JP2018054934A - Optical waveguide element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical waveguide element that mitigates polarization dependency of wavelength characteristics.SOLUTION: The optical waveguide element comprises a first waveguide 10 and a second waveguide 20 arranged apart in parallel to each other. The optical waveguide element further comprises, along the propagation direction of light, p+1 (p is an integer of one or more) couplers 101, 102 and p arm waveguide parts 201 which are series connected to each other alternately. Each arm waveguide part includes two or more phase adjustment regions having different waveguide structures from each other, and the phase adjustment region is provided in either one or both of the first waveguide and the second waveguide. A first routing waveguide and a second routing waveguide include the same structures. Phase differences between the first waveguide and the second waveguide in the arm waveguide part are equal to each other between TE polarization and TM polarization, and the amplitudes of wavelength dispersion of the phase are equal to each other between the TE polarization and the TM polarization.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、導波路素子に関し、特に、複数の波長信号を波長ごとに経路を割り当てる波長合分波フィルタとして機能する素子に関するものである。   The present invention relates to a waveguide element, and more particularly to an element that functions as a wavelength multiplexing / demultiplexing filter that allocates a plurality of wavelength signals for each wavelength.

情報伝達量の増大に伴い、光配線技術が注目されている。光配線技術では、光ファイバや光導波路素子を伝送媒体とした光デバイスを用いて、情報処理機器内の素子間、ボード間又はチップ間等の情報伝達を光信号で行う。その結果、高速信号処理を要する情報処理機器においてボトルネックとなっている、電気配線を使用することによる帯域制限を改善することができる。   As the amount of information transmitted increases, optical wiring technology has attracted attention. In the optical wiring technology, using an optical device using an optical fiber or an optical waveguide element as a transmission medium, information transmission between elements in information processing equipment, between boards, or between chips is performed by an optical signal. As a result, it is possible to improve band limitation due to the use of electrical wiring, which is a bottleneck in information processing equipment that requires high-speed signal processing.

光デバイスとして、特にシリコン(Si)を導波路の材料として用いる光導波路素子(以下、Si光導波路素子)が注目を集めている。Si光導波路素子では、実質的に光の伝送路となる導波路コアを、Siを材料として形成する。そして、Siよりも屈折率の低い例えば石英(SiO)等を材料としたクラッドで、導波路コアの周囲を覆う。このような構成により、導波路コアとクラッドとの屈折率差が極めて大きくなるため、導波路コア内に光を強く閉じ込めることができる。その結果、曲げ半径を例えば数μm程度まで小さくした、小型の曲線導波路を実現することができる。そのため、電子回路と同程度の大きさの光回路を作成することが可能であり、光デバイス全体の小型化に有利である。 As an optical device, in particular, an optical waveguide element using silicon (Si) as a waveguide material (hereinafter referred to as an Si optical waveguide element) has attracted attention. In the Si optical waveguide element, a waveguide core that substantially becomes a light transmission path is formed using Si as a material. Then, the periphery of the waveguide core is covered with a clad made of, for example, quartz (SiO 2 ) having a refractive index lower than that of Si. With such a configuration, the refractive index difference between the waveguide core and the clad becomes extremely large, so that light can be strongly confined in the waveguide core. As a result, a small curved waveguide having a bending radius reduced to, for example, about several μm can be realized. Therefore, it is possible to create an optical circuit having a size comparable to that of an electronic circuit, which is advantageous for downsizing the entire optical device.

Siを材料とした導波路(Si導波路)の場合、半導体製造装置を用いた高精度なフォトリソグラフィやエッチングによる導波路の微細加工が可能である。また、イオン注入によるプラズマキャリア効果を用いた変調器、及び、Si上にゲルマニウム(Ge)を選択成長させた受光素子など、多様な素子を同一基板にモノリシック集積させた光デバイスを大量生産することが可能である。   In the case of a waveguide made of Si (Si waveguide), fine processing of the waveguide by high-precision photolithography or etching using a semiconductor manufacturing apparatus is possible. Also, mass production of optical devices in which various elements are monolithically integrated on the same substrate, such as modulators using the plasma carrier effect by ion implantation, and light receiving elements in which germanium (Ge) is selectively grown on Si. Is possible.

以上のことから、Si導波路は、光デバイスのプラットフォームとして有望視されており、様々な研究がなされている(例えば、非特許文献1、2参照)。   From the above, the Si waveguide is regarded as a promising platform for optical devices, and various studies have been made (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).

一方で、Si導波路の課題として、コアとクラッドの非屈折率差が大きいことに起因し、Transverse Electric(TE)偏波、及び、Transverse Magnetic(TM)偏波の2つの直交する偏波成分の間で、等価屈折率及び群屈折率の差が大きくなりやすいことが挙げられる。これにより、TE偏波及びTM偏波間で、光学位相の差が生じるため、原理的に光の位相干渉を利用する波長フィルタにおいては、同一波長における波長応答特性の偏波間の乖離が大きくなりやすい。この問題は、特に、光ファイバ伝送システムの受信側デバイスで顕在化する。   On the other hand, due to a large non-refractive index difference between the core and the clad as a problem of the Si waveguide, two orthogonal polarization components of Transverse Electric (TE) polarization and Transverse Magnetic (TM) polarization The difference between the equivalent refractive index and the group refractive index tends to be large. As a result, a difference in optical phase occurs between the TE polarized wave and the TM polarized wave. Therefore, in principle, in the wavelength filter that uses the optical phase interference, the divergence between the polarized waves of the wavelength response characteristic at the same wavelength tends to be large. . This problem is particularly apparent in the receiving device of the optical fiber transmission system.

この問題に対しては、光デバイス中に偏波分離機能素子を導入する手法が提案されている。しかし、光機能素子ごとに、TE偏波及びTM偏波に対してそれぞれ設計された、2つの光機能素子が必要となる。このため、Si導波路をプラットフォームとして用いることで得られる光デバイス全体の小型化の利点が得られない。   To solve this problem, a method of introducing a polarization separation functional element in an optical device has been proposed. However, for each optical functional element, two optical functional elements designed for TE polarization and TM polarization are required. For this reason, the advantage of miniaturization of the whole optical device obtained by using the Si waveguide as a platform cannot be obtained.

そこで、Si導波路の偏波依存に対する本質的な解決手段として、各光機能素子における特性をTE偏波及びTM偏波とで揃えることが求められる。   Therefore, as an essential solution to the polarization dependence of the Si waveguide, it is required to align the characteristics of each optical functional element with TE polarization and TM polarization.

図8は、Si導波路のコア幅と基本モードの等価屈折率との関係を示す図である。ここでは、波長を1550nmとし、クラッドをSiOとしている。図8(A)では、導波路コアの厚みを300nmとしている。また、図8(B)では、導波路コアの厚みを220nmとしている。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the core width of the Si waveguide and the equivalent refractive index of the fundamental mode. Here, the wavelength is 1550 nm and the cladding is SiO 2 . In FIG. 8A, the thickness of the waveguide core is 300 nm. In FIG. 8B, the thickness of the waveguide core is 220 nm.

図8(A)に示すように、導波路コアの厚みが300nmのとき、基本モードのTE偏波(TE0)の等価屈折率と、基本モードのTM偏波(TM0)の等価屈折率とは、導波路コア幅が300nmのときに一致している。   As shown in FIG. 8A, when the thickness of the waveguide core is 300 nm, the equivalent refractive index of the fundamental mode TE polarized wave (TE0) and the equivalent refractive index of the fundamental mode TM polarized wave (TM0) are: This is the same when the waveguide core width is 300 nm.

これは、導波路断面が正方構造となり、TE偏波の光とTM偏波の光とで、導波路構造から感じる実効的な屈折率が等方的になるためである。単純には、干渉計波長フィルタにおける位相調整用アーム導波路の断面が正方構造となれば、偏波依存性は解消可能である。しかし、偏波無依存となる導波路コアの幅の付近では、特に、TE偏波の等価屈折率の変動量が大きい。このため、作製誤差による幅変動の影響を受けやすい。   This is because the waveguide cross section has a square structure, and the effective refractive index felt from the waveguide structure is isotropic between the TE polarized light and the TM polarized light. Simply, if the cross section of the phase adjusting arm waveguide in the interferometer wavelength filter has a square structure, the polarization dependence can be eliminated. However, especially in the vicinity of the width of the waveguide core that does not depend on the polarization, the amount of fluctuation of the equivalent refractive index of the TE polarization is large. For this reason, it is easy to be affected by width variation due to manufacturing errors.

また、図8(B)に示すように、導波路コアの厚みを220nmのときも、導波路コアの厚みが300nmの場合と同様に、導波路断面が正方構造となる条件において、基本モードのTE偏波(TE0)の等価屈折率と、基本モードのTM偏波(TM0)の等価屈折率とが一致している。   Further, as shown in FIG. 8B, even when the waveguide core thickness is 220 nm, the fundamental mode is obtained under the condition that the waveguide cross section has a square structure as in the case where the waveguide core thickness is 300 nm. The equivalent refractive index of the TE polarized wave (TE0) matches the equivalent refractive index of the TM polarized wave (TM0) in the fundamental mode.

しかし、このときの等価屈折率の絶対値は1.52程度であり、導波路コアへの閉じ込めが弱いモードカットオフ領域に近くなっている。モードカットオフ領域に近いと、導波路コアへの閉じ込めが弱くなるため、支持基板との光学的アイソレーションを確保するためにクラッドの厚みを大きくする必要がある。また、曲げ導波路における損失や並走導波路間におけるクロストークを抑制するために、曲げ半径や配線ピッチを大きくとらなければならない。従って、Si導波路をプラットフォームとして用いることで得られる光デバイス全体の小型化の利点が得られない。   However, the absolute value of the equivalent refractive index at this time is about 1.52, which is close to the mode cutoff region where the confinement in the waveguide core is weak. When close to the mode cut-off region, confinement in the waveguide core is weakened, so that it is necessary to increase the thickness of the cladding in order to ensure optical isolation from the support substrate. Further, in order to suppress the loss in the bending waveguide and the crosstalk between the parallel waveguides, the bending radius and the wiring pitch must be increased. Therefore, the advantage of downsizing the entire optical device obtained by using the Si waveguide as a platform cannot be obtained.

このように、導波路断面を正方構造とすることで、作製誤差による幅変動の影響を受けずに、偏波依存性を緩和しようとすると、適用可能な導波路コアの厚みが限られる。このため、位相調整用アーム導波路において、作製誤差による幅変動の影響を受けにくく、かつ、様々な導波路コアの厚みに適用可能な、偏波依存性を抑制する手法が求められている。   As described above, when the waveguide cross section has a square structure, the thickness of the applicable waveguide core is limited when it is attempted to reduce the polarization dependence without being affected by the width variation due to the manufacturing error. For this reason, there is a need for a technique for suppressing polarization dependence that is not easily affected by fluctuations in width due to manufacturing errors and that can be applied to various waveguide core thicknesses in a phase adjustment arm waveguide.

干渉計波長フィルタの偏波依存性を抑える技術として、作製誤差に耐性のある幅広導波路を用いるものがある(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示されている波長フィルタは、干渉計波長フィルタにおける位相調整用アーム導波路に、2種類の異なる幅をもつ位相調整領域A、位相調整領域Bを設け、各位相調整領域における等価屈折率の偏波間差をΔn及びΔn、伝搬方向の長さをL及びLとしたときに、その長さの相対関係が、Δn+Δn=0となるように設計されている。 As a technique for suppressing the polarization dependence of the interferometer wavelength filter, there is a technique using a wide waveguide resistant to manufacturing errors (for example, see Patent Document 1). The wavelength filter disclosed in Patent Document 1 is provided with a phase adjustment region A and a phase adjustment region B having two different widths in a phase adjustment arm waveguide in an interferometer wavelength filter, and is equivalent in each phase adjustment region. the polarization difference in refractive index [Delta] n a and [Delta] n b, the length is taken as L a and L b propagation direction, so that the relative relationship of its length, a Δn a L a + Δn b L b = 0 Designed to.

特開2013−57847号公報JP 2013-57847 A

IEEE J.Select. Topics Quantum Electron., vol.11, pp.232−240,2005IEEE J.I. Select. Topics Quantum Electron. , Vol. 11, pp. 232-240, 2005 IEEE J.Select. Topics Quantum Electron., vol.12, No.6, November/December 2006 p.1371−1379IEEE J.I. Select. Topics Quantum Electron. , Vol. 12, no. 6, November / December 2006 p. 1371-1379

上述の特許文献1に開示されている技術では、設計中心波長においては偏波特性が一致するが、位相関係の波長分散特性の偏波差までは考慮されていない。例えば、 隣接する波長信号との波長間隔が狭いDense Wavelength Division Multiplexing(DWDM)では、 所望の波長グリッドを生成するために位相調整用の導波路の長さを相応に大きくする必要がある。   In the technique disclosed in Patent Document 1 described above, the polarization characteristics match at the design center wavelength, but the polarization difference of the phase-related chromatic dispersion characteristics is not taken into consideration. For example, in Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) in which the wavelength interval between adjacent wavelength signals is narrow, the length of the waveguide for phase adjustment needs to be correspondingly increased in order to generate a desired wavelength grid.

しかし、位相の波長分散の大きさは導波路の長さに比例するため、位相変化量はその分波長シフトに対して敏感になる。したがって、中心波長から離れるにつれて波長特性の偏波間の乖離は大きくなり、偏波無依存の波長フィルタとして利用することが困難となる。   However, since the magnitude of phase chromatic dispersion is proportional to the length of the waveguide, the amount of phase change becomes more sensitive to wavelength shift. Therefore, as the distance from the center wavelength increases, the divergence between the polarizations of the wavelength characteristics increases, making it difficult to use as a polarization-independent wavelength filter.

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、干渉アーム導波路における位相及びその波長分散特性を考慮し、波長特性の偏波依存性を緩和した、波長フィルタとして機能する、光導波路素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to consider the phase in the interference arm waveguide and its chromatic dispersion characteristics, and to reduce the polarization dependence of the wavelength characteristics. An object of the present invention is to provide an optical waveguide element that functions as a filter.

上述した目的を達成するために、この発明の光導波路素子は、互いに離間して並列に配置される第1導波路及び第2導波路を備えて構成される。光の伝播方向に沿って、交互に直列に接続された、p+1個(pは1以上の整数)のカプラとp個のアーム導波路部とが設けられている。各カプラにおいて、第1導波路及び第2導波路は、光の相互結合が可能な距離まで近接している。各アーム導波路部において、第1導波路は、第1引き回し導波路を備え、第2導波路は、第2引き回し導波路を備えている。各アーム導波路部は、互いに、導波路構造が異なる2以上の位相調整領域を備え、位相調整領域は、第1導波路及び前記第2導波路のいずれか一方又は双方に設けられている。第1引き回し導波路と第2引き回し導波路は、互いに同一構造及び同一長さからなり、アーム導波路部における第1導波路と第2導波路の間で、位相差がTE偏波及びTM偏波の間で等しく、かつ、位相の波長分散の大きさがTE偏波及びTM偏波の間で等しい。   In order to achieve the above-described object, the optical waveguide device of the present invention is configured to include a first waveguide and a second waveguide that are spaced apart from each other and arranged in parallel. Along with the light propagation direction, there are provided p + 1 (p is an integer of 1 or more) couplers and p arm waveguides that are alternately connected in series. In each coupler, the first waveguide and the second waveguide are close to a distance that allows mutual coupling of light. In each arm waveguide portion, the first waveguide includes a first routing waveguide, and the second waveguide includes a second routing waveguide. Each arm waveguide section includes two or more phase adjustment regions having different waveguide structures, and the phase adjustment region is provided in one or both of the first waveguide and the second waveguide. The first routing waveguide and the second routing waveguide have the same structure and the same length, and the phase difference between the first waveguide and the second waveguide in the arm waveguide portion is TE polarization and TM polarization. It is the same between the waves, and the magnitude of phase chromatic dispersion is the same between the TE polarized wave and the TM polarized wave.

この発明の光導波路素子によれば、干渉計波長フィルタの位相調整領域において、基板平面に対して直角な厚み寸法よりも、基板平面に平行でかつ光の伝播方向に対して直角な幅寸法を大きくとることができる。このため、導波路の断面を正方構造とする場合に比べて、作製誤差に対する特性変動耐性を強くすることができる。また、位相の波長分散特性をTE偏波及びTM偏波とで同等にすることで、波長グリッドの狭いDWDMなどでも波長特性の偏波間の乖離を抑えることができる。   According to the optical waveguide device of the present invention, in the phase adjustment region of the interferometer wavelength filter, the width dimension that is parallel to the substrate plane and perpendicular to the light propagation direction is larger than the thickness dimension that is perpendicular to the substrate plane. It can be taken big. For this reason, compared with the case where the cross section of a waveguide is made into a square structure, the characteristic fluctuation tolerance with respect to a manufacturing error can be strengthened. Also, by making the chromatic dispersion characteristics of the phase equal between the TE polarized wave and the TM polarized wave, the divergence between the polarized waves of the wavelength characteristics can be suppressed even in DWDM having a narrow wavelength grid.

第1の光導波路素子を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating a 1st optical waveguide element. 第1の光導波路素子の他の構成例を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the other structural example of a 1st optical waveguide element. 第2の光導波路素子を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating a 2nd optical waveguide element. 第3の光導波路素子を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating a 3rd optical waveguide element. 第1位相調整領域及び第2位相調整領域の幅W1,W2と、波長分散の偏波間差の関係を示す図である。It is a figure which shows the width | variety W1, W2 of a 1st phase adjustment area | region and a 2nd phase adjustment area | region, and the relationship between the polarization differences of chromatic dispersion. 第1の光導波路素子を2段に接続したマッハツェンダ干渉器型の波長フィルタの計算スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the calculation spectrum of the wavelength filter of the Mach-Zehnder interferometer type | mold which connected the 1st optical waveguide element in two steps. 第2の光導波路素子を2段に接続したマッハツェンダ干渉器型の波長フィルタの計算スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the calculation spectrum of the wavelength filter of a Mach-Zehnder interferometer type | mold which connected the 2nd optical waveguide element in two steps. Si導波路のコア幅と基本モードの等価屈折率との関係を示す図であるIt is a figure which shows the relationship between the core width of Si waveguide, and the equivalent refractive index of a fundamental mode.

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the shape, size, and arrangement relationship of each component are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood. In the following, a preferred configuration example of the present invention will be described. However, the material and numerical conditions of each component are merely preferred examples. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many changes or modifications that can achieve the effects of the present invention can be made without departing from the scope of the configuration of the present invention.

(第1実施形態)
図1を参照してこの発明の第1実施形態に係る光導波路素子(以下、第1の光導波路素子とも称する。)を説明する。図1は、第1の光導波路素子を説明するための概略図である。図1は、導波路コアの平面図である。以下の説明では、「導波路」と表現する場合は、導波路コアとその周囲のクラッドを含むものとする。
(First embodiment)
An optical waveguide device (hereinafter also referred to as a first optical waveguide device) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the first optical waveguide device. FIG. 1 is a plan view of a waveguide core. In the following description, the expression “waveguide” includes the waveguide core and the surrounding cladding.

第1の光導波路素子は、並列に配置された、第1導波路10及び第2導波路20を備えて構成される。また、第1導波路10及び第2導波路20は、光の伝播方向に沿って、直列に、第1カプラ101、アーム導波路部201、及び、第2カプラ102を構成する。   The first optical waveguide element includes a first waveguide 10 and a second waveguide 20 arranged in parallel. Further, the first waveguide 10 and the second waveguide 20 constitute a first coupler 101, an arm waveguide unit 201, and a second coupler 102 in series along the light propagation direction.

第1カプラ101及び第2カプラ102は、第1導波路10及び第2導波路20が、光結合可能な距離を隔てて互いに平行に配置されて構成される。この第1カプラ101及び第2カプラ102は、TE偏波とTM偏波とで同等な分岐特性を有する。すなわち、第1カプラ101及び第2カプラ102は、偏波無依存な方向性結合器として機能する。偏波無依存な方向性結合器は、第1導波路10及び第2導波路20の導波路コアの幅と、導波路コアの配置間隔を適切な値に設定することで実現できる。   The first coupler 101 and the second coupler 102 are configured such that the first waveguide 10 and the second waveguide 20 are arranged in parallel to each other with a distance capable of optical coupling. The first coupler 101 and the second coupler 102 have equivalent branching characteristics for the TE polarization and the TM polarization. That is, the first coupler 101 and the second coupler 102 function as a polarization-independent directional coupler. A polarization-independent directional coupler can be realized by setting the width of the waveguide cores of the first waveguide 10 and the second waveguide 20 and the arrangement interval of the waveguide cores to appropriate values.

アーム導波路部201に含まれる第1導波路10は、第1位相調整領域301と、位相調整に寄与しない、第1引き回し導波路とで構成される。また、アーム導波路部201に含まれる第2導波路20は、第2位相調整領域302と、位相調整に寄与しない、第2引き回し導波路とで構成される。   The first waveguide 10 included in the arm waveguide unit 201 includes a first phase adjustment region 301 and a first routing waveguide that does not contribute to phase adjustment. The second waveguide 20 included in the arm waveguide unit 201 includes a second phase adjustment region 302 and a second routing waveguide that does not contribute to phase adjustment.

アーム導波路部201に含まれる第1導波路10は、第1カプラ101側から、第1湾曲導波路311、第1テーパ導波路321、第1位相調整領域301、第2テーパ導波路322、第3テーパ導波路323、第2湾曲導波路312、第3テーパ導波路323、第2テーパ導波路322、第1位相調整領域301、第1テーパ導波路321及び第1湾曲導波路311を順に接続して構成される。また、アーム導波路部201に含まれる第2導波路20は、第1カプラ101側から、第1湾曲導波路311、第1テーパ導波路321、第2テーパ導波路322、第2位相調整領域302、第3テーパ導波路323、第2湾曲導波路312、第3テーパ導波路323、第2位相調整領域302、第2テーパ導波路322、第1テーパ導波路321及び第1湾曲導波路311を順に接続して構成される。   The first waveguide 10 included in the arm waveguide unit 201 includes, from the first coupler 101 side, a first curved waveguide 311, a first tapered waveguide 321, a first phase adjustment region 301, a second tapered waveguide 322, The third tapered waveguide 323, the second curved waveguide 312, the third tapered waveguide 323, the second tapered waveguide 322, the first phase adjustment region 301, the first tapered waveguide 321 and the first curved waveguide 311 are sequentially arranged. Connected and configured. The second waveguide 20 included in the arm waveguide unit 201 includes a first curved waveguide 311, a first tapered waveguide 321, a second tapered waveguide 322, and a second phase adjustment region from the first coupler 101 side. 302, a third tapered waveguide 323, a second curved waveguide 312, a third tapered waveguide 323, a second phase adjustment region 302, a second tapered waveguide 322, a first tapered waveguide 321 and a first curved waveguide 311. Are connected in order.

アーム導波路部201に含まれる第1導波路10のうち、第1位相調整領域301以外の部分、すなわち、第1湾曲導波路311、第1テーパ導波路321、第2テーパ導波路322、第3テーパ導波路323及び第2湾曲導波路312は、第1引き回し導波路とも称される。また、アーム導波路部201に含まれる第2導波路20のうち、第2位相調整領域302以外の部分、すなわち、第1湾曲導波路311、第1テーパ導波路321、第2テーパ導波路322、第3テーパ導波路323及び第2湾曲導波路312は、第2引き回し導波路とも称される。   Of the first waveguide 10 included in the arm waveguide unit 201, a portion other than the first phase adjustment region 301, that is, the first curved waveguide 311, the first tapered waveguide 321, the second tapered waveguide 322, The three taper waveguide 323 and the second curved waveguide 312 are also referred to as a first routing waveguide. In addition, in the second waveguide 20 included in the arm waveguide unit 201, a part other than the second phase adjustment region 302, that is, the first curved waveguide 311, the first tapered waveguide 321, and the second tapered waveguide 322. The third tapered waveguide 323 and the second curved waveguide 312 are also referred to as a second routing waveguide.

第1位相調整領域301と第2位相調整領域302とは、導波路コアの幅(コア幅)が互いに異なっている。第1テーパ導波路321は、一端のコア幅が、第1湾曲導波路311のコア幅に等しく、他端のコア幅が、第1位相調整領域301のコア幅に等しい。第2テーパ導波路322は、一端のコア幅が、第1位相調整領域301のコア幅に等しく、他端のコア幅が、第2位相調整領域302のコア幅に等しい。また、第3テーパ導波路323は、一端のコア幅が、第2位相調整領域302のコア幅に等しく、他端のコア幅が、第2湾曲導波路312のコア幅に等しい。   The first phase adjustment region 301 and the second phase adjustment region 302 have different waveguide core widths (core widths). The first taper waveguide 321 has a core width at one end equal to the core width of the first curved waveguide 311 and a core width at the other end equal to the core width of the first phase adjustment region 301. The second taper waveguide 322 has a core width at one end equal to the core width of the first phase adjustment region 301 and a core width at the other end equal to the core width of the second phase adjustment region 302. The third taper waveguide 323 has a core width at one end equal to the core width of the second phase adjustment region 302 and a core width at the other end equal to the core width of the second curved waveguide 312.

第1引き回し導波路と第2引き回し導波路とは、同一構造かつ同一長さである。従って、第1引き回し導波路と、第2引き回し導波路においては、伝搬する光の間に、位相差が生じない。   The first routing waveguide and the second routing waveguide have the same structure and the same length. Accordingly, there is no phase difference between propagating light in the first routing waveguide and the second routing waveguide.

また、第1〜第3テーパ導波路321〜323により、第1導波路10及び第2導波路20は、コア幅が連続的に変化するので、光の損失を抑えることができる。   Moreover, since the core widths of the first waveguide 10 and the second waveguide 20 are continuously changed by the first to third tapered waveguides 321 to 323, the loss of light can be suppressed.

ここで、第1位相調整領域301における、TE偏波及びTM偏波に対する等価屈折率を、それぞれN1TEi及びN1TMjと記す。また、第2位相調整領域302における、TE偏波及びTM偏波に対する等価屈折率を、それぞれN2TEi及びN2TMjと記す。ここで、i、jは0以上の整数であり、各位相調整領域を伝播するモードの次数を示している。また、第1位相調整領域301及び第2位相調整領域302の伝播方向の全長をそれぞれL、Lとすると、アーム導波路部201において、第1導波路10と第2導波路20の間で生じる有意な位相の差は、TE偏波及びTM偏波に対して、それぞれ、以下の式(1)及び(2)で与えられる。 Here, the equivalent refractive indexes for the TE polarization and the TM polarization in the first phase adjustment region 301 are denoted as N 1TEi and N 1TMj , respectively. In addition, the equivalent refractive indexes for the TE polarization and the TM polarization in the second phase adjustment region 302 are denoted as N 2TEi and N 2TMj , respectively. Here, i and j are integers of 0 or more, and indicate the order of the mode propagating in each phase adjustment region. Further, assuming that the total length in the propagation direction of the first phase adjustment region 301 and the second phase adjustment region 302 is L 1 and L 2 , respectively, between the first waveguide 10 and the second waveguide 20 in the arm waveguide section 201. (1) and (2) are given for the TE polarized wave and the TM polarized wave, respectively.

Figure 2018054934
Figure 2018054934

Figure 2018054934
Figure 2018054934

波長フィルタの偏波特性が一致するためには、φTE=φTMである必要がある。そこで、上式(1)及び(2)をφTE=φTMに代入して整理すると、以下の式(3)が得られる。 In order for the polarization characteristics of the wavelength filters to coincide, it is necessary that φ TE = φ TM . Therefore, substituting the above formulas (1) and (2) into φ TE = φ TM and rearranging gives the following formula (3).

Figure 2018054934
Figure 2018054934

上式(3)が、設計中心波長における波長特性の偏波無依存のための条件である。   The above equation (3) is a condition for the polarization characteristics to be independent of the wavelength characteristic at the design center wavelength.

次に、位相調整領域での位相の波長分散を考える。上式(1)及び(2)を波長λで微分すると、以下の式(4)及び(5)が得られる。   Next, consider the wavelength dispersion of the phase in the phase adjustment region. When the above equations (1) and (2) are differentiated by the wavelength λ, the following equations (4) and (5) are obtained.

Figure 2018054934
Figure 2018054934

Figure 2018054934
Figure 2018054934

波長分散特性が、両偏波間で一致するためには、∂φTEi/∂λ=∂φTMj/∂λである必要がある。そこで、上式(4)及び(5)を∂φTEi/∂λ=∂φTMj/∂λに代入して整理すると、以下の式(6)及び(7)が得られる。 In order for the wavelength dispersion characteristics to match between the two polarizations, it is necessary that ∂φ TEi / ∂λ = ∂φ TMj / ∂λ. Therefore, when organized by substituting the above equation (4) and (5) to ∂φ TEi / ∂λ = ∂φ TMj / ∂λ, of formula (6) and (7) below is obtained.

Figure 2018054934
Figure 2018054934

Figure 2018054934
Figure 2018054934

ここで、上式(7)は、群屈折率Nを定義する式である。 Here, the above equation (7) gives an equation defining a group refractive index N g.

ここでは、中心波長の偏波特性が一致することが前提であるため、上式(3)が成立している必要がある。そこで、上式(6)に上式(3)を代入して整理すると、以下の式(8)が得られる。   Here, since it is a premise that the polarization characteristics of the center wavelength match, the above equation (3) needs to be satisfied. Therefore, substituting the above equation (3) into the above equation (6) for rearrangement yields the following equation (8).

Figure 2018054934
Figure 2018054934

ここで、上式(3)は、第1位相調整領域及び第2位相調整領域の構造にかかわらず、その長さの相対関係を調整することにより、成立させることができる。一方、上式(8)の左辺については、第1位相調整領域及び第2位相調整領域の長さの相対関係を含めた結果から得られる指標である。しかし、第1位相調整領域及び第2位相調整領域における等価屈折率Nと群屈折率Nとは、第1位相調整領域及び第2位相調整領域の導波路構造で決まってしまう。このため、上式(8)の左辺は、必ずしも0になるとは限らず、第1位相調整領域及び第2位相調整領域の導波路構造の最適な組み合わせを別途検討する必要がある。 Here, the above equation (3) can be established by adjusting the relative relationship of the lengths regardless of the structures of the first phase adjustment region and the second phase adjustment region. On the other hand, the left side of the above equation (8) is an index obtained from the result including the relative relationship between the lengths of the first phase adjustment region and the second phase adjustment region. However, the first phase adjusting region and the second phase adjustment equivalent refractive index N in the region and the group index N g, thus determined by the waveguide structure of the first phase adjusting region and the second phase adjusting region. For this reason, the left side of the above equation (8) is not necessarily 0, and it is necessary to separately examine an optimal combination of the waveguide structures of the first phase adjustment region and the second phase adjustment region.

なお、上式(3)においてLの係数が正のときは、第1位相調整領域と第2位相調整領域の配置関係は、図1に示すように、第1導波路に第1位相調整領域が設けられ、第2導波路に第2位相調整領域が設けられる。これに対し、上式(3)においてLの係数が負のときは、第1位相調整領域と第2位相調整領域の配置関係は、図2に示すように、第1導波路及び第2導波路の一方(ここでは第1導波路)に、第1位相調整領域及び第2位相調整領域が設けられる。 Incidentally, when the coefficient of L 1 in the above equation (3) is positive, the arrangement relationship of the first phase adjusting region and the second phase adjusting region, as shown in FIG. 1, a first phase adjustment to the first waveguide A region is provided, and a second phase adjustment region is provided in the second waveguide. In contrast, when the coefficient of L 1 in the above equation (3) is negative, the arrangement relationship of the first phase adjusting region and the second phase adjusting region, as shown in FIG. 2, the first waveguide and the second One of the waveguides (here, the first waveguide) is provided with a first phase adjustment region and a second phase adjustment region.

ここで、上式(3)においてLの係数が負になるのは、位相調整領域の一方において、導波路コアの幅より厚みが大きく、他方において幅より厚みが小さい場合である。これ以外の場合、位相調整領域の両者において、導波路コアの幅より厚みが大きい、あるいは、位相調整領域の両者において、導波路コアの幅より厚みが小さい場合は、Lの係数は正になる。 Here, the coefficients of L 1 in the above equation (3) becomes negative, in one of the phase adjustment area, greater thickness than the width of the waveguide core, a case where the thickness than the width in the smaller other. Otherwise, in both the phase adjusting region, the greater thickness than the width of the waveguide core, or in both the phase control region, when the thickness than the width of the waveguide core is small, the coefficient of L 1 is positive Become.

(第2実施形態)
図3を参照してこの発明の第2実施形態に係る光導波路素子(以下、第2の光導波路素子とも称する。)を説明する。図3は、第2の光導波路素子を説明するための概略図である。図1は、導波路コアの平面図である。
(Second Embodiment)
An optical waveguide element according to a second embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as a second optical waveguide element) will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic view for explaining the second optical waveguide device. FIG. 1 is a plan view of a waveguide core.

第2の光導波路素子は、3つの位相調整領域を備える点が第1の光導波路素子と異なっている。   The second optical waveguide element is different from the first optical waveguide element in that it includes three phase adjustment regions.

アーム導波路部251に含まれる第1導波路11は、第1カプラ151側から、第1湾曲導波路311、第1テーパ導波路321、第1位相調整領域301、第2テーパ導波路322、第2位相調整領域302、第3テーパ導波路323、第4テーパ導波路324、第2湾曲導波路312、第4テーパ導波路324、第3テーパ導波路323、第2位相調整領域302、第2テーパ導波路322、第1位相調整領域301、第1テーパ導波路321及び第1湾曲導波路311を順に接続して構成され第2カプラ152に至る。また、アーム導波路部251に含まれる第2導波路21は、第1カプラ151側から、第1湾曲導波路311、第1テーパ導波路321、第2テーパ導波路322、第3テーパ導波路323、第3位相調整領域303、第4テーパ導波路324、第2湾曲導波路312、第4テーパ導波路324、第3位相調整領域303、第3テーパ導波路323、第2テーパ導波路322、第1テーパ導波路321及び第1湾曲導波路311を順に接続して構成され第2カプラ152に至る。   The first waveguide 11 included in the arm waveguide unit 251 includes, from the first coupler 151 side, a first curved waveguide 311, a first tapered waveguide 321, a first phase adjustment region 301, a second tapered waveguide 322, The second phase adjustment region 302, the third taper waveguide 323, the fourth taper waveguide 324, the second curved waveguide 312, the fourth taper waveguide 324, the third taper waveguide 323, the second phase adjustment region 302, the second The second taper waveguide 322, the first phase adjustment region 301, the first taper waveguide 321, and the first curved waveguide 311 are connected in order to reach the second coupler 152. Further, the second waveguide 21 included in the arm waveguide section 251 includes the first curved waveguide 311, the first tapered waveguide 321, the second tapered waveguide 322, and the third tapered waveguide from the first coupler 151 side. 323, third phase adjustment region 303, fourth taper waveguide 324, second curved waveguide 312, fourth taper waveguide 324, third phase adjustment region 303, third taper waveguide 323, second taper waveguide 322. The first tapered waveguide 321 and the first curved waveguide 311 are connected in order to reach the second coupler 152.

アーム導波路部251に含まれる第1導波路11のうち、第1位相調整領域301及び第2位相調整領域302以外の部分、すなわち、第1湾曲導波路311、第1テーパ導波路321、第2テーパ導波路322、第3テーパ導波路323、第4テーパ導波路324、第2湾曲導波路312は、第1引き回し導波路とも称される。また、アーム導波路部251に含まれる第2導波路21のうち、第3位相調整領域303以外の部分、すなわち、第1湾曲導波路311、第1テーパ導波路321、第2テーパ導波路322、第3テーパ導波路323、第4テーパ導波路324、第2湾曲導波路312は、第2引き回し導波路とも称される。   Of the first waveguide 11 included in the arm waveguide section 251, portions other than the first phase adjustment region 301 and the second phase adjustment region 302, that is, the first curved waveguide 311, the first taper waveguide 321, the first The two taper waveguide 322, the third taper waveguide 323, the fourth taper waveguide 324, and the second curved waveguide 312 are also referred to as a first routing waveguide. In addition, in the second waveguide 21 included in the arm waveguide portion 251, a portion other than the third phase adjustment region 303, that is, the first curved waveguide 311, the first tapered waveguide 321, and the second tapered waveguide 322. The third tapered waveguide 323, the fourth tapered waveguide 324, and the second curved waveguide 312 are also referred to as second routing waveguides.

第1位相調整領域301、第2位相調整領域302及び第3位相調整領域303は、導波路コアの幅が互いに異なっている。第1テーパ導波路321は、一端のコア幅が、第1湾曲導波路311のコア幅に等しく、他端のコア幅が、第1位相調整領域301のコア幅に等しい。第2テーパ導波路322は、一端のコア幅が、第1位相調整領域301のコア幅に等しく、他端のコア幅が、第2位相調整領域302のコア幅に等しい。また、第3テーパ導波路323は、一端のコア幅が、第2位相調整領域302のコア幅に等しく、他端のコア幅が、第3位相調整領域303のコア幅に等しい。また、第4テーパ導波路324は、一端のコア幅が第3位相調整領域303のコア幅に等しく、他端のコア幅が第2湾曲導波路312のコア幅に等しい。第1引き回し導波路と第2引き回し導波路とは、同一構造かつ同一長さであり、第1引き回し導波路と、第2引き回し導波路においては、伝搬する光の間に、位相差が生じない。また、第1〜第4テーパ導波路321〜324により、第1導波路11及び第2導波路21は、コア幅が連続的に変化するので、光の損失を抑えることができる。   The first phase adjustment region 301, the second phase adjustment region 302, and the third phase adjustment region 303 have different waveguide core widths. The first taper waveguide 321 has a core width at one end equal to the core width of the first curved waveguide 311 and a core width at the other end equal to the core width of the first phase adjustment region 301. The second taper waveguide 322 has a core width at one end equal to the core width of the first phase adjustment region 301 and a core width at the other end equal to the core width of the second phase adjustment region 302. The third taper waveguide 323 has a core width at one end equal to the core width of the second phase adjustment region 302 and a core width at the other end equal to the core width of the third phase adjustment region 303. The fourth taper waveguide 324 has a core width at one end equal to the core width of the third phase adjustment region 303 and a core width at the other end equal to the core width of the second curved waveguide 312. The first routing waveguide and the second routing waveguide have the same structure and the same length, and there is no phase difference between propagating light in the first routing waveguide and the second routing waveguide. . Moreover, since the core width of the first waveguide 11 and the second waveguide 21 is continuously changed by the first to fourth tapered waveguides 321 to 324, the loss of light can be suppressed.

第1位相調整領域301、第2位相調整領域302及び第3位相調整領域303の伝播方向の全長をそれぞれL、L、Lとすると、アーム導波路部において、第1導波路と第2導波路の間で生じる有意な位相の差は、TE偏波及びTM偏波に対して、それぞれ、以下の式(9)及び(10)で与えられる。 Assuming that the total length in the propagation direction of the first phase adjustment region 301, the second phase adjustment region 302, and the third phase adjustment region 303 is L 1 , L 2 , and L 3 , respectively, The significant phase difference that occurs between the two waveguides is given by the following equations (9) and (10) for TE polarization and TM polarization, respectively.

Figure 2018054934
Figure 2018054934

Figure 2018054934
Figure 2018054934

波長フィルタの偏波特性が一致するためには、φTE=φTMである必要がある。そこで、上式(9)及び(10)をφTE=φTMに代入して整理すると、以下の式(11)が得られる。 In order for the polarization characteristics of the wavelength filters to coincide, it is necessary that φ TE = φ TM . Therefore, substituting the above formulas (9) and (10) into φ TE = φ TM and rearranging results in the following formula (11).

Figure 2018054934
Figure 2018054934

上式(11)が、設計中心波長における波長特性の偏波無依存のための条件である。なお、ここでは、ΔN=NkTEi−NkTMj(k=1、2,3)としている。 The above equation (11) is a condition for the wavelength characteristics at the design center wavelength to be polarization independent. Here, ΔN k = N kTEi− N kTMj (k = 1, 2, 3).

次に、位相調整領域での位相の波長分散を考える。上式(9)及び(10)を波長λで微分して、∂φTEi/∂λ=∂φTMj/∂λに代入して整理すると、以下の式(12)が得られる。 Next, consider the wavelength dispersion of the phase in the phase adjustment region. When the above equations (9) and (10) are differentiated by the wavelength λ and substituted into にφ TEi / ∂λ = ∂φ TMj / ∂λ and arranged, the following equation (12) is obtained.

Figure 2018054934
Figure 2018054934

ここでは、ΔNgk=NgkTEi−NgkTMjとしている。 Here, ΔN gk = N gkTEi −N gkTMj .

上式(11)及び(12)を整理すると、以下の式(13)及び(14)が得られる。   By arranging the above equations (11) and (12), the following equations (13) and (14) are obtained.

Figure 2018054934
Figure 2018054934

Figure 2018054934
Figure 2018054934

上式(13)及び(14)に示されるように、第1位相調整領域301の長さLを基準として、第2位相調整領域302及び第3位相調整領域303の長さが一意に決まる。すなわち、3つの位相調整領域を備える第2の光導波路素子では、位相調整領域の導波路構造を任意に設定できる。 As shown in the above equations (13) and (14), the lengths of the second phase adjustment region 302 and the third phase adjustment region 303 are uniquely determined based on the length L 1 of the first phase adjustment region 301. . That is, in the second optical waveguide element having three phase adjustment regions, the waveguide structure of the phase adjustment region can be arbitrarily set.

(第3実施形態)
図4を参照してこの発明の第3実施形態に係る光導波路素子(以下、第3の光導波路素子とも称する。)を説明する。図4は、第3の光導波路素子を説明するための概略図である。図4は、導波路コアの平面図である。
(Third embodiment)
An optical waveguide element according to a third embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as a third optical waveguide element) will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the third optical waveguide element. FIG. 4 is a plan view of the waveguide core.

交互に直列に接続された、p+1個(pは1以上の整数)のカプラ150−1〜150−p+1とp個のアーム導波路部250−1〜250−pとを備えて構成される。第q(qは1以上p以下の整数)カプラ、第qアーム導波路部、及び、第q+1カプラは、第1の光導波路素子又は第2の光導波路素子を構成する。すなわち、第3の光導波路素子は、多段のマッハツェンダ干渉器として構成されている。各アーム導波路部は、上述した第1又は第2の光導波路素子と同様に設計することができる。   P + 1 (p is an integer of 1 or more) couplers 150-1 to 150-p + 1 and p arm waveguide sections 250-1 to 250-p, which are alternately connected in series. The q-th (q is an integer from 1 to p) coupler, the q-th arm waveguide section, and the q + 1-th coupler constitute a first optical waveguide element or a second optical waveguide element. That is, the third optical waveguide element is configured as a multistage Mach-Zehnder interferometer. Each arm waveguide portion can be designed in the same manner as the first or second optical waveguide element described above.

この第3の光導波路素子によれば、波長特性をフラットにするなど、所望の波長特性を得ることができる。   According to the third optical waveguide element, desired wavelength characteristics can be obtained such as flattening the wavelength characteristics.

(本発明の効果)
上述した第1〜第3の光導波路素子によれば、干渉計波長フィルタの位相調整領域において、基板平面に対して直角な厚み寸法よりも、基板平面に平行でかつ光の伝播方向に対して直角な幅寸法を大きくとることができる。このため、導波路の断面を正方構造とする場合に比べて、作製誤差に対する特性変動耐性を強くすることができる。また、位相の波長分散特性をTE偏波及びTM偏波とで同等にすることで、波長グリッドの狭いDWDMなどでも波長特性の偏波間の乖離を抑えることができる。
(Effect of the present invention)
According to the first to third optical waveguide elements described above, in the phase adjustment region of the interferometer wavelength filter, the thickness is perpendicular to the substrate plane and is parallel to the substrate plane and the light propagation direction. A perpendicular width dimension can be increased. For this reason, compared with the case where the cross section of a waveguide is made into a square structure, the characteristic fluctuation tolerance with respect to a manufacturing error can be strengthened. Also, by making the chromatic dispersion characteristics of the phase equal between the TE polarized wave and the TM polarized wave, the divergence between the polarized waves of the wavelength characteristics can be suppressed even in DWDM having a narrow wavelength grid.

(実施例)
以下、SOI(Silicon On Insulator)基板を用いた設計について説明する。BOX(Buried Oxide)層を下部クラッドとし、SOI層を導波路コアとする。さらに、SiOなどBOX層と同等な屈折率を有する材料で導波路コアを埋め込む、上部クラッドが構成される。このようにして、Si導波路が形成される。以下の説明では、簡単のため、位相調整領域を伝播するTE偏波及びTM偏波はいずれも基本モード(i=j=0)として説明する。
(Example)
Hereinafter, a design using an SOI (Silicon On Insulator) substrate will be described. A BOX (Buried Oxide) layer is used as a lower cladding, and an SOI layer is used as a waveguide core. Furthermore, an upper clad is formed in which the waveguide core is embedded with a material having a refractive index equivalent to that of the BOX layer, such as SiO 2 . In this way, a Si waveguide is formed. In the following description, for the sake of simplicity, both the TE polarized wave and the TM polarized wave propagating in the phase adjustment region will be described as a basic mode (i = j = 0).

まず、第1の光導波路素子について説明する。導波路コアの厚みは例えば300nmとする。第1導波路及び第2導波路のコア幅を等しく288nmとし、第1導波路及び第2導波路の中心間距離を350nmとすると、方向性結合器の分岐特性が偏波無依存化できることが知られている。なお、各カプラにおける出力分岐比は、カプラの長さにより調整される。   First, the first optical waveguide element will be described. The thickness of the waveguide core is, for example, 300 nm. If the core widths of the first waveguide and the second waveguide are equal to 288 nm and the distance between the centers of the first waveguide and the second waveguide is 350 nm, the branch characteristic of the directional coupler can be made polarization independent. Are known. The output branching ratio in each coupler is adjusted by the length of the coupler.

位相調整領域において、互いに異なる構造を与える手段として、導波路コアの厚みや周囲のクラッドの差異を利用することができる。しかし、作製プロセスに余分な工程を増やさないため、ここでは、コア幅を変えている。   As means for giving different structures to each other in the phase adjustment region, the thickness of the waveguide core and the difference in the surrounding cladding can be used. However, the core width is changed here in order not to add an extra step to the manufacturing process.

解析中心波長を1550nm、導波路コアの厚み300nmの条件で、第1位相調整領域及び第2位相調整領域のコア幅の、最適な組み合わせ、すなわち、上式(8)の左辺が0に最も近くなる組み合わせを検討した。   The optimal combination of the core widths of the first phase adjustment region and the second phase adjustment region, that is, the left side of the above equation (8) is closest to 0 under the conditions of the analysis center wavelength of 1550 nm and the waveguide core thickness of 300 nm. Considered the combination.

図5は、第1位相調整領域及び第2位相調整領域のコア幅W1,W2と、波長分散の偏波間差の関係を示す図である。図5では、横軸に第2位相調整領域のコア幅W2をとり、縦軸に波長分散の偏波間差をとって示している。なお、波長分散の偏波間差は、上式(8)の左辺で与えられる。   FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the core widths W1 and W2 of the first phase adjustment region and the second phase adjustment region and the difference between the polarizations of chromatic dispersion. In FIG. 5, the horizontal axis represents the core width W2 of the second phase adjustment region, and the vertical axis represents the difference between the polarizations of chromatic dispersion. The difference between the polarizations of chromatic dispersion is given by the left side of the above equation (8).

図5に示されるように、W1が600nm、W2が550nmのときに、偏波間差が0に最も近づく。なお、この組み合わせにおいて、第1位相調整領域と第2位相調整領域の長さの相対関係は、上式(3)よりL/L=1.049となる。 As shown in FIG. 5, when W1 is 600 nm and W2 is 550 nm, the difference between polarizations is closest to zero. In this combination, the relative relationship between the lengths of the first phase adjustment region and the second phase adjustment region is L 2 / L 1 = 1.049 from the above equation (3).

上記パラメータを反映して、2段のマッハツェンダ干渉器型の波長フィルタを設計した。図6は、このときの計算スペクトルを示す図である。図6は、横軸に波長[単位:μm]を取って示し、縦軸に波長フィルタの出力の信号強度[単位:dB]を取って示している。ここで、TE−BAR及びTM−BARは、第1導波路に入力されたTE偏波及びTM偏波が、第1導波路から出力する場合を示し、TE−CROSS及びTM−CROSSは、第1導波路に入力されたTE偏波及びTM偏波が、第2導波路から出力する場合を示している。図6(A)は、波長1.545μm〜1.555μmの範囲を表し、図6(B)は、波長1.545μm〜1.547μmの範囲を表している。   Reflecting the above parameters, a two-stage Mach-Zehnder interferometer type wavelength filter was designed. FIG. 6 is a diagram showing a calculated spectrum at this time. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the wavelength [unit: μm] and the vertical axis indicates the signal intensity [unit: dB] of the output of the wavelength filter. Here, TE-BAR and TM-BAR indicate a case where TE polarization and TM polarization input to the first waveguide are output from the first waveguide, and TE-CROSS and TM-CROSS are The case where the TE polarization and TM polarization input to one waveguide are output from the second waveguide is shown. 6A represents the range of wavelengths from 1.545 μm to 1.555 μm, and FIG. 6B represents the range of wavelengths from 1.545 μm to 1.547 μm.

ここでは、DWDMを想定して、波長グリッドが1.0nmとなるように、各カプラにおける分岐比と、位相調整領域の配置関係及び長さを調整した。図6(A)に示されるように、中心波長1.550μmから離れても波長特性のTE偏波及びTM偏波との乖離を抑制できる。従って、比較的波長間隔の狭いDWDMでも十分応用可能である。図6(B)に示されるように、中心波長1.550μmから離れると、TE偏波及びTM偏波の乖離がみられるものの、全体として、TE偏波とTM偏波の相関係数は0.75〜0.76程度であり、良い相関を示している。   Here, assuming DWDM, the branching ratio in each coupler, the arrangement relationship and the length of the phase adjustment region were adjusted so that the wavelength grid would be 1.0 nm. As shown in FIG. 6A, even when the center wavelength is away from 1.550 μm, the deviation from the TE polarization and TM polarization of the wavelength characteristics can be suppressed. Therefore, DWDM with a relatively narrow wavelength interval can be sufficiently applied. As shown in FIG. 6B, when the center wavelength is away from 1.550 μm, although there is a deviation between the TE polarization and the TM polarization, the correlation coefficient between the TE polarization and the TM polarization is 0 as a whole. .75 to 0.76, indicating a good correlation.

次に、第2の光導波路素子について説明する。第2の光導波路素子では、構造の組み合わせを最適化する手間が省略できる。   Next, the second optical waveguide element will be described. In the second optical waveguide element, the trouble of optimizing the combination of structures can be omitted.

まず、第1〜第3位相調整領域の導波路幅W1〜W3をそれぞれ、W1=600nm、W2=350nm,W3=450nmと仮決めする。これにより、第1〜第3位相調整領域における等価屈折率及び群屈折率は一意に決まる。、L〜Lの相対関係は、上式(13)及び(14)より、L/L=0.7538、L/L=1.6440となる。すなわち、Lを基準として、L及びLを決めることができる。 First, the waveguide widths W1 to W3 of the first to third phase adjustment regions are provisionally determined as W1 = 600 nm, W2 = 350 nm, and W3 = 450 nm, respectively. Thereby, the equivalent refractive index and the group refractive index in the first to third phase adjustment regions are uniquely determined. , L 1 to L 3 are expressed as L 2 / L 1 = 0.7538 and L 3 / L 1 = 1.6440 from the above equations (13) and (14). That is, L 2 and L 3 can be determined based on L 1 .

各アーム導波路における設計の自由度は、Lだけになるが、Lの長さは調整可能であり、また、多段の構成にすれば、アーム導波路部ごとに任意の位相を与えることができる。従って、所望の特性を得ることができる。 The design freedom in each arm waveguide is only L 1, but the length of L 1 can be adjusted, and if a multi-stage configuration is used, an arbitrary phase is given to each arm waveguide section. Can do. Therefore, desired characteristics can be obtained.

上記パラメータを反映して、2段のマッハツェンダ干渉器型の波長フィルタを設計した。図7は、このときの計算スペクトルを示す図である。図7は、横軸に波長[単位:μm]を取って示し、縦軸に波長フィルタの出力の信号強度[単位:dB]を取って示している。ここで、TE−BAR及びTM−BARは、第1導波路に入力されたTE偏波及びTM偏波が、第1導波路から出力する場合を示し、TE−CROSS及びTM−CROSSは、第1導波路に入力されたTE偏波及びTM偏波が、第2導波路から出力する場合を示している。図7(A)は、波長1.545μm〜1.555μmの範囲を表し、図7(B)は、波長1.545μm〜1.547μmの範囲を表している。   Reflecting the above parameters, a two-stage Mach-Zehnder interferometer type wavelength filter was designed. FIG. 7 is a diagram showing a calculated spectrum at this time. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the wavelength [unit: μm], and the vertical axis indicates the signal intensity [unit: dB] of the output of the wavelength filter. Here, TE-BAR and TM-BAR indicate a case where TE polarization and TM polarization input to the first waveguide are output from the first waveguide, and TE-CROSS and TM-CROSS are The case where the TE polarization and TM polarization input to one waveguide are output from the second waveguide is shown. FIG. 7A shows a wavelength range of 1.545 μm to 1.555 μm, and FIG. 7B shows a wavelength range of 1.545 μm to 1.547 μm.

DWDMを想定して、波長グリッドが1.0nmとなるように、各カプラにおける分岐比と、位相調整領域の配置関係及び長さを調整した。   Assuming DWDM, the branching ratio in each coupler, the arrangement relationship and the length of the phase adjustment region were adjusted so that the wavelength grid would be 1.0 nm.

図7(A)に示されるように、中心波長1.550μmから離れても波長特性のTE偏波及びTM偏波との乖離を抑制できる。従って、比較的波長間隔の狭いDWDMでも十分応用可能である。図7(B)に示されるように、中心波長1.550μmから離れると、TE偏波及びTM偏波の乖離がみられるものの、第1の光導波路素子よりも乖離の程度は小さい。また、全体として、TE偏波とTM偏波の相関係数は0.86〜0.88程度であり、第1の光導波路素子よりも良い相関を示している。   As shown in FIG. 7A, the deviation from the TE polarization and TM polarization of the wavelength characteristics can be suppressed even if the center wavelength is away from 1.550 μm. Therefore, DWDM with a relatively narrow wavelength interval can be sufficiently applied. As shown in FIG. 7B, when the distance from the center wavelength is 1.550 μm, although the deviation between the TE polarization and the TM polarization is observed, the degree of the deviation is smaller than that of the first optical waveguide element. Further, as a whole, the correlation coefficient between the TE polarization and the TM polarization is about 0.86 to 0.88, indicating a better correlation than the first optical waveguide element.

10、11、20、21 導波路
101、102、150、151、152 カプラ
201、250、251 アーム導波路部
301、302、303 位相調整領域
311、312 湾曲導波路
321、322、323、324 テーパ導波路
10, 11, 20, 21 Waveguide
101, 102, 150, 151, 152 coupler
201, 250, 251 Arm waveguide section
301, 302, 303 Phase adjustment region 311, 312 Curved waveguide 321, 322, 323, 324 Tapered waveguide

Claims (4)

互いに離間して並列に配置される第1導波路及び第2導波路を備え、
光の伝播方向に沿って、交互に直列に接続された、p+1個(pは1以上の整数)のカプラとp個のアーム導波路部とが設けられ、
各前記カプラにおいて、前記第1導波路及び第2導波路は、光の相互結合が可能な距離まで近接しており、
各前記アーム導波路部において、第1導波路は、第1引き回し導波路を備え、
各前記アーム導波路部において、第2導波路は、第2引き回し導波路を備え、
各前記アーム導波路部は、互いに、導波路構造が異なる2以上の位相調整領域を備え、
前記位相調整領域は、前記第1導波路及び前記第2導波路のいずれか一方又は双方に設けられ、
前記第1引き回し導波路と前記第2引き回し導波路は、互いに同一構造及び同一長さからなり、
前記アーム導波路部における第1導波路と第2導波路の間で、位相差がTE偏波及びTM偏波の間で等しく、かつ、位相の波長分散の大きさがTE偏波及びTM偏波の間で等しい
ことを特徴とする光導波路素子。
A first waveguide and a second waveguide disposed in parallel and spaced apart from each other;
P + 1 (p is an integer of 1 or more) couplers and p arm waveguide portions, which are alternately connected in series along the light propagation direction, are provided.
In each of the couplers, the first waveguide and the second waveguide are close to a distance capable of mutual coupling of light,
In each of the arm waveguide portions, the first waveguide includes a first routing waveguide,
In each of the arm waveguide portions, the second waveguide includes a second routing waveguide,
Each of the arm waveguide portions includes two or more phase adjustment regions having different waveguide structures,
The phase adjustment region is provided in one or both of the first waveguide and the second waveguide,
The first routing waveguide and the second routing waveguide have the same structure and the same length.
The phase difference between the first waveguide and the second waveguide in the arm waveguide portion is the same between the TE polarized wave and the TM polarized wave, and the phase chromatic dispersion is equal to the TE polarized wave and the TM polarized wave. An optical waveguide device characterized by being equal between waves.
各前記アーム導波路部は第1位相調整領域及び第2位相調整領域を備え、
第1位相調整領域におけるTE偏波及びTM偏波に対する等価屈折率を、それぞれN1TEi及びN1TMjとし、第2位相調整領域におけるTE偏波及びTM偏波に対する等価屈折率を、それぞれN2TEi及びN2TMjとし、第1位相調整領域及び第2位相調整領域の伝播方向の全長をそれぞれL、Lとすると、各位相調整領域を伝播するモードの次数i、j(i、jは0以上の整数)に対し、下記の式(1)〜(3)を満たす
ことを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。
Figure 2018054934
Each of the arm waveguide portions includes a first phase adjustment region and a second phase adjustment region,
The equivalent refractive indexes for the TE polarization and the TM polarization in the first phase adjustment region are N 1TEi and N 1TMj , respectively, and the equivalent refractive indexes for the TE polarization and the TM polarization in the second phase adjustment region are N 2TEi and Assuming that N 2TMj and the total length in the propagation direction of the first phase adjustment region and the second phase adjustment region are L 1 and L 2 , respectively, the orders i and j (i and j are 0 or more) of the modes propagating through the phase adjustment regions. The optical waveguide device according to claim 1, wherein the following formulas (1) to (3) are satisfied:
Figure 2018054934
各前記アーム導波路部は第1〜第3位相調整領域を備え、
第k(k=1、2、3)位相調整領域におけるTE偏波及びTM偏波に対する等価屈折率を、それぞれNkTEi及びNkTMjとし、第k位相調整領域の伝播方向の全長をLとし、ΔNgk=NgkTEi−NgkTMjとすると、各位相調整領域を伝播するモードの次数i、j(i、jは0以上の整数)に対し、下記の式(4)及び(5)を満たす
ことを特徴とする請求項1に記載の光導波路素子。
Figure 2018054934
Each of the arm waveguide portions includes first to third phase adjustment regions,
The equivalent refractive indices for the TE polarization and TM polarization in the k-th (k = 1, 2, 3) phase adjustment region are N kTEi and N kTMj , respectively, and the total propagation length of the k-th phase adjustment region is L k. , ΔN gk = N gkTEi −N gkTMj , the following formulas (4) and (5) are satisfied for the orders i and j (i and j are integers of 0 or more) of the modes propagating through the respective phase adjustment regions. The optical waveguide device according to claim 1.
Figure 2018054934
複数の前記位相調整領域には、互いに、導波路コアの幅、導波路コアの厚み、及び、導波路コアの周囲のクラッドのいずれか1以上の差異がある
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の光導波路素子。
The plurality of phase adjustment regions are different from each other in at least one of a width of the waveguide core, a thickness of the waveguide core, and a cladding around the waveguide core. 4. The optical waveguide device according to any one of 3.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020118887A (en) * 2019-01-25 2020-08-06 沖電気工業株式会社 Wavelength control element and wavelength control method
CN113009621A (en) * 2019-12-19 2021-06-22 中兴光电子技术有限公司 Directional coupler and beam splitter thereof
CN115016060A (en) * 2022-05-19 2022-09-06 浙江大学 Cascaded grating type multi-channel on-chip filter with ultralow crosstalk

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004040358A2 (en) * 2002-10-29 2004-05-13 Infineon Technologies Ag Optical component with a mach-zehnder structure
JP2011118055A (en) * 2009-12-01 2011-06-16 Fujitsu Ltd Optical device, optical hybrid circuit and optical receiver
JP2013057847A (en) * 2011-09-09 2013-03-28 Oki Electric Ind Co Ltd Optical element

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004040358A2 (en) * 2002-10-29 2004-05-13 Infineon Technologies Ag Optical component with a mach-zehnder structure
JP2011118055A (en) * 2009-12-01 2011-06-16 Fujitsu Ltd Optical device, optical hybrid circuit and optical receiver
JP2013057847A (en) * 2011-09-09 2013-03-28 Oki Electric Ind Co Ltd Optical element

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020118887A (en) * 2019-01-25 2020-08-06 沖電気工業株式会社 Wavelength control element and wavelength control method
CN113009621A (en) * 2019-12-19 2021-06-22 中兴光电子技术有限公司 Directional coupler and beam splitter thereof
CN115016060A (en) * 2022-05-19 2022-09-06 浙江大学 Cascaded grating type multi-channel on-chip filter with ultralow crosstalk
CN115016060B (en) * 2022-05-19 2023-06-30 浙江大学 Cascaded grating type multichannel on-chip filter with ultralow crosstalk

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