred to as 1.49 TM light)
3) Third component light C 3 = (λ (C 3 ) = 1.31 μm, TE) (hereinafter also referred to as 1.31 TE light)
In this case, the
そして、図2(B)に示すように、光干渉器30は、第1〜第3成分光C1〜C3を偏波/波長分離し、第2ポートP2からTE波である第1及び第3成分光C1及びC3をOUT1として出力し、第3ポートP3からTM波である第2成分光C2をOUT2として出力するように構成される。すなわち、光干渉器30は、第1及び第3成分光C1及びC3の干渉次数を「1/2×奇数」とし、及び、第2成分光C2の干渉次数を「1/2×偶数」とするように構成される。
Then, as shown in FIG. 2B, the
ここで、入力光INに含まれる成分光の内、偏波がTE波の成分光をまとめて、「TE成分光群」と、偏波がTM波の成分光をまとめて、「TM成分光群」とそれぞれ称する。この場合、光干渉器30は、第1及び第3成分光C1及びC3からなるTE成分光群に対して「1/2×奇数」の干渉次数を与え、第2成分光C2からなるTM成分光群に対して「1/2×偶数」の干渉次数を与える。
Here, among the component lights included in the input light IN, the TE component light whose polarization is TE wave is put together, and the “TE component light group” and the component light whose polarization is TM wave are put together into “TM component light”. Each is referred to as a “group”. In this case, the
なお、図2(A)では、第1アーム光導波路20aに2個、第2アーム光導波路20bに1個の位相調整領域をそれぞれ設けているが、これは、単なる例示である。位相調整領域221〜223の両アーム光導波路20a及び20bへの配置態様に特に制限はない。
In FIG. 2A, two phase adjustment regions are provided in the first arm
(構造)
図3及び4を参照すると、光干渉器30は、基板8に設けられたクラッド12と、コア13とで構成された光導波路14を有しており、上述の光干渉器10に対応するマッハツェンダ干渉計MZと、任意的な構成として入力部24及び出力部26を備えている。なお、基板8、コア13及びクラッド12については後述する。
(Construction)
Referring to FIGS. 3 and 4, the
マッハツェンダ干渉計MZは、光カプラ16として第1方向性結合器と、光カプラ18として第2方向性結合器と、第1及び第2方向性結合器の間に並列に設けられ、第1及び第2方向性結合器を接続する第1及び第2アーム光導波路20a及び20bとを備える。以下、この実施の形態においては、「光カプラ16」を「第1方向性結合器16」と、「光カプラ18」を「第2方向性結合器18」ともそれぞれ称する。
The Mach-Zehnder interferometer MZ is provided in parallel between the first directional coupler as the
第1及び第2アーム光導波路20a及び20bは、互いに光路長が異なり、この例では、第1アーム光導波路20aの方が第2アーム光導波路20bよりも光路長が長い。
The first and second arm
第1アーム光導波路20aは、第1位相調整領域221、第3位相調整領域223及び非調整領域21aを備えている。同様に、第2アーム光導波路20bは、第2位相調整領域222及び非調整領域21bを備える。
The first arm
ここで、非調整領域21aとは、第1アーム光導波路20aから、第1及び第3位相調整領域221及び223を除いた部分領域を示す。同様に、非調整領域21bとは、第2アーム光導波路20bから、第2位相調整領域222を除いた部分領域を示す。両非調整領域21a及び21bは、横断面形状、平面形状及び光路長が等しく形成されたチャネル型光導波路である。
Here, the
より詳細には、図4(C)を参照すると、これらの非調整領域21a及び21bの横断面形状は、幅W及び高さHが約300nmの長方形状である。入力部24及び出力部26を構成する光導波路24a,24b,26a及び26bも、非調整領域21a及び21bの横断面形状と、寸法も含めて同様である。
More specifically, referring to FIG. 4C, the cross-sectional shape of these
このように、非調整領域21a及び21bと、入力部24及び出力部26の光導波路24a,24b,26a及び26bの横断面形状を長方形状とすることにより、これらの領域での偏波回転を防止することができる。また、光導波路24aと24bの光路長、26aと26bの光路長、及び、非調整領域21aと21bの光路長をそれぞれ等しくすることにより、これらの領域を伝搬する過程で、各成分光C1〜C3に位相差は生じない。
Thus, by making the cross-sectional shapes of the
第1位相調整領域221は第1アーム光導波路20aに設けられ、2個のサブ領域221L及び221Rに分割されている。両サブ領域221L及び221Rは、互いに等しい形状の直線状のチャネル型光導波路である。具体的には、両サブ領域221L及び221Rとも、光伝搬方向に沿った長さがL1/2であり、図4(A)に示すように幅はW1であり、厚みはHである。この例では、サブ領域221L及び221Rの長さL1/2は、それぞれ約2.79μmである。よって、第1位相調整領域221の全長L1は約5.58μmである。また、両サブ領域221L及び221Rの幅W1は約400nmであり、厚みHは約300nmである。
The first
第2位相調整領域222は第2アーム光導波路20bに設けられ、2個のサブ領域222L及び222Rに分割されている。両サブ領域222L及び222Rは、互いに等しい形状の直線状のチャネル型光導波路である。具体的には、両サブ領域222L及び222Rとも、光伝搬方向に沿った長さがL2/2であり、図4(D)に示すように幅はW2であり、厚みはHである。この例では、サブ領域222L及び222Rの長さL2/2は、それぞれ約3.215μmである。よって、第2位相調整領域222の全長L2は約6.43μmである。また、両サブ領域222L及び222Rの幅W2は約500nmであり、厚みHは約300nmである。
The second phase adjusting region 222 is divided into second provided arm
第3位相調整領域223は、第1アーム光導波路20aに設けられ、2個のサブ領域223L及び223Rに分割されている。両サブ領域223L及び223Rは、互いに等しい形状の直線状のチャネル型光導波路である。具体的には、両サブ領域223L及び223Rとも、光伝搬方向に沿った長さがL3/2であり、図4(B)に示すように幅はW3であり、厚みはHである。この例では、サブ領域223L及び223Rの長さL3/2は、それぞれ約0.265μmである。よって、第3位相調整領域223の全長L3は約0.53μmである。また、両サブ領域223L及び223Rの幅W3は約300nmであり、厚みHは約300nmである。
The third
なお、第1〜第3位相調整領域221〜223の長さL1〜L3の決定法については、(設計条件)の項で詳細に説明する。
A method for determining the lengths L 1 to L 3 of the first to third
このように、3個の位相調整領域221,222及び223と、非調整領域21a及び21bと、入力部24及び出力部26を構成するコア13の高さ及び幅は約200〜500nmの範囲に収まっている。コア13の高さ及び幅をこの範囲の値にすることで、光導波路14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光導波路とすることができる。
As described above, the height and width of the core 13 constituting the three
なお、この例では、サブ領域221Lと221R、222Lと222R、及び223Lと223R同士の長さが等しい場合について説明したが、全長が変化しなければ、サブ領域同士の長さは等しくなくとも良い。
In this example, the case where the lengths of the
また、各位相調整領域221,222及び223を構成するサブ領域の個数も、2個には限定されず、設計に応じて3個以上としてもよい。
Further, the number of sub-regions constituting each of the
また、この例では、各位相調整領域221,222及び223を直線状のチャネル型光導波路とする場合について説明したが、位相調整領域は、湾曲したチャネル型光導波路でもよい。ただ、この場合、湾曲部での等価屈折率は直線状のチャネル型光導波路と異なるので、横断面形状と全長も湾曲形状に応じて定める必要がある。
In this example, the case where each of the
図3を参照すると、第1方向性結合器16は、第1光導波路16aと第2光導波路16bとを備えている。第1及び第2光導波路16a及び16bは、立体形状が等しい直線状に形成されている。第1及び第2光導波路16a及び16bは、光結合可能な距離を隔てて互いに平行に配置されている。第1光導波路16aの一端は第1ポートP1であり、入力部24の光導波路24aに接続されている。第1光導波路16aの他端は第1アーム光導波路20aに接続されている。第2光導波路16bの一端は第4ポートP4であり、入力部24の光導波路24bに接続されている。第2光導波路16bの他端は第2アーム光導波路20bに接続されている。この実施形態では、第4ポートP4は、光が入出力されないポート、言わばダミーポートであり、偏波/波長分離に何ら関係しない。
Referring to FIG. 3, the first
第2方向性結合器18は第1方向性結合器16と等しく構成されている。すなわち、第2方向性結合器18は、第3光導波路18aと第4光導波路18bとを備えている。第3及び第4光導波路18a及び18bは、それぞれ第1及び第2光導波路16a及び16bとそれぞれ立体形状が等しい。また、第3及び第4光導波路18a及び18bは、第1及び第2光導波路16a及び16b間の距離と等しい距離を隔てて互いに平行に配置されている。第3光導波路18aの一端は第2ポートP2であり、出力部26の光導波路26aに接続されている。第3光導波路18aの他端は第1アーム光導波路20aに接続されている。第4光導波路18bの一端は第3ポートP3であり、出力部26の光導波路26bに接続されている。第4光導波路18bの他端は第2アーム光導波路20bに接続されている。
The second
図2(B)に示すように構成されている場合、第1方向性結合器16の第1ポートP1に入力されたTE波である第1及び第3成分光C1及びC3は、第1及び第2方向性結合器16及び18を伝搬する過程で、第4光導波路18bにパワー移行することなく第2ポートP2から出力される。以降、第1ポートP1から入力された光が、第4光導波路18bへのパワー移行を生じずに第2ポートP2から出力されることを「BAR出力」とも称する。
When configured as shown in FIG. 2B, the first and third component lights C 1 and C 3 that are TE waves input to the first port P 1 of the first
一方、第1ポートP1に入力されたTM波である第2成分光C2は、第4光導波路18bへとパワーが移行して第3ポートP3から出力される。以降、第1ポートP1から入力された光が、第4光導波路18bへとパワー移行して第3ポートP3から出力されることを「CRS出力」とも称する。
On the other hand, the second component light C 2 is a TM wave input to the first port P 1, the power is output from the third port P 3 to shift to the fourth
ここで、図4(E)を参照して、第1及び第2光導波路16a及び16bの具体的な寸法を説明する。第1及び第2光導波路16a及び16bの幅はWDCであり、厚みはHDCであり、第1及び第2光導波路16a及び16bの中心間距離はDDCである。この例では、WDCは約500nmであり、DDCは約850nmであり、厚みHDCは約300nmである。また、第1方向性結合器16の長さは、CRS出力させる第2成分光C2の完全結合長の1/2の長さとしている。これにより、1.49TM光である第2成分光C2を、十分な消光比でCRS出力させることができる。第1方向性結合器16と等しく構成されている第2方向性結合器18も、この寸法に形成される。
Here, specific dimensions of the first and second
コア13は、基板8の主面8a側に設けられたクラッド12中に設けられている。コア13の構成材料は、この例では、屈折率が約3.47のSiである。クラッド12は、主面8a上に一様な厚みで延在する層状体である。より詳細には、クラッド12は、コア13の上面と下面及び両側面とを覆っている。クラッド12を構成する材料は、例えば、屈折率が約1.44のSiO2である。この例のように、クラッド12を構成する材料には、コア13の屈折率の71.4%以下の材料を用いることが好ましい。この条件の屈折率を持つ材料をクラッド12に用いることで、コア13とクラッド12との屈折率差が十分に大きくなり、光導波路14内に光を強く閉じ込めることができる。その結果、例えば、曲率半径が5μm程度の湾曲光導波路を形成できる等、光干渉器10を小型化することができる。また、クラッド12の材料としては、SiOpNq(ただし、p及びqは、2≧p≧0かつ4/3≧q≧0)を用いても良い。
The
また、基板8の主面8aから測ったクラッド12の厚みは、例えば、約3μmとする。光導波路14を伝搬する光の基板8への不所望な結合を防ぐためには、コア13と基板8との間に1μm以上の厚みのクラッド12を介在させることが好ましい。この例では、主面8aとコア13の下面との間に、約1.5μmのクラッド12を介在させている。基板8は、例えば、Siを材料とする。
The thickness of the clad 12 measured from the
続いて、光干渉器30の製造方法について簡単に説明する。光干渉器30は、Si基板上にSiO2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13を形成し、BOX(Buried−OXide)層であるSiO2層をクラッド12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13を作成する。そして、このコア13を埋め込むように、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等で、クラッド12の上層に対応するSiO2層を形成する。これにより、光導波路14を備える光干渉器30を得る。
Next, a method for manufacturing the
(設計条件)
次に、光干渉器30の設計法について説明する。加入者系システムでPBSとして用いる光干渉器30は、第1〜第3成分光C1〜C3の波長及び偏波を考慮して偏波/波長分離を行い易いように設計されている。
(Design condition)
Next, a design method for the
すなわち、波長が1.31μmの第3成分光C3は、第1及び第2成分光C1及びC2よりも波長が短いので、第1方向性結合器16において、第1及び第2光導波路間での光の相互作用が弱く、CRS出力させ難い。第2方向性結合器18においても同様である。よって、この第3成分光C3をBAR出力させるように、光干渉器30を設計するのが合理的である。
That is, since the third component light C 3 having a wavelength of 1.31 μm has a shorter wavelength than the first and second component lights C 1 and C 2 , the first and second light beams in the first
このように第3成分光C3をBAR出力と定めれば、光干渉器30に求められる偏波/波長分離特性から、第3成分光C3と同じTE波である第1成分光C1はBAR出力と定まり、TM波の第2成分光C2はCRS出力と定まる。このように、TE波をBAR出力させ、TM波をCRS出力させるために、図4(E)に示したように、WDC>HDCとして、アーム光導波路20aへのTE波の閉じ込め能力を高めた。なお、WDC,HDC及びDDCの具体値は、有限要素法を用いたシミュレーションで決定した。
If the third component light C 3 is determined as a BAR output in this way, the first component light C 1 that is the same TE wave as the third component light C 3 is obtained from the polarization / wavelength separation characteristics required of the
ところで、一般に方向性結合器においては、CRS出力させる光に対しては全長を厳密に結合長に合わせる必要があるが、BAR出力させる光に対しては、それほどの厳密性は要求されない。よって、第1及び第2方向性結合器16及び18の全長は、上述のように、CRS出力させる第2成分光C2の完全結合長に設定した。
By the way, in general, in the directional coupler, it is necessary to strictly match the total length with the coupling length for the light to be output by the CRS, but not so strict for the light to be output by the BAR. Therefore, the total length of the first and second
このように各成分光C1〜C3の出力先(第2又は第3ポートP2又はP3)が決まれば、後はそれに応じて、位相調整領域221〜223を設計すれば良い。具体的には、上述の式(1−1)〜(1−j)でj=3とした、下記の干渉条件式(A)〜(C)を解けば良い。 Thus once the output destination of each component light C 1 -C 3 (the second or third port P 2 or P 3), later accordingly, may be designed to phase adjustment region 22 1-22 3 . Specifically, the following interference conditional expressions (A) to (C) where j = 3 in the above expressions (1-1) to (1-j) may be solved.
n1(C1)×L1+n2(C1)×L2+n3(C1)×L3=m(C1)×λ(C1)・・・(A)
n1(C2)×L1+n2(C2)×L2+n3(C2)×L3=[m(C1)+1/2]×λ(C2)・・・(B)
n1(C3)×L1+n2(C3)×L2+n3(C3)×L3=m(C1)×λ(C3)・・・(C)
ここで、λ(C1)及びλ(C2)は、第1及び第2成分光C1及びC2の波長に対応する1.49μmである。λ(C3)は、第3成分光C3の波長に対応する1.31μmである。また、第1〜第3成分光C1〜C3を出力するポートを勘案して、干渉次数m(C1)を1とする。
n 1 (C 1 ) × L 1 + n 2 (C 1 ) × L 2 + n 3 (C 1 ) × L 3 = m (C 1 ) × λ (C 1 ) (A)
n 1 (C 2 ) × L 1 + n 2 (C 2 ) × L 2 + n 3 (C 2 ) × L 3 = [m (C 1 ) + ½] × λ (C 2 ) (B)
n 1 (C 3 ) × L 1 + n 2 (C 3 ) × L 2 + n 3 (C 3 ) × L 3 = m (C 1 ) × λ (C 3 ) (C)
Here, λ (C 1 ) and λ (C 2 ) are 1.49 μm corresponding to the wavelengths of the first and second component lights C 1 and C 2 . λ (C 3 ) is 1.31 μm corresponding to the wavelength of the third component light C 3 . The interference order m (C 1 ) is set to 1 taking into account the ports that output the first to third component lights C 1 to C 3 .
式(A)〜(C)から、L1〜L3は以下の式(D)〜式(F)と求まる。 From the formulas (A) to (C), L 1 to L 3 are obtained as the following formulas (D) to (F).
L1=(λ(C1)×(m(C1)×(δ3Δn2−δ2Δn3)−n2(C1)×δ3/2+n3(C1)×δ2/2))/(n1(C1)×(δ3Δn2−δ2Δn3)−n2(C1)×(δ3Δn1−δ1Δn3)+n3(C1)×(δ2Δn1−δ1Δn2))・・・(D)
L2=(m(C1)×(n3(C3)×λ(C1)−n3(C1)×λ(C2))−L1×(n3(C3)×n1(C1)−n3(C1)×n1(C3)))/(n3(C3)×n2(C1)−n3(C1)×n2(C3))・・・(E)
L3=(λ(C1)×m(C1)−L1×n1(C1)−L2×n2(C1))/n1(C3)・・・(F)
ここで、Δn1〜Δn3及びδ1〜δ3は、下記式(G)〜式(L)で定義される。
L 1 = (λ (C 1 ) × (m (C 1) × (δ 3 Δn 2 -
L 2 = (m (C 1 ) × (n 3 (C 3 ) × λ (C 1 ) −n 3 (C 1 ) × λ (C 2 )) − L 1 × (n 3 (C 3 ) × n 1 (C 1) -n 3 ( C 1) × n 1 (C 3))) / (n 3 (C 3) × n 2 (C 1) -n 3 (C 1) × n 2 (C 3) ) ... (E)
L 3 = (λ (C 1 ) × m (C 1 ) −L 1 × n 1 (C 1 ) −L 2 × n 2 (C 1 )) / n 1 (C 3 ) (F)
Here, Δn 1 to Δn 3 and δ 1 to δ 3 are defined by the following formulas (G) to (L).
Δn1=n1(C1)−n1(C2)・・・(G)
Δn2=n2(C1)−n2(C2)・・・(H)
Δn3=n3(C1)−n3(C2)・・・(I)
δ1=n1(C1)/λ(C1)−n1(C3)/λ(C2)・・・(J)
δ2=n2(C1)/λ(C1)−n2(C3)/λ(C2)・・・(K)
δ3=n3(C1)/λ(C1)−n3(C3)/λ(C2)・・・(L)
式(D)〜式(F)に上述した値を代入して解くと、既に説明したL1=5.58μm、L2=6.43μm及びL3=0.53μmが得られる。
Δn 1 = n 1 (C 1 ) −n 1 (C 2 ) (G)
Δn 2 = n 2 (C 1 ) −n 2 (C 2 ) (H)
Δn 3 = n 3 (C 1 ) −n 3 (C 2 ) (I)
δ 1 = n 1 (C 1 ) / λ (C 1 ) −n 1 (C 3 ) / λ (C 2 ) (J)
δ 2 = n 2 (C 1 ) / λ (C 1 ) −n 2 (C 3 ) / λ (C 2 ) (K)
δ 3 = n 3 (C 1 ) / λ (C 1 ) −n 3 (C 3 ) / λ (C 2 ) (L)
When the above-described values are substituted into the equations (D) to (F) and solved, the above-described L 1 = 5.58 μm, L 2 = 6.43 μm, and L 3 = 0.53 μm are obtained.
(動作)
次に、図5(A)及び(B)を参照して、光干渉器30の動作について説明する。図5(A)及び(B)は、それぞれ光干渉器30のTE波及びTM波の出力特性を示す。図5(A)及び(B)ともに、横軸は波長(μm)であり、縦軸は強度(dB)である。なお、強度は、入力光に対する光強度比率である。なお、これらの特性図は、上述のように設計された光干渉器30に対して、有限要素法によるモード計算を行うことで得られた。
(Operation)
Next, the operation of the
図5(A)の曲線Iは、第2ポートP2からBAR出力されるTE波の光強度であり、曲線IIは、第3ポートP3からCRS出力されるTE波の光強度である。曲線Iは、1.25〜1.6μmの全波長範囲において光強度が約0dBであり、BAR出力されるTE波は強度が殆ど低下しないことが分かる。それに対して、曲線IIは、全波長範囲において強度が約−25dB以下であり、CRS出力されるTE波は、BAR出力されるTE波の1/100未満の強度であることが分かる。つまり、光干渉器30は、第1及び第3成分光C1及びC3を含むTE波を消光比良く、第2ポートP2から出力することができる。
Curve I in FIG. 5 (A), a light intensity of the TE wave BAR outputted from the second port P 2, curve II is the intensity of the TE wave CRS output from the third port P 3. Curve I shows that the light intensity is about 0 dB in the entire wavelength range of 1.25 to 1.6 μm, and the intensity of the TE wave output by BAR hardly decreases. On the other hand, curve II shows that the intensity is about −25 dB or less in the entire wavelength range, and the TE wave output by CRS has an intensity less than 1/100 of the TE wave output by BAR. That is, the
図5(B)の曲線IIIは、第3ポートP3からCRS出力されるTM波の光強度であり、曲線IVは、第2ポートP2からBAR出力されるTM波の光強度である。曲線IIIは、第2成分光C2の波長である1.49μm付近で約0dBの光強度であり、この波長付近のTM波は、殆どロス無くCRS出力されることが分かる。また、この波長で第2ポートP2からBAR出力されるTM波の光強度は、約−30dB未満であり、光干渉器30は、TM波である第2成分光C2を消光比良く、第3ポートP3からCRS出力することができる。
Curve III in FIG. 5 (B), a light intensity of the TM wave CRS output from the third port P 3, curve IV is the light intensity of the TM wave BAR outputted from the second port P 2. Curve III shows a light intensity of about 0 dB near 1.49 μm, which is the wavelength of the second component light C 2 , and it can be seen that TM waves near this wavelength are CRS output with almost no loss. In addition, the optical intensity of the TM wave output from the second port P 2 at this wavelength is less than about −30 dB, and the
なお、この実施形態では、光干渉器30を、GE−PONシステム用のPBSとする場合について説明した。しかし、光干渉器30は、GE−PONシステムには限定されず、下り波長として1.577μm光を用い、上り波長として1.27μm光を用いる次世代の10G(10 Gbit/s)−PONシステムのPBSにも応用できる。
In this embodiment, the case where the
[実施形態2]
続いて、図6及び図7を参照して、実施形態2の光干渉器について説明する。図6は、実施形態2の光干渉器40の構造を概略的に示す平面図である。図7は、実施形態2の光干渉器40の出力特性を示す特性図である。
[Embodiment 2]
Next, the optical interferometer according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a plan view schematically showing the structure of the
図6を参照すると、光干渉器40は、実施形態1の光干渉器30を直列に複数段に渡り接続したものに相当する。すなわち、光干渉器40は、方向性結合器の長さが異なる以外、光干渉器30と同様に構成された第1及び第2光干渉器30−1及び30−2を備えている。
Referring to FIG. 6, the
以下、この相違点について説明する。光干渉器40は、光干渉器30と同様に動作するように構成されている。すなわち、TE波である第1及び第3成分光C1及びC3を第2光干渉器30−2の第2ポートP2−2からBAR出力し、TM波である第2成分光C2を第2光干渉器30−2の第3ポートP3−2からCRS出力する。
Hereinafter, this difference will be described. The
そのためには、光干渉器40に含まれる4個の方向性結合器16−1,18−1,16−2及び18−2の長さの合計を、上述した第2成分光C2の完全結合長と等しくする必要がある。つまり、各方向性結合器16−1,18−1,16−2及び18−2の長さを、それぞれ第2成分光C2の完全結合長の1/4の長さとししている。
For this purpose, the total length of the four directional couplers 16-1, 18-1, 16-2, and 18-2 included in the
より詳細には、第1光干渉器30−1の第2ポートP2−1は、第2光干渉器30−2の第1ポートP1−2に接続されており、第1光干渉器30−1からBAR出力された光が、第2光干渉器30−2へと入力される。同様に、第1光干渉器30−1の第3ポートP3−1は、第2光干渉器30−2の第4ポートP4−2に接続されており、第1光干渉器30−1からCRS出力された光が、第2光干渉器30−2へと入力される。
More specifically, the second port P 2 -1 of the first optical interferometer 30-1 is connected to the first port P 1 -2 of the second optical interferometer 30-2, and the first optical interferometer The light BAR output from 30-1 is input to the second optical interferometer 30-2. Similarly, the third port P 3 -1 of the first optical interferometer 30-1 is connected to the fourth port P 4 -2 of the second optical interferometer 30-2, and the first optical interferometer 30- The light output from
続いて、図7を参照して、光干渉器40の出力特性について説明する。図7において、横軸は波長(μm)であり、縦軸は光強度である。なお、光強度は、入力光に対する光強度比率である。なお、これらの特性図は、光干渉器40に対して、有限要素法によるモード計算を行うことで得られた。
Next, the output characteristics of the
図7の曲線Iは、第2光干渉器30−2の第2ポートP2−2からBAR出力されるTE波の光強度を示す。曲線IIは、第2光干渉器30−2の第3ポートP3−2からCRS出力されるTM波の光強度を示す。曲線IIIは、第2ポートP2−2からBAR出力されるTM波の光強度を示す。曲線IVは、第3ポートP3−2からCRS出力されるTE波の光強度を示す。 Curve I in Figure 7 shows the light intensity of the TE wave BAR outputted from the second port P 2 -2 of the second optical interferometer 30-2. Curve II shows the optical intensity of the TM wave output from the third port P 3 -2 of the second optical interferometer 30-2 by CRS. A curve III indicates the light intensity of the TM wave output from the second port P 2 -2 as a BAR. A curve IV represents the light intensity of the TE wave output from the third port P 3 -2 as a CRS.
図7を参照して、TE波の出力を示す曲線I及びIVを比較すると、1.2〜1.6μmの全波長範囲において、第3ポートP3−2からCRS出力されるTE波の強度(曲線IV)は、第2ポートP2−2からBAR出力されるTE波の強度(曲線I)の1/1000未満であることが分かる。このことから、光干渉器40は、TE波に関して言えば、加入者系システムで用いられる波長範囲において、十分な消光比で、偏波/波長分離されている。
Referring to FIG. 7, when the curves I and IV indicating the output of the TE wave are compared, the intensity of the TE wave output from the third port P 3 -2 in the entire wavelength range of 1.2 to 1.6 μm. (curve IV) is can be seen less than 1/1000 of a second port P 2 -2 from the TE wave BAR output intensity (curve I). From this, the
また、TM波の出力を示す曲線II及びIIIを比較すると、波長が約1.49〜1.58μmの広い波長範囲において、第2ポートP2−2からBAR出力されるTM波の強度(曲線III)は、第3ポートP3−2からCRS出力されるTM波の強度(曲線II)の1/50未満であることが分かる。このことから、光干渉器40は、TM波に関して言えば、加入者系システムのONUで用いられる波長範囲において、十分な消光比で、偏波/波長分離されている。
Furthermore, a comparison of curves II and III show the output of the TM wave in the wide wavelength range of a wavelength of about 1.49~1.58Myuemu, the intensity of the TM wave BAR outputted from the second port P 2 -2 (curve It can be seen that III) is less than 1/50 of the intensity of the TM wave output from the third port P 3 -2 CRS (curve II). From this, the
また、図7及び5を比較すると、光干渉器40では、実用上十分な消光比でCRS出力する波長範囲を光干渉器30よりも広くすることができる。詳細には、光干渉器30では、1.49TM光だけが良好な消光比でCRS出力されたのに対し、光干渉器40では、1.49〜1.58μmの広い波長範囲のTM波が良好な消光比でCRS出力されている。
7 and 5, in the
[実施形態3]
続いて、図8を参照して、実施形態3の光干渉器について説明する。図8は、実施形態3の光干渉器50の構造を概略的に示す平面図である。
[Embodiment 3]
Next, the optical interferometer of Embodiment 3 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a plan view schematically showing the structure of the
光干渉器50は、アレイ導波路回折格子(AWG:Array Waveguide Gratings)に本発明を応用した例である。
The
光干渉器50は、2個の光カプラ50a及び50bと、これらの光カプラ50a及び50bの間に並列に設けられ、両光カプラ50a及び50bを接続する第1〜第u光導波路20−1〜20−u(uは3以上の整数)を備えるアレイ導波路23と、一方の光カプラ50aに備えられた光入出力用の第1ポートP1と、他方の光カプラ50bに備えられた光入出力用の第2〜第sポートP2〜Ps(sは、s≦u+1の整数)とを備える。
The
この光干渉器50には、偏波と波長の一方が少なくとも異なる第1〜第r成分光(rは2以上の整数)を含む入力光INが第1ポートP1から入力される。この例では、u=6,s=4及びr=3である。よって、入力光INに含まれる第1〜第3成分光C1,C2及びC3は、第1〜第6光導波路20−1〜20−6を伝搬する過程で偏波/波長分離されて、それぞれ、第2〜第4ポートP2〜P4から出力される。
Input light IN including first to r-th component lights (r is an integer of 2 or more) having at least one of polarization and wavelength different from the first port P 1 is input to the
第1〜第3成分光の偏波/波長分離を行うために、アレイ導波路23を構成する第1〜第6光導波路20−1〜20−6のそれぞれには、等価屈折率がそれぞれ異なる3個の位相調整領域が設けられる。より詳細には、第1〜第6光導波路20−1〜20−6には、第1〜第3位相調整領域221−1〜221−6,222−1〜222−6及び223−1〜223−6が設けられる。そして、互いに隣接する第v及び第v+1光導波路20−v及び20−(v+1)(vは、1〜5の整数)において、第1〜第3位相調整領域221−vと221−(v+1)、222−vと222−(v+1)及び223−vと223−(v+1)の光路長差が調整されている。
In order to perform polarization / wavelength separation of the first to third component lights, each of the first to sixth optical waveguides 20-1 to 20-6 constituting the arrayed
これにより、光干渉器50は、第2〜第4ポートP2〜P4から、偏波/波長分離された第1〜第3成分光を出力させることができる。
Thus, the
この実施形態では、偏波/波長分離すべき成分光数rが3であり、アレイ導波路23を構成する光導波路数uが6の場合について説明した。しかし、rとuとの関係はこれには限定されず、u≧rであれば良い。ただ、実用上十分な消光比で偏波/波長分離を行うためには、u≧2rであることが好ましい。さらに、u≧4rであれば一層好ましい。
In this embodiment, the case where the number r of component lights to be polarized / wavelength separated is 3 and the number u of optical waveguides constituting the arrayed
8 基板
12 クラッド
13 コア
14,24a,24b,26a,26b 光導波路
10,30,40,50 光干渉器
16 光カプラ(第1方向性結合器)
16a 第1光導波路
16b 第2光導波路
18 光カプラ(第2方向性結合器)
18a 第3光導波路
18b 第4光導波路
20 アーム部
20a 第1アーム光導波路
20b 第2アーム光導波路
20−1〜20−6 第1〜第6光導波路
21a,21b 非調整領域
221〜22j 位相調整領域(第1〜第j位相調整領域)
221−1〜221−6 第1位相調整領域
222−1〜222−6 第2位相調整領域
223−1〜223−6 第3位相調整領域
221L,221R,222L,222R,223L,223R サブ領域
23 アレイ導波路
24 入力部
26 出力部
30−1 第1光干渉器
30−2 第2光干渉器
8
16a First
18a Third
22 1 -1~22 1-6 first phase adjusting region 22 2 -1~22 2-6 second phase adjusting region 22 3 -1~22 3 -6 third
Claims (15)
2個の光カプラと、
2個の該光カプラの間に並列に設けられ、2個の該光カプラを接続する第1及び第2アーム光導波路と、
一方の前記光カプラに備えられた第1ポートと、
他方の前記光カプラに備えられた第2及び第3ポートと、
前記第1及び第2アーム光導波路の一方又は双方に合計j個(jは2以上の整数)設けられた位相調整領域と
を備え、
前記第1ポートから入力される偏波と波長の少なくとも一方が異なる第1〜第j成分光を、設定に応じた分配比で前記第2及び第3ポートから出力させることを特徴とする光干渉器。 It has an optical waveguide composed of a clad and a core provided on the main surface side of the substrate, and the optical waveguide is
Two optical couplers,
First and second arm optical waveguides provided in parallel between the two optical couplers and connecting the two optical couplers;
A first port provided in one of the optical couplers;
Second and third ports provided in the other optical coupler;
A total of j phase adjustment regions (j is an integer of 2 or more) provided in one or both of the first and second arm optical waveguides,
Optical interference characterized in that first to j-th component light having at least one of polarization and wavelength input from the first port is output from the second and third ports at a distribution ratio according to a setting. vessel.
第k位相調整領域(kは1〜jの整数)の光伝搬方向に沿った幾何学的長さLk、前記第i成分光Ciに関する前記第k位相調整領域の等価屈折率nk(Ci)、及び、前記第i成分光Ciに関する干渉次数m(Ci)(m(Ci)は正の実数)が、下記式(1)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の光干渉器。
Geometric length L k along the light propagation direction of the k-th phase adjustment region (k is an integer of 1 to j), and the equivalent refractive index n k of the k-th phase adjustment region with respect to the i-th component light C i C i ) and the interference order m (C i ) (m (C i ) is a positive real number) relating to the i-th component light C i satisfy the following formula (1): The optical interferometer described.
前記第1〜第u光導波路は互いに異なる光路長を有し、
前記第1ポートから、偏波と波長の一方が少なくとも異なる第1〜第r成分光(rは2以上の整数)を含む入力光が入力され、
前記第1〜第u光導波路のそれぞれが第1〜第r位相調整領域を備え、互いに隣接する第v及び第v+1光導波路(vは、1〜u−1の整数)における第1〜第r位相調整領域の長さに応じて、前記第1〜第r成分光をそれぞれ前記第2〜第sポートから出力させることを特徴とする光干渉器。 Two optical couplers, a first to a u-th optical waveguide (u is an integer of 3 or more) provided in parallel between the two optical couplers and connecting the two optical couplers; A first port provided in the optical coupler, and second to s-th ports provided in the other optical coupler (s is an integer of s ≦ u + 1),
The first to u-th optical waveguides have different optical path lengths;
Input light including first to r-th component light (r is an integer of 2 or more) having at least one of polarization and wavelength different from the first port is input.
Each of the first to u-th optical waveguides includes first to r-th phase adjustment regions, and the first to r-th optical waveguides in the v-th and v + 1-th optical waveguides (v is an integer of 1 to u−1) adjacent to each other. An optical interferometer, wherein the first to r-th component lights are output from the second to s-th ports, respectively, according to the length of the phase adjustment region.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016148798A (en) * | 2015-02-13 | 2016-08-18 | 沖電気工業株式会社 | Optical waveguide element |
-
2013
- 2013-03-01 JP JP2013041142A patent/JP2014170073A/en active Pending
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