JP4437380B2 - 導波路型光フィルタ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の光通信機器に利用される導波路型光フィルタに関し、特に、偏波モード変換を利用して所望の波長の光を選択する導波路型光フィルタに関する。
【0002】
【従来の技術】
図20は、従来の偏波モード変換を利用した導波路型光フィルタの構成例を示す平面図である。図20のような従来の導波路型光フィルタでは、入力ポートPINに入射された光が、導波路1Aを通って偏光ビームスプリッタ(Polarization Beam Splitter;PBS)11に入力されてTEモードおよびTMモードに偏光分離され、TEモードの光は導波路2Bを通り、また、TMモードの光は導波路2Aを通って偏波モード変換器12にそれぞれ入力される。偏波モード変換器12では、例えば、音響光学効果、電気光学効果または光弾性効果などの作用により、所望の波長の光だけが偏波モード変換される。そして、偏波モード変換器12を通過した光は、後段の偏光ビームスプリッタ13に送られてモードごとに分離され、偏波モード変換器12でモード変換された波長光が選択光として導波路3Bを通って出力ポートPOUTから出射され、モード変換されなかった波長光が非選択光として導波路3Aを通って出力ポートPOUT’から出射される。なお、図20において選択光に対応するモード成分は大文字「TE,TM」で表し、非選択光に対応するモード成分は小文字「te,tm」で表してある。このような構成の導波路型光フィルタは、各種の光通信装置における偏波無依存型の波長フィルタなどとして利用される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の導波路型光フィルタの構成では、選択された波長の光とそれ以外の波長の光との消光比を大きくすることが難しいという問題点がある。すなわち、TEモードおよびTMモードの各光に対する偏光ビームスプリッタの分離度を大きくとることが難しく、前述の図20で括弧付きのモード成分「(TE),(TM)」に示したように、偏光ビームスプリッタ11において各モードに偏光分離しきれなかった漏れ成分が各出力端から出力され、さらに、その漏れ成分を含んだ各モードの光が偏波モード変換器12を通過して偏光ビームスプリッタ13に送られることで、偏光ビームスプリッタ13においても漏れ成分が各出力端から出力されることになる。このため、偏光ビームスプリッタ11,13の分離度が小さい場合には、選択波長以外の他の波長の漏れ光が、選択光の出力ポートPOUTから出射されてしまい、結果として選択光および非選択光の消光比特性を悪化させることになる。
【0004】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、偏波モード変換を利用し、所望の波長の光を確実に選択して良好な消光比特性を実現した導波路型光フィルタを提供することを目的とする。また、偏波モード変換を利用した導波路型光フィルタの低損失化および小型化を実現する技術を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる導波路型光フィルタの1つの態様は、入力導波路に入力された光を2つの偏光成分に分離して、一方の偏光成分を第1導波路に出力し、他方の偏光成分を第2導波路に出力する入力側偏光分離部と、第1導波路および第2導波路を伝搬する各光について、選択波長に対応する光を偏波モード変換するモード変換部と、そのモード変換部を通過して第1導波路および第2導波路を伝搬する各光を、偏光状態に応じてそれぞれ分離して選択波長の光を出力導波路に出力する出力側偏光分離部と、を備えた導波路型光フィルタであって、入力側偏光分離部およびモード変換部の間に位置する第1導波路上に設けた第1偏光分離部と、モード変換部および出力側偏光分離部の間に位置する第2導波路上に設けた第2偏光分離部と、を備える。第1および第2偏光分離部は、2入力2出力に対応した導波路が交差する交差部分を挟んで、クロス側に位置する入出力導波路が略一直線となり、かつ、当該直線に対して前記交差部分の長手方向を傾けた交差導波路形状をそれぞれ有し、入力側偏光分離部と第1偏光分離部との間に位置する導波路、第1偏光分離部とモード変換部および出力側偏光分離部との間に位置する導波路、入力側偏光分離部およびモード変換部と第2偏光分離部との間に位置する導波路、並びに、第2偏光分離部と出力側偏光分離部との間に位置する導波路が、それぞれ直線的に配置される。そして、第1導波路および第2導波路を伝搬する各光を、第1偏光分離部および第2偏光分離部で偏光状態に応じて分離することにより、入力側偏光分離部の分離度に対応して発生する漏れ成分を除去する。
【0006】
かかる構成の導波路型光フィルタでは、入力導波路に入力された光が、入力偏光分離部によって偏光分離されて第1導波路および第2導波路にそれぞれ送られる。各導波路を伝搬する光は、モード変換部によって選択波長に対応した光がTE−TMモード変換またはTM−TEモード変換され、その他の波長の光はそのまま出力側偏光分離部に送られる。このとき、各導波路を伝搬する光には、入力偏光分離部で偏波分離しきれなかった漏れ成分がそれぞれ含まれることになるが、各伝搬光が第1偏光分離部および第2偏光分離部をそれぞれ通過することにより、各々の漏れ成分が除去される。そして、第1導波路および第2導波路を伝搬した各光は、出力側偏光分離部によって偏光分離され、選択波長の光が出力導波路に出力されるようになる。これにより、入力偏光分離部の分離度に対応して発生する漏れ成分の影響が低減された所望の波長の選択光を得ることができ、選択光と非選択光の消光比特性の改善を図ることが可能になる。また、所要の交差導波路形状を有する第1および第2偏光分離部が、第1導波路上でモード変換部の前、第2導波路上でモード変換部の後ろにそれぞれ設けられることにより、入力側偏光分離部および出力側偏光分離部の間が曲がりのない直線的な導波路の各区間によって接続されるようになるため、導波路の曲がり損等による光フィルタ内の損失を低減できると共に、導波路レイアウトが単純化されるので光フィルタの小型化を図ることも可能になる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図1は、本発明にかかる導波路型光フィルタの第1実施形態の構成を示す図である。
【0010】
図1において、第1実施形態の導波路型光フィルタは、上述の図20に示した従来の構成について、入力側偏光分離部としての偏光ビームスプリッタ11と出力側偏光分離部としての偏光ビームスプリッタ13との間に位置する第1導波路2A上で、モード変換部としての偏波モード変換器12の前後に、第1偏光分離部としての偏光ビームスプリッタ21,23をそれぞれ設けるとともに、偏光ビームスプリッタ11,13の間に位置する第2導波路2B上で、偏波モード変換器12の前後に、第2偏光分離部としての偏光ビームスプリッタ22,24をそれぞれ設けたものである。
【0011】
各偏光ビームスプリッタ11,13,21〜24は、例えば図2に模式的に示した交差導波路型の偏光ビームスプリッタ等を使用することができる。このような偏光ビームスプリッタは、交差する各導波路のなす角θ、交差部分の長さLおよび幅Wなどにより表される交差導波路形状を最適に設計することにより、一方の導波路に入力される光を比較的大きな分離度でTEモードおよびTMモードに偏光分離して各導波路に出力することが可能になる。具体的には、TEモードおよびTMモードの光が一方の導波路に入力されると、偏光分離されたTEモードの光が入力導波路とは交差部分を挟んで異なる側(クロス側)に位置する導波路に出力され、偏光分離されたTMモードの光が入力導波路とは交差部分を挟んで同じ側(バー側)に位置する導波路に出力される。
【0012】
なお、偏光ビームスプリッタの交差導波路形状は、上記図2に示したような形状に限られるものではない。例えば図3に示すように、各導波路が合流および分岐する部分にくさび形の部位を形成してもよい。また、例えば図4に示すように、各導波路が交差する部分の幅を中央部分で絞り込むような形状としても構わない。さらに、本発明に用いる偏光ビームスプリッタは、交差導波路型に限定されるものではなく、公知の構成の偏光ビームスプリッタを適用することが可能である。
【0013】
入力段の偏光ビームスプリッタ11には、例えば、図1で上側に位置する導波路1Aに対して入力ポートPINからの光が入射される。なお、図1で下側に位置する導波路1Bに対して光の入射はないものとする。そして、この偏光ビームスプリッタ11の導波路1Aとはクロス側に位置する導波路2Bには、偏光分離されたTEモードの光および偏光分離しきれなかったTMモードの漏れ成分を含んだ光「TE+(TM)」が出力され、また、バー側に位置する導波路2Aには、偏光分離されたTMモードの光および偏光分離しきれなかったTEモードの漏れ成分を含んだ光「TM+(TE)」が出力される。
【0014】
偏光ビームスプリッタ21は、上記の偏光ビームスプリッタ11および偏波モード変換器12の間の導波路2A上に設けられ、交差部分を挟んでバー側に位置する入出力端が導波路2Aにそれぞれ接続される。この偏光ビームスプリッタ21では、偏光ビームスプリッタ11からの光「TM+(TE)」のうちのTMモード成分「TM」のみが偏波モード変換器12に送られ、前段の偏光ビームスプリッタ11での漏れ成分「(TE)」がクロス側に位置する出力端から放射されて除去される。
【0015】
なお、前段での漏れ成分「(TE)」についての次段での更なる漏れ成分「((TE))」については、偏光分離されたTMモードの光「TM」に比べて十分に小さくなるため、その影響を無視することが可能になるものとする。これについては、後述する他の偏光ビームスプリッタにおいても同様に考えるものとする。
【0016】
偏光ビームスプリッタ22は、偏光ビームスプリッタ11および偏波モード変換器12の間の導波路2B上に設けられ、交差部分を挟んでクロス側に位置する入出力端が導波路2Bにそれぞれ接続される。この偏光ビームスプリッタ22では、偏光ビームスプリッタ11からの光「TE+(TM)」のうちのTEモード成分のみが偏波モード変換器12に送られ、前段の偏光ビームスプリッタ11での漏れ成分「(TM)」がバー側に位置する出力端から放射されて除去される。
【0017】
偏波モード変換器12は、各偏光ビームスプリッタ21,22で偏光分離されて各導波路2A,2Bを伝搬する各々のモードの光に対し、例えば、音響光学効果、電気光学効果または光弾性効果などの作用により、本光フィルタで選択する所望の波長の光だけを偏波モード変換、すなわち、TE−TMモード変換またはTM−TEモード変換するものである。
【0018】
具体的に、音響光学効果を利用したモード変換器としては、例えば図5に示すような要部構成を持つ、いわゆる音響光学チューナブルフィルタ(Acousto-Optic Tunable Filter;AOTF)を使用することが可能である。このAOTFでは、例えばX−cutのLiNbO3基板に形成された導波路上に、櫛形電極(Interdigital Transducer;IDT)およびその前後にSAW吸収体3Aがそれぞれ配置され、所要の周波数のRF信号をIDTに印加することで発生する弾性表面波(Surface Acoustic Wave;SAW)が、図示しないSAWガイドに導かれ導波路に沿ってSAW吸収体まで伝搬する。これにより、SAWに基づく音響光学効果によって、導波路内を伝搬する光のうちでSAWの周波数に対応した波長光のみが偏波モード変換される。なお、AOTFのさらに詳しい構成例については後述することにする。
【0019】
また、電気光学効果を利用したモード変換器としては、例えば図6に示すような要部構成を持つものを使用することが可能である。このモード変換器では、例えばX−cutのLiNbO3基板に形成された導波路に沿って、所定形状の電極が配置され、所要の電圧Vが電極に印加されることで発生する電界に基づく電気光学効果によって偏波モード変換が行われる。
【0020】
さらに、光弾性効果を利用したモード変換器としては、例えば図7に示すような要部構成を持つものを使用することが可能である。このモード変換器では、例えばX−cutのLiNbO3基板に形成された導波路上に、SiO2薄膜を形成した複数の部位が所要の間隔で並べられ、各SiO2薄膜に基づく光弾性効果によって偏波モード変換が行われる。
【0021】
なお、上記の図5〜図7では、1本の導波路に対する構成例のみを示したが、本実施形態に用いる偏波モード変換器12としては、2本の導波路2A,2Bにそれぞれ対応させて上記の構成が適用されるものとする。この際、各導波路2A,2Bについて上記の構成要素を個別に設け、各々の導波路2A,2Bを伝搬する光の偏光状態を独立に制御するようにしても、あるいは、各導波路2A,2Bについて上記の構成要素を共通化して設け、各々の導波路2A,2Bを伝搬する光の偏光状態を同時に制御するようにしてもよい。いずれの制御を適用した場合においても、偏波モード変換器12では、図1に示すように、導波路2Aを伝搬するTMモードの光について、所望の波長の選択光のみがTEモードに変換されて後段の偏光ビームスプリッタ23に出力され、その他の波長の非選択光はTMモードのまま偏光ビームスプリッタ23に送られる。また、導波路2Bを伝搬するTEモードの光については、所望の波長の選択光のみがTMモードに変換されて後段の偏光ビームスプリッタ24に出力され、その他の波長の非選択光はTEモードのまま偏光ビームスプリッタ24に送られる。
【0022】
偏光ビームスプリッタ23は、上記の偏波モード変換器12および出力段の偏光ビームスプリッタ13の間の導波路2A上に設けられ、交差部分を挟んでクロス側に位置する入出力端が導波路2Aにそれぞれ接続される。この偏光ビームスプリッタ23では、偏波モード変換器12からの光「TE+tm」について、選択光に対応するTEモードおよび漏れ成分を含んだ光「TE+(tm)」が偏光ビームスプリッタ13に送られ、非選択光に対応するTMモードおよび漏れ成分を含んだ光「tm+(TE)」がバー側に位置する出力端から放射されて除去される。
【0023】
偏光ビームスプリッタ24は、偏波モード変換器12および出力段の偏光ビームスプリッタ13の間の導波路2B上に設けられ、交差部分を挟んでバー側に位置する入出力端が導波路2Bにそれぞれ接続される。この偏光ビームスプリッタ24では、偏波モード変換器12からの光「TM+te」について、選択光に対応するTMモードおよび漏れ成分を含んだ光「TM+(te)」が偏光ビームスプリッタ13に送られ、非選択光に対応するTMモードおよび漏れ成分を含んだ光「te+(TM)」がクロス側に位置する出力端から放射されて除去される。
【0024】
出力段の偏光ビームスプリッタ13には、偏光ビームスプリッタ23からの光「TE+(tm)」が伝搬する導波路2Aと、偏光ビームスプリッタ24からの光「TM+(te)」が伝搬する導波路2Bとが各入力端にそれぞれ接続される。そして、導波路2Aとはクロス側に位置する導波路3Bに、選択光に対応するTEモードおよびTMモードの光「TE+TM」が出力され、また、導波路2Aとはバー側に位置する導波路3Aに、前段の各偏光ビームスプリッタ23,24における漏れ成分「(tm)+(te)」および自段における漏れ成分「(TE)+(TM)」が出力される。
【0025】
上記のように第1実施形態の導波路型光フィルタでは、入力段の偏光ビームスプリッタ11および偏波モード変換器12の間に位置する各導波路2A,2B上と、偏波モード変換器12および出力段の偏光ビームスプリッタ13の間に位置する各導波路2A,2B上とに、偏光ビームスプリッタ21〜24をそれぞれ挿入するようにしたことで、各偏光ビームスプリッタ11,13,21〜24の分離度に依存して発生する漏れ成分を実質的に含まない所望の波長の選択光が導波路3Bを介して出力ポートPOUTから出射されるようになる。これにより、従来の偏波モード変換を利用した導波路型光フィルタに比べて、所望の波長の光を確実に選択することができ、選択光と非選択光の消光比特性の改善を図ることが可能になる。具体的には、例えば図8に示すフィルタ特性の測定結果にあるように、本発明による光フィルタの構成を適用することで、非選択波長の光レベル(サイドローブレベル)SLが、従来の構成の場合よりも10dB以上低減されて良好な消光比を実現することが可能になる。
【0026】
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図9は、第2実施形態の導波路型光フィルタの構成を示す平面図である。
図9において、本導波路型光フィルタは、前述の図1に示した第1実施形態の構成について、例えば、導波路2B上の偏光ビームスプリッタ22と、導波路2A上の偏光ビームスプリッタ23とを省略して構成の簡略化を図るようにしたものである。
【0027】
このような構成では、入力段の偏光ビームスプリッタ11を通過して導波路2Aに出力された光「TM+(TE)」は、偏光ビームスプリッタ21で漏れ成分「(TE)」が除去されて、TMモードの光が偏波モード変換器12に入力され、所望の波長の光のみをTEモードに変換した光「TE+tm」が出力段の偏光ビームスプリッタ13に送られる。一方、入力段の偏光ビームスプリッタ11を通過して導波路2Bに出力された光「TE+(TM)」は、そのまま偏波モード変換器12に入力され、所望の波長の光をTMモードに変換した光「TM+te+(TM)」が偏光ビームスプリッタ24に送られる。そして、偏光ビームスプリッタ24では、非選択光に対応するTEモード成分および自段でのTMモードの漏れ成分を含んだ光「te+(TM)」が除去されて、選択光に対応するTMモード成分、自段および入力段での漏れ成分を含んだ光「TM+(te+TM)」が偏光ビームスプリッタ13に送られる。
【0028】
各導波路2A,2Bからの光を受けた偏光ビームスプリッタ13では、導波路2Aとはクロス側に位置する導波路3Bに対して、選択光に対応するTEモードおよびTMモードの光、並びに、前段の偏光ビームスプリッタ24および自段での漏れ成分を含んだ光「TE+TM+(TM+tm)」が出力され、また、導波路2Aとはバー側に位置する導波路3Aには、非選択光に対応するTMモードの光、並びに、前段の偏光ビームスプリッタ24および自段での漏れ成分を含んだ光「tm+(TE+te+TM)」が出力される。
【0029】
このように第2実施形態の導波路型光フィルタでは、入力段の偏光ビームスプリッタ11および偏波モード変換器12の間に位置する導波路2A上と、偏波モード変換器12および出力段の偏光ビームスプリッタ13の間に位置する導波路2B上とに、偏光ビームスプリッタ21,24を設けるようにしても、従来の構成に比べて、出力ポートPOUTから出射される選択光に含まれる漏れ光の割合が低減されるため、良好な消光比を実現できるとともに、光フィルタの小型化を図ることが可能になる。
【0030】
なお、上記の第2実施形態では、導波路2A上の入力側および導波路2B上の出力側に偏光ビームスプリッタ21,24をそれぞれ配置する構成としたが、例えば図10に示すように、導波路2A上の出力側および導波路2B上の入力側に偏光ビームスプリッタ23,22をそれぞれ配置し、上述の図1の構成における偏光ビームスプリッタ21,24を省略した構成とすることも可能である。この場合、導波路3Bには、選択光に対応するTEモードおよびTMモードの光、並びに、偏光ビームスプリッタ23および自段での漏れ成分を含んだ光「TE+TM+(TE+te)」が出力され、導波路3Aには、非選択光に対応するTEモードの光、並びに、偏光ビームスプリッタ23および自段での漏れ成分を含んだ光「te+(TE+TM+tm)」が出力されることになる。さらに、ここでは図示しないが、各導波路2A,2B上の偏波モード変換器12よりも前段側に偏光ビームスプリッタ21,22を設け、後段側の偏光ビームスプリッタ23,24を省略してもよく、あるいは、その逆で前段側の偏光ビームスプリッタ21,22を省略し、後段側に偏光ビームスプリッタ23,24を設けるようにしても構わない。
【0031】
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
図11は、第3実施形態の導波路型光フィルタの構成を示す平面図である。
図11において、本導波路型光フィルタは、前述の図9に示した第2実施形態の構成について、各偏光ビームスプリッタ11,13,21,24の交差導波路形状を改良し、光フィルタ内の導波路を曲がりのない直線的なレイアウトとすることによって、導波路の曲がり損や各偏光ビームスプリッタでの損失(PBS損)等の低減を図ったものである。
【0032】
各偏光ビームスプリッタ11,13,21,24としては、例えば図12の模式図に示すような交差導波路形状を有するものを使用する。この交差導波路形状は、交差部分を挟んでクロス側に位置する入出力導波路が略一直線となるようにし、その直線に対して交差部分の長手方向を傾けるようにしたものである。具体的には、交差する2本の直線導波路のなす角をθとすると、略一直線にされた入出力導波路に対する交差部分の長手方向の傾斜角度がθ/2となるように設計するのが望ましい。
【0033】
このような交差導波路形状を各偏光ビームスプリッタ11,13,21,24に適用することで、前述の図9に示したような、各々の偏光ビームスプリッタの入力側および出力側の各導波路における屈曲部分をなくすことができる。これにより、低損失かつ小型の導波路型光フィルタを実現することが可能になる。
ここで、上記第3実施形態についての具体例を示し、本発明をさらに詳しく説明することにする。
【0034】
図13は、第3実施形態についての具体例の構成を示す平面図である。
図13の具体例では、偏波モード変換器12として、音響光学効果を利用したAOTFの1つである、いわゆる方向性結合型のSAWガイドを用いたAOTFが使用され、また、各偏光ビームスプリッタ11,13,21,24としては、前述の図12に示したような交差導波路形状のものが適用される。
【0035】
上記方向性結合型のAOTFは、具体的には、基板100に形成された各導波路2A,2Bに対応させてIDT31A,31Bがそれぞれ配置され、各IDT31A,31Bで発生する各々のSAWが各導波路2A,2B内を伝搬する光に対してモード変換領域の中央付近で最も強く干渉するように、所要の形状のSAWガイド32A−1,32A−2を近接して設けIDT31Aで発生するSAWを方向性結合させ、さらに、所要の形状のSAWガイド32B−1,32B−2を近接して設けIDT31Bで発生するSAWを方向性結合させる。なお、図示しないが、各SAWガイド32A,32Bの長手方向の両端外方には、基板100表面を伝搬するSAWを吸収するためのSAW吸収体を設けるようにしてもよい。
【0036】
ここでは、導波路2A側のIDT31Aが出力側に配置され、導波路2A内の光の伝搬方向に対して、IDT31Aで発生するSAWが逆方向に伝搬する構成とし、また、導波路2B側のIDT31Bが入力側に配置され、導波路2B内の光の伝搬方向に対して、IDT31Bで発生するSAWが同じ方向(順方向)に伝搬する構成としている。このような光の伝搬方向に対するSAWの伝搬方向の関係は、偏波モード変換時に生じるドップラー効果による周波数シフトの影響を考慮して設定される。
【0037】
偏波モード変換時のドップラー効果による周波数シフトは、具体的には、偏波モード変換される選択光の周波数がドップラー効果によってSAWの周波数だけ変化する現象であり、この選択光の周波数シフトの方向は、次の表1に示すように、偏波モード変換の方向と弾性表面波および光の相対的な伝搬方向とに依存することが知られている。
【0038】
【表1】
ただし、表中のfは周波数のシフト量であり、その正負の符号によってシフト方向を表している。
【0039】
上記の具体例においては、導波路2A側では光とSAWが逆方向に伝搬するので、TMモードからTEモードへの変換が生じるとき選択光の周波数が+fだけシフトする。一方、導波路2B側では光とSAWが順方向に伝搬するので、TEモードからTMモードへの変換が生じるとき選択光の周波数が+fだけシフトする。このように、偏波モード変換時のドップラー効果による周波数シフトが各導波路2A,2Bで一致するように光フィルタの設計を行うことで、出力段の偏光ビームスプリッタ13で合成される各導波路2A,2Bを伝搬した選択光の周波数が正確に一致するようになるため、所望の波長の光の選択をより確実に行うことが可能になる。
【0040】
なお、本発明における各IDT31A,31Bの配置は、上記図13の一例に限定されるものではなく、表1の関係に従いドップラー効果による周波数シフトが各導波路2A,2Bについて一致するような任意の配置とすることが可能である。
上記のように、各偏光ビームスプリッタ11,13,21,24として交差部分を傾けた交差導波路形状を適用し、偏波モード変換器12として方向性結合型のAOTFを使用することによっても、良好な消光比を得ることのできる低損失かつ小型の導波路型光フィルタを提供することが可能になる。
【0041】
なお、上記の具体例では、偏波モード変換器12として方向性結合型のAOTFを用いる場合を示したが、本発明はこれに限らず、例えば図14に示すような薄膜型のSAWガイドを用いたAOTFを使用することも可能である。具体的には、基板100に形成された各導波路2A,2Bに沿ってIDT31A,31Bおよび薄膜SAWガイド33A,33Bがそれぞれ配置され、各IDT31A,31Bで発生するSAWが薄膜SAWガイド33A,33Bに導かれて各導波路2A,2B上を伝搬する構成である。加えて、この薄膜型SAWガイドを用いたAOTFについては、例えば図15に示すように、各SAWガイド33A,33Bの長手方向が各導波路2A,2Bの軸方向に対して所要量だけ傾くように設定し、SAWの伝搬軸と光軸とが斜角に交差するような配置としてもよい。このような配置を採用することによって、光が感じる弾性表面波の強度について長手方向に重み付けが行われるようになり、フィルタ特性のサイドローブレベル抑圧を図ることが可能になる。
【0042】
また、前述の図13に示した具体例では、入力側の2つの偏光ビームスプリッタ11,21の間と、出力側の2つの偏光ビームスプリッタ24,13の間が、直線導波路により接続されるようにしたが、例えば図16に示す他の具体例にあるように、上記各部の間を緩やかな曲がり(例えば、曲率半径100mm以上のS字カーブ等)を用いた導波路により接続するような応用も可能である。このようなレイアウトの導波路を適用することにより、偏波モード変換器12におけるモード変換領域を光の伝搬方向に拡張することができ、光フィルタの設計自由度を増大させることが可能になる。
【0043】
本発明の第4実施形態について説明する。
図17は、第4実施形態の導波路型光フィルタの構成を示す平面図である。
図17において、本導波路型光フィルタは、例えば、前述の図11に示した第3実施形態と同様の構成の2つの光フィルタを直列に接続して2段構成にしたものである。ここでは、同一構成の各段の光フィルタが1つの基板上に形成され、前段の光フィルタで選択された光が出力される導波路3Bの一端が、後段の光フィルタにおける入力導波路1A’の一端に光ファイバ40を介して接続される。なお、図では、前段の光フィルタの各構成要素に対応する後段の光フィルタの各構成要素に「’」付きの同一符号を付して、2段構成における対応関係を示してある。
【0044】
このような2段構成の導波路型光フィルタでは、前述した第3実施形態の場合と同様にして、前段の光フィルタで選択された所望の波長のTEモードおよびTMモードの光が、光ファイバ40を介して後段の光フィルタに送られ、後段の光フィルタでも、第3実施形態の場合と同様にして、所望の波長の光が選択されるようになる。
【0045】
上記のように2つの光フィルタを直列に接続して2段構成とすることによって、より鋭いフィルタ特性が得られるようになり、所望の波長の光を一層確実に選択することが可能になる。
なお、上記第4の実施形態では2段構成の一例を示したが、本発明は3つ以上の光フィルタを直列に接続した多段構成とすることも可能である。また、上記のような多段構成は、第3実施形態に対してだけでなく、第1、第2実施形態の各構成およびそれらを組み合わせた構成に対しても適用することが可能である。
【0046】
さらに、上記第4実施形態では、前段の光フィルタの出力導波路3Bと後段の光フィルタの入力導波路1A’とを光ファイバ40を用いて基板外で接続するようにしたが、例えば図18に示すように、前段の出力導波路3Bを伸延させた導波路41と後段の入力導波路1A’を伸延させた導波路42とが基板端面で接合するようにし、その接合端面に光反射器43を設けて、前段の光フィルタで選択された光を基板内で折り返して後段の光フィルタに送るようにしてもよい。
【0047】
また、上記第4実施形態の応用例として、図19に示すように前後段を接続する光ファイバ40の途中に、伝搬光の偏光状態を任意に制御可能な偏光制御器44を設けるようにしてもよい。このように、偏光制御器44を設けることによって、例えば、前段の光フィルタで生じる残留偏波モード分散(PMD)などの影響が、後段の光フィルタで生じる同様の現象により打ち消されるように、前段から後段に伝えられる選択光の偏光状態を制御することが可能になる。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【0048】
(付記1) 入力導波路に入力された光を2つの偏光成分に分離して、一方の偏光成分を第1導波路に出力し、他方の偏光成分を第2導波路に出力する入力側偏光分離部と、
前記第1導波路および前記第2導波路を伝搬する各光について、選択波長に対応する光を偏波モード変換するモード変換部と、
該モード変換部を通過して前記第1導波路および前記第2導波路を伝搬する各光を、偏光状態に応じてそれぞれ分離して前記選択波長に対応する光を出力導波路に出力する出力側偏光分離部と、を備えた導波路型光フィルタであって、
前記入力側偏光分離部および前記出力側偏光分離部の間に位置する前記第1導波路上に設けた第1偏光分離部と、
前記入力側偏光分離部および前記出力側偏光分離部の間に位置する前記第2導波路上に設けた第2偏光分離部と、を備え、
前記第1導波路および前記第2導波路を伝搬する各光を、前記第1偏光分離部および前記第2偏光分離部で偏光状態に応じてそれぞれ分離することにより、前記入力側偏光分離部の分離度に対応して発生する漏れ成分を除去する構成としたことを特徴とする導波路型光フィルタ。
【0049】
(付記2) 付記1に記載の導波路型光フィルタであって、
前記第1偏光分離部は、前記入力側偏光分離部および前記モード変換部の間に位置する前記第1導波路上と、前記モード変換部および前記出力側偏光分離部の間に位置する前記第1導波路上との少なくとも一方に設けられ、
前記第2偏光分離部は、前記入力側偏光分離部および前記モード変換部の間に位置する前記第2導波路上と、前記モード変換部および前記出力側偏光分離部の間に位置する前記第2導波路上との少なくとも一方に設けられることを特徴とする導波路型光フィルタ。
【0050】
(付記3) 付記2に記載の導波路型光フィルタであって、
前記第1偏光分離部は、前記入力側偏光分離部と前記モード変換部との間に位置する前記第1導波路上に設けられ、
前記第2偏光分離部は、前記モード変換部と前記出力側偏光分離部との間に位置する前記第2導波路上に設けられることを特徴とする導波路型光フィルタ。
【0051】
(付記4) 付記2に記載の導波路型光フィルタであって、
前記第1偏光分離部は、前記モード変換部と前記出力側偏光分離部との間に位置する前記第1導波路上に設けられ、
前記第2偏光分離部は、前記入力側偏光分離部と前記モード変換部との間に位置する前記第2導波路上に設けられることを特徴とする導波路型光フィルタ。
【0052】
(付記5) 付記1に記載の導波路型光フィルタであって、
前記第1偏光分離部および前記第2偏光分離部は、前記入力側偏光分離部との間に位置する導波路を直線的に配置し、かつ、前記出力側偏光分離部との間に位置する導波路を直線的に配置することが可能な交差導波路形状をそれぞれ有することを特徴とする導波路型光フィルタ。
【0053】
(付記6) 付記1に記載の導波路型光フィルタであって、
前記入力側偏光分離部および前記出力側偏光分離部は、前記入力導波路および前記出力導波路の各軸方向を略平行にすることが可能な交差導波路形状をそれぞれ有することを特徴とする導波路型光フィルタ。
【0054】
(付記7) 付記1に記載の導波路型光フィルタであって、
前記モード変換部は、音響光学効果に基づいて偏波モード変換を行うことを特徴とする導波路型光フィルタ。
【0055】
(付記8) 付記7に記載の導波路型光フィルタであって、
前記モード変換部は、偏波モード変換時に発生するドップラー効果による周波数シフトが、前記第1導波路および前記第2導波路を伝搬する各光について略一致するように、弾性表面波が与えられることを特徴とする導波路型光フィルタ。
【0056】
(付記9) 付記1に記載の導波路型光フィルタであって、
前記モード変換部は、電気光学効果に基づいて偏波モード変換を行うことを特徴とする導波路型光フィルタ。
【0057】
(付記10) 付記1に記載の導波路型光フィルタであって、
前記モード変換部は、光弾性効果に基づいて偏波モード変換を行うことを特徴とする導波路型光フィルタ。
【0058】
(付記11) 付記1に記載の導波路型光フィルタを1つの単位構成とし、該複数の単位構成が接続光路を介して直列に接続されたことを特徴とする導波路型光フィルタ。
【0059】
(付記12) 付記11に記載の導波路型光フィルタであって、
前記接続光路を伝搬する光の偏光状態を制御可能な偏光制御部を備えたことを特徴とする導波路型光フィルタ。
【0060】
(付記13) 入力導波路に入力された光を2つの偏光成分に分離して、一方の偏光成分を第1導波路に出力し、他方の偏光成分を第2導波路に出力する入力側偏光分離部と、
前記第1導波路および前記第2導波路を伝搬する各光について、選択波長に対応する光を偏波モード変換するモード変換部と、
該モード変換部を通過して前記第1導波路および前記第2導波路を伝搬する各光を、偏光状態に応じてそれぞれ分離して前記選択波長に対応する光を出力導波路に出力する出力側偏光分離部と、を備えた導波路型光フィルタであって、
前記入力側偏光分離部および前記出力側偏光分離部の間に位置する前記第1導波路上に設けられ、前記入力側偏光分離部との間に位置する導波路を直線的に配置し、かつ、前記出力側偏光分離部との間に位置する導波路を直線的に配置することが可能な交差導波路形状を有する第1偏光分離部と、
前記入力側偏光分離部および前記出力側偏光分離部の間に位置する前記第2導波路上に設けられ、前記入力側偏光分離部との間に位置する導波路を直線的に配置し、かつ、前記出力側偏光分離部との間に位置する導波路を直線的に配置することが可能な交差導波路形状を有する第2偏光分離部と、を備えて構成されることを特徴とする導波路型光フィルタ。
【0061】
(付記14) 付記13に記載の導波路型光フィルタであって、
前記入力側偏光分離部および前記出力側偏光分離部は、前記入力導波路および前記出力導波路の各軸方向を略平行にすることが可能な交差導波路形状をそれぞれ有することを特徴とする導波路型光フィルタ。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる導波路型光フィルタは、入力側偏光分離器と出力側偏光分離器との間を接続する第1および第2導波路上にそれぞれ第1および第2偏光分離器を設けたことにより、漏れ光の影響を低減して所望の波長の光を確実に選択することができ、選択光と非選択光における良好な消光比特性を実現することが可能になる。また、第1および第2偏光分離部を所要の交差導波路形状として、入力側偏光分離部と出力側偏光分離部の間を直線的な導波路の各区間で接続するようにしたことで、導波路型光フィルタの低損失化および小型化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる導波路型光フィルタの第1実施形態の構成を示す図である。
【図2】第1実施形態で用いる偏光ビームスプリッタの具体例を示す模式図である。
【図3】第1実施形態で用いる偏光ビームスプリッタの他の具体例を示す模式図である。
【図4】第1実施形態で用いる偏光ビームスプリッタのさらに別の具体例を示す模式図である。
【図5】第1実施形態で用いる偏波モード変換器の具体例として、音響光学効果を利用したモード変換器の要部構成を示す図である。
【図6】第1実施形態で用いる偏波モード変換器の具体例として、電気光学効果を利用したモード変換器の要部構成を示す図である。
【図7】第1実施形態で用いる偏波モード変換器の具体例として、光弾性効果を利用したモード変換器の要部構成を示す図である。
【図8】第1実施形態における効果を説明するための図である。
【図9】本発明にかかる導波路型光フィルタの第2実施形態の構成を示す図である。
【図10】第2実施形態に関連する他の構成の一例を示す図である。
【図11】本発明にかかる導波路型光フィルタの第3実施形態の構成を示す図である。
【図12】第3実施形態で用いる偏光ビームスプリッタの具体例を示す模式図である。
【図13】第3実施形態について、方向性結合型のSAWガイドを用いたAOTFを適用した具体例を示す図である。
【図14】第3実施形態について、薄膜型のSAWガイドを用いたAOTFを適用した具体例を示す図である。
【図15】図14の具体例に関して、サイドローブレベルの抑圧を図った応用例を示す図である。
【図16】図13の具体例に関して、緩やかな曲がりの導波路を用いてモード変換領域の拡張を図った変形例を示す図である。
【図17】本発明にかかる導波路型光フィルタの第4実施形態の構成を示す図である。
【図18】第4実施形態に関連する他の構成例を示す図である。
【図19】第4実施形態に関連する応用例を示す図である。
【図20】従来の導波路型光フィルタの構成を示す図である。
【符号の説明】
1A,1B,2A,2B,3A,3B,41,42 導波路
11,13,21〜24 偏光ビームスプリッタ(PBS)
12 偏波モード変換器
31A,31B 櫛形電極(IDT)
32A,32B,33A,33B SAWガイド
40 光ファイバ
43 光反射器
44 偏光制御器
Claims (2)
- 入力導波路に入力された光を2つの偏光成分に分離して、一方の偏光成分を第1導波路に出力し、他方の偏光成分を第2導波路に出力する入力側偏光分離部と、
前記第1導波路および前記第2導波路を伝搬する各光について、選択波長に対応する光を偏波モード変換するモード変換部と、
該モード変換部を通過して前記第1導波路および前記第2導波路を伝搬する各光を、偏光状態に応じてそれぞれ分離して前記選択波長に対応する光を出力導波路に出力する出力側偏光分離部と、を備えた導波路型光フィルタであって、
前記入力側偏光分離部および前記モード変換部の間に位置する前記第1導波路上に設けた第1偏光分離部と、
前記モード変換部および前記出力側偏光分離部の間に位置する前記第2導波路上に設けた第2偏光分離部と、を備え、
前記第1偏光分離部および前記第2偏光分離部は、2入力2出力に対応した導波路が交差する交差部分を挟んで、クロス側に位置する入出力導波路が略一直線となり、かつ、当該直線に対して前記交差部分の長手方向を傾けた交差導波路形状をそれぞれ有し、
前記入力側偏光分離部と前記第1偏光分離部との間に位置する導波路、前記第1偏光分離部と前記モード変換部および前記出力側偏光分離部との間に位置する導波路、前記入力側偏光分離部および前記モード変換部と前記第2偏光分離部との間に位置する導波路、並びに、前記第2偏光分離部と前記出力側偏光分離部との間に位置する導波路が、それぞれ直線的に配置され、
前記第1導波路および前記第2導波路を伝搬する各光を、前記第1偏光分離部および前記第2偏光分離部で偏光状態に応じて分離することにより、前記入力側偏光分離部の分離度に対応して発生する漏れ成分を除去する構成としたことを特徴とする導波路型光フィルタ。 - 請求項1に記載の導波路型光フィルタを1つの単位構成とし、該複数の単位構成が接続光路を介して直列に接続されたことを特徴とする導波路型光フィルタ。
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