JP5632436B2

JP5632436B2 - 光波長フィルタ

Info

Publication number: JP5632436B2
Application number: JP2012220442A
Authority: JP
Inventors: イブラヒムサラ; 高橋　亮; 亮高橋; 須崎　泰正; 泰正須崎
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2032-10-02
Also published as: JP2014074733A

Description

本発明は、光波長フィルタに関し、より詳細には、高い消光比を有し、阻止帯域が拡大され光波長フィルタに関する。

光通信ネットワークにおいて、光信号の波長に応じて透過、阻止を制御することができる光波長フィルタは、重要な構成部品である。また、光波長フィルタは、透過、阻止を切り替えることにより光スイッチとして応用することもできる。光パケットスイッチングネットワークで用いられる光パケットルータにおいて、光波長フィルタを用いて光パケットをスイッチングする場合、高速なスイッチング速度とともに、高い消光比が求められる。

一方、光通信ネットワークの大容量化に伴い、波長分割多重伝送システムが用いられるようになり、複数の波長を一括して透過、阻止することが求められている。すなわち、光波長フィルタの透過、阻止帯域を拡大することが課題となっている。透過帯域の狭い光波長フィルタを用いると、光信号の伝送特性を劣化させる。一方、光阻止帯域が狭い光フィルタを用いると、本来、阻止されるべき光パケットが完全に消光しないので、クロストークの劣化を引き起こす。

従来、光波長フィルタとして、例えば、非特許文献１に記載されたリング導波路型光フィルタが知られている。リング導波路型光フィルタは、直線の光導波路と光学的に結合するように、リング導波路を近接して設け、２つの導波路の結合率と、リング導波路の長さにより、フィルタ特性が決められている。

S. L. Chuang, "Physics of Photonic Devices," Wiley, Second Edition, pp.311-314, 2009 T. Mizuno, et. al., "Mach-Zehnder interferometer with a uniform wavelength period," Optics Letters, Vol.29, pp.454-456, 2004

上述したリング導波路型光フィルタは、高い消光比が得られるものの、リング導波路の伝搬損失の影響により、帯域を拡大できないという制限があった。

本発明の目的は、高い消光比を有しながらも、阻止帯域を拡大した光波長フィルタを提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明の実施態様は、入力と出力とを有する光導波路とリング導波路とを有する光波長フィルタにおいて、前記光導波路と前記リング導波路との結合率を可変する可変スプリッタと、前記リング導波路に挿入され、前記リング導波路を周回する光信号の位相変化量が所与の波長帯域で一定となるように制御する位相制御回路とを備えたことを特徴とする。

前記可変スプリッタを、マッハ・ツェンダー干渉計により構成することができ、前記位相制御回路を、２ポートのラティス型光フィルタにより構成することができる。

以上説明したように、本発明によれば、リング導波路内に位相制御回路を挿入して、リング導波路内での位相を、波長に依らず一定にすることにより、高い消光比と広い阻止帯域を得ることが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる光波長フィルタの基本原理を示す図である。実施例１にかかる光波長フィルタの構成を示す図である。実施例１にかかる光波長フィルタの可変スプリッタの透過率を示す図である。光波長フィルタの阻止帯域と透過率の関係を示す図である。実施例２にかかる光波長フィルタの構成を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１に、本発明の一実施形態にかかる光波長フィルタの基本原理を示す。光波長フィルタ１００には、入力ａ_１と出力ｂ_１とを有する光導波路１０１と光学的に結合するようにリング導波路１０２が近接して設けられている。近接している部分には、２つの導波路の結合率を可変することができるように、可変スプリッタ１０３が設けられている。リング導波路１０２は、フィードバックループを形成し、位相生成光カプラ（ＰＧＣ：Phase Generating Couplers）１０４が挿入されている。

フィードバックループ内にＰＧＣ１０４を挿入して、フィードバックループ内での位相を、波長に依らず一定にすることにより、高い消光比と広い阻止帯域を得ることができる。詳しくは、実施例を参照しながら説明する。

（実施例１）
図２に、実施例１にかかる光波長フィルタの構成を示す。可変スプリッタ１０３は、マッハ・ツェンダー干渉計により構成され、位相シフタ１３１を制御することにより、光導波路１０１とリング導波路１０２の結合率を変える。ＰＧＣ１０４は、例えば、非特許文献２に記載されたラティス型光フィルタにより構成される。

非特許文献１に記載されているように、入力ａ_１と出力ｂ_１との間の光強度の比は、

であり、透過率Ｔは、

となる。ここで、ｔは可変スプリッタ１０３における光導波路１０１の入力ａ_１から出力ｂ_１への結合率、ｔ^＊はその複素共役、ａはリング導波路１０２の周回損失係数、φはリング導波路１０２のみの場合の位相変化量であり、

となる。ＰＧＣ１０４による位相制御量ψ_ＰＧＣは、ラティス型光フィルタの段数、すなわち２ポートの光カプラの間を接続する光遅延回路からなる構成要素の段数に応じて、

と表される。ここで、ｎは導波路の実効屈折率、Ｌはリング導波路１０２の長さ、λは入射光の波長、λｃは設計中心波長である。従って、リング導波路１０２の長さと、結合率とを所定の値に設定すれば、波長に依らず位相制御量ψ_ＰＧＣを一定にすることができる。例えば、所望の波長帯域（例えば、１．５５μｍ帯の通信帯域の光フィルタで制御する波長帯域）において、リング導波路１０２を周回する光信号の位相変化量φ_{ｔｏｔａｌ}が、波長に依らず、

と、一定になればよい。

例えば、非特許文献２に記載されている例においては、

とすれば、Ｃ帯（１５３０−１５６５ｎｍ）及びＬ帯（１５６５−１６２５ｎｍ）において、波長に依らず一定の位相制御量ψ_ＰＧＣを得ることができることが示されている。本発明においても、その利用波長帯域に合わせて各パラメータを設定することにより、波長に依らず一定の位相制御量ψ_ＰＧＣを得ることができる。

図３に、実施例１にかかる光波長フィルタの可変スプリッタの透過率を示す。結合率ｔを変えたときの周回損失係数ａと、光波長フィルタ１００からの共振波長における透過率Ｔとの関係を示している。リング導波路１０２の周回損失を０．４ｄＢ／１周回とすると、周回損失係数ａ＝０．９１２である。例えば、可変スプリッタ１０３の結合比を、ｔ（＝ａ）＝０．９１２とｔ＝１ｅ^−３の間で切り替えることにより、高い消光比を得られることがわかる。

このようにして、可変スプリッタ１０３において、光導波路１０１とリング導波路１０２の結合率を変えることにより、スイッチング動作が可能である。例えば、電気光学効果を利用した位相シフタ１３１により、高速のスイッチング動作が可能となる。

図４に、従来例と本実施例の光波長フィルタの阻止帯域と透過率の関係を示す。横軸は、規格化された入射光の波長を示し、縦軸は、透過率を示す。

最初に、リング導波路１０２にＰＧＣ１０４を挿入しない従来の例を説明する。周回損失が大きくなるように設計した場合（２０ｄＢ）、すなわち周回損失係数ａ（ａ＝０．１）が小さい場合には、波長の小さい変化では、透過率Ｔが変動しないので、光波長フィルタの帯域は広い。しかしながら、透過率ＴはＴ＜＜１なので、消光比は低い（図４（ａ）参照）。一方、周回損失が小さくなるように設計した場合（０．２６ｄＢ）、すなわち周回損失係数ａ（ａ＝０．９７）が大きい場合には、波長の小さい変化で透過率Ｔが大きく変動するので、光波長フィルタの帯域は狭い。しかしながら、透過率ＴはＴ≒１なので、消光比は高い（図４（ｂ）参照）。発明が解決しようとする課題に記載したように、従来例では、光波長フィルタの帯域拡大と、高消光比とを両立することができない。

次に、実施例１では、リング導波路１０２にＰＧＣ１０４を挿入することにより、周回損失が小さくなるように設計した場合（ａ＝０．９１２）でも、フィードバックループ内での位相を、波長に依らず一定にすることにより、高い消光比と広い阻止帯域を得ることができる（図４（ｃ）参照）。

（実施例２）
図５に、実施例２にかかる光波長フィルタの構成を示す。光波長フィルタ２００には、入力ａ_１と出力ｂ_１とを有する光導波路２０１と光学的に結合するようにリング導波路２０２が近接して設けられている。近接している部分には、２つの導波路の結合率を可変することができるように、可変スプリッタ２０３が設けられている。リング導波路２０２は、フィードバックループを形成し、位相制御回路２０４が挿入されている。実施例１との相違点は、ＰＧＣ１０４を位相制御回路２０４に置き換えた点にある。

実施例１と同様に本実施例でも、可変スプリッタ２０３の結合効率を切り替えることにより、スイッチング動作が可能である。

位相制御回路２０４は、所望の波長帯域の中で、所定の波長間隔の光信号を分波するアレイ導波路格子（ＡＷＧ）２４１と、波長に応じて位相を制御する位相シフタ２４２と、位相制御された光信号を合波するＡＷＧ２４３とを備えている。位相制御回路２０４は、所望の波長帯域において、フィードバックループ内での位相を、波長に依らず一定にする点で、ＰＧＣ１０４と同じ機能を有している。

１００，２００光波長フィルタ
１０１，２０１光導波路
１０２，２０２リング導波路
１０３，２０３可変スプリッタ
１０４位相生成光カプラ（ＰＧＣ）
１３１，２４２位相シフタ
２０４位相制御回路
２４１，２４３アレイ導波路格子（ＡＷＧ）

Claims

入力と出力とを有する光導波路とリング導波路とを有する光波長フィルタにおいて、
前記光導波路と前記リング導波路との結合率を可変する可変スプリッタと、
前記リング導波路に挿入され、前記リング導波路を周回する光信号の位相変化量が所与の波長帯域で一定となるように制御する位相制御回路と
を備えたことを特徴とする光波長フィルタ。
前記可変スプリッタは、マッハ・ツェンダー干渉計により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光波長フィルタ。
前記位相制御回路は、２ポートのラティス型光フィルタにより構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光波長フィルタ。
前記所与の波長帯域は、１．５５μｍ帯の通信帯域であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の光波長フィルタ。