JP2014211550A - Ring modulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リング変調器に関する。 The present invention relates to a ring modulator.
近年、大容量光通信を実現するために、電気信号を光信号に変換するデバイスである光変調器の小型化、低消費電力化が進められている。従来の主な光変調器として、ＭＺＩ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）変調器や、マイクロリング変調器がある。ＭＺＩ変調器は、作製が容易で、温度安定性も高いが、デバイス長が１００μｍ〜１ｍｍと非常に大きく、消費電力も大きいという問題がある（例えば、非特許文献１参照）。これに対し、マイクロリング共振器を用いた光変調器（マイクロリング変調器）は、直径が５μｍ程度と非常に小型で、消費電力も小さい（例えば、非特許文献２または３参照）。このため、マイクロリング変調器は、小型・低消費電力の光変調器として、最も有望なデバイスであると期待されている。 In recent years, in order to realize large-capacity optical communication, downsizing and low power consumption of an optical modulator, which is a device that converts an electrical signal into an optical signal, have been promoted. Conventional main optical modulators include an MZI (Mach-Zehnder Interferometer) modulator and a microring modulator. The MZI modulator is easy to manufacture and has high temperature stability, but has a problem that the device length is as large as 100 μm to 1 mm and the power consumption is large (see, for example, Non-Patent Document 1). On the other hand, an optical modulator (microring modulator) using a microring resonator is very small with a diameter of about 5 μm and consumes little power (for example, see Non-Patent Document 2 or 3). For this reason, the microring modulator is expected to be the most promising device as a small-sized and low power consumption optical modulator.
従来のマイクロリング変調器を、図１３に示す。図１３に示すように、マイクロリング変調器は、ドロップポートからは、マイクロリング変調器の共振波長と一致する波長を有する光のみが出力される。一方、スルーポートからは、マイクロリング変調器の共振波長と一致しない波長を有する光が出力される。例えば、図１３では、マイクロリング変調器の共振波長がλ１であるため、波長λ１の光がドロップポートから出力され、λ１以外の波長λ２、λ３の光がスルーポートから出力される。マイクロリング変調器は、電気信号によりその共振波長を動的に変化させることができ、ドロップポートおよびスルーポートから出力される光の波長を制御することができる。これを利用することにより、マイクロリング変調器は光変調を実現している。 A conventional microring modulator is shown in FIG. As shown in FIG. 13, the microring modulator outputs only light having a wavelength that matches the resonance wavelength of the microring modulator from the drop port. On the other hand, light having a wavelength that does not match the resonance wavelength of the microring modulator is output from the through port. For example, in Figure 13, the resonance wavelength of the microring modulator is lambda 1, wavelength lambda 1 of the light is output from the drop port, wavelengths other than λ 1 λ 2, λ 3 of light is output from the through port The The microring modulator can dynamically change the resonance wavelength by an electric signal, and can control the wavelength of light output from the drop port and the through port. By utilizing this, the micro ring modulator realizes optical modulation.
実際の光変調器は、図１４に示すように、図１３に示すマイクロリング変調器にマイクロリング共振器を組み合わせた構造を有している。すなわち、マイクロリング変調器からの出力に、マイクロリング共振器によりフィルタをかけるようになっている。図１４に示す一例では、マイクロリング変調器の共振波長を、出力ＯＮのときにはλ１、出力ＯＦＦのときにはλ０となるように設定し、マイクロリング共振器の共振波長をλ１に設定している。これにより、マイクロリング変調器の出力がＯＦＦのときには、マイクロリング変調器とマイクロリング共振器の共振波長が異なるため、受光器には光が入力されず、マイクロリング変調器の出力をＯＮにすると、波長λ１の光が受光器に入力される。 As shown in FIG. 14, the actual optical modulator has a structure in which a microring resonator is combined with the microring modulator shown in FIG. That is, the output from the micro ring modulator is filtered by the micro ring resonator. In the example shown in FIG. 14, the resonance wavelength of the micro-ring modulator is set to be λ 1 when the output is ON and λ 0 when the output is OFF, and the resonance wavelength of the micro-ring resonator is set to λ 1. Yes. As a result, when the output of the microring modulator is OFF, the resonance wavelengths of the microring modulator and the microring resonator are different, so that no light is input to the light receiver, and the output of the microring modulator is turned ON. , Light of wavelength λ 1 is input to the light receiver.
図１４に示すような従来の光変調器では、出力ＯＮ／ＯＦＦの前後のマイクロリング変調器の共振波長の少なくとも一方を厳密に制御して動作させる必要がある。しかしながら、マイクロリング変調器の共振波長は、僅かな作製誤差や温度変化で容易に変化してしまうため、共振波長を厳密に制御することは非常に困難であるという課題があった。このため、従来のマイクロリング変調器には、許容できる製造誤差が極めて小さい、温度安定性が低い、という課題があった。 In the conventional optical modulator as shown in FIG. 14, it is necessary to operate by strictly controlling at least one of the resonance wavelengths of the microring modulator before and after the output ON / OFF. However, since the resonance wavelength of the microring modulator easily changes due to a slight manufacturing error or temperature change, there is a problem that it is very difficult to strictly control the resonance wavelength. For this reason, the conventional microring modulator has the problems that the allowable manufacturing error is extremely small and the temperature stability is low.
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、共振波長を厳密に制御する必要がなく、製造誤差や温度安定性によらず正常に動作することができるリング変調器を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and provides a ring modulator that does not need to strictly control the resonance wavelength and can operate normally regardless of manufacturing errors and temperature stability. For the purpose.
上記目的を達成するために、本発明に係るリング変調器は、第１の光導波路と、一端に光を反射して進行方向を反転させる反射手段を有する第２の光導波路と、前記第１の光導波路および前記第２の光導波路に光結合可能に近接して設けられたリング光導波路と、通過する光に対する前記リング光導波路の相反性と非相反性とを切替可能に設けられた切替手段とを、有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a ring modulator according to the present invention includes a first optical waveguide, a second optical waveguide having reflecting means for reflecting light at one end and reversing the traveling direction, and the first optical waveguide. A ring optical waveguide provided adjacent to the second optical waveguide and the second optical waveguide so as to be optically coupled, and switching provided so as to switch between reciprocity and nonreciprocity of the ring optical waveguide with respect to light passing therethrough Means.
本発明に係るリング変調器で、前記反射手段は、前記第１の光導波路から前記リング光導波路に入力された光が前記第２の光導波路に出力されたとき、その出力光を反射して再び前記リング光導波路に反対回りに入力させるよう設けられていることが好ましい。 In the ring modulator according to the present invention, when the light input from the first optical waveguide to the ring optical waveguide is output to the second optical waveguide, the reflecting means reflects the output light. It is preferable to provide the ring optical waveguide to be inputted in the opposite direction again.
本発明に係るリング変調器は、以下のように作動する。すなわち、第１の光導波路の一端側から光を入力すると、第１の光導波路に光結合可能に近接して設けられたリング光導波路に光が入り、リング光導波路を周回する。このとき、リング光導波路の共振波長と一致する波長を有する光のみが、リング光導波路を周回し、リング光導波路の共振波長と一致しない波長を有する光は、リング光導波路を周回せず、第１の光導波路の他端側に向かって進む。リング光導波路からは、リング光導波路と光結合可能に近接して設けられた第２の光導波路に、リング光導波路の共振波長と一致する波長を有する光が出力される。第２の光導波路に入った光は、その光の進行方向に反射手段を配置することにより、反射手段で反射され、進行方向を反転させて、第２の光導波路をリング光導波路に向かって戻ってくる。戻ってきた光は、再びリング光導波路に反対回りに入り、リング光導波路を反対向きに周回する。このとき、リング光導波路の共振波長と一致する波長を有する光のみが、リング光導波路を周回し、リング光導波路の共振波長と一致しない波長を有する光は、リング光導波路を周回せず、第２の光導波路の反射手段とは反対側に向かって進む。リング光導波路からは、第１の光導波路に、リング光導波路の共振波長と一致する波長を有する光が出力される。第１の光導波路に入った光は、第１の光導波路の一端側に向かって進む。 The ring modulator according to the present invention operates as follows. That is, when light is input from one end side of the first optical waveguide, the light enters the ring optical waveguide provided close to the first optical waveguide so as to be optically coupled, and circulates around the ring optical waveguide. At this time, only light having a wavelength that matches the resonance wavelength of the ring optical waveguide circulates in the ring optical waveguide, and light having a wavelength that does not match the resonance wavelength of the ring optical waveguide does not circulate in the ring optical waveguide, Proceed toward the other end of one optical waveguide. From the ring optical waveguide, light having a wavelength that matches the resonance wavelength of the ring optical waveguide is output to a second optical waveguide that is provided close to the ring optical waveguide so as to be optically coupled. The light that has entered the second optical waveguide is reflected by the reflecting means by disposing the reflecting means in the traveling direction of the light, and the traveling direction is reversed to move the second optical waveguide toward the ring optical waveguide. Come back. The returned light enters the ring optical waveguide again in the opposite direction and goes around the ring optical waveguide in the opposite direction. At this time, only light having a wavelength that matches the resonance wavelength of the ring optical waveguide circulates in the ring optical waveguide, and light having a wavelength that does not match the resonance wavelength of the ring optical waveguide does not circulate in the ring optical waveguide, Proceed toward the opposite side of the reflecting means of the optical waveguide No. 2. From the ring optical waveguide, light having a wavelength that matches the resonance wavelength of the ring optical waveguide is output to the first optical waveguide. The light that has entered the first optical waveguide travels toward one end of the first optical waveguide.
このように、本発明に係るリング変調器は、光がリング光導波路を時計回りに伝搬して共振する場合と、反時計回りに伝搬して共振する場合とがある。また、リング光導波路が相反性のときには、これら２つの共振状態の共振波長は一致し、非相反性のときは一致しない。このため、切替手段により、通過する光に対するリング光導波路を相反性に切り替えることにより、時計回りおよび反時計回りの２つの共振波長が一致して、その共振波長の光を第１の光導波路の一端側に出力することができる。このとき、第２の光導波路の反射手段とは反対側にも、その共振波長の光が出力される。また、切替手段により、通過する光に対するリング光導波路を非相反性に切り替えることにより、第１の光導波路の一端側への光の出力をなくすことができる。このように、本発明に係るリング変調器は、リング光導波路の相反性と非相反性とを切り替えることにより、光変調を実現することができる。なお、リング光導波路の相反性と非相反性とを切り替えることにより、第２の光導波路の反射手段とは反対側への光の出力波長および出力強度も変化させることができる。 Thus, in the ring modulator according to the present invention, there are a case where light propagates in the ring optical waveguide clockwise and resonates, and a case where light propagates counterclockwise and resonates. In addition, when the ring optical waveguide is reciprocal, the resonance wavelengths of these two resonance states match, and when they are nonreciprocal, they do not match. For this reason, by switching the ring optical waveguide with respect to the passing light to reciprocity by the switching means, the two resonance wavelengths, clockwise and counterclockwise, coincide with each other, and the light having the resonance wavelength is transmitted to the first optical waveguide. It can output to one end side. At this time, light having the resonance wavelength is also output to the opposite side of the second optical waveguide from the reflecting means. Further, by switching the ring optical waveguide with respect to the passing light to nonreciprocity by the switching means, it is possible to eliminate the output of light to the one end side of the first optical waveguide. Thus, the ring modulator according to the present invention can realize optical modulation by switching between reciprocity and nonreciprocity of the ring optical waveguide. Note that by switching between reciprocity and nonreciprocity of the ring optical waveguide, the output wavelength and output intensity of the light to the side opposite to the reflecting means of the second optical waveguide can also be changed.
本発明に係るリング変調器は、光変調を実現するために、１つのリング光導波路の相反性と非相反性とを切り替えるだけでよく、共振波長を厳密に制御する必要がない。このため、製造誤差や温度変化による影響を考慮する必要がなく、製造誤差や温度安定性によらず正常に動作することができる。本発明に係るリング変調器で、切替手段は、通過する光に対するリング光導波路の相反性と非相反性とを切替可能であれば、いかなる構成を有していてもよい。なお、本発明に係るリング変調器は、リング光導波路を通過する光の周回方向の共振順序に関係なく、光変調を実現することができる。 The ring modulator according to the present invention only needs to switch reciprocity and nonreciprocity of one ring optical waveguide in order to realize optical modulation, and does not need to strictly control the resonance wavelength. For this reason, it is not necessary to consider the effects of manufacturing errors and temperature changes, and normal operation can be performed regardless of manufacturing errors and temperature stability. In the ring modulator according to the present invention, the switching means may have any configuration as long as the reciprocity and the nonreciprocity of the ring optical waveguide with respect to the passing light can be switched. Note that the ring modulator according to the present invention can realize light modulation regardless of the resonance order in the circulation direction of light passing through the ring optical waveguide.
本発明に係るリング変調器で、前記切替手段は、磁気光学効果を有して、前記リング光導波路に接するよう設けられた磁気効果部と、前記リング光導波路の相反性と非相反性とを切替可能に、前記磁気効果部の磁化を制御するよう設けられた磁化制御手段とを、有することが好ましい。この場合、磁気効果部が磁気光学効果を有しているため、磁化制御手段で磁気効果部の磁化を制御することにより、リング光導波路の相反性と非相反性とを切り替えることができ、リング光導波路を通過する光の周回方向により共振波長を変化させることができる。なお、リング光導波路の相反性と非相反性とを効率良く切替可能に、磁気効果部の磁化の向きが、リング光導波路を通過する光の磁場の向きと平行になるよう構成されていることが好ましい。 In the ring modulator according to the present invention, the switching means has a magneto-optical effect, a magnetic effect portion provided to contact the ring optical waveguide, and reciprocity and non-reciprocity of the ring optical waveguide. It is preferable to have magnetization control means provided to control the magnetization of the magnetic effect portion so as to be switchable. In this case, since the magnetic effect portion has a magneto-optic effect, the reciprocity and non-reciprocity of the ring optical waveguide can be switched by controlling the magnetization of the magnetic effect portion with the magnetization control means. The resonance wavelength can be changed according to the circulation direction of the light passing through the optical waveguide. In addition, the direction of magnetization of the magnetic effect portion is configured to be parallel to the direction of the magnetic field of the light passing through the ring optical waveguide so that the reciprocity and non-reciprocity of the ring optical waveguide can be switched efficiently. Is preferred.
本発明に係るリング変調器で、前記磁化制御手段は、電源部と、前記電源部からの電流を流して、前記磁気効果部に磁場を印加可能に設けられた電気配線とを有していることが好ましい。この場合、電源部から電気配線に電流を流して磁気効果部に磁場を印加することにより、磁気効果部の磁化を制御することができる。 In the ring modulator according to the present invention, the magnetization control means includes a power supply unit, and an electric wiring provided so that a current from the power supply unit can flow and a magnetic field can be applied to the magnetic effect unit. It is preferable. In this case, the magnetization of the magnetic effect part can be controlled by applying a magnetic field to the magnetic effect part by supplying a current from the power supply part to the electrical wiring.
本発明に係るリング変調器で、前記磁気効果部は、ＹＩＧ（イットリウム鉄ガーネット）、Ｃｅ：ＹＩＧ（セリウム置換イットリウム鉄ガーネット）、およびＢｉ：ＹＩＧ（ビスマス置換イットリウム鉄ガーネット）の少なくともいずれか一つを含む材料から成ることが好ましい。この場合、これらの材料の磁気光学効果がある程度大きく、光学損失が少ないため、効率良く光変調を行うことができる。 In the ring modulator according to the present invention, the magnetic effect part is at least one of YIG (yttrium iron garnet), Ce: YIG (cerium substituted yttrium iron garnet), and Bi: YIG (bismuth substituted yttrium iron garnet). It is preferable to consist of the material containing. In this case, since the magneto-optic effect of these materials is large to some extent and the optical loss is small, light modulation can be performed efficiently.
本発明に係るリング変調器で、前記磁気効果部は、磁気光学効果を有して、前記リング光導波路の外周に沿って設けられた外部磁気効果部と、磁気光学効果を有して、前記リング光導波路の内周に沿って設けられた内部磁気効果部とを有し、前記磁化制御手段は、電流の方向を切替可能に設けられた電源部と、前記電源部からの電流を流して、前記磁気効果部に磁場を印加可能に、前記内部磁気効果部の内周に沿って設けられた電気配線とを有し、前記電気配線を流れる電流の方向を切り替えることにより、前記内部磁気効果部の磁化方向を、前記外部磁気効果部の磁化方向とその反対方向とに切替可能に構成されていてもよい。この場合、効率良く光変調を行うことができる。 In the ring modulator according to the present invention, the magnetic effect part has a magneto-optical effect, and has an external magnetic effect part provided along an outer periphery of the ring optical waveguide, and has a magneto-optical effect, An internal magnetic effect unit provided along the inner periphery of the ring optical waveguide, and the magnetization control unit is configured to supply a current from the power supply unit, a power supply unit provided to be capable of switching a current direction, The internal magnetic effect portion by switching a direction of a current flowing through the electrical wiring, the electrical wiring provided along an inner periphery of the internal magnetic effect portion so that a magnetic field can be applied to the magnetic effect portion. The magnetization direction of the portion may be switchable between the magnetization direction of the external magnetic effect portion and the opposite direction. In this case, light modulation can be performed efficiently.
この場合、特に、前記第１の光導波路、前記第２の光導波路および前記リング光導波路は、幅が２００ｎｍ乃至５００ｎｍ、厚さが２００ｎｍ乃至５００ｎｍであり、前記リング光導波路は、直径が４μｍ乃至６μｍであり、前記外部磁気効果部および前記内部磁気効果部は、幅が１００ｎｍ乃至５００ｎｍ、厚さが２００ｎｍ乃至５００ｎｍであり、前記電気配線は、幅が０．８μｍ乃至１．５μｍ、厚さが０．８μｍ乃至１．５μｍであることが好ましい。この場合、特に効率良く光変調を行うことができる。 In this case, in particular, the first optical waveguide, the second optical waveguide, and the ring optical waveguide have a width of 200 nm to 500 nm and a thickness of 200 nm to 500 nm, and the ring optical waveguide has a diameter of 4 μm to 4 μm. The external magnetic effect part and the internal magnetic effect part have a width of 100 nm to 500 nm and a thickness of 200 nm to 500 nm, and the electrical wiring has a width of 0.8 μm to 1.5 μm and a thickness of 6 μm. The thickness is preferably 0.8 μm to 1.5 μm. In this case, light modulation can be performed particularly efficiently.
本発明に係るリング変調器は、前記第１の光導波路から前記リング光導波路に光を入力するときの、前記リング光導波路より上流側の前記第１の光導波路に設けられた光サーキュレータと、前記第１の光導波路に対して前記光サーキュレータから枝分かれして伸びる出力光導波路とを有し、前記光サーキュレータは、前記第１の光導波路を前記リング光導波路に向かう光を通過させ、前記リング光導波路から来た光を前記出力光導波路に流すよう構成されていることが好ましい。この場合、光サーキュレータとは反対側の出力光導波路の端部に受光器を設けることにより、変調された光のみを受光器に導くことができる。 The ring modulator according to the present invention comprises an optical circulator provided in the first optical waveguide upstream of the ring optical waveguide when light is input from the first optical waveguide to the ring optical waveguide; An output optical waveguide that branches and extends from the optical circulator with respect to the first optical waveguide, and the optical circulator passes the light toward the ring optical waveguide through the first optical waveguide, and the ring It is preferable that the light coming from the optical waveguide is configured to flow through the output optical waveguide. In this case, by providing a light receiver at the end of the output optical waveguide opposite to the optical circulator, only the modulated light can be guided to the light receiver.
本発明によれば、共振波長を厳密に制御する必要がなく、製造誤差や温度安定性によらず正常に動作することができるリング変調器を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a ring modulator that does not need to strictly control the resonance wavelength and can operate normally regardless of manufacturing errors and temperature stability.
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図１２は、本発明の実施の形態のリング変調器を示している。
図１に示すように、リング変調器１０は、ＳｉＯ２製の埋め込み酸化膜（ＢＯＸ；Ｂｕｒｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ）１１上に形成されており、第１の光導波路１２と第２の光導波路１３とリング光導波路１４と切替手段１５とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 12 show a ring modulator according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the ring modulator 10 is formed on a buried oxide film (BOX) 11 made of SiO 2 , and includes a first optical waveguide 12, a second optical waveguide 13, and a ring light. A waveguide 14 and switching means 15 are provided.
第１の光導波路１２および第２の光導波路１３は、シリコン製で直線状を成し、互いに平行に配置されている。図１（ａ）に示すように、第２の光導波路１３は、一端に、光を反射して進行方向を反転させる反射手段２１を有している。反射手段２１は、ミラーから成っている。なお、第１の光導波路１２は、第２の光導波路１３の反射手段２１が設けられた一端と同じ側の端部から、光を入射するよう構成されている。 The first optical waveguide 12 and the second optical waveguide 13 are made of silicon, are linear, and are arranged in parallel to each other. As shown in FIG. 1A, the second optical waveguide 13 has, at one end, a reflecting means 21 that reflects light and reverses the traveling direction. The reflection means 21 consists of a mirror. The first optical waveguide 12 is configured to receive light from an end portion on the same side as one end where the reflecting means 21 of the second optical waveguide 13 is provided.
図１に示すように、リング光導波路１４は、シリコン製で、平面形状が円形を成し、第１の光導波路１２と第２の光導波路１３との間に配置されている。リング光導波路１４は、一部が第１の光導波路１２および第２の光導波路１３に近接して配置され、その近接位置でそれぞれ第１の光導波路１２および第２の光導波路１３に光結合可能に構成されている。なお、リング光導波路１４は、平面形状が円形に限らず、周回経路であればよく、例えば、楕円形であっても、半円と直線とを組み合わせたオーバルトラックのような形状であってもよい。 As shown in FIG. 1, the ring optical waveguide 14 is made of silicon, has a circular planar shape, and is disposed between the first optical waveguide 12 and the second optical waveguide 13. A part of the ring optical waveguide 14 is disposed close to the first optical waveguide 12 and the second optical waveguide 13, and is optically coupled to the first optical waveguide 12 and the second optical waveguide 13, respectively, at the adjacent positions. It is configured to be possible. The ring optical waveguide 14 is not limited to a circular plane shape, and may be a circular path. For example, the ring optical waveguide 14 may have an elliptical shape or an oval track shape that combines a semicircle and a straight line. Good.
切替手段１５は、磁気効果部２２と磁化制御手段２３とを有している。磁気効果部２２は、Ｃｅ：ＹＩＧ製で、磁気光学効果を有している。磁気効果部２２は、リング光導波路１４の外周に沿って環状に設けられた外部磁気効果部２２ａと、リング光導波路１４の内周に沿って環状に設けられた内部磁気効果部２２ｂとを有している。外部磁気効果部２２ａおよび内部磁気効果部２２ｂは、それぞれリング光導波路１４の外周面および内周面に接するよう設けられている。なお、図１に示す具体的な一例では、外部磁気効果部２２ａは、リング光導波路１４を通過する光の磁場の向きと平行になるよう、埋め込み酸化膜１１の設置面に対して上向きに磁化されている。また、磁気効果部２２は、磁気光学効果がある程度大きく、光学損失が少ないものであれば、いかなる材料から成っていてもよく、Ｃｅ：ＹＩＧ製に限らず、例えば、ＹＩＧ製であっても、Ｂｉ：ＹＩＧ製であってもよい。 The switching unit 15 includes a magnetic effect unit 22 and a magnetization control unit 23. The magnetic effect part 22 is made of Ce: YIG and has a magneto-optical effect. The magnetic effect part 22 has an external magnetic effect part 22 a provided in an annular shape along the outer periphery of the ring optical waveguide 14, and an internal magnetic effect part 22 b provided in an annular shape along the inner periphery of the ring optical waveguide 14. doing. The external magnetic effect part 22a and the internal magnetic effect part 22b are provided in contact with the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the ring optical waveguide 14, respectively. In the specific example shown in FIG. 1, the external magnetic effect part 22 a is magnetized upward with respect to the installation surface of the buried oxide film 11 so as to be parallel to the direction of the magnetic field of the light passing through the ring optical waveguide 14. Has been. In addition, the magnetic effect portion 22 may be made of any material as long as the magneto-optical effect is large to some extent and the optical loss is small, and is not limited to Ce: YIG, for example, YIG Bi: YIG may be used.
磁化制御手段２３は、電流の方向を切替可能に設けられた電源部（図示せず）と、電源部からの電流を流す銅製の電気配線２３ａとを有している。電気配線２３ａは、内部磁気効果部２２ｂに磁場を印加可能に、内部磁気効果部２２ｂの内周に沿って設けられている。図１（ａ）に示すように、電気配線２３ａは、内部磁気効果部２２ｂの内周から、リング光導波路１４、外部磁気効果部２２ａおよび内部磁気効果部２２ｂの上を通して電源部まで配線されている。磁化制御手段２３は、電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、内部磁気効果部２２ｂの磁化方向を、図１（ｂ）に示す外部磁気効果部２２ａの磁化方向（上向き）と、図１（ｃ）に示すその反対方向（下向き）とに切替可能に構成されている。 The magnetization control means 23 has a power supply part (not shown) provided so that the direction of the current can be switched, and a copper electrical wiring 23a for passing a current from the power supply part. The electrical wiring 23a is provided along the inner periphery of the internal magnetic effect part 22b so that a magnetic field can be applied to the internal magnetic effect part 22b. As shown in FIG. 1A, the electrical wiring 23a is wired from the inner periphery of the internal magnetic effect part 22b to the power supply part through the ring optical waveguide 14, the external magnetic effect part 22a, and the internal magnetic effect part 22b. Yes. The magnetization control means 23 switches the direction of the current flowing through the electric wiring 23a, thereby changing the magnetization direction of the internal magnetic effect part 22b to the magnetization direction (upward) of the external magnetic effect part 22a shown in FIG. It is configured to be switchable in the opposite direction (downward) shown in FIG.
これにより、切替手段１５は、リング光導波路１４を通過する光の周回方向により共振波長を変化させるようになっている。すなわち、切替手段１５は、図１（ｂ）に示す、外部磁気効果部２２ａの磁化方向と内部磁気効果部２２ｂの磁化方向とが同じ方向の、通過する光に対するリング光導波路１４の相反性の状態と、図１（ｃ）に示す、外部磁気効果部２２ａの磁化方向と内部磁気効果部２２ｂの磁化方向とが反対方向の、リング光導波路１４の非相反性の状態とを切替可能になっている。 Thereby, the switching means 15 changes the resonance wavelength according to the circulation direction of the light passing through the ring optical waveguide 14. That is, the switching means 15 has the reciprocity of the ring optical waveguide 14 with respect to light passing therethrough in which the magnetization direction of the external magnetic effect portion 22a and the magnetization direction of the internal magnetic effect portion 22b are the same as shown in FIG. It is possible to switch between the state and the nonreciprocal state of the ring optical waveguide 14 in which the magnetization direction of the external magnetic effect part 22a and the magnetization direction of the internal magnetic effect part 22b are opposite to each other as shown in FIG. ing.
なお、具体的な一例では、第１の光導波路１２、第２の光導波路１３およびリング光導波路１４は、幅が２００ｎｍ乃至５００ｎｍ、厚さが２００ｎｍ乃至５００ｎｍである。リング光導波路１４は、直径が４μｍ乃至６μｍである。外部磁気効果部２２ａおよび内部磁気効果部２２ｂは、幅が１００ｎｍ乃至５００ｎｍ、厚さが２００ｎｍ乃至５００ｎｍである。電気配線２３ａは、幅が０．８μｍ乃至１．５μｍ、厚さが０．８μｍ乃至１．５μｍである。 In a specific example, the first optical waveguide 12, the second optical waveguide 13, and the ring optical waveguide 14 have a width of 200 nm to 500 nm and a thickness of 200 nm to 500 nm. The ring optical waveguide 14 has a diameter of 4 μm to 6 μm. The external magnetic effect part 22a and the internal magnetic effect part 22b have a width of 100 nm to 500 nm and a thickness of 200 nm to 500 nm. The electric wiring 23a has a width of 0.8 μm to 1.5 μm and a thickness of 0.8 μm to 1.5 μm.
次に、作用について説明する。
リング変調器１０は、以下のように作動する。すなわち、第１の光導波路１２の一端側から光を入力すると、第１の光導波路１２に光結合可能に近接して設けられたリング光導波路１４に光が入り、リング光導波路１４を周回する。このとき、リング光導波路１４の共振波長と一致する波長を有する光のみが、リング光導波路１４を周回し、リング光導波路１４の共振波長と一致しない波長を有する光は、リング光導波路１４を周回せず、第１の光導波路１２の他端側に向かって進む。リング光導波路１４からは、リング光導波路１４と光結合可能に近接して設けられた第２の光導波路１３に、リング光導波路１４の共振波長と一致する波長を有する光が出力される。第２の光導波路１３に入った光は、第２の光導波路１３の一端側に向かって進み、反射手段２１で反射され、進行方向を反転させて、第２の光導波路１３をリング光導波路１４に向かって戻ってくる。戻ってきた光は、再びリング光導波路１４に反対回りに入り、リング光導波路１４を反対向きに周回する。このとき、リング光導波路１４の共振波長と一致する波長を有する光のみが、リング光導波路１４を周回し、リング光導波路１４の共振波長と一致しない波長を有する光は、リング光導波路１４を周回せず、第２の光導波路１３の反射手段２１とは反対側に向かって進む。リング光導波路１４からは、第１の光導波路１２に、リング光導波路１４の共振波長と一致する波長を有する光が出力される。第１の光導波路１２に入った光は、第１の光導波路１２の一端側に向かって進む。
Next, the operation will be described.
The ring modulator 10 operates as follows. That is, when light is input from one end side of the first optical waveguide 12, the light enters the ring optical waveguide 14 provided close to the first optical waveguide 12 so as to be optically coupled, and circulates around the ring optical waveguide 14. . At this time, only light having a wavelength that matches the resonance wavelength of the ring optical waveguide 14 circulates in the ring optical waveguide 14, and light having a wavelength that does not match the resonance wavelength of the ring optical waveguide 14 circulates in the ring optical waveguide 14. Instead, the process proceeds toward the other end of the first optical waveguide 12. From the ring optical waveguide 14, light having a wavelength that matches the resonance wavelength of the ring optical waveguide 14 is output to the second optical waveguide 13 that is provided close to the ring optical waveguide 14 so as to be optically coupled. The light that has entered the second optical waveguide 13 travels toward one end of the second optical waveguide 13, is reflected by the reflecting means 21, reverses the traveling direction, and makes the second optical waveguide 13 a ring optical waveguide. Come back to 14. The returned light again enters the ring optical waveguide 14 in the opposite direction and circulates around the ring optical waveguide 14 in the opposite direction. At this time, only light having a wavelength that matches the resonance wavelength of the ring optical waveguide 14 circulates in the ring optical waveguide 14, and light having a wavelength that does not match the resonance wavelength of the ring optical waveguide 14 circulates in the ring optical waveguide 14. Without proceeding, the second optical waveguide 13 proceeds toward the side opposite to the reflecting means 21. From the ring optical waveguide 14, light having a wavelength that matches the resonance wavelength of the ring optical waveguide 14 is output to the first optical waveguide 12. The light that has entered the first optical waveguide 12 travels toward one end of the first optical waveguide 12.
このように、リング変調器１０は、光がリング光導波路１４を時計回りに伝搬して共振する場合と、反時計回りに伝搬して共振する場合とがある。図２（ａ）に示すように、切替手段１５によりリング光導波路１４を相反性に切り替えることにより、時計回りの光（ドロップ光）の共振波長λ０と、反時計回りの光（ドロップ光）の共振波長λ０とが一致して、その共振波長λ０の光（ドロップ−ドロップ光）を第１の光導波路１２の一端側に出力することができる。また、図２（ｂ）に示すように、切替手段１５によりリング光導波路１４を非相反性に切り替えることにより、時計回りの光（ドロップ光）の共振波長λ１と、反時計回りの光（ドロップ光）の共振波長λ２とが一致せず、第１の光導波路１２の一端側への光（ドロップ−ドロップ光）の出力をなくすことができる。このように、リング変調器１０は、リング光導波路１４の相反性と非相反性とを切り替えることにより、光変調を実現することができる。なお、リング光導波路１４の相反性と非相反性とを切り替えることにより、第２の光導波路１３の他端側への光の出力波長および出力強度も変化させることができる。 Thus, the ring modulator 10 has a case where light propagates in the ring optical waveguide 14 clockwise and resonates, and a case where light propagates counterclockwise and resonates. As shown in FIG. 2A, by switching the ring optical waveguide 14 to the reciprocity by the switching means 15, the resonance wavelength λ 0 of the clockwise light (dropped light) and the counterclockwise light (dropped light). resonance wavelength lambda 0 and is consistent in its resonance wavelength lambda 0 of the light - it is possible to output a (drop dropped light) on one end side of the first optical waveguide 12. Further, as shown in FIG. 2B, by switching the ring optical waveguide 14 to nonreciprocity by the switching means 15, the resonance wavelength λ 1 of clockwise light (dropped light) and the counterclockwise light ( The resonance wavelength λ 2 of the (dropped light) does not match, and the output of light (drop-dropped light) to the one end side of the first optical waveguide 12 can be eliminated. As described above, the ring modulator 10 can realize light modulation by switching between reciprocity and nonreciprocity of the ring optical waveguide 14. Note that by switching between reciprocity and non-reciprocity of the ring optical waveguide 14, the output wavelength and output intensity of light to the other end side of the second optical waveguide 13 can also be changed.
このように、リング変調器１０は、光変調を実現するために、１つのリング光導波路１４の相反性と非相反性とを切り替えるだけでよく、共振波長を厳密に制御する必要がない。このため、製造誤差や温度変化による影響を考慮する必要がなく、製造誤差や温度安定性によらず正常に動作することができる。 As described above, the ring modulator 10 only needs to switch the reciprocity and the nonreciprocity of one ring optical waveguide 14 in order to realize optical modulation, and does not need to strictly control the resonance wavelength. For this reason, it is not necessary to consider the effects of manufacturing errors and temperature changes, and normal operation can be performed regardless of manufacturing errors and temperature stability.
なお、図３に示すように、リング変調器１０は、第１の光導波路１２の一端側に設けられた光サーキュレータ３１と、第１の光導波路１２に対して光サーキュレータ３１から枝分かれして伸びる出力光導波路３２とを有し、光サーキュレータ３１は、第１の光導波路１２をリング光導波路１４に向かう光を通過させ、リング光導波路１４から来た光を出力光導波路３２に流すよう構成されていてもよい。この場合、光サーキュレータ３１とは反対側の出力光導波路３２の端部に受光器３３を設けることにより、変調された光のみを受光器３３に導くことができる。 As shown in FIG. 3, the ring modulator 10 extends from the optical circulator 31 provided on one end side of the first optical waveguide 12 and branches from the optical circulator 31 with respect to the first optical waveguide 12. The optical circulator 31 includes an output optical waveguide 32, and the optical circulator 31 is configured to pass the light directed to the ring optical waveguide 14 through the first optical waveguide 12 and flow the light coming from the ring optical waveguide 14 to the output optical waveguide 32. It may be. In this case, only the modulated light can be guided to the light receiver 33 by providing the light receiver 33 at the end of the output optical waveguide 32 opposite to the optical circulator 31.
また、リング変調器１０は、第２の光導波路１３の他端側からの光（ドロップ−スルー光）の出力を利用して光変調を行ってもよい。この場合、リング光導波路１４を相反性に切り替えることにより、リング光導波路１４の時計回りの共振波長λ０の光が、反射手段２１により反射されたのち、リング光導波路１４に入って反時計回りに周回し第１の光導波路に出力されるため、第２の光導波路１３の他端側から出力される光（ドロップ−スルー光）の強度は弱くなる。なお、微弱に出力される光の波長は共振波長λ０となる。また、リング光導波路１４を非相反性に切り替えることにより、リング光導波路１４の時計回りの共振波長λ１の光が、反射手段２１により反射されたのち、リング光導波路１４で周回せず第２の光導波路１３の他端側に出力されるため、第２の光導波路１３の他端側から出力される光（ドロップ−スルー光）の強度は強くなる。なお、出力される光の波長は共振波長λ１となる。また、この場合、第２の光導波路１３の他端の延長上に受光器３３を設ければよく、光サーキュレータ３１は不要である。 Further, the ring modulator 10 may perform light modulation by using the output of light (drop-through light) from the other end side of the second optical waveguide 13. In this case, by switching the ring optical waveguide 14 to reciprocity, the light having the clockwise resonance wavelength λ 0 of the ring optical waveguide 14 is reflected by the reflecting means 21 and then enters the ring optical waveguide 14 and counterclockwise. , The intensity of the light (drop-through light) output from the other end of the second optical waveguide 13 is weakened. Note that the wavelength of the weakly output light is the resonance wavelength λ 0 . In addition, by switching the ring optical waveguide 14 to nonreciprocal, the light having the clockwise resonance wavelength λ 1 of the ring optical waveguide 14 is reflected by the reflecting means 21 and then does not circulate around the ring optical waveguide 14. Therefore, the intensity of the light (drop-through light) output from the other end side of the second optical waveguide 13 is increased. The wavelength of the light output is a resonance wavelength lambda 1. In this case, the light receiver 33 may be provided on the extension of the other end of the second optical waveguide 13, and the optical circulator 31 is unnecessary.
また、図４に示すように、リング変調器１０は、外部磁気効果部２２ａを有さず、磁化制御手段２３が、電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、図４（ｂ）に示す内部磁気効果部２２ｂの磁化をなくす状態（相反性）と、図４（ｃ）に示す内部磁気効果部２２ｂの磁化を発生させる状態（非相反性）とを切替可能に構成されていてもよい。発生させる内部磁気効果部２２ｂの磁化の方向は、どちら向きでもよい。 Further, as shown in FIG. 4, the ring modulator 10 does not have the external magnetic effect part 22a, and the magnetization control means 23 switches the direction of the current flowing through the electric wiring 23a, so that FIG. Even if it is configured to be able to switch between a state (reciprocity) in which the magnetization of the internal magnetic effect portion 22b shown in FIG. 4 is eliminated and a state (nonreciprocity) in which the magnetization of the internal magnetic effect portion 22b shown in FIG. Good. The direction of magnetization of the generated internal magnetic effect part 22b may be either direction.
また、図５に示すように、リング変調器１０は、内部磁気効果部２２ｂを有さず、磁化制御手段２３が、電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、図５（ｂ）に示す外部磁気効果部２２ａの磁化をなくす状態（相反性）と、図５（ｃ）に示す外部磁気効果部２２ａの磁化を発生させる状態（非相反性）とを切替可能に構成されていてもよい。発生させる外部磁気効果部２２ａの磁化の方向は、どちら向きでもよい。 Further, as shown in FIG. 5, the ring modulator 10 does not have the internal magnetic effect part 22b, and the magnetization control means 23 switches the direction of the current flowing through the electric wiring 23a, so that FIG. Even if it is configured to be able to switch between a state in which the magnetization of the external magnetic effect part 22a shown (reciprocity) is eliminated and a state in which the magnetization of the external magnetic effect part 22a shown in FIG. 5C is generated (nonreciprocity) Good. The direction of magnetization of the external magnetic effect part 22a to be generated may be either direction.
また、図６に示すように、リング変調器１０は、内部磁気効果部２２ｂを有さず、外部磁気効果部２２ａが２つから成り、それぞれリング光導波路１４の中心に対して対称な位置に設けられ、電気配線２３ａが一方の外部磁気効果部２２ａの外周に沿って設けられており、磁化制御手段２３が、電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、図６（ｂ）に示す各外部磁気効果部２２ａの磁化方向が反対になる状態（相反性）と、図６（ｃ）に示す各外部磁気効果部２２ａの磁化方向が同じになる状態（非相反性）とを切替可能に構成されていてもよい。この場合、各外部磁気効果部２２ａの磁化方向が反対になったとき、各外部磁気効果部２２ａで発生する非相反性が打ち消されて相反性の状態になり、各外部磁気効果部２２ａの磁化方向が同じになったとき、各外部磁気効果部２２ａで発生する非相反性が強め合う状態になる。 Further, as shown in FIG. 6, the ring modulator 10 does not have the internal magnetic effect part 22 b and includes two external magnetic effect parts 22 a, which are symmetrically positioned with respect to the center of the ring optical waveguide 14. 6B, the electric wiring 23a is provided along the outer periphery of one of the external magnetic effect portions 22a, and the magnetization control means 23 switches the direction of the current flowing through the electric wiring 23a. Switchable between a state (reciprocity) in which the magnetization direction of each external magnetic effect part 22a is reversed and a state (nonreciprocity) in which the magnetization direction of each external magnetic effect part 22a shown in FIG. 6 (c) is the same. It may be configured. In this case, when the magnetization direction of each external magnetic effect part 22a is reversed, the nonreciprocity generated in each external magnetic effect part 22a is canceled and the reciprocal state is obtained, and the magnetization of each external magnetic effect part 22a When the directions become the same, the nonreciprocity generated in each external magnetic effect part 22a is in a state of strengthening each other.
また、図７に示すように、リング変調器１０は、内部磁気効果部２２ｂを有さず、外部磁気効果部２２ａが２つから成り、それぞれリング光導波路１４の中心に対して対称な位置に設けられ、２つの電気配線２３ａが各外部磁気効果部２２ａの外周に沿って設けられており、磁化制御手段２３が、各電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、図７（ｂ）に示す各外部磁気効果部２２ａの磁化をなくす状態（相反性）と、図７（ｃ）に示す各外部磁気効果部２２ａの磁化方向が同じになる状態（非相反性）とを切替可能に構成されていてもよい。この場合、各外部磁気効果部２２ａの磁化方向が同じになったとき、各外部磁気効果部２２ａで発生する非相反性が強め合う状態になる。このとき発生させる各外部磁気効果部２２ａの磁化の方向は、どちら向きでもよい。 Further, as shown in FIG. 7, the ring modulator 10 does not have the internal magnetic effect part 22 b and is composed of two external magnetic effect parts 22 a, which are symmetrically positioned with respect to the center of the ring optical waveguide 14. The two electric wirings 23a are provided along the outer periphery of each external magnetic effect portion 22a, and the magnetization control means 23 switches the direction of the current flowing through each electric wiring 23a, so that FIG. It is possible to switch between a state (reciprocity) in which the magnetization of each external magnetic effect portion 22a shown in FIG. 7 is eliminated and a state (nonreciprocity) in which the magnetization directions of each external magnetic effect portion 22a shown in FIG. It may be configured. In this case, when the magnetization directions of the external magnetic effect portions 22a are the same, the nonreciprocity generated in the external magnetic effect portions 22a is intensified. The direction of magnetization of each external magnetic effect portion 22a generated at this time may be either direction.
また、図８に示すように、リング変調器１０は、外部磁気効果部２２ａを有さず、内部磁気効果部２２ｂが２つから成り、それぞれリング光導波路１４の中心に対して対称な位置に設けられ、電気配線２３ａが一方の内部磁気効果部２２ｂの内周に沿って設けられており、磁化制御手段２３が、電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、図８（ｂ）に示す各内部磁気効果部２２ｂの磁化方向が反対になる状態（相反性）と、図８（ｃ）に示す各内部磁気効果部２２ｂの磁化方向が同じになる状態（非相反性）とを切替可能に構成されていてもよい。この場合、各内部磁気効果部２２ｂの磁化方向が反対になったとき、各内部磁気効果部２２ｂで発生する非相反性が打ち消されて相反性の状態になり、各内部磁気効果部２２ｂの磁化方向が同じになったとき、各内部磁気効果部２２ｂで発生する非相反性が強め合う状態になる。 Further, as shown in FIG. 8, the ring modulator 10 does not have the external magnetic effect part 22a, but has two internal magnetic effect parts 22b, which are respectively symmetrical with respect to the center of the ring optical waveguide 14. The electric wiring 23a is provided along the inner circumference of one of the internal magnetic effect portions 22b, and the magnetization control means 23 switches the direction of the current flowing through the electric wiring 23a, so that FIG. The state in which the magnetization directions of the internal magnetic effect portions 22b shown in FIG. 8 are opposite (reciprocity) and the state in which the magnetization directions of the internal magnetic effect portions 22b shown in FIG. 8C are the same (nonreciprocity) are switched. It may be configured to be possible. In this case, when the magnetization directions of the internal magnetic effect portions 22b are reversed, the non-reciprocity generated in the internal magnetic effect portions 22b is canceled out to be in a reciprocal state, and the magnetizations of the internal magnetic effect portions 22b are When the directions are the same, the nonreciprocity generated in each internal magnetic effect portion 22b is intensified.
また、図９に示すように、リング変調器１０は、磁気効果部２２がリング光導波路１４の上面に沿って環状に設けられ、電気配線２３ａが磁気効果部２２の上面に沿って設けられており、磁化制御手段２３が、電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、図９（ｂ）に示す磁気効果部２２の磁化をなくす状態（相反性）と、図９（ｃ）に示す磁気効果部２２に磁化を発生させる状態（非相反性）とを切替可能に構成されていてもよい。発生させる磁気効果部２２の磁化の方向は、どちら向きでもよい。 As shown in FIG. 9, the ring modulator 10 includes a magnetic effect portion 22 provided in a ring shape along the upper surface of the ring optical waveguide 14, and an electrical wiring 23 a provided along the upper surface of the magnetic effect portion 22. The state (reciprocity) in which the magnetization of the magnetic effect portion 22 shown in FIG. 9B is eliminated by switching the direction of the current flowing through the electric wiring 23a by the magnetization control means 23, as shown in FIG. 9C. The state in which magnetization is generated in the magnetic effect part 22 (nonreciprocity) may be configured to be switchable. The direction of magnetization of the magnetic effect part 22 to be generated may be either direction.
また、図１０に示すように、リング変調器１０は、磁気効果部２２が２つから成り、それぞれリング光導波路１４の上面に沿って、リング光導波路１４の中心に対して対称な位置に設けられ、電気配線２３ａが一方の磁気効果部２２の上面に沿って設けられており、磁化制御手段２３が、電気配線２３ａを流れる電流の方向を切り替えることにより、図１０（ｂ）に示す各磁気効果部２２の磁化方向が、光の進行方向から見て反対になる状態（相反性）と、図１０（ｃ）に示す各磁気効果部２２の磁化方向が、光の進行方向から見て同じになる状態（非相反性）とを切替可能に構成されていてもよい。この場合、各磁気効果部２２の磁化方向が反対になったとき、各磁気効果部２２で発生する非相反性が打ち消されて相反性の状態になり、各磁気効果部２２の磁化方向が同じになったとき、各磁気効果部２２で発生する非相反性が強め合う状態になる。 Further, as shown in FIG. 10, the ring modulator 10 includes two magnetic effect portions 22, and is provided at positions symmetrical to the center of the ring optical waveguide 14 along the upper surface of the ring optical waveguide 14. The electrical wiring 23a is provided along the upper surface of one of the magnetic effect portions 22, and the magnetization control means 23 switches the direction of the current flowing through the electrical wiring 23a, so that each magnet shown in FIG. The state (reciprocity) in which the magnetization direction of the effect portion 22 is opposite when viewed from the traveling direction of light is the same as the magnetization direction of each magnetic effect portion 22 shown in FIG. 10C when viewed from the traveling direction of light. It may be configured to be able to switch between a state (non-reciprocity). In this case, when the magnetization directions of the magnetic effect portions 22 are reversed, the non-reciprocity generated in the magnetic effect portions 22 is canceled and the reciprocity state occurs, and the magnetization directions of the magnetic effect portions 22 are the same. When this occurs, the non-reciprocity generated in each magnetic effect portion 22 becomes intensified.
図４乃至図１０に示すリング変調器１０でも、図１に示すリング変調器１０と同様に、切替手段１５でリング光導波路１４の相反性と非相反性とを切り替えることにより、光変調を実現することができる。リング変調器１０で、切替手段１５は、図１、図４乃至図１０に示す構成に限らず、通過する光に対するリング光導波路１４の相反性と非相反性とを切替可能であれば、他の構成を有していてもよい。 In the ring modulator 10 shown in FIGS. 4 to 10, similarly to the ring modulator 10 shown in FIG. 1, the light modulation is realized by switching the reciprocity and the nonreciprocity of the ring optical waveguide 14 by the switching unit 15. can do. In the ring modulator 10, the switching means 15 is not limited to the configuration shown in FIGS. 1 and 4 to 10, but can be switched as long as the reciprocity and the nonreciprocity of the ring optical waveguide 14 with respect to the passing light can be switched. You may have the structure of.
図５に示すリング変調器１０の動作について、ＦＤＴＤ法（Ｆｉｎｉｔｅ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ ｍｅｔｈｏｄ）を用いたシミュレーションにより、検証を行った。シミュレーションでは、磁気効果部２２の材料であるＣｅ：ＹＩＧの一般的な光学特性を用いた。また、リング光導波路１４の直径を、５μｍとした。シミュレーション結果のうち、非相反性状態のときの、リング光導波路１４を時計回りで周回したときのスルー光およびドロップ光、ならびに、反時計回りで周回したときのスルー光およびドロップ光のスペクトルを、図１１に示す。また、相反性状態および非相反性状態のときの、ドロップ−ドロップ光のスペクトルを、図１２に示す。 The operation of the ring modulator 10 shown in FIG. 5 was verified by a simulation using the FDTD method (Finite-difference time-domain method). In the simulation, general optical characteristics of Ce: YIG, which is the material of the magnetic effect part 22, were used. The diameter of the ring optical waveguide 14 was 5 μm. Among the simulation results, the spectrum of the through light and the drop light when the ring optical waveguide 14 is rotated clockwise in the nonreciprocal state, and the spectrum of the through light and the drop light when rotated counterclockwise, As shown in FIG. FIG. 12 shows the spectrum of drop-drop light in the reciprocal state and the non-reciprocal state.
図１１に示すように、非相反性状態のときには、周回方向によりリング光導波路１４の共振波長が異なることが確認された。また、リング光導波路１４の共振波長で、ドロップ光の強度が上昇することも確認できた。なお、このときのＱ値は約９０００であった。また、図１２に示すように、相反性状態のときには、リング光導波路１４の共振波長で、ドロップ−ドロップ光の光強度が顕著に上昇することも確認できた。また、非相反性状態のときには、ドロップ−ドロップ光がほとんど確認できなかった。なお、このときの消光比は１０ｄＢであった。 As shown in FIG. 11, in the nonreciprocal state, it was confirmed that the resonance wavelength of the ring optical waveguide 14 differs depending on the direction of rotation. It was also confirmed that the drop light intensity increased at the resonance wavelength of the ring optical waveguide 14. The Q value at this time was about 9000. Further, as shown in FIG. 12, it was confirmed that the light intensity of the drop-drop light significantly increased at the resonance wavelength of the ring optical waveguide 14 in the reciprocal state. Further, in the nonreciprocal state, almost no drop-drop light could be confirmed. The extinction ratio at this time was 10 dB.
このように、リング変調器１０は、直径５μｍで、消光比１０ｄＢが得られており、小型でも高精度で光変調可能であるといえる。また、スイッチングエネルギーを計算すると、１０．７ｆＪ／ｂｉｔであった。これは、従来のマイクロリング変調器１０を利用した光変調器のスイッチングエネルギーの数十ｆＪ／ｂｉｔと比べても小さくなっており、リング変調器１０は低消費電力であるといえる。このように、リング変調器１０は、小型・低消費電力であることから、今後、ＬＳＩチップ内やチップ間などの短距離光配線を実現する上で、非常に有望なデバイスであるといえる。 Thus, the ring modulator 10 has a diameter of 5 μm and an extinction ratio of 10 dB, and can be said to be capable of optical modulation with high accuracy even if it is small. The switching energy was calculated to be 10.7 fJ / bit. This is smaller than the switching energy of several tens of fJ / bit of the optical modulator using the conventional micro ring modulator 10, and it can be said that the ring modulator 10 has low power consumption. Thus, since the ring modulator 10 is small in size and low in power consumption, it can be said that it will be a very promising device for realizing short-distance optical wiring in LSI chips and between chips.
１０ リング変調器
１１ 埋め込み酸化膜
１２ 第１の光導波路
１３ 第２の光導波路
２１ 反射手段
１４ リング光導波路
１５ 切替手段
２２ 磁気効果部
２２ａ 外部磁気効果部
２２ｂ 内部磁気効果部
２３ 磁化制御手段
２３ａ 電気配線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ring modulator 11 Embedded oxide film 12 1st optical waveguide 13 2nd optical waveguide 21 Reflecting means 14 Ring optical waveguide 15 Switching means 22 Magnetic effect part 22a External magnetic effect part 22b Internal magnetic effect part 23 Magnetization control means 23a Electricity wiring
Claims (8)
一端に光を反射して進行方向を反転させる反射手段を有する第２の光導波路と、
前記第１の光導波路および前記第２の光導波路に光結合可能に近接して設けられたリング光導波路と、
通過する光に対する前記リング光導波路の相反性と非相反性とを切替可能に設けられた切替手段とを、
有することを特徴とするリング変調器。 A first optical waveguide;
A second optical waveguide having reflecting means for reflecting light at one end and reversing the traveling direction;
A ring optical waveguide provided adjacent to the first optical waveguide and the second optical waveguide so as to be optically coupled;
Switching means provided to be able to switch between reciprocity and non-reciprocity of the ring optical waveguide with respect to light passing therethrough,
A ring modulator comprising:
前記磁化制御手段は、電流の方向を切替可能に設けられた電源部と、前記電源部からの電流を流して、前記磁気効果部に磁場を印加可能に、前記内部磁気効果部の内周に沿って設けられた電気配線とを有し、前記電気配線を流れる電流の方向を切り替えることにより、前記内部磁気効果部の磁化方向を、前記外部磁気効果部の磁化方向とその反対方向とに切替可能に構成されていることを
特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のリング変調器。 The magnetic effect part has a magneto-optical effect and has an external magnetic effect part provided along the outer periphery of the ring optical waveguide, and has a magneto-optical effect along the inner periphery of the ring optical waveguide. An internal magnetic effect portion provided,
The magnetization control means includes a power supply unit provided to be capable of switching a current direction, and allows a current from the power supply unit to flow to apply a magnetic field to the magnetic effect unit. And switching the direction of the current flowing through the electrical wiring to switch the magnetization direction of the internal magnetic effect part between the magnetization direction of the external magnetic effect part and the opposite direction. The ring modulator according to claim 3, wherein the ring modulator is configured to be possible.
前記リング光導波路は、直径が４μｍ乃至６μｍであり、
前記外部磁気効果部および前記内部磁気効果部は、幅が１００ｎｍ乃至５００ｎｍ、厚さが２００ｎｍ乃至５００ｎｍであり、
前記電気配線は、幅が０．８μｍ乃至１．５μｍ、厚さが０．８μｍ乃至１．５μｍであることを
特徴とする請求項６記載のリング変調器。 The first optical waveguide, the second optical waveguide, and the ring optical waveguide have a width of 200 nm to 500 nm and a thickness of 200 nm to 500 nm,
The ring optical waveguide has a diameter of 4 μm to 6 μm,
The external magnetic effect part and the internal magnetic effect part have a width of 100 nm to 500 nm and a thickness of 200 nm to 500 nm,
The ring modulator according to claim 6, wherein the electrical wiring has a width of 0.8 μm to 1.5 μm and a thickness of 0.8 μm to 1.5 μm.
前記第１の光導波路に対して前記光サーキュレータから枝分かれして伸びる出力光導波路とを有し、
前記光サーキュレータは、前記第１の光導波路を前記リング光導波路に向かう光を通過させ、前記リング光導波路から来た光を前記出力光導波路に流すよう構成されていることを
特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のリング変調器。
An optical circulator provided in the first optical waveguide upstream of the ring optical waveguide when light is input from the first optical waveguide to the ring optical waveguide;
An output optical waveguide branched from the optical circulator and extending with respect to the first optical waveguide;
The optical circulator is configured to allow light traveling toward the ring optical waveguide to pass through the first optical waveguide and to allow light coming from the ring optical waveguide to flow through the output optical waveguide. The ring modulator according to any one of 1 to 7.
Priority Applications (1)
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016149289A1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-09-22 | California Institute Of Technology | Differential ring modulator |
| US9537289B1 (en) | 2015-06-30 | 2017-01-03 | Fujitsu Limited | Modulated light source |
| JP2017067843A (en) * | 2015-09-28 | 2017-04-06 | 国立大学法人東京工業大学 | Waveguide optical memory device |
| KR20190058793A (en) * | 2017-11-22 | 2019-05-30 | 전자부품연구원 | Silicon-based adaptive micro ring resonator |
| US10551715B2 (en) | 2015-05-22 | 2020-02-04 | California Institute Of Technology | Optical ring modulator thermal tuning technique |
| JP2020122878A (en) * | 2019-01-30 | 2020-08-13 | 京セラ株式会社 | Light emitting and receiving device |
-
2013
- 2013-04-19 JP JP2013088127A patent/JP2014211550A/en active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016149289A1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-09-22 | California Institute Of Technology | Differential ring modulator |
| US10527871B2 (en) | 2015-03-16 | 2020-01-07 | California Institute Of Technology | Differential ring modulator |
| US10551715B2 (en) | 2015-05-22 | 2020-02-04 | California Institute Of Technology | Optical ring modulator thermal tuning technique |
| US9537289B1 (en) | 2015-06-30 | 2017-01-03 | Fujitsu Limited | Modulated light source |
| JP2017067843A (en) * | 2015-09-28 | 2017-04-06 | 国立大学法人東京工業大学 | Waveguide optical memory device |
| KR20190058793A (en) * | 2017-11-22 | 2019-05-30 | 전자부품연구원 | Silicon-based adaptive micro ring resonator |
| KR102379195B1 (en) | 2017-11-22 | 2022-03-25 | 한국전자기술연구원 | Silicon-based adaptive micro ring resonator |
| JP2020122878A (en) * | 2019-01-30 | 2020-08-13 | 京セラ株式会社 | Light emitting and receiving device |
| JP7189036B2 (en) | 2019-01-30 | 2022-12-13 | 京セラ株式会社 | light receiving and emitting device |
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