JP6381507B2 - Optical coupler, wavelength tunable light source and wavelength tunable light source module - Google Patents
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Description
本発明は、光結合器と、それを備える波長可変光源及び波長可変光源モジュールとに関する。 The present invention relates to an optical coupler, and a wavelength tunable light source and a wavelength tunable light source module including the same.
近年、通信需要の飛躍的な増加に伴い、波長が異なる複数の信号光を多重化することによって1本当たりの光ファイバの容量伝送が高められた波長分割多重通信システムが実現されている。波長分割多重通信システムには、レーザダイオード(Laser Diode、以下「LD」と記す)と、多モード干渉(Multi-Mode Interference)型の光結合器(以下「MMI」と記す)とを備える波長可変光源が用いられる。 2. Description of the Related Art In recent years, with a dramatic increase in communication demand, a wavelength division multiplexing communication system has been realized in which capacity transmission of an optical fiber per one is enhanced by multiplexing a plurality of signal lights having different wavelengths. A wavelength division multiplexing communication system includes a laser diode (hereinafter referred to as “LD”) and a multi-mode interference type optical coupler (hereinafter referred to as “MMI”). A light source is used.
上記の波長分割多重通信システムに用いられるLD光源としては、少なくとも30〜40dB以上の高いサイドモード抑圧比(Side Mode Suppression Ratio:SMSR)が得られる単一モードのLD(以下「単一モードLD」と記す)が好適である。単一モードLDには、例えば、分布帰還型LD(Distributed Feedback Laser Diode、以下「DFB−LD」と記す)や、分布ブラッグ反射型LD(Distributed Bragg Reflector Laser Diode、以下「DBR−LD」と記す)等がある。 As an LD light source used in the above-described wavelength division multiplexing communication system, a single mode LD (hereinafter referred to as “single mode LD”) capable of obtaining a high side mode suppression ratio (SMSR) of at least 30 to 40 dB or more. Is preferred). The single mode LD includes, for example, a distributed feedback laser diode (hereinafter referred to as “DFB-LD”) and a distributed Bragg reflector laser diode (hereinafter referred to as “DBR-LD”). ) Etc.
波長分割多重通信システムを実現するためには、広い波長範囲(30nm以上)、例えばC帯(Conventional band)またはL帯(Long band)と呼ばれる約30〜40nmの全波長帯域をカバーする低コストの上記波長可変光源が必要となる。このような波長可変光源のLD光源としては、同一基板上にモノリシック集積されたLD光源が注目されている。 In order to realize the wavelength division multiplexing communication system, a low cost covering a wide wavelength range (30 nm or more), for example, the entire wavelength band of about 30 to 40 nm called C band (Conventional band) or L band (Long band). The wavelength tunable light source is required. As an LD light source of such a wavelength tunable light source, an LD light source monolithically integrated on the same substrate has attracted attention.
なお、一般的に、上記の波長可変光源は、データ信号を生成する外部変調器モジュールと組み合わせて用いられる。また、上記の波長可変光源は、他にも電界吸収(Electro absorption:EA)型光変調器、及び、マッハツェンダ(Mach Zehnder:MZ)型光変調器を同一基板上にモノリシック集積する研究も行われている。 In general, the variable wavelength light source is used in combination with an external modulator module that generates a data signal. In addition to the above-described wavelength tunable light source, research is also being conducted on monolithically integrating an electro absorption (EA) optical modulator and a Mach Zehnder (MZ) optical modulator on the same substrate. ing.
上記の波長可変光源については、これまでにも様々な技術が提案されている。例えば、複数のDFB−LDの出力側がMMIの入力導波路に接続された構成において、MMIで結合(合波)された入力光が出力導波路から出力するように構成された波長可変光源が提案されている(例えば、特許文献1参照)。以下、本明細書では、K入力(Kは自然数)、L出力(Lは自然数)を有するMMIのことを、「K×L−MMI」と記す。すなわち、K入力とはMMIに接続されるK本の入力導波路を意味し、L出力とはMMIに接続されるL本の出力導波路を意味する。 Various techniques have been proposed for the above-described wavelength tunable light source. For example, a wavelength tunable light source configured such that input light coupled (multiplexed) by MMI is output from an output waveguide in a configuration in which the output sides of a plurality of DFB-LDs are connected to an MMI input waveguide is proposed. (For example, refer to Patent Document 1). Hereinafter, in this specification, an MMI having K inputs (K is a natural number) and L outputs (L is a natural number) is referred to as “K × L-MMI”. That is, K input means K input waveguides connected to the MMI, and L output means L output waveguides connected to the MMI.
また例えば、複数のLDの出力側がN×2−MMI(Nは3以上の自然数)のN本の入力導波路に接続され、当該MMIの2本の出力導波路がマッハツェンダ変調器の2本のアームに接続された波長可変光源が提案されている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2の技術によれば、N×1−MMIを用いる場合と比較して、光損失を改善することが可能となる。
Further, for example, the output side of a plurality of LDs is connected to N input waveguides of N × 2-MMI (N is a natural number of 3 or more), and the two output waveguides of the MMI are two Mach-Zehnder modulators. A variable wavelength light source connected to an arm has been proposed (see, for example, Patent Document 2). According to the technique of
また例えば、複数のDFB−LDの出力側がMMIの複数の入力導波路に接続されたMMIにおいて、当該MMIの2本の出力導波路の各々にて出力光の位相調整を行った後、当該光を他のMMIに入力して、当該他のMMIの1本の出力導波路から出力されるよう構成された波長可変光源が提案(例えば、特許文献3参照)。特許文献3の技術によれば、高出力化とSN比(Signal to Noise ratio)の改善が可能となる。
Further, for example, in an MMI in which the output sides of a plurality of DFB-LDs are connected to a plurality of input waveguides of the MMI, after the phase adjustment of the output light is performed in each of the two output waveguides of the MMI, the light A wavelength tunable light source configured to be input to another MMI and output from one output waveguide of the other MMI is proposed (see, for example, Patent Document 3). According to the technique of
幹線系における伝送速度100Gbps以上の波長分割多重通信システムでは、近年、光位相変調を用いたデジタルコヒーレント通信が実用化されつつある。デジタルコヒーレント通信を採用した波長分割多重通信システムでは、レーザ発振線幅が500kHz以下の狭線幅波長可変光源が送受信用の光源として用いられている。 In a wavelength division multiplexing communication system having a transmission rate of 100 Gbps or higher in a trunk line system, digital coherent communication using optical phase modulation has recently been put into practical use. In a wavelength division multiplex communication system employing digital coherent communication, a narrow linewidth tunable light source having a laser oscillation linewidth of 500 kHz or less is used as a light source for transmission and reception.
上記のデジタルコヒーレント通信を採用した波長分割多重通信において、送信用及び受信用で使用する光信号の波長が異なる場合、送信用と受信用とで別個の波長可変光源が必要となる。しかしながら、そのような構成では、当該波長可変光源を備える送受信装置全体の消費電力が増加したり、実装面積が増加したりする。 In wavelength division multiplexing communication employing the above-described digital coherent communication, if the wavelengths of optical signals used for transmission and reception are different, separate wavelength variable light sources are required for transmission and reception. However, in such a configuration, the power consumption of the entire transmission / reception apparatus including the wavelength variable light source increases or the mounting area increases.
一方、デジタルコヒーレント通信を採用した波長分割多重通信では、送信用及び受信用で使用する光信号の波長が同じでもよい場合がある。このような場合は、送受信装置全体の消費電力の低減や実装面積の低減の観点から、1つの波長可変光源を送受信用の光源として兼用することが望ましい。 On the other hand, in wavelength division multiplex communication employing digital coherent communication, the wavelengths of optical signals used for transmission and reception may be the same. In such a case, it is desirable to use one tunable light source as a light source for transmission and reception from the viewpoint of reducing power consumption of the entire transmission and reception device and reducing the mounting area.
ここで、例えば、特許文献1〜3の波長可変光源を送受信用の光源として兼用する構成を想定する。特許文献1〜3の波長可変光源は1出力であるため、当該1出力を偏波保持カプラによって2出力に分岐する必要があるが、当該偏波保持カプラにて分岐損が生じてしまう。この分岐損を補うためには、波長可変光源の出力側に設けられた半導体光増幅素子(Semiconductor Optical Amplifier、以下「SOA」と記す)への注入電流を増やすことによって、波長可変光源の出力光を増加させる必要がある。しかしながら、偏波保持カプラの分岐損をSOAで補うことが、消費電力やレーザ発振線幅の増大の原因になってしまっているという問題がある。
Here, for example, a configuration is assumed in which the variable wavelength light source disclosed in
また、特許文献2においては、N×2−MMIの構成が示されており、ある特定の波長において2つの出力ポートに均等に分岐する事が述べられている。しかしながら、広い波長範囲(30nm以上)の全域及び任意の入力ポートからの入力光を、2つの出力ポートに十分均等に出力することができないという問題があった。
Further,
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、複数の出力導波路に光を十分均等に出力することが可能な技術を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a technique capable of sufficiently outputting light to a plurality of output waveguides.
本発明に係る光結合器は、多モード導波路と、前記多モード導波路の一端面である入力端面と接続された複数の入力導波路と、前記多モード導波路の他端面である出力端面と接続された複数の出力導波路とを備える。前記出力端面は平坦面であり、前記入力端面の幅方向における端近傍である端部と前記出力端面との間の長さは、前記入力端面の幅方向における中央近傍である中央部と前記出力端面との間の長さよりも長く、前記入力端面の前記中央部と前記出力端面との間の長さは、当該中央部にわたって一定であり、前記入力端面の前記端部と前記中央部との間の中間部と前記出力端面との間の長さは、前記入力端面の中央部と前記出力端面との間の長さよりも短い。 An optical coupler according to the present invention includes a multimode waveguide, a plurality of input waveguides connected to an input end face that is one end face of the multimode waveguide, and an output end face that is the other end face of the multimode waveguide. And a plurality of output waveguides connected to each other. The output end surface is a flat surface, and a length between an end near the end in the width direction of the input end surface and the output end surface is a center near the center in the width direction of the input end surface and the output A length between the central portion of the input end surface and the output end surface is constant over the central portion, and the length between the end portion of the input end surface and the central portion is longer than the length between the end surface and the central portion. The length between the intermediate portion and the output end surface is shorter than the length between the center portion of the input end surface and the output end surface.
本発明によれば、出力端面は平坦面であり、入力端面の端部と出力端面との間の長さは、入力端面の中央部と出力端面との間の長さよりも長く、入力端面の中央部と出力端面との間の長さは、当該中央部にわたって一定であり、入力端面の端部と中央部との間の中間部と出力端面との間の長さは、入力端面の中央部と出力端面との間の長さよりも短い。これにより、複数の出力導波路に光を十分均等に出力することができる。 According to the present invention, the output end surface is a flat surface, and the length between the end portion of the input end surface and the output end surface is longer than the length between the center portion of the input end surface and the output end surface. The length between the central portion and the output end surface is constant over the central portion, and the length between the intermediate portion between the end portion and the central portion of the input end surface and the output end surface is the center of the input end surface. Shorter than the length between the part and the output end face. Thereby, light can be output to the plurality of output waveguides sufficiently evenly.
<関連技術>
本発明の実施の形態に係る波長可変光源について説明する前に、それに関連する波長可変光源(以下「関連波長可変光源」と記す)について説明する。
<Related technologies>
Before describing the wavelength tunable light source according to the embodiment of the present invention, a wavelength tunable light source related thereto (hereinafter referred to as “related wavelength tunable light source”) will be described.
図20は、関連波長可変光源の構成の一例を示す図である。図20の関連波長可変光源15は、発振波長が異なる複数の単一モードLDを用いた波長可変光源であり、DFB−LDアレイ1と、光結合器2と、SOA6とを備えている。
FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a configuration of a related wavelength variable light source. The related variable wavelength
光結合器2は、多モード領域である多モード導波路3と、多モード導波路3の入力端面に接続されたN本のMMI入力導波路4と、多モード導波路3の出力端面に接続された1本のMMI出力導波路5とを備えている。このように構成された光結合器2は、N×1−MMIである。
The
DFB−LDアレイ1は、発振波長が異なるN個(Nは3以上の自然数)のDFB−LD1aから構成されており、MMI入力導波路4に接続されている。
The DFB-
SOA6はMMI出力導波路5に接続されている。
The
ここで、DFB−LDアレイ1のうちの任意の1個のDFB−LD1aをレーザ発振させると、1個のDFB−LD1aから出力された光(以下「LD出力光」と記す)の1/NはMMI出力導波路5にて結合され、残りの(N−1)/NはMMI出力導波路5の外に放射される。分岐損失や結合損失等の補償は、SOA6に対して電流注入することによって行われる。具体的には、SOA6に対して電流注入することによって、MMI出力導波路5から出力された光が増加(増幅)される。そして、SOA6で増加(増幅)された光は、出力光7として外部に出力される。
Here, when any one DFB-
図21は、図20のA−A’断面の一例を示す断面図であり、MMI入力導波路4の構成の一例を示している。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing an example of the A-A ′ cross section of FIG. 20 and shows an example of the configuration of the
MMI入力導波路4は、InP基板40上に、1層目のInP下部クラッド層41と、2層目のInP電流ブロック層44及びInGaAsP導波層42と、3層目のInP上部クラッド層43とが順に積層されて形成されている。InGaAsP導波層42には、LD出力光に対する吸収が実質的にないInGaAsP系材料が用いられている。InGaAsP導波層42は、バルクのエピタキシャル層でもよく、多重量子井戸(Multiple Quantum Well:MQW)層でもよい。
The
なお、図21は、MMI入力導波路4の構成を示しているが、MMI出力導波路5の構成も、図21の構成と同様である。また、幅広の多モード領域である多モード導波路3の構成は、InGaAsP導波層42の幅(図21の紙面左右方向の幅)がMMI入力導波路4及びMMI出力導波路5よりも広くなっていることを除けば、MMI入力導波路4及びMMI出力導波路5の構成と同様である。
21 shows the configuration of the
図22は、図20のB−B’断面の一例を示す断面図であり、SOA6の構成の一例を示している。
FIG. 22 is a cross-sectional view showing an example of the B-B ′ cross section of FIG. 20, and shows an example of the configuration of the
SOA6は、InP基板40上に、1層目のInP下部クラッド層41と、2層目のInP電流ブロック層44及びInGaAsP活性層45と、3層目のInP上部クラッド層43と、4層目のInGaAsPコンタクト層46とを順に積層されて形成されている。InGaAsP活性層45には、MMI出力導波路5を通過する光(以下「導波光」と記す)に対して利得を有するInGaAsP系材料が用いられている。InGaAsP活性層45は、バルクのエピタキシャル層でもよく、多重量子井戸(MQW)層でもよい。
The
なお、図22は、SOA6の構成を示しているが、DFB−LD1aの構成も、図22の構成と同様である。DFB−LD1a及びSOA6では、InP基板40及びInGaAsPコンタクト層46に、それらに設けられた電極(図示せず)を介して電流注入を行うと、InGaAsP活性層45に利得が生じて自然放出光が発生する。DFB−LD1aでは、回折格子によって反射された特定の波長の自然放出光が誘導放出の種光となり、利得と損失のバランスで決まる閾値電流を超えるとレーザ発振する。一方、SOA6は、導波光を増幅する増幅器の機能を有しており、単独でレーザ発振しないように設計されている。
FIG. 22 shows the configuration of the
図20に戻って、DFB−LD1aの発振波長は、DFB−LD1aの温度(以下「素子温度」と記す)に応じて約0.1nm/℃の割合で変化する。この性質を利用して、素子温度を一定範囲内(例えば、10〜50℃)で変化させたときに、DFB−LDアレイ1(例えば、MMI入力導波路4の本数N=10〜16)のうちの任意のDFB−LD1aの発振波長が、隣接する他のDFB−LD1aの発振波長と一致するように、各DFB−LD1aの発振波長の間隔を設計しておく。このような設計によれば、DFB−LD1aの選択と素子温度調整との併用によって、ワンチップで形成されたDFB−LDアレイ1でC帯またはL帯の全波長帯域(約30〜40nm)をカバーすることができる。
Referring back to FIG. 20, the oscillation wavelength of the DFB-
図23は、送受信装置8の構成の一例を示す図であり、デジタルコヒーレント通信システム用の送受信装置8の構成を示している。なお、図23には図示されていないが、2つの波長可変光源モジュール9のそれぞれには、図20の関連波長可変光源15が備えられている。
FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a configuration of the transmission /
波長可変光源モジュール9から出力された送信用出力7a(図20の関連波長可変光源15から出力された出力光7)は、変調器モジュール10にて変調された後、送信信号11として外部に出力される。
The
また、外部から受信した受信信号12は、波長可変光源モジュール9から出力された受信用出力7b(図20の関連波長可変光源15から出力された出力光7)とともに受信モジュール14に入力され、信号処理後に復元される。一般的に、送受信装置8のうち変調器モジュール10において挿入損失が生じることから、送信用出力7aは高い出力を必要とするが、受信用出力7bは相対的に低い出力であってもよい。
The
ここで、送信用及び受信用で使用する光信号の波長が同じであってもよい場合には、送受信装置8全体の消費電力の低減や実装面積の低減の観点から、1つの波長可変光源モジュール9を送受信用の光源として兼用することが望ましい。
Here, when the wavelengths of the optical signals used for transmission and reception may be the same, one wavelength variable light source module from the viewpoint of reducing the power consumption and the mounting area of the entire transmission /
図24は、送受信用の光源として兼用可能な波長可変光源モジュール9の構成の一例を示す図である。
FIG. 24 is a diagram illustrating an example of the configuration of the variable wavelength
波長可変光源モジュール9は、図20の関連波長可変光源15と、結合光学系16と、ビームスプリッタ17と、モニタ18とを備えている。また、波長可変光源モジュール9が光を出力する部分には、光ファイバ19及び偏波保持カプラ20が順に接続されている。
The wavelength tunable
関連波長可変光源15は単一モードの出力光7(図20)を出射し、出射された出力光7はレンズや光アイソレータ(図示せず)等を含む結合光学系16を介して光ファイバ19に結合する。光ファイバ19に結合した出力光7は、偏波保持カプラ20によって所定の比率で分岐され、分岐された出力光7の一方は送信用出力7aとして出力され、他方は受信用出力7bとして出力される。
The related wavelength tunable
また、結合光学系16を通過する出力光7の一部は、ビームスプリッタ17にて取り出され、波長フィルタやフォトダイオード等(図示せず)を含むモニタ18でのLD出力光の波長や出力レベルの検出に用いられる。
Further, a part of the
関連波長可変光源15の出力(MMI出力導波路5)の数は1つであることから、波長可変光源モジュール9を送受信用の光源として兼用するためには、偏波保持カプラ20によって1出力を2出力に分岐する必要があるが、当該偏波保持カプラ20にて分岐損が生じる。この分岐損を補うためには、関連波長可変光源15の出力側に設けられた図20のSOA6への注入電流を増やすことによって、関連波長可変光源15のLD出力光(出力)を増加させる必要がある。しかしながら、偏波保持カプラ20の分岐損をSOA6で補うことが、消費電力やレーザ発振線幅の増大の原因になってしまっているという問題がある。これに対して、以下に説明する本発明の実施の形態に係る波長可変光源によれば、このような問題を解決することが可能となっている。
Since the number of outputs (MMI output waveguides 5) of the related variable wavelength
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1に係る波長可変光源の構成の一例を示す図である。以下、本実施の形態1に係る波長可変光源28などにおいて、関連波長可変光源15などと同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
<
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a wavelength tunable light source according to
以下の説明では、多モード導波路22の入力端面22aの中心と出力端面22bの中心とを通る線(光の進行方向の軸)を中心線CLとし、多モード導波路22の中心線CLと平行な方向を延在方向とし、多モード導波路22の中心線CLと垂直な方向を幅方向とする。
In the following description, a line passing through the center of the
なお、図1では、多モード導波路22の幅方向の長さが、多モード導波路22の延在方向の長さよりも長くなっている。しかしこれは説明を明確にするための便宜上のものに過ぎず、一般的には、多モード導波路22の延在方向の長さが、多モード導波路22の幅方向の長さよりも長くなることが想定される。
In FIG. 1, the length in the width direction of the
図1の波長可変光源28は、図20に示したDFB−LDアレイ1と、光結合器21と、図20に示したSOA6と同様の第1のSOA(第1の光増幅器)23と、図20に示したSOA6と同様の第2のSOA(第2の光増幅器)24とを備えている。
1 includes a DFB-
図1の光結合器21は、多モード領域である多モード導波路22と、多モード導波路22の入力端面22a(一端面)に接続されたN本(Nは3以上の自然数)のMMI入力導波路4と、多モード導波路22の出力端面22b(他端面)に接続されたM本(Mは2以上の自然数)のMMI出力導波路5とを備えている。このように構成された光結合器21は、N×M−MMIである。以下では、光結合器21は、N=16、M=2であるN×M−MMI、つまり16×2−MMIであるものとして説明するが、N,Mの値はこれに限ったものではない。
1 includes a
ここで、光結合器21の構成要素について詳細に説明する前に、DFB−LDアレイ1、第1のSOA23、及び、第2のSOA24について詳細に説明する。
Here, before describing the components of the
DFB−LDアレイ1は、MMI入力導波路4と同数のDFB−LD1aを備え、MMI入力導波路4と接続されている。
The DFB-
第1のSOA23は、一方のMMI出力導波路5と接続され、第2のSOA24は、他方のMMI出力導波路5と接続されている。第1のSOA23及び第2のSOA24の各々には電流注入機構(図示せず)が独立して接続されている。なお、第1のSOA23及び第2のSOA24は、例えば、MMI出力導波路5の所定の箇所をエッチングで除去した後、バットジョイント成長と呼ばれる再成長技術によって、MMI出力導波路5の断面と第1のSOA23及び第2のSOA24の断面とが直接接合するように形成される。
The
次に、光結合器21の構成要素について詳細に説明する。
Next, components of the
各MMI入力導波路4は、単一モード導波路である。16本のMMI入力導波路4は、入力端面22aの端部22a1と端部22a2との間に入力導波路間隔(Din)で配設されている。16本のMMI入力導波路4は、多モード導波路22の幅方向に沿って入力導波路間隔(Din)で配設されている。なお、16本のMMI入力導波路4は、中心線CLに対して線対称に配設されている。
Each
2本のMMI出力導波路5は、多モード導波路22の幅方向に沿って出力導波路間隔(Dout)で配設されている。なお、2本のMMI出力導波路5は、中心線CLに対して線対称に配設されている。
The two
多モード導波路22の出力端面22bは平坦面となっており、出力導波路側境界位置は幅方向の位置に関わらず同一となっている。なお、本実施の形態1では、出力端での反射戻り光の発生を抑制するために、出力端面22bには無反射コーティング(図示せず)が施されている。反射戻り光の発生を抑制することによって、レーザ発振線幅の増大を抑制することができる。
The
多モード導波路22の入力端面22aには凹凸が設けられており、入力導波路側境界位置は幅方向の位置に応じて概ね異なっている。具体的には、入力端面22aの幅方向における端近傍である端部22a1,22a2と出力端面22bとの間の長さは、入力端面22aの幅方向における中央近傍である中央部と出力端面22bとの間の長さよりも長くなっている。入力端面22aの中央部と出力端面22bとの間の長さは、当該中央部にわたって一定である。入力端面22aの端部22a1,22a2と中央部との間の中間部と出力端面22bとの間の長さは、入力端面22aの中央部と出力端面22bとの間の長さよりも短くなっている。また、多モード導波路22は、中心線CLに対して線対称である形状を有する。
The
このような構成により、多モード領域長(MMI入力導波路4と接続された入力端面22aの部分と出力端面22bと間の長さ)Lは、MMI入力導波路4の位置に応じて異なっている。ここで、図1に示すように、16本のMMI入力導波路4の多モード領域長を、上から下に向かってL1、L2、…、L16の記号で表す。
With this configuration, the multimode region length (the length between the portion of the input end face 22 a connected to the
図1の構成では、配列端のMMI入力導波路4の多モード領域長(L1、L16)が最も長い。配列中央のMMI入力導波路4の多モード領域長(L6〜L11)は、一定であり、配列端のMMI入力導波路4の多モード領域長(L1、L16)よりも短くなっている。それ以外のMMI入力導波路4の多モード領域長(L2〜L5,L12〜L15)は、配列中央のMMI入力導波路4の多モード領域長(L6〜L11)よりも短くなっている。特に、MMI入力導波路4の多モード領域長(L3,L4,L13,L14)は、それら以外の多モード領域長(L1,L2,L5〜L12,L15,L16)よりも短くなっている。
In the configuration of FIG. 1, the multimode region length (L1, L16) of the
次に図1の波長可変光源28の動作について説明する。
Next, the operation of the wavelength tunable
任意のDFB−LD1aを選択して閾値電流以上の電流注入を行うと、当該選択されたDFB−LD1aにてレーザ発振が生じる。DFB−LD1aから出力されたLD出力光は、MMI入力導波路4を介して光結合器21の多モード導波路22に入力された後、2本のMMI出力導波路5のそれぞれにおいて結合される。2本のMMI出力導波路5において結合された導波光は、それぞれ第1のSOA23及び第2のSOA24によって増加(増幅)された後、2本の出力光7として波長可変光源から出力される。
When an arbitrary DFB-
ここで、LD出力光がMMI入力導波路4を経て多モード導波路22に入力されると、複数固有モードの重ね合わせに起因する干渉パターンを示すが、多モード領域長L1〜L16が適切に設計されていれば、単一モード導波路である2本のMMI出力導波路5にほぼ等しい割合で光を結合することができる。
Here, when the LD output light is input to the
2本のMMI出力導波路5にほぼ等しい割合で光が結合されるための、最適な多モード領域長はMMI入力導波路4の位置に応じて異なる。図1には、C帯またはL帯において、入力導波路間隔(Din)が3μm、多モード導波路22の幅Wが48μmである場合に、直線近似して配置された適切な多モード領域長L1〜L16が示されている。このような構成によれば、図1に示すように、多モード導波路22の入力端面22aの凹と凸との差を10μm以内にすることが可能である。
Since the light is coupled to the two
次に、図1のように構成された光結合器21の多モード領域長L1〜L16が適切であること、つまり2本のMMI出力導波路5にほぼ等しい割合で光が結合されることについて説明する。
Next, the multi-mode region lengths L1 to L16 of the
図2〜図7は、本実施の形態1に係る光結合器21と比較される光結合器(以下「比較光結合器」と記す)の、分岐特性のシミュレーション結果を示す図である。比較光結合器には、光結合器21の入力端面22aを平坦面に変更したものを用いた。
2 to 7 are diagrams showing simulation results of the branching characteristics of the optical coupler (hereinafter referred to as “comparative optical coupler”) compared with the
図2〜図7の実線及び点線は、2本のMMI出力導波路5に対応しており、各MMI出力導波路5における、多モード領域長L1〜L16の出力が示されている。多モード導波路22の長さ(中心線CLに沿った長さ)をLeとした場合、図2はLe=300μmであり、図3はLe=310μmであり、図4はLe=320μmであり、図5はLe=330μmであり、図6はLe=340μmであり、図7はLe=350μmである。
2 to 7 correspond to the two
比較光結合器では、Le=310μm(図3)にて、多モード領域長L1〜L16の出力がほぼ等しく、2本のMMI出力導波路5にほぼ等しい割合で光が結合されるが、それ以外のLe(図2及び図4〜図7)にて、多モード領域長L1〜L16の出力がばらついている。
In the comparative optical coupler, at Le = 310 μm (FIG. 3), the outputs of the multimode region lengths L1 to L16 are substantially equal, and light is coupled to the two
図8〜図11は、本実施の形態1に係る光結合器21の、分岐特性のシミュレーション結果を、図2などと同様に示す図である。図8はLe=310μmであり、図9はLe=315μmであり、図10はLe=320μmであり、図11はLe=325μmである。
8 to 11 are diagrams illustrating simulation results of the branching characteristics of the
本実施の形態1では、いずれのLeにおいても、多モード領域長L1〜L16の出力がほぼ等しく、2本のMMI出力導波路5にほぼ等しい割合で光が結合されている。
In the first embodiment, in any Le, the outputs of the multimode region lengths L1 to L16 are approximately equal, and light is coupled to the two
図12は、入力端面22aを平坦面に変更した光結合器における分岐特性の実測結果を示す図であり、図13は、本実施の形態1に係る光結合器21における分岐特性の実測結果を示す図である。なお、ここでは、入力導波路間隔(W/N)は3μmであり、SOA駆動電流は一定としている。
FIG. 12 is a diagram showing an actual measurement result of the branching characteristic in the optical coupler in which the
図12及び図13の実測結果は、図2〜図11に示したシミュレーション結果と半定量的にほぼ一致している。図8〜図11及び図13が示す結果から分かるように、本実施の形態1に係る光結合器21によれば、MMI入力導波路4の位置(入力ポート番号)によらず、多モード領域長L1〜L16の出力をほぼ均等にすることができる。つまり、単一モード導波路である2本のMMI出力導波路5においてほぼ等しい割合で光を結合することができる。また、本実施の形態1によれば、Leの依存性の抑制も期待できる。
The actual measurement results in FIG. 12 and FIG. 13 almost agree semi-quantitatively with the simulation results shown in FIG. As can be seen from the results shown in FIGS. 8 to 11 and 13, according to the
なお、結果は示さないが、図1の光結合器21の形状を多少変更しても、同様の結果を得ることができる。例えば、図1では、中央部のMMI入力導波路4の多モード領域長をL6〜L11としているが、これに限ったものではなくL5〜L12であってもよいし、L7〜L10であってもよい。
Although the results are not shown, similar results can be obtained even if the shape of the
図14は、本実施の形態1に係る波長可変光源モジュール30の構成の一例を示す図である。波長可変光源モジュール30には、図1の波長可変光源28が備えられている。なお、波長可変光源モジュール30の構成及び動作は、図24の波長可変光源モジュール9と同様であるため、ここでは説明を適宜省略する。
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the configuration of the variable wavelength
波長可変光源28の出力光(図1の第1のSOA23及び第2のSOA24からの出力光7)は、結合光学系16によって2本の光ファイバ19に分離して結像され、波長可変光源モジュール30の2つの出力ポート(2本の光ファイバ19)から光が出力される。つまり、本実施の形態1に係る波長可変光源モジュール30では、波長可変光源28から出力された複数の出力光7の各々を別個に取り出すことが可能となっている。2つの出力ポート(2本の光ファイバ19)から出力された光は、送信用出力7a及び受信用出力7bとして用いられる。
The output light of the wavelength tunable light source 28 (the
これにより、図24の波長可変光源モジュール9の出力側に設けた偏波保持カプラ20が、本実施の形態1に係る波長可変光源モジュール30では不要となる。しかも、全波長帯域に渡って2つのMMI出力導波路5において互いに略等しく、かつ、関連波長可変光源15と略同程度であるLD出力光を約1/Nの割合で結合させることができることが調査によって分かった。これは、本実施の形態1に係るDFB−LD1aの駆動電流は、関連波長可変光源15と同程度でよく、関連波長可変光源15のDFB−LD1aよりも駆動電流を増大させる必要がないことを意味する。
Accordingly, the
以上のことから、本実施の形態1の構成によれば、関連波長可変光源15が偏波保持カプラの分岐損をSOA6によって補う程度だけ、関連波長可変光源15よりも消費電力やレーザ発振線幅の増大を抑制することができる。
From the above, according to the configuration of the first embodiment, the power consumption and the laser oscillation line width are higher than those of the related wavelength variable
図15は、本実施の形態1に係る送受信装置32の構成の一例を示す図である。図15の送受信装置32は、図14の波長可変光源モジュール30を一つ備える。波長可変光源モジュール30から出力された送信用出力7aは、変調器モジュール10にて変調された後、送信信号11として外部に出力される。また、外部から受信した受信信号12は、波長可変光源モジュール30から出力された受信用出力7bとともに受信モジュール14に入力され、信号処理後に復元される。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a configuration of the transmission /
以上のように構成された本実施の形態1によれば、波長可変光源モジュール30を送受信用の光源モジュールとして兼用することができる。このため、図23の送受信装置8よりも消費電力を低減することができる。
According to the first embodiment configured as described above, the wavelength tunable
<実施の形態2>
図16は、本発明の実施の形態2に係る光結合器の構成の一例を示す図である。本実施の形態2では、実施の形態1で説明した16×2−MMIの光結合器21において、MMI出力導波路5の間隔が適切化されている。なお、本実施の形態2に係る光結合器21の動作は、実施の形態1(図1)と同様であるため、ここでは説明を省略する。
<
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the configuration of the optical coupler according to
本実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、多モード導波路22の幅(幅方向の長さ)をWとし、多モード導波路22の長さ(中心線CLに沿った長さ)をLeとして説明する。なお、光結合器21の長さLeは、図8〜図11の光結合器21の長さLeと略同じでよい(Leの最適値は325μm)。
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the width (length in the width direction) of the
N本のMMI入力導波路4の配置位置は、光結合器21の多モード導波路22の幅方向の中央(中心線CL)を原点(座標0)として(入力端面22aのW/2を中心として)、対称かつW/Nの間隔で配置されている。また、両外側の2本のMMI入力導波路4は、光結合器21の多モード領域の端からW/(2N)だけ内側に向かった位置、すなわち座標(W/2−W/(2N),−W/2+W/(2N))に配置されている。本実施の形態2ではN=16であることから、両外側の2本のMMI入力導波路4は、座標(W/2−W/32,−W/2+W/32)に配置される。
The arrangement positions of the N
一方、2本のMMI出力導波路5は、出力端面22bのW/2を中心として、対称かつW/Nの1.1倍〜1.3倍の間隔で配置される。
On the other hand, the two
図17は、本実施の形態2に係る波長可変光源28における、出力の最低値の出力導波路間隔依存性を示す図である。なお、ここでは、入力導波路間隔(W/N)は3μmであり、SOA駆動電流は一定としている。図17から分かるように、出力導波路間隔(Dout)が3.3〜3.9μmであれば出力の最低値を高めることができ、特に3.4μm付近で最も高めることができる。上述したように、本実施の形態2では、2本のMMI出力導波路5が、出力端面22bのW/2を中心として、対称かつW/Nの1.1倍〜1.3倍の間隔で配置されているので、波長可変光源28の出力を高めることができる。
FIG. 17 is a diagram illustrating the dependence of the minimum output value on the output waveguide interval in the wavelength tunable
<実施の形態3>
図18は、本発明の実施の形態3による光結合器の構成の一例を示す図である。本実施の形態3に係る光結合器21は、多モード導波路22と、各MMI出力導波路5との間に配設されたテーパ導波路25を備えている点で、実施の形態1または2に係る光結合器21と異なっている。
<
FIG. 18 is a diagram showing an example of the configuration of the optical coupler according to
テーパ導波路25のうち、MMI出力導波路5との接続部分の幅は、MMI出力導波路5の幅とほほ同じで、多モード導波路22との接続部分の幅は、MMI出力導波路5の幅より大きくかつMMI出力導波路5の間隔(Dout)以下であればよい。またテーパ導波路25の長さは、20〜50μm程度あれば過剰損失はほとんど無視できる。なお、本実施の形態3に係る光結合器21のテーパ導波路25以外の構成及び動作は、実施の形態1または2と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Of the tapered
以上のように構成された本実施の形態3によれば、テーパ導波路25により、MMI出力導波路5近傍の光を結合することができるので、MMI出力導波路5への結合効率を改善することができる。
According to the third embodiment configured as described above, since the light near the
<実施の形態4>
図19は、本発明の実施の形態4に係る波長可変光源28の構成の一例を示す図である。
<
FIG. 19 is a diagram showing an example of the configuration of the wavelength tunable
本実施の形態4では、第1のSOA23及び第2のSOA24が、これまで説明した構成と異なっている。なお、本実施の形態4に係る光結合器21及びDFB−アレイ1は、これまで説明したものと同様である。
In the fourth embodiment, the
すなわち、光結合器21は、多モード導波路22と、多モード導波路22の入力端面22aに接続された16本のMMI入力導波路4と、多モード導波路22の出力端面22bに接続された2本のMMI出力導波路5とを備える。そして、光結合器21は、各MMI入力導波路4から入力されたLD出力光を合波し、当該合波したLD出力光を各MMI出力導波路5に出力する。
That is, the
実施の形態1〜3に係る光結合器21によれば、上述したように、多モード領域長が適切化されているので、全波長帯域に渡って2本のMMI出力導波路5において略等しいLD出力光を結合させることができる。
According to the
DFB−アレイ1が備える16個のDFB−LD1aは、各MMI入力導波路4の多モード導波路22と逆側端に接続され、各々が異なる波長で単一モード発振可能である。
The 16 DFB-
導波路型の第1のSOA23及び第2のSOA24は、2本のMMI出力導波路5の出力端側にそれぞれ接続されている。また、第1のSOA23及び第2のSOA24は、自身の出力端側に曲がり導波路23a,24aを有している。第1のSOA23及び第2のSOA24の長さ(LD出力光の通過方向の長さ)を除けば、第1のSOA23及び第2のSOA24は互いに同一に構成されている。
The waveguide-type
ここで、第1のSOA23及び第2のSOA24に対して電流注入を行うと、各MMI出力導波路5を進行するLD出力光は増幅され、電流値を増やすと第1のSOA23及び第2のSOA24における増幅率も増大する。当該増幅率は、入力光を基準とした出力光強度を対数表示することによって表されるが、一般的に非線形的な振る舞いを示す。具体的には、入力光が弱い(低出力)と増幅率は略一定であるが、入力光が強い(高出力)と増幅率が低下する。このため、最大出力が入力光強度とともに飽和する傾向を示す。
Here, when current injection is performed on the
第1のSOA23及び第2のSOA24の単位長さ当たりの飽和出力は、第1のSOA23及び第2のSOA24の活性層(図22のInGaAsP活性層45に相当)の光閉じ込め係数や電流密度によって決まる。換言すれば、第1のSOA23及び第2のSOA24の活性層の光閉じ込め係数や電流密度が同じであれば、第1のSOA23及び第2のSOA24の最大出力は、第1のSOA23及び第2のSOA24の長さによって決定される。
The saturation output per unit length of the
図19の構成では、第1のSOA23の長さは、第2のSOA24の長さよりも長く、これらの活性層の幅や光閉じ込め係数は同一である。したがって、同じ電流密度における最大出力は、第1のSOA23のほうが第2のSOA24よりも高くなる。すなわち、第1のSOA23の増幅率は、第2のSOA24の増幅率よりも高くなっている。
In the configuration of FIG. 19, the length of the
ここで上述したように、デジタルコヒーレント通信システム用の送受信装置では、受信用出力7bは送信用出力7aよりも低くてもよい。このことに鑑みて、本実施の形態4では、増幅率が高い第1のSOA23によって増幅された光を送信用出力7aとして用い、増幅率が低い第2のSOA24によって増幅された光を受信用出力7bとして用いるように構成されている。
As described above, in the transmission / reception apparatus for the digital coherent communication system, the
このような構成によれば、第1のSOA23の長さが、図20のSOA6の長さと同一であれば、SOA6と同等の送信用出力7aを得るために必要なDFB−LD1aの駆動電流と第1のSOA23に対する注入電流は、関連波長可変光源15と同じとなる。一方、SOA6と同等の受信用出力7bを得るために必要なDFB−LD1aの駆動電流と第2のSOA24に対する注入電流は、関連波長可変光源15よりも少なくなる。したがって、図19に示す本実施の形態4に係る1つの波長可変光源28を、送受信装置32(図15)に用いた場合には、2つの関連波長可変光源15を用いる図23の送受信装置8に比べて、消費電力を例えば1/2以下に低減することができる。このように本実施の形態4によれば、レーザ発振線幅及び消費電力の増大をより抑制することが可能となる。
According to such a configuration, if the length of the
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
4 MMI入力導波路、5 MMI出力導波路、21 光結合器、22 多モード導波路、22a 入力端面、22a1,22a2 端部、22b 出力端面、23 第1のSOA、24 第2のSOA、25 テーパ導波路、28 波長可変光源、30 波長可変光源モジュール、CL 中心線。 4 MMI input waveguide, 5 MMI output waveguide, 21 optical coupler, 22 multimode waveguide, 22a input end face, 22a1, 22a2 end, 22b output end face, 23 first SOA, 24 second SOA, 25 Tapered waveguide, 28 wavelength variable light source, 30 wavelength variable light source module, CL center line.
Claims (5)
前記多モード導波路の一端面である入力端面と接続された複数の入力導波路と、
前記多モード導波路の他端面である出力端面と接続された複数の出力導波路と
を備え、
前記出力端面は平坦面であり、
前記入力端面の幅方向における端近傍である端部と前記出力端面との間の長さは、前記入力端面の幅方向における中央近傍である中央部と前記出力端面との間の長さよりも長く、
前記入力端面の前記中央部と前記出力端面との間の長さは、当該中央部にわたって一定であり、
前記入力端面の前記端部と前記中央部との間の中間部と前記出力端面との間の長さは、前記入力端面の中央部と前記出力端面との間の長さよりも短い、光結合器。 A multimode waveguide;
A plurality of input waveguides connected to an input end face which is one end face of the multimode waveguide;
A plurality of output waveguides connected to an output end face which is the other end face of the multimode waveguide;
The output end surface is a flat surface;
The length between the end in the width direction of the input end face and the output end face is longer than the length between the center in the width direction of the input end face and the output end face. ,
The length between the central portion of the input end surface and the output end surface is constant over the central portion,
The length between the output end surface and the intermediate portion between the end portion and the central portion of the input end surface is shorter than the length between the central portion of the input end surface and the output end surface. vessel.
前記複数の入力導波路は、
前記入力端面の中心と前記出力端面の中心とを通る中心線に対して線対称に配設され、かつW/Nの間隔で配設され、
前記複数の出力導波路は、
前記中心線に対して線対称に配設され、かつW/Nの1.1倍以上1.3倍以下の間隔で配設されており、
ここで、
Wは、前記多モード導波路の前記中心線の方向に対する幅であり、
Nは、前記複数の入力導波路の本数であり、3以上の自然数である、光結合器。 The optical coupler according to claim 1,
The plurality of input waveguides are:
Arranged symmetrically with respect to a center line passing through the center of the input end face and the center of the output end face, and arranged at an interval of W / N;
The plurality of output waveguides are:
Arranged symmetrically with respect to the center line, and arranged at an interval of 1.1 times to 1.3 times W / N,
here,
W is the width of the multimode waveguide with respect to the direction of the center line,
N is the number of the plurality of input waveguides, and is an optical coupler that is a natural number of 3 or more.
前記多モード導波路と、各前記出力導波路との間に配設されたテーパ導波路をさらに備える、光結合器。 The optical coupler according to claim 1 or 2, wherein
An optical coupler further comprising a tapered waveguide disposed between the multimode waveguide and each of the output waveguides.
前記複数の出力導波路の2つとそれぞれ接続され、互いの増幅率が異なる第1及び第2の光増幅器と
を備える、波長可変光源。 The optical coupler according to any one of claims 1 to 3,
A wavelength tunable light source comprising: first and second optical amplifiers connected to two of the plurality of output waveguides and having different amplification factors.
前記波長可変光源から出力された複数の出力光の各々を別個に取り出し可能な、波長可変光源モジュール。 A wavelength tunable light source according to claim 4,
A wavelength tunable light source module capable of separately taking out each of a plurality of output lights output from the wavelength tunable light source.
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