JP3877976B2 - フリースペクトルレンジを大きくした同調型オールパス光学フィルタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学フィルタに関し、特に同調型オールパス光学フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信システムは、大量の情報の高速伝送の大きな可能性を実現しつつある。要するに、光ファイバシステムは、光源と、情報を光に刻み込む変調器と、光学信号を搬送する光ファイバ送信線と、信号を検出し、信号が搬送する情報を復調する受信機と、を備える。ますます、光学信号は、複数の別個の波長信号チャネルを有する波長分割多重化信号（ＷＤＭ信号）となる。
【０００３】
分散補償装置は、光通信システムの重要な要素である。異なる波長の信号成分が異なる伝播遅延を受けると、色分散が生じる。このような分散は、送信パルスを歪めるとともに、信号チャネルの情報コンテンツを劣化させるおそれがある。分散補償装置は、異なる波長成分のうち伝播遅延を等化し、送信情報の品質を維持する。
【０００４】
オールパスフィルタは、光通信システムに有効である。オールパスフィルタ（ＡＰＦ）は、振幅応答の変更を最小限に抑えつつ信号の異なる波長成分の間で位相を実質的に等化する。したがって、ＡＰＦは、色分散の補償に非常に有効である。また、ＡＰＦは、波長依存の遅延線およびより複雑なフィルタにおいても有効である。
【０００５】
同調能力は、オールパスフィルタにおいて重要な機能である。光通信システムにおける状態は、チャネルが追加され、ドロップされ、分岐間で再ルーティングされるのにともない変化する可能性がある。その結果、フィルタは、状況の変化に適応できるように同調可能である必要がある。静的な適用例においても、同調は、製造のばらつきを補償するために有効である。
【０００６】
図１は、２個のカプラ１２Ａおよび１２Ｂにより同一面のリング共振器１１に結合された光導波管１０を有する従来の同調型光学オールパスフィルタを模式的に示す。カプラの間の導波管１０の部分と共振器１１の隣接部分により、マッハ・ツェンダー干渉計１３を形成する。導波管の第１の位相シフタ１５と共振器の第２の位相シフタ１６を使用してフィルタを同調させることが可能である。
【０００７】
次に動作を説明すると、導波管１０を移動する光パルスは、一部が共振器１１に接続する。共振器を回った後、光は導波管に戻り結合する。共振器からの光と導波管上を伝送される光との干渉により、分散を補償する周波数依存の時間遅延が生じる。装置の応答は周波数において周期的であり、この周期をフリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）という。
【０００８】
装置の性能は、共振器光路長および共振器と導波管との結合強度によって異なる。共振器光路長は装置のＦＳＲを決定し、結合強度は最大群遅延および遅延の帯域幅を決定する。
【０００９】
位相シフタ１５，１６を制御することで同調が行われる。これらの位相シフタは、通常、その基材となる材料の屈折率を変える局部ヒータである。位相シフタ１６を制御することにより、共振器光路長、ひいてはＦＳＲの同調を可能にする。位相シフタ１５を制御することにより、ＭＺＩの導波管アームと共振器アームの間の位相差の同調を可能にする。この同調が次いで結合強度を変え、これにより群遅延および帯域幅を同調させる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
これらの同調型フィルタは、多数の用途で良好に作用するが、帯域幅の増大の要求にともない、装置の小型化が必要とされる。しかし、装置の寸法が小さくなると、それぞれ独立して同調できるように導波管と共振器とを断熱することがますます困難になる。したがって、同調型オールパスフィルタにおける新たな構成の必要がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、同調型光学オールパスフィルタは、導波光学リング共振器を設けた第１層と、スペーサとしての第２層と、曲線導波管を設けた第３層からなる基板により支持される多層導波構造を備える。曲線導波管は、スペーサ層を貫通する２個の離間した光学カプラにより共振器と光学的に結合され、共振器の光路長を制御するための第１の位相シフタ、および導波管において、入出力導波管と共振器の間の実効結合強度を制御するよう動作する第２の位相シフタにより同調が与えられる。一実施形態において、導波管および共振器は、光学的分離を行うように非結合領域において水平方向に離間して配置される。別の実施形態において、導波管と共振器は水平方向に重なり合ってもよいが、スペーサ層は、非結合領域で厚膜にされることで光学的分離を行う。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の利点、性質および各種の追加の特徴は、添付図面とともに以下で詳細に説明される例示の実施形態を検討することでより完全に明らかになろう。
【００１３】
なお、添付図面は本発明の概念を説明するためのものであって定尺ではない。
【００１４】
図面を参照して、従来の同調型オールパスフィルタを示す図１については、従来技術の項で説明した。
【００１５】
図２Ａおよび図２Ｂは、基板２１上に形成されるオールパスフィルタ２０の第１の実施形態のそれぞれ上面および断面図である。フィルタ２０は、導波光学リング共振器２３を設けた第１層２２と、スペーサとしての第２層２４と、共振器２３の一部とほぼ合致するように曲線状の導波管２６を設けた第３層２５と、を備える。導波管２６は、導波管と共振器が重なる結合領域２７Ａおよび２７Ｂにおいてスペーサ層２４を垂直方向に貫通して、共振器２３と光学的に結合される。導波管２６は、カプラ２７Ａおよび２７Ｂの間の導波管２６部分が該カプラの間の共振器部分とほぼ同一の経路長を有するように曲線状に形成される。結合領域以外の領域において、導波管２６および共振器２３は、これら非結合領域において光学的に分離できるように十分な距離だけ水平方向に離間して配置される（すなわち、重なっていない）。図２Ａの断面は線Ａ−Ａ’で切断され、結合領域２７Ａにおいて導波管(コア)２６がスペーサ層２４を挟んで共振器(コア)２３の上に重なった状態を示している。
【００１６】
導波管２６には、２７Ａと２７Ｂの間の部分に第１の位相シフタ２８が設けられている。共振器２３には、２７Ｂの下流の領域に第２の位相シフタ２９が設けられている。位相シフタ２８および２９は局部ヒータであることが想到される。その場合、層２５の材料が層２２の温度依存性と比べて大きな温度依存性を有するようにしてもよい。たとえば、層２２はシリカとし、層２５はポリマーとすることができる。このように、導波管２６を同調するために使用される熱が共振器２３に与える影響は最小限に抑えられる。
【００１７】
基板２１はシリコンであり、第１（クラッド）層２２は、共振器(コア)２３を、高屈折率のリン添加（Ｐドープの）またはゲルマニウム添加シリカで形成したシリカとすることができる。スペーサ層は０ないし０．５μｍの膜厚を有するシリカとすることができる。第３（クラッド）層２５は、層２２と比較して温度依存性が大きい屈折率を有するハロゲン化アクリル酸の混合物などのポリマーとすることができる。層２５に設けられた導波管芯線２６は、クラッド層全体の屈折率が増大するように、ハロゲン化アクリル酸の混合物を局部的に変化させることによって形成される。結合領域２７Ａおよび２７Ｂにおいて、共振器および導波管は水平方向で一致する。２７Ａと２７Ｂの間の非結合領域では、これらは、結合しないように十分な距離だけ（典型的には、端から端までの間隔が５μｍ以上）離間して配置される。
【００１８】
図３Ａおよび図３Ｂは、スペーサ層２４が、導波管と共振器とを、結合可能とするように薄膜化した結合領域２７Ａおよび２７Ｂ以外において層２４が光学的に分離することが可能な厚膜層であることを除いて、図２と同様のオールパスフィルタの第２の実施形態の上面および断面図である。その結果得られた結合領域（２７Ａ）を、線Ｂ−Ｂ’で切断された断面図である図３Ｂに示す。この構造により、導波管２６は、２７Ａと２７Ｂの間の非結合領域においても共振器と重なり合うことができる。
【００１９】
上記記載の実施形態は本発明の原理の適用例を表す多数の可能な具体的な実施形態のごく一部を例示したものであることが理解されるはずである。その他多数の変形構造は、発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者により容易に案出され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の同調型オールパス光学フィルタの略上面図である。
【図２】ＡおよびＢはそれぞれ、本発明の第１の実施形態に係るオールパスフィルタの略上面および断面図である。
【図３】ＡおよびＢはそれぞれ、第２の実施形態の上面および断面図である。

Claims (8)

1. 同調型オールパス光学フィルタであって、
   基板と、
   導波管光学リング共振器を含み、温度依存性を有する屈折率を有する前記基板に形成された第1層と、
   前記第１層上に位置する第2層と、
   前記第2層上に位置する曲線導波管を設け、温度依存性を有する屈折率を有する第3層を含み、
   前記曲線導波管は少なくとも2個の光学カプラにより前記第2層を介して前記光学リング共振器と光学的に結合されており、
   さらに、
   前記光学リング共振器に近接して位置づけられる前記リング共振器の光路長を調整する第1の位相シフタと、
   前記曲線導波管に近接して位置づけられる前記2個の光学カプラの間の導波管の経路長を調整する第2の位相シフタとを備え、
   前記第１及び第２の位相シフタがヒーターの機能を果たすことを特徴とする、
   同調型オールパス光学フィルタ。
2. 前記第２層は膜厚が均一であり、前記曲線導波管は、前記導波管と前記共振器とを光学的に分離するように、前記カプラの外側の領域において前記共振器から偏位される、請求項１記載のオールパスフィルタ。
3. 前記第２層が、前記カプラの外側の領域において第１厚さを有し、前記カプラに近接する領域においてより薄い第２厚さを有し、
   前記曲線導波管が、前記光学リング共振器に実質的に重なっており、前記第1厚さが、前記カプラの外側の領域において、前記曲線導波管と前記光学リング共振器との間の光学的分離を実現するように十分に厚膜であり、前記より薄い第2厚さが、前記カプラに近接する領域において、前記曲線導波管と前記光学リング共振器との間の光学的結合を実現する、
   請求項１記載の同調型フィルタ。
4. 前記第１位相シフタが前記リング共振器と熱的に結合されるヒーターを備え、前記第２層がシリカから成る、
   請求項１記載の同調型フィルタ。
5. 前記第２位相シフタが前記曲線導波管と熱的に結合されるヒーターを備える、
   請求項１記載の同調型フィルタ。
6. 前記第３層の屈折率が、前記第1層の屈折率よりも、大きな温度依存性を有する、請求項１記載の同調形フィルタ。
7. 前記第３層が前記第１層よりも大きな温度依存性を有する屈折率を有する、
   請求項５記載の同調型フィルタ。
8. 前記基板がシリコンから成り、前記第１層はシリカから成り、前記第２層はシリカから成り、前記第３層はハロゲン化アクリル酸から成る、
   請求項１記載の同調型フィルタ。

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