JP3039347B2 - スイッチング機能を備えた光部品及びそれに使用する導波路型フィルタ - Google Patents

スイッチング機能を備えた光部品及びそれに使用する導波路型フィルタ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、スイッチング機能を備えた光部
及びそれに使用する導波路型フィルタ、特にAdd/
Ddropフィルタ或いはAdd/Dropスイッチと
した用いることのできる光部品及びそれに使用する導波
路型フィルタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図12は従来の光部品(Add/Dro
pフィルタ)の構成を示す平面図である。ここに示す例
は、4チャンネルの信号光(各々の中心波長はλ1 ,λ
2 ,λ3,λ4 である)をスイッチング可能なAdd/
Dropフィルタであり、1枚のSiO2 基板1上に構
成されている。
【0003】SiO2 基板200上には光合分波器(ア
レイ導波路回折格子型)201,202,203が基板
の約半分を占めるように設けられている。光合分波器2
01〜203は同一構造であり、波長λ1 ,λ2
λ3 ,λ4 の光を合分波する。光合分波器201の入力
端には導波路205を介して入射ポート204が接続さ
れ、光合分波器202出力端には導波路207を介して
出射ポート206が接続され、光合分波器203の出力
端には導波路209を介してDropポート208が接
続されている。
【0004】更に、SiO2 基板200上には、光合分
波器201〜203に隣接させてTOスイッチ部210
が設けられている。TOスイッチ部210は4系統のス
イッチを有している。光合分波器201の出力端と光合
分波器203の入力端との間は、4本の導波路211,
212,213,214が平行してTOスイッチ部21
0内を通過するように接続されている。また、SiO2
基板200の側縁には4つのAddポート215,21
6,217,218が設けられ、これらAddポートの
各々からの導波路219,220,221,222が平
行かつ導波路211,212,213,214の各々に
一部を接近させてTOスイッチ部210内を通過するよ
うに形成され、その各々の端部は光合分波器202の入
力端に接続されている。
【0005】TOスイッチ部210内の導波路219,
220,221,222の各々には、薄膜ヒータ223
の各々が装着され、これらヒータへの通電を行うために
銅線224が1本づつ配線され、他端は共通接続されて
接地ライン225を形成し、1本で接地される。更に銅
線224の各々には、スイッチ226,227,22
8,229の各々が接続され、これらスイッチは電源端
子230a,230b,230c,230dの各々に接
続され、これらには電圧V1,V2,V3,V4が印加
される。
【0006】以上の構成において、入射ポート204か
ら入射された波長λ1 〜λ4 の光は光合分波器201に
よって導波路211へは波長λ1 の光、導波路212へ
は波長λ2 の光、導波路213へは波長λ3 の光、導波
路214へは波長λ4 の光が分波される。波長λ1 〜λ
4 の光信号は、TOスイッチ部210内を通過する際に
薄膜ヒータ223のオン/オフ状態によって光合分波器
203に入射するか、光合分波器202に入射するかが
切り替えられられる。
【0007】図12の構成では、波長λ1 ,λ4 用のス
イッチ230a,230dがオフ、スイッチ230b,
230cがオンであるので、波長λ1 ,λ4 の光は光合
分波器202に入射され、波長λ2 ,λ3 の光は光合分
波器203に入射する。光合分波器202により合波さ
れた光は出射ポート206に出射され、光合分波器20
3により合波された光はDropポート208に出射
(Drop)される。
【0008】また、Addポート215から波長λ1
Addポート216から波長λ2 、Addポート217
から波長λ3 、Addポート218から波長λ4 の光が
入射した場合、薄膜ヒータ223がオンの時にのみ光合
分波器202によって合波され、出射ポート206から
出射(Add)される。なお、この種の技術に関して
は、1995年、電子情報通信学会総合大会論文集、2
54P「石英系アレイ導波路格子を用いた16ch A
dd/Dropマルチプレクサ」がある。また、光スイ
ッチに関しては、例えば、特開平4−114133号公
報がある。
【0009】図13はファイバグレーティングを用いた
バンドパスフィルタの接続図を示している。サーキュレ
ータ301の入射ポート302には光ファイバ303が
接続され、出射ポート304には光ファイバ305が接
続されている。また、光ファイバ303,305に接続
された光ファイバ306上には、グレーティング307
が形成されている。そして、光ファイバ306の端部に
はファイバ端面308が形成されている。
【0010】図14に示すように、グレーティング30
7は金属板309上に固定され、金属板309を撓ま
せ、グレーティング307の周期を変化させることでブ
ラッグ(Bragg)反射波長を変えることができ、波
長可変のバンドパスフィルタを構成することができる。
図13の構成においては、入射ポート302から入射さ
れた光はサーキュレータ301によってグレーティング
307の設けられた光ファイバ306に導かれ、ここで
特定の波長の光のみが反射され、サーキュレータ301
を経由して出射ポート304から出射される。
【0011】なお、この種の技術に関しては、1995
年、電子情報通信学会総合大会論文集、C−235、2
35P「ファイバグレーティング及び光サーキュレータ
で構成された光バンドパスフィルタ」がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のAdd
/Dropフィルタによると、アレイ導波路回折格子型
光合分波器の特性がプロセス偏差に敏感なため、アレイ
導波路のコア幅が僅かに不均一であったり、屈折率にわ
ずかな揺らぎがあると、特性が劣化するという問題があ
る。このため、プロセス偏差に敏感なアレイ導波路回折
格子型光合分波器の複数個を基板上に歩留り良く作製す
るためには、非常に高精度のプロセス技術が要求され
る。
【0013】また、図12のように、3つの光合分波器
とTOスイッチ部を集積すると、例えば85×60mm
2 の大きなサイズになる。更に、図14の構成のバンド
パスフィルタによれば、可変フィルタにできるのは光フ
ァイバを用いた時のみであり、導波路を用いた場合には
波長可変にすることはできない。
【0014】そこで本発明は、製作が容易で歩留りの向
上が可能なスイッチング機能を備えた光部品及びそれに
使用する導波路型フィルタを提供することを目的として
いる。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、少なくとも1種類の特定波長を含む
入射光を切り替えによって反射あるいは透過する導波路
型フィルタと、前記入射光を前記導波路型フィルタへ導
くための入射ポート及び前記導波路型フィルタからの戻
り光を出射させるためのDropポートを備え、光ファ
イバにより前記導波路型フィルタに接続される第1のサ
ーキュレータと、前記導波路型フィルタからの光を出射
させるための出射ポート及び前記特定波長を含む光を前
記導波路型フィルタへ導くためのAddポートを備え、
光ファイバにより前記導波路型フィルタに接続される第
2のサーキュレータとを具備し、前記導波路型フィルタ
は、入力側導波路、出力側導波路、これら両導波路を近
接して形成される3dBカプラ、該3dBカプラから前
記両導波路を同一長さに延伸した2本の導波路の各々に
設けられるグレーティング、前記同一長さに延伸した2
本の導波路の各々に設けられる位相シフトスイッチ部、
及び前記同一長さに延伸した2本の導波路の各々の端部
に設けられる反射膜を含み、前記2本の導波路の中の前
記入力側導波路側の導波路は、前記グレーティングを前
記3dBカプラ側に有するとともに前記位相シフトスイ
ッチ部を前記反射膜側に有し、 前記2本の導波路の中の
前記出力側導波路側の導波路は、前記グレーティングを
前記反射膜側に有するとともに前記位相シフトスイッチ
部を前記3dBカプラ側に有することを特徴とするスイ
ッチング機能を備えた構成にしている。
【0016】この構成によれば、基板上に1つの導波路
型フィルタ(光合分波器)を形成するのみでスイッチン
グ機能を有するAdd/Dropフィルタを構成でき、
この導波路型フィルタにより入射ポートからの光を反射
させてDropポートへ送り出し、或いは出射ポートへ
透過させることができる。したがって、簡易なプロセス
技術を用いてスイッチング機能を備えた光部品を製作す
ることができる また、3dBカプラの出力側の導波路
上に設けられたグレーティングは特定の波長の光を反射
し、同一導波路上に設けられた位相シフトスイッチ部は
スイッチとして機能し、位相シフトスイッチ部を適宜制
御することにより光フィルタを構成することができる。
そして、これらの部材は1枚の基板上に形成することが
できる。したがって、簡単な構成により導波路型フィル
タを製作することができる。
【0017】
【0018】
【0019】前記導波路型フィルタは、前記第1のサー
キュレータと前記第2のサーキュレータとの間に設ける
ことができ、入力側導波路、出力側導波路、これら両導
波路を近接して形成される3dBカプラ、該3dBカプ
ラから前記両導波路を同一長さに延伸した2本の導波路
の各々に設けられるグレーティング、前記同一長さに延
伸した2本の導波路の各々に設けられる位相シフトスイ
ッチ部、及び前記同一長さに延伸した2本の導波路の各
々の端部に設けられる反射膜を含み、 前記2本の導波路
の中の前記入力側導波路側の導波路は、前記グレーティ
ングを前記3dBカプラ側に有するとともに前記位相シ
フトスイッチ部を前記反射膜側に有し、 前記2本の導波
路の中の前記出力側導波路側の導波路は、前記グレーテ
ィングを前記反射膜側に有するとともに前記位相シフト
スイッチ部を前記3dBカプラ側に有する。この構成に
よれば、複数の導波路型フィルタは各々に異なる反射周
波数が設定され、各々の設定波長は導波路型フィルタの
各々に設けられた位相シフトスイッチ部により複数波長
の光を任意にスイッチングすることができる。したがっ
て、簡単な構成により複数波長の光を任意にスイッチン
グすることのできる小型なAdd/Dropフィルタを
得ることができる。
【0020】また、本発明では、前記グレーティング及
び前記位相シフトスイッチ部は、前記3dBカプラと前
記反射膜との間に設けられる1つのグレーティングと位
相シフトスイッチ部を含むことができる。この構成によ
れば、各グレーティングが異なる波長に設定されている
ため、その前段又は後段の位相シフトスイッチ部をオン
/オフすることにより複数の波長の光のスイッチングが
可能である。このため、簡単な構成により複数波長の光
を任意にスイッチングすることのできる小型なAdd/
Dropフィルタを得ることができる。
【0021】前記導波路は、石英系ガラスによって構成
されることができる。石英系ガラスの採用は、スパッタ
リングによる膜付け処理、フトリソグラフィ、反応性エ
ッチング等の利用を可能にし、量産性及び品質の向上が
図られる。前記位相シフトスイッチ部は、前記導波路に
設けた薄膜ヒータにすることができる。この構成によれ
ば、外部からの電圧の供給、遮断に応じてスイッチ動作
を示し、外部からの制御が容易に行える。かつ設置スペ
ースをとることもない。
【0022】前記グレーティングは、Geドープ石英ガ
ラスに紫外線を照射し、コア中に所望の屈折率を形成す
ることができる。この構成によれば、Geドープ石英ガ
ラスに照射された紫外線は光誘起屈折率を生じさせ、コ
ア中に周期的な屈折率変化を生じさせる。したがって、
容易に所望の波長に合わせたグレーティングを製作する
ことができる。
【0023】前記3dBカプラは方向性結合器にするこ
とができる。方向性結合器の構造は、その製作に導波路
を用いることができ、他の部材との同時加工が可能にな
り、製作が容易になる。また、上記の目的は、第1の導
波路と第2の導波路の一部を近接は一して形成される3
dBカプラと前記の3dBカプラの一方の側の前記第
1.及び第2の導波路に設けられて第1の特定波長の光
を反射する第1、及び第2のグレーティングと、前記代
1及び第2のグレーティングの後段に配設され、前記第
1の特定波長以外の特定は長の光を反射する第3、及び
第4のグレーティングと。前記3dBカプラの前記一方
の側の前記第1、及び第2の導波路に配設され、その導
波路における光の位相を制御する位相制御器とを具備
し、 前記第1の導波路は、前記第1、及び第3のグレー
ティングの間に前記位相制御器を有し、 前記第2の導波
路は、前記3dBカプラの側から前記位相制御器、及び
前記第2、及び第4のグレーティングを順に有すること
を特徴とするスイッチング機能を備えた構成によっても
達成される。
【0024】この構成によれば、3dBカプラ、少なく
とも4つのグレーティング、及び2つの位相制御器から
成る構成は導波路型スイッチを形成し、位相制御器のオ
ン/オフに応じて光の反射状態が変わる。したがって、
比較的低い精度のプロセス技術を用いて導波路型スイッ
チを製作することができる。前記位相制御器は、電源供
給時のオン、オフによって光の位相をπ/2である構成
にすることができる。この構成によれば、導波路上を往
復する際にπの位相差が生じ、等価的光路長がλ/2で
あれば入力側に光を反射させることができる。
【0025】更に、上記の目的は、第1の導波路と第2
の導波路の一部を近接配置して形成される3dBカプラ
と、前記3dBカプラの一方の側の前記第1、及び第2
の導波路に設けられて第1の特定波長の光を反射させる
第1、及び第2のグレーティングと、前記第1、及び第
2のグレーティングの後段に配設され、前記第1の特定
波長以外の特定波長の光を反射する少なくとも各1対の
グレーティングと、前記3dBカプラの前記一方の側の
前記第1、及び第2の導波路に配設され、その導波路に
おける光の位相を制御する位相制御器と、入射光を前記
3dBカプラへ導くための入射ポート及び前記3dBカ
プラからの戻り光を出射させるためのDropポートを
備え、光ファイバにより前記第1の導波路に接続した第
1のサーキュレータと、前記3dBカプラからの光を出
射させるための出射ポート及び前記特定波長とは異なる
光を前記3dBカプラへ導くためのAddポートを備
え、光ファイバにより前記第2の導波路に接続した第2
のサーキュレータとを具備し、 前記第1の導波路は、前
記第1のグレーティングを前記3dBカプラの側に有
し、 前記第2の導波路は、前記位相制御器を前記3dB
カプラの側に有することを特徴とするスイッチング機能
を備えた、構成によっても達成される。
【0026】この構成によれば、基板上に1つの導波路
型スイッチを形成するのみでスイッチング機能を有する
Add/Dropスイッチを構成でき、この導波路型ス
イッチにより入射ポートからの光を反射させてDrop
ポートへ送り出し、或いは出射ポートへ透過させること
ができる。したがって、簡易なプロセス技術を用いてス
イッチング機能を備えた光部品を製作することができ
る。
【0027】
【発明の実施の形態】図1は本発明による光部品の第1
の実施の形態を示す平面図である。ここでは、光部品と
してAdd/Dropフィルタの構成を示している。サ
ーキュレータ101(第1のサーキュレータ)とサーキ
ュレータ102(第2のサーキュレータ)の間には導波
路型フィルタ103が接続され、その接続には光ファイ
バ104,105が用いられる。また、サーキュレータ
101には、入射ポート106を形成する為の光ファイ
バ108及びDropポート107を形成する為の光フ
ァイバ109が接続されている。同様に、サーキュレー
タ102には、出射ポート110を形成する為の光ファ
イバ111及びAddポート112を形成する為の光フ
ァイバ113が接続されている。なお、光ファイバに
は、分散シフトファイバを用いている。
【0028】導波路型フィルタ103は、SiO2 基板
114、このSiO2 基板114の中央部に光りファイ
バ104,105に接続された石英系ガラスによる入力
導波路116,出力導波路117を用いて形成された3
dBカプラ115、この3dBカプラ115より引き出
された入力導波路116の途中に設けられたグレーティ
ング118、このグレーティング118の近傍(グレー
ティングに熱影響を及ぼさない程度に離れた位置)に設
けたれた薄膜ヒータ119(位相シフトスイッチ部)、
3dBカプラ115より引き出された出力導波路117
の途中に設けられた薄膜ヒータ120(位相シフトスイ
ッチ部)、この薄膜ヒータ120の近傍に設けられたグ
レーティング121、SiO2 基板114の側縁にもう
けられ入力導波路116,117の端部に結合される反
射膜122の各々を備えて構成されている。グレーティ
ング118,121は、波長λ1 (例えば、1556n
m)の光のみを反射させる機能を備えている。薄膜ヒー
タ119,120はTa2N膜を用いて作製している。
3dBカプラ115は方向性結合器型を用いている。
【0029】反射膜122は、入力導波路116,出力
導波路117各端面及びSiO2 基板114の側面に金
を蒸着して製作される。薄膜ヒータ119へ通電を行う
ために銅線123,124が布線され、薄膜ヒータ12
0へ通電を行うために銅線125,126が布線されて
いる。銅線123と125、及び12と銅線12
共通接続され、その接続部間には直流電源127及びス
イッチ128が直列接続されている。
【0030】次に、図2に示す等価光回路を参照し、導
波路型フィルタの動作について説明する。薄膜ヒータ1
19、120がオフの時、導波路型フィルタ103は図
2の(a)に示す光回路と同一の機能を示す(なお、1
29は入力ポート、130は出力ポートである)。更
に、(a)の状態で反射膜122を中心にして往路と復
路を展開すると(b)の光回路のようになる。この光回
路においては、入力ポート129aから入力された信号
光は出力ポート130bに出力する透過状態になる。
【0031】薄膜ヒータ119,120がオンの時、波
長λ2 〜λ4 の信号光に関しては、力導波路116,
出力導波路117の両方が等価的に同一分だけ長くな
り、(b)の光回路と同様に考えることができ、入力ポ
ート129aから入力された信号光は出力ポート130
bに出力する透過状態になる。また、波長λ1 の信号光
に関しては、図1に示すグレーティング118,121
で反射して戻るため、導波路117のみが等価的に片道
でλ1 /4、往復でλ1 /2(位相で言えばπの変化)
だけ長くなり、(c)に示すように、等価的光路長さが
λ/2であるMZIと同様に考えることができ、入力ポ
ート129aから入射した信号光は該入力ポート129
bに出力される(すなわち反射)。
【0032】次に、図1の構成の動作について説明す
る。入射ポート106から入射された波長λ1 〜λn
信号光はサーキュレータ101を経て入力導波路116
に入力する。スイッチ128がオフで薄膜ヒータ11
9,120に通電が行われない時(すなわち、導波路型
フィルタ103がオフの時)には、図3に示すように、
全ての波長の信号光が出力導波路117、光ファイバ1
11及びサーキュレータ102によって出射ポート11
0から出射される。
【0033】導波路型フィルタ103がオンの時には、
図4に示すように、波長λ2 〜λnの信号光は出力導波
路117及びサーキュレータ102によって出射ポート
110から出射されるが、波長λ1 の信号光は入力導波
路116に戻され、光ファイバ111及びサーキュレー
タ101によってDropポート107から出射され
る。
【0034】一方、Addポート112から入射された
波長λ1 の信号光は、光ファイバ113、サーキュレー
タ102を順次経由して導波路型フィルタ103の出力
導波路117に導かれる。ここで、薄膜ヒータ119,
120がオフであれば、出力導波路117の信号光は3
dBカプラ115、入力導波路116、サーキュレータ
102及び光ファイバ109を順次経由し、Dropポ
ート107から出射(Drop)される。
【0035】また、導波路型フィルタ103がオンの時
には、光ファイバ105上の光は薄膜ヒータ120によ
り位相シフトされるため、信号光は3dBカプラ115
から先には進むことができず、出力導波路117に戻さ
れ、更に光ファイバ105、サーキュレータ102、及
び光ファイバ111を経由して出射ポート110から出
射(Add)される。
【0036】図5は本発明によるスイッチング機能を備
えた光部品の第2の実施の形態を示す平面図である。図
5の光部品は、4波長を任意にスイッチングが可能に構
成されている。即ち、図1に示した構成の導波路型フィ
ルタ103を4個用意し、これらの導波路型フィルタ1
03a,103b,103c,103dを1枚のSiO
2 基板114上に入・出力間に直列接続した状態で形成
し、更に、導波路型フィルタ103aにサーキュレータ
101を接続し、導波路型フィルタ103dにサーキュ
レータ102を接続した構成にしている。なお、導波路
型フィルタ103aは波長λ1を、導波路型フィルタ1
03bは波長λ2 を、導波路型フィルタ103cは波長
λ3 を、導波路型フィルタ103dは波長λ4 を各々ス
イッチングすることができる。なお、導波路型フィルタ
103を増設することにより、更に多種類の波長のスイ
ッチングが可能になる。
【0037】図5の構成において、薄膜ヒータ119
a,120a,119d,120dをオフ、薄膜ヒータ
119b,120b,119c,120cをオンにした
状態で入射ポート106から波長λ1 =1556nm、
λ2 =1557nm、λ3 =1558nm、λ4 =15
59nmの信号光を入射した。その結果、波長λ2 と波
長λ3 の光は、2dB以下の損失で出射ポート110か
ら出射した。この時、クロストークは−20dB以下で
あった。また、図5の構成を搭載したフィルタのサイズ
は30×60mm2 にすることができた。これは、同一
機能を有する従来サイズの半分以下である。
【0038】図6は本発明によるスイッチング機能を備
えた光部品の第3の実施の形態を示す平面図である。図
6の構成は、4個の導波路型フィルタ103a,103
b,103c,103dを用い、これらを1枚のSiO
2 基板114上に搭載する構成は同じであるが、図5の
ように3dBカプラに対して直列接続するのではなく、
反射膜を1つとし、この反射膜122に対して直列接続
になるように構成している。なお、導波路型フィルタ1
03a〜103dの機能及び波長の選択は図5の構成と
同一である。
【0039】この構成では、4波長を任意にスイッチン
グが可能であり、各波長に対する入・出力関係は図5の
構成と同一であるので説明を省略する。この構成で特筆
されるのは、図5の構成に比べて更に小型化が可能なこ
とであり、例えば、10×60mm2 のサイズにするこ
とができ、同一機能の従来サイズに対し、1/8以下に
することができる。
【0040】図7は本発明によるスイッチング機能を備
えた光部品の第4の実施の形態を示す平面図である。図
1のAdd/Dropフィルタが3dBカプラ115と
反射膜122との間に各1個のグレーティングと薄膜ヒ
ータを設けていたのに対し、図7では反射膜を設けず、
グレーティングを2個にし、これらが直列接続の状態に
なるようにしている。
【0041】3dBカプラ115とSiO2 基板114
の間には、入力導波路116に連通する導波路131を
SiO2 基板114の側縁まで設け、また、出力導波路
117に連通する導波路132をSiO2 基板114の
側縁まで設けている。そして、導波路131上にはグレ
ーティング133(第1のグレーティング)、薄膜ヒー
タ119(位相制御器)及びグレーティング134(第
3のグレーティング)が設けられている。また、導波路
132上にはグレーティング135(第2のグレーティ
ング)、薄膜ヒータ120(位相制御器)及びグレーテ
ィング136(第4のグレーティング)が設けられてい
る。グレーティング133とグレーティング135、及
びグレーティング134とグレーティング136は共に
3dBカプラ115に対して同一位置に設けられてい
る。以上の部材を含む構成を、ここでは導波路型スイッ
チ137と呼ぶことにする。
【0042】なお、導波路131及び導波路132の端
部が接するSiO2 基板114の側面は、導波路131
及び導波路132の直線部に対して、角度θの傾斜面が
設けられている。図7における導波路型スイッチ137
は、グレーティング133とグレーティング135が波
長λ1 の信号光を反射し、このグレーティング133と
グレーティング135で反射されなかった信号光(波長
λ1 〜λn )がグレーティング134とグレーティング
136によって反射される。薄膜ヒータ119,120
がオフの時、導波路型スイッチ137は図2の(a)に
示した光回路と同一の動作をする。
【0043】薄膜ヒータ119,120がオンの時、波
長λ2 〜λn の信号光は図2の(b)と同様に考えるこ
とができ、入力ポート129aから入力された信号光は
出力ポート130bへ出力、すなわち光が透過する。波
長λ1 の信号光に関しては、導波路131,132の間
で位相差が片道でπ/2、往復でπを生じるので、図2
の(c)に示す様な等価的光路長差がλ/2(位相差で
言えばπ)であるMZIと同様に考えることができ、入
力ポート129aから入力された信号光は入力ポート1
29aに戻る(即ち反射)。
【0044】次に、図7の構成における光部品の動作に
ついて、図8及び図9を参照して説明する。入射ポート
106から入射された波長λ1 〜λn の信号光は、光フ
ァイバ108及びサーキュレータ101を経由して入力
導波路116に導かれる。そして、導波路型スイッチ1
37がオフの時には、図8に示すように、全ての波長の
信号光が3dBカプラ115、出力導波路117、サー
キュレータ102及び光ファイバ111を経て出射ポー
ト110から出射される。
【0045】また、導波路型スイッチ137がオンの時
には、図9に示すように、入射ポート106に入射され
た波長λ1 〜λn の信号光は、λ2 〜λn が出力導波路
117、光ファイバ105、サーキュレータ102及び
出射ポート110を介して出射ポート110から出射さ
れ、波長λ1 の信号光のみが入力導波路116に戻さ
れ、光ファイバ104、サーキュレータ101、光ファ
イバ108を介して入射ポート106に戻される(即ち
Drop)。
【0046】更に、Addポート112から入射された
波長λ1 の信号光は、光ファイバ113、サーキュレー
タ102を経由して出力導波路117に導かれる。この
時、導波路型スイッチ137がオフであれば、出力導波
路117の信号光は3dBカプラ115、入力導波路1
16、サーキュレータ102及び光ファイバ109を順
次経由し、Dropポート107から出射(Drop)
される。また、導波路型スイッチ137がオンの時に
は、光ファイバ117に戻され、サーキュレータ102
を経由して出射ポート110から出射(Add)され
る。
【0047】図10は本発明によるスイッチング機能を
備えた光部品の第5の実施の形態を示す平面図である。
図10の光部品は、4波長を任意にスイッチングが可能
に構成されている。即ち、図7に示した構成の導波路型
スイッチ137を4個用意し、これらの導波路型スイッ
チ137a,137b,137c,137dを1枚のS
iO2 基板114上に入・出力間に直列接続した状態で
形成し、更に、導波路型スイッチ137aにサーキュレ
ータ101を接続し、導波路型スイッチ137dにサー
キュレータ102を接続した構成にしている。なお、導
波路型スイッチ137aは波長λ 1 を、導波路型スイッ
チ137bは波長λ2 を、導波路型スイッチ137cは
波長λ3 を、導波路型スイッチ137dは波長λ4 を各
々スイッチングすることができる。
【0048】図10の構成において、薄膜ヒータ119
a,120a,119d,120dをオフ、薄膜ヒータ
119b,120c,119b,120cをオンにした
状態で入射ポート106から波長λ1 =1556nm、
λ2 =1557nm、λ3 =1558nm、λ4 =15
59nmの信号光を入射した。その結果、波長λ2 と波
長λ3 の光は、2dB以下の損失で出射ポート110か
ら出射した。この時、クロストークは−20dB以下で
あった。また、図10の構成を搭載したフィルタのサイ
ズは30×60mm2 にすることができた。これは、同
一機能を有する従来サイズの半分以下である。
【0049】図11は本発明によるスイッチング機能を
備えた光部品の第6の実施の形態を示す平面図である。
図11の構成は、4個の導波路型スイッチ137a,1
37b,137c,137dを用い、これらを1枚のS
iO2 基板114上に搭載する構成は同じであるが、図
6の構成にあって、導波路型フィルタ103を3段に直
列接続した後、4段目に図7の構成の導波路型スイッチ
137の導波路131,132及びこれに設けられた部
材の部分を直列接続した構成にしている。
【0050】この構成では、4波長を任意にスイッチン
グが可能であり、各波長に対する入・出力関係は図10
の構成と同一であるので説明を省略する。この構成で特
筆されるのは、図10の構成に比べて更に小型化が可能
なことであり、例えば、10×60mm2 のサイズにす
ることができ、同一機能の従来サイズに対し、1/8以
下にすることができる。
【0051】以上説明した本発明のスイッチング機能を
備えた光部品によれば、従来の光部品に比較してフレキ
シビリティが増すという利点がある。例えば、従来では
4チャンネル(使用波長をλ1 〜λ4 とする)用に作製
したスイッチング可能なAdd/Dropフィルタを8
チャンネル(使用波長をλ1 〜λ4 とする)用に改造す
ることはできないが、本発明の場合、元からの4チャン
ネル(使用波長をλ1〜λ4 とする)用スイッチャブル
導波路型フィルタを直列に接続することによって、4チ
ャンネル用に作製したスイッチング可能なAdd/Dr
opフィルタを8チャンネル用に改造することができ
る。
【0052】
【実施例】ここで、上記した本発明の光回路の製作方法
について説明する。まず、SiO2 基板上に反応性スパ
ッタリングでSiO2 −GeO2 を膜付けしてコアを作
り、フォトリソグラフィ技術及び反応性エッチング技術
を用いて導波路のパターンを形成し、この上に火炎堆積
によりクラッド(SiO2-P2O5-B2O3)を堆積させて作製し
た。この際、Geドープ石英ガラスに紫外線を照射する
ことにより光誘起屈折率の変化が生じることを利用し、
コア中に周期的な屈折率変化を形成させて作製(Photo-
induced Grating)した。この結果、SiO2 基板とクラ
ッドの屈折率は1.458、コアの屈折率は1.465
7にすることができた。また、導波路は高さ、幅共に6
μmにした。
【0053】導波路に対するグレーティング118,1
21の形成は、導波路素子を100%水素雰囲気中、室
温、170気圧、10日間の条件で水素処理を行った
後、波長248nmのエキシマレーザをフェーズマスク
(Phase Mask)を通して導波路に照射することにより行
った(なお、この種の技術に関しては、Raman Kashya
p,"Photosensitive Optical Fibers",OPTICAL FIBER TE
CHNOLOGY 1,17-34(1994)に記載がある)。
【0054】このような構成のグレーティングは、薄膜
ヒータをオフにした状態で入射ポート106から波長λ
1 =1556nm、λ2 =1557nm、λ3 =155
8nm、λ4 =1559nmの光を入射したところ、全
波長とも1dB以下の損失で出射ポート110から出射
された。この時、Dropポート107へのクロストー
クは全波長とも−25dB以下であった。
【0055】また、薄膜ヒータをオンにした状態(この
時の消費電力は、V1 =0.2Wであった)で入射ポー
ト106から波長λ1 =1556nm、λ2 =1557
nm、λ3 =1558nm、λ4 =1559nmの光を
入射すると、波長λ2 ,λ3,λ4 の光は1dB以下の
損失で出射ポート110から出射され、波長λ1 の光は
1dB以下の損失でDropポート107から出射され
た。この時、波長λ1の光の出射ポート110へのクロ
ストークは全波長とも−25dB以下であった。更に、
薄膜ヒータをオフにした状態でAddポート112から
波長λ1 =1556nmの光を入射した時、出射ポート
110へのクロストークは−25dB以下であった。ま
た、薄膜ヒータをオンにした状態でAddポート112
から波長λ1 =1556nmの光を入射した時、出射ポ
ート110への損失は1dB以下であった。
【0056】なお、本発明のAdd/Dropフィルタ
において、上記した基板、クラッド、コア材料等につい
ては、その他の誘電体材料、半導体材料、有機材料を用
いることができる。また、グレーティングにおいては、
上記の他、導波路上に周期的に電極を装荷する方法、コ
ア形状を周期的に変化させる方法等を用いることもでき
る。更に、反射膜122は、上記の他、他の金属、誘電
体多層膜を用いることができる。
【0057】更に、薄膜ヒータは、上記の各構成ではT
2 N膜を用いたが、この他の金属、合金、誘電体等を
用いることもできる。
【0058】
【発明の効果】以上より明らかな如く、本発明によれ
ば、簡易なプロセス技術を用いてスイッチング機能を備
えた光部品を製作することができる。また、光部品のサ
イズの小型化が図れ、更にチャンネル数の増設も容易に
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるスイッチング機能を備えた光部品
の第1の実施の形態を示す平面図である。
【図2】図1のスイッチング機能を備えた光部品の動作
状況に応じた等価回路を示す接続図である。
【図3】図1に示したスイッチング機能を備えた光部品
の薄膜ヒータのオフ時における信号光の進路を示す説明
図である。
【図4】図1に示したスイッチング機能を備えた光部品
の薄膜ヒータのオン時における信号光の進路を示す説明
図である。
【図5】本発明によるスイッチング機能を備えた光部品
の第2の実施の形態を示す平面図である。
【図6】本発明によるスイッチング機能を備えた光部品
の第3の実施の形態を示す平面図である。
【図7】本発明によるスイッチング機能を備えた光部品
の第4の実施の形態を示す平面図である。
【図8】図7のスイッチング機能を備えた光部品の薄膜
ヒータのオフ時における信号光の進路を示す説明図であ
る。
【図9】図7のスイッチング機能を備えた光部品の薄膜
ヒータのオン時における信号光の進路を示す説明図であ
る。
【図10】本発明によるスイッチング機能を備えた光部
品の第5の実施の形態を示す平面図である。
【図11】本発明によるスイッチング機能を備えた光部
品の第6の実施の形態を示す平面図である。
【図12】従来の光部品の構成を示す平面図である。
【図13】ファイバグレーティングを用いたバンドパス
フィルタの構成を示す接続図である。
【図14】図13に示すグレーティングの周辺構成を示
す断面図である。
【符号の説明】
101,102 サーキュレータ 103,103a〜103d 導波路型フィルタ 104,105,108,109,111,113 光
ファイバ 106 入射ポート 107 Dropポート 110 出射ポート 112 Addポート 114 SiO2 基板 115,115a〜115d 3dBカプラ 116 入力導波路 117 出力導波路 131,131a〜131d,132a〜132d,1
32 導波路 118,118a,118b,118c,118d グ
レーティング 119,119a,119b,119c,119d 薄
膜ヒータ 120,120a,120b,120c,120d 薄
膜ヒータ 121,121a,121b,121c,121d グ
レーティング 122 反射膜 123,124,125,126 銅線 127 電源 128 スイッチ 133,133a〜133d グレーティング 134,134a〜134d グレーティング 135,135a〜135d グレーティング 136,136a〜136d グレーティング 137,137a〜137d 導波路型スイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋葉 健次 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社オプトロシステム研究所 内 (56)参考文献 特開 平9−127460(JP,A) 特開 平7−154372(JP,A) 特開 平7−84225(JP,A) 特開 平6−194613(JP,A) 特開 平9−159849(JP,A) 特開 平9−113940(JP,A) 特開 平7−174928(JP,A) 特開 平7−336327(JP,A) 特開 平4−242227(JP,A) 特開 昭57−161707(JP,A) 特開 平7−318987(JP,A) 米国特許5457758(US,A) 米国特許5459801(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/00 - 1/055 505 G02F 1/29 - 1/313 G02B 6/12 - 6/14 H04J 14/00 - 14/02

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1種類の特定波長を含む入射
    光を切り替えによって反射あるいは透過する導波路型フ
    ィルタと、 前記入射光を前記導波路型フィルタへ導くための入射ポ
    ート及び前記導波路型フィルタからの戻り光を出射させ
    るためのDropポートを備え、光ファイバにより前記
    導波路型フィルタに接続される第1のサーキュレータ
    と、 前記導波路型フィルタからの光を出射させるための出射
    ポート及び前記特定波長を含む光を前記導波路型フィル
    タへ導くためのAddポートを備え、光ファイバにより
    前記導波路型フィルタに接続される第2のサーキュレー
    タとを具備し、 前記導波路型フィルタは、入力側導波路、出力側導波
    路、これら両導波路を近接して形成される3dBカプ
    ラ、該3dBカプラから前記両導波路を同一長さに延伸
    した2本の導波路の各々に設けられるグレーティング、
    前記同一長さに延伸した2本の導波路の各々に設けられ
    る位相シフトスイッチ部、及び前記同一長さに延伸した
    2本の導波路の各々の端部に設けられる反射膜を含み、前記2本の導波路の中の前記入力側導波路側の導波路
    は、前記グレーティングを前記3dBカプラ側に有する
    とともに前記位相シフトスイッチ部を前記反射膜側に有
    し、 前記2本の導波路の中の前記出力側導波路側の導波路
    は、前記グレーティングを前記反射膜側に有するととも
    に前記位相シフトスイッチ部を前記3dBカプラ側に有
    する ことを特徴とするスイッチング機能を備えた光部
    品。
  2. 【請求項2】 前記導波路型フィルタは、前記第1のサ
    ーキュレータと前記第2のサーキュレータとの間に設け
    られる同一構成の複数の導波路型フィルタを含むことを
    特徴とする請求項1記載のスイッチング機能を備えた光
    部品。
  3. 【請求項3】 前記グレーティング及び前記位相シフト
    スイッチ部は、前記3dBカプラと前記反射膜との間に
    設けられる1つのグレーティングと位相シフトスイッチ
    部を含むことを特徴とする請求項1記載のスイッチング
    機能を備えた光部品。
  4. 【請求項4】 前記導波路は、石英系ガラスによって構
    成されることを特徴とする請求項1記載のスイッチング
    機能を備えた光部品。
  5. 【請求項5】 前記位相シフトスイッチ部は、前記導波
    路に設けた薄膜ヒータであることを特徴とする請求項1
    又は3記載のスイッチング機能を備えた光部品。
  6. 【請求項6】 前記グレーティングは、Geドープ石英
    ガラスに紫外線を照射し、コア中に所望の屈折率を形成
    することを特徴とする請求項1又は3記載のスイッチン
    グ機能を備えた光部品。
  7. 【請求項7】 前記3dBカプラは、方向性結合器であ
    ることを特徴とする請求項1記載のスイッチング機能を
    備えた光部品。
  8. 【請求項8】 第1の導波路と第2の導波路の一部を近
    接配置して形成される3dBカプラと、 前記3dBカプラの一方の側の前記第1、及び第2の導
    波路に設けられて第1の特定波長の光を反射する第1,
    及び第2のグレーティングと、 前記第1,及び第2のグレーティングの後段に配設さ
    れ、前記第1の特定波長以外の特定波長の光を反射する
    第3,及び第4のグレーティングと、 前記3dBカプラの前記一方の側の前記第1、及び第2
    の導波路に配設され、その導波路における光の位相を制
    御する位相制御器とを具備し、 前記第1の導波路は、前記第1、及び第3のグレーティ
    ングの間に前記位相制御器を有し、 前記第2の導波路は、前記3dBカプラの側から前記位
    相制御器、及び前記第2、及び第4のグレーティングを
    順に有する ことを特徴とするスイッチング機能を備えた
    光部品。
  9. 【請求項9】 前記位相制御器は、電源供給時のオン、
    オフによって光の位相をπ/2変化させることを特徴と
    する請求項8記載のスイッチング機能を備えた光部品。
  10. 【請求項10】 第1の導波路と第2の導波路の一部を
    近接配置して形成される3dBカプラと、 前記3dBカプラの一方の側の前記第1、及び第2の導
    波路に設けられて第1の特定波長の光を反射させる第
    1,及び第2のグレーティングと、 前記第1,及び第2のグレーティングの後段に配設さ
    れ、前記第1の特定波長以外の特定波長の光を反射する
    少なくとも各1対のグレーティングと、 前記3dBカプラの前記一方の側の前記第1、及び第2
    の導波路に配設され、その導波路における光の位相を制
    御する位相制御器と、 入射光を前記3dBカプラへ導くための入射ポート及び
    前記3dBカプラからの戻り光を出射させるためのDr
    opポートを備え、光ファイバにより前記第1の導波路
    に接続した第1のサーキュレータと、 前記3dBカプラからの光を出射させるための出射ポー
    ト及び前記特定波長とは異なる光を前記3dBカプラへ
    導くためのAddポートを備え、光ファイバにより前記
    第2の導波路に接続した第2のサーキュレータとを具備
    し、 前記第1の導波路は、前記第1のグレーティングを前記
    3dBカプラの側に有し、 前記第2の導波路は、前記位相制御器を前記3dBカプ
    ラの側に有する ことを特徴とするスイッチング機能を備
    えた光部品。
  11. 【請求項11】 少なくとも1種類の特定波長を含む入
    射光を切り替えによって反射あるいは透過する導波路型
    フィルタにおいて 入力側導波路、出力側導波路、これら両導波路を近接し
    て形成される3dBカプラ、該3dBカプラから前記両
    導波路を同一長さに延伸した2本の導波路の各々に設け
    られるグレーティング、前記同一長さに延伸した2本の
    導波路の各々に設けられる位相シフトスイッチ部、及び
    前記同一長さに延伸した2本の導波路の各々の端部に設
    けられる反射膜を含み、 前記2本の導波路の中の前記入力側導波路側の導波路
    は、前記グレーティングを前記3dBカプラ側に有する
    とともに前記位相シフトスイッチ部を前記反射膜側に有
    し、 前記2本の導波路の中の前記出力側導波路側の導波路
    は、前記グレーティングを前記反射膜側に有するととも
    に前記位相シフトスイッチ部を前記3dBカプラ側に有
    することを特徴とする導波路型フィルタ。
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