JP3003205B2 - 波長可変フイルタ - Google Patents
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F2203/055—Function characteristic wavelength dependent wavelength filtering
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数の波長から任意の一波長のみを選択的
に取り出す波長可変フィルタに関する。
に取り出す波長可変フィルタに関する。
近年、光通信システムの超高速・大容量化やコヒーレ
ント伝送等のシステムの高度化によって、多重化された
複数の異なる波長を、各々独立に処理するシステムが考
えられている。これに伴い、複数の異なる成長から、任
意の一本の波長を取り出す素子の実現が望まれるように
なった。この様な要求に対して、光導波路を用いたリン
グ型共振器を利用した波長フイルタ（「半導体光導波路
による光リング共振回路の作製」平成２年 春期応用物
理学会 予稿集 第３分冊 938頁 30a−Ｆ−３）が報
告されている。
ント伝送等のシステムの高度化によって、多重化された
複数の異なる波長を、各々独立に処理するシステムが考
えられている。これに伴い、複数の異なる成長から、任
意の一本の波長を取り出す素子の実現が望まれるように
なった。この様な要求に対して、光導波路を用いたリン
グ型共振器を利用した波長フイルタ（「半導体光導波路
による光リング共振回路の作製」平成２年 春期応用物
理学会 予稿集 第３分冊 938頁 30a−Ｆ−３）が報
告されている。
この半導体光導波路を用いたリング型共振器を利用し
た波長フイルタは、一本の直線光導波路と円環状のリン
グ型光導波路とが、1:1に光を分波する方向性結合器を
介して結合された構成を有している。この波長フイルタ
は、直線光導波路を伝搬してきた光が、前記方向性結合
器によりリング光導波路と直線光導波路とに分波され、
リング光導波路を伝搬した光が再び直線光導波路に結合
し、このとき直線光導波路を新たに伝搬してきた光と、
リング型光導波路を伝搬してきた光との位相が同位相の
場合、ファブリペロー共振器と同様の共振特性を示す。
従って、ファブリペロー型の共振器のように反射鏡を有
さずに共振特性を得られる事から、集積化に向いた構造
となっている。また、半導体で構成されているので電気
光学効果等を用いて共振特性を可変にする事が可能であ
る。
た波長フイルタは、一本の直線光導波路と円環状のリン
グ型光導波路とが、1:1に光を分波する方向性結合器を
介して結合された構成を有している。この波長フイルタ
は、直線光導波路を伝搬してきた光が、前記方向性結合
器によりリング光導波路と直線光導波路とに分波され、
リング光導波路を伝搬した光が再び直線光導波路に結合
し、このとき直線光導波路を新たに伝搬してきた光と、
リング型光導波路を伝搬してきた光との位相が同位相の
場合、ファブリペロー共振器と同様の共振特性を示す。
従って、ファブリペロー型の共振器のように反射鏡を有
さずに共振特性を得られる事から、集積化に向いた構造
となっている。また、半導体で構成されているので電気
光学効果等を用いて共振特性を可変にする事が可能であ
る。
この様な特性を有する半導体光導波路を用いた波長フ
イルタは、選択波長のスペクトル線幅が1.6GHzと非常に
狭く多チャネルの光スペクトルのフイルタとして有望で
ある。しかしながら、選択する光の波長範囲を広く取ろ
うとすると、第４図（ａ）に示すように共振周波数間隔
52が4.8GHzと狭いため、第４図（ｂ）に示すような複数
の波長の光が入射した場合、１本の波長のみを取り出す
フイルタリングができず、第４図（ｃ）に示すような複
数の波長フイルタリングになってしまっていた。従っ
て、１本の波長のみを取り出すフイルタリングを行おう
とする場合には、この共振周波数間の範囲内での波長の
フイルタリングしかできず、多くの波長をフイルタリン
グする事ができなかった。また、共振周波数間隔を広げ
るためにリングの全長を短くすると、電気光学効果等に
よる位相変化量が不足し、第４図（ｄ）に示すように、
選択する光の中心波長λ1,λ２の移動量（選択できる波
長範囲）53が共振周波数間隔より小さくなり、不透過波
長域55が生じ、波長のフイルタリングが連続的にできな
くなってしまっていた。
イルタは、選択波長のスペクトル線幅が1.6GHzと非常に
狭く多チャネルの光スペクトルのフイルタとして有望で
ある。しかしながら、選択する光の波長範囲を広く取ろ
うとすると、第４図（ａ）に示すように共振周波数間隔
52が4.8GHzと狭いため、第４図（ｂ）に示すような複数
の波長の光が入射した場合、１本の波長のみを取り出す
フイルタリングができず、第４図（ｃ）に示すような複
数の波長フイルタリングになってしまっていた。従っ
て、１本の波長のみを取り出すフイルタリングを行おう
とする場合には、この共振周波数間の範囲内での波長の
フイルタリングしかできず、多くの波長をフイルタリン
グする事ができなかった。また、共振周波数間隔を広げ
るためにリングの全長を短くすると、電気光学効果等に
よる位相変化量が不足し、第４図（ｄ）に示すように、
選択する光の中心波長λ1,λ２の移動量（選択できる波
長範囲）53が共振周波数間隔より小さくなり、不透過波
長域55が生じ、波長のフイルタリングが連続的にできな
くなってしまっていた。
本発明の波長可変フィルタは、光導波路を用いた波長
可変フィルタにおいて、光導波路とリング型光導波路か
ら構成される方向性結合器型光スイッチが複数、直列多
段に接続され、前記方向性結合器型光スイッチを構成す
る光導波路の表面に制御用電極を設け印加する電圧によ
り前記方向性結合器型光スイッチのスイッチング状態を
１対１の分岐状態と直進状態とに設定可能な機構を有
し、前記リング型光導波路の一部に位相制御用の電極を
設け印加する電圧により前記方向性結合器における前記
光導波路を伝搬する光と前記リング型光導波路を周回す
る光との間に生じる共振周波数を変化できるリング共振
器を構成することを特徴とする。
可変フィルタにおいて、光導波路とリング型光導波路か
ら構成される方向性結合器型光スイッチが複数、直列多
段に接続され、前記方向性結合器型光スイッチを構成す
る光導波路の表面に制御用電極を設け印加する電圧によ
り前記方向性結合器型光スイッチのスイッチング状態を
１対１の分岐状態と直進状態とに設定可能な機構を有
し、前記リング型光導波路の一部に位相制御用の電極を
設け印加する電圧により前記方向性結合器における前記
光導波路を伝搬する光と前記リング型光導波路を周回す
る光との間に生じる共振周波数を変化できるリング共振
器を構成することを特徴とする。
本発明は、選択する光の波長範囲を広く取るために第
３図（ａ）に示すように、前段のリング型共振器の電気
光学効果によって与える事のできる共振ピークの連続的
変化の最大値よりもわずかに小さい波長に共振ピークを
有するリング型共振器を直列に並べる。各リングはリン
グ導波路上に設けられた電極によって共振周波数の設定
を受ける。電気光学効果によって受ける事のできる屈折
率変化の最大値に対応してフイルタリング可能な波長域
が決定されるので、選択したい波長に応じて、各リング
共振器の方向性結合器の接続状態を変化させる。必要な
波長域をカバーしている方向性結合器の結合状態を3dB
カップル状態（1:1）32とし、残り、リング共振器の方
向性結合器の結合状態を直進状態（バー状態31）にする
と、必要なフイルタリングが可能である。第３図（ｂ）
においては、第１段目の共振器がλ１〜λx,第２段目が
λx+1〜λy,第３段目がλy+1〜λｚまでの波長をカバー
し、λy+1〜λｚの間の波長であるλＡを取り出すに
は、第３段目の方向性結合器のみを3dBカップル状態
（1:1）32とし、残りの方向性結合器を直進状態（バー
状態31）とし、第３段目の共振器の共振波長をリング共
振器上の電極によって電界を印加し、電気光学効果によ
ってλＡに同調することで波長選択が可能である。この
構造によって広い波長域にわたって可変な波長選択フイ
ルタが実現できる。
３図（ａ）に示すように、前段のリング型共振器の電気
光学効果によって与える事のできる共振ピークの連続的
変化の最大値よりもわずかに小さい波長に共振ピークを
有するリング型共振器を直列に並べる。各リングはリン
グ導波路上に設けられた電極によって共振周波数の設定
を受ける。電気光学効果によって受ける事のできる屈折
率変化の最大値に対応してフイルタリング可能な波長域
が決定されるので、選択したい波長に応じて、各リング
共振器の方向性結合器の接続状態を変化させる。必要な
波長域をカバーしている方向性結合器の結合状態を3dB
カップル状態（1:1）32とし、残り、リング共振器の方
向性結合器の結合状態を直進状態（バー状態31）にする
と、必要なフイルタリングが可能である。第３図（ｂ）
においては、第１段目の共振器がλ１〜λx,第２段目が
λx+1〜λy,第３段目がλy+1〜λｚまでの波長をカバー
し、λy+1〜λｚの間の波長であるλＡを取り出すに
は、第３段目の方向性結合器のみを3dBカップル状態
（1:1）32とし、残りの方向性結合器を直進状態（バー
状態31）とし、第３段目の共振器の共振波長をリング共
振器上の電極によって電界を印加し、電気光学効果によ
ってλＡに同調することで波長選択が可能である。この
構造によって広い波長域にわたって可変な波長選択フイ
ルタが実現できる。
第１図は本発明の一実施例を示す図である。第２図は
第１図における方向性結合器部のＡ−Ａ′間の断面図で
ある。以下、各図を基に詳述する。ｎ−GaAs半導体基板
21上にAl0.5Ga0.5Asクラッド層22（厚さ1.5μｍ），ア
ンドープGaAs層23（厚さ0.3μｍ），アンドープAl0.5Ga
0.5Asクラッド層24（厚さ0.4μｍ）,p−Al0.5Ga0.5Asク
ラッド層25（厚さ1.0μｍ）,p−GaAsキャップ層26（厚
さ0.2μｍ）を順次積層し、反応性イオンビームエッチ
ングによって導波路部２および方向性結合器部３以外と
電気的な分離を取るために方向性結合器部３と導波路部
2,リング共振器部１との接続部４の幅２μｍの部分のｐ
−Al0.5Ga0.5Asクラッド層25,p−GaAsキャップ層26を除
去する。その後に方向性結合器部及びリング共振器部の
導波路上及びｎ−GaAs半導体基板２裏面上に電極27を形
成する。以上が製作工程であるが、各構造パラメータは
方向性結合器部の長さが0.5mm,導波路幅42が２μm,導波
路間隔41が1.5μｍである。リング共振器の平均全長は
4.2mm（共振周波数20GHz）である。また、リング共振器
は５段直列に接続している。この構造によって従来と同
じスペクトル線幅で５倍の波長選択幅を持たせる事が可
能である。
第１図における方向性結合器部のＡ−Ａ′間の断面図で
ある。以下、各図を基に詳述する。ｎ−GaAs半導体基板
21上にAl0.5Ga0.5Asクラッド層22（厚さ1.5μｍ），ア
ンドープGaAs層23（厚さ0.3μｍ），アンドープAl0.5Ga
0.5Asクラッド層24（厚さ0.4μｍ）,p−Al0.5Ga0.5Asク
ラッド層25（厚さ1.0μｍ）,p−GaAsキャップ層26（厚
さ0.2μｍ）を順次積層し、反応性イオンビームエッチ
ングによって導波路部２および方向性結合器部３以外と
電気的な分離を取るために方向性結合器部３と導波路部
2,リング共振器部１との接続部４の幅２μｍの部分のｐ
−Al0.5Ga0.5Asクラッド層25,p−GaAsキャップ層26を除
去する。その後に方向性結合器部及びリング共振器部の
導波路上及びｎ−GaAs半導体基板２裏面上に電極27を形
成する。以上が製作工程であるが、各構造パラメータは
方向性結合器部の長さが0.5mm,導波路幅42が２μm,導波
路間隔41が1.5μｍである。リング共振器の平均全長は
4.2mm（共振周波数20GHz）である。また、リング共振器
は５段直列に接続している。この構造によって従来と同
じスペクトル線幅で５倍の波長選択幅を持たせる事が可
能である。
リング共振器の全長を変え、合わせてリング共振器の
多段接続数を増加する事でより可変波長数が多く狭線ス
ペクトルな波長可変フイルタが可能となる。また、材料
には半導体ではInP系でも可能であり、ニオブ酸リチウ
ム系の誘電体材料でも可能である。
多段接続数を増加する事でより可変波長数が多く狭線ス
ペクトルな波長可変フイルタが可能となる。また、材料
には半導体ではInP系でも可能であり、ニオブ酸リチウ
ム系の誘電体材料でも可能である。
本発明を適用するならば従来と同じスペクトル線幅で
５倍の波長選択幅を有する光導波路を用いたリング型の
波長可変フイルタを実現する事が可能である。また直列
多段に接続するリング型光共振器を増加させ、リング型
光共振器の共振器長を短くする事でより広い領域の波長
に対して、より選択波長のスペクトル線幅の狭い可変波
長フイルタリングが可能である。
５倍の波長選択幅を有する光導波路を用いたリング型の
波長可変フイルタを実現する事が可能である。また直列
多段に接続するリング型光共振器を増加させ、リング型
光共振器の共振器長を短くする事でより広い領域の波長
に対して、より選択波長のスペクトル線幅の狭い可変波
長フイルタリングが可能である。
第１図は本発明の一実施例を示す図である。第２図は第
１図における方向性結合器部のＡ−Ａ′間の断面図であ
る。第３図（ａ）は第１段目，第２段目および第３段目
のリング型共振器の共振特性を横軸を波長縦軸を透過光
強度とした図である。第３図（ｂ）はｎ種類の異なった
波長を、本発明による波長可変フィルタに入射した時に
Ａ番目の波長のみを取り出すための各リング型共振器と
光導波路を結合している各方向性結合器型光スイッチの
動作状態を示す図である。第４図（ａ）はリング型共振
器の共振特性を横軸を波長、縦軸を透過光強度で示した
図である。第４図（ｂ）は本発明による波長可変フィル
タに入射した複数の波長スペクトル分布を横軸を波長、
縦軸を入射光強度で示す図である。第４図（ｃ）は第４
図（ａ）の共振特性を有するリング型共振器に第４図
（ｂ）に示すスペクトル分布を示す光を入射した時の透
過光のスペクトル分布を横軸を波長、縦軸を透過光強度
で示した図である。第４図（ｄ）はリング型共振器上に
設けた位相制御用電極によってリング型共振器の共振特
性が変化する事を示した図である。 １……リング共振器部、２……導波路部、３……方向性
結合器部、４……接続部、21……半導体基板、22……ク
ラッド層、23……導波層、24……クラッド層、25……ク
ラッド層、26……キャップ層、27……電極、31……バー
状態、32……3dBカップル状態（1:1）、41……導波路間
隔、42……導波路幅、51……選択波長のスペクトル線
幅、52……共振周波数、53……移動量、54……中心波
長、55……不透過波長域。
１図における方向性結合器部のＡ−Ａ′間の断面図であ
る。第３図（ａ）は第１段目，第２段目および第３段目
のリング型共振器の共振特性を横軸を波長縦軸を透過光
強度とした図である。第３図（ｂ）はｎ種類の異なった
波長を、本発明による波長可変フィルタに入射した時に
Ａ番目の波長のみを取り出すための各リング型共振器と
光導波路を結合している各方向性結合器型光スイッチの
動作状態を示す図である。第４図（ａ）はリング型共振
器の共振特性を横軸を波長、縦軸を透過光強度で示した
図である。第４図（ｂ）は本発明による波長可変フィル
タに入射した複数の波長スペクトル分布を横軸を波長、
縦軸を入射光強度で示す図である。第４図（ｃ）は第４
図（ａ）の共振特性を有するリング型共振器に第４図
（ｂ）に示すスペクトル分布を示す光を入射した時の透
過光のスペクトル分布を横軸を波長、縦軸を透過光強度
で示した図である。第４図（ｄ）はリング型共振器上に
設けた位相制御用電極によってリング型共振器の共振特
性が変化する事を示した図である。 １……リング共振器部、２……導波路部、３……方向性
結合器部、４……接続部、21……半導体基板、22……ク
ラッド層、23……導波層、24……クラッド層、25……ク
ラッド層、26……キャップ層、27……電極、31……バー
状態、32……3dBカップル状態（1:1）、41……導波路間
隔、42……導波路幅、51……選択波長のスペクトル線
幅、52……共振周波数、53……移動量、54……中心波
長、55……不透過波長域。
Claims (1)
- 【請求項１】光導波路を用いた波長可変フィルタにおい
て、光導波路とリング型光導波路から構成される方向性
結合器型光スイッチが複数、直列多段に接続され、前記
方向性結合器型光スイッチを構成する光導波路の表面に
制御用電極を設け印加する電圧により前記方向性結合器
型光スイッチのスイッチング状態を１対１の分岐状態と
直進状態とに設定可能な機構を有し、前記リング型光導
波路の一部に位相制御用の電極を設け印加する電圧によ
り前記方向性結合器における前記光導波路を伝搬する光
と前記リング型光導波路を周回する光との間に生じる共
振周波数を変化できるリング共振器を構成することを特
徴とする波長可変フィルタ。
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| JP2307641A JP3003205B2 (ja) | 1990-11-14 | 1990-11-14 | 波長可変フイルタ |
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| JP2307641A JP3003205B2 (ja) | 1990-11-14 | 1990-11-14 | 波長可変フイルタ |
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