JP3345849B2 - 光合波回路 - Google Patents
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Description
いて、波長の異なる複数の光を合波して多重伝送すると
きに用いられる光合波回路に関するものである。
したり分波したりする光分波/合波回路の一例として、
例えば、平面光導波路等により形成されるマッハツェン
ダ型やアレイ導波路回折格子型の平面光回路が提案され
ている。
光導波路が示されており、アレイ導波路11と凹面スラブ
導波路12を組み合わせて形成されている。この回路は、
例えば、1本の入力導波路13から複数の波長の光を多重
伝送し、その入射光を入射側のスラブ導波路12aで回折
した後、アレイ導波路11を伝播させ、アレイ導波路11で
各アレイ導波路11の伝播光に位相差を設け、出射側のス
ラブ導波路12bで波長ごとに角分散して分波し、出射側
のスラブ導波路12bに接続される複数の出力導波路14か
ら出力する光分波回路として機能する。
8に示すように、シリコン基板上に形成された長さの異
なる2本の光導波路1a,1bにより形成されており、
光導波路1a,1bは2箇所で互いに近接して光結合部
3a,3bが形成されている。そして、この光合波器
は、光導波路1a,1bの一端側を入射側光伝送路(入
射ポート)とし、光導波路1bの他端側を出射側光伝送
路(出射ポート)としており、結合部3a,3b間の光
導波路1a,1bの長さの差が微小量ΔLに設定されて
いる。
は、2個の結合部3a,3b間に光位相部4が形成され
ており、この光位相部4の光導波路1a,1bの光路長
差ΔLにより、位相差θ=2π・n・ΔL/λ(θ=β
ΔL、ただしβ≒2πn/λ,β:伝播定数、n:光導
波路の屈折率、λ:波長)が生じるようになっている。
そして、光路長差ΔLや2個の結合部3a,3bの光導
波路間隔、長さ等を適切に設定することにより、所望の
結合率をもった光合波器を作製することができる。
例えば、光導波路1a,1bの一端側の入射側光伝送路
から入射した光のうち、所定の波長の光を100 %光導波
路1bの他端側の出射側光伝送路に伝送し、それ以外の
波長の光は100 %未満の所定の透過率だけ透過させて伝
送するように構成し、それにより、所望の波長の光のみ
を選択的に伝送するように形成された光合波器である。
8のように、2本の入射側光伝送路(入射ポート)から
それぞれ入射される波長の異なる光を合波して、1本の
出射側光伝送路(出射ポート)に伝送する2×1光合波
器と、これとは別に、1本の入射側光伝送路から波長の
異なる多重伝送された光を分波して、2本の出射側光伝
送路にそれぞれ伝送する1×2光分波器とがある。
の2×1光合波器を多段に組み合わせ接続することによ
り形成したn×1(n=8)光合波回路の一例が示され
ている。この光合波回路は、波長が略等間隔で異なる8
種類の8本の入射光を1本の光に合波する8×1光合波
回路であり、例えば、一対のマッハツェンダ型の2×1
光合波器C11,C12の出射側に2×1光合波器C21を接
続するという如く、8種類の8本の入射光を2本ずつ組
み合わせて合波する2×1光合波器C11〜C14,C21〜
C22,C31が3段に組み合わせ接続されている。
の2×1光合波器C11の入射側光伝送路として機能する
ようになっており、同様に、光導波路1a2と1b2,
1a3と1b3,1a4と1b4は、それぞれ、2×1
光導波路C12,C13,C14の入射側光伝送路として機能
するようになっている。そして、各2×1光合波器C11
〜C14の図示されていない各出射側光伝送路には、それ
ぞれ、光導波路1a5,1b5,1a6,1b6が接続
されており、この光導波路1a5と1b5は2段目の2
×1光合波器C21の入射側光伝送路として機能し、光導
波路1a6と1b6は2×1光合波器C22の入射側光伝
送路として機能するようになっている。
示されていない各出射側光伝送路には光導波路1a7,
1b7が接続されており、この光導波路1a7,1b7
は、3段目の2×1光合波器C31の入射側光伝送路とし
て機能するようになっている。そして、2×1光合波器
C31の出射側光伝送路1cは、図1の8×1光合波回路
の出射側光伝送路として機能し、前記1a1〜1a4,
1b1〜1b4は、この8×1光合波回路の入射側光伝
送路として機能するようになっている。
ナ光波回路にて、次のようにして作製されている。シリ
コン基板上に火炎堆積法で下部クラッドおよびコア層の
ガラス膜を作製し、フォトリソクラフィおよびドライエ
ッチングによりコア層に導波路リッジパターンを形成す
る。さらに、これに再び火炎堆積法によって上部クラッ
ド膜をつけることにより、埋込み構造の石英導波路を作
製する。なお、コア層には、Geをドープし、コアとク
ラッド部との比屈折率差を0.7 %とし、また、導波路コ
アの断面は、6μm角とし、波長1.5 μmでシングルモ
ードで伝播する構造としている。
ち、1段目の2×1光合波器C11〜C14の各入射側光伝
送路である各光導波路1a1〜1a4,1b1〜1b4
に入射する各入射光は、その中心波長が1nmの等間隔
で異なる8種類の8本の光であり、各入射光の波長(中
心波長)λ1 〜λ8 は、次のように設定されている。 λ1 =1.548 μm,λ2 =1.549 μm,λ3 =1.550 μ
m,λ4 =1.551 μm,λ5 =1.552 μm,λ6 =1.55
3 μm,λ7 =1.554 μm,λ8 =1.555 μm。
〜C22を形成しているマッハツェンダ干渉計の2つの結
合部3a,3bは、上記8種類の波長λ1 〜λ8 の光の
いずれかを、それぞれ、各光導波路1a1〜1a4,1
b1〜1b4に入射したときに、その結合率が約50%と
なるように形成されており、各マッハツェンダ型の2×
1光合波器の2本の導波路の長さの差(光路長差) ΔL
は下記の表1のように設定されている。
や光路長差ΔLをこのように設定すること等により、各
2×1光合波器C11〜C14,C21〜C22,C31における
各波長の光の透過率の理論計算値が図5,6に示すよう
な波長依存性を示すようになっている。
4,C21〜C22,C31を設計するときに、周知の導波路
の結合理論より、所定の波長の光、すなわち、中心波長
λ1 〜λ8 の各入射光が、各2×1光合波器C11〜C1
4,C21〜C22,C31を通るときに、各出射側光伝送路
(各出射ポート)に100 %結合する(殆ど損失のない状
態で100 %透過する)ことができるように各2×1光合
波器C11〜C14,C21〜C22,C31を設計したことによ
るものであり、各2×1光合波器C11〜C14,C21〜C
22,C31は、前記λ1 〜λ8 までの8種類の波長に対し
て光結合特性が0から100 %の範囲内で周期的に変化す
る回路となっている。
回路において、図1に示すように、各光導波路1a1〜
1a4,1b1〜1b4に前記各波長λ1 〜λ8 の光を
入射させると、光導波路1a1と1b1に入射した波長
λ1 とλ5 の入射光が2×1光合波器C11により合波さ
れて光導波路1a5側に伝送され、同様に、光導波路1
a2と1b2に入射した波長λ3 とλ7 の入射光が2×
1光合波器C12により合波されて光導波路1b5側に伝
送される。そして、光導波路1a5を伝送した波長λ1
とλ5 の光および光導波路1b5を伝送した波長λ3 と
λ7 の光が2×1光合波器C21で合波されて光導波路1
a7側に伝送する。
a4と1b4に、それぞれ入射した各波長λ2 とλ6 ,
λ4 とλ8 の光も、上記と同様に、2×1光合波器C1
3,C14でそれぞれ合波されて光導波路1a6,1b6
を伝送し、2×1光合波器C22で合波されて光導波路1
b7側に伝送する。そして、各2×1光合波器C21,C
22で合波された波長λ1 ,λ3 ,λ5 ,λ7 の光および
波長λ2 ,λ4 ,λ6 ,λ8 の光は、それぞれ、光導波
路1a7,1b7を伝送して、2×1光合波器C31によ
り1本に合波され、光導波路1cからは波長λ1 〜λ8
の光の合波光が出射される。
る、光導波路1a1(ポート1)および光導波路1b1
(ポート2)から入射した入射光の通過損失の波長依存
性が示されている。この図からわかるように、光の通過
損失は、光の波長に依存して周期的に変化し、各光導波
路1a1,1b1(各ポート1,2)から入射される入
射光の中心波長によって大きく異なる。
ら中心波長λ1 =1.548 μmの入射光を入射させたとき
には、その波長の光の通過損失は理論的にゼロとなり、
上記動作により、光導波路1a1から入射して8×1光
合波回路を通った波長λ1 の光は光導波路1cからほぼ
100 %出射されることになる。また、同様に、光導波路
1b1から中心波長λ5 =1.552 μmの入射光を入射さ
せたときに、その波長の光の通過損失も理論的にゼロと
なり、光導波路1b1から入射して8×1光合波回路を
通った波長λ5 の光はほぼ100 %光導波路1cから出射
される。
2〜1b4から入射した入射光の通過損失の波長依存性
も、各光導波路1a2〜1a4,1b2〜1b4から入
射される各波長の光の通過損失がゼロとなるように、図
7と同様のパターンで通過損失が波長に依存して変化す
る特性を示し、各光導波路1a2〜1a4,1b2〜1
b4から入射した各波長の光は光導波路1cからほぼ10
0 %出射される。
ような光合波回路においては、例えば、図7に示したよ
うに、波長に依存して周期的に変化する通過損失の変化
の周期が短いために、各光導波路1a1,1b1から入
射する入射光の中心波長が前記λ1 ,λ5 から少しでも
ずれると光の通過損失が増加してしまい、図7において
は、各入射光の波長が前記設定した各中心波長λ1 ,λ
5 からずれたときに増加する通過損失が3dBとなる3
dB帯域幅は、0.8 nmと狭くなってしまう。
した中心波長の光を所定の光導波路に入射したときの光
結合特性(光透過性)を100 %としたときに、光結合特
性が50%〜100 %の範囲内となるような入射光の波長の
幅を示しており、光合波回路においては、最低限、入射
光の波長がこの3dB帯域幅を越えて前記中心波長から
ずれないようにしなければならない。
に、この3dB帯域幅が狭いと、光合波回路に入射する
入射光の波長の、設定した中心波長からのずれを非常に
狭くしなければならず、そのためには、入射光の光源と
なる発光素子を非常に精密なものとしなければならない
ために、発光素子のコストが高くなってしまうといった
問題があった。
際しても、各2×1光合波器C11〜C14,C21〜C22,
C31の光結合性が理論計算通りになるように、すなわ
ち、光透過性が100 %となる光合波回路側の中心波長が
少しのずれもないようにしなければならないために、屈
折率制御等を極めて精密に行わなければならなくなり、
そのため、光合波回路のコストアップにつながり、さら
に、光合波回路の使用時にも導波路基板の温度のコント
ロールを施さなければならなくなり、そのための温度コ
ントロール装置が必要となったり、手間がかかったりし
て問題であった。
なされたものであり、その目的は、入射光の波長のずれ
や光合波回路の作製時の誤差等による光の通過損失の増
加を抑制することが可能であり、3dB帯域幅を広くす
ることができる光合波回路を提供することにある。
に、本発明は次のように構成されている。すなわち、本
発明は、波長が略等間隔で異なるn種類のn本の入射光
を1本の光に合波して出射するn×1光合波回路におい
て、2本の入射側光伝送路からそれぞれ入射される波長
の異なる光を合波して1本の出射側光伝送路に伝送する
2×1光合波器を複数並設し、該一対の2×1光合波器
の出射側に2×1光合波器を接続するという如く、n種
類のn本の入射光を2本ずつ組み合わせて合波する2×
1光合波器が多段に組み合わせ接続されており、これら
の多段の2×1光合波器のうち少くとも1つの段の2×
1光合波器は前記n種類の波長に対して略波長依存性の
ない3dB分岐結合器により形成されており、残りの段
の2×1光合波器は前記n種類の波長に対して光結合特
性が0から100 %の範囲内で周期的に変化する回路によ
り形成されていることを特徴として構成されている。
導波路としたことも本発明の特徴的な構成とされてい
る。
波器のうち少くとも1つの段の2×1光合波器は前記n
種類の波長に対して略波長依存性のない3dB分岐結合
器により形成されており、残りの段の2×1光合波器は
前記n種類の波長に対して光結合特性が0から100 %の
範囲内で周期的に変化する回路により形成されているた
めに、全ての段の2×1光合波器が、前記n種類の波長
に対して光結合特性が0から100 %の範囲内で周期的に
変化する回路により形成されている場合に比べて、波長
に依存して周期的に変化する光の通過損失の変化の周期
が長くなる。そのため、入射光の波長が設定した中心波
長からずれたときに、通過損失が増加する割合が小さく
なり、その分だけ3dB帯域幅も広くなる。
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一名
称部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
本実施例の光合波回路は、図1に示したような、2×1
光合波器C11〜C14,C21〜C22,C31を多段(3段)
に組み合わせ接続することにより形成した8×1光合波
回路である。本実施例の特徴的なことは、3段目の2×
1光合波器C31を、図2に示すようなY分岐型光導波路
により形成した3dB分岐結合器により構成したことで
あり、それ以外の段の2×1光合波器C11〜C14,C21
〜C22は、前記と同様のマッハツェンダ型の光合波器に
より構成されている。
形成するY分岐型光導波路6は、2本の入射側光伝送路
として機能する光導波路1a7,1b7と、1本の出射
側光伝送路として機能する光導波路1cにより形成さ
れ、Y分岐部5を有して構成されている。なお、Y分岐
型光導波路6の光導波路長は、マッハツェンダ型の2×
1光合波器の光導波路長よりも短く形成されている。こ
のY分岐型光導波路6は、図3に示すような光結合特性
を有しており、光の透過率の理論計算値は、前記8種類
の波長λ1 〜λ8 に対して略波長依存性のない値となっ
ており、どの波長の光に対しても0.5 (50%)の光透過
性を有するようになっている。
れている2×1光合波器C31は、光導波路1a7から波
長λa の光を入射させ、光導波路1b7に波長λb の光
を入射させたときに、それらの光を、Y分岐部5で合波
して、前記入射した波長λaの光の50%の光と、入射し
た波長λb の光の50%の光とを合わせて光導波路1cに
伝送させる3dB分岐結合器となっている。
本実施例でも前記と同様に、光導波路1a1〜1a4,
1b1〜1b4に、前記各波長λ1 〜λ8 の光を入射さ
せると、それらの光は、2×1光合波器C11〜C14によ
り、それぞれ、合波され、光導波路1a5,1b5,1
a6,1b6を伝送して2×1光合波器C21,C22によ
り合波され、さらに、光導波路1a7,1b7を伝送し
て2×1光合波器C31により合波されて光導波路1cか
ら出射されるが、本実施例では、2×1光合波器C31
が、前記8種類の波長λ1 〜λ8 に対して略波長依存性
のないY分岐型光導波路6の3dB分岐結合器により構
成されているために、例えば、光導波路1a1,1b1
にそれぞれ入射される光の通過損失は、図4に示すよう
な特性を示すことになる。
は、各2×1光合波器C11,C12,C13の光結合特性が
合わされることにより形成されるために、前記8種類の
波長λ1 〜λ8 に対して殆ど波長依存性がない2×1光
合波器C31を用いた本実施例では、波長に依存して周期
的に変化する光通過損失の変化の周期が従来よりも長く
なるのである。そして、入射光の波長が設定した中心波
長からずれたときに、通過損失が増加する割合が従来よ
りも小さくなり、各光導波路1a1,1b1から入射し
た各入射光の波長が、前記設定した各中心波長λ1 ,λ
5 からずれたときに増加する通過損失が3dBとなる3
dB帯域幅は1.9 nmと広くなる。
2〜1b4にそれぞれ入射した光の通過損失も、同様
に、図4に示した通過損失特性と同様の周期を有する波
長依存性を示すようになり、実際に、各中心波長での挿
入損失(通過損失)を測定したところ、平均3.6 dBと
なり、3dB帯域幅は1.9 nmとなり、通過損失の波長
依存性は設定通りとなったことが確認された。
30℃変化させても、通過損失の変動は0.3 dB以内であ
り、従来の約2dBに比べ大幅に改善された。また、偏
波依存性についても、従来法が中心波長において約0.5
dBあったのに対し、本発明においては0.3 dB以下に
改善された。
帯域幅を1.9 nmとし、従来の倍以上とすることが可能
となり、それにより、入射光の波長が多少ずれたり、光
合波回路の作製時に多少の誤差が生じたり、光合波回路
の使用時に多少の温度変化が生じたりしても、それらに
よる光の通過損失の大幅な増加を抑制することが可能と
なる。そのため、従来のように、入射光の波長のずれを
防ぐための極めて精密な発光素子の作製や、光合波回路
作製時の誤差を防ぐための極めて精密な屈折率制御や、
光合波回路使用時の温度コントロールのための装置や手
間を省くことが可能となり、その分だけコストの安い光
合波回路とすることができる。
C31を形成しているY分岐型光導波路は、マッハツェン
ダ型の2×1光合波器に比べて光導波路の長さを短くす
ることが可能であるために、その分だけ光合波回路を小
型化することができ、作製コストを安くすることができ
る。また、光導波路の長さを短くすることにより、0.1
dB程度、光導波路の伝播損失を改善することができ
る。
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では、2×1光合波器C31は、Y分岐型光導波路
により形成したが、2×1光合波器C31は、Y分岐型光
導波路の代わりに方向性結合器を応用したものや、マッ
ハツェンダ型干渉計型波長平坦カップラ等を用いて、8
種類の波長λ1 〜λ8 に対して略波長依存性のない3d
B分岐結合器を形成し、その3dB分岐結合器により構
成しても構わない。
接続されている2×1光合波器C11〜C14,C21〜C2
2,C31のうち、3段目の2×1光合波器C31を8種類
の波長λ1 〜λ8 に対して略波長依存性のない3dB分
岐結合器により形成したが、3段目の2×1光合波器C
31の代わりに、例えば、2段目の2×1光合波器C21,
C22や、1段目の2×1光合波器C11〜C14を前記3d
B分岐結合器により形成してもよく、本発明の光合波回
路は、多段に組み合わせ接続されている2×1光合波器
のうち少くとも1つの段の2×1光合波器を前記3dB
分岐結合器により形成し、残りの段の2×1光結合器を
前記n種類(上記実施例では8種類)の波長に対して光
結合特性が0〜100 %の範囲内で周期的に変化する回路
により形成されていれば構わない。
入射光を1本の光に合波する8×1光合波回路とした
が、本発明の光合波回路は、波長が略等間隔で異なるn
種類のn本の入射光を1本の光に合波して出射するn×
1光合波回路となるように、2×1光合波器を多段に組
み合わせ接続して形成されるものであり、入射光の本数
や入射光の波長等は適宜設定されるものである。
のうち、少くとも1つの段の2×1光合波器は、前記n
種類の波長に対して略波長依存性のない3dB分岐結合
器により形成されているために、全ての段の2×1光合
波器が、前記n種類の波長に対して光結合特性が0〜10
0 %の範囲内で周期的に変化する回路により形成されて
いる場合に比べて、波長に依存して周期的に変化する光
通過損失(挿入損失)の変化の周期を長くすることが可
能となり、それにより、入射光の波長が設定した中心波
長から多少ずれたとしても、それによる通過損失の大幅
な増加を抑制することが可能となり、3dB帯域幅も広
くすることができる。
御するための発光素子や光合波回路の作製時の極めて正
確な屈折率制御や光合波回路使用時の正確な温度コント
ロールの装置や手間等を省くことが可能となり、その分
だけ光合波回路のコストを安くすることができる。
波路とした本発明によれば、マッハツェンダ干渉計型波
長平坦カップラ等の他の3dB分岐結合器を用いる場合
よりも、光導波路の長さを短くすることが可能となり、
その分だけ光合波回路を小型化することが可能となり、
光合波回路の作製コストを安くすることができるし、光
導波路の長さを短くすることにより、光導波路の伝播損
失を改善することができる。
続して形成した8×1光合波回路の一例を示す要部構成
図である。
岐結合器として図1の2×1光合波器C31に用いられて
いるY分岐型光導波路を示す説明図である。
光結合特性を示すグラフである。
の一実施例の光導波路1a1,1b1(ポート1,2)
に入射する光の通過損失の波長依存性を示すグラフであ
る。
器C11〜C14の波長に対する光結合特性を示すグラフで
ある。
器C21,C22の波長に対する光結合特性と、従来例にお
ける2×1光合波器C31の波長に対する光結合特性を共
に示すグラフである。
1b1(ポート1,2)への入射光の通過損失の波長依
存性を示すグラフである。
す説明図である。
を示す説明図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 波長が略等間隔で異なるn種類のn本の
入射光を1本の光に合波して出射するn×1光合波回路
において、2本の入射側光伝送路からそれぞれ入射され
る波長の異なる光を合波して1本の出射側光伝送路に伝
送する2×1光合波器を複数並設し、該一対の2×1光
合波器の出射側に2×1光合波器を接続するという如
く、n種類のn本の入射光を2本ずつ組み合わせて合波
する2×1光合波器が多段に組み合わせ接続されてお
り、これらの多段の2×1光合波器のうち少くとも1つ
の段の2×1光合波器は前記n種類の波長に対して略波
長依存性のない分岐結合器により形成されており、残り
の段の2×1光合波器は前記n種類の波長に対して光結
合特性が0から100 %の範囲内で周期的に変化する回路
により形成されていることを特徴とする光合波回路。 - 【請求項2】 分岐結合器はY分岐型光導波路としたこ
とを特徴とする請求項1記載の光合波回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31120394A JP3345849B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | 光合波回路 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP31120394A JP3345849B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | 光合波回路 |
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JPH08146247A JPH08146247A (ja) | 1996-06-07 |
JP3345849B2 true JP3345849B2 (ja) | 2002-11-18 |
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ID=18014349
Family Applications (1)
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H.Yanagawa et.al.,,International Journal of Optoelectronics,Vol.9 No.2(1994年3月),pp.151−158 |
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