JP4713421B2 - Wavelength filter and short pulse shaping device - Google Patents
Wavelength filter and short pulse shaping device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4713421B2 JP4713421B2 JP2006222429A JP2006222429A JP4713421B2 JP 4713421 B2 JP4713421 B2 JP 4713421B2 JP 2006222429 A JP2006222429 A JP 2006222429A JP 2006222429 A JP2006222429 A JP 2006222429A JP 4713421 B2 JP4713421 B2 JP 4713421B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wavelength
- optical waveguide
- light
- polarization
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Polarising Elements (AREA)
Description
本発明は、光通信の高速な光変調に用いられる波長フィルタ及びこの波長フィルタを用いた短パルス成形装置に関するものである。 The present invention relates to a wavelength filter used for high-speed optical modulation in optical communication and a short pulse shaping apparatus using the wavelength filter.
光通信の信号伝送速度に関する要求は増加の一途を辿っており、現在主流の10Gbpsから、次世代の標準である40Gbpsあるいは100Gbpsに対応するデバイスが求められている。伝送速度を上げるためには、送信側の変調速度及び受信側の復調速度を上げる必要がある。受信機の復調速度は、50Gbpsを超えるものが実用化されているが、40Gbpsを超える変調速度を持つ送信機は開発途上にある。 The demand for the signal transmission speed of optical communication is steadily increasing, and a device corresponding to 40 Gbps or 100 Gbps, which is the next generation standard, is required from the current mainstream 10 Gbps. In order to increase the transmission speed, it is necessary to increase the modulation speed on the transmission side and the demodulation speed on the reception side. A receiver having a demodulation speed exceeding 50 Gbps has been put into practical use, but a transmitter having a modulation speed exceeding 40 Gbps is under development.
これら高速伝送に必要な受信機及び送信機を実現するためのデバイスとしては、ニオブ酸リチウム結晶やInGaAsP混晶の電気光学効果を用いたマッハツェンダ干渉計により高速変調を行うものや、InGaAsP混晶を用いた多重量子井戸構造の電界吸収効果による高速消光デバイスなどがある。これらはいずれも、40Gbpsを超える電気信号を光信号に直接変調するものである。しかしながら、これらのデバイスは、高周波電気配線が必要となり、デバイスの小型化に限界があった。従って、40Gbpsを超える変調速度を持ち、かつ小型で安価なデバイスを得るためには、高周波電気配線を用いない構成が求められる。 Devices for realizing these receivers and transmitters necessary for high-speed transmission include those that perform high-speed modulation with a Mach-Zehnder interferometer using the electro-optic effect of lithium niobate crystals or InGaAsP mixed crystals, and InGaAsP mixed crystals. There are high-speed quenching devices based on the electroabsorption effect of the multiple quantum well structure used. All of them directly modulate an electric signal exceeding 40 Gbps into an optical signal. However, these devices require high-frequency electrical wiring, and there is a limit to miniaturization of the devices. Therefore, in order to obtain a small and inexpensive device having a modulation speed exceeding 40 Gbps, a configuration using no high-frequency electrical wiring is required.
高周波電気配線を用いない構成とするためには、低速電気信号を多重化して高速電気信号にした後に光信号に変換するのではなく、低速光信号を時間領域で多重化すればよい。ただし、この多重化の際には、ビットレートが低速のままで光信号を短パルス化する必要がある。また、短パルス化の過程においては、光受動素子のみによる単純な構成でかつ小型で安価な構成で行えることが求められる。 In order to achieve a configuration that does not use high-frequency electrical wiring, low-speed optical signals may be multiplexed in the time domain rather than being converted into optical signals after being multiplexed into high-speed electrical signals. However, at the time of multiplexing, it is necessary to shorten the optical signal while keeping the bit rate low. Further, in the process of shortening the pulse, it is required to be able to be performed with a simple configuration using only an optical passive element and a small and inexpensive configuration.
上述の要求を満たすために、チャープ特性を持つ低速光変調器からの変調光信号を、急峻な波長特性を持つ波長フィルタに透過させた後、遅延線を用いて時分割多重する方法がある。 In order to satisfy the above requirements, there is a method in which a modulated optical signal from a low-speed optical modulator having a chirp characteristic is transmitted through a wavelength filter having a steep wavelength characteristic and then time division multiplexed using a delay line.
この方法について簡単に説明すると、先ず、チャープ特性を持つ低速光変調器から出力された低速光信号において、図6(a)に示すように、立ち上がり部分のある瞬間(時刻)をAとし、低速光信号がONの分のある瞬間をBとし、低速光信号の立ち下がり部分のある瞬間をCとする。すると、Aでの波長λA及びCでの波長λCは、チャープ特性を持つ低速光変調器のチャープδλのために、Bでの波長λBよりも±δλずれた位置になり、スペクトルは図6(a’)に実線で示すようになる。この光を、図6(a’)に点線で示すような波長λA及び波長λCで透過率が1となり波長λBで透過率が0となるフィルタXで処理すると、時間波形は図6(b)に示すようになり、A,Cに対応する2つの短パルスが成形できる。このときのスペクトルは、図6(b’)に実線で示すようになる。 This method will be briefly described. First, in the low-speed optical signal output from the low-speed optical modulator having chirp characteristics, as shown in FIG. Let B be the moment when the optical signal is ON, and C be the moment when the low-speed optical signal falls. Then, the wavelength λ A at A and the wavelength λ C at C are shifted by ± δλ from the wavelength λ B at B due to the chirp δλ of the low-speed optical modulator having chirp characteristics, and the spectrum is As indicated by the solid line in FIG. When this light is processed by a filter X having a transmittance of 1 at a wavelength λ A and a wavelength λ C and a transmittance of 0 at a wavelength λ B as shown by dotted lines in FIG. As shown in (b), two short pulses corresponding to A and C can be formed. The spectrum at this time is as shown by a solid line in FIG.
このように2つの短パルスに成形された光を、図6(b’)に点線で示すような、波長λAで透過率が1となり波長λCで透過率が0となるフィルタYで処理すると、得られた時間波形は図6(c)に示すようになり、単一の短パルスに成形できる。このようにして得られた短パルスの光信号を、遅延線を用いて時分割多重すれば、高速光信号を形成することができる。これらは、光受動素子のみによる単純な構成であり、上述した方法によれば、短パルスの光信号を成形する小型の光変調器を安価に実現することが見込める。 The light thus formed into two short pulses is processed by a filter Y having a transmittance of 1 at the wavelength λ A and a transmittance of 0 at the wavelength λ C as shown by a dotted line in FIG. Then, the obtained time waveform is as shown in FIG. 6C, and can be formed into a single short pulse. A high-speed optical signal can be formed by time-division multiplexing the thus obtained short pulse optical signal using a delay line. These are simple configurations using only optical passive elements, and according to the above-described method, it is expected that a small-sized optical modulator that forms a short-pulse optical signal can be realized at low cost.
なお、チャープ特性を持つ低速変調器は、ニオブ酸リチウムの電気光学効果を用いたマッハツェンダ型光変調器などの従来の光変調器を用いればよい。また、遅延線は、従来よりある光導波路を用いればよい。 Note that the low-speed modulator having chirp characteristics may be a conventional optical modulator such as a Mach-Zehnder optical modulator using the electro-optic effect of lithium niobate. The delay line may be a conventional optical waveguide.
ところで、急峻な波長特性を持つ波長フィルタとしては、多層膜フィルタやアレイ導波路グレーティングなどが考えられるが、これらはデバイス寸法が数cm以上あり、これらを用いた構成では、小型化に限界がある。 By the way, as a wavelength filter having a steep wavelength characteristic, a multilayer filter, an arrayed waveguide grating, and the like can be considered. However, these devices have a device size of several centimeters or more, and there is a limit to downsizing in a configuration using these. .
一方、簡易な方法で波長フィルタを実現する方法として、非対称マッハツェンダ干渉計を複数用いる方法や、複屈折を持つ光導波路と1/4波長板と偏光子とを組み合わせて用いる方法とがある。 On the other hand, as a method for realizing a wavelength filter by a simple method, there are a method using a plurality of asymmetric Mach-Zehnder interferometers and a method using a combination of an optical waveguide having birefringence, a quarter wavelength plate and a polarizer.
非対称マッハツェンダ干渉計を複数用いる方法では、マッハツェンダ導波路の2つのアームの長さ(導波路長)の差ΔL、伝搬する光の波長をλ、群屈折率をng、波長フィルタの透過波長間隔をΔλとすると、以下の式(1)の関係が満たされている。 In the method using a plurality of asymmetric Mach-Zehnder interferometers, the difference ΔL between the lengths of the two arms of the Mach-Zehnder waveguide (waveguide length), the wavelength of the propagating light is λ, the group refractive index is ng , and the transmission wavelength interval of the wavelength filter If Δλ is Δλ, the relationship of the following expression (1) is satisfied.
上記式(1)からも判るように、非対称マッハツェンダ干渉計を複数用いる方法では、波長フィルタの透過波長間隔Δλは、アーム長差ΔLで設定可能であるが、透過波長の絶対値を設定することができない。このため、非対称マッハツェンダ干渉計を複数用いる方法では、Δλ間隔で任意の波長を透過するフィルタ特性を発現することができない。 As can be seen from the above equation (1), in the method using a plurality of asymmetric Mach-Zehnder interferometers, the transmission wavelength interval Δλ of the wavelength filter can be set by the arm length difference ΔL, but the absolute value of the transmission wavelength must be set. I can't. For this reason, in a method using a plurality of asymmetric Mach-Zehnder interferometers, it is not possible to develop a filter characteristic that transmits an arbitrary wavelength at intervals of Δλ.
これに対し、複屈折を持つ光導波路と1/4波長板と偏光子とを組み合わせて用いる方法では、以下に説明するように、透過波長と透過波長間隔とを任意に設定することが可能である。この方法では、複屈折を持つ光導波路にこの固有偏波面に対して偏波を45°傾けた光を入射すると、入射光の波長により偏波状態が異なる光が出射されるので、この出射端側に、1/4波長板及び偏光子を挿入することで、波長フィルタが実現できる。この方法において、直交する2つの偏波に対する群屈折率の差をΔng、複屈折を持つ光導波路の導波路長をLとすると、透過波長間隔Δλとの間に以下の式(2)の関係が満たされている。 In contrast, in a method using a combination of an optical waveguide having birefringence, a quarter-wave plate, and a polarizer, it is possible to arbitrarily set the transmission wavelength and the transmission wavelength interval as described below. is there. In this method, when light having a polarization inclined by 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane is incident on an optical waveguide having birefringence, light having a different polarization state is emitted depending on the wavelength of the incident light. A wavelength filter can be realized by inserting a quarter wavelength plate and a polarizer on the side. In this method, the difference between the group index for the two orthogonal polarization [Delta] n g, when the waveguide length of the optical waveguide having birefringence is L, the following expression between the transmission wavelength interval Δλ of (2) The relationship is satisfied.
また、上述した出射端における直交する2つの偏波間の位相差は、波長λによって異なり、出射端での偏波状態は、一般には楕円偏波となる。ここで、1/4波長板による回転で直線偏波に調整し、この偏波面と偏光子の透過面との角度を合わせれば、透過波長を決定することができる。このように、複屈折を持つ光導波路と1/4波長板と偏光子とを組み合わせて用いる方法では、透過波長を透過波長間隔Δλとは独立に設定することができる。例えば、複屈折を持つ光導波路として偏波保持光ファイバを用いた波長フィルタが提案されている(非特許文献1参照)。 Further, the phase difference between two orthogonal polarizations at the exit end described above varies depending on the wavelength λ, and the polarization state at the exit end is generally elliptically polarized. Here, the transmission wavelength can be determined by adjusting to the linearly polarized wave by the rotation by the quarter wavelength plate and matching the angle between this polarization plane and the transmission plane of the polarizer. Thus, in the method using a combination of an optical waveguide having birefringence, a quarter-wave plate, and a polarizer, the transmission wavelength can be set independently of the transmission wavelength interval Δλ. For example, a wavelength filter using a polarization maintaining optical fiber as an optical waveguide having birefringence has been proposed (see Non-Patent Document 1).
ところで、上述した高速光信号を形成するための短パルス成形に必要となるΔλの値は、次のように考えられる。低速光信号を2.5GbpsのRZ信号とすると、一般に2.5GbpsのRZ信号をチャープ型マッハツェンダ光変調器で変調する場合、立ち上がり時間は100ps程度であり、5GHz(1550nm付近の波長間隔で0.04nm)程度のチャープδλがある。従って、変調前の波長λの光は透過せず、λ+0.04nmあるいはλ−0.04nmの帯域を透過するΔλ=0.08nmのフィルタであれば、100psのパルス成分を抽出することができる。 By the way, the value of Δλ necessary for the short pulse shaping for forming the high-speed optical signal described above is considered as follows. When a low-speed optical signal is an RZ signal of 2.5 Gbps, generally, when a 2.5 Gbps RZ signal is modulated by a chirped Mach-Zehnder optical modulator, the rise time is about 100 ps, and 5 GHz (0. There is a chirp δλ of about 04 nm). Accordingly, a pulse component of 100 ps can be extracted with a filter of Δλ = 0.08 nm that does not transmit light of wavelength λ before modulation and transmits the band of λ + 0.04 nm or λ−0.04 nm.
複屈折を持つ光導波路として従来の偏波保持ファイバ(Δng=10-4程度:非特許文献1参照)を用いてこれを実現しようとした場合、上記式(2)よりL=300m程度の長さが必要になり、小型化にはほど遠い。なお、非特許文献1においては、DGD=25psのPMF(偏波保持ファイバ)の長さは、明示されていないが、代表的な市販品のビート長5mmを仮定すると、上記PMFの長さは24mとなる。この値は、40GHzに対応したものであり、5GHzに換算すると、192mとなる。
Conventional polarization maintaining fiber as an optical waveguide having birefringence: If you try to achieve this by using a ([Delta] n g = 10 about -4 Non Patent Document 1), the formula (2) from L = 300 meters approximately Length is required and far from miniaturization. In
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、急峻な波長特性を持つ波長フィルタを、より簡易な構成でより小型化できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to make it possible to reduce the size of a wavelength filter having a steep wavelength characteristic with a simpler configuration.
本発明に係る波長フィルタは、導波方向に直交する断面が長方形とされたシリコンよりなるコアから構成されてフィルタ対象の光がシングルモード条件を満たして導波する光導波路と、光導波路において波長毎に異なる量の偏波回転を受けて楕円偏波となった出射光を入射して波長毎に異なる偏波状態の直線偏波に調整する1/4波長板と、1/4波長板を透過する透過光が透過する偏光子とを少なくとも備え、フィルタ対象の光は、光導波路の固有偏波面に対して偏波を45°傾けた状態に入射されるようにしたものである。入射された光は、光導波路において偏波回転を受け、1/4波長板を透過することで直線偏波に調整され、偏光子を透過することで一定偏波のみが透過される。 The wavelength filter according to the present invention includes an optical waveguide configured by a core made of silicon having a rectangular cross section orthogonal to the waveguide direction, and the light to be filtered satisfies a single mode condition , and the wavelength in the optical waveguide . A quarter-wave plate and a quarter-wave plate that adjusts to linearly polarized light with different polarization states for each wavelength by entering the outgoing light that has undergone a different amount of polarization rotation every time and becomes elliptical polarization And at least a polarizer that transmits the transmitted light. The light to be filtered is incident on a state where the polarization is inclined by 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane of the optical waveguide. The incident light undergoes polarization rotation in the optical waveguide, is adjusted to linearly polarized light by passing through the quarter-wave plate, and only constant polarization is transmitted by passing through the polarizer.
また、本発明に係る短パルス成形装置は、上記波長フィルタを用いた短パルス成形装置であって、チャープ特性を持つ光変調器を備え、この光変調器より出力された変調光が前記光導波路に入射されるようにしたものである。短パルス成形装置より出射されたパルス光より、より短パルスの光が得られる。 Further, a short pulse shaping device according to the present invention is a short pulse shaping device using the wavelength filter, comprising an optical modulator having chirp characteristics, and the modulated light output from the optical modulator is the optical waveguide. It is made to enter into. Short pulse light can be obtained from the pulsed light emitted from the short pulse shaping device.
以上説明したように、本発明によれば、断面が長方形とされたシリコンよりなるコアから構成されてフィルタ対象の光がシングルモード条件を満たして導波する光導波路に、この光導波路の固有偏波面に対して偏波を45°傾けた状態にフィルタ対象の光を入射し、光導波路を出射した光を、1/4波長板及び偏光子に透過させるようにしたので、急峻な波長特性を持つ波長フィルタがより簡易な構成でより小型化できるという、優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, the intrinsic polarization of this optical waveguide is changed to an optical waveguide that is composed of a silicon core having a rectangular cross section and that guides light to be filtered satisfying a single mode condition. Since the light to be filtered is incident with the polarization inclined by 45 ° with respect to the wavefront, and the light emitted from the optical waveguide is transmitted through the quarter-wave plate and the polarizer, a steep wavelength characteristic is obtained. The excellent effect that the wavelength filter which it has can be reduced more in size with a simpler structure is acquired.
以下、本発明の実施の形態について説明する。はじめに、本発明の概要について説明する。本発明は、複屈折を持つ光導波路としてシリコン細線をコアとした光導波路(シリコン細線光導波路)を用い、この出射端側に1/4波長板,及び偏光子を組み合わせて急峻な波長特性を持つ波長フィルタを構成するようにしたものである。なお、シリコン細線光導波路の入射端側には、フィルタ対象の光が、シリコン細線光導波路の固有偏波面に対して偏波を45°傾けた状態で入射(結合)されるようにする。また、シリコン細線光導波路は、フィルタ対象の光に対してシングルモード条件が満たされているものである。 Embodiments of the present invention will be described below. First, the outline of the present invention will be described. In the present invention, an optical waveguide having a silicon fine wire as a core (silicon fine wire optical waveguide) is used as an optical waveguide having birefringence, and a quarter wavelength plate and a polarizer are combined on the output end side to provide steep wavelength characteristics. A wavelength filter is configured. The light to be filtered is incident (coupled) on the incident end side of the silicon fine wire optical waveguide in a state where the polarization is inclined by 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane of the silicon fine wire optical waveguide. In addition, the silicon fine wire optical waveguide satisfies the single mode condition for the light to be filtered.
以下、図を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る波長フィルタの構成例を示す構成図(a)及び部分断面図(b)である。なお、以下では、チャープ特性を持つ低速光変調器と組み合わせた短パルスを成形するパルス成形装置に適用した場合について説明する。図1に構成を示す短パルス成形装置は、光源111,入力用光ファイバ112,チャープ型光変調器113,導入用光ファイバ114,シリコン細線光導波路115,出射用光ファイバ116,1/4波長板117,及び偏光子118から構成されている。チャープ型光変調器113は、チャープ特性を持つ低速光変調器であり、例えば、ニオブ酸リチウムの電気光学効果を用いたマッハツェンダ型光変調器などの従来の光変調器を用いることができる。
This will be described below with reference to the drawings. 1A and 1B are a configuration diagram (a) and a partial cross-sectional view (b) showing a configuration example of a wavelength filter according to a first embodiment of the present invention. In the following, a case where the present invention is applied to a pulse shaping apparatus that shapes a short pulse combined with a low-speed optical modulator having chirp characteristics will be described. 1 includes a
図1(a)において、シリコン細線光導波路115,1/4波長板117,及び偏光子118により波長フィルタが構成されている。この中で、シリコン細線光導波路115は、図1(a)の断面図に示すように、例えば酸化シリコンよりなる下部クラッド101と、この上に形成されたシリコン細線コア102と、下部クラッド101の上にシリコン細線コア102を覆うように形成された酸化シリコンよりなる上部クラッド103とから構成されたものである。例えば、SOI(Silicon on Insulator)基板を用い、このSOI層をよく知られたフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工してシリコン細線コア102を形成し、この後、よく知られたCVD法などにより酸化シリコンを堆積することで、上部クラッド103を形成すればよい。この場合、埋め込み絶縁層が下部クラッド101となる。
In FIG. 1A, a wavelength filter is constituted by the silicon thin-wire
この第1の実施の形態において、シリコン細線光導波路115は、フィルタ対象の光がシングルモード条件を満たすように、シリコン細線コア102の導波方向に直交する断面の寸法や、クラッドとの屈折率差が設定(設計)されている。また、シリコン細線コア102は、例えば、導波方向に直交する断面形状が下部クラッド101の平面方向の長さ(幅)460nm,下部クラッド101の平面の法線方向の長さ(高さ)200nmの長方形に形成されている。このように、シリコン細線コア102の導波方向に直交する断面が長方形(扁平)に形成されていることが特徴である。このように形成されたシリコン細線コア102(シリコン細線光導波路115)によれば、以下に説明するように、導波路長が2.2cm程度に形成されていれば、透過波長間隔Δλ=0.08nmのフィルタが構成可能である。
In this first embodiment, the silicon thin-wire
このように構成された波長フィルタの動作例について説明すると、先ず、光源111より所定の波長の光源光を出射させ、この光源光を入力用光ファイバ112を通してチャープ型光変調器113に入射させる。チャープ型光変調器113に入射した光は、ここで変調を受け、変調を受けた変調光は、導入用光ファイバ114を通し、シリコン細線光導波路115の結合面115a(入射端)に結合される。結合面115aにおいては、入射する変調光は、この偏波面がシリコン細線光導波路115(シリコン細線コア102)の固有偏波面に対して45°の傾きを持って結合されるようにする。これは、例えば、導入用光ファイバ114を光軸中心に回転させることで行えばよい。また、チャープ型光変調器113とシリコン細線光導波路115との間に1/2波長板を設け、この1/2波長板を光軸中心に回転させることで上記の偏波面の調整を行うようにしても良い。
An example of the operation of the wavelength filter configured as described above will be described. First, light source light having a predetermined wavelength is emitted from the
このようにして結合(入射)された変調光は、シリコン細線光導波路115において波長毎に異なる量の偏波回転を受け、出射端115bに光結合する出射用光ファイバ116を通して1/4波長板117に入射し、波長毎に異なる偏波状態の直線偏波に調整される。直線偏波に調整された変調光を、偏光子118を透過させることにより一定偏波(設定した直線偏波成分)のみが透過される。この結果として、一部の波長成分を選択的に透過するフィルタが構成される。このとき、シリコン細線光導波路115,1/4波長板117,及び偏光子118よりなる波長フィルタによる透過波長間隔Δλは、シリコン細線光導波路115の長さ及び複屈折で決定される。また、透過波長λn(λn+1−λn=Δλ、nは整数)は、偏光子118を透過させる直線偏波の偏波面における角度で決定される。
The modulated light coupled (incident) in this way undergoes a different amount of polarization rotation for each wavelength in the silicon thin-wire
言い換えると、光源111より出射される光源光の波長をλsとしチャープ型光変調器113で得られるチャープによる波長変化をδλとすると、先ず、透過波長間隔Δλ=2δλが満たされるように、シリコン細線光導波路115の長さ及び複屈折を設定すればよい。また、透過波長λn=λs−δλを満たすように、偏光子118の(直線)偏波方向の角度を設定すればよい。このように設定することで、透過波長λn=λs−δλ+(n−1)Δλを有するフィルタを構成し、伝搬する変調光のチャープ成分(チャープにより波長が変化した成分,λn=λs−δλ及びλn=λs+δλ)を選択的に透過し、結果として短パルスを成形することができる。
In other words, assuming that the wavelength of the light source light emitted from the
これらは、図6(a),図6(a’),及び図6(b)を用いて説明した2つの短パルス成形に同様であり、シリコン細線光導波路115,1/4波長板117,及び偏光子118により、フィルタXが構成されたことになる。一般に、チャープ型光変調器113は、出力するパルスの前段(立ち上がり)と後段(立ち下がり)において±δλのチャープを伴う。従って、上記構成では、チャープ型光変調器113より出力されてシリコン細線光導波路115に入力(光結合)される変調光の1つのパルスに対し、偏光子118より2つの短パルスが出力されることになる。
These are similar to the two short pulse shaping described with reference to FIGS. 6 (a), 6 (a ′), and 6 (b), and the silicon thin-wire
ここで、シリコン細線光導波路115について説明する。シリコン細線光導波路115は、シリコンコア102の断面形状を長方形とすることで、大きな複屈折を容易に得ることができ、直交する2つの偏波に対する群屈折率の差を大きくすることができる。長方形とした断面の長辺と短辺との比率(扁平率)を大きくすることで、直交する2つの偏波に対する群屈折率の差Δngをより大きくすることができる。このように、直交する2つの偏波に対する群屈折率の差Δngを大きくすることができれば、上記式(2)から明らかなように、短い導波路長Lであっても、波長フィルタの透過波長間隔Δλを小さくすることができ、より急峻な波長フィルタを構成することができる。
Here, the silicon fine wire
例えば、以下の表1に例示すように、断面を短辺280nm,長辺320nm(扁平率0.875)としたシリコンコアを用いれば、直交する2つの偏波に対する群屈折率の差Δngが0.070となり、Δλ=0.08nmのフィルタを構成するためには、上記式(2)より、光導波路の長さLは、42.9cmとなる。また、断面を短辺180nm,長辺420nm(扁平率0.429)としたシリコンコアを用いれば、差Δngは1.726となり、Δλ=0.08nmのフィルタを構成するためには、Lは1.7cmでよいものとなり、小型化が容易である。なお、下部クラッド101の平面に対し、平面方向に短辺が配置され、高さ方向に長辺が配置されるようにしても同様である。
For example, as shown Example in Table 1 below, the short side of the cross-section 280 nm, the long sides 320nm by using the (aspect ratio 0.875) and the silicon core, the difference [Delta] n g of group index for the two orthogonal polarization Is 0.070, and in order to construct a filter with Δλ = 0.08 nm, the length L of the optical waveguide is 42.9 cm from the above equation (2). Also, the short side of the cross-section 180 nm, by using the silicon core and the long sides 420 nm (aspect ratio 0.429), the difference [Delta] n g to configure 1.726, and the filter of [Delta] [lambda] = 0.08 nm is, L 1.7 cm is sufficient, and it is easy to reduce the size. Note that the same applies to the case where the short side is arranged in the plane direction and the long side is arranged in the height direction with respect to the plane of the
また、シリコン細線光導波路は、前述したように、SOI基板のSOI層をチャネル型に加工することで形成可能な光導波路であり、微小光回路の作製に有利である(非特許文献2参照)。このようなシリコン細線光導波路は、製造工程において、よく知られているシリコン集積回路の作製技術及び製造装置などが適用可能であり、大量生産によるコストの低減が見込め、小型で安価なデバイスの提供が可能である。 Further, as described above, the silicon fine wire optical waveguide is an optical waveguide that can be formed by processing the SOI layer of the SOI substrate into a channel type, and is advantageous for manufacturing a micro optical circuit (see Non-Patent Document 2). . Such silicon thin-wire optical waveguides can be applied to well-known silicon integrated circuit fabrication technology and manufacturing equipment in the manufacturing process, and can be expected to reduce costs by mass production, and provide small and inexpensive devices. Is possible.
次に、図1に示したシリコン細線光導波路115,1/4波長板117,及び偏光子118よりなる第1の実施の形態の波長フィルタにおける透過スペクトルの測定結果を、図2に示す。図2に示すように、Δλ=0.08nmの透過波長間隔が実現されている。また、第1の実施の形態の短パルス成形装置による短パルスの成形を行った結果を、図3に示す。先ず、チャープ型光変調器113より図3(a)に示すような1Gbpsに変調された変調光を出力し、この変調光の偏波面がシリコン細線光導波路115の固有偏波面に対して45°の傾きとなるように光結合させる。このことにより、偏光子118を透過した光は、図3(b)及び図3(c)に示すように、短パルスに成形される。図3(c)は、図3(b)を拡大して示したものである。
Next, FIG. 2 shows a measurement result of the transmission spectrum in the wavelength filter according to the first embodiment including the silicon fine wire
図3(c)に示すように、入射した変調光(1Gbps)のパルス幅1nsに対し、パルス幅が100ps以下の短パルスが得られている。これは、シリコン細線光導波路115,1/4波長板117,及び偏光子118よりなる波長フィルタは、急峻なフィルタ特性を備えていることを示している。これらのように、図1に例示するシリコン細線光導波路115,1/4波長板117,及び偏光子118よりなる第1の実施の形態の波長フィルタによれば、シリコン細線光導波路115の長さが2.2cmと非常に短い状態であっても、上述したように、所望とする急峻なフィルタ特性が得られる。このように、図1に構成例を示す第1の実施の形態の波長フィルタによれば、急峻な波長特性を持つ波長フィルタが、より簡易に小型化できる。
As shown in FIG. 3C, a short pulse with a pulse width of 100 ps or less is obtained with respect to the pulse width of 1 ns of the incident modulated light (1 Gbps). This indicates that the wavelength filter composed of the silicon fine wire
次に、本発明の第2の実施の形態に係る波長フィルタについて説明する。図4は、本発明の第2の実施の形態における波長フィルタを用いた図1同様のパルス成形装置の構成例を示す構成図(a),部分を示す斜視図(b),及び部分断面図(c)である。なお、図4(c)は、図4(a)のcc線の断面を示している。図4に示す第2の実施の形態に係るパルス成形装置では、シリコン細線光導波路115の結合面115aの部分及び出射端115aの部分に、テーパ型導波路401を設けるようにしたものである。
Next, a wavelength filter according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a configuration diagram (a) showing a configuration example of a pulse shaping apparatus similar to FIG. 1 using the wavelength filter in the second embodiment of the present invention, a perspective view (b) showing a portion, and a partial cross-sectional view. (C). FIG. 4C shows a cross section taken along line cc of FIG. In the pulse shaping apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 4, a
テーパ型導波路401は、図4(b)に示すように、入射端(出射端)に近づくほど細くなるシリコン細線テーパコア411と、これを覆うように設けられ、シリコン細線テーパコア411と上部クラッド103との間の屈折率を有する中間層412とから構成されている。例えば、中間層412を酸窒化シリコンから構成することで、屈折率の大小を、シリコン細線テーパコア411>中間層412>上部クラッド103とすることができる。
As shown in FIG. 4B, the tapered
また、シリコン細線テーパコア411は、シリコン細線コア102に連続して一体に形成され、入射端(出射端)に近づくほど幅が狭くなるように形成されている。言い換えると、テーパ型導波路401は、シリコン細線コア102の入射端及び出射端を先細りに形成し、この先細りの領域に、中間層412を挿入したものである。このような構成としたテーパ型導波路401を用いることにより、よく知られているように、導入用光ファイバ114及び出射用光ファイバ116との光結合の効率を向上させることができる。
In addition, the silicon fine
次に、本発明の第3の実施の形態に係る波長フィルタについて説明する。図5は、第3の実施の形態における波長フィルタを用いたパルス成形装置の構成例を示す構成図である。図5に示す第3の実施の形態に係るパルス成形装置は、図1を用いて説明した第1の実施の形態に係るパルス成形装置の偏光子118の出力側に、新たに波長フィルタを追加したものである。追加された波長フィルタは、1/2波長板501とシリコン細線光導波路503と1/4波長板505と偏光子506とから構成されたものである。シリコン細線光導波路503の出射端503bの側には、出射用光ファイバ504が設けられ、1/4波長板505に光接続されている。シリコン細線光導波路503は、シリコン細線光導波路115と同様に形成され、所定の導波路長とされている。また、1/4波長板505及び偏光子506は、1/4波長板117及び偏光子118と同様である。
Next, a wavelength filter according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a configuration example of a pulse shaping device using the wavelength filter according to the third embodiment. In the pulse shaping device according to the third embodiment shown in FIG. 5, a wavelength filter is newly added on the output side of the
図5に示す波長フィルタにおいては、図1に示す波長フィルタと同様に、先ず、光源111より所定の波長の光源光を出射させ、この光源光を入力用光ファイバ112を通してチャープ型光変調器113に入射させる。チャープ型光変調器113に入射した光は、ここで変調を受け、変調を受けた変調光は、導入用光ファイバ114を通し、シリコン細線光導波路115の結合面115aに結合される。結合面115aにおいては、入射する変調光は、この偏波面がシリコン細線光導波路115の固有偏波面に対して45°の傾きを持って結合されるようにする。
In the wavelength filter shown in FIG. 5, similarly to the wavelength filter shown in FIG. 1, first, light source light having a predetermined wavelength is emitted from the
このようにして結合(入射)された変調光は、シリコン細線光導波路115において波長毎に異なる量の偏波回転を受け、出射端115bに光結合する出射用光ファイバ116を通して1/4波長板117に入射し、波長毎に異なる偏波状態の直線偏波に調整される。この後、直線偏波に調整された変調光は、偏光子118により一定偏波(設定した直線偏光成分)のみが透過され、結果として、透過する偏波状態とされた一部の波長成分が透過する。このようにして偏光し118を透過した光は、1/2波長板501を透過した後、中継用光ファイバ502を導波し、シリコン細線光導波路503の結合面503a(入射端)に結合される。結合面503aにおいては、入射する光は、この偏波面がシリコン細線光導波路502の固有偏波面に対して45°の傾きを持って結合される。
The modulated light coupled (incident) in this way undergoes a different amount of polarization rotation for each wavelength in the silicon thin-wire
この結果、波長がλs±δλを満たす2つの短パルスに成形された変調光は、偏光子118を出射して1/2波長板501を透過することで、偏波面が回転され、偏波面がシリコン細線光導波路502の固有偏波面に対して45°の傾きとなるように調整される。このようにしてシリコン細線光導波路503に入射した上記変調光は、シリコン細線光導波路503において偏波回転を受けて出射端503bより出射し、出射用光ファイバ504を通して1/4波長板505に入射し、直線偏波に調整される。この後、直線偏波に調整された変調光は、偏光子506により一定偏波(設定した直線偏光成分)のみが透過され、結果として、透過する偏波状態とされた一部の波長成分が透過する。
As a result, the modulated light shaped into two short pulses having a wavelength satisfying λ s ± δλ is emitted from the
このときの、1/2波長板501とシリコン細線光導波路503と1/4波長板505と偏光子506とから構成された追加された波長フィルタの透過波長間隔Δλ’は、シリコン細線光導波路503の長さ及び複屈折で決定され、透過波長λ’n(λ’n+1−λ’n=Δλ’、nは整数)は、偏光子506の設定角度で決定される。ここで、Δλ’=4δλを満たすようにシリコン細線光導波路503の長さ及び複屈折を設定して形成し、λ’=λs−2δλを満たすように偏光子506の角度を設定すれば、入力された変調光のλs±δλを満たす2つの短パルスの内、λs−δλを満たす1つの短パルスを透過させることができる。なお、図5に示す構成においても、シリコン細線光導波路115及びシリコン細線光導波路503の入射端/出射端に、図4に示したテーパ型導波路401を設けるようにしても良い。
At this time, the transmission wavelength interval Δλ ′ of the added wavelength filter composed of the half-
なお、上述した実施の形態では、下部クラッド101及び上部クラッド103を酸化シリコンから構成するようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、酸窒化シリコン、窒化シリコンから構成しても良い。また、これらのクラッドとして、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などから構成しても良い。要するに、シリコン細線コアよりなる導波路が構成されていればよく、例えば、酸化シリコンよりなる下部クラッド層の上にシリコン細線コアを形成し、この上を空間としても良い。この場合は、下部クラッド層及びシリコン細線コアの上方の空間が、上部クラッドとして機能する。 In the embodiment described above, the lower clad 101 and the upper clad 103 are made of silicon oxide. However, the present invention is not limited to this, and may be made of silicon oxynitride or silicon nitride. . Further, these clads may be made of polyimide resin, epoxy resin, or the like. In short, it suffices if a waveguide made of a silicon fine wire core is configured. For example, a silicon fine wire core may be formed on a lower clad layer made of silicon oxide, and this may be used as a space. In this case, the space above the lower cladding layer and the silicon fine wire core functions as the upper cladding.
101…下部クラッド、102…シリコン細線コア、103…上部クラッド、111…光源、112…入力用光ファイバ、113…チャープ型光変調器、114…導入用光ファイバ、115…シリコン細線光導波路、115a…結合面、115b…出射端、116…出射用光ファイバ、117…1/4波長板、118…偏光子。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記光導波路において波長毎に異なる量の偏波回転を受けて楕円偏波となった出射光を入射して波長毎に異なる偏波状態の直線偏波に調整する1/4波長板と、
前記1/4波長板を透過する透過光が透過する偏光子と
を少なくとも備え、
前記フィルタ対象の光は、前記光導波路の固有偏波面に対して偏波を45°傾けた状態に入射される
ことを特徴とする波長フィルタ。 An optical waveguide that is composed of a silicon core having a rectangular cross section orthogonal to the waveguide direction and that guides light to be filtered satisfying a single mode condition;
A quarter-wave plate that adjusts the linearly polarized light in a polarization state that is different for each wavelength by entering the outgoing light that has been converted into an elliptically polarized wave by receiving a different amount of polarization rotation for each wavelength in the optical waveguide;
A polarizer that transmits the transmitted light that passes through the quarter-wave plate;
The wavelength filter is characterized in that the light to be filtered is incident in a state where the polarization is inclined by 45 ° with respect to the intrinsic polarization plane of the optical waveguide.
チャープ特性をもつ光変調器を備え、この光変調器より出力された変調光が前記光導波路に入射される
ことを特徴とする短パルス成形装置。 A short pulse shaping device using the wavelength filter according to claim 1,
A short pulse shaping apparatus comprising: an optical modulator having chirp characteristics; and the modulated light output from the optical modulator is incident on the optical waveguide.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006222429A JP4713421B2 (en) | 2006-08-17 | 2006-08-17 | Wavelength filter and short pulse shaping device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006222429A JP4713421B2 (en) | 2006-08-17 | 2006-08-17 | Wavelength filter and short pulse shaping device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008046404A JP2008046404A (en) | 2008-02-28 |
JP4713421B2 true JP4713421B2 (en) | 2011-06-29 |
Family
ID=39180195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006222429A Expired - Fee Related JP4713421B2 (en) | 2006-08-17 | 2006-08-17 | Wavelength filter and short pulse shaping device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4713421B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090028555A1 (en) * | 2007-07-27 | 2009-01-29 | Azea Networks Limited | Optical filter |
JP2009244326A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Optical wavelength filter |
JP5700560B2 (en) * | 2011-07-26 | 2015-04-15 | 日本電信電話株式会社 | Optical functional element |
-
2006
- 2006-08-17 JP JP2006222429A patent/JP4713421B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008046404A (en) | 2008-02-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9823418B2 (en) | Waveguide-type optical diffraction grating and optical wavelength filter | |
US10042116B2 (en) | Techniques for direct optical coupling of photodetectors to optical demultiplexer outputs and an optical transceiver using the same | |
Trinh et al. | Silicon-on-insulator (SOI) phased-array wavelength multi/demultiplexer with extremely low-polarization sensitivity | |
US9519115B2 (en) | Optical circuit | |
US11143816B2 (en) | Method and system for stabilized directional couplers | |
Okamoto | Wavelength-division-multiplexing devices in thin SOI: Advances and prospects | |
US8532446B2 (en) | Scalable silicon photonic multiplexers and demultiplexers | |
US6259847B1 (en) | Optical communication system including broadband all-pass filter for dispersion compensation | |
US10274680B2 (en) | Delay line interferometer with polarization compensation at selective frequency | |
CN106164724A (en) | Base plate type optical waveguide element, palarization multiplexing 4 are worth phase-modulator, coherent receiver and polarization diversity | |
CN209928057U (en) | Transverse electric polarizer | |
US20180167146A1 (en) | Temperature insensitive delay line interferometer | |
JP2009244326A (en) | Optical wavelength filter | |
JP4713421B2 (en) | Wavelength filter and short pulse shaping device | |
KR101683543B1 (en) | Modulator formed on bulk-silicon substrate | |
CN114415289B (en) | Low-loss wide-bandwidth wavelength multiplexing/de-multiplexing device based on silicon nitride platform | |
KR100722250B1 (en) | Array waveguide lattice type optical multiplexer/demultiplexer circuit | |
JP3515532B2 (en) | Optical signal processing circuit | |
US6937794B2 (en) | Using a transversal Filter to compensate for dispersion | |
WO2017008311A1 (en) | Polarization mode converter | |
US20050220406A1 (en) | Athermal bragg grating | |
Roeloffzen et al. | Passband flattened interleaver using a Mach-Zehnder interferometer with ring resonator fabricated in SiON waveguide technology | |
Liu et al. | Silicon photonic integration for high-speed applications | |
JP3832741B2 (en) | Wavelength tap circuit | |
US7680370B2 (en) | Optical wavelength coupler using multi-mode interference |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080725 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100209 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100316 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100517 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110322 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110324 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140401 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |