JP5910186B2 - Wavelength multiplexing / demultiplexing element and optical apparatus using the same - Google Patents

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Description

本発明は、光通信や光インターコネクトなどに利用される波長合分波素子およびそれを用いた光学装置に関する。   The present invention relates to a wavelength multiplexing / demultiplexing element used for optical communication, an optical interconnect, and the like, and an optical apparatus using the same.

近年、大容量インターコネクトに向けた有望な技術として、シリコン(Si)フォトニクスが注目を集めている。Siフォトニクス技術の主な利点は、断面積が数百nm角であるため、高密度集積が可能になることや、Siチップ内での波長多重(WDM:wavelength division multiplexing)により、光配線1本当りの伝送容量向上が期待できること等が挙げられる。Siチップ内でWDM光を送受信するためには、光源、光変調素子および波長合分波素子等のコンポーネントが必要となる。   In recent years, silicon (Si) photonics has attracted attention as a promising technology for large-capacity interconnects. The main advantage of Si photonics technology is that it has a cross-sectional area of several hundreds of nanometers, which enables high-density integration and wavelength division multiplexing (WDM) within the Si chip. The transmission capacity per unit can be expected to be improved. In order to transmit and receive WDM light within the Si chip, components such as a light source, a light modulation element, and a wavelength multiplexing / demultiplexing element are required.

上記波長合分波素子は、WDM光を必要に応じて合波および分波する光デバイスである。Siチップ内でのWDM光の送受信を行う場合に波長合分波素子に求められる特性としては、合分波スペクトルの平坦性、低チャネル間偏差および低チャネル間クロストーク等が挙げられる。これらの条件を満たす候補技術として、遅延マッハ・ツェンダ干渉計(DMZI:delayed Mach-Zehnder interferometer)を多段にカスケード接続した波長合分波素子が活発に研究開発されている。   The wavelength multiplexing / demultiplexing element is an optical device that multiplexes and demultiplexes WDM light as necessary. The characteristics required of the wavelength multiplexing / demultiplexing element when transmitting / receiving WDM light within the Si chip include flatness of the multiplexing / demultiplexing spectrum, low channel deviation, and low channel crosstalk. As a candidate technique that satisfies these conditions, a wavelength multiplexing / demultiplexing element in which a delayed Mach-Zehnder interferometer (DMZI) is cascade-connected in multiple stages has been actively researched and developed.

従来の波長合分波素子の一例としては、図1に示すようなDMZI型1×8Ch波長合分波素子が公知である(例えば、非特許文献1参照)。この波長合分波素子は、図1(A)の概略図にあるように、3段ステージのDMZIで構成されており、一部のDMZIは内部に±π/2または±π/4の位相制御領域を備えている。また、各DMZIの遅延導波路長は400GHzのチャネル間隔を満たすように調整されている。このような波長合分波素子では、図1(B)の合分波スペクトルに示すように、良好な合分波特性が得られるものの、各チャネルCh−1〜Ch−8に対応した透過帯域のスペクトル形状がガウス関数(Gaussian function)的に定まるため、透過率が最も高くなるピーク部分が丸みを帯びて平坦化していないことや、クロストークが理論的に−13dB程度に限定されてしまうことが問題である。   As an example of a conventional wavelength multiplexing / demultiplexing element, a DMZI type 1 × 8 Ch wavelength multiplexing / demultiplexing element as shown in FIG. 1 is known (for example, see Non-Patent Document 1). As shown in the schematic diagram of FIG. 1A, this wavelength multiplexing / demultiplexing element is composed of a DMZI of three stages, and a part of DMZI has a phase of ± π / 2 or ± π / 4 inside. A control area is provided. The delay waveguide length of each DMZI is adjusted so as to satisfy the channel spacing of 400 GHz. In such a wavelength multiplexing / demultiplexing element, as shown in the multiplexing / demultiplexing spectrum of FIG. 1 (B), good multiplexing / demultiplexing characteristics can be obtained, but transmission corresponding to each channel Ch-1 to Ch-8. Since the spectral shape of the band is determined in a Gaussian function, the peak portion where the transmittance is highest is rounded and not flattened, and the crosstalk is theoretically limited to about −13 dB. That is a problem.

上記問題に対処可能な従来技術の一つとして、図2に示すような干渉計のアーキテクチャーの異なるDMZI型1×8Ch波長合分波素子が報告されている(例えば、非特許文献2参照)。この波長合分波素子は、図2(A)の概略図にあるように、3段ステージのDMZIのうちの第1および第2ステージについて、光路長差の異なる複数のDMZIをカスケード接続したものをそれぞれ適用すると共に、各DMZIにおける光結合率および位相シフト量を適正化している。これにより、図2(B)の合分波スペクトルに示すように、各チャネルに対応した透過帯域として、高透過率部分で平坦なスペクトル形状が得られており、合分波特性のスペクトル平坦性を実現できると同時に、クロストークも理論上は−18dB程度まで改善できる。   As one of the conventional techniques capable of coping with the above problem, a DMZI type 1 × 8 Ch wavelength multiplexing / demultiplexing element having a different interferometer architecture as shown in FIG. 2 has been reported (for example, see Non-Patent Document 2). . As shown in the schematic diagram of FIG. 2A, this wavelength multiplexing / demultiplexing element is a cascade connection of a plurality of DMZIs having different optical path lengths for the first and second stages of the three-stage DMZIs. And the optical coupling rate and the phase shift amount in each DMZI are optimized. As a result, as shown in the multiplexing / demultiplexing spectrum of FIG. 2 (B), a flat spectral shape is obtained in the high transmittance portion as the transmission band corresponding to each channel, and the spectral flatness of the multiplexing / demultiplexing characteristics is obtained. The crosstalk can theoretically be improved to about -18 dB.

また、上記のような従来の波長合分波素子に関連する技術として、図3(A)の概略図に示すような1段の遅延干渉計について一方のアーム導波路にリング共振器を位置させた光回路素子がある(例えば、特許文献1参照)。この光回路素子では、複数の波長λ〜λを含むWDM光が遅延干渉計の一方の入力ポートに与えられると、一方の出力ポートP1から各波長λ,λ,λの光信号が出力され、他方の出力ポートP2から各波長λ,λ,λの光信号が出力される。図3(B)は各出力ポートP1,P2に対応した透過スペクトルを示しており、光回路素子は、入力されるWDM光を2つの出力ポートへ1チャネルおきに振り分けて出力するインターリーバとして機能する。 Further, as a technique related to the conventional wavelength multiplexing / demultiplexing element as described above, a ring resonator is positioned in one arm waveguide in a one-stage delay interferometer as shown in the schematic diagram of FIG. There are optical circuit elements (see, for example, Patent Document 1). In this optical circuit element, when WDM light including a plurality of wavelengths λ 1 to λ 6 is applied to one input port of the delay interferometer, light of each wavelength λ 2 , λ 4 , λ 6 is output from one output port P1. A signal is output, and optical signals of wavelengths λ 1 , λ 3 , and λ 5 are output from the other output port P2. FIG. 3B shows a transmission spectrum corresponding to each of the output ports P1 and P2, and the optical circuit element functions as an interleaver that distributes and outputs the input WDM light to the two output ports every other channel. To do.

特開2000−298222号公報JP 2000-298222 A

Dae Woong Kim et al., "Silicon-on-insulator eight-channel optical multiplexer based on a cascade of asymmetric Mach-Zehnder interferometers", OSA Optics Letters vol.33 no.5, pp.530-532, 2008年3月1日Dae Woong Kim et al., "Silicon-on-insulator eight-channel optical multiplexer based on a cascade of asymmetric Mach-Zehnder interferometers", OSA Optics Letters vol.33 no.5, pp.530-532, March 2008 1 day Folkert Horst, "Silicon Integrated Waveguide Devices for Filtering and Wavelength Demultiplexing", Optical Fiber Communication (OFC), collocated National Fiber Optic Engineers Conference, 2010 Conference on (OFC/NFOEC), OWJ3, 2010年3月21-25日Folkert Horst, "Silicon Integrated Waveguide Devices for Filtering and Wavelength Demultiplexing", Optical Fiber Communication (OFC), collocated National Fiber Optic Engineers Conference, 2010 Conference on (OFC / NFOEC), OWJ3, March 21-25, 2010

しかし、上記図2に示したような従来技術による波長合分波素子については、素子全体でのDMZIの数が上記図1に示した場合よりも必然的に増加するので、素子サイズが増大してしまうという課題がある。また、個々のDMZIは一対のアーム導波路の前後に光カプラを有しており、該光カプラは光結合率(光分岐比)の調整が必要である。このため、素子全体でのDMZI数の増加により、上記光カプラにおける光結合率の調整箇所が非常に多くなってしまうという課題もある。   However, in the wavelength multiplexing / demultiplexing device according to the prior art as shown in FIG. 2, the number of DMZIs in the entire device inevitably increases as compared with the case shown in FIG. There is a problem that it ends up. Each DMZI has an optical coupler before and after the pair of arm waveguides, and the optical coupler needs to adjust the optical coupling ratio (optical branching ratio). For this reason, there is also a problem that an increase in the number of DMZIs in the entire device results in an extremely large number of adjustment points of the optical coupling rate in the optical coupler.

また、上記図3に示した光回路素子(インターリーバ)に関しては、当該構成のみにより、波長合分波素子としての機能、すなわち、波長の異なる複数の光信号を合波してWDM光を生成すると共に、WDM光を分波して各波長の光信号を生成する機能を実現できない。また、上記光回路素子を一つの単位構成として、これを単にカスケード接続したとしても、所望の合分波スペクトルを得ることは困難である。つまり、リング共振器を備えた遅延干渉計を応用して、スペクトル平坦性および低クロストークに優れた波長合分波素子を実現しようとした場合、合分波する光信号の波長やチャネル間隔等に対応させて、各ステージの遅延干渉計の相対的な設計条件をどのようにして最適化するかが重要な課題となる。   Further, the optical circuit element (interleaver) shown in FIG. 3 functions as a wavelength multiplexing / demultiplexing element, that is, generates a WDM light by multiplexing a plurality of optical signals having different wavelengths only by the configuration. At the same time, the function of demultiplexing the WDM light and generating the optical signal of each wavelength cannot be realized. Further, even if the above-described optical circuit element is formed as one unit configuration and simply connected in cascade, it is difficult to obtain a desired multiplexed / demultiplexed spectrum. In other words, when applying a delay interferometer equipped with a ring resonator to achieve a wavelength multiplexing / demultiplexing device with excellent spectral flatness and low crosstalk, the wavelength of optical signals to be multiplexed / demultiplexed, channel spacing, etc. Therefore, how to optimize the relative design conditions of the delay interferometers at each stage is an important issue.

本発明は上記のような従来技術の課題に着目してなされたもので、スペクトル平坦性および低クロストークに優れた合分波特性を有し、かつ、小型化にも適した波長合分波素子それを用いた光学装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made by paying attention to the problems of the prior art as described above, and has wavelength multiplexing / demultiplexing characteristics that have excellent spectral flatness and low crosstalk, and are suitable for miniaturization. An object of the present invention is to provide an optical device using the wave element.

上記の目的を達成するため、本発明の一態様は、多段にカスケード接続された複数の遅延干渉計を備え、波長の異なる複数の光信号を前記複数の遅延干渉計により合波してWDM光を生成すると共に、WDM光を前記複数の遅延干渉計により分波して波長の異なる複数の光信号を生成する波長合分波素子を提供する。この波長合分波素子において、前記複数の遅延干渉計は、それぞれ、前記複数の光信号が入出力される一対の光カプラと、該各光カプラの間を接続する第一のアーム導波路および第二のアーム導波路と、前記第一のアーム導波路の近傍に配置されたループ導波路とを含み、前記第一のアーム導波路が、前記ループ導波路との組み合わせによりリング共振器を構成し、前記第二のアーム導波路が、前記第一のアーム導波路に対して遅延導波路となり、前記各遅延干渉計における前記第一および第二のアーム導波路間の光路長差、並びに、前記各遅延干渉計内にある前記リング共振器の周回長が、前記複数の光信号の波長およびチャネル間隔に応じて、多段カスケード接続のステージ毎に異なる値に設定される。   In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention includes a plurality of delay interferometers cascaded in multiple stages, and combines a plurality of optical signals having different wavelengths by the plurality of delay interferometers. And a wavelength multiplexing / demultiplexing element that generates a plurality of optical signals having different wavelengths by demultiplexing the WDM light by the plurality of delay interferometers. In this wavelength multiplexing / demultiplexing element, each of the plurality of delay interferometers includes a pair of optical couplers through which the plurality of optical signals are input and output, a first arm waveguide connecting the optical couplers, and Including a second arm waveguide and a loop waveguide disposed in the vicinity of the first arm waveguide, wherein the first arm waveguide constitutes a ring resonator in combination with the loop waveguide The second arm waveguide is a delay waveguide relative to the first arm waveguide, and the optical path length difference between the first and second arm waveguides in each delay interferometer, and The loop length of the ring resonator in each delay interferometer is set to a different value for each stage of the multistage cascade connection according to the wavelength and channel spacing of the plurality of optical signals.

上記波長合分波素子によれば、一方のアーム導波路にリング共振器を備えた遅延干渉計を多段カスケード接続し、各遅延干渉計における光路長差とリング共振器の周回長をステージ毎に異なる値としたことで、良好なスペクトル平坦性および低クロストークを有する波長合分波特性を実現できると同時に、遅延干渉計の総数を最小限に抑えて素子全体の小型化を図ることが可能である。   According to the wavelength multiplexing / demultiplexing element, delay interferometers having ring resonators on one arm waveguide are cascade-connected, and the optical path length difference in each delay interferometer and the circulation length of the ring resonator are determined for each stage. By using different values, it is possible to achieve wavelength multiplexing / demultiplexing characteristics with good spectral flatness and low crosstalk, while minimizing the total number of delay interferometers and miniaturizing the entire device. Is possible.

従来の波長合分波素子の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional wavelength multiplexing / demultiplexing element. 従来の波長合分波素子の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the conventional wavelength multiplexing / demultiplexing element. 上記従来の波長合分波素子に関連した光回路素子を示す図である。It is a figure which shows the optical circuit element relevant to the said conventional wavelength multiplexing / demultiplexing element. 本発明による波長合分波素子の一実施形態の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of one Embodiment of the wavelength multiplexing / demultiplexing element by this invention. 上記実施形態における第一ステージの遅延干渉計の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the delay interferometer of the 1st stage in the said embodiment. 上記実施形態における導波路の製造方法の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the manufacturing method of the waveguide in the said embodiment. 図6に関連した他の製造方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other manufacturing method relevant to FIG. 上記実施形態におけるリング共振器の光結合率に対する合分波スペクトル特性を示す図である。It is a figure which shows the multiplexing / demultiplexing spectrum characteristic with respect to the optical coupling factor of the ring resonator in the said embodiment. 方向性結合器の結合特性を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the coupling characteristic of a directional coupler. MMIカプラの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of an MMI coupler. 上記実施形態において全ての条件を満足したときの合分波特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the multiplexing / demultiplexing characteristic when all conditions are satisfied in the said embodiment. 上記実施形態においてリング共振器の非共振条件が満たされない場合の合分波特性の劣化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating deterioration of the multiplexing / demultiplexing characteristic when the non-resonance condition of a ring resonator is not satisfy | filled in the said embodiment. 上記実施形態における波長合分波特性のスペクトル平坦性および低クロストークを定量的に説明するための図である。It is a figure for demonstrating quantitatively the spectrum flatness and low crosstalk of the wavelength multiplexing / demultiplexing characteristic in the said embodiment. 上記実施形態の構成を応用した光送信装置の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the optical transmitter which applied the structure of the said embodiment. 上記実施形態の構成を応用した光受信装置の概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the optical receiver which applied the structure of the said embodiment.

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図4は、本発明による波長合分波素子の一実施形態の構成を示す平面図である。
図4において、本実施形態の波長合分波素子1は、基板10上で多段にカスケード接続された複数の遅延干渉計20を備える。ここでは、例えば7個の遅延干渉計20が3段にカスケード接続されている。具体的に、図中で左側に位置する第一ステージの遅延干渉計20には、中央に位置する第二ステージの2つの遅延干渉計202A,202Bが接続される。また、第二ステージの遅延干渉計202Aには、図中で右側に位置する第三ステージの4つの遅延干渉計203A,203B,203C,203Dうちの遅延干渉計203A,203Bが接続され、第二ステージの遅延干渉計202Bには、第三ステージの残りの遅延干渉計203C,203Dが接続される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 4 is a plan view showing a configuration of an embodiment of the wavelength multiplexing / demultiplexing element according to the present invention.
In FIG. 4, the wavelength multiplexing / demultiplexing device 1 of this embodiment includes a plurality of delay interferometers 20 cascaded on a substrate 10 in multiple stages. Here, for example, seven delay interferometers 20 are cascade-connected in three stages. Specifically, the delay interferometer 20 1 of the first stage on the left side in the figure, two delay interferometers 20 2A, 20 2B of the second stage is located in the center is connected. Further, the delay interferometer 20 2A of the second stage, the third stage of the four delay interferometer 20 3A 20 3B 20 3C, 20 among 3D of the delay interferometer 20 3A located on the right side in the figure, 20 3B is connected, the delay interferometer 20 2B of the second stage, the remainder of the delay interferometer 20 3C of the third stage, 20 3D is connected.

図5は、第一ステージの遅延干渉計20の具体的な一例を示す図であり、(A)が遅延干渉計20の概略構成を拡大して示した平面図、(B)が透過スペクトル特性である。図5(A)において、第一ステージの遅延干渉計20は、一対の光カプラ21,22と、該各光カプラ21,22の間を接続する第一のアーム導波路23および第二のアーム導波路24と、第一のアーム導波路23の近傍に配置されたループ導波路25とを有する。各光カプラ21,22は、50%の光結合率を有する。第一のアーム導波路23は、ループ導波路25との組み合わせによりオールパス型リング共振器を構成する。第二のアーム導波路24は、第一のアーム導波路23に対して遅延導波路となっている。つまり、遅延干渉計20は、一方のアーム導波路にリング共振器を備えた遅延マッハ・ツェンダ干渉計(DMZI)の構造を持つ。 Figure 5 is a diagram showing a specific example of the delay interferometer 20 1 of the first stage, a plan view showing an enlarged schematic configuration of the delay interferometer 20 1 (A), (B) transmission Spectral characteristics. In FIG. 5 (A), the delay interferometer 20 1 of the first stage, a pair with the optical coupler 21, first connecting the respective optical coupler 21 of the arm waveguides 23 and a second The arm waveguide 24 and the loop waveguide 25 disposed in the vicinity of the first arm waveguide 23 are provided. Each of the optical couplers 21 and 22 has an optical coupling rate of 50%. The first arm waveguide 23 forms an all-pass ring resonator in combination with the loop waveguide 25. The second arm waveguide 24 is a delay waveguide with respect to the first arm waveguide 23. That is, the delay interferometer 20 1 has a structure of the delay Mach-Zehnder interferometer equipped with a ring resonator in one arm waveguide (DMZI).

上記リング共振器は、その周回長(ループ導波路25の一周の長さ)LM1がDMZIにおける光路長差LD1(各アーム導波路23,24の光路長の差分)に応じて設定される。このリング共振器の周回長LM1の設定は、DMZIの透過スペクトル特性に対して、リング共振器の透過スペクトル特性が非共振条件を満たすように行われる。すなわち、図5(B)に示すリング共振器の透過スペクトル特性(波線)における非共振波長(一点鎖線)が、DMZIの透過スペクトル特性(実線)における各透過帯の中心波長に位置するように、DMZIにおける光路長差LD1に応じてリング共振器の周回長LM1が設定される。また、リング共振器は、アーム導波路23およびループ導波路25の間の光結合率が80%以上となるように設定されている。なお、リング共振器の周回長LM1および光結合率の設定については、後で詳しく説明する。 In the ring resonator, the circumference (the length of one round of the loop waveguide 25) L M1 is set according to the optical path length difference L D1 in DMZI (the difference between the optical path lengths of the arm waveguides 23 and 24). . Configuring circumferential length L M1 of the ring resonator for transmission spectrum of DMZI, transmission spectrum of the ring resonator is made so as to satisfy the non-resonant condition. That is, the non-resonant wavelength (dashed line) in the transmission spectrum characteristic (dashed line) of the ring resonator shown in FIG. 5B is positioned at the center wavelength of each transmission band in the transmission spectrum characteristic (solid line) of DMZI. The circumference length L M1 of the ring resonator is set according to the optical path length difference L D1 in DMZI. The ring resonator is set so that the optical coupling ratio between the arm waveguide 23 and the loop waveguide 25 is 80% or more. The setting of the ring resonator circumference L M1 and the optical coupling rate will be described in detail later.

第二ステージの各遅延干渉計202A,202Bおよび第三ステージの各遅延干渉計203A〜203Dについても、上記図5に示した第一ステージの遅延干渉計20と同様にして、一方のアーム導波路にリング共振器を備えたDMZIの構造をそれぞれ持つ。以下の説明では、第二ステージの各遅延干渉計202A,202Bにおける、光路長差およびリング共振器の周回長をLD2およびLM2とすると共に、第三ステージの各遅延干渉計203A〜203Dにおける、光路長差およびリング共振器の周回長をLD3およびLM3とする(図4参照)。各ステージの遅延干渉計における光路長差LD1〜LD3は、波長合分波素子1により合分波する光信号のチャネル間隔に対応させて設定される。 For even the delay interferometers 20 3A to 20 3D of the second stage the delay interferometers 20 2A of, 20 2B and the third stage, in the same manner as the delay interferometer 20 1 of the first stage shown in FIG. 5, Each arm waveguide has a DMZI structure with a ring resonator. In the following description, in the second the delay interferometers 20 2A of the stage, 20 2B, the circumferential length of the optical path length difference and the ring resonator with a L D2 and L M2, the delay interferometers 20 3A of the third stage The optical path length difference and the ring resonator circumference in ˜20 3D are denoted as L D3 and L M3 (see FIG. 4). The optical path length differences L D1 to L D3 in the delay interferometer of each stage are set in correspondence with the channel interval of the optical signal that is multiplexed / demultiplexed by the wavelength multiplexing / demultiplexing element 1.

また、上記図4に示したように、第二ステージの遅延干渉計202Bおよび第三ステージの遅延干渉計203Bについては、リング共振器を備えた一方のアーム導波路上に、−π/2の位相シフト量を有する位相シフタ26がそれぞれ設けられている。同様にして、第三ステージの遅延干渉計203Cには、+π/4の位相シフト量を有する位相シフタ26が設けられ、第三ステージの遅延干渉計203Dには、−π/4の位相シフト量を有する位相シフタ26が設けられている。 Further, as shown in FIG. 4 above, the second stage delay interferometer 202B and the third stage delay interferometer 203B are arranged on one arm waveguide provided with a ring resonator by −π / A phase shifter 26 having a phase shift amount of 2 is provided. Similarly, the delay interferometer 20 3C of the third stage, the phase shifter 26 is provided with a phase shift of + [pi / 4, the delay interferometer 20 3D third stage, - [pi] / 4 phase A phase shifter 26 having a shift amount is provided.

ここで、上記のような波長合分波素子1における導波路の製造方法の一例について図6を参照しながら説明する。図6の例では、まず、Si基板101上のSiO(BOX)層102およびSiコア層103(例えば、膜厚Hが0.25μm)を有するSOIウェハを用い、光露光プロセスによって光合分岐器素子1の該当領域における導波路ストライプ構造をパターニングする。光半導体導波路パターンは光露光装置のフォトマスクにて規定される。この場合、光露光の代わりに、電子ビーム露光を用いても構わない。 Here, an example of a method of manufacturing a waveguide in the wavelength multiplexing / demultiplexing element 1 as described above will be described with reference to FIG. In the example of FIG. 6, first, an SOI wafer having a SiO 2 (BOX) layer 102 and a Si core layer 103 (for example, a film thickness H of 0.25 μm) on the Si substrate 101 is used, and an optical multiplexer / demultiplexer is formed by an optical exposure process. The waveguide stripe structure in the corresponding region of the element 1 is patterned. The optical semiconductor waveguide pattern is defined by a photomask of an optical exposure apparatus. In this case, electron beam exposure may be used instead of light exposure.

そして、描画されたパターンを例えば反応性イオンエッチングなどの方法でドライエッチングを行い、スラブ高0.05μm程度を有するリブ導波路構造(例えば、導波路幅Wが0.48μm)を形成する。その後、導波路ストライプパターンの上部を、蒸着装置などを用い、SiO膜104で被覆すると、本実施形態の波長合分波素子1が完成する。 Then, the drawn pattern is dry-etched by a method such as reactive ion etching to form a rib waveguide structure (for example, the waveguide width W is 0.48 μm) having a slab height of about 0.05 μm. Thereafter, when the upper portion of the waveguide stripe pattern is covered with the SiO 2 film 104 using a vapor deposition apparatus or the like, the wavelength multiplexing / demultiplexing device 1 of the present embodiment is completed.

なお、上記図6ではリブ導波路構造の一例を示したが、本発明における導波路構造はこれに限らず、例えば図7に示すようなチャネル構造であっても差し支えない。この場合、上記リブ導波路構造の製造工程においてスラブ厚を残さずにエッチングを行うことで、チャネル導波路構造を形成することができる。   Although FIG. 6 shows an example of the rib waveguide structure, the waveguide structure in the present invention is not limited to this, and may be a channel structure as shown in FIG. In this case, the channel waveguide structure can be formed by performing etching without leaving the slab thickness in the manufacturing process of the rib waveguide structure.

上記図4に示したような構成の波長合分波素子1では、一定のチャネル間隔で波長配置された複数の光信号を含むWDM光が第一ステージの遅延干渉計20に与えられると、該WDM光が第一乃至第三ステージの各遅延干渉計を伝搬することで波長に応じて分波され、該各波長の光信号が第三ステージの対応する遅延干渉計203A〜203Dからそれぞれ出力される。ここでは、第三ステージの遅延干渉計203Aから出力される各光信号をチャネルCh−1,Ch−2とし、遅延干渉計203Bから出力される各光信号をチャネルCh−3,Ch−4とし、遅延干渉計203Cから出力される各光信号をチャネルCh−5,Ch−6とし、遅延干渉計203Dから出力される各光信号をチャネルCh−7,Ch−8とする。また、上記WDM光の分波とは逆に、各チャネルCh−1〜Ch−8に該当する光信号が第三ステージの対応する遅延干渉計203A〜203Dに与えられると、該各光信号が第三乃至第一ステージの各遅延干渉計を伝搬することで1つに合波されて、第一ステージの遅延干渉計20からWDM光が出力される。 In FIG 4 wavelength mux 1 configured as shown in, the WDM light including a plurality of optical signals wavelength arranged at regular channel spacing is applied to the delay interferometer 20 1 of the first stage, The WDM light propagates through the first to third stage delay interferometers and is demultiplexed according to the wavelength, and the optical signals of the respective wavelengths are transmitted from the corresponding delay interferometers 20 3A to 20 3D of the third stage. Each is output. Here, the optical signals output from the delay interferometer 20 3A of the third stage as a channel Ch-1, Ch-2, the optical signals output from the delay interferometer 20 3B channels Ch-3, Ch - 4 and then, the optical signals output from the delay interferometer 20 3C as a channel Ch-5, Ch-6, the respective optical signals output from the delay interferometer 20 3D channel Ch-7, Ch-8. Moreover, contrary to the demultiplexing of the WDM light, an optical signal corresponding to each channel Ch-1 to CH-8 is supplied to the corresponding delay interferometer 20 3A to 20 3D of the third stage, each of said light signals are multiplexed into one by propagating the corresponding delay interferometer of the third to the first stage, WDM light is output from the delay interferometer 20 1 of the first stage.

ここで、第一乃至第三ステージの各遅延干渉計の具体的な設定について詳しく説明する。
本実施形態の波長合分波素子1では、前述したようにDMZIの構造を持つ各遅延干渉計の透過スペクトル特性に対して、該各遅延干渉計内にあるリング共振器の透過スペクトル特性が非共振条件を満たすことが求められる。第一ステージの遅延干渉計20について非共振条件を考えると、遅延干渉計20における光路長差LD1に対して、リング共振器の周回長LM1は2×LD1若しくはその近傍となる。
Here, specific settings of the first to third stage delay interferometers will be described in detail.
In the wavelength multiplexing / demultiplexing device 1 of the present embodiment, the transmission spectrum characteristics of the ring resonator in each delay interferometer are not compared to the transmission spectrum characteristics of each delay interferometer having a DMZI structure as described above. It is required to satisfy the resonance condition. Given the non-resonant condition for the delay interferometer 20 1 of the first stage, the optical path length difference L D1 in the delay interferometer 20 1, circumferential length L M1 of the ring resonator becomes 2 × L D1 or near .

具体的な一例として、波長が1.55μm近傍でチャネル間隔が400GHzの各光信号を波長合分波素子1で合分波する場合を想定すると、第一ステージの遅延干渉計20における光路長差LD1は約90μmとなる。なお、この光路長差LD1の値は、前述の図6および図7に示したSi細線導波路の分散特性を考慮して得られた結果である。この場合の第一ステージの遅延干渉計20内にあるリング共振器の周回長LM1は約180μmとなる。 As a specific example, assuming that a wavelength channel spacing in 1.55μm vicinity to demultiplexing in WDM device 1 the optical signals of 400 GHz, the optical path length in the delay interferometer 20 1 of the first stage The difference L D1 is about 90 μm. The value of the optical path length difference L D1 is a result obtained in consideration of the dispersion characteristics of the Si fine wire waveguides shown in FIGS. Circumferential length L M1 of the ring resonator in the first stage of the delay interferometer 20 1 in this case is about 180 [mu] m.

第二ステージ以降については、ステージを重ねる度に、遅延干渉計の数が2S−1(但し、Sはステージの数とする)の割合で増加することになる。すなわち、第二ステージにおける遅延干渉計の数は22−1=2となり、第三ステージにおける遅延干渉計の数は23−1=4となる。波長合分波素子を構成する遅延干渉計の総数は2−1であり、本実施形態ではS=3であるので遅延干渉計の総数は7となる。 For the second and subsequent stages, the number of delay interferometers increases at a rate of 2 S-1 (where S is the number of stages) each time the stages are stacked. That is, the number of delay interferometers in the second stage is 2 2-1 = 2, and the number of delay interferometers in the third stage is 2 3-1 = 4. The total number of delay interferometers constituting the wavelength multiplexing / demultiplexing element is 2 S −1. In this embodiment, since S = 3, the total number of delay interferometers is 7.

第一ステージの遅延干渉計20にカスケード接続される第二ステージ以降の遅延干渉計における光路長差は、2(1−S)×LD1の関係式に従って変化するよう設定すればよい。すなわち、第二ステージの各遅延干渉計202A,202Bにおける光路長差LD2は、LD2=2(1−2)×LD1=0.5×LD1に設定し、第三ステージの各遅延干渉計203A〜203Dにおける光路長差LD3は、LD3=2(1−3)×LD1=0.25×LD1に設定可能である。前述した具体例の想定(波長が1.55μm近傍でチャネル間隔が400GHzの各光信号の合分波)では、第二ステージについての光路長差LD2は約45μm、第三ステージについての光路長差LD3は約22.5μmとなる。 Optical path length difference in the second and other subsequent stages of the delay interferometers cascaded to the delay interferometer 20 1 of the first stage may be set 2 (1-S) to vary according to the relational expression × L D1. That is, the optical path length difference L D2 in each of the delay interferometers 20 2A and 202 B of the second stage is set to L D2 = 2 (1-2) × L D1 = 0.5 × L D1 , The optical path length difference L D3 in each of the delay interferometers 20 3A to 20 3D can be set to L D3 = 2 (1-3) × L D1 = 0.25 × L D1 . Under the assumption of the above-described specific example (multiplexing / demultiplexing of each optical signal having a wavelength of about 1.55 μm and a channel interval of 400 GHz), the optical path length difference L D2 for the second stage is about 45 μm, and the optical path length for the third stage. The difference L D3 is about 22.5 μm.

また、第二ステージ以降の遅延干渉計内にあるリング共振器の周回長は、2(2−S)×LD1の関係式に従って変化するよう設定すればよい。すなわち、第二ステージについてのリング共振器の周回長LM2は、2(2−2)×LD1=LD1に設定し、第三ステージについてのリング共振器の周回長LM3は、2(2−3)×LD1=0.5×LD1に設定が可能である。前述した具体例の想定では、第二ステージについてのリング共振器の周回長LM2は約90μm、第三ステージについてのリング共振器の周回長LM3は約45μmとなる。 Moreover, what is necessary is just to set so that the circumference of the ring resonator in the delay interferometer after a 2nd stage may change according to the relational expression of 2 (2-S) * LD1 . That is, the ring resonator circumference L M2 for the second stage is set to 2 (2-2) × L D1 = L D1 , and the ring resonator circumference L M3 for the third stage is 2 ( 2 2-3) xL D1 = 0.5 × L D1 can be set. Assuming the specific example described above, the ring resonator circumferential length L M2 for the second stage is approximately 90 μm, and the ring resonator circumferential length L M3 for the third stage is approximately 45 μm.

次に、第二ステージ以降の各遅延干渉計内にあるリング共振器がそれぞれの遅延干渉計に対して非共振条件を満足するためには、第一ステージの遅延干渉計内にあるリング共振器の中心波長(λ1st=λ)に対して、第二ステージの遅延干渉計内にあるリング共振器の中心波長をそれぞれλ+0.5×Δνおよびλ−0.5×Δνに設定すればよい。但し、Δνは、合分波する光信号のチャネル間隔とする。第三ステージ以降の遅延干渉計内にあるリング共振器の中心波長については、ステージを重ねる度に、前段ステージの遅延干渉計における中心波長を中心にして、それぞれの隣り合う遅延干渉計における中心波長の差分を2(S−2)×Δνの関係式に従って変化させればよい。 Next, in order for the ring resonator in each delay interferometer after the second stage to satisfy the non-resonance condition for each delay interferometer, the ring resonator in the first stage delay interferometer Are set to λ 0 + 0.5 × Δν and λ 0 −0.5 × Δν, respectively, for the center wavelength (λ 1st = λ 0 ) of the ring resonator in the second stage delay interferometer do it. However, Δν is the channel interval of the optical signal to be multiplexed / demultiplexed. The center wavelength of the ring resonator in the delay interferometer after the third stage is centered on the center wavelength of the delay interferometer of the previous stage, and the center wavelength of each adjacent delay interferometer each time the stage is overlapped. May be changed according to the relational expression 2 (S-2) × Δν.

以下に示す(1)〜(7)式は、第一乃至第三ステージの各遅延干渉計内にあるリング共振器の中心波長を具体的に求めたものである。
第一ステージ:λ1st=λ …(1)
第二ステージ:λ2nd−A=λ+0.5×Δν …(2)
λ2nd−B=λ−0.5×Δν …(3)
第三ステージ:λ3rd−A=λ+1.5×Δν …(4)
λ3rd−B=λ−0.5×Δν …(5)
λ3rd−C=λ−1.5×Δν …(6)
λ3rd−D=λ+0.5×Δν …(7)
ここで、λ2nd−Aおよびλ2nd−Bは、第二ステージの各遅延干渉計202A,202B内にあるリング共振器の中心波長である。また、λ3rd−A、λ3rd−B、λ3rd−Cおよびλ3rd−Dは、第三ステージの各遅延干渉計203A,203B,203Cおよび203D内にあるリング共振器の中心波長である。
The following formulas (1) to (7) are obtained specifically from the center wavelength of the ring resonator in each of the first to third stage delay interferometers.
First stage: λ 1st = λ 0 (1)
Second stage: λ 2nd-A = λ 0 + 0.5 × Δν (2)
λ 2nd-B = λ 0 −0.5 × Δν (3)
Third stage: λ 3rd-A = λ 0 + 1.5 × Δν (4)
λ 3rd−B = λ 0 −0.5 × Δν (5)
λ 3rd-C = λ 0 −1.5 × Δν (6)
λ 3rd-D = λ 0 + 0.5 × Δν (7)
Here, λ 2nd-A and λ 2nd-B are the center wavelengths of the ring resonators in the delay interferometers 20 2A and 202B of the second stage. Λ 3rd-A , λ 3rd-B , λ 3rd-C, and λ 3rd-D are the centers of the ring resonators in the third stage delay interferometers 20 3A , 20 3B , 20 3C, and 20 3D , respectively. Is the wavelength.

具体的な一例として、チャネル間隔Δνが400GHzの場合を想定すると、第二ステージについての各リング共振器の中心波長は、上記(2)式および(3)式に従って、λ2nd−A=λ+200GHzおよびλ2nd−B=λ−200GHzに設定可能である。また、第三ステージについての各リング共振器の中心波長は、上記(4)式〜(7)式に従って、λ3rd−A=λ+600GHz、λ3rd−B=λ−200GHz、λ3rd−C=λ−600GHzおよびλ3rd−D=λ+200GHzに設定可能である。このように第三ステージにおいて隣り合う遅延干渉計におけるリング共振器間の中心波長の差分はいずれの場合も2×Δν(800GHz)となっており、また、第二ステージのλ2nd−Aおよびλ2nd−Bに対しても、均等な配置(400GHz等間隔)となっている。つまり、各遅延干渉計内にあるリング共振器の中心波長は、当該遅延干渉計の中心波長に対して、リング共振周波数間隔の略半分ずれている。したがって、3段ステージの全ての遅延干渉計内にあるリング共振器は非共振条件を満足する。 As a specific example, assuming that the channel spacing Δν is 400 GHz, the center wavelength of each ring resonator for the second stage is λ 2nd−A = λ 0 according to the above equations (2) and (3). It can be set to +200 GHz and λ 2nd−B = λ 0 −200 GHz. The center wavelength of each ring resonator for the third stage, according to the above (4) to (7), λ 3rd-A = λ 0 + 600GHz, λ 3rd-B = λ 0 -200GHz, λ 3rd- C = lambda can be set to 0 -600GHz and λ 3rd-D = λ 0 + 200GHz. As described above, the difference in the center wavelength between the ring resonators in the delay interferometers adjacent to each other in the third stage is 2 × Δν (800 GHz), and λ 2nd-A and λ of the second stage Even with respect to 2nd-B , the arrangement is uniform (equal intervals of 400 GHz). That is, the center wavelength of the ring resonator in each delay interferometer is shifted by approximately half of the ring resonance frequency interval with respect to the center wavelength of the delay interferometer. Therefore, the ring resonators in all the delay interferometers of the three stage stage satisfy the non-resonant condition.

なお、各遅延干渉計にて用いるリング共振器の中心波長は以下の方法により調整することができる。通常、リング共振器の中心波長λは、次の(8)式のように定まる。
λ=(NWG×LMRR)/m …(8)
ここで、NWGはループ導波路の実効屈折率、LMRRはリング領域の周回長、mはリング共振器の回折次数である。つまり、リング領域にて、NWG或いはLMRRを調整することにより、中心波長を制御することができる。
The center wavelength of the ring resonator used in each delay interferometer can be adjusted by the following method. Normally, the center wavelength λ 0 of the ring resonator is determined as the following equation (8).
λ 0 = (N WG × L MRR ) / m (8)
Here, NWG is the effective refractive index of the loop waveguide, LMRR is the circumference of the ring region, and m is the diffraction order of the ring resonator. That is, in the ring region, by adjusting the N WG or L MRR, it is possible to control the center wavelength.

また、第一乃至第三ステージの各遅延干渉計内にあるリング共振器については、前述したように各々の光結合率が80%以上になるように調整する必要がある。これについて詳しく説明すると、スペクトル平坦性および低クロストークに優れた合分波特性を得るためには、遅延干渉計の内部の湾曲した長いアーム導波路24およびリング共振器を備えた短いアーム導波路23について、透過帯域内における位相変化のスロープを等しくすることが重要になる。但し、長いアーム導波路24の場合とは異なり、リング共振器を備えた短いアーム導波路23の場合、位相変化のスロープが一定でなく、リング共振現象により、周期的に位相変化のスロープが変化する傾向となる。通常、リング共振器の光結合率を80%以上に設定すると、透過帯域内において、短いアーム導波路23の位相変化のスロープが、長いアーム導波路24の位相変化のスロープとマッチングする傾向となるため、良好な合分波特性が期待できる。これに対して、リング共振器の光結合率が80%を下回って低下するにつれ、上記位相変化のスロープがマッチングしなくなり、その結果、クロストークが増大し、合分波特性が大幅に劣化してしまう。   Further, as described above, the ring resonators in the first to third stage delay interferometers need to be adjusted so that each optical coupling rate is 80% or more. More specifically, in order to obtain excellent multiplexing / demultiplexing characteristics with excellent spectral flatness and low crosstalk, a short arm guide having a curved long arm waveguide 24 and a ring resonator inside the delay interferometer is provided. For the waveguide 23, it is important to make the slope of the phase change in the transmission band equal. However, unlike the case of the long arm waveguide 24, in the case of the short arm waveguide 23 provided with the ring resonator, the slope of the phase change is not constant, and the slope of the phase change periodically changes due to the ring resonance phenomenon. Tend to. Normally, when the optical coupling factor of the ring resonator is set to 80% or more, the slope of the phase change of the short arm waveguide 23 tends to match the slope of the phase change of the long arm waveguide 24 within the transmission band. Therefore, good multiplexing / demultiplexing characteristics can be expected. On the other hand, as the optical coupling ratio of the ring resonator decreases below 80%, the phase change slopes do not match, and as a result, crosstalk increases and the multiplexing / demultiplexing characteristics deteriorate significantly. Resulting in.

図8は、遅延干渉計内にあるリング共振器の光結合率に対する合分波スペクトル特性を1つのチャネルについてプロットしたもので、(A)は光結合率が85%の場合、(B)は光結合率が35%の場合を示している。図8(A)および(B)に示す各特性を比較することにより、リング共振器の光結合率が低下すると、クロストークが顕著に増大し、合分波スペクトル特性が大幅に劣化することが分かる。   FIG. 8 is a graph plotting the combined / demultiplexed spectrum characteristics with respect to the optical coupling rate of the ring resonator in the delay interferometer for one channel. FIG. 8A shows the case where the optical coupling rate is 85%, and FIG. The case where the optical coupling rate is 35% is shown. By comparing the characteristics shown in FIGS. 8A and 8B, when the optical coupling factor of the ring resonator is reduced, crosstalk is remarkably increased, and the combined / demultiplexed spectrum characteristics are significantly deteriorated. I understand.

ここで、リング共振器の光結合率を80%以上に増大可能な構成例について説明する。リング共振器の光結合率は、上記図5に示した遅延干渉計の構成において、アーム導波路23およびループ導波路25の近接部分で構成される光カプラの結合特性で決まる。この光カプラの構成例としては、方向性結合器や多モード干渉(MMI:multimode interference)型カプラが挙げられる。   Here, a configuration example in which the optical coupling rate of the ring resonator can be increased to 80% or more will be described. The optical coupling rate of the ring resonator is determined by the coupling characteristics of the optical coupler formed by the adjacent portions of the arm waveguide 23 and the loop waveguide 25 in the configuration of the delay interferometer shown in FIG. Examples of the configuration of this optical coupler include a directional coupler and a multimode interference (MMI) type coupler.

図9は、前述の図7に示したSi細線チャネル導波路構造を有する方向性結合器の結合特性の一例を示したものである。図9に示すように、一対の導波路が近接する結合領域における導波路の間隔GAPDCが減少するほど、短い結合長で高い光結合率が得られることが分かる。図9の例では、導波路の間隔GAPDCを0.1μmとした場合(下段のグラフにおける実線)、13μm程度の結合長で85%以上の光結合率を得ることができる。 FIG. 9 shows an example of coupling characteristics of the directional coupler having the Si thin-line channel waveguide structure shown in FIG. As shown in FIG. 9, as the interval GAP DC waveguides in the coupling region in which the pair of waveguides are close is reduced, it can be seen that high optical coupling rate with a short coupling length is obtained. In the example of FIG. 9, when the gap GAP DC of the waveguide is 0.1 μm (solid line in the lower graph), an optical coupling ratio of 85% or more can be obtained with a coupling length of about 13 μm.

一方、MMIカプラの場合、上記方向性結合器とは動作原理が異なり、ポート間の光結合率を自由に調整することは困難である。但し、MMIカプラの形状を所定のものに設定することで、例えば72%および85%といった離散的な光結合率を得ることは可能である。図10は、85%の光結合率が得られるMMIカプラの概略図である。図10において、例えば、入出力導波路の幅WIOを0.5μmに設定した場合、MMI領域の幅WMMIは2.0μmとなる。また、MMI領域の長さLMMIは、MMI領域の屈折率をNMMI、光波長をλとして、次の(9)式に示す関係に従う。
MMI=(NMMI×WMMI )/λ …(9)
On the other hand, in the case of an MMI coupler, the operating principle is different from that of the directional coupler, and it is difficult to freely adjust the optical coupling rate between ports. However, by setting the shape of the MMI coupler to a predetermined one, it is possible to obtain discrete optical coupling rates such as 72% and 85%, for example. FIG. 10 is a schematic diagram of an MMI coupler that provides an optical coupling ratio of 85%. 10, for example, if you set the width W IO of the input and output waveguides to 0.5 [mu] m, the width W MMI of the MMI region becomes 2.0 .mu.m. Further, the length L MMI of the MMI region follows the relationship expressed by the following equation (9), where N MMI is the refractive index of the MMI region and λ is the optical wavelength.
L MMI = (N MMI × W MMI 2 ) / λ (9)

次に、各ステージの遅延干渉計における相対的な位相差の条件について詳しく説明する。
本実施形態の波長合分波素子1において、WDM光が波長ごとに振り分けられる機能性は、遅延干渉計による光干渉作用に基づくものである。つまり、多段にカスケード接続された各遅延干渉計における、前述した各ステージの光路長差LD1〜LD3の関係、および(1)式〜(7)式に示したリング共振器の中心波長の関係λ1st〜λ3rd−Dの関係に加えて、各遅延干渉計間の相対的な位相差が所定の関係を満足することが求められる。
Next, the condition of the relative phase difference in the delay interferometer at each stage will be described in detail.
In the wavelength multiplexing / demultiplexing device 1 of the present embodiment, the functionality that WDM light is distributed for each wavelength is based on the optical interference effect of the delay interferometer. That is, in each delay interferometer cascaded in multiple stages, the relationship between the optical path length differences L D1 to L D3 of each stage described above and the center wavelength of the ring resonator shown in the expressions (1) to (7) In addition to the relationships λ 1st to λ 3rd-D , the relative phase difference between the delay interferometers is required to satisfy a predetermined relationship.

具体的に、第一乃至第三ステージの各遅延干渉計における遅延領域は、次の(10)式〜(16)式に示すような位相変化量(単位;ラジアン)を有する必要がある。
第一ステージ:φ1st=0 …(10)
第二ステージ:φ2nd−A=0 …(11)
φ2nd−B=+0.5×π …(12)
第三ステージ:φ3rd−A=0 …(13)
φ3rd−B=+0.5×π …(14)
φ3rd−C=−0.25×π …(15)
φ3rd−D=+0.25×π …(16)
ここで、φ1stは、第一ステージの遅延干渉計20における遅延領域の適正な位相変化量である。φ2nd−Aおよびφ2nd−Bは、第二ステージの各遅延干渉計202A,202Bにおける遅延領域の適正な位相変化量である。φ3rd−A、φ3rd−B、φ3rd−Cおよびφ3rd−Dは、第三ステージの各遅延干渉計203A,203B,203Cおよび203Dにおける遅延領域の適正な位相変化量である。
Specifically, the delay region in each of the first to third stage delay interferometers needs to have a phase change amount (unit: radians) as shown in the following equations (10) to (16).
First stage: φ 1st = 0 (10)
Second stage: φ 2nd-A = 0 (11)
φ 2nd−B = + 0.5 × π (12)
Third stage: φ 3rd-A = 0 (13)
φ 3rd−B = + 0.5 × π (14)
φ 3rd-C = −0.25 × π (15)
φ 3rd−D = + 0.25 × π (16)
Here, phi 1st is the proper phase variation of the delay area in the delay interferometer 20 1 of the first stage. φ 2nd-A and φ 2nd-B are appropriate phase change amounts of the delay regions in the delay interferometers 20 2A and 202B of the second stage. φ 3rd-A , φ 3rd-B , φ 3rd-C, and φ 3rd-D are the appropriate phase change amounts of the delay regions in the delay interferometers 20 3A , 20 3B , 20 3C, and 20 3D of the third stage. is there.

図11は、上述した全ての条件を満足する波長合分波素子1における合分波特性の一例を示した図である。ここでは、合分波する光信号のチャネル間隔を400GHzに設定している。図11に示すように、上述の図2(B)に示した従来の波長合分波素子の場合と比べて、良好なスペクトル平坦性および低クロストークを有する波長合分波特性が得られている。本実施形態の波長合分波素子1は、図2(A)に示した従来構成よりも遅延干渉計の数を減らすことができ、素子全体の小型化にも適している。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example of multiplexing / demultiplexing characteristics in the wavelength multiplexing / demultiplexing element 1 that satisfies all the above-described conditions. Here, the channel interval of the optical signal to be multiplexed / demultiplexed is set to 400 GHz. As shown in FIG. 11, compared with the case of the conventional wavelength multiplexing / demultiplexing device shown in FIG. 2B, wavelength multiplexing / demultiplexing characteristics having good spectral flatness and low crosstalk can be obtained. ing. The wavelength multiplexing / demultiplexing device 1 of this embodiment can reduce the number of delay interferometers compared to the conventional configuration shown in FIG. 2A, and is suitable for downsizing the entire device.

なお、本実施形態の波長合分波素子1では、上述した条件のうちのいずれか1つが満たされなくなると合分波特性の劣化が生じる。例えば、各遅延干渉計内にあるリング共振器の非共振条件について考えると、全ての遅延干渉計で非共振条件が満たされた場合に得られる合分波特性は、図12(A)に示すようなスペクトルとなる。但し、図12では、合分波特性の変化を分かり易くするために、8チャネルのうちの4チャネルに対応した合分波スペクトルのみをプロットしている。一方、第一ステージの遅延干渉計でのみ非共振条件が満たされ、他の遅延干渉計では非共振条件が満たされていない場合に得られる合分波特性は、図12(B)に示すようなスペクトルとなり合分波特性が劣化する。但し、上述した条件のうちで、例えばリング共振器の光結合率が80%以上の条件を満たしていなくても、図1に示した従来の場合に比べれば波長合分波特性の改善が可能になる場合もある。この場合、図2に示した従来技術のような素子サイズの大型化および調整箇所の増加を回避しつつ、波長合分波特性の改善を図ることが可能である。   In the wavelength multiplexing / demultiplexing device 1 of the present embodiment, when any one of the above-described conditions is not satisfied, the multiplexing / demultiplexing characteristics are deteriorated. For example, when considering the non-resonance condition of the ring resonator in each delay interferometer, the multiplexing / demultiplexing characteristics obtained when the non-resonance condition is satisfied in all the delay interferometers are shown in FIG. The spectrum is as shown. However, in FIG. 12, only the multiplexing / demultiplexing spectrum corresponding to 4 out of 8 channels is plotted in order to make the change of the multiplexing / demultiplexing characteristics easy to understand. On the other hand, the multiplexing / demultiplexing characteristics obtained when the non-resonance condition is satisfied only by the first-stage delay interferometer and the non-resonance condition is not satisfied by the other delay interferometers are shown in FIG. Such a spectrum results in degradation of the multiplexing / demultiplexing characteristics. However, among the above-described conditions, for example, even if the optical coupling factor of the ring resonator does not satisfy the condition of 80% or more, the wavelength multiplexing / demultiplexing characteristics are improved as compared with the conventional case shown in FIG. It may be possible. In this case, it is possible to improve the wavelength multiplexing / demultiplexing characteristics while avoiding the increase in the element size and the increase in the number of adjustment points as in the prior art shown in FIG.

ここで、前述した波長合分波特性のスペクトル平坦性および低クロストークについて定量的な説明を加えておく。ここでは、スペクトル平坦性に関し、その性能指数として、ある1つのチャネルの透過帯域における透過率が−10dBのときの帯域幅に対する、透過率が−1dBのときの帯域幅の比(以下、「シェイプファクタ」と呼ぶ)を定義し、該シェイプファクタを用いて平坦性の度合いを評価することにする。   Here, a quantitative explanation will be given regarding the spectral flatness and low crosstalk of the wavelength multiplexing / demultiplexing characteristics described above. Here, regarding the spectral flatness, as a figure of merit, the ratio of the bandwidth when the transmittance is -1 dB to the bandwidth when the transmittance in the transmission band of a certain channel is -10 dB (hereinafter referred to as "shape"). (Referred to as “factor”) and the shape factor is used to evaluate the degree of flatness.

図13は、波長合分波素子における1つのチャネル(ここではCh−2)に対応した透過帯域のスペクトル特性を例示しており、(A)が本実施形態の波長合分波素子1の場合、(B)が図2に示した従来の波長合分波素子の場合、(C)が図1に示した従来の波長合分波素子の場合にそれぞれ該当する。図13の例において、シェイプファクタは、(A)0.73、(b)0.64および(c)0.33と見積ることができる。また、クロストーク成分のレベルXTは、それぞれ最大で(a)−32dB、(b)−18dBおよび(c)−13dBと見積ることができる。このように本実施形態の波長合分波素子1は、スペクトル平坦性および低クロストークの双方の観点で最も優れていることが分かる。   FIG. 13 exemplifies the spectral characteristics of the transmission band corresponding to one channel (here, Ch-2) in the wavelength multiplexing / demultiplexing element, and FIG. 13A shows the case of the wavelength multiplexing / demultiplexing element 1 of the present embodiment. (B) corresponds to the conventional wavelength multiplexing / demultiplexing device shown in FIG. 2, and (C) corresponds to the conventional wavelength multiplexing / demultiplexing device shown in FIG. In the example of FIG. 13, the shape factors can be estimated as (A) 0.73, (b) 0.64, and (c) 0.33. Further, the level XT of the crosstalk component can be estimated as (a) -32 dB, (b) -18 dB, and (c) -13 dB at maximum. Thus, it can be seen that the wavelength multiplexing / demultiplexing device 1 of the present embodiment is most excellent in terms of both spectral flatness and low crosstalk.

なお、上述した実施形態では、7個の遅延干渉計を3段にカスケード接続することにより8チャネルの光信号に対応した波長合分波素子の一例について説明したが、本発明における遅延干渉計のカスケード接続の段数は3段に限られるものではなく、合分波の対象となる光信号の最大チャネル数に応じて適宜にカスケード接続の段数を設定することができる。また、波長合分波素子が対応するチャネル間隔の具体例として400GHzの場合を説明したが、400GHz以外の任意のチャネル間隔についても、上述した実施形態の場合と同様にして波長合分波素子の各パラメータを適正化することにより対応可能である。   In the above-described embodiment, an example of a wavelength multiplexing / demultiplexing element corresponding to an optical signal of 8 channels by cascading seven delay interferometers in three stages has been described. The number of stages of cascade connection is not limited to three, and the number of stages of cascade connection can be appropriately set according to the maximum number of channels of optical signals to be multiplexed / demultiplexed. In addition, although the case of 400 GHz has been described as a specific example of the channel spacing to which the wavelength multiplexing / demultiplexing element corresponds, any channel spacing other than 400 GHz can be obtained in the same manner as in the above-described embodiment. This can be dealt with by optimizing each parameter.

次に、上述した実施形態の構成を応用した各種光学装置について説明する。
図14は、波長合分波素子1の構成を応用した光送信装置の概略構成を示す平面図である。図14に示す光送信装置300は、例えば、互いに異なる波長λ〜λの光を発生する光源部310と、該光源部310からの各波長λ〜λの光を変調する光変調部320と、該光変調部320で変調された各光信号を合波する波長合波部330とを備える。
Next, various optical devices to which the configuration of the above-described embodiment is applied will be described.
FIG. 14 is a plan view showing a schematic configuration of an optical transmission apparatus to which the configuration of the wavelength multiplexing / demultiplexing element 1 is applied. The optical transmitting apparatus shown in FIG. 14 300, for example, a light source unit 310 for generating light of different wavelengths lambda 1 to [lambda] 4 together, the light modulation for modulating the light of each wavelength lambda 1 to [lambda] 4 from the light source unit 310 Unit 320 and a wavelength multiplexing unit 330 that multiplexes the optical signals modulated by the optical modulation unit 320.

光源部310は、例えば、4つのレーザ311〜311および4つのSi導波路型フィルタ312〜312を有する。各レーザ311〜311は、ここでは利得媒質として半導体光増幅器(SOA:semiconductor optical amplifier)を用い、該SOAで増幅された光を対応するSi導波路型フィルタ312〜312に与えて発振波長を選択する。各Si導波路型フィルタ312〜312は、共通基板301上に形成されたリング共振器およびブラッグ反射鏡を有している。共通基板301は、上述の図4に示した波長合分波素子1における基板10と同様なSi細線導波路構造(図7または図8参照)を持つものである。各Si導波路型フィルタ312〜312では、リング共振器およびブラッグ反射鏡の各パラメータを制御することにより、レーザ光の発振波長が選択される。ここでは、Si導波路型フィルタ312〜312で互いに異なる発振波長λ〜λが選択され、該各波長λ〜λの発振光がレーザ共振構造の内部に位置する光カプラを介して光変調部320に出力される。 The light source unit 310 includes, for example, four lasers 311 1 to 311 4 and four Si waveguide type filters 312 1 to 312 4 . Each of the lasers 311 1 to 311 4 uses a semiconductor optical amplifier (SOA) as a gain medium, and supplies light amplified by the SOA to the corresponding Si waveguide type filters 312 1 to 312 4. Select the oscillation wavelength. Each of the Si waveguide filters 312 1 to 312 4 has a ring resonator and a Bragg reflector formed on the common substrate 301. The common substrate 301 has the same Si wire waveguide structure (see FIG. 7 or FIG. 8) as the substrate 10 in the wavelength multiplexing / demultiplexing device 1 shown in FIG. In each of the Si waveguide filters 312 1 to 312 4 , the oscillation wavelength of the laser light is selected by controlling each parameter of the ring resonator and the Bragg reflector. Here, different oscillation wavelengths λ 1 to λ 4 are selected by the Si waveguide type filters 312 1 to 312 4 , and an optical coupler in which the oscillation light of the wavelengths λ 1 to λ 4 is located inside the laser resonance structure is provided. Via the optical modulation unit 320.

光変調部320は、例えば、共通基板301上に形成された4つのオールパスリング共振器型変調器321〜321を有する。この光変調部320では、光源部310から出力される各波長λ〜λのレーザ光が対応する上記変調器321〜321でそれぞれ変調され、該各変調光が波長合波部330に出力される。 Light modulation unit 320 is, for example, has four all-pass ring resonator modulator 321 1-321 4 formed on the common substrate 301. In the optical modulation unit 320, the laser beams having the wavelengths λ 1 to λ 4 output from the light source unit 310 are respectively modulated by the corresponding modulators 321 1 to 321 4 , and the modulated light is converted into the wavelength multiplexing unit 330. Is output.

波長合波部330は、共通基板301上において、一方のアーム導波路にリング共振器を備えたDMZIの構造を持つ3つの遅延干渉計331,3312A,3312Bがカスケード接続されている。各遅延干渉計331,3312A,3312Bは、上述の図4に示した波長合分波素子1における各遅延干渉計20,202A,202Bにそれぞれ対応しており、ここでは、光変調部320から出力される、波長λ,λの各光信号が遅延干渉計3312Bに与えられ、波長λ,λの各光信号が遅延干渉計3312Aに与えられる。波長合波部330では、各遅延干渉計3312A,3312Bに与えられた波長λ〜λの各光信号が一つに合波されてWDM光が生成され、該WDM光が遅延干渉計331から外部に送信される。 In the wavelength multiplexing unit 330, three delay interferometers 331 1 , 331 2A , and 331 2B having a DMZI structure including a ring resonator in one arm waveguide are cascade-connected on a common substrate 301. The delay interferometers 331 1 , 331 2A , and 331 2B respectively correspond to the delay interferometers 20 1 , 20 2A , and 202B in the wavelength multiplexing / demultiplexing device 1 shown in FIG. The optical signals of wavelengths λ 1 and λ 2 output from the optical modulator 320 are given to the delay interferometer 331 2B, and the optical signals of wavelengths λ 3 and λ 4 are given to the delay interferometer 331 2A . In the wavelength multiplexing unit 330, optical signals of wavelengths λ 1 to λ 4 given to the delay interferometers 331 2A and 331 2B are combined into one to generate WDM light, and the WDM light is delayed and interfered. A total of 331 1 is transmitted to the outside.

上記のような光送信装置300では、波長合波部330の合波特性が上述の図11に示した波長合分波素子1の合分波特性と同様にしてスペクトル平坦性および低クロストークに優れるため、光源部310から光変調部320を介して波長合波部330に与えられる各光信号の波長が多少変動しても、良好な合波特性を保つことができる。したがって、光送信装置300は、良好な多チャネルトランスミッタとして機能することが可能である。   In the optical transmission apparatus 300 as described above, the multiplexing characteristics of the wavelength multiplexing unit 330 are similar to the multiplexing characteristics of the wavelength multiplexing / demultiplexing element 1 shown in FIG. Since the talk is excellent, even if the wavelength of each optical signal applied from the light source unit 310 to the wavelength multiplexing unit 330 via the light modulation unit 320 slightly varies, good multiplexing characteristics can be maintained. Therefore, the optical transmission device 300 can function as a good multi-channel transmitter.

図15は、波長合分波素子1の構成を応用した光受信装置の概略構成を示す平面図である。図15に示す光受信装置400は、例えば、互いに異なる波長λ〜λの光信号を含むWDM光が与えられる波長分波部410と、該波長分波部410で分波された各波長λ〜λの光信号を受光する受光部420とを備える。 FIG. 15 is a plan view showing a schematic configuration of an optical receiving apparatus to which the configuration of the wavelength multiplexing / demultiplexing element 1 is applied. Optical receiving apparatus 400 shown in FIG. 15, for example, a wavelength demultiplexer 410 which WDM light is given including the optical signals of different wavelengths lambda 1 to [lambda] 4 together, each wavelength demultiplexed by the wavelength demultiplexing unit 410 and a light receiving unit 420 that receives optical signals of λ 1 to λ 4 .

波長分波部410は、共通基板401上において、一方のアーム導波路にリング共振器を備えたDMZIの構造を持つ3つの遅延干渉計411,4112A,4112Bがカスケード接続されている。共通基板401および各遅延干渉計411,4112A,4112Bは、上述の図4に示した波長合分波素子1における基板10および各遅延干渉計20,202A,202Bにそれぞれ対応している。波長分波部410では、WDM光が遅延干渉計411に与えられ、該WDM光が分波されて波長λ,λの各光信号が遅延干渉計4112Aから受光部420に出力されると共に、波長λ,λの各光信号が遅延干渉計4112Bから受光部420に出力される。 In the wavelength demultiplexing unit 410, three delay interferometers 411 1 , 411 2A , and 411 2B having a DMZI structure including a ring resonator in one arm waveguide are cascade-connected on a common substrate 401. The common substrate 401 and each delay interferometer 411 1 , 411 2A , 411 2B correspond to the substrate 10 and each delay interferometer 20 1 , 20 2A , 202B in the wavelength multiplexing / demultiplexing device 1 shown in FIG. doing. In the wavelength demultiplexing unit 410, the WDM light is given to the delay interferometer 411 1 , the WDM light is demultiplexed, and optical signals of wavelengths λ 1 and λ 2 are output from the delay interferometer 411 2 A to the light receiving unit 420. In addition, the optical signals of wavelengths λ 3 and λ 4 are output from the delay interferometer 411 2B to the light receiving unit 420.

受光部420は、4つの受光器421〜421を有しており、波長分波部410から出力される各波長λ〜λの光信号を対応する上記受光器421〜421でそれぞれ検出する。各受光器421〜421は、例えば、共通基板(Si基板)401上にGeを結晶成長して形成することができる。通常、Si基板上のGe型受光器の場合、1.5〜1.6μmの波長帯の光信号の検出が可能である。 The light receiving unit 420 includes four light receiving units 421 1 to 421 4 , and the light receiving units 421 1 to 421 4 corresponding to the optical signals of the wavelengths λ 1 to λ 4 output from the wavelength demultiplexing unit 410 are provided. To detect each. Each of the light receivers 421 1 to 421 4 can be formed, for example, by crystal growth of Ge on a common substrate (Si substrate) 401. Usually, in the case of a Ge type photo detector on a Si substrate, it is possible to detect an optical signal in a wavelength band of 1.5 to 1.6 μm.

上記のような光受信装置400では、波長分波部410の分波特性が上述の図11に示した波長合分波素子1の合分波特性と同様にしてスペクトル平坦性および低クロストークに優れるため、受信したWDM光に含まれる各光信号の波長が多少変動しても、良好な分波特性を保つことができる。したがって、光受信装置400は、高効率な多チャネルレシーバとして機能することが可能である。   In the optical receiving apparatus 400 as described above, the spectral demultiplexing characteristic of the wavelength demultiplexing unit 410 is the same as that of the wavelength demultiplexing element 1 shown in FIG. Since the talk is excellent, good demultiplexing characteristics can be maintained even if the wavelength of each optical signal included in the received WDM light varies somewhat. Therefore, the optical receiver 400 can function as a highly efficient multi-channel receiver.

以上の各実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。   Regarding the above embodiments, the following additional notes are further disclosed.

(付記1) 多段にカスケード接続された複数の遅延干渉計を備え、波長の異なる複数の光信号を前記複数の遅延干渉計により合波してWDM光を生成すると共に、WDM光を前記複数の遅延干渉計により分波して波長の異なる複数の光信号を生成する波長合分波素子であって、
前記複数の遅延干渉計は、それぞれ、
前記複数の光信号が入出力される一対の光カプラと、
該各光カプラの間を接続する第一のアーム導波路および第二のアーム導波路と、
前記第一のアーム導波路の近傍に配置されたループ導波路と、を含み、
前記第一のアーム導波路が、前記ループ導波路との組み合わせによりリング共振器を構成し、
前記第二のアーム導波路が、前記第一のアーム導波路に対して遅延導波路となり、
前記各遅延干渉計における前記第一および第二のアーム導波路間の光路長差、並びに、前記各遅延干渉計内にある前記リング共振器の周回長が、前記複数の光信号の波長およびチャネル間隔に応じて、多段カスケード接続のステージ毎に異なる値に設定されることを特徴とする波長合分波素子。
(Supplementary Note 1) A plurality of delay interferometers cascaded in multiple stages are provided, and a plurality of optical signals having different wavelengths are combined by the plurality of delay interferometers to generate WDM light, and WDM light is A wavelength multiplexing / demultiplexing element that generates a plurality of optical signals having different wavelengths by demultiplexing with a delay interferometer,
Each of the plurality of delay interferometers is
A pair of optical couplers through which the plurality of optical signals are input and output;
A first arm waveguide and a second arm waveguide connecting between the optical couplers;
A loop waveguide disposed in the vicinity of the first arm waveguide,
The first arm waveguide constitutes a ring resonator in combination with the loop waveguide;
The second arm waveguide is a delay waveguide relative to the first arm waveguide;
The optical path length difference between the first and second arm waveguides in each delay interferometer, and the round length of the ring resonator in each delay interferometer are the wavelengths and channels of the plurality of optical signals. A wavelength multiplexing / demultiplexing element, wherein a different value is set for each stage of the multistage cascade connection according to the interval.

(付記2) 付記1に記載の波長合分波素子であって、
前記各遅延干渉計内にある前記リング共振器の周回長は、当該遅延干渉計の透過スペクトル特性に対して、前記リング共振器の透過スペクトル特性が非共振条件を満たすように設定されることを特徴とする波長合分波素子。
(Additional remark 2) It is a wavelength multiplexing / demultiplexing element of Additional remark 1, Comprising:
The loop length of the ring resonator in each delay interferometer is set so that the transmission spectrum characteristic of the ring resonator satisfies the non-resonance condition with respect to the transmission spectrum characteristic of the delay interferometer. A wavelength multiplexing / demultiplexing device characterized.

(付記3) 付記2に記載の波長合分波素子であって、
前記多段カスケード接続は、第一ステージに位置する1つの前記遅延干渉計に対して、第二ステージに位置する2つの前記遅延干渉計がカスケード接続され、該第二ステージ以降ステージを重ねる度に、前記遅延干渉計の数が、ステージの段数をSとして、2S−1の割合で増加する接続構成であり、
前記複数の遅延干渉計は、前記多段カスケード接続の第一ステージに位置する遅延干渉計における前記第一および第二のアーム導波路間の光路長差がLD1であるとき、前記多段カスケード接続の第Sステージに位置する遅延干渉計における前記第一および第二のアーム導波路の光路長差が2(1−S)×LD1に設定されると共に、該第Sステージの遅延干渉計内にある前記リング共振器の周回長が2(2−S)×LD1に設定され、かつ、前記リング共振器の中心波長が当該遅延干渉計の中心波長に対してリング共振周波数間隔の略半分ずれていることを特徴とする波長合分波素子。
(Additional remark 3) It is a wavelength multiplexing / demultiplexing element of Additional remark 2, Comprising:
In the multistage cascade connection, each of the two delay interferometers located in the second stage is cascade-connected to one delay interferometer located in the first stage, and each time the second stage and subsequent stages are overlapped, The number of the delay interferometers is a connection configuration that increases at a rate of 2 S-1 where S is the number of stages.
When the optical path length difference between the first and second arm waveguides in the delay interferometer located in the first stage of the multistage cascade connection is L D1 , the plurality of delay interferometers The optical path length difference between the first and second arm waveguides in the delay interferometer located in the S-stage is set to 2 (1-S) × LD1, and the delay interferometer in the S-stage is included in the delay interferometer. The circumference of the ring resonator is set to 2 (2-S) × L D1 , and the center wavelength of the ring resonator deviates from the center wavelength of the delay interferometer by approximately half of the ring resonance frequency interval. A wavelength multiplexing / demultiplexing element characterized by comprising:

(付記4) 付記3に記載の波長合分波素子であって、
前記複数の遅延干渉計は、前記多段カスケード接続の第一ステージに位置する遅延干渉計内にある前記リング共振器の中心波長がλであるとき、第二ステージに位置する各遅延干渉計内にある前記リング共振器の中心波長が、前記複数の光信号のチャネル間隔をΔνとして、λ+0.5×Δνおよびλ−0.5×Δνにそれぞれ設定され、第三ステージ以降に位置する各遅延干渉計内にある前記リング共振器の中心波長については、ステージを重ねる度に、前段ステージの遅延干渉計における中心波長を中心にして、それぞれの隣り合う遅延干渉計における中心波長の差分が2(S−2)×Δνに設定されることを特徴とする波長合分波素子。
(Supplementary note 4) The wavelength multiplexing / demultiplexing device according to supplementary note 3, wherein
The plurality of delay interferometers are arranged in each delay interferometer located in the second stage when the center wavelength of the ring resonator in the delay interferometer located in the first stage of the multistage cascade connection is λ 0 . The center wavelength of the ring resonator is set to λ 0 + 0.5 × Δν and λ 0 −0.5 × Δν, where Δν is the channel interval of the plurality of optical signals, and is positioned after the third stage. With respect to the center wavelength of the ring resonator in each delay interferometer, the center wavelength difference in each adjacent delay interferometer is centered on the center wavelength in the delay interferometer of the previous stage each time the stage is overlapped. Is set to 2 (S-2) × Δν.

(付記5) 付記1〜4のいずれか1つに記載の波長合分波素子であって、
前記各遅延干渉計内にある前記リング共振器は、前記第一のアーム導波路および前記ループ導波路間の光結合率が80%以上であることを特徴とする波長合分波素子。
(Additional remark 5) It is a wavelength multiplexing / demultiplexing element as described in any one of Additional remark 1-4, Comprising:
The wavelength multiplexing / demultiplexing element according to claim 1, wherein the ring resonator in each delay interferometer has an optical coupling ratio between the first arm waveguide and the loop waveguide of 80% or more.

(付記6) 付記5に記載の波長合分波素子であって、
前記各遅延干渉計内にある前記リング共振器は、前記第一のアーム導波路および前記ループ導波路間の光結合が、方向性結合器または多モード干渉カプラを介して行われることを特徴とする波長合分波素子。
(Appendix 6) The wavelength multiplexing / demultiplexing device according to appendix 5,
The ring resonator in each delay interferometer is characterized in that optical coupling between the first arm waveguide and the loop waveguide is performed via a directional coupler or a multimode interference coupler. Wavelength multiplexing / demultiplexing device.

(付記7) 付記1〜6のいずれか1つに記載の波長合分波素子であって、
前記複数の遅延干渉計は、前記一対の光カプラが50%の光結合率をそれぞれ有することを特徴とする波長合分波素子。
(Appendix 7) The wavelength multiplexing / demultiplexing device according to any one of appendices 1 to 6,
In the plurality of delay interferometers, the pair of optical couplers each have an optical coupling rate of 50%.

(付記8) 互いに異なる波長を有する複数の光を発生する光源部と、該光源部からの各波長の光を変調する光変調部と、該光変調部で変調された各光信号を合波してWDM光を送信する波長合波部と、を備えた光学装置であって、
前記波長合波部が、付記1〜7のいずれか1つに記載の波長合分波素子を含むことを特徴とする光学装置。
(Supplementary Note 8) A light source unit that generates a plurality of lights having different wavelengths, a light modulation unit that modulates light of each wavelength from the light source unit, and each optical signal modulated by the light modulation unit And a wavelength multiplexing unit that transmits WDM light,
The optical device, wherein the wavelength multiplexing unit includes the wavelength multiplexing / demultiplexing device according to any one of appendices 1 to 7.

(付記9) 付記8に記載の光学装置であって、
前記光源部、前記光変調部および前記波長合波部は、共通のシリコン基板上に形成されることを特徴とする光学装置。
(Supplementary note 9) The optical device according to supplementary note 8,
The optical device, wherein the light source unit, the light modulation unit, and the wavelength multiplexing unit are formed on a common silicon substrate.

(付記10) 互いに異なる波長を有する複数の光信号を含むWDM光を受信して分波する波長分波部と、該波長分波部で分波された各波長の光信号を受光する受光部と、を備えた光学装置であって、
前記波長分波部が、付記1〜7のいずれか1つに記載の波長合分波素子を含むことを特徴とする光学装置。
(Supplementary Note 10) A wavelength demultiplexing unit that receives and demultiplexes WDM light including a plurality of optical signals having different wavelengths, and a light receiving unit that receives an optical signal of each wavelength demultiplexed by the wavelength demultiplexing unit And an optical device comprising:
An optical apparatus, wherein the wavelength demultiplexing unit includes the wavelength multiplexing / demultiplexing element according to any one of appendices 1 to 7.

(付記11) 付記10に記載の光学装置であって、
前記波長分波部および前記受光部は、共通のシリコン基板上に形成されることを特徴とする光学装置。
(Supplementary note 11) The optical device according to supplementary note 10,
The optical device, wherein the wavelength demultiplexing unit and the light receiving unit are formed on a common silicon substrate.

1…波長合分波素子
10…基板
20,202A,202B,203A〜203D…遅延干渉計
21,22…光カプラ
23,24…アーム導波路
25…ループ導波路
26…位相シフタ
101…Si基板
102…SiO(BOX)層
103…Siコア層
104…SiO
300…光送信装置
301,401…共通基板
310…光源部
311〜311…レーザ
312〜312…Si導波路型フィルタ
320…光変調部
321〜321…オールパスリング共振器型変調器
330…波長合波部
331,3312A,3312B,411,4112A,4112B…遅延干渉計
400…光受信装置
410…波長分波部
420…受光部
421〜421…受光器
D1〜LD3…光路長差
M1〜LM3…周回長
1 ... wavelength mux 10 ... substrate 20 1, 20 2A, 20 2B , 20 3A ~20 3D ... delay interferometer 21, 22 ... optical coupler 23 ... arm waveguides 25 ... loop waveguide 26 ... phase shifter 101 ... Si substrate 102 ... SiO 2 (BOX) layer 103 ... Si core layer 104 ... SiO 2 film 300 ... optical transmitter 301, 401 ... common substrate 310 ... light source 311 1-311 4 ... laser 312 1-312 4 ... Si waveguide type filter 320... Optical modulation unit 321 1 to 321 4 ... All-pass ring resonator type modulator 330 .. wavelength combining unit 331 1 , 331 2A , 331 2B , 411 1 , 411 2A , 411 2B . 400 ... optical receiver 410 ... wavelength demultiplexing unit 420 ... receiving portion 421 1-421 4 ... photoreceiver L D1 ~L D3 ... Path length difference L M1 ~L M3 ... circumferential length

Claims (4)

多段にカスケード接続された複数の遅延干渉計を備え、波長の異なる複数の光信号を前記複数の遅延干渉計により合波してWDM光を生成する一方、WDM光を前記複数の遅延干渉計により分波して波長の異なる複数の光信号を生成する波長合分波素子であって、
前記複数の遅延干渉計は、それぞれ、
前記複数の光信号が入出力される一対の光カプラと、
該各光カプラの間を接続する第一のアーム導波路および第二のアーム導波路と、
前記第一のアーム導波路の近傍に配置されたループ導波路と、を含み、
前記第一のアーム導波路が、前記ループ導波路との組み合わせによりリング共振器を構成し、
前記第二のアーム導波路が、前記第一のアーム導波路に対して遅延導波路となり、
前記各遅延干渉計における前記第一および第二のアーム導波路間の光路長差、並びに、前記各遅延干渉計内にある前記リング共振器の周回長が、前記複数の光信号の波長およびチャネル間隔に応じて、多段カスケード接続のステージ毎に異なる値に設定され
前記各遅延干渉計内にある前記リング共振器の周回長は、当該遅延干渉計の透過スペクトル特性に対して、前記リング共振器の透過スペクトル特性が非共振条件を満たすように設定され、
前記多段カスケード接続は、第一ステージに位置する1つの前記遅延干渉計に対して、第二ステージに位置する2つの前記遅延干渉計がカスケード接続され、該第二ステージ以降ステージを重ねる度に、前記遅延干渉計の数が、ステージの段数をSとして、2 S−1 の割合で増加する接続構成であり、
前記複数の遅延干渉計は、前記多段カスケード接続の第一ステージに位置する遅延干渉計における前記第一および第二のアーム導波路間の光路長差がL D1 であるとき、前記多段カスケード接続の第Sステージに位置する遅延干渉計における前記第一および第二のアーム導波路の光路長差が2 (1−S) ×L D1 に設定されると共に、該第Sステージの遅延干渉計内にある前記リング共振器の周回長が2 (2−S) ×L D1 に設定され、
前記複数の遅延干渉計は、前記多段カスケード接続の第一ステージに位置する遅延干渉計内にある前記リング共振器の中心波長がλ であるとき、第二ステージに位置する各遅延干渉計内にある前記リング共振器の中心波長が、前記複数の光信号のチャネル間隔をΔνとして、λ +0.5×Δνおよびλ −0.5×Δνにそれぞれ設定され、第三ステージ以降に位置する各遅延干渉計内にある前記リング共振器の中心波長については、ステージを重ねる度に、前段ステージの遅延干渉計における中心波長を中心にして、それぞれの隣り合う遅延干渉計における中心波長の差分が2 (S−2) ×Δνに設定されることを特徴とする波長合分波素子
A plurality of delay interferometers cascaded in multiple stages are provided, and a plurality of optical signals having different wavelengths are combined by the plurality of delay interferometers to generate WDM light, while WDM light is generated by the plurality of delay interferometers. A wavelength multiplexing / demultiplexing element that demultiplexes and generates a plurality of optical signals having different wavelengths,
Each of the plurality of delay interferometers is
A pair of optical couplers through which the plurality of optical signals are input and output;
A first arm waveguide and a second arm waveguide connecting between the optical couplers;
A loop waveguide disposed in the vicinity of the first arm waveguide,
The first arm waveguide constitutes a ring resonator in combination with the loop waveguide;
The second arm waveguide is a delay waveguide relative to the first arm waveguide;
The optical path length difference between the first and second arm waveguides in each delay interferometer, and the round length of the ring resonator in each delay interferometer are the wavelengths and channels of the plurality of optical signals. Depending on the interval, it is set to a different value for each stage of the multistage cascade connection ,
The round length of the ring resonator in each delay interferometer is set so that the transmission spectrum characteristic of the ring resonator satisfies the non-resonance condition with respect to the transmission spectrum characteristic of the delay interferometer,
In the multistage cascade connection, each of the two delay interferometers located in the second stage is cascade-connected to one delay interferometer located in the first stage, and each time the second stage and subsequent stages are overlapped, The number of the delay interferometers is a connection configuration that increases at a rate of 2 S-1 where S is the number of stages .
When the optical path length difference between the first and second arm waveguides in the delay interferometer located in the first stage of the multistage cascade connection is L D1 , the plurality of delay interferometers The optical path length difference between the first and second arm waveguides in the delay interferometer located in the S-stage is set to 2 (1-S) × LD1, and the delay interferometer in the S-stage is included in the delay interferometer. The circumference of the ring resonator is set to 2 (2-S) × L D1 ,
The plurality of delay interferometers are arranged in each delay interferometer located in the second stage when the center wavelength of the ring resonator in the delay interferometer located in the first stage of the multistage cascade connection is λ 0 . The center wavelength of the ring resonator is set to λ 0 + 0.5 × Δν and λ 0 −0.5 × Δν, where Δν is the channel interval of the plurality of optical signals, and is positioned after the third stage. With respect to the center wavelength of the ring resonator in each delay interferometer, the center wavelength difference in each adjacent delay interferometer is centered on the center wavelength in the delay interferometer of the previous stage each time the stage is overlapped. There 2 (S-2) is set to × .DELTA..nu WDM device characterized Rukoto.
請求項に記載の波長合分波素子であって、
前記各遅延干渉計内にある前記リング共振器は、前記第一のアーム導波路および前記ループ導波路間の光結合率が80%以上であることを特徴とする波長合分波素子。
The wavelength multiplexing / demultiplexing device according to claim 1 ,
The wavelength multiplexing / demultiplexing element according to claim 1, wherein the ring resonator in each delay interferometer has an optical coupling ratio between the first arm waveguide and the loop waveguide of 80% or more.
互いに異なる波長を有する複数の光を発生する光源部と、該光源部からの各波長の光を変調する光変調部と、該光変調部で変調された各光信号を合波してWDM光を送信する波長合波部と、を備えた光学装置であって、
前記波長合波部が、請求項1又は2に記載の波長合分波素子を含むことを特徴とする光学装置。
A light source that generates a plurality of lights having different wavelengths, an optical modulator that modulates light of each wavelength from the light source, and an optical signal modulated by the optical modulator to multiplex WDM light An optical device comprising a wavelength multiplexing unit for transmitting
The wavelength multiplexing unit, an optical device which comprises a wavelength multiplexing and demultiplexing device according to claim 1 or 2.
互いに異なる波長を有する複数の光信号を含むWDM光を受信して分波する波長分波部と、該波長分波部で分波された各波長の光信号を受光する受光部と、を備えた光学装置であって、
前記波長分波部が、請求項1又は2に記載の波長合分波素子を含むことを特徴とする光学装置。
A wavelength demultiplexing unit that receives and demultiplexes WDM light including a plurality of optical signals having different wavelengths, and a light receiving unit that receives an optical signal of each wavelength demultiplexed by the wavelength demultiplexing unit. Optical device,
It said wavelength demultiplexing unit is an optical device which comprises a wavelength multiplexing and demultiplexing device according to claim 1 or 2.
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