JP4069101B2 - 導波路型光合分波回路 - Google Patents
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nq(z,x)=nq-1(z,x)−αΣjIm[φj(z,x,{nq-1})*・ψj(z,x,{nq-1})]
として計算し、ここで、記号「*」は複素共役であり、記号「・」は内積演算であり、Im[]は[]内のフィールド内積演算結果の虚数成分であり、αは計算の収束を考慮した定数であり、Σjはjについて和を示し、かつ、前記入力光のフィールドが、前記アレイ導波路の伝搬方向に沿って、前記断面Xの屈折率分布により位相の変化を多段に受けることにより、前記波動伝達媒体内で生じる伝搬波同士の多重散乱による干渉現象により光のフィールドの形状を変化させながら伝搬することを特徴とする。
nq(z,x)=nq-1(z,x)−αΣjIm[φj(z,x,{nq-1})*・ψj(z,x,{nq-1})]
として計算し、ここで、記号「*」は複素共役であり、記号「・」は内積演算であり、Im[]は[]内のフィールド内積演算結果の虚数成分であり、αは計算の収束を考慮した定数であり、Σjはjについて和を示し、かつ、前記入力光のフィールドが、前記第1および第2のスラブ導波路の伝搬方向に沿って、前記断面Xの屈折率分布により位相の変化を多段に受けることにより、前記波動伝達媒体内で生じる伝搬波同士の多重散乱による干渉現象により光のフィールドの形状を変化させながら伝搬することを特徴とする。
・ψj(x):j番目の入射フィールド(複素ベクトル値関数であり、入射面において設定する強度分布および位相の分布、ならびに、波長および偏波により規定される。)
・φj(x):j番目の出射フィールド(複素ベクトル値関数であり、出射面において設定する強度分布および位相分布、ならびに、波長および偏波により規定される。)
なお、ψj(x)およびφj(x)は、回路中で強度増幅、波長変換、偏波変換が行われない限り、光強度の総和は同じ(あるいは無視できる程度の損失)であり、それらの波長も偏波も同じである。
{ψj(x)、φj(x)}は、入射面および出射面における、強度分布および位相分布ならびに波長および偏波により規定される。
与えられた入射フィールドおよび出射フィールドに対して屈折率分布を1つ与えたときに光のフィールドが決まるので、q番目の繰り返し演算で与えられる屈折率分布全体に対するフィールドを考える必要がある。そこで、(x,z)を不定変数として、屈折率分布全体をnq(x,z)と表しても良いが、場所(x,z)における屈折率の値nq(x,z)と区別するために、屈折率分布全体に対しては{nq}と表す。
・nclad:光導波路におけるクラッド部分のような、ncoreに対して低い屈折率の値を示す記号。
・ψj(z,x,{nq}):j番目の入射フィールドψj(x)を屈折率分布{nq}中をzまで伝搬させたときの、場所(x,z)におけるフィールドの値。
・φj(z,x,{nq}):j番目の出射フィールドφj(x)を屈折率分布{nq}中をzまで逆伝搬させたときの、場所(x,z)におけるフィールドの値。
nq(z,x)=nq-1(z,x)−αΣjIm[φj(z,x,{nq-1})*・ψj(z,x,{nq-1})] ・・・(1)
ここで、右辺第2項中の記号「・」は、内積演算を意味し、Im[]は、[]内のフィールド内積演算結果の虚数成分を意味する。なお、記号「*」は複素共役である。係数αは、nq(z,x)の数分の1以下の値をさらにフィールドの組の数で割った値であり、正の小さな値である。Σjは、インデックスjについて和をとるという意味である。
101 入力導波路
102 第1のスラブ導波路
103 アレイ導波路
104 第2のスラブ導波路
105 出力導波路
Claims (8)
- 複数の入力導波路から受光した光信号を分岐する第1のスラブ導波路と、所定の導波路長差で順次長くなる複数の導波路の各々に、前記第1のスラブ導波路で分岐された各々の光信号を入力するアレイ導波路と、該アレイ導波路から出力された各々の信号光を複数の出力導波路の各々に導く第2のスラブ導波路とを含む導波路型光合分波回路において、
前記アレイ導波路は、前記第1のスラブ導波路との接続部および前記第2のスラブ導波路との接続部に接して、前記アレイ導波路のコア層に空間的な屈折率分布が形成された波動伝達媒体を備え、
前記空間的な屈折率分布は、前記第1のスラブ導波路から前記波動伝達媒体に入射された入力光が、光の伝搬方向に沿って伝搬すると、該入力光の入力フィールドが、出力光の出力フィールドに変換されて、前記アレイ導波路へ出力される1つ以上の入出力フィールドの組の各々を伝搬するように、および前記アレイ導波路から前記波動伝達媒体に入射された入力光が、光の伝搬方向に沿って伝搬すると、該入力光の入力フィールドが、出力光の出力フィールドに変換されて、前記第2のスラブ導波路へ出力される1つ以上の入出力フィールドの組の各々を伝搬するように、メッシュにより画定されるピクセルの各々のコアが有する屈折率によって決定され、
各々の前記ピクセルのコアの屈折率は、前記アレイ導波路の光の伝搬方向の座標z、前記コア層内において前記光の伝搬方向に垂直な方向の座標xとしたときの断面Xの場所(z,x)において、前記入力フィールドの順伝搬のフィールドの位相と、前記出力フィールドの位相共役に逆伝搬させたフィールドの位相との間の位相差が所定の誤差以下となるように、各々の前記ピクセルのコアの屈折率を変数として繰り返し計算を行うことにより決定され、この計算は、(q−1)番目の計算によって得られた屈折率分布{nq-1}をもとに、前記入出力フィールドの組のj番目の入力フィールドψj(x)および出力フィールドφj(x)について、前記順伝搬フィールドψj(z,x,{nq-1})と前記逆伝搬のフィールドφj(z,x,{nq-1})としたとき、各場所(z,x)における屈折率nq(z,x)を、
nq(z,x)=nq-1(z,x)−αΣjIm[φj(z,x,{nq-1})*・ψj(z,x,{nq-1})]
として計算し、ここで、記号「*」は複素共役であり、記号「・」は内積演算であり、Im[]は[]内のフィールド内積演算結果の虚数成分であり、αは計算の収束を考慮した定数であり、Σjはjについて和を示し、かつ、
前記入力光のフィールドが、前記アレイ導波路の伝搬方向に沿って、前記断面Xの屈折率分布により位相の変化を多段に受けることにより、前記波動伝達媒体内で生じる伝搬波同士の多重散乱による干渉現象により光のフィールドの形状を変化させながら伝搬することを特徴とする導波路型光合分波回路。 - 前記波動伝達媒体によって形成される界分布は、平面波であることを特徴とする請求項1に記載の導波路型光合分波回路。
- 前記ピクセルの最小寸法は、0.2μm以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の導波路型光合分波回路。
- 前記導波路は、シリコン基板上の石英系ガラス光導波路で構成されていることを特徴とする請求項1、2または3に記載の導波路型光合分波回路。
- 複数の入力導波路から受光した光信号を分岐する第1のスラブ導波路と、所定の導波路長差で順次長くなる複数の導波路の各々に、前記第1のスラブ導波路で分岐された各々の光信号を入力するアレイ導波路と、該アレイ導波路から出力された各々の信号光を複数の出力導波路の各々に導く第2のスラブ導波路とを含む導波路型光合分波回路において、
前記第1のスラブ導波路は、前記アレイ導波路との接続部に接して、前記第1のスラブ導波路のコア層に空間的な屈折率分布が形成された波動伝達媒体を備え、
前記空間的な屈折率分布は、前記1のスラブ導波路から前記波動伝達媒体に入射された入力光が、光の伝搬方向に沿って伝搬すると、該入力光の入力フィールドが、出力光の出力フィールドに変換されて、前記アレイ導波路へ出力される1つ以上の入出力フィールドの組の各々を伝搬するように、メッシュにより画定されるピクセルの各々のコアが有する屈折率によって決定され、
前記第2のスラブ導波路は、前記アレイ導波路との接続部に接して、前記第2のスラブ導波路のコア層に空間的な屈折率分布が形成された波動伝達媒体を備え、
前記空間的な屈折率分布は、前記アレイ導波路から前記波動伝達媒体に入射された入力光が、光の伝搬方向に沿って伝搬すると、前記入力光の入力フィールドが、出力光の出力フィールドに変換されて、前記第2のスラブ導波路へ出力される1つ以上の入出力フィールドの組の各々を伝搬するように、メッシュにより画定されるピクセルの各々のコアが有する屈折率によって決定され、
各々の前記ピクセルのコアの屈折率は、前記第1および第2のスラブ導波路の光の伝搬方向の座標z、前記コア層内において前記光の伝搬方向に垂直な方向の座標xとしたときの断面Xの場所(z,x)において、前記入力フィールドの順伝搬のフィールドの位相と、前記出力フィールドの位相共役に逆伝搬させたフィールドの位相との間の位相差が所定の誤差以下となるように、各々の前記ピクセルのコアの屈折率を変数として繰り返し計算を行うことにより決定され、この計算は、(q−1)番目の計算によって得られた屈折率分布{nq-1}をもとに、前記入出力フィールドの組のj番目の入力フィールドψj(x)および出力フィールドφj(x)について、前記順伝搬フィールドψj(z,x,{nq-1})と前記逆伝搬のフィールドφj(z,x,{nq-1})としたとき、各場所(z,x)における屈折率nq(z,x)を、
nq(z,x)=nq-1(z,x)−αΣjIm[φj(z,x,{nq-1})*・ψj(z,x,{nq-1})]
として計算し、ここで、記号「*」は複素共役であり、記号「・」は内積演算であり、Im[]は[]内のフィールド内積演算結果の虚数成分であり、αは計算の収束を考慮した定数であり、Σjはjについて和を示し、かつ、
前記入力光のフィールドが、前記第1および第2のスラブ導波路の伝搬方向に沿って、前記断面Xの屈折率分布により位相の変化を多段に受けることにより、前記波動伝達媒体内で生じる伝搬波同士の多重散乱による干渉現象により光のフィールドの形状を変化させながら伝搬することを特徴とする導波路型光合分波回路。 - 前記波動伝達媒体によって形成される界分布は、前記アレイ導波路の基本モードに一致することを特徴とする請求項5に記載の導波路型光合分波回路。
- 前記ピクセルの最小寸法は、0.2μm以上であることを特徴とする請求項5または6に記載の導波路型光合分波回路。
- 前記導波路は、シリコン基板上の石英系ガラス光導波路で構成されていることを特徴とする請求項5、6または7に記載の導波路型光合分波回路。
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